DE102019105831A1

DE102019105831A1 - Optoelektronisches bauelement mit einer transparenten verbindung zwischen zwei fügepartnern und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE102019105831A1
Application number: DE102019105831.7A
Authority: DE
Inventors: Richard Scheicher; Thomas Hüttmayer; Ivar Tangring; Angela Eberhardt; Florian Peskoller
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-09-10
Also published as: CN113544866A; WO2020178000A1; US20220077369A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement (3, 10, 13, 22), umfassend:- einen ersten Fügepartner (1, 12, 17), der einen LED-Chip (4, 12, 18) mit einer strukturierten lichtemittierenden Oberfläche (4c) und einer auf die lichtemittierende Oberfläche (4c) aufgetragenen Ausgleichsschicht (4b, 19) aufweist, wobei die Ausgleichschicht (4b, 19) eine von der lichtemittierenden Oberfläche (4c) abgewandte und beabstandete Oberfläche aufweist, welche eine erste Verbindungsfläche (4a, 12a, 18a, 19a) bildet;- einen zweiten Fügepartner (2, 8, 11, 21) mit einer zweiten Verbindungsfläche (2a, 8a, 11a, 21a), wobei die beiden Verbindungsflächen (4a, 12a, 18a, 19a; 2a, 8a, 11a, 21a) einander zugewandt angeordnet sind; und- eine Verbindungsschicht (14, 20) aus einem Film niederschmelzenden Glases mit einer Schichtdicke von maximal 1 µm, welche die beiden Verbindungsflächen miteinander verbindet,dadurch gekennzeichnet, dass- die Struktur der lichtemittierenden Oberfläche (4c) in die Ausgleichsschicht (4b) eingebettet ist, und- die beiden Verbindungsflächen (4a, 12a, 18a, 19a; 2a, 8a, 11a, 21a) derart glatt sind, dass deren Oberflächenrauheit, ausgedrückt als Mittenrauwert Ra, kleiner gleich 50 nm, und vorzugsweise kleiner gleich 10 nm ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Verbindungstechnologien für optoelektronische Bauelemente. Sie betrifft insbesondere optoelektronische Bauelemente und deren Herstellungsmethoden unter Verwendung von anorganischen Verbindungsmaterialien, wie etwa niederschmelzenden Gläsern.
Hintergrund der Erfindung
Aus dem Stand der Technik sind optoelektronische Bauelemente bekannt, die einen Träger aufweisen, wobei auf einer Oberfläche des Trägers wenigstens ein optoelektronisches Bauteil angeordnet ist. Wenn der Träger ein Leiterrahmen ist und das optoelektronische Bauteil ein LED-Chip (LED steht für „Light Emitting Diode“), spricht man von einem LED-Bauelement. Bei einem solchen LED-Bauelement kann eine optische Linse mittels eines transparenten Klebstoffs auf dem LED-Chip fixiert sein.
Als solcher transparenter Klebstoff werden üblicherweise hochtransparente organische Materialien, wie zum Bsp. Epoxidharze oder Silikone, verwendet, die eine minimale Lichtabsorption aufweisen. Problematisch hierbei ist, dass diese organischen Klebstoffe für den Einsatz in speziellen Dioden-Bauelementen mit hoher Leuchtdichte, wie zum Bsp. High-Power LED- oder Laser-Packages, nicht geeignet sind. Dies liegt daran, dass diese speziellen Bauelemente wegen der hohen Leistung im Einsatz sehr viel Wärme entsteht. Organische Klebstoffe können einer solchen Hitze auf Dauer nicht widerstehen. Sie degradieren, verlieren an Transparenz, verspröden und bekommen Risse. Dies beeinträchtigt die Funktionsweise des Bauelements.
Daher werden bei Hochleistungsbauelementen die optisch transparenten Verbindungen zwischen den Bauteilen vorzugsweise mit Hilfe eines hitzebeständigen anorganischen Materials wie etwa Glas hergestellt, das zudem einen hohen Brechungsindex besitzt, um Reflexionsverluste an den Grenzflächen zu minimieren.
Bei Hochleistungsbauelementen deren Fügeteile nicht die beim Glasfügen üblichen hohen Temperaturen von über 600°C aushalten, können zudem nur niederschmelzende Gläser eingesetzt werden. Hierzu gehören beispielsweise die sogenannten LARP-Lichtsysteme (Laser Activated Remote Phosphor), bei denen ein Leuchtstoff-Keramikkonverter mit einer dichroitischen Beschichtung eines Substrats transparent verbunden werden muss. Eine Verbindungstechnologie für LARP-Bauteile ist beispielsweise in der W0 2017/214464 A1 beschrieben.
Eine weitere Verbindungstechnologie ist aus dem gattungsgemäßen Dokument WO 2015/091374 A1 bekannt. Hier werden lichtdurchlässige niederschmelzende Glaslote in Form eines Pulvers oder eines Vorformlings verwendet. Dabei werden die Glaslote auf eine Oberfläche eines Bauteils aufgebracht. Anschließend wird das Bauteil über die Erweichungstemperatur T_soft des verwendeten Glases hinaus erhitzt und mit einem zweiten Bauteil gebondet. Das Erhitzen auf eine Temperatur, die über der Erweichungstemperatur T_soft des Glases liegt, gewährleistet, dass sich das Glaslot signifikant verflüssigt und eine Kleberschicht bildet, welche Gestaltabweichungen der zu fügenden Oberflächen kompensieren kann. Beim Fügen der Bauteile kann dabei eine überschüssige Glasmenge über die Montagefläche überquellen, wodurch eine herausgedrückte Glaswulst entsteht. Dies kann für manche Anwendungen unerwünscht sein.
Demnach zeigt die WO 2015/091374 A1 eine Glaszusammensetzung umfassend zumindest ein Telluroxid mit einem Anteil aus Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn und Kombinationen davon.
Durch den Einsatz niederschmelzender Glaslote lassen sich Bauteile fügen, die mit hitzeempfindlichen LED-Chips versehen sind. Die in LED-Chips vorhandenen Halbleiterschichten können bei zu starker Hitzeeinwirkung leicht Schaden nehmen. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass selbst bei den zur Verflüssigung niederschmelzender Gläser nötigen vergleichsweise niedrigen Temperaturen zumindest eine gewisse Beschädigung eines beim Fügen involvierten LED-Chips nicht ausgeschlossen werden kann.
