WO2014090894A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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optoelectronic semiconductor
conversion element
semiconductor component
radiation
semiconductor chip
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Alexander Baumgartner
Markus Richter
Hans-Christoph Gallmeier
Tony Albrecht
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H10H20/8516—Wavelength conversion means having a non-uniform spatial arrangement or non-uniform concentration, e.g. patterned wavelength conversion layer or wavelength conversion layer with a concentration gradient

Definitions

  • Optoelectronic semiconductor device indicated that emits mixed-colored radiation in operation.
  • the component has a radiation-emitting semiconductor chip and a
  • An object to be solved in the present case is to specify a compact optoelectronic semiconductor component which, in operation, efficiently processes primary radiation in
  • Another object is to provide a method for producing such
  • the primary radiation can be a first (peak) wavelength or a first
  • Assign wavelength range especially in the visible range.
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a semiconductor layer sequence with an active zone for
  • the active zone may comprise a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure), or a multiple quantum well structure (MQW structure).
  • the semiconductor layer sequence can comprise, in addition to the active zone, further functional layers and functional regions, for example p-doped or n-doped ones
  • Charge carrier transport layers undoped or p- or n-doped confinement, cladding or waveguide layers, barrier layers, planarization layers, buffer layers, protective layers and combinations thereof.
  • Semiconductor layer sequence can by means of a
  • MOVPE metalorganic vapor phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • Semiconductor layer sequence can for example consist of a
  • Y N be formed, wherein - material based on In x Ga y Al x each 0 -S x -S 1 and 0 -Sy -S 1 applies.
  • the semiconductor layer sequence for the emission of short-wave visible, in particular from green to blue
  • the optoelectronic semiconductor chip has a
  • Radiation exit surface and at least one side surface which extends transversely to the radiation exit surface preferably runs perpendicular to the
  • the "at least one side surface” is to be understood in particular as meaning that the semiconductor chip has a side surface if it has a cylindrical surface
  • the semiconductor chip has lateral surface. If the semiconductor chip is cuboid, it has four side surfaces.
  • the optoelectronic semiconductor component preferably has a curvature
  • Secondary radiation is provided.
  • the secondary radiation can be assigned a second wavelength range or a second (peak) wavelength, which is in particular greater than the first (peak) wavelength.
  • the conversion element is thus provided for the so-called “down conversion", in the case of
  • the conversion element is preferably on the
  • the conversion element has at least one or more conversion substances which are used for
  • Wavelength conversion are suitable.
  • the Optoelectronic semiconductor chip emit blue light, which is converted by the conversion element at least partially in green and / or red and / or yellow light, so that the semiconductor device in operation white light
  • the conversion element can radiate.
  • the conversion element can be applied, for example, in the form of particles, which in one
  • Matrix material such as a plastic, such as silicone, are embedded.
  • the optoelectronic semiconductor component advantageously comprises a spacer which is disposed between the
  • Optoelectronic semiconductor chip and the conversion element is arranged. One facing the conversion element
  • the spacer element is preferably formed curved.
  • the conversion element is in direct contact with the curved surface. This gives the
  • the Conversion element a corresponding curvature.
  • the curved surface of the spacer is convexly curved.
  • the curved surface may be formed like the surface of a spherical segment.
  • Interface of the conversion element formed as the surface of a spherical segment.
  • the component in which the conversion element is arranged on the semiconductor chip has a compact size, since it has hardly larger dimensions than the semiconductor chip. According to at least one embodiment, the
  • Optoelectronic semiconductor chip a surface emitter.
  • the optoelectronic semiconductor chip thus emits a
  • the three-dimensional structure of the conversion element provided with a curvature also enables a comparatively homogeneous emission characteristic, that is to say the color locus of the
  • Semiconductor component emitted mixed-colored radiation varies little depending on the angle of emission.
  • the optoelectronic semiconductor chip is preferably a thin-film chip, which to a good approximation is a Lambert's shear
  • a thin-film chip is in particular free of a growth substrate.
  • a basic principle of a thin-film light-emitting diode chip is, for example, in I.
  • Conversion element applied as a layer of uniform thickness on the curved surface.
  • the uniformly thick conversion layer causes the path lengths in the conversion element and thus the
  • the layer may be formed from a single layer or have multiple sublayers.
  • Layer thickness of a sub-layer can in this case by a
  • Particle size of the converter particles are determined and is in particular about 5 ⁇ .
  • the conversion element can be sprayed onto the curved surface of the spacer element (spray coating in English). It is also conceivable that the
  • Conversion element by means of a screen printing process, by spin coating or knife coating is applied. Furthermore, it is possible for the converter particles to be applied to the curved surface by means of electrophoresis. Subsequently, the converter particles can be embedded in a
  • Matrix material to be attached to the curved surface is Matrix material to be attached to the curved surface.
