DE102021123818A1

DE102021123818A1 - Strahlungsemittierendes halbleiterbauteil, verfahren zur auswahl eines dielektrischen schichtenstapels und verfahren zur auswahl eines konversionsmaterials

Info

Publication number: DE102021123818A1
Application number: DE102021123818.8A
Authority: DE
Inventors: Christopher Wiesmann; Heribert Wankerl; Laura Kreiner; Rainer Butendeich; Sandra Sobczyk
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-09-15
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2023-03-16
Also published as: DE112022002908A5; WO2023041266A1; CN117941084A; KR20240052996A

Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) angegeben mit
- einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge (P1) auszusenden,
- einem Konversionselement (3), das dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge (P2) auszusenden, und
- einem dielektrischen Schichtenstapel (4), der auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) und dem Konversionselement (3) angeordnet ist, wobei
- ein Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (P1) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in einem ersten Winkelbereich größer als ein Schwellenwert (T_S) ist,
- der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (P1) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert (T_S) ist.
Des Weiteren werden ein Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels und ein Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben.

Description

Es werden ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil, ein Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil und ein Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil anzugeben, das besonders effizient ist. Außerdem soll ein Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels und zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements für ein solches strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben werden.
Es wird ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben. Das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil ist beispielsweise dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche auszusenden. Die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil ausgesendete elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise sichtbares Licht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge auszusenden.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip umfasst beispielsweise einen Halbleiterkörper. Der Halbleiterkörper weist beispielsweise eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine zweite Halbleiterschicht eines vom ersten Leitfähigkeitstyp verschiedenen zweiten Leitfähigkeitstyps auf. Beispielsweise sind die erste und die zweite Halbleiterschicht übereinander gestapelt angeordnet, insbesondere epitaktisch übereinander gewachsen. Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht p-dotiert und damit p-leitend ausgebildet. In diesem Fall ist die zweite Halbleiterschicht beispielsweise n-dotiert und damit n-leitend ausgebildet. Damit handelt es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp beispielsweise um einen p-leitenden Typ und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um einen n-leitenden Typ.
Zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht ist beispielsweise ein aktiver Bereich angeordnet. Der aktive Bereich ist beispielsweise dazu ausgebildet, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, die von einer Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ausgesendet wird. Der aktive Bereich steht beispielsweise mit der ersten Halbleiterschichtenfolge und der zweiten Halbleiterschichtenfolge in direktem Kontakt. Der aktive Bereich weist zum Beispiel einen pn-Übergang zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung auf, beispielsweise eine Einfachquantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur.
Der Halbleiterkörper basiert beispielsweise auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Beispielsweise basiert der Halbleiterkörper auf Galliumnitrid.
Die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise repräsentativ für ein Chipemissionsspektrum. Das Chipemissionsspektrum umfasst eine spektrale Intensität der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit einer Wellenlänge λ der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Das Chipemissionsspektrum weist ein Maximum und eine Halbwertsbreite auf. Die erste Peakwellenlänge entspricht insbesondere der Wellenlänge λ, bei der das Chipemissionsspektrum das Maximum aufweist.
Die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise nahultraviolette Strahlung und/oder sichtbares Licht, insbesondere blaues Licht. Beispielsweise liegt die erste Peakwellenlänge zwischen mindestens 400 nm und höchstens 500 nm, insbesondere zwischen mindestens 420 nm und höchstens 470 nm, zum Beispiel in etwa bei 435 nm. Die Halbwertsbreite des Chipemissionsspektrums liegt beispielsweise zwischen mindestens 10 nm und höchstens 50 nm, zum Beispiel in etwa bei 25 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil ein Konversionselement, das dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge auszusenden. Das Konversionselement weist beispielsweise eine Haupterstreckungsebene auf. Eine vertikale Richtung ist senkrecht zur Haupterstreckungsebene orientiert und laterale Richtungen sind parallel zur Haupterstreckungsebene orientiert.
Das Konversionselement umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial, in das Leuchtstoffpartikel eingebracht sind. Bei dem Matrixmaterial handelt es sich beispielsweise um ein Harz wie etwa um ein Epoxid, um ein Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien. Beispielsweise verleihen die Leuchtstoffpartikel dem Konversionselement die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften.
Bei dem Konversionselement handelt es sich alternativ um ein keramisches Konversionselement. Beispielsweise umfasst das keramische Konversionselement Leuchtstoffpartikel, die in einem keramischen Matrixmaterial kogesintert werden. In diesem Fall sind Konversionszentren des Konversionselements nur in den Leuchtstoffpartikeln verteilt.
Alternativ handelt es sich bei dem keramischen Konversionselement um eine keramische Schicht, insbesondere um einen Konversionsblock. In diesem Fall sind Konversionszentren in der gesamten keramischen Schicht verteilt.
Beispielsweise umfassen die Leuchtstoffpartikel eine erste Gruppe von Leuchtstoffpartikeln und eine zweite Gruppe von Leuchtstoffpartikeln. Die erste Gruppe von Leuchtstoffpartikeln ist dazu ausgebildet, die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung in erste Sekundärstrahlung zu konvertieren. Die zweite Gruppe von Leuchtstoffpartikel ist dazu ausgebildet, die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung in zweite Sekundärstrahlung zu konvertieren, die unterschiedlich zur ersten Sekundärstrahlung ist. Bei der ersten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um gelbes bis grünes Licht und bei der zweiten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um rotes Licht.
