WO2011009737A1 - Leuchtdiode mit einer keramischen abdeckung und verfahren zur herstellung dieser leuchtdiode - Google Patents

Leuchtdiode mit einer keramischen abdeckung und verfahren zur herstellung dieser leuchtdiode Download PDF

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WO2011009737A1
WO2011009737A1 PCT/EP2010/059834 EP2010059834W WO2011009737A1 WO 2011009737 A1 WO2011009737 A1 WO 2011009737A1 EP 2010059834 W EP2010059834 W EP 2010059834W WO 2011009737 A1 WO2011009737 A1 WO 2011009737A1
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WO
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light
emitting diode
glass
cover body
semiconductor body
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PCT/EP2010/059834
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Madis Raukas
Gertrud KRÄUTER
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • LUMINOUS DIODE WITH A CERAMIC COVER AND METHOD FOR MANUFACTURING THIS LUMINOUS DIODE A light emitting diode is indicated.
  • a method for producing a light-emitting diode is specified.
  • US 2005/0022697 A1 describes sol-gel spin-on glasses which can contain a phosphor as dopant.
  • Optoelectronic component in which a phosphor is introduced into a sol-gel material.
  • Light-emitting diode with a converter made of semiconductor material Light-emitting diode with a converter made of semiconductor material.
  • An object to be solved is to provide a light-emitting diode having improved thermal properties.
  • a light-emitting diode is specified. According to at least one
  • the light-emitting diode comprises a semiconductor body which has at least one active zone which is used to generate electromagnetic radiation
  • the semiconductor body includes, for example, epitaxially deposited layers formed of inorganic semiconductor materials.
  • Deposited layers are deposited on a growth substrate, which are part of the semiconductor body can. Furthermore, it is possible that the substrate is removed from the semiconductor body.
  • the semiconductor body consists in this case only of the epitaxially deposited semiconductor layers.
  • the active zone is for example for generating electromagnetic radiation from the
  • the light emitting diode comprises a ceramic covering body.
  • ceramic cover body is formed, for example, as a small plate whose dimension in the vertical direction - that is, for example, the direction parallel to a
  • Ceramic cover body is preferably formed self-supporting.
  • the covering body is not formed by particles of ceramic luminescence conversion material which are applied to the semiconductor body, but the covering body is a composite which can be applied as a whole to the semiconductor body.
  • the thickness of the cover body is preferably between at least 40 microns. The thickness is preferably at most 150 microns.
  • the cover body preferably has the same dimensions as or overhanging the semiconductor body.
  • the area of the cover body facing the semiconductor body then has a surface area which is at least 25%, preferably at least 50%, particularly preferably at least 95%, of the surface area of the surface Surface of the semiconductor body, which faces the cover body. That is, the cover body covers the
  • Semiconductor body preferably to a large or
  • the cover body is made of a ceramic material or contains a ceramic material. If the covering body contains a ceramic material, then the covering body contains
  • the cover body is ceramic, that has the properties of a ceramic.
  • the cover body comprises a phosphor which is intended to absorb electromagnetic radiation and
  • the phosphor is
  • a luminescence conversion material for example, the electromagnetic radiation from a first
  • the electromagnetic radiation may, for example, be generated in part by those generated in the active zone of the semiconductor body
  • Cover body can consist of the phosphor. Furthermore, it is possible that particles of the phosphor in the
  • the light-emitting diode comprises a glass-containing adhesion-promoting layer.
  • glass-containing means that the adhesion-promoting layer contains a glass or consists of a glass the adhesion-promoting layer is at least predominantly formed from a glass, so that the adhesion-promoting layer has properties of a glass.
  • the covering body is disposed on a radiation exit surface of the light-emitting diode
  • Radiation exit surface of the semiconductor body is that part of the surface of the semiconductor body, through which the entire or at least a majority of
  • the radiation exit surface is formed by a main surface of the semiconductor body, which runs transversely or perpendicularly to a growth direction of the epitaxially deposited layers of the semiconductor body.
  • the cover body is mechanically fixed to the
  • Semiconductor body applied that at least a major part, that is at least 50%, preferably at least 75%, more preferably at least 90% of the
  • the glass-containing adhesion-promoting layer is arranged at least in places between the radiation exit surface and the covering body and mediates adhesion between the light-emitting layer
  • the primer layer is directly on the
  • the adhesion-promoting layer is then preferably directly in contact with the covering body.
  • the means that the primer layer has both the
  • the cover layer mediates that adhesion between semiconductor body and cover body, which ensures that the cover body is attached to the radiation exit surface of the semiconductor body on the semiconductor body.
  • a glass-containing adhesion-promoting layer is arranged between the ceramic covering body and the semiconductor body, which acts like an adhesive which holds the covering body on the semiconductor body.
  • the adhesion-promoting layer can cover the entire area between the semiconductor body and
  • Cover body is textured and there are areas between
  • Adhesive layer are. These areas can then be filled with air.
