DE102021214725A1

DE102021214725A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil, optoelektronische vorrichtungen, filter und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils

Info

Publication number: DE102021214725A1
Application number: DE102021214725.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Richter
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023117572A1

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauteil (100) einen Halbleiterchip (1) zur Erzeugung einer Primärstrahlung und ein fotokatalytisches Material (2) auf, wobei das fotokatalytische Material an einer Außenseite (3) des Halbleiterbauteils für einen direkten Kontakt mit einem Umgebungsmedium zumindest teilweise freiliegt. Das Halbleiterbauteil erzeugt im Betrieb Strahlung, die das fotokatalytische Material an der Außenseite anregt.

Description

Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, eine optoelektronische Vorrichtung und ein Filter angegeben. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, zum Beispiel ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, das sich besonders für die Reinigung eines Umgebungsmediums eignet. Weitere zu lösende Aufgaben bestehen darin, eine optoelektronische Vorrichtung mit einem solchen Halbleiterbauteil sowie ein Filter mit einem solchen Halbleiterbauteil anzugeben. Noch eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Halbleiterbauteils anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände und das Verfahren der Patentansprüche 1, 11, 13 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren abhängigen Patentansprüche und ergeben sich weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
Zunächst wird das optoelektronische Halbleiterbauteil angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauteil ist insbesondere ein Halbleiterbauteil für die Reinigung eines Umgebungsmediums, also für ein das Halbleiterbauteil umgebendes Medium. Das Umgebungsmedium ist beispielsweise ein Gas, wie Luft, oder eine Flüssigkeit, wie Wasser.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip ist zur Erzeugung einer Primärstrahlung eingerichtet. Bei der Primärstrahlung kann es sich um Strahlung im UV-Bereich, beispielsweise im UVA-, UVB- und/oder UVC-Bereich, aber auch um sichtbares Licht handeln. Ein globales Intensitätsmaximum der von dem Halbleiterchip erzeugten Primärstrahlung liegt dann zum Beispiel im UVA-, UVB- oder UVC-Bereich oder im sichtbaren Spektralbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht zur Erzeugung der Primärstrahlung auf. Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, oder um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_l-n-mGa_mAs oder Al_nIn_1-n-mGa_mAsP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlGaN.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi-Quantentopfstruktur, kurz MQW.
Der Halbleiterchip kann ein so genannter Volumenemitter, insbesondere ein Flip-Chip, sein. In diesem Fall weist der Halbleiterchip bevorzugt noch das Aufwachsubstrat auf, das beispielsweise aus Saphir gebildet ist. Alternativ kann der Halbleiterchip auch ein Oberflächenemitter, insbesondere ein so genannter Dünnfilm-Chip sein. In diesem Fall ist das Aufwachsubstrat beispielsweise abgelöst.
Das Halbleiterbauteil kann ein Trägersubstrat aufweisen, auf dem der Halbleiterchip montiert ist. Bei dem Trägersubstrat kann es sich um einen Keramikträger oder um eine Leiterplatte oder um einen vergossenen Leiterrahmen handeln. Die Keramik ist zum Beispiel AlN. Der Halbleiterchip kann auf dem Trägersubstrat elektrisch angeschlossen sein. An einer dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Trägersubstrats können Kontakteelemente für eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauteils vorgesehen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauteil ein fotokatalytisches Material auf. Das fotokatalytische Material ist insbesondere zur Reinigung des Umgebungsmediums bei Kontakt mit dem Umgebungsmedium eingerichtet.
Das fotokatalytische Material ist insbesondere so gewählt, dass es durch Absorption von im Halbleiterbauteil erzeugter Strahlung, zum Beispiel UV-Strahlung, anregbar ist. Bei Kontakt mit Umweltschadstoffen aus dem Umgebungsmedium, wie Bakterien, Viren, Pilzen, VOCs (Abkürzung für volatile organische Komponenten), Ammoniak, NOx und/oder SOx, werden die Umweltschadstoffe mithilfe des angeregten, fotokatalytischen Materials zersetzt. Anders ausgedrückt handelt es sich bei dem fotokatalytischen Material um ein Material für die fotokatalytische Reinigung des Umgebungsmediums.
Der Halbleiterchip und das fotokatalytische Material können voneinander beabstandet sein, das heißt das fotokatalytische Material ist nicht direkt auf den Halbleiterchip aufgebracht. Alternativ kann das fotokatalytische Material aber auch direkt auf den Halbleiterchip aufgebacht sein. Der Halbleiterchip und das fotokatalytische Material sind Teil des gleichen Halbleiterbauteils insbesondere dauerhaft miteinander verbunden, zum Beispiel nicht reversibel voneinander trennbar. Ein Abstand zwischen dem fotokatalytischen Material und dem Halbleiterchip beträgt beispielsweise höchstens 10 mm oder höchstens 5 mm oder höchstens 1 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt das fotokatalytische Material an einer Außenseite des Halbleiterbauteils für einen direkten Kontakt mit einem Umgebungsmedium zumindest teilweise frei beziehungsweise ist exponiert. Das fotokatalytische Material ist an der Außenseite für das Umgebungsmedium also frei zugänglich. Anders ausgedrückt bildet das fotokatalytische Material zumindest einen Teil der Außenseite des Halbleiterbauteils.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erzeugt das Halbleiterbauteil im Betrieb Strahlung, die das fotokatalytische Material an der Außenseite anregt. Das heißt, die von dem Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung gelangt bis zu dem fotokatalytischen Material an der Außenseite und wird von diesem zu dessen Anregung zumindest teilweise absorbiert. Die Strahlung kann der von dem Halbleiterchip erzeugten Primärstrahlung entsprechen. Alternativ kann das Halbleiterbauteil ein Konversionsmaterial aufweisen, das die vom Halbleiterchip erzeugte Primärstrahlung in die Strahlung konvertiert.
Bei der vom Halbleiterbauteil erzeugten und das fotokatalytische Material anregenden Strahlung handelt es sich insbesondere um UV-Strahlung oder um sichtbares Licht. Zum Beispiel ist die Strahlung UVA- oder UVB- oder UVC-Strahlung, zum Beispiel mit einem globalen Intensitätsmaximum in dem entsprechenden Wellenlängenbereich.
Die Außenseite umfasst oder ist beispielsweise eine dem Trägersubstrat abgewandte Seite des Halbleiterbauteils.
In mindestens einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Halbleiterchip zur Erzeugung einer Primärstrahlung und ein fotokatalytisches Material auf, wobei das fotokatalytische Material an einer Außenseite des Halbleiterbauteils für einen direkten Kontakt mit einem Umgebungsmedium zumindest teilweise freiliegt. Das Halbleiterbauteil erzeugt im Betrieb Strahlung, die das fotokatalytische Material an der Außenseite anregt.
