WO2016156329A1 - Optoelektronischer halbleiterchip, optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips - Google Patents

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Definitions

  • An optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • Optoelectronic semiconductor device and a method for producing an optoelectronic semiconductor chip and a light emitting diode specified.
  • Optoelectronic semiconductor chip and a light-emitting diode with an efficient radiation decoupling specify by, for example, the shading surface of contact structures is minimized.
  • a further object to be achieved is to specify an optoelectronic component in which a plurality of said semiconductor chips and / or light-emitting diodes is processed.
  • Another object to be solved is to provide a method for producing such an optoelectronic semiconductor chip and such
  • Optoelectronic semiconductor chip having a base body with a carrier and one disposed on an upper side of the carrier Semiconductor layer sequence.
  • the carrier is preferably formed in one piece.
  • the semiconductor layer sequence is based, for example, on a III-V compound semiconductor material.
  • Semiconductor material is, for example, be a nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P, or an arsenide compound semiconductor material such as Al n + n ⁇ 1 in] __ n _ m m Ga as, wherein each 0 -S n ⁇ 1, 0 s m ⁇ 1 and m. It can the
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN.
  • the semiconductor layer sequence preferably comprises an active layer which has at least one pn junction and / or one quantum well structure in the form of a single quantum well, in short SQW, or in the form of a multi-quantum well structure, MQW for short.
  • the carrier is preferably self-supporting and designed for mechanical stabilization of the base body. It needs in the body so then the carrier then no further
  • Semiconductor layer sequence is electrically contacted.
  • the contact surfaces are thus arranged and run on sides of the semiconductor layer sequence facing away from the carrier
  • Electrically contactable means in particular that the semiconductor layer sequence over the two
  • Contact surfaces can be electrically connected.
  • the contact surfaces are, for example, at two
  • Semiconductor layer sequence more than two contact surfaces for electrical contacting, for example, all these contact surfaces on the side facing away from the carrier sides of the semiconductor layer sequence are arranged.
  • the contact elements applied to the contact surfaces and electrically connected to these.
  • the contact elements are preferably used to make electrical contact with
  • Contact elements such as a metal or a
  • Metal alloy or a semiconductor material or a have or consist of transparent, conductive material.
  • the carrier of the base body has lateral surfaces extending transversely to the upper side and an underside opposite the upper side. The side surfaces thus connect the top with the
  • top and bottom for example, main pages of the carrier, so the pages with the largest areas in the body, represent.
  • the underside and the side surfaces of the carrier form, for example, at the same time a bottom and
  • Conductor tracks are guided over edges of the main body except for the side surfaces of the carrier.
  • the printed conductors thus initially run parallel to a main extension direction of the semiconductor layer sequence starting from the contact surfaces, then bend over the edges of the main body and then run parallel to the side surfaces of the carrier. Consequently, a part of the semiconductor layer sequence is preferably arranged between the contact elements and the carrier.
  • the semiconductor layer sequence may be provided with a passivation, for example of S1O2.
  • the passivation is for example already part of the body.
  • Optoelectronic semiconductor chip having a base body with a carrier and a semiconductor layer sequence arranged on an upper side of the carrier, which emits or absorbs electromagnetic radiation during normal operation.
  • the semiconductor chip comprises two on the
  • Semiconductor layer sequence is electrically contacted.
  • the semiconductor chip also has two contact elements, which are applied to the contact surfaces and are electrically conductively connected thereto.
  • Basic body comprises extending transversely to the top
  • the contact elements are as interconnects
  • the contact wires due to their geometric shape, increase the lateral and vertical dimensions of the entire semiconductor component or semiconductor chip.
  • the idea is used to form the contact elements not as contact wires, but as interconnects, which are guided by the contact surfaces to the side surfaces of the body and preferably fit positively and directly to the body. As a result, the entire length and thus the shading surface of the contact elements are reduced. Furthermore, both the vertical and the lateral extent of the entire semiconductor chip can be reduced by the flush and positive engagement of the contact elements on the base body.
  • the printed conductors can serve for efficient heat dissipation of the heat generated in the semiconductor chip.
  • the tracks are thus made of a single Material or formed from a single material composition.
  • the tracks are thus made of a single Material or formed from a single material composition.
  • Conductors have a plurality of layers of different materials, for example, different metals layered one above the other.
  • the tracks extend from the contact surfaces to the side surfaces continuously, coherently and without interruption.
  • Contact elements starting from the contact surfaces to the side surfaces form fit to the body. This means, for example, that the contact elements in the entire area of the contact surfaces and the side surfaces
  • the main body does not necessarily consist only of the carrier and the semiconductor layer sequence. Rather, both the carrier and the semiconductor layer sequence can be coated by further layers, for example passivation layers and / or mirror layers, on which then, for example, the printed conductors fit positively.
  • the carrier is a growth substrate for the semiconductor layer sequence.
  • the carrier may be from the growth substrate
  • the carrier may comprise or consist of, for example, sapphire or silicon or GaN or GaAs or Sic.
  • all other side surfaces of the carrier are free of conductor tracks and / or radiopaque except for the two side surfaces
  • Coatings such as metal coatings.
  • only two side surfaces of the carrier are preferably covered or overshadowed by conductor tracks.
  • Form mounting surface or pad for the semiconductor chip Form mounting surface or pad for the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip embodied in this way can be used as a so-called side-looker, in which a main emission direction is parallel to the mounting surface.
  • At least one side of the main body is covered with a mirror layer.