  • the light emitting diode comprises a semiconductor body with at least one active zone, which is used to generate electromagnetic
  • a ceramic cover body with a phosphor which is intended to absorb electromagnetic radiation and to emit electromagnetic radiation of a different wavelength
  • a ceramic cover body with a phosphor which is intended to absorb electromagnetic radiation and to emit electromagnetic radiation of a different wavelength
  • the cover body is at a radiation exit surface of the
  • Primer layer is between the
  • Radiation exit surface and the cover body arranged and provides adhesion between the semiconductor body and the cover body.
  • Adhesive layer is particularly well suited for adjusting the optical refractive index between the semiconductor body and ceramic cover body.
  • the adhesion-promoting layer has a larger optical refractive index than that for a
  • Silicone layer would be the case, which is the ceramic one
  • a glass-containing adhesion-promoting layer is characterized by a
  • the semiconductor body is therefore thermally particularly well connected to the cover body, so that the cover body for dissipating heat from
  • the light-emitting diode described is therefore characterized by improved optical and thermal properties.
  • the adhesion-promoting layer contains a spin-on glass or the
  • Primer layer consists of a spin-on glass. If the primer layer contains a spin-on glass, it is preferably predominantly formed from the spin-on glass. That is, the spin-on glass can be used, for example, as
  • Matrix material for additives such as phosphors or
  • the primer layer is at least 75%, preferably at least 90% of the spin-on glass.
  • the primer layer is at least 75%, preferably at least 90% of the spin-on glass.
  • Primer layer the material XC3150i from the company Silecs use.
  • the refractive index of the adhesion-promoting layer is, for example, between 1.5 and 2.5, for example 1.651 at a wavelength of 632 nm
  • the conductivity of the primer layer is between at least 0.1 W / mK and at most 1.0 W / mK.
  • the adhesion-promoting layer contains a further phosphor which is intended to absorb electromagnetic radiation and to emit electromagnetic radiation of a different wavelength.
  • the other phosphor may be
  • electromagnetic radiation of different wavelengths or a different wavelength range than the first phosphor is provided.
  • the further phosphor can be provided for absorbing UV radiation and electromagnetic
  • the phosphor of the ceramic cover body can then be provided for absorbing the blue light and emit yellow light, for example. Furthermore, it is possible that phosphor and further phosphor
  • Color rendering index is emitted.
  • the adhesion-promoting layer contains at least one of the following Or consists of one of the following materials: silicon oxide, in particular silicon dioxide, a metal oxide, in particular zinc oxide, tin oxide, aluminum oxide,
  • the primer layer has a uniform thickness. That is, the
  • Bonding layer is as a flat or substantially planar layer on the radiation exit surface of
  • Adhesion-promoting layer is, for example, between at least 1 ⁇ m and at most 20 ⁇ m, preferably between at least 1 ⁇ m and at most 10 ⁇ m.
  • the covering body consists of a ceramic phosphor. That is, the ceramic covering body is entirely formed of a ceramic phosphor which is shaped into a platelet by, for example, an injection molding method, a transfer molding method or a powder injection molding method.
  • the phosphor may, for example, be YAG: Ce.
  • the covering body and / or the further phosphor consists of one of the following materials or contains one of the following materials: doped with rare earth metals
  • Orthosilicates doped with rare earth metals Chlorosilicates, rare-earth-doped alkaline-earth silicon nitrides, rare-earth-doped oxynitrides, rare-earth-doped aluminum oxynitrides.
  • a light-emitting diode described here can be produced. That is, all the features disclosed for the light emitting diode are also disclosed for the method and vice versa.
  • a semiconductor body which is an active zone
  • the semiconductor body includes, which is provided for generating electromagnetic radiation. Subsequently, a layer of spin-on glass is applied to the radiation exit surface of the semiconductor body. For example, the spin-on glass is dissolved in the solute state as sol gel material
  • the spin-on glass can for example on the radiation exit surface
  • spin-coated, knife-dried, sprayed on, stamped on, dosed or applied by screen printing Other methods for applying the spin-on glass are possible.
  • the spin-on glass is dried on the radiation exit surface. Drying removes volatiles from the spin-on glass. For example, the sol-gel material turns into a gel-like state upon drying.
  • ceramic cover body comprising a phosphor which is intended to absorb electromagnetic radiation and to emit electromagnetic radiation of a different wavelength, applied to the spin-on glass layer. Finally, the spin-on glass layer is heated and thereby crosslinked to the adhesion-promoting layer.
  • the method is preferably carried out simultaneously for a plurality of semiconductor bodies, which may be present, for example, in a wafer composite. It can be on everyone
  • Disc is applied, which is then separated together with the semiconductor bodies to individual LEDs.
  • the process step of the drying of the spin-on glass at a temperature of at least 100 0 C and at most 180 0 C within a period of at least 3 min and at most 15 min.
  • the heating and crosslinking of the spin-on glass layer is carried out at a temperature of at least 150 ° C. and at most 350 ° C. within a period of at least 3 minutes and at most 15 minutes.