Die vorliegende Erfindung basiert unter anderem auf der Erkenntnis, dass die Reinigung von zum Beispiel Gasen, wie Luft, und Flüssigkeiten, wie Wasser, von für den menschlichen Körper schädlichen Verbindungen eine immer wichtigere Aufgabe darstellt. Dabei sind die kritischsten Verbindungen Krankheitserreger wie Bakterien, Viren und Pilze und zum anderen für den menschlichen Körper schädliche Stoffe wie volatile organische Verbindungen (VOCs) oder auch Ammoniak, NOx, SOx, et cetera. Bakterien, Viren und Pilze können zum Beispiel mittels UVC-Bestrahlung unschädlich gemacht werden.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Wirkmechanismus der fotokatalytischen Reaktion auf Bauteilebene (fotokatalytische Reaktion) integriert, um eine breite Palette an Umweltschadstoffen, zum Beispiel VOCs und so weiter, zersetzen zu können.
Eine Idee der Erfindung besteht darin, ein auf die Zersetzung von Umweltschadstoffen optimiertes Halbleiterbauteil bereitzustellen. Dazu wird insbesondere der Wirkmechanismus der Fotokatalyse genutzt. Bei einem Halbleiterbauteil, das UV-Strahlung erzeugt, wird dann die germizid/bakterizid wirkende UV-Emission um eben diesen Wirkmechanismus ergänzt. Um den Mechanismus der Fotokatalyse nutzen zu können, ist ein fotokatalytisches Material, wie zum Beispiel Titandioxid in Anatase-Form, an der Außenseite des Halbleiterbauteils exponiert, sodass das fotokatalytische Material zum einen in Kontakt mit dem zu reinigenden Umgebungsmedium kommen kann, aber auch rückwärtig an das Halbleiterbauteil angebunden ist, um einen Teil der von diesem erzeugten Strahlung absorbieren zu können. Durch die Einbeziehung der Fotokatalyse lässt sich das Spektrum der abreinigbaren Verbindungen erweitern (im Vergleich zu beispielsweise reiner UVC-Bestrahlung).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erzeugt das Halbleiterbauteil im Betrieb UV-Strahlung, beispielsweise UVA-, UVB- oder UVC-Strahlung. Das fotokatalytische Material ist entsprechend dazu eingerichtet, durch UV-Strahlung angeregt zu werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil so eingerichtet, dass nur ein Teil der erzeugten Strahlung zur Anregung des fotokatalytischen Materials verwendet wird. Ein anderer Teil kann über die Außenseite in das Umgebungsmedium abgestrahlt werden. Beispielsweise werden höchstens 25 % oder höchstens 50 % oder höchstens 75 % der im Halbleiterbauteil erzeugten Strahlung zur Anregung des fotokatalytischen Materials verwendet. Der Rest kann direkt in das Umgebungsmedium abgestrahlt werden.
Auf diese Weise wird die Strahlung einerseits indirekt zur Desinfektion über den Umweg der Anregung des fotokatalytischen Materials und kann, im Falle von zum Beispiel UV-Strahlung, andererseits direkt zur Desinfektion des Umgebungsmediums eingesetzt werden.
Zum Beispiel wird die gesamte vom Halbleiterbauteil abgestrahlte Strahlung über die Außenseite abgestrahlt. Dabei kann das fotokatalytische Material über die gesamte Außenseite verteilt sein, beispielsweise gleichmäßig über die gesamte Außenseite verteilt sein. Über die Flächenbelegungsdichte des fotokatalytischen Materials an der Außenseite kann der Anteil der Strahlung vorgegeben werden, der zur Anregung des fotokatalytischen Materials verwendet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil ein Verkapselungselement zum Schutz des Halbleiterchips auf. Das Verkapselungselement kann zum Beispiel dicht gegenüber dem Umgebungsmedium, also undurchlässig für das Umgebungsmedium, sein, so dass der Halbleiterchip durch das Verkapselungselement vor dem Umgebungsmedium geschützt ist. Das Verkapselungselement kann ein Polymer, wie Cytop oder Flurpolymer, oder ein Silikon oder ein Polysiloxan oder ein Glas aufweisen oder daraus bestehen. Das Verkapselungselement kann einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise ist das Verkapselungselement durchlässig oder transparent für die im Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung und/oder für die Primärstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt das fotokatalytische Material zumindest teilweise, also teilweise oder vollständig, in Form von fotokatalytischen Partikeln vor. Bei den fotokatalytischen Partikeln kann es sich um Nanopartikel handeln. Die fotokatalytischen Partikel sind beispielsweise an ihrer jeweiligen Außenfläche oder vollständig aus dem fotokatalytischen Material gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das fotokatalytische Material TiO₂ als Fotokatalysator auf oder besteht daraus. Das TiO₂ liegt beispielsweise in Anatase-Form vor. Das TiO₂ kann dotiert sein, wodurch eine Anregung durch sichtbares Licht statt UV-Strahlung ermöglicht wird. Zum Beispiel ist das TiO₂ dotiert mit einem Metall, wie Ag, Pt, Fe, Cr, Co, Mo oder V, oder mit einem Nichtmetall, wie B, C, N, S oder F. Alternativ oder zusätzlich kann das fotokatalytische Material ein oder mehrere der folgenden Materialien als Fotokatalysator aufweisen oder daraus bestehen: Halbleitermaterialien basierend auf d0-Übergangsmetallkationen, wie Ta⁵⁺ oder Nb⁵⁺, Nitride oder Oxide von Ga³⁺, In³⁺ oder Bi³⁺, metallorganische Gerüste (MOFs), wie MOF-5, UiO-66 oder UiO-66(NH₂).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die fotokatalytischen Partikel in das Verkapselungselement eingebettet. Zumindest ein Teil der fotokatalytischen Partikel ragt dabei an der Außenseite aus dem Verkapselungselement heraus, um zu gewährleisten, dass das fotokatalytische Material für das Umgebungsmedium frei zugänglich ist. So wird die Außenseite also beispielsweise teilweise aus den fotokatalytischen Partikeln und teilweise aus dem Verkapselungselement gebildet. Ein Teil der fotokatalytischen Partikel kann auch vollständig in dem Verkapselungselement eingebettet sein, also in alle Richtungen von dem Verkapselungselement umgeben sein und an keiner Stelle freiliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt die Konzentration an den fotokatalytischen Partikeln innerhalb des Verkapselungselements in Richtung weg von dem Halbleiterchip zu und/oder in Richtung weg von der Außenseite ab.