  • the mirror layer may, for example, cover at least 90% or 95% or completely of the corresponding side of the base body.
  • all sides are covered by the mirror layer, in particular completely covered, except for one side of the main body.
  • all side surfaces and the underside of the carrier are covered with the mirror layer.
  • the mirror layer indicates that of the
  • the mirror layer is, for example, multi-layered, in particular as a Bragg mirror. Furthermore, the mirror layer is preferably arranged between a passivation layer and the carrier. This way you can
  • Short circuit on the mirror layer can be prevented, especially if the contact elements are applied to the mirror layer.
  • the mirror layer is for example as a multilayer
  • the ZnO layer faces the main body.
  • the mirror layer is structured. That is, the mirror layer can
  • the mirror layer is formed of single strips.
  • Semiconductor layer sequence emitted wavelength ie, for example, lie between 0.5 times and 2 times the wavelength. In this way, the
  • the wavelength in this case is understood, for example, to be a maximum wavelength at which a maximum of the emitted radiation intensity occurs.
  • the maximum wavelength is, for example, in the UV Range between 200 nm and 400 nm inclusive or in the visible range between 400 nm and 800 nm inclusive.
  • Mirror layer and converter element can change the color of the emitted light through the through the structuring
  • set emission characteristic can be influenced.
  • the semiconductor chip is a sapphire volume emitter, in which the carrier is a sapphire carrier and the semiconductor layer sequence, preferably based on AlInGaN, has grown on the sapphire carrier.
  • the carrier is a sapphire carrier
  • the semiconductor layer sequence preferably based on AlInGaN
  • Carrier coupled and over the side surfaces and the
  • the semiconductor layer sequence to the wearer facing first Layer of a first conductivity type, for example, an n-doped or p-doped layer on. Furthermore, the semiconductor layer sequence has a second layer of a second conductivity type facing away from the carrier, for example a p-doped or n-doped layer. Between the first layer and the second layer is an active
  • a second layer arranged for radiation emission or radiation absorption.
  • the second layer may be electrically contactable via the second contact surface.
  • the recess may, for example, at one edge of
  • Semiconductor layer sequence may be arranged and comprise an edge of the base body. The recess is not then
  • the first layer can be contacted electrically via the first contact surface.
  • the first contact surface and the second contact surface are therefore preferably on different, mutually offset Layers arranged.
  • the first contact surface is closer to the carrier than the second contact surface.
  • Layer stacks for example made of electrically insulating
  • the distance between the contact elements and the side surfaces covered by them is then at most 1 ym or at most 500 nm or at most 200 nm.
  • the optoelectronic semiconductor chip is a thin-film semiconductor chip in which the growth substrate is removed, that is to say the stabilizing carrier from the growth substrate
  • the carrier may then be, for example, a metal carrier or a silicon or germanium carrier.
  • a rectangular prism can here and below be a cuboid or cube.
  • the lateral surfaces need not necessarily run in pairs parallel to each other, but may also be trapezoidal in a side view or cross-sectional view of the carrier, the top and bottom of the carrier are substantially parallel and the top has a smaller lateral extent than the bottom or vice versa ,
  • the carrier has two opposite end faces and two opposite longitudinal sides which form the side surfaces of the carrier.
  • end faces are smaller in area than the longitudinal sides and the upper side and the lower side.
  • edges of the carrier surrounding the end faces are shorter, for example at most 70% as long or at most half as long or at most 30% as long as the remaining four edges of the carrier, so that the carrier has an elongated shape, at each of whose ends
  • End faces are arranged.
  • the contact elements are for example on the two
  • the contact elements can also be guided on the opposite longitudinal sides or on one and the same longitudinal side.
  • radiation is emitted in operation over all six lateral surfaces of the semiconductor chip.
  • part of the radiation emitted in the semiconductor layer sequence is emitted directly in the direction away from the carrier from the semiconductor chip.
  • Direction carrier is emitted, for example, enters the carrier, is there scattered and decoupled from all over the side surfaces and the underside of the carrier from the semiconductor chip.
  • the semiconductor chip can thus emit radiation over all six lateral surfaces.
  • the area fraction of the total surface of the semiconductor chip over which radiation can be emitted during operation is at least 90% or 95% or 99%.
  • the contact elements have a thickness perpendicular to the corresponding side surfaces of at least 100 nm or 200 nm or 300 nm. Alternatively or additionally, the thickness of the
  • Contact elements at most 500 nm or at most 400 nm or at most 300 nm can be achieved, for example, when the contact elements are applied to the body via a sputtering or vapor deposition process.
  • the thickness of the contact elements is understood in particular to mean the average thickness or maximum thickness along the entire extent of the conductor tracks.
  • the thickness of the contact elements can also be increased via a galvanic process, so that the thickness is at least 2 ⁇ m or 5 ⁇ m or 10 ⁇ m. Alternatively or additionally, the thickness is then at most 100 ym or at most 30 ym or at most 20 ym or at most 15 ym.
  • Contact elements on the semiconductor layer sequence has a width in the lateral direction parallel to the top of at least 5 ym or 10 ym or 20 ym. Alternatively or additionally, the width on the semiconductor layer sequence is at most 100 ym or at most 50 ym or 30 ym. In the area of the side surfaces, the contact elements have, for example, widths of at least 10 ⁇ m or 30 ⁇ m or 100 ⁇ m. Alternatively or additionally, the width of the contact elements in the region of the side surfaces is at most 400 ym or 300 ym or 100 ym. Like the thickness, the width can be defined over the maximum or average width.
