WO2015185549A1 - Optoelektronisches bauelement - Google Patents

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WO2015185549A1
WO2015185549A1 PCT/EP2015/062255 EP2015062255W WO2015185549A1 WO 2015185549 A1 WO2015185549 A1 WO 2015185549A1 EP 2015062255 W EP2015062255 W EP 2015062255W WO 2015185549 A1 WO2015185549 A1 WO 2015185549A1
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WO
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radiation
optoelectronic component
cover
semiconductor chip
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PCT/EP2015/062255
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Hubert Halbritter
Britta GÖÖTZ
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component, in particular an optoelectronic component emitting in the infrared spectral range.
  • Specify spectral region-emitting optoelectronic component which distinguishes good heat dissipation, improved optical properties and high long-term stability.
  • this includes
  • optoelectronic component a radiation-emitting semiconductor chip and a conversion element which is suitable for at least a part of the semiconductor chip
  • the converted radiation has a greater wavelength than the emitted radiation.
  • the conversion element may be suitable for absorbing at least part of the emitted radiation and for re-emitting radiation having a greater wavelength.
  • the optoelectronic component comprises at least one of
  • the converted radiation transmissive cover which follows the conversion element in a main radiation direction of the radiation emitted by the semiconductor chip radiation.
  • the cover can be used in particular on a housing of the optoelectronic
  • the conversion element advantageously comprises a quantum dot converter material in the optoelectronic component.
  • a quantum dot converter material contains quantum dots (quantum dots), which may be present in particular in the form of nanocrystals, which typically have a
  • the quantum dot converter material may contain particular quantum dots based on compounds of Cd or Pb.
  • the quantum dots contain compounds with at least one of the elements Cd, Pb, Se, Te or Sb.
  • the conversion element is in the optoelectronic
  • Conversion element preferably does not directly adjoin the semiconductor chip.
  • the conversion element can in particular be formed by a layer of a matrix material into which the
  • Matrix material is preferred for both of the
  • the matrix material may in particular be a polymer.
  • the Matrimaterial can beispieilus a silicone, a
  • Epoxy an acrylate or polystyrene.
  • the cover of the optoelectronic component comprises silicon or consists of silicon.
  • the cover is preferably a silicon disk, which may in particular be made of a silicon semiconductor wafer.
  • the cover is preferably about 100 ym to 500 ym thick.
  • Optoelectronic component resulting heat in the conversion element via the cover which comprises or consists of silicon, are efficiently dissipated.
  • the radiation emitter emits
  • Semiconductor chip infrared radiation.
  • the radiation-emitting semiconductor chip emits in the near-infrared spectral range (NIR). According to at least one embodiment, that of the
  • Conversion element generated converted radiation infrared radiation may be suitable for converting infrared radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip into infrared radiation having a greater wavelength.
  • the cover is absorbent for the emitted radiation. This may mean in particular that the coverage is at least 90 percent,
  • the cover comprises or consists of silicon, in particular the absorption of silicon for absorption of the radiation emitted by the semiconductor chip is utilized.
  • Silicon is known to have a high absorption for wavelengths less than about 1100 nm and is suitable for
  • Wavelengths above about 1100 nm are substantially transparent.
  • Radiation has a wavelength X e ⁇ 1100 nm, wherein the converted radiation preferably has a wavelength X c > 1200 nm.
  • the converted radiation preferably has a wavelength X c > 1200 nm.
  • Wavelength of the radiation emitted by the semiconductor chip a wavelength below the absorption edge of silicon and the converted radiation has a wavelength above the Absorption edge of silicon, which is at about 1100 nm.
  • an outer side of the cover facing away from the semiconductor chip has a structure for beam shaping of the radiation emitted by the optoelectronic component, in particular that in the conversion element.
  • the cover has the function of a function in addition to the functions described above
  • Beam-shaping element on. The on the outside of the
  • Cover formed for beam shaping structure may in particular a microlens structure or a
  • optoelectronic component has one of the
  • optoelectronic component has one of the
  • Antireflection coating advantageously reduces the Reflection at the interface between the cover and the surrounding medium and thus improves the radiation decoupling from the optoelectronic component.
