EP2647062A1 - Verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterchips, strahlungsemittierender halbleiterchip und strahlungsemittierendes bauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterchips, strahlungsemittierender halbleiterchip und strahlungsemittierendes bauelement

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EP2647062A1
EP2647062A1 EP11791252.7A EP11791252A EP2647062A1 EP 2647062 A1 EP2647062 A1 EP 2647062A1 EP 11791252 A EP11791252 A EP 11791252A EP 2647062 A1 EP2647062 A1 EP 2647062A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wavelength
converting layer
radiation
semiconductor body
wavelength conversion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11791252.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kirstin Petersen
Frank Baumann
Dominik Eisert
Hailing Cui
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP2647062A1 publication Critical patent/EP2647062A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0361—Manufacture or treatment of packages of wavelength conversion means

Definitions

  • the wavelength-converting layers are in this case arranged in succession such that the
  • Wavelengths in which the radiation of the semiconductor body is converted in each case, starting from the semiconductor body in its emission direction decrease.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a radiation-emitting semiconductor chip for a radiation-emitting component with increased
  • Another object of the present invention is to provide a radiation-emitting
  • a method for producing a radiation-emitting semiconductor chip for a component with increased efficiency comprises in particular the following steps:
  • Emitting a wavelength range from a radiation exit surface Emitting a wavelength range from a radiation exit surface
  • Radiation exit surface of the semiconductor body wherein the application method is selected from the following group: sedimentation, electrophoresis,
  • electrophoresis herein is meant a process in which particles, for example of the
  • Wavelength conversion material are accelerated by means of an electric field, so that a layer of this
  • Particles on a provided surface For example, the radiation exit surface of the semiconductor body, is deposited.
  • the surface to be coated is provided in an electrophoresis bath containing the particles intended to form the wavelength converting layer.
  • an electrophoretically deposited wavelength-converting layer is possible on electrically conductive, semiconducting and insulating surfaces.
  • a hallmark of a wavelength-converted layer deposited by electrophoresis is that generally all surfaces exposed to the electrophoresis bath are completely coated with the wavelength-converting layer.
  • Another characteristic of a deposited by electrophoresis wavelength-converting layer is usually that this one
  • the structure is electrophoretically
  • Deposited wavelength-converting layer further depends on the conductivity of the surface on which the wavelength-converting layer is applied.
  • the particles are electrophoretically
  • particle density here refers to the volume
  • wavelength-converting layer is determined by the number of particles within a Cross-sectional area of the wavelength-converting layer is determined.
  • the semiconductor body can also be coated on the wafer level by means of electrophoresis with a wavelength-converting layer.
  • the wafer is then singulated into individual semiconductor chips, for example by sawing. Furthermore, it is also possible that the individual
  • Semiconductor body or a semiconductor body which is arranged on a support or in the recess of a component housing, by means of electrophoresis with a
  • Wavelength-converting layer is provided.
  • the wavelength-converting layer which is produced by means of electrophoresis, after the
  • the binder may be, for example, silicone or epoxy or a hybrid material.
  • a hybrid material in this case is a material which has at least two main components, one of these main components being a silicone or an epoxide. Furthermore, a
  • Hybrid material for example, have exactly two main components, wherein the first main component is an epoxide and the second main component is a silicone.
  • Deposited wavelength-converting layer may further be a spin-on glass, for example, a polysiloxane used. Is directly after the electrophoretic deposition of a wavelength-converting layer, another wavelength-converting layer on the
  • wavelength-converting layer can be omitted.
  • the hybrid material may contain other ingredients as adjuvants, such as blaumacher. However, such ingredients are usually low
  • Mass fraction of the hybrid material The majority of the hybrid material has the major components.
  • a wavelength-converting layer which is applied by means of an electrophoresis method, preferably has a thickness which amounts to a maximum of 60 ⁇ m.
  • the structure is one with a
  • wavelength-converting layer continues to be dependent on the volume above the surface on which the
  • Wavelength-converting layer is applied.
  • the particles are one by sedimentation
  • Semiconductor body is provided for example in the recess of a component housing, which with the
  • Wavelength conversion substance is introduced. After this
  • a characteristic of a wavelength-converting layer which has been applied by means of a sedimentation method is that all surfaces on which the particles can settle due to gravity are coated with the wavelength-converting layer.
  • Deposited wavelength-converting layer is usually that it has a particle density between 20% by volume and 35% by volume, the limits are included.
  • a wavelength-converting layer which is produced by means of a sedimentation process, preferably has a thickness which amounts to a maximum of 60 ⁇ m.
  • a suitable printing method for producing a wavelength-converting layer is, for example, screen printing or stencil printing. As a rule, a mass is printed which comprises a potting material already described above in which particles of the wavelength conversion substance are introduced.
  • Wavelength-converting layer refers to
  • the same color usually a particle density, which is significantly lower than a wavelength-converting layer, which was produced by means of an electrophoresis method or a Sedimentationsvons.
  • a wavelength converting layer formed by a printing process has a particle density of between 25% by volume and 45% by volume, including the limits.
  • Screen printing is produced, preferably has a thickness which is between 20 ⁇ and 60 ⁇ , the limits
  • Template pressure is generated, preferably has a thickness which is between 20 ⁇ and 150 ⁇ , the limits are included.
  • a wavelength converting layer produced by a printing method usually has one
  • Particles of the wavelength conversion substance follows. Usually there are only a few particles of the printed wavelength-converting layer
  • the second wavelength-converting layer is produced in a separate process step, one of the following processes is preferably carried out:
  • the second wavelength-converting layer is preferably an injection-molded layer or a ceramic.
  • a wavelength-converting layer which is formed as a ceramic, preferably has a thickness between 50 ⁇ and 2 mm, wherein the limits are included.
  • a wavelength-converting layer formed as a ceramic has a particle density between 95% by volume and 100% by volume, including the limits.
  • Layer are usually particles of the
  • Wavelength conversion material is then injection molded in the form of a layer.
  • An injection-molded wavelength-converting layer generally also has a particle density with respect to the same color location, which is significantly lower than a wavelength-converting layer which is produced by means of a
  • Electrophoresis method or a sedimentation was generated.
  • wavelength-converting layer to a particle density, which is between 10 ⁇ and 55 ⁇ , the limits
  • An injection-molded wavelength-converting layer which has a thickness of about 50 ⁇ , preferably shows a
  • Particle density which is between 22% by volume and 55% by volume, with the limits included.
  • An injection-molded wavelength-converting layer which has a thickness of about 110 ⁇ , preferably shows a
  • Particle density which is between 10% by volume and 30% by volume, with the limits included.
  • An injection-molded wavelength-converting layer preferably has a thickness which is between 50 ⁇ m and 150 ⁇ m, the limits being included.
  • An injection-molded wavelength-converting layer generally has a comparatively defined shape due to the given shape.
  • the two wavelength-converting layers are produced by different methods.
  • the first and / or the second wavelength-converting layer can also be produced by means of one of the following methods: spraying the wavelength conversion substance, jetting the
  • a wavelength-converting layer which is produced by means of spraying preferably has a thickness of between 20 ⁇ m and 60 ⁇ m, the limits being included.
  • Particle density of a wavelength-converting layer produced by spraying is preferably between 20
  • a wavelength-converting layer which is produced by means of jets, preferably has a thickness of between 50 ⁇ and 300 ⁇ , wherein the limits are included.
  • Particle density of a wavelength-converting layer produced by jetting is preferably between 2% by volume and 55% by volume, again including the limits.
  • the first and / or second wavelength-converting layer can also be a layer which is formed by a glass in which particles of a wavelength conversion substance are embedded.
