DE102015111910A1 - Optoelektronisches Bauelement, Verbund von optoelektronischen Bauelementen und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements - Google Patents

Optoelektronisches Bauelement, Verbund von optoelektronischen Bauelementen und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend einen Halbleiterchip (1), der zur Emission von Strahlung (5) zumindest über eine Strahlungshauptfläche (11) eingerichtet ist, ein Konverterelement (2), das im Strahlengang des Halbleiterchips (1) angeordnet ist, ein Verkapselungselement (3), das ein Deckelement (31) und ein Seitenelement (32) aufweist und zumindest eine Versiegelung für das Konverterelement (2) vor Umwelteinflüssen bildet, wobei das Deckelement (31) über dem Konverterelement (31) angeordnet ist und das Seitenelement (32) im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip (1) und Konverterelement (2) angeordnet ist und den Halbleiterchip (1) umgibt, wobei das Seitenelement (32) und das Deckelement (31) zumindest bereichsweise direkt in Kontakt stehen, wobei das Seitenelement (32) zumindest ein Metall aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbund von optoelektronischen Bauelementen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
  • Optoelektronische Bauelemente weisen oft Konverterelemente auf, die beispielsweise die von einem Halbleiterchip emittierte Strahlung in eine Strahlung mit veränderter Wellenlänge umwandeln können. Diese Konverterelemente sind allerdings oft feuchtigkeitsempfindlich, sauerstoffempfindlich und/oder temperaturempfindlich. Daher müssen diese Konverterelemente gegenüber Umwelteinflüssen und/oder hohen Temperatureinflüssen geschützt werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das stabil ist. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das ein Konverterelement aufweist, das gegenüber Umwelteinflüssen und/oder Temperatureinflüssen geschützt ist. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, einen Verbund von optoelektronischen Bauelementen bereitzustellen, der stabil ist. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines stabilen optoelektronischen Bauelements bereitzustellen.
  • Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch einen Verbund von optoelektronischen Bauelementen gemäß dem Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verbundes sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs 12. Ferner werden diese Aufgaben durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß dem unabhängigen Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 14 und 15.
  • In zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement einen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip ist zur Emission von Strahlung zumindest über eine Strahlungshauptfläche des Halbleiterchips eingerichtet. Das optoelektronische Bauelement weist ein Konverterelement auf. Das Konverterelement ist im Strahlengang des Halbleiterchips angeordnet. Das Konverterelement ist insbesondere empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen und/oder Temperatureinflüssen. Das optoelektronische Bauelement weist ein Verkapselungselement auf. Das Verkapselungselement weist ein Deckelement und ein Seitenelement auf. Das Verkapselungselement bildet zumindest eine Versiegelung für das Konverterelement vor Umwelteinflüssen. Zusätzlich kann das Verkapselungselement zumindest das Konverterelement vor Temperaturen, insbesondere hohen Temperaturen über 80 °C, schützen, so dass die Degradation des Konverterelements verhindert ist. Das Deckelement ist über dem Konverterelement angeordnet. Das Seitenelement ist im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip und zum Konverterelement angeordnet.
  • Insbesondere umgibt das Seitenelement den Halbleiterchip direkt. Das Seitenelement und das Deckelement sind zumindest bereichsweise in Kontakt zueinander. Insbesondere stehen das Seitenelement und das Deckelement zumindest bereichsweise direkt in Kontakt zueinander. Das Seitenelement weist zumindest ein Metall auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement einen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip umfasst eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn1-n-mGamN oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn1-n-mGamP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um AlxGa1-xAs handeln mit 0 ≤ x ≤ 1. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
  • Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen. Im Betrieb des Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Der Halbleiterchip ist also zur Emission von Strahlung eingerichtet. Insbesondere erfolgt die Emission von Strahlung über die Strahlungshauptfläche des Halbleiterchips. Insbesondere ist die Strahlungshauptfläche senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge des optoelektronischen Bauelements orientiert. Eine Wellenlänge der Strahlung oder das Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren und/oder IR-Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 und 800 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 und 480 nm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiterchip um eine Leuchtdiode, kurz LED. Der Halbleiterchip ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, blaues Licht, grünes Licht, rotes Licht oder weißes Licht zu emittieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein Konverterelement auf. Das Konverterelement ist im Strahlengang des Halbleiterchips angeordnet. Insbesondere ist das Konverterelement in direktem mechanischem und/oder elektrischem und/oder thermischem Kontakt zum Halbleiterchip angeordnet. Insbesondere ist das Konverterelement auf der Strahlungshauptfläche des Halbleiterchips direkt angeordnet.
  • Alternativ kann das Konverterelement auch von der Strahlungshauptfläche des Halbleiterchips beabstandet sein. Beispielsweise können zwischen dem Konverterelement und der Strahlungshauptfläche weitere Schichten, beispielsweise eine Kleberschicht, angeordnet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konverterelement empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen. Zusätzlich kann das Konverterelement empfindlich gegenüber Temperaturen, insbesondere hohen Temperaturen, beispielsweise Temperaturen von mindestens 80 °C, beispielsweise 95 °C, sein. Die hohen Temperaturen können beispielsweise im Betrieb des optoelektronischen Bauelements erzeugt werden. Umwelteinflüsse meint hier insbesondere feuchte Atmosphäre, beispielsweise eine Atmosphäre aus Wasser, Sauerstoff und/oder Schwefelwasserstoff. Insbesondere degradiert das Konverterelement bei Kontakt mit den Umwelteinflüssen und/oder hohen Temperaturen. Daher kann insbesondere zur Vermeidung der Degradation ein Verkapselungselement verwendet werden. Das Verkapselungselement kann eine Versiegelung gegenüber Umwelteinflüssen bilden. Zudem kann das Verkapselungselement zumindest die in dem Konverterelement entstandene Wärme oder die entstandenen hohen Temperaturen abführen. Eine Temperaturerhöhung in dem Konverterelement kann zu einer strahlungslosen Relaxation und zu einem Stokes-Shift führen. Das Verkapselungselement ist insbesondere dazu eingerichtet, die in dem Konverterelement entstandene Wärme abzuführen und damit ein thermisches Quenchen und/oder eine thermische Degradation des Konvertermaterials, insbesondere der Quantenpunkte, zu vermeiden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konverterelement Quantenpunkte als Konvertermaterialien (englisch: quantum dots) auf oder besteht daraus. Alternativ kann das Konverterelement Konvertermaterialien, wie YAG-Leuchtstoffe, Granate, Orthosilikate oder Calsine, aufweisen oder daraus bestehen. Insbesondere sind die genannten Konvertermaterialien sauerstoff-, feuchtigkeits- und/oder temperaturempfindlich. Konvertermaterialien, welche Quantenpunkte aufweisen, zeigen im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffmaterialien den Vorteil, dass sie eine engere spektrale Bandbreite aufweisen. Ferner kann das Wellenlängenmaximum leichter eingestellt und verändert werden.