  • heating and crosslinking preferably takes place at a higher temperature than that
  • FIGS 1 and 2 show embodiments of here
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a light-emitting diode according to a first embodiment described here
  • the light-emitting diode comprises a
  • the semiconductor body 1 comprises a first semiconductor layer 3 and a second semiconductor layer 4.
  • the first semiconductor layer 3 is p-doped, for example, and the second semiconductor layer 4 is then n-doped.
  • the active zone 2 is arranged between the first semiconductor layer 3 and the second semiconductor layer 4, the active zone 2 is arranged.
  • the active zone is provided for generating electromagnetic radiation when the light-emitting diode is energized. For example, in operation, the LED of the active zone becomes electromagnetic
  • the semiconductor body 1 has a radiation exit surface Ia, through which at least part of the electromagnetic radiation generated in operation in the active zone 2 leaves the semiconductor body 1.
  • the radiation exit area 1 is formed by a main area of the semiconductor body 1.
  • the light-emitting diode further comprises a first contact point 5a, which is applied to the radiation exit surface 1a.
  • the first contact point 5a is, for example, a bonding pad, by means of which the light-emitting diode can be electrically connected via a bonding wire.
  • Contact point 5b is formed at the first contact point 5a opposite side of the semiconductor body 1 and is used for example for Lot. mich
  • an adhesion-promoting layer 6 is applied, which contains a glass or consists of a glass.
  • the adhesion-promoting layer 6 is a spin-on glass in which particles of a phosphor 9 are introduced.
  • the phosphor 9 is, for example, a ceramic phosphor such as YAG: Ce.
  • the adhesion-promoting layer 6 has a uniform thickness D1.
  • the adhesion-promoting layer imparts adhesion between the semiconductor body 1 and a cover body 7.
  • the cover body 7 is ceramic.
  • the covering body 7 is formed from a ceramic material into which particles of a phosphor 8 are introduced.
  • the phosphor 8 may be an organic or an inorganic phosphor.
  • the adhesion-promoting layer 6 imparts a mechanical adhesion between the semiconductor body 1 and the covering body 7. In addition, the adhesion-promoting layer 6 ensures a good thermal connection of the covering body 7 to the semiconductor body 1
  • Semiconductor body 1 and 7 cover body. That is, it has a refractive index which may be, for example, between the refractive indices of the semiconductor body 1 and the cover body 7. Notwithstanding that described in connection with FIG.
  • the adhesion-promoting layer 6 is free of a phosphor.
  • the adhesion-promoting layer 6 is then formed, for example, clear or has particles of a light-scattering
  • the covering body 7 consists of a ceramic phosphor.
  • Cover body 7 remote from the bottom of the semiconductor body 1 is arranged. As a result, it is possible for the covering body 7 to cover the radiation exit surface 1a of the semiconductor body 1 over its entire surface.
  • Figure 2 is the
  • Adhesive layer 6 free of a phosphor 9 and, for example, formed clear. Deviating from the embodiment described in connection with FIG. 2, however, it is also possible for the adhesion-promoting layer 6 to contain particles of a phosphor 9 and / or for the phosphor
  • Cover body 7 is formed of a ceramic material, which is used as a matrix material for particles of a phosphor 8 use.

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Abstract

Es wird eine Leuchtdiode angegeben, mit einem Halbleiterkörper (1), umfassend zumindest eine aktive Zone (2), die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, einem keramischen Abdeckkörper (7), umfassend einen Leuchtstoff (8), der vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung zu absorbieren und elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge zu emittieren, und einer glashaltigen Haftvermittlungsschicht (6), wobei der Abdeckkörper (7) an einer Strahlungsaustrittsfläche (1a) des Halbleiterkörpers (1) befestigt ist, und die glashaltige Haftvermittlungsschicht (6) zwischen der Strahlungsaustrittsfläche (1a) und dem Abdeckkörper (7) angeordnet ist und eine Haftung zwischen dem Halbleiterkörper (1) und dem Abdeckkörper (7) vermittelt.

Description

Beschreibung
LEUCHTDIODE MIT EINER KERAMISCHEN ABDECKUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DIESER LEUCHTDIODE Es wird eine Leuchtdiode angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode angegeben.
Die Druckschrift US 2005/0022697 Al beschreibt Sol-Gel Spin- On-Gläser, die als Dotierstoff einen Leuchtstoff enthalten können.
Die Druckschrift DE 10 2005 012 953 Al beschreibt ein
optoelektronisches Bauelement, bei dem ein Leuchtstoff in ein Sol-Gel-Material eingebracht ist.
Die Druckschrift DE 10 2007 018 837 Al beschreibt ein
Verfahren zur Herstellung eines Lumineszenzdiodenchips.