  • a wavelength-converting layer preferably has a thickness between 50 ⁇ and 300 ⁇ , wherein the limits are included.
  • wavelength-converting layer passing through a glass is formed into the particle of a
  • Wavelength conversion substance is introduced, is preferably between 2 vol% and 55% by volume, the limits are included.
  • first and / or second wavelength-converting layer may also be a layer which is produced by casting a potting material, wherein in the potting material particles of a
  • Such a wavelength-converting layer preferably has a thickness of between 200 ⁇ and 400 ⁇ , wherein the limits
  • the particle density of such a layer is preferably between 0.5% by volume and 2% by volume, the limits being included.
  • a separately fabricated wavelength-converting layer the following example, on the
  • Radiation exit surface of the semiconductor body or on the first wavelength-converting layer is applied can be fixed by means of a bonding layer.
  • the bonding layer can comprise silicone or consist of silicone.
  • the first wavelength-converting layer and the second wavelength-converting layer form a common interface.
  • wavelength-converting layers that is, either the first wavelength-converting layer or the second wavelength-converting layer, in direct contact the radiation exit surface of the semiconductor body
  • wavelength-converting layer a single first wavelength conversion substance. Also the second
  • Wavelength-converting layer particularly preferably has a single second wavelength conversion substance.
  • Wavelength conversion materials into different layers the efficiency of a radiation-emitting device with the semiconductor chip can be advantageously increased, as this, for example, the reabsorption of already converted by the one wavelength conversion material
  • Radiation can be reduced by the other wavelength conversion substance.
  • Wavelength conversion substance from the following group
  • rare-earth-doped garnets rare-earth-doped alkaline-earth sulfides, rare-earth-doped thiogalates, rare-earth-doped aluminates, rare-earth-doped orthosilicates, rare-earth-doped chlorosilicates, alkaline earth silicon nitrides doped with rare earth metals, with
  • Rare earth doped aluminum oxynitrides rare earth doped silicon nitrides. Furthermore, oxides, nitrides, sulfides, selenides and
  • Siliciumoxinitride as the first and / or second
  • Wavelength conversion substance can be used.
  • the particles of the first and / or second wavelength conversion substance preferably have a diameter of between 2 and 20 ⁇ m, the limits being included.
  • present method is not limited to the application of exactly two wavelength-converting layers.
  • further wavelength-converting layer can be applied to the semiconductor body using the methods described here.
  • Wavelength conversion substance the radiation of the first
  • Wavelength range converts than the other
  • Wavelength conversion substance arranged closer to the semiconductor body than the other wavelength converting
  • Particles of the second wavelength conversion substance to a particle density between 10% by volume and 55% by volume, the limits are included.
  • Wavelength conversion substance having a particle density between 10% by volume and 55% by volume can be produced in particular by injection molding or printing.
  • the side surfaces of the semiconductor body are completely covered by the first wavelength-converting layer.
  • a wavelength-converting layer can be produced in particular by electrophoresis.
  • the side surfaces of the wavelength-converting layer which is arranged closer to the semiconductor body, are completely covered by the other wavelength-converting layer.
  • Such a wavelength-converting layer can likewise be produced in particular by means of electrophoresis.
  • Wavelength-converting layer emerging primary radiation of the first wavelength range to reduce. Furthermore, color inhomogeneities in the emission characteristic, such as, for example, rings or strips, can be reduced in this way and, if necessary, the housing aging can be reduced if the semiconductor chip is installed in a housing.
  • Wavelength-converting layer is produced by sedimentation or electrophoresis.
  • the first and / or the second convert
  • Wavelength conversion substance the radiation of the
  • the unconverted radiation of the semiconductor body mixes with the converted radiation of the wavelength conversion materials in such a way that the semiconductor chip emits mixed-colored radiation having a color location in the white region of the CIE standard color chart.
  • the semiconductor body emits radiation from the blue spectral range. That is, the first one
  • Wavelength range includes in particular blue radiation.
  • the semiconductor body emits blue radiation which is converted by one of the wavelength conversion substances into radiation from the red spectral region.
  • This is particularly preferably the second wavelength conversion substance.
  • the second wavelength-converting layer with the second wavelength conversion substance is particularly preferably directly on the radiation exit surface of the
  • the other wavelength conversion substance preferably converts a further part of the blue radiation of the semiconductor body
  • the semiconductor body emits blue radiation, which of the first wavelength conversion substance of the first wavelength-converting layer preferably in
  • the blue light of the LED Preferably, the blue light of the LED
  • Semiconductor body with the converted light such that the semiconductor chip emits electromagnetic radiation having a color location in the warm white area of the CIE standard color chart.
  • the second wavelength conversion substance also forms a further part of the blue radiation in radiation from the yellow
  • the second wavelength conversion substance converts.
  • the second wavelength conversion substance it is also possible for the second wavelength conversion substance to be another Part of the blue radiation converts to radiation from the red or green spectral range.
  • a third wavelength conversion substance can also be used.
  • the semiconductor body emits blue radiation which is converted by the first wavelength conversion substance into radiation from the green spectral range.
  • the unconverted blue light of the semiconductor body mixes with the converted light in such a way that the semiconductor chip emits white light.
  • Semiconductor chips are particularly suitable for the backlighting of displays.
  • the semiconductor body can emit ultraviolet radiation which is nearly equal to the first and / or second wavelength conversion substance
  • the wavelength conversion substance which is the radiation of the semiconductor chip is the wavelength conversion substance which is the radiation of the semiconductor chip.
  • Wavelength conversion material arranged closer to the semiconductor body is particularly preferred.
  • Wavelength conversion substance that absorbs the radiation of the
  • Component housing or the vehicle
  • a semiconductor chip which has been produced according to the present method and therefore has a wavelength-converting layer which is electrophoretically or by means of
  • Wavelength conversion substance comprises, usually radiates radiation with a comparatively homogeneous color location in dependence of the solid angle.
  • FIGS. 1A to IC show schematic
  • FIGS. 2A and 2B each show a schematic
  • FIGS. 3A to 3D show schematic sectional representations of a radiation-emitting component during
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of a radiation-emitting semiconductor chip according to a further exemplary embodiment.
  • FIGS. 5A to 5B show a schematic sectional illustration of a radiation-emitting semiconductor chip
  • FIGS. 6 to 9 show schematic sectional views of radiation-emitting semiconductor chips in accordance with others
  • Wavelength range of a radiation exit surface 2 to emit (Figure 1A).
  • the semiconductor body 1 has an active radiation-generating zone 3, which is intended to generate electromagnetic radiation.
  • the active zone 3 preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well or particularly preferred is a multiple quantum well structure (MQW) for generating radiation.
  • MQW multiple quantum well structure
  • quantum well structure does not contain any information about the dimensionality of the quantization. It therefore includes quantum wells,
  • Quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • the active zone 3 generates electromagnetic
  • the second wavelength-converting layer 4 is fastened to the semiconductor body 1 with a bonding layer 5, which in the present case has silicone or consists of silicone.
  • the second wavelength-converting layer 4 has a second wavelength conversion substance 6, the radiation of the first wavelength range in radiation of a third
  • Wavelength range is different.
  • Wavelength conversion material 6 is embedded in a potting material 7, which may be, for example, silicone, epoxy or a hybrid material.
  • the second wavelength-converting layer 4 is produced in the present case by means of an injection molding process.
  • a first wavelength-converting layer 8 is applied in direct contact with the second wavelength-converting layer 4 by means of an electrophoresis method (FIG. 1C).
  • the first Wavelength-converting layer 8 has a first one
  • Wavelength range which is different from the first and the third wavelength range.