  • Mit Quantenpunkt wird hier eine nanoskopische Materialstruktur bezeichnet. Insbesondere kann die nanoskopische Materialstruktur aus Halbleitermaterialien, wie InGaAs, CdSe oder GaInP/InP, bestehen oder diese umfassen. Insbesondere können die Quantenpunkte eine unterschiedliche Größe aufweisen.
  • Das Konverterelement kann ein Matrixmaterial, beispielsweise silikonbasierte und/oder epoxybasierte Polymere und/oder Acrylate und/oder Fotolacke, aufweisen. Die Konvertermaterialien, wie Quantenpunkte, können in dem Matrixmaterial homogen verteilt sein. Alternativ können die Konvertermaterialien, wie Quantenpunkte, einen Konzentrationsgradienten in dem Matrixmaterial aufweisen. Die Konvertermaterialien können einen Anteil von mindestens 60 Gew%, beispielsweise 70 Gew%, 80 Gew%, 90 Gew% oder 96 Gew%, in dem Matrixmaterial aufweisen.
  • Das Konverterelement ist insbesondere dazu eingerichtet, die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zu absorbieren und in Strahlung, insbesondere einer anderen Wellenlänge, zu konvertieren. Das Konverterelement kann die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung vollständig konvertieren. Alternativ kann das Konverterelement die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest teilweise konvertieren, wobei ein Teil der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung ohne konvertiert zu werden durch das Konverterelement tritt. Es resultiert Mischstrahlung, welche die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung und die von dem Konverterelement konvertierte Strahlung umfasst.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Quantenpunkte eine unterschiedliche Größe auf. Die Größe kann von 2 nm bis 12 nm sein. Damit kann der von dem Quantenpunkt emittierte Spektralbereich individuell angepasst werden. Insbesondere können Konvertermaterialien mit Quantenpunkten für ein sogenanntes Solid State Lightning und Display-Hintergrundbeleuchtung Anwendung finden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konverterelement als Schicht mit einer Schichtdicke zwischen einschließlich 100 nm und 1500 nm ausgeformt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein Verkapselungselement auf. Das Verkapselungselement weist ein Deckelement und ein Seitenelement auf oder besteht daraus. Das Verkapselungselement ist dazu eingerichtet, zumindest das Konverterelement vor Umwelteinflüssen und/oder Temperatureinflüssen zu schützen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform verkapselt das Verkapselungselement zumindest das Konverterelement und den Halbleiterchip. Mit anderen Worten ist das Konverterelement nicht separat verkapselt, sondern ist innerhalb des Bauelements mit dem Halbleiterchip und dem Konverterelement zusammen verkapselt. Insbesondere ist das Verkapselungselement hermetisch dicht, also diffusionsdicht gegenüber Umwelteinflüssen, wie Sauerstoff, Wasser und/oder Schwefelwasserstoff.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Deckelement im Strahlengang des Halbleiterchips angeordnet. Das Deckelement ist über dem Konverterelement angeordnet. Das Deckelement kann in direktem Kontakt zu dem Konverterelement, also in unmittelbarem elektrischem und/oder mechanischem und/oder thermischem Kontakt, angeordnet sein. Alternativ kann das Deckelement in mittelbarem Kontakt über dem Konverterelement angeordnet sein. Dabei können dann weitere Schichten oder Elemente, beispielsweise eine Kleberschicht, zwischen dem Deckelement und dem Konverterelement angeordnet sein.
  • Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem und/oder thermischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen Element und dem anderen Element angeordnet sein.
  • Insbesondere weist das Konverterelement eine Strahlungshauptseite auf. Die Strahlungshauptseite des Konverterelements ist insbesondere senkrecht zu der Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips orientiert. Insbesondere bedeckt das Deckelement die Strahlungshauptseite des Konverterelements direkt und/oder formschlüssig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Deckelement in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat ausgeformt. Das Deckelement kann aus Glas, Quarz, Kunststoff und/oder Siliziumdioxid sein. Insbesondere weist das Deckelement Glas auf oder besteht daraus.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Deckelement zumindest für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung und/oder von dem Konverterelement emittierte Strahlung durchlässig. Insbesondere ist das Deckelement transparent ausgebildet. Mit "transparent" wird hier und im Folgenden eine Schicht bezeichnet, die durchlässig für sichtbares Licht ist. Dabei kann die transparente Schicht klar durchscheinend oder zumindest teilweise lichtstreuend und/oder teilweise lichtabsorbierend sein, sodass die transparente Schicht beispielsweise auch diffus oder milchig durchscheinend sein kann. Besonders bevorzugt ist eine hier als transparent bezeichnete Schicht oder Element möglichst lichtdurchlässig, sodass insbesondere die Absorption von der im Betrieb des optoelektronischen Bauelements erzeugten Strahlung so gering wie möglich ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann das Deckelement einen Diffusor oder andere optisch aktive Strukturen enthalten. Insbesondere sind der Diffusor oder die anderen optisch aktiven Strukturen dazu eingerichtet, die in dem Bauelement erzeugte Strahlung auszukoppeln. Beispielsweise kann als Deckelement ein aufgrautes Glas („Frosted Glass“) verwendet werden, dessen Rauheit ähnlich oder kleiner als die Wellenlänge der auszukoppelnden Strahlung ist. Es ist auch möglich Streupartikel in das Glas einzubetten oder das Deckelement aus Glas linsenförmig, beispielsweise als Fresnel-Linse auszuformen oder das Glas mit einer periodischen Struktur zu versehen („grating“). Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein Seitenelement auf. Das Seitenelement ist im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist das Seitenelement im Querschnitt lateral zum Konverterelement angeordnet. Insbesondere sind Konverterelement und Halbleiterchip übereinander angeordnet, sodass das Seitenelement sich lateral, also sowohl an den Seitenflächen des Halbleiterchips als auch an den Seitenflächen des Konverterelements, erstreckt. Das Seitenelement kann unmittelbar oder mittelbar an dem Halbleiterchip und/oder Konverterelement angeordnet sein. Bei mittelbarem Kontakt kann dann insbesondere eine Keimschicht zwischen dem Seitenelement und den Seitenflächen des Halbleiterchips und/oder Konverterelements angeordnet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt das Seitenelement den Halbleiterchip. Insbesondere umgibt das Seitenelement den Halbleiterchip direkt. Das Seitenelement ummantelt also den Halbleiterchip, sodass zumindest ein thermischer Kontakt zwischen Halbleiterchip und Seitenelement vorhanden ist. Alternativ oder zusätzlich ist ein direkter elektrischer und/oder mechanischer Kontakt zwischen dem Halbleiterchip und Seitenelement vorhanden. Insbesondere ummantelt das Seitenelement den Halbleiterchip formschlüssig, bedeckt also alle Seitenflächen des Halbleiterchips vollständig.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Seitenelement zumindest ein Metall, insbesondere ein galvanisches Metall, auf. Insbesondere besteht das Seitenelement aus einem Metall, das insbesondere ein galvanisches Metall ist. Das Metall kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Kupfer, Nickel, Eisen, Gold und Silber umfasst. Vorzugsweise umfasst oder besteht das Seitenelement aus Kupfer oder Nickel. Kupfer weist eine hohe thermische Leitfähigkeit von zirka 390 W /(m·K) verglichen beispielsweise mit Saphir (25 W/(m·K) auf, so dass Kupfer hervorragend die in dem Konverterelement entstandene Wärme leicht abführen kann. Damit kann ein mit Kupfer ausgeformtes Seitenelement als zusätzlicher Wärmepfad zur Abführung der in dem Konverterelement erzeugten Wärme eingesetzt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Seitenelement zumindest ein galvanisches Metall auf oder besteht daraus. Das Deckelement weist ein von dem Seitenelement verschiedenes Material auf oder besteht daraus, beispielsweise Glas. Das Deckelement ist transparent für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung. Alternativ oder zusätzlich weist das Seitenelement im Querschnitt eine Dicke von größer 20 µm oder größer 60 µm, insbesondere zwischen einschließlich 80 µm und 200 µm, beispielsweise 100 µm, auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform stehen das Seitenelement und das Deckelement zumindest bereichsweise direkt in Kontakt miteinander. Insbesondere bilden das Seitenelement und das Deckelement im Querschnitt und Seitenansicht gesehen ein umgekehrtes "U". Das Seitenelement ist zusätzlich mit den Seitenflächen des Halbleiterchips in direktem Kontakt, so dass das Konverterelement von dem Halbleiterchip, dem Seitenelement und dem Deckelement umgeben ist. Damit ist eine Versiegelung für zumindest das Konverterelement vor Umwelteinflüssen vorhanden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Seitenelement als elektrischer Anschlusskontakt des Halbleiterchips ausgeformt. Der Halbleiterchip weist insbesondere zumindest eine p-Halbleiterschicht, eine aktive Schicht und zumindest eine n-Halbleiterschicht auf. Insbesondere sind die p-Halbleiterschicht und die n-Halbleiterschicht jeweils mit einem elektrischen Anschlusskontakt elektrisch kontaktiert. Mit anderen Worten bildet hier das Seitenelement einen elektrischen Anschlusskontakt der Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere bildet das Seitenelement einen elektrischen Anschlusskontakt für die zumindest eine p-Halbleiterschicht und/oder die zumindest eine n-Halbleiterschicht des Halbleiterchips. Damit kann auf einen weiteren elektrischen Anschluss für beispielsweise die p-Halbleiterschicht verzichtet werden. Dies spart Material und Kosten.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Seitenelement auf einem Träger angeordnet. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um ein Printed Circuit Board (PCB), einem Leiterrahmen, einem keramikbasierten Träger oder einem Metall handeln. Insbesondere ist das Konverterelement und/oder Seitenelement zumindest in direktem thermischem Kontakt zu dem Träger angeordnet. Insbesondere dient das Seitenelement als Wärmesenke für das Konverterelement und/oder den Halbleiterchip. Mit anderen Worten kann die im Betrieb des Konverterelements erzeugte Wärme leicht über das Seitenelement abgeführt werden. Damit kann eine Degradation des Konverterelements verhindert werden. Das Seitenelement stellt somit einen zusätzlichen Wärmepfad bereit.
  • Insbesondere ist das Seitenelement sowohl mit dem Konverterelement und/oder dem Halbleiterchip als auch mit dem Träger in direktem thermischem und/oder mechanischem Kontakt. Damit kann die in dem Konverterelement und/oder in dem Halbleiterchip entstandene Wärme leicht über das Seitenelement in Richtung Träger abtransportiert werden. Zudem trägt das Seitenelement zu einer mechanischen Stabilisierung des Halbleiterchips und des Konverterelements bei.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Seitenelement reflektierend ausgeformt. Insbesondere ist das Seitenelement an den Seitenflächen des Halbleiterchips angeordnet. Damit kann die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung von dem Seitenelement reflektiert werden und damit die Auskoppeleffizienz der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung erhöht werden.
  • Alternativ oder zusätzlich ist das als reflektierend ausgeformte Seitenelement an den Seitenflächen des Konverterelements angeordnet. Damit kann die von dem Konverterelement aus den Seitenflächen austretende Strahlung reflektiert werden und somit die Auskoppeleffizienz in Richtung Hauptstrahlungsrichtung, also in Richtung senkrecht zur Strahlungshauptfläche oder -seite, erhöht werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip und das Konverterelement jeweils Seitenflächen auf, die von dem Seitenelement formschlüssig direkt bedeckt sind. Mit anderen Worten nimmt das Seitenelement insbesondere die Form der Seitenflächen des Konverterelements und/oder Halbleiterchips an.