  • the materials of which the contact elements are formed have a specific one Thermal conductivity of at least 80 W / (mK) or 100 W / (mK) or 200 W / (mK).
  • Contact surfaces and / or the contact elements in plan view of the semiconductor layer sequence at most 10% or 5% or 2% of the total area of the semiconductor layer sequence. Alternatively or additionally, the contact surfaces and / or the contact elements cover the semiconductor layer sequence to at least 0.5% or 1% or 1.5%. The remaining area of the
  • Semiconductor layer sequence is preferably used during operation for the emission of radiation.
  • Contact elements the corresponding side surfaces of the carrier to a maximum of 15% or 10% or 5% and alternatively or in addition to at least 1% or 3% or 5%. In this way, sufficient radiation can also be emitted during operation via the side surfaces of the carrier covered with the strip conductors.
  • Contact elements at least one metal of the following group or consist of: silver, aluminum, copper, nickel, platinum, titanium, zinc, palladium, molybdenum, tungsten.
  • the contact elements comprise a Ti (0.1 ⁇ m) / Pt (0.1 ⁇ m) / Au (0.1-1 ⁇ m) layer sequence or a Ti (0.1 ⁇ m) / Ni (1 ⁇ m) / Au ( l ym) layer sequence, where the values given in parentheses indicate possible layer thicknesses of the individual layers are.
  • the contact elements can be galvanically reinforced, for example with an additional Cu electroplating.
  • the contact elements have or consist of a transparent conductive material
  • a transparent conductive material English: Transparent Conductive Oxide, in short TCO, such as indium tin oxide, ITO for short, or ZnO. Even transparent materials which are interspersed with a conductive metal grid, are conceivable for the printed conductors.
  • Semiconductor layer sequence are transparent, for example, have or consist of one of the above materials, and are metallic in the region of the side surfaces, for example, have or consist of one of the above metals.
  • the length of the contact elements in the direction transverse to the upper side, ie along the side surfaces or measured from the upper side in the direction of the lower side, is at most 75% or at most 50% or at most 40% of the thickness of the carrier.
  • the thickness of the carrier is defined by the distance between the top and bottom. In this embodiment, the contact elements are therefore not guided from the top to the bottom of the carrier. According to at least one embodiment, the
  • Terminal region via which the semiconductor chip mounted on a connection carrier and / or electrically
  • connection region the corresponding contact element is then preferably led away from the carrier in the lateral direction as a web or foot.
  • the contact element then preferably parallel or substantially parallel to
  • connection portion in the direction away from the bottom flush with the underside of the carrier.
  • Semiconductor chip for example, can be placed on a connection carrier.
  • the converter element can be, for example, a ceramic converter element whose lateral extent is adapted to the lateral extent of the semiconductor chip, ie deviates from this lateral extent by less than 10%. It is also possible that the converter element is a converter film which is placed on the semiconductor layer sequence and cut to size accordingly. In addition to the semiconductor layer sequence, however, the converter element may also partially or completely cover the side surfaces of the carrier.
  • Converter element has a thickness of at most 70 ym or 50 ym or 30 ym. Alternatively or additionally, the thickness is at least 10 ym or 20 ym or 30 ym. By a small layer thickness of the converter element, the thermal properties of the entire semiconductor chip can be improved.
  • a potting material for example a clear potting material, is applied to the base body and the contact elements.
  • Potting material can completely reshape the base body and the contact elements.
  • the underside of the base body Preferably, the underside of the base body and the contact elements.
  • the potting material may have a stabilizing effect on the semiconductor chip, but need not.
  • the semiconductor chip may have a stabilizing effect on the semiconductor chip, but need not.
  • this includes
  • the potting material for example, a base material such as silicone or
  • Liquid silicone or resin or plastic or fluoropolymer or thermoplastic with homogeneously distributed therein Liquid silicone or resin or plastic or fluoropolymer or thermoplastic with homogeneously distributed therein
  • Phosphor particles as YAGiCe- ⁇ "or quantum dots to be.
  • Light-emitting diode comprises, for example, one, in particular exactly one, as described above semiconductor chip. That is, all in conjunction with the optoelectronic
  • the latter comprises two, in particular exactly two, electrically conductive ones
  • the contact blocks are applied to two, in particular on two opposite side surfaces, preferably on front sides of the carrier and can with the
  • Side surfaces are in direct contact.
  • the contact blocks are on the same side surfaces as the
  • Contact elements applied comprise or consist of Maisaktblöcke of metal or a metal alloy, such as those mentioned in connection with the contact elements
  • the contact blocks are, for example, in one piece educated. Preferably, however, the contact blocks are not integrally formed with the contact elements. Between the contact elements and the contact blocks so at least one interface is formed at which a transition from the contact blocks to the contact elements at least
  • Crystal plane is recognizable.
  • the contact blocks have a thickness, measured perpendicular to the respective side surfaces to which they are applied, of at least 5 ym or at least 10 ym or at least 30 ym or at least 100 ym or at least 500 ym.
  • the thickness of the contact blocks is at most 1 mm or at most 500 ym or at most 100 ym or at most 70 ym or at most 50 ym.
  • the contact blocks are electrically conductively connected to the contact elements.
  • the contact blocks may be in direct mechanical contact with the contact elements or via a conductive material, such as a conductive adhesive or a solder material, with the
  • a casing is arranged around the base body in such a way that the points of the base body not covered by the contact blocks are completely or partially covered by the casing.
