EP4670211A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements

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Publication number
EP4670211A1
EP4670211A1 EP24704730.1A EP24704730A EP4670211A1 EP 4670211 A1 EP4670211 A1 EP 4670211A1 EP 24704730 A EP24704730 A EP 24704730A EP 4670211 A1 EP4670211 A1 EP 4670211A1
Authority
EP
European Patent Office
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optical element
intermediate layer
wavelength range
radiation
semiconductor chip
Prior art date
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Pending
Application number
EP24704730.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Reith
Gunnar Petersen
Daniel Richter
Roland Hüttinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Ams Osram International GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ams Osram International GmbH filed Critical Ams Osram International GmbH
Publication of EP4670211A1 publication Critical patent/EP4670211A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/84—Coatings, e.g. passivation layers or antireflective coatings

Definitions

  • An optoelectronic component is specified.
  • a method for producing an optoelectronic component is specified.
  • One of the problems to be solved is to provide an optoelectronic component that is characterized by high light extraction and long service life. Another problem to be solved is to provide a method for producing such a component.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip comprises, for example, a semiconductor layer sequence with an active zone.
  • the active zone serves to generate or absorb electromagnetic radiation.
  • the active zone is for example with a II IV
  • electromagnetic radiation in the blue or green or red spectral range or in the UV range or in the IR range is generated in the active zone during normal operation.
  • radiation in the UV range is generated in the active zone during normal operation, in particular in the so-called UVC range of the electromagnetic spectrum.
  • the radiation generated in the active zone during operation is radiation in the first wavelength range.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip further comprises, for example, a chip substrate.
  • the semiconductor layer sequence is arranged on a main side of the chip substrate.
  • the chip substrate is, for example, a growth substrate of the semiconductor layer sequence.
  • the chip substrate preferably comprises sapphire or is formed from it.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is preferably a volume emitter, in particular a sapphire chip.
  • Contact points for contacting and energizing the semiconductor layer sequence are arranged on a side of the semiconductor layer sequence facing away from the chip substrate.
  • the optoelectronic semiconductor chip is preferably a flip chip.
  • the optoelectronic semiconductor chip is in particular a light-emitting diode, or LED for short.
  • the optoelectronic semiconductor chip is a laser diode, such as a card emitter or a surface emitting semiconductor laser diode, also known as VCSEL for short.
  • the optoelectronic component comprises at least one optical element.
  • the at least one optical element is designed, for example, to shape the beam of radiation from the first wavelength range.
  • the at least one optical element is, for example, a lens, a prism or a meta-lens structure.
  • the optical element can direct radiation emitted by the at least one semiconductor chip, for example in a main emission direction.
  • the main emission direction is preferably perpendicular to a main extension direction of the semiconductor layer sequence or the active zone and is a direction in which the radiation from the first wavelength range emitted by the optoelectronic component during operation has its intensity maximum.
  • the intermediate layer is arranged on a main emission surface of the at least one optoelectronic semiconductor chip.
  • a large part, for example at least 50% or at least 75%, of the radiation generated in the active zone is emitted via the main emission surface.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is, for example, a sapphire chip
  • the main emission surface is in particular a surface of the chip substrate that is opposite the semiconductor layer sequence.
  • the optoelectronic semiconductor chip is, for example, a laser diode
  • the main emission surface is preferably a facet of the laser diode.
  • the at least one optical element is formed with a material that is permeable to radiation from a second wavelength range.
  • the material of the optical element comprises a glass.
  • the optical element it is possible for the optical element to be formed with sapphire and/or quartz. If a material or an element is referred to here and below as "permeable" to a certain radiation, it has in particular a transmittance of at least 80% or at least 90% or at least 95% with respect to this radiation.
  • the intermediate layer comprises a material that is permeable to radiation from the first wavelength range and absorbent for radiation from the second wavelength range. If a material or an element is referred to here and below as "absorbent" for a certain radiation, it has in particular a reflectance of at least 80% or at least 90% or at least 95% with respect to this radiation.
  • the intermediate layer comprises, for example, a glass.
  • the intermediate layer is, for example, adapted so that it has a high transmission at a wavelength of 275 nm and is absorbent at a shorter wavelength.
  • the material of the intermediate layer is in particular adapted so that it is insensitive to radiation from the first wavelength range. This means that the intermediate layer is not decomposed or damaged by radiation from the first wavelength range.
  • the semiconductor chip is a sapphire chip that emits radiation in the UVC range during operation, i.e. the first wavelength range is the UVC range
  • the intermediate layer is preferably UV-stable.
  • the intermediate layer is free of organic material.
  • the intermediate layer consists entirely of inorganic materials.
  • the material of the intermediate layer is, for example, adapted so that the intermediate layer can be heated by radiation from the second wavelength range.
  • the first wavelength range has different wavelengths than the second wavelength range.
  • the first wavelength range and second wavelength range are each contiguous ranges that do not overlap. This means in particular that every wavelength that is in the first wavelength range is not contained in the second wavelength range and vice versa.
  • the optoelectronic component has at least one optoelectronic semiconductor chip, at least one optical element and an intermediate layer between the at least one optoelectronic semiconductor chip and the at least one optical element.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is designed to emit radiation in a first wavelength range.
  • the at least one optical element is formed with a material that is permeable to radiation in a second wavelength range.
  • the intermediate layer comprises a material that is permeable to radiation from the first wavelength range and absorbent for radiation from the second wavelength range.
  • the first wavelength range comprises a different wavelength than the second wavelength range.
  • the present optoelectronic component is based on the following technical considerations.
  • a fluoropolymer lens is usually applied directly to the semiconductor chip by means of casting or modeling. It is difficult to select process conditions such that neither the semiconductor chip nor other materials are damaged, but sufficient component stability is still ensured.
  • the main problems here are delamination and reduced material life. One of the reasons for this is the high temperatures when curing the fluoropolymer lens, which can also damage the semiconductor chip.
  • the present optoelectronic component makes use of the idea of attaching an optical element to an optoelectronic semiconductor chip by means of an intermediate layer.
  • an intermediate layer By using the intermediate layer, an air gap between the optical element and the optoelectronic semiconductor chip can be avoided. This increases the optical coupling.
  • beam shaping in the forward direction By attaching the lens to a front side of the semiconductor chip, beam shaping in the forward direction can be achieved. This advantageously significantly improves the light extraction of the optoelectronic component.
  • total reflection for example due to a material transition in air, can be reduced when coupling radiation out of the optoelectronic component.
  • the service life of the optoelectronic component can also be advantageously increased.
  • the at least one optical element is designed for beam shaping of radiation from the first wavelength range and/or the second wavelength range.
  • the at least one optical element is, for example, a lens, in particular a converging lens. Radiation from the first wavelength range, which is emitted by the optoelectronic semiconductor chip during normal operation, is directed in the main emission direction, for example by means of the optical element.
  • the optical element acts as a lens for radiation in the second wavelength range, which is directed onto the intermediate layer, for example, during the manufacture of the optoelectronic component. The optical element focuses this radiation onto the intermediate layer, for example.
  • the at least one optical element can be a prism.
  • the prism can be used, for example, to influence a main emission direction of the optoelectronic component. This can be particularly advantageous in a case in which the at least one optoelectronic semiconductor chip is a laser diode.
  • the at least one optical element and the at least one optoelectronic semiconductor chip are materially connected to one another by means of the intermediate layer.
  • the intermediate layer preferably borders directly on the at least one optoelectronic semiconductor chip and the at least one optical element. This advantageously makes it possible to avoid a material transition to a low-refractive material between the at least one optoelectronic semiconductor chip and the at least one optical element, thereby increasing light extraction from the optoelectronic component.
  • the first wavelength range is in the UV range of the electromagnetic spectrum and comprises wavelengths greater than or equal to 200 nm.
  • the first wavelength range comprises wavelengths up to and including 380 nm or 300 nm or 280 nm.
  • the optoelectronic component emits radiation with a peak wavelength of 230 nm.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is therefore in particular a UV chip, for example a UV sapphire chip.
  • the second wavelength range comprises wavelengths between 180 nm and 230 nm inclusive or between 150 nm and 200 nm inclusive.
  • the second wavelength range is in particular in the UVC range of the electromagnetic spectrum.
  • the second wavelength range preferably comprises shorter wavelengths than the first wavelength range.
  • the second wavelength range comprises wavelengths that are larger than wavelengths from the first wavelength range.
  • the second wavelength range comprises wavelengths from the IR region of the electromagnetic spectrum.
  • the at least one optical element has a higher melting point than the intermediate layer.
  • the melting point of the at least one optical element is twice or 1.5 times or 1.3 times as high as the melting point of the intermediate layer.
  • the intermediate layer between the at least one optoelectronic semiconductor chip and the at least one optical element can be at least partially melted by heating, without the at least one optical element being impaired.
  • the melting point of the intermediate layer is, for example, between 700 °C and 800 °C inclusive.
  • the melting point of the optical element is, for example, more than 1500 °C.
  • the intermediate layer comprises a matrix material in which filler particles are introduced.
  • the filler particles are in particular formed with a material that is permeable or reflective for radiation from the first wavelength range and absorbent for radiation from the second wavelength range.
  • the matrix material is preferably transparent to radiation from the first and second wavelength ranges.
  • the matrix material is, for example, a fluoropolymer.
  • the filler particles are, for example, silica particles, also known as fused silica.
  • the at least one optical element is a sapphire lens.
  • a sapphire lens is particularly advantageous as the at least one optical element, since the at least one optical element is adapted to the chip substrate of the semiconductor chip, for example with regard to thermal expansion coefficients and/or refractive index.
  • the thermal expansion coefficients of the at least one optical element, the at least one optoelectronic semiconductor chip and the intermediate layer differ from one another by at most 0.5 ppm/K. If the at least one optoelectronic semiconductor chip is, for example, a sapphire chip and the at least one optical element is a sapphire lens, they have the same thermal expansion coefficient. In this case, the thermal expansion coefficients of the at least one optoelectronic semiconductor chip and the at least one optical element are, for example, 7.9 ppm/K.
  • the intermediate layer is then adapted in such a way that a thermal expansion coefficient of the intermediate layer differs by at most 0.5 ppm / K from the thermal expansion coefficient of the at least one optoelectronic semiconductor chip and the at least one optical element.
  • the thermal expansion coefficient of the intermediate layer is 7.7 ppm/K.
  • Thermal stress in the optoelectronic component can be reduced by the adapted thermal expansion coefficients of the at least one optoelectronic semiconductor chip, the at least one optical element and the intermediate layer.
  • the optoelectronic component has a plurality of optoelectronic semiconductor chips in a chip array. Furthermore, the optoelectronic component has a plurality of optical elements in a lens array. The chip array and the lens array are positively connected to one another by means of the intermediate layer.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is arranged on a carrier substrate.
  • a connecting layer is arranged between the carrier substrate and the at least one optoelectronic semiconductor chip.
  • the carrier substrate is formed, for example, with a ceramic.
  • the connecting layer is preferably a solder layer that connects the at least one optoelectronic semiconductor chip to the carrier substrate in an electrically conductive manner.
  • the connecting layer comprises, for example, gold and/or tin.
  • the connecting layer can be formed with AuSn.
  • the carrier substrate preferably has connection points via which the at least one optoelectronic semiconductor chip can be contacted and supplied with current.
  • the carrier substrate comprises, for example, a metallization.
  • the connection points are electrically conductively connected to the metallization via vias through the carrier substrate. It is possible for the connection points, the vias and the metallization to be formed in one piece and each to comprise at least one metal such as copper.
  • the optoelectronic component comprises a frame on the carrier substrate.
  • the frame surrounds the at least one optoelectronic semiconductor chip in lateral directions.
