WO2014029642A1 - Verfahren zur herstellung eines licht emittierenden halbleiterbauelements und licht emittierendes halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines licht emittierenden halbleiterbauelements und licht emittierendes halbleiterbauelement Download PDF

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semiconductor
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Britta GÖÖTZ
Jürgen Moosburger
Andreas PLÖSSL
Matthias Sabathil
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements

Definitions

  • mixed-color light such as white light by means of a light-emitting diode chip
  • it can be provided with a phosphor which converts at least part of the light emitted by the light-emitting diode chip into light in another spectral range.
  • a phosphor powder is applied by means of silicone on a light-emitting diode chip. Because silicone is not
  • At least one object of certain embodiments is to provide a method for producing a light-emitting semiconductor component. At least another object of certain embodiments is to provide a light-emitting semiconductor device.
  • Semiconductor device is a light-emitting
  • Wavelength conversion layer with at least one
  • Wavelength conversion substance applied Furthermore, a ceramic layer is applied by means of an aerosol deposition method on the wavelength conversion layer.
  • a light-emitting semiconductor component has a light
  • Wavelength conversion layer with at least one
  • Wavelength conversion substance on the semiconductor layer success on.
  • a ceramic layer applied by means of aerosol deposition is arranged on the wavelength conversion layer.
  • the semiconductor layer sequence may particularly preferably be an epitaxially grown semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence by means of a
  • MOVPE Gas phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • Semiconductor layer sequence may include a plurality of light
  • Substrate have a carrier substrate instead of the growth substrate, may also be referred to as so-called thin-film LED chips.
  • Semiconductor layer sequence is applied or formed a reflective layer, the at least one part the light generated in the semiconductor layer sequence is reflected back into it;
  • the semiconductor layer sequence has a thickness in the range of 20 microns or less, in particular in the range between 4 ym and 10 ym;
  • the semiconductor layer sequence contains at least one semiconductor layer having at least one surface which has a mixing structure which, in the ideal case, leads to an approximately ergodic distribution of the light in the semiconductor layer sequence, i. it has as ergodically stochastic scattering behavior as possible.
  • a thin-film LED chip is in good approximation
  • the basic principle of a thin-film light-emitting diode chip is, for example, in
  • the semiconductor material is preferably a nitride compound semiconductor material such as Al x In ] _ x _yGayN or else a phosphide compound semiconductor material such as Al x In ] _ x _yGayP or an arsenide compound semiconductor material such as Al x In ] _ x _yGayAs , where in each case O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y -S 1 applies.
  • the semiconductor layer sequence such as Al x In ] _ x _yGayN or else a phosphide compound semiconductor material such as Al x In ] _ x _yGayP or an arsenide compound semiconductor material such as Al x In ] _ x _yGayAs , where in each case O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y -S 1 applies.
  • Semiconductor layer sequence ie Al, As, Ga, In, N or P, even though these may be partially replaced and / or supplemented by small amounts of other substances.
  • the active layer is particularly adapted to generate light in an ultraviolet to infrared wavelength range.
  • the active layer includes, for example, at least one pn junction or, preferably, one or more quantum well structures.
  • the light generated by the active layer during operation is preferably in a visible spectral range.
  • Wavelength conversion layer at least one or more wavelength conversion substances which are suitable for at least partially absorbing the light emitted by the light-emitting semiconductor layer sequence during operation and emitting it as light having a wavelength range at least partially different from the light of the semiconductor layer sequence.
  • the light emitted by the semiconductor layer sequence and the light converted by the wavelength conversion layer can each have one or more
  • infrared to ultraviolet wavelength range preferably in a visible wavelength range.
  • the light-emitting diode For example, the light-emitting diode
  • the wavelength conversion layer converts at least a portion of this light into light from a wavelength range with longer wavelengths, for example from a blue to infrared wavelength range.
  • Wavelength conversion layer can thus be produced a desired mixed-color color impression, for example white light, in which case the light-emitting semiconductor layer sequence preferably emits blue light, at least of the wavelength conversion layer
  • the semiconductor component may also be designed as a so-called full conversion light-emitting diode chip in which essentially all of the light generated by the active region of the semiconductor layer sequence, that is
  • Wavelength conversion layer is converted into light from another wavelength range, for example in infrared and / or red and / or green and / or yellow light.
  • Wavelength conversion layer may, for example, at least one or more of the following materials for
  • Wavelength conversion or be formed from one or more 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 silicates, such as orthosilicates, rare earth
  • Nitridosilicates rare earth doped oxynitrides and rare earth doped aluminum oxynitrides, rare earth doped
  • Nitridoalumosilicates and aluminum nitrides Nitridoalumosilicates and aluminum nitrides.
  • At least one wavelength conversion substance can be any wavelength conversion substance.
  • a garnet such as yttrium aluminum oxide (YAG), lutetium aluminum oxide (LuAG) and / or terbiumaluminum oxide (TAG), or a nitridic
  • Wavelength conversion substance for example a nitridic wavelength conversion substance based on compounds of alkaline earth metals with SiON, SiAlON, Si x N y and AlSiN,
  • the material for the wavelength conversion substance is doped in further preferred embodiments, for example, with one or more of the following activators: cerium, europium, neodymium, terbium, dysprosium, erbium, praseodymium, samarium, manganese.
  • activators cerium, europium, neodymium, terbium, dysprosium, erbium, praseodymium, samarium, manganese.
  • Wavelength conversion material additionally or alternatively comprise an organic material selected from a group
  • the wavelength conversion layer may be suitable mixtures and / or combinations of the
  • the at least one wavelength conversion substance can be applied, for example, in powder form. This can be done, for example, by scattering, wherein the term "scattering" all possible application methods fall, by means of which the powdered wavelength conversion substance can be applied in particle form, so for example, aufstreusein, inflate or spray. Furthermore, the pulverulent wavelength conversion substance can also be applied, for example, by means of a sedimentation process.
  • Wavelength conversion substance a sedimentation solution in which the at least one
  • the powdered wavelength conversion substance is dispersed or dissolved. After application of the sedimentation solution on the semiconductor layer sequence, the pulverulent wavelength conversion substance can settle and the liquid
  • Components of the sedimentation solution can be removed by evaporation or evaporation. Furthermore, it is also possible for the at least one wavelength conversion substance to be applied by means of electrophoretic deposition.
  • Wavelength conversion substance for example, by a matrix material, a binder or by
  • Hydrogen bonds can be held together. Alternatively or additionally, at least a part of
  • Wavelength conversion layer or the entire
  • Wavelength conversion layer in the form of a ceramic plate with the at least one
  • Wavelength conversion material can be provided.
  • a ceramic plate can be produced, for example, by sintering the wavelength conversion substance, which may also be embedded in a ceramic matrix material.
  • the wavelength conversion layer is formed as a ceramic plate, the application of the ceramic layer by means of the Aerosolabscheidevons can be performed on the wavelength conversion layer before the ceramic plate is placed on the semiconductor layer sequence.
  • the ceramic layer is formed from a transparent ceramic material.
  • a ceramic material or a ceramic material is understood in particular to mean an oxide-containing and / or a nitride-containing material, in particular in powder form
  • inorganic glasses are of the
  • the ceramic layer is formed by an oxide, a nitride and / or an oxynitride, wherein the oxide, nitride and / or oxinitride aluminum,
  • Aerosol deposition method (ADM: "Aerosol Deposition Method") a powder of the ceramic material, ie a powdered ceramic material or a ceramic powder provided.
  • the size of the particles of the powder can range from sub-micron to several microns in size
  • the particles of the powder have a size of greater than or equal to 10 nm, more preferably greater than or equal to a few hundred nanometers or even greater than or equal to 1 ⁇ to several micrometers, preferably less than or equal to 2 ⁇ on.
  • the ceramic material can be provided in a powder chamber, which can also be referred to as an aerosol chamber and which has a gas supply line and a
  • Gas drainage features By means of the gas supply line, a gas, preferably an inert gas, can be conducted into the powder chamber.
  • the gas may contain, for example, helium, nitrogen, oxygen, argon, air or a mixture thereof or be from it.
  • a coating chamber which preferably has a lower pressure than the powder chamber.
  • the Aerosolabscheidehabilit in the coating chamber at a temperature of less than or equal to 300 ° C and preferably at room temperature, ie at a temperature of about 300 K, are performed.
  • the aerosol with the particles of the powder mixture emerges in the coating chamber through a nozzle and is irradiated by the nozzle onto the surface to be coated
  • Wavelength conversion layer is formed. Between the powder chamber and the coating chamber can be formed.
  • one or more filters and / or a classifier for setting suitable particle sizes may be arranged.
  • the jet with the aerosol can
  • the jet with the aerosol can also be widened, for example linearly fanned, to strike the surface to be coated.
  • the gas of the aerosol acts as an accelerating gas because the particles contained in it are sprayed onto the surface to be coated via the gas flow.
  • the ceramic layer can be applied directly and directly on the wavelength conversion layer. Compared to sintering processes, the
  • Temperatures are carried out, in particular, for example, even at room temperature, because the energy used to
  • Kinetic energy can be provided in the gas stream, while in sintering the necessary energy
  • Sintering temperature of the ceramic material can go. Preferably, the temperature to which the layer is heated, but well below the sintering temperature.
  • the ceramic layer can thus form a protective layer for the wavelength conversion layer.
  • the aerosol deposition method may in particular make it possible to deposit the ceramic layer as a dense layer, which protects the wavelength conversion layer from damaging outer layers
  • Wavelength conversion layer during application of the
  • Ceramic layer are particularly stressed thermally.
  • the adhesion of the wavelength conversion layer and in particular of the at least one wavelength conversion substance can be improved by the ceramic layer.
  • a transparent ceramic layer which, particularly in the case of a powder-applied wavelength conversion substance, can transform the conversion substance particles and at the same time provide improved adhesion to the semiconductor layer sequence.
  • the ceramic layer can also provide protection against mechanical influences.
  • Contour of the substrate to be coated follows as well as possible and thus form a so-called conformal layer.
  • conformal deposition of the ceramic material is a requirement for hermetic encapsulation.
  • Vertical steps of the substrate to be coated can be applied to a directed
  • Coating methods such as aerosol deposition, in which the aerosol jet from the nozzle usually impinges perpendicular to the surface to be coated, easily
  • Aerosol beam at different angles are directed to the surface to be coated.
  • Aerosol beam at different angles are directed to the surface to be coated.
  • Angle range even reach up to a spraying tangential to the main direction of extension of the surface to be coated.
  • the coating can occur under all or at least a very wide range of all occurring local surface normals.