  • Antireflection coating may be a single layer or a layer system of several individual layers, in particular dielectric layers.
  • the first layer or a layer system of several individual layers in particular dielectric layers.
  • the cover is provided with a housing of the optoelectronic component
  • the housing may for example be wholly or partly formed of a thermally conductive material.
  • at least side walls of the housing have a metal or are coated with a metal. In this way, the heat released from the conversion element to the cover can advantageously be dissipated to the housing of the optoelectronic component.
  • the radiation-emitting semiconductor chip has an active layer comprising Al n Ga m Ini_ n _ m As, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • An arsenide compound semiconductor based optoelectronic semiconductor chip is
  • Semiconductor chip may in particular be an IR luminescence diode chip or an IR semiconductor laser chip.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic component according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a cross section through an optoelectronic component according to a second exemplary embodiment
  • Figure 3 is a schematic representation of a cross section through an optoelectronic device according to a third embodiment
  • Figure 4 is a schematic representation of a cross section through an optoelectronic device according to a fourth embodiment. Identical or equivalent components are each provided with the same reference numerals in the figures. The
  • the optoelectronic component 10 shown in FIG. 1 has a semiconductor chip 2, which is preferably an IR luminescence diode chip emitting in the infrared spectral range.
  • the semiconductor chip 2 has an active layer 4.
  • the active layer may be a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure, or a multiple quantum well structure
  • quantum well structure includes doing any structure, in the charge carrier through
  • Quantization includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • the active layer 4 is arranged, for example, between an n-type semiconductor region 3 and a p-type semiconductor region 5.
  • the n-type semiconductor region faces a carrier 1 of the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip 2 may also be arranged in reverse polarity on the carrier 1. This may be the case, in particular, when the semiconductor chip is embodied as a so-called thin-film chip, in which a material used for growing the semiconductor layer sequence
  • the semiconductor chip 2 can in particular on a
  • Arsenide compound semiconductors are based. "Based on an arsenide compound semiconductor" in the present context means that the epitaxial layer sequence or at least one layer, in particular the active layer, a
  • Arsenide compound semiconductor material preferably
  • This material does not necessarily have a
  • the radiation 12 emitted by the semiconductor chip 2 is preferably radiation in the near infrared spectral range, which may in particular have a wavelength of more than 780 nm and less than 1100 nm.
  • the semiconductor chip 2 is arranged in a housing 11. In the housing 11, the semiconductor chip 2 may be arranged on a carrier 1, preferably thermally and / or
  • the carrier 1 of the semiconductor chip 2 may be flush, for example, with a bottom of the housing 11, so that the carrier 1 in the surface mounting of the
  • Optoelectronic component 10 can be electrically and / or thermally conductively connected to a circuit board or a heat sink advantageously.
  • Construction element 10 may in particular be an SMD component (surface mountable device).
  • a reflector 6 may be integrated through which in lateral
  • Semiconductor chips 2 is advantageously deflected in a main emission.
  • the optoelectronic component 10 is a
  • Conversion element 8 is provided to convert at least a portion of the emitted radiation 12 into a converted radiation 13, which has a greater wavelength than the emitted radiation 12 has.
  • the conversion element 8 advantageously contains a quantum dot converter material 7.
  • the quantum dot converter material may in particular have connections of Cd or Pb.
  • the quantum dots contain compounds with at least one of the elements Cd, Pb, Se, Te or Sb.
  • the Matrimaterial can, for example
  • the nanocrystals may, for example, have sizes between about 1 nm and 100 nm, preferably between 1 nm and 20 nm.
  • the quantum dot converter material is advantageously characterized by a high quantum efficiency.
  • the conversion element 8 is particularly suitable for converting the emitted radiation 12 into infrared radiation having a wavelength of more than 1200 nm.
  • the conversion element 8 is in the optoelectronic
  • Component 10 is advantageously applied to a semiconductor chip 2 facing the inside 15 of a cover 9.
