DE102021100546A1

DE102021100546A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement, optoelektronische vorrichtung sowie verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbaulements und/oder einer optoelektronischen vorrichtung

Info

Publication number: DE102021100546A1
Application number: DE102021100546.9A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Herrmann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-07-14
Also published as: WO2022152533A1; US20240079531A1; CN116686104A

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) angegeben umfassend- einen Träger (2), der ein Trägerelement (3) und eine erste und zweite Kontaktstruktur (4, 5) aufweist,- einen optoelektronischen Halbleiterchip (12), der an dem Träger (2) angeordnet und mit der ersten und zweiten Kontaktstruktur (4, 5) elektrisch leitend verbunden ist,- ein Gehäuse (6), das formschlüssig mit dem Träger (2) verbunden ist und eine Kavität (7) aufweist, die seitlich durch eine reflektierende Gehäusewand (8) des Gehäuses (6) begrenzt wird und auf der Seite einer ersten Hauptfläche (2A) des Trägers (2) angeordnet ist, wobei eine Wandstärke (d) der Gehäusewand (8) im ein- bis zweistelligen Mikrometerbereich liegt.Ferner werden eine optoelektronische Vorrichtung (21) und ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder zumindest einer optoelektronischen Vorrichtung angegeben.

Description

Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, eine optoelektronische Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder zumindest einer optoelektronischen Vorrichtung angegeben. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement beziehungsweise der optoelektronischen Vorrichtung um ein MikroLED-Bauteil beziehungsweise eine MikroLED-Vorrichtung, dessen/deren Abmessungen und Leuchtbreite im Mikrometerbereich liegen.
MikroLEDs finden zum Beispiel in Flachbildschirmen Verwendung und bilden darin einzelne Bildelemente (Pixel). Es ist bekannt, MikroLED-Anordnungen monolithisch im Batch-Verfahren herzustellen, wobei eine Halbleiterschichtenfolge auf der Basis von Galliumnitrid epitaktisch auf einem geeigneten Substrat aus Saphir oder Silizium gebildet wird. Dabei werden die einzelnen Leuchtdioden nicht zertrennt, sondern als Anzeigematrix beibehalten. Bei fortschreitender Miniaturisierung von Anwendungen wie etwa Anzeigeleuchten besteht jedoch Bedarf an gehäusten MikroLeds, die als Einzelkomponenten verbaut werden können, um die Anwendungen dadurch skalierbar zu machen. Gängige LED-Bauteile beziehungsweise gehäuste LED-Chips weisen bisher Bauteilgrößen im Millimeterbereich auf.
Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit verringerter Bauteilgröße anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine optoelektronische Vorrichtung mit verringerter Bauteilgröße anzugeben. Ferner besteht eine zu lösende Aufgabe darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder einer optoelektronischen Vorrichtung mit verringerter Bauteilgröße anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, eine optoelektronische Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses einen Träger, der ein Trägerelement und eine erste und zweite Kontaktstruktur aufweist. Weiterhin umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen optoelektronischen Halbleiterchip, der an dem Träger angeordnet und mit der ersten und zweiten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden ist. Es ist möglich, dass das optoelektronische Halbleiterbauelement mindestens zwei optoelektronische Halbleiterchips aufweist, die jeweils mit der ersten und/oder zweiten Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden sind. Darüber hinaus umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ein Gehäuse, das formschlüssig mit dem Träger verbunden ist und eine Kavität aufweist, die seitlich durch eine reflektierende Gehäusewand des Gehäuses begrenzt wird und auf der Seite einer ersten Hauptfläche des Trägers angeordnet ist, wobei eine Wandstärke der Gehäusewand im ein- bis zweistelligen Mikrometerbereich liegt.
Unter der „formschlüssigen“ Verbindung ist hierbei zu verstehen, dass sich die Form des Gehäuses an Übergängen zum Träger an die Form des Trägers anpasst. Die Wandstärke bezeichnet eine maximale Ausdehnung in einer Richtung parallel zu einer Oberflächennormalen der reflektierenden Gehäusewand.
Weiterhin kann das Gehäuse mit dem Träger stoffschlüssig verbunden sein. Unter der „stoffschlüssigen“ Verbindung ist hierbei zu verstehen, dass das Gehäuse und der Träger durch atomare oder molekulare Verbindungen miteinander verbunden sind. Diese Art der Verbindung ist nur durch Zerstörung der atomaren oder molekularen Verbindungen lösbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt die Wandstärke der Gehäusewand maximal 10 µm. Weiterhin kann ein entlang einer ersten lateralen Richtung angegebener erster Außendurchmesser der Gehäusewand beispielsweise 50 µm betragen. Darüber hinaus kann ein entlang einer zweiten lateralen Richtung angegebener zweiter Außendurchmesser dem ersten Außendurchmesser entsprechen und beispielsweise 50 µm betragen. Die zweite laterale Richtung kann senkrecht zur ersten lateralen Richtung verlaufen. Ferner kann eine Höhe der Gehäusewand, die entlang einer senkrecht zur ersten und zweiten lateralen Richtung verlaufenden vertikalen Richtung bestimmt wird, beispielsweise 10 µm betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Gehäuse eine Höhe im ein- bis zweistelligen Mikrometerbereich auf. Beispielsweise kann die Höhe des Gehäuses zwischen 5 µm und 50 µm oder zwischen 10 µm und 20 µm betragen.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement handelt es sich vorzugsweise um ein Strahlung emittierendes Bauelement, das zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Unter dem Begriff „elektromagnetische Strahlung“ versteht man vorliegend insbesondere infrarote, sichtbare und/oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung. Im Betrieb wird zumindest ein Teil der Strahlung an einer Vorderseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements emittiert. Beispielsweise ist die Vorderseite der ersten Hauptfläche des Trägers in der vertikalen Richtung nachgeordnet. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um ein MikroLED-Bauteil. Der Halbleiterchip kann hierbei eine entlang der ersten lateralen Richtung angegebene erste laterale Ausdehnung aufweisen, die beispielsweise zwischen 5 µm und 20 µm, insbesondere etwa 10 µm, beträgt. Ferner kann eine entlang der zweiten lateralen Richtung angegebene zweite laterale Ausdehnung gleich groß sein wie die erste laterale Ausdehnung und beispielsweise zwischen 5 µm und 20 µm, insbesondere etwa 10 µm, betragen. Weiterhin kann die Höhe des optoelektronischen Halbleiterchips beispielsweise 2 µm betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der optoelektronische Halbleiterchip in Draufsicht auf das optoelektronische Halbleiterbauelement innerhalb der Gehäusewand angeordnet. Beispielsweise ist der Halbleiterchip in Draufsicht auf das optoelektronische Halbleiterbauelement in der Mitte der Kavität angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der optoelektronische Halbleiterchip an einer der ersten Hauptfläche gegenüber liegenden zweiten Hauptfläche des Trägers angeordnet. Alternativ kann der optoelektronische Halbleiterchip auf der ersten Hauptfläche des Trägers angeordnet sein. Hierbei kann der optoelektronische Halbleiterchip in der Kavität des Gehäuses angeordnet und seitlich von der reflektierenden Gehäusewand umschlossen sein.