  • the first wavelength-converting layer 8 is applied by means of an electrophoresis method, it advantageously covers the main surface 10 of the second wavelength-converting layer 4 as well as the one
  • the second wavelength-converting circuit the second wavelength-converting circuit
  • a second wavelength conversion substance 6 which is adapted to convert a portion of the radiation from the blue spectral region, which is generated by the semiconductor body 1 in its active zone 3, in radiation from the red spectral range.
  • Wavelength-converting layer 8 is further adapted to a further portion of the blue radiation of the
  • Radiation components of the first wavelength-converting layer 8 and the second wavelength-converting layer In the present case 4 mix with the remaining unconverted blue radiation to warm white mixed radiation.
  • a ceramic plate may be used, as shown schematically in Figure 2A.
  • a ceramic has the advantage that it is particularly good heat, which in the
  • Wavelength conversion can be derived to the outside.
  • wavelength-converting layer 8 by means of sedimentation on the second wavelength-converting layer 4
  • the side surfaces 12 of the semiconductor body 1 and the side surfaces 11 of the second wavelength-converting layer 4 are therefore free of the first one
  • the semiconductor chip is introduced into a potting material 7, from which the particles of the first wavelength conversion substance 9 are sedimented.
  • a sedimentation method according to an exemplary embodiment is described below with reference to FIGS. 3A to 3D.
  • a second wavelength-converting layer 4 is printed on a semiconductor body 1 (FIG. 3A).
  • a printing method is suitable here
  • the semiconductor body 1 with the second wavelength-converting layer 4 is mounted on a bottom 13 of a recess 14 of a component housing 15 (FIG. 3B).
  • Wavelength conversion substance 9 are introduced ( Figure 3C). After some time, the particles of the first settle
  • Embodiment of Figure 3D is in the semiconductor chip according to the figure 4, the first wavelength-converting
  • Semiconductor body 1 may be applied to a support 16. Also, the free surface of the carrier 16 is completely covered with the first wavelength-converting layer 8.
  • a first wavelength-converting layer 8 is applied to a semiconductor body 1 provided on a carrier 16
  • wavelength-converting layer 8 covered.
  • a second wavelength-converting second separately produced layer is applied to the first wavelength-converting layer 8
  • Wavelength-converting layer 4 has been produced, for example, by means of an injection molding process. Alternatively, it may also be a ceramic plate.
  • the second wavelength-converting layer 4 is connected by means of a bonding layer 5 on the first
  • Wavelength-converting layer 4 attached.
  • Semiconductor chips according to FIG. 5B preferably have a first wavelength conversion substance 9, which converts blue radiation of the semiconductor body 1 into red radiation.
  • a first wavelength conversion substance 9 which converts blue radiation of the semiconductor body 1 into red radiation.
  • wavelength-converting layer 8 is arranged in direct contact with the semiconductor body 1 and a has comparatively high particle density, can be easily delivered to the semiconductor body in this way, heat, which arises due to the Stokesshift in the first wavelength-converting layer 8.
  • Wavelength conversion substance 6 preferably converts blue
  • the second wavelength-converting layer 4 is produced by means of printing.
  • wavelength-converting layer 8 by means of sedimentation onto the second wavelength-converting layer 4
  • FIG. 8 shows a schematic sectional representation of a semiconductor chip with a semiconductor body 1 on its surface
  • Wavelength-converting layer 8 is applied by means of sedimentation, on which further in direct contact a second wavelength-converting layer 4 is arranged, which is produced by means of printing.
  • Wavelength-converting layer 4 produced by injection molding in a separate process step and applied to the first wavelength-converting layer 8, which was produced by means of a sedimentation.
  • the present application claims the priority of the German application DE 10 2010 053 362.9, whose

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips angegeben, bei dem eine erste wellenlängenkonvertierende Schicht (8) über der Strahlungsaustrittsfläche (2) eines Halbleiterkörpers (1) aufgebracht wird, wobei das Aufbringungsverfahren aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Sedimentation, Elektrophorese. Über der Strahlungsaustrittsfläche (2) des Halbleiterkörpers (1) wird weiterhin eine zweite wellenlängenkonvertierende Schicht (4) aufgebracht, wobei die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht (4) entweder in einem separaten Verfahrensschritt hergestellt und nachfolgend aufgebracht wird oder das Aufbringungsverfahren aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Sedimentation, Elektrophorese, Drucken. Weiterhin werden ein strahlungsemittierender Halbleiterchip sowie ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden
Halbleiterchips, strahlungsemittierender Halbleiterchip und strahlungsemittierendes Bauelement
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines
strahlungsemittierenden Halbleiterchips, ein Halbleiterchip und ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben.
In der Druckschrift DE 102 61 428 AI ist ein Halbleiterkörper beschrieben, auf den mehrere wellenlängenkonvertierende
Schichten aufgebracht sind, die Strahlung des
Halbleiterkörpers in verschiedene Wellenlängenbereiche umwandelt. Die wellenlängenkonvertierenden Schichten sind hierbei derart nacheinander angeordnet, dass die
Wellenlängen, in die die Strahlung des Halbleiterkörpers jeweils konvertiert wird, ausgehend vom Halbleiterkörper in dessen Abstrahlrichtung abnehmen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips für ein strahlungsemittierendes Bauteil mit erhöhter
Effizienz anzugeben. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen strahlungsemittierenden
Halbleiterchip sowie ein strahlungsemittierendes Bauelement mit erhöhter Effizienz anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruches 1 sowie durch einen
strahlungsemittierenden Halbleiterchip mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 und ein strahlungsemittierendes
Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips für ein Bauteil mit erhöhter Effizienz umfasst insbesondere die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers, der dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche auszusenden,
- Aufbringen einer ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht mit einem ersten Wellenlängenkonversionsstoff, der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, über der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers, wobei das Aufbringungsverfahren aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Sedimentation, Elektrophorese,
- Aufbringen einer zweiten wellenlängenkonvertierenden
Schicht mit einem zweiten Wellenlängenkonversionsstoff, der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umwandelt, über der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers, wobei die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht entweder in einem separaten Verfahrensschritt hergestellt und nachfolgend aufgebracht wird oder das Aufbringungsverfahren aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Sedimentation, Elektrophorese, Drucken .
Mit Elektrophorese wird vorliegend ein Verfahren bezeichnet, bei dem Partikel, beispielsweise des
Wellenlängenkonversionsstoffs, mittels eines elektrischen Feldes beschleunigt werden, sodass eine Schicht dieser
Partikel auf einer bereitgestellten Oberfläche, beispielsweise der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers, abgeschieden wird. In der Regel wird die zu beschichtende Oberfläche in einem Elektrophoresebad bereitgestellt, das die Partikel enthält, die dazu vorgesehen sind, die wellenlängenkonvertierende Schicht zu bilden.
Die Abscheidung einer elektrophoretisch abgeschiedenen wellenlängenkonvertierenden Schicht ist auf elektrisch leitenden, halbleitenden sowie isolierenden Oberflächen möglich.
Ein Kennzeichen einer mittels Elektrophorese abgeschiedenen wellenlängenkonvertierenden Schicht ist es, dass in der Regel alle Oberflächen, die dem Elektrophoresebad ausgesetzt sind, vollständig mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht beschichtet werden. Ein weiteres Kennzeichen einer mittels Elektrophorese abgeschiedenen wellenlängenkonvertierenden Schicht besteht in der Regel darin, dass diese eine
Partikeldichte größer oder gleich 30 Vol%, besonders
bevorzugt größer als 50 Vol%, aufweist.
