DE102019106931A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement, optoelektronische Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches Halbleiterbauelement, optoelektronische Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements Download PDF

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Abstract

Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) umfasst einen Träger (120) mit einer aufgerauten ersten Hauptoberfläche (121) und optoelektronische Halbleiterchips (15), die über der aufgerauten ersten Hauptoberfläche (121) angeordnet sind. Dabei ist eine zusammengesetzte Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips (15) kleiner als eine Fläche des Trägers (120), und zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterchips (15) ist ein Bereich der aufgerauten ersten Hauptoberfläche (121) angeordnet.

Description

  • Eine lichtemittierende Diode (LED) ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die auf Halbleitermaterialien basiert. Beispielsweise umfasst eine LED einen pn-Übergang. Wenn Elektronen und Löcher miteinander im Bereich des pn-Übergangs rekombinieren, beispielsweise weil eine entsprechende Spannung angelegt wird, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.
  • Generell wird nach Konzepten gesucht, mit denen die Auskoppeleffizienz von optoelektronischen Halbleiterbauelementen verbessert werden kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement, eine verbesserte optoelektronische Halbleitervorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
  • Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfasst einen Träger mit einer aufgerauten ersten Hauptoberfläche und optoelektronische Halbleiterchips, die über der aufgerauten ersten Hauptoberfläche angeordnet sind. Eine zusammengesetzte Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips ist kleiner als eine Fläche des Trägers, und zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterchips ist ein Bereich der aufgerauten ersten Hauptoberfläche angeordnet.
  • Gemäß Ausführungsformen kann ein weiterer Teil der aufgerauten ersten Hauptoberfläche zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip und einem Rand des Trägers angeordnet sein.
  • Beispielsweise umfassen die optoelektronische Halbleiterchips jeweils eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht übereinander angeordnet sind.
  • Gemäß Ausführungsformen ist die erste Halbleiterschicht auf einer dem Träger zugewandten Seite angeordnet, und eine erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht ist aufgeraut.
  • Das optoelektronisches Halbleiterbauelement kann ferner eine dielektrische Spiegelschicht über einer zweiten Hauptoberfläche des Trägers umfassen.
  • Beispielsweise ist die Oberfläche des Trägers größer als das 1,5-fache der zusammengesetzten Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips.
  • Beispielsweise sind die optoelektronischen Halbleiterchips durch ein amorphes anorganisches Verbindungsmaterial mit der aufgerauten ersten Hauptoberfläche des Trägers verbunden.
  • Eine optoelektronische Halbleitervorrichtung umfasst eine Einhäusung, einen Leiterrahmen („lead frame“) und das optoelektronische Halbleiterbauelement wie vorstehend beschrieben. Die Einhäusung ist mit dem Leiterrahmen zusammengefügt.
  • Beispielsweise hat der Träger des optoelektronischen Halbleiterbauelements eine größere laterale Ausdehnung als der Leiterrahmen und bedeckt diesen vollständig. Gemäß Ausführungsformen steht eine horizontale Oberfläche des Leiterrahmens, über welcher das optoelektronische Halbleiterbauelement aufgebracht ist, in vertikaler Richtung gegenüber der Einhäusung hervor.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst die optoelektronische Halbleitervorrichtung ferner eine reflektierende Vergussmasse, die zwischen dem Träger und der Einhäusung eingebracht ist. Die reflektierende Vergussmasse grenzt beispielsweise an den Träger an.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst eine optoelektronische Halbleitervorrichtung eine Einhäusung und einen Leiterrahmen, wobei die Einhäusung mit dem Leiterrahmen zusammengefügt ist. Die Halbleitervorrichtung umfasst ferner, einen Träger mit einer ersten Hauptoberfläche und einen optoelektronischen Halbleiterchip, der über der ersten Hauptoberfläche angeordnet ist. Eine Fläche des optoelektronischen Halbleiterchips ist kleiner als eine Fläche des Trägers, und der Träger hat eine größere laterale Ausdehnung als der Leiterrahmen und bedeckt diesen vollständig.