Die Druckschrift WO 2009/048704 A2 beschreibt eine
Leuchtdiode mit einem Konverter aus Halbleitermaterial.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Leuchtdiode anzugeben, die verbesserte thermische Eigenschaften aufweist. Es wird eine Leuchtdiode angegeben. Gemäß zumindest einer
Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode einen Halbleiterkörper, der zumindest eine aktive Zone aufweist, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung
vorgesehen ist. Der Halbleiterkörper umfasst beispielsweise epitaktisch abgeschiedene Schichten, die aus anorganischen Halbleitermaterialien gebildet sind. Die epitaktisch
abgeschiedenen Schichten sind auf ein Aufwachssubstrat abgeschieden, das Bestandteil des Halbleiterkörpers sein kann. Ferner ist es möglich, dass das Substrat vom Halbleiterkörper entfernt ist. Der Halbleiterkörper besteht in diesem Fall lediglich aus den epitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschichten. Die aktive Zone ist beispielsweise zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aus dem
Spektralbereich von UV-Strahlung und/oder blauem Licht vorgesehen, das heißt, im Betrieb der Leuchtdiode wird in der aktiven Zone diese elektromagnetische Strahlung erzeugt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode einen keramischen Abdeckkörper. Der
keramische Abdeckkörper ist beispielsweise als Plättchen ausgebildet, dessen Abmessung in vertikaler Richtung - das ist beispielsweise die Richtung, die parallel zu einer
Wachstumsrichtung der epitaktisch abgeschiedenen Schichten des Halbleiterkörpers verläuft - kleiner ist als die
Abmessung in lateraler Richtung - das ist diejenige Richtung, die senkrecht zur vertikalen Richtung verläuft. Der
keramische Abdeckkörper ist dabei vorzugsweise selbsttragend ausgebildet. Insbesondere ist der Abdeckkörper nicht durch Partikel es keramischen Lumineszenzkonversionsmaterials gebildet, die auf den Halbleiterkörper aufgebracht sind, sondern der Abdeckkörper ist ein Verbund, der als Ganzes auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden kann. Die Dicke des Abdeckkörpers beträgt dabei vorzugsweise zwischen wenigstens 40 μm. Die Dicke beträgt dabei vorzugsweise höchstens 150 μm.
Der Abdeckkörper weist in lateraler Richtung vorzugsweise die gleichen Abmessungen wie der der Halbleiterkörper auf oder überragt diesen. In jedem Fall weist die dem Halbleiterkörper zugewandete Fläche des Abdeckkörpers dann einen Flächeninhalt auf, der wenigstens 25 %, vorzugsweise wenigstens 50 %, besonders bevorzugt wenigstens 95 % des Flächeninhalts der Fläche des Halbleiterkörpers beträgt, die dem Abdeckkörper zugewandt ist. Das heißt, der Abdeckkörper bedeckt den
Halbleiterkörper vorzugsweise zu einem großen oder
überwiegenden Teil.
Der Abdeckkörper besteht aus einem keramischen Material oder enthält ein keramisches Material. Enthält der Abdeckkörper ein keramisches Material, so enthält der Abdeckkörper
vorzugsweise überwiegend ein keramisches Material, so dass der Abdeckkörper keramisch ist, also die Eigenschaften einer Keramik aufweist.
Der Abdeckkörper umfasst einen Leuchtstoff, der vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung zu absorbieren und
elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge zu emittieren. Bei dem Leuchtstoff handelt es sich
beispielsweise um ein Lumineszenzkonversionsmaterial, das elektromagnetische Strahlung aus einem ersten
Wellenlängenbereich absorbiert und elektromagnetische
Strahlung aus einem zweiten Wellenlängenbereich mit
Wellenlängen größer als die Wellenlängen im ersten
Wellenlängenbereich emittiert. Bei der elektromagnetischen Strahlung kann es sich beispielsweise zum Teil um die in der aktiven Zone des Halbleiterkörpers erzeugte
elektromagnetische Strahlung handeln. Der keramische
Abdeckkörper kann dabei aus dem Leuchtstoff bestehen. Ferner ist es möglich, dass Partikel des Leuchtstoffs im
Abdeckkörper vorhanden sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode eine glashaltige Haftvermittlungsschicht. „Glashaltig" bedeutet dabei, dass die Haftvermittlungsschicht ein Glas enthält oder aus einem Glas besteht. Vorzugsweise ist die Haftvermittlungsschicht zumindest überwiegend aus einem Glas gebildet, so dass die Haftvermittlungsschicht Eigenschaften eines Glases aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode ist der Abdeckkörper an einer Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterkörpers befestigt. Bei der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers handelt es sich um jenen Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers, durch den die gesamte oder zumindest ein Großteil der
Strahlung, die vom Halbleiterkörper emittiert wird, diesen verlässt. Beispielsweise ist die Strahlungsaustrittsfläche durch eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers gebildet, die quer beziehungsweise senkrecht zu einer Wachstumsrichtung der epitaktisch abgeschiedenen Schichten des Halbleiterkörpers verläuft. Der Abdeckkörper ist mechanisch fest mit dem
Halbleiterkörper verbunden. Er ist derart auf dem
