WO2013113571A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement mit konverterelement - Google Patents

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WO2013113571A1
WO2013113571A1 PCT/EP2013/050850 EP2013050850W WO2013113571A1 WO 2013113571 A1 WO2013113571 A1 WO 2013113571A1 EP 2013050850 W EP2013050850 W EP 2013050850W WO 2013113571 A1 WO2013113571 A1 WO 2013113571A1
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Stefan GRÖTSCH
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • Optoelectronic semiconductor component with converter element The invention relates to an optoelectronic
  • Semiconductor component in particular an LED, with a
  • the object of the invention is, in an optoelectronic semiconductor device with converter element the proportion
  • the optoelectronic semiconductor component has a
  • the optoelectronic semiconductor component has an optical component which is disposed on a side of the semiconductor chip facing away from the semiconductor chip
  • the optical component comprises a substrate, which is provided on an opposite side of the converter element with an antireflection layer.
  • the antireflection layer promotes the transition of the radiation generated by the converter element to the outside. Thus, a much higher radiation decoupling is achieved than in conventional semiconductor devices of the type mentioned.
  • the radiation generated by the converter element is in
  • the following is the radiation generated directly by the semiconductor chip, for example an active semiconductor layer sequence of the semiconductor chip.
  • Semiconductor device is the substrate of the optical
  • the filter layer may be provided in particular in the case of the
  • the proportion of the converted radiation is increased at the total decoupled from the optoelectronic semiconductor device radiation, or even that from the optoelectronic semiconductor device
  • decoupled radiation consists essentially of converted radiation.
  • Semiconductor device is the filter layer such formed such that generated by the semiconductor chip
  • converted radiation can be generated.
  • the proportion of decoupled converted radiation increases, so that overall the conversion efficiency is increased.
  • Semiconductor device is the substrate of the optical
  • a glass plate preferably a transparent or translucent glass plate.
  • Such glass plates are inexpensive to manufacture and process.
  • glass plates can be replaced by conventional
  • Coating process provided with an antireflection or filter layer.
  • the semiconductor chip generates radiation in the blue or ultraviolet spectral range, preferably
  • the optical component is by means of an adhesive layer on the converter element
  • the adhesive layer contains a silicone or consists of a silicone.
  • Silicone-based adhesives are characterized by high radiation stability,
  • the adhesive layer is expediently located between the optical component and the converter element.
  • Refractive index of the converter element is in this case
  • Embodiment preferably greater than the refractive index of the adhesive layer, and the refractive index of the adhesive layer is more preferably greater than the refractive index of the substrate of the optical component.
  • Semiconductor device are the semiconductor chip and the
  • the optical component is arranged on this surface.
  • the potting compound contains ⁇ 2 ⁇ T1O2 is characterized by a high reflectivity. This ensures that emitted laterally in the direction of the potting compound
  • Radiation components are reflected and made at least partially usable, instead of, for example, lost in the potting compound or the housing by absorption.
  • Radiation components are reflected and made at least partially usable, instead of, for example, lost in the potting compound or the housing by absorption.
  • Semiconductor device is the optical component
  • This surface can be through the
  • Housing top or be formed within the recess shaped support surface.
  • Edge-side support prevents external pressure on the optical component from acting on the
  • Converter element and / or the semiconductor chip is transmitted and can lead to damage to the converter element and / or the semiconductor chip.
  • the optical component also acts as a mechanical protection for the
  • the converter element on at least one phosphor for generating converted radiation, wherein the phosphor is disposed on or in a ceramic layer or forms a ceramic layer.
  • the converter element is a ceramic layer which consists of the phosphor.
  • Ceramic converter elements have an advantageous high radiation stability and a high thermal conductivity. This enables efficient cooling of the phosphor, which is particularly advantageous in the case of high degrees of conversion, such as full conversion.
  • Semiconductor component is the average thickness of the converter element, measured from the semiconductor chip side facing the side facing away from the semiconductor chip side is less than or equal to 250 ym, preferably smaller or is equal to 150 ym, more preferably less than or equal to 100 ym, or even less than or equal to 50 ym.
  • the thickness of the converter element in particular a ceramic converter element, can advantageously be kept low.
  • the converter element can be made thinner due to the filter layer than in a comparable component without a filter layer. This can further be achieved a reduction of absorption losses in the converter element.