Bei Hochleistungsbauelementen gibt es noch weitere Anforderungen an die bei der Herstellung zum Einsatz kommenden Klebeschichten.
Da die Hochleistungsbauelemente eine Blaustrahlung mit einer sehr hohen Intensität erzeugen, muss auch eine optimale Wärmeübertragung durch die Glasklebeschicht gewährleistet werden. Hierfür muss die Glasklebeschicht sehr gleichmäßig und möglichst dünn aufgetragen sein. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die Glasklebeschicht mittels eines vakuumbasierten Beschichtungsverfahrens (z.B. PVD für „Physical Vapor Deposition“) bzw. einer Dünnschichttechnologie aufgetragen wird. Dies ist Gegenstand des Dokuments US 2018/0258520 A1 .
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement der oben definierten Art derart weiterzubilden, dass dieses sich schonender und besser herstellen lässt. Insbesondere soll bei der Herstellung eine eventuelle Beschädigung der Halbleiterschichten des LED-Chips durch übermäßige Hitzeeinwirkung und/oder eine Reaktion mit der Glasklebeschicht möglichst ausgeschlossen sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Struktur der lichtemittierenden Oberfläche in die Ausgleichsschicht eingebettet ist, und die beiden Verbindungsflächen derart glatt sind, dass deren Oberflächenrauheit, ausgedrückt als Mittenrauwert Ra, kleiner gleich 50 nm, und vorzugsweise kleiner gleich 10 nm ist.
Dank der Ausgleichsschicht und der besonders glatten Verbindungsflächen muss die Glasverbindungsschicht so gut wie keine Gestaltabweichungen mehr kompensieren. Dies bedeutet, dass beim Fügen ein Erhitzen des Glases mindestens bis zur Transformationstemperatur und maximal bis zur Erweichungstemperatur ausreicht. In diesem Temperaturbereich wird das Glas weich genug, um seine Klebefunktion erfüllen zu können. Eine weitere Erhöhung der Temperatur, um das Glas zu verflüssigen, ist nicht nötig, da in den Verbindungsflächen keine nennenswerten Rillen oder Riefen vorhanden sind, in die das Glas fließen müsste. Somit kann sowohl die Bondtemperatur als auch die Dicke der Verbindungschicht reduziert werden, was zum einen eine eventuelle thermische Schädigung des Halbleiterbauteils minimiert und zum anderen in einer verminderten Lichtabsorption der Verbindungsschicht resultiert. Zudem ergeben sich durch die besondere Glätte geringere Lichtstreuverluste an den Schnittstellen zwischen den Verbindungsflächen und der Glasverbindungsschicht. Durch die begrenzte Erhitzung des Glases hat dieses im erweichten Zustand eine relativ hohe Viskosität. Dementsprechend verringert sich die Geschwindigkeit von chemischen Reaktionen, die unter Umständen zu einer Schädigung der Fügepartner führen können.
Durch die Struktur der lichtemittierenden Oberfläche wird die Effizienz der Lichtauskopplung aus dem LED-Chip verbessert.
In manchen Ausführungsformen des optoelektronischen Bauelements kann die strukturierte Oberfläche durch das Aufrauen dieser Oberfläche entstehen.
Mittels des Aufrauens lassen sich LED-Chips herstellen, die eine erhöhte Lichtausbeute aufweisen. Zum Aufrauen der Oberfläche des LED-Chips bzw. der lichtemittierenden Halbleiterschichten kann bspw. ein Plasmaätzverfahren verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Aufrauhung bzw. Strukturierung von Halbleiterschichten auch durch das Abscheiden auf eine raue Oberfläche erfolgen.
Durch das Aufbringen einer Ausgleichsschicht kann die Strukturierung aufgefüllt und dadurch eingeebnet werden. In diesem Fall bildet dann die Ausgleichsschicht die Verbindungfläche des Fügepartners.
Die beiden Verbindungsflächen der Fügepartner können mittels eines chemisch-mechanischen Polierens (CMP-Verfahren) geglättet werden.
Unter Glätten versteht man allgemein das Einebnen von Wellen, Rillen oder Riefen auf der Verbindungsfläche des zu fügenden Fügepartners, die bei dessen Herstellung entstehen können. Das Glätten kann durch Schleifen und/oder Polieren erfolgen.
In einigen Ausführungsformen kann die Ausgleichsschicht des ersten Fügepartners aus einem Dielektrikum bestehen.
Unter Dielektrikum ist ein Werkstoff zu verstehen, der ein nichtleitender Isolationswerkstoff ist, welcher nach dem Auftragen auf die strukturierte Oberfläche in einer festen Form vorliegt. Die Rolle der Ausgleichsschicht besteht darin, die Gestaltabweichungen der strukturierten Oberfläche auszugleichen und sie zu versiegeln. Dadurch kann die Dicke der verwendeten Verbindungsschicht deutlich reduziert werden.
Für eine effiziente Lichtauskopplung ist es von Vorteil, wenn sich die Brechungsindizes n_d der beiden Materialien (LED-Halbleiterschicht und Ausgleichsschicht) unterscheiden, vorzugsweise um mindestens 0,3, besser um 0,5.
Das Dielektrikum ist vorzugsweise amorph oder ein Einkristall und kann beispielsweise aus einem Material der folgenden Gruppe ausgewählt werden: SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, HfO₂, MgO, Nb₂O₅, Ta₂O₅, Si₃N₄, ZnO, SiON (in Form einer Mischung zwischen SiO₂ und Si₃N₄) .
ITO (IndiumZinnOxid) kann als Material für eine Ausgleichsschicht verwendet werden. ITO absorbiert kurzwelliges Licht, insbesondere blaues oder kurzwelligeres Licht. ITO kann eine elektrisch leitfähige Ausgleichsschicht bereitstellen. Diese ist insbesondere für InGaAIP- oder für InGaN-Dünnfilmchips verwendbar. Für derartige Chips liegen Konzepte vor.
