WO2014180772A1 - Lichtemittierendes halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung von lichtemittierenden halbleiterbauelementen - Google Patents

Lichtemittierendes halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung von lichtemittierenden halbleiterbauelementen Download PDF

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Thomas Schwarz
Frank Singer
Alexander Linkov
Stefan Illek
Wolfgang Mönch
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • the present application relates to
  • a radiation-emitting semiconductor component has at least one according to at least one embodiment
  • Radiation-emitting semiconductor device the semiconductor device on a mounting surface on which at least one electrical contact for the external electrical
  • the radiation exit surface with the mounting surface encloses an angle between 60 ° inclusive and 120 ° inclusive, in particular between 85 ° and 95 ° inclusive.
  • the radiation exit surface is on a lateral surface of the semiconductor component which delimits the semiconductor component in a lateral direction
  • the radiation exit surface is spaced apart from the semiconductor chip, in particular in the lateral direction.
  • the semiconductor device has exactly one
  • Front side of the semiconductor device free from a
  • a main emission direction of the radiation-emitting semiconductor component runs in particular parallel to the mounting surface.
  • Radiation-emitting semiconductor device has the
  • the radiation guiding layer is in particular in the beam path between the semiconductor chip and the radiation exit surface arranged.
  • the radiation guiding layer is transparent or at least translucent for the radiation generated in the active region of the semiconductor chip.
  • the radiation guiding layer extends continuously from the semiconductor chip to the radiation exit surface. That is, the radiation-guiding layer adjoins the semiconductor chip and forms the radiation exit surface.
  • Radiation guide layer thus forms the region
  • the semiconductor device has a reflector body.
  • Reflector body adjoins in particular regions of the radiation guide layer.
  • the reflector body is provided for reflecting radiation guided in the radiation guide layer and running in the direction of the reflector body back into the radiation-guiding layer.
  • Reflector body may be formed diffuse reflective and / or directionally reflective.
  • the reflector body contains a plastic that is offset with the reflectivity-enhancing particles.
  • a polymeric material such as a silicone, is suitable for the reflector body.
  • the particles are suitable
  • Titanium oxide
  • Reflector body the semiconductor chip at least partially, preferably completely.
  • the radiation in the Radiation guide layer are reflected back and then emerge through the lateral radiation exit surface.
  • Radiation-emitting semiconductor device has the
  • Semiconductor component at least one semiconductor chip with a semiconductor layer sequence, which has an active region provided for the generation of radiation.
  • Radiation-emitting semiconductor device comprises a
  • Main extension plane of the semiconductor layer sequence runs.
  • a radiation exit surface extends obliquely or perpendicular to the mounting surface.
  • Radiation guide layer which is arranged in the beam path between the semiconductor chip and the radiation exit surface. Furthermore, the radiation-emitting comprises
  • Reflector body is a simple way
  • the semiconductor devices are also characterized in comparison to conventional side emitting
  • the radiation-emitting semiconductor device is
  • SMD Surface Mounted Device
  • the radiation-guiding layer contains a radiation conversion material.
  • the radiation conversion material is provided for, in the semiconductor chip, in particular in the active region, generated primary radiation having a first peak wavelength at least partially in secondary radiation having a different from the first peak wavelength second peak wavelength
  • the radiation conversion material can completely or only partially convert the primary radiation generated in the semiconductor chip.
  • the semiconductor device emits, for example, mixed light, in particular light that appears white to the human eye.
  • the radiation emitted by the semiconductor component as a whole contains
  • Such a semiconductor device is for the backlighting of a display device, such as a
  • Liquid crystal display particularly suitable.
  • radiation-emitting semiconductor device forms the Radiation guide layer, the radiation exit surface.
  • the Radiation guide layer In side view of the reflector body rotates the
  • Radiation exit surface along the entire circumference.
  • the reflector body thus limits the radiation exit surface and prevents a radiation exit laterally
  • Radiation-emitting semiconductor device is the
  • the contact path is partially between the radiation guide layer and the
  • the contact track can
  • Contact track is for example as one on the
  • the contact track may be formed, for example, by a wire bond connection.
  • Radiation-emitting semiconductor device rotates the radiation guide layer the semiconductor chip in plan view of the semiconductor device completely, in particular at the level of the active region.
  • the side surfaces of the semiconductor chip are completely covered with the radiation guiding layer.
  • the radiation-guiding layer is molded onto the semiconductor chip. According to at least one embodiment of the
  • Semiconductor device is the radiation guiding layer in the lateral direction between the semiconductor chip and the
  • Radiation exit surface arranged. In lateral direction radiation emerging from the semiconductor chip is therefore coupled directly into the radiation-guiding layer. In the vertical direction, the radiation exit surface is at the same height as the semiconductor chip.
  • Radiation-emitting semiconductor device is the
  • the radiation-guiding layer does not extend in the vertical direction from the mounting surface, or only slightly, that is, by at most 10% of the plane
  • the radiation guiding layer thus effects no widening of the radiated radiation in the vertical direction.
  • the coupling into flat light guides is thereby
  • Radiation-emitting semiconductor device has the
  • Radiation-guiding layer on at least one recess, through which the semiconductor chip is electrically conductively connected to the contact.
  • the recess extends
  • conductive material such as a metal filled.
  • Semiconductor device is the radiation guiding layer in the vertical direction between the semiconductor chip and the
  • Reflector body arranged. Through the front of the
  • Reflector body is emitted in the vertical direction from the semiconductor chip radiation in the direction of
  • This embodiment is particularly suitable for as
  • the vertical extent of the radiation exit surface in the production is independent of the vertical extent of the semiconductor chip by means of the vertical extent of the radiation-guiding layer
  • the reflector body rotates completely around the semiconductor chip in the lateral direction. By means of the reflector body, therefore, a lateral radiation of the semiconductor chip is avoided, so that a coupling into the radiation guiding layer takes place completely or at least 80% or more through the front side of the semiconductor chip.
  • the radiation-guiding layer covers both the front side of the Semiconductor chips and at least one side surface, in particular all side surfaces of the semiconductor chip
  • Radiation coupling into the radiation guiding layer can thus take place over a comparatively large surface of the
  • Radiation-emitting semiconductor device has the
  • the semiconductor chip can, except at the side facing the radiation exit surface
  • the mirror layer can be formed, for example, by means of a metal layer and / or by means of a dielectric mirror structure, for example a Bragg mirror. By means of the mirror layer can be defined at which points of the semiconductor chip, a radiation decoupling is to be avoided.
  • Radiation-emitting semiconductor device is the
  • Leadframe forms in particular at least one contact for electrical contacting of the semiconductor device.
  • the contact is formed by a coating on the semiconductor chip.
  • a coating can be compared to a
  • the semiconductor chips are positioned in a matrix, for example on an auxiliary carrier or on a ladder frame assembly.
  • a radiation guiding layer is formed, which adjoins the semiconductor chips.
  • the radiation guiding layer is at least partially formed with a reflector material for forming a reflector body. Subsequently, a singulation in the
  • each semiconductor device has at least one semiconductor chip and wherein when separating the radiation guiding layer and the reflector body are severed so that the
  • Radiation guide layer forms a radiation exit surface of the isolated semiconductor devices.
  • the formation of the reflector body and / or the formation of the radiation-guiding layer can take place, for example, by means of casting, wherein the term casting generally designates methods for applying a molding compound and in particular includes injection molding (injection molding), transfer molding (transfer molding) and compression molding (compression molding).
  • the radiation guiding layer is completely surrounded by the reflector body before being singulated in the lateral direction released when singling.
  • the radiation guiding layer is completely surrounded by the reflector body before being singulated in the lateral direction released when singling.
  • Radiation guide layer is exposed. On the side surface on which the radiation exit surface is formed, close the reflector body and the radiation guiding layer flush.
  • the separation can be done, for example, mechanically, for example by sawing or cutting, chemically, for example by etching, or by treatment with coherent radiation, for example with a laser.
  • the side surfaces of the isolated semiconductor components, in particular the radiation exit surface can therefore be any one of the isolated semiconductor components, in particular the radiation exit surface.
  • traces of the separation step such as traces of mechanical or chemical treatment or exposure to laser radiation.
  • separating trenches are formed in the radiation guiding layer prior to forming with the reflector material.
  • the radiation guiding layer through the separating trenches becomes one of the number of semiconductor components to be produced
  • Radiation-guiding layer can be formed already during the formation of the radiation-guiding layer, for example by a correspondingly shaped mold. Before the radiation-guiding layer is reformed, the individual segments of the radiation-guiding layer, which each have at least one semiconductor chip, can be arranged in a new pattern, so that the distance between the individual segments of the radiation-guiding layer
  • Forming with the reflector material is greater than the width of the separation trench.
  • the semiconductor chips are formed after the formation of the
  • Radiation guide layer electrically contacted.
  • the semiconductor chips are formed by recesses in the
  • Radiation guide layer electrically contacted.
  • the recesses can already when forming the
  • Radiation-guiding layer can be formed or by a subsequent material removal of the radiation-guiding layer, for example by means of a laser.
  • the radiation guiding layer is formed during the formation of the
  • the radiation guiding layer thus adjoins the side surfaces of the semiconductor chips.
  • the additional reflector material adjoins the side surfaces of the semiconductor chips and prevents a lateral radiation exit from the semiconductor chips.
  • the reflector material and the further reflector material may be the same or different with respect to the material.
  • the radiation-guiding layer contains a
  • the material removal can be uniform over the entire surface of the
  • Radiation exit surface is preferably between
  • This color locus corresponds to a color temperature of about 8500 K. However, the color locus does not lie on the curve of a black body.
