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Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauteil gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauteils gemäß Patentanspruch 9.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, ein optoelektronisches Bauteil auf einem Leiterrahmen anzuordnen, den Leiterrahmen in ein Moldmaterial einzubetten und das optoelektronische Halbleiterbauelement mit einer Konversionsschicht zu versehen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches Bauteil und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauteils bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Bauteil gemäß Patentanspruch 1 und durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
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Ein Vorteil des beschriebenen Bauteils besteht darin, dass eine verbesserte Homogenität der Farbe über den Abstrahlwinkel erreicht wird.
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Das vorgeschlagene Verfahren weist den Vorteil auf, dass mit einfachen und kostengünstigen Mitteln ein optoelektronisches Bauteil bereitgestellt werden kann, das eine geringe Änderung der Farbe des abgestrahlten Lichtes über den Abstrahlwinkel aufweist.
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In den abhängigen Ansprüchen sind weitere Ausbildungsformen des Bauteils beziehungsweise des Verfahrens angegeben.
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Es wird ein optoelektronisches Bauteil mit einem optoelektronischen Bauelement vorgeschlagen, wobei das Bauelement ausgebildet ist, um eine elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, wobei ein Formkörper vorgesehen ist, wobei der Formkörper eine Ausnehmung mit einem Boden und vier Seitenwänden aufweist, wobei das Bauelement auf dem Boden der Ausnehmung angeordnet ist, wobei die Ausnehmung oberhalb des Bauelementes wenigstens teilweise mit Konversionsmaterial gefüllt ist, wobei das Konversionsmaterial ausgebildet ist, um elektromagnetische Strahlung des Bauelementes in der Wellenlänge zu verschieben.
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In einer Ausführung sind elektrische Kontakte des Bauelementes über den Boden auf eine Außenseite des Formkörpers geführt. Auf diese Weise ist eine einfache Kontaktierung des Bauteils möglich. Eine gute Einbettung der Kontakte wird dadurch erreicht, dass die Kontakte in den Formkörper eingegossen sind.
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In einer Ausführung weist das Bauelement eine Schichtfolge von Halbleiterschichten, insbesondere in Form von epitaktischen Halbleiterschichten auf. Dadurch kann ein Bauelement mit guten optoelektronischen Eigenschaften bereitgestellt werden.
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In einer Ausführung ist der Formkörper aus Moldmaterial gebildet. Dadurch kann mit einfachen Mitteln ein Gehäuse für das Bauteil hergestellt werden.
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Das optoelektronische Bauelement ist in einer Ausführung als lichtemittierende Diode oder als Laserdiode ausgebildet. In einer weiteren Ausführung ist das Bauelement als oberflächenemittierendes Bauelement ausgebildet.
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Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauteils vorgeschlagen, wobei auf einen Träger Schichten für ein optoelektronisches Bauelement abgeschieden werden, wobei anschließend elektrische Kontakte zur Kontaktierung von zwei elektrischen Anschlüssen des Bauelementes auf die Schichten abgeschieden werden, wobei der Träger und die Schichten mit Gräben versehen werden, wobei die Gräben wenigstens ein Teilstück des Trägers und der Schichten umgeben, wobei ein Moldmaterial in die Gräben eingefüllt wird, wobei eine freie Seite der Schichten mit dem Moldmaterial bedeckt wird, wobei das Moldmaterial zu einer Formkörperstruktur ausgehärtet wird, wobei die Formkörperstruktur wenigstens eine Ausnehmung aufweist, wobei in der Ausnehmung ein erstes Teilstück des Trägers und ein zweites Teilstück der Schichten angeordnet ist, wobei das erste Teilstück von dem zweiten Teilstück gelöst und aus der Ausnehmung entfernt wird, wobei in einen freien Raum der Ausnehmung Konversionsmaterial eingefüllt wird, wobei das Konversionsmaterial ausgebildet ist, um elektromagnetische Strahlung des Bauelementes in der Wellenlänge zu verschieben.
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In einer Ausführung wird die Formkörperstruktur in einzelne Formkörper mit wenigstens einer Ausnehmung und wenigstens einem Bauelement unterteilt. Somit kann auf einfache Weise eine Vielzahl von Bauteilen hergestellt werden.