Das Konversionselement konvertiert die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung insbesondere nur teilweise, insbesondere zu höchstens 50 % oder höchstens zu 70 %.
Die vom Konversionselement konvertierte und ausgesendete elektromagnetische Strahlung ist repräsentativ für ein Konversionsspektrum. Das Konversionsspektrum umfasst eine spektrale Intensität der vom Konversionselement ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der ersten Sekundärstrahlung und/oder der zweiten Sekundärstrahlung, in Abhängigkeit einer Wellenlänge λ der vom Konversionselement ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung. Das Konversionsspektrum weist ein Maximum und eine Halbwertsbreite auf. Die zweite Peakwellenlänge entspricht insbesondere der Wellenlänge λ, bei der das Konversionsspektrum das Maximum aufweist.
Die Halbwertsbreite des Konversionsspektrums liegt beispielsweise zwischen mindestens 15 nm und höchstens 200 nm, zum Beispiel in etwa 125 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil einen dielektrischen Schichtenstapel, der auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und dem Konversionselement angeordnet ist.
Beispielsweise ist das Konversionselement auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip angeordnet und der dielektrische Schichtenstapel auf dem Konversionselement. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip, das Konversionselement und der dielektrische Schichtenstapel sind beispielsweise in vertikaler Richtung übereinander angeordnet, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge. Beispielsweise steht der strahlungsemittierende Halbleiterchip in direktem Kontakt mit dem Konversionselement und/oder das Konversionselement steht in direktem Kontakt mit dem dielektrischen Schichtenstapel.
Der dielektrische Schichtenstapel umfasst beispielsweise mehrere Schichten, die jeweils ein dielektrisches Material umfassen. Jede der dielektrischen Schichten weist beispielsweise einen vorgebbaren Brechungsindex und eine vorgebbare Dicke auf. Zumindest manche der Brechungsindizes und zumindest manche der Dicken unterscheiden sich für verschiedene dielektrische Schichten voneinander.
Der dielektrische Schichtenstapel weist beispielsweise eine glatte Außenfläche auf. Eine glatte Außenfläche heißt hier, dass die Außenfläche keine Erhöhungen und Vertiefungen aufweist, die größer als 500 nm in vertikaler Richtung sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist ein Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels für elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in einem ersten Winkelbereich größer als ein Schwellenwert.
Die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung und die vom Konversionselement ausgesendete elektromagnetische Strahlung treffen auf eine dem Konversionselement zugewandte erste Hauptfläche des dielektrischen Schichtenstapels. Die elektromagnetischen Strahlungen treten beispielsweise in Abhängigkeit ihres Auftreffwinkels auf die erste Hauptfläche und/oder in Abhängigkeit ihrer Wellenlänge durch den dielektrischen Schichtenstapel hindurch. Die elektromagnetischen Strahlungen, die durch den dielektrischen Schichtenstapel hindurchtreten, treten beispielsweise über eine zweite Hauptfläche des dielektrischen Schichtenstapels, die dem Konversionselement abgewandt ist, aus. Der Transmissionsgrad ist der Quotient der spektralen Intensität der gesamten elektromagnetischen Strahlung an der zweiten Hauptfläche und der spektralen Intensität der gesamten elektromagnetischen Strahlung an der ersten Hauptfläche.
Ist der Transmissionsgrad größer als der Schwellenwert, kann die elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge, insbesondere die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung, und die elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge, insbesondere die vom Konversionselement ausgesendete elektromagnetische Strahlung, durch den dielektrischen Schichtenstapel zu einem großen Teil hindurchtreten und über die zweite Halbfläche ausgekoppelt werden. „Zu einem großen Teil“ bedeutet hier und im Folgenden, dass zumindest 70 %, insbesondere zumindest 80 %, der elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels für elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert.
Ist der Transmissionsgrad kleiner als der Schwellenwert, wird die elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge, insbesondere die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung, und die elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge, insbesondere die vom Konversionselement ausgesendete elektromagnetische Strahlung, von dem dielektrischen Schichtenstapel zumindest teilweise zurückreflektiert. „Zumindest teilweise zurückreflektiert“ bedeutet hier und im Folgenden, dass zumindest 20 %, insbesondere zumindest 30 %, der elektromagnetischen Strahlung zurückreflektiert wird.
Die zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung, also die nicht transmittierte elektromagnetische Strahlung, wird insbesondere nicht vom dielektrischen Schichtenstapel absorbiert, sondern wird zurück in Richtung des Konversionselements reflektiert.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge auszusenden, ein Konversionselement, das dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge auszusenden, und einen dielektrischen Schichtenstapel, der auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und dem Konversionselement angeordnet ist. Weiterhin ist ein Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in einem ersten Winkelbereich größer als ein Schwellenwert und der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert.
Eine Idee des hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist unter anderem, dass mittels des dielektrischen Schichtenstapels eine direktionale Abstrahlung ermöglicht wird. Ein derartiges strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil weist vorzugsweise eine hohe Effizienz für elektromagnetische Strahlung im ersten Winkelbereich auf.