Der Träger kann in das Gehäuse eingebettet sein, so dass sich Teile des Gehäuses an der ersten Hauptfläche und an der zweiten Hauptfläche des Trägers befinden. Die Einbettung des Trägers kann an verschiedenen vertikalen Positionen des Gehäuses erfolgen.
Alternativ kann das Gehäuse auf dem Träger angeordnet sein und sich dabei beispielsweise an der ersten Hauptfläche des Trägers befinden. Insbesondere besteht hierbei das Gehäuse aus der reflektierenden Gehäusewand.
Mittels der reflektierenden Gehäusewand ist es möglich, einen Großteil der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung, die auf die Gehäusewand auftrifft, zu reflektieren, so dass zumindest ein Teil der reflektierten Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement auskoppeln kann. Die reflektierende Gehäusewand sorgt mit Vorteil dafür, dass unerwünschte Volumenstrahlung vermieden und eine Lambert'sche Abstrahlung ermöglicht wird. Ferner ermöglicht die reflektierende Gehäusewand eine homogene Farbmischung, wenn die erzeugte Strahlung verschiedene Farbkomponenten aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Träger eine ebene Form auf. Dies bedeutet zum einen, dass seine Höhe gegenüber seinen lateralen Ausdehnungen deutlich geringer ist, und zum anderen, dass der Träger im Wesentlichen, das heißt im Rahmen üblicher Herstellungstoleranzen, keine Krümmungen aufweist. Der Träger kann eine Höhe von etwa 30 µm aufweisen.
Der Träger beziehungsweise das Trägerelement kann strahlungsdurchlässig sein, wobei der Träger oder das Trägerelement insbesondere im Hinblick auf die von dem Halbleiterchip erzeugte Strahlung strahlungsdurchlässig ist. Dies ermöglicht eine bessere Strahlungsverteilung im Gehäuse beziehungsweise in der Kavität des Gehäuses. Geeignete Materialien für das Trägerelement sind beispielsweise Glas oder Kunststoff. Auch ein Keramikmaterial kommt für das Trägerelement in Frage. Bei dem Trägerelement kann es sich um eine Folie handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einem ersten und zweiten Halbleiterbereich unterschiedlicher Leitfähigkeit und eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnete aktive Zone. Ferner kann der Halbleiterchip ein Trägersubstrat aufweisen, bei dem es sich beispielsweise um ein Aufwachssubstrat handelt und auf dem die Halbleiterschichtenfolge angeordnet beziehungsweise epitaktisch abgeschieden ist. Das Träger- beziehungsweise Aufwachssubstrat umfasst oder besteht vorzugsweise aus Saphir, SiC und/oder GaN. Ein Saphirsubstrat ist transparent für kurzwellige sichtbare Strahlung, insbesondere im blauen bis grünen Bereich. Vorzugsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um einen substratlosen Halbleiterchip.
Für die Halbleiterschichtenfolge kommen vorzugsweise auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass zumindest eine Schicht der Halbleiterschichtenfolge ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN umfasst, wobei 0 < n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Insbesondere handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen Volumenemitter, der die erzeugte Strahlung im Wesentlichen isotrop abgibt. Beispielsweise emittiert der Halbleiterchip etwa 30% der erzeugten Strahlung an seinen Seitenflächen. Der in vertikaler Richtung abgestrahlte Anteil hängt dabei von der Art der Kontaktierung des Halbleiterchips ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauelement ein Konversionsmittel auf, mit dem es möglich ist, einen Teil der von dem Halbleiterchip erzeugten Strahlung in Strahlung einer anderen, beispielsweise größeren, Wellenlänge umzuwandeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Konversionsmittel um Quantenpunkte (engl. quantum dot, QD) handeln. Das Konversionsmittel ist beispielsweise in der Kavität angeordnet.
Weiterhin kann das optoelektronische Halbleiterbauelement ein optisches Element aufweisen, bei dem es sich beispielsweise um ein Element mit hohem Brechungsindex handelt. Der Brechungsindex des optischen Elements ist zum Beispiel höher als der Brechungsindex von Luft. Das optische Element kann zumindest eines der folgenden Materialien enthalten oder daraus bestehen: Glas, Kunststoff. Das optische Element ist beispielsweise dafür vorgesehen, die Strahlungsauskopplung zu verbessern oder die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung in gewünschter Weise zu formen. Bei dem optischen Element kann es sich um eine Glasfaser oder Linse handeln. Beispielsweise ist das optische Element in der Kavität angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Gehäuse einen Gehäusekörper und eine Reflektorschicht auf, die auf dem Gehäusekörper angeordnet ist. Beispielsweise ist die Reflektorschicht auf Seitenflächen des Gehäusekörpers angeordnet, die den Gehäusekörper umfangseitig begrenzen. Weiterhin kann die Reflektorschicht auf einer ersten Hauptfläche des Gehäusekörpers angeordnet sein, die sich auf einer dem Träger abgewandten Seite des Gehäusekörpers befindet.
Für den Gehäusekörper kommen Kunststoffmaterialien wie etwa Silikone, Epoxide oder Epoxidharze in Frage. Darüber hinaus kann der Gehäusekörper aus Spin-on Glass (SOG) gebildet sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem Gehäusekörper um einen fotostrukturierten Körper. Dies bedeutet, dass der Gehäusekörper mittels Strukturierung einer Schicht oder Schichtenfolge eines Gehäusekörpermaterials durch Fotolithografie hergestellt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die Reflektorschicht eine Metallschicht oder besteht daraus. Die Metallschicht kann auf den Gehäusekörper aufgebracht, beispielsweise aufgesputtert, sein. Für die Metallschicht ist zumindest eines der folgenden Materialien geeignet: Au, Ag, Al, wobei die Wellenlänge der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung für die Wahl des Materials entscheidend ist. Beispielsweise ist für einen Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert, eine Metallschicht geeignet, die Ag enthält oder daraus besteht. Eine Dicke der Reflektorschicht kann zwischen 10 nm und 50 nm betragen.
