DE102017107957A1

DE102017107957A1 - Optoelektronisches Bauelement

Info

Publication number: DE102017107957A1
Application number: DE102017107957.2A
Authority: DE
Inventors: Jackson Pia Ping Kua; Tilman Eckert; Alexander Linkov
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-04-12
Filing date: 2017-04-12
Publication date: 2018-10-18
Also published as: US11195976B2; US20200098948A1; WO2018188976A1

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement (100) umfassend einen Halbleiterchip (2) angegeben, der dazu eingerichtet ist, eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der Halbleiterchip (2) weist eine Strahlungsaustrittsfläche (A) auf und über der Strahlungsaustrittsfläche (A) ist eine Schutzschicht (5) angeordnet. Die Schutzschicht (5) umfasst- zumindest eine erste Schicht (5a) umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest eine zweite Schicht (5b) umfassend ein Siliziumoxid,- zumindest eine erste Schicht (5a) umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest eine dritte Schicht (5c) umfassend ein Titanoxid oder- zumindest eine zweite Schicht (5b) umfassend ein Siliziumoxid und zumindest eine dritte Schicht (5c) umfassend ein Titanoxid.

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement.
Halbleiterchips, die in optoelektronischen Bauelementen wie beispielsweise lichtemittierenden Dioden (LEDs) eingesetzt werden, müssen vor Feuchtigkeit geschützt werden. Hierzu wird häufig eine Barriereschicht aus SiO₂ über dem Halbleiterchip und dem Gehäuse angeordnet. Zudem werden die Halbleiterchips häufig mit einem Silikon vergossen. Die Kombination einer Barriereschicht aus SiO₂ mit einem Silikonverguss führt aber aufgrund des Unterschieds der Brechungsindizes der Schichten des Halbleiterchips, von SiO₂ und Silikon zu einer schlechten Lichtausbeute.
Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das eine gute und zum Stand der Technik verbesserte Lichtausbeute aufweist.
Die Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausbildungen sowie Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wird ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere eine lichtemittierende Diode (LED), angegeben. Das optoelektronische Bauelement umfasst einen Halbleiterchip, der dazu eingerichtet ist, eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der Halbleiterchip weist eine Strahlungsaustrittsfläche auf, über der eine Schutzschicht angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest eine erste Schicht umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest eine zweite Schicht umfassend ein Siliziumoxid. Die Schutzschicht kann auch aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 1,75.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest eine erste Schicht umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest eine dritte Schicht umfassend ein Titanoxid. Die Schutzschicht kann auch aus der ersten Schicht und der dritten Schicht bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,8 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest eine zweite Schicht umfassend ein Siliziumoxid und zumindest eine dritte Schicht umfassend ein Titanoxid. Die Schutzschicht kann auch aus der dritten Schicht und der zweiten Schicht bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 2,4.
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 Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiter kann das 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 oder der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen oder dem anderen Element angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest zwei erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid. Die ersten und die zweiten Schichten sind dabei insbesondere alternierend angeordnet. Eine alternierende Anordnung bedeutet dabei, dass über einer ersten Schicht eine zweite Schicht und über der zweiten Schicht wiederum eine erste Schicht angeordnet ist oder dass über einer zweiten Schicht eine erste Schicht und über der ersten Schicht wiederum eine zweite Schicht angeordnet ist. Die Schutzschicht kann auch aus den ersten Schichten und den zweiten Schichten bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 1,75.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest zwei erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei dritte Schichten umfassend ein Titanoxid. Die ersten und die dritten Schichten sind dabei insbesondere alternierend angeordnet. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,8 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest zwei zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid und zumindest zwei dritte Schichten umfassend ein Titanoxid. Die zweiten und die dritten Schichten sind dabei insbesondere alternierend angeordnet. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zweite Schicht SiO₂ oder besteht aus SiO₂.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste Schicht Al₂O₃ oder besteht aus Al₂O₃.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die dritte Schicht TiO₂ oder besteht aus TiO₂.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip eine Schichtenfolge.
Unter „Schichtenfolge“ ist in diesem Zusammenhang eine mehr als eine Schicht umfassende Schichtenfolge zu verstehen, beispielsweise eine Folge einer p-dotierten und einer n-dotierten Halbleiterschicht, wobei die Schichten übereinander angeordnet sind und wobei zumindest eine aktive Schicht enthalten ist, die elektromagnetische Strahlung emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip eine Epitaxieschichtenfolge, insbesondere eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge.
Dabei kann die Schichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InGaAlN ausgeführt sein. InGaAlN-basierte Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen sind insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlN aufweisen, können beispielsweise elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von AlGaAs ausgeführt sein. Unter AlGaAs-basierten Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem Al_xGa_1-xAs mit 0 ≤ x ≤ 1 aufweist. Insbesondere kann eine aktive Schicht, die ein auf AlGaAs basierendes Material aufweist, geeignet sein, elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten Wellenlängenbereich zu emittieren. Weiterhin kann ein derartiges Material zusätzlich oder alternativ zu den genannten Elementen In und/oder P aufweisen.
Weiterhin kann die Schichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InGaAlP ausgeführt sein. InGaAlP-basierte Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen sind insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In_xAl_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlN aufweisen, können beispielsweise elektromagnetische Strahlung in einem roten Wellenlängenbereich emittieren.