Durch Verwendung des dielektrischen Schichtenstapels ist die Außenfläche, insbesondere die zweite Hauptfläche, plan ausgebildet. Damit ist ein derartiges strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil mit Vorteil besonders kompakt, insbesondere in vertikaler Richtung, ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist die erste Peakwellenlänge mindestens 50 nm kleiner als die zweite Peakwellenlänge. Beispielsweise ist die erste Peakwellenlänge mindestens 70 nm größer als die zweite Peakwellenlänge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist die ausgesendete elektromagnetische Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils weißes Licht, das die erste Peakwellenlänge und die zweite Peakwellenlänge umfasst. Beispielsweise ist ein einhüllendes Emissionsspektrum durch das Chipemissionsspektrum und das Konversionsspektrum gebildet. Das einhüllende Emissionsspektrum entspricht einem Spektrum für weißes Licht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist der Schwellenwert mindestens 0,7. Beispielsweise ist der Schwellenwert mindestens 0,8.
Beispielsweise entspricht der Schwellenwert einem Wert des Transmissionsgrads, bei dem die Strahlung der ersten Peakwellenlänge, insbesondere die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung, und die elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge, insbesondere die vom Konversionselement ausgesendete elektromagnetische Strahlung, durch den dielektrischen Schichtenstapel hindurchtritt.
Beträgt der Transmissionsgrad beispielsweise 0,7, transmittiert der dielektrische Schichtenstapel 70 % der elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und der elektromagnetischen Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils umfasst der erste Winkelbereich einen Bereich von höchstens ± 60° zu einer Oberflächennormalen des Konversionselements. Die Oberflächennormale erstreckt sich in vertikaler Richtung. Beispielsweise umfasst der zweite Winkelbereich einen Bereich von höchstens 30° zu der zweiten Hauptfläche des dielektrischen Schichtenstapels.
Beispielsweise umfasst der erste Winkelbereich einen Bereich von höchstens ± 45° zu der Oberflächennormalen. In diesem Fall umfasst der zweite Winkelbereich einen Bereich von höchstens 45° zu der zweiten Hauptfläche des dielektrischen Schichtenstapels.
Beispielsweise ist der erste Winkelbereich in Abhängigkeit eines Akzeptanzwinkels eines über dem strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordneten optischen Elements vorgebbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist eine dem Konversionselement zugewandte Oberfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips aufgeraut. Die aufgeraute Oberfläche steht mit dem Konversionselement beispielsweise in direktem Kontakt. Die aufgeraute Oberfläche umfasst beispielsweise eine Vielzahl von unregelmäßig angeordneten Erhöhungen und Vertiefungen. An diesen Erhöhungen und Vertiefungen kann zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung vorteilhafterweise gestreut werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil einen reflektierenden Vergusskörper. Der reflektierende Vergusskörper umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial, in das strahlungsreflektierende Partikel und/oder strahlungsstreuende Partikel eingebracht sind. Bei dem Matrixmaterial handelt es sich beispielsweise um ein Harz, etwa um ein Epoxid oder um ein Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien. Die strahlungsreflektierenden Partikel verleihen dem reflektierenden Vergusskörper die reflektierenden Eigenschaften.
Bei den strahlungsreflektierenden Partikeln handelt es sich beispielsweise um TiO₂ Partikel und/oder ZrO₂ Partikel. Beispielsweise ist der reflektierende Vergusskörper diffus reflektierend für die elektromagnetische Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips und die elektromagnetische Strahlung des Konversionselements ausgebildet.
Beispielsweise weist der reflektierende Verguss bei einer Schichtdicke von 200 µm eine Reflektivität für die elektromagnetischen Strahlungen von wenigstens 90 %, insbesondere von wenigstens 95 %, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils bedeckt der reflektierende Vergusskörper eine Seitenfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips, des Konversionselements und des dielektrischen Schichtenstapels. Beispielsweise bedeckt der reflektierende Vergusskörper die Seitenfläche, insbesondere alle Seitenflächen, des strahlungsemittierenden Halbleiterchips, des Konversionselements und des dielektrischen Schichtenstapels vollständig. In vertikaler Richtung schließt der reflektierende Vergusskörper beispielsweise mit der zweiten Hauptfläche des dielektrischen Schichtenstapels bündig ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist der strahlungsemittierende Halbleiterchip auf einem Träger angeordnet. Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um eine gedruckte Leiterplatte (englisch: printed circuit board, kurz PCB) oder um einen Leiterrahmen (englisch: lead frame). Der strahlungsemittierende Halbleiterchip wird beispielsweise mittels des Trägers bestromt und/oder angesteuert. Alternativ handelt es sich bei dem Träger um ein keramisches Substrat.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip ein reflektierendes Element. Das reflektierende Element ist beispielsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet. Beispielsweise steht das reflektierende Element mit dem Halbleiterkörper in direktem Kontakt.
Weiterhin umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip beispielsweise einen Chipträger. Der Chipträger umfasst beispielsweise Si. Das reflektierende Element ist beispielsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Chipträger angeordnet. Weiterhin ist der Chipträger beispielsweise auf dem Träger angeordnet.
Das reflektierende Element umfasst beispielsweise einen Bragg-Spiegel und/oder einen metallischen Spiegel.