  • the conversion element therefore has in particular no material interruptions in the region of the curved surface.
  • the at least one side surface of the semiconductor chip is covered by the conversion element.
  • a targeted application in which, for example, only a limited area is coated by means of a mask is dispensed with. This has the consequence that the conversion element can also reach the at least one side surface and optionally a connection carrier on which the semiconductor chip is mounted.
  • the spacer can be applied directly to the radiation exit surface.
  • the spacer is only on the Radiation exit surface arranged.
  • the spacer element is permeable to the primary radiation.
  • the spacer element is formed from a clear plastic material, for example a silicone.
  • Optoelectronic semiconductor device on an optical element which is arranged on the conversion element.
  • the optical element is a lens intended for beam shaping.
  • the optical element for beam focusing of the mixed-colored radiation which is composed of the primary radiation and the secondary radiation, is provided.
  • the optical element for the primary radiation and secondary radiation is permeable.
  • the optical detector According to at least one embodiment, the optical detector
  • the optical element spans the semiconductor chip, so that it on the at least one side surface and the
  • Radiation exit surface is covered by the optical element.
  • the optical element serves as
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a connection carrier on which the optoelectronic semiconductor chip is arranged.
  • the optoelectronic semiconductor chip is fastened to the connection carrier.
  • the semiconductor chip can be electrically connected by means of the connection carrier.
  • the connection carrier has a base body and electrical connection regions, which are arranged in and / or on the base body.
  • Body formed of ceramic, which allows a good heat dissipation of heat generated during operation.
  • Process step will be a volume of material on the
  • a surface tension of the material volume advantageously contributes to the formation of a curved surface.
  • the curvature of the surface can be determined by the size of the material volume.
  • a conversion material is applied to the curved surface of the spacer element and thereby formed a curved conversion element.
  • this is used to form the spacer element Material volume applied liquid.
  • the spacer element Material volume applied liquid Preferably, in this case serves a the radiation exit surface limiting
  • Chip edge of the semiconductor chip as a stop edge for the
  • volume of material That is, the chip edge prevents the volume of material from passing over the edge of the chip
  • the conversion material is applied by spraying (English: spray coating) on the spacer element.
  • the conversion material is formed from a spray containing a matrix material and converter particles.
  • the matrix material already surrounds the converter particles in the spray.
  • the converter particles are for
  • the matrix material may provide good adhesion between the spacer and the converter particles after application.
  • a resin-based or silicone-containing matrix material can be used.
  • the spraying agent preferably contains a
  • Conversion material facilitates.
  • a heptane can be used as a solvent.
  • a heptane is particularly useful when using a silicone-containing matrix material.
  • the spraying agent is sprayed onto the spacer element from a nozzle of a spraying device.
  • the spray can be applied in several layers on the semiconductor chip. This allows a uniform application of the
  • a first spray may be generated to produce a first layer.
  • a second spray can be generated. You can take a break between the sprays, during which time the spray can solidify to a thin layer.
  • an optical element is formed on the semiconductor chip provided with the conversion element and the spacer element.
  • the optical element can be formed from a molding compound.
  • the molding composition is on with the
  • the molding composition preferably contains a clear plastic material such as silicone.
  • Figures 3 and 4 a schematic side view of various components
  • FIG. 1 shows a first method step for producing an opto-electrical semiconductor component which emits mixed-color radiation during operation.
  • Semiconductor chip 1 comprises a semiconductor layer sequence with an active zone for generating primary radiation (not shown). Furthermore, the optoelectronic
  • Semiconductor chip 1 provided with electrical contacts (not shown), so that it can be operated electrically.
  • the semiconductor chip 1 is mounted on a connection carrier 2
  • the semiconductor chip 1 is on
  • Connection carrier 2 electrical connection areas (not shown), with the electrical contacts of the
  • Connection carrier 2 comprise a base body, in and / or on which the connection areas are arranged (not
  • FIG. 2 shows a second method step.
  • the base body may be formed of ceramic.
  • FIG. 2 shows a second method step.
  • Semiconductor chips 1 arranged a volume of material and a spacer element 3 is formed.
  • a surface tension of the in particular liquid applied material volume contributes to the formation of a curved surface 3A.
  • Material volume is preferably selectively metered so that the surface 3A has a desired curvature.
  • the volume of material can be selectively metered onto the radiation exit surface 1A by means of a needle.
  • a chip edge of the semiconductor chip 1 stops exceeding the volume of material on the side surfaces IB.
  • the spacing element 3 thus formed in particular has a convexly curved surface 3A.
  • the surface 3A may be formed like the surface of a spherical segment.
  • a portion of the spacer 3 directly adjacent to the semiconductor chip 1 may have planar surfaces 3B.