Das Konzentrationsgefälle kann beispielsweise durch Sedimentation und/oder Zentrifugieren und/oder Aufschwimmen erreicht sein. Die fotokatalytischen Partikel können beispielsweise Hohlpartikel mit einer Außenfläche aus dem fotokatalytischen Material sein, wodurch ein Aufschwimmen der fotokatalytischen Partikel ermöglicht ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Konzentration an den fotokatalytischen Partikeln innerhalb des Verkapselungselements homogen. „Homogen“ meint hier, dass die Konzentration der fotokatalytischen Partikel in dem Verkapselungselement im Rahmen der Herstellungstoleranz konstant ist. Die fotokatalytischen Partikel sind dann über das gesamte Volumen des Verkapselungselements verteilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das fotokatalytische Material in einer Schicht im Bereich der Außenseite konzentriert. Zum Beispiel sind die fotokatalytischen Partikel nur in dieser Schicht angeordnet, der Rest des Verkapselungselements kann also frei von den fotokatalytischen Partikeln beziehungsweise dem fotokatalytischen Material sein. Die Schicht mit dem fotokatalytischen Material weist beispielsweise eine maximale Dicke von höchstens 1 um oder höchstens 500 nm oder höchstens 20 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die fotokatalytischen Partikel in einem Verbundmaterial eingebettet. Ein Teil der fotokatalytischen Partikel ragt dabei aus dem Verbundmaterial heraus, um den direkten Kontakt zu dem Umgebungsmedium zu ermöglichen. Bei dem Verbundmaterial kann es sich um ein Glas oder ein Polymer, zum Beispiel Cytop oder Flurpolymer, oder ein Silikon oder Siloxan handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verbundmaterial mit den eingebetteten fotokatalytischen Partikeln auf das Verkapselungselement aufgebracht. Das Verbundmaterial ist bevorzugt ein anderes Material als das Material des Verkapselungselements. Das Verbundmaterial mit den fotokatalytischen Partikeln kann eine Schicht auf dem Verkapselungselement bilden. Das Verbundmaterial mit den fotokatalytischen Partikeln kann mittels einer Haftschicht auf das Verkapselungselement aufgebracht sein. In dem Fall von fotokatalytischen Partikeln eingebettet in ein Verbundmaterial kann das Verkapselungselement selbst frei von den fotokatalytischen Partikeln sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verbundmaterial ein Glas oder weist ein Glas auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Verkapselungselement ein Formkörper, in den der Halbleiterchip eingebettet ist. Der Formkörper kann ein Vergusskörper oder ein Formpresskörper sein. Das heißt, das Verkapselungselement kann durch Gießen oder Formpressen (englisch: molding) hergestellt sein. Der Formkörper umschließt zumindest einen Teil des Halbleiterchips formschlüssig. Der Formkörper kann sich durchgängig zwischen der Außenseite des Halbleiterbauteils und dem Halbleiterchip erstrecken.
Alternativ kann das Verkapselungselement ein Glasplättchen sein, das zum Beispiel beabstandet zum Halbleiterchip über dem Halbleiterchip angeordnet ist. In diesem Fall ist der Halbleiterchip seitlich bevorzugt von einem Rahmen beziehungsweise Damm umgeben, wobei das Verkapselungselement auf den Rahmen aufgebracht und beispielsweise stoffschlüssig mit dem Rahmen verbunden ist. Der Halbleiterchip ist dann in einer Kavität angeordnet, die seitlich von dem Rahmen, nach oben durch das Verkapselungselement und nach unten durch das Trägersubstrat, begrenzt ist. Der Rahmen basiert zum Beispiel auf AlO₂ oder AlN oder SiN. Das Glasplättchen kann auch eine Linsenform haben. Das fotokatalytische Material kann vor dem Aufbringen des Glasplättchens auf den Halbleiterchip auf dieses aufgebracht sein.
Die Außenseite des Halbleiterbauteils, an der das fotokatalytische Material freiliegt, kann beispielsweise konvex gekrümmt sein. Zum Beispiel hat das Verkapselungselement eine Linsenform.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das fotokatalytische Material an der Außenseite strukturiert, beispielsweise mittels Lithografie. Insbesondere können Bereiche der Außenseite frei von dem fotokatalytischen Material sein. Zum Beispiel ist das fotokatalytische Material so strukturiert, dass dieses bei Projektion auf die Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht des Halbleiterchips nur mit der aktiven Schicht oder nur mit einem Bereich der aktiven Schicht, in dem Primärstrahlung erzeugt wird, überlappt. Dies kann insbesondere bei einem Dünnfilmhalbleiterchip zu einer hohen Effizienz beitragen.
Gemäß zumindest eine Ausführungsform weist das Halbleiterbauteil eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf. Die Halbleiterchips sind zum Beispiel auf einem gemeinsamen Trägersubstrat, insbesondere auf einer Oberseite und/oder einer Unterseite des Trägersubstrats, aufgebracht. Alle Halbleiterchips können im Betrieb die gleiche Strahlung erzeugen, können also gleichartig sein. Die Halbleiterchips können von demselben Verkapselungselement überdeckt und/oder geschützt sein. Beispielsweise sind mehrere oder alle Halbleiterchips in demselben Formkörper eingebettet. Die Außenseite mit dem freiliegenden fotokatalytischen Material kann sich dann zusammenhängend über mehrere oder alle Halbleiterchips erstrecken. Zum Beispiel sind zumindest 30 % oder zumindest 50 % oder zumindest 75 % einer Oberseite und/oder Unterseite des Trägersubstrats mit Halbleiterchips bedeckt.
In einem System mit mehreren solchen Halbleiterbauteilen können diese Halbleiterbauteile übereinandergestapelt sein, sodass zum Beispiel die Haupterstreckungsebenen der Trägersubstrate parallel verlaufen.
Als nächstes wird die optoelektronische Vorrichtung angegeben. Die optoelektronische Vorrichtung kann insbesondere ein Filterelement für einen Filter sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optoelektronische Vorrichtung eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauteilen gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen. Zum Beispiel umfasst die optoelektronische Vorrichtung zumindest zehn oder zumindest 50 oder zumindest 100 solcher optoelektronischen Halbleiterbauteile.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optoelektronische Vorrichtung einen Träger mit einer Oberseite. Weiter kann der Träger eine Unterseite aufweisen, die der Oberseite gegenüberliegt. Die Ober- und Unterseite sind zum Beispiel Hauptseiten, also die Seiten des Trägers mit der größten Fläche. Beispielsweise ist der Träger als Platte ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile auf der Oberseite und/oder Unterseite des Trägers angeordnet und elektrisch angeschlossen. Beim Betrieb der optoelektronischen Vorrichtung wird beispielsweise in allen optoelektronischen Halbleiterbauteilen gleichzeitig Strahlung erzeugt. Auf der Ober- und/oder Unterseite sind zum Beispiel jeweils zumindest zehn oder zumindest 50 Halbleiterbauteile angeordnet.
