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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Lumineszenzdiodenchips,
bei dem ein Halbleiterkörper
mit einer epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge, die
eine aktive Zone aufweist, und einer Strahlungsauskoppelfläche bereitgestellt
wird, wobei die aktive Zone bei Betrieb der Lumineszenzdiode eine
elektromagnetische Strahlung emittiert, die zumindest teilweise über die
Strahlungsauskoppelfläche
ausgekoppelt wird, und bei der der Strahlungsauskoppelfläche in einer
Abstrahlrichtung des Halbleiterkörpers
ein Lumineszenz-Konversionsmaterial nachgeordnet wird.
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Ein
Lumineszenz-Konversionsmaterial ist ein Material das Bestandteile
aufweist, mittels denen eine von der Halbleiterschichtenfolge bei
Betrieb des Lumineszenzdiodenchips ausgesandte elektromagnetische
Strahlung in eine Strahlung mit veränderter Wellenlänge konvertierbar
ist.
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In
der WO 01/65613 ist ein Verfahren zur Herstellung eines lichtabstrahlenden
Halbleiterbauelements mit einem Lumineszenz-Konversionselement beschrieben.
Bei diesem wird zunächst
ein Halbleiterkörper
hergestellt, auf ein Trägerelement montiert,
sowie mit Bauteilanschlüssen
elektrisch verbunden. Nachfolgend wird ein Lumineszenz-Konversionsmaterial
direkt auf mindestens eine Oberfläche des Halbleiterkörpers oder
auf eine dort befindliche Haftschicht aufgebracht.
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Wenn
die Oberfläche
der Halbleiterschichtenfolge zumindest teilweise uneben, beispielsweise aufgerauht
ist, läßt sich
ein Lumineszenz-Konversionsmaterial nur begrenzt gleichmäßig direkt
auf diese Oberfläche
aufbringen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Verfahren
zum Herstellen eines Lumineszenzdiodenchips der eingangs genannten
Art anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
und bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis
16 angegeben.
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Erfindungsgemäß wird bei
dem Verfahren der eingangs genannten Art ein strahlungsdurchlässiger Abdeckkörper bereitgestellt,
der eine erste Hauptfläche,
eine der ersten Hauptfläche
gegenüberliegende
zweite Hauptfläche
sowie die erste und die zweite Hauptfläche verbindende Seitenflächen aufweist.
Der Abdeckkörper
wird derart auf die Strahlungsauskoppelfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht,
daß die
erste Hauptfläche
der Strahlungsauskoppelfläche
zugewandt ist. Dem Aufbringen des Abdeckkörpers zeitlich vorhergehend
wird eine erste Konversionsschicht, die ein Lumineszenz-Konversionsmaterial
aufweist, auf die erste und/oder zweite Hauptfläche des Abdeckkörpers aufgebracht.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird das Lumineszenz-Konversionsmaterial nicht direkt auf die Halbleiterschichtenfolge,
sondern zunächst auf
mindestens eine der Hauptflächen
des Abdeckkörpers
und erst nachfolgend mit dem Abdeckkörper auf die Strahlungsauskoppelfläche der
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Die erste Hauptfläche des
Abdeckkörpers
ist zweckmäßigerweise
glatt ausgebildet, so daß sich
das Lumineszenz-Konversionsmaterial mit Vorteil in einer Schicht
von hoher Gleichmäßigkeit
aufbringen läßt. Dies
ist mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren
unabhängig
von der jeweiligen Beschaffenheit der Strahlungsauskoppelfläche möglich.
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Das
separate Aufbringen der Konversionsschicht auf den Abdeckkörper kann
unter Umständen bei
Bedingungen durchgeführt
werden, die an sich für eine
Funktionalität
der Halbleiter schichtenfolge schädlich
sein könnten,
wie z.B. relativ hoher Druck und/oder relativ hohe Temperaturen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
läßt sich vorteilhafterweise
getrennt von einer Montage und einer elektrischen Kontaktierung
des Halbleiterkörpers auf
einem Trägerelement
durchführen.