  • the frame is formed, for example, with a polymer and/or epoxy or alternatively comprises silicon. Lateral directions are, for example, directions that are perpendicular to the main radiation direction.
  • the frame is preferably provided with a reflective coating on surfaces facing the optoelectronic semiconductor chip.
  • the surfaces facing the at least one optoelectronic semiconductor chip are preferably inclined. This means that these surfaces have an acute angle with respect to the main extension plane of the active zone.
  • the reflective coating is designed to reflect radiation in the first wavelength range and preferably comprises at least one metal, for example aluminum. Radiation can advantageously be reflected by means of the frame and the reflective coating. which is emitted laterally from the semiconductor chip during normal operation, in the main radiation direction.
  • a method for producing an optoelectronic component is specified.
  • the method can be used in particular to produce an optoelectronic component as described here. This means that all features disclosed for the method are also disclosed for the component and vice versa.
  • At least one optical element is provided in a step A).
  • An intermediate layer is applied to a main surface of the at least one optical element in a step B).
  • the intermediate layer is applied, for example, by dispensing.
  • a material for the intermediate layer can be applied, for example, as a platelet, powder or paste and then melted. It is also possible for the material for the intermediate layer to be applied by sputtering, vapor deposition, coating or spraying.
  • At least one optoelectronic semiconductor chip is attached to a side of the intermediate layer facing away from the at least one optical element.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is attached to a side of the intermediate layer facing away from the at least one optical element.
  • the at least one optical element with the intermediate layer is placed on the at least one optoelectronic semiconductor chip.
  • an adhesion promoter such as glycerine can be used to prevent the at least one Semiconductor chips in relation to the at least one optical element.
  • the adhesion promoter is preferably removed again. For example, the adhesion promoter is evaporated.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is connected to the at least one optical element by irradiating the intermediate layer with radiation from a second wavelength range.
  • the at least one optical element is preferably formed from a material that is permeable to radiation from the second wavelength range. Radiation from the second wavelength range is absorbed in the intermediate layer, so that the intermediate layer is heated at least in places to a temperature above a melting temperature of the intermediate layer.
  • the intermediate layer advantageously acts like a solder, for example a glass solder.
  • the intermediate layer comprises a material that is absorbent for radiation from the second wavelength range and permeable for radiation from a first wavelength range. Radiation of the first wavelength range is emitted, for example, by the at least one optoelectronic semiconductor chip during normal operation.
  • heat is only introduced locally at the intermediate layer during the process, whereby the thermal load during the process remains relatively low.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is only slightly heated. Due to the low thermal load, the overall service life of the optoelectronic component can be increased and a The risk of premature damage to at least one semiconductor chip during manufacture of the component can be reduced. This increases the service life of the optoelectronic component.
  • the intermediate layer is irradiated with radiation from the second wavelength range through the optical element.
  • the at least one optical element is designed, for example, to shape the beam of radiation from the second wavelength range.
  • step D) laser radiation with a wavelength between 100 nm and 250 nm inclusive is used, preferably between 120 nm and 230 nm inclusive.
  • a light source for such laser radiation is, for example, an Fg laser, an Xeg laser, a KrCl laser, a KrF laser or preferably an ArF laser. It is possible for the light source to be operated in a pulsed manner.
  • the at least one optical element has a lateral extension, as viewed on the main surface, which is greater than a beam width of the laser radiation.
  • the beam width of the laser radiation is measured, for example, perpendicular to a propagation direction of the laser radiation.
  • the Lateral extent is, for example, the maximum extent of the at least one optical element in the lateral direction.
  • the lateral extent of the at least one optical element is, for example, between 1000 pm and 6000 pm inclusive, for example approximately 2500 pm or approximately 5000 pm.
  • the at least one optical element has a lateral extent that is at least as large as a lateral extent of the main emission surface of the at least one optoelectronic semiconductor chip.
  • the at least one optical element is completely covered by the at least one optical element.
  • a beam width of the laser radiation is, for example, approximately 1740 pm.
  • the at least one optical element is designed to shape the beam of the laser radiation.
  • the laser radiation can be focused onto the intermediate layer by the at least one optical element. This makes it possible to reduce thermal stress on the at least one optoelectronic semiconductor chip and the at least one optical element.
  • the intermediate layer is homogeneously irradiated with the laser radiation.
  • the laser radiation in the region of the intermediate layer has a width that is equal to or greater than a lateral extent of the intermediate layer.
  • the lateral extent of the intermediate layer is measured perpendicular to the direction of propagation of the laser radiation.
  • the intermediate layer can thus be heated with a single irradiation process and a connection of the at least one optical element to the at least one optoelectronic semiconductor chip is efficiently possible.
  • the laser radiation in the region of the intermediate layer can have a beam width that is smaller than the lateral extent of the intermediate layer. In this case, the intermediate layer can be irradiated with the laser radiation in a raster pattern.
  • the at least one optical element is heated above a melting temperature of the intermediate layer, so that a material of the intermediate layer is evenly distributed over the main surface.
  • the at least one optical element is heated, for example, to at least 700 ° C or at least 800 ° C and at most 900 ° C or at most 1000 ° C.
  • the at least one optical element is heated by means of a heating plate.
  • the at least one optical element is provided on the heating plate.
  • the at least one optical element has a higher melting temperature than the intermediate layer. This prevents partial melting of the optical element.
  • the at least one optoelectronic semiconductor chip is applied to a carrier substrate before step C).
  • a connecting layer between the carrier substrate and the at least one optoelectronic semiconductor chip is heated to a maximum of 250 °C.
  • the connecting layer is, for example, a solder layer.
  • the connecting layer comprises, for example, gold and/or tin or is formed with AuSn.
  • a plurality of optical elements are provided in a lens array.
  • the intermediate layer is applied to the lens array.
  • the lens array is connected to a chip array that comprises a plurality of optoelectronic semiconductor chips, so that each optoelectronic semiconductor chip is assigned at least one optical element. It is possible for each optoelectronic semiconductor chip to be assigned exactly one optical element.
  • a composite of the lens array and the chip array is separated into a plurality of optical components.
  • Figures 1, 2 and 4 show embodiments of the optoelectronic component in sectional view
  • Figure 3 shows a detailed view of the intermediate layer according to a
  • Figures 5 to 11 show various process stages of a process for producing an optoelectronic component according to two embodiments in sectional view
  • Figures 12, 13, 15 and 17 are graphical representations of material properties of a material for an intermediate layer according to an embodiment
  • Figure 16 is a graphical representation of material properties of a material for an optical element.
  • the optoelectronic component 1 of Figure 1 has an optoelectronic semiconductor chip 2 and an optical element 3.
  • An intermediate layer 4 is arranged between the semiconductor chip 2 and the optical element 3.
  • the semiconductor layer sequence 22 comprises an active zone (not shown). In the active zone, electromagnetic radiation is generated during normal operation. During normal operation, this electromagnetic radiation is emitted by the optoelectronic semiconductor chip 2 and thus by the optoelectronic component 1. Radiation is radiation from a first wavelength range 5 .
  • the radiation of the first wavelength range 5 is electromagnetic radiation from the UV range, in particular the UVC range of the electromagnetic spectrum.
  • the optoelectronic component 1 emits radiation with a peak wavelength of 275 nm during normal operation.
  • the peak wavelength is the wavelength at which an emission spectrum of the optoelectronic component 1 has its greatest intensity.
  • the optoelectronic semiconductor chip 2 further comprises a chip substrate 21.
  • the semiconductor layer sequence 22 is applied to the chip substrate 21.
  • the chip substrate 21 is a sapphire substrate.
  • the semiconductor chip 2 is thus a sapphire chip, in particular a volume emitter.
  • Contact points 23 for electrically contacting the semiconductor layer sequence 22 are arranged on a side of the semiconductor layer sequence 22 facing away from the chip substrate 21.
  • the semiconductor layer sequence 22 can be supplied with current via the contact points 23 during normal operation.
  • the optoelectronic semiconductor chip 2 is thus a flip chip.
  • the intermediate layer 4 is arranged on a side of the chip substrate 21 facing away from the semiconductor layer sequence 22.
  • the intermediate layer 4 comprises a matrix material 41 in which filler particles 42 are embedded.
  • the Matrix material 41 is formed with a fluoropolymer.
  • the filler particles 42 are presently silica particles (see Figure 3).
  • the intermediate layer 4 is permeable to radiation from the first wavelength range 5.
  • the intermediate layer 4 is designed to absorb radiation from a second wavelength range 6, which includes a different wavelength than the first wavelength range 5.
  • the second wavelength range 6 includes, for example, shorter wavelengths than the first wavelength range 5.
  • the second wavelength range 6 includes UV radiation with a wavelength of less than 230 nm.
  • it is also possible for the second wavelength range to have longer wavelengths than the first wavelength range 5.
  • the second wavelength range 6 can include radiation in the IR range.
  • the optical element 3 By irradiating the intermediate layer 4 with radiation of the second wavelength range 6, the optical element 3 can be attached to the semiconductor chip 2.
  • the intermediate layer 4 is heated by absorbing the radiation of the second wavelength range 6, so that a positive connection is created between the semiconductor chip 2 and the optical element 3 (see also Figure 9).
  • the intermediate layer 4 has a thickness of between 1 pm and 5 pm inclusive.
  • the thickness of the intermediate layer 4 is selected such that a roughness of a side of the semiconductor chip 2 and/or the optical element 3 facing the intermediate layer 4 is compensated.
  • the optical element 3 is designed to form a beam of radiation from the first wavelength range 5.
  • the optical element 3 can be used to direct radiation in the direction of a main emission direction 10.
  • the main emission direction 10 is preferably perpendicular to a main extension direction of the semiconductor layer sequence 22. It is also possible for the optical element 3 to be designed to form a beam of radiation from the second wavelength range 6 (see Figure 11).
  • the optical element 3 is a lens.
  • the optical element 3 is formed with sapphire. By using sapphire for the optical element 3 and the chip substrate 21, thermal stresses in the optical component 1 can be reduced.
  • the optical element 3 is designed to be permeable to radiation of the first and second wavelength range 5, 6.
  • the optical element 3 preferably has a maximum lateral extent of 5000 pm. The lateral extent is measured in a direction parallel to a main extension plane of the semiconductor layer sequence 22.
  • FIG. 2 shows an optoelectronic component 1 according to a second embodiment.
  • the optoelectronic component 1 of Figure 2 differs from the optoelectronic component 1 of Figure 1 in that the optoelectronic component 1 of Figure 1 is applied to a carrier substrate 7.
  • the carrier substrate 7 comprises connection points 71 on a side facing the semiconductor chip 2 and a metallization 73 on a side opposite the connection points 71.
  • the connection points 71 are connected in an electrically conductive manner to the carrier substrate 7 via vias 72 via metallizations 73.
  • the carrier substrate 7 is formed from a ceramic.
  • the connection points 71, the vias 72 and the metallization 73 each comprise at least one metal, for example copper.
  • the optoelectronic component 1 can be externally contacted and supplied with current via the metallization 73.
  • the connection points, the vias and the metallization 73 can be manufactured in one piece.
  • the contact points 23, via which the semiconductor layer sequence 22 can be supplied with current during normal operation, are electrically conductively connected to the connection points 71 by means of a connecting layer 8.
  • the connecting layer 8 is a solder layer which in particular comprises AuSn.
  • the optoelectronic component 1 of Figure 2 further comprises a frame 9.
  • the frame is applied to a main side of the carrier substrate 7 and surrounds the semiconductor chip 2 and the optical element 3 in lateral directions. Lateral directions are directions perpendicular to the main emission direction 10.
  • the frame 9 is formed, for example, with a polymer.
  • the frame is an epoxy encapsulation.
  • the frame 9 is a silicon frame glued to the carrier substrate 7.