  • the method described is for producing a radiation emitter described above
  • FIGS. 6A to 6J show an exemplary embodiment of a method for producing a semiconductor component based on schematically illustrated intermediate steps in FIG
  • FIGS. 1A to 1D A first exemplary embodiment of a semiconductor component is shown in FIGS. 1A to 1D.
  • Semiconductor device 1 extends in a vertical direction between a mounting surface 11 and a
  • Limit semiconductor device 1 in the lateral direction.
  • the side surfaces are perpendicular or at least in
  • a radiation exit surface 10 is formed on one of the side surfaces 12.
  • Semiconductor component radiated radiation is perpendicular to the radiation exit surface and parallel to the mounting surface.
  • the semiconductor chips 2 each have a first connection area 25 and a second connection area 26 on the front side 24.
  • the semiconductor chips 2 have a rectangular, non-square, base surface. Parallel to the radiation exit surface, the expansion of the semiconductor chips is preferably at least 20% greater than in a direction perpendicular to the radiation exit surface. An increased radiation decoupling in the direction of the radiation exit surface can thus be compared to
  • semiconductor chips in particular the active region provided for generating radiation, are not shown in FIGS. 1A to 1D, in particular in the sectional view in FIG. 1B along the line AA ', for the sake of simplicity.
  • the semiconductor chip may, for example, as in the following
  • the semiconductor device 1 On the mounting surface 11, the semiconductor device 1 has a first contact 51 and a second contact 52.
  • the first contact 51 is with the first connection surface 25, the second contact 52 with the second connection surface 26
  • Radiation guide layer 3 adjoins the semiconductor chips 2 and forms the radiation exit surface 10
  • Semiconductor chip 2 generated in operation, coupled out by a side surface 27 radiation can directly over the
  • the semiconductor device 1 further comprises a
  • Reflector body 4 As seen in the perspective view in Figure IC, the reflector body 4 rotates around the
  • Reflector body 4 thus forms a frame around the
  • the reflector body 4 completely covers the semiconductor chips 2. By means of the reflector body is thus avoided that radiation is coupled out through the front side 13 of the semiconductor device 1.
  • the reflector body 4 forms partially the mounting surface 11 of the semiconductor device. Furthermore, the forms
  • Reflector body the front 13 and the side surfaces 12 completely or at least partially.
  • the reflector body 4 thus forms at least part of all outer surfaces of the semiconductor component.
  • the reflector body 4 preferably has for the im
  • Semiconductor chip 1 generated radiation reflectivity of at least 80%, more preferably of at least 90%.
  • Particles such as titanium oxide particles filled.
  • the radiation guiding layer 3 includes a
  • Radiation conversion material which is intended to convert the primary radiation generated in the semiconductor chip 2 completely or at least partially into secondary radiation.
  • the semiconductor chip and the
  • Radiation conversion material be designed so that the
  • Semiconductor component emits the total radiation in the red, green and blue spectral range. Such a thing
  • Semiconductor device is for a backlight unit for a display device, such as a
  • Liquid crystal display particularly suitable.
  • the radiation guiding layer 3 is free of radiation conversion material and that
  • Semiconductor device only the primary radiation generated in the semiconductor chip 2, for example, primary radiation in the blue spectral range emitted.
  • Recesses 31 are formed in the radiation guide layer 3 and extend completely through the radiation guide layer in the vertical direction.
  • connection surfaces 25, 26 of the semiconductor chips 2 are electrically conductively connected to the respective associated contacts 51, 52.
  • Recesses 31 are arranged in plan view of the semiconductor device such that the beam path between the Radiation exit surface 10 facing side surface of the semiconductor chip 2 and the radiation exit surface is free of the recesses. The danger of shading the
  • Radiation guide layer the electrical contact can also be done in the reflector body 4. This will be explained in more detail in connection with FIG. 2B.
  • contact tracks 55 are formed, which are in a view of the
  • Contact tracks are arranged between the radiation guide layer and the reflector body 4 and thus can not be seen in a plan view of the semiconductor component.
  • the contacts 51, 52 are as a coating of
  • the contacts may also have a smaller thickness.
  • the vertical extent of the radiation-guiding layer 3 essentially corresponds to the vertical extent of the semiconductor chips 2
  • Semiconductor device results from the sums of the vertical extent of the radiation guide layer 3 and the vertical dimensions of the reflector body 4 above and below the radiation guide layer. With this construction, particularly small heights can be achieved. In addition, such a semiconductor device is particularly suitable for the lateral coupling into comparatively thin
  • the semiconductor device 1 has a height, that is, a vertical extent, of at most 500 ym, preferably between and including 100 ym
  • 300 ym for example, 200 ym on.
  • Semiconductor device 1 is arranged.
  • the radiation coupling into the radiation guide layer is thus effected by the
  • the reflector body 4 is in this embodiment by a part body 42 and another part body 43rd
  • the partial body and the further partial body are each formed by a reflector material, for example by means of casting.
  • the partial body and the further partial body may be made the same or different from one another with respect to the material.
  • the partial body 42 rotates around the
  • Part body 43 is arranged on the mounting surface 11 facing away from the side of the body part 42. In the vertical direction, the radiation guide layer 3 thus extends in regions between two partial bodies of the reflector body. In a side view, the reflector body 4 formed by the partial body 42 and the further partial body 43 circulates the reflector body 4 formed by the radiation guiding layer 3
  • Radiation exit surface as described in connection with Figure IC like a frame.
  • openings 41 are formed, through which the semiconductor chip 2 is contacted with the contacts 51, 52 in an electrically conductive manner. Recesses in the
  • the semiconductor chip shown in Figure 2B is as a
  • Semiconductor layer sequence 200 is disposed on a support 29.
  • the carrier is, for example, the growth substrate for the epitaxial deposition of the semiconductor layer sequence 200.
  • the semiconductor layer sequence comprises an active region 20, which is provided for the generation of radiation and which interposes a first semiconductor layer 21 of a first conductivity type, for example n-type, and a second semiconductor layer 22 of a second conductivity type different from the second conductivity type
  • Conduction type for example p-type, is arranged.
  • Semiconductor layer sequence runs parallel to the mounting surface 11.
  • semiconductor layer sequence 200 is suitable
  • a III-V compound semiconductor material for example, a III-V compound semiconductor material.
  • nitridic compound semiconductor material in particular Al x In y Ga- x - y N with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, x + y ⁇ 1, suitable as a growth substrate, for example, sapphire or
  • Embodiment differs from the embodiment described with reference to FIGS. 2A and 2B
  • the carrier 29 is from the growth substrate for the
  • Semiconductor layer sequence 200 is by means of a
  • Bonding layer 28 such as a solder layer or an electrically conductive adhesive layer, attached to the carrier 29.
  • the semiconductor chip has the first at the back 23
  • Semiconductor layer 22 is electrically conductive via a second connection layer 260 with the second connection surface 26 connected.
  • the second terminal layer serves as a
  • Such a thin-film semiconductor chip is a good approximation of a surface emitter.
  • Semiconductor layer sequence 200 are recesses 251
  • Semiconductor layer 21 electrically conductive with a first
  • connection layer 250 connected.
  • the second connection layer extends in places between the first connection layer and the semiconductor layer sequence.
  • the second connection surface 26 is arranged laterally of the semiconductor layer sequence 200, so that shading of the active region 20 can be avoided.
  • the semiconductor chip 2 can also be formed such that the first connection surface 25 and the second connection surface 26 are arranged on the front side 24 of the semiconductor chip, in particular laterally of the semiconductor layer sequence 200.
  • the lead frame 5 forms the first Contact 51 and the second contact 52.
  • a housing layer 44 adjoins the leadframe 5 in certain regions.
  • the housing layer 44 mechanically interconnects the first contact 51 and the second contact 52.
  • Housing layer 44 forms a cavity 45 in which the
  • Semiconductor chip 2 is arranged. In the cavity is the
  • Radiation guide layer 3 is arranged. During the production of the semiconductor component 1, the cavity is at least partially filled with the material of the radiation-guiding layer 3.
  • Lead frame 5 an undercut 56. The toothing between the housing layer 44 and the lead frame 5 is thereby increased.
  • the lead frame 5 may be provided to increase the reflectivity with a coating, such as a
  • the lead frame also leads to a larger overall height of the semiconductor device.
  • the housing layer 44 is by means of a reflective
  • the contact tracks 55 are in this case
  • Embodiment formed as a bond wires connecting the pads 25, 26 of the semiconductor chip 2 with the first contact 51 and the second contact 52 electrically conductive. On the mounting surface 11 facing away
  • the reflector body 4 is formed.
  • the contact paths 55 extend within the reflector body 4.
  • the semiconductor component 1 comprises an electrical component 6.
  • the electrical component is designed, for example, as an ESD protective element, for example as a Zener diode, and protects the semiconductor chip
  • the electronic component 6 is embedded in the reflector body 4.
  • Embodiment differs from the embodiment shown in Figures 4A and 4B in particular in that the radiation guiding layer 3 as in
  • a metallic layer or a dielectric is suitable
  • Such a coating can also in the embodiments described above to the
  • FIGS. 6A to 6J An exemplary embodiment of a method for producing a radiation-emitting semiconductor component is shown in FIGS. 6A to 6J, with an exemplary FIG.
  • the semiconductor chips 2 provided for generating radiation are placed on a subcarrier 8 (FIG. 6A).
  • Subcarrier is for example a temporary rigid support or a foil.
  • the description is exemplary of a semiconductor device having two semiconductor chips. However, the semiconductor device may also have only one semiconductor chip or more than two semiconductor chips. Furthermore, a semiconductor chip can also have a plurality of emission regions, in particular laterally spaced-apart ones
  • Such a semiconductor chip can be operated at higher operating voltages.