Weiterhin kann das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Passivierungsschicht aufweisen, die auf der Reflektorschicht angeordnet ist. Die Passivierungsschicht ist beispielsweise dafür vorgesehen, die Reflektorschicht elektrisch zu isolieren. Die Passivierungsschicht kann zum Beispiel SiO2 oder Parylene enthalten oder aus einem dieser Materialien bestehen. Bei der Passivierungsschicht kann es sich um eine ALD (atomic layer deposition)-Schicht, das heißt um eine durch Atomlagenabscheidung erzeugte Schicht, handeln. Darüber hinaus kann die Passivierungsschicht eine optische Funktion erfüllen und beispielsweise die Reflexion an der Gehäusewand erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die erste Kontaktstruktur einen ersten, an einem ersten Seitenrand des Trägers angeordneten Kontaktbereich und die zweite Kontaktstruktur einen zweiten, an einem zweiten Seitenrand des Trägers angeordneten Kontaktbereich auf, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement mittels des ersten und zweiten Kontaktbereichs von außen elektrisch anschließbar ist. Beispielsweise ist das optoelektronische Halbleiterbauelement mittels des ersten und zweiten Kontaktbereichs oberflächenmontierbar. Der erste und zweite Kontaktbereich können jeweils rechteckförmig ausgebildet sein. Der zweite Seitenrand kann dem ersten Seitenrand gegenüberliegend angeordnet sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des optoelektronischen Halbleiterbauelements überragt der Träger das Gehäuse lateral derart, dass der erste und zweite Kontaktbereich von dem Gehäuse zumindest teilweise unbedeckt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste Kontaktstruktur eine erste Leiterbahn auf, die sich von dem ersten Kontaktbereich bis zum Halbleiterchip erstreckt und mit einem ersten Anschlussbereich des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden ist. Der erste Anschlussbereich ist mit dem ersten Halbleiterbereich des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Halbleiterbereich um einen p-leitenden Bereich, bei dem ersten Anschlussbereich um einen p-seitigen elektrischen Anschluss des Halbleiterchips und bei der ersten Kontaktstruktur um einen p-seitigen elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelements. Ferner kann die zweite Kontaktstruktur eine zweite Leiterbahn aufweisen, die sich von dem zweiten Kontaktbereich bis zum Halbleiterchip erstreckt und mit einem zweiten Anschlussbereich des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden ist. Der zweite Anschlussbereich ist mit dem zweiten Halbleiterbereich des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden. Bei dem zweiten Halbleiterbereich kann es sich um einen n-leitenden Bereich, bei dem zweiten Anschlussbereich um einen n-seitigen elektrischen Anschluss des Halbleiterchips und bei der zweiten Kontaktstruktur um einen n-seitigen elektrischen Anschluss des Halbleiterbauelements handeln. Beispielsweise dienen die erste und/oder zweite Leiterbahn als Montagebereiche für den optoelektronischen Halbleiterchip.
Die erste und zweite Kontaktstruktur sind jeweils aus einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel aus einem Metall oder einer Metallverbindung oder aus einem transparenten leitenden Oxid (TCO) gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Gehäuse auf dem Träger angeordnet, und der optoelektronische Halbleiterchip und die erste und zweite Kontaktstruktur sind auf einer dem Gehäuse abgewandten Seite des Trägerelements angeordnet. Insbesondere besteht hierbei das Gehäuse aus der reflektierenden Gehäusewand.
Alternativ kann der Träger in das Gehäuse eingebettet sein, so dass sich Teile des Gehäuses an einer ersten Hauptfläche und an einer zweiten Hauptfläche des Trägers befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Gehäuse zumindest ein Verankerungselement auf, das in einer Aussparung des Trägers angeordnet ist. Insbesondere ist das Verankerungselement mit dem Gehäuse einstückig ausgebildet.
Das Verankerungselement sorgt für eine stabilere mechanische Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Träger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform einer optoelektronischen Vorrichtung umfasst diese zumindest zwei optoelektronische Halbleiterbauelemente der oben genannten Art, wobei die Gehäuse von zwei aneinander grenzenden optoelektronischen Halbleiterbauelementen einstückig ausgebildet sind. Beispielsweise umfasst die optoelektronische Vorrichtung drei optoelektronische Halbleiterbauelemente, deren Halbleiterchips Strahlung verschiedener Wellenlänge, etwa rotes, grünes und blaues Licht, emittieren. Bei der optoelektronischen Vorrichtung kann es sich also um eine RGB-Einheit handeln.
Das nachfolgend beschriebene Verfahren ist für die Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements oder einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen beziehungsweise zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung oder einer Mehrzahl von optoelektronischen Vorrichtungen der oben genannten Art geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement oder der Vorrichtung beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements und/oder zumindest einer optoelektronischen Vorrichtung der oben genannten Art umfasst dieses folgende Schritte:

- Bereitstellen eines Ausgangsträgers, der einen Träger oder einen Verbund von mehreren Trägern aufweist,
- Anordnen zumindest eines optoelektronischen Halbleiterchips auf jeweils einem Träger und elektrisch leitendes Verbinden mit der ersten und zweiten Kontaktstruktur des Trägers,
- Erzeugen eines oder mehrerer Gehäuse durch:
- Ausbilden zumindest eines Teils eines Gehäusekörpers oder jeweils zumindest eines Teils mehrerer Gehäusekörper aus zumindest einer Schicht eines Gehäusekörpermaterials, wobei die zumindest eine Schicht formschlüssig auf eine erste Hauptfläche des Ausgangsträgers aufgebracht und jeweils mit einer Kavität für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement oder jeweils mehreren Kavitäten für eine optoelektronische Vorrichtung ausgebildet wird, und
- Erzeugen einer Reflektorschicht auf dem oder den Gehäusekörpern, so dass die Kavität oder Kavitäten seitlich jeweils durch eine reflektierende Gehäusewand begrenzt wird/werden, deren Wandstärke im ein- bis zweistelligen Mikrometerbereich liegt/liegen.

Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Dies bedeutet insbesondere, dass das Gehäuse nach der Montage des Halbleiterchips auf dem Träger hergestellt wird.
Beispielsweise kann der optoelektronische Halbleiterchip mittels Transferdruck auf dem Träger angeordnet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei der Herstellung des Gehäusekörpers beziehungsweise der Gehäusekörper zumindest eine weitere Schicht eines Gehäusekörpermaterials formschlüssig auf eine zweite Hauptfläche des Ausgangsträgers aufgebracht. Dabei kann die zumindest eine weitere Schicht des Gehäusekörpermaterials auf ihrer dem Ausgangsträger abgewandten Seite mit einer Reflektorschicht versehen werden.
Die Träger können im Ausgangsträger reihenartig angeordnet sein.