Idealerweise wird für die Ausgleichsschicht ein Material verwendet, dessen Brechungsindex zwischen dem der beiden angrenzenden Materialien liegt, da dies für die Effizienz der Lichtauskopplung besonders vorteilhaft ist. Da die lichtemittierenden Halbleiterschichten sehr hochbrechend sind und im allgemeinen einen Brechungsindex >2 besitzen, eignet sich als Dielektrikum insbesondere Aluminiumoxid (Al₂O₃) gut, da es einen Brechungsindex n_d von ca. 1,8 hat. Zudem weist es eine hohe Durchlässigkeit für Infrarot- bis Ultraviolettstrahlung sowie einen ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Halbleiterschicht auf, wodurch eine gute Temperaturwechselbeständigkeit gegeben ist. Ferner weist das Aluminiumoxid eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine Erweichungstemperatur auf, die oberhalb der Erweichungstemperatur des niederschmelzenden Glases liegt. Somit kann sichergestellt werden, dass die Ausgleichsschicht beim Bonden der beiden Fügepartner miteinander ihre Festigkeit behält.
Andere Materialien, die lichtdurchlässig sind und deren Erweichungstemperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des als Verbindungschicht verwendeten niederschmelzenden Glases liegt, können ebenfalls als Ausgleichsmaterialien zum Einsatz kommen.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Ausgleichsschicht auch aus mehreren Schichten bestehen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann der zweite Fügepartner in Form eines optischen Bauteils, zum Bsp. einer Linse, eines Konversionselementes (wie eine Konversionskeramik, Leuchtstoff in Glas) oder einer Transmissionskeramik oder auch eines transparenten Kristalls wie Saphir vorliegen.
Ein Konversionselement eines beispielhaften optoelektronischen Bauelements kann ausgelegt sein, um die aus dem LED-Chip austretende Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung mit einer oder mehreren von der Primärstrahlung unterschiedlichen Wellenlängen zu konvertieren.
Eine Transmissionskeramik wie auch ein transparenter Kristall wie Saphir kann dagegen in optischen Bauelementen verwendet werden, wenn eine bestimmte Lichtdurchlässigkeit des zweiten Fügepartners gewünscht ist.
Insbesondere kann eine Linse oder eine Keramik mittels einer transparenten Verbindungschicht aus einem niederschmelzenden Glas auf den LED-Chip montiert werden. Dadurch können diese Fügepartner fest miteinander verbunden werden. Die Verbindungsschicht fungiert dabei als eine Kleberschicht.
In weiteren Ausführungsformen kann der zweite Fügepartner ein Trägermaterial sein, das vorzugsweise aus Saphir ausgebildet ist.
Ferner kann eine den LED-Chip bildende Epitaxieschicht auf einem Saphir-Träger montiert werden. Bei den als Fügepartner verwendeten Epitaxieschichten handelt es sich um epitaktisch gewachsene oder mittels Epitaxie hergestellte einkristalline Schichten eines Festkörpers. Beispielsweise können somit Epitaxieschichten mit einem Substrat verbunden werden, die normalerweise auf demjenigen Substrat nicht epitaktisch wachsen können, wie zum Bsp. eine InGaAlP-Schicht auf einem Saphir-Substrat.
Die hier offenbarte Verbindungsschicht in Form eines niederschmelzenden Glases kann eine transparente Glaszusammensetzung sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das niederschmelzende Glas zudem hochbrechend und besitzt einen Brechungsindex n_d > 1,6, besser > 1,7, idealerweise ≥ 1,8, besonders bevorzugt ≥ 1,9.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Glaszusammensetzung farblos ausgebildet sein und keine oder höchstens 1 bis 5% der aus dem ersten Fügepartner einfallenden elektromagnetischen Strahlung absorbieren. In anderen Ausführungsformen kann die Glaszusammensetzung strahlungsdurchlässig sein, d.h. mehr als 95% oder mehr als 99% der einfallenden elektromagnetischen Strahlung in Richtung der zweiten Verbindungsfläche des zweiten Fügepartners transmittieren. Dabei kann die Glaszusammensetzung frei von jeglicher Streuung sein.
Die niederschmelzende Glaszusammensetzung kann bspw. Bleioxid (PbO) oder Wismutoxid (Bi₂O₃) oder Germaniumoxid (GeO₂) umfassen.
Die niederschmelzende Glaszusammensetzung kann bspw. Telluroxid (TeO₂) umfassen.
Die Glaszusammensetzung kann zum Bsp. Telluroxid mit einem Anteil von mindestens 45 mol% und höchstens 90 mol %, besser mindestens 50 mol% und höchstens 70 mol %, vorzugsweise von mindestens 55 mol% und höchstens 70 mol %, idealerweise von mindestens 59 mol% und höchstens 69 mol% umfassen. Sie kann ferner das Oxid von mindestens einem der folgenden Elemente umfassen: Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Mn, Li, Na, K, Ag, Al, Ga, In, Bi, Sc, Y, La, Seltene Erden, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta.
In einer Ausführungsform ist die Glaszusammensetzung frei von Bortrioxid, Germaniumoxid, Bleioxid, Phosphaten, Halogeniden, P₂O₅, Siliziumdioxid und Silicaten.
Das niederschmelzende Glas kann eine Erweichungstemperatur T_soft von maximal 350°C, vorzugsweise maximal 320°C oder 300°C oder 270°C oder 250°C, aber mindestens von 200°C aufweisen.
Das hat den Vorteil, dass die Glaszusammensetzung bereits bei diesen niedrigen Temperaturen die beiden Fügepartner miteinander verbinden kann. Somit können temperaturempfindliche Fügepartner eines optoelektronischen Bauelements besonders schonend gebondet werden.
Die Erweichungstemperatur T_soft eines Glases ist diejenige Temperatur, bei der die Viskosität η des sich in Erwärmung befindlichen Glases auf log η = 7,6 dPa*s abgesunken ist. Die Bestimmung der Erweichungstemperatur T_soft erfolgt nach DIN ISO 7884-6. Gemäß dieser Norm wird sie auch Littleton-Temperatur genannt und ist ein Richtwert für die Temperatur, oberhalb der das Glas für die Mehrzahl der Formgebungsverfahren geeignet ist.
Bei der Transformationstemperatur T_g beträgt die Viskosität η des Glases in etwa log η = 13,3 dPa*s. Die Bestimmung der Transformationstemperatur T_g erfolgt nach DIN ISO 7884-8 und kennzeichnet gemäß dieser Norm einen gewissen Transformationsbereich vom sprödelastischen Zustand (bei tiefer Temperatur) zum viskosen Zustand (bei hoher Temperatur) von Glas.
Die vorliegende niederschmelzende Glaszusammensetzung kann einen Brechungsindex von mindestens n_d=1,8, besser von mindestens n_d=1,85, idealerweise von mindestens n_d=1,90, insbesondere von mindestens n_d=1,93, besonders bevorzugt von mindestens n_d=1,94 aufweisen, wobei der Brechungsindex von der Glaszusammensetzung, bspw. vom Gehalt des Telluroxids, abhängt.