  • Insbesondere bedeckt das Seitenelement die Seitenflächen des Konverterelements vollständig. Alternativ oder zusätzlich bedeckt das Seitenelement die Seitenflächen des Halbleiterchips vollständig oder mindestens zu 80 % oder mehr als 90 %. Insbesondere bleiben bei einer Bedeckung von mindestens 80 % die Seitenflächen des Halbleiterchips im Bereich eines Trägers unbedeckt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement eine Keimschicht auf. Insbesondere sind die Seitenflächen des Konverterelements vollständig mit der Keimschicht, insbesondere direkt, bedeckt. Mit anderen Worten ist die Keimschicht direkt an den Seitenflächen, also in unmittelbarem mechanischem, elektrischem und/oder thermischem Kontakt zu dem Konverterelement, angeordnet. Die Keimschicht kann die Seitenflächen des Halbleiterchips und/oder Konverterelements formschlüssig direkt bedecken. Zusätzlich kann die Keimschicht an den Seitenflächen des Halbleiterchips angeordnet sein. Insbesondere bedeckt die Keimschicht die Seitenflächen des Halbleiterchips zumindest bereichsweise direkt. Mit anderen Worten werden die Seitenflächen des Halbleiterchips nicht vollständig von der Keimschicht bedeckt. Dies kann durch den sogenannten Pilzprozess während der Herstellung erzeugt werden. Insbesondere bleiben die Seitenflächen im Bereich des Trägers frei von der Keimschicht. Alternativ oder zusätzlich ist das Seitenelement der Keimschicht lateral nachgeordnet. Insbesondere stehen Seitenelement und Keimschicht in direktem thermischem Kontakt zueinander.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Keimschicht ein Metall auf. Inbesondere handelt es sich um eine leitende, gesputterte Metallschicht. Das Metall ist aus der Gruppe ausgewählt, die Ag, Al, Cu und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist das Metall Ag oder Al. Insbesondere ist die Keimschicht dazu eingerichtet, die von dem Konverterelement und/oder Halbleiterchip erzeugte Wärme in Richtung Seitenelement abzuführen. Zusätzlich kann das Seitenelement auf einem Träger angeordnet sein, sodass die Wärme sowohl über die Keimschicht als auch über das Seitenelement und dem Träger hervorragend abgeführt werden kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Keimschicht reflektierend ausgeformt. Mit reflektierend ist hier gemeint, dass mindestens 90 % oder 95 % der auf die Keimschicht auftretende Strahlung reflektiert wird. Insbesondere kann beispielsweise Silber als Keimschicht verwendet werden. Silber weist ein hohes Reflexionsvermögen auf und kann damit die in dem Konverterelement und/oder in dem Halbleiterchip erzeugte Strahlung leicht reflektieren und damit die Auskoppeleffizienz erhöhen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen das Deckelement und das Seitenelement verschiedene Materialien auf. Insbesondere ist das Seitenelement metallisch und/oder das Deckelement nichtmetallisch. Damit werden unterschiedliche Materialien von Deckelement und Seitenelement miteinander kombiniert. Insbesondere bilden Deckelement und Seitenelement eine hervorragende Versiegelung oder hermetische Verkapselung zumindest für das Konverterelement. Zusätzlich bildet das Seitenelement eine mechanische Stabilisierung für den Halbleiterchip und/oder das Konverterelement.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform verbindet das Seitenelement den Träger und das Konverterelement thermisch miteinander. Damit kann eine hervorragende Abführung der in dem Konverterelement erzeugten Wärme erzeugt werden.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch die Verwendung eines Verkapselungselements, welches ein Deckelement und ein Seitenelement aufweist, eine hervorragende Versiegelung für zumindest das Konverterelement erzeugt werden kann. Damit kann das Konverterelement vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Feuchte, sauren Gasen und/oder Sauerstoff, geschützt werden und damit dessen Degradation verhindert werden. Ferner kann durch die Ausformung des metallischen Seitenelements eine leichte Abführung der in dem Konverterelement entstandenen Wärme erzeugt werden. Damit dient die Verkapselung nicht nur zur Versiegelung gegenüber Umwelteinflüssen, sondern auch zur Wärmeabfuhr. Ferner kann das Verkapselungselement ein Spiegelelement sein, insbesondere dann, wenn das Seitenelement reflektierend ausgeformt ist. Damit kann zusätzlich die über die Seitenflächen des Halbleiterchips und Konverterelements emittierte Strahlung reflektiert und damit die Auskoppeleffizienz erhöht werden. Mit anderen Worten können durch das erfindungsgemäße Verkapselungselement sowohl die thermischen Eigenschaften als auch die optischen Eigenschaften als auch der Schutz des Bauelements vor Umwelteinflüssen verbessert werden.
  • Es wird weiterhin ein Verbund von optoelektronischen Bauelementen angegeben. Der Verbund von optoelektronischen Bauelementen umfasst zumindest ein bisher beschriebenes optoelektronisches Bauelement. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Bauelement offenbarten Merkmale sind auch für den Verbund von optoelektronischen Bauelementen offenbart und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verbund von optoelektronischen Bauelementen zumindest zwei optoelektronische Bauelemente auf. Die optoelektronischen Bauelemente können baugleich oder unterschiedlich aufgebaut sein. Insbesondere weisen benachbarte optoelektronische Bauelemente ein gemeinsames Seitenelement auf. Die optoelektronischen Bauelemente können in dem Verbund auch in einem sogenannten Waferverbund angeordnet sein. Insbesondere sind dann die optoelektronischen Bauelemente in Form einer Matrix auf dem Wafer angeordnet. Durch das gemeinsame Seitenelement kann der Verbund mechanisch stabilisiert werden. Ferner kann das Seitenelement als Wärmesenke für benachbarte Bauelemente verwendet werden. Insbesondere kann das Seitenelement die in dem Halbleiterchip und/oder in dem Konverterelement erzeugte Wärme leicht abtransportieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest benachbarte optoelektronische Bauelemente in Serie zueinander geschalten.
  • Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements stellt vorzugsweise das optoelektronische Bauelement und/oder den Verbund her. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Bauelement oder den Verbund offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements offenbart und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements die folgenden Verfahrensschritte auf:
    • A) Bereitstellen eines Deckelement eines Verkapselungselements,
    • B) Aufbringen eines Konverterelements auf das Deckelement des Verkapselungselements, wobei das Konverterelement Seitenflächen aufweist,
    • C) Aufbringen zumindest eines Halbleiterchips auf das Konverterelement, wobei der Halbleiterchip zur Emission von Strahlung zumindest über eine Strahlungshauptfläche eingerichtet ist. Das Konverterelement weist Seitenflächen auf.
    • D) Aufbringen eines Seitenelements auf die Seitenflächen des Halbleiterchips und auf die Seitenflächen des Konverterelements, sodass das Seitenelement im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip und lateral zum Konverterelement angeordnet ist und zumindest den Halbleiterchip umgibt. Insbesondere umgibt das Seitenelement zumindest den Halbleiterchip direkt, also in direktem elektrischem, mechanischem und/oder thermischem Kontakt. Das Seitenelement und das Deckelement sind insbesondere zumindest bereichsweise direkt in Kontakt zueinander und bilden eine Versiegelung für das Konverterelement vor Umwelteinflüssen. Alternativ oder zusätzlich bildet das Deckelement und das Seitenelement eine Versiegelung für das Konverterelement vor Umwelteinflüssen und/oder hohen Temperaturen. Das Seitenelement weist zumindest ein Metall auf.