  • the cover 9 is applied, for example, on the housing 11 and closes in this way the housing 11 at the
  • the cover 9 preferably comprises silicon and may in particular consist of silicon.
  • the cover 9 is, for example, a slice of silicon, which is preferably about 100 ym to 500 ym thick.
  • the use of silicon as the material for the cover 9, which also acts as a support for the conversion element 8, has
  • the cover 9 acts as a heat sink for the
  • the cover 9, which is formed with or made of silicon, has the advantage that it can act as an absorber for the radiation emitted by the semiconductor chip 2 radiation 12. This is particularly exploited that silicon at
  • Wavelengths below about 1100 nm has an absorbing effect. Due to the cover 9 can therefore not converted
  • Emission spectrum of the optoelectronic device 10 can be achieved, which is substantially only in the
  • Conversion element 8 generated converted radiation 13 contains. Since silicon above its absorption edge at about 1100 nm has a high transparency, the
  • the cover 9 preferably closes the housing 11 hermetically at its upper side, as a result of which the semiconductor chip 2 is protected against environmental influences, in particular against the ingress of moisture or oxidation under the influence of oxygen.
  • the optoelectronic component 10 is therefore characterized by a high long-term stability.
  • outside 16 of the cover 9 In this embodiment, the outside 16 of the cover with a
  • the cover 9 is therefore advantageous in addition to its functions as a support for the Conversion element 8, as an absorber for the emitted
  • Heat sink for the conversion element 9 still another additional function, namely the optical function of
  • the third exemplary embodiment of the optoelectronic component 10 shown in FIG. 3 differs from the first exemplary embodiment shown in FIG. 1 in that the outer side 16 of the cover 9 is provided with a roughening 17.
  • the roughening 17 can be produced, for example, by means of an etching process on the outside 16 of the cover 9.
  • the roughening 17 has the advantage that reflection losses at the interface between the cover 9 and the
  • an antireflection coating 18 is applied to an outside of the semiconductor chip 2 facing away from the outside of the cover 9.
  • the antireflection coating 18 may be a single layer or a multi-layer system
  • Antireflection coating 18 have one or more dielectric layers. Regarding the others
  • Embodiments and advantageous properties corresponds to the fourth embodiment of the first embodiment and will therefore not be explained in detail.

Abstract

Optoelektronisches Bauelement (10), umfassend - einen Strahlung emittierenden Halbleiterchip (2), - ein Konversionselement (8), das dazu geeignet ist, zumindest einen Teil der von dem Halbleiterchip (2) emittierten Strahlung (12) in eine konvertierte Strahlung (13) umzuwandeln, wobei die konvertierte Strahlung (13) eine größere Wellenlänge als die emittierte Strahlung (12) aufweist, und - eine zumindest für die konvertierte Strahlung (13) strahlungsdurchlässige Abdeckung (9), welche dem Konversionselement (8) in einer Hauptabstrahlrichtung nachfolgt, wobei - das Konversionselement (8) ein Quantenpunkt-Konvertermaterial (7) umfasst, - das Konversionselement (8) an einer dem Halbleiterchip zugewandten Innenseite (15) der Abdeckung (9) angeordnet ist, und - die Abdeckung Silizium (9) aufweist oder aus Silizium besteht.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere ein im infraroten Spektralbereich emittierendes optoelektronisches Bauelement.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 107 960.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Ein zu lösende Aufgabe besteht darin, ein im infraroten
Spektralbereich emittierendes optoelektronisches Bauelement anzugeben, das eine gute Wärmeabfuhr, verbesserte optische Eigenschaften und eine hohe Langzeitstabilität auszeichnet.
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip und ein Konversionselement, das dazu geeignet ist, zumindest einen Teil der von dem Halbleiterchip
emittierten Strahlung in eine konvertierte Strahlung
umzuwandeln, wobei die konvertierte Strahlung eine größere Wellenlänge als die emittierte Strahlung aufweist.
