DE102020124921A1 - Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie eine optoelektronische Anordnung - Google Patents

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Norwin Von Malm
Laura Kreiner
Matthias Goldbach
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) angegeben, mit den Schritten:a) Bereitstellen eines Trägerverbunds (20) mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen (21);b) Ausbilden einer Filterschicht (3) auf dem Trägerverbund (20) ;c) Ausbilden einer Strahlungskonversionsschicht (4) auf der Filterschicht (3);d) Anordnen einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern (5) auf der Strahlungskonversionsschicht, wobei die Halbleiterkörper jeweils eine Halbleiterschichtenfolge (50) mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich (53) aufweisen und frei von einem den Halbleiterkörper (5) stabilisierenden Substrat sind;e) Ausbilden einer Kontaktschicht (6) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern;f) Ausbilden einer Isolationsschicht (7) auf der Kontaktschicht;g) Ausbilden von elektrischen Kontaktflächen (65), die jeweils mit der Kontaktschicht (6) elektrisch leitend verbunden sind; undh) Vereinzeln des Trägerverbunds (20) in die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1), wobei die vereinzelten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) jeweils einen Träger (2) als Teil des Trägerverbunds, eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern (5) und zumindest zwei elektrische Kontaktflächen (65) für die externe elektrische Kontaktierung aufweisen.Weiterhin werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) und eine optoelektronische Anordnung (10) angegeben.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und ein optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie eine optoelektronische Anordnung.
  • Für verschiedenen Anforderungen, beispielsweise die Einkopplung in Wellenleiter für die Hinterleuchtung von Displays sind Bauelemente gefordert, die sich durch eine besonders kompakte Bauform auszeichnen. Konventionelle Bauformen, bei denen sich die Leuchtdiode, kurz LED, in einer Kavität eines Gehäuses befindet, können nicht mehr ohne Weiteres weiter miniaturisiert werden, da die für die Gehäuse genutzten Materialien bei den dann erforderlichen geringen Wandstärken an die Grenzen der mechanischen Stabilität und des Reflexionsvermögens gelangen.
  • Eine Aufgabe ist es, auch für besonders dünne Wellenleiter eine zuverlässige Strahlungseinkopplung zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen beziehungsweise ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der übrigen Patentansprüche.
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen angegeben.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem ein Trägerverbund mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen bereitgestellt wird.
  • Der Träger ist insbesondere für die von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement zu erzeugende Strahlung durchlässig. Die zu erzeugende Strahlung liegt insbesondere im sichtbaren Spektralbereich. Beispielsweise enthält der Träger Glas, Quartz, Saphir, eine Glaskeramik, eine Keramik oder ein Polymermaterial. Zweckmäßigerweise ist das Material des Trägerverbunds gegenüber der zu erzeugenden Strahlung, insbesondere gegenüber dem kurzwelligen Anteil der zu erzeugenden Strahlung, beispielsweise blauer Strahlung und gegenüber der im Betrieb des herzustellenden Halbleiterbauelements entstehenden Temperatur aufgrund von Abwärme unempfindlich. Vorzugsweise ist der Trägerverbund frei von optischen Streuzentren. Das bedeutet, dass zumindest der Großteil, beispielsweise mindestens 60%, der im Betrieb durch den Träger hindurch tretenden Strahlung den Träger passiert, ohne innerhalb des Trägers gestreut zu werden.
  • Vorzugsweise wird der Trägerverbund in lateraler Richtung in unstrukturierter Form bereitgestellt, sodass der Trägerverbund insbesondere bei einem abschließenden Vereinzelungsschritt des Herstellungsverfahrens durchtrennt wird und dadurch für jedes hergestellte optoelektronische Halbleiterbauelement jeweils ein Träger aus dem Trägerverbund hervorgeht. Die Seitenflächen der einzelnen Träger eines optoelektronischen Halbleiterbauelements entstehen also beim Vereinzeln. Davon abweichend kann der Trägerverbund auch bereits in Form einzelner Träger bereitgestellt werden, wobei die einzelnen Träger, beispielsweise über einen Hilfsträger zusammengehalten werden. Die spätere Vereinzelung kann dann beispielsweise durch Entfernen des Hilfsträges erfolgen.
  • Eine Dicke des Trägerverbunds beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 20 µm und einschließlich 1000 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 50 µm und einschließlich 120 µm. Der Trägerverbund kann mechanisch starr, beispielsweise in Form eines Wafers oder einer Platte oder flexibel, beispielsweise in Form einer Folie, vorliegen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahren umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Filterschicht auf dem Trägerverbund ausgebildet wird. Die Filterschicht wird insbesondere vollflächig auf dem Trägerverbund ausgebildet, insbesondere abgeschieden.
  • Beispielsweise weist die Filterschicht eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten auf, wobei sich aufeinanderfolgende Schichten im Brechungsindex unterscheiden. Insbesondere kann die Filterschicht einen Winkelfilter aufweisen, der nur Strahlungsanteile, die in einem vergleichsweise kleinen Winkel zur Normalen des Trägers auftreffen, durchgelassen werden und Strahlungsanteile ab einem Grenzwinkel, beispielsweise einem Winkel von höchstens 30 °, höchstens 20° oder höchstens 10 °, zur Oberflächennormalen des Trägers reflektiert werden. Dadurch können Strahlungsanteile, die bei einer Einkopplung in einen Lichtleiter in diesen ohnehin nicht eingekoppelt würden, an der Filterschicht reflektiert und zumindest zum Teil in Strahlungsanteile mit einem Winkel kleiner dem Grenzwinkel umgewandelt werden, beispielsweise durch Absorptions- und erneute Rekombinationsprozesse, auch als Photon-Recycling bezeichnet und/oder durch Streuung. Der Anteil der für die Einkopplung in einen Lichtleiter nutzbaren Strahlung an der insgesamt als dem optoelektronischen Halbleiterbauelement abgestrahlten Strahlung wird also erhöht.
  • Alternativ oder zusätzlich zu einem Winkelfilter kann die Filterschicht einen Polarisator aufweisen. Beispielsweise weist der Polarisator ein Liniengitter aus einem reflektierenden Metall, beispielsweise aus Silber, auf. Silber zeichnet sich durch eine hohe Reflektivität im sichtbaren Spektralbereich aus. Es kann aber auch ein anderes Metall Anwendung finden. Die Filterschicht kann weitere Schichten aufweisen, beispielsweise eine Schutzschicht, etwa eine Oxidschicht, in die eine Metallschicht des Polarisators eingebettet ist.