Die aktive Halbleiterschichtenfolge kann neben der aktiven Schicht weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement-, Cladding- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Weiterhin können beispielsweise auf einer dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge eine oder mehrere Spiegelschichten aufgebracht sein. Die hier beschriebenen Strukturen, die aktive Schicht oder die weiteren funktionalen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Unter einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips wird hier und im Folgenden eine Hauptfläche des Halbleiterchips beziehungsweise der Schichtenfolge bezeichnet. Die Strahlungsaustrittsfläche erstreckt sich insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Schichtenfolge, beispielsweise tritt mindestens 85 % oder 90 % der die Schichtenfolge verlassenden Strahlung über die Strahlungsaustrittsfläche aus der Schichtenfolge heraus.
Die Schutzschicht weist einen Brechungsindex n_D ^α zwischen 1,55 und 2,4, bevorzugt zwischen 1,55 und 1,75, besonders bevorzugt zwischen 1,60 und 1,70, beispielsweise etwa 1,7 auf. Der Brechungsindex n_D ^α von SiO₂ liegt bei 1,46, der Brechungsindex n_D ^α von Al₂O₃ bei 1,77 und der Brechungsindex n_D ^α von TiO₂ liegt je nach Modifikation bei über 2,45. Die Schichtenfolge des Halbleiterchips, basierend beispielweise auf In_xAl_yGa_1-x-yN, Al_xGa_1-xAs oder In_xAl_yGa_1-x-yP, weist üblicherweise einen Brechungsindex über 2, beispielweise von etwa 2,4, auf. Es hat sich gezeigt, dass die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung am besten über die Strahlungsaustrittsfläche ausgekoppelt werden kann, wenn der Brechungsindex der Schichten, beginnend mit der Halbleiterschichtenfolge gleich bleibt oder bevorzugt sukzessive, also schrittweise sinkt. Bei einer wie aus dem Stand der Technik bekannten Schutzschicht aus SiO₂ mit einem Brechungsindex n_D ^α von 1,46 ist der Brechungsindexsprung hoch, wodurch ein Verlust an Strahlung, die nach außen ausgekoppelt wird, zu verzeichnen ist. Mit der erfindungsgemäßen Schutzschicht, die durch die Wahl der Zusammensetzung der Schutzschicht aus ersten, zweiten und/oder dritten Schichten einen Brechungsindex n_D ^a von 1,55 bis 2,4, beispielweise von etwa 1,7 aufweist, kann der Brechungsindexsprung deutlich reduziert werden und somit die Lichtausbeute gesteigert werden. Hinzu kommt, dass durch die erfindungsgemäße Schutzschicht der Halbleiterchip zudem ausreichend vor dem Vordringen von Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff geschützt wird, die die Schutzschicht nicht oder kaum durchdringt. Mit der erfindungsgemäßen Schutzschicht kann somit zum einen die Lichtausbeute und zum anderen die Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements gesteigert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest zwei erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid. Bevorzugt ist die Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform so angeordnet, dass die zweiten Schichten jeweils über den ersten Schichten angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die Schutzschicht so angeordnet, dass die erste Schicht im Strahlengang der Strahlung des Halbleiterchips vor der jeweils zweiten Schicht angeordnet ist. Weist die Schutzschicht beispielsweise zwei erste Schichten und zwei zweite Schichten auf, so können über der Strahlungsaustrittsfläche eine erste Schicht, eine zweite Schicht, eine erste Schicht und eine zweite Schicht in der genannten Reihenfolge angeordnet sein. Dabei können insbesondere die ersten Schichten eine Schichtdicke von 40 nm und die zweiten Schichten eine Schichtdicke von 20 nm aufweisen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 1,7. Diese Anordnung hat sich überraschenderweise als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Verbesserung der Lichtausbeute erwiesen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest zwei erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei dritte Schichten umfassend ein Titanoxid. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,8 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest zwei zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid und zumindest zwei dritte Schichten umfassend ein Titanoxid. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest eine erste Schicht umfassend ein Aluminiumoxid, zumindest eine zweite Schicht umfassend ein Siliziumoxid und zumindest eine dritte Schicht umfassend ein Titanoxid. Die Schutzschicht kann auch aus der ersten Schicht, der zweiten Schicht und der dritten Schicht bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest zwei erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid, zumindest zwei zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid und zumindest zwei dritte Schichten umfassend ein Titanoxid. Die Schutzschicht kann aus den ersten Schichten, den zweiten Schichten und den dritten Schichten bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Schutzschicht so angeordnet, dass die dritten Schichten jeweils über den zweiten Schichten und die zweiten Schichten jeweils über den ersten Schichten angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die Schutzschicht so angeordnet, dass die jeweils erste Schicht im Strahlengang der Strahlung des Halbleiterchips vor der jeweils zweiten Schicht und die jeweils zweite Schicht vor der jeweils dritten Schicht angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste, die zweite und/oder die dritte Schichten jeweils eine Schichtdicke zwischen einschließlich 20 nm bis einschließlich 120 nm auf. Die erste Schicht und/oder die zweite Schicht und/oder die dritte Schicht können jeweils die gleiche oder eine unterschiedliche Schichtdicke aufweisen. Weisen die