  • the phosphor may be formed by, for example, one of the following materials: rare earth doped garnets, rare earth doped alkaline earth sulfides, rare earth doped thiogallates, rare earth doped aluminates , rare earth doped orthosilicates doped with rare earth metals
  • Chlorosilicates rare earth doped alkaline earth metal nitrides, rare earth doped oxynitrides and rare earth doped aluminum oxynitrides, rare earth doped silicon nitrides, rare earth doped sialons.
  • the semiconductor chip has a
  • Epitaxial layer sequence ie an epitaxially grown semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence may be formed on the basis of InGaAlN. Under InGaAlN-based
  • Semiconductor layer sequences fall in particular those in which the epitaxially produced semiconductor layer sequence usually has a layer sequence of different
  • Single layers having at least one single layer comprising a material of the III-V compound semiconductor material system In x Al y Gai- x - y N with O ⁇ x ⁇ l, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1 , Semiconductor chips and
  • Semiconductor layer sequences which have at least one active layer based on InGaAlN, for example, preferably electromagnetic radiation in a
  • the semiconductor chip can have a
  • semiconductor layer sequence based on InGaAlP have. This means that the semiconductor layer sequence can have different individual layers, of which at least one
  • Semiconductor layer sequences which comprise at least one active layer based on InGaAlP can, for example, preferably comprise electromagnetic radiation with one or more layers
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of an optoelectronic
  • Figure 2 is a schematic representation of a second
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a first exemplary embodiment of an optoelectronic device
  • Semiconductor chip 1 for generating electromagnetic radiation is provided with a converter element 2 on a side provided for radiation emission.
  • the converter element 2 is in this case designed as a converter plate and on the
  • Applied semiconductor chip For example, that can
  • Converter element 2 as a ceramic converter with a ceramic layer containing at least one phosphor
  • the converter element 2 generates, by means of the radiation emitted by the semiconductor chip, radiation whose wavelength is greater than the wavelength of the radiation generated by the semiconductor chip 1.
  • a transparent glass plate may be on the side remote from the semiconductor chip 1 side of
  • Converter element 2 is arranged.
  • the substrate 3 of the optical component is provided with an antireflection coating 4 on the side remote from the converter element 2.
  • a filter layer 5 is preferably applied to the substrate 3 on the side facing the converter element 2.
  • the substrate may be provided only with a filter layer 5, which on one of the two
  • the filter layer may be formed, for example, as a dielectric layer or a dielectric layer sequence.
  • the filter layer 5 can generally be used to change the spectrum of the radiation coupled out of the semiconductor component by filtering out unwanted portions of the spectrum. So can by means of
  • Filter layer 5 the coupling of the radiation emitted by the semiconductor chip 1 radiation are reduced, so that is increased in the total emitted radiation from the semiconductor device, the relative proportion of converted radiation.
  • Semiconductor chip 1 selectively reflected radiation so that it at least partially meets the converter element 2. It is hereby instead of an unwanted outcoupling of this proportion of radiation increasingly converted radiation generated and increases the overall conversion efficiency. Increasing the conversion efficiency allows the use of comparatively thin converter elements 2, which reduces unwanted reabsorption of converted radiation in the converter element and advantageously increases the radiation yield in the optoelectronic component.
  • the optoelectronic semiconductor component is particularly suitable for full conversion, so that largely
  • Spectral range for example, a semiconductor chip with an emission in the ultraviolet or blue spectral range can be used. This may be, for example, a semiconductor chip with a semiconductor layer sequence based on InGaAlN.
  • a converter element is preferably a ceramic converter plate, which is arranged on the semiconductor chip used.
  • Particularly suitable phosphors are rare-earth-doped garnets, rare-earth-doped alkaline-earth sulfides, rare-earth-doped thiogallates, rare earth-doped aluminates, rare-earth doped orthosilicates, and rare earth metals doped chlorosilicates, rare earth doped alkaline earth silicon nitrides, rare earth doped oxynitrides and rare earth doped aluminum oxynitrides, rare earth metals doped silicon nitrides and rare earth doped sialons.
  • a cerium-doped lutetium aluminum garnet (LuAG) can be used as efficient phosphor.