  • Mittels des Polarisators kann erzielt werden, dass die aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement austretende Strahlung polarisiert oder zumindest teilpolarisiert ist. Strahlungsanteile mit der nicht durchzulassenden Polarisation können an den Polarisator zurückreflektiert und nachfolgend zumindest teilweise in die gewünschte Polarisationsrichtung umverteilt werden, beispielsweise durch Photon-Recycling und/oder Streuung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Strahlungskonversionsschicht auf dem Trägerverbund, insbesondere auf der Filterschicht ausgebildet wird. Die Strahlungskonversionsschicht kann einen oder mehrere anorganische oder organische Leuchtstoffe oder auf Halbleitermaterial basierende Strahlungskonverter, beispielsweise Quanten-Dots, aufweisen. Die Strahlungskonversionsschicht wird vorzugsweise strukturiert auf der Filterschicht ausgebildet, wobei die Strukturierung nachtäglich erfolgen kann, beispielsweise durch Lithographie und Ätzen oder bereits bei der Beschichtung, etwa durch eine zuvor aufgebrachte Lackmaske, die nicht zu beschichtende Bereiche überdeckt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern auf dem Trägerverbund, insbesondere auf der Strahlungskonversionsschicht angeordnet. Insbesondere weisen die Halbleiterkörper jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Vorzugsweise sind die Halbleiterkörper frei von einem den Halbleiterkörper stabilisierenden Substrat. Beispielsweise weisen die Halbleiterkörper eine Dicke zwischen einschließlich 0,1 µm und einschließlich 10 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 0,2 µm und einschließlich 6 µm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 0,4 µm und einschließlich 1 µm auf. Eine laterale Ausdehnung der Halbleiterkörper beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 5 µm und einschließlich 1000 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 20 µm und einschließlich 100 µm.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Kontaktschicht zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern ausgebildet wird. Vorzugsweise erfolgt das Ausbilden der Kontaktschicht nach dem Anordnen der Halbleiterkörper auf der Strahlungskonversionsschicht. Die Kontaktschicht ist insbesondere in Form einer planaren Kontaktierung ausgebildet.
  • Die Kontaktschicht wird vorzugsweise auf den Halbleiterkörpern abgeschieden, wobei die Kontaktschicht über die Seitenflächen der Halbleiterkörper geführt wird und zwischen benachbarten Halbleiterkörpern stellenweise auf der Strahlungskonversionsschicht verläuft. Für die Ausbildung der Kontaktschicht sind Halbleiterkörper ohne ein Substrat besonders geeignet, da die so erzielbare geringe Bauhöhe die Ausbildung einer durchgängigen Kontaktbahn entlang der Seitenfläche hin zur Strahlungskonversionsschicht vereinfacht.
  • Davon abweichend können zumindest einige Halbleiterkörper oder alle Halbleiterkörper, die auf einem Bauelementbereich angeordnet werden, bereits elektrisch miteinander verbunden sein, bevor die Halbleiterkörper auf der Strahlungskonversionsschicht angeordnet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Isolationsschicht auf der Kontaktschicht ausgebildet wird. Zweckmäßigerweise wird die Isolationsschicht so ausgebildet, dass sie Öffnungen aufweist, in denen die Kontaktschicht freiliegt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem elektrische Kontaktflächen ausgebildet werden, wobei die Kontaktflächen jeweils mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden sind. Insbesondere werden in jedem Bauelementbereich mindestens zwei elektrische Kontaktflächen, beispielsweise genau zwei elektrische Kontaktflächen, ausgebildet. Zweckmäßigerweise sind die elektrischen Kontaktflächen in den Öffnungen der Isolationsschicht mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden. Insbesondere können die elektrischen Kontaktflächen und die Kontaktschicht in den Öffnungen unmittelbar aneinander angrenzen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem der Trägerverbund in die optoelektronischen Halbleiterbauelemente vereinzelt wird. Die vereinzelten optoelektronischen Halbleiterbauelemente weisen insbesondere jeweils einen Träger als Teil des Trägerverbunds, eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern auf dem Träger und zumindest zwei elektrische Kontaktflächen für die externe elektrische Kontaktierung auf. Die elektrischen Kontaktflächen befinden sich insbesondere auf einer der Strahlungsaustrittsfläche gegenüber liegenden Seite des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Die Strahlungsaustrittsfläche ist insbesondere eine Fläche, durch die mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 80 % der insgesamt abgestrahlten Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement austreten.
  • Das Vereinzeln des Trägerverbunds kann beispielsweise durch Ritzen und Brechen, Laserschneiden, Stealth-Dicing oder Sägen erfolgen.
  • In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen wird ein Trägerverbund mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen bereitgestellt. Eine Filterschicht wird auf dem Trägerverbund ausgebildet, eine Strahlungskonversionsschicht wird auf der Filterschicht ausgebildet. Eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern wird auf der Strahlungskonversionsschicht angeordnet, wobei die Halbleiterkörper jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen und frei von einem den Halbleiterkörper stabilisierenden Substrat sind. Eine Kontaktschicht zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern wird ausgebildet. Eine Isolationsschicht wird auf der Kontaktschicht ausgebildet. Elektrische Kontaktflächen werden ausgebildet, die jeweils mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden sind. Der Trägerverbund wird in die optoelektronischen Halbleiterbauelemente vereinzelt, wobei die vereinzelten optoelektronischen Halbleiterbauelemente jeweils einen Träger als Teil des Trägerverbunds, eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern und zumindest zwei elektrische Kontaktflächen für die externe elektrische Kontaktierung aufweisen.
  • Die Herstellungsschritte werden vorzugsweise in der Reihenfolge der Aufzählung durchgeführt. Die ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise kann die elektrische Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern zumindest zum Teil auch bereits erfolgen, bevor die Halbleiterkörper auf der Strahlungskonversionsschicht angeordnet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden beim Anordnen der Halbleiterkörper auf der Strahlungskonversionsschicht mehrere Halbleiterkörper gleichzeitig auf den Trägerverbund übertragen. Beispielsweise werden mindestens 80 % oder auch alle Halbleiterkörper für ein herzustellendes optoelektronisches Halbleiterbauelement gleichzeitig auf den Trägerverbund übertragen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterkörper von einem temporären Substrat übertragen, wobei ein Mittenabstand zwischen benachbarten Halbleiterkörpern bei der Übertragung gleich bleibt. Insbesondere stimmt der Mittenabstand in dem fertiggestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement mit dem Mittenabstand der Halbleiterkörper überein, in dem die Halbleiterkörper auf ihrem ursprünglichen Aufwachssubstrat abgeschieden worden sind.