Schichten eine Schichtdicke unterhalb von 20 nm auf, sind diese zum einen nicht mehr ausreichend dick um eine feuchtigkeits- beziehungsweise sauerstoffabweisende Wirkung zu haben und zum anderen zeigen sie dann keine optische Wirkung hinsichtlich der verbesserten Lichtauskopplung. Beispielsweise weist die erste Schicht jeweils eine Schichtdicke von einschließlich 30 nm bis einschließlich 100 nm, beispielsweise 40 nm und die zweite Schicht jeweils eine Schichtdicke von einschließlich 20 nm bis einschließlich 100 nm, beispielsweise 20 nm und die dritte Schicht jeweils eine Schichtdicke von einschließlich 20 nm bis einschließlich 100 nm auf. Über die Schichtdicken kann der Brechungsindex der Schutzschicht insbesondere so angepasst werden, dass der Brechungsindex der Schichten, beginnend mit der Halbleiterschichtenfolge über die Schutzschicht sukzessive sinkt. Erfindungsgemäß ist es also möglich durch Variation der Schichtdicken und Zusammensetzung der Schutzschicht den Brechungsindex zu optimieren, um eine optimale Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung zu gewährleisten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Schutzschicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 erste Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 zweite Schichten oder zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 erste Schichten, zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 zweite Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 dritte Schichten auf. Bevorzugt weist die Schutzschicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 erste Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 zweite Schichten oder zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 erste Schichten, zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 zweite Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 dritte Schichten auf. Besonders bevorzugt weist die Schutzschicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs erste Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs zweite Schichten oder zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs erste Schichten, zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs zweite Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs dritte Schichten auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Schutzschicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 erste Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 dritte Schichten oder zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 zweite Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 dritte Schichten auf. Bevorzugt weist die Schutzschicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 erste Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 dritte Schichten oder zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 dritte Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 zweite Schichten auf. Besonders bevorzugt weist die Schutzschicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs erste Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs dritte Schichten oder zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs dritte Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs zweite Schichten auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Schutzschicht über den Seitenflächen des Halbleiterchips angeordnet. Insbesondere ist diese Ausführungsform vorteilhaft, wenn die Strahlung auch über die Seitenflächen des Halbleiterchips abgestrahlt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip ein Substrat, insbesondere ein Substrat aus Saphir auf. Insbesondere ist über dem Substrat die Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Das Substrat ist bevorzugt auf der zu der Strahlungsaustrittsfläche gegenüberliegenden Hauptoberfläche der Schichtenfolge angeordnet, so dass sich die Schutzschicht und das Substrat auf sich gegenüberliegenden Hauptoberflächen der Schichtenfolge befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der Strahlungsaustrittsfläche und der Schutzschicht eine Stromaufweitungsschicht angeordnet. Die Stromaufweitungsschicht umfasst bevorzugt eines oder mehrere transparente, leitfähige Oxide oder besteht aus einem oder mehreren solcher Oxide. Es kann hierbei die Stromaufweitungsschicht zusätzlich eine Dotierung aufweisen. Insbesondere weist die Stromaufweitungsschicht beziehungsweise das transparente, leitfähige Oxid der Stromaufweitungsschicht einen Brechungsindex n_D ^α zwischen 2,0 und 1,8 auf. Gemäß dieser Ausführungsform des Bauelements weist die Schutzschicht insbesondere einen Brechungsindex zwischen 1,55 und 1,7 auf. Bevorzugt umfasst die Schutzschicht eine oder mehrere erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und eine oder mehrere zweite Schicht umfassend ein Siliziumoxid oder eine oder mehrere dritte Schichten umfassend ein Titanoxid und eine oder mehrere zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid oder besteht aus diesen Schichten. Damit liegt der Brechungsindex der Stromaufweitungsschicht zwischen dem Brechungsindex von etwa 2,4 der Halbleiterschichtenfolge und dem Brechungsindex von etwa 1,55 bis 1,75 der Schutzschicht. Diese schrittweise Verkleinerung des Brechungsindex der Schichten, durch die die Strahlung hindurchtritt, führt zu weniger Lichtverlusten, wodurch die Lichtausbeute verbessert wird.