  • Beispielsweise steht eine horizontale Oberfläche des Leiterrahmens, über welcher das optoelektronische Halbleiterbauelement aufgebracht ist, in vertikaler Richtung gegenüber der Einhäusung hervor.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Ausbilden von optoelektronischen Halbleiterchips, Aufrauen einer ersten Hauptoberfläche eines Trägers, und Anordnen der optoelektronischen Halbleiterchips über der aufgerauten ersten Hauptoberfläche eines Trägers. Eine zusammengesetzte Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips ist kleiner als eine Fläche des Trägers. Zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterchips ist ein Bereich der aufgerauten ersten Hauptoberfläche angeordnet.
  • Das Ausbilden der optoelektronischen Halbleiterchips kann beispielsweise das Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp über einem Wachstumssubstrat und das Ausbilden einer zweiten Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp über der ersten Halbleiterschicht umfassen.
  • Das Verfahren kann ferner das Aufbringen eines Zwischenträgers über der zweiten Halbleiterschicht und Ablösen des Wachstumssubstrats umfassen.
  • Gemäß Ausführungsformen wird der Zwischenträger derart auf die optoelektronischen Halbleiterchips aufgebracht, dass die optoelektronischen Halbleiterchips voneinander beabstandet sind.
  • Beispielsweise werden die optoelektronischen Halbleiterchips über ein amorphes anorganisches Verbindungsmaterial an der aufgerauten ersten Hauptoberfläche des Trägers befestigt.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung das Ausbilden eines optoelektronischen Halbleiterchips, das Anordnen des optoelektronischen Halbleiterchips über einer ersten Hauptoberfläche eines Trägers und das Aufbringen des Trägers über einem Leiterrahmen. Dabei ist eine Fläche des optoelektronischen Halbleiterchips kleiner als eine Fläche des Trägers, der Träger des optoelektronischen Halbleiterbauelements hat eine größere laterale Ausdehnung als der Leiterrahmen, und der Träger wird derart auf den Leiterrahmen aufgebracht, dass der Träger den Leiterrahmen vollständig bedeckt.
  • Gemäß Ausführungsformen ist der Leiterrahmen mit einer Einhäusung zusammengefügt, und eine horizontale Oberfläche des Leiterrahmens, über welcher das optoelektronische Halbleiterbauelement aufgebracht wird, steht in vertikaler Richtung gegenüber der Einhäusung hervor.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Einbringen einer reflektierenden Vergussmasse zwischen dem Träger und der Einhäusung.
  • Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.
    • 1 zeigt eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß Ausführungsformen.
    • 2 zeigt eine schematische vertikale Querschnittsansicht einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 3A bis 3C veranschaulichen Querschnittsansichten eines Werkstücks bei Durchführung des Verfahrens gemäß Ausführungsformen.
    • 4A fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.
    • 4B fasst ein Verfahren gemäß weiteren Ausführungsformen zusammen.
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
  • Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
  • Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Weitere Beispiele für Materialien von Wachstumssubstraten umfassen Glas, Siliziumdioxid, Quarz oder eine Keramik.
  • Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Al-GaInBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga2O3, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.
  • Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
  • Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft.
  • Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.
  • Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
  • Soweit hier die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
  • Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden“ eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch verbundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
  • Der Begriff „elektrisch verbunden“ umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
  • 1 zeigt eine Ansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 umfasst einen Träger 120 mit einer aufgerauten ersten Hauptoberfläche 121 und epitaktisch ausgebildete Halbleiterbereiche oder optoelektronische Halbleiterchips 15, die über der aufgerauten ersten Hauptoberfläche 121 angeordnet sind. Eine zusammengesetzte Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips 15 ist dabei kleiner als eine Fläche des Trägers 120. Weiterhin ist zwischen benachbarten epitaktisch ausgebildeten Halbleiterbereichen 15 ein Bereich der aufgerauten ersten Hauptoberfläche 121 angeordnet.
  • Die aufgeraute Oberfläche ist näher in 2 veranschaulicht. Beispielsweise können die optoelektronischen Halbleiterchips 15 in der Weise über der ersten Hauptoberfläche 121 des Trägers 120 angeordnet sein, dass ein weiterer Teil der aufgerauten ersten Hauptoberfläche 121 zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip 15 und einem Rand des Trägers angeordnet ist.