  • FIG. 3 shows a third method step in which a conversion material is applied to the curved surface 3A of the spacer and a curved one
  • Conversion element 4 is formed.
  • One of the curved surface 3A facing interface (not labeled) of the conversion element 4 in this case has in particular the same curvature as the surface 3A.
  • the conversion material is uniformly in the form of one or more layers on the curved surface 3A
  • the conversion material is sprayed on as described above.
  • Conversion element 4 is to keep the production costs low, on a targeted application, in the
  • Example by means of a mask only a limited area is coated, omitted. This has the consequence that the Conversion element 4 also on the side surfaces 1B and the connection carrier 2 passes.
  • the semiconductor component 5 comprises an optoelectronic semiconductor chip 1 which, during operation, emits primary radiation 6A through the radiation exit surface 1A. Furthermore, the semiconductor component 5 has a conversion element 4 provided with a curvature, which is arranged on the optoelectronic semiconductor chip 1 and for the wavelength conversion of at least part of the primary radiation 6A in FIG.
  • the optoelectronic semiconductor chip 1 is preferably a surface emitter and thus emits a large part of the primary radiation 6A through the radiation exit surface 1A.
  • the three-dimensional structure of the conversion element 4 provided with a curvature also enables a comparatively homogeneous emission characteristic, that is to say the color locus of the
  • Semiconductor component 5 emitted mixed-colored radiation varies little depending on the angle of emission.
  • the semiconductor component 5 comprises a
  • the semiconductor component 5 comprises a connection carrier 2, on which the semiconductor chip 1 is arranged. Furthermore, the semiconductor chip 1 can be electrically connected by means of the connection carrier 2.
  • Semiconductor component 5 can still be supplemented by a housing (not shown).
  • the optical element 7 can be formed from a molding compound which is applied in a form-fitting manner to the semiconductor chip 1 provided with the conversion element 4 and the spacer element. This can be done in a molding process, for example by spraying, casting or pressing.
  • the optical element 7 is on the connection carrier 2
  • the optical element 1 forms an encapsulation for the semiconductor chip 1 provided with the spacer element and the conversion element 4, so that no additional housing is required.
  • the optical element 7 is permeable to the primary radiation 6A and the secondary radiation 6B.
  • the optical element 7 contains a clear plastic material such as silicone.
  • the optical element 7 is a lens intended for beam shaping.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) angegeben, das im Betrieb mischfarbige Strahlung emittiert. Das optoelektronische Halbleiterbauelement (5) umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip (1), ein mit einer Krümmung versehenes Konversionselement (4) und ein Abstandselement (3), das zwischen dem optoelektronischen Halbleiterchip (1) und dem Konversionselement (4) angeordnet ist und eine dem Konversionselement (4) zugewandte gekrümmte Oberfläche (3A) aufweist, wobei das Konversionselement (4) mit der gekrümmten Oberfläche (3A) in direktem Kontakt steht.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement
angegeben, das im Betrieb mischfarbige Strahlung emittiert. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben, das im Betrieb mischfarbige Strahlung emittiert.
Beispielsweise ist in der WO2010/022699 ein
optoelektronisches Bauelement beschrieben, das mischfarbige Strahlung emittiert. Hierfür weist das Bauelement einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip und ein
Konversionselement auf, das den Halbleiterchip überspannt. Ein derartiges Konversionselement, das entfernt vom
Halbleiterchip angeordnet ist und eine dreidimensionale Struktur aufweist, wird als „Remote-Phosphor"-Element bezeichnet. Ein solches Bauelement weist aufgrund der dreidimensionalen Struktur zwar eine relativ hohe
Konversionseffizienz, aber deutlich größere Ausmaße als der Halbleiterchip auf. Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend darin, ein kompaktes optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das im Betrieb auf effiziente Weise Primärstrahlung in
Sekundärstrahlung konvertiert. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen
optoelektronischen Halbleiterbauelements 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 angegeben und gehen weiterhin aus der
nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauelement einen
optoelektronischen Halbleiterchip auf, der im Betrieb
Primärstrahlung erzeugt. Der Primärstrahlung lässt sich eine erste (Peak-) Wellenlänge oder ein erster
Wellenlängenbereich, insbesondere im sichtbaren Bereich, zuordnen .
Vorzugsweise umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zur
Erzeugung der Primärstrahlung. Die aktive Zone kann einen pn- Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach- Quantentopfstruktur ( SQW-Struktur) oder eine Mehrfach- Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) umfassen.
Die Halbleiterschichtenfolge kann neben der aktiven Zone weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, undotierte oder p- oder n- dotierte Confinement- , Cladding- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten sowie Kombinationen daraus. Die
Halbleiterschichtenfolge kann mittels eines
Epitaxieverfahrens, beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) , auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen werden. Die
Halbleiterschichtenfolge kann beispielsweise aus einem
Material auf Basis von InxGayAli-x-yN gebildet sein, wobei jeweils 0 -S x -S 1 und 0 -S y -S 1 gilt. In diesem Fall ist die Halbleiterschichtenfolge zur Emission von kurzwelliger sichtbarer, insbesondere von grüner bis blauer,
Primärstrahlung geeignet.