Dass eine Schicht oder ein Element „zwischen“ zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder Elementen und in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Element angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sinkt der Brechungsindex der Schichten, die über dem Halbleiterchip angeordnet sind schrittweise. Durch die, insbesondere schrittweise, Verkleinerung des Brechungsindex der Schichten, durch die die Strahlung hindurchtritt wird die Lichtausbeute verbessert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Brechungsindex n_D ^α der Schutzschicht zwischen 0,1 und 0,3 kleiner als der Brechungsindex n_D ^α der Stromaufweitungsschicht. Diese Verkleinerung des Brechungsindex hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Lichtausbeute erwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stromaufweitungsschicht Indium-Zinn-Oxid oder besteht aus Indium-Zinn-Oxid. Indium-Zinn-Oxid weist einen Brechungsindex n_D ^α von 1,9 auf. Damit liegt der Brechungsindex des Indium-Zinn-Oxids der Stromaufweitungsschicht zwischen dem Brechungsindex von etwa 2,4 der Halbleiterschichtenfolge und dem Brechungsindex von etwa 1,55 bis 1,75 der Schutzschicht. Eine sukzessive Verkleinerung des Brechungsindex von etwa 2,4 über etwa 1,9 zu etwa 1,55 bis 1,75, senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge kann so vorteilhafterweise garantiert werden und so die Lichtausbeute und die Lichtauskopplung verbessert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Stromaufweitungsschicht direkt auf dem Halbleiterchip, insbesondere der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips, angeordnet und steht mit diesem in direktem mechanischem Kontakt. Besonders bevorzugt ist die Strahlungsaustrittsfläche vollständig beziehungsweise vollflächig mit der Stromaufweitungsschicht bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Schutzschicht direkt auf der Stromaufweitungsschicht angeordnet und steht mit dieser in direktem mechanischem Kontakt. Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform die Stromaufweitungsschicht direkt auf dem Halbleiterchip, insbesondere der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips, angeordnet und steht mit diesem in direktem mechanischem Kontakt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist über der Schutzschicht ein Verguss angeordnet. Insbesondere weist das Material des Vergusses einen Brechungsindex n_D ^α zwischen 1,4 und 2,4, bevorzugt zwischen 1,4 und 1,6 auf. Insbesondere ist der Brechungsindex des Vergusses beziehungsweise des Materials des Vergusses kleiner als der Brechungsindex der Schutzschicht. Die Strahlung des Halbleiterchips tritt somit zunächst durch die Halbleiterschichtenfolge mit einem Brechungsindex n_D ^α von etwa 2,4, dann durch die Schutzschicht mit einem Brechungsindex von etwa 1,55 bis 2,4, und im Anschluss daran durch den Verguss mit einem Brechungsindex n_D ^α zwischen 1,4 und 2,4, bevor sie nach außen ausgekoppelt wird. Insbesondere ist der Brechungsindex der Schutzschicht so angepasst, dass eine schrittweise Senkung des Brechungsindex der Schichten in Abstrahlrichtung der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung erfolgt. Insbesondere ist zwischen dem Halbleiterchip und der Schutzschicht und/oder zwischen der Schutzschicht und dem Verguss keine weitere Schicht angeordnet, so dass die Strahlung nur die Schutzschicht und den Verguss durchläuft bevor sie nach außen abgestrahlt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement eine Schutzschicht, eine Stromaufweitungsschicht und einen Verguss. Die Strahlung des Halbleiterchips tritt gemäß dieser Ausführungsform zunächst durch die Halbleiterschichtenfolge mit einem Brechungsindex n_D ^α von etwa 2,4, dann durch eine Stromaufweitungsschicht mit einem Brechungsindex n_D ^α zwischen 2,0 und 1,8, dann durch die Schutzschicht mit einem Brechungsindex von etwa 1,55 bis 1,75, und im Anschluss daran durch den Verguss mit einem Brechungsindex n_D ^α zwischen 1,4 und 2,4, bevorzugt zwischen 1,4 und 1,6 bevor sie nach außen ausgekoppelt wird. Mit dieser schrittweisen Senkung des Brechungsindex in Abstrahlrichtung der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung kann so die Lichtauskopplung nochmals verbessert werden. Um einen Brechungsindex von etwa 1,55 bis 1,75 der Schutzschicht zu erzielen, umfasst die Schutzschicht bevorzugt eine oder mehrere erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und eine oder mehrere zweite Schicht umfassend ein Siliziumoxid oder besteht aus diesen Schichten. Insbesondere ist zwischen dem Halbleiterchip und der Stromaufweitungsschicht, zwischen der Stromaufweitungsschicht und der Schutzschicht und/oder zwischen der Schutzschicht und dem Verguss keine weitere Schicht angeordnet, so dass die Strahlung nur die Stromaufweitungsschicht, die Schutzschicht und den Verguss durchläuft bevor sie nach außen abgestrahlt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist Brechungsindex n_D ^α des Vergusses zwischen 0,1 und 0,3 kleiner als der Brechungsindex n_D ^α der Schutzschicht. Diese Verkleinerung hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Lichtausbeute erwiesen. Besonders bevorzugt ist zudem der Brechungsindex n_D ^α der Schutzschicht zwischen 0,1 und 0,3 kleiner als der Brechungsindex n_D ^α der Stromaufweitungsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist Brechungsindex n_D ^α des Vergusses zwischen 0,1 und 0,3 kleiner als der Brechungsindex n_D ^α der Schutzschicht und der Brechungsindex n_D ^α der Schutzschicht ist zwischen 0,1 und 0,3 kleiner als der Brechungsindex n_D ^α der Stromaufweitungsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst oder besteht der Verguss aus: Silikon oder Silsesquioxan. Insbesondere umfasst der Verguss ein hochbrechendes Silikon mit einem Brechungsindex größer als 1,51, beispielsweise von 1,52. Dies hat sich als besonders vorteilhaft für die Lichtauskopplung erwiesen.
Als hochbrechendes Silikon mit einem Brechungsindex von etwa 1,52 kann beispielsweise Poly(dimethyl)siloxan eingesetzt werden, bei dem maximal 50 Prozent der Methylgruppen durch Phenylgruppen ersetzt sein können.