  • the optical component can be connected by means of an adhesive layer 6, for
  • the adhesive layer 6 has a higher refractive index than the substrate 3 of the optical component and a lower refractive index than the converter element 2.
  • a nitride-based semiconductor chip has been used as a phosphor in conjunction with a ceramic converter element containing a cerium-doped lutetium aluminum garnet
  • Converter element here was 150 ym.
  • the semiconductor chip 1 and the converter element 2 are preferably located in a recess 16 of a housing 7 and may be embedded in a potting compound 8. More preferably, the potting compound contains i02- The potting compound 8 fills the recess 16 of the housing 7 and, together with the converter element 2, forms a preferably flat surface 9, on which the optical component 3 is arranged in this exemplary embodiment.
  • Converter element 2 not covered terminal contact 12 via a bonding wire 13 with a arranged at the bottom of the recess 16 contact surface 15 may be connected.
  • Connection contact on the back of the semiconductor chip 1 can be mounted directly on a further contact surface 14 at the bottom of the ⁇ saving 16.
  • the electrical connection of the semiconductor chip 1 can also take place in other ways and is not due to the arrangement of the antireflection layer 4 or the filter layer 5.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a second exemplary embodiment of an optoelectronic device
  • optical component with the substrate 3 together with the optoelectronic semiconductor chip 1 and the converter element 2 arranged in a recess 16 of a housing 7.
  • the substrate 3 of the optical component is on that of the
  • anti-reflection layer 4 and can independently on the converter element 2 side facing with a
  • Filter layer 5 may be provided.
  • the filter layer 5 can as be formed dielectric layer or layer sequence, which further selectively reflects the electromagnetic radiation generated by the semiconductor chip 1.
  • a potting compound 8 fills the recess 16 and forms with the converter element 2 a preferably flat surface 10 on which the optical component, for example by means of the adhesive layer 6, is fixed, so that the antireflection layer 4 is flush with the top 11 of the housing 7.
  • the optical component lies on a projection formed within the recess 16
  • the optical component advantageously simultaneously acts as
  • the adhesive layer 6 may also be present laterally of the optical component as shown in FIG. Also in this embodiment, the refractive index of the adhesive layer 6 is preferably between the refractive indices of the converter element 2 and the substrate 3 of the optical
  • the housing 7 may in particular be opaque, so that lateral radiation is prevented, which would otherwise be caused by a caused by the optical component
  • the described optoelectronic semiconductor component has the overall advantage that the antireflection layer the
  • optical component provides mechanical protection, and that a filter layer can be provided which covers the spectrum of the
  • Modified semiconductor device coupled radiation in a desired manner and / or increases the degree of conversion.

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Abstract

Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist einen Halbleiterchip (1) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge und ein Konverterelement (2) zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung einer zweiten Wellenlänge mittels der von dem Halbleiterchip (1) erzeugten Strahlung auf, wobei die zweite Wellenlänge größer als die erste Wellenlänge ist. Weiterhin weist das optoelektronische Halbleiterbauelement eine optische Komponente auf, die auf einer von dem Halbleiterchip (1) abgewandten Seite des Konverterelements (2) angeordnet ist. Die optische Komponente umfasst ein Substrat (3), das auf einer von dem Konverterelement (2) abgewandten Seite mit einer Antireflexschicht versehen ist.

Description

Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit Konverterelement Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement, insbesondere eine LED, mit einem
Konverterelement .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 100 788.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem optoelektronischen Halbleiterbauelement mit Konverterelement den Anteil
auskoppelbarer Strahlung zu erhöhen, oder die Effizienz eines solchen Halbleiterbauelements zu steigern.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist einen
Halbleiterchip zur Erzeugung von elektromagnetischer
Strahlung einer ersten Wellenlänge und ein Konverterelement zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung einer zweiten Wellenlänge mittels der von dem Halbleiterchip erzeugten Strahlung auf, wobei die zweite Wellenlänge größer als die erste Wellenlänge ist. Weiterhin weist das optoelektronische Halbleiterbauelement eine optische Komponente auf, die auf einer von dem Halbleiterchip abgewandten Seite des
Konverterelements angeordnet ist. Die optische Komponente umfasst ein Substrat, das auf einer von dem Konverterelement abgewandten Seite mit einer Antireflexschicht versehen ist.