  • Mit anderen Worten wird die Versiegelung des Konverterelements bereits während der Herstellung des Bauelements oder des Verbund erzeugt und nicht in einem anschließenden Verfahren, beispielweise wenn das Bauelement in einem Gehäuse eingebracht wird und mit einer Versiegelung vergossen wird. Damit kann das Bauelement kompakter und kostengünstiger hergestellt werden. Zudem können thermomechanische Verspannungen des Bauelements, beispielsweise an den Grenzflächen, reduziert werden, verglichen mit einem Bauelement, das nach dessen Herstellung versiegelt wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Seitenelement im Schritt D) galvanisch hergestellt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor Schritt D) eine Keimschicht vollständig auf die Seitenflächen des Konverterelements und zumindest bereichsweise auf die Seitenflächen des Halbleiterchips aufgebracht. Insbesondere ist die Keimschicht reflektierend ausgeformt. Insbesondere ist die Keimschicht Silber. Alternativ oder zusätzlich ist die Keimschicht eine Legierung aus Silber und Kupfer. Damit kann gleichzeitig die Reflexion als auch die thermische Leitfähigkeit erhöht werden.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
  • Die 1A und 1B jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
  • die 2A eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
  • die 2B eine Draufsicht des optoelektronischen Bauelements der 2A,
  • die 3 eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
  • die 4A bis 4H ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
  • die 5A bis 5C jeweils ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
  • die 6A eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, und
  • die 6B eine Draufsicht des Bauelements der 6A,
  • die 7A bis 7F ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
  • die 8A bis 8C jeweils eine Draufsicht auf einen Verbund eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, und
  • die 9A und 9B jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
  • Die 1A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das optoelektronische Bauelement 100 weist einen Halbleiterchip 1 auf. Der Halbleiterchip 1 kann beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge aus InGaN aufweisen.
  • Insbesondere ist der Halbleiterchip 1 dazu eingerichtet, Strahlung aus dem blauen Spektralbereich zu emittieren. Der Halbleiterchip 1 kann als sogenannter Flip-Chip ausgeformt sein. Mit anderen Worten weist der Halbleiterchip 1 an der der Strahlungshauptfläche 11 abgewandten Seite Rückseitenkontakte 8a und 8b auf. Insbesondere ist die Strahlungshauptfläche 11 senkrecht zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips 1 orientiert. Die Rückseitenkontakte 8a, 8b können mittels einer Isolierung 9 voneinander elektrisch isoliert sein, sodass ein Kurzschluss vermieden ist. Auf der Strahlungshauptfläche 11 des Halbleiterchips 1 kann ein Konverterelement 2, welches beispielsweise Quantenpunkte umfasst, nachgeordnet sein.
  • Insbesondere ist das Konverterelement 2 direkt auf der Strahlungshauptfläche 11 angeordnet. Der Halbleiterchip 1 weist Seitenflächen 12 auf. Das Konverterelement 2 weist Seitenflächen 21 auf. Insbesondere ist das Konverterelement 2 derart auf der Strahlungshauptfläche 11 des Halbleiterchips 1 angeordnet, dass die Seitenflächen 21 des Konverterelements im Querschnitt eine Verlängerung der Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 bilden. Das Konverterelement 2 ist dazu eingerichtet, die von dem Halbleiterchip 1 emittierte Strahlung zumindest teilweise in Strahlung mit veränderter, insbesondere längerer Wellenlänge zu konvertieren.
  • Dem Konverterelement 2 kann ein Deckelement 31, beispielsweis aus Glas oder einem beschichteten Film, nachgeordnet sein. Insbesondere überragen in Seitenansicht oder im Querschnitt die Seitenflächen des Deckelements die Seitenflächen 21 des Konverterelements 2 und/oder die Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1.
  • Lateral zum Halbleiterchip 1 und/oder Konverterelement 2 ist ein Seitenelement 32 angeordnet. Insbesondere umgibt das Seitenelement 32 das Konverterelement 2 und/oder den Halbleiterchip 1 vollständig. Mit anderen Worten bedeckt das Seitenelement 32 zumindest teilweise oder vollständig alle Seitenflächen des Halbleiterchips 1 und/oder alle Seitenflächen 21 des Konverterelements 2. Das Seitenelement 32 weist einen direkten Kontakt zum Deckelement 31 auf. Insbesondere wirken starke Adhäsionskräfte zwischen dem Seitenelement 32 und dem Deckelement 31. Insbesondere sind das Deckelement 31 und das Seitenelement 32 im Querschnitt als umgekehrtes U ausgeformt.
  • Insbesondere bildet das Deckelement 31 und das Seitenelement 32 ein Verkapselungselement 3. Das Verkapselungselement 3 bildet eine Versiegelung für das Konverterelement 2 vor Umwelteinflüssen und/oder hohen Temperaturen. Insbesondere weist das Seitenelement 32 ein hochthermisch leitfähiges Metall auf, beispielsweise Kupfer. Damit kann die von in dem Konverterelement 2 erzeugte Wärme leicht über das Seitenelement 32 abgeführt werden (durch die Pfeile dargestellt). Alternativ oder zusätzlich kann das Bauelement 100 einen Träger 4 aufweisen. Der Träger 4 kann beispielsweise ein metallischer Leiterrahmen sein. Damit kann die von dem Konverterelement 2 erzeugte Wärme leicht über das Seitenelement 32 und über den Träger 4 abgeführt werden.
  • Das Seitenelement 32 kann als Schicht oder Platte ausgeformt sein. Insbesondere weist das Seitenelement 32 im Querschnitt eine Schichtdicke von > 50 µm auf. Alternativ können die Seitenflächen 21 des Konverterelements 2 direkt mit dem Seitenelement 32 in Kontakt stehen.
  • Insbesondere bildet das Seitenelement 32 zusammen mit dem Träger 4 eine Wärmesenke zur Abführung der in dem Konverterelement 2 und/oder in dem Halbleiterchip 1 entstandenen Wärme. Damit kann eine Degradation des Konverterelements verhindert werden. Zusätzlich kann der Halbleiterchip 1 und das Konverterelement 2 mechanisch stabilisiert werden.
  • Die 1B zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 der 1B unterscheidet sich von dem Bauelement 100 der 1A dadurch, dass zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Konverterelement 2 eine weitere Schicht, insbesondere eine Kleberschicht 7, angeordnet ist. Ferner kann zwischen dem Konverterelement 2 und dem Deckelement 31 eine weitere Schicht 7, beispielsweise eine Kleberschicht, angeordnet sein.
  • Alternativ oder zusätzlich kann zwischen dem Seitenelement 32 und den Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 und/oder den Seitenflächen 21 des Konverterelements 2 eine Keimschicht 6 angeordnet sein. Die Keimschicht 6 kann zusätzlich zwischen dem Seitenelement 32 und dem Deckelement 31 ausgeformt sein. Insbesondere ist die Keimschicht 6 im Querschnitt gesehen als umgekehrtes L ausgeformt. Insbesondere ist die Keimschicht 6 thermisch leitfähig.