Silsesquioxane können die Formel [RSiO_3/2]_n mit R = H, Alkyl, Aryl oder Alkoxy aufweisen. Bevorzugt ist der Alkylrest ein Methyl-, Ethyl- oder Propylrest und der Alkyoxyrest ein Methoxy-, Ethoxy-oder Propoxyrest. Silsesquioxane weisen beispielweise Käfigstrukturen auf oder polymere Strukturen mit Si-O-Si Bindungen und mit Siliziumatomen an den Eckpunkten eines Tetraeders. Silsesquioxane weisen bevorzugt einen Brechungsindex n_D ^α über 1,55 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip auf einem Leiterrahmen angeordnet. Über den Leiterrahmen wird der Halbleiterchip elektrisch kontaktiert. Dies kann beispielsweise mittels auf der Stromaufweitungsschicht angeordneten Bondpads erfolgen. Leiterrahmen altern beispielsweise durch das Einwirken von Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit sehr schnell, was unter anderem zu einer Braunfärbung führt. Dadurch wird die Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements verkürzt, so dass Marktanforderungen für viele Anwendungen nicht eingehalten werden können. Zudem wird die reflektierende Eigenschaft des Leiterrahmens durch die Alterungserscheinungen herabgesetzt, wodurch die Lichtausbeute des Bauelements mit fortschreitender Betriebsdauer sinkt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Leiterrahmen Kupfer, Stahl oder eine Keramik aus Al₂O₃ und/oder AlN umfassen. Der Leiterrahmen ist insbesondere reflektierend für die Strahlung des Halbleiterchips ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Schutzschicht über dem Leiterrahmen angeordnet. Insbesondere ist die Schutzschicht über einer dem Halbleiterchip zugewandten Hauptoberfläche des Leiterrahmens angeordnet. Bevorzugt ist der Teil der dem Halbleiterchip zugewandten Hauptoberfläche des Leiterrahmens, über der der Halbleiterchip angeordnet ist, frei von der Schutzschicht. Die Hauptoberfläche des Leiterrahmens erstreckt sich insbesondere parallel zu der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips. Vorteilhafterweise kann gemäß dieser Ausführungsform der Leiterrahmen vor vorzeitigen Alterungserscheinungen und dem damit verbundenen Verlust an Reflektivität für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung geschützt werden. Durch die Schutzschicht ist der Leiterrahmen insbesondere vor einer Oxidation geschützt, da Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit nicht oder nur geringfügig durch die Schutzschicht zu dem Leiterrahmen vordringen. Gemäß dieser Ausführungsform kann mit der Schutzschicht, die über dem Leiterrahmen und über der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet ist, sowohl die Lichtausbeute gesteigert als auch der Leiterrahmen vor vorzeitiger Alterung bewahrt werden, wodurch die Lichtausbeute während der gesamten Lebensdauer des Bauelements konstant beziehungsweise nahezu konstant gehalten werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip in einer Ausnehmung eines den Leiterrahmen umfassenden Gehäuses angeordnet. Die Ausnehmung weist dabei insbesondere Seitenwände auf, die reflektierend für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung sind. Dies kann durch das Gehäusematerial oder eine reflektierende Beschichtung der Seitenwände des Gehäuses realisiert werden.
Die Schutzschicht ist gemäß zumindest einer Ausführungsform über einer dem Halbleiterchip zugewandten Oberfläche der Ausnehmung des Gehäuses angeordnet. Insbesondere ist die Schutzschicht an den Seitenwänden der Ausnehmung des Gehäuses angeordnet. Dadurch ist es möglich, auch das Gehäuse vor vorzeitiger Alterung zu bewahren und dessen Reflektivität für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung während der Lebensdauer des Bauelements zu erhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Verguss über der Schutzschicht und in der Ausnehmung des Gehäuses angeordnet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

1 bis 3 und 6 bis 8 zeigen schematische Seitenansichten eines optoelektronischen Bauelements,
4 und 5 zeigen schematische Seitenansichten einer Schutzschicht.

Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100 weist einen Halbleiterchip 2 auf, der im Betrieb des Bauelements eine Strahlung emittiert. Der Halbleiterchip basiert beispielsweise auf einer Halbleiterschichtenfolge 3 basierend auf Galliumnitrid, das einen Brechungsindex von etwa 2,4 aufweist. Ferner weist der Halbleiterchip 2 ein Substrat 1, beispielsweise aus Saphir, auf. Über das Substrat 1 ist der Halbleiterchip 2 auf einem Leiterrahmen 6 befestigt und elektrisch mit dem Leiterrahmen 6 über Bondpads 7 und Bonddrähte 7a kontaktiert. Der Leiterrahmen 6 umfasst beispielweise Kupfer und ist reflektierend für die Strahlung des Halbleiterchips 2. Der Leiterrahmen 6 ist in einem lichtundurchlässigen, zum Beispiel vorgefertigten, Gehäuse 10 mit einer Ausnehmung 8 angeordnet. Unter vorgefertigt ist zu verstehen, dass das Gehäuse 10 bereits an den Leiterrahmen 6 beispielsweise mittels Spritzguss gefertigt gebildet ist, bevor der Halbleiterchip 2 auf den Leiterrahmen 6 montiert wird. Das Gehäuse umfasst zum Beispiel einen lichtundurchlässigen Kunststoff. Über der Strahlungsaustrittsfläche A des Halbleiterchips 2 ist in direktem mechanischem Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche A eine Stromaufweitungsschicht 4 aus Indium-Zinn-Oxid angeordnet. Auf der Stromaufweitungsschicht 4 sind zwei Bondpads 7 angeordnet, die elektrisch über die Bonddrähte 7a mit dem Leiterrahmen 6 kontaktiert sind. Über der Stromaufweitungsschicht 4 ist eine Schutzschicht 5 angeordnet. Die Ausnehmung 8 des Gehäuses 10 ist mit einem Verguss 9 beispielsweise aus einem hochbrechenden Silikon mit einem Brechungsindex von 1,52 gebildet.
Die Schutzschicht 5 besteht aus einer bis 50 zweiten Schichten 5a bestehend aus SiO₂ und aus einer bis 50 ersten Schichten 5b bestehend aus Al₂O₃ (nicht gezeigt). Sind mehrere erste und zweite Schichten von der Schutzschicht umfasst, sind diese bevorzugt alternierend angeordnet. Bei der alternierenden Anordnung ist es möglich, dass über der Stromaufweitungsschicht 4 zunächst eine erste Schicht 5a und darüber eine zweite Schicht 5b angeordnet ist oder dass zunächst eine zweite Schicht 5b und darüber eine erste Schicht 5a angeordnet ist. Die ersten Schichten 5a und die zweiten Schichten 5b weisen jeweils eine Schichtdicke zwischen einschließlich 20 nm bis einschließlich 120 nm auf.