Der optoelektronische Halbleiterchip weist eine
Strahlungsaustrittsfläche und mindestens eine Seitenfläche auf, die quer zur Strahlungsaustrittsfläche verläuft. Die Seitenfläche verläuft vorzugsweise senkrecht zur
Strahlungsaustrittsfläche. Die „mindestens eine Seitenfläche" ist insbesondere so zu verstehen, dass der Halbleiterchip eine Seitenfläche hat, wenn er eine zylinderförmige
Mantelfläche aufweist. Ist der Halbleiterchip quaderförmig ausgebildet, weist er vier Seitenflächen auf.
Weiterhin weist das optoelektronische Halbleiterbauelement vorzugsweise ein mit einer Krümmung versehenes
Konversionselement auf, das zur Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils der Primärstrahlung in
Sekundärstrahlung vorgesehen ist. Der Sekundärstrahlung lässt sich ein zweiter Wellenlängenbereich oder eine zweite (Peak-) Wellenlänge zuordnen, die insbesondere größer ist als die erste ( Peak- ) Wellenlänge . Das Konversionselement ist also zur sogenannten „Down Conversion" vorgesehen, bei der von
kurzwelligerem Licht die Erzeugung von langwelligerem Licht angeregt wird.
Das Konversionselement ist vorzugsweise auf dem
optoelektronischen Halbleiterchip angeordnet.
Das Konversionselement weist insbesondere zumindest einen oder mehrere Konversionsstoffe auf, die zur
Wellenlängenkonversion geeignet sind. Beispielsweise kann der optoelektronische Halbleiterchip blaues Licht emittieren, das von dem Konversionselement zumindest teilweise in grünes und/oder rotes und/oder gelbes Licht umgewandelt wird, so dass das Halbleiterbauelement im Betrieb weißes Licht
abstrahlen kann. Das Konversionselement kann beispielsweise in Form von Partikeln aufgebracht werden, die in einem
Matrixmaterial wie beispielsweise einem Kunststoff, etwa Silikon, eingebettet sind.
Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement mit Vorteil ein Abstandselement, das zwischen dem
optoelektronischen Halbleiterchip und dem Konversionselement angeordnet ist. Eine dem Konversionselement zugewandte
Oberfläche des Abstandselements ist vorzugsweise gekrümmt ausgebildet. Das Konversionselement steht mit der gekrümmten Oberfläche in direktem Kontakt. Dies verleiht dem
Konversionselement eine entsprechende Krümmung. Vorzugsweise ist die gekrümmte Oberfläche des Abstandselements konvex gekrümmt. Beispielsweise kann die gekrümmte Oberfläche wie die Oberfläche eines Kugelsegments ausgebildet sein.
Entsprechend ist eine dem Abstandselement zugewandte
Grenzfläche des Konversionselements wie die Oberfläche eines Kugelsegments ausgebildet.
Bei einem mit einer Krümmung versehenen Konversionselement herrscht aufgrund der nicht-planaren Geometrie am Ort der Konversion vorteilhafterweise eine verringerte
Strahlungsdichte vor, was sich in einer höheren
Konversionseffizienz der Konversionsstoffe auswirkt. Zugleich weist das Bauelement, bei dem das Konversionselement auf dem Halbleiterchip angeordnet ist, eine kompakte Größe auf, da es kaum größere Ausmaße aufweist als der Halbleiterchip. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
optoelektronische Halbleiterchip ein Oberflächenemitter. Der optoelektronische Halbleiterchip emittiert damit einen
Großteil der Primärstrahlung durch die
Strahlungsaustrittsfläche .
Vorteilhafterweise ermöglicht die dreidimensionale Struktur des mit einer Krümmung versehenen Konversionselements auch bei einem Oberflächenemitter eine vergleichsweise homogene Abstrahlcharakteristik, das heißt der Farbort der vom
Halbleiterbauelement emittierten mischfarbigen Strahlung schwankt wenig in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel.
Vorzugsweise ist der optoelektronische Halbleiterchip ein Dünnfilmchip, der in guter Näherung ein Lambert ' scher
Oberflächenstrahler ist. Ein Dünnfilmchip ist insbesondere frei von einem Aufwachssubstrat . Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I.
Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 - 2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement als Schicht gleichmäßiger Dicke auf die gekrümmte Oberfläche aufgebracht. Vorteilhafterweise führt die gleichmäßig dicke Konversionsschicht dazu, dass die Weglängen im Konversionselement und damit die
Konversionsanteile abhängig vom Winkel in etwa gleich sind. Die Schicht kann aus einer einzigen Schicht gebildet sein oder mehrere Teilschichten aufweisen. Eine minimale
Schichtdicke einer Teilschicht kann hierbei durch eine
Partikelgröße der Konverterpartikel bestimmt werden und beträgt insbesondere etwa 5 μιη. Beispielsweise kann das Konversionselement auf die gekrümmte Oberfläche des Abstandselements aufgesprüht (Englisch: Spray- Coating) werden. Es ist auch denkbar, dass das
Konversionselement mittels eines Siebdruckverfahrens, mittels Aufschleuderns oder Aufrakelns aufgebracht wird. Ferner ist es möglich, dass die Konverterpartikel mittels Elektrophorese auf die gekrümmte Oberfläche aufgebracht werden. Anschließend können die Konverterpartikel durch Einbettung in ein
Matrixmaterial an der gekrümmten Oberfläche befestigt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die dem
Konversionselement zugewandte gekrümmte Oberfläche des
Abstandselements von dem Konversionselement vollständig bedeckt. Das Konversionselement weist also insbesondere keine Materialunterbrechungen im Bereich der gekrümmten Oberfläche auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Seitenfläche des Halbleiterchips von dem Konversionselement bedeckt. Bei einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung des Konversionselements wird, um den Herstellungsaufwand gering zu halten, auf eine gezielte Aufbringung, bei der zum Beispiel mittels einer Maske nur ein begrenzter Bereich beschichtet wird, verzichtet. Dies hat zur Folge, dass das Konversionselement auch auf die mindestens eine Seitenfläche und gegebenenfalls auf einen Anschlussträger, auf welchem der Halbleiterchip befestigt ist, gelangen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform steht das
Abstandselement mit der Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterchips in direktem Kontakt. Das Abstandselement kann direkt auf die Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht werden. Insbesondere ist das Abstandselement nur auf der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. Vorzugsweise ist die mindestens eine Seitenfläche von dem Abstandselement
unbedeckt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Abstandselement für die Primärstrahlung durchlässig. Insbesondere ist das Abstandselement aus einem klarsichtigen Kunststoffmaterial , beispielsweise einem Silikon, gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauelement ein optisches Element auf, das auf dem Konversionselement angeordnet ist.
Vorzugsweise ist das optische Element eine zur Strahlformung vorgesehene Linse. Insbesondere ist das optische Element zur Strahlbündelung der mischfarbigen Strahlung, die sich aus der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung zusammensetzt, vorgesehen. Vorteilhafterweise ist das optische Element für die Primärstrahlung und Sekundärstrahlung durchlässig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optische
Element dem Halbleiterchip ausgehend von diesem an der
Strahlungsaustrittsfläche und der mindestens einen
Seitenfläche nachgeordnet. Insbesondere überspannt das optische Element den Halbleiterchip, so dass dieser auf der mindestens einen Seitenfläche und der
Strahlungsaustrittsfläche von dem optischen Element bedeckt ist. Vorteilhafterweise dient das optische Element als
Verkapselung für den mit Abstandselement und
Konversionselement versehenen Halbleiterchip. Dadurch kann auf ein zusätzliches Gehäuse verzichtet werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Anschlussträger, auf welchem der optoelektronische Halbleiterchip angeordnet ist. Insbesondere ist der optoelektronische Halbleiterchip am Anschlussträger befestigt. Weiterhin kann der Halbleiterchip mittels des Anschlussträgers elektrisch angeschlossen werden. Beispielsweise weist der Anschlussträger einen Grundkörper und elektrische Anschlussbereiche auf, die in und/oder auf dem Grundkörper angeordnet sind. Beispielsweise ist der
Grundkörper aus Keramik gebildet, was eine gute Wärmeabfuhr der im Betrieb entstehenden Wärme ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines wie oben beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements, das im Betrieb mischfarbige Strahlung emittiert, wird in einem ersten Verfahrensschritt ein
optoelektronischer Halbleiterchip mit einer
Strahlungsaustrittsfläche und mindestens einer quer zur
Strahlungsaustrittsfläche verlaufenden Seitenfläche
bereitgestellt, der im Betrieb Primärstrahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche emittiert. In einem nächsten
Verfahrensschritt wird ein Materialvolumen auf der
Strahlungsaustrittsfläche angeordnet und dadurch ein
Abstandselement ausgebildet. Eine Oberflächenspannung des Materialvolumens trägt vorteilhafterweise zur Entstehung einer gekrümmten Oberfläche bei. Die Krümmung der Oberfläche kann durch die Größe des Materialvolumens bestimmt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Konversionsmaterial auf die gekrümmte Oberfläche des Abstandselements aufgebracht und dadurch ein gekrümmtes Konversionselement ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das zur Ausbildung des Abstandselements verwendete Materialvolumen flüssig aufgetragen. Vorzugsweise dient hierbei eine die Strahlungsaustrittsfläche begrenzende
Chipkante des Halbleiterchips als Stoppkante für das
Materialvolumen. Das heißt, die Chipkante verhindert, dass sich das Materialvolumen über die Chipkante hinweg zum
Beispiel auch auf die mindestens eine Seitenfläche
ausbreitet. Vorzugsweise wird das Materialvolumen mittels einer Nadel auf die Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterchips aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Konversionsmaterial mittels Aufsprühen (Englisch: Spray- Coating) auf das Abstandselement aufgebracht. Vorzugsweise wird das Konversionsmaterial aus einem Sprühmittel gebildet, das ein Matrixmaterial und Konverterpartikel enthält.