  • Weitere Elemente des optoelektronischen Halbleiterbauelements werden nun unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert werden.
  • Die aufgeraute erste Hauptoberfläche 121 ist aufgeraut, so dass eine Vielzahl von gegenüber dem Trägermaterial hervorstehenden Strukturen 122 ausgebildet sind. Die hervorstehenden Strukturen können jeweils voneinander verschieden sein und können in zufälliger Weise, d.h. bei zufällig gewählten Abständen zueinander angeordnet sein. Durch die Rauheit der ersten Hauptoberfläche 121 wird die Auskoppeleffizienz aus dem Träger 120 verbessert. Beispielsweise kann eine mittlere Rauheit Ra die den mittleren Abstand eines Messpunktes auf der Hauptoberfläche 121 zu einer Mittellinie angibt, in einem Bereich von 200 nm bis 2 µm liegen. Die Mittellinie kann beispielsweise das wirkliche Profil der ersten Hauptoberfläche 121 so schneiden, dass die Summe der Profilabweichungen (bezogen auf die Mittellinie) minimal wird. Die mittlere Rauheit Ra entspricht also dem arithmetischen Mittel der betragsmäßigen Abweichung von der Mittellinie.
  • Die optoelektronischen Halbleiterchips 15 sind derart angeordnet, dass zwischen ihnen jeweils ein Bereich der aufgerauten ersten Hauptoberfläche 121 des Trägers angeordnet ist. Weiterhin ist ein Teil der aufgerauten ersten Hauptoberfläche 121 des Trägers jeweils zwischen den optoelektronischen Halbleiterchips 15 und dem Rand des Trägers angeordnet. Der Träger kann beispielsweise ein Saphirträger sein. Insbesondere ist ein Material des Trägers 120 im Wesentlichen absorptionsfrei und hat einen geeigneten Brechungsindex und eine geeignete thermische Leitfähigkeit. Beispielsweise können die optoelektronischen Halbleiterchips 15 über einen geeigneten, beispielsweise einen adaptiven Verbindungsmaterial 125 (siehe vergrößerter Ausschnitt von 2) auf dem Träger 120 befestigt und vollflächig angebunden sein. Beispielsweise kann das Verbindungsmaterial anorganische Materialien wie beispielsweise amorphes Aluminiumoxid oder Siliziumoxid enthalten. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verbindungsmaterial keine organischen Materialien enthalten. Beispielsweise kann der Träger 120 ein Saphirträger sein. Durch die Verwendung eines Verbindungsmaterials 125, das ein anorganisches, amorphes Material enthält, ist es möglich, eine verbesserte optische und thermische Anbindung des optoelektronischen Halbleiterchips 15 an den Träger 120 zu erzielen. Beispielsweise können Rückreflexionen von elektromagnetischer Strahlung an der Grenzfläche zwischen Verbindungsmaterial 125 und Träger 120 vermieden werden.
  • Dadurch, dass die Fläche des Trägers 120 größer als die zusammengesetzte Fläche der einzelnen Halbleiterchips 15 ist, ist es möglich, den Träger 120 auch bei einer größeren Dicke zu vereinzeln. Gemäß Ausführungsformen kann eine Dicke d des Trägers 120 bis zu etwa 350 µm betragen. Beispielsweise kann eine Mindestdicke des Trägers etwa 50 µm betragen
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es auch möglich, die Halbleiterschichten der Halbleiterchips 15 direkt auf dem Träger 120 auszubilden, beispielsweise wenn das Material des Trägers 120 als Wachstumssubstrat geeignet ist.