Mit einem derartigen reflektierenden Element wird vom dielektrischen Schichtenstapel zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung vorteilhafterweise wieder zurück zu dem dielektrischen Schichtenstapel reflektiert, wo es aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil im ersten Winkelbereich ausgekoppelt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil ein optisches Element, das über dem dielektrischen Schichtenstapel angeordnet ist. Das optische Element ist beispielsweise in vertikaler Richtung von dem dielektrischen Schichtenstapel beabstandet. Das optische Element ist beispielsweise in einem Strahlengang der vom dielektrischen Schichtenstapel ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung angeordnet.
Bei dem optischen Element handelt es sich beispielsweise um eine Linse, insbesondere eine konvexe Linse oder eine konkave Linse. Beispielsweise kann ein derartiges optisches Element mittels eines Formpressverfahrens erzeugt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optische Element einen Akzeptanzwinkelbereich auf, der gleich oder kleiner dem ersten Winkelbereich ist.
Damit wird vorteilhafterweise ein Großteil der aus dem dielektrischen Schichtenstapel ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung von dem optischen Element aufgenommen. Ein Großteil bedeutet hier beispielsweise, dass mindestens 40 %, insbesondere 50 % oder 65 %, der aus dem dielektrischen Schichtenstapel ausgekoppelten elektromagnetischen Strahlung im Akzeptanzwinkelbereich des optischen Elements liegen und damit von diesem aufgenommen werden kann. Liegt der Akzeptanzwinkelbereich beispielsweise bei ± 45° können mindestens 50 % bis 65 % der aus dem dielektrischen Schichtenstapel ausgekoppelten elektromagnetischen Strahlung von dem optischen Element aufgenommen werden.
Elektromagnetische Strahlung, die nicht im ersten Winkelbereich auf den dielektrischen Schichtenstapel trifft, wird zumindest teilweise wieder zurückreflektiert. Diese zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung wird gestreut und wieder zurück in Richtung des dielektrischen Schichtenstapels reflektiert. Durch die Streuung der elektromagnetischen Strahlung kann ein Auftreffwinkel auf die erste Hauptfläche verändert werden, sodass der Auftreffwinkel im ersten Winkelbereich liegt.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben. Beispielsweise eignet sich ein derartiger dielektrischer Schichtenstapel für die Verwendung in dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren zur Auswahl des dielektrischen Schichtenstapels offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein initialer dielektrischer Schichtenstapel bereitgestellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem initialen dielektrischen Schichtenstapel um einen virtuellen initialen dielektrischen Schichtenstapel. Beispielsweise sind Parameter für den initialen dielektrischen Schichtenstapel repräsentativ. Die Parameter sind beispielsweise vorgebbar und auf einem computerlesbaren Speichermedium speicherbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Transmissionsgrad des initialen dielektrischen Schichtenstapels für elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge und für elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge für jeweils einen ersten Winkelbereich und einen zweiten Winkelbereich ermittelt. Handelt es sich bei dem initialen dielektrischen Schichtenstapel um einen virtuellen initialen dielektrischen Schichtenstapel, wird der Transmissionsgrad für den ersten Winkelbereich und den Transmissionsgrad für den zweiten Winkelbereich beispielsweise mittels eines Computerprogramms, insbesondere mittels eines Computers, ermittelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der dielektrische Schichtenstapel durch Anpassen des initialen dielektrischen Schichtenstapels in Abhängigkeit des Transmissionsgrad im ersten Winkelbereich und im zweiten Winkelbereich und in Abhängigkeit eines Schwellenwerts ausgewählt.
Ist der Transmissionsgrad im ersten Winkelbereich größer als der Schwellenwert und ist der Transmissionsgrad im zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert, wird der initiale dielektrische Schichtenstapel als dielektrischer Schichtenstapel ausgewählt. Ansonsten wird der initiale dielektrische Schichtenstapel entsprechend angepasst und der Schritt des Ermittelns des Transmissionsgrads wird erneut durchgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in dem ersten Winkelbereich größer als der Schwellenwert, und der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels ist für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert.
Das hier angegebene Verfahren zur Auswahl des dielektrischen Schichtenstapels kann zumindest teilweise durch ein Computerprogramm ausgeführt werden. Das Computerprogramm umfasst beispielsweise Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das hier beschriebene Verfahren zumindest teilweise auszuführen.
Weiterhin wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das hier beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der initiale dielektrische Schichtenstapel mehrere initiale dielektrische Schichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist jeder der initialen dielektrischen Schichten einen vorgebbaren initialen Brechungsindex und eine vorgebbare initiale Dicke auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird bei der Anpassung des initialen dielektrischen Schichtenstapels zumindest eine der vorgebbaren initialen Brechungsindizes und zumindest eine der vorgebbaren initialen Dicken vergrößert oder verkleinert. Weiterhin kann bei der Anpassung zumindest eine weitere initiale dielektrische Schicht oder mehrere weitere initiale dielektrischen Schichten zu dem initialen dielektrischen Schichtenstapel hinzugefügt werden und/oder eine initiale dielektrische Schicht oder mehrere initiale dielektrischen Schichten entfernt werden.