Insbesondere umgibt das Matrixmaterial die Konverterpartikel bereits im Sprühmittel. Die Konverterpartikel sind zum
Beispiel im Matrixmaterial verteilt und allseitig vom
Matrixmaterial umgeben. Das Matrixmaterial kann nach dem Aufbringen für eine gute Haftung zwischen dem Abstandselement und den Konverterpartikeln sorgen. Beispielsweise kann ein harzbasiertes oder Silikon enthaltendes Matrixmaterial verwendet werden. Ferner enthält das Sprühmittel vorzugsweise ein
Lösungsmittel, das die Mischung aus Konverterpartikeln und Matrixmaterial verdünnt und damit ein Aufsprühen des
Konversionsmaterials erleichtert. Beispielsweise kann ein Heptan als Lösungsmittel verwendet werden. Ein Heptan ist insbesondere bei der Verwendung eines Silikon enthaltenden Matrixmaterials geeignet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Sprühmittel aus einer Düse einer Sprühvorrichtung auf das Abstandselement aufgesprüht. Das Sprühmittel kann in mehreren Schichten auf den Halbleiterchip aufgebracht werden. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Aufbringung des
Konversionsmaterials. Beispielsweise kann zur Herstellung einer ersten Schicht ein erster Sprühstoß erzeugt werden. Zur Herstellung einer zweiten Schicht kann ein zweiter Sprühstoß erzeugt werden. Zwischen den Sprühstößen kann eine Pause eingelegt werden, wobei sich das Sprühmittel in der Pause zu einer dünnen Schicht verfestigen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird an den mit dem Konversionselement und dem Abstandselement versehenen Halbleiterchip ein optisches Element angeformt. Das optische Element kann aus einer Formmasse gebildet werden. Insbesondere wird die Formmasse auf den mit dem
Konversionselement und dem Abstandselement versehenen
Halbleiterchip formschlüssig aufgebracht. Dies kann in einem Formprozess, beispielsweise mittels Spritzens, Gießens oder Drückens, erfolgen. Die Formmasse enthält vorzugsweise ein klarsichtiges Kunststoffmaterial wie Silikon.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 3 und 4 eine schematische Seitenansicht verschiedener
Ausführungsbeispiele eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements, und Figuren 1 bis 4 verschiedene Verfahrensschritte eines
Verfahrens zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen .
In Figur 1 ist ein erster Verfahrensschritt zur Herstellung eines optoelektrischen Halbleiterbauelements dargestellt, das im Betrieb mischfarbige Strahlung emittiert. Hierbei wird ein optoelektronischer Halbleiterchip 1 mit einer
Strahlungsaustrittsfläche 1A und mehreren quer, insbesondere senkrecht, zur Strahlungsaustrittsfläche 1A verlaufenden Seitenflächen 1B bereitgestellt. Der optoelektronische
Halbleiterchip 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zur Erzeugung von Primärstrahlung (nicht dargestellt) . Weiterhin ist der optoelektronische
Halbleiterchip 1 mit elektrischen Kontakten versehen (nicht dargestellt), so dass er elektrisch betrieben werden kann.
Der Halbleiterchip 1 wird auf einem Anschlussträger 2
angeordnet. Insbesondere wird der Halbleiterchip 1 am
Anschlussträger 2 befestigt. Vorzugsweise umfasst der
Anschlussträger 2 elektrische Anschlussbereiche (nicht dargestellt) , die mit den elektrischen Kontakten des
Halbleiterchips 1 in Kontakt stehen. Weiterhin kann der
Anschlussträger 2 einen Grundkörper umfassen, in und/oder auf welchem die Anschlussbereiche angeordnet sind (nicht
dargestellt) . Beispielsweise kann der Grundkörper aus Keramik gebildet sein. In Figur 2 ist ein zweiter Verfahrensschritt dargestellt. Hierbei wird auf der Strahlungsaustrittsfläche 1A des
Halbleiterchips 1 ein Materialvolumen angeordnet und ein Abstandselement 3 ausgebildet. Eine Oberflächenspannung des insbesondere flüssig aufgetragenen Materialvolumens trägt zur Entstehung einer gekrümmten Oberfläche 3A bei. Das
Materialvolumen wird vorzugsweise gezielt derart dosiert, dass die Oberfläche 3A eine gewünschte Krümmung aufweist. Das Materialvolumen kann mittels einer Nadel gezielt dosiert auf die Strahlungsaustrittsfläche 1A aufgebracht werden.