  • a less divergent aerosol beam may be used, with the angle between the beam and the surface being varied.
  • a variation of the angle can be achieved, for example, by a movement of the jet and thus of the nozzle and / or by a movement of the surface to be coated and thus of the object to be coated.
  • Main plane of extension of the surface to be coated which forms the axis of rotation of the rotation described above, is inclined. In this case, too, with a little divergent or even substantially parallel
  • Aerosol beam conformal deposition of the ceramic material can be achieved.
  • rotating surface rotates on a hemisphere.
  • a gyroscope of rotation and precession may be used.
  • Topography allow a qezielte control, so that the aerosol beam as possible parallel to all local
  • Coating can, if the knowledge of the surface structure is used selectively, the coating time without
  • Wavelength conversion layer may at least superficially come to an at least partial mixing of the material for the ceramic layer and the wavelength conversion material upon impact of the particles of the powdery ceramic material to form the ceramic layer.
  • the ceramic material for the ceramic layer at least in
  • the ceramic layer has a thickness of more than 1 ⁇ , preferably greater than or equal to 5 ⁇ or greater than or equal to 10 ⁇ or greater than or equal to several tens of microns such as greater than or equal to 20 ⁇ or greater than or equal to 30 ⁇ or also greater than or equal to 50 ⁇ on.
  • the ceramic layer may have a thickness of preferably less than or equal to 200 ⁇ m or even preferably less than or equal to 100 ⁇ m. In particular, a thickness of a few tens of micrometers, that is in the range from about 20 ⁇ m to about 100 ⁇ m, may be particularly advantageous.
  • Wavelength conversion layer can be done on chip level as well as on wafer level.
  • the ceramic layer can apply in particular mean that the
  • the light-emitting semiconductor chip having the light-emitting semiconductor layer sequence is applied.
  • the light-emitting semiconductor chip is already produced by separation from a wafer composite prior to the deposition of the ceramic layer, wherein the
  • Wavelength conversion layer before or after singulation ie also at the wafer level or at the chip level
  • the ceramic layer can be applied
  • Wavelength conversion layer is provided, which then still in the wafer composite with the ceramic layer by means of
  • Wavelength conversion layer and the applied ceramic layer can then together with the
  • Wavelength conversion layer and above one
  • the refractive index of the ceramic layer can be adapted to the underlying wavelength conversion layer. This can lead, for example, to avoiding scattering effects, resulting in a higher Conversion efficiency may result. Furthermore, it may also be possible that when applying the ceramic layer in this nor scattering particles are embedded. These can be added to the powdery starting material to form the
  • Ceramic layer may be added and comprise a material which is one of the ceramic material of the ceramic layer
  • the scattering particles may, for example, have a material described above for the ceramic layer, so that at least two of the materials described above may be applied in the form of a powder mixture to form the ceramic layer with scattering particles, these materials
  • Wavelength conversion layer has scattering particles. These can be in powder form the at least one
  • Wavelength conversion substance be mixed and by means of the above-described method, together with the at least one wavelength conversion substance to form the
  • Wavelength conversion layer can be applied.
  • Wavelength conversion layer in particular in the case that the wavelength conversion substance is applied in powder form, is to ensure that the
  • Wavelength conversion layer is stable enough not to be removed in the subsequent Aerosolabscheiderea for producing the ceramic layer. This can be
  • Wavelength conversion substance is pretreated.
  • the at least one Wavelength conversion material are washed prior to application in phosphoric acid, whereby the formation of hydrogen bonds can be achieved.
  • it may be admixed with a small amount of binder remaining in the wavelength conversion layer.
  • a binder one or more of the following
  • Materials used are: silicones, Zr0 2- containing sol gels, polysilazanes, water glass and Al 2 O 3 -containing equivalents, and organic, inorganic hybrid polymers.
  • the wavelength conversion layer is applied, on which then the wavelength conversion layer is applied.
  • Wavelength conversion layer between two ceramic layers are arranged.
  • the wavelength conversion layer between two ceramic layers are arranged.
  • Wavelength conversion layer are applied directly and directly on the other ceramic layer.
  • Ceramic layer in particular a transparent
  • Ceramic layer is, as in advance for the on the
  • Wavelength conversion layer applied ceramic layer described features can in particular directly and directly on the
  • the further ceramic layer can serve in particular as an adhesive layer for the subsequent wavelength conversion layer in order to ensure adhesion of the wavelength conversion layer on the
  • Wavelength conversion layer applied ceramic layer can, as described above, serve as a protective layer and also to improve the adhesion. According to a further embodiment, a plurality of ceramic layers and / or a plurality of
  • Wavelength conversion layers but at least one of these, alternately applied to each other. This may in particular mean that over the
  • Wavelength conversion layer and the ceramic layer at least one further wavelength conversion layer and at least one further ceramic layer are applied. Furthermore, for example, a first
  • Wavelength conversion layer about a ceramic layer and about a further wavelength conversion layer and another ceramic layer are applied. Furthermore, there are also more wavelength conversion layers and
  • Ceramic layers alternately one above the other possible. By such a successive application of ceramic layers and wavelength conversion layers is an accurate
  • Wavelength conversion layers are as above
  • Wavelength conversion layer is adapted so that when heating the semiconductor device during operation voltages between the wavelength conversion layer and the ceramic layer applied over it can be avoided.
  • the thermal expansion coefficient of the ceramic layer and the coefficient of thermal expansion of the wavelength conversion layer are the same or at least substantially the same, that is designed to deviate from each other by at most 50% or even at most 20% or even at most 10%.
  • Semiconductor layer sequence and the ceramic layer in the aforementioned sense be the same or at least substantially the same.
  • Wavelength conversion layer a ceramic layer is applied by aerosol deposition, by the
  • FIGS. 1A to 1C are schematic representations of a method for producing a light-emitting semiconductor component according to a
  • Figure 2 is a schematic representation of a
  • Figures 3A to 6 are schematic representations of light
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale, but rather individual elements, such as layers, components, components and areas may be exaggerated in size for ease of illustration and / or understanding.
  • FIGS. 1A to 1C show a method for producing a light-emitting semiconductor component 100 according to one exemplary embodiment.
  • a light-emitting semiconductor layer sequence 2 is produced
  • the semiconductor layer sequence 2 is in
  • part of a light-emitting semiconductor chip 10 part of a light-emitting semiconductor chip 10, a substrate 1 and on the
  • Semiconductor layer sequence 2 has.
  • the semiconductor layer sequence 2 has an active layer 3, which is suitable for producing light in operation, via a on the side facing away from the substrate 1
  • Semiconductor layer sequence 2 arranged light output surface 20 can be emitted.
  • n- and p-doped semiconductor layers such as buffer layers, cladding layers, semiconductor contact layers, barrier layers, StromaufWeitungs füren and / or
  • Terminal layers such as electrode layers or
  • the semiconductor layer sequence 2 and in particular the active layer 3 has in the exemplary embodiment shown a nitride compound semiconductor material system, so that in operation ultraviolet to green light, preferably blue to green light, can be emitted.
  • the semiconductor layer sequence 2 may also have another semiconductor material mentioned above in the general part.
  • the substrate 1 may be a
  • Growth substrate such as sapphire, act on which the semiconductor layer sequence 2 by epitaxial
  • MOVPE Gas phase deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • the substrate 1 may be formed by a carrier substrate, onto which the semiconductor layer sequence 2 grown on a growth substrate is transferred.
  • the growth substrate may then subsequently be removed at least partially or entirely to form a thin-film LED chip described above in the general part.
  • Carrier substrate preferably takes place on the wafer level before a subsequent singulation.
  • the light-emitting semiconductor chip 10 can be used for the
  • Semiconductor chip 10 is mounted on a carrier, which can form a so-called package together with the semiconductor chip 10.
  • the carrier may, for example, a Plastic housing, a printed circuit board, a metal core board or a ceramic substrate have or be and with
  • electrical connections for electrical contacting of the semiconductor chip 10 may be provided. Furthermore, it may also be possible for the further method steps to include a plurality of semiconductor chips 10 on an auxiliary carrier
  • a semiconductor layer sequence 2 is applied to the semiconductor layer sequence 2
  • Wavelength conversion layer 4 applied, the one
  • the application of the wavelength conversion layer 4 can take place, for example, by sedimentation.
  • a sedimentation solution is provided, in which the
  • Wavelength conversion substance which may be carried out according to the description in the general part, is included.
  • Wavelength conversion layer the sedimentation, for example, even a binder, as above in
  • Sedimentation solution is on the semiconductor layer sequence 2, in the embodiment shown in particular on
  • Wavelength conversion substance forms the
  • Wavelength conversion layer 4 Wavelength conversion layer 4.
  • Wavelength conversion layer 4 is applied by electrophoretic deposition.
  • Wavelength conversion substance is pretreated
  • Wavelength conversion layer 4 By means of the described methods, the wavelength conversion layer
  • wavelength conversion substance in particular be formed substantially powdery, which means that the wavelength conversion substance does not form a coherent association and thus no continuous solid wavelength conversion layer.
  • a transparent ceramic material is selected, which after
  • the Material of the ceramic layer 5 in terms of the thermal expansion coefficient of the material of
  • Wavelength conversion layer 4 and / or to the material of the semiconductor chip 10 so for example to the material of the semiconductor layer sequence 2 and / or the substrate 1,
  • the surface of the ceramic layer 100 can be further fabricated with a desired roughness and / or surface structure, whereby a later
  • Aerosol deposition method as described above in the general part, a powder with a powdery
  • Embodiment is formed by the wavelength conversion layer 4, is applied. Due to the high kinetic energy of the powdery ceramic material in the aerosol jet, when it strikes the surface or even particles already deposited on the surface, a consolidation, ie a "caking", of the particles contained in the aerosol takes place.
  • the aerosol jet can be moved relative to the surface to be coated by a movement of the nozzle and / or the semiconductor layer sequence with the
  • Wavelength conversion layer be movable so that the ceramic layer surface on the wavelength conversion layer 4 can be formed.
  • the ceramic layer 5 can be free from further, non-ceramic
  • the ceramic layer 5 can have one of the materials described above in the general part, particularly preferably Al 2 O 3 , AlN, SiN, SiO 2 , TIO 2 , ZrO 2 or a combination or mixture thereof and can be formed with a thickness as described above in the general part , For example, with a thickness in the range of tens of microns, ie in the range of about 20 ⁇ to about 100 ⁇ .