  • Gemäß Ausführungsformen kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 ferner eine dielektrische Spiegelschicht 124 auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche 123 umfassen. Generell umfasst der Begriff „dielektrische Spiegelschicht“ jegliche Anordnung, die einfallende elektromagnetische Strahlung zu einem großen Grad (beispielsweise >90%) reflektiert und nicht leitend ist. Beispielsweise kann eine dielektrische Spiegelschicht durch eine Abfolge von sehr dünnen dielektrische Schichten mit jeweils unterschiedlichen Brechungsindizes ausgebildet werden. Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (n>1,7) und einen niedrigen Brechungsindex (n<1,7) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Schichtdicke λ/4 betragen, wobei λ die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem jeweiligen Medium angibt. Die vom einfallenden Licht her gesehene Schicht kann eine größere Schichtdicke, beispielsweise 3λ/4 haben. Aufgrund der geringen Schichtdicke und des Unterschieds der jeweiligen Brechungsindices stellt die dielektrische Spiegelschicht ein hohes Reflexionsvermögen bereit und ist gleichzeitig nicht leitend. Eine dielektrische Spiegelschicht kann beispielsweise 2 bis 50 dielektrische Schichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 90 nm, beispielsweise etwa 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine metallische Schicht 126, beispielsweise eine Al-Schicht, angrenzend an die zweite Hauptoberfläche 123 des Trägers 120 angeordnet sein. Auf diese Weise wird durch den Träger 120 ein guter Reflektor verwirklicht.
  • Gemäß weiteren Ausgestaltungen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen Träger mit einer ersten Hauptoberfläche und optoelektronische Halbleiterchips, die über der ersten Hauptoberfläche angeordnet sind. Eine zusammengesetzte Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips ist kleiner als eine Fläche des Trägers.
  • 2 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung 30, welche ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 umfasst. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 kann beispielsweise wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben aufgebaut sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das optoelektronische Halbleiterbauelement lediglich einen optoelektronischen Halbleiterchip aufweisen, wobei eine Fläche des Halbleiterchips kleiner als eine Fläche des Trägers ist.
  • Die in 2 gezeigte optoelektronische Vorrichtung 30 umfasst weiterhin einen Leiterrahmen („lead frame“) 150 auf dem das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 aufgebracht ist. Beispielsweise ist eine laterale Ausdehnung s2 des Trägers 120 größer als eine laterale Ausdehnung s1 des Leiterrahmens 150. Weiterhin überdeckt der Träger 120 den Leiterrahmen 150 vollständig. Genauer gesagt erstreckt sich ein Teil des Trägers 120 in allen horizontalen Richtungen über einen Rand des Leiterrahmens 150 hinaus. Als Folge liegt kein Bereich der Oberfläche des Leiterrahmens 150 frei, der durch ein reflektierendes Material abgedeckt werden müsste. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 und der Leiterrahmen 150 sind beispielsweise derart zusammengefügt, dass die optoelektronischen Halbleiterchips 15 mit dem Leiterrahmen 150 überlappen. Anders ausgedrückt, erstrecken sich die optoelektronischen Halbleiterchips 15 in horizontaler Richtung nicht über den Rand des Leiterrahmens hinaus.
  • Die optoelektronische Halbleitervorrichtung 30 umfasst weiterhin eine Einhäusung 155, die mit dem Leiterrahmen 150 zusammengefügt ist. Beispielsweise können die Einhäusung 155, der Leiterrahmen 150 und der Träger 120 derart zusammengefügt sein, dass der Leiterrahmen 150 zu einem gewissen Ausmaß über der Einhäusung 155 vertikal hervorsteht. Genauer gesagt ist eine horizontale Oberfläche des Leiterrahmens 150 bei einer höheren vertikalen Position angeordnet als eine horizontale Oberfläche oder Montageoberfläche 156 der Einhäusung 155. Als Ergebnis bildet sich ein kleiner Spalt 158 gegenüber der Einhäusung 155. Der Spalt 158 hat eine vertikale Ausdehnung b. Die optoelektronische Halbleitervorrichtung 30 kann weiterhin eine reflektierende Vergussmasse 157 umfassen. Beispielsweise kann die reflektierende Vergussmasse TiO2-haltiges Silikon enthalten. Die reflektierende Vergussmasse bedeckt die Montageoberfläche 156 der Einhäusung 155 und grenzt direkt an den Träger 120 an. Als Folge kann Absorption der emittierten elektromagnetischen Strahlung durch den Leiterrahmen oder die Einhäusung 155 vermieden werden. Weiterhin kann emittierte elektromagnetische Strahlung durch die reflektierende Vergussmasse 157 reflektiert werden, wodurch die Effizienz des Bauelements erhöht wird.