  • Die 2A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 der 2A unterscheidet sich von dem Bauelement der 1B dadurch, dass das Bauelement elektrische Anschlussstellen 10a und 10b aufweist. Insbesondere sind die elektrischen Anschlussstellen 10a ein n-Kontakt und 10b ein p-Kontakt. Insbesondere sind das Seitenelement 32 und der p-Kontakt 10b in thermischem Kontakt zueinander angeordnet. Insbesondere ist der Kontakt 10b zwischen dem Träger 4 und dem Seitenelement 32 angeordnet. Damit kann eine leichte Wärmeabführung über das Seitenelement 32 und dem p-Kontakt 10b zum Träger 4 erfolgen. Der n-Kontakt 10a ist unterhalb des Halbleiterchips, insbesondere im Querschnitt mittig von dem Halbleiterchip 1, angeordnet.
  • Die 2B zeigt die Draufsicht des optoelektronischen Bauelements der 2A. Aus der 2B ist ersichtlich, dass die elektrische Anschlussstelle 10b den Halbleiterchip 1 umgibt. Die elektrische Anschlussstelle 10b, insbesondere der p-Kontakt, dient hier insbesondere zur elektrischen Kontaktierung und als thermische Wärmesenke.
  • Das Seitenelement 32 umgibt den Halbleiterchip 1. Insbesondere umgibt das Seitenelement 32 alle Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 formschlüssig.
  • Die 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 der 3 unterscheidet sich von dem Bauelement der 2A dadurch, dass der Träger 4 des Bauelements der 3A lateral zum Halbleiterchip 1 und zum Seitenelement 32 angeordnet ist. Mit anderen Worten kann das Seitenelement 32 auf dem Träger 4 angeordnet sein (wie in 2A gezeigt) oder der Träger 4 kann seitlich, also an den Seitenflächen des Seitenelements 32, angeordnet sein.
  • Die 4A bis 4H zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Insbesondere erfolgen die Verfahrensschritte der 4A und 4B unter inerter Atmosphäre.
  • Die 4A zeigt das Bereitstellen eines Deckelements 31, das insbesondere ein Glas oder ein Versiegelungsfilm ist. Auf diesem Deckelement 31 wird das Konverterelement 2 aufgebracht. Das Konverterelement 2 umfasst insbesondere ein Matrixmaterial. Insbesondere ist das Matrixmaterial ein negatives Fotoresistmaterial. Beispielsweise ist das Matrixmaterial ein Ormocer, insbesondere ein Ormoclear. Das Matrixmaterial ist insbesondere UV-härtbar. In diesem Matrixmaterial werden insbesondere Konvertermaterialien, beispielsweise Quantenpunkte, eindispergiert. Dieses Konverterelement 2 wird auf das Deckelement 31 aufgebracht (4A).
  • Anschließend erfolgt das Aufbringen zumindest eines Halbleiterchips 1. In 4B werden zwei Halbleiterchips 1 aufgebracht. Insbesondere können auch mehr als zwei Halbleiterchips 1 aufgebracht werden. Die Halbleiterchips 1 werden direkt auf das Konverterelement 2 aufgebracht. Anschließend werden Masken 13 auf der dem Halbleiterchip 1 abgewandten Seite des Deckelements 31 aufgebracht.
  • Anschließend erfolgt das Härten des Matrixmaterials des Konverterelements 2. Das Härten erfolgt fotolithografisch 14, insbesondere mit UV-Strahlung. Dadurch wird das Matrixmaterial selektiv ausgehärtet und die jeweiligen Halbleiterchips 1 und Konverterelemente 2 fixiert.
  • Anschließend kann das nichtgehärtete Matrixmaterial des Konverterelements 2 entfernt werden (4C). Damit entsteht ein Konverterelement 2 zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Deckelement 31. Anschließend kann eine Versiegelung aufgebracht werden. Die Versiegelung kann mittels Atomlagenabscheideverfahren (atomic layer deposition, ALD) aufgebracht werden. Diese Versiegelungsschicht kann temporär sein. Beispielsweise können anorganische Oxide, wie beispielsweise Aluminiumoxid, temporär aufgebracht werden. Alternativ könnte auch unter inerter Atmosphäre gearbeitet werden.
  • Anschließend, wie in 4D gezeigt, kann eine Fotoresistschicht 15 aufgebracht werden. Insbesondere wird die Fotoresistschicht 15 auf der Seite der Rückseitenkontakte 8a, 8b aufgebracht. Dies kann mittels Fotolithografie oder eines sogenannten Alpha-Cube-Prozesses erfolgen. Damit können die Rückseitenkontakte 8a, 8b geschützt werden.
  • Die 4E zeigt, dass die Fotoresistschicht 15 gleichzeitig als Maske verwendet werden kann. Insbesondere reichen die Seitenflächen der Maske über die Seitenflächen 12, 21 des Halbleiterchips 1 und/oder des Konverterelements 2 hinaus. Damit entsteht eine Anordnung eines Bauelements, die wie ein Pilz aussieht. Deshalb wird dieser Prozess auch Pilz-Prozess genannt.
  • 4F zeigt optional das Aufbringen einer Keimschicht 6. Die Keimschicht 6 wird insbesondere auf der Oberfläche des Deckelements 31 und auf der Seitenfläche 21 des Konverterelements 2 und zumindest bereichsweise auf den Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 aufgebracht. Die Keimschicht 6 kann mittels Sputtern oder galvanisch aufgebracht werden. Da die Fotoresistschicht 15 überhängende Kanten aufweist, werden die Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 nicht vollständig mit der Keimschicht 6 bedeckt. Die Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 sind insbesondere direkt unterhalb 60 der Fotoresistschicht 5 frei von der Keimschicht 6. Die Keimschicht 6 umfasst insbesondere ein thermisch leitendes Metall oder leitendes Material, beispielsweise Kupfer oder ein anderes Metall. Die Keimschicht 6 weist insbesondere eine Schichtdicke von < 100 nm auf.
  • 4G zeigt das Aufbringen des Seitenelements 32. Insbesondere erfolgt das Aufbringen des Seitenelements 32 galvanisch. Das Seitenelement 32 kann beispielsweise Kupfer oder Nickel sein. Alternativ sind auch andere galvanische Elemente oder Legierungen, wie beispielsweise Eisen, Zink oder andere Edelmetalle, wie Gold und Kupfer, geeignet. Das Seitenelement 32 verbindet sich zumindest elektrisch mit der Keimschicht 6.
  • Anschließend kann die Fotoresistschicht 15 entfernt werden und die benachbarten Bauelemente vereinzelt werden 16 (4H). Es resultiert ein Bauelement 100, beispielsweise der 1A oder 1B.