Es könne mehrere solche Träger mit darauf angeordneten Halbleiterbauteilen übereinandergestapelt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mindestens 50 % oder mindestens 75 % der Oberseite des Trägers mit Halbleiterbauteilen und/oder Halbleiterchips der Halbleiterbauteile bedeckt. Entsprechendes kann für die Belegung auf der Unterseite des Trägers gelten.
Mit einer hohen Belegungsdichte kann eine effiziente Reinigung eines über die Ober- beziehungsweise Unterseite des Trägers strömenden Umgebungsmediums erreicht werden.
Die optoelektronische Vorrichtung kann als Wärmespeicherelement eingerichtet sein. Beispielsweise weist der Träger dazu eine hohe spezifische Wärmekapazität, zum Beispiel von zumindest 500 J/(kg·K) oder zumindest 750 J/(kg·K), auf. Der Träger kann eine Keramik, wie Aluminiumoxid, aufweisen. Beispielsweise ist ein Großteil des Volumens des Trägers, beispielsweise zumindest 75 %, durch Keramik gebildet.
Als nächstes wird der Filter zur Reinigung eines Mediums angegeben. Der Filter ist beispielsweise ein Filtersystem mit mehreren Komponenten. Beispielsweise handelt sich bei dem Filter um einen dezentralen Filter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Filter zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauteil gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen oder zumindest eine optoelektronische Vorrichtung gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Filter eine Fördereinheit auf, um ein zu reinigendes Umgebungsmedium an dem oder den optoelektronischen Halbleiterbauteilen vorbei zu befördern. Zum Beispiel bei Verwendung einer optoelektronischen Vorrichtung oder einem Halbleiterbauteil mit mehreren Halbleiterchips auf einem gemeinsamen Trägersubstrat dient die Fördereinheit dazu, das zu reinigende Medium entlang der Oberseite und/oder der Unterseite des Trägers beziehungsweise Trägersubstrats vorbeizuführen. Bei der Fördereinheit kann es sich um ein Gebläse oder eine Pumpe handeln, je nachdem ob das zu reinigende Medium ein Gas, wie Luft, oder eine Flüssigkeit, wie Wasser, ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Filter eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauteilen oder optoelektronischen Vorrichtungen nach einer der hier beschriebenen Ausführungsformen. Die optoelektronischen Halbleiterbauteile oder Vorrichtungen sind dabei in eine Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des mittels der Fördereinheit beförderten Umgebungsmediums übereinander gestapelt. Zum Beispiel sind sie so übereinander gestapelt, dass das zu reinigende Umgebungsmedium mittels der Fördereinheit zwischen den Trägersubstraten der Halbleiterbauteile beziehungsweise den Trägern der Vorrichtungen hindurch befördert wird. Die Oberseiten der Trägersubstrate/Träger verlaufen also parallel zur Strömungsrichtung des Umgebungsmediums.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Filter ein Wärmespeicherelement zur Speicherung von der von dem zu reinigenden Umgebungsmedium abgegebenen Wärme auf. Das Wärmespeicherelement weist beispielsweise ein Material mit einer hohen spezifischen Wärmekapazität, zum Beispiel einer spezifischen Wärmekapazität von zumindest 500 J/(kg·K) oder zumindest 750 J/(kg·K), auf oder besteht daraus. Das Wärmespeicherelement kann auf Keramik basieren oder aus Keramik bestehen. Bei der Keramik handelt es sich zum Beispiel um Aluminiumoxid. Das Wärmespeicherelement kann in Strömungsrichtung des zu reinigenden Umgebungsmediums vor oder nach dem Filterelement angeordnet sein.
Neben den bisher beschriebenen Komponenten kann der Filter ein oder mehrere andere Filterelemente aufweisen, die auf einer anderen Technologie basieren. Zum Beispiel weist der Filter ein oder mehrere HEPA-Filterelemente und/oder Aktivkohlefilterelemente und/oder Grobfilterelemente auf.
Außerdem kann der Filter eine oder mehrere Elektronikkomponenten, beispielsweise zur Steuerung der Fördereinheit und/oder der optoelektronischen Halbleiterbauteile, aufweisen.
Der Filter ist beispielsweise so eingerichtet, dass er in zwei entgegengesetzten Richtungen betrieben werden kann. Dazu ist die Fördereinheit beispielsweise so eingerichtet, dass sie das zu reinigende Umgebungsmedium in zwei entgegengesetzte Richtungen befördern kann. Der Filter kann ein dezentraler Filter sein. Beispielsweise ist der Filter ein Umluftfilter für einen Innenraum.
Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils. Alle im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A), in dem ein Halbleiterchip bereitgestellt wird. Beispielsweise werden im Schritt A) mehrere Halbleiterchips im Verbund bereitgestellt. Die Halbleiterchips können auf einem gemeinsamen Trägersubstrat angeordnet sein. Die Halbleiterchips sind insbesondere dazu eingerichtet, im Betrieb Primärstrahlung zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B), in dem ein fotokatalytisches Material auf den oder die Halbleiterchips aufgebracht wird, so dass das fotokatalytische Material an einer Außenseite für einen direkten Kontakt mit einem Umgebungsmedium zumindest teilweise freiliegt. Das fotokatalytische Material kann dabei auf den Verbund von Halbleiterchips aufgebracht werden. Das fotokatalytische Material wird beispielsweise beabstandet zu dem oder den Halbleiterchips auf diese aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt B) eine Formmasse mit darin verteilten beziehungsweise eingebetteten fotokatalytischen Partikeln aufgebracht. Die Formmasse kann dabei flüssig oder zähflüssig sein. Später kann die Formmasse zu einem Formkörper ausgehärtet werden. Die Formmasse wird beispielsweise durch Gießen oder Formpressen aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden anschließend eines oder mehrere der folgenden Verfahren durchgeführt: Aufschwimmen, Sedimentation, Zentrifugieren. Die Verfahren werden so ausgeführt, dass sich fotokatalytische Partikel in Richtung einer Außenseite der Formmasse bewegen. Dies geschieht bevorzugt noch im flüssigen oder zähflüssigen Zustand der Formmasse. Die Außenseite der Formmasse ist bevorzugt eine vom Halbleiterchip abgewandte, freiliegende Seite der Formmasse, die später die Außenseite des Halbleiterbauteils bildet, an der das fotokatalytische Material freiliegt. Die fotokatalytischen Partikel können Hohlpartikel mit einer Außenfläche aus fotokatalytischem Material sein, wodurch das Aufschwimmen erleichtert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt B) ein Verbund aus fotokatalytischen Partikeln und einem Verbundmaterial auf den Halbleiterchip oder den Verbund aus Halbleiterchips aufgebracht. Beispielsweise wird der Verbund aus Verbundmaterial und fotokatalytischen Partikeln mit einer Haftschicht auf den oder die Halbleiterchips, insbesondere auf ein Verkapselungselement für den oder die Halbleiterchips, aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt B) fotokatalytische Partikel mittels Sprühen oder Stempeln aufgebracht. Dazu kann erst ein Verbundmaterial oder eine Formmasse auf den oder die Halbleiterchips aufgebracht werden und anschließend können die fotokatalytischen Partikel durch Sprühen oder Stempeln teilweise in das Verbundmaterial oder die Formmasse eingebettet werden, so dass diese an der Außenseite freiliegen. Alternativ können die fotokatalytischen Partikel auch zusammen mit dem Verbundmaterial aufgesprüht werden.