Bevorzugt werden die Lumineszenzdiodenchips erst nach Abschluß des Verfahrens
auf einem Trägerelement montiert
und elektrisch kontaktiert. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, den
Halbleiterkörper
bereits während
des Verfahrens auf einem Trägerelement
zu montieren und/oder elektrisch zu kontaktieren und nachfolgend
den Abdeckkörper
aufzubringen.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird
vor dem Aufbringen des Abdeckkörpers
auf die Strahlungsauskoppelfläche
der Farbort (CIE-Farbtafel) des Lumineszenzdiodenchips ohne aufgebrachten
Abdeckkörper
ermittelt. Nachfolgend wird der Farbort des Lumineszenzdiodenchips
innerhalb eines gewünschten
bzw. vorgegebenen Bereiches eingestellt, indem die Menge und/oder
die Zusammensetzung des Lumineszenz-Konversionsmaterials, das in
der ersten Konversionsschicht enthalten ist, entsprechend gewählt wird.
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Die
erste Konversionsschicht kann dabei in einer Variante der Ausführungsform
beispielsweise erst auf den Abdeckkörper aufgebracht werden, nachdem
der Farbort des Lumineszenzdiodenchips an sich, d.h. ohne aufgebrachten
Abdeckkörper,
ermittelt worden ist. Die Menge und/oder Zusammensetzung des Lumineszenz-Konversionsmaterials kann
so entsprechend dem jeweiligen Meßergebnis angepaßt werden.
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Alternativ
ist es z.B. auch möglich,
eine Vielzahl von Abdeckkörpern
mit aufgebrachter erster Konversionsschicht bereitzustellen, wobei
die ersten Konversionsschichten jeweils unterschiedliche Mengen
und/oder Zusammensetzungen des Lumineszenz-Konversionsmaterials
aufweisen. Nach dem Messen des Farbortes des Lumineszenzdiodenchips ohne
aufgebrachten Ab deckkörper
kann zum Einstellen eines gewünschten
Farbortes ein Abdeckkörper mit
einer passenden vorgefertigten Konversionsschicht ausgewählt und
aufgebracht werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens wird vor dem Aufbringen des Abdeckkörpers auf
die Strahlungsauskoppelfläche
mit Vorteil eine zweite Konversionsschicht, die ein Lumineszenz-Konversionsmaterial
aufweist, auf die Strahlungsauskoppelfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. „Aufbringen
des Abdeckkörpers
auf die Strahlungsauskoppelfläche" bedeutet im Zusammenhang
mit der Erfindung nicht, daß Abdeckkörper und
Strahlungsauskoppelfläche
nachfolgend direkt aneinander angrenzen müssen. Vielmehr können zwischen
beiden weitere Materialschichten wie die zweite Konversionsschicht
oder auch eine Haftvermittlungsschicht angeordnet sein.
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Das
Aufbringen des Abdeckkörpers
auf die Strahlungsauskoppelfläche
geschieht bevorzugt durch Aufkleben mittels einem Klebstoff, wofür bevorzugt
ein auf Silikon basierender Klebstoff verwendet wird. Ein Vorteil
eines auf Silikon basierenden Klebstoffes ist, daß dieser
eine relativ geringe Empfindlichkeit gegenüber ultravioletter Strahlung
aufweist.
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Der
Abdeckkörper
ist bevorzugt als Abdeckplatte ausgebildet, bei der die Seitenflächen zumindest
teilweise nicht senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Abdeckplatte
verlaufen.
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Zusätzlich zu
seiner Funktion als Trägerkörper für die erste
Konversionsschicht ist der Abdeckkörper besonders bevorzugt als
strahlungsformendes optisches Element ausgebildet. Je nach konkreter
Ausbildung des Abdeckkörpers
kann damit z.B. eine erhöhte
Strahlungsauskopplung aus dem Lumineszenzdiodenchip oder eine Verringerung
der Divergenz von aus dem Lumineszenzdiodenchip ausgekoppelter Strahlung
erreicht werden.
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Hierzu
sind die Seitenflächen
des Abdeckkörpers
bevorzugt im wesentlichen parabolisch, hyperbolisch oder elliptisch
gekrümmt.