  • the impact of the particles of the aerosol on the powder-like wavelength conversion layer 4 may, at least on one surface of the
  • Wavelength conversion layer 4 also to an at least partial mixing of the ceramic material of
  • Wavelength conversion layer 4 come, so that at least in some areas, the ceramic material of the ceramic layer 5 can form a matrix material for the wavelength conversion substance. Furthermore, it may also be possible that the ceramic material of the ceramic layer 5 can form a matrix material for the wavelength conversion substance. Furthermore, it may also be possible that the
  • Wavelength conversion layer 4 is provided and applied as a ceramic plate. The application of the through the wavelength conversion substance or the
  • Wavelength conversion material and a ceramic
  • Matrix material formed ceramic tile can, as in
  • the wavelength conversion layer 4 forming Cover ceramic plates first with the ceramic layer 5 by means of aerosol deposition and then the
  • the ceramic layer 5 may be subsequently heated after application.
  • the ceramic layer 5 can be heated to a temperature which can go up to the sintering temperature of the ceramic material used, preferably up to a temperature well below the sintering temperature.
  • a light-emitting semiconductor component 100 can be provided, which on the light-emitting semiconductor layer sequence 2 with the active layer 3 can have a wavelength conversion layer 4 with at least one wavelength conversion substance and above that a ceramic layer 5
  • Ceramic layer 5 is applied by means of aerosol deposition. As described above in the general part, by the direct application of the ceramic layer 5 on the
  • Wavelength conversion layer 4 the
  • Semiconductor layer sequence 2 can be achieved.
  • the substrate wafer 1 ' may be a growth substrate wafer or a carrier substrate wafer.
  • the layer arrangement shown can be singulated along the indicated singulation lines 99 in semiconductor chips with the wavelength conversion layer 4 and the ceramic layer 5.
  • FIGS. 3A to 6 show further exemplary embodiments which can be produced by means of the methods described above. The following description therefore essentially refers to the differences and modifications in comparison with the previous ones
  • FIGS. 3A to 3C, 4 to 6 can also be produced both on the chip level and on the wafer level according to the methods of FIGS. 1A to 1C and FIG.
  • FIG. 3A shows an exemplary embodiment of a light
  • Coating method is, in which the beam with the powdery ceramic material should impinge on the surface to be coated as perpendicular as possible, shadings can easily occur at levels, resulting in a lower
  • Ceramic layer 5 is therefore made in a process wherein the direction of the aerosol jet is measured over a wide range of angles of incidence, as measured
  • Main extension plane of the wavelength conversion layer 4 is varied. This allows a coating under all or at least a very wide range of all
  • the ceramic layer 5 can be applied in a conformable layer as possible with a substantially constant layer thickness, measured on the local surface normals to be determined in each case. This can be especially
  • the spray nozzle is correspondingly continuously inclined to the various angles or that the object to be coated is held at different angles in the Abscheidestrahl.
  • the object to be coated can rotate on a rotating one
  • the object to be coated can also be operated as a gyroscope with precession.
  • the object to be coated in the case of a narrower beam, which has to be finely rastered, can also be deliberately inclined in the same way as the part surface to be coated requires it.
  • This type of control makes it possible to apply the ceramic layer 5 particularly economically, since the proportion of the powder which strikes the surface at unfavorable angles and does not contribute to layer growth is kept small. For this purpose, it may be helpful, the surface to be coated by lateral displacement always in one
  • FIG. 3B shows a further exemplary embodiment of a light-emitting semiconductor component 102 in which the ceramic layer 5 is applied not only on the wavelength conversion layer 4 but also on side surfaces of the semiconductor chip 10 in comparison to the exemplary embodiment of FIG.
  • Wavelength conversion layer 4 is applied only on side surfaces of the semiconductor layer sequence.
  • FIG. 3C shows a further exemplary embodiment of a light-emitting semiconductor layer sequence 103, in which both the wavelength conversion layer 4 and the ceramic layer 5 are applied to side surfaces of the semiconductor chip 10 in addition to the light outcoupling surface 20.
  • FIG. 3D shows a further exemplary embodiment of a light-emitting semiconductor component 104, in which a carrier 7, as already mentioned above, is provided, on which the semiconductor chip 10 is applied.
  • the ceramic layer 5 extends in this embodiment over the
  • FIG. 3E shows a further exemplary embodiment of a light-emitting semiconductor component 105, in which, in addition to the ceramic layer 5, also the
  • Wavelength conversion layer 4 extends to the carrier 7.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a light-emitting semiconductor component 106, in which, prior to the application of the wavelength conversion layer 4 on the semiconductor layer sequence 2, a further transparent
  • Ceramic layer 6 is applied by means of a Aerosolabscheidevons.
  • the further ceramic layer 6 can be any suitable material.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a light-emitting semiconductor component 107 which
  • Wavelength conversion layer 4 'and another applied by aerosol deposition ceramic layer 5' has. Furthermore, even more
  • Wavelength conversion layers and / or ceramic layers may be present.
  • Coating of the semiconductor layer sequence can be made possible, for example, an accurate color control during the manufacturing process, whereby the color location of the emitted light from the semiconductor device in operation light can be optimized.
  • the scattering particles for example, as above in the general part
  • Wavelength conversion layer 4 present.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements angegeben, bei dem - eine Licht emittierende Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3) bereitgestellt wird, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Halbleiterbauelements Licht abzustrahlen, - eine Wellenlängenkonversionsschicht (4) mit zumindest einem Wellenlängenkonversionsstoff auf der Halbleiterschichtenfolge (2) aufgebracht wird und - auf der Wellenlängenkonversionsschicht (4) eine Keramikschicht (5) mittels eines Aerosolabscheideverfahrens aufgebracht wird. Weiterhin wird ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden
Halbleiterbauelements und Licht emittierendes
Halbleiterbauelement
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102012107797.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines Licht
emittierenden Halbleiterbauelements und ein Licht
emittierendes Halbleiterbauelement angegeben.
Zur Erzeugung von mischfarbigem Licht wie beispielsweise weißem Licht mittels eines Leuchtdiodenchips kann dieser mit einem Leuchtstoff versehen sein, der zumindest einen Teil des vom Leuchtdiodenchip abgestrahlten Lichts in Licht in einen anderen Spektralbereich konvertiert.
Üblicherweise wird ein Leuchtstoffpulver mittels Silikon auf einen Leuchtdiodenchip aufgebracht. Da Silikon nicht
hermetisch dicht gegenüber Feuchtigkeit ist, wird im Stand der Technik bei solchen Leuchtdiodenchip-Leuchtstoff- Kombinationen das Eindringen von Feuchtigkeit in das Silikon entweder in Kauf genommen oder es wird von außen ein
zusätzlicher Schutz aufgeklebt, beispielsweise in Form eines Glasfensters. Aufgrund des Feuchtigkeitsproblems können im Falle von empfindlichen Leuchtstoffen bestimmte Temperaturen und Betriebsströme der Leuchtdiodenchips aber nicht
überschritten werden. Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein
Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des
Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen
Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei einem
Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden
Halbleiterbauelements eine Licht emittierende
Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht
bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Halbleiterbauelements Licht abzustrahlen. Auf der
Halbleiterschichtenfolge wird eine
Wellenlängenkonversionsschicht mit zumindest einem
Wellenlängenkonversionsstoff aufgebracht. Weiterhin wird auf der Wellenlängenkonversionsschicht eine Keramikschicht mittels eines Aerosolabscheideverfahrens aufgebracht.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement eine Licht
emittierende Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht auf, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des
Halbleiterbauelements Licht abzustrahlen. Weiterhin weist da Licht emittierende Halbleiterbauelement eine
Wellenlängekonversionsschicht mit zumindest einem
Wellenlängenkonversionsstoff auf der Halbleiterschichtenfolg auf. Auf der Wellenlängenkonversionsschicht ist eine mittels Aerosolabscheidung aufgebrachte Keramikschicht angeordnet.
Die im Folgenden beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das Verfahren wie auch für das Licht emittierende Halbleiterbauelement .
Die Halbleiterschichtenfolge kann besonders bevorzugt eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge sein. Dazu kann die Halbleiterschichtenfolge mittels eines
Epitaxieverfahrens, beispielsweise metallorgansicher
Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) , auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen und mit elektrischen Kontakten versehen werden. Durch Vereinzelung des
Aufwachssubstrats mit der aufgewachsenen
Halbleiterschichtenfolge kann eine Mehrzahl von Licht
emittierenden Halbleiterchips bereitgestellt werden.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge vor dem
Vereinzeln auf ein Trägersubstrat übertragen werden und das Aufwachssubstrat kann gedünnt oder ganz entfernt werden.
Derartige Licht emittierende Halbleiterchips, die als
Substrat ein Trägersubstrat anstelle des Aufwachssubstrats aufweisen, können auch als so genannte Dünnfilm- Leuchtdiodenchips bezeichnet werden.
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip zeichnet sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale aus:
an einer zu dem Trägersubstrat hin gewandten ersten
Hauptfläche einer Strahlungserzeugenden
Halbleiterschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil des in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten Lichts in diese zurückreflektiert;
die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20ym oder weniger, insbesondere im Bereich zwischen 4 ym und 10 ym auf; und
die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der Halbleiterschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist in guter Näherung ein
Lambert ' scher Oberflächenstrahler. Das Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der
Druckschrift I. Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 - 2176 beschrieben, deren
Offenbarungsgehalt diesbezüglich hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform basiert die
Halbleiterschichtenfolge auf einem III-V-
Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlxIn]__x_yGayN oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlxIn]__x_yGayP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlxIn]__x_yGayAs, wobei jeweils O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y -S 1 gilt. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge
Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters der
Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die aktive Schicht ist insbesondere zur Erzeugung von Licht in einem ultravioletten bis infraroten Wellenlängenbereich eingerichtet. Die aktive Schicht beinhaltet beispielsweise wenigstens einen pn-Übergang oder, bevorzugt, eine oder mehrere Quantentopfstrukturen . Das von der aktiven Schicht im Betrieb erzeugte Licht liegt bevorzugt in einem sichtbaren Spektralbereich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Wellenlängenkonversionsschicht zumindest einen oder mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe auf, die geeignet sind, das im Betrieb von der Licht emittierenden Halbleiterschichtenfolge abgestrahlte Licht zumindest teilweise zu absorbieren und als Licht mit einem vom Licht der Halbleiterschichtenfolge zumindest teilweise verschiedenen Wellenlängenbereich zu emittieren. Das von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Licht sowie das von der Wellenlängenkonversionsschicht konvertierte Licht können jeweils eine oder mehrere
Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche in einem
infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich, bevorzugt in einem sichtbaren Wellenlängenbereich, aufweisen.