  • the frame is provided with a coating 91 on the surfaces facing the semiconductor chip 2. These surfaces are inclined and have an acute angle with respect to a main extension direction of the semiconductor layer sequence 22.
  • the coating 91 is designed for radiation from the first Wavelength range 5 is designed to be reflective.
  • the coating 91 preferably comprises a metal such as aluminum.
  • the frame 9 with the reflective coating 91 allows the radiation from the first wavelength range 5, which is emitted by the optoelectronic component 1 during normal operation, to be directed in the main radiation direction 10.
  • the optoelectronic component 1 does not have a frame 9.
  • the optoelectronic semiconductor chip 2 is applied to the carrier substrate 7 without a frame 9 surrounding it.
  • beam shaping and/or directing of the radiation in the main emission direction 10 takes place predominantly or completely through the optical element 3.
  • this embodiment corresponds to the embodiment of Figure 2.
  • the optoelectronic component 1 of Figure 4 differs from the optoelectronic component of Figure 1 in that the intermediate layer is formed with a glass.
  • the glass is transparent for radiation from the first wavelength range 5 and is designed to absorb radiation from the second wavelength range 6.
  • the intermediate layer 4 according to Figure 4 has the same function and properties as the intermediate layer 4 according to Figures 1 and 2.
  • the intermediate layer 4 is formed with such a glass that a thermal expansion coefficient of the Intermediate layer 4 differs from the thermal expansion coefficients of the chip substrate 21 and the optical element 3 by less than 0.5 ppm/K.
  • the thermal expansion coefficient of the chip substrate 21 and the optical element 3 is, for example, 7.9 ppm/K if the material of the chip substrate 21 and the optical element 3 is sapphire.
  • a glass having a thermal expansion coefficient of 7.7 ppm/K is used for the intermediate layer 4.
  • the adapted thermal expansion coefficient of the intermediate layer 4 enables thermal stresses in the optoelectronic component 1 to be reduced.
  • the optoelectronic component 1 of Figure 4 differs from the optoelectronic component 1 of Figure 1 in that the optoelectronic component of Figure 4 is applied to a carrier substrate 7.
  • the carrier substrate 7 has in particular the same features as the carrier substrate 7 of Figure 2.
  • an optical element 3 is provided (Figure 5).
  • the optical element 3 has, for example, the same properties and features as the optical element 3 of Figure 1.
  • the optical element 3 is provided on a heating plate 101.
  • material of the intermediate layer 40 is applied to a main surface 31 of the optical element 3 ( Figure 6 ).
  • the material of the intermediate layer 40 is applied by means of dispensing. a dispenser 102 is used.
  • the material of the intermediate layer 40 can also be applied as a glass plate or as a paste or as a powder. It is also possible for the material of the intermediate layer 40 to be applied by means of sputtering, vapor deposition, coating or spraying.
  • the material of the intermediate layer 40 is evenly distributed on the main surface 31 of the optical element 3 and the intermediate layer 4 is formed ( Figure 7).
  • the optical element 3 is heated by means of the heating plate 101.
  • the optical element 3 is heated to a temperature that is above a melting temperature of the intermediate layer 4.
  • the optical element 3 is heated to 800°C.
  • the intermediate layer 4 preferably has the same features as the intermediate layer 4 of Figure 4.
  • the optical element 3 with the intermediate layer 4 is connected to a semiconductor chip 2.
  • the semiconductor chip 2 has, for example, the same features as the semiconductor chip 2 according to Figure 1.
  • the semiconductor chip 2 is, for example, provided on a carrier substrate 7.
  • the carrier substrate 7 preferably has the same features as the carrier substrate 7 of Figure 4.
  • the optical element 3 is placed opposite the semiconductor chip 2.
  • the optical element 3 is arranged over the semiconductor chip 2 by means of a transfer device 103 ( Figure 8).
  • an adhesion promoter (not shown), such as glycerin, can be used. used .
  • the adhesion promoter can be removed again .
  • the adhesion promoter is evaporated .
  • the intermediate layer 4 is then irradiated with radiation from the second wavelength range 6 ( Figure 9).
  • the radiation from the second wavelength range 6 is laser radiation 60.
  • the laser radiation 60 is emitted by a light source 62.
  • the intermediate layer 4 is irradiated through the optical element 3.
  • the light source 62 is, for example, an ArF laser that emits laser radiation 60 with a wavelength of 193.3 nm.
  • the laser radiation 60 has a beam width 62 of 1740 pm.
  • the optical element 3 has, for example, a lateral extent of 2500 pm. Both the beam width 62 and the lateral extent of the optical element 3 are measured perpendicular to the direction of propagation of the laser radiation 60.
  • the optical element 3 is designed to shape the beam of the laser radiation 60 ( Figure 10).
  • the laser radiation 60 is absorbed in the intermediate layer 4.
  • the intermediate layer 4 is heated above its melting temperature and melts.
  • the optoelectronic semiconductor chip 2 and the optical element 3 are positively connected to one another.
  • the optical element 3 focuses the laser radiation 60 in the intermediate layer 4 ( Figure 10 ).
  • Laser radiation 60 irradiates a region of the intermediate layer 4 which, in a plan view of the optoelectronic semiconductor chip 2, covers the semiconductor chip 2.
  • the intermediate layer 4 is homogeneously irradiated with the laser radiation 60 in a region in which it borders on the semiconductor chip 2.
  • the intermediate layer 4 can thus be irradiated in a single irradiation step and a positive connection between the semiconductor chip 2 and the optical element 3 can be achieved.
  • the method was carried out in such a way that it differs from the method of Figures 5 to 10 that a lens array 30 is provided, onto which the intermediate layer 4 is applied.
  • the lens array 30 comprises a plurality of optical elements 3.
  • a chip array 20 is then applied to the intermediate layer 4 on a side facing away from the lens array 30.
  • the chip array 20 comprises a plurality of optoelectronic semiconductor chips 2.
  • a reflective coating 91 is applied to a side of the intermediate layer 4 facing away from the lens array 30 and to side surfaces of the optoelectronic semiconductor chips 2.
  • the reflective Coating 91 comprises at least one metal such as aluminum.
  • the optoelectronic semiconductor chips 2 are then enclosed using a molding process to produce a carrier substrate 7 .
  • the lens array 30 and the chip array 20 are separated along separating lines 75.
  • the separating lines 75 run between the optical elements 3 of the lens region 30. After separating, each optoelectronic semiconductor chip 2 is assigned exactly one optical element 3.
  • the separation step can be omitted, resulting in an optoelectronic component 1 that comprises a plurality of optical elements 3 and optoelectronic semiconductor chips 2.
  • Figure 12 and Figure 13 show material properties of glasses that can be used for the intermediate layer 4.
  • such glasses are used for the intermediate layer 4 of the optoelectronic component 1 according to Figure 4.
  • the glasses 11 to 15 each have a vanishing transmission 50 at a wavelength 51 below 200 nm.
  • the glasses 11 to 15 are therefore not transparent in this wavelength range but absorbent (Figure 12).
  • Figure 12 In a wavelength range with a wavelength 51 greater than 400 nm, all glasses 11 to 15 show a transmission of over 85% up to over 90%.
  • glass 11 already shows a transmission of 50 of almost 90%. This makes the glass 11 particularly suitable for the intermediate layer 4, since it is transparent at the peak wavelength of the optoelectronic semiconductor chip 2.
  • the glass 11 shows an absorption of almost 100% at a wavelength of 193 90 nm, as shown for example by the second wavelength range 6.
  • a thermal expansion coefficient 53 of the glasses 11 to 15 is adapted to the thermal expansion coefficient 53 of sapphire (Figure 13).
  • a difference in the thermal expansion coefficient 53 of the glasses 11 to 15 to the thermal expansion coefficient of sapphire is only 0.2 ppm/K.
  • a difference in the thermal expansion coefficient between quartz glass and sapphire is over 7 ppm/K.
  • the glasses 11 to 15 are thus particularly suitable for the intermediate layer in order to reduce thermal stresses in the optoelectronic component 1.
  • Figure 14 shows the results of a simulation in which an outcoupling efficiency is shown as a function of the refractive index of the optical element and its maximum lateral extension. In principle, the best results are achieved with a lateral extension of the optical element 3 of 2500 pm.
  • the maximum outcoupling efficiency is shown with a lens whose material has a refractive index of 1.8.
  • a suitable material for the optical element 3 is therefore sapphire, which has a refractive index of 1.8.
  • Figure 15 shows a transmission 50 for a fluoropolymer, such as is used as a matrix material 41 for an intermediate layer 4.
  • a fluoropolymer such as is used as a matrix material 41 for an intermediate layer 4.
  • Different curves in Figure 15 refers to different fluoropolymer variants, for example the so-called variants Cytop_ CTL-A, CTX-A and CTX-S. It can be seen that for short-wave radiation with a wavelength 52 of less than 3.5 pm, the transmission 50 is almost 90% for all variants.
  • the fluoropolymer is therefore suitable as a matrix material 41 because it is permeable to radiation from both the first wavelength range and the second wavelength range 6.
  • Figure 16 shows the transmission 50 of sapphire in % as a function of the wavelength 52 in pm for various thicknesses. It can be seen that the transmission 50 for wavelengths 52 above 0.2 pm is more than 60% for all thicknesses and for wavelengths 52 above 0.25 pm is more than 90% for all thicknesses. Sapphire is therefore suitable as a material for the optical element 3 since it is largely permeable both to radiation from the first wavelength range and to radiation from the second wavelength range 6.
  • Figure 17 shows a transmission 50 of silica particles in % as a function of the wavelength 52 in pm. It can be seen that for wavelengths below 0.2 pm, the transmission 50 decreases, whereby the absorption increases. In addition, at a wavelength 52 of approximately 2.6 pm, the transmission 50 has a local minimum, whereby the absorption at this wavelength 52 has a local maximum. Silica particles are therefore suitable as filler particles 42 in a matrix material 41 for an intermediate layer 4, since the absorption of the silica particles at certain wavelengths can be used to specifically couple heat into the intermediate layer.
  • the invention is not limited to the embodiments by the description thereof. Rather, the invention encompasses any new feature and any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or embodiments.

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Abstract

In mindestens einer Aus führungs form weist das optoelektronischen Bauelement (1) mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip (2), mindestens ein optisches Element (3) und eine Zwischenschicht (4) zwischen dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip (2) und dem mindestens einen optischen Element (3) auf. Der mindestens eine optoelektronischer Halbleiterchip (2) ist zur Emission von Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich eingerichtet. Das Mindestens eine optische Element (3) ist mit einem Material gebildet, das für Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereichs (6) durchlässig ist. Die Zwischenschicht (4) umfasst ein Material, das für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereichs durchlässig und für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich (6) absorbierend ist. Der erste Wellenlängenbereich umfasst anderer Wellenlängen als der zweite Wellenlängenbereich (6).

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS
Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben . Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das sich durch eine hohe Lichtextraktion und Lebensdauer aus zeichnet . Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht unter anderem darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements anzugeben .
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst beziehungsweise durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10 . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der j eweils abhängigen Patentansprüche .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements umfasst dieses mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip, der zur Emission von Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich eingerichtet ist .
Der mindestens eine optoelektronischer Halbleiterchip umfasst beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone . Die aktive Zone dient zur Erzeugung oder Absorption von elektromagnetischer Strahlung . Die aktive Zone ist beispielsweise mit einem I I I-V
Verbindungshalbleitermaterial gebildet .
Grundsätzlich ist es möglich, dass in der aktiven Zone im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV- Bereich oder im IR-Bereich erzeugt wird . Bevorzugt wird im bestimmungsgemäßen Betrieb der aktiven Zone Strahlung im UV- Bereich erzeugt , insbesondere im so genannten UVC-Bereich des elektromagnetischen Spektrums . Insbesondere handelt sich bei der Strahlung, die in der aktiven Zone im Betrieb erzeugt wird, um Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs .
Der mindestens eine optoelektronischer Halbleiterchip umfasst darüber hinaus beispielsweise einen Chipsubstrat . Die Halbleiterschichtenfolge ist auf einer Hauptseite des Chipsubstrats angeordnet . Bei dem Chipsubstrat handelt es sich zum Beispiel um ein Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge . Das Chipsubstrat umfasst bevorzugt Saphir oder ist daraus gebildet . Vorzugsweise handelt sich bei dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip um einen Volumenemitter, insbesondere um einen Saphir-Chip .
An einer dem Chipsubstrat abgewandten Seite der Halbeliterschichtenf olge sind Kontaktstellen zur Kontaktierung und Bestromung der Halbleiterschichtenfolge angeordnet . Bevorzugt ist der optoelektronische Halbleiterchip ein Flip-Chip .
Vorzugsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip insbesondere um eine Leuchtdiode , kurz LED . Alternativ ist es möglich, dass es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um eine Laserdiode handelt , wie zum Beispiel ein Kartenemitter oder eine oberflächenemittierende Halbleiterlaseriode , aus dem Englischen auch kurz als VCSEL bekannt , handelt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauelement mindestens ein optisches Element . Das mindestens eine optische Element ist beispielsweise zur Strahl formung von Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich eingerichtet . Bei dem mindestens einen optischen Element handelt sich zum Beispiel um eine Linse , ein Prisma oder um einen Meta-Linsen-Struktur . Durch das optische Element kann im bestimmungsgemäßen Betrieb Strahlung, die von dem mindestens einen Halbleiterchip abgegeben wird, gerichtet werden, zum Beispiel in eine Hauptabstrahlrichtung . Die Hauptabstrahlrichtung ist bevorzugt senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge beziehungsweise der aktiven Zone und ist eine Richtung, in der die Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich, die im Betrieb von dem optoelektronischen Bauelement abgegeben wird, ihr Intensitätsmaximum aufweist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauelement eine Zwischenschicht , die zwischen dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip und dem mindestens einen optischen Element angeordnet ist . Die Zwischenschicht dient beispielsweise als Haftvermittler, um das mindestens eine optische Element an dem mindestens einen Halbleiterchip zu gefestigten . Bevorzugt ist die Zwischenschicht in direktem Kontakt zu dem mindestens einen Halbleiterchip und in direktem Kontakt zu dem mindestens einen optischen Element . Die Zwischenschicht weist beispielsweise eine Dicke von einschließlich 1 pm bis einschließlich 5 pm auf . Eine Rauigkeit einer Oberfläche des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchips und/oder des mindestens einen optischen Elements , auf der die Zwischenschicht angeordnet ist , lässt sich vorteilhafterweise mittels der Zwischenschicht ausgleichen .
Beispielsweise ist die Zwischenschicht an einer Hauptemissions fläche des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet . Über die Hauptemissions fläche wird im bestimmungsgemäßen Betrieb ein Großteil , beispielsweise zumindest 50 % oder zumindest 75 % der in der aktiven Zone erzeugten Strahlung abgegeben . Handelt es sich bei dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip zum Beispiel um einen Saphir-Chip, so ist die Hauptemissions fläche insbesondere eine Fläche des Chipsubstrats , die der Halbleiterschichtenfolge gegenüberliegt . Handelt es sich hingegen bei dem optoelektronischen Halbleiterchip zum Beispiel um eine Laserdiode , so ist die Hauptemissions fläche bevorzugt eine Facette der Laserdiode .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements ist das mindestens eine optische Element mit einem Material gebildet , das für Strahlung aus einem zweiten Wellenlängenbereichs durchlässig ist . Beispielsweise umfasst das Material des optischen Elements ein Glas . Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das optische Element mit Saphir und/oder Quarz gebildet ist . Wird hier und im Folgenden ein Material oder ein Element als „durchlässig" für eine bestimmte Strahlung bezeichnet , so weist dieses insbesondere einen Transmissionsgrads von mindestens 80 % oder mindestens 90 % oder mindestens 95 % bezüglich dieser Strahlung auf . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements umfasst die Zwischenschicht ein Material , das für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereichs durchlässig und für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich absorbierend ist . Wird hier und im Folgenden ein Material oder ein Element als „absorbierend" für eine bestimmte Strahlung bezeichnet , so weist dieses insbesondere einen Reflexionsgrad von mindestens 80 % oder mindestens 90 % oder mindestens 95 % bezüglich dieser Strahlung auf .
Die Zwischenschicht umfasst zum Beispiel ein Glas . Die Zwischenschicht ist beispielsweise so angepasst , dass sie bei einer Wellenlänge von 275 nm eine hohe Transmission aufweist und bei einer kürzeren Wellenlänge absorbierend ist . Das Material der Zwischenschicht ist insbesondere derart angepasst , dass es gegenüber Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich unempfindlich ist . Damit ist gemeint , dass die Zwischenschicht durch Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs nicht zersetzt oder beschädigt wird . Handelt es sich beispielsweise bei dem Halbleiterchip um einen Saphir-Chip, der im Betrieb Strahlung im UVC-Bereich emittiert , also der ersten Wellenlängenbereich der UVC- Bereich ist , so ist die Zwischenschicht bevorzugt UV-stabil .
Insbesondere ist die Zwischenschicht frei von organischen Material . Vorzugsweise besteht Zwischenschicht vollständig aus anorganischen Materialien . Das Material der Zwischenschicht ist beispielsweise so angepasst , dass sich durch Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich Zwischenschicht erwärmen lässt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements weist der erste Wellenlängenbereich anderer Wellenlängen auf als der zweite Wellenlängenbereich . Beispielsweise sind der erste Wellenlängenbereich und zweite Wellenlängenbereich j eweils zusammenhängende Bereiche , die nicht überlappend . Das heißt insbesondere , dass j ede Wellenlänge , die im ersten Wellenlängenbereich ist , nicht im zweiten Wellenlängenbereich enthalten ist und umgekehrt .
In mindestens einer Aus führungs form weist das optoelektronischen Bauelement mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip, mindestens ein optisches Element und eine Zwischenschicht zwischen dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip und dem mindestens einen optischen Element auf . Der mindestens eine optoelektronischer Halbleiterchip ist zur Emission von Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich eingerichtet . Das mindestens eine optische Element ist mit einem Material gebildet , das für Strahlung in einem zweiten Wellenlängenbereichs durchlässig ist . Die Zwischenschicht umfasst ein Material , das für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereichs durchlässig und für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich absorbierend ist . Der erste Wellenlängenbereich umfasst anderer Wellenlänge als der zweite Wellenlängenbereich .
Dem vorliegenden optoelektronische Bauelement liegen dabei folgende technische Überlegungen zu Grunde . Derzeit werden für Bauelemente , die einen Halbleiterchip, insbesondere einen Halbleiterchip, der im UVC-Bereich emittiert , und eine Linse umfassen, üblicherweise eine Fluorpolymerlinse direkt auf den Halbleiterchip mittels vergießen oder modeln aufgebracht . Dabei ist es schwierig, Prozessbedingungen so zu wählen, dass weder der Halbleiterchip noch andere Materialien geschädigt werden, aber dennoch ausreichend Bauteilstabilität gewährleistet ist . Hier sind vor allem Probleme in Hinblick auf Delamination und reduzierter Materiallebensdauer bekannt . Grund dafür sind unter anderem hohe Temperaturen beim Aushärten der Fluorpolymerlinse , die auch den Halbleiterchip schädigen können .
Alternative Konzepte implementieren Glaslinsen, welche auf einem Optikträger aufgebracht werden und beispielsweise gegenüber dem Halbleiterchip fixiert werden . Dabei entsteht j edoch für die Lichtextraktion in Abstrahlrichtung ein nachteiliger Materialübergang von dem Material des Halbleiterchips zu Luft , gefolgt von einem Materialübergang von Luft zu Glas und einem weiteren Materialübergang von Glas zu Luft . Aufgrund von dabei auf tretender Totalreflexion wird neben Verlusten in Bezug auf Ef fi zienz auch die Linsenwirkung konterkariert .
Eine zusätzliche Möglichkeit ist das Aufbringen einer Glaslinse über einen so genannten Fusion-Bond . Hierbei sind aber sehr hohe Anforderungen an die Rauigkeit und Sauberkeit von Oberflächen des Halbleiterchips und der Glaslinse zu stellen . Üblicherweise ist einer Rauigkeit von Ra kleiner als 1 nm nötig, wobei Ra den Mittenrauwert bezeichnet . Dies kann nur mit einem besonderen Fertigungsprozess erreicht werden . Für diese Prozesse muss zum Beispiel ein künstlicher Wafer für die Glaslinse und den Halbleiterchip erstellt werden, wobei die Linsen in einem Matrixmaterial eingebettet werden, um anschließend die benötigte Oberflächenqualität zu erreichen . Nach dem Fusion-Bond Prozess müssen Halbleiterchips mit den Linsen wieder aus dem Matrixmaterial ausgelöst werden . Dies ist mit einem hohen Aufwand verbunden, der zu sehr hohen Prozess- und Entwicklungskosten führt .
Bei dem vorliegenden optoelektronische Bauelement wird von der Idee Gebrauch gemacht , ein optisches Element mittels einer Zwischenschicht an einem optoelektronischen Halbleiterchip anzubringen . Durch die Verwendung der Zwischenschicht kann ein Luftspalt zwischen dem optischen Element dem optoelektronischen Halbleiterchip vermieden werden . Damit lässt sich die optische Auskopplung steigern . Durch Aufbringen der Linse an einer Vorderseite des Halbleiterchips kann eine Strahl formung in Vorwärtsrichtung erreicht werden . Vorteilhafterweise lässt sich damit die Lichtextraktion des optoelektronischen Bauelements signi fikant verbessern . Gleichzeitig lässt sich Totalreflexion, beispielsweise durch einen Materialübergang in Luft , beim Auskoppeln von Strahlung aus dem optoelektronischen Bauelement verringern . Ebenso lässt sich vorteilhafterweise die Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements steigern .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements ist das mindestens eine optische Element zur Strahl formung von Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich und/oder dem zweiten Wellenlängenbereich ausgebildet . Das mindestens eine optische Element ist beispielsweise eine Linse , insbesondere eine Sammellinse . Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich, die im bestimmungsgemäßen Betrieb von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittiert wird, wird beispielsweise mittels dem optischen Element in Hauptabstrahlrichtung gerichtet . Alternativ oder zusätzlich wirkt das optische Element als Linse für Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich, die beispielsweise während der Herstellung des optoelektronischen Bauelements auf Zwischenschicht gerichtet wird . Durch das optische Element wird diese Strahlung beispielsweise auf die Zwischenschicht fokussiert .