  • Die 5A und 5B zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Die Verfahrensschritte der 5A und 5B erfolgen insbesondere unter inerter Atmosphäre. Die 5A zeigt das Bereitstellen eines Deckelements 31. Auf diesem Deckelement 31 wird ein Konverterelement 2 aufgebracht. Das Konverterelement 2 weist ein Matrixmaterial auf, welches ein positives Resistmaterial umfasst. In diesem positiven Resistmaterial ist insbesondere ein Konvertermaterial, beispielsweise Quantenpunkte, eindispergiert.
  • Das Verfahren der 5A bis 5C unterscheidet sich von dem Verfahren der 4A bis 4C dadurch, dass bei dem Verfahren der 5A bis 5C ein positives Resistmaterial verwendet wird, währenddessen bei den 4A bis 4C ein Negativresistmaterial verwendet wird.
  • Die 5B zeigt das Aufbringen der Halbleiterchips 1. Die Halbleiterchips 1 werden auf das Konverterelement 2 aufgebracht. Da es sich hier um ein positives Resistmaterial in dem Konverterelement 2 handelt, wird das Konverterelement 2 durch Fotolithografie von der Halbleiterchipseite her bestrahlt. Die Strahlung 14 erfolgt insbesondere mit UV-Strahlung. Hier dient also der Halbleiterchip 1 als Maske, während im Prozess der 4A bis 4H eine zusätzliche Maske 13 aufgebracht werden muss. Durch die Fotolithografieprozesse wird das Fotoresistmaterial im Konverterelement 2 ausgehärtet. Anschließend, wie in 5C gezeigt, kann das überschüssige Konverterelement 2 entfernt werden. Zusätzlich kann eine zusätzliche Versiegelungsschicht, die temporär ist, mittels ALD aufgebracht werden.
  • Nach dem Schritt der 5C können analog die Schritte der 4D bis 4H erfolgen.
  • Die 6A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform. Das optoelektronische Bauelement 100 zeigt eine Halbleiterschichtenfolge 101 bis 103 auf. Die Schicht 101 ist zumindest eine n-Halbleiterschicht. Die Schicht 102 ist die aktive Schicht und die Schicht 103 zumindest eine p-Halbleiterschicht. Die n-Halbleiterschicht 101 wird mittels eines n-Kontaktes 10a elektrisch kontaktiert. Die Schicht 103 wird mittels eines p-Kontaktes 10b elektrisch kontaktiert. Das Bauelement 100 weist ferner ein Deckelement 31 und ein Konverterelement 2 auf, das zwischen der Halbleiterschichtenfolge 101 bis 103 und dem Deckelement 31 angeordnet ist. Lateral zum Halbleiterchip 1, welche die Halbleiterschichtenfolge 101 bis 103 umfasst, ist das Seitenelement 32 angeordnet. Zwischen dem Seitenelement 32 und dem Halbleiterchip 1 ist eine Keimschicht 6 angeordnet. Das Bauelement 100 weist ferner ein isolierendes Material 17 auf. Die Keimschicht 6 ist insbesondere als Spiegelschicht ausgeformt. Mit anderen Worten reflektiert die Keimschicht 6 die von dem Halbleiterchip 1 emittierte Strahlung.
  • Die 6B zeigt eine Draufsicht des Bauelements der 6A. Aus der 6B ist ersichtlich, dass das Seitenelement 32 die Seitenflächen 12 des Halbleiterchips und insbesondere die Seitenflächen 21 des Konverterelements 2 allseitig und formschlüssig umgibt.
  • Das Seitenelement 32, das insbesondere eine galvanische Platte ist, ist zur mechanischen Stabilisierung eingerichtet. Ferner kann das Seitenelement 32 als Wärmesenke für das Konverterelement 2 dienen.
  • Die 7A bis 7F zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Die 7A zeigt das Bereitstellen eines Trägers 4. Insbesondere ist der Träger 4 ein reversibler Träger.
  • Anschließend erfolgt das Aufbringen eines Halbleiterchips 1, hier am Beispiel von zwei Halbleiterchips 1 gezeigt. Insbesondere werden die Halbleiterchips 1 mit ihren Rückseitenkontakten 8a, 8b auf den reversiblen Träger aufgebracht.
  • Anschließend kann ein isolierendes Material 17 als eine Kunststoffschicht aufdispergiert werden (7B). Damit werden benachbarte Halbleiterchips 1 voneinander elektrisch isoliert.
  • Die 7C zeigt das Aufbringen eines Konverterelements 2 und eines Deckelements 31 jeweils auf einen Halbleiterchip 1. Das Deckelement 31 kann beispielsweise aus Glas oder Siliziumdioxid sein.
  • Die 7D zeigt anschließend das Aufbringen einer Keimschicht 6. Die Keimschicht 6 wird insbesondere an den Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 und an den Seitenflächen 21 des Konverterelements 2 aufgebracht. Die Keimschicht 6 umfasst insbesondere ein Metall. Insbesondere ist die Keimschicht 6 aus Silber geformt. Die Keimschicht 6 wird mittels Sputtern aufgebracht. Insbesondere erfolgt das Aufbringen mit Fototechnik.
  • Anschließend kann das Aufbringen des Seitenelements 32 erfolgen (7E). Das Seitenelement 32 wird zwischen benachbarte Halbleiterchips 1 aufgebracht. Das Seitenelement 32 ist insbesondere in direktem Kontakt zur Keimschicht 6 angeordnet. Das Seitenelement 32 kann aus Kupfer oder Nickel sein.
  • Anschließend, wie in 7F gezeigt, können die Bauelemente 100 vereinzelt 16 werden. Dies kann mechanisch oder lithografisch erfolgen.
  • Die 8A bis 8C zeigen jeweils einen Verbund von optoelektronischen Bauelementen. Die 8A zeigt die Draufsicht eines Verbundes von optoelektronischen Bauelementen. Hier werden vier optoelektronische Bauelemente 100 dargestellt. Es können aber auch mehr als vier optoelektronische Bauelemente einen Verbund bilden. Insbesondere sind die optoelektronischen Bauelemente als sogenannte Arrays ausgeformt. Insbesondere weist der Verbund von benachbarten optoelektronischen Bauelementen ein gemeinsames Seitenelement 32 auf. Mit anderen Worten teilen sich benachbarte Bauelemente ein Seitenelement 32. Das Seitenelement 32 kann aus einem Metall ausgeformt sein. Dadurch kann die mechanische Stabilität erhöht werden und das Seitenelement 32 als thermische Senke für die jeweiligen Halbleiterchips 1 und Konverterelemente 2 genutzt werden. Das Seitenelement 32 kann abhängig von den thermischen Erfordernissen entsprechend angepasst werden. Ist die thermische Leitfähigkeit des Konverterelements 2 hoch, kann die Größe des Konverterelements 2 im Vergleich zu dem Ausmaßen des Seitenelements 32 vergleichsweise groß gewählt werden. Ist die thermische Leitfähigkeit des Konverterelements 2 eher gering, können die Ausmaße des Seitenelements 32 zur verbesserten Wärmeabfuhr vergleichsweise groß gewählt werden. Das Deckelement 31 kann zusätzlich diffuse oder optische Elemente zur Erhöhung der Lichtauskopplung aufweisen.