Halbleiterkörper aufgebracht, dass zumindest ein Großteil, das heißt wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 75 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 % der aus der
Strahlungsaustrittsfläche austretenden Strahlung in den
Abdeckkörper gelangt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode ist die glashaltige Haftvermittlungsschicht zumindest stellenweise zwischen der Strahlungsaustrittsfläche und dem Abdeckkörper angeordnet und vermittelt eine Haftung zwischen dem
Halbleiterkörper und dem Abdeckkörper. Beispielsweise ist die Haftvermittlungsschicht direkt auf die
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht und befindet sich daher in direktem Kontakt mit dem
Halbleiterkörper. Ferner ist die Haftvermittlungsschicht dann vorzugsweise direkt in Kontakt mit dem Abdeckkörper. Das heißt, die Haftvermittlungsschicht weist sowohl mit dem
Abdeckkörper als auch mit dem Halbleiterkörper eine
Berührungsfläche auf. Die Abdeckschicht vermittelt diejenige Haftung zwischen Halbleiterkörper und Abdeckkörper, die dafür sorgt, dass der Abdeckkörper an der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers am Halbleiterkörper befestigt ist. Mit anderen Worten ist zwischen dem keramischen Abdeckkörper und dem Halbleiterkörper eine glashaltige Haftvermittlungsschicht angeordnet, die wie ein Klebstoff wirkt, der den Abdeckkörper am Halbleiterkörper hält. Die Haftvermittlungsschicht kann den gesamten Bereich zwischen Halbleiterkörper und
Abdeckkörper ausfüllen. Es ist aber auch denkbar, dass die Haftvermittlungsschicht zwischen Halbleiterkörper und
Abdeckkörper strukturiert ist und es Bereiche zwischen
Halbleiterkörper und Abdeckkörper gibt, die frei von der
Haftvermittlungsschicht sind. Diese Bereiche können dann mit Luft gefüllt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode einen Halbleiterkörper mit zumindest einer aktiven Zone, die zur Erzeugung von elektromagnetischer
Strahlung vorgesehen ist, einen keramischen Abdeckkörper mit einem Leuchtstoff, der vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung zu absorbieren und elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge zu emittieren, und einer
glashaltigen Haftvermittlungsschicht. Der Abdeckkörper ist dabei an einer Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterkörpers befestigt und die glashaltige
Haftvermittlungsschicht ist zwischen der
Strahlungsaustrittsfläche und dem Abdeckkörper angeordnet und vermittelt eine Haftung zwischen dem Halbleiterkörper und dem Abdeckkörper . Der hier beschriebenen Leuchtdiode liegt dabei unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass eine glashaltige
Haftvermittlungsschicht besonders gut zur Anpassung des optischen Brechungsindex zwischen Halbleiterkörper und keramischem Abdeckkörper geeignet ist. Die glashaltige
Haftvermittlungsschicht verfügt beispielsweise über einen größeren optischen Brechungsindex als dies für eine
Silikonschicht der Fall wäre, die den keramischen
Abdeckkörper und den Halbleiterkörper alternativ als
Haftmittel miteinander verbinden könnte. Ferner zeichnet sich eine glashaltige Haftvermittlungsschicht durch eine
beispielsweise gegenüber einer Silikonschicht verbesserte Wärmeleitfähigkeit aus. Der Halbleiterkörper ist daher thermisch besonders gut an den Abdeckkörper angeschlossen, so dass der Abdeckkörper zum Abführen von Wärme vom
Halbleiterkörper Verwendung finden kann. Die beschriebene Leuchtdiode zeichnet sich daher durch verbesserte optische und thermische Eigenschaften aus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode enthält die Haftvermittlungsschicht ein Spin-On-Glas oder die
Haftvermittlungsschicht besteht aus einem Spin-On-Glas. Wenn die Haftvermittlungsschicht ein Spin-On-Glas enthält, so ist sie vorzugsweise überwiegend aus dem Spin-On-Glas gebildet. Das heißt, das Spin-On-Glas kann beispielsweise als
Matrixmaterial für Zusatzstoffe wie Leuchtstoffe oder
Diffusorpartikel wirken, die Haftvermittlungsschicht besteht aber zu wenigstens 75 %, vorzugsweise zu wenigstens 90 % aus dem Spin-On-Glas. Zum Beispiel findet für die
Haftvermittlungsschicht das Material XC3150i der Firma Silecs Verwendung. Der Brechungsindex der Haftvermittlungsschicht beträgt zum Beispiel zwischen 1,5 und 2,5, beispielsweise 1,651 bei einer Wellenlänge von 632 nm. Die thermische Leitfähigkeit der Haftvermittlungsschicht liegt zum Beispiel zwischen wenigstens 0,1 W/mK und höchstens 1,0 W/mK.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode enthält die Haftvermittlungsschicht einen weiteren Leuchtstoff, der vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung zu absorbieren und elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge zu emittieren. Bei dem weiteren Leuchtstoff kann es sich
beispielsweise um den gleichen Leuchtstoff handeln, der auch vom keramischen Abdeckkörper umfasst wird. Darüber hinaus ist es möglich, dass es sich um einen anderen Leuchtstoff
handelt, der zur Absorption und/oder Emission von
elektromagnetischer Strahlung anderer Wellenlängen oder eines anderen Wellenlängenbereichs als der erste Leuchtstoff vorgesehen ist.