  • the sheath covers some or all of the sides not covered by the contact blocks
  • the sheath and the contact blocks surround the sheath.
  • the sheath can with the Carrier and / or the semiconductor layer sequence are in direct contact.
  • the sheath may be as described above
  • Bottom light-opaque / light-reflecting is formed.
  • the side surfaces covered by the sheath for example the opposite longitudinal sides, may be covered by opaque / light-reflecting sheathing or light-converting sheath, depending on the desired radiation characteristic.
  • the cladding comprises, for example, a base material as specified above having TiO 2 particles dispersed therein.
  • Reflectance for the radiation emitted by the semiconductor chip is, for example, at least 95% or 99%, measured, for example, at the wavelength at which the
  • Radiation intensity of the semiconductor chip has its maximum.
  • For the light-converting area is also a
  • Sheath of a transparent material such as
  • the sheath can then have a layer of converter material on a side of the transparent material facing away from the semiconductor chip.
  • the contact blocks are located on an outer surface of the light-emitting diode in FIG.
  • the outer surface of the light emitting diode is preferably completely formed by the sheath and the contact blocks.
  • the outer surface is bordered, for example, in the unmounted state of
  • Light emitting diode can be picked up, held or touched, for example, to position the light emitting diode.
  • the contact blocks partly or completely project beyond the corresponding side surfaces.
  • the contact blocks project beyond the corresponding side surfaces at one or more or all edges of the
  • the contact blocks project beyond the edges of the corresponding side surfaces by at least 5 ⁇ m or 10 ⁇ m or 30 ⁇ m or 100 ⁇ m or 500 ⁇ m.
  • the contact blocks project beyond the edges of the corresponding side surfaces by at least 5 ⁇ m or 10 ⁇ m or 30 ⁇ m or 100 ⁇ m or 500 ⁇ m.
  • the contact blocks surmount the edges of the
  • Contact blocks and the sheath preferably formed solely by the contact blocks and the sheath, a smooth in the context of manufacturing tolerance outer surface of the light emitting diode.
  • the contact blocks have rectangular or circular or elliptical cross-sectional areas.
  • the casing can have a corresponding lateral surface
  • the outer surface of the light emitting diode formed by the contact blocks and the sheath has the geometric shape of the outer surface of a rectangular prism or a cylinder or an ice or an ellipsoid.
  • the light-emitting diodes thus provided can be used as luminous building blocks, which are connected by electrical connection the individual light-emitting diodes, for example by
  • the semiconductor device includes, for example, one as described above
  • this includes
  • Optoelectronic semiconductor device at least two of the semiconductor chips and / or light-emitting diodes described above, wherein a contact element of a semiconductor chip electrically conductive with a contact element of another
  • Semiconductor chips is connected.
  • the provided with the contact elements side surfaces of two adjacent semiconductor chips are then preferably facing each other.
  • the semiconductor chips are thereby connected in particular in series. It is also possible for a plurality, for example at least three or five or ten of the abovementioned semiconductor chips and / or light-emitting diodes, to be connected in series via the lateral contact elements, thereby forming a semiconductor chip chain or light-emitting diode chain.
  • the semiconductor chips for example at least three or five or ten of the abovementioned semiconductor chips and / or light-emitting diodes
  • Semiconductor chips or LEDs may also be connected in parallel, for example by the semiconductor chips or
  • LEDs are stacked on top of each other. According to at least one embodiment, the
  • adjacent light-emitting diodes are then, for example, connected to one another via a solder material in an electrically conductive and mechanically stable manner.
  • a compact chain or a compact stack of series-connected or parallel-connected semiconductor chips or light-emitting diodes can be realized.
  • the method comprises a step A), in which a main body is provided, which has a carrier with an upper side, a lower side opposite the upper side and transversely to the upper side
  • the base body comprises a semiconductor layer sequence applied to the top side of the carrier, which in the
  • the method comprises a step B) in which the base body is mounted on a
  • Subcarrier is applied, so that the Semiconductor layer sequence is remote from the auxiliary carrier.
  • the carrier of the body is then between the
  • a protective layer is applied to the base body such that contact surfaces on the semiconductor layer sequence facing away from the support remain free of the protective layer
  • an electrically conductive layer applied to the protective layer, the contact surfaces and side surfaces of the carrier.
  • all areas of the base body are preferably covered by the electrically conductive layer, which are not covered by the protective layer.
  • the electrically conductive layer is preferably continuous, continuous and uninterrupted.
  • Conductors defined on the body Areas in which later in the tracks to run are not protected by the protective layer, so that the electrically conductive layer is applied to these areas.
  • the application of the electrically conductive layer takes place for example via a sputtering process or a
  • steps A) to E) are carried out in the stated order.
  • the protective layer in the form of a photoresist is first applied to the base body and the auxiliary carrier in step C).
  • the photoresist preferably covers the entire base body and
  • Subareas of the subcarrier so that no areas of the body are exposed.
  • step E subsequent step of the photoresist, for example via an exposure process using a mask so structured that the areas of the base body and the subcarrier, which are to be covered later by the contact elements are exposed, so are free of the photoresist.
  • the structured photoresist with the applied electrically conductive layer can be removed, for example, by washing with a solvent in step E).
  • the base body provided with the contact elements is covered with a converter element in the form of a converter foil or a potting compound.
  • the auxiliary carrier is detached from the base body after step E), so that a single semiconductor chip is formed without auxiliary carrier.