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In
einer besonderen Ausführungsform
ist der Abdeckkörper
mit Vorteil als ein CPC-, CEC- oder CHC-artiger optischer Konzentrator
ausgebildet, womit hierbei sowie im folgenden ein Konzentrator gemeint
ist, dessen reflektierenden Seitenflächen zumindest teilweise und/oder
zumindest weitestgehend die Form eines zusammengesetzten parabolischen Konzentrators
(Compound Parabolic Concentrator, CPC), eines zusammengesetzten
elliptischen Konzentrators (Compound Elliptic Concentrator, CEC) und/oder
eines zusammengesetzten hyperbolischen Konzentrators (Compound Hyperbolic
Concentrator, CHC) aufweist. Dabei ist die erste Hauptfläche des Abdeckkörpers der
eigentliche Konzentratorausgang, so daß Strahlung, verglichen mit
der üblichen Anwendung
eines Konzentrators zum Fokussieren, in umgekehrter Richtung durch
diesen läuft
und somit nicht konzentriert wird, sondern den Abdeckkörper mit
verringerter Divergenz durch die zweite Hauptfläche verläßt.
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Die
zweite Hauptfläche
des Abdeckkörpers ist
bevorzugt zumindest teilweise in der Art einer refraktiven und/oder
diffraktiven Linse gekrümmt
bzw. strukturiert.
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Alternativ
oder zusätzlich
weist der Abdeckkörper
vorteilhafterweise holographische Strukturen oder Elemente auf.
Dadurch können
mit dem Lumineszenzdiodenchip Muster oder Grafiken projeziert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden
die Seitenflächen
des Abdeckkörpers
zumindest teilweise mit einer Schicht oder Schichtenfolge, bevorzugt
mit einer metallischen Schicht versehen, die für eine von dem herzustellenden
Lumineszenzdiodenchip bei dessen Betrieb ausgesandten Strahlung
reflektierend ist. Dadurch kann erreicht werden, daß ein größerer Anteil von
Strahlung in einer ge wünschten
Abstrahlrichtung aus dem Lumineszenzdiodenchip emittiert wird.
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Mit
Vorteil wird der Abdeckkörper
aus einem mit einem Lumineszenz-Konversionsmaterial versetzten Material
gebildet. Dieses Lumineszenz-Konversionsmaterial kann ein anderes
sein als in der ersten Konversionsschicht, was im übrigen auch
für das Lumineszenz-Konversionsmaterial
in der vorhergehend beschriebenen zweiten Konversionsschicht gilt.
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Zweckmäßigerweise
ist der Abdeckkörper
im wesentlichen aus einem Material gebildet, dessen Ausdehnungskoeffizient
im wesentlichen dem Ausdehnungskoeffizienten eines Materials der
Halbleiterschichtenfolge entspricht. Bevorzugt wird hierfür ein Material
verwendet, das im wesentlichen aus einem Borosilikatglas besteht
oder auf einem Borosilikatglas basiert.
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Besonders
bevorzugt wird der Lumineszenzdiodenchip als Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchip ausgebildet,
der sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale
auszeichnet:
- – an einer zu einem Trägerelement
hin gewandten ersten Hauptfläche
der Halbleiterschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht
oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Halöbleiterschichtenfolge
erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
- – die
Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger,
insbesondere im Bereich von 10 μm
auf; und
- – die
Halbleiterschichtenfolge enthält
mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die
eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer
annähernd
ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge
führt,
d.h. sie weist ein möglichst
ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
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Ein
Grundprinzip eines Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchips
ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63
(16), 18. Oktober 1993, 2174 – 2176
beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug
aufgenommen wird.
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Der
Lumineszenzdiodenchip ist in einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens für
eine Flip-Chip Montage vorgesehen, was zur Folge hat, daß die Strahlungsauskoppelfläche eine
der Halbleiterschichtenfolge gegenüberliegende Außenfläche eines
Substrates des Halbleiterkörpers
ist. Bei einem Flip-Chip
ist die Strahlungsauskoppelfläche
frei von elektrischem Kontaktmaterial, so daß der Abdeckkörper flächig auf
der gesamten Strahlungsauskoppelfläche aufgebracht werden kann.