Alternativ kann die Schutzschicht 5 aus einer bis 50 zweiten Schichten 5a bestehend aus SiO₂ und aus einer bis 50 dritten Schichten 5c bestehend aus TiO₂ bestehen. Sind mehrere zweite und dritte Schichten von der Schutzschicht 5 umfasst, sind diese bevorzugt alternierend angeordnet.
Alternativ kann die Schutzschicht 5 ferner aus einer bis 50 zweiten Schichten 5a bestehend aus SiO₂, aus einer bis 50 ersten Schichten 5b bestehend aus Al₂O₃ und aus einer bis 50 dritten Schichten 5c bestehend aus TiO₂ bestehen. Sind mehrere erste, zweite und dritte Schichten von der Schutzschicht 5 umfasst, sind diese bevorzugt alternierend angeordnet.
Die Schutzschicht 5 weist einen Brechungsindex n_D ^α von 1,55 bis 1,75 auf. Die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung wird über die Halbleiterschichtenfolge 3 mit einem Brechungsindex n_D ^α von etwa 2,4, über die Stromaufweitungsschicht 4 mit einem Brechungsindex n_D ^α von etwa 1,9, die Schutzschicht 5 mit einem Brechungsindex n_D ^α von 1,55 bis 1,75, den Verguss 9 mit einem Brechungsindex n_D ^α von etwa 1,52 nach außen ausgekoppelt. Mit dieser schrittweisen Senkung des Brechungsindex der Schichten, durch die die Strahlung hindurchtritt, treten keine oder nur geringe Verluste der Strahlung durch Reflexion auf, so dass die Lichtausbeute besonders hoch ist. Zudem wird durch die Schutzschicht 5 der Halbleiterchip 2 vor Feuchtigkeit und Sauerstoff geschützt, wodurch ein vorzeitiger Ausfall des Bauelements 100 bedingt durch Feuchtigkeit verhindert wird.
Die Schutzschicht 5 des Bauelements 100 der 1 kann bereits vor Vereinzelung der Halbleiterchips aufgebracht werden. Ein Wafer mit der aufgewachsenen oder aufgebrachten Halbleiterschichtenfolge kann dabei zunächst mit der Stromaufweitungsschicht 4 beschichtet werden. Im Anschluss daran wird die Schutzschicht 5 beispielweise mittels einer Atomlagenabscheidung (ALD; „atomic layer deposition“) oder einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapour deposition), bevorzugt bei niedrigen Temperaturen, auf die Stromaufweitungsschicht 4 aufgebracht. Erst danach wird der Wafer zu den einzelnen Halbleiterchips 2 vereinzelt. Durch die Aufbringung der Schutzschicht 5 bereits vor Vereinzelung des Wafers zu den Halbleiterchips 2 ist das Herstellungsverfahren sehr effizient und wenig zeitintensiv.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100 ist die Schutzschicht 5 im Vergleich zu dem Bauelement der 1 zusätzlich über den Seitenflächen S des Halbleiterchips 2 angeordnet. Insbesondere ist die Schutzschicht 5, wie in 2 dargestellt, auch über den Seitenflächen der Stromaufweitungsschicht 4 angeordnet. Strahlung, die über die Seitenflächen S aus der Halbleiterschichtenfolge 3 mit einem Brechungsindex n_D ^α von etwa 2,4 heraustritt, tritt somit zunächst durch die Schutzschicht 5 mit einem Brechungsindex n_D ^α von 1,55 bis 1,75, beispielweise etwa 1,7, und anschließend durch den Verguss 9 mit einem Brechungsindex n_D ^α von etwa 1,52. Mit dieser schrittweisen Senkung des Brechungsindex der Schichten kann die Lichtausbeute auch hinsichtlich der durch die Seitenflächen S abgestrahlten Strahlung verbessert werden und der Halbleiterchip 2 auch an den Seitenflächen S vor Feuchtigkeit geschützt werden.
Das Aufbringen der Schutzschicht 5 des Bauelements 100 der 2 erfolgt nach Vereinzelung der Halbleiterchips 2 aus einem Wafer. Insbesondere werden zunächst die Bondpads 7 auf die Stromaufweitungsschicht 4 aufgebracht. Die Schutzschicht 5 kann auf die Stromaufweitungsschicht 4 und die Bondpads 7 aufgebracht werden, wobei die Bondpads 7 beispielweise durch Ätzverfahren wieder von der Schutzschicht 5 befreit werden. Alternativ kann die Schutzschicht 5 auch über eine Maske aufgebracht werden, um die Oberfläche der Bondpads 7 frei von der Schutzschicht 5 zu halten. Dieses Verfahren erweist sich als zeitintensiver als das Verfahren zur Herstellung des Bauelements 100 der 1. Allerdings zeichnet sich das Bauelement 100 gemäß der Ausführungsform der 2 durch eine weitere Optimierung der Lichtausbeute infolge der Beschichtung der Seitenflächen S des Halbleiterchips 2 mit der Schutzschicht 5 aus.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100 ist die Schutzschicht 5 im Vergleich zu dem optoelektronischen Bauelement 100 der 2 zusätzlich über einer dem Halbleiterchip 2 zugewandten Hauptoberfläche des Leiterrahmens 6A angeordnet. Dabei ist der Teil der dem Halbleiterchip zugewandten Hauptoberfläche des Leiterrahmens 6A, über der der Halbleiterchip 2 angeordnet ist, frei von der Schutzschicht 5. Die Hauptoberfläche des Leiterrahmens 6A erstreckt sich insbesondere parallel zu der Strahlungsaustrittsfläche A des Halbleiterchips 2. Zudem ist die Schutzschicht 5 gemäß dieser Ausführungsform über den Seitenwänden der Ausnehmung des Gehäuses 10A angeordnet. Die Seitenwände der Ausnehmung des Gehäuses 10A sind reflektierend für die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung ausgebildet. Dazu kann das Gehäusematerial reflektierend ausgebildet sein oder über den Seitenwänden der Ausnehmung des Gehäuses 10A eine reflektierende Beschichtung aufgebracht sein (hier nicht gezeigt). So können der Leiterrahmen 6 und auch das Gehäuse 10 vor vorzeitiger Alterung geschützt werden und deren Reflektivität für die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung über die Betriebsdauer des Bauelements 100 erhalten bleiben.