  • the method is particularly suitable for producing a light-emitting diode as described above. That is, all in connection with the light emitting diode
  • contact blocks are formed after step E) on two side surfaces of the carrier
  • the contact blocks are brought into direct mechanical contact with the side surfaces of the carrier.
  • the contact blocks are electrically connected to the contact elements, for example via a solder material or an electrically conductive adhesive.
  • all areas of the semiconductor chip which are not covered by the contact blocks are preferably completely surrounded by a jacket, wherein an outer surface of the light-emitting diodes is formed in each case.
  • Outer surface is preferably formed entirely by the sheath and by the contact blocks.
  • the cladding can be applied in one step or in several steps.
  • the following describes an optoelectronic semiconductor chip described here, a light-emitting diode described here, an optoelectronic semiconductor component described here, and a method for producing an optoelectronic semiconductor chip
  • Semiconductor chips and a light emitting diode with reference to drawings using exemplary embodiments explained in more detail.
  • the same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, they are not
  • FIG. 1C shows a cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor chip from the prior art
  • Figure 1H is a detail of an embodiment of a
  • Figure II is a graph with temperature readings for
  • FIGS. 2A to 3A and FIGS. 7A to 7D show exemplary embodiments of an optoelectronic semiconductor chip in 3D views and side views
  • FIGS. 8A, 8B, 9A, 10A show exemplary embodiments of a
  • Figures IIA and IIB show embodiments of a light emitting diode in different side views, and Figures 13A to 13F, 14A to 14C and 15A to 15D different
  • FIG. 1A shows a first method step for producing an exemplary embodiment of an optoelectronic device
  • a base body with a carrier 3 and a semiconductor layer sequence 1 is applied to a subcarrier 6.
  • Subcarrier 6 is, for example, a glass substrate or a metal substrate or a semiconductor substrate.
  • the semiconductor layer sequence 1 is on an upper side 30 of the carrier 3 facing away from the auxiliary carrier 6
  • the carrier 3 further comprises one of
  • Top 30 opposite bottom 31 and across to
  • Top 30 extending side surfaces 32 which connect the bottom 31 with the top 30.
  • the carrier 3 is
  • the semiconductor layer sequence 1 itself comprises a first carrier 10 facing the layer 10 of a first
  • Conductive type and applied to the first layer 10 layer 12 of a second conductivity type.
  • the first layer 10 is, for example, n-type
  • the second layer 12 is p-type.
  • the first layer 10 is, for example, n-type
  • the second layer 12 is p-type.
  • Semiconductor layer sequence 1 for example, on AlInGaN. Between the first layer 10 and the second layer 12, an active layer 11 is additionally arranged, which emits or absorbs electromagnetic radiation in the intended operation of the semiconductor layer sequence 1.
  • the active layer 11 may be, for example, a p-n junction or a
  • FIG. 1A It can also be seen in FIG. 1A that in an edge region of the semiconductor layer sequence 1, the second layer 12 and the active layer 11 are removed in regions, so that a recess is formed in the semiconductor layer sequence 1, in which the first layer 10 is exposed.
  • the semiconductor layer sequence 1 extends in the present case along the entire lateral extent parallel to
  • FIG. 1B shows a further method step in which the base body and the auxiliary carrier 6 are provided with a
  • FIG. 1C shows a method step in which the protective layer 7, for example with the aid of a
  • Photolithographic process was structured. By structuring certain areas of the body are exposed by the protective layer 7. Contact surfaces 20, 21 on the semiconductor layer sequence 1, which are remote from the carrier 3, as well as portions of the side surfaces 32 are exposed and not covered by the protective layer 7. A first
  • Contact surface 20 is arranged within the aforementioned recess, in which the first layer 10 is exposed. In the region of a second contact surface 21, the second layer 12 is exposed.
  • the first 20 and second contact surface 21 are arranged on opposite sides of the upper side 30. Furthermore, the contact surfaces 20, 21 extend to edges of the base body.
  • FIG. 1D shows a method step in which the protective layer 7 with the electrically conductive layer 4 located thereon has been detached, for example via a solvent. As a result, partial regions of the electrically conductive layer 4 remain on the base body, which in the present case form contact elements 40, 41.
  • Contact element 40 is formed as a conductor track extending from the first contact surface 20 via an edge of the main body except for a side surface 32 of the carrier. 3 extends.
  • a second contact element 41 is arranged on the second contact surface 21 and extends from this second contact surface 21 over an edge of the main body except for a further side surface 32 of the carrier 3. In the present case, the contact elements 40, 41 do not extend to the underside 31 of the carrier 3.
  • the contact elements 40, 41 lie in the region of
  • the contact elements 40, 41 are strip conductors, for example, have a thickness between 10 ym and 30 ym and consist for example of aluminum, silver or copper. To have a sufficient thickness of the
  • Contact elements 40, 41 for example, be galvanically reinforced.
  • a Ti / Pt / Cu or Ti / Pd / Cu or Pd / Cu layer sequence is possible, the Cu layer being applied galvanically.
  • the auxiliary carrier 6 is detached from the semiconductor chip 100.
  • the semiconductor chip 100 is preferably self-supporting.
  • the contact elements 40, 41 are now guided to the underside 31 of the carrier 3.
  • the Contact elements 40, 41 have in the region of the underside 31 connecting regions 400, via which the semiconductor chip 1 can be mounted on a connection carrier.
  • Terminal areas 400, the contact elements 40, 41 are guided as webs or feet away from the carrier 3. Further,
  • the connection regions 400 can thus form a mounting surface or support surface for a connection carrier together with the underside 31 of the carrier 3.