In der Regel ist die Struktur einer elektrophoretisch
abgeschiedenen wellenlängenkonvertierenden Schicht weiterhin abhängig von der Leitfähigkeit der Oberfläche, auf der die wellenlängenkonvertierende Schicht aufgebracht wird. In der Regel stehen die Partikel einer elektrophoretisch
abgeschiedenen wellenlängenkonvertierenden Schicht in
direktem Kontakt miteinander. Der Begriff „Partikeldichte" ist hierbei auf das Volumen bezogen. Die Partikeldichte innerhalb der
wellenlängenkonvertierenden Schicht wird dadurch festgelegt, dass die Anzahl an Partikel innerhalb einer Querschnittsfläche der wellenlängenkonvertierenden Schicht bestimmt wird.
Der Halbleiterkörper kann beispielsweise auch auf Waferlevel mittels Elektrophorese mit einer wellenlängenkonvertierenden Schicht beschichtet werden. Hierbei wird der gesamte Wafer, der die einzelnen Halbleiterkörper umfasst, dem
Elektrophoresebad ausgesetzt. Nach der Beschichtung mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht wird der Wafer dann in einzelne Halbleiterchips vereinzelt, beispielsweise durch Sägen. Weiterhin ist es auch möglich, das der einzelne
Halbleiterkörper oder ein Halbleiterkörper, der auf einem Träger oder in der Ausnehmung eines Bauelementgehäuses angeordnet ist, mittels Elektrophorese mit einer
wellenlängenkonvertierenden Schicht versehen wird.
In der Regel wird die wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels Elektrophorese erzeugt wird, nach dem
Elektrophoreseverfahren durch ein Bindemittel fixiert. Bei dem Bindemittel kann es sich beispielsweise um Silikon oder Epoxid oder ein Hybridmaterial handeln. Als Hybridmaterial wird hierbei ein Material bezeichnet, das mindestens zwei Hauptkomponenten aufweist, wobei eine dieser Hauptkomponenten ein Silikon oder ein Epoxid ist. Weiterhin kann ein
Hybridmaterial beispielsweise genau zwei Hauptkomponenten aufweisen, wobei die erste Hauptkomponente ein Epoxid und die zweite Hauptkomponente ein Silikon ist.
Als Bindemittel zur Fixierung einer elektrophoretisch
abgeschiedenen wellenlängenkonvertierenden Schicht kann weiterhin ein Spin-On-Glas , beispielsweise ein Polysiloxan, verwendet werden. Wird direkt in Anschluss an die elektrophoretische Abscheidung einer wellenlängenkonvertierenden Schicht eine weitere wellenlängenkonvertierenden Schicht auf die
elektrophoretisch abgeschiedene wellenlängenkonvertierende Schicht aufgebracht, so kann in der Regel auf die Fixierung der elektrophoretisch abgeschiedenen
wellenlängenkonvertierenden Schicht verzichtet werden.
Neben den Hauptkomponenten kann das Hybridmaterial weitere Bestandteile als Hilfsstoffe aufweisen, wie etwa Blaumacher. Solche Bestandteile haben jedoch in der Regel geringen
Masseanteil an dem Hybridmaterial. Der überwiegende Teil des Hybridmaterials weist die Hauptkomponenten auf.
Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels eines Elektrophoreseverfahrens aufgebracht ist, weist bevorzugt eine Dicke auf, die maximal 60 μπι beträgt.
In der Regel ist die Struktur einer mit einem
Sedimentationsverfahren abgeschiedenen
wellenlängenkonvertierenden Schicht weiterhin abhängig von dem Volumen über der Oberfläche, auf der die
wellenlängenkonvertierende Schicht aufgebracht wird. In der Regel stehen die Partikel einer mittels Sedimentation
abgeschiedenen wellenlängenkonvertierenden Schicht in
direktem Kontakt miteinander.
Bei einem Sedimentationsverfahren werden Partikel des
Wellenlängenkonversionsstoffs in ein Vergussmaterial
eingebracht. Die Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterkörpers wird beispielsweise in der Ausnehmung eines Bauelementgehäuses bereitgestellt, die mit dem
Vergussmaterial, einem verdünnten Vergussmaterial oder einer anderen Flüssigkeit befüllt wird. Anschließend setzten sich die Partikel des Wellenlängenkonversionsstoffs in Form einer wellenlängenkonvertieren Schicht aufgrund der Schwerkraft zumindest auf der Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterkörpers ab. Das Absetzten der Partikel kann hierbei auch durch Zentrifugieren beschleunigt werden. Auch die
Verwendung eines verdünnten Vergussmaterials beschleunigt den Sedimentationsprozess in der Regel. Nach dem Absinken der Partikel wird das Vergussmaterial ausgehärtet.
Weiterhin ist es auch möglich, den Halbleiterkörper auf einem Träger aufzubringen, der dann mit einer Hilfskavität umgeben wird, in die das Vergussmaterial mit dem
Wellenlängenkonversionsstoff eingebracht wird. Nach dem
Absinken des Wellenlängenkonversionsstoffes wird das
Vergussmaterial ausgehärtet und die Hilfskavität wieder entfernt. Es ist auch denkbar, einen gesamten Wafer, der eine Vielzahl an Halbleiterkörpern aufweist, mittels einer
Hilfskavität mit einem Sedimentationsverfahren mit einer wellenlängenkonvertierenden Schicht zu versehen.
Ein Kennzeichen einer wellenlängenkonvertierenden Schicht, die mittels eines Sedimentationsverfahrens aufgebracht wurde, besteht darin, dass sämtliche Oberflächen, auf denen sich die Partikel aufgrund der Schwerkraft absetzen können, mit der wellenlängenkonvertierenden Schicht beschichtet werden.
Ein weiteres Kennzeichen einer mittels Sedimentation
abgeschiedenen wellenlängenkonvertierenden Schicht besteht in der Regel darin, dass diese eine Partikeldichte zwischen 20 Vol% und 35 Vol% aufweist, wobei die Grenzen eingeschlossen sind . Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels eines Sedimentationsverfahrens erzeugt ist, weist bevorzugt eine Dicke auf, die maximal 60 μπι beträgt. Ein zur Herstellung einer wellenlängenkonvertierenden Schicht geeignetes Druckverfahren ist beispielsweise Siebdruck oder Schablonendruck. Es wird in der Regel eine Masse gedruckt, die ein bereits oben beschriebenes Vergussmaterial umfasst, in das Partikel des Wellenlängenkonversionsstoffs eingebracht sind.
Eine mittels einem Druckverfahren hergestellt
wellenlängenkonvertierende Schicht weist bezogen auf
denselben Farbort in der Regel eine Partikeldichte auf, die deutlich geringer ist, als eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels eines Elektrophoreseverfahrens oder eines Sedimentationsverfahrens erzeugt wurde.
Besonders bevorzugt weist eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels eines Druckverfahrens erzeugt wurde, eine Partikeldichte auf, die zwischen 25 Vol% und 45 Vol% liegt, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels
Siebdrucks erzeugt ist, weist bevorzugt eine Dicke auf, die zwischen 20 μπι und 60 μπι liegt, wobei die Grenzen
eingeschlossen sind.
Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels
Schablonendruck erzeugt ist, weist bevorzugt eine Dicke auf, die zwischen 20 μπι und 150 μπι liegt, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels eines Druckverfahrens erzeugt ist, weist in der Regel einer
Oberfläche auf, bei der die Oberfläche der Schicht den
Partikeln der Wellenlängenkonversionsstoffes folgt. In der Regel stehen bei der gedruckten wellenlängenkonvertierenden Schicht lediglich wenige Partikel des
Wellenlängenkonversionsstoffs in direktem Kontakt
miteinander .