Der initiale dielektrische Schichtenstapel werden solange angepasst, bis ein entsprechender Transmissionsgrad im ersten Winkelbereich und im zweiten Winkelbereich erreicht ist.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben. Beispielsweise eignet sich ein derartiges Konversionselement für die Verwendung in dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren zur Auswahl des Konversionsmaterials des Konversionselements offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein dielektrischer Schichtenstapel ausgewählt, gemäß dem oben aufgeführten Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein initiales Konversionsmaterial eines initialen Konversionselements bereitgestellt. Bei dem initialen Konversionsmaterial handelt es sich beispielsweise um ein virtuelles initiales Konversionsmaterial.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein initialer Farbort des initialen Konversionselements in Abhängigkeit des dielektrischen Schichtenstapels ermittelt. Der initiale Farbort wird beispielsweise mittels eines Computerprogramms, insbesondere mittels eines Computers, ermittelt. Alternativ wird der initiale Farbort mittels eines experimentellen Versuchs ermittelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Konversionsmaterial durch Anpassung des initialen Konversionsmaterials in Abhängigkeit des initialen Farborts und in Abhängigkeit eines vorgebbaren Zielfarborts ausgewählt.
Das hier angegebene Verfahren zur Auswahl des Konversionsmaterials des Konversionselements kann zumindest teilweise durch ein Computerprogramm ausgeführt werden. Das Computerprogramm umfasst beispielsweise Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das hier beschriebene Verfahren zumindest teilweise auszuführen. Zusätzlich oder alternativ kann das hier angegebene Verfahren zur Auswahl des Konversionsmaterials des Konversionselements zumindest teilweise unter Verwendung experimenteller Versuche durchgeführt werden.
Weiterhin wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das hier beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das initiale Konversionsmaterial einen ersten Konversionsstoff.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Anpassen des initialen Konversionsmaterials der erste Konversionsstoff durch einen anderen ersten Konversionsstoff ersetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das initiale Konversionsmaterial einen ersten Konversionsstoff und einen vom ersten Konversionsstoff verschiedenen zweiten Konversionsstoff.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Anpassen des initialen Konversionsmaterials ein Mischungsverhältnis des ersten Konversionsstoffs und des zweiten Konversionsstoffs geändert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der dielektrische Schichtenstapel zusätzlich in Abhängigkeit des Konversionsmaterials des Konversionselements gemäß dem hier beschriebenen Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements angepasst.
Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils angegeben. Beispielsweise eignet sich ein derartiges strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil für die Verwendung in dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind daher auch in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein Konversionselement auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip aufgebracht. Das Konversionselement ist gemäß dem Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements ausgewählt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein dielektrischer Schichtenstapel hergestellt. Der dielektrische Schichtenstapel ist gemäß dem Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels ausgewählt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der dielektrische Schichtenstapel auf das Konversionselement aufgebracht.
Nachfolgend werden das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil, das Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels und das Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung eines Transmissionsverhaltens eines dielektrischen Schichtenstapels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 eine exemplarische Darstellung eines einhüllenden Emissionsspektrums,
4, 5 und 6 Transmissionsverhalten eines dielektrischen Schichtenstapels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit eines Auftreffwinkels für verschiedene Wellenlängen,
7, 8 und 9 Transmissionsverhalten eines dielektrischen Schichtenstapels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils in Abhängigkeit eines Auftreffwinkels für eine erste Peakwellenlänge und eine zweite Peakwellenlänge,
10, 11 und 12 Transmissionsverhalten eines dielektrischen Schichtenstapels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit einer Wellenlänge für verschiedene Auftreffwinkel,
13 und 14 schematische Darstellungen einer Verschiebung eines Farborts in Abhängigkeit eines dielektrischen Schichtenstapels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
15 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
16 eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 umfasst einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2, auf dem ein Konversionselement 3 angeordnet ist. Auf dem Konversionselement 3 ist weiterhin ein dielektrischer Schichtenstapel 4 angeordnet. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 steht mit dem Konversionselement 3 in direktem Kontakt und das Konversionselement 3 steht mit dem dielektrischen Schichtenstapel 4 in direktem Kontakt.
Der dielektrische Schichtenstapel 4 weist eine dem Konversionselement 3 zugewandte erste Hauptfläche 5 auf und eine dem Konversionselement 3 abgewandte zweite Hauptfläche 6.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 ist auf einem Träger 8 angeordnet. Zudem ist der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2, das Konversionselement 3 und der dielektrische Schichtenstapel 4 von einem reflektierenden Vergusskörper 7 umgeben. Der reflektierende Vergusskörper 7 bedeckt Seitenflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2, des Konversionselements 3 und des dielektrischen Schichtenstapels 4 vollständig. Weiterhin schließt der reflektierende Vergusskörper 7 bündig mit dem dielektrischen Schichtenstapel 4, insbesondere der zweiten Hauptfläche 6, ab.
Die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise blaues Licht. Weiterhin weist ein Chipemissionsspektrum CS des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 ein Maximum auf, das einer ersten Peakwellenlänge P1 entspricht.
Das Konversionselement 3 ist dazu ausgebildet, die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung teilweise in erste Sekundärstrahlung und/oder zweite Sekundärstrahlung zu konvertieren. Bei der ersten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um gelbes bis grünes Licht und/oder bei der zweiten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um rotes Licht. Weiterhin weist ein Konversionsspektrum KS des Konversionselements 3 ein Maximum auf, das einer zweiten Peakwellenlänge P2 entspricht.