  • a potting material 50 is applied to the base body and on the contact elements 40, 41, which the
  • the potting body 50 can be, for example, a silicone or resin which is provided with phosphor particles, which emit part of the radiation emitted by the semiconductor layer sequence 1 into radiation of another
  • the thickness of the potting material 50 perpendicular to the top 30 of the carrier 3 is, for example, between 100 and 300 ym inclusive.
  • Optoelectronic semiconductor chip 100 which is formed with respect to the contact elements 40, 41 and the base body identical to the semiconductor chip 100 of Figure IE. in the
  • Converter element 5 has, for example, a layer thickness perpendicular to the upper side 30 of the carrier 3 of at most 50 ym and covers both the semiconductor layer sequence 1 and the side surfaces 32 at least partially.
  • Converter element 5 of Figure 1F has a better thermal coupling to the sapphire support 3 in comparison to the potting material 50 of Figure IE due to its smaller thickness.
  • the semiconductor chip 100 of Figure 1F is also formed self-supporting.
  • Figure IG a semiconductor chip of the prior art is shown in cross-sectional view.
  • the base body with the semiconductor layer sequence is not electrically contacted via conductor tracks 40, 41, but via contact wires, English bond wires. Due to the curved geometric shape of the contact wires cause this compared with the
  • Conductor tracks 40, 41 substantially greater shading of the light emitted from the semiconductor layer sequence 1 light.
  • each contact wire is curved and protrudes beyond the semiconductor layer sequence.
  • a thin converter element 5 as in FIG. 1F can not be used in such a semiconductor chip.
  • a potting necessary whose thickness is usually greater than 100 ym, whereby the thermal coupling to the carrier is reduced compared with a thin converter element.
  • FIG. 1H shows a section of an exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor chip 100.
  • FIG. II shows a diagram in which the thermal properties of semiconductor chips which are covered with either a potting compound or a converter film are compared. Shown is the temperature of a
  • Converter film is used with a layer thickness of 50 ym and once, in which a semiconductor chip is used with a potting compound of 250 ym thickness.
  • the semiconductor chip heats up significantly more than when a thin converter foil of 50 ⁇ m is used.
  • the semiconductor chip 100 has the geometric shape of a
  • Carrier 3 only partially, for example, at most 10% of the contact elements 40, 41 are covered.
  • Contact elements 40, 41 have, for example, a width parallel to the top side 31 of the carrier of at most 30 ym. In the present case, the area fraction of the total surface of the
  • the semiconductor layer sequence 1 applied to the carrier 3 also has current distribution structures 101, 121, via which the current fed in via the contact elements 40, 41 can be effectively distributed along the semiconductor layer sequence 1.
  • FIG. 2B shows the same optoelectronic semiconductor chip 100 as in FIG. 2A, only from other perspectives.
  • Figure 2C an embodiment is shown, in which, in contrast to the embodiments of Figures 2A and 2B, the contact elements 40, 41 to the bottom 31 of the
  • Carrier 3 are guided and led away in the region of the bottom 31 as webs or feet of the carrier 3.
  • these webs or feet form connecting regions 400, via which the semiconductor chip 100 can be mounted on a connection carrier, for example.
  • Terminal areas 400 of the base body and the contact elements 40, 41 are completely covered by the potting material 50.
  • the potting material 50 is only optional and even without the potting material, the semiconductor chip 100 can be used and self-supporting.
  • FIG. 2D shows the same semiconductor chip 100 as shown in FIG. 2C, the view now being directed at the underside 31 of the carrier 3. As can be seen in FIG. 2D, the contact elements 40, 41 close in the region of
  • the connection areas 400 and the underside 31 are exposed in FIG. 2D and are not covered by the potting material 50.
  • FIG. 3A shows the semiconductor chip 100 of FIGS. 2A and 2B.
  • the contact elements 40, 41 are each one
  • Terminal element 45 is mounted, which extends from the contact elements 40 in the direction away from the semiconductor chip 100.
  • the connecting elements 45 are presently designed as connecting rods, which are formed for example of a metal such as gold, silver, copper, nickel or aluminum.
  • FIG. 3B an embodiment of a
  • Connection elements 45 are connected in series with each other.
  • the connection elements 45 each connect a first contact element 40 of a semiconductor chip 100 to a second contact element 41 of a second one adjacent thereto
  • connection elements 45 are
  • the semiconductor device 1000 of Figure 3B is a rod-shaped light-emitting element of a plurality of
  • Semiconductor chips 100 realized that can only be energized or contacted via two electrical connections.
  • the semiconductor chips 100 are interconnected by the
  • Connection elements 45 connected in series.
  • FIG. 4A shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 1000 in a 3D view. Unlike the previous one
  • semiconductor chips 100 connected in series without intermediate connecting elements 45 The contact elements 40, 41 of two adjacent semiconductor chips 100 are placed directly against one another and, for example, electrically conductively and mechanically stably connected to one another by means of a conductive adhesive or a solder.
  • the exemplary embodiment of a semiconductor component 1000 of FIG. 4B differs from that of FIG. 4A in that now four semiconductor chips 100 are connected in series by direct application of the contact elements 40, 41. In this way, a rod-shaped or filament-shaped light-emitting element is realized in FIG. 4B.
  • the semiconductor chips 100 have side surfaces 32 running obliquely to the top side 30.