Alternativ ist es auch möglich, ein Verbundmaterial oder eine Formmasse mit darin verteilten fotokatalytischen Partikeln aufzubringen und anschließend einen Teil des Verbundmaterials beziehungsweise der Formmasse abzutragen, um die fotokatalytischen Partikel an der Außenseite freizulegen. Das Abtragen kann zum Beispiel mittels Sandstrahlen oder Schleifen erfolgen.
Vor oder nach dem Aufbringen des fotokatalytischen Materials kann der Verbund aus Halbleiterchips vereinzelt werden, so dass einzelne optoelektronische Halbleiterbauteile entstehen. Jedes optoelektronische Halbleiterbauteil kann dabei genau einen oder mehrere Halbleiterchips und/oder einen Teil des Trägersubstrats aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt B) in einem Schritt C) ein Strukturierungsprozess durchgeführt, um den Bereich der Außenseite, an dem das fotokatalytische Material angeordnet ist, zu definieren. Das heißt, das fotokatalytische Material wird strukturiert. Zum Beispiel wird dafür ein Lithografieverfahren durchgeführt. In dem Schritt C) kann das fotokatalytische Material zum Beispiel in den Bereichen entfernt werden, die nicht mit der aktiven Schicht des Halbleiterchips überlappen.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil, eine hier beschriebene optoelektronische Vorrichtung, ein hier beschriebener Filter und ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Soweit Elemente oder Bauteile in den verschiedenen Figuren in ihrer Funktion übereinstimmen, wird ihre Beschreibung nicht für jede der folgenden Figuren wiederholt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Elemente möglicherweise nicht in allen Abbildungen mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:

1 bis 9 verschiedene Ausführungsbeispiele eines optoelektronischen Halbleiterbauteils,
10 bis 14 verschiedene Positionen in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils,
15 und 16 verschiedene Positionen in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils,
17 ein Ausführungsbeispiel der optoelektronischen Vorrichtung,
18 und 19 verschiedene Ausführungsbeispiele des Filters,
20 und 21 weitere Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Halbleiterbauteils.

In den folgenden Ausführspeispielen handelt es sich bei der von den Halbleiterbauteilen oder Halbleiterchips erzeugten elektromagnetischen Strahlung immer um UV-Strahlung. Alternativ könnte es sich aber auch zum Beispiel um Strahlung im sichtbaren Spektralbereich handeln.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 in Querschnittsansicht. Das Halbleiterbauteil 100 ist insbesondere zur Reinigung eines Umgebungsmediums, wie Luft oder Wasser, eingerichtet. Das Halbleiterbauteil 100 umfasst einen Halbleiterchip 1 auf einem Trägersubstrat 10. Bei dem Trägersubstrat 10 handelt es sich zum Beispiel um einen Keramikträger mit integrierten Kontaktstrukturen 11. Der Halbleiterchip 1 umfasst beispielsweise eine auf AlGaN basierende Halbleiterschichtenfolge und erzeugt im Betrieb Primärstrahlung im UV-Bereich, zum Beispiel im UVC-Bereich. Die UV-Strahlen sind durch Pfeile illustriert.
Der Halbleiterchip 1 ist mithilfe eines Verkapselungselements 4 vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor Kontakt mit dem Umgebungsmedium, geschützt. Vorliegend handelt es sich bei dem Verkapselungselement 4 um einen Formkörper 4, in den der Halbleiterchip 1 eingebettet ist. Der Formkörper 4 basiert beispielsweise auf einem Polymer oder auf Silikon. Insbesondere ist der Formkörper 4 transparent für die im Halbleiterchip 1 erzeugte Primärstrahlung.
Auf eine dem Trägersubstrat 10 abgewandte Seite des Formkörpers 4 ist ein fotokatalytisches Material 2 in Form von fotokatalytischen Partikeln 20 aufgebracht. Die fotokatalytischen Partikel 20 sind in einem Verbundmaterial 21, beispielsweise aus einem Polymer, eingebettet und liegen an einer Außenseite 3 des Halbleiterbauteils 100 zumindest teilweise frei. Bei den fotokatalytischen Partikeln handelt es sich beispielsweise um Nanopartikel aus TiO₂ in Anatase-Form. Das Umgebungsmedium kann in direktem Kontakt mit den fotokatalytischen Partikeln 20 kommen. Zwischen den im Verbundmaterial 21 eingebetteten fotokatalytischen Partikeln 20 und dem Formkörper 4 ist eine Haftschicht 22, beispielsweise aus Silikon, angeordnet.
In 1 sind ein Bakterium 51, ein Virus 52 und ein VOC 53 auf der Außenseite 3 in Kontakt mit dem fotokatalytischen Material 2.
Die im Betrieb vom Halbleiterchip 1 erzeugte UV-Strahlung gelangt durch den Formkörper 4 und die Haftschicht 22 zu den fotokatalytischen Partikeln 20 an der Außenseite 3 des Halbleiterbauteils 100 und regt diese an. TiO₂ ist ein Halbleiter und die absorbierte UV-Strahlung erzeugt darin Elektron-Loch-Paare, wenn die Energie der Photonen größer als die Bandlücke ist. Die Elektronen oder Löcher können im TiO₂ an die Oberfläche diffundieren und erzeugen dort Radikale, die zur Zersetzung von Umweltschadstoffen, wie Bakterien, Viren, Pilzen, VOCs, Ammoniak, NOx, SOx, führen. Insbesondere die Löcher haben eine hohe oxidative Wirkung. Aus Wasser werden OH-Radikale gebildet, wodurch die Umweltschadstoffe zersetzt werden.
Das Halbleiterbauteil 100 ist hier so eingerichtet, dass nicht die gesamte UV-Strahlung, die auf die Außenseite 3 trifft, von den fotokatalytischen Partikeln 20 zu deren Anregung absorbiert wird. Ein Teil der UV-Strahlung gelangt durch die Außenseite 3 hindurch und gelangt in das Umgebungsmedium und trägt damit unmittelbar zur Desinfizierung des Umgebungsmediums bei.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 im Querschnitt gezeigt. Der Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 besteht darin, dass kein Trägersubstrat 10 verwendet ist. Das Halbleiterbauteil 100 ist durch den Verbund aus Formkörper 4 und Halbleiterchip 1 mechanisch stabil.