  • the semiconductor chips can furthermore have a reflective coating on the front side and / or on the back side. Also, the side surfaces of the semiconductor chips, apart from the side surface, in the finished
  • Molding material for example one with
  • Forming a radiation guide layer 3 transforms.
  • the Front side 24 of the semiconductor chips 2 remains at least
  • the subcarrier 8 facing the rear 23 also remains free of the molding compound.
  • recesses 31 are formed, for example by means of a laser or by means of an etching process. Deviating from this, the radiation guiding layer 3 can also already be formed such that it has the recesses, for example by means of a suitable molding tool for the casting process.
  • FIG. 6D An associated perspective sectional view, in which a section through the recesses 31 can be seen, is shown in FIG. 6D. A back view of this
  • Semiconductor component associated semiconductor chips 2 electrically interconnected in series.
  • a seed layer can be deposited over the entire surface, for example by sputtering, and subsequently reinforced in places, for example galvanically.
  • the non-reinforcing areas can be covered by a protective lacquer. After removing the Protective varnishes can be the unreinforced areas of the
  • the first contacts 51 and second contacts 52 applied.
  • the contacts each overlap with a semiconductor chip and with a recess 31.
  • each separating trenches 35 are formed, which are the
  • the individual segments of the radiation-guiding layer 3 can now be placed in a new grid dimension on a further auxiliary carrier 85, for example in the form of a matrix.
  • auxiliary carrier 85 for example in the form of a matrix.
  • a filled with titanium oxide particles silicone, to form the reflector body 4 transforms ( Figure 61).
  • the molding compound also fills the intermediate spaces formed between the sides of the contacts 51, 52
  • Radiation guide layer 3 completely surrounded by the material of the reflector body 4.
  • the reflector body 4 is severed in a singulation step so that the individual semiconductor components are formed.
  • Singulation step is the previously buried
  • Radiation-guiding layer 3 exposed at exactly one side surface of the semiconductor device, so that the radiation exit surface 10 is formed when separating. Perpendicular to the radiation exit surface, the separating cuts run completely within the reflector body.
  • the separation into semiconductor components (FIG. 6J) and the formation of the isolation trenches 35 can be effected mechanically (for example by means of sawing), chemically (for example by means of etching) or by means of coherent radiation (for example in a laser separation process).
  • semiconductor components can be produced in a simple and reliable manner, in which the radiation exit surface extends obliquely or perpendicular to the mounting surface of the semiconductor components.
  • the semiconductor components can be distinguished by a particularly low overall height.
  • the semiconductor devices can be high during operation
  • the method can also be modified such that the
  • Semiconductor chips 2 in the lateral direction are first transformed by a reflective molding compound to form a partial body of the reflector body 4, before the
  • Radiation exit surface 10 nearest side surface 27 of the semiconductor chip determined.
  • material of the radiation-guiding layer can be removed from the radiation exit surface 10 completely or only in regions, for example by forming notches. Production-related Farbortschwankache due to

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Angegeben wird ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit - zumindest einem Halbleiterchip (2) mit einer Halbleiterschichtenfolge (200), die einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist; - einer Montagefläche (11), an der zumindest ein elektrischer Kontakt (51, 52) für die externe Kontaktierung des Halbleiterchips ausgebildet ist, wobei die Montagefläche parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge verläuft; - einer Strahlungsaustrittsfläche (10), die schräg oder senkrecht zur Montagefläche verläuft; - einer Strahlungsführungsschicht (3), die im Strahlengang zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist; und - einem Reflektorkörper (4), der bereichsweise an die Strahlungsführungsschicht angrenzt und den Halbleiterchip in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement überdeckt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen angegeben.

Description

Beschreibung
LICHTEMITTIERENDES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON LICHTEMITTIERENDEN HALBLEITERBAUELEMENTEN
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement sowie ein
Verfahren zur Herstellung von Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelementen .
Bei handgehaltenen elektronischen Geräten wie beispielsweise Mobilfunkgeräten finden oftmals Flüssigkristallanzeigen
Anwendung, für deren Hinterleuchtung auch LEDs eingesetzt werden können. Mit fortschreitender Verringerung der Bautiefe solcher Geräte erhöhen sich jedoch auch die Anforderungen an die Bauhöhe der LEDs derart, dass diese mit konventionellen Bauformen nicht mehr ohne Weiteres erreicht werden können. Eine Aufgabe ist es, ein strahlungsemittierendes
Halbleiterbauelement anzugeben, das bei einer geringen
Bauhöhe einen für die Anwendung des Geräts ausreichenden Lichtstrom bereitstellt. Weiterhin soll ein Verfahren
angegeben werden, mit dem solche Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente einfach und kostengünstig hergestellt werden können.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform zumindest einen
Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge weist einen zur Erzeugung von
Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Der aktive
Bereich ist insbesondere zur Erzeugung von Strahlung im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich vorgesehen. Die Halbleiterschichtenfolge weist beispielsweise eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps und eine zweite Halbleiterschicht eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps auf. Der aktive Bereich ist zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips weist der Halbleiterchip
zweckmäßigerweise eine erste Anschlussfläche und eine zweite Anschlussfläche auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Montagefläche auf, an der zumindest ein elektrischer Kontakt für die externe elektrische
Kontaktierung des Halbleiterchips ausgebildet ist. Die
Montagefläche verläuft insbesondere parallel zur
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge. Der Begriff „parallel" umfasst auch relative Anordnungen von Montagefläche und
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge, bei dem die Montagefläche und die Haupterstreckungsebene
fertigungsbedingt einen kleinen Winkel, etwa einen Winkel von höchstens 10°, einschließen. In vertikaler Richtung erstreckt sich das Halbleiterbauelement zwischen der Montagefläche und einer Vorderseite des Halbleiterbauelements. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die senkrecht zur Montagefläche verläuft. Entsprechend wird unter einer lateralen Richtung eine Richtung verstanden, die parallel zur Montagefläche verläuft. Insbesondere sind an der Montagefläche ein erster
elektrischer Kontakt und ein zweiter elektrischer Kontakt ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist das
Halbleiterbauelement eine Strahlungsaustrittsfläche auf, die schräg oder senkrecht zur Montagefläche verläuft.
Beispielsweise schließt die Strahlungsaustrittsfläche mit der Montagefläche einen Winkel zwischen einschließlich 60° und einschließlich 120°, insbesondere zwischen einschließlich 85° und einschließlich 95° ein. Die Strahlungsaustrittsfläche ist an einer das Halbleiterbauelement in lateraler Richtung begrenzenden Seitenfläche des Halbleiterbauelements
ausgebildet. Die Strahlungsaustrittsfläche ist insbesondere in lateraler Richtung vom Halbleiterchip beabstandet.
Insbesondere weist das Halbleiterbauelement genau eine
Strahlungsaustrittsfläche auf. Mit anderen Worten sind die übrigen Seitenflächen des Halbleiterbauelements und die
Vorderseite des Halbleiterbauelements frei von einer
Strahlungsaustrittsfläche. Eine Hauptabstrahlungsrichtung des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements verläuft insbesondere parallel zur Montagefläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist das
Halbleiterbauelement eine Strahlungsführungsschicht auf. Die Strahlungsführungsschicht ist insbesondere im Strahlengang zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. Die Strahlungsführungsschicht ist für die im aktiven Bereich des Halbleiterchips erzeugte Strahlung transparent oder zumindest transluzent. Insbesondere
erstreckt sich die Strahlungsführungsschicht durchgängig von dem Halbleiterchip zur Strahlungsaustrittsfläche. Das heißt, die Strahlungsführungsschicht grenzt an den Halbleiterchip an und bildet die Strahlungsaustrittsfläche. Die
Strahlungsführungsschicht bildet also bereichsweise die
Seitenfläche des Halbleiterbauelements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Reflektorkörper auf. Der
Reflektorkörper grenzt insbesondere bereichsweise an die Strahlungsführungsschicht an. Der Reflektorkörper ist dafür vorgesehen, in der Strahlungsführungsschicht geführte und in Richtung des Reflektorkörpers verlaufende Strahlung in die Strahlungsführungsschicht zurück zu reflektieren. Der
Reflektorkörper kann diffus reflektierend und/oder gerichtet reflektierend ausgebildet sein. Beispielsweise enthält der Reflektorkörper einen Kunststoff, der mit die Reflektivität steigernden Partikeln versetzt ist. Beispielsweise eignet sich für den Reflektorkörper ein Polymermaterial, etwa ein Silikon. Für die Partikel eignet sich beispielsweise
Titanoxid.
In Aufsicht auf das Halbleiterbauelement überdeckt der
Reflektorkörper den Halbleiterchip zumindest bereichsweise, bevorzugt vollständig. Mittels des Reflektorkörpers wird vermieden, dass durch die Vorderseite des Halbleiterchips austretende Strahlung in vertikaler Richtung aus dem
strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement austritt.
Insbesondere kann die Strahlung in die Strahlungsführungsschicht zurück reflektiert werden und nachfolgend durch die seitliche Strahlungsaustrittsfläche austreten . In mindestens einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist das
Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge auf, die einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist. Das
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement umfasst eine
Montagefläche, an der zumindest ein elektrischer Kontakt für die externe Kontaktierung des Halbleiterchips ausgebildet ist, wobei die Montagefläche parallel zu einer
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge verläuft. Eine Strahlungsaustrittsfläche verläuft schräg oder senkrecht zur Montagefläche. Das Strahlungsemittierende
Halbleiterbauelement umfasst weiterhin eine
Strahlungsführungsschicht , die im Strahlengang zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Strahlungsemittierende
Halbleiterbauelement einen Reflektorkörper, der bereichsweise an die Strahlungsführungsschicht angrenzt und den
Halbleiterchip in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement überdeckt .