Insbesondere stoppt eine Chipkante des Halbleiterchips 1 ein Übertreten des Materialvolumens auf die Seitenflächen IB. Das so gebildete Abstandselement 3 weist insbesondere eine konvex gekrümmte Oberfläche 3A auf. Die Oberfläche 3A kann wie die Oberfläche eines Kugelsegments ausgebildet sein. Ein Bereich des Abstandselements 3, welcher dem Halbleiterchip 1 direkt benachbart ist, kann hingegen planare Oberflächen 3B aufweisen .
In Figur 3 ist ein dritter Verfahrensschritt dargestellt, bei welchem ein Konversionsmaterial auf die gekrümmte Oberfläche 3A des Abstandselements aufgebracht und ein gekrümmtes
Konversionselement 4 ausgebildet wird. Eine der gekrümmten Oberfläche 3A zugewandte Grenzfläche (nicht gekennzeichnet) des Konversionselements 4 weist hierbei insbesondere dieselbe Krümmung auf wie die Oberfläche 3A.
Das Konversionsmaterial wird gleichmäßig in Form einer oder mehrerer Schichten auf die gekrümmte Oberfläche 3A
aufgebracht. Insbesondere wird das Konversionsmaterial wie oben beschrieben aufgesprüht.
Bei einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung des
Konversionselements 4 wird, um den Herstellungsaufwand gering zu halten, auf eine gezielte Aufbringung, bei der zum
Beispiel mittels einer Maske nur ein begrenzter Bereich beschichtet wird, verzichtet. Dies hat zur Folge, dass das Konversionselement 4 auch auf die Seitenflächen 1B und den Anschlussträger 2 gelangt.
Durch das in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschriebene Verfahren wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 5 hergestellt, das im Betrieb mischfarbige Strahlung emittiert
Das Halbleiterbauelement 5 umfasst einen optoelektronischen Halbleiterchip 1, der im Betrieb Primärstrahlung 6A durch di Strahlungsaustrittsfläche 1A emittiert. Weiterhin weist das Halbleiterbauelement 5 ein mit einer Krümmung versehenes Konversionselement 4 auf, das auf dem optoelektronischen Halbleiterchip 1 angeordnet und zur Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils der Primärstrahlung 6A in
Sekundärstrahlung 6B vorgesehen ist. Der optoelektronische Halbleiterchip 1 ist vorzugsweise ein Oberflächenemitter und emittiert damit einen Großteil der Primärstrahlung 6A durch die Strahlungsaustrittsfläche 1A.
Vorteilhafterweise ermöglicht die dreidimensionale Struktur des mit einer Krümmung versehenen Konversionselements 4 auch bei einem Oberflächenemitter eine vergleichsweise homogene Abstrahlcharakteristik, das heißt der Farbort der vom
Halbleiterbauelement 5 emittierten mischfarbigen Strahlung schwankt wenig in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel.
Weiterhin umfasst das Halbleiterbauelement 5 ein
Abstandselement, das zwischen dem optoelektronischen
Halbleiterchip 1 und dem Konversionselement 4 angeordnet ist und eine dem Konversionselement 4 zugewandte gekrümmte
Oberfläche aufweist, wobei das Konversionselement 4 mit der gekrümmten Oberfläche in direktem Kontakt steht. Außerdem umfasst das Halbleiterbauelement 5 einen Anschlussträger 2, auf dem der Halbleiterchip 1 angeordnet ist. Ferner ist der Halbleiterchip 1 mittels des Anschlussträgers 2 elektrisch anschließbar . Ein wie in Figur 3 dargestelltes optoelektronisches
Halbleiterbauelement 5 kann noch um ein Gehäuse ergänzt werden (nicht dargestellt) .
Wie in Figur 4 dargestellt ist, kann in einem vierten
Verfahrensschritt ein optisches Element 7 an den mit dem Abstandselement und dem Konversionselement 4 versehenen
Halbleiterchip 1 angeformt werden. Das optische Element 7 kann aus einer Formmasse gebildet werden, die formschlüssig auf den mit dem Konversionselement 4 und dem Abstandselement versehenen Halbleiterchip 1 aufgebracht wird. Dies kann in einem Formprozess, beispielsweise mittels Spritzens, Gießens oder Drückens, erfolgen.