Das Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet sich von demjenigen der 1 darin, dass nicht nur auf die Oberseite, das heißt die dem Trägersubstrat 10 abgewandte Seite, des Formkörpers 4 das fotokatalytische Material 2 aufgebracht ist, sondern auch auf Seitenflächen des Formkörpers 4 und auf Seitenflächen des Trägersubstrats 10. Dadurch kann ein noch größerer Anteil der vom Halbleiterchip 1 erzeugten UV-Strahlung auf das fotokatalytische Material 2 treffen, um dieses anzuregen.
In dem Ausführungsbeispiel der 4 ist der Formkörper 4 zu einer Linse geformt, weist also eine konvex gekrümmte Oberseite auf. Auf die Oberseite ist das fotokatalytische Material 2 in Form von fotokatalytischen Partikeln 20 eingebettet in ein Verbundmaterial 21 aufgebracht, so dass die entstehende Außenseite des Halbleiterbauteils 100, an denen die fotokatalytische Partikel 20 freiliegen, ebenfalls konvex gekrümmt ist.
In dem Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 100 der 5 ist anders als in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der Halbleiterchip 1 nicht in einen Formkörper eingebettet. Hier ist das Verkapselungselement 4 durch ein transparentes Plättchen, beispielsweise ein Glasplättchen, realisiert, das auf einen Damm oder Rahmen um den Halbleiterchip 1 aufgebracht ist. Das transparente Plättchen 4 ist beispielsweise auf den Rahmen aufgelöst oder aufgeklebt. Der Rahmen wiederum kann auf das Trägersubstrat 10 aufgelötet oder aufgeklebt sein.
Auf eine dem Trägersubstrat 10 abgewandte Oberseite des Verkapselungselements 4 ist wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen das fotokatalytische Material 2 aufgebracht, so dass dieses an einer Außenseite 3 des Halbleiterbauteils 100 freiliegt. Neben dem Halbleiterchip 5 ist auch eine ESD-Schutzdiode auf dem Trägersubstrat 10 aufgebracht und elektrisch an dem Trägersubstrat 10 angeschlossen.
In der 6 ist ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 gezeigt, bei dem wie in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 der Halbleiterchip 1 in einen Formkörper 4 eingebettet ist. In der 6 sind die fotokatalytischen Partikel 20 jedoch nicht in ein separates Verbundmaterial eingebettet, sondern die fotokatalytischen Partikel 20 sind direkt in den Formkörper 4 eingebettet. Ein Teil der fotokatalytischen Partikel 20 ragt dabei aus dem Formkörper 4 heraus, so dass eine Außenseite 3 des Halbleiterbauteils 100 mit freiliegendem fotokatalytischem Material 2 realisiert ist.
Wie in der 6 zu erkennen ist, nimmt die Konzentration an fotokatalytischen Partikeln 20 in dem Formkörper 4 von der Außenseite 3 in Richtung Halbleiterchip 1 beziehungsweise in Richtung Trägersubstrat 10 ab. Das heißt, an der Außenseite 3 ist die Konzentration an fotokatalytischen Partikeln 20 am größten. Ein solches Konzentrationsgefälle kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Halbleiterchip 4 anfangs in einer flüssigen oder zähflüssigen Formmasse mit gleichmäßig darin verteilten Partikeln 20 eingebettet wird. Durch Sedimentation oder Zentrifugieren im flüssigen oder zähflüssigen Zustand der Formmasse 4 kann dann das Konzentrationsgefälle eingestellt werden.
In der 7 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das sich von dem der 6 lediglich darin unterscheidet, dass die fotokatalytischen Partikel 20 hier Hohlpartikel sind, die an einer Außenseite durch fotokatalytisches Material gebildet sind. Das Konzentrationsgefälle kann hier beispielsweise durch Aufschwimmen realisiert sein. Dies erfolgt bevorzugt auch im flüssigen oder zähflüssigen Zustand der Formmasse.
In der 8 ist ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 100 gezeigt, bei dem wiederum die fotokatalytischen Partikel 20 in dem Formkörper 4 eingebettet sind. Jedoch sind im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die fotokatalytischen Partikel 20 ausschließlich im Bereich der Außenseite 3 im Formkörper 4 eingebettet und bilden dort eine dünne Schicht. Der Rest des Formkörpers 4 ist frei von den fotokatalytischen Partikeln 20. Eine solch dünne Schicht an der Außenseite 3 kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass anfangs eine entsprechend geringe Anzahl von fotokatalytischen Partikeln in der Formmasse verteilt ist und durch Zentrifugieren oder Sedimentation im flüssigen oder zähflüssigen Zustand alle fotokatalytischen Partikel 20 an der Außenseite 3 gesammelt werden.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils 100, bei dem die fotokatalytischen Partikel 20 im Wesentlichen gleichmäßig oder homogen im Formkörper 4 verteilt sind. Hier wurde zum Beispiel auf Sedimentation oder Zentrifugieren oder Aufschwimmen verzichtet.
In der 10 ist eine erste Position in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gezeigt. Mit diesem Verfahren kann beispielsweise das Halbleiterbauteil der 1 hergestellt werden.
In 10 ist ein Halbleiterchip 1 auf einem Trägersubstrat 10 bereitgestellt. Anders als in der 10 gezeigt, könnten hier auch ein Vielzahl von Halbleiterchips 1 auf einem gemeinsamen Trägersubstrat angeordnet sein, der später zur Herstellung von einzelnen, optoelektronischen Halbleiterbauteilen vereinzelt wird.
In der 11 ist eine zweite Position des Verfahrens gezeigt, bei dem der Halbleiterchip 1 mit einer Formmasse 4, zum Beispiel über Gießen oder Formpressen, umformt ist.
12 zeigt eine dritte Position in dem Verfahren, bei dem auf die Formmasse 4 oder den durch Aushärten entstandenen Formkörper 4 eine Haftschicht 22 und darauf ein Verbundmaterial 21 aufgebracht ist. Das fotokatalytische Material 2 in Form von fotokatalytischen Partikeln 20 kann dann mithilfe von Sprühen oder Stempeln in das Verbundmaterial 21 eingebracht werden und dadurch am Halbleiterbauteil 100 befestigt werden.
13 zeigt eine Alternative zu 12, bei der die fotokatalytischen Partikel 20 in dem Verbundmaterial 21 vollständig eingebettet sind. Hier werden die fotokatalytischen Partikel 20 beispielsweise zusammen mit dem Verbundmaterial 21 im Verbund auf den Vergusskörper 4 aufgebracht oder gemeinsam aufgesprüht und mittels der Haftschicht 22 auf dem Formkörper 4 befestigt. Ein Freilegen der fotokatalytischen Partikel 20 kann beispielsweise durch Abtragen eines Teils des Verbundmaterials 21 erfolgen.