  • Von dem optoelektronischen Halbleiterchip 15 emittierte elektromagnetische Strahlung 20 kann über eine von der Einhäusung 155 abgewandte Seite des Halbleiterchips 15 ausgegeben werden. In entsprechender Weise kann auch elektromagnetische Strahlung von den optoelektronischen Halbleiterchips 15 aufgenommen werden. Zuleitungen oder elektrische Kontaktelemente zum elektrischen Anschluss der optoelektronischen Halbleiterchips 15 können beispielsweise vor oder hinter der dargestellten Zeichenebene angeordnet sein. Beispielsweise können Zuleitungen durch den Leiterrahmen 150 geführt werden.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst eine Halbleitervorrichtung einen Leiterrahmen 150 sowie einen Träger 120 mit einer ersten Hauptoberfläche 121 und einem oder mehreren optoelektronischen Halbleiterchips, die über der ersten Hauptoberfläche 121 angeordnet sind. Eine (zusammengesetzte) Fläche des/der optoelektronischen Halbleiterchips 15 ist kleiner als eine Fläche des Trägers 120. Der Träger 120 hat eine größere laterale Ausdehnung s2 als der Leiterrahmen 150 und bedeckt diesen vollständig.
  • Insgesamt lässt sich durch diese Halbleitervorrichtung eine optoelektronische Halbleitervorrichtung mit einer verbesserten Effizienz zur Verfügung stellen. Insbesondere ist es möglich, die reflektierende Vergussmasse 157 in unmittelbarer Nähe der Auskoppeloberfläche der erzeugten elektromagnetischen Strahlung des Trägers 120 zu positionieren. Dabei dient der überstehende Bereich des Trägers 120 als ein Abstandshalter zwischen der reflektierenden Vergussmasse 157 und den Flanken des optoelektronischen Halbleiterchips 15. Als Folge wird vermieden, dass die reflektierende Vergussmasse 157 in unmittelbare Nähe der lichtemittierenden Flanken des optoelektronischen Halbleiterchips gelangt. Bei der dargestellten Anordnung ist der Leiterrahmen 150 vollständig von dem Träger 120 und der reflektierenden Vergussmasse 157 bedeckt. In entsprechender Weise ist der Leiterrahmen effizient vor Alterung geschützt.
  • Beispielsweise kann eine Größe der Halbleiterchips 15 jeweils mehr als 10 × 10 µm2, beispielsweise 500 × 500 µm2 oder 700 × 500 µm2 oder 900 × 500 µm2 betragen. Die einzelnen optoelektronischen Halbleiterchips 15 können zueinander identisch oder auch verschieden sein. Beispielsweise können sie Licht bei jeweils unterschiedlichen Emissionswellenlängen, z.B. rotes und blaues Licht emittieren. Der Träger kann beispielsweise eine Größe von mehr als beispielsweise 300 × 300 µm2, beispielsweise 1 × 1 mm2 oder 3 × 3 mm2 haben. Beispielsweise kann der Träger 120 eine Fläche haben, die größer als das 1,5-fache oder das Doppelte oder das Dreifache der zusammengesetzten Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips 15 ist.
  • Die zweite Hauptoberfläche 123 des Trägers 120 kann zusätzlich aufgeraut sein. Eine Schichtdicke der reflektierenden Vergussmasse 157 kann beispielsweise größer als 30 µm, beispielsweise etwa 50 µm, sein. Eine Gesamtgröße der optoelektronischen Halbleitervorrichtung 30 mit Einhäusung 155 und Leiterrahmen 150 kann beispielsweise 3 × 3 mm2 oder mehr, beispielsweise 5 × 5 mm2 oder mehr betragen.
  • Die 3A bis 3C veranschaulichen ein Werkstück 14 bei Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung des beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements. Eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ, eine aktive Zone 105 sowie eine zweite Halbleiterschicht 100 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ, können über einem geeigneten Wachstumssubstrat 140, beispielsweise aus GaN, epitaktisch aufgewachsen werden. Selbstverständlich können auch Schichten aus anderen Materialsystemen verwendet werden. Anschließend wird der aufgebrachte Schichtstapel über ein Verbindungsmaterial oder einen Klebstoff 141 mit einem Zwischenträger 142 verbunden. Gemäß Ausführungsformen werden optoelektronische Halbleiterchips 15 über ein sogenanntes Expansions-Übertragungsverfahren auf den Träger übertragen. Dabei wird insbesondere ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterchips 15 vergrößert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass einzelne Halbleiterchips aus einem Halbleiterchip-Verbund herausgelöst werden.