Die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung und die vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung treffen jeweils unter einem Auftreffwinkel θ auf den dielektrischen Schichtenstapel 4 auf. Der Auftreffwinkel θ erstreckt sich hierbei weg von einer Normalen des Konversionselements. Die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung und die vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung werden hierbei in Abhängigkeit der Auftreffwinkel θ durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 transmittiert oder zurück in Richtung des Trägers 8 reflektiert.
Ein Transmissionsgrad für die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung und die vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung ist durch einen Quotient der spektralen Intensitäten definiert. Der Quotient ist hierbei ein Wert der spektralen Intensität der gesamten elektromagnetischen Strahlung an der zweiten Hauptfläche 6, der durch einen Wert der spektralen Intensität der gesamten elektromagnetischen Strahlung an der ersten Hauptfläche 5 geteilt wird.
Der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels 4 ist für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge P1 und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 in einem ersten Winkelbereich B1 größer als ein Schwellenwert T_s. Der erste Winkelbereich B1 umfasst einen Bereich von höchstens ± 60° zu einer Oberflächennormalen des Konversionselements 3. Das heißt, die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge P1 und die vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2, die jeweils einen Auftreffwinkel θ von ± 60° zu einer Oberflächennormalen aufweisen, werden durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 zu einem großen Teil transmittiert.
Der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels 4 für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge P1 und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 ist weiterhin in einem zweiten Winkelbereich B2 kleiner als der Schwellenwert T_s. Hierbei umfasst der zweite Winkelbereich B2 einen Bereich von 0° bis 30° zu der zweiten Hauptfläche 6 des dielektrischen Schichtenstapels 4. Das heißt, die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge P1 und die vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2, die jeweils einen Auftreffwinkel θ von 0° bis 30° zu der zweiten Hauptfläche 6 des dielektrischen Schichtenstapels 4 aufweisen, werden durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 zumindest teilweise reflektiert.
Die zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung kann mittels einem reflektierenden Element 9 wieder zurück in Richtung des dielektrischen Schichtenstapels 4 reflektiert werden. Hierbei kann die zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung an dem reflektierenden Verguss und/oder einer aufgerauten Oberfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 gestreut werden, sodass sich ein Auftreffwinkel θ der zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung auf die erste Hauptfläche 5 verändert. Trifft derartige zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung in dem ersten Winkelbereich B1 auf die erste Hauptfläche 5, wird diese zu einem großen Teil ausgekoppelt.
Beispielsweise ist der erste Winkelbereich B1 in Abhängigkeit eines Akzeptanzwinkels eines über dem strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 angeordneten optischen Elements vorgebbar.
Das Diagramm gemäß der 2 ist auf der y-Achse eine Transmission T der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge P1 und vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 von 0 % zu 100 % aufgetragen. Auf der x-Achse ist ein Emissionswinkel θ_E der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge P1 und vom Konversionselement 3 konvertierten elektromagnetischen Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 von 0° bis 90° aufgetragen. Der Emissionswinkel θ_E entspricht beispielsweise einem Akzeptanzwinkel eines über dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 angeordneten optischen Elements. Weiterhin ist der Emissionswinkel θ_E repräsentativ für den Auftreffwinkel θ.
Für Auftreffwinkel θ kleiner dem Akzeptanzwinkel ist die Transmission T größer als ein Schwellenwert T_S - insbesondere in einem ersten Winkelbereich B1. Für die restlichen Winkel, die größer als der Akzeptanzwinkel sind, ist die Transmission T kleiner als der Schwellenwert T_S - insbesondere in einem zweiten Winkelbereich B1. Bereiche mit zu niedriger Transmission B1 und zu hoher Transmission B2 sind schraffiert dargestellt. Der Schwellenwert T_S ist beispielsweise größer 0,7 und insbesondere größer als 0,8, was einer Transmission T von größer 70 %, insbesondere größer 80 %, entspricht. Dieses Transmissionsverhalten gilt zumindest für zwei Wellenlängen λ, der ersten Peakwellenlänge P1 und der zweiten Peakwellenlänge P2.
Im Diagramm der 3 ist ein einhüllendes Emissionsspektrum S dargestellt, das durch ein Chipemissionsspektrum CS und ein Konversionsspektrum KS gebildet ist. Das einhüllende Emissionsspektrum S entspricht einem Spektrum für weißes Licht. Eine normierte spektrale Intensität Φ_rel der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung und der vom Konversionselement 3 konvertierten elektromagnetischen Strahlung ist in Abhängigkeit einer Wellenlänge λ dargestellt. Das Chipemissionsspektrum CS weist ein Maximum auf, das der ersten Peakwellenlänge P1 entspricht. Weiterhin weist das Konversionsspektrum KS ein Maximum auf, das der zweiten Peakwellenlänge P2 entspricht.
Beide Peakwellenlängen P1, P2 werden in dem ersten Winkelbereich B1 durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 transmittiert und im zweiten Winkelbereich B2 reflektiert.
Im Diagramm gemäß der 4, 5, 6, 7, 8 und 9 ist jeweils eine Transmission T in % eines dielektrischen Schichtenstapels 4 gegenüber einem Emissionswinkel θ_E für verschiedene Wellenlängen λ dargestellt. Kurve K1 entspricht einem Transmissionsverhalten von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge λ von 450 nm, Kurve K2 einer Wellenlänge λ von 500 nm, Kurve K3 einer Wellenlänge λ von 550 nm, Kurve K4 einer Wellenlänge λ von 600 nm, Kurve K5 einer Wellenlänge λ von 650 nm, Kurve K6 einer Wellenlänge λ von 700 nm und Kurve K7 einer Wellenlänge λ von 750 nm.