Die Antireflexschicht begünstigt den Übergang der von dem Konverterelement erzeugten Strahlung nach außen. Somit wird eine wesentlich höhere Strahlungsauskopplung als bei herkömmlichen Halbleiterbauelementen der eingangs genannten Art erzielt . Die von dem Konverterelement erzeugte Strahlung wird im
Folgenden auch als konvertierte Strahlung bezeichnet. Unter der von dem Halbleiterchip erzeugten Strahlung ist im
Folgenden die von dem Halbleiterchip, beispielsweise einer aktiven Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips, unmittelbar erzeugte Strahlung zu verstehen.
Bei einer Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements ist das Substrat der optischen
Komponente auf einer dem Konverterelement zugewandten Seite mit einer Filterschicht versehen. Die Filterschicht kann insbesondere dafür vorgesehen sein, bei der aus dem
Halbleiterbauelement ausgekoppelten Strahlung den Anteil der von dem Halbleiterchip erzeugten Strahlung zu vermindern. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass mittels der
Filterschicht der Anteil der konvertierten Strahlung an der insgesamt aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement ausgekoppelten Strahlung vergrößert wird, oder sogar, dass die aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement
ausgekoppelte Strahlung im Wesentlichen aus konvertierter Strahlung besteht.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements ist die Filterschicht derart ausgebildet, dass die von dem Halbleiterchip erzeugte
Strahlung reflektiert wird. Trifft diese reflektierte
Strahlung auf das Konverterelement, so kann dadurch
konvertierte Strahlung erzeugt werden. In der Folge steigt der Anteil der auskoppelbaren konvertierten Strahlung, so dass insgesamt die Konversionseffizienz erhöht wird.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements ist das Substrat der optischen
Komponente eine Glasplatte, vorzugsweise eine transparente oder transluzente Glasplatte. Derartige Glasplatten sind kostengünstig herzustellen und zu verarbeiten. Insbesondere lassen sich Glasplatten mittels herkömmlicher
Beschichtungsverfahren mit einer Antireflexions- beziehungsweise Filterschicht versehen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist das optoelektronische Halbleiterbauelement zur Vollkonversion der von dem
Halbleiterchip erzeugten Strahlung vorgesehen. Dies bedeutet, dass das Halbleiterbauelement im Wesentlichen konvertierte Strahlung abstrahlt, und dementsprechend eine Auskopplung der von dem Halbleiterchip erzeugten Strahlung vermieden wird. Unter Vollkonversion ist insbesondere zu verstehen, dass bei der aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement
ausgekoppelten Strahlung der Anteil der konvertierten
Strahlung größer oder gleich 90%, bevorzugt größer oder gleich 95%, besonders bevorzugt größer oder gleich 99% ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements erzeugt der Halbleiterchip Strahlung im blauen oder ultravioletten Spektralbereich, bevorzugt
zwischen 400 nm und 460 nm, weiter bevorzugt zwischen 430 nm und 450 nm. Eine Anregung mit derartiger Strahlung ist insbesondere zur Erzeugung konvertierter Strahlung im
sichtbaren Spektralbereich vorteilhaft.
Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die optische Komponente mittels einer Klebeschicht auf dem Konverterelement
angebracht. Vorzugsweise enthält die Klebeschicht ein Silikon oder besteht aus einem Silikon. Klebstoffe auf Silikon-Basis zeichnen sich durch eine hohe Strahlungsstabilität,
insbesondere im blauen und ultravioletten Spektralbereich, sowie eine hohe thermische Stabilität aus.
Die Klebeschicht befindet sich zweckmäßigerweise zwischen der optischen Komponente und dem Konverterelement. Der
Brechungsindex des Konverterelements ist bei dieser
Ausgestaltung bevorzugt größer als der Brechungsindex der Klebeschicht, und der Brechungsindex der Klebeschicht ist weiter bevorzugt größer als der Brechungsindex des Substrats der optischen Komponente. Bei einer weiteren Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements sind der Halbleiterchip und das
Konverterelement in einer Aussparung eines Gehäuses
angeordnet und in eine Vergussmasse eingebettet, so dass die Vergussmasse mit dem Konverterelement eine ebene Oberfläche bildet. Die optische Komponente ist auf dieser Oberfläche angeordnet .