Beispielsweise kann der weitere Leuchtstoff zur Absorption von UV-Strahlung vorgesehen sein und elektromagnetische
Strahlung aus dem Spektralbereich von blauem Licht
emittieren. Der Leuchtstoff des keramischen Abdeckkörpers kann dann zur Absorption des blauen Lichts vorgesehen sein und beispielsweise gelbes Licht emittieren. Ferner ist es möglich, dass Leuchtstoff und weiterer Leuchtstoff
elektromagnetische Strahlung aus dem gleichen
Wellenlängenbereich absorbieren und elektromagnetische
Strahlung aus unterschiedlichen Wellenlängenbereichen
emittieren. Insgesamt kann die Verwendung eines weiteren Leuchtstoffs dazu beitragen, dass von der Leuchtdiode im Betrieb weißes Licht mit einem besonders hohen
Farbwiedergabeindex emittiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode enthält die Haftvermittlungsschicht zumindest eines der folgenden Materialien oder besteht aus einem der folgenden Materialien: Siliziumoxid, insbesondere Siliziumdioxid, einem Metalloxid, insbesondere Zinkoxid, Zinnoxid, Aluminiumoxid,
Zirkoniumdioxid, Hafniumdioxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der
Haftvermittlungsschicht weist die Haftvermittlungsschicht eine gleichmäßige Dicke auf. Das heißt, die
Haftvermittlungsschicht ist als ebene oder im Wesentlichen ebene Schicht auf die Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterkörpers aufgebracht. Die Dicke der
Haftvermittlungsschicht beträgt dabei zum Beispiel zwischen wenigstens 1 μm und höchstens 20 μm, bevorzugt zwischen wenigstens 1 μm und höchstens 10 μm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode besteht der Abdeckkörper aus einem keramischen Leuchtstoff. Das heißt, der keramische Abdeckkörper ist vollständig aus einem keramischen Leuchtstoff gebildet, der beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens, eines Spritzpressverfahrens oder eines Pulverspritzgussverfahrens in die Form eines Plättchens gebracht ist. Bei dem Leuchtstoff kann es sich beispielsweise um YAG: Ce handeln. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode besteht der Abdeckkörper und/oder der weitere Leuchtstoff aus einem der folgenden Materialien oder enthält eines der folgenden Materialien: mit Metallen der seltenen Erden dotierte
Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte
Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte
Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte
Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxynitride .
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer
Leuchtdiode angegeben. Mittels des Verfahrens kann
beispielsweise eine hier beschriebene Leuchtdiode hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für die Leuchtdiode offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird zunächst ein Halbleiterkörper bereitgestellt, der eine aktive Zone
umfasst, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Anschließend wird eine Schicht aus Spin-On- Glas auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterkörpers aufgebracht. Das Spin-On-Glas wird beispielsweise als SoI- Gel-Material im gelösten Zustand auf die
Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht. Das Spin-On-Glas kann auf die Strahlungsaustrittsfläche beispielsweise
aufgeschleudert, aufgerakelt, aufgesprüht, aufgestempelt, aufdosiert oder mittels Siebdruck aufgebracht werden. Auch andere Verfahren zu Aufbringung des Spin-On-Glases sind möglich.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das Spin-On- Glas an der Strahlungsaustrittsfläche angetrocknet. Durch das Trocknen werden flüchtige Bestandteile aus dem Spin-On-Glas entfernt. Beispielsweise geht das Sol-Gel-Material bei dem Antrocknen in einen Gel-artigen Zustand über.