Der Ausgangsträger kann kontinuierlich, das heißt im Wesentlichen ohne Unterbrechungen, ausgebildet sein. Alternativ kann der Ausgangsträger Unterbrechungen aufweisen, wobei beispielsweise die Träger durch Zwischenräume im Ausgangsträger voneinander beabstandet sind. Insbesondere sind dabei die Träger jeder Reihe durch Zwischenräume voneinander beabstandet. Weiterhin können jeweils zwei benachbarte Reihen von Trägern durch eine Reihe von Trennstrukturen miteinander verbunden sein, wobei die Trennstrukturen jeder Reihe ebenfalls durch Zwischenräume voneinander beabstandet sind. Bei einer Vereinzelung des Trägerverbunds werden die Trennstrukturen zumindest teilweise durchtrennt. Diese Ausführungsform eines Ausgangsträgers eignet sich besonders für die Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung.
Weiterhin können die Träger jeweils eine Aussparung aufweisen, die zur Aufnahme eines Verankerungselements des Gehäuses vorgesehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der optoelektronische Halbleiterchip auf einer ersten Leiterbahn der ersten Kontaktstruktur und/oder auf einer zweiten Leiterbahn der zweiten Kontaktstruktur befestigt. Weiterhin können die erste Leiterbahn mit einem ersten Anschlussbereich und die zweite Leiterbahn mit einem zweiten Anschlussbereich des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei der Herstellung des Gehäusekörpers oder mehrerer Gehäusekörper das Gehäusekörpermaterial auf die erste Hauptfläche des Ausgangsträgers aufgeschleudert. Als Gehäusekörpermaterial eignet sich hier beispielsweise Spin-on Glass (SOG).
Die Kavität oder Kavitäten in der zumindest einen Schicht des Gehäusekörpermaterials können mittels Fotolithografie erzeugt werden. Hierbei kann auf die zumindest eine Schicht des Gehäusekörpermaterials eine fotostrukturierbare Maskenschicht, beispielsweise eine Fotolackschicht, aufgebracht, belichtet und entwickelt werden. Mithilfe der Maskenschicht kann die zumindest eine Schicht des Gehäusekörpermaterials strukturiert werden, was beispielsweise mittels Trockenätzen erfolgt. Anschließend kann die Maskenschicht entfernt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Reflektorschicht jeweils auf Seitenflächen des Gehäusekörpers aufgebracht, die den Gehäusekörper umfangseitig begrenzen. Weiterhin kann die Reflektorschicht jeweils auf einer ersten Hauptfläche des Gehäusekörpers angeordnet sein, die sich auf einer dem Träger abgewandten Seite des Gehäusekörpers befindet. Beispielsweise wird die Reflektorschicht, etwa wenn sie aus einer Metallschicht besteht, auf den Gehäusekörper aufgesputtert. Um jeweils eine Bedeckung von Innenflächen des Gehäusekörpers, welche die Kavität begrenzen, durch die Reflektorschicht zu vermeiden, kann die Kavität mit einem beispielsweise fotostrukturierbaren Füllmaterial, zum Beispiel einem Fotolack, ausgefüllt werden, das nach der Herstellung der Reflektorschicht entfernt wird.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement beziehungsweise die optoelektronische Vorrichtung eignet sich besonders für Hinterleuchtungseinheiten oder Anzeigeleuchten, wie zum Beispiel Status-Anzeigen.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Halbleiterbauelements,
2A eine schematische perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Halbleiterbauelements und 2B eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und einem Anschlussträger,
3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung,
4 bis 11 schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die 4B, 7B und 11 mögliche Varianten zeigen,
4 bis 12 schematische Darstellungen von Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die 4B, 7B und 11 mögliche Varianten zeigen.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen; vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 dargestellt. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 handelt es sich um ein Strahlung emittierendes Bauelement, das zur Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Unter dem Begriff „elektromagnetische Strahlung“ versteht man vorliegend insbesondere infrarote, sichtbare und/oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung. Im Betrieb wird zumindest ein Teil der Strahlung S, insbesondere ein Großteil der Strahlung S, an einer Vorderseite 1A des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 emittiert (vgl. 2B).
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Träger 2, der an einer der Vorderseite 1A gegenüber liegenden Rückseite 1B des Halbleiterbauelements 1 angeordnet ist. Der Träger 2 weist ein Trägerelement 3 sowie eine erste Kontaktstruktur 4 und eine zweite Kontaktstruktur 5 auf. Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 einen optoelektronischen Halbleiterchip 12, der an dem Träger 2 angeordnet und mit der ersten und zweiten Kontaktstruktur 4, 5 elektrisch leitend verbunden ist.
Weiterhin umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 ein Gehäuse 6 mit einer Kavität 7, die seitlich, das heißt in lateralen Richtungen L1, L2 (vgl. 2A), durch eine reflektierende Gehäusewand 8 des Gehäuses 6 begrenzt wird und auf der Seite einer ersten Hauptfläche 2A des Trägers 2 angeordnet ist.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse 6 aus der reflektierenden Gehäusewand 8. Das Gehäuse 6 beziehungsweise die reflektierende Gehäusewand 8 weist einen Gehäusekörper 9 und eine Reflektorschicht 10 auf, die auf dem Gehäusekörper 9 angeordnet ist. Die Reflektorschicht 10 ist auf Seitenflächen 9C des Gehäusekörpers 9 angeordnet, die den Gehäusekörper 9 umfangseitig begrenzen. Weiterhin ist die Reflektorschicht 10 auf einer ersten Hauptfläche 9A des Gehäusekörpers 9 angeordnet, die sich auf einer dem Träger 2 abgewandten Seite des Gehäusekörpers 9 befindet.
Für den Gehäusekörper 9 kommen Kunststoffmaterialien wie etwa Silikone, Epoxide oder Epoxidharze in Frage. Darüber hinaus kann der Gehäusekörper 9 aus Spin-on Glass (SOG) gebildet sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem Gehäusekörper 9 um einen fotostrukturierten Körper. Dies bedeutet, dass der Gehäusekörper 9 mittels Strukturierung einer Schicht oder Schichtenfolge eines Gehäusekörpermaterials durch Fotolithografie hergestellt ist. Hierbei ist das Gehäuse 6 beziehungsweise der Gehäusekörper 9 mit dem Träger 2 stoffschlüssig verbunden. Unter der „stoffschlüssigen“ Verbindung ist zu verstehen, dass das Gehäuse 6 beziehungsweise der Gehäusekörper 9 und der Träger 2 durch atomare oder molekulare Verbindungen miteinander verbunden sind.
Die Reflektorschicht 10 kann eine Metallschicht enthalten oder daraus bestehen. Eine Dicke der Reflektorschicht 10 kann zwischen 10 nm und 50 nm betragen. Für die Metallschicht ist zumindest eines der folgenden Materialien geeignet: Au, Ag, Al, wobei die Wellenlänge der von dem Halbleiterchip 12 emittierten Strahlung S für die Wahl des Materials entscheidend ist (vgl. 2B). Beispielsweise ist für einen Halbleiterchip 12, der blaues Licht emittiert, eine Metallschicht geeignet, die Ag enthält oder daraus besteht.