Bevorzugt enthält die Vergussmasse ίθ2· T1O2 zeichnet sich durch eine hohe Reflektivität aus. Hierdurch wird erreicht, dass seitlich in Richtung der Vergussmasse abgestrahlte
Strahlungsanteile reflektiert und zumindest teilweise nutzbar gemacht werden, anstatt beispielsweise in der Vergussmasse oder dem Gehäuse durch Absorption verlorenzugehen. Bei einer weiteren Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements liegt die optische Komponente
randseitig zumindest teilweise auf einer Oberfläche des Gehäuses auf. Diese Oberfläche kann durch die
Gehäuseoberseite oder auch eine innerhalb der Aussparung geformte Auflagefläche ausgebildet sein. Durch die
randseitige Auflage wird verhindert, dass von außen auf die optische Komponente einwirkender Druck auf das
Konverterelement und/oder den Halbleiterchip übertragen wird und zu einer Schädigung des Konverterelements und/oder des Halbleiterchips führen kann. Die optische Komponente wirkt hierbei zusätzlich als mechanischer Schutz für das
Konverterelement und/oder den Halbleiterchip.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements weist das Konverterelement mindestens einen Leuchtstoff zur Erzeugung konvertierter Strahlung auf, wobei der Leuchtstoff auf oder in einer keramischen Schicht angeordnet ist oder eine keramische Schicht bildet.
Vorzugsweise ist dabei das Konverterelement eine keramische Schicht, die aus dem Leuchtstoff besteht. Derartige
keramische Konverterelemente weisen eine vorteilhaft hohe Strahlungsstabilität sowie eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Damit wird eine effiziente Entwärmung des Leuchtstoffs ermöglicht, die insbesondere bei hohen Konversionsgraden wie etwa bei der Vollkonversion von Vorteil ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements ist die durchschnittliche Dicke des Konverterelements, gemessen von der dem Halbleiterchip zugewandten Seite zu der von dem Halbleiterchip abgewandten Seite kleiner oder gleich 250 ym, bevorzugt kleiner oder gleich 150 ym, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 100 ym, oder sogar kleiner oder gleich 50 ym.
Aufgrund der oben genannten gesteigerten Konversionseffizienz kann die Dicke des Konverterelements, insbesondere eines keramischen Konverterelements, vorteilhaft gering gehalten werden. Mit anderen Worten kann das Konverterlement aufgrund der Filterschicht dünner ausgeführt werden als bei einem vergleichbaren Bauelemenet ohne Filterschicht. Hiermit kann weitergehend eine Verringerung von Absorptionsverlusten in dem Konverterelement erzielt werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements kann der Leuchtstoff beispielsweise durch eines der folgenden Materialien gebildet sein oder eines der folgenden Materialien umfassen: 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 und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Sialone. Bei einer weiteren Ausgestaltung des optoelektronischen
Halbleiterbauelements weist der Halbleiterchip eine
Epitaxieschichtenfolge, also eine epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge, auf. Die Halbleiterschichtenfolge kann auf der Basis von InGaAlN ausgebildet sein. Unter InGaAlN-basierte
Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen
Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungs- Halbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yN mit O ^ x ^ l, 0 ^ y ^ 1 und x + y < 1 aufweist. Halbleiterchips und
Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis auf InGaAlN aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung in einem
ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich und besonders bevorzugt in einem blauen Wellenlängenbereich emittieren.