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In einer Ausführung werden die ersten Teilstücke des Trägers mithilfe von Laserstrahlen von den Schichten abgelöst und aus der Ausnehmung entfernt. Laserstrahlen eignen sich, um die ersten Teilstücke präzise von den Schichten zu lösen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
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1 einen schematischen Querschnitt durch das Bauteil,
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2 eine schematische Draufsicht auf das Bauteil,
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3 eine schematische Darstellung der Unterseite des Bauteils,
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4 einen ersten Verfahrensschritt,
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5 einen zweiten Verfahrensschritt,
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6 einen dritten Verfahrensschritt,
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7 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes der Oberseite der Anordnung nach dem dritten Verfahrensschritt,
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8 einen vierten Verfahrensschritt,
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9 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes der Oberseite der Anordnung nach dem vierten Verfahrensschritt,
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10 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes der Unterseite der Anordnung nach dem vierten verfahrensschritt,
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11 einen fünften Verfahrensschritt,
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12 einen sechsten Verfahrensschritt,
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13 einen achten Verfahrensschritt zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils, und
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14 schematisch vereinzelte Bauteile darstellt.
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1 zeigt in einem schematischen Querschnitt ein optoelektronisches Bauteil 1, das ein optoelektronisches Bauelement 2 aufweist. Das Bauelement 2 ist auf einem Boden 3 einer Ausnehmung 5 eines Formkörpers 4 angeordnet. Oberhalb des Bauelementes 2 ist in der Ausnehmung 5 ein Konversionsmaterial 6 angeordnet. Die Ausnehmung 5 ist von Seitenwänden 7, 8 umgeben. Weiterhin sind elektrische Kontakte 11, 12 des Bauelementes 2 durch den Boden 3 bis zur Unterseite 13 des Bodens 3 herausgeführt. Die Kontakte 11, 12 stehen mit elektrischen Anschlüssen des Bauelementes 2 in Verbindung. Abhängig von der gewählten Ausführung könnten die Kontakte 11, 12 auch seitlich über wenigstens eine Seitenwand aus der Ausnehmung 5 des Formkörpers 4 herausgeführt sein.
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Der Formkörper 4 ist z.B. aus einem Moldmaterial hergestellt. Als Moldmaterial kann beispielsweise Silikon oder Epoxymaterial oder ein Kunststoffmaterial verwendet werden. Der Formkörper 4 ist abhängig von der gewählten Ausführungsform nicht durchlässig für die elektromagnetische Strahlung, die vom Bauelement 2 erzeugt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gesamte Ausnehmung 5 oberhalb des Bauelementes 2 mit dem Konversionsmaterial 6 aufgefüllt. Das Konversionsmaterial 6 kann ein Matrixmaterial und Leuchtstoffe aufweisen. Das Konversionsmaterial 6 ist ausgebildet, um eine elektromagnetische Strahlung in der Wellenlänge wenigstens teilweise zu verschieben. Als Leuchtstoff kann beispielsweise Phosphor verwendet werden. Das Matrixmaterial kann beispielsweise Silikon sein.
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Das Bauelement 2 ist als lichtemittierendes Bauelement ausgebildet. Das lichtemittierende Bauelement 2 kann z.B. in Form einer lichtemittierenden Diode oder in Form einer lichtemittierenden Laserdiode ausgebildet sein. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann im Wesentlichen die gesamte Fläche des Bodens 3 von dem Bauelement 2 bedeckt sein.
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Das Bauelement 2 weist eine Schichtfolge von Halbleiterschichten auf. Wenigstens ein Teil der Halbleiterschichten kann als epitaktisch abgeschiedene Schichten ausgebildet sein. Die Halbleiterschichten weisen eine aktive Schichtstruktur auf, die ausgebildet ist, um bei einer Bestromung elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Beispielsweise weist die aktive Schichtstruktur eine pn-Schichtstruktur auf, um elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die aktive Schichtstruktur eine Quantenstruktur mit Quantentöpfen aufweisen. Der erste Kontakt 11 ist mit einer positiv dotierten Seite und der zweite Kontakt 12 ist mit einer negativ dotierten Seite der pn-Schichtstruktur elektrisch leitend verbunden.
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Das Bauelement 2 besteht im Wesentlichen aus den Halbleiterschichten und dem ersten und dem zweiten Kontakt 11, 12. Somit kann auf ein Gehäuse für das Bauelement 2 verzichtet werden. Der Formkörper 4 stellt ein Gehäuse für das Bauelement 2 dar.
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2 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Oberseite des Bauteils 1 mit Blick auf die rahmenartige Struktur des Formkörpers 4 mit den vier Seitenwänden 7, 8, 9, 10, die das Konversionsmaterial 6 umgeben. In der dargestellten Ausführungsform sind die erste und die zweite Seitenwand 7, 8 parallel zueinander angeordnet. Ebenso sind die dritte und die vierte Seitenwand 9, 10 parallel zueinander angeordnet. Die Ausnehmung 5 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine rechteckförmige Grundfläche auf. Das Bauteil 1 kann jedoch auch andere Formen aufweisen.