Mittels der Strahlungsführungsschicht und des
Reflektorkörpers ist auf einfache Weise ein
Halbleiterbauelement realisiert, das sich durch eine
besonders geringe Bauhöhe auszeichnen kann und durch eine, insbesondere nur durch genau eine, seitliche
Strahlungsaustrittsfläche im Betrieb Strahlung emittiert. Die Halbleiterbauelemente zeichnen sich zudem im Vergleich zu konventionellen seitlich emittierenden
Halbleiterbauelementen, bei denen die Halbleiterchips in vorgefertigten Gehäusen platziert werden, durch eine
verbesserte Wärmeabfuhr aus. Ferner sind die
Halbleiterbauelemente besonders kostengünstig auf Waferlevel herstellbar .
Das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ist
insbesondere als ein oberflächenmontierbares Bauelement
(Surface Mounted Device, SMD) ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements enthält die Strahlungsführungsschicht ein Strahlungskonversionsmaterial. Das Strahlungskonversionsmaterial ist dafür vorgesehen, im Halbleiterchip, insbesondere im aktiven Bereich, erzeugte Primärstrahlung mit einer ersten Peak-Wellenlänge zumindest teilweise in Sekundärstrahlung mit einer von der ersten Peak- Wellenlänge verschiedenen zweiten Peak-Wellenlänge
umzuwandeln. Das Strahlungskonversionsmaterial kann die im Halbleiterchip erzeugte Primärstrahlung vollständig oder nur teilweise umwandeln. Das Halbleiterbauelement emittiert zum Beispiel Mischlicht, insbesondere für das menschliche Auge weiß erscheinendes Licht. Beispielsweise enthält die vom Halbleiterbauelement insgesamt abgestrahlte Strahlung
Strahlungsanteile im roten, grünen und blauen
Spektralbereich. Ein solches Halbleiterbauelement ist für die Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung, etwa einer
Flüssigkristallanzeige, besonders geeignet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements bildet die Strahlungsführungsschicht die Strahlungsaustrittsfläche. In Seitenansicht umläuft der Reflektorkörper die
Strahlungsaustrittsfläche entlang des gesamten Umfangs . Der Reflektorkörper begrenzt also die Strahlungsaustrittsfläche und verhindert einen Strahlungsaustritt seitlich der
Strahlunsgaustrittsfläche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der
Halbleiterchip mittels einer Kontaktbahn mit dem Kontakt verbunden. Beispielsweise ist die Kontaktbahn bereichsweise zwischen der Strahlungsführungsschicht und der
Reflektorschicht angeordnet. Die Kontaktbahn kann
insbesondere sowohl an die Strahlungsführungsschicht als auch an die Reflektorschicht bereichsweise angrenzen. Die
Kontaktbahn ist beispielsweise als eine auf der
Strahlungsführungsschicht aufgebrachte Beschichtung
ausgebildet. Alternativ kann die Kontaktbahn beispielsweise durch eine Drahtbond-Verbindung gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umläuft die Strahlungsführungsschicht den Halbleiterchip in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement vollständig, insbesondere auf Höhe des aktiven Bereichs. Insbesondere sind die Seitenflächen des Halbleiterchips vollständig mit der Strahlungsführungsschicht bedeckt. Beispielsweise ist die Strahlungsführungsschicht an den Halbleiterchip angeformt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist die Strahlungsführungsschicht in lateraler Richtung zwischen dem Halbleiterchip und der
Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. In lateraler Richtung aus dem Halbleiterchip austretende Strahlung wird also direkt in die Strahlungsführungsschicht eingekoppelt. In vertikaler Richtung befindet sich die Strahlungsaustrittsfläche auf derselben Höhe wie der Halbleiterchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist die
Vorderseite des Halbleiterchips in Aufsicht auf das
Halbleiterbauelement frei von der Strahlungsführungsschicht . Insbesondere erstreckt sich die Strahlungsführungsschicht von der Montagefläche aus gesehen in vertikaler Richtung nicht oder nur geringfügig, das heißt um höchstens 10% der
maximalen vertikalen Ausdehnung, über den Halbleiterchip hinaus. Die Strahlungsführungsschicht bewirkt in vertikaler Richtung also keine Aufweitung der abgestrahlten Strahlung. Die Einkopplung in flache Lichtleiter wird dadurch
vereinfacht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist die
Strahlungsführungsschicht zumindest eine Aussparung auf, durch die der Halbleiterchip mit dem Kontakt elektrisch leitend verbunden ist. Die Aussparung erstreckt sich
insbesondere in vertikaler Richtung vollständig durch die Strahlungsführungsschicht hindurch. Insbesondere ist die
Aussparung außerhalb des direkten Strahlengangs zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. Strahlung, die aus der der Strahlungsaustrittsfläche
zugewandten Seitenfläche des Halbleiterchips in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche abgestrahlt wird, kann also nicht ohne eine vorhergehende Reflexion auf die Aussparung
auftreffen. Für die Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Kontakt ist die Aussparung zweckmäßigerweise mit einem elektrisch
leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall befüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements ist die Strahlungsführungsschicht in vertikaler Richtung zwischen dem Halbleiterchip und dem
Reflektorkörper angeordnet. Durch die Vorderseite des
Halbleiterchips abgestrahlte Strahlung wird also in die
Strahlungsführungsschicht eingekoppelt. Mittels des
Reflektorkörpers wird die in vertikaler Richtung aus dem Halbleiterchip abgestrahlte Strahlung in Richtung der
Strahlungsaustrittsfläche umgelenkt. In vertikaler Richtung befindet sich die Strahlungsaustrittsfläche von der
Montagefläche aus gesehen oberhalb des Halbleiterchips. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für als
Oberflächenemitter ausgebildete Halbleiterchips, also für Halbleiterchips, bei denen nur ein geringer Anteil,
beispielsweise maximal 30 %, der Strahlung seitlich austritt. Bei dieser Ausgestaltung ist die vertikale Ausdehnung der Strahlungsaustrittsfläche bei der Herstellung unabhängig von der vertikalen Ausdehnung des Halbleiterchips mittels der vertikalen Ausdehnung der Strahlungsführungsschicht
einstellbar . In einer Ausgestaltungsvariante umläuft der Reflektorkörper den Halbleiterchip in lateraler Richtung vollständig. Mittels des Reflektorkörpers wird also eine seitliche Abstrahlung des Halbleiterchips vermieden, so dass eine Einkopplung in die Strahlungsführungsschicht vollständig oder zumindest zu 80 % oder mehr durch die Vorderseite des Halbleiterchips erfolgt.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante bedeckt die Strahlungsführungsschicht sowohl die Vorderseite des Halbleiterchips als auch zumindest eine Seitenfläche, insbesondere alle Seitenflächen des Halbleiterchips
vollständig oder zumindest teilweise. Die
Strahlungseinkopplung in die Strahlungsführungsschicht kann so über eine vergleichsweise große Oberfläche des
Halbleiterchips erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist der
Halbleiterchip an zumindest zwei Außenflächen eine
Spiegelschicht auf. Insbesondere kann der Halbleiterchip außer an der der Strahlungsaustrittsfläche zugewandten
Seitenfläche an allen Außenflächen mit einer Spiegelschicht versehen sein. Die Spiegelschicht kann beispielsweise mittels einer Metallschicht und/oder mittels einer dielektrischen Spiegelstruktur, etwa eines Bragg-Spiegels , gebildet sein. Mittels der Spiegelschicht kann definiert werden, an welchen Stellen des Halbleiterchips eine Strahlungsauskopplung vermieden werden soll.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der
Halbleiterchip auf einem Leiterrahmen angeordnet. Der
Leiterrahmen bildet insbesondere zumindest einen Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der Kontakt durch eine Beschichtung auf dem Halbleiterchip ausgebildet. Eine solche Beschichtung kann sich im Vergleich zu einem
Leiterrahmen durch eine geringere Dicke auszeichnen, so dass die Bauhöhe des Halbleiterbauelements weitergehend verringert ist. Insbesondere schließen der Kontakt und der Reflektorkörper an der Montagefläche in vertikaler Richtung bündig miteinander ab.
Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen wird gemäß zumindest einer Ausführungsform eine Mehrzahl von
Halbleiterchips bereitgestellt, die jeweils eine
Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von
Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen.
Beispielsweise werden die Halbleiterchips matrixförmig positioniert, beispielsweise auf einem Hilfsträger oder auf einem Leiterrahmenverbund. Eine Strahlungsführungsschicht wird ausgebildet, die an die Halbleiterchips angrenzt. Die Strahlungsführungsschicht wird zumindest bereichsweise mit einem Reflektormaterial zum Ausbilden eines Reflektorkörpers umformt. Nachfolgend erfolgt ein Vereinzeln in die
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente, wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip aufweist und wobei beim Vereinzeln die Strahlungsführungsschicht und der Reflektorkörper so durchtrennt werden, dass die
Strahlungsführungsschicht eine Strahlungsaustrittsfläche der vereinzelten Halbleiterbauelemente bildet.