  • 3A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Beispiels eines Werkstücks 14, bei dem zwei Halbleiterchips 15 mit einem Zwischenträger 142 verbunden sind. Anschließend wird der Halbleiterschichtstapel beispielsweise durch ein Laser-Lift-Off-Verfahren von dem Wachstumssubstrat 140 abgelöst. Beispielsweise kann eine erste Hauptoberfläche 110 der ersten Halbleiterschicht 110 aufgeraut werden, beispielsweise durch Ätzen in heißer KOH.
  • 3B zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks mit aufgerauter Oberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 auch nicht aufgeraut werden, wie im rechtsseitigen Teil der 3B veranschaulicht ist. Eine erste Hauptoberfläche 121 eines Trägers 120, beispielsweise eines Saphirträgers, wird aufgeraut. Dies ist im unteren Teil der 3B veranschaulicht.
  • Sodann werden, wie in 3C gezeigt ist, die beiden Halbleiterchips 15 mit der aufgerauten Oberfläche 121 des Trägers 120 verbunden. Beispielsweise kann ein amorphes Aluminiumoxid enthaltendes Verbindungsmaterial 125 oder auch ein anderes anorganisches Verbindungsmaterial 125, beispielsweise SiO2, auf der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 aufgebracht werden. Gemäß Ausgestaltungen kann das Verbindungsmaterial 125 auch auf der aufgerauten Oberfläche 121 des Trägers 120 aufgebracht werden. Beispielsweise kann das Verbindungsmaterial 125 durch ein Verfahren wie Sputtern, durch ein PVD-Verfahren oder durch ein ALD- („atomic layer deposition“) Verfahren aufgebracht werden. Weiterhin kann ein Konditionierungsverfahren, beispielsweise durch eine nasschemische Vorbehandlung oder ein Plasmaverfahren durchgeführt wird, durch welches die Anzahl von OH-Gruppen an der Oberfläche des Verbindungsmaterial 125 erhöht wird. Als Folge wird das Anhaften des optoelektronischen Halbleiterchips 15 an dem Träger verbessert.
  • Durch das Verfahren werden mit einem Übertragungsschritt mehrere Halbleiterchips auf einen Träger 120 übertragen. Beispielsweise können bei diesem Verfahren eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips auf ein Trägersubstrat übertragen werden. Nach der Übertragung kann das Trägersubstrat in eine Vielzahl von Trägern 120 vereinzelt werden. 3C zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines sich ergebenden optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 nach Ablösen des Zwischenträgers 142.
  • Zur Fertigstellung der optoelektronischen Halbleitervorrichtung 30 kann nun das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 auf den Leiterrahmen 150, der mit der zugehörigen Einhäusung 155 (s. 2) zusammengefügt ist, aufgebracht werden. Sodann wird die reflektierende Vergussmasse 157 eingebracht. Beispielsweise kann die reflektierende Vergussmasse 157 durch ein Dispersionsverfahren aufgebracht werden. Dadurch, dass der Träger 120 einen Abstandshalter zu dem Halbleiterchip 15 darstellt, ist eine hohe Ortsgenauigkeit bei Einbringung der reflektierenden Vergussmasse 157 nicht erforderlich. Als Folge können auch höhere Konzentrationen des reflektierenden Materials, beispielsweise TiO2, in der Vergussmasse verwendet werden.
  • Als Ergebnis kann ein höheres Reflexionsvermögen und somit eine verbesserte Effizienz erhalten werden.