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3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Unterseite 13 des Bodens 3 des Bauteils 1. Die Kontakte 11, 12 weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine quadratische Fläche auf. Die Kontakte 11, 12 können auch andere Formen aufweisen.
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Die 4 bis 6 zeigen einen Teil der Verfahrensschritte zur Herstellung eines Bauteils gemäß der 1 bis 3. 4 zeigt einen schematischen Teilquerschnitt durch einen Träger 14. Der Träger 14 kann beispielsweise aus Saphir bestehen, insbesondere als Saphirwafer ausgebildet sein. Auf den Träger 14 wird eine Schichtfolge 15 von Halbleiterschichten mit einer aktiven Schichtstruktur abgeschieden. Die Schichtfolge 15 kann beispielsweise wenigstens teilweise epitaktisch abgeschiedene Halbleiterschichten aufweisen. Abhängig von der gewählten Funktion für die Schichtfolge 15 sind die Abfolge der Halbleiterschichten und die Materialien der Halbleiterschichten gewählt. Zudem können anstelle von Halbleiterschichten auch andere Schichten abgeschieden werden, mit denen eine elektromagnetische Strahlung erzeugt werden kann. Der Träger 14 und die Schichtfolge 15 bilden eine Schichtanordnung 24.
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5 zeigt einen Verfahrensschritt, bei dem auf die Schichtfolge 15 mehrere Paare von ersten und zweiten Kontakten 11, 12 abgeschieden und mit festgelegten Halbleiterschichten der Schichtfolge 15 elektrisch verbunden werden. Dazu wird die Schichtfolge 15 entsprechend strukturiert oder ist entsprechend ausgebildet, um die Kontakte 11, 12 mit den entsprechenden Schichten in Kontakt zu bringen. Der erste und der zweite Kontakt 11, 12 werden jeweils als Paar nebeneinander angeordnet. Paare von Kontakten 11, 12 werden in einem vorgegebenen Raster mit vorgegebenen Abständen zwischen den Paaren der Kontakte 11, 12 auf die Schichtfolge 15 aufgebracht.
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Beispielsweise ist der erste Kontakt 11 mit einer p-Seite der Schichtfolge 15 elektrisch leitend oder direkt verbunden. Der zweite Kontakt 12 ist mit einer n-Seite der Schichtfolge 15 elektrisch leitend oder direkt verbunden. Die Kontakte 11, 12 sind aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Metall gebildet. Anstelle von Metall können auch andere elektrisch leitende Materialien verwendet werden. Die Abscheidung und Verbindung mit den gewünschten Halbleiterschichten wird z.B. mithilfe von fotolithographischen Prozessen durchgeführt. Auf einer Unterseite des Trägers 14 ist eine Trägerfolie 17 aufgebracht. Abhängig von der gewählten Ausführung kann auch eine Trägerstruktur auf die Unterseite des Trägers 14 aufgebracht sein. Zudem kann auf die Trägerfolie 17 oder die Trägerstruktur verzichtet werden.
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Bei einem folgenden Verfahrensschritt, der in 6 dargestellt ist, werden Gräben 16 in den Träger 14 und in die Schichtfolge 15 eingebracht, so dass die Gräben 16 durch die Schichtfolge 15 und den Träger 14 hindurchgehen. Die Trägerfolie 17 hält den durch die Gräben strukturierten Träger 14 und strukturierte Schichtfolge 15 zusammen. Der Träger 14 ist in Teilstücke 18 unterteilt. Die Schichtfolge 15 ist in zweite Teilstücke 22 unterteilt.
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7 zeigt einen Teilabschnitt der Anordnung der 6 mit Blick auf die Kontakte 11, 12. Es ist deutlich zu erkennen, dass mithilfe der Gräben 16 Teilstücke 18 des Trägers 14 und die zweiten Teilstücke 22 der Schichtfolge 15 voneinander separiert sind. Jedes Teilstück 18 weist ein Teilstück des Trägers 14, einen ersten und einen zweiten Kontakt 11, 12, und ein Teilstück der Schichtfolge 15 mit der aktiven Schichtstruktur auf. Abhängig von der gewählten Ausführung können die Teilstücke 18 und zweiten Teilstücke 22 auch andere Formen aufweisen oder mehrere Paare von Kontakten 11, 12 aufweisen.