Das Ausbilden des Reflektorkörpers und/oder das Ausbilden der Strahlungsführungsschicht kann beispielsweise mittels Gießens erfolgen, wobei der Begriff Gießen allgemein Verfahren zum Aufbringen einer Formmasse bezeichnet und insbesondere auch Spritzgießen (injection moulding) , Spritzpressen (transfer moulding) und Formpressen (compression moulding) umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Strahlungsführungsschicht vor dem Vereinzeln in lateraler Richtung vollständig von dem Reflektorkörper umgeben und wird beim Vereinzeln frei gelegt. Beim Vereinzeln entsteht also eine Seitenfläche des Bauelements, an der die
Strahlungsführungsschicht frei liegt. An der Seitenfläche, an der die Strahlungsaustrittsfläche ausgebildet ist, schließen der Reflektorkörper und die Strahlungsführungsschicht bündig ab .
Das Vereinzeln kann beispielsweise mechanisch, etwa durch Sägen oder Schneiden, chemisch, etwa durch Ätzen, oder durch eine Behandlung mit kohärenter Strahlung, etwa mit einem Laser, erfolgen.
Die Seitenflächen der vereinzelten Halbleiterbauelemente, insbesondere die Strahlungsaustrittsfläche können daher
Spuren des Vereinzelungsschritts aufweisen, etwa Spuren einer mechanischen oder chemischen Behandlung oder einer Einwirkung von Laserstrahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden vor dem Umformen mit dem Reflektormaterial Trenngräben in der Strahlungsführungsschicht ausgebildet. Insbesondere wird die Strahlungsführungsschicht durch die Trenngräben in eine der Anzahl der herzustellenden Halbleiterbauelemente
entsprechende Anzahl von Segmenten zerteilt. Die
Seitenflächen der Strahlungsführungsschicht entstehen also beim Ausbilden der Trenngräben. Insbesondere wird das
Reflektormaterial beim Umformen der Strahlungsführungsschicht an die beim Ausbilden der Trenngräben entstehenden
Seitenflächen der Strahlungsführungsschicht angeformt. Davon abweichend können die einzelnen Segmente der
Strahlungsführungsschicht auch bereits beim Ausbilden der Strahlungsführungsschicht gebildet werden, beispielsweise durch eine entsprechend geformte Gießform. Vor dem Umformen der Strahlungsführungsschicht können die einzelnen Segmente der Strahlungsführungsschicht , die jeweils zumindest einen Halbleiterchip aufweisen, in einem neuen Raster angeordnet werden, so dass der Abstand zwischen den einzelnen Segmenten der Strahlungsführungsschicht beim
Umformen mit dem Reflektormaterial größer ist als die Breite des Trenngrabens.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips nach dem Ausbilden der
Strahlungsführungsschicht elektrisch kontaktiert.
Beispielsweise werden Kontaktbahnen ausgebildet, die
bereichsweise auf den Halbleiterchips und bereichsweise auf der Strahlungsführungsschicht verlaufen. Insbesondere erfolgt die Kontaktierung der Halbleiterchips zwischen dem Ausbilden der Strahlungsführungsschicht und dem Ausbilden des
Reflektorkörpers .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips durch Aussparungen in der
Strahlungsführungsschicht hindurch elektrisch kontaktiert. Die Aussparungen können bereits beim Ausbilden der
Strahlungsführungsschicht ausgebildet werden oder durch einen nachträglichen Materialabtrag der Strahlungsführungsschicht , beispielsweise mittels eines Lasers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Strahlungsführungsschicht beim Ausbilden der
Strahlungsführungsschicht an die Seitenflächen der
Halbleiterchips angeformt. Die Strahlungsführungsschicht grenzt also an die Seitenflächen der Halbleiterchips an. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Seitenflächen der Halbleiterschicht vor dem Ausbilden der Strahlungsführungsschicht mit einem weiteren
Reflektormaterial versehen. In diesem Fall grenzt das weitere Reflektormaterial an die Seitenflächen der Halbleiterchips an und verhindert einen seitlichen Strahlungsaustritt aus den Halbleiterchips. Die Begriffe "Reflektormaterial" und
"weiteres Reflektormaterial" implizieren keine Reihenfolge hinsichtlich der Reihenfolge dieser Schritte bei der
Durchführung des Verfahrens. Das Reflektormaterial und das weitere Reflektormaterial können bezüglich des Materials gleichartig oder voneinander verschieden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthält die Strahlungsführungsschicht ein
Strahlungskonversionsmaterial und ein Farbort der vom
Halbleiterbauelement abgestrahlten Strahlung wird nach dem Vereinzeln in die Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelemente durch Materialabtrag der
Strahlungsführungsschicht eingestellt. Der Materialabtrag kann gleichmäßig über die gesamte Fläche der
Strahlungsaustrittsfläche oder nur stellenweise erfolgen, beispielsweise mittels lokaler Kerben. Ein Abstand zwischen dem Halbleiterchip und der
Strahlungsaustrittsfläche beträgt bevorzugt zwischen
einschließlich 50 ym und einschließlich 500 ym. Je geringer der Abstand ist, desto geringer können die
Absorptionsverluste bei der Reflektion der Strahlung an dem Reflektorkörper sein. Andererseits können Schwankungen des Abstands aufgrund von beispielsweise fertigungsbedingten Positionierungsschwankungen des Vereinzelungsschnitts relativ zu den Halbleiterchips zu Farbortschwankungen führen, wobei kleine Abweichungen in der Fertigung bei kleinen Abständen eine prozentual stärkere Auswirkung haben als bei größeren Abständen. Eine Abstand zwischen einschließlich 50 ym und einschließlich 500 ym hat sich als besonders geeignet
herausgestellt. Insbesondere hat sich gezeigt, dass so beispielsweise ein Farbort im CIE-Diagramm mit den
Koordinaten cx=0,29 und cy=0,27 erzielt werden kann. Dieser Farbort entspricht einer Farbtemperatur von etwa 8500 K. Der Farbort liegt jedoch nicht auf der Kurve eines schwarzen Strahlers.
Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines weiter oben beschriebenen Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement ausgeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:
Die Figuren 1A bis ein Ausführungsbeispiel für ein
Halbleiterbauelement m schematischer Aufsicht (Figur
schematischer Schnittansicht (Figur 1B) und in zwei
perspektivischen Ansichten in den Figuren IC und 1D; die Figuren 2A, 3A, 4A und 5A jeweils ein
Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in
schematischer Aufsicht und die Figuren 2B, 3B, 4B und 5B jeweils die zugehörige Schnittansicht; und Die Figuren 6A bis 6J ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements anhand von schematisch dargestellten Zwischenschritten in
verschiedenen Perspektiven.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
Ein ersten Ausführungsbeispiel für Halbleiterbauelement ist in den Figuren 1A bis 1D dargestellt. Das
Halbleiterbauelement 1 erstreckt sich in einer vertikalen Richtung zwischen einer Montagefläche 11 und einer
Vorderseite 13. Zwischen der Montagefläche und der
Vorderseite verlaufen Seitenflächen 12, die das
Halbleiterbauelement 1 in lateraler Richtung begrenzen. Die Seitenflächen verlaufen senkrecht oder zumindest im
Wesentlichen senkrecht zur Montagefläche. An einer der Seitenflächen 12 ist eine Strahlungsaustrittsfläche 10 ausgebildet. Die Hauptabstrahlungsrichtung der vom
Halbleiterbauelement abgestrahlten Strahlung verläuft senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche und parallel zur Montagefläche .
Das Halbleiterbauelement 1 umfasst exemplarisch zwei zur Erzeugung von Strahlung vorgesehene Halbleiterchips 2. Die Halbleiterchips erstrecken sich in vertikaler Richtung zwischen einer Rückseite 23 und einer Vorderseite 24. In lateraler Richtung sind die Halbleiterchips durch
Seitenflächen 27 begrenzt. Die Halbleiterchips 2 weisen an der Vorderseite 24 jeweils eine erste Anschlussfläche 25 und eine zweite Anschlussfläche 26 auf. Die Halbleiterchips 2 weisen eine rechteckige, nicht quadratische, Grundfläche auf. Parallel zur Strahlungsaustrittsfläche ist die Ausdehnung der Halbleiterchips vorzugsweise um mindestens 20 % größer als in einer senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche verlaufenden Richtung. Eine verstärkte Strahlungsauskopplung in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche kann so im Vergleich zu
Halbleiterchips mit quadratischer Grundfläche gefördert werden. Davon abweichend können aber auch Halbleiterchips mit quadratischer Grundfläche Anwendung finden. Details des
Halbleiterchips, insbesondere der zur Erzeugung von Strahlung vorgesehene aktive Bereich, sind in den Figuren 1A bis 1D, insbesondere in der Schnittansicht in Figur 1B entlang der Linie AA' , zur vereinfachten Darstellung nicht gezeigt. Der Halbleiterchip kann beispielsweise wie nachfolgend im
Zusammenhang mit Figur 2B beschrieben ausgeführt sein.
An der Montagefläche 11 weist das Halbleiterbauelement 1 einen ersten Kontakt 51 und einen zweiten Kontakt 52 auf. Der erste Kontakt 51 ist mit der ersten Anschlussfläche 25, der zweite Kontakt 52 mit der zweiten Anschlussfläche 26
elektrisch leitend verbunden. Durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt können Ladungsträger von verschiedenen Seiten in den aktiven Bereich des Halbleiterchips injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren.
Das Halbleiterbauelement 1 umfasst weiterhin eine
Strahlungsführungsschicht 3. Die Strahlungsführungsschicht grenzt entlang des gesamten Umfangs an die Halbleiterchips 2 an. Die Strahlungsführungsschicht ist beispielsweise mittels einer Formmasse gebildet, die bei der Herstellung an die Halbleiterchips 2 angeformt wird. Die
Strahlungsführungsschicht 3 grenzt an die Halbleiterchips 2 an und bildet die Strahlungsaustrittsfläche 10. Im
Halbleiterchip 2 im Betrieb erzeugte, durch eine Seitenfläche 27 ausgekoppelte Strahlung kann direkt über die
Strahlungsführungsschicht 3 aus dem Halbleiterbauelement 1 ausgekoppelt werden, ohne eine weitere Grenzfläche zu
durchlaufen. Auf der der Montagefläche 11 zugewandten Seite schließen die Strahlungsführungsschicht 3 und der
Halbleiterchip 2 bündig ab.