Wird die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht in einem separaten Verfahrensschritt hergestellt, so wird hierbei bevorzugt eines der folgenden Verfahren durchgeführt:
Spritzgießen, Sintern. Mit anderen Worten handelt es sich bei der zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht bevorzugt um eine spritzgegossene Schicht oder um eine Keramik.
Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die als Keramik ausgebildet ist, weist bevorzugt eine Dicke zwischen 50 μπι und 2 mm auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die als Keramik ausgebildet ist, weist ein Partikeldichte zwischen 95 Vol% und 100 Vol% auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Bei einer spritzgegossenen wellenlängenkonvertierenden
Schicht werden in der Regel Partikel des
Wellenlängenkonversionsstoffs in ein Vergussmaterial
eingebracht, wie es bereits oben beschrieben wurde.
Das Vergussmaterial mit den eingebrachten Partikeln des
Wellenlängenkonversionsstoffs wird dann in Form einer Schicht spritzgegossen . Eine spritzgegossene wellenlängenkonvertierende Schicht weist bezogen auf denselben Farbort in der Regel ebenfalls eine Partikeldichte auf, die deutliche geringer ist, als eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels eines
Elektrophoreseverfahrens oder eines Sedimentationsverfahrens erzeugt wurde.
Besonders bevorzugt weist eine spritzgegossene
wellenlängenkonvertierende Schicht eine Partikeldichte auf, die zwischen 10 μπι und 55 μπι liegt, wobei die Grenzen
eingeschlossen sind.
Eine spritzgegossene wellenlängenkonvertierende Schicht, die ein Dicke von ca. 50 μπι aufweist, zeigt bevorzugt eine
Partikeldichte, die zwischen 22 Vol% und 55 Vol% liegt, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Eine spritzgegossene wellenlängenkonvertierende Schicht, die ein Dicke von ca. 110 μπι aufweist, zeigt bevorzugt eine
Partikeldichte, die zwischen 10 Vol% und 30 Vol% liegt, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Eine spritzgegossene wellenlängenkonvertierende Schicht weist bevorzugt eine Dicke auf, die zwischen 50 μπι und 150 μπι liegt, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Eine spritzgegossene wellenlängenkonvertierende Schicht weist in der Regel eine vergleichsweise definierte Form aufgrund der vorgegeben Form auf. Gemäß einer Aus führungs form des Verfahrens werden die beiden wellenlängenkonvertierenden Schichten mit unterschiedlichen Verfahren erzeugt. Neben den bereits beschriebenen Verfahren können die erste und/oder die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht auch mittels einem der folgenden Verfahren erzeugt werden: Sprühen des Wellenlängenkonversionsstoffes, Jetten des
Wellenlängenkonversionsstoffes .
Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels Sprühen erzeugt wird, weist bevorzugt eine Dicke zwischen 20 μπι und 60 μπι auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Die
Partikeldichte einer wellenlängenkonvertierenden Schicht, die mittels Sprühen erzeugt wird, liegt bevorzugt zwischen 20
Vol% und 35 Vol%, wobei wiederum die Grenzen eingeschlossen sind .
Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, die mittels Jetten erzeugt wird, weist bevorzugt eine Dicke zwischen 50 μπι und 300 μπι auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Die
Partikeldichte einer wellenlängenkonvertierenden Schicht, die mittels Jetten erzeugt wird, liegt bevorzugt zwischen 2 Vol% und 55 Vol%, wobei wiederum die Grenzen eingeschlossen sind.
Weiterhin kann es sich bei der ersten und/oder zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht auch um eine Schicht handeln, die durch ein Glas gebildet ist, in das Partikel einer Wellenlängenkonversionsstoffes eingebettet sind. Eine solche wellenlängenkonvertierende Schicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen 50 μπι und 300 μπι auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Die Partikeldichte einer
wellenlängenkonvertierenden Schicht, die durch ein Glas gebildet wird, in das Partikel eines
Wellenlängenkonversionsstoffes eingebracht sind, beträgt bevorzugt zwischen 2 Vol% und 55 Vol%, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Weiterhin kann es sich bei der ersten und/oder zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht auch um eine Schicht handeln, die durch Gießen eines Vergussmaterials erzeugt wird, wobei in das Vergussmaterial Partikel eines
Wellenlängenkonversionsstoffes eingebracht sind. Eine solche wellenlängenkonvertierende Schicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen 200 μπι und 400 μπι auf, wobei die Grenzen
eingeschlossen sind. Die Partikeldichte einer solchen Schicht beträgt bevorzugt zwischen 0,5 Vol% und 2 Vol%, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Eine separat gefertigte wellenlängenkonvertierende Schicht, die nachfolgend beispielsweise auf der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers oder auf der ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht aufgebracht wird, kann mittels einer Fügeschicht befestigt werden. Die
Fügeschicht kann beispielsweise Silikon umfassen oder aus Silikon bestehen. Bevorzugt bilden die erste wellenlängenkonvertierende Schicht und die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht eine gemeinsame Grenzfläche aus.
Gemäß einer Aus führungs form des Strahlungsemittierenden
Halbleiterchips ist eine der beiden
wellenlängenkonvertierenden Schichten, das heißt entweder die erste wellenlängenkonvertierende Schicht oder die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht, in direktem Kontakt auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers
aufgebracht .
Besonders bevorzugt weist die erste
wellenlängenkonvertierende Schicht einen einzigen ersten Wellenlängenkonversionsstoff. Auch die zweite
wellenlängenkonvertierende Schicht weist besonders bevorzugt einen einzigen zweiten Wellenlängenkonversionsstoff auf.
Durch die räumliche Trennung der
Wellenlängenkonversionsstoffe in verschiedene Schichten kann die Effizienz eines strahlungsemittierenden Bauelements mit dem Halbleiterchip vorteilhafterweise erhöht werden, da hierdurch beispielsweise die Reabsorption von bereits durch den einen Wellenlängenkonversionsstoff konvertierter
Strahlung durch den anderen Wellenlängenkonversionsstoff verringert werden kann.
Besonders bevorzugt ist der erste
Wellenlängenkonversionsstoff und/oder der zweite
Wellenlängenkonversionsstoff aus der folgenden Gruppe
gewählt: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogalate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit
Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride und mit
Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Siliziumnitride. Weiterhin können Oxide, Nitride, Sulfide, Selenide und
Siliziumoxinitride als erster und/oder zweiter
Wellenlängenkonversionsstoff verwendet werden.
Bevorzugt weisen die Partikel des ersten und/oder zweiten Wellenlängenkonversionsstoffs einen Durchmesser zwischen 2 und 20 μπι auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das
vorliegende Verfahren nicht auf die Aufbringung genau zweier wellenlängenkonvertierenden Schichten beschränkt ist.
Vielmehr können gemäß dem vorliegenden Verfahren weitere wellenlängenkonvertierende Schicht mit den hier beschriebenen Methoden auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist die
wellenlängenkonvertierende Schicht mit dem
Wellenlängenkonversionsstoff, der Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs in einen langwelligeren
Wellenlängenbereich umwandelt als der andere
Wellenlängenkonversionsstoff, näher am Halbleiterkörper angeordnet, als die andere Wellenlängen konvertierende
Schicht. Auf diese Art und Weise kann vorteilhafterweise vermieden werden, dass bereits konvertierte Strahlung durch eine nachfolgende wellenlängenkonvertierende Schicht
absorbiert und die Strahlungsausbeute so verringert wird.
Weiterhin entsteht insbesondere bei der Konversion in
langwellige Strahlung aufgrund der großen Stokesshift ein vergleichsweise großer Wärmebetrag, der durch eine Anordnung in der Nähe des Halbleiterkörpers effizient von dem Wellenlängenkonversionsstoff abgeleitet werden kann, da der Halbleiterkörper als Wärmesenke dient.