Die Kurve K1 entspricht hierbei der ersten Peakwellenlänge P1 und die Kurve K3 entspricht der zweiten Peakwellenlänge P2.
Im Diagramm gemäß der 10, 11 und 12 ist jeweils eine Transmission T in % eines dielektrischen Schichtenstapels 4 gegenüber einer Wellenlänge λ für verschiedene Emissionswinkel θ_E dargestellt. Kurve K8 entspricht einem Transmissionsverhalten von elektromagnetischer Strahlung mit einem Emissionswinkel θ_E von 5°, Kurve K9 einem Emissionswinkel θ_E von 15°, Kurve K10 einem Emissionswinkel θ_E von 25°, Kurve K11 einem Emissionswinkel θ_E von 35°, Kurve K12 einem Emissionswinkel θ_E von 45°, Kurve K13 einem Emissionswinkel θ_E von 55°, Kurve K14 einem Emissionswinkel θ_E von 65°, Kurve K15 einem Emissionswinkel θ_E von 75° und Kurve K16 einem Emissionswinkel θ_E von 85°.
Gemäß den 13 und 14 ist ein vorgebbarer Zielfarbort in einem cx-cy-Diagramm als Punkt dargestellt. Wird eine Konzentration von Konversionsmaterial im Konversionselement 3 beispielsweise geändert, so kann der Farbort der emittierten elektromagnetischen Strahlung entlang der dargestellten geraden Linie verschoben werden. Tritt elektromagnetische Strahlung durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 hindurch, so wird beispielsweise auch die gerade Linie, auch Konversionslinie genannt, gedreht. Das heißt, Farbkoordinaten von elektromagnetischer Strahlung können nach Transmission T durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 geändert sein.
In 13 ist eine Verschiebung der Konversionslinie von emittierter elektromagnetischer Strahlung eines Konversionselements 3 mit einem Leuchtstoff dargestellt. In 14 ist eine Verschiebung von zwei Konversionslinien von emittierter elektromagnetischer Strahlung eines Konversionselements 3 mit zwei voneinander verschiedenen Leuchtstoffen dargestellt. Die untere gerade Konversionslinie entspricht einer Konversionslinie, die mit einem roten Leuchtstoff erzeugt wird und die obere gerade Konversionslinie entspricht einer Konversionslinie, die mit einem grünen Leuchtstoff erzeugt wird. Die gestrichelten Konversionslinien entsprechen der Verschiebung, die durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 induziert wird.
Insbesondere wird das Konversionselement 3, insbesondere das Konversionsmaterial, in Abhängigkeit des vorgebbaren Zielfarborts und des dielektrischen Schichtenstapels 4, ausgewählt.
Im Schritt S1 gemäß der 15 wird zunächst ein initialer dielektrischer Schichtenstapel bereitgestellt. Jeder der initialen dielektrischen Schichten weist einen vorgebbaren initialen Brechungsindex und eine vorgebbare initiale Dicke auf.
In einem nachfolgenden Schritt S2 wird ein Transmissionsgrad des initialen dielektrischen Schichtenstapels für elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge P1 und für elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge P2 für jeweils einen ersten Winkelbereich B1 und einen zweiten Winkelbereich B2 ermittelt.
Nachfolgend wird im Schritt S3 der dielektrische Schichtenstapel 4 durch Anpassung des initialen dielektrischen Schichtenstapels in Abhängigkeit des Transmissionsgrads im ersten Winkelbereich B1 und im zweiten Winkelbereich B2 und in Abhängigkeit eines Schwellenwerts T_S ausgewählt.
Bei der Anpassung des initialen dielektrischen Schichtenstapels wird zumindest einer der vorgebbaren initialen Brechungsindizes und zumindest eine der vorgebbaren initialen Dicken vergrößert oder verkleinert.
Die Schritte S2 bis S3 werden so lange wiederholt, bis der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels 4 für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge P1 und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 in einem ersten Winkelbereich B1 größer als ein Schwellenwert T_S ist und der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels 4 für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge P1 und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 in einem zweiten Winkelbereich B2 kleiner als der Schwellenwert T_S ist. Ist diese Bedingung erfüllt, wird der dielektrische Schichtenstapel 4 ausgewählt.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 16 umfasst eine aufgeraute Oberfläche. Ein Konversionselement 3 ist mittels eines Haftmaterials, insbesondere eines Klebers, mit einem Halbleiterkörper 11 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 mechanisch stabil verbunden.