Das Halbleiterbauelement 1 umfasst weiterhin einen
Reflektorkörper 4. Wie in der perspektivischen Darstellung in Figur IC zu sehen, umläuft der Reflektorkörper 4 die
Strahlungsführungsschicht 3 in einer Seitenansicht des
Halbleiterbauelements entlang des gesamten Umfangs. Der
Reflektorkörper 4 bildet also einen Rahmen um die
Strahlungsführungsschicht 3. In Aufsicht auf das
Halbleiterbauelement 1 überdeckt der Reflektorkörper 4 die Halbleiterchips 2 vollständig. Mittels des Reflektorkörpers wird so vermieden, dass Strahlung durch die Vorderseite 13 des Halbleiterbauelements 1 ausgekoppelt wird.
Der Reflektorkörper 4 bildet bereichsweise die Montagefläche 11 des Halbleiterbauelements. Weiterhin bildet der
Reflektorkörper die Vorderseite 13 und die Seitenflächen 12 vollständig oder zumindest bereichsweise. Der Reflektorkörper 4 bildet also alle Außenflächen des Halbleiterbauelements zumindest zum Teil. Der Reflektorkörper 4 weist vorzugsweise für die im
Halbleiterchip 1 erzeugte Strahlung eine Reflektivität von mindestens 80%, besonders bevorzugt von mindestens 90% auf. Beispielsweise eignet sich für die Reflektorschicht ein
Polymermaterial wie Silikon, das mit reflektierenden
Partikeln, beispielsweise Titanoxid-Partikeln, gefüllt ist.
Die Strahlungsführungsschicht 3 enthält ein
Strahlungskonversionsmaterial , das dafür vorgesehen ist, im Halbleiterchip 2 erzeugte Primärstrahlung vollständig oder zumindest teilweise in Sekundärstrahlung umzuwandeln.
Beispielsweise können der Halbleiterchip und das
Strahlungskonversionsmaterial so ausgebildet sein, dass das
Halbleiterbauelement insgesamt die Strahlung im roten, grünen und blauen Spektralbereich emittiert. Ein derartiges
Halbleiterbauelement ist für eine Hinterleuchtungseinheit für eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise eine
Flüssigkristallanzeige, besonders geeignet. Abhängig von der Anwendung des Halbleiterbauelements 1 ist jedoch auch denkbar, dass die Strahlungsführungsschicht 3 frei von Strahlungskonversionsmaterial ist und das
Halbleiterbauelement lediglich die im Halbleiterchip 2 erzeugte Primärstrahlung, beispielsweise Primärstrahlung im blauen Spektralbereich, emittiert.
In der Strahlungsführungsschicht 3 sind Aussparungen 31 ausgebildet, die sich in vertikaler Richtung vollständig durch die Strahlungsführungsschicht hindurch erstrecken.
Durch diese Aussparungen hindurch sind die Anschlussflächen 25, 26 der Halbleiterchips 2 mit den jeweils zugeordneten Kontakten 51, 52 elektrisch leitend verbunden. Die
Aussparungen 31 sind in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement derart angeordnet, dass der Strahlengang zwischen der der Strahlungsaustrittsfläche 10 zugewandten Seitenfläche der Halbleiterchips 2 und der Strahlungsaustrittsfläche frei von den Aussparungen ist. Die Gefahr einer Abschattung der
Strahlungsaustrittsfläche durch die Aussparung wird so vermieden. Alternativ zu Aussparungen durch die
Strahlungsführungsschicht kann die elektrische Kontaktierung auch im Reflektorkörper 4 erfolgen. Dies wird im Zusammenhang mit Figur 2B näher erläutert. Auf der Strahlungsführungsschicht 3 sind Kontaktbahnen 55 ausgebildet, die sich in Aufsicht auf das
Halbleiterbauelement von den Anschlussflächen 25, 26 der Halbleiterchips zu den Aussparungen 31 erstrecken. Die
Kontaktbahnen sind zwischen der Strahlungsführungsschicht und dem Reflektorkörper 4 angeordnet und somit in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement nicht zu sehen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die
Strahlungsauskopplung aus den Halbleiterchips insbesondere über die Seitenflächen 27. Für den Halbleiterchip eignet sich daher insbesondere ein als Volumenemitter ausgebildeter
Halbleiterchip. Bei einem Volumenemitter erfolgt die
Strahlungsauskopplung auch über die Seitenflächen des
Halbleiterchips, beispielsweise durch die Seitenflächen des Aufwachssubstrats für die Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterchips .
Die Kontakte 51, 52 sind als eine Beschichtung der
Halbleiterchips 2 ausgebildet. Vorzugsweise weisen die
Kontakte eine Dicke von mindestens 10 ym, besonders bevorzugt eine Dicke von mindestens 25 ym auf. Dadurch ist
gewährleistet, dass der seitlich der Kontakte angeordnete Teil des Reflektorkörpers 4 hinreichend dick ist, um in Richtung der Montagefläche 11 abgestrahlte Strahlung
umzulenken. Alternativ ist denkbar, seitens der Montagefläche eine Spiegelbeschichtung zur Verbesserung der Effizienz vorzusehen. In diesem Fall können die Kontakte auch eine geringere Dicke aufweisen.
Die vertikale Ausdehnung der Strahlungsführungsschicht 3 entspricht im Wesentlichen der vertikalen Ausdehnung der Halbleiterchips 2. Die gesamte Bauhöhe des
Halbleiterbauelements ergibt sich durch die Summen der vertikalen Ausdehnung der Strahlungsführungsschicht 3 und der vertikalen Ausdehnungen des Reflektorkörpers 4 oberhalb und unterhalb der Strahlungsführungsschicht . Mit diesem Aufbau können besonders kleine Bauhöhen erreicht werden. Zudem eignet sich ein solches Halbleiterbauelement besonders für die seitliche Einkopplung in vergleichsweise dünne
Lichtleiter. Vorzugsweise weist das Halbleiterbauelement 1 eine Bauhöhe, also eine vertikale Ausdehnung, von höchstens 500 ym, bevorzugt zwischen einschließlich 100 ym und
einschließlich 300 ym, beispielsweise 200 ym auf.
Das in Figur 2A in Aufsicht und in zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie BB' in Figur 2B gezeigte
Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im
Zusammenhang mit den Figuren 1A bis 1D beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die
Strahlungsführungsschicht 3 in vertikaler Richtung zwischen den Halbleiterchips 2 und der Vorderseite 13 des
Halbleiterbauelements 1 angeordnet. Die Strahlungseinkopplung in die Strahlungsführungsschicht erfolgt also durch die
Vorderseite 24 des Halbleiterchips 2. Der Reflektorkörper 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Teilkörper 42 und einen weiteren Teilkörper 43
gebildet. Bei der Herstellung des Halbleiterbauelements werden der Teilkörper und der weitere Teilkörper jeweils durch ein Reflektormaterial gebildet, etwa mittels Gießens. Der Teilkörper und der weitere Teilkörper können bezüglich des Materials gleichartig oder voneinander verschieden ausgeführt sein. Der Teilkörper 42 umläuft die
Halbleiterchips 2 in lateraler Richtung vollständig. Eine seitliche Strahlungsauskopplung aus den Halbleiterchips wird also mittels des Teilkörpers 42 vermieden. Der weitere
Teilkörper 43 ist auf der der Montagefläche 11 abgewandten Seite des Teilkörpers 42 angeordnet. In vertikaler Richtung verläuft die Strahlungsführungsschicht 3 also bereichsweise zwischen zwei Teilkörpern des Reflektorkörpers. In einer Seitenansicht umläuft der durch den Teilkörper 42 und den weiteren Teilkörper 43 gebildete Reflektorkörper 4 die durch die Strahlungsführungsschicht 3 gebildete
Strahlungsaustrittsfläche wie im Zusammenhang mit Figur IC beschrieben rahmenartig.
In dem Teilkörper 42 sind Öffnungen 41 ausgebildet, durch die der Halbleiterchip 2 mit den Kontakten 51, 52 elektrisch leitend kontaktiert ist. Aussparungen in der
Strahlungsführungsschicht sind also nicht erforderlich.
Der in Figur 2B dargestellte Halbleiterchip ist als ein
Volumenemitter ausgebildet, bei dem eine
Halbleiterschichtenfolge 200 auf einem Träger 29 angeordnet ist. Der Träger ist beispielsweise das Aufwachssubstrat für die epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge 200. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen aktiven Bereich 20, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 eines ersten Leitungstyps, beispielsweise n-leitend, und einer zweiten Halbleiterschicht 22 eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten
Leitungstyps, beispielsweise p-leitend, angeordnet ist. Die Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge verläuft parallel zur Montagefläche 11. Für die Halbleiterschichtenfolge 200 eignet sich
beispielsweise ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Für nitridisches Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere AlxInyGai-x-yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1, x+ y < 1, eignet sich als Aufwachssubstrat beispielsweise Saphir oder
Siliziumkarbid. Die Strahlungsauskopplung erfolgt
insbesondere auch durch die Seitenflächen des Trägers 29.