Beispielsweise kann die Licht emittierende
Halbleiterschichtenfolge im Betrieb Licht aus einem
ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich abstrahlen, beispielsweise blaues und/oder grünes Licht, während die Wellenlängenkonversionsschicht zumindest einen Teil dieses Lichts in Licht aus einem Wellenlängenbereich mit längeren Wellenlängen umwandelt, beispielsweise aus einem blauen bis infraroten Wellenlängenbereich. Durch geeignete Auswahl der Materialien der Licht emittierenden Halbleiterschichtenfolge und insbesondere der aktiven Schicht sowie des zumindest einen Wellenlängenkonversionsstoffs in der
Wellenlängenkonversionsschicht kann somit ein gewünschter mischfarbiger Farbeindruck erzeugt werden, beispielsweise weißes Licht, wobei in diesem Fall die Licht emittierende Halbleiterschichtenfolge bevorzugt blaues Licht abstrahlt, das von der Wellenlängenkonversionsschicht zumindest
teilweise in infrarotes und/oder rotes und/oder grünes und/oder gelbes Licht umgewandelt wird. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass das Halbleiterbauelement als so genannter Vollkonversionsleuchtdiodenchip ausgebildet ist, bei dem im Wesentlichen das ganze vom aktiven Bereich der Halbleiterschichtenfolge erzeugte Licht, das bedeutet
zumindest 90% oder zumindest 95% oder sogar zumindest 99%, durch den Wellenlängenkonversionsstoff der
Wellenlängenkonversionsschicht in Licht aus einem anderen Wellenlängenbereich, beispielsweise in infrarotes und/oder rotes und/oder grünes und/oder gelbes Licht, umgewandelt wird .
Der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff der
Wellenlängenkonversionsschicht kann beispielsweise zumindest eines oder mehrere der folgenden Materialien zur
Wellenlängenkonversion aufweisen oder aus einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet sein: seltene Erd dotierte Granate, seltene Erd dotierte Erdalkalisulfide, seltene Erd dotierte Thiogallate, seltene Erd dotierte Aluminate, seltene Erd dotierte Silikate, wie Orthosilikate, seltene Erd
dotierte Chlorosilikate, seltene Erd dotierte
Nitridosilikate, seltene Erd dotierte Oxinitride und seltene Erd dotierte Aluminiumoxinitride, seltene Erd dotierte
Siliziumnitride sowie seltene Erd dotierte Oxonitridoalumosilikate, seltene Erd dotierte
Nitridoalumosilikate und Aluminiumnitride.
Als zumindest ein Wellenlängenkonversionsstoff kann
beispielsweise ein Granat, etwa Yttriumaluminiumoxid (YAG) , Lutetiumaluminiumoxid (LuAG) und/oder Terbiumaluminiumoxid (TAG) , oder auch ein nitridischer
Wellenlängenkonversionsstoff, beispielsweise ein nitridischer Wellenlängenkonversionsstoff basierend auf Verbindungen von Erdalkalimetallen mit SiON, SiAlON, SixNy und AlSiN,
verwendet werden.
Das Material für den Wellenlängenkonversionsstoff ist in weiteren bevorzugten Ausführungsformen beispielsweise mit einem oder mehreren der folgenden Aktivatoren dotiert: Cer, Europium, Neodym, Terbium, Dysprosium, Erbium, Praseodym, Samarium, Mangan. Rein beispielhaft für mögliche dotierte Wellenlängenkonversionsstoffe seien Cer-dotierte
Yttriumaluminium-Granate, Cer-dotierte Lutetiumaluminium- Granate, Europium-dotierte Orthosilikate sowie Europium¬ dotierte Nitride genannt.
Weiterhin kann der zumindest eine
Wellenlängenkonversionsstoff zusätzlich oder alternativ ein organisches Material umfassen, das aus einer Gruppe
ausgewählt sein kann, die Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine und Azo-Farbstoffe umfasst.
Die Wellenlängenkonversionsschicht kann geeignete Mischungen und/oder Kombinationen der genannten
Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen . Zur Bildung der Wellenlängenkonversionsschicht kann der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff beispielsweise in Pulverform aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Aufstreuen erfolgen, wobei unter den Begriff "aufstreuen" alle möglichen Aufbringverfahren fallen, mittels derer der pulverförmige Wellenlängenkonversionsstoff in Partikelform aufgebracht werden kann, also beispielsweise aufstreusein, aufblasen oder aufsprühen. Weiterhin kann der pulverförmige Wellenlängenkonversionsstoff beispielsweise auch mittels eines Sedimentationsverfahrens aufgebracht werden. Zur
Sedimentation des zumindest einen
Wellenlängenkonversionsstoffs kann eine Sedimentationslösung bereitgestellt werden, in der der zumindest eine
pulverförmige Wellenlängenkonversionsstoff dispergiert oder gelöst ist. Nach dem Aufbringen der Sedimentationslösung auf der Halbleiterschichtenfolge kann sich der pulverförmige Wellenlängenkonversionsstoff absetzen und die flüssigen
Bestandteile der Sedimentationslösung können durch Verdunsten oder Verdampfen entfernt werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff mittels elektrophoretischer Deposition aufgebracht wird.
Insbesondere kann der Wellenlängenkonversionsstoff nach dem Aufbringen sowie auch nach der Fertigstellung des
Halbleiterbauelements zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Keramikschicht pulverförmig vorliegen. Das bedeutet, dass in der Wellenlängenkonversionsschicht im Vergleich zu einer durchgehend zusammenhängenden Schicht eine pulverartige Anordnung des Wellenlängenkonversionsstoffs erkennbar ist, wobei in der pulverförmigen Anordnung die Partikel des
Wellenlängenkonversionsstoffs beispielsweise auch durch ein Matrixmaterial, einen Binder oder durch
Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden können. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der
Wellenlängenkonversionsschicht oder auch die gesamte
Wellenlängenkonversionsschicht in Form eines keramischen Plättchens mit dem zumindest einen
Wellenlängenkonversionsstoff bereitgestellt werden. Ein solches Keramikplättchen kann beispielsweise durch Sintern des Wellenlängenkonversionsstoffs hergestellt werden, wobei dieser auch in einem keramischen Matrixmaterial eingebettet sein kann. Im Falle, dass die Wellenlängenkonversionsschicht als Keramikplättchen ausgebildet ist, kann das Aufbringen der Keramikschicht mittels des Aerosolabscheideverfahrens auf der Wellenlängenkonversionsschicht durchgeführt werden, bevor das Keramikplättchen auf der Halbleiterschichtenfolge angeordnet wird. Alternativ hierzu ist es auch möglich, zuerst den als Keramikplättchen bereitgestellten
Wellenlängenkonversionsstoff auf der Halbleiterschichtenfolge aufzubringen und danach das Keramikplättchen mit der
Keramikschicht mittels des Aerosolabscheideverfahrens zu bedecken .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Keramikschicht aus einem transparenten Keramikmaterial gebildet.
Unter einem Keramikmaterial oder einem keramischen Material ist insbesondere ein oxidhaltiges und/oder ein nitridhaltiges Material zu verstehen, das insbesondere in Pulverform
verarbeitet wird, wobei hier und im Folgenden auch
Materialien, die nur eine Nahordnung und keine Fernordnung aufweisen, unter den Begriff „keramisches Material" fallen. Dementsprechend sind auch anorganische Gläser von der
Formulierung „keramisches Material" oder „Keramikmaterial" umfasst. Unter einem pulverförmigen Keramikmaterial ist insbesondere ein Pulver aus einem Material zu verstehen, mit dem ein keramisches Element herstellbar ist und das auch als keramisches Pulver bezeichnet werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Keramikschicht durch ein Oxid, ein Nitrid und/oder ein Oxinitrid gebildet, wobei das Oxid, Nitrid und/oder Oxinitrid Aluminium,
Silizium, Titan oder Zirkon oder eine Mischung daraus aufweist. Besonders bevorzugt kann die Keramikschicht AI2O3 , A1N, SiN, S 1O2 , T 1O2 , Zr02 oder eine Mischung oder Kombination daraus aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zur Herstellung der Keramikschicht mittels Aerosolabscheidung für das
Aerosolabscheideverfahren (ADM: "Aerosol Deposition Method") ein Pulver des Keramikmaterials, also ein pulverförmiges Keramikmaterial beziehungsweise ein keramisches Pulver, bereitgestellt. Die Größe der Partikel des Pulvers kann vom Sub-Mikrometer-Bereich bis zu mehreren Mikrometern im
bereitgestellten pulverförmigen Keramikmaterial vorliegen. Bevorzugt weisen die Partikel des Pulvers eine Größe von größer oder gleich 10 nm, besonders bevorzugt von größer oder gleich einigen hundert Nanometern oder auch von größer oder gleich 1 μιη bis hin zu mehreren Mikrometern, bevorzugt kleiner oder gleich 2 μιτι, auf.