In einem anzuschließenden Verfahrensschritt wird ein
keramischer Abdeckkörper, der einen Leuchtstoff umfasst, der vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung zu absorbieren und elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge zu emittieren, auf die Spin-On-Glasschicht aufgebracht. Schließlich wird die Spin-On-Glasschicht erwärmt und dabei zur Haftvermittlungsschicht vernetzt. Dabei wird eine
mechanisch feste Verbindung zwischen dem Halbleiterkörper und dem Abdeckkörper hergestellt. Das Verfahren wird bevorzugt gleichzeitig für eine Vielzahl von Halbleiterkörpern durchgeführt, die beispielsweise im Wafer-Verbund vorliegen können. Dabei kann auf jeden
Halbleiterkörper ein zugeordneter, bereits vereinzelter
Abdeckkörper aufgebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, dass auf die Vielzahl der Halbleiterkörper eine einzige
Scheibe aufgebracht wird, die anschließend zusammen mit den Halbleiterkörpern zu einzelnen Leuchtdioden vereinzelt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Verfahrensschritt des Antrocknens des Spin-On-Glases bei einer Temperatur von wenigstens 1000C und höchstens 1800C innerhalb einer Zeitspanne von wenigstens 3 min und höchstens 15 min. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Erwärmen und Vernetzen der Spin-On-Glasschicht bei einer Temperatur von wenigstens 1500C und höchstens 3500C innerhalb einer Zeitspanne von wenigstens 3 min und höchstens 15 min durchgeführt. Allgemein findet das Erwärmen und Vernetzen vorzugsweise bei einer höheren Temperatur statt als das
Antrocknen . Im Folgenden wird die hier beschriebene Leuchtdiode sowie das hier beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode anhand von Figuren sowie den zugehörigen
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Figuren 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele von hier
beschriebenen Leuchtdioden in schematischen
Schnittdarstellungen . Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer hier beschriebenen Leuchtdiode gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel. Die Leuchtdiode umfasst einen
Halbleiterkörper 1. Der Halbleiterkörper 1 umfasst eine erste Halbleiterschicht 3 und eine zweite Halbleiterschicht 4. Die erste Halbleiterschicht 3 ist beispielsweise p-dotiert, die zweite Halbleiterschicht 4 ist dann n-dotiert. Zwischen erster Halbleiterschicht 3 und zweiter Halbleiterschicht 4 ist die aktive Zone 2 angeordnet. Die aktive Zone ist zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung bei Bestromung der Leuchtdiode vorgesehen. Beispielsweise wird im Betrieb der Leuchtdiode von der aktiven Zone elektromagnetische
Strahlung aus dem Spektralbereich von UV-Strahlung und/oder blauem Licht emittiert. Der Halbleiterkörper 1 weist eine Strahlungsaustrittsfläche Ia auf, durch die zumindest ein Teil der im Betrieb in der aktiven Zone 2 erzeugten elektromagnetischen Strahlung den Halbleiterkörper 1 verlässt. Die Strahlungsaustrittsfläche 1 ist vorliegend durch eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers 1 gebildet .
Die Leuchtdiode umfasst ferner eine erste Kontaktstelle 5a, die auf die Strahlungsaustrittsfläche Ia aufgebracht ist. Bei der ersten Kontaktstelle 5a handelt es sich beispielsweise um ein Bondpad, mittels dem die Leuchtdiode über einen Bonddraht elektrisch angeschlossen werden kann. Die zweite
Kontaktstelle 5b ist an der der ersten Kontaktstelle 5a gegenüberliegenden Seite des Halbleiterkörpers 1 ausgebildet und dient beispielsweise zur Lotkontaktierung der
Leuchtdiode .
Auf die Strahlungsaustrittsfläche Ia des Halbleiterkörpers 1 ist eine Haftvermittlungsschicht 6 aufgebracht, die ein Glas enthält oder aus einem Glas besteht. Vorliegend handelt es sich bei der Haftvermittlungsschicht 6 um ein Spin-On-Glas, in das Partikel eines Leuchtstoffes 9 eingebracht sind. Bei dem Leuchtstoff 9 handelt es sich beispielsweise um einen keramischen Leuchtstoff wie YAG:Ce.
Die Haftvermittlungsschicht 6 weist eine gleichmäßige Dicke Dl auf. Die Haftvermittlungsschicht vermittelt eine Haftung zwischen dem Halbleiterkörper 1 und einem Abdeckkörper 7. Der Abdeckkörper 7 ist keramisch ausgebildet. Vorliegend ist der Abdeckkörper 7 aus einem keramischen Material gebildet, in das Partikel eines Leuchtstoffes 8 eingebracht sind. Bei dem Leuchtstoff 8 kann es sich um einen organischen oder einen anorganischen Leuchtstoff handeln.
Die Haftvermittlungsschicht 6 vermittelt eine mechanische Haftung zwischen dem Halbleiterkörper 1 und dem Abdeckkörper 7. Darüber hinaus sorgt die Haftvermittlungsschicht 6 für eine gute thermische Anbindung des Abdeckkörpers 7 an den Halbleiterkörper 1. Schließlich passt sich die
Haftvermittlungsschicht 6 dem Brechungsindex zwischen
Halbleiterkörper 1 und Abdeckkörper 7 an. Das heißt, sie weist einen Brechungsindex auf, der beispielsweise zwischen den Brechungsindices von Halbleiterkörper 1 und Abdeckkörper 7 liegen kann. Abweichend vom in Verbindung mit der Figur 1 beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Leuchtdiode ist es möglich, dass die Haftvermittlungsschicht 6 frei von einem Leuchtstoff ist. Die Haftvermittlungsschicht 6 ist dann beispielsweise klarsichtig ausgebildet oder weist Partikel eines lichtstreuenden
Materials wie Titanoxid auf.