Insbesondere kann das Konversionselement dazu geeignet sein, zumindest einen Teil der emittierten Strahlung zu absorbieren und Strahlung mit einer größeren Wellenlänge zu reemittieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement eine zumindest für die
konvertierte Strahlung durchlässige Abdeckung, welche dem Konversionselement in einer Hauptstrahlrichtung der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung nachfolgt. Die Abdeckung kann inbesondere auf ein Gehäuse des optoelektronischen
Bauelements aufgebracht sein.
Das Konversionselement umfasst bei dem optoelektronischen Bauelement vorteilhaft ein Quantenpunkt-Konvertermaterial. Ein Quantenpunkt-Konvertermaterial enthält Quantenpunkte (Quantum Dots) , die insbesondere in Form von Nanokristallen vorliegen können, die typischerweise einen
Partikeldurchmesser zwischen 1 nm und 100 nm, bevorzugt zwischen 1 nm und 20 nm, aufweisen. Das Quantenpunkt- Konvertermaterial kann inssbesondere Quantenpunkte enthalten, die auf Verbindungen von Cd oder Pb basieren. Beispielsweise enthalten die Quantenpunkte Verbindungen mit zumindest einem der Elemente Cd, Pb, Se, Te oder Sb .
Das Konversionselement ist bei dem optoelektronischen
Bauelement vorteilhaft an einer dem Halbleiterchip
zugewandten Innenseite der Abdeckung angeordnet. Das
Konversionselement grenzt vorzugsweise nicht unmittelbar an den Halbleiterchip an.
Das Konversionselement kann insbesondere durch eine Schicht aus einem Matrixmaterial gebildet sein, in das das
Quantenpunkt-Konvertermaterial eingebettet ist. Das
Matrixmaterial ist bevorzugt sowohl für die von dem
optoelektronischen Halbleiterchip emittierte Strahlung als auch für die in dem Konversionselement erzeugte konvertierte Strahlung transparent. Das Matrixmaterial kann insbesondere ein Polymer sein.
Das Matrimaterial kann beispieisweise ein Silikon, ein
Epoxid, ein Acrylat oder Polystyrol aufweisen.
Die Schicht aus dem Matrixmaterial mit dem darin
eingebetteten Quantenpunkt-Konvertermaterial kann
insbesondere auf die Innenseite der Abdeckung aufgebracht sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Abdeckung de optoelektronischen Bauelements Silizium auf oder besteht aus Silizium. Die Abdeckung ist vorugsweise eine Silziumscheibe, die insbesondere aus einem Halbleiterwafer aus Silzium hergestellt sein kann. Die Abdeckung ist bevorzugt etwa 100 ym bis 500 ym dick.
Dadurch, dass das Konversionselement mit dem Quantenpunkt- Konvertermaterial auf die dem Halbleiterchip zugewandte Innenseite der Abdeckung aufgebracht ist, wird das
Konversionselement vorteilhaft durch die Abdeckung vor
Umgebungseinflüssen wie beispielsweise mechanischer
Beschädigung, Eindringen von Feuchtigkeit oder Reaktion mit Sauerstoff geschützt. Weiterhin kann im Betrieb des
optoelektronischen Bauelements entstehende Wärme in dem Konversionselement über die Abdeckung, die Silizium aufweist oder daraus besteht, effizient abgeführt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements emittiert der Strahlungsemittierende
Halbleiterchip infrarote Strahlung. Insbesondere kann der Strahlungsemittierende Halbleiterchip zur Emission von
Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 780 nm und 1100 nm vorgesehen sein. Bei dieser Ausgestaltung emittiert der Strahlungsemittierende Halbleiterchip im Nahinfrarot- Spektralbereich (NIR) . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die von dem
Konversionselement erzeugte konvertierte Strahlung infrarote Strahlung. Insbesondere kann das Konversionselement dazu geeignet sein, von dem Strahlungsemittierenden Halbleiterchip emittierte infrarote Strahlung in infrarote Strahlung mit einer größeren Wellenlänge zu konvertieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Abdeckung für die emittierte Strahlung absorbierend. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Abdeckung mindestens 90 Prozent,
mindestens 95 Prozent oder sogar mindestens 99 Prozent der emittierten Strahlung des Halbleiterchips absorbiert. Bei dieser Ausgestaltung wird von der Abdeckung im Wesentlichen nur die konvertierte Strahlung durchgelassen. Dadurch, dass die Abdeckung Silizium aufweist oder daraus besteht, wird insbesondere die Absorption von Silizium zur Absorption der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung ausgenutzt.