Insbesondere kann das Keramikmaterial in einer Pulverkammer bereitgestellt werden, die auch als Aerosolkammer bezeichnet werden kann und die über eine Gaszuleitung und eine
Gasableitung verfügt. Mittels der Gaszuleitung kann ein Gas, bevorzugt ein inertes Gas, in die Pulverkammer geleitet werden. Das Gas kann beispielsweise Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Luft oder eine Mischung dieser enthalten oder daraus sein. Mittels des Gases wird ein Teil der
Partikel des Pulvergemischs im Gas über die Gasableitung in eine Beschichtungskammer geleitet, die bevorzugt einen niedrigeren Druck als die Pulverkammer aufweist. Insbesondere kann das Aerosolabscheideverfahren in der Beschichtungskammer bei einer Temperatur von kleiner oder gleich 300°C und bevorzugt bei Raumtemperatur, also bei einer Temperatur von etwa 300 K, durchgeführt werden. Das Aerosol mit den Partikeln des Pulvergemischs tritt in der Beschichtungskammer durch eine Düse aus und wird durch die Düse strahlartig auf die zu beschichtende Oberfläche
gerichtet, die zumindest teilweise durch die
Wellenlängenkonversionsschicht gebildet wird. Zwischen der Pulverkammer und der Beschichtungskammer können
beispielsweise noch ein oder mehrere Filter und/oder ein Klassifikator zur Einstellung geeigneter Partikelgrößen angeordnet sein. Der Strahl mit dem Aerosol kann
beispielsweise punktuell auf die zu beschichtende Oberfläche treffen. Weiterhin kann der Strahl mit dem Aerosol auch aufgeweitet, beispielsweise linear aufgefächert, auf die zu beschichtende Oberfläche treffen. Das Gas des Aerosols wirkt als Beschleunigungsgas, da über den Gasstrom die darin enthaltenen Partikel auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht werden. Die Düse und/oder die zu beschichtende
Oberfläche können relativ zueinander bewegbar sein, um ein großflächiges Aufbringen der Partikel zu ermöglichen. Dieser Vorgang kann auch als „Abrastern" bezeichnet werden. Insbesondere kann die Keramikschicht direkt und unmittelbar auf der Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht werden. Im Vergleich zu Sinterverfahren kann das
Aerosolabscheideverfahren bei deutlich niedrigeren
Temperaturen durchgeführt werden, insbesondere beispielsweise auch bei Raumtemperatur, da die Energie, die zur
Konsolidierung der Partikel des pulverförmigen
Keramikmaterials, also zum „Zusammenbacken" der Partikel, nötig ist, um die Keramikschicht zu bilden, über die
kinetische Energie im Gasstrom bereitgestellt werden kann, während bei Sinterverfahren die dafür nötige Energie
bekanntermaßen durch die Erhitzung auf hohe Temperaturen geliefert wird. Durch die kinetische Energie der Partikel des pulverförmigen Keramikmaterials kann es beim Aufprallen auf die zu beschichtende Oberfläche lediglich lokal sehr begrenzt zu einer Erhöhung der Temperatur der am Aufprall beteiligten Partikel kommen, die jedoch ausreichend ist, die Partikel „zusammen zu backen". Beim Aufprallen können die Partikel verformt werden und/oder komprimiert und damit kleiner werden . Weiterhin kann es möglich sein, dass die so erzeugte Schicht mit den zusammenbackenden Partikeln nachträglich noch erwärmt wird. Bei einem solchen Tempervorgang kann die Keramikschicht auf eine Temperatur erwärmt werden, die bis zur
Sintertemperatur des Keramikmaterials gehen kann. Bevorzugt liegt die Temperatur, auf die die Schicht erwärmt wird, aber deutlich unterhalb der Sintertemperatur.
Insbesondere kann die Keramikschicht somit eine Schutzschicht für die Wellenlängenkonversionsschicht bilden. Durch das Aerosolabscheideverfahren kann es insbesondere möglich sein, die Keramikschicht als dichte Schicht abzuscheiden, die die Wellenlängenkonversionsschicht vor schädigenden äußeren
Einflüssen wie etwa Feuchtigkeit schützen kann, ohne dass die Halbleiterschichtenfolge und die
Wellenlängenkonversionsschicht beim Aufbringen der
Keramikschicht thermisch besonders belastet werden.
Gleichzeitig kann sich durch die Keramikschicht die Haftung der Wellenlängenkonversionsschicht und insbesondere des zumindest einen Wellenlängenkonversionsstoffs verbessern. Mittels des Aerosolabscheideverfahrens lässt sich somit eine transparente Keramikschicht aufbringen, die insbesondere bei einem pulverförmig aufgebrachten Wellenlängenkonversionsstoff die Konversionsstoffpartikel umformen kann und gleichzeitig für eine verbesserte Haftung auf der Halbleiterschichtenfolge sorgen kann. Neben dem Schutz beispielsweise vor Feuchtigkeit kann die Keramikschicht auch einen Schutz vor mechanischen Einflüssen bilden.
Um eine zuverlässige Kapselung durch die Keramikschicht zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn diese der
Kontur des zu beschichtenden Untergrunds möglichst gut folgt und somit eine so genannte konforme Schicht bilden.
Insbesondere an Stufen des zu beschichtenden Untergrunds ist eine konforme Abscheidung des Keramikmaterials eine Bedingung für eine hermetische Kapselung. Senkrechte Stufen des zu beschichtenden Untergrunds können bei einem gerichteten
Beschichtungsverfahren wie der Aerosolabscheidung, bei dem der Aerosolstrahl aus der Düse üblicherweise senkrecht auf die zu beschichtende Oberfläche auftrifft, leicht
Abschattungen verursachen, so dass die resultierende
geringere Schichtdicke an den Seitenflanken solcher Stufen eine zuverlässig dichte Umformung der zu beschichtenden
Oberfläche gefährden kann.
Um eine konforme Beschichtung, also eine Beschichtung mit einer im Wesentlichen konstanten Schichtdicke, mittels des Keramikmaterials auch an Stufen und Seitenflanken der zu beschichtenden Oberfläche zu erreichen, kann der
Aerosolstrahl unter verschiedenen Winkeln, bevorzugt unter einem weiten Bereich von Winkeln, auf die zu beschichtende Oberfläche gerichtet werden. Im Fall von sehr ausgeprägten senkrechten oder sogar leicht hinterschnittenen Stufen der zu beschichtenden Oberfläche kann der erforderliche
Winkelbereich sogar bis zu einem Aufsprühen tangential zur Haupterstreckungsrichtung der zu beschichtenden Oberfläche reichen. Insbesondere kann die Beschichtung unter allen oder zumindest unter einem sehr großen Bereich aller vorkommenden lokalen Oberflächennormalen erfolgen. Unter der
Voraussetzung, dass ein senkrechter Einfall des
Keramikmaterials auf die zu beschichtende Oberfläche
entscheidend für ein ausreichendes Schichtwachstum ist, kann hierdurch eine sehr gleichmäßige Schichtdicke erzielt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Aerosol mit dem pulverförmigen Keramikmaterial in einem stark aufgefächerten Partikelstrahl auf die zu beschichtende Oberfläche
aufgesprüht. Beim Abrastern der zu beschichtenden Oberfläche kann es dadurch möglich sein, den relevanten Winkelbereich abzudecken. Alternativ hierzu kann ein weniger divergenter Aerosolstrahl verwendet werden, wobei der Winkel zwischen dem Strahl und der Oberfläche variiert wird. Eine Variation des Winkels kann beispielsweise durch eine Bewegung des Strahls und damit der Düse und/oder durch eine Bewegung der zu beschichtenden Oberfläche und damit des zu beschichtenden Objekts erreicht werden. Weiterhin ist es auch möglich, einen stark divergenten Strahl mit einer Winkelvariation zu
kombinieren . Beispielsweise kann das zu beschichtende Objekt um die
Normale der Haupterstreckungsebene der zu beschichtenden Oberfläche gedreht werden. Diese Drehbewegung, die
beispielsweise noch mit einem divergenten Aerosolstrahl kombiniert werden kann, kann ausreichend sein, die gewünschte konforme Abscheidung des Keramikmaterials zu erreichen.
Weiterhin können zusätzlich die zu beschichtende Oberfläche und damit das zu beschichtende Objekt in einer Kippbewegung so geneigt werden, dass die Normale der
Haupterstreckungsebene der zu beschichtenden Oberfläche, die die Drehachse der vorab beschriebenen Drehbewegung bildet, geneigt wird. In diesem Fall kann auch mit einem wenig divergenten oder sogar im Wesentlichen parallelen
Aerosolstrahl eine konforme Abscheidung des Keramikmaterials erreicht werden.
Ist der Stahl ausreichend breit, kann dies ähnlich wie bei Aufdampfverfahren mit einer Planetenbewegung umgesetzt werden, wobei sich das zu beschichtende Objekt um die
Oberflächennormale der Haupterstreckungsebene der zu
beschichtenden Oberfläche rotierend auf einer Halbkugel dreht. Im Fall eines weniger breiten Strahls kann alternativ eine Kreiselbewegung aus Rotation und Präzession genutzt werden. Bei feineren Strahlen, die gerastert werden müssen, kann man vorzugsweise das zu beschichtende Objekt gezielt entsprechend der gerade zu beschichtenden Teiloberfläche neigen .
Insbesondere kann die Kenntnis der zu beschichtenden
Topographie eine qezielte Steuerung erlauben, so dass sich der Aerosolstrahl möglichst parallel zu allen lokalen
Oberflächennormalen ausrichten lässt. Überlagert man dieser lokalen Ausrichtung eine taumelnde oder schaukelnde Bewegung, auch als „wobble" oder „rocking" bezeichnet, kann auch die Topographie innerhalb der lokal zu beschichtenden
Oberflächenteilbereiche berücksichtigt werden. Besonders vorteilhaft kann es hierzu sein, wenn die zu beschichtende Oberfläche durch laterale Translation stets euzentrisch positioniert wird. Neben der besonders gleichförmigen
Beschichtung kann, wenn die Kenntnis der Oberflächenstruktur gezielt genutzt wird, die Beschichtungszeit ohne
Qualitätseinbußen verkürzt und das Beschichtungsgut , also das Keramikmaterial, sparsam aufgebracht werden.
Insbesondere im Falle einer pulverförmigen Ausbildung des Wellenlängenkonversionsstoffs in der
Wellenlängenkonversionsschicht kann es beim Auftreffen der Partikel des pulverförmigen Keramikmaterials zur Bildung der Keramikschicht zumindest oberflächlich zu einer zumindest teilweisen Durchmischung des Materials für die Keramikschicht und des Wellenlängenkonversionsstoffs kommen. Hierdurch kann das Keramikmaterial für die Keramikschicht zumindest in
Teilbereichen in die Wellenlängenkonversionsschicht
eindringen und ein Matrixmaterial für den
Wellenlängenkonversionsstoff bilden .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Keramikschicht eine Dicke von mehr als 1 μιτι, bevorzugt größer oder gleich 5 μιη oder auch größer oder gleich 10 μιη oder auch größer oder gleich einigen zehn Mikrometern wie etwa größer oder gleich 20 μιη oder größer oder gleich 30 μιη oder auch größer oder gleich 50 μιη auf. Weiterhin kann die Keramikschicht eine Dicke von bevorzugt kleiner oder gleich 200 μιη oder auch bevorzugt kleiner oder gleich 100 μιη aufweisen. Insbesondere kann eine Dicke von einigen zehn Mikrometern, also im Bereich von etwa 20 μιη bis etwa 100 μιη besonders vorteilhaft sein. Das Aufbringen der Keramikschicht auf der
Wellenlängenkonversionsschicht kann auf Chip-Ebene sowie auch auf Wafer-Ebene erfolgen. Auf Chip-Ebene die Keramikschicht aufzubringen kann insbesondere bedeuten, dass die
Keramikschicht mittels der Aerosolabscheidung auf einem mit der Wellenlängenkonversionsschicht versehenen Licht
emittierenden Halbleiterchip, der die Licht emittierende Halbleiterschichtenfolge aufweist, aufgebracht wird. Der Licht emittierende Halbleiterchip wird in diesem Fall vor dem Abscheiden der Keramikschicht bereits durch Vereinzeln aus einem Waferverbund hergestellt, wobei die
Wellenlängenkonversionsschicht vor oder nach dem Vereinzeln, also ebenfalls auf Wafer-Ebene oder auf Chip-Ebene,
aufgebracht wird.