Das optische Element 7 ist auf dem Anschlussträger 2
angeordnet. Ferner ist es dem Halbleiterchip 1 ausgehend von diesem an der Strahlungsaustrittsfläche 1A und den
Seitenflächen 1B nachgeordnet. Das optische Element 1 bildet eine Verkapselung für den mit dem Abstandselement und dem Konversionselement 4 versehenen Halbleiterchip 1, so dass kein zusätzliches Gehäuse benötigt wird.
Das optische Element 7 ist für die Primärstrahlung 6A und die Sekundärstrahlung 6B durchlässig. Vorzugsweise enthält das optische Element 7 ein klarsichtiges Kunststoffmaterial wie Silikon. Das optische Element 7 ist eine zur Strahlformung vorgesehene Linse. Insbesondere ist das optische Element 7 zur Strahlbündelung der von dem Halbleiterbauelement 5 emittierten mischfarbigen Strahlung, die sich aus der Primärstrahlung 6A und der Sekundärstrahlung 6B
zusammensetzt, vorgesehen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102012112307.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5), das im Betrieb mischfarbige Strahlung emittiert, umfassend
- einen optoelektronischen Halbleiterchip (1) mit einer
Strahlungsaustrittsfläche (1A) und mindestens einer quer zur Strahlungsaustrittsfläche (1A) verlaufenden Seitenfläche (1B), der im Betrieb Primärstrahlung (6A) durch die
Strahlungsaustrittsfläche (1A) emittiert,
- ein mit einer Krümmung versehenes Konversionselement (4), das auf dem optoelektronischen Halbleiterchip (1) angeordnet und zur Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils der Primärstrahlung (6A) in Sekundärstrahlung (6B) vorgesehen ist, und
- ein Abstandselement (3) , das zwischen dem
optoelektronischen Halbleiterchip (1) und dem
Konversionselement (4) angeordnet ist und eine dem
Konversionselement (4) zugewandte gekrümmte Oberfläche (3A) aufweist, wobei
das Konversionselement (4) mit der gekrümmten Oberfläche (3A) in direktem Kontakt steht.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach dem vorherigen Anspruch, wobei
das Konversionselement (4) eine auf die gekrümmte Oberfläche (3A) aufgebrachte Schicht gleichmäßiger Dicke ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die dem Konversionselement (4) zugewandte gekrümmte
Oberfläche (3A) des Abstandselements (3) von dem
Konversionselement (4) vollständig bedeckt ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die mindestens eine Seitenfläche (1B) von dem
Konversionselement (4) bedeckt ist.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die dem Konversionselement (4) zugewandte gekrümmte
Oberfläche (3A) des Abstandselements (3) konvex gekrümmt ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Abstandselement (3) mit der Strahlungsaustrittsfläche (1A) in direktem Kontakt steht.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die mindestens eine Seitenfläche (1B) von dem Abstandselement (3) unbedeckt ist.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Abstandselement (3) für die Primärstrahlung (6A)
durchlässig ist.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Abstandselement (3) aus einem klarsichtigen
Kunststoffmaterial gebildet ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein optisches Element (7) aufweist, das auf dem Konversionselement (4) angeordnet ist.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach Anspruch 10, wobei das optische Element (7) ausgehend vom
Halbleiterchip (1) dem Halbleiterchip (1) an der
Strahlungsaustrittsfläche (1A) und der mindestens einen
Seitenfläche (1B) nachgeordnet ist.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach Anspruch 10 oder 11, wobei
das optische Element (7) eine zur Strahlformung vorgesehene Linse ist.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der optoelektronische Halbleiterchip (1) ein
oberflächenemittierender Dünnfilm-Halbleiterchip ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (5) , das im Betrieb mischfarbige
Strahlung emittiert, mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips (1) mit einer Strahlungsaustrittsfläche (1A) und mindestens einer quer zur Strahlungsaustrittsfläche (1A) verlaufenden
Seitenfläche (1B), der im Betrieb Primärstrahlung (6A) durch die Strahlungsaustrittsfläche (1A) emittiert,
- Anordnen eines Materialvolumens auf der
Strahlungsaustrittsfläche (1A) zur Ausbildung eines
Abstandselements (3) , wobei eine Oberflächenspannung des Materialvolumens zur Entstehung einer gekrümmten Oberfläche (3A) beiträgt,
- Aufbringen eines Konversionsmaterials auf die gekrümmte
Oberfläche (3A) des Abstandselements (3) zur Ausbildung eines gekrümmten Konversionselements (4).
15. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei das Konversionsmaterial mittels Aufsprühen auf die gekrümmte Oberfläche (3A) aufgebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei
an den mit dem Konversionselement (4) und dem Abstandselement (3) versehenen Halbleiterchip (1) ein optisches Element (7) angeformt wird.
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