  • Die Abstände zwischen benachbarten Halbleiterkörpern im fertigen optoelektronischen Halbleiterbauelement können also bereits bei einer lithographischen Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge für die Halbleiterkörper festgelegt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterkörper auf dem temporären Substrat getestet und nur bestimmungsgemäß funktionierende Halbleiterkörper werden auf der Strahlungskonversionsschicht angeordnet. Beispielsweise werden die Halbleiterkörper im Hinblick auf eine elektronische oder optoelektronische Eigenschaft getestet, beispielsweise im Hinblick auf die Peak-Wellenlänge der Emission oder einen charakteristischen Parameter einer Strom-Spannungs-Charakteristik.
  • Hierbei entstehende Freiräume auf der Strahlungskonversionsschicht können nachfolgend nachbestückt werden, sodass sich auf der Strahlungskonversionsschicht ausschließlich bestimmungsgemäß funktionierende Halbleiterkörper befinden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens liegen die Halbleiterkörper auf dem temporären Substrat frei von einem Aufwachssubstrat für eine epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge vor. Bei der Übertragung auf das Strahlungskonversionsmaterial ist das Aufwachssubstrat der Halbleiterkörper also bereits nicht mehr vorhanden. Beispielsweise wird das Aufwachssubstrat entfernt, nachdem die Halbleiterkörper an dem temporären Träger befestigt worden sind.
  • Alternativ kann auch der temporäre Träger selbst das Aufwachssubstrat sein. In diesem Fall kann die Übertragung direkt von dem Aufwachssubstrat auf den Trägerverbund erfolgen. Beispielsweise können zu übertragende Halbleiterkörper selektiv vom Aufwachssubstrat gelöst werden, etwa durch ein Laser-Ablöse-Verfahren (Laser Lift Off, LLO).
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Strahlungskonversionsschicht so strukturiert ausgebildet, dass jedem Bauelementbereich ein separates Strahlungskonversionselement der Strahlungskonversionsschicht zugeordnet ist und die Strahlungskonversionsschicht beim Vereinzeln nicht durchtrennt wird. So kann die Gefahr vermieden werden, dass die Strahlungskonversionsschicht beim Vereinzeln beschädigt wird. Zudem kann das Vereinzelungsverfahren unabhängig von den Eigenschaften der Strahlungskonversionsschicht gewählt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Filterschicht beim Vereinzeln durchtrennt. Die Filterschicht und der Träger des hergestellten optoelektronischen Halbleiterbauelements schließen an der Seitenfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements also bündig ab.
  • Weiterhin wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben.
  • Das vorstehend beschriebene Verfahren ist zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Merkmale können daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement herangezogen werden und umgekehrt.
  • In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Träger auf, der eine Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements bildet. Das optoelektronische Bauelement umfasst weiter eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern, die auf dem Träger angeordnet sind, wobei die Halbleiterkörper jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen und insbesondere frei von einem den Halbleiterkörper stabilisierenden Substrat sind. Das optoelektronische Bauelement umfasst ferner eine Filterschicht zwischen dem Träger und den Halbleiterkörpern und eine Strahlungskonversionsschicht zwischen dem Träger und den Halbleiterkörpern, wobei sich die Strahlungskonversionsschicht insbesondere durchgängig über die Halbleiterkörper erstreckt. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst ferner eine Kontaktschicht zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern und eine Isolationsschicht auf einer dem Träger abgewandten Seite der Kontaktschicht. Zumindest zwei elektrische Kontaktflächen für die externe elektrische Kontaktierung sind auf der Isolationsschicht angeordnet und mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements bedeckt die Filterschicht den Träger vollflächig. Die in den Halbleiterkörpern im Betrieb erzeugte Strahlung muss also die Filterschicht passieren, bevor sie aus der Strahlungsaustrittsfläche austreten kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements überragt die Filterschicht die Strahlungskonversionsschicht in lateraler Richtung.
  • Insbesondere kann die Strahlungskonversionsschicht entlang des gesamten Umfangs des optoelektronischen Halbleiterbauelements von den Seitenflächen des Trägers beabstandet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind benachbarte Halbleiterkörper in einem Abstand zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 10 µm zueinander angeordnet. Durch derart geringe Abstände, die mit konventionellen Pick-and-Place-Platzierungsverfahren nicht ohne weiteres zu erzielen sind, kann auch mit vergleichsweise kleinen Halbleiterkörpern eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung und eine hohe Leuchtdichte erzielt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Filterschicht einen Polarisationsfilter und/oder einen Winkelfilter auf. Insbesondere lässt der Winkelfilter Strahlungsanteile, die senkrecht zu der Strahlungsaustrittsfläche verlaufen, durch und reflektiert Strahlungsanteile, die in einem Winkel, der größer ist als ein Grenzwinkel, auf den Träger auftreffen, zumindest überwiegend, beispielsweise zu einem Anteil von mindestens 70 % oder mindestens 80 %.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements bedecken die elektrischen Kontaktflächen zusammen mindestens 60 % einer Grundfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Über die vergleichsweise großen elektrischen Kontaktflächen kann im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements entstehende Verlustwärme effizient abgeführt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die Halbeiterkörper matrixförmig angeordnet. Beispielsweise sind die Halbleiterkörper zumindest zum Teil über die Kontaktschicht in Reihe und/oder parallel verschaltet. Zum Beispiel sind die Halbleiterkörper einer Zeile jeweils über die Kontaktschicht elektrisch in Serie geschaltet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die Zeilen parallel zueinander verschaltet, insbesondere über die elektrischen Kontaktflächen. Insbesondere können alle Halbleiterkörper des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemeinsam über genau zwei externe elektrische Kontaktflächen kontaktiert werden.