Auf der Gehäusewand 8 beziehungsweise auf der Reflektorschicht 10 ist eine Passivierungsschicht 11 angeordnet, die beispielsweise dafür vorgesehen ist, die Reflektorschicht 10 elektrisch zu isolieren. Darüber hinaus kann die Passivierungsschicht 11 eine optische Funktion erfüllen und beispielsweise die Reflexion an der Gehäusewand 8 erhöhen. Die Passivierungsschicht 11 kann zum Beispiel SiO2 oder Parylene enthalten oder aus einem dieser Materialien bestehen. Bei der Passivierungsschicht 11 kann es sich um eine ALD (atomic layer deposition)-Schicht, das heißt um eine durch Atomlagenabscheidung erzeugte Schicht, handeln.
Das Gehäuse 6 ist formschlüssig mit dem Träger 2 verbunden. Unter der „formschlüssigen“ Verbindung ist hierbei zu verstehen, dass sich die Form des Gehäuses 6 an Übergängen zum Träger 2 an die Form des Trägers 2 anpasst. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel befinden sich die Übergänge zwischen einer zweiten Hauptfläche 6B, 9B des Gehäuses 6 beziehungsweise Gehäusekörpers 9 und der ersten Hauptfläche 2A des Trägers 2.
Mittels der reflektierenden Gehäusewand 8 ist es möglich, einen Großteil der von dem Halbleiterchip 12 emittierten Strahlung, die auf die Gehäusewand 8 auftrifft, zu reflektieren, so dass zumindest ein Teil der reflektierten Strahlung an der Vorderseite 1A aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 auskoppeln kann. Die reflektierende Gehäusewand 8 sorgt mit Vorteil dafür, dass unerwünschte Volumenstrahlung vermieden und eine Lambert'sche Abstrahlung ermöglicht wird. Ferner ermöglicht die reflektierende Gehäusewand 8 eine homogene Farbmischung, wenn die erzeugte Strahlung verschiedene Farbkomponenten aufweist.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 kann ein Konversionsmittel (nicht dargestellt) aufweisen, mit dem es möglich ist, einen Teil der von dem Halbleiterchip erzeugten Strahlung in Strahlung einer anderen, beispielsweise größeren, Wellenlänge umzuwandeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Konversionsmittel um Quantenpunkte (engl. quantum dot, QD) handeln. Das Konversionsmittel ist beispielsweise in der Kavität 7 angeordnet.
Der optoelektronische Halbleiterchip 12 ist in Draufsicht auf die Vorderseite 1A des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 innerhalb der Gehäusewand 8, vorzugsweise mittig, angeordnet. Der optoelektronische Halbleiterchip 12 ist an einer zweiten Hauptfläche 2B des Trägers 2 angeordnet, die sich auf einer der reflektierenden Gehäusewand 8 abgewandten Seite des Trägers 2 befindet.
Der optoelektronische Halbleiterchip 12 kann eine Halbleiterschichtenfolge mit einem ersten und zweiten Halbleiterbereich unterschiedlicher Leitfähigkeit und eine zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnete aktive Zone aufweisen (nicht dargestellt). Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip 12 um einen substratlosen Halbleiterchip, bei dem ein Aufwachssubstrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wurde, abgelöst oder zumindest gedünnt ist.
Für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips 12 kommen vorzugsweise auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierende Materialien in Betracht. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass zumindest eine Schicht der Halbleiterschichtenfolge ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN umfasst, wobei 0 < n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Der Halbleiterchip 12 weist einen ersten Anschlussbereich 13 auf, der mit dem ersten Halbleiterbereich des Halbleiterchips 12 elektrisch leitend verbunden ist. Weiterhin weist der Halbleiterchip 12 einen zweiten Anschlussbereich 14 auf, der mit dem zweiten Halbleiterbereich des Halbleiterchips 12 elektrisch leitend verbunden ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Halbleiterbereich um einen p-leitenden Bereich und bei dem ersten Anschlussbereich 13 um einen p-seitigen elektrischen Anschluss des Halbleiterchips 12. Ferner handelt es sich bei dem zweiten Halbleiterbereich zum Beispiel um einen n-leitenden Bereich und bei dem zweiten Anschlussbereich 14 um einen n-seitigen elektrischen Anschluss des Halbleiterchips 12.
Insbesondere handelt es sich bei dem Halbleiterchip 12 um einen Volumenemitter, der die erzeugte Strahlung S im Wesentlichen isotrop abgibt (vgl. 2B). Beispielsweise emittiert der Halbleiterchip 12 etwa 30% der erzeugten Strahlung an seinen Seitenflächen 12C.
Die erste Kontaktstruktur 4 weist einen ersten Kontaktbereich 4A und eine erste Leiterbahn 4B auf, die sich von dem ersten Kontaktbereich 4A bis zum Halbleiterchip 12 erstreckt und mit dem ersten Anschlussbereich 13 des Halbleiterchips 12 elektrisch leitend verbunden ist. Ferner weist die zweite Kontaktstruktur 5 einen zweiten Kontaktbereich 5A und eine zweite Leiterbahn 5B auf, die sich von dem zweiten Kontaktbereich 5A bis zum Halbleiterchip 12 erstreckt und mit dem zweiten Anschlussbereich 14 des Halbleiterchips 12 elektrisch leitend verbunden ist. Hierbei dient die zweite Leiterbahn 5B als Montagebereich für den optoelektronischen Halbleiterchip 12.
Der erste Kontaktbereich 4A ist an einem ersten Seitenrand des Trägers 2 und der zweite Kontaktbereich 5A an einem zweiten Seitenrand des Trägers 2 angeordnet. Der erste und zweite Kontaktbereich 4A, 5A können jeweils rechteckförmig ausgebildet sein. Mittels des ersten und zweiten Kontaktbereichs 4A, 5A ist das Halbleiterbauelement 1 von außen elektrisch anschließbar. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 ist mittels des ersten und zweiten Kontaktbereichs 4A, 5A ferner oberflächenmontierbar.