Die Glaszusammensetzung kann beispielsweise im Temperaturbereich von 25°C bis 250°C einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa CTE=19, 9*10^-6 K^-1 aufweisen.
Vorzugsweise wird die Verbindungsschicht mittels eines PVD-Verfahrens auf mindestens eine Verbindungsfläche der beiden Fügepartner aufgetragen. Hierfür kann etwa ein Sputter-Verfahren, vorzugsweise ein HF-Sputter-Verfahren, eingesetzt werden.
Bei einem PVD-Verfahren (englisch physical vapour deposition) handelt es sich um eine physikalische Gasphasenabscheidung.
Bei dem hier offenbarten PVD-Verfahren wird ein niederschmelzendes Glas als Ausgangsmaterial verwendet, das in Form eines Festkörpers vorliegt. Aus diesem Ausgangsmaterial werden, durch Beschuss, bspw. mit Laserstrahlen oder magnetisch abgelenkten Ionen oder Elektronen, Glasatome herausgelöst und in eine Gasphase überführt. Das gasförmige Material wird anschließend auf die zu beschichtende Verbindungsfläche des Fügepartners geführt, wo es kondensiert und eine sehr dünne Verbindungschicht aus einem niederschmelzenden Glas bildet.
Bei einem Sputter-Verfahren, auch Kathodenzerstäubung genannt, werden die Atome des niederschmelzenden Glases aus dem Festkörper durch Beschuss mit energiereichen Ionen (vorwiegend Edelgasionen, wie etwa Argon) herausgelöst.
Zum Beschichten der hier offenbarten Fügepartner eignet sich insbesondere das Hochfrequenzsputtern (kurz HF-Sputtern, engl. radio frequency sputtering), bei dem statt eines elektrischen Gleichfeldes ein hochfrequentes Wechselfeld angelegt wird. Dies hat eine Drucksenkung auf 1-20 *10^-3 mbar bei gleicher Sputterrate zur Folge. Die Drucksenkung ermöglicht das Abscheiden von dünnen Verbindungsschichten mit einer speziellen Gefügestruktur, ohne dabei den zu beschichtenden Fügepartner stark zu erhitzen. Somit eignet sich das HF-Sputtern besonders gut zum Beschichten von hitzeempfindlichen Bauteilen.
Die mittels eines PVD-Verfahrens auf die Verbindungsflächen der Fügepartner aufgetragene Verbindungsschicht kann in Form eines Glasfilms mit einer Schichtdicke von maximal 5 µm, besser von maximal 3 µm vorliegen, falls diese beispielsweise nicht als kompakte Schicht abgeschieden wurde.
Nach dem Verbinden der Fügepartner, d.h. am fertigen Bauteil, kann die Schichtdicke der Glaszusammensetzung gemäß zumindest einer Ausführungsform zwischen 10-1000 nm, insbesondere zwischen 100-800 nm, besonders bevorzugt zwischen 200-500 nm betragen (Grenzen jeweils miteingeschlossen). Ganz besonders bevorzugt beträgt die Schichtdicke 10 bis 100 nm. Das Einsetzen eines ultradünnen transparenten Glasfilms als Klebstoff zum Fügen von Bauteilen eines optoelektronischen Bauelements gewährleistet sowohl eine bessere thermische Anbindung als auch eine verminderte Lichtabsorption dieser Verbindungsschicht. Dies wiederum resultiert in einer erhöhten Effizienz und Lichtausbeute des optoelektronischen Bauelements.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des hier offenbarten optoelektronischen Bauelements mit zwei Fügepartnern. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:

a) Beschichten der strukturierten lichtemittierenden Oberfläche mit der Ausgleichsschicht und Glätten der Ausgleichsschicht bis zur gewünschten Welligkeit und Oberflächenrauheit zwecks Herstellung der ersten Verbindungsfläche;
b) Glätten der zweiten Verbindungsfläche bis zur gewünschten Welligkeit und Oberflächenrauheit;
c) Beschichten mindestens einer der geglätteten Verbindungsflächen der Fügepartner mit einem niederschmelzenden Glas, vorzugsweise mittels eines PVD-Verfahrens;
d) Verbinden der beiden Fügepartner miteinander durch:
1. i) Erhitzen der beiden Fügepartner auf eine Temperatur T, wobei Tg ≤ T ≤ Tsoft, Tg die Transformationstemperatur und Tsoft die Erweichungstemperatur des nieder-schmelzenden Glases ist, und
2. ii) Aufeinanderlegen der Fügepartner, sodass ein Verbund zwischen den beiden Verbindungsflächen und dem niederschmelzenden Glas entsteht, wobei das Aufeinanderlegen vorzugsweise mit Gewichtsbeaufschlagung erfolgt,
wobei die Schritte i) und ii) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.

Das vorliegende Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements umfasst grundsätzlich zwei Teilprozesse, nämlich das in den Schritten a) bis c) beschriebene Aufbereiten der beiden Fügepartner sowie deren anschließendes Verkleben miteinander, das sogenannte Bonden.
Das Bonden der Fügepartner kann bspw. unter Vakuum stattfinden. Dies führt zu einer starken Anbindung der Verbindungsschicht an die Fügepartner.
Das Bonden kann ferner unter Gewichts- bzw. Druckbeaufschlagung bei z.B. etwa 5 - 10 MPa durchgeführt werden. Dadurch können eventuelle Gestaltabweichungen 1. Ordnung wie etwa Unebenheiten der Verbindungsflächen beim Bondprozess ausgeglichen werden.
Das fertig montierte optoelektronische Bauelement kann anschließend, weiterhin unter Gewichtsbeaufschlagung, abgekühlt werden.
Ferner ist es möglich, dass die beiden Fügepartner erst aufeinander gelegt, dann erhitzt und dann miteinander verbunden werden. Das Verbinden kann auch dynamisch erfolgen.
Die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Fachbegriffe wie Welligkeit, Oberflächenrauheit, Unebenheit usw. zur Charakterisierung des Profils von Oberflächen entsprechen der Norm DIN 4760, die Gestaltabweichungen von Oberflächen in sechs Ordnungen klassifiziert. Hinsichtlich der Begriffsdefinitionen und der einschlägigen messtechnischen Verfahren zur Quantifizierung der Oberflächeneigenschaften wird auf diese Norm verwiesen.