Die Schutzschicht 5 des Bauelements 100 der 3 erfolgt nach dem Anordnen des Halbleiterchips 2 in der Ausnehmung 8 des Gehäuses 10. Insbesondere werden zunächst die Bondpads 7 auf die Stromaufweitungsschicht 4 aufgebracht. Die Schutzschicht 5 kann auf die Stromaufweitungsschicht 4 und die Bondpads 7 aufgebracht werden, wobei die Bondpads 7 beispielweise durch Ätzverfahren wieder von der Schutzschicht 5 befreit werden. Alternativ kann die Schutzschicht 5 auch über eine Maske aufgebracht werden, um die Oberfläche der Bondpads 7 frei von der Schutzschicht 5 zu halten. Die Schutzschicht 5 wird zudem über den Seitenwänden der Ausnehmung des Gehäuses 10A aufgebracht.
4 zeigt eine Schutzschicht 5, wie sie in den Bauelementen 100 der 1 bis 3 ausgeformt sein kann. Die Schutzschicht 5 umfasst jeweils vier erste Schichten 5a und vier zweite Schichten 5b, die alternierend angeordnet sind. Die ersten Schichten 5a bestehen aus Al₂O₃ und die zweiten Schichten 5b bestehen aus SiO₂. Die ersten Schichten 5a und die zweiten Schichten 5b weisen jeweils eine Schichtdicke von einschließlich 20 nm bis einschließlich 120 nm, auf. Besonders bevorzugt weisen die ersten Schichten 5a eine Schichtdicke von 40 nm und die zweiten Schichten 5b eine Schichtdicke von 20 nm auf. Damit weist die Schutzschicht einen Brechungsindex von etwa 1,7 auf. Dies hat sich als besonders effizient für die Lichtausbeute, insbesondere mit einer Stromaufweitungsschicht aus ITO mit einem Brechungsindex von 1,9 und einem Verguss aus einem Silikon mit einem Brechungsindex von 1,52 erwiesen. Eine über einer ersten Schicht 5a angeordnete zweite Schicht 5b bedeckt die darunterliegende erste Schicht 5a jeweils vollständig beziehungsweise vollflächig und eine über einer zweiten Schicht 5b angeordnete erste Schicht 5a bedeckt die darunterliegende zweite Schicht 5b jeweils vollständig beziehungsweise vollflächig. Besonders bevorzugt ist die Schutzschicht 5 so auf der Strahlungsaustrittsfläche A eines Halbleiterchips 2 angeordnet, dass die zweiten Schichten 2b jeweils über den ersten Schichten 2a angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die Schutzschicht 5 so angeordnet, dass die jeweils erste Schicht 5a im Strahlengang der Strahlung des Halbleiterchips 2 vor der jeweils zweiten Schicht 5b angeordnet ist. Mit dieser Anordnung der Schutzschicht 5 kann eine besonders hohe Lichtausbeute erzielt werden. Alternativ kann die Schutzschicht auch aus einer ersten Schicht 5a bestehend aus Al₂O₃ und einer zweiten Schichten 5b bestehend aus SiO₂ 5b bestehen. Besonders bevorzugt weist die erste Schicht 5a eine Schichtdicke von 40 nm und die zweite Schichten 5b eine Schichtdicke von 20 nm auf. Damit weist die Schutzschicht einen Brechungsindex von etwa 1,7 auf.
5 zeigt eine Schutzschicht 5, wie sie in den Bauelementen 100 der 1 bis 3 ausgeformt sein kann. Die Schutzschicht 5 umfasst jeweils zwei erste Schichten 5a, zwei zweite Schichten 5b und zwei dritte Schichten 5c, die alternierend angeordnet sind. Die ersten Schichten 5a bestehen aus Al₂O₃, die zweiten Schichten 5b bestehen aus SiO₂ und die dritten Schichten 5c bestehen aus TiO₂. Die ersten Schichten 5a, die zweiten Schichten 5b und die dritten Schichten 5c weisen jeweils eine Schichtdicke von einschließlich 20 nm bis einschließlich 120 nm, beispielsweise von 30 nm, auf. Besonders bevorzugt ist die Schutzschicht 5 so auf der Strahlungsaustrittsfläche A eines Halbleiterchips 2 angeordnet, dass die dritten Schichten 2c jeweils über den zweiten Schichten 5b und die zweiten Schichten 2b jeweils über den ersten Schichten 2a angeordnet sind.
Im Vergleich mit den Bauelementen 100 der 1 bis 3 weisen die Bauelemente 100 der 6, 7 und 8 keine Stromaufweitungsschicht 4 auf.