  • 4A fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements das Ausbilden (S100) von optoelektronischen Halbleiterchips, das Aufrauen (S110) einer ersten Hauptoberfläche eines Trägers, und das Anordnen (S120) der optoelektronischen Halbleiterchips über der aufgerauten ersten Hauptoberfläche eines Trägers, wobei eine zusammengesetzte Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips größer als eine Fläche des Trägers ist und zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterchips ein Bereich der aufgerauten ersten Hauptoberfläche angeordnet ist. Dabei können das Aufrauen der ersten Hauptoberfläche des Trägers und das Ausbilden der optoelektronischen Halbleiterchips unabhängig voneinander und in beliebiger Reihenfolge erfolgen. Beispielsweise kann das Ausbilden der optoelektronischen Halbleiterchips (S100) das Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht (S101) von einem ersten Leitfähigkeitstyp über einem Wachstumssubstrat und das Ausbilden (S102) einer zweiten Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp über der ersten Halbleiterschicht umfassen.
  • Das Verfahren kann weiterhin das Aufbringen (S103) eines Zwischenträgers über der zweiten Halbleiterschicht und Ablösen (S104) des Wachstumssubstrats umfassen.
  • 4B fasst ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung zusammen. Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung das Ausbilden (S100) eines optoelektronischen Halbleiterchips, das Anordnen (S120) des optoelektronischen Halbleiterchips (15) über einer ersten Hauptoberfläche eines Trägers und das Aufbringen (S130) des Trägers über einem Leiterrahmen. Dabei ist eine Fläche des optoelektronischen Halbleiterchips kleiner als eine Fläche des Trägers, der Träger des optoelektronischen Halbleiterbauelements hat eine größere laterale Ausdehnung als der Leiterrahmen, und der Träger wird derart auf den Leiterrahmen aufgebracht, dass der Träger den Leiterrahmen vollständig bedeckt.
  • Die hier beschriebene optoelektronische Halbleitervorrichtung kann beispielsweise eine allgemeine Beleuchtungseinrichtung sein. Die hier beschriebene optoelektronische Halbleitervorrichtung kann auch als Pflanzenbeleuchtungseinrichtung verwendet werden.
  • Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    optoelektronisches Halbleiterbauelement
    14
    Werkstück
    15
    optoelektronischer Halbleiterchip
    20
    emittierte elektromagnetische Strahlung
    30
    optoelektronische Halbleitervorrichtung
    100
    zweite Halbleiterschicht
    105
    aktive Zone
    110
    erste Halbleiterschicht
    111
    erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht
    120
    Träger
    121
    erste Hauptoberfläche des Trägers
    122
    hervorstehende Strukturen
    123
    zweite Hauptoberfläche des Trägers
    124
    dielektrische Spiegelschicht
    125
    Verbindungsmaterial
    126
    metallische Schicht
    140
    Wachstumssubstrat
    141
    Klebstoff
    142
    Zwischenträger
    150
    Leiterrahmen
    151
    Oberfläche des Leiterrahmens
    155
    Einhäusung
    156
    Montageoberfläche der Einhäusung
    157
    reflektierende Vergussmasse
    158
    Spalt

Claims (22)

  1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), umfassend: einen Träger (120) mit einer aufgerauten ersten Hauptoberfläche (121); und optoelektronische Halbleiterchips (15), die über der aufgerauten ersten Hauptoberfläche (121) angeordnet sind, wobei eine zusammengesetzte Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips (15) kleiner als eine Fläche des Trägers (120) ist und zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterchips (15) ein Bereich der aufgerauten ersten Hauptoberfläche (121) angeordnet ist.
  2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1, bei dem ein weiterer Teil der aufgerauten ersten Hauptoberfläche (121) zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip (15) und einem Rand des Trägers (120) angeordnet ist.
  3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die optoelektronischen Halbleiterchips (15) jeweils eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht (100) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht (110, 100) übereinander angeordnet sind.
  4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 3, bei dem die erste Halbleiterschicht (110) auf einer dem Träger (120) zugewandten Seite angeordnet ist und eine erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) aufgeraut ist.
  5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einer dielektrischen Spiegelschicht (124) über einer zweiten Hauptoberfläche (123) des Trägers (120).
  6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fläche des Trägers (120) größer als das 1,5-fache der zusammengesetzten Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips (15) ist.
  7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die optoelektronischen Halbleiterchips (15) durch ein amorphes anorganisches Verbindungsmaterial (125) mit der aufgerauten ersten Hauptoberfläche (121) des Trägers (120) verbunden sind.
  8. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (30), die eine Einhäusung (155), einen Leiterrahmen (150) und das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei die Einhäusung (155) mit dem Leiterrahmen (150) zusammengefügt ist.