  • Weiterhin wird eine optoelektronische Anordnung mit zumindest einem vorstehend beschriebenen elektronischen Halbleiterbauelement angegeben. Die optoelektronische Anordnung weist beispielsweise einen Anschlussträger auf, auf dem das optoelektronische Halbleiterbauelement befestigt ist. Beispielsweise ist der Anschlussträger eine Leiterplatte.
  • Die optoelektronische Anordnung ist beispielsweise eine Hinterleuchtungseinheit für eine Anzeigevorrichtung oder Teil einer Hinterleuchtungseinheit für eine Anzeigevorrichtung.
  • Insbesondere ist die optoelektronische Anordnung dazu eingerichtet, aus der Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements im Betrieb der optoelektronischen Anordnung ausgekoppelte Strahlung in eine Seitenfläche eines Lichtleiters, insbesondere eines Flächenlichtleiters einzukoppeln.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung verläuft die Strahlungsaustrittsfläche des Trägers parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers. Die Haupterstreckungsebene verläuft in diesem Fall beispielsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Seitenfläche des Flächenlichtleiters, in den die Strahlung eingekoppelt werden soll.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung verläuft die Strahlungsaustrittsfläche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers. In diesem Fall kann die Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Seitenfläche des Flächenlichtleiters verlaufen.
  • Die Begriffe „im Wesentlichen senkrecht“ und „im Wesentlichen parallel“ bedeuten in diesem Zusammenhang insbesondere jeweils eine Abweichung um höchstens 10°.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform der optoelektronischen Anordnung liegt eine schräg oder senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche verlaufende Seitenfläche des Trägers auf dem Anschlussträger auf. Eine Montage des optoelektronischen Halbleiterbauelements auf dem Anschlussträger derart, dass die Strahlungsaustrittsfläche des Trägers senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers verläuft, wird dadurch vereinfacht.
  • Mit dem Verfahren beziehungsweise dem optoelektronischen Halbleiterbauelement können insbesondere die folgenden Effekte erzielt werden.
  • Durch das beschriebene Verfahren können optoelektronische Halbleiterbauelemente hergestellt werden, die sich durch eine besonders geringe Größe auszeichnen. Dadurch wird die Einkopplung in sehr dünne Wellenleiter, insbesondere mit einer Dicke von weniger als 1 mm, beispielsweise 500 µm oder 700 µm, vereinfacht.
  • Es können hohe Leuchtdichten erzielt werden, da die einzelnen Halbleiterkörper in einem sehr geringen, lithographisch definierbaren Abstand zueinander platziert werden können. Die einzelnen Halbleiterkörper selbst können vergleichsweise klein sein und so mit hoher Ausbeute hergestellt werden. Insbesondere können die Halbleiterkörper auch bei geringen Ausdehnungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements matrixförmig in zwei oder mehr Zeilen mit jeweils mehreren Halbleiterbauelementen angeordnet werden.
  • Ferner hat sich gezeigt, dass das Verfahren besonders kostgünstig durchgeführt werden kann, so dass die Gesamtkosten für ein herzustellendes optoelektronisches Halbleiterbauelement gering sind. Die Übertragung der einzelnen Halbleiterkörper auf den finalen Träger des optoelektronischen Halbleiterbauelements kann beispielsweise mittels eines Stempels erfolgen und dadurch besonders flexibel durchgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren leicht auf andere Größen des Trägers und/oder der zu verwendenden Halbleiterkörper angepasst werden.
  • Mittels der Filterschicht kann die Abstrahlung hinsichtlich des Winkelbereichs und/oder der Polarisation an die jeweilige Anwendung, insbesondere an den nachgeordneten Flächenlichtleiter angepasst werden. Strahlungsanteile, die ohnehin nicht in den Flächenlichtleiter eingekoppelt werden könnten oder aufgrund ihrer Polarisation nicht nutzbar sind, können durch die Filterschicht in die optoelektronischen Halbleiterbauelementen zurück reflektiert werden und dort beispielsweise durch Recycling-Prozesse zumindest teilweise in nutzbare Strahlungsanteile umgewandelt werden. Dadurch steigt die Effizienz für das Gesamtsystem zur Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung deutlich.
  • Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
  • Es zeigen:
    • die 1A bis 1J ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen, wobei die 1A, 1B, 1C, 1D, 1F, 1G, 1H, 1I und 1J jeweils eine perspektivische Darstellung eines Zwischenschritts und 1E einen Zwischenschritt mit einer schematischen Schnittansicht eines temporären Substrats darstellen;
    • die 2A und 2B ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement in Rückseitenansicht (2B) und in zugehöriger schematischer Schnittansicht (2A); und
    • die 3 und 4 jeweils ein Ausführungsbeispiel für eine optoelektronische Anordnung in schematischer Seitenansicht.
  • Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur verbesserten Darstellung und/oder zum verbesserten Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In den 1A bis 1I ist ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei zur vereinfachten Darstellung nur ein Teilbereich eines Trägerverbunds 20 mit einem Bauelementbereich 21 gezeigt ist, aus dem bei der Herstellung ein optoelektronisches Halbleiterbauelement hervorgeht. Selbstverständlich kann mit dem Verfahren eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen, die insbesondere matrixförmig auf jeweils einem Bauelementbereich 21 ausgebildet werden können, gleichzeitig hergestellt werden.
  • Wie in 1A dargestellt, wird ein Trägerverbund 20 mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen 21 bereitgestellt. Bei dem Trägerverbund 20 kann es sich insbesondere um ein in lateraler Richtung vollständig unstrukturiertes Element handeln. Der Trägerverbund 20 kann mechanisch starr oder flexibel sein.
  • Auf dem Trägerverbund 20 wird eine Filterschicht 3 ausgebildet (1B). Die Filterschicht 3 wird insbesondere vollflächig auf dem Trägerverbund 20 aufgebracht und nicht strukturiert. Die Filterschicht 3 kann insbesondere mehrschichtig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Schichten beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufsputtern hergestellt werden können. Details der Filterschicht 3 werden in Zusammenhang mit der 2A näher erläutert.