Der Halbleiterchip 12 kann an den Seitenflächen 12C von einer Umhüllung 15 bedeckt sein, die insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Weiterhin kann das Halbleiterbauelement 1 eine Isolierschicht 16, etwa aus einem dielektrischen Material, aufweisen, die das Halbleiterbauelement 1 an der Rückseite 1B weitgehend elektrisch isoliert. Die Isolierschicht 16 ist auf der zweiten Hauptfläche 2B des Trägers 2 angeordnet und bedeckt den Halbleiterchip 12 und die Leiterbahnen 4B, 5B. Insbesondere sind nur die Kontaktbereiche 4A, 5A frei von der Isolierschicht 16. Beispielsweise ist die Isolierschicht dafür geeignet, zumindest einen Teil der Strahlung zu reflektieren, so dass sie in die Kavität 7 gelangt. Die Isolierschicht 16 kann zum Beispiel SiO2 oder Parylene enthalten oder aus einem dieser Materialien bestehen.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 handelt es sich um ein MikroLED-Bauteil. Eine Wandstärke d der Gehäusewand 8 liegt hierbei im ein- bis zweistelligen Mikrometerbereich. Beispielsweise beträgt die Wandstärke d der reflektierenden Gehäusewand 8 maximal 10 µm. Die Wandstärke d bezeichnet eine maximale Ausdehnung in einer Richtung parallel zu einer Oberflächennormalen der reflektierenden Gehäusewand 8.
Weiterhin beträgt ein entlang der ersten lateralen Richtung L1 angegebener erster Außendurchmesser a1 der Gehäusewand 8 beispielsweise 50 µm. Darüber hinaus kann ein entlang der zweiten lateralen Richtung L2 angegebener zweiter Außendurchmesser a2 dem ersten Außendurchmesser a1 entsprechen und beispielsweise 50 µm betragen (vgl. 2A) .
Ferner beträgt eine Höhe h1 der Gehäusewand 8 beziehungsweise eine Höhe h des Gehäuses 6, die entlang einer senkrecht zur ersten und zweiten lateralen Richtung L1, L2 verlaufenden vertikalen Richtung V bestimmt wird, beispielsweise 10 µm.
Der Halbleiterchip 12 weist eine erste laterale Ausdehnung 11 auf, die beispielsweise zwischen 5 µm und 20 µm, insbesondere etwa 10 µm, beträgt. Ferner kann eine zweite laterale Ausdehnung 12 (nicht dargestellt) gleich groß sein wie die erste laterale Ausdehnung 11 und beispielsweise zwischen 5 µm und 20 µm, insbesondere etwa 10 µm, betragen. Weiterhin kann die Höhe h3 des optoelektronischen Halbleiterchips 12 beispielsweise 2 µm betragen.
Der Träger 2 weist eine ebene Form auf. Dies bedeutet zum einen, dass seine Höhe h2 gegenüber seinen lateralen Ausdehnungen 11, 12 (12 nicht dargestellt) deutlich geringer ist, und zum anderen, dass der Träger 2 im Wesentlichen, das heißt im Rahmen üblicher Herstellungstoleranzen, keine Krümmungen aufweist. Der Träger 2 kann eine Höhe h2 von etwa 30 µm aufweisen.
Das Trägerelement 3 ist insbesondere im Hinblick auf die von dem Halbleiterchip 12 erzeugte Strahlung strahlungsdurchlässig. Dies ermöglicht eine bessere Strahlungsverteilung im Gehäuse 6 beziehungsweise in der Kavität 7 des Gehäuses 6. Geeignete Materialien für das Trägerelement 3 sind beispielsweise Glas oder Kunststoff. Bei dem Trägerelement 3 kann es sich um eine Folie handeln.
Weiterhin können insbesondere die Leiterbahnen 4B, 5B der Kontaktstrukturen 4, 5 aus einem strahlungsdurchlässigen Material wie etwa TCO gebildet sein. Hingegen kommen für die Kontaktbereiche 4A, 5A beispielsweise Metalle oder Metallverbindungen in Frage, die sich neben ihrer elektrischen Leitfähigkeit durch eine vergleichsweise hohe Reflektivität für die von dem Halbleiterchip 12 emittierte Strahlung auszeichnen.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 eignet sich aufgrund seiner vergleichsweise geringen Bauteilgröße besonders für MikroLed-Anwendungen.
In Verbindung mit den 2A und 2B wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 beschrieben. Im Folgenden wird hauptsächlich auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel eingegangen.
Der Träger 2 ist in das Gehäuse 6 eingebettet, so dass sich ein erster Teil 60A des Gehäuses 6 an der ersten Hauptfläche 2A und ein zweiter Teil 60B des Gehäuses 6 an der zweiten Hauptfläche 2B des Trägers 2 befindet. Beispielsweise bildet der erste Teil 60A des Gehäuses 6 die reflektierende Gehäusewand 8.
Der Halbleiterchip 12 ist im zweiten Teil 60B des Gehäuses 6 angeordnet. Beispielsweise ist der Halbleiterchip 12 in einer Kavität 17 des zweiten Teils 60B des Gehäuses 6 angeordnet und dabei in eine Umhüllung 15 eingebettet, die ebenfalls in der Kavität 17 angeordnet ist. Die Umhüllung 15 kann separat ausgebildet sein oder zum zweiten Teil 60B des Gehäuses 6 gehören. Weiterhin kann eine Reflektorschicht 18 an der Rückseite 1B des Halbleiterbauelements 1 angeordnet sein, welche die auftreffende Strahlung zumindest teilweise zur Vorderseite 1A reflektiert. Die Reflektorschicht 18 kann eine Metallschicht enthalten oder daraus bestehen. Alternativ kommt als Reflektorschicht 18 ein Braggspiegel, das heißt eine Folge dielektrischer Schichten mit alternierendem Brechungsindex, in Betracht.
Die Einbettung des Trägers 2 kann an verschiedenen vertikalen Positionen v_x des Gehäuses 6 erfolgen.
Weiterhin überragt der Träger 2 das Gehäuse 6 lateral parallel zur ersten lateralen Richtung L1, so dass der erste und zweite Kontaktbereich 4A, 5A von dem Gehäuse 6 zumindest teilweise unbedeckt sind.
Wie aus 2B hervorgeht, kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 an dem ersten Kontaktbereich 4A durch ein erstes Anschlussmittel 19A und an dem zweiten Kontaktbereich 5A durch ein zweites Anschlussmittel 19B mit einem Anschlussträger 20 elektrisch leitend verbunden werden. Bei dem ersten und zweiten Anschlussmittel 19A, 19B kann es sich um Lötkugeln handeln.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Vorrichtung 21.
Die optoelektronische Vorrichtung 21 umfasst drei optoelektronische Halbleiterbauelemente 1 gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, die entlang der zweiten lateralen Richtung L2 nebeneinander angeordnet sind. Die Gehäuse 6 von zwei aneinander grenzenden optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 sind einstückig ausgebildet. Die Träger 2 sind so angeordnet, dass sich die ersten Kontaktbereiche 4A der Halbleiterbauelemente 1 an einer ersten Seite 21C der optoelektronischen Vorrichtung 21 und die zweiten Kontaktbereiche 5A an einer der ersten Seite 21C gegenüber liegenden zweiten Seite 21D befinden. Diese Anordnung ermöglicht es, dass jedes Halbleiterbauelement 1 unabhängig von den anderen elektrisch kontaktiert werden kann.