Alternativ kann es sich bei dem mindestens einem optischen Element um ein Prisma handeln . Mittels dem Prisma lässt sich beispielsweise eine Hauptabstrahlrichtung des optoelektronischen Bauelements beeinflussen . Dies kann insbesondere in einem Fall vorteilhaft sein, in dem der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip eine Laserdiode ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements sind mittels der Zwischenschicht das mindestens eine optische Element und der mindestens ein optoelektronischer Halbleiterchip stof f schlüssig miteinander verbunden . Das heißt insbesondere , dass zwischen dem mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip und der Zwischenschicht sowie zwischen der Zwischenschicht und mindestens einem zwischen Element kein weiteres Material angeordnet ist . Die Zwischenschicht grenzt vorzugsweise direkt an den mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip und das mindestens eine optische Element . Vorteilhafterweise lässt sich damit ein Materialübergang zu einem niedrig brechenden Material zwischen dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip und dem mindestens einen optischen Element vermeiden, womit eine Lichtextraktion aus dem optoelektronischen Bauelement gesteigert ist . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements liegt der erste Wellenlängenbereich im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums und umfasst Wellenlängen größer gleich 250 nm . Beispielsweise umfasst der erste Wellenlängenbereich Wellenlängen bis zu einschließlich 380 nm oder einschließlich 300 nm oder einschließlich 280 nm . Beispielsweise emittiert das optoelektronische Bauelement im bestimmungsgemäßen Betrieb Strahlung mit einer Peakwellenlänge von 275 nm . Die Peakwellenlänge ist dabei diej enige Wellenlänge , bei der ein Emissionsspektrum des optoelektronischen Bauelements seine größte Intensität aufweist . Bei dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich also insbesondere um einen UV Chip, beispielsweise einen UV Saphir-Chip .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements liegt der erste Wellenlängenbereich im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums und umfasst Wellenlängen größer gleich 200 nm . Beispielsweise umfasst der erste Wellenlängenbereich Wellenlängen bis zu einschließlich 380 nm oder einschließlich 300 nm oder einschließlich 280 nm . Beispielsweise emittiert das optoelektronische Bauelement im bestimmungsgemäßen Betrieb Strahlung mit einer Peakwellenlänge von 230 nm . Bei dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich also insbesondere um einen UV Chip, beispielsweise einen UV Saphir-Chip .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements umfasst der zweite Wellenlängenbereich Wellenlängen zwischen einschließlich 180 nm und einschließlich 230 nm oder zischen einschließlich 150 nm und einschließlich 200 nm . Der zweite Wellenlängenbereich liegt insbesondere in dem UVC-Bereich des elektromagnetischen Spektrums . Der zweite Wellenlängenbereich umfasst bevorzugt kürzere Wellenlängen als der erste Wellenlängenbereich .
Alternativ ist es möglich, dass der zweite Wellenlängenbereich Wellenlängen umfasst , die größer sind als Wellenlängen aus dem ersten Wellenlängenbereich . Beispielsweise umfasst der zweite Wellenlängenbereich Wellenlängen aus dem IR-Bereich des elektromagnetischen Spektrums .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements weist das mindestens eine optische Element einen höheren Schmel zpunkt auf als die Zwischenschicht . Beispielsweise ist in Schmel zpunkt des mindestens einen optischen Elements zweimal oder 1 , 5-mal oder 1 , 3-mal so hoch wie ein Schmel zpunkt der Zwischenschicht . Dadurch lässt sich durch Erwärmen die Zwischenschicht zwischen dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip und dem mindestens einem optischen Element zumindest teilweise schmel zen, ohne dass das mindestens eine optische Element beeinträchtigt wird . Ein Schmel zpunkt der Zwischenschicht liegt beispielsweise zwischen einschließlich 700 ° C und 800 ° C . Ein Schmel zpunkt des optischen Elements liegt beispielsweise bei mehr als 1500 ° C .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements umfasst die Zwischenschicht ein Matrixmaterial in dem Füllpartikel eingebracht sind . Die Füllpartikel sind insbesondere mit einem Material gebildet , das für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich durchlässig oder reflektierend und für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich absorbierend ist . Das Matrixmaterial ist vorzugsweise durchlässig für Strahlung aus dem ersten und zweiten Wellenlängenbereich . Bei dem Matrixmaterial handelt es sich beispielsweise um ein Fluorpolymer . Bei den Füllpartikeln handelt es sich beispielsweise um Silicapartikel , aus dem Englischen auch als fused silica bekannt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements ist das mindestens eine optische Element eine Saphirlinse . In dem Fall , dass der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip ein Saphir-Chip ist , ist eine Saphirlinse als das mindestens eine optische Element besonders vorteilhaft , da das mindestens eine optische Element , beispielsweise bezüglicher thermischen Ausdehnungskoef fi zienten und/oder Brechungsindex, an das Chipsubstrat des Halbleiterchips angepasst ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Bauelements unterscheiden sich thermische Ausdehnungskoef fi zienten des mindestens einen optischen Element , das mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchips und der Zwischenschicht höchstens um 0 , 5 ppm / K voneinander . Handelt es sich bei dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip beispielsweise um ein Saphir-Chip und ist gleichzeitig das mindestens eine optische Element eine Saphirlinse , so weisen diese den gleichen thermischen Ausdehnungskoef fi zienten auf . In diesem Fall beträgt thermische Ausdehnungskoef fi zienten des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip und des mindestens einen optischen Element beispielsweise 7 , 9 ppm / K .
Vorteilhafterweise ist die Zwischenschicht dann derart angepasst , dass sich ein thermische Ausdehnungskoef fi zient der Zwischenschicht höchstens um 0 , 5 ppm / K von dem thermischen Ausdehnungskoef fi zienten des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchips und des mindestens einen optischen Elements unterscheidet . Beispielsweise beträgt in diesem Fall der thermische Ausdehnungskoef fi zienten der Zwischenschicht 7 , 7 ppm / K .
Durch die angepassten thermischen Ausdehnungskoef fi zienten des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchips , des mindestens einen optischen Elements und der Zwischenschicht lässt sich thermischer Stress in dem optoelektronischen Bauelement verringern .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das optoelektronische Bauelement eine Viel zahl von optoelektronischen Halbleiterchips in einem Chiparray auf . Ferner weist das optoelektronische Bauelement eine Viel zahl von optischen Elementen in einem Linsenarray auf . Das Chiparray und das Linsenarray sind mittels der Zwischenschicht formschlüssig miteinander verbunden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der zumindest eine optoelektronische Halbleiterchip auf einem Trägersubstrat angeordnet . Zwischen dem Trägersubstrat und dem zumindest einem optoelektronischen Halbleiterchip ist eine Verbindungsschicht angeordnet . Das Trägersubstrat ist beispielsweise mit einer Keramik gebildet . Bei der Verbindungsschicht handelt es sich bevorzugt um eine Lotschicht , die den mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip elektrisch leitfähig mit dem Trägersubstrat verbindet . Die Verbindungsschicht umfasst beispielsweise Gold und/oder Zinn . Insbesondere kann die Verbindungsschicht mit AuSn gebildet sein . An einer dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip zugewandten Seite umfasst das Trägersubstrat vorzugsweise Anschlussstellen, über die der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip kontaktiert und bestromt werden kann . An einer den Anschlussstellen gegenüberliegenden Seite umfasst das Trägersubstrat beispielsweise eine Metallisierung . Insbesondere sind die Anschlussstellen mit der Metallisierungen über Durchkontaktierungen durch das Trägersubstrat elektrisch leitfähig verbunden . Es ist möglich, dass die Anschlussstellen, die Durchkontaktierungen und die Metallisierung einstückig ausgebildet sind und j eweils zumindest ein Metall wie Kupfer umfassen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Bauelement einen Rahmen auf dem Trägersubstrat . Der Rahmen umgibt den mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip in lateralen Richtungen .
Der Rahmen ist zum Beispiel mit einem Polymer und/oder Epoxid gebildet oder umfasst alternativ Sili zium . Laterale Richtungen sind beispielsweise Richtungen, die senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung verlaufen .
Der Rahmen ist an Flächen, die dem optoelektronischen Halbleiterchip zugewandt sind bevorzugt mit einer reflektierenden Beschichtung versehen . Die mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip zugewandten Flächen sind vorzugsweise geneigt . Das heißt , dass diese Flächen einen spitzen Winkel gegenüber der Haupterstreckungsebene der aktiven Zone aufweisen . Die reflektierende Beschichtung ist für Strahlung im ersten Wellenlängenbereich reflektierend ausgebildet und umfasst vorzugsweise mindestens ein Metall , zum Beispiel Aluminium . Vorteilhafterweise lässt sich mittels dem Rahmen und der reflektierenden Beschichtung Strahlung, die im bestimmungsgemäßen Betrieb von dem Halbleiterchip seitlich abgegeben wird, in Hauptabstrahlrichtung lenken .
Es wird des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben . Mit dem Verfahren lässt sich insbesondere einen hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement herstellen . Das heißt , sämtliche Merkmale , die für das Verfahren of fenbart sind, sind auch für das Bauelement of fenbart und umgekehrt .
In mindestens einer Aus führungs form des Verfahrens wird in einem Schritt A) mindestens ein optisches Element bereitgestellt . Auf einer Hauptfläche des mindestens einen optischen Elements wird in einem Schritt B ) eine Zwischenschicht aufgebracht . Die Zwischenschicht wird zum Beispiel mittels Dispensen aufgebracht . Alternativ kann ein Material für die Zwischenschicht beispielsweise als Plättchen, Pulver oder Paste aufgebracht werden und anschließend auf geschmol zen werden . Es ist auch möglich, dass das Material für die Zwischenschicht mittels Sputtern, Aufdampfen, Beschichten oder Sprühen aufgebracht wird . An einer dem mindestens einem optischen Element abgewandten Seite der Zwischenschicht wird mindestens ein optoelektronischer Halbleiterchip angebracht .
In einem Schritt C ) des Verfahrens wird der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip an einer dem mindestens einem optischen Element abgewandten Seite der Zwischenschicht angebracht . Dabei wird insbesondere das mindestens eine optische Element mit der Zwischenschicht auf dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip platziert . Dabei kann ein Haftvermittler wie zum Beispiel Glycerin verwendet werden, um ein Verrutschen des mindestens einen Halbleiterchips gegenüber dem mindestens einem optischen Element zu verhindern . In weiteren Verfahrensschritten wird der Haftvermittler vorzugsweise wieder entfernt . Zum Beispiel wird der Haftvermittler verdampft .
In einem weiteren Schritt D) wird der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip mit dem mindestens einen optischen Element mittels Bestrahlung der Zwischenschicht mit Strahlung aus einem zweiten Wellenlängenbereich verbunden . Das mindestens eine optische Element ist bevorzugt mit einem Material gebildet , das für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich durchlässig ist . Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich wird in der Zwischenschicht absorbiert , sodass die Zwischenschicht zumindest stellenweise auf eine Temperatur über eine Schmel ztemperatur der Zwischenschicht erwärmt wird . Die Zwischenschicht wirkt vorteilhafterweise wie ein Lot , zum Beispiel ein Glaslot .
Insbesondere umfasst die Zwischenschicht ein Material , das für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich absorbierend ist und für Strahlung aus einem ersten Wellenlängenbereich durchlässig . Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs wird beispielsweise von dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip im bestimmungsgemäßen Betrieb emittiert .