Gemäß einer Aus führungs form des Halbleiterchips weisen
Partikel des zweiten Wellenlängenkonversionsstoffes eine Partikeldichte zwischen 10 Vol% und 55 Vol% auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Eine wellenlängenkonvertierende Schicht, bei dem die Partikel des
Wellenlängenkonversionsstoffes eine Partikeldichte zwischen 10 Vol% und 55 Vol% aufweisen, können insbesondere durch Spritzgießen oder Drucken erzeugt werden.
Gemäß einer Aus führungs form des Halbleiterchips sind die Seitenflächen des Halbleiterkörpers vollständig mit der ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht bedeckt. Eine solche wellenlängenkonvertierende Schicht kann insbesondere mit Elektrophorese erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Halbleiterchips sind die Seitenflächen der wellenlängenkonvertierenden Schicht, die näher am Halbleiterkörper angeordnet ist, vollständig von der anderen wellenlängenkonvertierenden Schicht bedeckt. Eine solche wellenlängenkonvertierende Schicht kann ebenfalls insbesondere mittels Elektrophorese erzeugt werden.
Die Bedeckung der Seitenflächen der einen
wellenlängenkonvertierenden Schicht und/oder der
Seitenflächen des Halbleiterkörpers tragen vorteilhafterweise dazu bei, eine Effizienzschwächung eines
strahlungsemittierenden Bauteils mit dem Halbleiterchip durch seitlich aus dem Halbleiterkörper und/oder der
wellenlängenkonvertierenden Schicht austretenden primären Strahlung des ersten Wellenlängenbereiches zu verringern. Weiterhin können auf diese Art und Weise Farbinhomogenitäten in der Abstrahlcharakteristik, wie beispielsweise Ringe oder Streifen, verringert werden sowie ggf. die Gehäusealterung reduziert werden, falls der Halbleiterchip in einem Gehäuse verbaut ist.
Gemäß einer Aus führungs form des Verfahrens wird der
Halbleiterkörper auf einem Träger oder in der Ausnehmung eines Bauelementgehäuses aufgebracht und die Oberfläche des Trägers oder zumindest des Bodens der Ausnehmung vollständig mit der ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht bedeckt. Dies ist in der Regel der Fall, wenn die
wellenlängenkonvertierende Schicht mittels Sedimentation oder Elektrophorese hergestellt wird.
Bevorzugt konvertieren der erste und/oder der zweite
Wellenlängenkonversionsstoff die Strahlung des
Halbleiterkörpers nur teilweise. Besonders bevorzugt mischt sich die unkonvertierte Strahlung des Halbleiterkörpers mit der konvertierten Strahlung der Wellenlängenkonversionsstoffe derart, dass der Halbleiterchip mischfarbige Strahlung mit einem Farbort im weißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aussendet . Besonders bevorzugt emittiert der Halbleiterkörper Strahlung aus dem blauen Spektralbereich. Das heißt, der erste
Wellenlängenbereich umfasst insbesondere blaue Strahlung.
Ein Halbleiterkörper, der blaue Strahlung emittierte, basiert in der Regel auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialien sind
Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten und aus dem System InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1 stammen.
Gemäß einer Aus führungs form des Halbleiterchips sendet der Halbleiterkörper blaue Strahlung aus, die durch einen der Wellenlängenkonversionsstoffe in Strahlung aus dem roten Spektralbereich umgewandelt wird. Besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um den zweiten Wellenlängenkonversionsstoff . Die zweite wellenlängenkonvertierenden Schicht mit dem zweiten Wellenlängenkonversionsstoff ist hierbei besonders bevorzugt direkt auf die Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterkörpers aufgebracht, Bei dieser Aus führungs form wandelt der andere Wellenlängenkonversionsstoff bevorzugt einen weiteren Teil der blauen Strahlung des
Halbleiterkörpers in Strahlung aus dem grünen Spektralbereich um.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form des
Halbleiterchips sendet der Halbleiterkörper blaue Strahlung aus, die von dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff der ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht bevorzugt in
Strahlung des gelben Spektralbereichs umgewandelt wird.
Bevorzugt mischt sich hierbei das blaue Licht des
Halbleiterkörpers mit dem konvertierten Licht derart, das der Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung mit einem Farbort im warmweißen Bereich der CIE-Normfarbtafel aussendet.
Bei dieser Aus führungs form ist es auch möglich, dass der zweite Wellenlängenkonversionsstoff einen weiteren Teil der blauen Strahlung ebenfalls in Strahlung aus dem gelben
Spektralbereich umwandelt. Alternativ ist es auch möglich, dass der zweite Wellenlängenkonversionsstoff einen weiteren Teil der blauen Strahlung in Strahlung aus dem roten oder grünen Spektralbereich umwandelt.
Weiterhin kann auch ein dritter Wellenlängenkonversionsstoff verwendet sein.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Halbleiterchips sendet der Halbleiterkörper blaue Strahlung aus, die von dem ersten Wellenlängenkonversionsstoff in Strahlung aus dem grünen Spektralbereich umgewandelt wird. Bevorzugt mischt sich das unkonvertierte blaue Licht des Halbleiterkörpers derart mit dem konvertierten Licht, dass der Halbleiterchip weißes Licht aussendet. Solche Strahlungsemittierende
Halbleiterchips sind insbesondere zur Hinterleuchtung von Displays geeignet.
Weiterhin ist es auch möglich, dass der Halbleiterkörper ultraviolette Strahlung aussendet, die von dem ersten und/oder zweiten Wellenlängenkonversionsstoff nahezu
vollständig in sichtbares Licht umgewandelt wird.
Gemäß einer Aus führungs form des Halbleiterchips ist der Wellenlängenkonversionsstoff, der die Strahlung des
Halbleiterkörpers stärker streut als der andere
Wellenlängenkonversionsstoff näher an dem Halbleiterkörper angeordnet. Besonders bevorzugt ist die
wellenlängenkonvertierende Schicht mit dem
Wellenlängenkonversionsstoff, der die Strahlung des
Halbleiterkörpers stärker streut als der andere
Wellenlängenkonversionsstoff in direktem Kontakt auf die
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht. Dies kann Effizienzvorteile für ein Bauteil mit dem
Halbleiterchip bringen, da die Reflektivität des Halbleiterkörpers in der Regel besser ist als die des
Bauelementgehäuses oder des Trägers.
Ein Halbleiterchip, der gemäß dem vorliegenden Verfahren gefertigt wurde und daher eine wellenlängenkonvertierende Schicht aufweist, die elektrophoretisch oder mittels
Sedimentation erzeugt wurde, und eine weitere
wellenlängenkonvertierende Schicht mit einem weiteren
Wellenlängenkonversionsstoff umfasst, sendet in der Regel vorteilhafterweise Strahlung mit einem vergleichsweise homogenen Farbort in Abhängigkeit des Raumwinkels aus.
Merkmale, die in Bezug auf das Herstellungsverfahren
beschrieben wurden, können ebenso Anwendung bei dem
Halbleiterchip finden und umgekehrt.
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die Figuren 1A bis IC zeigen schematische
Schnittdarstellungen eines Strahlungsemittierenden
Halbleiterchips während verschiedener Verfahrensstadien gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Figuren 2A und 2B zeigen jeweils eine schematische
Schnittdarstellung eines Strahlungsemittierenden
Halbleiterchips gemäß zweier weiterer Ausführungsbeispiele.
Figuren 3A bis 3D zeigen schematische Schnittdarstellungen eines Strahlungsemittierenden Bauelements während
verschiedener Verfahrensstadien gemäß einem
Ausführungsbeispiel . Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Strahlungsemittierenden Halbleiterchips gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel .
Die Figuren 5A bis 5B zeigen schematische Schnittdarstellung eines Strahlungsemittierenden Halbleiterchipss bei
verschiedenen Verfahrensstadien gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel .
Die Figuren 6 bis 9 zeigen schematische Schnittdarstellungen strahlungsemittierender Halbleiterchips gemäß weiterer
Ausführungsbeispiele . Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1A bis IC wird in einem ersten Verfahrensschritt ein
Halbleiterkörper 1 bereitgestellt, der dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche 2 auszusenden (Figur 1A) . Der Halbleiterkörper 1 weist eine aktive Strahlungserzeugende Zone 3 auf, die dazu vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Die aktive Zone 3 umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf oder besonders bevorzugt eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u.a. Quantentröge,
Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen .
Vorliegend erzeugt die aktive Zone 3 elektromagnetische
Strahlung aus dem blauen Spektralbereich.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine separat
hergestellte zweite wellenlängenkonvertierende Schicht 4 auf die Strahlungsaustrittsfläche 2 des Halbleiterkörpers 1 aufgebracht (Figur 1B) . Die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht 4 ist mit einer Fügeschicht 5, die vorliegend Silikon aufweist oder aus Silikon besteht, auf dem Halbleiterkörper 1 befestigt .
Die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht 4 weist einen zweiten Wellenlängenkonversionsstoff 6 auf, der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines dritten
Wellenlängenbereichs umwandelt, der von dem ersten
Wellenlängenbereich verschieden ist. Der zweite
Wellenlängenkonversionsstoff 6 ist in ein Vergussmaterial 7 eingebettet, bei dem es sich beispielsweise um Silikon, Epoxid oder ein Hybridmaterial handeln kann. Die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht 4 ist vorliegend mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird in direktem Kontakt auf die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht 4 eine erste wellenlängenkonvertierende Schicht 8 mittels eines Elektrophoreseverfahrens aufgebracht (Figur IC) . Die erste wellenlängenkonvertierende Schicht 8 weist einen ersten
Wellenlängenkonversionsstoff 9 auf, der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs umwandelt, der von dem ersten und dem dritten Wellenlängenbereich verschieden ist.
Da die erste wellenlängenkonvertierende Schicht 8 mittels eines Elektrophoreseverfahrens aufgebracht wird, bedeckt diese vorteilhafterweise neben einer Hauptfläche 10 der zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 auch die
Seitenflächen 11 der zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht sowie die Seitenflächen 12 des Halbleiterkörpers 1 vollständig. Auf diese Art und Weise kann die Effizienz eines Bauteils mit dem Halbleiterkörper 1 erhöht werden, da
Strahlung, die seitlich aus dem Halbleiterkörper 1 oder der zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 austritt, nicht verloren geht.
Vorliegend weist die zweite wellenlängenkonvertierende
Schicht 4 einen zweiten Wellenlängenkonversionsstoff 6 auf, der dazu geeignet ist, einen Teil der Strahlung aus dem blauen Spektralbereich, die von dem Halbleiterkörper 1 in dessen aktiver Zone 3 erzeugt wird, in Strahlung aus dem roten Spektralbereich umzuwandeln.
Der erste Wellenlängenkonversionsstoff 9 der ersten
wellenlängenkonvertierenden Schicht 8 ist weiterhin dazu geeignet, einen weiteren Teil der blauen Strahlung des
Halbleiterkörpers 1 in Strahlung aus dem gelben
Spektralbereich umzuwandeln. Die jeweils konvertierten
Strahlungsanteile der ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht 8 und der zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 mischen sich vorliegend mit der übrigen unkonvertierten blauen Strahlung zu warmweißer Mischstrahlung.
Anstelle eines spritzgegossenen Plättchens als zweite
wellenlängenkonvertierende Schicht 4, wie bei dem
Ausführungsbeispiel der Figur IC, kann beispielsweise auch ein Keramikplättchen verwendet sein, wie schematisch in Figur 2A dargestellt. Eine Keramik weist beispielsweise den Vorteil auf, dass sie besonders gut Wärme, die bei der
Wellenlängenkonversion entsteht nach außen ableiten kann.
Bei dem Halbleiterchip gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2B ist im Unterschied zu dem Halbleiterchip gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur IC die erste
wellenlängenkonvertierende Schicht 8 mittels Sedimentation auf der zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht 4
aufgebracht. Im Unterschied zu dem Halbleiterchip gemäß Figur IC sind die Seitenflächen 12 des Halbleiterkörpers 1 und die Seitenflächen 11 der zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 daher frei von der ersten
wellenlängenkonvertierenden Schicht 8. Weiterhin ist der Halbleiterchip in ein Vergussmaterial 7 eingebracht, aus dem die Partikel des ersten Wellenlängenkonversionsstoffs 9 sedimentiert sind.
Die Durchführung eines Sedimentationsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiels wird im Folgenden anhand der Figuren 3A bis 3D beschrieben. In einem ersten Schritt wird auf einen Halbleiterkörper 1 eine zweite wellenlängenkonvertierende Schicht 4 aufgedruckt (Figur 3A) . Als Druckverfahren eignet sich hierbei
beispielsweise Siebdruck. Es wird eine Vergussmaterial 7 gedruckt, in das Partikel des zweiten
Wellenlängenkonversionsstoffs 6 eingebracht sind.
In einem nächsten Schritt wird der Halbleiterkörper 1 mit der zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 auf einen Boden 13 einer Ausnehmung 14 eines Bauelementgehäuses 15 montiert (Figur 3B) .
In einem nächsten Schritt wird in die Ausnehmung 14 ein
Vergussmaterial 4 eingefüllt, in das Partikel eines ersten
Wellenlängenkonversionsstoffes 9 eingebracht sind (Figur 3C) . Nach einiger Zeit setzen sich die Partikel des ersten
Wellenlängenkonversionsstoffes 9 durch Sedimentation auf der Hauptfläche 10 der zweiten wellenlängenkonvertierenden
Schicht 4 sowie auf dem Boden 13 der Ausnehmung 14 ab. Die
Seitenflächen 12 des Halbleiterkörpers 1 bleiben hierbei frei von der ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht 8 (Figur 3D) . Weiterhin ist es auch möglich, dass der Halbleiterkörper alleine, ohne die Montage in ein Bauelementgehäuse, mittels Sedimentation mit einer wellenlängenkonvertierenden Schicht versehen wird. Hierzu kann vorteilhafterweise ein Träger mit einer temporären Hilfsausnehmung verwendet werden.
Im Unterschied zu dem Halbleiterchip gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 3D ist bei dem Halbleiterchip gemäß der Figur 4 die erste wellenlängenkonvertierende
Schicht 8 mittels eines Elektrophoreseverfahrens auf die gedruckte zweite wellenlängenkonvertierende Schicht
aufgebracht 4. Hierbei werden im Unterschied zu dem
Ausführungsbeispiel der Figur 3D auch die Seitenflächen 12 des Halbleiterkörpers 1 mit der ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht 8 bedeckt. Zur Durchführung des Elektrophoreseverfahrens kann der
Halbleiterkörper 1 auf einem Träger 16 aufgebracht sein. Auch die freie Oberfläche des Trägers 16 ist vollständig mit der ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht 8 bedeckt.
Bei dem Verfahren gemäß der Figuren 5A und 5B wird auf einen auf einem Träger 16 bereitgestellten Halbleiterkörper 1 eine erste wellenlängenkonvertierende Schicht 8 mittels
Elektrophorese auf die Strahlungsaustrittsfläche 2 des
Halbleiterkörpers 1 sowie dessen Seitenflächen 12 aufgebracht (Figur 5A) . Auch die freie Oberfläche eines Trägers 16 wird hierbei vollständig mit der ersten
wellenlängenkonvertierenden Schicht 8 bedeckt.