Figurenliste
Es werden nun beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 ein Herstellungsverfahren eines ersten erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements darstellt;
2 ein Herstellungsverfahren eines zweiten erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements darstellt;
3 ein Herstellungsverfahren eines dritten erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements darstellt; und
4 ein Herstellungsverfahren dreier Varianten eines vierten erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements darstellt.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
In der folgenden Beschreibung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Zeichnungen sind dabei nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, sondern sollen die jeweiligen Merkmale lediglich schematisch illustrieren.
Dabei ist zu beachten, dass die nachstehend beschriebenen Merkmale und Komponenten jeweils miteinander kombiniert werden können, unabhängig davon, ob sie in Zusammenhang mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben worden sind. Die Kombination von Merkmalen in den jeweiligen Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung des grundsätzlichen Aufbaus und der Funktionsweise der beanspruchten Vorrichtung.
Bei den in den 1-4 schematisch dargestellten Herstellungsverfahren handelt es sich jeweils um das Bonden zweier beispielhafter Fügepartner eines optoelektronischen Bauelements miteinander.
1 zeigt ein beispielhaftes Herstellungsverfahren eines optoelektronischen Bauelements 3 bei dem ein optischer Fügepartner 2 auf einem optoelektronischen Fügepartner 1 montiert wird. Das Bauelement 3 ist hier ein typisches LED-Paket samt fokussierender Linsen.
In einem oberen Abschnitt der 1 ist der erste Fügepartner 1 des optoelektronischen Bauelements 3 dargestellt. Er umfasst einen Träger 6, bei dem es sich zum Beispiel um ein Keramiksubstrat handeln kann. Der Träger 6 kann auch als Basis des ersten Fügepartners 1 bezeichnet werden. Er besteht vorzugsweise aus einem Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit wie etwa Al₂O₃ oder AlN.
Auf dem Träger 6 ist ein optoelektronisches Bauteil 4, etwa ein LED-Chip (light emitting diode chip), angeordnet. Der LED-Chip 4 umfasst mehrere Halbleiterschichten (epitaxy layers), wobei in einer aktiven Schicht während des Betriebs des LED-Chips 4 Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich erzeugt wird. Der LED-Chip 4 kann z.B. rotes Licht erzeugen.
Der LED-Chip 4 hat eine strukturierte lichtemittierende Oberfläche 4c und eine auf die lichtemittierende Oberfläche 4c aufgetragene Ausgleichsschicht 4b. Dies ist in der im unteren Bereich der 1 befindlichen Vergrößerung veranschaulicht. Eine von der lichtemittierenden Oberfläche 4c abgewandte und beabstandete Oberfläche 4a der Ausgleichsschicht 4b bildet eine erste Verbindungsfläche des ersten Fügepartners 1. Durch die Verbindungsfläche 4a kann Licht aus dem LED-Chip 4 nach außen treten. Als Material für die Ausgleichsschicht 4b kann bspw. amorphes Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid verwendet werden. Wie man es in der Vergrößerung der 1 sehen kann, ist die Struktur S der lichtemittierenden Oberfläche 4c in die Ausgleichsschicht 4b eingebettet. Das heißt, dass die Textur der Struktur S durch die Ausgleichsschicht 4b nivelliert wird. Die Ausgleichsschicht 4b dient dazu, die Struktur S derart zu verkapseln, dass sie keinen Einfluss mehr auf die Qualität einer Verbindung des LED-Chips 4 mit einem weiteren Bauteil haben kann.
Über elektrische Leitungen 5 in Form von Bonddrähten, die von einem jeweiligen Bondpad neben der ersten Verbindungsfläche 4a des LED-Chips 4 zu einer jeweiligen elektrischen Kontaktstelle auf dem Träger 6 verlaufen, kann eine Stromversorgung des LED-Chips 4 erfolgen.
Zwecks Herstellung des optoelektronischen Bauelements 3 wird ein zweiter Fügepartner 2, welcher zum Bsp. in Form einer vorgefertigten Halbkugellinse vorliegt, mittels einer dünnen Verbindungsschicht 14 aus niederschmelzendem Glas mit dem LED-Chip 4 dauerhaft verbunden. Hierfür weist die Linse 2 eine zweite Verbindungsfläche 2a auf. Die zweite Verbindungsfläche 2a der Linse 2 ist der ersten Verbindungsfläche 4a des ersten Fügepartners 1 zugewandt angeordnet, sodass die beiden Verbindungsflächen 2a, 4a miteinander gebondet werden können.
Erfindungsgemäß sind die beiden Verbindungsflächen 4a, 2a derart glatt, dass deren Welligkeit, ausgedrückt als mittlere Welligkeit Wa, kleiner gleich 500 nm ist und deren Oberflächenrauheit, ausgedrückt als Mittenrauwert Ra, kleiner gleich 50 nm, und vorzugsweise kleiner gleich 10 nm ist.
In einigen Ausführungsformen kann eine Linse 2 ausgewählt werden, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des LED-Chips 4 entspricht. Somit kann gewährleistet werden, dass die beiden Fügepartner 1, 2 beim Erhitzen und Abkühlen während des Bondens ein ähnliches Dehnverhalten aufweisen werden. So verhindert man, dass sich nach dem Fügen mit der Abkühlung der Verbund verbiegt oder die Verbindung wieder aufbricht.
Die Verbindungsschicht 14 aus einem niederschmelzenden Glas wird mittels eines PVD-Verfahrens, zum Bsp. durch HF-Sputtern, als ein ultradünner Film, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von max. 5 µm, besonders bevorzugt max. 3 µm, ganz besonders bevorzugt max. 1 µm, auf mindestens eine der beiden Verbindungsflächen 2a, 4a der Fügepartner 1, 2 aufgetragen. Anschließend werden beide Fügepartner 1, 2 auf eine Erweichungstemperatur des niederschmelzenden Glases, die vorzugsweise niedriger als 350°C ist, erhitzt und aufeinandergelegt, sodass eine dauerhafte Verbindung entstehen kann.
Das Erhitzen der beiden Fügepartner 1, 2 wird bewusst auf die Erweichungstemperatur der niederschmelzenden Glasschicht 14 begrenzt. Dadurch werden die hitzeempfindlichen Halbleiterschichten des LED-Chips 4 geschont. Da die beiden Verbindungsflächen 4a, 2a erfindungsgemäß sehr glatt sind, genügt es zum Kleben, dass die Glasschicht 14 weich wird. Sie muss sich nicht verflüssigen, da es bei den beiden Verbindungsflächen 4a, 2a keine nennenswerten Gestaltabweichungen gibt, die von der als Klebeschicht wirkenden Glasschicht 14 ausgeglichen werden müssten.