Silizium weist bekanntlich für Wellenlängen von weniger als etwa 1100 nm eine hohe Absorption auf und ist für
Wellenlängen oberhalb von etwa 1100 nm im Wesentlichen transparent.
Bevorzugt weist die von dem Halbleiterchip emittierte
Strahlung eine Wellenlänge Xe < 1100 nm auf, wobei die konvertierte Strahlung vorzugsweise eine Wellenlänge Xc > 1200 nm aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die
Wellenlänge der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung eine Wellenlänge unterhalb der Absorptionskante von Silizium und die konvertierte Strahlung eine Wellenlänge oberhalb der Absorptionskante von Silizium aufweist, die bei etwa 1100 nm liegt. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass das optoelektronische Bauelement im Wesentlichen nur die
konvertierte Strahlung emittiert, während die von dem
Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung effektiv durch die Abdeckung unterdrückt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist eine von dem Halbleiterchip abgewandte Außenseite der Abdeckung eine Struktur zur Strahlformung der von dem optoelektronischen Bauelement emittierten Strahlung, insbesondere der im Konversionselement erzw auf. Bei dieser Ausgestaltung weist die Abdeckung zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Funktionen die Funktion eines
Strahlformungselements auf. Die an der Außenseite der
Abdeckung zur Strahlformung ausgebildete Struktur kann insbesondere eine Mikrolinsenstruktur oder eine
Mikroprismenstruktur sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des
optoelektronischen Bauelements weist eine von dem
Halbleiterchip abgewandte Außenseite der Abdeckung eine Aufrauung auf. Auf diese Weise werden insbesondere
Reflexionen an der Grenzfläche zwischen der Abdeckung und dem Umgebungsmedium, insbesondere Luft, vermindert und auf diese Weise die Strahlungsauskopplung aus dem optoelektronischen Bauelement verbessert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des
optoelektronischen Bauelements weist eine von dem
Halbleiterchip abgewandte Außenseite der Abdeckung eine Antireflexionsbeschichtung auf. Die
Antireflexionsbeschichtung vermindert vorteilhaft die Reflexion an der Grenzfläche zwischen der Abdeckung und dem Umgebungsmedium und verbessert so die Strahlungsauskoppelung aus dem optoelektronischen Bauelement. Die
Antireflexionsbeschichtung kann eine Einzelschicht oder ein Schichtsystem aus mehreren Einzelschichten, insbesondere dielektrischen Schichten, sein. Vorzugsweise weist die
Antireflexionsbeschichtung eine Reflexionsminimum bei der Wellenlänge der konvertierten Strahlung auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Abdeckung mit einem Gehäuse des optoelektronischen Bauelements
thermisch leitend verbunden. Das Gehäuse kann beispielsweise ganz oder teilweise aus einem thermisch leitenden Material gebildet sei. Insbesondere ist es möglich, dass zumindest Seitenwände des Gehäuses ein Metall aufweisen oder mit einem Metall beschichtet sind. Auf diese Weise kann vorteilhaft die von dem Konversionselement an die Abdeckung abgegebene Wärme an das Gehäuse des optoelektronischen Bauelements abgeleitet werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Strahlungsemittierende Halbleiterchip eine aktive Schicht auf, die AlnGamIni_n_mAs umfasst, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n + m < 1 ist. Ein auf einem Arsenidverbindungshalbleiter basierender optoelektronischer Halbleiterchip ist
insbesondere zur Emission von Strahlung im nahen infraroten Spektralbereich geeignet. Der Strahlungsemittierende
Halbleiterchip kann insbesondere ein IR-Lumineszenzdiodenchip oder ein IR-Halbleiterlaserchip sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
Figur 4 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel . Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die
dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen .
Das in Figur 1 dargestellte optoelektronische Bauelement 10 weist einen Halbleiterchip 2 auf, der vorzugsweise ein im infraroten Spektralbereich emittierender IR- Lumineszenzdiodenchip ist. Der Halbleiterchip 2 weist eine aktive Schicht 4 auf. Die aktive Schicht kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach- Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur
ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch
Einschluss (Confinement ) eine Quantisierung ihrer
Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die
Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die
Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Die aktive Schicht 4 ist beispielsweise zwischen einem n-Typ Halbleiterbereich 3 und einem p-Typ Halbleiterbereich 5 angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist der n-Typ Halbleiterbereich einem Träger 1 des Halbleiterchips zugewandt. Alternativ kann der Halbleiterchip 2 auch in umgekehrter Polarität auf dem Träger 1 angeordnet sein. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der Halbleiterchip als sogenannter Dünnfilmchip ausgeführt ist, bei dem ein zum Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge verwendetes
Aufwachssubstrat von dem Halbleiterchip abgelöst wird. Der Halbleiterchip 2 kann insbesondere auf einem
Arsenidverbindungshalbleiter basieren. „Auf einem Arsenid- Verbindungshalbleiter basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Epitaxie-Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht, insbesondere die aktive Schicht, ein
Arsenidverbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise
AlnGamIni-n-mAs umfasst, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n + m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine
mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die
charakteristischen physikalischen Eigenschaften des
AlnGamIni-n-mAs-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, As) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung 12 ist vorzugsweise Strahlung im nahen infraroten Spektralbereich, die insbesondere eine Wellenlänge von mehr als 780 nm und weniger als 1100 nm aufweisen kann. Der Halbleiterchip 2 ist in einem Gehäuse 11 angeordnet. In dem Gehäuse 11 kann der Halbleiterchip 2 auf einem Träger 1 angeordnet sein, der vorzugsweise thermisch und/oder
elektrisch leitend ist und vorzugsweise zur Wärmeabfuhr und/oder zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 2 dient. Der Träger 1 des Halbleiterchips 2 kann beispielsweise bündig mit einer Unterseite des Gehäuses 11 abschließen, so dass der Träger 1 bei der Oberflächenmontage des
optoelektronischen Bauelements 10 vorteilhaft elektrisch und/oder thermisch leitend mit einer Leiterplatte oder einer Wärmesenke verbunden werden kann. Das optoelektronische
Baulement 10 kann insbesondere ein SMD-Bauelement (Surface Mountable Device) sein.
In das Gehäuse 11 des optoelektronischen Bauelements 10 kann ein Reflektor 6 integriert sein, durch den in seitliche
Richtung emittierte Strahlung des optoelektronischen
Halbleiterchips 2 vorteilhaft in eine Hauptabstrahlrichtung umgelenkt wird. Bei dem optoelektronischen Bauelement 10 ist ein
Konversionselement 8 dazu vorgesehen, zumindest einen Teil der emittierten Strahlung 12 in eine konvertierte Strahlung 13 umzuwandeln, die eine größere Wellenlänge als die emittierte Strahlung 12 aufweist. Zu diesem Zweck enthält das Konversionselement 8 vorteilhaft ein Quantenpunkt- Konvertermaterial 7. Das Quantenpunkt-Konvertermatertial kann insbesondere Verbindungen von Cd oder Pb aufweisen.
Beispielsweise enthalten die Quantenpunkte Verbindungen mit zumindest einem der Elemente Cd, Pb, Se, Te oder Sb .
Das Quantenpunkt-Konvertermaterial 7 kann insbesondere
Nanokristalle aufweisen, die in ein Matrixmaterial
eingebettet sind. Das Matrimaterial kann beispielsweise
Silikon, Epoxid, Acrylat oder Polystyrol aufweisen.