  • Auf dem Trägerverbund 20 mit der Filterschicht 3 wird eine Strahlungskonversionsschicht 4 ausgebildet (1C). Vorzugsweise wird die Strahlungskonversionsschicht 4 strukturiert ausgebildet, so dass die Strahlungskonversionsschicht 4 die Filterschicht 3 nicht vollständig bedeckt. Insbesondere sind die Ränder des jeweiligen Bauelementbereichs 21 frei von Material der Strahlungskonversionsschicht 4, so dass die Strahlungskonversionsschicht 4 beim späteren Vereinzeln nicht durchtrennt werden muss. Die Strahlungskonversionsschicht 4 kann bereits in strukturierter Form aufgebracht werden oder vollflächig aufgebracht und nachfolgend strukturiert werden, beispielsweise durch einen Lithographie-Schritt und einen nachfolgenden Ätzschritt. Alle Halbleiterkörper 5 eines Bauelements sind von einem durchgängigen Teil der Strahlungskonversionsschicht 4 überdeckt.
  • Die Strahlungskonversionsschicht 4 kann einen oder mehrere anorganische oder organische oder nanoskalige Leuchtstoffe 41 wie beispielsweise Quantendots basierend auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial oder einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial aufweisen (vgl. 2A). Beispielsweise eignen sich als Leuchtstoffe ein KSF-Leuchtstoff oder ein β-SiAlON-Leuchtstoff. Die Leuchtstoffe 41 können in ein insbesondere transparentes Matrixmaterial 42 eingebettet sein. Das Matrixmaterial enthält beispielsweise ein Polymermaterial, beispielsweise ein vernetztes Polysiloxan oder besteht daraus. Für die Abscheidung der Strahlungskonversionsschicht 4 können die Leuchtstoffe in das Matrixmaterial gemischt werden und dann mittels eines Beschichtungsprozesses deponiert und gegebenenfalls thermisch oder optisch ausgehärtet werden. Für das Aufbringen eignet sich beispielsweise Sprühen, Rackeln, eine Tauchbeschichtung oder eine Rotationsbeschichtung in einem oder auch mehreren Durchgängen. Alternativ kann auch ein Prozess wie ein Sol-Gel-Übergang Anwendung finden. Alternativ können die Leuchtstoffe auch zunächst ohne Matrixmaterial etwa in Form einer Lösung oder Suspension in einem Lösungsmittel oder als Pulver aufgetragen und nachfolgend durch Aufbringen eines Matrixmaterials 42 auf dem Trägerverbund 20 fixiert werden. Erforderlichenfalls kann nachfolgend eine Planarisierungsschicht auf der dem Trägerverbund 20 abgewandten Seite ausgebildet werden. Diese ist zur vereinfachten Darstellung in den Figuren nicht explizit gezeigt.
  • Nachfolgend wird, wie in 1D dargestellt, eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern 5 auf den Trägerverbund 20 übertragen. Beispielsweise werden die Halbleiterkörper 5 mit einer Verbindungsschicht, etwa einer transparenten Klebeschicht, an der Strahlungskonversionsschicht 4 befestigt.
  • Beispielsweise können die Halbleiterkörper 5, wie in 1E schematisch dargestellt, von einem temporären Substrat 8 beispielsweise mittels eines Stempels 9 von dem temporären Substrat 8 auf den Trägerverbund 20 übertragen werden. Vorzugsweise werden mehrere Halbleiterkörper 5, insbesondere alle Halbleiterkörper 5 für ein herzustellendes optoelektronisches Halbleiterbauelement gleichzeitig von dem temporären Substrat 8 auf den Trägerverbund 20 übertragen. Ein Mittenabstand 55 zwischen benachbarten Halbleiterkörpern 5 auf dem temporären Substrat 8 bleibt bei diesem Übertragungsprozess unverändert, so dass sich die Halbleiterkörper 5 nach dem Übertragungsprozess auf dem Trägerverbund 20 in dem ursprünglichen Mittenabstand befinden. Zumindest für alle Halbleiterkörper 5, die in demselben Schritt übertragen werden, ändern sich die Mittenabstände zu ihren Nachbarn also nicht.
  • Es können auch Halbleiterkörper 5 für mehrere Bauelementbereiche 21 oder auch für alle Bauelementbereiche 21 des Trägerverbunds 20 gleichzeitig übertragen werden.
  • Vor dem Übertragen auf den Trägerverbund 20 können die Halbleiterkörper 5 auf dem temporären Substrat 8 getestet werden, so dass der Trägerverbund 20 nur mit Halbleiterkörpern 5 bestückt wird, die den vorgegebenen Anforderungen, etwa hinsichtlich der Helligkeit oder der Emissionswellenlänge entsprechen. Insbesondere kann die Übertragung so durchgeführt werden, dass nicht den Anforderungen entsprechende Halbleiterkörper 5 von dem temporären Substrat nicht übertragen werden. Dadurch entstehende Freiräume auf dem Trägerverbund 20 können nachfolgend mit bestimmungsgemäß funktionsfähigen Halbleiterkörpern 5 bestückt werden. Dadurch kann der Ausschuss bei der Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 deutlich reduziert werden.
  • Wie in 1F dargestellt, werden die Halbleiterkörper 5 mittels einer Kontaktschicht 6 elektrisch miteinander verbunden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterkörper 5 matrixförmig in zwei Zeilen 56 angeordnet, wobei die Halbleiterkörper 5 einer Zeile 56 jeweils elektrisch in Serie verschaltet sind. Es können aber auch andere Verschaltungen realisiert werden, beispielsweise eine Parallel-Verschaltung oder eine Serien-Parallel-Verschaltung.
  • Nachfolgend wird, wie in 1G dargestellt, eine Isolationsschicht 7 aufgebracht, die die Halbleiterkörper 5 eines Bauelementbereichs 21 vollständig überdeckt. In der Isolationsschicht 7 werden Öffnungen 75 ausgebildet, in denen die Kontaktschicht 6 freigelegt wird (1H).
  • Nachfolgend werden, wie in 1I dargestellt, auf der Isolationsschicht 7 Kontaktflächen 65 für die externe elektrische Kontaktierung der herzustellenden optoelektronischen Halbleiterbauelemente ausgebildet, wobei die Kontaktflächen 65 in den Öffnungen 5 jeweils mit der Kontaktschicht 6 elektrisch leitend verbunden sind.