In jedem Gehäuse 6 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 12B, 12G, 12R angeordnet, wobei die Halbleiterchips 12B, 12G, 12R Strahlung verschiedener Wellenlänge emittieren. Beispielsweise emittiert der Halbleiterchip 12B blaues Licht, der Halbleiterchip 12G grünes Licht und der Halbleiterchip 12R rotes Licht. Bei der optoelektronischen Vorrichtung 21 kann es sich also um eine RGB-Einheit handeln.
Die optoelektronische Vorrichtung 21 weist eine erste laterale Ausdehnung 11 auf, die beispielsweise etwa 50 µm beträgt. Weiterhin weist die optoelektronische Vorrichtung 21 eine zweite laterale Ausdehnung 12 auf, die beispielsweise etwa 100 µm beträgt. Schließlich kann die Höhe h der optoelektronischen Vorrichtung 21 etwa 10 µm betragen.
Die optoelektronische Vorrichtung 21 eignet sich aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Bauteilgröße ebenfalls für MikroLed-Anwendungen.
In Verbindung mit den 4 bis 12 werden verschiedene Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und/oder optoelektronischen Vorrichtungen der oben genannten Art beschrieben.
4A stellt den Verfahrensschritt der Bereitstellung eines Ausgangsträgers 24 dar, der einen Verbund von mehreren, reihenförmig angeordneten Trägern 2 aufweist, wobei jeweils ein optoelektronischer Halbleiterchip 12 auf einem Träger 2 angeordnet und elektrisch leitend mit der ersten und zweiten Kontaktstruktur 4, 5 des Trägers 2 verbunden wird. Insbesondere wird der optoelektronische Halbleiterchip 12 auf einer ersten Leiterbahn 4B der ersten Kontaktstruktur 4 und/oder auf einer zweiten Leiterbahn 5B der zweiten Kontaktstruktur 5 befestigt, wobei die Halbleiterchips 12 beispielsweise mittels Transferdruck auf den Trägern angeordnet werden. Weiterhin kann die erste Leiterbahn 4B mit einem ersten Anschlussbereich 13 und die zweite Leiterbahn 5B mit einem zweiten Anschlussbereich 14 des Halbleiterchips 12 elektrisch leitend verbunden werden (vgl. 1). Der Ausgangsträger 24 kann kontinuierlich, das heißt im Wesentlichen ohne Unterbrechungen zwischen den Trägern 2, ausgebildet sein.
Wie in 4B dargestellt, kann der Ausgangsträger 24 alternativ Unterbrechungen aufweisen, wobei die Träger 2 durch Zwischenräume 23 voneinander beabstandet sind. Insbesondere sind die Träger 2 jeder Reihe durch Zwischenräume 23 voneinander beabstandet. Weiterhin sind jeweils zwei benachbarte Reihen von Trägern 2 durch eine Reihe von Trennstrukturen 22 miteinander verbunden, wobei die Trennstrukturen 22 jeder Reihe ebenfalls durch Zwischenräume 23 voneinander beabstandet sind. Bei einer Vereinzelung des Trägerverbunds werden die Trennstrukturen 22 zumindest teilweise durchtrennt. Diese Ausführungsform eines Ausgangsträgers 24 eignet sich besonders für die Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung 21 (vgl. 3).
Zur Erzeugung von Gehäusekörpern 9 wird in einem weiteren Schritt, der in 5 dargestellt ist, auf eine erste Hauptfläche 24A des Ausgangsträgers 24 eine Schicht 25 eines Gehäusekörpermaterials formschlüssig aufgebracht. Beispielsweise wird das Gehäusekörpermaterial auf die erste Hauptfläche 24A aufgeschleudert. Als Gehäusekörpermaterial eignet sich hier beispielsweise Spin-on Glass (SOG).
Zur Erzeugung von Kavitäten 7 wird die Schicht 25 in weiteren Schritten strukturiert. Beispielsweise wird die Schicht 25 fotolithografisch strukturiert. Hierbei kann auf die Schicht 25 eine fotostrukturierbare Maskenschicht 26, beispielsweise eine Fotolackschicht, aufgebracht, belichtet und entwickelt werden (vgl. 6, 7B). Mithilfe der Maskenschicht 26 kann die Schicht 25 strukturiert werden (vgl. 7A). Beispielsweise erfolgt die Strukturierung mittels Trockenätzen. Anschließend wird die Maskenschicht 26 entfernt (vgl. 8).
Wie aus 7B hervorgeht, kann zumindest ein Teil der Träger 2 eine Aussparung 28 aufweisen, in die ein Verankerungselement 27 eingreift. Insbesondere wird das Verankerungselement 27 mit dem zugehörigen Gehäusekörper 9 beziehungsweise Gehäuse einstückig ausgebildet. Das Verankerungselement 27 sorgt für eine stabilere mechanische Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Träger 2.
Zur Erzeugung einer Reflektorschicht 10 auf den Gehäusekörpern 9 können die Kavitäten 7 zunächst mit einem beispielsweise fotostrukturierbaren Füllmaterial 29, zum Beispiel einem Fotolack, ausgefüllt werden, das nach der Herstellung der Reflektorschicht 10 oder nach der Herstellung einer Passivierungsschicht 11 entfernt wird (vgl. 9 bis 11). Dadurch kann eine Bedeckung von Innenflächen der Gehäusekörper 9, welche die jeweilige Kavität 7 begrenzen, durch die Reflektorschicht 10 beziehungsweise Passivierungsschicht 11 verhindert werden. Die Reflektorschicht 10 wird auf Seitenflächen 9C der Gehäusekörper 9 aufgebracht. Weiterhin wird die Reflektorschicht 10 auf die ersten Hauptflächen 9A der Gehäusekörper 9 aufgebracht. Beispielsweise wird die Reflektorschicht 10, etwa wenn sie aus einer Metallschicht besteht, auf die Gehäusekörper 9 aufgesputtert.
Die Passivierungsschicht 11 wird beispielsweise mittels ALD (atomic layer deposition) auf die Reflektorschicht 10 aufgebracht (vgl. 11). Die Passivierungsschicht 11 kann zum Beispiel SiO2 oder Parylene enthalten oder aus einem dieser Materialien bestehen.
Zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils oder einer optoelektronischen Vorrichtung, wobei der Träger 2 wie zum Beispiel bei dem zweiten Ausführungsbeispiel in das Gehäuse 6 eingebettet ist, so dass sich ein erster Teil 60A des Gehäuses 6 an der ersten Hauptfläche 2A und ein zweiter Teil 60B des Gehäuses 6 an der zweiten Hauptfläche 2B des Trägers 2 befindet, kann das in Verbindung mit den 4 bis 11 beschriebene Verfahren fortgeführt werden.