Dies schließt nicht aus, dass die aufgetragene Glasschicht vor dem Bonden auch auf eine höhere Temperatur, beispielsweise auf die Fließtemperatur des Glases erwärmt worden ist, um eine porenfreie Schicht zu erzeugen. In diesem Fall befände sich die Glasschicht auf einem temperaturbeständigen Fügepartner wie zum Beispiel einer Glaslinse.
Im unteren Abschnitt der 1 ist ein fertig hergestelltes optoelektronisches Bauelement 3 dargestellt, bei dem zwei Linsen 2, 7 vorgesehen sind. Dabei ist die Linse 2 als eine innere Linse des Bauelements 3 ausgebildet, die die Verbindungsfläche 4a des LED-Chips 4 komplett bedeckt. Die innere Linse 2 kann zum Beispiel aus Glas ausgebildet sein. Vorzugsweise kann eine derartige Glaslinse 2 einen Lichtbrechungsindex nL1 aufweisen, der geringer als der Lichtbrechungsindex nG des niederschmelzenden Glases ist. Dadurch kann die Lichtauskopplungsrate des optoelektronischen Bauelements deutlich verbessert werden.
Die zweite Linse 7 ist eine äußere Linse, die ähnlich wie die Linse 2 auf dem LED-Chip 4, die komplette Oberseite des Trägers 6 mit den darauf liegenden Komponenten vollständig einfasst.
Die äußere Linse 7 kann zum Bsp. aus einem Silikon ausgebildet sein und einen niedrigeren Lichtbrechungsindex nL2 als die innere Linse 2 aufweisen. Somit kann sie als eine fokussierende Linse eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise sollte der Lichtbrechungsindex nG der Glasschicht 14 zwischen dem Lichtbrechungsindex nC des Halbleitermaterials des LED-Chips 4 und dem Lichtbrechungsindex nL1 der Glaslinse 2 liegen. In einer besonders bevorzugten Variante gilt für die Lichtbrechungsindizes das folgende Verhältnis: $nLuft < nL2 < nL1 < nG < nC$
wobei nLuft der Lichtbrechungsindex der das Bauelement 3 umgebenden Luft ist, nL2 der Lichtbrechungsindex der äußeren Linse 7 ist, nL1 der Lichtbrechungsindex der inneren Linse 2 ist, nG der Lichtbrechungsindex der gläsernen Klebeschicht 14 ist, und nC der Lichtbrechungsindex des Halbleitermaterials des LED-Chips 4 ist. Wenn dieses Verhältnis gewahrt ist, ist die Lichtauskopplungseffizienz des Bauelements 3 besonders hoch. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Sprung im Brechungsindex von einem Material zum anderen bei allen Materialübergängen im Wesentlichen gleich groß ist.
2 zeigt ein beispielhaftes Herstellungsverfahren eines zweiten erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements 10, das ebenfalls einen optoelektronischen Fügepartner 1 und einen weiteren optischen Fügepartner 8 umfasst. Hier handelt es sich um ein LED-Paket 10 samt Konverter und Linse zur Erzeugung von Weißlicht.
Im Folgenden werden nur die Unterschiede zur Ausführungsform gemäß 1 beschrieben. Bezüglich der Gemeinsamkeiten wird auf das oben Gesagte verwiesen.
Der Fügepartner 1 ist ein LED-Chip 4 samt Träger 6, der eine erste glatte Verbindungsfläche 4a aufweist. Der LED-Chip 4 kann z.B. blaues Licht emittieren.
Bei dem in der 2 gezeigten zweiten Fügepartner 8 handelt es sich um eine Konversionskeramik, die eine zweite ebenfalls glatte Verbindungsfläche 8a aufweist.
Das Herstellungsverfahren des optoelektronischen Bauelements 10 entspricht dem Herstellungsverfahren des ersten erfindungsgemäßen Bauelements 3. Auch hier werden die beiden Fügepartner 1, 8 derart angeordnet, dass ihre glatten Verbindungsflächen 4a, 8a mittels eines dünnen Films 14 aus einem niederschmelzenden Glas entlang der kompletten Kontaktfläche verbunden werden können.
Das Konversionselement 8 kann ein Konversionsmaterial, wie zum Beispiel einen Leuchtstoff, aufweisen, mittels welchem das von dem LED-Chip 4 emittierte und durch die Verbindungschicht 14 transmittierte Licht in Licht einer anderen Wellenlänge umgewandelt werden kann. Das optoelektronische Bauelement 10 kann ferner eine äußere Linse 9 umfassen. Die Linse 9 kann zum Bsp. aus Silikon ausgebildet sein und im Vergleich zum Konversionselement 8 und zum LED-Chip 4 einen niedrigeren Lichtbrechungsindex aufweisen.
In alternativen Ausführungsformen des optoelektronischen Bauelements 10 kann der LED-Chip 4 ein sogenannter Flip-Chip sein. Dabei wird die aktive Kontaktierungsseite des Chips direkt, ohne jegliche Anschlussdrähte 5, auf dem Substrat 6, vorzugsweise aus Saphir, montiert. Dadurch kann die gesamte Fläche eines Stücks (Die) eines Halbleiter-Wafers zur Kontaktierung genutzt werden. Bei der Flip-Chip-Bondtechnik erfolgt die Verbindung aller Kontakte gleichzeitig. Dies resultiert in einer Zeitersparnis.
3 zeigt ein beispielhaftes Herstellungsverfahren eines dritten erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements 13, das einen ersten Fügepartner 12 und einen zweiten Fügepartner 11 umfasst. Bei diesem Beispiel handelt es sich um eine Kombination aus einem LED-Chip und einem Kristall, um die Lichtauskopplung zu verbessern.
Der zweite Fügepartner 11 ist ein Substrat, vorzugsweise aus Saphir (Al₂O₃). Das Saphir-Substrat 11 umfasst eine glatte Oberfläche, die eine zweite Verbindungsfläche 11a bildet.