In einem weiteren Verfahrensschritt (Figur 5B) wird auf die erste wellenlängenkonvertierende Schicht 8 eine weitere separat hergestellte zweite wellenlängenkonvertierende
Schicht 4 aufgebracht (Figur 5B) . Die zweite
wellenlängenkonvertierende Schicht 4 ist beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens erzeugt worden. Alternativ kann es sich auch um ein keramisches Plättchen handeln. Die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht 4 wird mittels einer Fügeschicht 5 auf der ersten
wellenlängenkonvertierenden Schicht 4 befestigt.
Die erste wellenlängenkonvertierende Schicht 8 des
Halbleiterchips gemäß Figur 5B weist bevorzugt einen ersten Wellenlängenkonversionsstoff 9 auf, der blaue Strahlung des Halbleiterkörpers 1 in rote Strahlung umwandelt. Da die elektrophoretisch abgeschiedene erste
wellenlängenkonvertierende Schicht 8 in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper 1 angeordnet ist und eine vergleichsweise hohe Partikeldichte aufweist, kann auf diese Art und Weise, Wärme, die aufgrund der Stokesshift in der ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht 8 entsteht, leicht an den Halbleiterkörper abgegeben werden. Der zweite
Wellenlängenkonversionsstoff 6 wandelt bevorzugt blaue
Strahlung des Halbleiterkörpers 1 in gelbe Strahlung um.
Im Unterschied zu dem Halbleiterchip gemäß Figur 5B ist bei dem Halbleiterchip gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht 4 mittels Drucken erzeugt.
Im Unterschied zu dem Halbleiterchip gemäß Figur 5B ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 7 die erste
wellenlängenkonvertierende Schicht 8 mittels Sedimentation auf die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht 4
aufgebracht .
Figur 8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Halbleiterchips mit einem Halbleiterkörper 1 auf dessen
Strahlungsaustrittsfläche 2 eine erste
wellenlängenkonvertierende Schicht 8 mittels Sedimentation aufgebracht ist, auf die weiterhin in direktem Kontakt eine zweite wellenlängenkonvertierende Schicht 4 angeordnet ist, die mittels Drucken hergestellt ist.
Im Unterschied zu dem Halbleiterchip der Figur 8 ist bei dem Halbleiterchip der Figur 9 die zweite
wellenlängenkonvertierende Schicht 4 mittels Spritzguss in einem separaten Verfahrensschritt erzeugt und auf die erste wellenlängenkonvertierende Schicht 8, die mittels eines Sedimentationsverfahrens erzeugt wurde, aufgebracht. Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 10 2010 053 362.9, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. 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.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (1), der dazu
vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche (2) auszusenden,
- Aufbringen einer ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht (8) mit einem ersten Wellenlängenkonversionsstoff (9), der
Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, über der
Strahlungsaustrittsfläche (2) des Halbleiterkörpers (1), wobei das Aufbringungsverfahren aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Sedimentation, Elektrophorese, und
- Aufbringen einer zweiten wellenlängenkonvertierenden
Schicht (4) mit einem zweiten Wellenlängenkonversionsstoff (6), der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in
Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs umwandelt, über der Strahlungsaustrittsfläche (2) des Halbleiterkörpers (1), wobei die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht (4) entweder in einem separaten Verfahrensschritt hergestellt und nachfolgend aufgebracht wird oder das Aufbringungsverfahren aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Sedimentation,
Elektrophorese, Drucken.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem während des separaten Verfahrensschrittes zur Herstellung der zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht (4) eines der folgenden Verfahren durchgeführt wird: Spritzgießen, Sintern.
3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die erste wellenlängenkonvertierende Schicht (8) und die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht (4) eine gemeinsame
Grenzfläche ausbilden.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die erste wellenlängenkonvertierende Schicht (8) oder die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht (4) in direktem Kontakt auf die Strahlungsaustrittsfläche (2) des Halbleiterkörpers (1) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem der erste Wellenlängenkonversionsstoff (8) und/oder der zweite Wellenlängenkonversionsstoff (6) aus der folgenden Gruppe gewählt ist: mit Metallen der seltenen Erden dotierte
Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte
Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogalate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte
Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte
Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, WellenlängenkonversionsstoffSystem auf Basis von Oxiden, WellenlängenkonversionsstoffSystem auf Basis von Nitriden, WellenlängenkonversionsstoffSystem auf Basis von Sulfiden, WellenlängenkonversionsstoffSystem auf Basis von Seleniden, WellenlängenkonversionsstoffSystem auf Basis von Siliziumoxintriden .
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die wellenlängenkonvertierende Schicht (4, 8) mit dem
Wellenlängenkonversionsstoff (6, 9), der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in einen langwelligeren Wellenlängenbereich umwandelt als der andere
Wellenlängenkonversionsstoff (6, 9) näher am Halbleiterkörper (1) angeordnet ist, als die andere wellenlängenkonvertierende Schicht (4, 8) mit dem anderen Wellenlängenkonversionsstoff (6, 9) .
7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
Partikel des zweiten Wellenlängenkonversionsstoffs (6) oder Partikel des ersten Wellenlängenkonversionsstoffs (9) innerhalb der jeweiligen wellenlängenkonvertierenden Schicht (4, 8) eine Partikeldichte größer oder gleich 20 Vol% aufweist .
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
Partikel des zweiten Wellenlängenkonversionsstoffs (6) eine Partikeldichte zwischen 10 Vol% und 100 Vol% aufweist, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Partikel des ersten und/oder zweiten
Wellenlängenkonversionsstoffs (6, 9) einen Durchmesser zwischen 2 μπι und 20 μπι auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind .
10. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
Seitenflächen (12) des Halbleiterkörpers (1) vollständig mit der ersten wellenlängenkonvertierenden Schicht (8) bedeckt werden .
11. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
Seitenflächen (11) der wellenlängenkonvertierenden Schicht (4, 8), die näher am Halbleiterkörper (1) angeordnet ist, vollständig von der anderen wellenlängenkonvertierenden
Schicht (4, 8) bedeckt werden.
12. Strahlungsemittierender Halbleiterchip, der mit einem Verfahren nach einem der obigen Ansprüche hergestellt ist.
13. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach dem
vorherigen Anspruch, bei dem die zweite
wellenlängenkonvertierende Schicht (4) in direktem Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche (2) des Halbleiterkörpers (1) angeordnet ist und die erste wellenlängenkonvertierende Schicht (8) in direktem Kontakt auf die zweite
wellenlängenkonvertierende Schicht (4) aufgebracht ist, wobei die erste wellenlängenkonvertierende Schicht (8) eine
Hauptfläche (10) der zweiten wellenlängenkonvertierenden Schicht (4), Seitenflächen (11) der zweiten
wellenlängenkonvertierenden Schicht (4) und Seitenflächen (12) des Halbleiterkörpers (1) vollständig bedeckt.
14. Strahlungsemittierender Halbleiterchip nach Anspruch 12, bei dem die erste wellenlängenkonvertierende Schicht (8) in direktem Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche (2) und Seitenflächen (12) des Halbleiterkörpers (1) angeordnet ist und die zweite wellenlängenkonvertierende Schicht (4) in direktem Kontakt auf die erste wellenlängenkonvertierende Schicht (8) aufgebracht ist.
15. Strahlungsemittierendes Bauelement, bei dem ein
Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 12 bis 14 auf einem Träger (16) oder in der Ausnehmung (14) eines
Bauelementgehäuses (15) angeordnet ist.
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