  • two opposite and provided with contact elements 40, 41 side surfaces 32 of a semiconductor chip 100 are inclined in the same direction. As a result, the
  • Semiconductor chips 100 of Figure 4B can be applied to each other only in such a way that the side surfaces 32 abut flush with each other. In this way, a pole protection can be realized in the semiconductor device 1000.
  • Semiconductor chips can be made, for example, via solder pads, such as AuSn pads. To melt the solder pads can For example, the semiconductor chips 100 are compressed at temperatures around 300 ° C.
  • FIG. 1 Cross-sectional view shown.
  • the view is directed to a contact element 40, 41 covered side surface 32 of a semiconductor chip 100.
  • the series-connected semiconductor chips 100 are arranged in a tube 60 whose main direction of extension parallel to
  • the tube 60 is, for example, a hollow cylinder made of glass with a circular or elliptical cross-sectional area.
  • a potting material 50 is arranged, which fills the intermediate regions between the semiconductor chips 100 and the tube 60 and the semiconductor chips 100 within the tube mechanical
  • Potting material 50 may be, for example, a
  • transparent, in particular transparent material such as
  • the potting material 50 is provided with phosphor particles which emit part of the semiconductor chips 100 emitted
  • Convert radiation into radiation of another wavelength range can be Convert radiation into radiation of another wavelength range.
  • a converter material it is also possible for a converter material to be applied to the lateral surface of the tube 60. As can be seen in FIG. 4C, the one shown there can
  • Optoelectronic semiconductor device over the entire cylindrical surface of the tube 60 radiate light.
  • a fluorescent tube made of LEDs is realized.
  • FIG. 5 shows an optoelectronic semiconductor chip 100 as discussed in connection with FIGS. 2A and 2B
  • connection carrier 200 which is arranged on a connection carrier 200.
  • FIG. 5 at least one of the contact elements 40, 41 is guided from the upper side 30 to the lower side 31 of the carrier 3 and in one
  • Connection area 400 is guided away from the carrier 3 as a bridge.
  • the contact element 40 rests on the connection carrier 200 and can with a
  • connection carrier 200 is, for example, a printed circuit board or an active matrix element, in particular of a transparent or transparent material.
  • FIG. 6A shows a method step for producing an exemplary embodiment of a semiconductor chip 100, in which a method as described in connection with FIG. 1A
  • the semiconductor layer sequence 1 is the intermediate carrier
  • the base body with the mirror layer 8 is detached from the intermediate carrier and the method steps shown in FIGS. 6B to 6E are carried out. These method steps are essentially identical to the method steps shown in FIGS. 1A to 1D. in the In contrast to FIG. 1, however, the contact elements 40, 41 are not formed on two opposite side surfaces 32, but instead the contact elements 40, 41 proceed from contact surfaces 20, 21 to the same
  • Passivation layer such as SiN or S1O2, electrically isolated.
  • the mirror layer 8 is structured such that there is no short circuit, either because no electrical contact between the mirror layer 8 and the
  • Contact elements 40, 41 is formed or because the mirror layer 8 are structured in an n- and a p-area, which are in each case electrically connected to one of the contact elements 40, 41, but not in electrical contact with each other.
  • FIG. 7A shows the semiconductor chip 100 of FIG. 6F in SD view, wherein it can be seen that except for the
  • the semiconductor chip 100 thus preferably emits radiation only over one side.
  • FIGS. 7B and 7C show the same semiconductor chip 100 like Figure 7A, but now in plan view of the
  • FIG. 7D As in FIG. 7C, a semiconductor chip 100 is shown in a side view. In contrast to FIG. 7C, however, the underside 31 is not one
  • Mirror layer 8 is covered, so that on the bottom 31 radiation from the semiconductor chip 100 can be emitted.
  • a side surface 32 a patterned in the form of strips mirror layer 8 is applied, wherein the structuring of the mirror layer 8 the
  • the radiation emitted via the side of the semiconductor chip 100 facing away from the underside 31 is coupled into an optical waveguide.
  • Radiation is directed to a display.
  • a connection carrier 200 On the opposite side of the display of the semiconductor chip 100 is a connection carrier 200.
  • the provided with the contact elements 40, 41 side surface 32 faces the connection carrier, wherein the contact elements 40, 41 on the
  • Connection carrier 200 are electrically contacted.
  • FIG. 8A shows an exemplary embodiment of a light-emitting diode 500 in three different 3D views.
  • Light-emitting diode 500 comprises a semiconductor chip 100 according to, for example, one of the preceding embodiments.
  • the carrier 3 of the semiconductor chip 100 has the shape of a cuboid with two opposite end faces on.
  • the end faces are side surfaces 32 of the carrier 3.
  • the other two side surfaces 32 of the carrier 3 are
  • the shape of the rectangular prism is oblong with the two end faces at the ends.
  • the end faces are the surfaces of the cuboid with the lowest
  • each contact blocks 401, 411 are applied on the two end faces.
  • the contact blocks 401, 411 are made of metal, for example, and completely cover the end faces.
  • the contact blocks 401, 411 are larger than the end faces, so that the contact blocks 401, 411 the
  • the contact blocks 401, 411 are also
  • Semiconductor layer sequence 1 are completely surrounded by a cladding 501.
  • the semiconductor chip 100 is completely surrounded entirely by the cladding 501 and the contact blocks 401, 411.
  • the clad 501 is configured, for example, to part or all of the semiconductor chip 100
  • the sheath 501 on the sides of the semiconductor chip 100 is presently chosen so that its thickness over the
  • Rectangular prism in particular a cuboid.