Der erste Fügepartner 12 ist ein LED-Chip. Der LED-Chip 12 liegt in Form von kristallinen Schichten z.B. aus AlInGaP vor, die mittels Epitaxie auf einem Träger 15, vorzugsweise ein Substrat aus Galliumarsenid (GaAs) oder Galliumphosphid (GaP), gezüchtet wurden. Somit entsteht ein Zwischenprodukt 16.
Der Träger 15 dient als ein Stützelement der AlInGaP-Epitaxieschicht 12, welches das Übertragen der AlInGaP-Epitaxieschicht 12 auf andere Substrate, auf denen sie nicht wachsen kann, deutlich vereinfacht.
Wie alle hier offenbarten ersten Fügepartner weist auch der LED-Chip 12 eine strukturierte Oberfläche mit einer darauf aufgetragenen Ausgleichsschicht auf (nicht gezeigt). Die Ausgleichsschicht kann aus amorphem Al₂O₃ bestehen.
Das optoelektronische Bauelement 13 wird hergestellt, indem die epitaktisch erzeugte AlInGaP-Schicht 12 des Zwischenprodukts 16 mittels einer Verbindungsschicht 14 aus einem niederschmelzenden Glas mit dem Substrat 11 verbunden wird.
Hierfür weist das Substrat 11 die zweite glatte Verbindungsfläche 11a auf, wobei die Epitaxieschicht 12 eine erste Verbindungsfläche 12a aufweist, die ebenfalls geglättet wurde. Zwecks Verbindungsherstellung zwischen diesen beiden Fügepartnern 11, 12 wird auf mindestens eine der beiden Verbindungsflächen 11a, 12a eine Verbindungsschicht 14 in Form eines niederschmelzenden Glases, wie etwa Telluritglas aufgetragen.
In der Ausführungsform aus 3 wurde die Glasverbindungsschicht 14 mittels eines PVD-Verfahrens auf die Verbindungsfläche 11a des Substrats 11 aufgetragen. Anschließend wird sowohl das Zwischenprodukt 16 als auch das Substrat 11 auf eine Erweichungstemperatur des niederschmelzenden Glases 14 erhitzt. Danach wird das Zwischenprodukt 16 derart auf der Verbindungschicht 14 angeordnet, dass die Verbindungsfläche 12a mit dem niederschmelzenden Glas komplett benetzt werden kann und vorzugsweise unter Krafteinwirkung eine homogene und gasblasenarme Verbindung mit einer Schichtdicke von maximal 1µm entstehen kann.
Besonders vorteilhaft kann der Einsatz von Glasverbindungsschichten 14 sein, die einen höheren Lichtbrechungsindex als das Saphir-Substrat 11 aufweisen.
In einem weiteren Schritt erfolgt die Abkühlung des optoelektronischen Bauelements 13 und die Entfernung des Substrats 15 von der Epitaxieschicht 12. Die Lichtauskopplung erfolgt über das Saphir-Substrat 11.
4 zeigt ein beispielhaftes Herstellungsverfahren eines vierten erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements 22. Hier geht es erneut um das Verbinden eines LED-Chips mit einem transparenten Kristall, um die Lichtauskopplung aus dem LED-Chip zu maximieren. Das Bauelement 22 ist hier in drei verschiedenen Varianten 22a, 22b und 22c verwirklicht.
Das Herstellungsverfahren umfasst die drei mit a) bis c) gekennzeichneten Schritte. Das optoelektronische Bauelement 22 umfasst einen zweiten Fügepartner 21 in Form eines Saphir-Substrats und einen ersten Fügepartner 17 in Form einer Saphir-Schicht 19 mit einem LED-Chip 18.
Jeder der beiden Fügepartner 17, 21 weist jeweils eine glatte Verbindungsfläche 19a und 21a auf. Bei den Varianten 22a und 22b bildet die Saphir-Schicht 19 die Ausgleichsschicht, in welche die Struktur der lichtemittierenden Oberfläche des LED-Chips 18 eingebettet ist. Bei der Variante 22c hingegen weist der erste Fügepartner 17 eine zusätzliche Ausgleichsschicht (nicht dargestellt) auf dem LED-Chip 18 auf, die vom LED-Chip 18 aus gesehen auf der der Saphir-Schicht 19 gegenüberliegenden Seite liegt.
Das optoelektronische Bauelement 22 wird durch Verbindung des Saphir-Substrats 21 mit dem ersten Fügepartner 17 hergestellt. Hierfür kann eine dünne Verbindungsschicht 20 aus einem niederschmelzenden Glas, zum Bsp. durch Sputtern, auf eine Verbindungsfläche 19a der Saphir-Schicht 19 oder eine Verbindungsfläche 18a der Ausgleichsschicht (nicht dargestellt) auf dem LED-Chip 18 aufgebracht werden. Alternativ kann die Glasverbindungsschicht 20 auf die zweite Verbindungsfläche 21a des Substrats 21 oder auf die beiden Verbindungsflächen 19a, 21a bzw. 18a, 21a aufgebracht werden.
Der Schritt a) zeigt die Saphir-Schicht 19 vor dem Aufsputtern der Glasverbindungsschicht 20. Der Schritt b) zeigt das Bonden der beiden Fügepartner 17 und 21. Der Schritt c) zeigt das fertige Endprodukt.
Mit diesem Bonding-Verfahren wird eine ultradünne transparente Verbindung zwischen der Saphir-Schicht 19 und dem Saphir-Substrat 21 hergestellt. Somit entsteht ein LED-Bauelement 22 mit einer vergrößerten Lichtauskopplungsfläche. Das vergrößerte Saphir-Volumen führt zu einer erhöhten Lichtextraktionseffizienz. Zusätzlich kann dadurch die Wärmeableitung verbessert werden.
Die Darstellungen i) und ii) in 4 zeigen die zweite und dritte Variante. Bei der Variante 22b gemäß Darstellung i) haben die Saphir-Schicht 19 und das Saphir-Substrat 21 im Gegensatz zum optoelektronischen Bauelement 22a im Wesentlichen die gleiche Breite.
Bei der Variante 22c gemäß Darstellung ii) ist der LED-Chip 18 auf zwei gegenüberliegenden Seiten von Saphir eingefasst. Dies erhöht die Lichtauskopplung in zwei Richtungen.