Alternativ zu den unter den 1 bis 5 beschriebenen Schutzschichten kann die Schutzschicht 5 in den Bauelementen der 6, 7 und 8 aus einer bis 50 ersten Schichten 5a bestehend aus Al₂O₃ und aus einer bis 50 dritten Schichten 5c bestehend aus TiO₂, die alternierend angeordnet sind, bestehen. Damit weist die Schutzschicht 5 einen Brechungsindex von zwischen 1,8 und 2,4 auf.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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.
Bezugszeichenliste

100: optoelektronisches Bauelement
1: Substrat
2: Halbleiterchip
3: Halbleiterschichtenfolge
4: Stromaufweitungsschicht
5: Schutzschicht
5a: erste Schicht
5b: zweite Schicht
5c: dritte Schicht
6: Leiterrahmen
6A: dem Halbleiterchip zugewandte Hauptoberfläche des Leiterrahmens
7: Bondpad
7a: Bonddraht
8: Ausnehmung
9: Verguss
10: Gehäuse
10A: Seitenwände der Ausnehmung des Gehäuses
A: Strahlungsaustrittsfläche
S: Seitenflächen des Halbleiterchips

Claims

Optoelektronisches Bauelement (100) umfassend einen Halbleiterchip (2), der dazu eingerichtet ist, eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren, wobei der Halbleiterchip (2) eine Strahlungsaustrittsfläche (A) aufweist und über der Strahlungsaustrittsfläche (A) eine Schutzschicht (5) angeordnet ist und die Schutzschicht (5) - zumindest eine erste Schicht (5a) umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest eine zweite Schicht (5b) umfassend ein Siliziumoxid, - zumindest eine erste Schicht (5a) umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest eine dritte Schicht (5c) umfassend ein Titanoxid oder - zumindest eine zweite Schicht (5b) umfassend ein Siliziumoxid und zumindest eine dritte Schicht (5c) umfassend ein Titanoxid umfasst.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht (5) einen Brechungsindex n_D ^α zwischen 1,55 und 2,4 aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzschicht (5) zumindest eine erste Schicht (5a) und eine zweite Schicht (5b) umfasst und so angeordnet ist, dass die zweite Schicht (5b) über der ersten Schicht (5a) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzschicht (5) - zumindest zwei erste Schichten (5a) umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei zweite Schichten (5b) umfassend ein Siliziumoxid, - zumindest zwei erste Schichten (5a) umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei dritte Schichten (5c) umfassend ein Titanoxid oder - zumindest zwei zweite Schichten (5b) umfassend ein Siliziumoxid und zumindest zwei dritte Schichten (5c) umfassend ein Titanoxid umfasst und wobei die ersten Schichten (5a) und die zweiten Schichten (5b), die ersten Schichten (5a) und die dritten Schichten (5c) oder die zweiten Schichten (5b) und die dritten Schichten (5c) alternierend angeordnet sind.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, wobei die Schutzschicht (5) zumindest eine erste Schicht (5a), eine zweite Schicht (5b) und eine dritte Schicht (5c) umfasst.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei die Schutzschicht (5) zumindest zwei erste Schichten (5a), zumindest zwei zweite Schichten (5b) und zumindest zwei dritte Schichten (5c) umfasst und die ersten, zweiten und dritten Schichten (5a,5b,5c) alternierend angeordnet sind.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (5a) und/oder die zweite Schicht (5b) und/oder die dritte Schicht (5c) jeweils eine Schichtdicke zwischen einschließlich 20 nm bis einschließlich 120 nm aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schichte (5a) SiO₂ umfasst oder aus SiO₂ besteht und/oder die erste Schicht (5b) Al₂O₃ umfasst oder aus Al₂O₃ besteht und/oder die dritte Schicht (5c) TiO₂ umfasst oder aus TiO₂ besteht.
Optoelekronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzschicht (5) über den Seitenflächen (S) des Halbleiterchips (2) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Strahlungsaustrittsfläche (A) und der Schutzschicht (5) eine Stromaufweitungsschicht (4) umfassend eines oder mehrere transparente, leitfähige Oxide angeordnet ist und wobei der Brechungsindex n_D ^α der Schutzschicht (5) zwischen 0,1 und 0,3 kleiner ist als der Brechungsindex n_D ^α der Stromaufweitungsschicht (4).
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (2) auf einem Leiterrahmen (6) angeordnet ist und die Schutzschicht (5) über einer dem Halbleiterchip zugewandten Hauptoberfläche des Leiterrahmens (6A) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 11, wobei der Halbleiterchip (2) in einer Ausnehmung (8) eines den Leiterrahmen (6) umfassenden Gehäuses (10) angeordnet ist und die Ausnehmung Seitenwände (10A) aufweist, die reflektierend für die von dem Halbleiterchip (2) emittierte Strahlung ausgebildet sind und wobei die Schutzschicht (5) an den Seitenwänden der Ausnehmung des Gehäuses (10A) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über der Schutzschicht (5) ein Verguss (9) angeordnet ist und wobei der Brechungsindex n_D ^α des Vergusses (9) zwischen 0,1 und 0,3 kleiner ist als der Brechungsindex n_D ^α der Schutzschicht (5).
Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 13, wobei der Verguss (9) über der Schutzschicht (5) und in der Ausnehmung (8) des Gehäuses angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brechungsindex der Schichten, die auf dem Halbleiterchip (2) angeordnet sind schrittweise sinkt.