Weiterhin kann der Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InGaAlP aufweisen. Das bedeutet, dass die Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine
Einzelschicht ein Material aus dem III-V-Verbindungs- Halbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yP mit O ^ x ^ l, 0 ^ y ^ 1 und x + y < 1 aufweist. Halbleiterchips und
Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlP aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit einer oder
mehreren spektralen Komponenten in einem roten
Wellenlängenbereich emittieren. Weitere Merkmale, Vorzüge und Zweckmäßigkeiten des
optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren 1 und 2. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements mit einem Konverterelement, und
Figur 2 eine schematische Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements mit einem Konverterelement. In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein. Die Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements mit einem Konverterelement. Ein
Halbleiterchip 1 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung ist auf einer für Strahlungsemission vorgesehenen Seite mit einem Konverterelement 2 versehen. Das Konverterelement 2 ist hierbei als Konverterplatte ausgebildet und auf den
Halbleiterchip aufgebracht. Beispielsweise kann das
Konverterelement 2 als Keramikkonverter mit einer mindestens einen Leuchtstoff enthaltenden keramischen Schicht
ausgebildet sein. Das Konverterelement 2 erzeugt mittels der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung konvertierte Strahlung, deren Wellenlänge größer ist als die Wellenlänge der von dem Halbleiterchip 1 erzeugten Strahlung. Eine optische Komponente mit einem Substrat 3, das zum
Beispiel eine transparente Glasplatte sein kann, ist auf der von dem Halbleiterchip 1 abgewandten Seite des
Konverterelements 2 angeordnet. Das Substrat 3 der optischen Komponente ist auf der von dem Konverterelement 2 abgewandten Seite mit einer Antireflexschicht 4 versehen. Bevorzugt ist wie in Figur 1 dargestellt auf der dem Konverterelement 2 zugewandten Seite auf das Substrat 3 eine Filterschicht 5 aufgebracht. Alternativ kann auch das Substrat nur mit einer Filterschicht 5 versehen sein, die auf einer der beiden
Seiten angeordnet ist. Die Filterschicht kann beispielsweise als dielektrische Schicht oder dielektrische Schichtenfolge ausgebildet sein.
Die Filterschicht 5 kann generell genutzt werden, um das Spektrum der aus dem Halbleiterbauelement ausgekoppelten Strahlung zu verändern, indem nicht gewünschte Anteile des Spektrums herausgefiltert werden. So kann mittels der
Filterschicht 5 die Auskopplung der von dem Halbleiterchip 1 emittierten Strahlung gemindert werden, so dass bei der von dem Halbleiterbauelement insgesamt emittierten Strahlung der relative Anteil an konvertierter Strahlung erhöht wird.
Insbesondere bei einer Anregung des Konverterelements 2 mit einer von dem Halbleiterchip 1 erzeugten Strahlung im
sichtbaren, beispielsweise blauen Spektralbereich und einer konvertierten Strahlung im sichtbaren Spektralbereich kann eine unbeabsichtigte Abstrahlung der von dem Halbleiterchip 1 erzeugten Strahlung unterdrückt und damit eine Verfälschung des Farbeindrucks der konvertierten Strahlung vermieden werden . Vorzugsweise wird mittels der Filterschicht 5 von dem
Halbleiterchip 1 emittierte Strahlung selektiv reflektiert, so dass sie zumindest teilweise auf das Konverterelement 2 trifft. Es wird hiermit statt einer unerwünschten Auskopplung dieses Strahlungsanteils vermehrt konvertierte Strahlung erzeugt und insgesamt die Konversionseffizient erhöht. Die Erhöhung der Konversionseffizienz erlaubt den Einsatz vergleichsweise dünner Konverterelemente 2, wodurch eine unerwünschte Reabsorption von konvertierter Strahlung in dem Konverterelement verringert und die Strahlungsausbeute bei dem optoelektronischen Bauelement vorteilhaft gesteigert wird .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement eignet sich insbesondere für Vollkonversion, so dass großteils
konvertierte Strahlung aus dem Halbleiterbauelement
ausgekoppelt wird. Für Vollkonversion im sichtbaren
Spektralbereich kann beispielsweise ein Halbleiterchip mit einer Emission im ultravioletten oder blauen Spektralbereich verwendet werden. Dies kann beispielsweise ein Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge auf der Basis von InGaAlN sein. Als Konverterelement wird vorzugsweise ein keramisches Konverterplättchen, die auf dem Halbleiterchip angeordnet ist, verwendet. Als Leuchtstoff eignen sich insbesondere 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 und mit Metallen der seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit Metallen der seltenen Erden dotierte Siliziumnitride sowie mit Metallen der seltenen Erden dotierte Sialone.