Das in den Figuren 3A und 3B in Aufsicht und in zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie CC λ dargestellte
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem anhand der Figuren 2A und 2B beschriebenen Ausführungsbeispiel
insbesondere dadurch, dass der Halbleiterchip 2 als ein
Dünnfilm-Halbleiterchip ausgebildet ist. In diesem Fall ist der Träger 29 vom Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge verschieden. Die
Halbleiterschichtenfolge 200 ist mittels einer
Verbindungsschicht 28, etwa einer Lotschicht oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht, an dem Träger 29 befestigt .
Der Halbleiterchip weist an der Rückseite 23 die erste
Anschlussfläche 25 und an der Vorderseite 24 die zweite
Anschlussfläche 26 auf. Die elektrische Kontaktierung erfolgt also durch den Träger 29 hindurch. Die zweite
Halbleiterschicht 22 ist über eine zweite Anschlussschicht 260 mit der zweiten Anschlussfläche 26 elektrisch leitend verbunden. Die zweite Anschlussschicht dient als eine
Spiegelschicht für die im aktiven Bereich 20 erzeugte
Strahlung. Ein solcher Dünnfilm-Halbleiterchip stellt in guter Näherung einen Oberflächenemitter dar. In der
Halbleiterschichtenfolge 200 sind Ausnehmungen 251
ausgebildet, die sich von der dem Träger 29 zugewandten Seite her durch die zweite Halbleiterschicht 22 und den aktiven Bereich 20 hindurch in die erste Halbleiterschicht 21 hinein erstrecken. In diesen Ausnehmungen ist die erste
Halbleiterschicht 21 elektrisch leitend mit einer ersten
Anschlussschicht 250 verbunden. Die zweite Anschlussschicht verläuft stellenweise zwischen der ersten Anschlussschicht und der Halbleiterschichtenfolge. Die zweite Anschlussfläche 26 ist seitlich der Halbleiterschichtenfolge 200 angeordnet, so dass eine Abschattung des aktiven Bereichs 20 vermieden werden kann.
Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann der Halbleiterchip 2 auch so ausgebildet sein, dass die erste Anschlussfläche 25 und die zweite Anschlussfläche 26 auf der Vorderseite 24 des Halbleiterchips, insbesondere seitlich der Halbleiterschichtenfolge 200, angeordnet sind.
Das in den Figuren 4A und 4B in Aufsicht und in zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie DD λ dargestellte
Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im
Zusammenhang mit den Figuren 1A bis 1D beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der
Halbleiterchip 2 auf einem Leiterrahmen 5 angeordnet und mittels einer Befestigungsschicht 53, etwa einer Lotschicht oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht, an dem
Leiterrahmen befestigt. Der Leiterrahmen 5 bildet den ersten Kontakt 51 und den zweiten Kontakt 52. An den Leiterrahmen 5 grenzt bereichsweise eine Gehäuseschicht 44 an.
Die Gehäuseschicht 44 verbindet den ersten Kontakt 51 und den zweiten Kontakt 52 mechanisch stabil miteinander. Die
Gehäuseschicht 44 bildet eine Kavität 45, in der der
Halbleiterchip 2 angeordnet ist. In der Kavität ist die
Strahlungsführungsschicht 3 angeordnet. Bei der Herstellung des Halbleiterbauelements 1 wird die Kavität zumindest teilweise mit dem Material der Strahlungsführungsschicht 3 befüllt .
Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität weist der
Leiterrahmen 5 eine Hinterschneidung 56 auf. Die Verzahnung zwischen der Gehäuseschicht 44 und dem Leiterrahmen 5 wird dadurch erhöht.
Der Leiterrahmen 5 kann zur Erhöhung der Reflektivität mit einer Beschichtung versehen sein, beispielsweise einer
Silberbeschichtung. Durch die Verwendung eines Leiterrahmens wird zudem die Wärmeabfuhr aus dem Halbleiterchip 2
verbessert. Der Leiterrahmen führt jedoch auch zu einer größeren Bauhöhe des Halbleiterbauelements. Die Gehäuseschicht 44 ist mittels einer reflektierenden
Formmasse gebildet. Die Kontaktbahnen 55 sind in diesem
Ausführungsbeispiel als Bond-Drähte ausgebildet, die die Anschlussflächen 25, 26 des Halbleiterchips 2 mit dem ersten Kontakt 51 beziehungsweise dem zweiten Kontakt 52 elektrisch leitend verbinden. Auf der der Montagefläche 11 abgewandten
Seite der Strahlungsführungsschicht 3 ist der Reflektorkörper 4 ausgebildet. Die Kontaktbahnen 55 verlaufen innerhalb des Reflektorkörpers 4. Weiterhin umfasst das Halbleiterbauelement 1 ein elektrisches Bauelement 6. Das elektrische Bauelement ist beispielsweise als ein ESD-Schutzelement , etwa als eine Zener-Diode, ausgebildet und schützt den Halbleiterchip vor
elektrostatischer Entladung. Das elektronische Bauelement 6 ist in den Reflektorkörper 4 eingebettet.
Das in den Figuren 5A und 5B in Aufsicht und in zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie EE λ gezeigte
Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Figuren 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass die Strahlungsführungsschicht 3 wie im
Zusammenhang mit den Figuren 2A und 2B beschrieben in
vertikaler Richtung zwischen dem Halbleiterchip 2 und der Vorderseite 13 des Halbleiterbauelements angeordnet ist. Die Strahlungseinkopplung in die Strahlungsführungsschicht 3 erfolgt also lediglich über die Vorderseite 24 des
Halbleiterchips. Zur Vermeidung einer seitlichen Auskopplung aus dem Halbleiterchip sind die Seitenflächen 27 des
Halbleiterchips mit einer reflektierenden Beschichtung 7 versehen. Für die Beschichtung 7 eignet sich beispielsweise eine metallische Schicht oder eine dielektrische
Spiegelstruktur. Eine solche Beschichtung kann auch bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen an den
Außenflächen des Halbleiterchips 2 ausgebildet sein, durch die keine Strahlung austreten soll. Selbstverständlich eignet sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Dünnfilm- Halbleiterchip (vergleiche Figur 3B) . Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist in den Figuren 6A bis 6J gezeigt, wobei exemplarisch ein
Halbleiterbauelement hergestellt wird, das wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A bis 1D beschrieben ausgeführt ist .
Die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchips 2 werden auf einem Hilfsträger 8 platziert (Figur 6A) . Als
Hilfsträger eignet sich beispielsweise ein temporärer starrer Träger oder eine Folie. Die Beschreibung erfolgt exemplarisch für ein Halbleiterbauelement, das zwei Halbleiterchips aufweist. Das Halbleiterbauelement kann jedoch auch nur einen Halbleiterchip oder mehr als zwei Halbleiterchips aufweisen. Weiterhin kann ein Halbleiterchip auch mehrere, insbesondere lateral voneinander beabstandete, Emissionsbereiche
aufweisen, die zumindest teilweise elektrisch in Serie verschaltet sind. Ein solcher Halbleiterchip kann bei höheren Betriebsspannungen betrieben werden. Beispielsweise kann ein Halbleiterchip mit doppelter Länge und zumindest zwei
Emissionsbereichen eine Anordnung mit zwei nebeneinander angeordneten Halbleiterchips ersetzen. Dadurch wird die
Anzahl der erforderlichen Anschlussflächen verringert, was zu einer reduzierten Strahlungsabsorption führen kann.
Die Halbleiterchips können weiterhin an der Vorderseite und/oder an der Rückseite eine reflektierende Beschichtung aufweisen. Auch die Seitenflächen der Halbleiterchips können abgesehen von der Seitenfläche, die im fertig gestellten
Halbleiterbauelement der Strahlungsaustrittsfläche zugewandt ist, eine solche Beschichtung aufweisen.
Nachfolgend werden die Halbleiterchips wie in Figur 6B in perspektivischer Schnittansicht dargestellt mit einer
Formmasse, beispielsweise einem mit
Strahlungskonversionsmaterial versetzten Silikon, zur
Ausbildung einer Strahlungsführungsschicht 3 umformt. Die Vorderseite 24 der Halbleiterchips 2 bleibt zumindest
teilweise frei von Material der Strahlungsführungsschicht , so dass die Anschlussflächen 25, 26 für die elektrische
Kontaktierung der Halbleiterchips zugänglich sind. Die dem Hilfsträger 8 zugewandte Rückseite 23 bleibt ebenfalls frei von der Formmasse.
In der Strahlungsführungsschicht 3 werden, wie in Figur 6C dargestellt, Aussparungen 31 ausgebildet, beispielsweise mittels eines Lasers oder mittels eines Ätz-Verfahrens . Davon abweichend kann die Strahlungsführungsschicht 3 auch bereits so ausgebildet werden, dass sie die Aussparungen aufweist, beispielsweise mittels eines geeigneten Formwerkzeugs für das Gießverfahren .
Eine zugehörige perspektivische Schnittansicht, in der ein Schnitt durch die Aussparungen 31 zu sehen ist, ist in Figur 6D dargestellt. Eine rückseitige Ansicht dieses
Verfahrensstadiums ist in Figur 6E gezeigt.
Nachfolgend werden, wie in Figur 6F gezeigt, Kontaktbahnen 55 zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung
zwischen den Anschlussflächen 25, 26 der Halbleiterchips und den zugehörigen Aussparungen 31 ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die jeweils zu einem
Halbleiterbauelement gehörigen Halbleiterchips 2 elektrisch zueinander in Serie verschaltet.
Zum Ausbilden der Kontaktbahnen 55 kann eine Keimschicht vollflächig abgeschieden, beispielsweise mittels Sputterns, und nachfolgend stellenweise verstärkt werden, beispielsweise galvanisch. Die nicht zu verstärkenden Bereiche können durch einen Schutzlack abgedeckt werden. Nach dem Entfernen des Schutzlacks können die nicht verstärkten Bereiche der
Keimschicht entfernt werden.