Vorteilhafterweise wird bei dem Verfahren lediglich lokal an der Zwischenschicht Wärme eingebracht , womit die thermische Belastung während des Verfahrens verhältnismäßig gering bleibt . Insbesondere der mindestens eine optoelektronische Halbeleiterchip wird dabei nur geringfügig erwärmt . Durch die geringe thermische Belastung kann die Gesamtlebensdauer des optoelektronischen Bauelements gesteigert werden und ein Risiko einer frühzeitigen Schädigung des mindestens einen Halbleiterchips während der Herstellung des Bauelements verringert werden . Damit lässt sich die Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements steigern .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird im Schritt D) die Zwischenschicht mit Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich durch das optische Element hindurch bestrahlt . Das mindestens eine optische Element ist beispielsweise zur Strahl formung von Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich eingerichtet . Durch Bestrahlung der Zwischenschicht durch das mindestens eine optische Element hindurch lässt sich Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich gezielt auf die Zwischenschicht fokussieren . Damit kann eine thermische Belastung des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchips und des mindestens einem optischen Element reduziert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird im Schritt D) Laserstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 250 nm verwendet , bevorzugt zwischen einschließlich 120 nm und 230 nm . Eine Lichtquelle für eine derartige Laserstrahlung ist beispielsweise ein Fg-Laser, ein Xeg-Laser, ein KrCl Laser, ein KrF-Laser oder bevorzugt ein ArF-Laser . Es ist möglich, dass die Lichtquelle gepulst betrieben wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens weist in Sicht auf die Hauptfläche das mindesten eine optische Element eine lateraler Ausdehnung auf , die größer ist als eine Strahlbreite der Laserstrahlung . Die Strahlbreite der Laserstrahlung wird beispielsweise senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung gemessen . Die laterale Ausdehnung ist zum Beispiel die maximale Ausdehnung des mindestens einen optischen Elements in lateraler Richtung . Die laterale Ausdehnung des mindestens einen optischen Elements beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 1000 pm und 6000 pm, zum Beispiel etwa 2500 pm oder etwa 5000 pm . Bevorzugt weist in dieser oder in allen Aus führungs formen das mindestens eine optische Element eine laterale Ausdehnung auf , die mindestens so groß ist wie eine laterale Ausdehnung der Hauptemissions fläche des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchips . In diesem Fall ist insbesondere in Sicht auf die Hauptemissions fläche diese vollständig von dem mindestens einen optischen Element überdeckt . Eine Strahlbereite der Laserstrahlung beträgt beispielsweise etwa 1740 pm . Insbesondere ist das mindestens eine optische Element zur Strahl formung der Laserstrahlung eingerichtet . Durch das mindestens eine optische Element lässt sich die Laserstrahlung auf die Zwischenschicht fokussieren . Damit kann eine thermische Belastung des mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchips und des mindestens einem optischen Element reduziert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird im Schritt D) die Zwischenschicht homogen mit der Laserstrahlung bestrahlt . Das heißt insbesondere , dass die Laserstrahlung im Bereich der Zwischenschicht eine Breite aufweist , die gleich oder größer einer lateralen Ausdehnung der Zwischenschicht ist . Die laterale Ausdehnung der Zwischenschicht wird dabei senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung gemessen . Vorteilhaferweise lässt sich damit die Zwischenschicht mit einem einzigen Bestrahlvorgang erwärmen und ein Verbinden des mindestens einen optischen Elements mit dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip ist ef fi zient möglich . Alternativ ist es möglich, dass die Laserstrahlung im Bereich der Zwischenschicht eine Strahlbreite aufweist , die geringer ist als die laterale Ausdehnung der Zwischenschicht . In diesem Fall kann die Zwischenschicht rasterweise mit der Laserstrahlung bestrahlt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird im Schritt B ) das mindestens eine optische Element über eine Schmel ztemperatur der Zwischenschicht erwärmt , sodass ein Material der Zwischenschicht gleichmäßig über die Hauptfläche verteilt wird . Das mindestens eine optische Element wird beispielsweise auf mindestens 700 ° C oder mindestens 800 ° C und höchstens 900 ° C oder höchstens 1000 ° C erwärmt . Beispielsweise wird das mindestens eine optische Element mittels einer Hei zplatte erwärmt . Zum Beispiel wird das mindestens eine optische Element auf der Hei zplatte bereitgestellt . Vorzugsweise weist das mindestens eine optische Element eine höhere Schmel ztemperatur auf als die Zwischenschicht . Damit wird ein teilweises Schmel zen des optischen Elements verhindert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird vor dem Schritt C ) der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip auf einem Trägersubstrat aufgebracht . Während dem Schritt D) wird eine Verbindungsschicht zwischen dem Trägersubstrat und dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip auf höchstens 250 ° C erwärmt . Die Verbindungsschicht ist beispielsweise eine Lotschicht . Die Verbindungsschicht umfasst beispielsweise Gold und/oder Zinn oder ist mit AuSn gebildet . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine Viel zahl von optischen Elementen in einem Linsenarray bereitgestellt . Die Zwischenschicht wird auf dem Linsenarray aufgebracht . Das Linsenarray wird mit einem Chiparray verbunden, das eine Viel zahl von optoelektronischen Halbleiterchips umfasst , sodass j edem optoelektronischen Halbleiterchip mindestens ein optisches Element zugeordnet ist . Es ist möglich, dass j edem optoelektronischen Halbleiterchip genau ein optisches Element zugeordnet ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird ein Verbund aus dem Linsenarray und dem Chiparray in Viel zahl von optischen Bauelementen vereinzelt .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen dargestellten Aus führungsbeispielen . Gleiche , gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht grundsätzlich als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein .
Es zeigen :
Figuren 1 , 2 und 4 Aus führungsbeispiele des optoelektronischen Bauelements in Schnittansicht , Figur 3 eine Detailansicht der Zwischenschicht gemäß einem
Aus führungsbeispiel in Schnittansicht ,
Figuren 5 bis 11 verschiedene Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß zweier Aus führungsbeispiele in Schnitt ansicht ,
Figuren 12 , 13 , 15 und 17 graphische Darstellung zu Materialeigenschaften eines Materials für eine Zwischenschicht gemäß eines Aus führungsbeispiels ,
Figur 14 Ergebnisse einer Simulation zur Auskoppelef fi zienz eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements ,
Figur 16 eine graphische Darstellung zu Materialeigenschaften eines Materials für ein optisches Element .
Das optoelektronische Bauelement 1 der Figur 1 weist einen optoelektronischen Halbleiterchip 2 und ein optisches Element 3 auf . Zwischen dem Halbleiterchip 2 und dem optischen Element 3 ist eine Zwischenschicht 4 angeordnet .
Der optoelektronische Halbleiterchip 2 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 22 auf . Die Halbleiterschichtenfolge 22 basiert auf einem I I I-V Verbindungshalbleitermaterial .
Die Halbleiterschichtenfolge 22 umfasst eine nicht gezeigte aktive Zone . In der aktiven Zone mit dem bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt . Im bestimmungsgemäßen Betrieb diese elektromagnetische Strahlung von dem optoelektronischen Halbleiterchip 2 und damit von dem optoelektronischen Bauelement 1 abgegebenen . Bei der Strahlung handelt es sich Strahlung aus einem ersten Wellenlängenbereich 5 .
Bei der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs 5 handelt es sich um elektromagnetische Strahlung aus dem UV-Bereich, insbesondere dem UVC-Bereich des elektromagnetischen Spektrums . Beispielsweise emittiert das optoelektronische Bauelement 1 im bestimmungsgemäßen Betrieb Strahlung mit einer Peakwellenlänge von 275 nm . Die Peakwellenlänge ist dabei diej enige Wellenlänge mit der ein Emissionsspektrum des optoelektronischen Bauelements 1 seine größte Intensität aufweist .
Der optoelektronische Halbleiterchip 2 umfasst ferner ein Chipsubstrat 21 . Die Halbleiterschichtenfolge 22 ist auf dem Chipsubstrat 21 aufgebracht . Das Chipsubstrat 21 ist ein Saphirsubstrat . Bei dem Halbleiterchip 2 handelt es sich somit um ein Saphir-Chip, insbesondere um einen Volumenemitter .
An einer von dem Chipsubstrat 21 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 22 sind Kontaktstellen 23 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 22 angeordnet . Über die Kontaktstellen 23 lässt sich die Halbleiterschichtenfolge 22 im bestimmungsgemäßen Betrieb bestromen . Der optoelektronische Halbleiterchip 2 ist somit ein Flip-Chip .
Die Zwischenschicht 4 ist an einer von der Halbleiterschichtenfolge 22 abgewandten Seite des Chipsubstrats 21 angeordnet . Die Zwischenschicht 4 umfasst ein Matrixmaterial 41 , indem Füllpartikel 42 eingebettet sind . Im vorliegenden Aus führungsbeispiel ist das Matrixmaterial 41 mit einem Fluorpolymer gebildet . Die Füllpartikel 42 sind vorliegend Silicapartikel (vergleiche Figur 3 ) .
Die Zwischenschicht 4 ist für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich 5 durchlässig . Für Strahlung aus einem zweiten Wellenlängenbereichs 6 , der anderen Wellenlänge als der erste Wellenlängenbereich 5 umfasst , ist Zwischenschicht 4 absorbieren ausgebildet . Der zweite Wellenlängenbereich 6 umfasst beispielsweise kürzere Wellenlängen als der erste Wellenlängenbereich 5 . Beispielsweise umfasst der zweite Wellenlängenbereich 6 UV-Strahlung einer Wellenlänge kleiner als 230 nm . Alternativ ist aber auch möglich, dass der zweite Wellenlängenbereich längere Wellenlängen als der erste Wellenlängenbereich 5 aufweist . So kann beispielsweise der zweite Wellenlängenbereich 6 Strahlung im IR-Bereich umfassen .
Durch Bestrahlung der Zwischenschicht 4 mit Strahlung zweiten Wellenlängenbereichs 6 lässt sich das optische Element 3 an dem Halbleiterchip 2 befestigen . Dabei wird die Zwischenschicht 4 durch Absorption der Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs 6 erwärmt , sodass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 2 dem optischen Element 3 entsteht ( siehe auch Figur 9 ) .
Die Zwischenschicht 4 weist eine Dicke zwischen einschließlich 1 pm und 5 pm auf . Die Dicke der Zwischenschicht 4 wird dabei derart gewählt dass eine Rauigkeit einer der Zwischenschicht 4 zugewandten Seite des Halbleiterchips 2 und/oder des optischen Elements 3 ausgeglichen wird . Das optische Element 3 ist zur Strahl formung der Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs 5 eingerichtet . Durch das optische Element 3 lässt sich Strahlung in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung 10 richten . Die Hauptabstrahlrichtung 10 ist vorzugsweise senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 22 . Darüber hinaus ist es möglich, dass das optische Element 3 zur Strahl formung von Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereichs 6 eingerichtet ist (vergleiche Figur 11 ) .
Das optische Element 3 ist im vorliegenden Aus führungsbeispiel eine Linse . Vorliegend ist das optische Element 3 mit Saphir gebildet . Durch Verwendung von Saphir für das optische Element 3 und das Chipsubstrat 21 lassen sich thermische Verspannungen in dem optischen Bauelement 1 reduzieren . Das optische Element 3 ist durchlässig für Strahlung des ersten und zweiten Wellenlängenbereichs 5 , 6 ausgebildet . Das optische Element 3 weist bevorzugt eine maximale laterale Ausdehnung von 5000 pm auf . Die laterale Ausdehnung wird in einer Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge 22 gemessen .
Figur 2 zeigt ein optoelektronisches Bauelement 1 gemäß eines zweiten Aus führungsbeispiels . Das optoelektronische Bauelement 1 der Figur 2 unterscheidet sich von dem optoelektronischen Bauelement 1 der Figur 1 darin, dass das optoelektronische Bauelement 1 der Figur 1 auf einem Trägersubstrat 7 aufgebracht ist . Das Trägersubstrat 7 umfasst Anschlussstellen 71 an einer dem Halbleiterchip 2 zugewandten Seite und eine Metallisierungen 73 an einer der Anschlussstellen 71 gegenüberliegenden Seite . Die Metallisierungen 73 ist die Anschlussstellen 71 über Durchkontaktierungen 72 mit Trägersubstrats 7 elektrisch leitfähig verbunden . Das Trägersubstrat 7 ist mit einer Keramik gebildet . Die Anschlussstellen 71 , die Durchkontaktierungen 72 sowie die Metallisierung 73 umfassen j eweils mindestens ein Metall , zum Beispiel Kupfer . Über die Metallisierung 73 lässt sich das optoelektronische Bauelement 1 extern kontaktieren und bestromen . Die Anschlussstellen, die Durchkontaktierungen und die Metallisierung 73 können einstückig hergestellt sein .