Bezugszeichenliste

1: ERSTER FÜGEPARTNER
2: INNERE LINSE
2a: VERBINDUNGSFLÄCHE
3: OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
4: LED-CHIP
4a: VERBINDUNGSFLÄCHE
5: ELEKTRISCHE LEITUNGEN
6: TRÄGER
7: ÄUßERE LINSE
8: KONVERSIONSELEMENT
8a: VERBINDUNGSFLÄCHE
9: ÄUßERE LINSE
10: OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
11: SUBSTRAT
11a: VERBINDUNGSFLÄCHE
12: LED-CHIP
12a: VERBINDUNGSFLÄCHE
13: OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
14: VERBINDUNGSSCHICHT
15: SUBSTRAT
16: ZWISCHENPRODUKT
17: ERSTER FÜGEPARTNER
18: LED-CHIP
18a: VERBINDUNGSFLÄCHE
19: SAPHIR-SCHICHT
19a: VERBINDUNGSFLÄCHE
20: VERBINDUNGSSCHICHT
21: SAPHIR-SUBSTRAT
21a: VERBINDUNGSFLÄCHE
22: OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2017/214464 A1 [0005]
WO 2015/091374 A1 [0006, 0007]
US 2018/0258520 A1 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN ISO 7884-6 [0043]
DIN ISO 7884-8 [0044]

Claims

Optoelektronisches Bauelement (3, 10, 13, 22), umfassend: - einen ersten Fügepartner (1, 12, 17), der einen LED-Chip (4, 12, 18) mit einer strukturierten lichtemittierenden Oberfläche (4c) und einer auf die lichtemittierende Oberfläche (4c) aufgetragenen Ausgleichsschicht (4b, 19) aufweist, wobei die Ausgleichschicht (4b, 19) eine von der lichtemittierenden Oberfläche (4c) abgewandte und beabstandete Oberfläche aufweist, welche eine erste Verbindungsfläche (4a, 12a, 18a, 19a) bildet; - einen zweiten Fügepartner (2, 8, 11, 21) mit einer zweiten Verbindungsfläche (2a, 8a, 11a, 21a), wobei die beiden Verbindungsflächen (4a, 12a, 18a, 19a; 2a, 8a, 11a, 21a) einander zugewandt angeordnet sind; und - eine Verbindungsschicht (14, 20) aus einem Film niederschmelzenden Glases mit einer Schichtdicke von maximal 1 µm, welche die beiden Verbindungsflächen miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass - die Struktur der lichtemittierenden Oberfläche (4c) in die Ausgleichsschicht (4b) eingebettet ist, und - die beiden Verbindungsflächen (4a, 12a, 18a, 19a; 2a, 8a, 11a, 21a) derart glatt sind, dass deren Oberflächenrauheit, ausgedrückt als Mittenrauwert Ra, kleiner gleich 50 nm, und vorzugsweise kleiner gleich 10 nm ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der LED-Chip (4, 12, 18) eine Halbleiterschicht umfasst, welche die lichtemittierende Oberfläche (4c) aufweist, wobei der Brechungsindex (nG) der Verbindungsschicht (14, 20): - kleiner als der Brechungsindex (nC) der Halbleiterschicht, und - größer als der Brechungsindex (nL1) des den zweiten Fügepartner (2, 8, 11, 21) bildenden Materials ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der lichtemittierenden Oberfläche (4c) durch das Aufrauen dieser Oberfläche entstanden ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungsflächen (4a, 12a, 18a, 19a; 2a, 8a, 11a, 21a) mittels eines CMP-Verfahrens geglättet wurden.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsschicht aus einem Dielektrikum besteht.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum aus einem Material der folgenden Gruppe ausgewählt ist: SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, HfO₂, MgO, Nb₂O₅, TaO₂₅,Si₃N₄, ZnO, SiON (in Form einer Mischung zwischen SiO₂ und Si₃N₄) .
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fügepartner eine Linse (2), ein Konversionselement (8) oder eine Transmissionskeramik oder ein transparenter Einkristall ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fügepartner ein transparentes Substrat (11, 21), vorzugsweise aus Saphir, ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das niederschmelzende Glas in Form einer transparenten Glaszusammensetzung vorliegt und einen Brechungsindex größer 1,7 besitzt.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaszusammensetzung Telluroxid TeO₂ umfasst.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das niederschmelzende Glas eine Erweichungstemperatur von maximal 350°C aufweist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht mittels eines PVD-Verfahrens auf mindestens eine der beiden Verbindungsflächen (4a, 12a, 18a, 19a; 2a, 8a, 11a, 21a) der Fügepartner (1, 12, 17; 2, 8, 11, 21) aufgetragen und anschließend zwecks Verbindungsherstellung auf ihre Erweichungstemperatur erhitzt wurde.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das PVD-Verfahren ein Sputter-Verfahren, vorzugsweise ein HF-Sputter-Verfahren, ist.
Optoelektronisches Bauelement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsschicht (14, 20) in Form eines Glasfilms vorliegt.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit zwei Fügepartnern (1, 12, 17; 2, 8, 11, 21) gemäß einem der Ansprüche 1-14, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Beschichten der strukturierten lichtemittierenden Oberfläche mit der Ausgleichsschicht und Glätten der Ausgleichsschicht bis zur gewünschten Welligkeit und Oberflächenrauheit zwecks Herstellung der ersten Verbindungsfläche (4a, 12a, 18a, 19a); b) Glätten der zweiten Verbindungsfläche (2a, 8a, 11a, 21a) bis zur gewünschten Welligkeit und Oberflächenrauheit; c) Beschichten mindestens einer der geglätteten Verbindungsflächen (4a, 12a, 18a, 19a; 2a, 8a, 11a, 21a) der Fügepartner (1, 12, 17; 2, 8, 11, 21) mit einem niederschmelzenden Glas, vorzugsweise mittels eines PVD-Verfahrens; d) Verbinden der beiden Fügepartner (1, 12, 17; 2, 8, 11, 21) miteinander durch: i) Erhitzen der beiden Fügepartner (1, 12, 17; 2, 8, 11, 21) auf eine Temperatur T, wobei T_g ≤ T ≤ T_soft, T_g die Transformationstemperatur und T_soft die Erweichungstemperatur des niederschmelzenden Glases ist, und ii) Aufeinanderlegen der Fügepartner (1, 12, 17; 2, 8, 11, 21), sodass ein Verbund zwischen den beiden Verbindungsflächen (4a, 12a, 18a, 19a; 2a, 8a, 11a, 21a) und dem niederschmelzenden Glas entsteht, wobei das Aufeinanderlegen vorzugsweise mit Gewichtsbeaufschlagung erfolgt, wobei die Schritte i) und ii) in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.