Auf Wafer-Ebene die Keramikschicht aufzubringen kann
insbesondere bedeuten, dass eine auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge mit der
Wellenlängenkonversionsschicht versehen wird, die dann noch im Waferverbund mit der Keramikschicht mittels des
Aerosolabscheideverfahrens bedeckt wird. Die
Wellenlängenkonversionsschicht und die darüber aufgebrachte Keramikschicht können dann zusammen mit der
Halbleiterschichtenfolge zu Halbleiterchips mit einer
Wellenlängenkonversionsschicht und darüber einer
Keramikschicht vereinzelt werden.
Durch eine geeignete Auswahl des Materials der Keramikschicht kann der Brechungsindex der Keramikschicht an die darunter liegende Wellenlängenkonversionsschicht angepasst werden. Hierdurch kann es beispielsweise zu einer Vermeidung von Streueffekten kommen, wodurch sich eine höhere Konversionseffizienz ergeben kann. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass beim Aufbringen der Keramikschicht in diese noch Streupartikel eingebettet werden. Diese können dem pulverförmigen Ausgangsmaterial zur Bildung der
Keramikschicht zugesetzt werden und ein Material aufweisen, das einen vom Keramikmaterial der Keramikschicht
unterschiedlichen Brechungsindex aufweist. Die Streupartikel können beispielsweise ein oben für die Keramikschicht beschriebenes Material aufweisen, sodass zur Bildung der Keramikschicht mit Streupartikeln zumindest zwei der oben beschriebenen Materialien in Form einer Pulvermischung aufgebracht werden können, wobei diese Materialien
voneinander unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Weiterhin ist es auch möglich, dass die
Wellenlängenkonversionsschicht Streupartikel aufweist. Diese können in Pulverform dem zumindest einen
Wellenlängenkonversionsstoff zugemischt sein und mittels der oben beschriebenen Verfahren zusammen mit dem zumindest einen Wellenlängenkonversionsstoff zur Bildung der
Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht werden.
Beim Aufbringen des zumindest einen
Wellenlängenkonversionsstoffs zur Bildung der
Wellenlängenkonversionsschicht, insbesondere im Falle, dass der Wellenlängenkonversionsstoff pulverförmig aufgebracht wird, ist dafür Sorge zu tragen, dass die
Wellenlängenkonversionsschicht stabil genug ist, um bei dem anschließenden Aerosolabscheideprozess zur Herstellung der Keramikschicht nicht abgetragen zu werden. Dies kann
beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der
Wellenlängenkonversionsstoff vorbehandelt wird.
Beispielsweise kann der zumindest eine Wellenlängenkonversionsstoff vor dem Aufbringen in Phosphorsäure gewaschen werden, wodurch die Ausbildung von Wasserstoff-Brückenbindungen erreicht werden kann. Im Falle des Aufbringens aus einer Sedimentationslösung kann dieser beispielsweise eine kleine Menge an Bindemittel beigemischt werden, das in der Wellenlängenkonversionsschicht verbleibt. Als Bindemittel können eines oder mehrere der folgenden
Materialien verwendet werden: Silikone, Zr02~haltige Sol- Gele, Polysilazane, Wasserglas und Al203-haltige Äquivalente sowie organisch, anorganische Hybridpolymere.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird auf der
Halbleiterschichtenfolge eine weitere Keramikschicht
aufgebracht, auf der dann die Wellenlängenkonversionsschicht aufgebracht wird. Mit anderen Worten kann die
Wellenlängenkonversionsschicht zwischen zwei Keramikschichten angeordnet werden. Insbesondere kann die
Wellenlängenkonversionsschicht unmittelbar und direkt auf der weiteren Keramikschicht aufgebracht werden. Die weitere
Keramikschicht, die insbesondere eine transparente
Keramikschicht ist, kann wie vorab für die auf der
Wellenlängenkonversionsschicht aufgebrachte Keramikschicht beschriebene Merkmale aufweisen. Die weitere Keramikschicht kann insbesondere direkt und unmittelbar auf der
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden. Die weitere Keramikschicht kann insbesondere als Haftschicht für die nachfolgende Wellenlängenkonversionsschicht dienen, um eine Haftung der Wellenlängenkonversionsschicht auf der
Halbleiterschichtenfolge zu verbessern. Die auf der
Wellenlängenkonversionsschicht aufgebrachte Keramikschicht kann, wie oben beschrieben, als Schutzschicht sowie ebenfalls zur Verbesserung der Haftung dienen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Mehrzahl von Keramikschichten und/oder eine Mehrzahl von
Wellenlängenkonversionsschichten, zumindest aber jeweils eine von diesen, abwechselnd aufeinander aufgebracht. Dies kann insbesondere bedeuten, dass über der
Wellenlängenkonversionsschicht und der Keramikschicht zumindest eine weitere Wellenlängenkonversionsschicht und zumindest eine weitere Keramikschicht aufgebracht werden. Weiterhin kann beispielsweise auch zuerst eine
Keramikschicht, auf dieser eine
Wellenlängenkonversionsschicht, darüber eine Keramikschicht und darüber eine weitere Wellenlängenkonversionsschicht sowie eine weitere Keramikschicht aufgebracht werden. Weiterhin sind auch mehr Wellenlängenkonversionsschichten und
Keramikschichten abwechselnd übereinander möglich. Durch ein derartiges sukzessives Aufbringen von Keramikschichten und Wellenlängenkonversionsschichten ist eine genaue
Farbsteuerung während des Aufbringprozesses möglich, sodass die vom fertig gestellten Licht emittierenden
Halbleiterbauelement abgestrahlte Lichtfarbe optimal
eingestellt werden kann.
Für die weiteren Keramikschichten sowie die weiteren
Wellenlängenkonversionsschichten gelten die oben
beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen gleichermaßen.
Weiterhin kann beispielsweise für die Keramikschicht ein Material verwendet werden, dessen thermischer
Ausdehnungskoeffizient an den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten des zumindest einen
WellenlängenkonversionsStoffs der
Wellenlängenkonversionsschicht angepasst ist, sodass bei Erwärmung des Halbleiterbauelements im Betrieb Spannungen zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht und der darüber aufgebrachten Keramikschicht vermieden werden können.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient der Keramikschicht und der thermische Ausdehnungskoeffizient der Wellenlängenkonversionsschicht gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich sind, das heißt um höchstens 50% oder sogar um höchstens 20% oder sogar um höchstens 10% voneinander abweichend ausgebildet sind.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorteilhaft sein, wenn für die Keramikschicht ein Material verwendet werden, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient an den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten der Halbleiterschichtenfolge
und/oder eines Substrats für die Halbleiterschichtenfolge angepasst ist, sodass bei Erwärmung des Halbleiterbauelements im Betrieb Spannungen zwischen der Halbleiterschichtenfolge und/oder dem Substrat und der darüber aufgebrachten
Keramikschicht vermieden werden können. Insbesondere können die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der
Halbleiterschichtenfolge und/oder eines Substrats der
Halbleiterschichtenfolge und der Keramikschicht im vorab genannten Sinn gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich sein .
Durch das hier beschriebene Verfahren, bei dem auf die
Wellenlängenkonversionsschicht eine Keramikschicht mittels Aerosolabscheidung aufgebracht wird, kann durch die
Schutzwirkung der Keramikschicht im Vergleich zu üblichen Leuchtdiodenchips mit darauf aufgebrachten Leuchtstoffen ein Betrieb bei höheren Temperaturen und Betriebsströmen möglich sein. Weiterhin kann die Lebensdauer des Licht emittierenden Halbleiterbauelements im Vergleich zu üblichen Kombinationen von Leuchtdiodenchips mit Leuchtstoffen verlängert werden. Durch eine flexible Anpassung der Wellenlängenkonversionsschicht beziehungsweise der Anzahl der Wellenlängenkonversionsschichten zwischen der Licht
emittierenden Halbleiterschichtenfolge und einer finalen Keramikschicht, das heißt einer äußersten Keramikschicht, kann eine genaue Farbortsteuerung für das vom Licht
emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlte Licht
erreicht werden.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 1A bis IC schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem
Ausführungsbeispiel ,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines
Verfahrensschritts eines Verfahrens zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, Figuren 3A bis 6 schematische Darstellungen von Licht
emittierenden Halbleiterbauelementen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind 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 groß dargestellt sein.
In den Figuren 1A bis IC ist ein Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt.
In einem ersten Verfahrensschritt gemäß der Figur 1A wird eine Licht emittierende Halbleiterschichtenfolge 2
bereitgestellt. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist im
gezeigten Ausführungsbeispiel Teil eines Licht emittierenden Halbleiterchips 10, der ein Substrat 1 und darauf die
Halbleiterschichtenfolge 2 aufweist. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Schicht 3 auf, die geeignet ist, im Betrieb Licht zu erzeugen, das über eine auf der dem Substrat 1 abgewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnete Lichtauskoppelfläche 20 abgestrahlt werden kann. Die einzelnen Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 2 zusätzlich zur aktiven Schicht 3, beispielsweise n- und p-dotierte Halbleiterschichten wie etwa Pufferschichten, Mantelschichten, Halbleiterkontaktschichten, Barriereschichten, StromaufWeitungsschichten und/oder
Strombegrenzungsschichten, sowie elektrische
Anschlussschichten wie etwa Elektrodenschichten oder
elektrische Kontaktelemente sind zur Vereinfachung der
Darstellung nicht gezeigt.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 und insbesondere die aktive Schicht 3 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialsystem auf, so dass im Betrieb ultraviolettes bis grünes Licht, bevorzugt blaues bis grünes Licht, abgestrahlt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge 2 auch ein anderes, oben im allgemeinen Teil genanntes Halbleitermaterial aufweisen.
Beispielsweise kann es sich bei dem Substrat 1 um ein
Aufwachssubstrat , beispielsweise aus Saphir, handeln, auf dem die Halbleiterschichtenfolge 2 durch epitaktisches
Aufwachsen, beispielsweise durch metallorganische
Gasphasenabscheidung (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) , aufgebracht wird. Durch Vereinzelung kann aus einem mit der Halbleiterschichtenfolge 2 versehenen Substratwafer eine Vielzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips 10 gebildet werden.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das Substrat 1 durch ein Trägersubstrat gebildet wird, auf das die auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge 2 übertragen wird. Das Aufwachssubstrat kann dann anschließend zumindest teilweise oder ganz zur Bildung eines oben im allgemeinen Teil beschriebenen Dünnfilm-Leuchtdiodenchips entfernt werden.