Weiterhin umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 ein reflektierendes Element 9 und einen Chipträger 12. Der Chipträger 12 umfasst beispielsweise Si. Das reflektierende Element 9 ist zwischen dem Halbleiterkörper 11 und dem Chipträger 12 angeordnet und kann mit diesen in direktem Kontakt stehen.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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: strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil
2: strahlungsemittierender Halbleiterchip
3: Konversionselement
4: dielektrischer Schichtenstapel
5: erste Hauptfläche
6: zweite Hauptfläche
7: reflektierender Vergusskörper
8: Träger
9: reflektierendes Element
10: Haftmaterial
11: Halbleiterkörper
12: Chipträger
T: Transmission
TS: Schwellenwert
Φrel: normierte spektrale Intensität
λ: Wellenlänge
CS: Chipemissionsspektrum
KS: Konversionsspektrum
S: einhüllendes Emissionsspektrum
P1: erste Peakwellenlänge
P2: zweite Peakwellenlänge
θ: Auftreffwinkel
θE: Emissionswinkel
B1: erster Winkelbereich
B2: zweiter Winkelbereich
K1...K16: Kurven
S1...S3: Schritte

Claims

Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) mit - einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge (P1) auszusenden, - einem Konversionselement (3), das dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge (P2) auszusenden, und - einem dielektrischen Schichtenstapel (4), der auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) und dem Konversionselement (3) angeordnet ist, wobei - ein Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (P1) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in einem ersten Winkelbereich größer als ein Schwellenwert (T_S) ist, - der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (P1) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert (T_S) ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Peakwellenlänge (P1) mindestens 50 nm kleiner ist als die zweite Peakwellenlänge (P2).
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die ausgesendete elektromagnetische Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils (1) weißes Licht ist, das die erste Peakwellenlänge (P1) und die zweite Peakwellenlänge (P2) umfasst.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schwellenwert (T_S) mindestens 0,7 ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der erste Winkelbereich einen Bereich von höchstens ± 60° zu einer Oberflächennormalen des Konversionselements (3) umfasst.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem - eine dem Konversionselement (3) zugewandte Oberfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) aufgeraut ist.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit - einem reflektierenden Vergusskörper (7), wobei - der reflektierende Vergusskörper (7) eine Seitenfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2), des Konversionselements (3) und des dielektrischen Schichtenstapels (4) bedeckt.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem - der strahlungsemittierende Halbleiterchip (2) auf einem Träger (8) angeordnet ist, und - der strahlungsemittierende Halbleiterchip (2) ein reflektierendes Element (9) umfasst.
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit - einem optischen Element, das über dem dielektrischen Schichtenstapel (4) angeordnet ist, und - das optische Element einen Akzeptanzwinkelbereich aufweist, der gleich oder kleiner dem ersten Winkelbereich ist.
Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels (4) für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1), mit den Schritten: - Bereitstellen eines initialen dielektrischen Schichtenstapels, - Ermitteln eines Transmissionsgrads des initialen dielektrischen Schichtenstapels für elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge (P1) und für elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge (P2) für jeweils einen ersten Winkelbereich und einen zweiten Winkelbereich, und - Auswahl des dielektrischen Schichtenstapels (4) durch Anpassung des initialen dielektrischen Schichtenstapels in Abhängigkeit des Transmissionsgrads im ersten Winkelbereich und im zweiten Winkelbereich und in Abhängigkeit eines Schwellenwerts (T_S), derart dass - der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (P1) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in dem ersten Winkelbereich größer als der Schwellenwert (T_S) ist, und - der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (P1) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert (T_S) ist.
Verfahren gemäß dem Anspruch 10, wobei - der initiale dielektrische Schichtenstapel mehrere initiale dielektrische Schichten umfasst, - jeder der initialen dielektrischen Schichten einen vorgebbaren initialen Brechungsindex und eine vorgebbare initiale Dicke aufweist, und - bei der Anpassung des initialen dielektrischen Schichtenstapels zumindest einer der vorgebbaren initialen Brechungsindizes und zumindest eine der vorgebbaren initialen Dicken vergrößert oder verkleinert wird.
Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements (3) für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1), mit den Schritten: - Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels (4) unter Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, - Bereitstellen eines initialen Konversionsmaterials eines initialen Konversionselements (3), - Ermitteln eines initialen Farborts des initialen Konversionselements (3) in Abhängigkeit des dielektrischen Schichtenstapels (4), - Auswahl des Konversionsmaterials durch Anpassung des initialen Konversionsmaterials in Abhängigkeit des initialen Farborts und in Abhängigkeit eines vorgebbaren Zielfarborts.
Verfahren gemäß dem Anspruch 12, wobei - das initiale Konversionsmaterial einen ersten Konversionsstoff umfasst, und - beim Anpassen des initialen Konversionsmaterials der erste Konversionsstoff durch einen anderen ersten Konversionsstoff ersetzt wird.
Verfahren gemäß dem Anspruch 12, wobei - das initiale Konversionsmaterial einen ersten Konversionsstoff und einen vom ersten Konversionsstoff verschiedenen zweiten Konversionsstoff umfasst, und - beim Anpassen des initialen Konversionsmaterials ein Mischungsverhältnis des ersten Konversionsstoffs und des zweiten Konversionsstoffs geändert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der dielektrische Schichtenstapel (4) zusätzlich in Abhängigkeit des Konversionsmaterials des Konversionselements (3) gemäß dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 12 bis 14 angepasst wird.
Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils (1) mit den Schritten: - Aufbringen eines Konversionselements (3), das gemäß dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14 ausgewählt ist, auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), - Herstellen eines dielektrischen Schichtenstapels (4), der gemäß dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10, 11 oder 15 ausgewählt ist, - Aufbringen des dielektrischen Schichtenstapels (4) auf das Konversionselement (3).