  • Für die Kontaktschicht 6 und die Kontaktflächen 65 eignet sich ein einschichtiger oder mehrschichtiger Aufbau. Beispielsweise weist zumindest eine Schicht ein Metall auf, beispielsweise Kupfer, Titan, Platin, Nickel, Silber, Gold oder besteht daraus. Weiterhin kann die Kontaktschicht und/oder die Kontaktfläche 65 ein transparentes leitfähiges Oxid (transparent conductive oxide, TCO)-Material enthalten, beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO) oder Zinkoxid (ZnO) oder mehrere solche Schichten. Insbesondere können die Kontaktschicht 6 und/oder die Kontaktflächen 65 auf der den Halbleiterkörpern 5 zugewandten Seite für die in den Halbleiterkörpern 5 zu erzeugende Strahlung reflektierend ausgebildet sein.
  • Abschließend wird der Trägerverbund 20 vereinzelt, so dass jedes hergestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 jeweils einen Träger 2 als Teil des Trägerverbunds 20 mit darauf angeordneten Halbleiterkörpern 5 und mindestens zwei Kontaktflächen 65 für die externe elektrische Kontaktierung der Halbleiterkörper 5 aufweist.
  • Das Vereinzeln erfolgt entlang der in 1I dargestellten Vereinzelungslinien 99. Das Vereinzeln kann beispielsweise durch Ritzen und Brechen, Laserschneiden, Stealth-Dicing oder Sägen erfolgen. Beim Vereinzeln werden vorzugsweise nur der Trägerverbund 20 und die darauf angeordnete Filterschicht 3 durchtrennt.
  • Das fertig gestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 ist in 1J dargestellt. Die Seitenflächen der beim Vereinzeln aus dem Trägerverbund 20 entstehenden Träger 2 können für das Vereinzelungsverfahren charakteristische Spuren aufweisen, beispielsweise Sägespuren oder Spuren eines chemischen Materialabtrags und/oder eines Materialabtrags durch kohärente Strahlung.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 beispielsweise eine laterale Ausdehnung von 700 µm × 400 µm auf. Eine Dicke des Trägers 2 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 50 µm und einschließlich 120 µm. Abhängig von der Anwendung des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 können diese Dimensionen jedoch in weiten Grenzen variiert werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 ist in den 2A und 2B dargestellt.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 weist einen Träger 2 auf, der eine Strahlungsaustrittsfläche 25 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 bildet. Auf dem Träger ist eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern 5 angeordnet, wobei die Halbleiterkörper jeweils eine Halbleiterschichtenfolge 50 mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 53 aufweisen.
  • Der aktive Bereich 53 befindet sich zwischen einer ersten Halbleiterschicht 51 eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht 52 eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps. Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht 51 n-leitend und die zweite Halbleiterschicht 52 p-leitend oder umgekehrt. Die erste Halbleiterschicht 51 und die zweite Halbleiterschicht 52 sind jeweils mit einer Anschlussfläche 54 elektrisch leitend verbunden, so dass durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Anschlussflächen Ladungsträger von entgegengesetzten Seiten in den aktiven Bereich injiziert werden können und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren.
  • Die Halbleiterkörper 5 an sich sind jeweils frei von einem die Halbleiterkörper stabilisierenden Substrat und dadurch besonders dünn, beispielsweise mit einer Dicke zwischen 0,4 µm und 10 µm, zum Beispiel etwa 5 µm. Die mechanische Stabilisierung der Halbleiterkörper 5 erfolgt über den gemeinsamen Träger 2.
  • Die Anschlussflächen 54 sind jeweils auf der dem Träger 2 abgewandten Seite der Halbleiterkörper 5 angeordnet. Beispielsweise befinden sich die Anschlussflächen 54 in einem Abstand von höchstens 10 µm oder höchstens 5 µm von der Strahlungskonversionsschicht 4. Die Anschlussfläche 54 benachbarter Halbleiterkörper 5 sind über eine Kontaktschicht 6 elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise in einer Serienverschaltung. Die Kontaktschicht 6 ist über die Seitenflächen der Halbleiterkörper 5 geführt und verläuft zwischen den Halbleiterkörpern auf der Strahlungskonversionsschicht 4, insbesondere unmittelbar auf der Strahlungskonversionsschicht 4.
  • Auf einer dem Träger 2 abgewandten Seite der Kontaktschicht 6 ist eine Isolationsschicht 7 angeordnet. Die Isolationsschicht 7 weist Öffnungen 75 auf, in denen die Kontaktflächen 65 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 für eine externe elektrische Kontaktierung mit der Kontaktschicht 6 elektrisch leitend verbunden sind.
  • Wie in 2B dargestellt, überdecken die elektrischen Kontaktflächen 65 zusammen einen Großteil einer Grundfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1, insbesondere mindestens 60% oder mindestens 80%. Über die vergleichsweise großen elektrischen Kontaktflächen kann in Betrieb entstehende Abwärme effizient aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 abgeführt werden. Ferner können die Kontaktflächen auf sie auftreffende Strahlung in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche 25 zurück reflektieren.
  • Zwischen den Halbleiterkörpern 5 und dem Träger 2 sind eine Strahlungskonversionsschicht 4 und eine Filterschicht 3 angeordnet.
  • Die Strahlungskonversionsschicht 4 ist dazu eingerichtet, eine in den Halbleiterkörpern 5 erzeugte Primärstrahlung, beispielsweise Strahlung im blauen Spektralbereich oder im ultravioletten Spektralbereich in Strahlung größerer Wellenlänge umzuwandeln, beispielsweise in Strahlungsanteile im grünen und roten Spektralbereich oder in Strahlungsanteile im blauen, grünen und roten Spektralbereich für Primärstrahlung im ultravioletten Spektralbereich. Die Leuchtstoffe 41 der Strahlungskonversionsschicht 4 sind beispielsweise in das Matrixmaterial 42 eingebettet.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Filterschicht 3 einen Polarisationsfilter 31 und einen Winkelfilter 35 auf. Die Filterschicht kann jedoch auch nur einen Polarisationsfilter oder nur einen Winkelfilter aufweisen. Der Polarisationsfilter 31 ist beispielsweise durch eine streifenförmig strukturierte Metallschicht 311 gebildet, wobei optional zusätzlich eine Schutzschicht 312 vorgesehen ist, welche die Metallschicht 311 beispielsweise vor einer Oxidation schützt. Die Schutzschicht 212 weist beispielsweise ein chemisch inertes Material auf, das vorzugsweise eine geringe Absorption im gesamten Emissionsspektrum des optoelektronischen Halbleiterbauelements auf oder besteht aus einem solchen Material. Beispielsweise eignet sich ein Oxid, etwa Siliziumoxid.