Für eine Vollkonversion in den grünen Spektralbereich kann als effizienter Leuchtstoff beispielsweise ein Cer-dotiertes Lutetiumaluminiumgranat (LuAG) verwendet werden.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement kann die optische Komponente mittels einer Klebeschicht 6, zum
Beispiel aus Silikon oder auf der Basis eines Silikons, auf dem Konverterelement 2 angebracht sein. Vorzugsweise besitzt die Klebeschicht 6 einen höheren Brechungsindex als das Substrat 3 der optischen Komponente und einen niedrigeren Brechungsindex als das Konverterelement 2. Mit der Anordnung der Antireflexschicht 4 und gegebenenfalls einer geeignet gewählten Klebeschicht 6 wird erreicht, dass der Übergang der Strahlung aus dem Konverterelement 2 nach außen verbessert und so der Wirkungsgrad des optoelektronischen
Halbleiterbauelements vergrößert wird. Experimentell wurde für einen Halbleiterchip auf Nitrid-Basis in Verbindung mit einem keramischen Konverterelement enthaltend ein Cer- dotiertes Lutetiumaluminiumgranat als Leuchtstoff bei
Vollkonversion eine Steigerung der Ausbeute an konvertierter Strahlung von 16% erzielt. Die Dicke des keramischen
Konverterelements betrug hierbei 150 ym.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement befinden sich der Halbleiterchip 1 und das Konverterelement 2 vorzugsweise in einer Aussparung 16 eines Gehäuses 7 und können in eine Vergussmasse 8 eingebettet sein. Weiter bevorzugt enthält die Vergussmasse i02- Die Vergussmasse 8 füllt die Aussparung 16 des Gehäuses 7 und bildet mit dem Konverterelement 2 eine vorzugsweise ebene Oberfläche 9, auf der in diesem Ausführungsbeispiel die optische Komponente 3 angeordnet ist.
Für den elektrischen Anschluss kann zum Beispiel auf der Vorderseite des Halbleiterchips 1 ein von dem
Konverterelement 2 nicht überdeckter Anschlusskontakt 12 über einen Bonddraht 13 mit einer an dem Boden der Aussparung 16 angeordneten Kontaktfläche 15 verbunden sein. Ein weiterer
Anschlusskontakt an der Rückseite des Halbleiterchips 1 kann direkt auf einer weiteren Kontaktfläche 14 am Boden der Aus¬ sparung 16 angebracht sein. Der elektrische Anschluss des Halbleiterchips 1 kann aber auch auf andere Weise erfolgen und ist nicht durch die Anordnung der Antireflexschicht 4 oder der Filterschicht 5 bedingt.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements mit einem Konverterelement. Die
Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1 und 2 weisen
einander entsprechende Elemente auf, die mit denselben
Bezugszeichen versehen sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2 ist die
optische Komponente mit dem Substrat 3 gemeinsam mit dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 und dem Konverterelement 2 in einer Aussparung 16 eines Gehäuses 7 angeordnet. Das Substrat 3 der optischen Komponente ist auf der von dem
Konverterelement 2 abgewandten Seite mit einer
Antireflexschicht 4 versehen und kann unabhängig davon auf der dem Konverterelement 2 zugewandten Seite mit einer
Filterschicht 5 versehen sein. Die Filterschicht 5 kann als dielektrische Schicht oder Schichtenfolge ausgebildet sein, die weitergehend selektiv die von dem Halbleiterchip 1 erzeugte elektromagnetische Strahlung reflektiert. Eine Vergussmasse 8 füllt die Aussparung 16 und bildet mit dem Konverterelement 2 eine vorzugsweise ebene Oberfläche 10, auf der die optische Komponente, zum Beispiel mittels der Klebeschicht 6, befestigt ist, so dass die Antireflexschicht 4 bündig mit der Oberseite 11 des Gehäuses 7 abschließt.
Randseitig liegt die optische Komponente mittels innerhalb der Aussparung 16 ausgeformter Vorsprünge auf einer
Auflagefläche des Gehäuses auf. Dadurch wird vermieden, dass ein von außen auf die optische Komponente wirkender Druck auf das Konverterelement 2 und den Halbleiterchip 1 übertragen wird und zu eine Schädigung des Konverterelements 2
beziehungsweise des Halbleiterchips 1 führt. Somit wirkt die optische Komponente vorteilhafterweise zugleich als
mechanischer Schutz für das Konverterelement 2 und den
Halbleiterchip 1.
Die Klebeschicht 6 kann gemäß der Darstellung in der Figur 2 auch seitlich der optischen Komponente vorhanden sein. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Brechungsindex der Klebeschicht 6 vorzugsweise zwischen den Brechungsindizes des Konverterelements 2 und des Substrats 3 der optischen
Komponente .