Die Kontaktstellen 23 , über die im bestimmungsgemäßen Betrieb die Halbleiterschichtenfolge 22 bestromt werden kann, sind mittels einer Verbindungsschicht 8 mit den Anschlussstellen 71 elektrisch leitfähig verbunden . Bei der Verbindungsschicht 8 handelt es sich um eine Lotschicht , die insbesondere AuSn umfasst .
Das optoelektronische Bauelement 1 der Figur 2 umfasst ferner einen Rahmen 9 . Der Rahmen ist auf einer Hauptseite des Trägersubstrats 7 aufgebracht und umgibt den Halbleiterchip 2 und das optische Element 3 in lateralen Richtungen . Laterale Richtungen sind dabei Richtungen senkrechter zur Hauptabstrahlrichtung 10 . Der Rahmen 9 ist zum Beispiel mit einem Polymer gebildet . Zum Beispiel ist der Rahmen ein Epoxidverguss . Alternativ handelt sich bei dem Rahmen 9 um einen auf dem Trägersubstrat 7 aufgeklebten Sili ziumrahmen .
An dem Halbleiterchip 2 zugewandten Flächen ist der Rahmen mit einer Beschichtung 91 versehen . Diese Flächen sind geneigt und weisen gegenüber einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 22 einen spitzen Winkel auf . Die Beschichtung 91 ist für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich 5 reflektierend ausgebildet . Die Beschichtung 91 umfasst vorzugsweise ein Metall wie beispielsweise Aluminium . Durch den Rahmen 9 mit der reflektierende Beschichtung 91 lässt sich die Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich 5 , die im bestimmungsgemäßen Betrieb von dem optoelektronischen Bauelement 1 abgegeben wird, in Hauptabstrahlrichtung 10 richten .
In einem alternativen Aus führungsbeispiel weist das optoelektronische Bauelement 1 keinen Rahmen 9 auf . In diesem Fall ist dar optoelektronische Halbleiterchip 2 auf dem Trägersubstrat 7 aufgebracht , ohne dass ein Rahmen 9 ihn umgibt . In diesem Aus führungsbeispiel finden eine Strahl formung und/oder ein Richten der Strahlung in Hauptabstrahlrichtung 10 zum überwiegenden Teil oder vollständig durch das optische Element 3 statt . In allen übrigen Aspekten stimmt dieses Aus führungsbeispiel mit dem Aus führungsbeispiel der Figur 2 überein .
Das optoelektronische Bauelement 1 der Figur 4 unterscheidet sich von dem optoelektronischen Bauelement der Figur 1 darin, dass die Zwischenschicht mit einem Glas gebildet ist . Das Glas ist für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich 5 durchsichtig und für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereichs 6 absorbieren ausgebildet . Somit weist bezüglich der Verbindung des optoelektronischen Halbleiterchips 2 und dem optischen Element 3 die Zwischenschicht 4 gemäß Figur 4 dieselbe Funktion und Eigenschaften auf wie die Zwischenschicht 4 gemäß der Figur 1 und 2 .
Die Zwischenschicht 4 ist mit einem solchen Glas ausgebildet dass sich ein thermische Ausdehnungskoef fi zienten der Zwischenschicht 4 von thermischen Ausdehnungskoef fi zienten des Chipsubstrats 21 und dem optischen Element 3 um weniger als 0 , 5 ppm / K unterscheidet . Der thermische Ausdehnungskoef fi zient des Chipsubstrats 21 und des optischen Elements 3 beträgt beispielsweise 7 , 9 ppm / K, in dem Fall , dass es sich bei einem Material des Chipsubstrats 21 und des optischen Elements 3 und Saphir handelt . Für die Zwischenschicht 4 wird beispielsweise ein Glas , das einen thermischen Ausdehnungskoef fi zient von 7 , 7 ppm / K aufweist , verwendet . Durch den angepassten thermischen Ausdehnungskoef fi zienten der Zwischenschicht 4 lassen sich thermische Verspannungen im optoelektronischen Bauelement 1 reduzieren .
Darüber hinaus unterscheidet sich das optoelektronische Bauelement 1 der Figur 4 von dem optoelektronischen Bauelement 1 der Figur 1 darin, das optoelektronische Bauelement der Figur 4 auf einem Trägersubstrat 7 aufgebracht ist . Das Trägersubstrat 7 weist insbesondere dieselben Merkmale auf wie das Trägersubstrat 7 der Figur 2 .
In einem ersten Verfahrensschritt bei dem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 1 gemäß der Figuren 5 bis 11 wird ein optisches Element 3 bereitgestellt ( Figur 5 ) . Das optische Element 3 weist beispielsweise dieselben Eigenschaften Merkmale auf wie das optische Element 3 der Figur 1 . Das optische Element 3 wird auf einer Hei zplatte 101 bereitgestellt .
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird Material der Zwischenschicht 40 auf einer Hauptfläche 31 des optischen Elements 3 aufgebracht ( Figur 6 ) . Das Material der Zwischenschicht 40 wird mittels Dispensen aufgebracht . Dabei wird ein Dispenser 102 verwendet . Alternativ kann das Material der Zwischenschicht 40 auch als Glasplättchen oder als Paste oder als Pulver aufgebracht werden . Es ist auch möglich, dass das Material der Zwischenschicht 40 mittels Sputtern, Aufdampfen, Beschichten oder Sprühen aufgebracht wird .
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Material der Zwischenschicht 40 gleichmäßig auf der Hauptfläche 31 des optischen Elements 3 verteilt und die Zwischenschicht 4 gebildet ( Figur 7 ) . In diesem Verfahrensschritt wird das optische Element 3 mittels der Hei zplatte 101 erwärmt . Das optische Element 3 wird dabei auf eine Temperatur, die über einer Schmel ztemperatur der Zwischenschicht 4 liegt , erwärmt . Beispielsweise wird das optische Element 3 auf 800 ° C erwärmt . Die Zwischenschicht 4 weist bevorzugt dieselben Merkmale auf wie die Zwischenschicht 4 der Figur 4 .
In einem nachfolgenden Schritt wird das optische Element 3 mit der Zwischenschicht 4 mit einem Halbleiterchip 2 verbunden . Der Halbleiterchip 2 weist beispielsweise dieselben Merkmale auf wie der Halbleiterchip 2 gemäß Figur 1 . Der Halbleiterchip 2 beispielsweise auf einem Trägersubstrat 7 bereitgestellt . Das Trägersubstrat 7 weist vorzugsweise dieselben Merkmale auf wie das Trägersubstrat 7 der Figur 4 .
Zum Verbinden des optischen Elements 3 mit dem Halbleiterchip 2 das optische Element 3 gegenüber dem Halbleiterchip 2 platziert . Dabei wird mittels einer Trans fervorrichtung 103 das optische Element 3 über den Halbleiterchip 2 angeordnet ( Figur 8 ) . Zum Platzieren des optischen Elements 3 kann ein Haftvermittler (nicht gezeigt ) , wie beispielsweise Glycerin, verwendet werden . In einem nicht gezeigten Prozessschritt kann der Haftvermittler wieder entfernt werden . Zum Beispiel wird der Haftvermittler verdampft .
Nachfolgend wird die Zwischenschicht 4 mit Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich 6 bestrahlt ( Figur 9 ) . Bei der Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereichs 6 handelt es sich um Laserstrahlung 60 . Die Laserstrahlung 60 wird von einer Lichtquelle 62 ausgesandt . Die Zwischenschicht 4 wird durch das optische Element 3 hindurch bestrahlt . Bei der Lichtquelle 62 handelt es sich zum Beispiel um einen ArF- Laser, der Laserstrahlung 60 mit einer Wellenlänge von 193 , 3 nm aussendet .
Beispielsweise weist die Laserstrahlung 60 eine Strahlbreite 62 von 1740 pm auf . Das optische Element 3 weist beispielsweise eine laterale Ausdehnung von 2500 pm auf . Sowohl die Strahlbreite 62 als auch die lateralen Ausdehnung des optischen Elements 3 werden senkrecht zur Ausbreitungsrichtung Laserstrahlung 60 gemessen . Das optische Element 3 ist zur Strahl formung der Laserstrahlung 60 ausgebildet ( Figur 10 ) .
Die Laserstrahlung 60 wird in der Zwischenschicht 4 absorbiert . Dadurch wird die Zwischenschicht 4 über ihre Schmel ztemperatur erwärmt und schmil zt auf . Nach einem Abkühlen der Zwischenschicht 4 nachdem die Bestrahlung mit der Laserstrahlung 60 endet , sind der optoelektronische Halbleiterchip 2 und das optische Element 3 formschlüssig miteinander verbunden .
Durch das optische Element 3 wird die Laserstrahlung 60 in der Zwischenschicht 4 fokussiert ( Figur 10 ) . Die Laserstrahlung 60 bestrahlt dabei ein Bereich der Zwischenschicht 4 der in Draufsicht auf den optoelektronischen Halbleiterchip 2 den Halbleiterchip 2 überdeckt . Das heißt , die Zwischenschicht 4 wird in einem Bereich, in dem sie an den Halbleiterchip 2 grenzt homogen mit der Laserstrahlung 60 bestrahlt . Somit kann die Zwischenschicht 4 in einem einzigen Bestrahlungsschritt bestrahlt werden und eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 2 und dem optischen Element 3 erreicht werden .
Damit lässt sich Luftspalt zwischen dem Halbleiterchip 2 dem optischen Element 3 vermeiden . Des Weiteren findet kein großer Sprung im Brechungsindex zwischen dem Substrat 21 und dem optischen Element 3 statt , womit sich eine Auskoppelef fi zienz des optoelektronischen Bauelements 1 steigern lässt .
Bei dem in Figur 11 gezeigten Verfahrensschritt wurde das Verfahren derart abweichend von dem Verfahren der Figuren 5 bis 10 durchgeführt , dass ein Linsenarray 30 bereitgestellt wird, auf dem die Zwischenschicht 4 aufgebracht wird . Das Linsenarray 30 umfasst eine Viel zahl von optischen Elementen 3 . Nachfolgend wird ein Chiparray 20 auf die Zwischenschicht 4 an einer von dem Linsenarray 30 abgewandten Seite aufgebracht . Das Chiparray 20 umfasst dabei eine Viel zahl von optoelektronischen Halbleiterchips 2 .
Nachfolgend wird eine reflektierende Beschichtung 91 auf eine von dem Linsenarray 30 abgewandten Seite der Zwischenschicht 4 sowie auf Seitenflächen der optoelektronischen Halbleiterchips 2 aufgebracht . Die reflektierende Beschichtung 91 umfasst mindestens ein Metall wie zum Beispiel Aluminium .
Anschließend werden die optoelektronischen Halbleiterchips 2 mit einem Moldverfahren eingefasst , sodass ein Trägersubstrat 7 entsteht .
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Linsenarray 30 sowie des Chiparray 20 entlang von Trennlinien 75 vereinzelt . Die Trennlinien 75 verlaufen dabei zwischen den optischen Elementen 3 des Linsenbereichs 30 . Nach dem Vereinzeln ist j edem optoelektronischen Halbleiterchip 2 genau ein optisches Element 3 zugeordnet .
Alternativ kann auf den Vereinzelungsschritt auch verzichtet werden, womit ein optoelektronisches Bauelement 1 entsteht , dass eine Viel zahl von optischen Elementen 3 und optoelektronischen Halbleiterchips 2 umfasst .
Figur 12 und Figur 13 zeigen Materialeigenschaften von Gläsern, die für die Zwischenschicht 4 verwendet werden können . Beispielsweise werden solche Gläser für die Zwischenschicht 4 des optoelektronischen Bauelements 1 gemäß Figur 4 verwendet .