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Weitere
Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen
und Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den im folgenden
in Verbindung mit den 1 bis 6 erläuterten
Ausführungsbeispielen. Es
zeigen:
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1 einen
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
des Verfahrens hergestellten Lumineszenzdiodenchip in schematischer
Darstellung;
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2 einen
nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
des Verfahrens hergestellten Lumineszenzdiodenchip in schematischer
Darstellung;
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3 einen
nach einem dritten Ausführungsbeispiel
des Verfahrens hergestellten Lumineszenzdiodenchip in schematischer
Darstellung;
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4 einen
nach einem vierten Ausführungsbeispiel
des Verfahrens hergestellten Lumineszenzdiodenchip in schematischer
Darstellung;
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5 einen
nach einem fünften
Ausführungsbeispiel
des Verfahrens hergestellten Lumineszenzdiodenchip in schematischer
Darstellung und
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6 einen
nach einem sechsten Ausführungsbeispiel
des Verfahrens hergestellten Lumineszenzdiodenchip in schematischer
Darstellung.
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In
den Ausführungsbeispielen
und Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit
den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile
sowie die Größenverhältnisse der
Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr
sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben
groß dargestellt.
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In 1 ist
ein gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
des Verfahrens hergestellter Lumineszenzdiodenchip dargestellt.
Das Ausführungsbeispiel beinhaltet
den Verfahrensschritt des Bereitstellens eines Halbleiterkörpers 20,
der eine epitaktisch aufgewachsene und auf einem Substrat 14 aufgebrachte
Halbleiterschichtenfolge 1 aufweist.
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Das
Substrat 14 kann ein Aufwachssubstrat sein, was heißt, daß die Halbleiterschichtenfolge 1 direkt
auf dem Substrat 14 aufgewachsen ist. Alternativ kann das
Substrat 14 auch ein Trägersubstrat
sein, wie das beispielsweise bei Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchips der Fall ist.
Dabei wird zur Herstellung des Halbleiterkörpers 20 die Halbleiterschichtenfolge 1 zunächst auf
einem Aufwachssubstrat aufgewachsen und nachfolgend mit der von
dem Aufwachssubstrat abgewandten Hauptfläche auf einem Trägersubstrat
aufgebracht. Das Aufwachssubstrat wird zumindest teilweise von der
Halbleiterschichtenfolge 1 entfernt. Weitere charakteristische
Merkmale von Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchips
sind im allgemeinen Teil der Beschreibung genannt.
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Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchips
weisen eine nahezu lambertsche Abstrahlcharakteristik auf, was besonders
vorteilhaft ist, wenn die Strahlungsauskoppelfläche 2 mit einer dünnen Konversionsschicht 3 bedeckt
wird, da nahezu die gesamte Strahlung durch die Strahlungsauskoppelfläche 2 und
nur ein geringer Anteil seitlich ausgekoppelt wird.
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Die
Halbleiterschichtenfolge basiert z.B. auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial,
d.h. mindestens eine Schicht der Halbleiterschichtenfolge weist
ein Material aus dem System InxAlyGal-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1 auf. Zudem
kann die Halbleiterschichtenfolge 1 beispielsweise eine
Multiquantentopfstruktur aufweisen, wie sie etwa in der WO 01/39282
A2 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch
Rückbezug
aufgenommen wird.
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Anstelle
der Multiquantentopfstruktur kann auch eine Einfachquantentopfstruktur,
eine Doppel-Heterostruktur oder eine Single-Heterostruktur verwendet
werden.
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Ein
weiterer Verfahrensschritt beinhaltet das Bereitstellen eines Abdeckkörpers 6.
Der Abdeckkörper 6 weist
eine erste Hauptfläche 7,
eine zweite Hauptfläche 8 sowie
die erste und die zweite Hauptfläche 7, 8 verbindende
Seitenflächen 9 auf.
Auf die erste Hauptfläche 7 wird
eine Konversionsschicht 3 aufgebracht.
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Zum
Herstellen des mit einer Konversionsschicht 3 versehenen
Abdeckkörpers 6 gibt
es verschiedene Möglichkeiten.
Zum einen kann der Abdeckkörper 6 in
einer fertigen Form bereitgestellt werden und die Konversionsschicht 3 nachfolgend
auf die erste Hauptfläche 7 aufgebracht
werden. Alternativ ist es z.B. möglich,
eine für
die Herstellung einer Vielzahl von Abdeckkörpern vorgesehene Materialscheibe
bereitzustellen, auf die die Konversionsschicht 3 aufgebracht
wird und die nachfolgend zusammen mit der Konversionsschicht 3 zu
einer Vielzahl von Ab deckkörpern 6 vereinzelt
und gegebenenfalls nachbearbeitet, z.B. geformt wird.