  • Die 8B zeigt den Verbund der 8A von unten. Insbesondere ist der Verbund, wie in 8C gezeigt, in Serie geschalten.
  • Die 9A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Insbesondere zeigt die 9A eine Ausgestaltung eines Halbleiterchips. Der Halbleiterchip 1 weist insbesondere elektrische Kontakte 10a und 10b auf. Insbesondere ist der elektrische Kontakt 10a in direktem Kontakt mit dem Seitenelement 32. Der Halbleiterchip 1 ist insbesondere derart ausgeformt, dass er Durchkontaktierungen zu den entsprechenden Halbleiterschichten aufweist. Das Bauelement 100 weist einen Combospiegel 19 auf. Zusätzlich kann das Seitenelement 32 bei der Ausgestaltung des Halbleiterchips 1 in direktem Kontakt zum Konverterelement 2 angeordnet sein (hier nicht gezeigt).
  • Insbesondere kontaktiert der elektrische Kontakt 10b als p-Kontakt die p-Halbleiterschicht 103. Der der elektrische Kontakt 10a als n-Kontakt kontaktiert insbesondere die n-Halbleiterschicht 101. Insbesondere weist der n-Kontakt Durchbohrungen zur n-Halbleiterschicht 101 auf. Der Halbleiterchip 1 der 9A weist Rückseitenkontakte 8a, 8b auf, die beide auf der gleichen Seite liegen und mit den jeweiligen p-/n-Kontakten 10a, 10b elektrisch verbunden sind und aus eine gleichen Material geformt sind.
  • Die 9B zeigt eine unterschiedliche Ausgestaltung eines Halbleiterchips 1. Insbesondere unterscheidet sich das Bauelement der 9B von dem Bauelement der 9A dadurch, dass das Bauelement der 9B zusätzlich einen Submount 18 aufweist. Der Submount 18+ kann beispielsweise aus Silizium oder Keramik sein.
  • Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in Verbindung mit den Figuren offenbart sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (15)

  1. Optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend – einen Halbleiterchip (1), der zur Emission von Strahlung (5) zumindest über eine Strahlungshauptfläche (11) eingerichtet ist, – ein Konverterelement (2), das im Strahlengang des Halbleiterchips (1) angeordnet ist, – ein Verkapselungselement (3), das ein Deckelement (31) und ein Seitenelement (32) aufweist und zumindest eine Versiegelung für das Konverterelement (2) vor Umwelteinflüssen bildet, wobei das Deckelement (31) über dem Konverterelement (31) angeordnet ist und das Seitenelement (32) im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip (1) und Konverterelement (2) angeordnet ist und den Halbleiterchip (1) umgibt, wobei das Seitenelement (32) und das Deckelement (31) zumindest bereichsweise direkt in Kontakt stehen, wobei das Seitenelement (32) zumindest ein Metall aufweist.
  2. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei das Seitenelement (32) aus zumindest einem galvanischen Metall besteht und das Deckelement (31) ein von dem Seitenelement (32) verschiedenes Material aufweist und transparent für die von dem Halbleiterchip (1) emittierte Strahlung ist, wobei das Seitenelement (32) eine Dicke von kleiner 50 µm aufweist.
  3. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konverterelement (2) Quantenpunkte aufweist.
  4. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Seitenelement (32) als elektrischer Anschlusskontakt des Halbleiterchips (1) ausgeformt ist.
  5. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das Seitenelement (32) auf einem Träger (4) angeordnet ist, so dass das Seitenelement (32) als Wärmesenke für das Konverterelement (2) und/oder den Halbleiterchip (1) eingerichtet ist und zumindest eine Degradation des Konverterelements (2) verhindert ist.
  6. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Seitenelement (32) reflektierend ausgeformt ist.
  7. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Keimschicht (6) aufweist, die die Seitenflächen (21) des Konverterelements (2) vollständig direkt bedeckt und die Seitenflächen (12) des Halbleiterchips (1) zumindest bereichsweise direkt bedeckt, wobei das Seitenelement (32) der Keimschicht (6) lateral direkt nachgeordnet ist.
  8. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Keimschicht (6) reflektierend ausgeformt ist.
  9. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Halbeiterchip (1) und das Konverterelement (2) jeweils Seitenflächen (12, 21) aufweisen, die von der Keimschicht (6) formschlüssig direkt bedeckt sind.
  10. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Seitenelement (32) Kupfer oder Nickel aufweist.
  11. Verbund von optoelektronischen Bauelementen nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei benachbarte optoelektronische Bauelemente (100) ein gemeinsames Seitenelement (32) aufweisen.
  12. Verbund nach Anspruch 11, wobei zumindest benachbarte optoelektronische Bauelemente (100) in Serie zueinander geschalten sind.
  13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, mit den Schritten: A) Bereitstellen eines Deckelement (31) eines Verkapselungselements (3), B) Aufbringen eines Konverterelements (2) auf das Deckelement (31) des Verkapselungselements (3), wobei das Konverterelement (2) Seitenflächen (21) aufweist, C) Aufbringen zumindest eines Halbleiterchips (1) auf das Konverterelement (2), wobei der Halbleiterchip (1) zur Emission von Strahlung (5) zumindest über eine Strahlungshauptfläche (11) eingerichtet ist und Seitenflächen (12) aufweist, und D) Aufbringen eines Seitenelements (32) auf die Seitenflächen (12) des Halbleiterchips (1) und auf die Seitenflächen (21) des Konverterelements (2), so dass das Seitenelement (32) im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip (1) und Konverterelement (2) angeordnet ist und zumindest den Halbleiterchip (1) direkt umgibt, wobei das Seitenelement (32) und das Deckelement (31) zumindest bereichsweise direkt in Kontakt stehen und eine Versiegelung für das Konverterelement (2) vor Umwelteinflüssen bilden, wobei das Seitenelement (32) zumindest ein Metall aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Seitenelement (32) im Schritt D) galvanisch hergestellt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei vor Schritt D) eine Keimschicht (6) vollständig auf die Seitenflächen (21) des Konverterelements (2) und zumindest bereichsweise auf die Seitenflächen (12) des Halbleiterchips (1) aufgebracht wird, wobei die Keimschicht (6) reflektierend ausgeformt ist.
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