Ferner ist es - abweichend vom Ausführungsbeispiel der Figur 1 - möglich, dass der Abdeckkörper 7 aus einem keramischen Leuchtstoff besteht.
In Verbindung mit der Figur 2 ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Leuchtdiode erläutert. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind erste und zweite Kontaktstelle 5a, 5b an einer dem
Abdeckkörper 7 abgewandten Unterseite des Halbleiterkörpers 1 angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass der Abdeckkörper 7 die Strahlungsaustrittsfläche Ia des Halbleiterkörpers 1 ganzflächig bedeckt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist die
Haftvermittlungsschicht 6 frei von einem Leuchtstoff 9 und beispielsweise klarsichtig ausgebildet. Der Abdeckkörper 7 besteht aus dem keramischen Leuchtstoff 8. Abweichend vom in Verbindung mit der Figur 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es jedoch auch möglich, dass die Haftvermittlungsschicht 6 Partikel eines Leuchtstoffes 9 enthält und/oder der
Abdeckkörper 7 aus einem keramischen Material gebildet ist, das als Matrixmaterial für Partikel eines Leuchtstoffes 8 Verwendung findet.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2009 027 977.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtdiode mit
- einem Halbleiterkörper (1), umfassend zumindest eine aktive Zone (2), die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist,
- einem keramischen Abdeckkörper (7), umfassend einen
Leuchtstoff (8), der vorgesehen ist, elektromagnetische
Strahlung zu absorbieren und elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge zu emittieren, und
- einer glashaltigen Haftvermittlungsschicht (6), wobei
- der Abdeckkörper (7) an einer Strahlungsaustrittsfläche (Ia) des Halbleiterkörpers (1) befestigt ist, und
- die glashaltige Haftvermittlungsschicht (6) zwischen der Strahlungsaustrittsfläche (Ia) und dem Abdeckkörper (7) angeordnet ist und eine Haftung zwischen dem Halbleiterkörper (1) und dem Abdeckkörper (7) vermittelt.
2. Leuchtdiode nach dem vorherigen Anspruch,
bei der die Haftvermittlungsschicht (6) aus einem Spin-On- Glas besteht oder ein Spin-On-Glas enthält.
3. Leuchtdiode nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der der Abdeckkörper (7) ein selbsttragendes Plättchen ist.
4. Leuchtdiode nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der die Haftvermittlungsschicht (6) einen weiteren
Leuchtstoff (9) enthält, der vorgesehen ist,
elektromagnetische Strahlung zu absorbieren und
elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge zu emittieren .
5. Leuchtdiode nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der die Haftvermittlungsschicht (6) zumindest eines der folgenden Materialien enthält oder aus einem der folgenden Materialien besteht: SiO2, ZnO, A12O3, ZrO2, Hf02.
6. Leuchtdiode nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der die Haftvermittlungsschicht (6) eine gleichmäßige Dicke (Dl) zwischen wenigstens 1 μm und höchsten 10 μm aufweist .
7. Leuchtdiode nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der der Abdeckkörper (7) aus einem keramischen
Leuchtstoff besteht.
8. Leuchtdiode nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der der Abdeckkörper (7) und/oder weitere Leuchtstoff (9) aus einem der folgenden Materialien besteht oder eines der folgenden Materialien enthält: mit Metallen der seltenen Erden dotierte Granate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit Metallen der seltenen Erden
dotierte Aluminate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte
Chlorosilikate, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Erdalkalisiliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Oxynitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxynitride .
9. Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode mit den folgenden Schritten
- Bereitstellen zumindest eines Halbleiterkörpers (1), umfassend zumindest eine aktive Zone (2), die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, - Aufbringen einer Spin-On-Glas Schicht auf eine Strahlungsaustrittsfläche (Ia) des Halbleiterkörpers (1),
- Antrocknen der Spin-On-Glas Schicht,
- Aufbringen eines keramischen Abdeckkörpers (6), umfassend einen Leuchtstoff (8), der vorgesehen ist, elektromagnetische Strahlung zu absorbieren und elektromagnetische Strahlung einer anderen Wellenlänge zu emittieren, auf die Spin-On-Glas Schicht,
- Erwärmen und Vernetzen der Spin-On-Glas Schicht zu einer glashaltigen Haftvermittlungsschicht (6), die eine Haftung zwischen dem Halbleiterkörper (1) und dem Abdeckkörper (7) vermittelt .
10. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei das Antrocknen der Spin-On-Glas Schicht bei einer
Temperatur von wenigstens 1000C und höchstens 1800C innerhalb einer Zeitspanne von wenigstens 3 min und höchstens 15 min erfolgt .
11. Verfahren nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei das Erwärmen und Vernetzen der Spin-On-Glas Schicht bei einer Temperatur von wenigstens 1500C und höchstens 3500C innerhalb einer Zeitspanne von wenigstens 3 min und höchstens 15 min erfolgt.
12. Verfahren nach einem der drei vorherigen Ansprüche, wobei eine Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wird.
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