  • Die Metallschicht 311 weist zweckmäßigerweise ein Metall mit einer hohen Reflektivität für die im aktiven Bereich der Halbleiterkörper 5 zu erzeugende Strahlung auf.
  • Beispielsweise zeichnet sich Silber durch eine hohe Reflektivität im sichtbaren Spektralbereich aus.
  • Der Winkelfilter 35 ist durch eine Abfolge von mehreren ersten dielektrischen Schichten 351 und zweiten dielektrischen Schicht 352 gebildet, wobei sich die ersten Schichten 351 und die zweiten Schichten 352 vorzugsweise durch einen möglichst großen Brechungsindexunterschied auszeichnen. Durch geeignete Wahl der Schichtdicken und der Materialien der Schichten kann der Winkelfilter so ausgebildet werden, dass er nur für einen vergleichsweise kleinen Winkelbereich um eine Normale zur Strahlungsaustrittsfläche 25 durchlässig ist. Beispielsweise ist der Winkelfilter ab einem Grenzwinkel von 30°, 20° oder 10° für die Strahlung reflektierend ausgebildet. In den Träger 2 wird also nur Strahlung aus einem vergleichsweise kleinen Winkelbereich um die Normale eingekoppelt. So kann erzielt werden, dass nur ein sehr geringer Anteil der Strahlung aus den Seitenflächen 26 des Trägers 2 austritt und damit die Gesamteffizienz des Systems erhöht wird.
  • Die Filterschicht 3 überragt die Strahlungskonversionsschicht 4 in lateraler Richtung, insbesondere entlang des gesamten Umfangs. Mittels der Filterschicht 3 kann zuverlässig erzielt werden, dass sowohl von der Primärstrahlung als auch von der in der Strahlungskonversionsschicht erzeugten Sekundärstrahlung nur oder zumindest überwiegend diejenigen Strahlungsanteile in den Träger 2 eingekoppelt werden, die bei einer Strahlungsauskopplung aus der Strahlungsaustrittsfläche 25 für die Anwendung des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 nutzbar sind, beispielsweise im Hinblick auf die Polarisation und/oder den Austrittswinkel der austretenden Strahlung. Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die laterale Ausdehnung des optoelektronischen Halbleiterbauelements entlang der vertikalen Richtung auch konstant oder weitgehend konstant sein. Beispielsweise können die Filterschicht 3 und die Strahlungskonversionsschicht 4 in lateraler Richtung auch die gleiche Ausdehnung aufweisen. Insbesondere kann die laterale Ausdehnung auch gleich der lateralen Ausdehnung des Trägers und damit des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 sein. Das Halbleiterbauelement 1 ist in diesem Fall frei oder weitgehend frei von Stufen.
  • Weiterhin können die Elemente, die in 2A eine geringere laterale Ausdehnung aufweisen als der Träger, beispielsweise die Strahlungskonversionsschicht 4 und/oder die Halbleiterkörper 5 und/oder die Kontaktschicht 6 und/oder die Kontaktflächen 65 von einer reflektierenden Schicht umgeben sein. Für die reflektierende Schicht eignet sich beispielsweise ein Polymermaterial, etwa ein Silikon, das mit Partikeln gefüllt ist, etwa mit Al2O3-Partikeln.
  • In 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine optoelektronische Anordnung 10 dargestellt. Die optoelektronische Anordnung 10 weist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 auf, das wie in Zusammenhang mit 2A und 2B beschrieben ausgebildet ist.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 ist auf einem Anschlussträger 15 angeordnet und über ein Verbindungsmittel 17, beispielsweise ein Lot oder einen insbesondere elektrisch leitfähigen Klebstoff, mit diesem verbunden. Eine Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers 15 verläuft parallel zu einer Seitenfläche 190 eines Flächenlichtleiters 19, in den die von der optoelektronischen Anordnung 10 abgestrahlte Strahlung eingekoppelt werden soll. Wie durch die Pfeile 95 schematisch dargestellt, strahlen die optoelektronischen Halbleiterkörper 5 stark gerichtet ab, so dass die emittierte Strahlung effizient über die Seitenfläche 190 in den Flächenlichtleiter 19 eingekoppelt kann. Dadurch kann eine besonderes hohe Effizienz des Gesamtsystems erreicht werden. Vorzugsweise ist das Emissionsspektrum des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 an die Transmissionsspektren der Farbfilter für die zu hinterleuchtende Anzeigevorrichtung angepasst. Für die Strahlungskonversionsschicht 4 eignen sich hierfür insbesondere Leuchtstoffe mit einem schmalen Emissionsspektrum wie beispielsweise Quantendots. Es können Grundsätzlich können jedoch auch andere Leuchtstoffe eingesetzt werden.
  • Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Anordnung 10 entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu verläuft eine Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers 15 parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters 19 und senkrecht zu einer Seitenfläche 190 des Flächenlichtleiters. Die Strahlungsaustrittsfläche 25 verläuft senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers 15. In der gezeigten Anordnung erfolgt eine horizontale Einkopplung des Lichts in einen lateral neben dem Anschlussträger platzierten Flächenlichtleiter 19.
  • Eine senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche verlaufende Seitenfläche 26 des Trägers 2 kann auf dem Anschlussträger aufliegen. Dadurch ist eine „liegende Montage“ des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 auf den Anschlussträger 15 vereinfacht zuverlässig erzielbar. In diesem Fall verläuft eine Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge 50 der Halbleiterkörper 5 senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers 15. Vorzugsweise ist hierbei die Dicke des Trägers 2, also die Ausdehnung senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche 25 so groß, dass das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 bei der Montage nicht kippt.
  • Über die Seitenfläche 26 des Trägers 2 kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 weiterhin auch thermisch an den Anschlussträger 15 gekoppelt werden.
  • Weiterhin bevorzugt ist die Seitenfläche 26 so ausgestaltet, dass keine Strahlung oder zumindest nur ein vernachlässigbarer Anteil der Strahlung über die Seitenfläche 26 ausgekoppelt wird. Dies kann beispielsweise über einen hinreichend großen Brechungsindexunterschied zwischen dem Träger und der Umgebung erzielt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Seitenfläche 26 des Trägers mit einer reflektierenden Schicht versehen sein, beispielsweise in Form einer Umhüllung, in die das optoelektronische Halbleiterbauelement eingebettet ist.