Die Gläser 11 bis 15 sind j eweils bei einer Wellenlänge 51 unter 200 nm eine verschwindende Transmission 50 . Damit sind die Gläser 11 bis 15 in diesem Wellenlängenbereich nicht durchsichtig sondern absorbierend ( Figur 12 ) . In einem Wellenlängenbereich mit Wellenlänge 51 größer als 400 nm zeigen alle Gläser 11 bis 15 eine Transmission von über 85 % bis hin zu über 90 % . Insbesondere Glas 11 zeigt bei einer Wellenlänge 51 von ungefähr 250 nm bereits eine Transmission 50 von nahezu 90 %. Damit ist das Glas 11 besonders für die Zwischenschicht 4 geeignet, da es bei der Peakwellenlänge des optoelektronischen Halbleiterchips 2 durchlässig ist. Gleichzeitig zeigt das Glas 11 bei einer Wellenlänge von 193 90 nm, wie sie beispielsweise der zweite Wellenlängenbereich 6 aufweist, eine Absorption von nahezu 100 %.
Ein thermischer Ausdehnungskoeffizient 53 der Gläser 11 bis 15 ist an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten 53 von Saphir angepasst (Figur 13) . Ein Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten 53 der Gläser 11 bis 15 zu den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Saphir beträgt lediglich 0,2 ppm / K. Im Vergleich dazu beträgt ein Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Quarzglas und Saphir über 7 ppm / K. Die Gläser 11 bis 15 sind somit besonders geeignet für die Zwischenschicht, um thermische Verspannungen in dem optoelektronischen Bauelement 1 zu verringern.
Figur 14 zeigt Ergebnisse einer Simulation, bei der eine Auskopplung Effizienz in Abhängigkeit von dem Brechungsindex des optischen Elements und dessen maximaler lateraler Ausdehnung gezeigt ist. Grundsätzlich werden bei einer lateralen Ausdehnung des optischen Elements 3 von 2500 pm die besten Ergebnisse erzielt. Die maximale Auskoppeleffizienz zeigt sich bei einer Linse, deren Material einen Brechungsindex von 1,8 aufweist. Ein geeignetes Material für das optische Element 3 ist damit Saphir, das einen Brechungsindex von 1,8 aufweist.
Figur 15 zeigt eine Transmission 50 für ein Fluorpolymer, wie es beispielsweise als Matrixmaterial 41 für eine Zwischenschicht 4 verwendet wird. Unterschiedliche Kurven in Figur 15 beziehen sich dabei auf unterschiedliche Fluorpolymervarianten, beispielsweise auf die sogenannten Varianten Cytop_ CTL-A, CTX-A und CTX-S . Dabei zeigt sich, dass für kurzweilige Strahlung mit einer Wellenlänge 52 von unter 3 , 5 pm die Transmission 50 für alle Varianten nahezu 90 % beträgt . Damit ist das Fluorpolymer als Matrixmaterial 41 geeignet , da es sowohl für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich und aus dem zweiten Wellenlängenbereichs 6 durchlässig ist .
Figur 16 zeigt die Transmission 50 von Saphir in % in Abhängigkeit der Wellenlänge 52 in pm für verschiedene Dicken . Dabei zeigt sich, dass die Transmission 50 für Wellenlängen 52 über 0 , 2 pm für alle Dicken mehr als 60 % und für Wellenlängen 52 über 0 , 25 pm über 90 % für alle Dicken beträgt . Damit ist Saphir als Material für das optische Element 3 geeignet , da es sowohl für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich als auch für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereichs 6 weitgehend durchlässig ist .
Figur 17 zeigt eine Transmission 50 von Silicapartikel in % als Funktion der Wellenlänge 52 in pm . Dabei zeigt sich das für Wellenlängen unter 0 , 2 pm Transmission 50 abnimmt , womit die Absorption zunimmt . Darüber hinaus weist bei einer Wellenlänge 52 von ungefähr 2 , 6 pm die Transmission 50 ein lokales Minimum auf , womit die Absorption bei dieser Wellenlänge 52 ein lokales Maximum aufweist . Somit sind Silicapartikel als Füllpartikel 42 in einem Matrixmaterial 41 für eine Zwischenschicht 4 geeignet , da durch die Absorption der Silicapartikel bei bestimmten Wellenlängen gezielt Wärme in die Zwischenschicht eingekoppelt werden kann . 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.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2023 104 440.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Bauelement
2 optoelektronischer Hableiterchip
3 optisches Element
4 Zwischenschicht
5 erster Wellenlängenbereich
6 zweiter Wellenlängenbereich
7 Trägersubstrat
8 Verbindungsschicht
9 Rahmen
10 Hauptabstrahlrichtung
11...15 Glas
20 Chiparray
21 Chipsubstrat
22 Halbleiterschichtenfolge
23 Kontaktstelle
30 Linsenarray
31 Hauptfläche des optischen Elements
40 Material der Zwischenschicht
41 Matrixmaterial
42 Füllpartikel
50 Transmission in %
51 Wellenlänge in nm
52 Wellenlänge in pm
53 Thermischer Ausdehnungkoef fi zient in ppm / K
54 Brechungsindex
55 Auskoppelef fi zienz
60 Laserstrahlung
61 Strahlbreite
62 Lichtquelle
71 Anschlussstelle
72 Durchkontkatierung 73 Metallisierung
75 Trennlinie
91 Beschichtung
101 Hei zplatte 102 Dispenser
103 Trans fervorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (1) umfassend
- mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip (2) , der zur Emission von Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich (5) eingerichtet ist,
- mindestens ein optisches Element (3) , und
- eine Zwischenschicht (4) zwischen dem mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip (2) und dem mindestens einen optischen Element (3) , wobei
- die Zwischenschicht (4) dazu eingerichtet ist, den mindestens einen optoelektronischen Halbleiterchip (2) an dem mindestens einen optischen Element (3) zu befestigen,
- das mindestens eine optische Element (3) mit einem Material gebildet ist, das für Strahlung aus einem zweiten Wellenlängenbereich (6) durchlässig ist,
- die Zwischenschicht (4) ein Material umfasst, das für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich (5) durchlässig und für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich (6) absorbierend ist, und
- der erste Wellenlängenbereich (5) andere Wellenlängen umfasst als der zweite Wellenlängenbereich (6) .
2. Optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine optische Element (3) zur Strahlformung von Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich (5) und/oder dem zweiten Wellenlängenbereich (6) ausgebildet ist.
3. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der Zwischenschicht (4) das mindestens eine optische Element (3) und der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip (2) formschlüssig miteinander verbunden sind.
4. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der erste Wellenlängenbereich (5) Wellenlängen im UV- Bereich des elektromagnetischen Spektrums umfasst mit Wellenlängen größer gleich 250 nm, und
- der zweite Wellenlängenbereich (6) Wellenlängen zwischen einschließlich 180 nm und 230 nm umfasst.
5. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
- der erste Wellenlängenbereich (5) Wellenlängen im UV- Bereich des elektromagnetischen Spektrums umfasst mit Wellenlängen größer gleich 200 nm, und
- der zweite Wellenlängenbereich (6) Wellenlängen zwischen einschließlich 150 nm und 200 nm umfasst.
6. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine optische Element (3) einen höheren Schmelzpunkt aufweist als die Zwischenschicht (4) .
7. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Zwischenschicht (4) ein Matrixmaterial (41) umfasst, in dem Füllpartikel (42) eingebracht sind,
- die Füllpartikel (42) mit einem Material gebildet sind, das für Strahlung aus dem ersten Wellenlängenbereich (5) durchlässig und für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich (6) absorbierend ist .
8. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine optische Element (3) eine Saphirlinse ist.
9. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei thermischer Ausdehnungskoeffizienten des mindestens einem optischen Element (3) , des mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (2) und der Zwischenschicht (4) sich höchstens um 0,5 ppm / K voneinander unterscheiden.
10. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend:
- eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips
(2) in einem Chiparray (20) ,
- eine Vielzahl von optischen Elementen (3) in einem Linsenarray (30) , wobei das Chiparray (20) und das Linsenarray (30) mittels der Zwischenschicht (4) formschlüssig miteinander verbunden sind .
11. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (1) , umfassend die folgenden Schritte:
A) Bereitstellen mindestens eines optischen Elements
(3) ,
B) Aufbringen einer Zwischenschicht (4) auf einer Hauptfläche (31) des mindestens einem optischen Elements C) Anbringen von mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (2) an einer dem mindestens einem optischen Element (3) abgewandten Seite der Zwischenschicht (4) ,
D) Verbinden des zumindest einen optischen Element (3) mit dem mindestens einem optoelektronischen Halbleiterchip (2) mittels Bestrahlen der Zwischenschicht (4) mit Strahlung aus einem zweiten Wellenlängenbereich (6) , wobei
- das mindestens eine optische Element (3) mit einem Material gebildet ist, das für Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich (6) durchlässig ist, und
- Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich (6) in der Zwischenschicht (4) absorbiert wird, sodass die Zwischenschicht (4) zumindest stellenweise auf eine Temperatur über einer Schmelztemperatur der Zwischenschicht (4) erwärmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem in Schritt D) die Zwischenschicht (4) mit Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich (6) durch das optische Element (3) bestrahlt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem
- im Schritt D) Laserstrahlung (60) mit einer Wellenlänge zwischen einschließlich 120 nm und 230 nm verwendet wird,
- das zumindest eine optische Element (3) in Sicht auf die Hauptfläche (31) eine laterale Ausdehnung aufweist, die größer ist als ein Strahlbreite (61) der Laserstrahlung (60) , und - das zumindest eine optische Element (3) zur Strahlformung der Laserstrahlung (60) eingerichtet ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem in Schritt D) die Zwischenschicht (4) homogen mit der Laserstrahlung (60) bestrahlt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 11 bis 14, bei dem in Schritt B) das zumindest eine optische Element (3) über eine Schmelztemperatur der Zwischenschicht (4) erwärmt wird, sodass ein Material der Zwischenschicht (4) gleichmäßig über die Hauptfläche (31) verteilt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem
- vor dem Schritt C) der mindestens eine optoelektronische Halbleiterchip (2) auf einem Trägersubstrat (7) aufgebracht wird, und
- während Schritt D) eine Verbindungsschicht (8) zwischen dem Trägersubstrat (7) und dem zumindest einem optoelektronischen Halbleiterchip (2) auf höchstens 250 °C erwärmt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem
- eine Vielzahl von optischen Elementen (3) in einem Linsenarray (30) bereitgestellt wird,
- die Zwischenschicht (4) auf dem Linsenarray (30) aufgebracht wird,
- das Linsenarray (30) mit einem Chiparray (20) verbunden wird, das eine Vielzahl von optoelektronischen Halbleiterchips (2) umfasst, sodass jedem optoelektronischen Halbleiterchip (2) mindestens ein optisches Element (3) zugeordnet ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein Verbund aus dem Linsenarray (30) und dem Chiparray (20) in eine Vielzahl von optischen Bauelementen (1) vereinzelt wird.
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JP2005215130A (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 発光素子モジュールの製造方法
US20060138443A1 (en) * 2004-12-23 2006-06-29 Iii-N Technology, Inc. Encapsulation and packaging of ultraviolet and deep-ultraviolet light emitting diodes
DE102011111917A1 (de) * 2011-08-30 2013-02-28 Osram Opto Semiconductors Gmbh Licht emittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements
US10147854B2 (en) * 2014-05-10 2018-12-04 Sensor Electronic Technology, Inc. Packaging for ultraviolet optoelectronic device
DE102019105831B4 (de) * 2019-03-07 2025-11-20 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronisches bauelement mit einer transparenten verbindung zwischen zwei fügepartnern und verfahren zu dessen herstellung
JP7510810B2 (ja) * 2020-07-20 2024-07-04 スタンレー電気株式会社 半導体発光装置
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