Die Nanokristalle können beispielsweise Größen zwischen etwa 1 nm und 100 nm, vorzugsweise zwischen 1 nm und 20 nm, aufweisen. Das Quantenpunkt-Konvertermaterial zeichnet sich vorteilhaft durch eine hohe Quanteneffizienz aus.
Das Konversionselement 8 ist insbesondere dazu geeignet, die emittierte Strahlung 12 in infrarote Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 1200 nm zu konvertieren.
Das Konversionselement 8 ist bei dem optoelektronischen
Bauelement 10 vorteilhaft an einer dem Halbleiterchip 2 zugewandten Innenseite 15 einer Abdeckung 9 aufgebracht. Die Abdeckung 9 ist zum Beispiel auf das Gehäuse 11 aufgebracht und schließt auf diese Weise das Gehäuse 11 an dessen
Oberseite ab. Die Abdeckung 9 weist vorzugsweise Silizium auf und kann insbesondere aus Silizium bestehen. Die Abdeckung 9 ist beispielsweise eine Scheibe aus Silizium, die bevorzugt etwa 100 ym bis 500 ym dick ist. Die Verwendung von Silizium als Material für die Abdeckung 9, welche gleichzeitig als Träger für das Konversionselement 8 fungiert, hat
insbesondere den Vorteil, dass in dem Konversionselement 8 entstehende Wärme von der Abdeckung 9 gut aufgenommen und an - Il ¬ des Gehäuse 11 abgeführt werden kann. Mit anderen Worten fungiert die Abdeckung 9 als Wärmesenke für das
Konversionselement 8. Weiterhin hat die Abdeckung 9, die mit oder aus Silizium gebildet ist, den Vorteil, dass sie als Absorber für die von dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung 12 fungieren kann. Hierbei wird insbesondere ausgenutzt, dass Silizium bei
Wellenlängen unterhalb von etwa 1100 nm absorbierend wirkt. Durch die Abdeckung 9 kann daher die nicht konvertierte
Strahlung 12 unterdrückt werden und somit ein
Emissionsspektrum des optoelektronischen Bauelements 10 erzielt werden, das im Wesentlichen nur die in dem
Konversionselement 8 erzeugte konvertierte Strahlung 13 enthält. Da Silizium oberhalb seiner Absorptionskante bei etwa 1100 nm eine hohe Transparenz aufweist, wird die
konvertierte Strahlung 13 in der Abdeckung 9 vorteilhaft nicht oder nur unwesentlich geschwächt. Die Abdeckung 9 schließt das Gehäuse 11 an dessen Oberseite vorzugsweise hermetisch ab, wodurch der Halbleiterchip 2 vor Umgebungseinflüssen, insbesondere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit oder die Oxydation unter Einfluss von Sauerstoff geschützt wird. Das optoelektronische Bauelement 10 zeichnet sich daher durch eine hohe Langzeitstabilität aus.
Das in Figur 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements 10 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in der Ausgestaltung der
Außenseite 16 der Abdeckung 9. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Außenseite 16 der Abdeckung mit einer
Mikrolinsenstruktur 14 versehen. Die Abdeckung 9 hat daher vorteilhaft zusätzlich zu ihrem Funktionen als Träger für das Konversionselement 8, als Absorber für die emittierte
Strahlung 12, als Kapselung des Gehäuses 11 und als
Wärmesenke für das Konversionselement 9 noch eine weitere Zusatzfunktion, nämlich die optische Funktion der
Strahlformung der von dem optoelektronischen Bauelement emittierten konvertierten Strahlung 13. Für die Herstellung der Mikrolinsenstruktur 14 ist es vorteilhaft, dass Silizium als Material für die Abdeckung 9 verwendet wird, da dies die Herstellung mit in der Silizium-Halbleitertechnologie an sich bekannten Prozessen ermöglicht. Hinsichtlich der weiteren Ausgestaltungen und vorteilhaften Eigenschaften entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel und wird daher nicht näher erläutert. Das in Figur 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Bauelements 10 unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Außenseite 16 der Abdeckung 9 mit einer Aufrauhung 17 versehen ist. Die Aufrauhung 17 kann beispielsweise mittels eines Ätzprozesses an der Außenseite 16 der Abdeckung 9 erzeugt werden.