Das Aufwachsen und gegebenenfalls das Übertragen der
aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge 2 auf ein
Trägersubstrat findet bevorzugt auf Wafer-Ebene vor einem nachfolgenden Vereinzeln statt.
Der Licht emittierende Halbleiterchip 10 kann für die
weiteren Verfahrensschritte auf einem Hilfsträger,
beispielsweise einer Kunststofffolie, bereit gestellt werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass der
Halbleiterchip 10 auf einem Träger montiert bereitgestellt wird, der zusammen mit dem Halbleiterchip 10 ein so genanntes Package bilden kann. Der Träger kann beispielsweise ein Kunststoffgehäuse, eine Leiterplatte, eine Metallkernplatine oder ein Keramiksubstrat aufweisen oder sein und mit
elektrischen Anschlüssen zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 10 versehen sein. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass für die weiteren Verfahrensschritte eine Mehrzahl von Halbleiterchips 10 auf einem Hilfsträger
angeordnet oder auf einem Träger montiert sind und die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte für die Mehrzahl der Halbleiterchips 10 durchgeführt wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur 1B wird auf die Halbleiterschichtenfolge 2 eine
Wellenlängenkonversionsschicht 4 aufgebracht, die einen
Wellenlängenkonversionsstoff zur zumindest teilweisen
Konversion des in der aktiven Schicht 3 im Betrieb des fertig gestellten Licht emittierenden Halbleiterbauelements 100 erzeugten Lichts vorgesehen ist.
Das Aufbringen der Wellenlängenkonversionsschicht 4 kann beispielsweise durch Sedimentation erfolgen. Hierzu wird eine Sedimentationslösung bereitgestellt, in der der
Wellenlängenkonversionsstoff, der gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil ausgeführt sein kann, enthalten ist. Für eine verbesserte Haftung der
Wellenlängenkonversionsstoffpartikel in der
Wellenlängenkonversionsschicht kann der Sedimentationslösung beispielsweise auch noch ein Bindemittel, wie oben im
allgemeinen Teil beschrieben ist, beigefügt sein. Die
Sedimentationslösung wird auf der Halbleiterschichtenfolge 2, im gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere auf der
Lichtauskoppelfläche 20, aufgebracht. Durch Entfernen der flüssigen Bestandteile der Sedimentationslösung,
beispielsweise durch Verdunsten oder Verdampfen, und ein Ablagern des in der Sedimentationslösung enthaltenen
Wellenlängenkonversionsstoffs bildet sich die
Wellenlängenkonversionsschicht 4. Alternativ hierzu kann auch ein Aufstreuverfahren zum
Aufbringen des Wellenlängenkonversionsstoffs gewählt werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass der
Wellenlängenkonversionsstoff zur Bildung der
Wellenlängenkonversionsschicht 4 mittels elektrophoretischer Deposition aufgebracht wird.
Um eine Stabilität der Wellenlängenkonversionsschicht 4 zu erhöhen, kann es auch möglich sein, dass der
Wellenlängenkonversionsstoff vorbehandelt wird,
beispielsweise durch Waschen mit Phosphorsäure zur Ausbildung von Wasserstoff-Brückenbindungen in der
Wellenlängenkonversionsschicht 4. Mittels der beschriebenen Verfahren kann die Wellenlängenkonversionsschicht
insbesondere im Wesentlichen pulverförmig ausgebildet sein, das bedeutet, dass der Wellenlängenkonversionsstoff keinen zusammenhängen Zusammenschluss und somit keine durchgehend feste Wellenlängenkonversionsschicht bildet.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur IC wird auf der Wellenlängenkonversionsschicht 4 mittels
Aerosolabscheidung eine Keramikschicht 5 aufgebracht.
Insbesondere wird als Keramikmaterial für die Keramikschicht ein transparentes Keramikmaterial gewählt, das nach
Möglichkeit einen an die Wellenlängenkonversionsschicht angepassten Brechungsindex aufweist, um eine möglichst effiziente Konversion und Auskopplung von Licht im
fertiggestellten Licht emittierenden Halbleiterbauelement 100 zu ermöglichen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das Material der Keramikschicht 5 im Hinblick auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten an das Material der
Wellenlängenkonversionsschicht 4 und/oder an das Material des Halbleiterchips 10, also beispielsweise an das Material der Halbleiterschichtenfolge 2 und/oder des Substrats 1,
angepasst ist, um bei betriebsbedingten Temperaturerhöhungen des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 100 Spannungen zwischen der Wellenlängenkonversionsschicht 4 und der
Keramikschicht 5 zu vermeiden.
Die Oberfläche der Keramikschicht 100 kann weiterhin mit einer gewünschten Rauhigkeit und/oder Oberflächenstruktur hergestellt werden, wodurch im späteren Betrieb eine
verbesserte Lichtauskopplung erreicht werden kann.
Für die Herstellung der Keramikschicht mittels des
Aerosolabscheideverfahrens wird, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben, ein Pulver mit einem pulverförmigen
Keramikmaterial bereitgestellt und einem Gasstrom zugeführt, sodass das durch das Gas und das Pulver gebildete Aerosol in einem Aerosolstrahl mittels einer Düse auf die zu
beschichtende Oberfläche, die im gezeigten
Ausführungsbeispiel durch die Wellenlängenkonversionsschicht 4 gebildet wird, aufgebracht wird. Durch die hohe kinetische Energie des pulverförmigen Keramikmaterials im Aerosolstrahl findet beim Auftreffen auf die Oberfläche beziehungsweise auch schon auf der Oberfläche aufgebrachten Partikeln eine Konsolidierung, also ein "Zusammenbacken", der im Aerosol enthaltenen Partikel statt. Der Aerosolstrahl kann relativ zur zu beschichtenden Oberfläche durch eine Bewegung der Düse und/oder der Halbleiterschichtenfolge mit der
Wellenlängenkonversionsschicht bewegbar sein, sodass die Keramikschicht flächig auf der Wellenlängenkonversionsschicht 4 ausgebildet werden kann. Insbesondere kann die Keramikschicht 5 frei von weiteren, nicht keramischen
Bestandteilen sein. Die Keramikschicht 5 kann eines der oben im allgemeinen Teil beschriebenen Materialien, besonders bevorzugt AI2O3, A1N, SiN, S1O2, T1O2, ZrÜ2 oder eine Kombination oder Mischung daraus aufweisen und mit einer Dicke wie oben im allgemeinen Teil ausgebildet werden, beispielsweise mit einer Dicke im Bereich von einigen zehn Mikrometern, also im Bereich von etwa 20 μιη bis etwa 100 μιη.
Durch das Auftreffen der Partikel des Aerosols auf die pulverartig ausgebildete Wellenlängenkonversionsschicht 4 kann es, zumindest an einer Oberfläche der
Wellenlängenkonversionsschicht 4, auch zu einer zumindest teilweisen Durchmischung des Keramikmaterials der
Keramikschicht 5 und des zumindest einen
Wellenlängenkonversionsstoffs der
Wellenlängenkonversionsschicht 4 kommen, sodass zumindest in Teilbereichen das Keramikmaterial der Keramikschicht 5 ein Matrixmaterial für den Wellenlängenkonversionsstoff bilden kann . Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die
Wellenlängenkonversionsschicht 4 als Keramikplättchen bereitgestellt und aufgebracht wird. Das Aufbringen des durch den Wellenlängenkonversionsstoff oder den
Wellenlängenkonversionsstoff und ein keramisches
Matrixmaterial gebildeten Keramikplättchens kann, wie in
Figur 1B und in Figur IC gezeigt ist, vor dem Aufbringen der Keramikschicht 5 erfolgen. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das die Wellenlängenkonversionsschicht 4 bildende Keramikplättchen zuerst mit der Keramikschicht 5 mittels Aerosolabscheidung zu bedecken und anschließend das
Keramikplättchen zusammen mit der Keramikschicht 5 auf der Halbleiterschichtenfolge 2 aufzubringen.
Weiterhin kann es möglich sein, die Keramikschicht 5 nach dem Aufbringen nachträglich noch erwärmt wird. Bei einem solchen Tempervorgang kann die Keramikschicht 5 auf eine Temperatur erwärmt werden, die bis zur Sintertemperatur des verwendeten Keramikmaterials, bevorzugt bis zu einer Temperatur deutlich unter der Sintertemperatur, gehen kann.
Mittels des beschriebenen Verfahrens kann somit ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 100 bereitgestellt werden, das auf der Licht emittierenden Halbleiterschichtenfolge 2 mit der aktiven Schicht 3 eine Wellenlängenkonversionsschicht 4 mit zumindest einem Wellenlängenkonversionsstoff und darüber eine Keramikschicht 5 aufweisen kann, wobei die
Keramikschicht 5 mittels Aerosolabscheidung aufgebracht ist. Wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist, kann durch das unmittelbare Aufbringen der Keramikschicht 5 auf der
Wellenlängenkonversionsschicht 4 die
Wellenlängenkonversionsschicht 4 vor äußeren Einflüssen, beispielsweise vor Feuchtigkeit aber auch vor mechanischen Einflüssen, geschützt werden. Weiterhin kann eine verbesserte Haftung des Wellenlängenkonversionsstoffs auf der
Halbleiterschichtenfolge 2 erreicht werden.
Alternativ zu einer Beschichtung eines bereits vereinzelten Halbleiterchips 10 mit der Wellenlängenkonversionsschicht 4 und der Keramikschicht 5 kann zumindest die Herstellung der Wellenlängenkonversionsschicht 4 oder auch die Herstellung der Wellenlängenkonversionsschicht 4 und die Herstellung der Keramikschicht 5 vor dem Vereinzeln auf Wafer-Ebene
stattfinden. In Figur 2 ist hierzu eine
Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Substratwafer 1' gezeigt, auf die die Wellenlängenkonversionsschicht 4 und die Keramikschicht 5 aufgebracht sind. Der Substratwafer 1' kann ein Aufwachssubstratwafer oder ein Trägersubstratwafer sein. Anschließend kann die gezeigte Schichtanordnung entlang der angedeuteten Vereinzelungslinien 99 in Halbleiterchips mit der Wellenlängenkonversionsschicht 4 und der Keramikschicht 5 vereinzelt werden.
In den Figuren 3A bis 6 sind weitere Ausführungsbeispiele gezeigt, die mittels der vorab beschriebenen Verfahren herstellbar sein können. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich daher im Wesentlichen auf die Unterschiede und Modifikationen im Vergleich zu den vorherigen
Ausführungsbeispielen .