  • Eine solche reflektierende Schicht kann auch in dem Ausführungsbeispiel der 3 Anwendung finden.
  • Das Befestigen der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 an dem Anschlussträger 15 kann beispielsweise durch Kleben, Löten oder Sintern erfolgen.
  • Die 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    optoelektronisches Halbleiterbauelement
    10
    optoelektronische Anordnung
    15
    Anschlussträger
    17
    Verbindungsmittel
    19
    Flächenlichtleiter
    190
    Seitenfläche des Flächenlichtleiters
    2
    Träger
    20
    Trägerverbund
    21
    Bauelementbereich
    25
    Strahlungsaustrittsfläche
    26
    Seitenfläche
    3
    Filterschicht
    31
    Polarisationsfilter
    311
    Metallschicht
    312
    Schutzschicht
    35
    Winkelfilter
    351
    erste dielektrische Schicht
    352
    zweite dielektrische Schicht
    4
    Strahlungskonversionsschicht
    41
    Leuchtstoff
    42
    Matrixmaterial
    5
    Halbleiterkörper
    50
    Halbleiterschichtenfolge
    51
    erste Halbleiterschicht
    52
    zweite Halbleiterschicht
    53
    aktiver Bereich
    54
    Anschlussfläche
    55
    Mittenabstand
    56
    Abstand
    59
    Zeile
    6
    Kontaktschicht
    65
    Kontaktfläche
    7
    Isolationsschicht
    75
    Öffnung
    8
    temporäres Substrat
    9
    Stempel
    95
    Pfeil
    99
    Vereinzelungslinie

Claims (19)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Trägerverbunds (20) mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen (21); b) Ausbilden einer Filterschicht (3) auf dem Trägerverbund (20) ; c) Ausbilden einer Strahlungskonversionsschicht (4) auf der Filterschicht (3); d) Anordnen einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern (5) auf der Strahlungskonversionsschicht, wobei die Halbleiterkörper jeweils eine Halbleiterschichtenfolge (50) mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich (53) aufweisen und frei von einem den Halbleiterkörper (5) stabilisierenden Substrat sind; e) Ausbilden einer Kontaktschicht (6) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern; f) Ausbilden einer Isolationsschicht (7) auf der Kontaktschicht; g) Ausbilden von elektrischen Kontaktflächen (65), die jeweils mit der Kontaktschicht (6) elektrisch leitend verbunden sind; und h) Vereinzeln des Trägerverbunds (20) in die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1), wobei die vereinzelten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) jeweils einen Träger (2) als Teil des Trägerverbunds, eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern (5) und zumindest zwei elektrische Kontaktflächen (65) für die externe elektrische Kontaktierung aufweisen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt d) mehrere Halbleiterkörper gleichzeitig auf den Trägerverbund übertragen werden.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterkörper in Schritt d) von einem temporären Substrat (8) übertragen werden, wobei ein Mittenabstand zwischen benachbarten Halbleiterkörpern bei der Übertragung gleich bleibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Halbleiterkörper auf dem temporären Substrat (8) getestet werden und in Schritt d) nur bestimmungsgemäß funktionierende Halbleiterkörper übertragen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Halbleiterkörper auf dem temporären Substrat frei von einem Aufwachssubstrat für eine epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge vorliegen.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strahlungskonversionsschicht so strukturiert ausgebildet wird, dass jedem Bauelementbereich ein separates Strahlungskonversionselement der Strahlungskonversionsschicht zugeordnet ist und die Strahlungskonversionsschicht in Schritt h) nicht durchtrennt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Filterschicht in Schritt h) durchtrennt wird.
  8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit - einem Träger (2), der eine Strahlungsaustrittsfläche (25) des optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) bildet; - einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern (5), die auf dem Träger angeordnet sind, wobei die Halbleiterkörper jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich (53) aufweisen und frei von einem den Halbleiterkörper stabilisierenden Substrat sind; - einer Filterschicht (3) zwischen dem Träger und den Halbleiterkörpern; - einer Strahlungskonversionsschicht (4) zwischen dem Träger und den Halbleiterkörpern, wobei sich die Strahlungskonversionsschicht durchgängig über die Halbleiterkörper erstreckt; - einer Kontaktschicht (6) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern; - einer Isolationsschicht (7) auf einer dem Träger abgewandten Seite der Kontaktschicht; und - zumindest zwei elektrische Kontaktflächen (65) für die externe elektrische Kontaktierung, die auf der Isolationsschicht angeordnet und mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden sind.
  9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei die Filterschicht (3) den Träger vollflächig bedeckt und die Strahlungskonversionsschicht in einer lateralen Richtung überragt.
  10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 8 oder 9, wobei benachbarte Halbleiterkörper in einem Abstand zwischen einschließlich 1 µm und einschließlich 10 µm zueinander angeordnet sind.
  11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Filterschicht einen Polarisationsfilter (31) und/oder einen Winkelfilter (35) aufweist, wobei der Winkelfilter die Strahlungsanteile, die senkrecht zu der Strahlungsaustrittsfläche verlaufen, durchlässt und Strahlungsanteile, die in einem Winkel, der größer ist als ein Grenzwinkel, auftreffen, überwiegend reflektiert.
  12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die elektrischen Kontaktflächen (65) zusammen mindestens 60 % einer Grundfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements bedecken.
  13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Halbleiterkörper matrixförmig abgeordnet sind, wobei die Halbleiterkörper über die Kontaktschicht in Reihe und/oder parallel verschaltet sind.
  14. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 13, das nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
  15. Optoelektronische Anordnung (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14 und einem Anschlussträger (15), auf dem das optoelektronische Halbleiterbauelement (1) befestigt ist.
  16. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 15, wobei die Strahlungsaustrittsfläche parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers verläuft.
  17. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 15, wobei die Strahlungsaustrittsfläche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers verläuft.
  18. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 17, wobei eine schräg oder senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche verlaufende Seitenfläche (26) des Trägers auf dem Anschlussträger aufliegt.
  19. Optoelektronische Anordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die optoelektronische Anordnung dazu eingerichtet ist, aus der Strahlungsaustrittsfläche im Betrieb der optoelektronischen Anordnung ausgekoppelte Strahlung in eine Seitenfläche (190) eines Flächenlichtleiters (19) einzukoppeln.
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