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Der
in 1 dargestellte Abdeckkörper 6 wird beispielsweise
hergestellt, indem eine mit einer Konversionsschicht 3 versehene
Grundplatte mittels einem V-förmigen
Sägeblatt
zu einer Vielzahl von Abdeckkörpern
vereinzelt wird, deren ebene Seitenflächen 9 schräg zu einer
Haupterstreckungsebene des Grundkörpers 6 verlaufen.
Alternativ kann die Konversionsschicht 3 auch erst aufgebracht
werden, nachdem die Materialscheibe zu den Abdeckkörpern 6 vereinzelt
worden ist. Nach dem Sägen
ist es unter Umständen
erforderlich, die Seitenfläche
des Abdeckkörpers 6 und
der Konversionsschicht 3 zu polieren.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
des Verfahrens zur Herstellung des in 1 dargestellten
Lumineszenzdiodenchips werden die Seitenflächen 9 des Abdeckkörpers 6 und
der darauf aufgebrachten Konversionsschicht 3 mit einer
reflektierenden Schicht oder Schichtenfolge 12 versehen.
Hierzu kann z.B. eine Metallschicht aus Silber auf die Seitenflächen 9 aufgedampft
werden. Alternativ werden z.B. nur die Seitenflächen 9 des Abdeckkörpers 6 beschichtet.
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Durch
die reflektierende Beschichtung 12 werden elektromagnetische
Strahlen (in 1 dargestellt durch den Pfeil),
die ohne die reflektierende Beschichtung 12 seitlich aus
dem Abdeckkörper 6 ausgekoppelt
würden,
wieder zurückreflektiert.
Die abgeschrägten
Seitenflächen 9 des
Abdeckkörpers 6 bewirken,
daß ein
großer
Teil von elektromagnetischen Strahlen, die aufgrund von mehrfacher
interner Totalreflexion in dem Abdeckkörper 6 und der Konversionsschicht 3 gehalten
werden, derart zur Strahlungsaufkoppelfläche 8 reflektiert
werden, daß sie
an dieser aus dem Abdeckkörper 6 auskoppeln.
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Vor
dem Aufbringen des Abdeckkörpers 6 mit
der aufgebrachten Konversionsschicht 3 und der reflektierenden
Beschichtung 12 auf die Halbleiterschichtenfolge 1 des
Halbleiterkörpers 20 wird
der Farbort der von der Halbleiterschichtenfolge 1 bei
Anlegen einer Betriebsspannung emittierten elektromagnetischen Strahlung
gemessen. Dies kann beispielsweise auch bereits geschehen, wenn
sich die Halbleiterschichtenfolge 1 noch in einem Waferverbund
befindet, beispielsweise auch auf einer Trägerfolie.
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Gemeinsam
gefertigte Halbleiterkörper 20 eines
Wafers weisen aufgrund der Fertigungstoleranzen in der Regel unterschiedliche
Emissionsspektren auf. Die Farborte und Positionen von Halbleiterkörpern 20 in
einem Waferverbund können
in einer Wafermap erfasst und ein gewünschter Farbort nachfolgend
für alle
Lumineszenzdiodenchips eingestellt werden, indem in einem automatisierten
Verfahren, je nach Emissionsspektrum des Halbleiterkörpers 20, Abdeckkörper 6 mit
einer passenden Konversionsschicht aufgebracht werden; d.h., ein
gewünschter Farbort
des Lumineszenzdiodenchips wird eingestellt, indem eine Menge an
Lumineszenz-Konversionsmaterial und/oder die Zusammensetzung des
Lumineszenz-Konversionsmaterials, das in der Konversionsschicht 3 enthalten
ist, entsprechend gewählt wird.