Das Gehäuse 7 kann insbesondere opak sein, so dass eine seitliche Abstrahlung verhindert wird, die andernfalls infolge einer durch die optische Komponente bewirkten
Brechung oder Beugung auftreten könnte. Das beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement hat insgesamt den Vorteil, dass die Antireflexschicht die
Strahlungsausbeute und damit den Wirkungsgrad erhöht. Weitere Vorteile bestehen darin, dass die optische Komponente einen mechanischen Schutz bietet, und dass eine Filterschicht vorgesehen werden kann, die das Spektrum der aus dem
Halbleiterbauelement ausgekoppelten Strahlung in einer gewünschten Weise verändert und/oder den Konversionsgrad erhöht .
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. Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit
einem Halbleiterchip (1) zur Erzeugung
elektromagnetischer Strahlung einer ersten Wellenlänge, einem Konverterelement (2) zur Erzeugung
elektromagnetischer Strahlung einer zweiten Wellenlänge mittels der von dem Halbleiterchip (1) erzeugten
Strahlung, wobei die zweite Wellenlänge größer ist als die erste Wellenlänge, und
einer optischen Komponente, die auf einer von dem
Halbleiterchip (1) abgewandten Seite des
Konverterelements (2) angeordnet ist, wobei
die optische Komponente ein Substrat (3) aufweist, das auf einer von dem Konverterelement (2) abgewandten Seite mit einer Antireflexschicht (4) versehen ist.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem
der Halbleiterchip (1) und das Konverterelement (2) in einer Aussparung (16) eines Gehäuses (7) angeordnet und in eine Vergussmasse (8) eingebettet sind, wobei die Vergussmasse reflektierend ausgebildet ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
das Substrat (3) mit einer Filterschicht (5) versehen ist, die vorzugsweise auf einer dem Konverterelement (2) zugewandten Seite des Substrats (3) angeordnet ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem
die Filterschicht (5) dafür vorgesehen ist, eine
Auskopplung der von dem Halbleiterchip (1) erzeugten Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement zu vermindern.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, bei dem
die Filterschicht (5) dafür vorgesehen ist, die von dem Halbleiterchip (1) erzeugte Strahlung zumindest teilweise zu reflektieren.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
das Substrat (3) eine Glasplatte, insbesondere eine transparente oder transluzente Glasplatte, ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
das Konverterelement (2) zur Vollkonversion der von dem Halbleiterchip (1) erzeugten Strahlung vorgesehen ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
die von dem Halbleiterchip (1) erzeugte Strahlung im blauen oder ultravioletten Spektralbereich, insbesondere in einem Spektralbereich zwischen 400 nm und 460 nm einschließlich der Bereichgrenzen, bevorzugt zwischen 430 nm und 450 nm einschließlich der Bereichsgrenzen liegt .
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
die optische Komponente mittels einer zwischen der optischen Komponente und dem Konverterelement (2) angeordneten Klebeschicht (6) auf dem Konverterelement (2) befestigt ist, wobei das Konverterelement (2), die Klebeschicht (6) und das Substrat (3) der optischen
Komponente Brechungsindizes aufweisen, der Brechungsindex des Konverterelements (2) größer ist als der
Brechungsindex der Klebeschicht (6), und der
Brechungsindex der Klebeschicht (6) größer ist als der Brechungsindex des Substrats (3) .
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, bei dem
die Klebeschicht (6) ein Silikon enthält oder aus einem Silikon besteht.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vergussmasse (8) T1O2 enthält .
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
die Vergussmasse (8) mit dem Konverterelement (2) eine ebene Oberfläche (9) bildet, und die optische Komponente auf dieser Oberfläche (9) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
die optische Komponente randseitig zumindest teilweise auf einer Oberseite des Gehäuses (7) aufliegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
das Konverterelement (2) mindestens einen Leuchtstoff aufweist, der in oder auf einer keramischen Schicht angeordnet ist, oder der eine keramische Schicht bildet. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
die Dicke des Konverterelements (2) kleiner oder gleich 250 ym, vorzugsweise kleiner oder gleich 150 ym, weiter bevorzugt kleiner oder gleich 100 ym ist.
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