Die Aufrauhung 17 hat den Vorteil, dass Reflexionsverluste an der Grenzfläche zwischen der Abdeckung 9 und dem
Umgebungsmedium vermindert werden und somit die
Strahlungsausbeute des optoelektronischen Bauelements 10 verbessert wird. Hinsichtlich der weiteren Ausgestaltungen und vorteilhaften Eigenschaften entspricht das dritte
Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel und wird daher nicht näher erläutert.
Eine aiterative Möglicheit zur Verbesserung der Auskopplung der konvertierten Strahlung 13 aus der Abdeckung 8 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 4 dargestellt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist eine Antireflexionsbeschichtung 18 auf eine von dem Halbleiterchip 2 abgewandte Außenseite der Abdeckung 9 aufgebracht. Die Antireflexionsbeschichtung 18 kann als Einzelschicht oder als Mehrfachschichtsystem
ausgebildet sein. Insbesondere kann die
Antireflexionsbeschichtung 18 eine oder mehrere dielektrische Schichten aufweisen. Hinsichtlich der weiteren
Ausgestaltungen und vorteilhaften Eigenschaften entspricht das vierte Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel und wird daher nicht näher erläutert.
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 Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (10), umfassend
- einen Strahlung emittierenden Halbleiterchip (2),
- ein Konversionselement (8), das dazu geeignet ist, zumindest einen Teil der von dem Halbleiterchip (2) emittierten Strahlung (12) in eine konvertierte
Strahlung (13) umzuwandeln, wobei die konvertierte
Strahlung (13) eine größere Wellenlänge als die
emittierte Strahlung (12) aufweist, und
- eine zumindest für die konvertierte Strahlung (13) strahlungsdurchlässige Abdeckung (9), welche dem
Konversionselement (8) in einer Hauptabstrahlrichtung nachfolgt,
wobei
- das Konversionselement (8) ein Quantenpunkt- Konvertermaterial (7) umfasst,
- das Konversionselement (8) an einer dem Halbleiterchip zugewandten Innenseite (15) der Abdeckung (9) angeordnet ist, und
- die Abdeckung Silizium (9) aufweist oder aus Silizium besteht .
2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1,
wobei die Abdeckung (9) eine Siliziumscheibe ist.
3. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Abdeckung (9) zwischen 100 ym und 500 ym dick ist .
4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die emittierte Strahlung (12) infrarote Strahlung ist . 5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die konvertierte Strahlung (13) infrarote
Strahlung ist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Abdeckung (9) für die emittierte Strahlung (12) absorbierend ist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die emittierte Strahlung (12) eine Wellenlänge Xe < 1100 nm aufweist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die konvertierte Strahlung (13) eine Wellenlänge Xc > 1200 nm aufweist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine von dem Halbleiterchip (2) abgewandte
Außenseite (16) der Abdeckung (9) eine Struktur (14) zur Strahlformung der von dem optoelektronischen Bauelement (10) emittierten Strahlung aufweist.
10. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Struktur (14) eine Mikrolinsenstruktur oder eine Mikroprismenstruktur ist.
11. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine von dem Halbleiterchip (2) abgewandte
Außenseite (16) der Abdeckung (9) eine Aufrauung (17) aufweist . 12. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei eine von dem Halbleiterchip (2) abgewandte
Außenseite (16) der Abdeckung (9) eine
Antireflexionsbeschichtung (18) aufweist.
13. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Abdeckung (9) mit einem Gehäuse (11) des optoelektronischen Bauelements (10) thermisch leitend verbunden ist.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Strahlung emittierende Halbleiterchip (2) aktive Schicht (4) aufweist, die AlnGamI ni-n-mAs mit 0 < 1, 0 < m < 1 und n + m < 1 umfasst.
Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Strahlung emittierende Halbleiterchip (2) ein IR-Lumineszenzdiodenchip oder ein IR-Halbleiterlaserchip ist .
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