In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind jeweils
Halbleiterchips 10 gezeigt, die die in Figur 1A gezeigte
Halbleiterschichtenfolge 2 mit der aktiven Schicht 3 auf dem Substrat 1 aufweisen, auch wenn diese Bezugszeichen der
Übersichtlichkeit halber in den nachfolgenden Figuren nicht explizit gezeigt sind. Insbesondere die in den Figuren 3A bis 3C, 4 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele können außerdem sowohl auf Chip-Ebene wie auch auf Wafer-Ebene gemäß den Verfahren der Figuren 1A bis IC und der Figur 2 hergestellt werden . In Figur 3A ist ein Ausführungsbeispiel für ein Licht
emittierendes Halbleiterbauelement 101 gezeigt, bei dem die Wellenlängenkonversionsschicht 4 auf allen Oberflächen mit der Keramikschicht 5 bedeckt ist, die nach dem Aufbringen der Wellenlängenkonversionsschicht 4 auf der
Halbleiterschichtenfolge 2 freiliegen. Hierdurch kann eine allseitige Schutzfunktion durch die Keramikschicht 5 erreicht werden .
Um eine möglichst hermetische Abscheidung der Keramikschicht 5 zu erreichen, sollte diese der Kontur des zu beschichtenden Untergrunds möglichst gut folgen. Insbesondere an Stufen und Kanten setzt eine hermetische Kapselung eine konforme
Abscheidung des Keramikmaterials voraus. Da das
Aerosolabscheideverfahren ein stark gerichtetes
Beschichtungsverfahren ist, bei dem der Strahl mit dem pulverförmigen Keramikmaterial möglichst senkrecht auf die zu beschichtende Oberfläche auftreffen sollte, können an Stufen leicht Abschattungen entstehen, die zu einer geringeren
Schichtdicke, vor allem an Seitenflanken, führen können. Ein solches vermindertes laterales Schichtwachstum kann jedoch eine zuverlässig dichte Umformung von Konturen gefährden. Die im Ausführungsbeispiel der Figur 3A gezeigte
Keramikschicht 5 wird daher in einem Verfahren hergestellt, bei dem die Richtung des Aerosolstrahls über einen weiten Bereich von Einfallswinkeln, gemessen zur
Haupterstreckungsebene der Wellenlängenkonversionsschicht 4, variiert wird. Dadurch kann eine Beschichtung unter allen oder zumindest unter einem sehr großen Bereich aller
vorkommenden lokalen Oberflächennormalen erfolgen, so dass die Keramikschicht 5 in einer möglichst konformen Schicht mit einer im Wesentlichen konstanten Schichtdicke, gemessen an den lokal jeweils zu bestimmenden Oberflächennormalen, aufgebracht werden kann. Hierbei kann bei besonders
ausgeprägten Stufen der Strahl sogar fast tangential zur Haupterstreckungsebene der Wellenlängenkonversionsschicht 4 geführt werden.
Ein solches Aufbringen des Keramikmaterials kann
beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Sprühdüse entsprechend kontinuierlich in die verschiedenen Winkel geneigt wird oder dass das zu beschichtende Objekt unter verschiedenen Winkeln in den Abscheidestrahl gehalten wird. Bei einem sehr weit aufgefächerten Strahl kann dazu das zu beschichtende Objekt drehbar auf einer sich drehenden
Halbkugel platziert werden, wodurch eine gleichförmige
Abscheidung erreicht werden kann. Anstelle dieser
Planetenbewegung kann das zu beschichtende Objekt auch als Kreisel mit Präzession betrieben werden. Insbesondere bei einem engeren Strahl, der feiner gerastert werden muss, kann das zu beschichtende Objekt auch gezielt so geneigt werden, wie die gerade zu beschichtende Teiloberfläche es erfordert. Diese Art der Kontrolle ermöglicht es, die Keramikschicht 5 besonders wirtschaftlich aufzubringen, da der Anteil des Pulvers klein gehalten wird, der unter ungünstigen Winkeln auf die Oberfläche auftrifft und nicht zum Schichtwachstum beiträgt. Dazu kann es hilfreich sein, die zu beschichtende Oberfläche durch laterale Verschiebung stets in einer
einigermaßen euzentrischen Position zu halten.
In Figur 3B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 102 gezeigt, bei dem die Keramikschicht 5 im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figur 3A nicht nur auf der Wellenlängenkonversionsschicht 4, sondern auch auf Seitenflächen des Halbleiterchips 10 aufgebracht ist. Die Seitenflächen des Halbleiterchips 10 können beispielsweise wie in Figur 3B erkennbar durch
Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 sowie des Substrats 1 gebildet werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass die Keramikschicht 5 zusätzlich zur
Wellenlängenkonversionsschicht 4 lediglich auf Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird.
In Figur 3C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Licht emittierende Halbleiterschichtenfolge 103 gezeigt, bei der sowohl die Wellenlängenkonversionsschicht 4 als auch die Keramikschicht 5 zusätzlich zur Lichtauskoppelfläche 20 auf Seitenflächen des Halbleiterchips 10 aufgebracht sind.
In Figur 3D ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 104 gezeigt, bei dem ein wie bereits oben erwähnter Träger 7 vorgesehen ist, auf dem der Halbleiterchip 10 aufgebracht ist. Die Keramikschicht 5 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel über die
Wellenlängenkonversionsschicht 4 und über Seitenflächen des Halbleiterchips 10 bis auf einen Oberflächenbereich der
Montagefläche des Trägers 6, auf der der Halbleiterchip 10 angeordnet und montiert ist.
In Figur 3E ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 105 gezeigt, bei dem sich zusätzlich zur Keramikschicht 5 auch die
Wellenlängenkonversionsschicht 4 bis zum Träger 7 erstreckt.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 106 gezeigt, bei dem vor dem Aufbringen der Wellenlängenkonversionsschicht 4 auf der Halbleiterschichtenfolge 2 eine weitere transparente
Keramikschicht 6 mittels eines Aerosolabscheideverfahrens aufgebracht wird. Die weitere Keramikschicht 6 kann
insbesondere zur Verbesserung einer Haftung der Wellenlängenkonversionsschicht 4 auf der
Halbleiterschichtenfolge 2 führen.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 107 gezeigt, das
zusätzlich über der Keramikschicht 5 eine weitere
Wellenlängenkonversionsschicht 4 ' sowie eine weitere mittels Aerosolabscheidung aufgebrachte Keramikschicht 5' aufweist. Weiterhin können noch weitere
Wellenlängenkonversionsschichten und/oder Keramikschichten vorhanden sein. Durch eine derartige sequenzielle
Beschichtung der Halbleiterschichtenfolge kann beispielsweise eine genaue Farbsteuerung während des Herstellungsprozesses ermöglicht werden, wodurch sich der Farbort des vom Licht emittierenden Halbleiterbauelements im Betrieb abgestrahlten Lichts optimieren lässt.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Keramikschicht 5 auf einer Wellenlängenkonversionsschicht 4 gezeigt, wobei die Keramikschicht 5 Streupartikel 50
aufweist, die einen vom Keramikmaterial der Keramikschicht 5 unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen. Die Streupartikel können beispielsweise wie oben im allgemeinen Teil
beschrieben ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass, wie oben im allgemeinen Teil
beschrieben ist, Streupartikel 50 in der
Wellenlängenkonversionsschicht 4 vorhanden.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander
kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in Verbindung mit den Figuren beschrieben sind.
Weiterhin können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere oben im allgemeinen Teil beschriebene Merkmale aufweisen.
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. Licht emittierendes Halbleiterbauelement, aufweisend
- eine Licht emittierende Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3) , die dazu eingerichtet ist, im
Betrieb des Halbleiterbauelements Licht abzustrahlen,
- eine Wellenlängenkonversionsschicht (4) mit zumindest einem
Wellenlängenkonversionsstoff auf der
Halbleiterschichtenfolge (2) und
- eine Keramikschicht (5) auf der
Wellenlängenkonversionsschicht (4), die mittels
Aerosolabscheidung aufgebracht ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die
Keramikschicht (5) aus einem transparenten
Keramikmaterial gebildet ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, wobei die
Keramikschicht (5) ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid mit Aluminium, Silizium, Titan oder Zirkon, bevorzugt, A1203, A1N, SiN, Si02, Ti02 und/oder Zr02, aufweist.
4. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei auf der Halbleiterschichtenfolge (2) eine weitere transparente Keramikschicht (6) mittels eines Aerosolabscheideverfahrens aufgebracht ist, auf der die Wellenlängenkonversionsschicht (4) aufgebracht ist . 5. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Keramikschichten (5, 5', 6) und/oder eine Mehrzahl von Wellenlängenkonversionsschichten (4, 4') abwechselnd aufeinander aufgebracht werden.
Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei der Wellenlängenkonversionsstoff zwischen der Halbleiterschichtenfolge (2) und der
Keramikschicht (5) pulverförmig vorliegt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Keramikschicht (5) und/oder die Wellenlängenkonversionsschicht (4) Streupartikel (50) enthält .
Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem
eine Licht emittierende Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht (3) bereitgestellt wird, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Halbleiterbauelements Licht abzustrahlen,
eine Wellenlängenkonversionsschicht (4) mit zumindest einem Wellenlängenkonversionsstoff auf der
Halbleiterschichtenfolge (2) aufgebracht wird und auf der Wellenlängenkonversionsschicht (4) eine
Keramikschicht (5) mittels eines
Aerosolabscheideverfahrens aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der
Wellenlängenkonversionsstoff in Pulverform aufgebracht wird .
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der
Wellenlängenkonversionsstoff vor dem Aufbringen in
Phosphorsäure gewaschen wird. 11. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der
Wellenlängenkonversionsstoff durch Sedimentation,
Aufstreuen oder durch elektrophoretische Deposition aufgebracht wird.
12 Verfahren nach Anspruch 11, bei dem eine
Sedimentationslösung mit dem
Wellenlängenkonversionsstoff und einem Bindemittel bereitgestellt und zur Bildung der
Wellenlängenkonversionsschicht (4) aufgebracht wird.
13 Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die
Wellenlängenkonversionsschicht (4) als Keramikplättchen bereitgestellt und aufgebracht wird. 14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Keramikschicht
(5) auf dem Keramikplättchen aufgebracht wird, bevor das Keramikplättchen auf der Halbleiterschichtenfolge (2) aufgebracht wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Keramikschicht auf dem bereits auf der Halbleiterschichtenfolge (2) aufgebrachten Keramikplättchen aufgebracht wird.
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