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Dies
kann beispielsweise geschehen, indem die Konversionsschicht 3 erst
nach dem Ermitteln des Farbortes des Lumineszenzdiodenchips mit
der angepassten Menge und/oder Zusammensetzung des Lumineszenz-Konversionsmaterials
auf den Abdeckkörper 6 aufgebracht
wird. Alternativ ist es z.B. auch möglich, eine Vielzahl vorgefertigter
Abdeckkörper 6 mit
aufgebrachter Konversionsschicht 3 bereitzustellen, bei
denen die Konversionsschichten Eigenschaften aufweisen, die beispielsweise über unterschiedliche
Mengen und/oder Zusammensetzungen des Lumineszenz-Konversionsmaterials
erreicht werden. Aus diesen Abdeckkörpern kann einer ausgewählt werden,
dessen Konversionsschicht 3 zu gewünschten Eigenschaften des Lumineszenzdiodenchips
führt.
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Eine
Variation der Menge an Lumineszenz-Konversionsmaterial in der Konversionsschicht 3 kann
beispielsweise über
eine Variation der Konzentration des Lumineszenz-Konversionsmaterials erreicht
werden. Alternativ kann die Konzentration auch konstant gehalten
und die Dicke der Konversionsschicht 3 variiert werden.
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Wenn
es auf das genaue Einstellen eines bestimmten Farbortes für alle Lumineszenzdiodenchips nicht
so sehr ankommt, kann auch eine unvereinzelte Materialscheibe mit
aufgebrachter Konversionsschicht auf einen kompletten Wafer oder
einen Teilbereich eines Wafers oder eines sonstigen Verbundes von
Halbleiterkörpern
aufgebracht werden. Nachfolgend werden Halbleiterwafer und Materialscheibe
gemeinsam zu Lumineszenzdiodenchips vereinzelt.
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Das
Lumineszenz-Konversionsmaterial besteht z.B. aus mindestens einem
Leuchtstoff. Dazu eignen sich beispielsweise anorganische Leuchtstoffe,
wie mit seltenen Erden (insbesondere Ce) dotierte Granate, oder
organische Leuchtstoffe, wie Perylen-Leuchtstoffe. Weitere geeignete
Leuchtstoffe sind beispielsweise in der WO 98/12757 aufgeführt, deren
Inhalt insofern hiermit durch Rückbezug
aufgenommen wird.
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Weiterhin
ist es möglich,
das Lumineszenz-Konversionsmaterial in einem Matrixmaterial einzubetten,
welches beispielsweise ein gleiches Material sein kann wie das,
aus dem der Abdeckkörper 6 gefertigt
ist. Durch die gleichen Materialien und somit gleichen Brechungsindizes
können
Reflexionen von elektromagnetischen Strahlen an der Grenzfläche zwischen
der Konversionsschicht 3 und dem Abdeckkörper 6 weitestgehend
vermieden werden.
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Geeignete
Materialien für
den Abdeckkörper 6 und/oder
das Matrixmaterial der Konversionsschicht 3 können Gläser sein,
wobei z.B. insbesondere ein Borosilikatglas vorteilhaft sein kann.
Borosilikatglas kann von seiner genauen Zusammensetzung her derart
gewählt
werden, daß sein
thermischer Ausdehnungskoeffizient an den Ausdehnungskoeffizienten
des Halbleiterkörpers 20 angepaßt ist,
d.h. daß das
Matrixmaterial der Konversionsschicht 3 einen gleichen
oder zumindest ähnlichen
Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie Schichten des Halbleiterkörpers 20.
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Nachfolgend
wird die Herstellung des in 1 dargestellten
Lumineszenzdiodenchips abgeschlossen, indem der Abdeckkörper 6 derart
auf der Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht wird, daß seine
erste Hauptfläche 7 der
Halbleiterschichtenfolge 1 zugewandt ist. Dies kann beispielsweise
mittels Aufkleben geschehen, wobei als Klebstoff 5 beispielsweise
ein auf Silikon basierender Klebstoff verwendet werden kann.
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Bei
dem in 1 dargestellten Lumineszenzdiodenchip ist die
Konversionsschicht 3 auf der ersten Hauptfläche 7 des
Abdeckkörpers 6 aufgebracht.
Es ist jedoch ebenso möglich,
eine Konversionsschicht 3 zusätzlich oder alternativ auf
der zweiten Hauptfläche 8 des
Abdeckkörpers 6 aufzubringen,
so daß die
Konversionsschicht 3 nicht zwischen dem Abdeckkörper 6 und
dem Halbleiterkörper 20 sondern
auf der von dem Halbleiterkörper 20 abgewandten
Seite des Abdeckkörpers 6 angeordnet
ist. Wenn auf beiden Hauptflächen
eine Konversionsschicht aufgebracht wird, kann das darin jeweils
enthaltene Lumineszenz-Konversionsmaterial gleich oder unterschiedlich
sein.