  9. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (30) nach Anspruch 8, bei dem der Träger (120) des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) eine größere laterale Ausdehnung als der Leiterrahmen (150) hat und diesen vollständig bedeckt.
  10. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (30) nach Anspruch 8 oder 9, bei dem eine horizontale Oberfläche (151) des Leiterrahmens (150), über welcher das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) aufgebracht ist, in vertikaler Richtung gegenüber der Einhäusung (155) hervorsteht.
  11. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (30) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, ferner umfassend eine reflektierende Vergussmasse (157), die zwischen dem Träger (120) und der Einhäusung (155) eingebracht ist.
  12. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (30) nach Anspruch 11, bei der die reflektierende Vergussmasse (157) an den Träger (120) angrenzt.
  13. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (30), umfassend: eine Einhäusung (155) und einen Leiterrahmen (150), wobei die Einhäusung (155) mit dem Leiterrahmen (150) zusammengefügt ist, einen Träger (120) mit einer ersten Hauptoberfläche (121); und einen optoelektronischen Halbleiterchip (15), der über der ersten Hauptoberfläche (121) angeordnet ist, wobei eine Fläche des optoelektronischen Halbleiterchips (15) kleiner als eine Fläche des Trägers (120) ist und der Träger (120) eine größere laterale Ausdehnung als der Leiterrahmen (150) hat und diesen vollständig bedeckt.
  14. Optoelektronische Halbleitervorrichtung (30) nach Anspruch 13, bei dem eine horizontale Oberfläche (151) des Leiterrahmens (150), über welcher das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) aufgebracht ist, gegenüber der Einhäusung (155) hervorsteht.
  15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (10), umfassend: Ausbilden (S100) von optoelektronischen Halbleiterchips (15) ; Aufrauen (S110) einer ersten Hauptoberfläche (121) eines Trägers (120); Anordnen (S120) der optoelektronischen Halbleiterchips (15) über der aufgerauten ersten Hauptoberfläche des Trägers, wobei eine zusammengesetzte Fläche der optoelektronischen Halbleiterchips (15) kleiner als eine Fläche des Trägers (120) ist und zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterchips (15) ein Bereich der aufgerauten ersten Hauptoberfläche (121) angeordnet ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Ausbilden der optoelektronischen Halbleiterchips (S100) das Ausbilden (S101) einer ersten Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp über einem Wachstumssubstrat (140) und das Ausbilden (S102) einer zweiten Halbleiterschicht (100) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp über der ersten Halbleiterschicht (110) umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner mit Aufbringen (S103) eines Zwischenträgers (142) über der zweiten Halbleiterschicht und Ablösen des Wachstumssubstrats (S104).
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Zwischenträger (142) derart auf die optoelektronischen Halbleiterchips (15) aufgebracht wird, dass die optoelektronischen Halbleiterchips (15) voneinander beabstandet sind.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem die optoelektronischen Halbleiterchips über ein amorphes anorganisches Verbindungsmaterial (125) an der aufgerauten ersten Hauptoberfläche des Trägers befestigt werden.
  20. Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Halbleitervorrichtung, umfassend: Ausbilden (S100) eines optoelektronischen Halbleiterchips (15); Anordnen (S120) des optoelektronischen Halbleiterchips (15) über einer ersten Hauptoberfläche eines Trägers, Aufbringen des Trägers über einem Leiterrahmen, wobei eine Fläche des optoelektronischen Halbleiterchips (15) kleiner als eine Fläche des Trägers (120) ist, der Träger (120) des optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) eine größere laterale Ausdehnung als der Leiterrahmen (150) hat und der Träger derart auf den Leiterrahmen aufgebracht wird, dass der Träger den Leiterrahmen vollständig bedeckt.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Leiterrahmen (150) mit einer Einhäusung (155) zusammengefügt ist und eine horizontale Oberfläche (151) des Leiterrahmens (150), über welcher das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) aufgebracht wird, in vertikaler Richtung gegenüber der Einhäusung (155) hervorsteht.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend das Einbringen einer reflektierenden Vergussmasse (157) zwischen dem Träger (120) und der Einhäusung (155).
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