Wie in Figur 6G gezeigt, werden auf der Rückseite der
späteren Halbleiterbauelemente die ersten Kontakte 51 und zweiten Kontakte 52 aufgebracht. Die Kontakte überlappen jeweils mit einem Halbleiterchip und mit einer Aussparung 31.
Optional kann die Strahlungsführungsschicht 3 auf der
Vorderseite und/oder auf der Rückseite mit einer
reflektierenden Beschichtung versehen werden. Zur
elektrischen Isolation zwischen der Beschichtung und den Kontakten oder den Kontaktbahnen können diese bei der
Beschichtung ausgespart werden. Alternativ kann eine
elektrische Isolierung durch eine Isolationsschicht erfolgen. Mittels einer solchen Beschichtung können die optischen und thermischen Eigenschaften der Halbleiterbauelemente
verbessert werden. Zwischen den Halbleiterchips, die nach dem späteren
Vereinzeln verschiedenen Halbleiterbauelementen angehören, werden jeweils Trenngräben 35 ausgebildet, die die
Strahlungsführungsschicht 3 in einzelne voneinander
beabstandete Segmente zerteilen. Die Trenngräben laufen entlang zweier zueinander senkrechter Richtungen (Figur 6H) .
Die einzelnen Segmente der Strahlungsführungsschicht 3 können nun in einem neuen Rastermaß auf einem weiteren Hilfsträger 85 platziert werden, beispielsweise matrixförmig . Auf dem Hilfsträger 85 werden die einzelnen Segmente der
Strahlungsführungsschicht 3 mit einer Formmasse,
beispielsweise ein mit Titanoxid-Partikeln gefülltes Silikon, zur Ausbildung des Reflektorkörpers 4 umformt (Figur 61) . Dabei füllt die Formmasse auch die seitlich der Kontakte 51, 52 ausgebildeten Zwischenräume zwischen der
Strahlungsführungsschicht 3 und dem Hilfsträger 85. In lateraler Richtung sind die einzelnen Segmente der
Strahlungsführungsschicht 3 vollständig von dem Material des Reflektorkörpers 4 umgeben.
Schließlich wird der Reflektorkörper 4, wie in Figur 6J gezeigt, in einem Vereinzelungsschritt durchtrennt, so dass die einzelnen Halbleiterbauelemente entstehen. Bei dem
Vereinzelungsschritt wird die zuvor vergrabene
Strahlungsführungsschicht 3 an genau einer Seitenfläche des Halbleiterbauelements frei gelegt, so dass beim Vereinzeln die Strahlungsaustrittsfläche 10 entsteht. Senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche verlaufen die Vereinzelungsschnitte vollständig innerhalb des Reflektorkörpers.
Das Vereinzeln in Halbleiterbauelemente (Figur 6J) sowie das Ausbilden der Trenngräben 35 kann mechanisch (beispielsweise mittels Sägens) , chemisch (beispielsweise mittels Ätzens) oder mittels kohärenter Strahlung (beispielsweise in einem Lasertrennprozess ) erfolgen.
Mit dem beschriebenen Verfahren können auf einfache und zuverlässige Weise Halbleiterbauelemente hergestellt werden, bei denen die Strahlungsaustrittsfläche schräg oder senkrecht zur Montagefläche der Halbleiterbauelemente verläuft.
Insbesondere können sich die Halbleiterbauelemente durch eine besonders geringe Bauhöhe auszeichnen. Gleichzeitig können die Halbleiterbauelemente im Betrieb hohe
Strahlungsleistungen zur Verfügung stellen und eignen sich besonders für die Einkopplung in flache Lichtleiter zur
Hinterleuchtung von Anzeigevorrichtungen. Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann das Verfahren auch derart modifiziert werden, dass die
Halbleiterchips 2 in lateraler Richtung zunächst von einer reflektierenden Formmasse zur Ausbildung eines Teilkörpers des Reflektorkörpers 4 umformt werden, bevor die
Strahlungsführungsschicht 3 ausgebildet wird. Dadurch lässt sich ein Halbleiterbauelement herstellen, das wie im
Zusammenhang mit den Figuren 2A und 2B beschrieben ausgeführt ist .
Bei einer Strahlungsführungsschicht 3, in die ein
Strahlungskonversionsmaterial eingebettet ist, ist der
Farbort unter anderem durch den Abstand zwischen der
Strahlungsaustrittsfläche 10 und der der
Strahlungsaustrittsfläche 10 nächstgelegenen Seitenfläche 27 des Halbleiterchips bestimmt. Zur Einstellung des Farborts kann von der Strahlungsaustrittsfläche 10 her Material der Strahlungsführungsschicht vollfächig oder nur bereichsweise, beispielsweise durch Ausbilden von Kerben, entfernt werden. Fertigungsbedingte Farbortschwankungen aufgrund von
Justagetoleranzen bei der Ausbildung der
Vereinzelungsschnitte relativ zu den Halbleiterchips, können so auf einfache und zuverlässige Weise kompensiert werden. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 104 840.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit
- zumindest einem Halbleiterchip (2) mit einer
Halbleiterschichtenfolge (200), die einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist;
- einer Montagefläche (11), an der zumindest ein elektrischer Kontakt (51, 52) für die externe Kontaktierung des
Halbleiterchips ausgebildet ist, wobei die Montagefläche parallel zu einer Haupterstreckungsebene der
Halbleiterschichtenfolge verläuft ;
- einer Strahlungsaustrittsfläche (10), die schräg oder senkrecht zur Montagefläche verläuft;
- einer Strahlungsführungsschicht (3) , die im Strahlengang zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist; und
- einem Reflektorkörper (4), der bereichsweise an die
Strahlungsführungsschicht angrenzt und den Halbleiterchip in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement überdeckt.
2. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach
Anspruch 1,
wobei die Strahlungsführungsschicht ein
Strahlungskonversionsmaterial enthält .
3. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach
Anspruch 1 oder 2,
wobei die Strahlungsführungsschicht die
Strahlungsaustrittsfläche bildet und der Reflektorkörper in Seitenansicht die Strahlungsaustrittsfläche entlang des gesamten Umfangs umläuft.
4. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Halbleiterchip mittels einer Kontaktbahn (55) mit dem Kontakt verbunden ist und wobei die Kontaktbahn
bereichsweise zwischen der Strahlungsführungsschicht und der Reflektorschicht angeordnet ist.
5. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Strahlungsführungsschicht den Halbleiterchip in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement vollständig umläuft.
6. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach
Anspruch 5,
wobei eine von der Montagefläche abgewandte Vorderseite (24) des Halbleiterchips in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement frei von der Strahlungsführungsschicht ist.
7. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach
Anspruch 5 oder 6,
wobei die Strahlungsführungsschicht zumindest eine Aussparung (31) aufweist, durch die der Halbleiterchip mit dem Kontakt elektrisch verbunden ist.
8. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Strahlungsführungsschicht in einer senkrecht zur Montagefläche verlaufenden Richtung zwischen dem
Halbleiterkörper und dem Reflektorkörper angeordnet ist und wobei der Reflektorkörper den Halbleiterchip in lateraler Richtung vollständig umläuft.
9. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Halbleiterchip an zumindest zwei Außenflächen mit einer Spiegelschicht versehen ist.
10. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Halbleiterchip auf einem Leiterrahmen (5)
angeordnet ist und der Leiterrahmen den Kontakt bildet.
11. Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen mit den
Schritten :
a) Bereitstellen einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge (200) mit einem zur
Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweisen;
b) Ausbilden einer Strahlungsführungsschicht (3) , die an die Halbleiterchips angrenzt;
c) zumindest bereichsweises Umformen der
Strahlungsführungsschicht mit einem Reflektormaterial zum Ausbilden eines Reflektorkörpers (4); und
d) Vereinzeln in die Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelemente (1), wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip aufweist und wobei beim
Vereinzeln die Strahlungsführungsschicht und der
Reflektorkörper so durchtrennt werden, dass die
Strahlungsführungsschicht eine Strahlungsaustrittsfläche der vereinzelten Halbleiterbauelemente bildet.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei die Strahlungsführungsschicht vor Schritt d) in lateraler Richtung vollständig von dem Reflektorkörper umgeben ist und in Schritt d) freigelegt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
wobei vor Schritt c) zwischen benachbarten Halbleiterchips
Trenngräben (35) in der Strahlungsführungsschicht ausgebildet werden .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
wobei die Halbleiterchips nach Schritt b) elektrisch
kontaktiert werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
wobei die Halbleiterchips durch Aussparungen (31) in der Strahlungsführungsschicht elektrisch kontaktiert werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
wobei die Strahlungsführungsschicht in Schritt b) an die Seitenflächen (27) der Halbleiterchips angeformt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
wobei die Seitenflächen der Halbleiterchips vor dem Ausbilden der Strahlungsführungsschicht mit einem weiteren
Reflektormaterial versehen werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17,
wobei die Strahlungsführungsschicht ein
Strahlungskonversionsmaterial enthält und ein Farbort der vom Halbleiterbauelement abgestrahlten Strahlung nach Schritt d) durch Materialabtrag der Strahlungsführungsschicht
eingestellt wird.
PCT/EP2014/059079 2013-05-10 2014-05-05 Lichtemittierendes halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung von lichtemittierenden halbleiterbauelementen Ceased WO2014180772A1 (de)

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CN201480026324.0A CN105210202B (zh) 2013-05-10 2014-05-05 发光半导体器件和用于制造发光半导体器件的方法
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DE201310104840 DE102013104840A1 (de) 2013-05-10 2013-05-10 Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen

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