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Die
Halbleiterschichtenfolge 1 weist auf ihrer Oberfläche einen
elektrisch leitfähigen
Kontakt sowie ein Bondpad 10 auf, an dem ein Bonddraht 11 angelötet ist,
mittels dem die Halbleiterschichtenfolge 1 von einer Seite
her mit einer Spannungsquelle elektrisch leitend angeschlossen werden
kann. Der Bonddraht 11 gehört dabei jedoch nicht zum Lumineszenzdiodenchip
selbst.
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Um
eine möglichst
große
durchgehende Fläche
für das
Aufbringen des Abdeckkörpers 6 auf
der Halbleiterschichtenfolge 1 freizulassen, ist das Bondpad 10 an
einem Rand der Strahlungsauskoppelfläche 2 angeordnet.
Alternativ ist es auch möglich,
den Abdeckkörper 6 und
die Konversionsschicht 3 in der Mitte mit einem Loch zu
versehen, um das Bondpad 10 in der Mitte der Strahlungsauskoppelfläche 2 anzuordnen,
wie das in der Regel der Fall ist. Dadurch kann eine symmetrischere
Beaufschlagung des Halbleiterkörpers 20 mit
elektrischem Strom erreicht werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
ist, den Halbleiterkörper 20 für eine Flipchip
Montage vorzusehen, so daß alle
elektrischen Anschlußflächen auf
der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet sind und die Strahlungsauskoppelfläche eine
auf der gegenüberliegenden
Seite liegende Fläche
eines Substrats des Halbleiterkörpers 20 ist.
Bei einem derartigen Flipchip ist die Strahlungsauskoppelfläche frei
von jeglichem Kontaktmaterial. Ein Bauelement mit einem Flip-Chip ist
beispielsweise in der WO 01/47039 A1 offenbart, deren Offenbarungsgehalt
insofern hiermit durch Rückbezug
aufgenommen wird.
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Die
in den 1 bis 5 dargestellten Lumineszenzdiodenchips
unterscheiden sich jeweils durch ihre unterschiedlich geformten
Abdeckkörper 6.
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Der
Abdeckkörper 6 des
in 2 dargestellten Lumineszenzdiodenchips weist ebenso
wie der in 1 dargestellte Abdeckkörper 6 Seitenflächen 9 auf,
die schräg
zu einer Haupterstreckungsebene des Abdeckkörpers 6 verlaufen.
Ein Unterschied zwischen diesen Abdeckkörpern ist jedoch, daß der in 2 dargestellte
eine zweite Hauptfläche 8 aufweist,
die nicht parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Abdeckkörpers 6 verläuft, sondern
linsenartig nach außen
gewölbt
ist. Dadurch wird eine verbesserte Strahlungsauskopplung sowie eine
weitere Strahlformung erreicht.
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Eine
alternative Ausformung der zweiten Hauptfläche 8 des Abdeckkörpers 6 ist
in 3 dargestellt. Die zweite Haupt fläche 8 weist
hier die Form einer TIR-Linse (Total Internal Reflection-Linse)
auf, deren Strukturen eine Strahlformung mittels interner Totalreflexion
bewirken.
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Der
Abdeckkörper 6 des
in 4 dargestellten Lumineszenzdiodenchips weist keine
ebenen, sondern parabolisch geformte Seitenflächen 9 auf. Insgesamt
weist dieser Abdeckkörper 6 die
Form eines CPC-artigen optischen Konzentrators auf, der in umgekehrter
Richtung zum Verringern der Divergenz der von der Halbleiterschichtenfolge 1 emittierten Strahlung
verwendet wird.
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Auch
hier ist es möglich,
durch eine besondere Formung der zweiten Hauptfläche 8 eine weitere
Strahlformung zu bewirken. So kann die zweite Hauptfläche 8 wie
in 5 dargestellt linsenartig nach außen gewölbt gebildet
sein oder wie in 6 dargestellt eine Struktur
aufweisen, die eine Strahlformung mittels interner Totalreflexion
bewirkt.