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In einem folgenden Verfahrensschritt werden die Gräben 16 und eine Oberseite der Schichtfolge 15 mit Moldmaterial 19 aufgefüllt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform wird eine Schichtdicke des Moldmaterials 19 auf der Schichtfolge 15 in der Weise gewählt, dass die ersten und zweiten Kontakte 11, 12 noch über das Moldmaterial 19 hinausragen. Das Moldmaterial 19 wird ausgehärtet. Anschließend wir die Trägerfolie 17 entfernt. Dieser Verfahrensstand ist in 8 dargestellt.
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9 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf die Anordnung der 8. Dabei sind jeweils Paare mit einem ersten und einem zweiten Kontakt 11, 12 sichtbar, die über das Moldmaterial 19 hinausragen.
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10 zeigt eine Draufsicht eines Teilausschnittes der 8 mit Blick auf eine Unterseite des Trägers 14, wobei die Trägerfolie 17 entfernt ist. Bei dieser Anordnung ist eine Gitterstruktur 20 aus Moldmaterial 19 erkennbar, die Teilstücke 18 des Trägers 14 umgibt. Die Gitterstruktur 20 wird durch die mit Moldmaterial gefüllten Gräben 16 dargestellt. Die Gitterstruktur 20 weist Seitenwände 7, 8, 9, 10 auf, die jeweils ein Teilstück 18 eines Trägers 14 begrenzen.
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Bei einem folgenden Verfahrensschritt werden die Teilstücke 18 des Träger 14 von den zweiten Teilstücken 22 der Schichtfolge 15 beispielsweise mithilfe eines Laser Abtrageverfahren (Laser-lift-off) gelöst und aus der Gitterstruktur 20 entfernt. Somit verbleibt nur ein zweites Teilstück 22 der Schichtfolge 15 in den Ausnehmungen der Gitterstruktur 20, die mit einem Boden im Bereich der Kontakte verschlossen ist.
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11 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung der 8 nach dem Entfernen der ersten Teilstücke 18 von den zweiten Teilstücken 22 aus der Gitterstruktur 20. Somit wird eine Gitterstruktur 20 mit einem Boden 3 mit Ausnehmungen 21 erhalten. In den Ausnehmungen 21 sind auf dem Boden 3 der Gitterstruktur 20 zweite Teilstücke 22 der Schichtfolge 15 angeordnet. Die zweiten Teilstücke 22 stellen ein optolektronisches Bauelement 2 dar.
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Bei einem folgenden Verfahrensschritt werden die Ausnehmungen 21 mit Konversionsmaterial 6 aufgefüllt. Somit liegt das Konversionsmaterial 6 direkt auf den zweiten Teilstücken 22 der Schichtfolge 15 auf. Das Konversionsmaterial 6 weist beispielsweise Matrixmaterial wie Silikon und Leuchtstoffe auf. Abhängig von der gewählten Ausführung kann zwischen den zweiten Teilstücken 22 und dem Konversionsmaterial 6 auch eine Zwischenschicht vorgesehen sein, die keinen Leuchtstoff aufweist. 12 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung der 11, wobei die Ausnehmungen 21 der Gitterstruktur 20 mit Konversionsmaterial 6 aufgefüllt sind.
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Bei einem folgenden Verfahrensschritt werden Bauteile 1 der Anordnung der 12 vereinzelt, wobei Wände der Gitterstruktur 20 durch zweite Gräben 23 in jeweils zwei Seitenwände 9, 10 unterteilt werden, wie schematisch in einem Querschnitt in 13 dargestellt ist.
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14 zeigt eine schematische Darstellung eines Teilausschnittes der Anordnung der 13 mit Blick von oben. Somit wird mithilfe des beschriebenen Verfahrens eine Vielzahl von Bauteilen 1 gemäß den 1 bis 3 erhalten.
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Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch andere Herstellungsverfahren verwendet werden.
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Beispielsweise kann das Bauteil auch auf einem Leiterrahmen angeordnet sein und der Leiterrahmen in einen zweiten Formkörper eingebettet sein.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 2
- Bauelement
- 3
- Boden
- 4
- Formkörper
- 5
- Ausnehmung
- 6
- Konversionsmaterial
- 7
- erste Seitenwand
- 8
- zweite Seitenwand
- 9
- dritte Seitenwand
- 10
- vierte Seitenwand
- 11
- erster Kontakt
- 12
- zweiter Kontakt
- 13
- Unterseite Boden
- 14
- Träger
- 15
- Schichtfolge
- 16
- Graben
- 17
- Trägerfolie
- 18
- Teilstück
- 19
- Moldmaterial
- 20
- Gitterstruktur
- 21
- Ausnehmung
- 22
- zweites Teilstück
- 23
- zweiter Graben
- 24
- Schichtanordnung