Wie in 12 dargestellt, können hierbei die in Verbindung mit den 5 bis 11 beschriebenen Schritte auf einer zweiten Hauptfläche 24B des Ausgangsträgers 24 in ähnlicher Weise durchgeführt werden, das heißt beispielsweise, dass eine weitere Schicht eines Gehäusematerials auf die zweite Hauptfläche 24B aufgebracht werden kann, die zur Ausbildung eines zweiten Teils der Gehäusekörper 9 und darüber hinaus der Umhüllungen 15 vorgesehen ist. Ferner kann auf den zweiten Teil der Gehäusekörper 9 eine weitere Reflektorschicht 18 und darüber hinaus eine weitere Passivierungsschicht 11' aufgebracht werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauelement
1A: Vorderseite
1B: Rückseite
2: Träger
2A: erste Hauptfläche
2B: zweite Hauptfläche
3: Trägerelement
4: erste Kontaktstruktur
4A: erster Kontaktbereich
4B: erste Leiterbahn
5: zweite Kontaktstruktur
5A: zweiter Kontaktbereich
5B: zweite Leiterbahn
6: Gehäuse
6B: zweite Hauptfläche
7, 17: Kavität
8: reflektierende Gehäusewand
9: Gehäusekörper
9A: erste Hauptfläche
9B: zweite Hauptfläche
9C: Seitenfläche
10,: 18 Reflektorschicht
11, 11': Passivierungsschicht
12, 12B, 12G, 12R: optoelektronischer Halbleiterchip
12C: Seitenfläche
13: erster Anschlussbereich
14: zweiter Anschlussbereich
15: Umhüllung
16: Isolierschicht
19A: erstes Anschlussmittel
19B: zweites Anschlussmittel
20: Anschlussträger
21: optoelektronische Vorrichtung
21C: erste Seite
21D: zweite Seite
22: Trennstruktur
23: Zwischenraum
24: Ausgangsträger
24A: erste Hauptfläche
24B: zweite Hauptfläche
25: Schicht aus Gehäusekörpermaterial
26: Maskenschicht
27: Verankerungselement
28: Aussparung
29: Füllmaterial
a1: erster Außendurchmesser
a2: zweiter Außendurchmesser
11: erste laterale Ausdehnung
12: zweite laterale Ausdehnung
d: Wandstärke
h, h1, h2, h3: Höhe
vx: vertikale Position
L1: erste laterale Richtung
L2: zweite laterale Richtung
S: Strahlung
V: vertikale Richtung

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) umfassend - einen Träger (2), der ein Trägerelement (3) und eine erste und zweite Kontaktstruktur (4, 5) aufweist, - einen optoelektronischen Halbleiterchip (12), der an dem Träger (2) angeordnet und mit der ersten und zweiten Kontaktstruktur (4, 5) elektrisch leitend verbunden ist, - ein Gehäuse (6), das formschlüssig mit dem Träger (2) verbunden ist und eine Kavität (7) aufweist, die seitlich durch eine reflektierende Gehäusewand (8) des Gehäuses (6) begrenzt wird und auf der Seite einer ersten Hauptfläche (2A) des Trägers (2) angeordnet ist, wobei eine Wandstärke (d) der Gehäusewand (8) im ein- bis zweistelligen Mikrometerbereich liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Wandstärke (d) maximal 10 µm beträgt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (6) eine Höhe (h) im ein- bis zweistelligen Mikrometerbereich aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (12) in Draufsicht auf das optoelektronische Halbleiterbauelement (1) innerhalb der Gehäusewand (8) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (6) einen Gehäusekörper (9) und eine Reflektorschicht (10, 18) aufweist, die auf dem Gehäusekörper (9) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Gehäusekörper (9) ein fotostrukturierter Körper ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reflektorschicht (10, 18) eine Metallschicht enthält.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kontaktstruktur (4) einen ersten, an einem ersten Seitenrand des Trägers (2) angeordneten Kontaktbereich (4A) und die zweite Kontaktstruktur (5) einen zweiten, an einem zweiten Seitenrand des Trägers (2) angeordneten Kontaktbereich (5A) aufweist, und wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (1) mittels des ersten und zweiten Kontaktbereichs (4A, 5A) von außen elektrisch anschließbar ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Träger (2) das Gehäuse (6) derart lateral überragt, dass der erste und zweite Kontaktbereich (4A, 5A) von dem Gehäuse (6) unbedeckt sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (6) auf dem Träger (2) angeordnet ist, und der optoelektronische Halbleiterchip (12) und die erste und zweite Kontaktstruktur (4, 5) auf einer dem Gehäuse (6) abgewandten Seite des Trägerelements (3) angeordnet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Träger (2) in das Gehäuse (6) eingebettet ist, so dass sich Teile (60A, 60B) des Gehäuses (6) an einer ersten Hauptfläche (2A) und an einer zweiten Hauptfläche (2B) des Trägers (2) befinden.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (6) zumindest ein Verankerungselement (27) aufweist, das in einer Aussparung (28) des Trägers (2) angeordnet ist.
Optoelektronische Vorrichtung (21), die zumindest zwei optoelektronische Halbleiterbauelemente (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei die Gehäuse (6) von zwei aneinander grenzenden optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) einstückig ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) und/oder zumindest einer optoelektronischen Vorrichtung (21) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Ausgangsträgers (24), der einen Träger (2) oder einen Verbund von mehreren Trägern (2) aufweist, - Anordnen zumindest eines optoelektronischen Halbleiterchips (12) auf jeweils einem Träger (2) und elektrisch leitendes Verbinden mit der ersten und zweiten Kontaktstruktur (4, 5) des Trägers (2), - Erzeugen eines oder mehrerer Gehäuse (6) durch: - Ausbilden zumindest eines Teils eines Gehäusekörpers (9) oder jeweils zumindest eines Teils mehrerer Gehäusekörper (9) aus zumindest einer Schicht (25) eines Gehäusekörpermaterials, wobei die zumindest eine Schicht (25) formschlüssig auf eine erste Hauptfläche (24A) des Ausgangsträgers (24) aufgebracht und jeweils mit einer Kavität (7) für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) oder jeweils mehreren Kavitäten (7) für eine optoelektronische Vorrichtung (21) ausgebildet wird, und - Erzeugen einer Reflektorschicht (10) auf dem oder den Gehäusekörpern (9), so dass die Kavität oder Kavitäten (7) seitlich jeweils durch eine reflektierende Gehäusewand (8) begrenzt wird/werden, deren Wandstärke (d) im ein- bis zweistelligen Mikrometerbereich liegt/liegen.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kavität oder Kavitäten (7) in der zumindest einen Schicht (25) des Gehäusekörpermaterials mittels Fotolithografie erzeugt werden.