In der 14 ist eine weitere Alternative zu den 12 und 13 gezeigt, bei dem die fotokatalytischen Partikel 20 im Verbund mit dem Verbundmaterial 21 auf den Formkörper 4 aufgebracht werden und über die Haftschicht 22 auf dem Formkörper 4 befestigt werden. Die Partikel 20 ragen hier bereits aus dem Verbundmaterial 21 raus, sind also freigelegt. Das Verbundmaterial 21 ist beispielsweise kein Polymer, sondern ein Glas. Dies hat gegenüber einem Polymer als Verbundmaterial den Vorteil einer höheren Beständigkeit.
In der 15 ist eine erste Position in einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gezeigt. Die Position entspricht der Position der 10.
In der 16 ist eine zweite Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem eine Formmasse 4 mit darin verteilten fotokatalytischen Partikeln 20 auf den Halbleiterchip 1 und das Trägersubstrat 10 aufgebracht wird, zum Beispiel durch Gießen oder Formpressen, und dadurch der Halbleiterchip 1 in der Formmasse 4 eingebettet wird. Die Formmasse 4 ist hier in einem flüssigen oder zähflüssigen Zustand.
In darauffolgenden Verfahrensschritten kann zum Beispiel durch Sedimentation oder Zentrifugieren oder Aufschwimmen die Konzentration an fotokatalytischen Partikeln 20 an der dem Trägersubstrat 10 abgewandten Seite der Formmasse 4 erhöht werden, um zu den optoelektronischen Halbleiterbauteilen der 6 bis 9 zu gelangen. Nach dem Sedimentieren oder Zentrifugieren oder Aufschwimmen kann die Formmasse 4 zu einem Formkörper 4 ausgehärtet werden.
In der 17 ist ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Vorrichtung 1000 in Querschnittsansicht gezeigt. Die Vorrichtung 1000 umfasst einen Träger 200 mit einer Oberseite 201 und einer Unterseite 202. Der Träger 200 ist beispielsweise ein Keramikträger, zum Beispiel aus Aluminiumoxid, mit darauf oder darin eingebrachten Leiterbahnen. Auf die Oberseite 201 und die Unterseite 202 des Trägers 200 sind jeweils mehrere optoelektronische Halbleiterbauteile 100 aufgebracht. Bei den Halbleiterbauteilen 100 kann es sich um Halbleiterbauteile 100 gemäß den vorhergehenden Ausführungsbeispielen handeln.
Die Halbleiterbauteile 100 sind auf der Oberseite 201 und der Unterseite 202 angeordnet und bedecken beispielsweise zumindest 75 % der Ober- und Unterseite. Für ein vorbeiströmendes Umgebungsmedium (angedeutet durch die Pfeile) ist die Fläche für einen Kontakt zu dem fotokatalytischen Material und damit die Effizienz für die Reinigung des Umgebungsmediums hoch.
In der 18 ist ein Ausführungsbeispiel eines Filters in Querschnittsansicht gezeigt. Eine Strömungsrichtung für ein zu reinigendes Umgebungsmedium durch den Filter hindurch verläuft hier von links nach rechts beziehungsweise rechts nach links. Der Filter umfasst an gegenüberliegenden Enden Grobfilterelemente 4000 beziehungsweise Vorfilterelemente 4000, um größere Partikel aus dem zu reinigenden Umgebungsmedium herauszufiltern. Zwischen den gegenüberliegenden Grobfilterelementen 4000 ist eine Mehrzahl von optoelektronischen Vorrichtungen 1000 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 17 angeordnet. Die optoelektronischen Vorrichtungen 1000 sind hier in eine Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Umgebungsmediums übereinander gestapelt, so dass die Haupterstreckungsebenen der Träger 200 parallel zueinander verlaufen und das zu reinigende Medium entlang der Seiten 201, 202 zwischen den Trägern 200 hindurchströmen kann. Auf diese Weise wird eine große Kontaktfläche des zu reinigenden Umgebungsmediums mit dem fotokatalytischen Material erreicht.
Ein Wärmespeicherelement 3000 und eine Fördereinheit 2000 zur Beförderung des zu reinigenden Umgebungsmediums durch den Filter hindurch sind ebenfalls zwischen den Grobfilterelementen 4000 angeordnet. Handelt es sich bei dem zu reinigenden Umgebungsmedium um Wasser, so kann es sich bei der Fördereinheit 2000 um eine Pumpe handeln. Handelt es sich bei dem zu reinigenden Umgebungsmedium um ein Gas, wie Luft, so kann es sich bei der Fördereinheit 2000 um einen Gebläse handeln. Die Fördereinheit 2000 kann so eingerichtet sein, dass sie das zu reinigende Medium in zwei entgegengesetzte Richtungen durch den Filter befördern kann.
Beispielsweise ist das rechte Ende des Filters in einem Innenraum eines Gebäudes angeordnet und das linke Ende außerhalb dieses Innenraumes angeordnet. Mithilfe der Fördereinheit 2000 kann die Luft aus dem Innenraum durch das rechte Grobfilterelement 4000 angesaugt werden, anschließend durch das Wärmespeicherelement 3000, dann an den optoelektronischen Vorrichtungen 1000 vorbei und schließlich durch das linke Grobfilterelement 4000 hinaus befördert werden. Das Wärmespeicherelement 3000 ist beispielsweise ein keramisches Element, zum Beispiel aus Aluminiumoxid, das Wärme aus der vorbeiströmenden Luft speichert. Wird die Strömungsrichtung umgekehrt, wird Luft von außerhalb des Innenraums durch das linke Grobfilterelement 4000 angesaugt, strömt dann an den optoelektronischen Vorrichtungen 1000 vorbei durch das Wärmespeicherelement 3000 und durch das rechte Grobfilterelement 4000 in den Innenraum. Dabei kann die zuvor im Wärmespeicherelement 3000 gespeicherte Wärme an die vorbeiströmende Luft abgegeben werden, um diese aufzuwärmen, so dass erwärmte Luft in den Innenraum geleitet wird. Dies hilft, Energie zu sparen.
In dem Ausführungsbeispiel des Filters der 19 bilden die übereinander gestapelten optoelektronischen Vorrichtungen 1000 selbst das Wärmespeicherelement. Dazu sind beispielsweise die Träger 200 der optoelektronischen Vorrichtungen größtenteils aus einem Material mit einer hohen spezifischen Wärmekapazität, zum Beispiel aus Aluminiumoxid, gebildet.