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In 6 sind
die Seitenflächen 9 des
Abdeckkörpers 6 zudem
teilweise gewölbt
und teilweise eben ausgebildet. Darüber hinaus weist die zweite Hauptfläche 8 des
in 6 dargestellten Abdeckkörpers diffraktive Oberflächenstrukturen 13 auf,
die durch die gestrichelte Linie symbolisch dargestellt sind. Durch
derartige diffraktive Strukturen kann eine weitere Strahlformung
und/oder eine verbesserte Strahlungsauskopplung bzw. verminderte
Reflektivität
der zweiten Hauptfläche 8 bewirkt
werden. Wenn der Abdeckkörper 6 z.B.
aus einem geeigneten Kunststoff gefertigt ist, lassen sich die diffraktiven Strukturen
etwa durch Heißprägen erzeugen.
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Zusätzlich oder
alternativ zu den vorhergehend genannten Gestaltungsmöglichkeiten
des Abdeckkörpers 6 kann
dieser auch mit holographischen Strukturen oder Elementen versehen
sein.
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Im
Gegensatz zu den in den 1 bis 5 dargestellten
Lumineszenzdiodenchips weist der in 6 dargestellte
eine zweite Konversionsschicht 4 auf. Bei der Herstellung
wird diese direkt auf der Strahlungsauskoppelfläche des Halbleiterkörpers 20 aufgebracht.
Nach dem Aufbringen der zweiten Konversionsschicht 4 bildet
die von dem Halbleiterkörper 20 abgewandte
Seite der Konversionsschicht 4 zumindest einen Teil der
Strahlungsauskoppelfläche 2, auf
die nachfolgend der Abdeckkörper 6 aufgebracht wird.
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Wird
vor dem Aufbringen des Abdeckkörpers 6 der
Farbort des Lumineszenzdiodenchips ermittelt, so kann dies bei einem
Verfahren zur Herstellung des in 6 dargestellten
Lumineszenzdiodenchips vor oder nach dem Aufbringen der zweiten
Konversionsschicht 4 geschehen.
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Das
Lumineszenz-Konversionsmaterial der zweiten Konversionsschicht 4 kann
gleich sein wie das der ersten Konversionsschicht 3. Bringt
man in diesem Fall zunächst
die zweite Konversionsschicht 4 auf und mißt nachfolgend
den Farbort der Lumineszenzchipdiode, so kann man durch eine gezielte Wahl
der Menge von Lumineszenz-Konversionsmaterial in der ersten Konversionsschicht 3 eine
Feinabstimmung des Farbortes des resultierenden Lumineszenzdiodenchips
durchführen.
Alternativ ist es jedoch auch möglich,
unterschiedliche Lumineszenz-Konversionsmaterialien
mit beispielsweise unterschiedlichen Leuchtstoffen für die erste
und die zweite Konversionsschicht 3, 4 zu verwenden.
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Zusätzlich oder
alternativ ist es möglich,
den Abdeckkörper 6 selbst
aus einem Material zu bilden, das mit einem Lumineszenz-Konversionsmaterial versetzt
ist. Somit bietet das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt eine
Vielzahl an Möglichkeiten
zur Gestaltung des resultierenden Farbortes des Lumineszenzdiodenchips.
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Der
Schutzumfang der Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der
Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt.
So ist es beispielsweise möglich,
daß die
zweite Konversionsschicht nicht nur auf die Strahlungsauskoppelfläche des
Halbleiterkörpers
sondern auch auf Seitenflächen
von diesem aufgebracht wird, so dass auch seiltich aus dem Halbleiterkörper ausgekoppelte
elektromagnetische Strahlung in eine Strahlung veränderter Wellenlänge konvertiert
wird. Zudem ist es möglich, daß der Übergang
von den Seitenflächen
des Abdeckkörpers
zu der zweiten Hauptfläche
nicht klar definierbar ist sondern daß vielmehr die zweite Hauptfläche fließend in
die Seitenflächen übergeht oder
auch direkt an die erste Hauptfläche
angrenzt.
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Die
Erfindung umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was jede Kombination von Merkmalen verschiedener Patentansprüche und
unterschiedlicher Ausführungsbeispiele
beinhaltet, auch wenn diese Kombination jeweils nicht explizit angegeben
ist.