In der 20 ist ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 100 gezeigt, bei dem der Halbleiterchip 1 ein Dünnfilmchip ist. Das Verbundmaterial 21 und die darin eingebetteten fotokatalytischen Partikel 20 sind hier besonders nahe an der aktiven Schicht 12 des Halbleiterchips 1 angeordnet, zum Beispiel mit einem Abstand der kleiner ist als die Dicke der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips 1. Außerdem ist zu erkennen, dass das fotokatalytische Material 2 so strukturiert ist, dass es bei Projektion auf die Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht 12 nur mit der aktiven Schicht 12 überlappt. Die Bereiche der Außenseite 3 seitlich neben der aktiven Schicht sind frei von dem fotokatalytischen Material 2. Dies ist hinsichtlich einer hohen Effizienz vorteilhaft.
Für die Herstellung des Halbleiterbauteils 100 der 20 wurde beispielsweise das Verbundmaterial 21 gemeinsam mit den fotokatalytischen Partikeln 20 aufgesprüht und dann mittels Fotolithografie strukturiert.
In der 21 ist ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 100 gezeigt, bei dem mehrere (gleichartige) Halbleiterchips 1 auf der Oberseite eines gemeinsamen Trägersubstrats 10 angeordnet sind. Zum Beispiel sind zumindest 50 % der Oberseite mit Trägersubstrats 10 mit Halbleiterchips 1 bedeckt. Das Trägersubstrat 10 kann eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweisen. Zum Beispiel basiert das Trägersubstrat 10 auf Keramik, wie Aluminiumoxid.
Die Halbleiterchips 1 sind in einem gemeinsamen Formkörper 4 eingebettet und eine dem Trägersubstrat 10 abgewandte Seite des Formkörpers 4 ist mit dem fotokatalytischen Material 2 beschichtet. Durch eine solche Ausgestaltung kann die Interaktionsfläche zwischen Umgebungsmedium und fotokatalytischem Material 2 weiter erhöht werden.
Statt wie im Zusammenhang mit den 18 und 19 beschrieben übereinandergestapelte optoelektronische Vorrichtungen 1000 in dem Filter zu verwenden, könnten auch mehrere der optoelektronischen Halbleiterbauteile 100 der 21 übereinandergestapelt in den Filtern verwendet 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 diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterchip
2: fotokatalytisches Material
3: Außenseite
4: Verkapselungselement
5: ESD-Schutzdiode
10: Trägersubstrat
11: Kontaktstruktur
12: aktive Schicht
20: fotokatalytische Partikel
21: Verbundmaterial
22: Haftmaterial
51: Bakterium
52: Virus
53: VOC
100: optoelektronisches Halbleiterbauteil
200: Träger
201: Oberseite
202: Unterseite
1000: optoelektronische Vorrichtungen
2000: Fördereinheit
3000: Wärmespeicherelement
4000: Grobfilterelement/Vorfilterelement

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) aufweisend, - einen Halbleiterchip (1) zur Erzeugung einer Primärstrahlung, - ein fotokatalytisches Material (2), wobei - das fotokatalytische Material (2) an einer Außenseite (3) des Halbleiterbauteils (100) für einen direkten Kontakt mit einem Umgebungsmedium zumindest teilweise freiliegt, - das Halbleiterbauteil (100) im Betrieb Strahlung erzeugt, die das fotokatalytische Material (2) an der Außenseite (3) anregt.
Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 1, wobei - das Halbleiterbauteil (100) im Betrieb UV-Strahlung erzeugt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei - das Halbleiterbauteil (100) so eingerichtet ist, dass nur ein Teil der erzeugten Strahlung zur Anregung des fotokatalytischen Materials (2) verwendet wird und ein anderer Teil über die Außenseite (3) in das Umgebungsmedium abgestrahlt wird.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend - ein Verkapselungselement (4) zum Schutz des Halbleiterchips (1) .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das fotokatalytische Material (2) zumindest teilweise in Form von fotokatalytischen Partikeln (20) vorliegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 5 im Rückbezug auf Anspruch 4, wobei - die fotokatalytischen Partikel (20) in das Verkapslungselement (4) eingebettet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 6, wobei - die Konzentration an den fotokatalytischen Partikeln (20) innerhalb des Verkapselungselements (4) in Richtung weg von dem Halbleiterchip (1) zunimmt.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 6, wobei - die Konzentration an den fotokatalytischen Partikeln (20) innerhalb des Verkapselungselements (4) homogen ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 5 im Rückbezug auf Anspruch 4, wobei - die fotokatalytischen Partikel (20) in einem Verbundmaterial (21) eingebettet sind, - das Verbundmaterial (21) mit den eingebetteten fotokatalytischen Partikeln (20) auf das Verkapselungselement (4) aufgebracht ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 9, wobei - das Verbundmaterial (21) ein Glas ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 4 oder einem der Ansprüche 5 bis 10 im Rückbezug auf Anspruch 4, wobei - das Verkapselungselement (4) ein Formkörper ist, in den der Halbleiterchip (1) eingebettet ist.
Optoelektronische Vorrichtung (1000) aufweisend - eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauteilen (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, - einen Träger (200) mit einer Oberseite (201), wobei - die Halbleiterbauteile (100) auf der Oberseite (201) des Trägers (200) angeordnet und elektrisch angeschlossen sind.
Optoelektronische Vorrichtung (1000) nach Anspruch 12, wobei - zumindest 50 % der Oberseite (201) mit Halbleiterbauteilen (100) bedeckt ist.
Filter zur Reinigung eines Umgebungsmediums, aufweisend - zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder zumindest eine optoelektronische Vorrichtung (1000) nach Anspruch 12 oder 13, - eine Fördereinheit (2000), um das zu reinigende Umgebungsmedium an dem oder den optoelektronischen Halbleiterbauteilen (100) vorbei zu befördern.
Filter nach Anspruch 14 mit einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauteilen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder einer Mehrzahl von optoelektronischen Vorrichtungen (1000) nach Anspruch 12 oder 13, die in Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des mittels der Fördereinheit (2000) beförderten Umgebungsmediums übereinander gestapelt sind.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils (100) aufweisend die Schritte: A) Bereitstellen eines Halbleiterchips (1), B) Aufbringen eines fotokatalytischen Materials (2) auf den Halbleiterchip (1), sodass das fotokatalytische Material (2) an einer Außenseite (3) für einen direkten Kontakt mit einem Umgebungsmedium zumindest teilwiese freiliegt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei im Schritt B) - eine Formmasse (4) mit darin verteilten fotokatalytischen Partikeln (20) aufgebracht wird, - sich die fotokatalytischen Partikel (20) anschließend durch Ausführen eines oder mehrerer der folgenden Verfahren in Richtung einer Außenseite (3) der Formmasse (4) bewegen: Aufschwimmen, Sedimentation, Zentrifugieren.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei im Schritt B) - ein Verbund aus fotokatalytischen Partikeln (20) und einem Verbundmaterial (21) auf den Halbleiterchip (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei im Schritt B) - fotokatalytische Partikel (20) mittels Sprühen oder Stempeln aufgebracht werden.