  • the end faces of the cuboid are completely formed by the contact blocks 401, 411.
  • the shape of the contact blocks 401, 411 and the shape of the sheath 501 may also be chosen such that the
  • outside surface of the light emitting diode 500 for example, the outer surface of a cylinder or an ellipsoid corresponds.
  • FIG. 8B substantially the same light-emitting diode 500 is again shown in three different 3D views as in FIG. 8A. However, for better illustration, the sheath 501 is not shown this time. In a view is also on the representation of the first contact block 401st
  • the contact elements 40, 41 are pulled onto a common longitudinal side of the carrier 3.
  • the contact elements 40, 41 at the edges to the end faces in electrical contact with the contact blocks 401, 411.
  • FIG. 9A likewise shows a light-emitting diode 500 in a 3D view. Different embodiments of this
  • Light-emitting diode 500 are shown in cross-section in connection with FIGS. 9B to 9E. In each case, the cross section is along the arrows shown in FIG. 9A
  • the jacket 501 is entirely made of a converter material, for example, as above
  • Sheath 501 covered. Likewise, the remaining side surfaces 32 of the carrier 3, which are not visible in FIG. 9B, can be completely covered by the casing 501.
  • the sheath 501 of Figure 9B is integrally formed.
  • FIG. 9C shows a further exemplary embodiment in which the casing 501 on the underside 31 is formed from a reflective material, for example a material comprising TiO 2.
  • the semiconductor layer sequence 1, however, is in turn of a light-converting
  • the casing 501 thus has at least two regions and is not formed in one piece.
  • the second contact block 411 is integrally formed and is guided from the side surface 32 to the bottom 31.
  • the second contact block 411 covers the bottom 31 to at least 50% or 70% or 90%.
  • the semiconductor layer sequence 1 is in turn of the
  • both contact blocks 401, 411 are of the
  • Side surfaces 32 drawn to the bottom 31 and thereby cover the bottom 31 also, for example, at least 50% or 70% or 90%.
  • FIG. 10A again shows a light-emitting diode 500 in a 3D view. Different embodiments of this
  • Light-emitting diode 500 are shown in cross-section in connection with FIGS. 10B to 10H. In each case, the cross section along the arrows shown in Figure 10A is shown.
  • the sheathing 501 is in one piece.
  • the sheath 501 is entirely made of a converter material, for example one as above
  • the light emitting diode 500 emits converted light in all directions of the paper plane.
  • the sheath 501 is divided into two areas.
  • the first region is light-converting and consists for example of the material of the converter element 5.
  • the second region is light-reflecting.
  • the second region covers the lower side 31 and the side surfaces 32 and terminates flush with the upper side 30 of the carrier 3.
  • the semiconductor layer sequence 1 is the second,
  • the light-emitting diode 500 thus formed predominantly emits converted light upward.
  • FIG. 10D likewise shows a light-emitting diode 500 which predominantly emits upward.
  • FIG. 10E shows a light-emitting diode 500 in which the first light-converting region of the cladding 501 covers both the semiconductor layer sequence 1 and the side surfaces 32 of the carrier 3 and terminates flush with the underside 31 of the carrier 3. On the underside 31 of the second, light-reflecting portion of the sheath 501 is applied.
  • the LED 500 of Figure 10E emits both up and to the side.
  • the first light-converting region of the cladding 501 covers only the
  • the first area includes both the bottom 31 and with the
  • the second, light-reflecting region of the sheath 501 is applied.
  • Such a light-emitting diode 500 emits predominantly to the side.
  • the light-emitting diode 500 of FIG. 10G is similar to FIG.
  • the first region of the sheath 501 does not close flush with the
  • the light-emitting diode 500 of FIG. 10H comprises a first light-converting region of the cladding 501, which completely covers the semiconductor layer sequence 1 and the side surfaces 32 of the carrier 3. The first area still protrudes beyond the bottom 31. The resulting cavity below the bottom 31 is filled with the second, light-reflecting region of the sheath 501.
  • Jacket 501 has an elliptical cross-section.
  • Outer surface of the sheath 501 is therefore ellipsoidal.
  • Jacket 501 is made, for example, of clear silicone with an outer layer of converter material.
  • Embodiments thus close the contact blocks 401, 411 on the outer surface of the light-emitting diode 500 not flush with the sheath 501.
  • FIG. IIB shows a light-emitting diode 500 in plan view of the first contact block 401.
  • the contact blocks 401, 411 are smaller than the side surfaces 32 of the carrier 3, to which the contact blocks 401, 411 are applied. The corresponding side surfaces 32 are therefore not completely covered by the contact blocks 401, 411.
  • the contact blocks 401, 411 also have a circular base.
  • the outer surface of the light emitting diode 500 of Figure IIB may be the outer surface of a cylinder or a
  • the contact blocks 401, 411 of adjacent LEDs 500 are electrically connected to each other, so that a parallel circuit of several
  • Light emitting diodes 500 is realized. The different
  • Light emitting diodes 500 may, in operation, for example, light
  • FIGS. 13A to 13E various positions are in a manufacturing process for one or more
  • each of the contact blocks 401, 411 has a step with a support region on which the semiconductor chip 100 is placed. By means of these bearing regions, the semiconductor chip 100 is mechanically supported for the production of the light-emitting diodes 500. Furthermore, adhesive drops or solder drops are applied to the contact areas of the contact blocks 401, 411. During assembly of the semiconductor chip 100, these adhesive drops or serve
  • Contact blocks 401, 411 cause.
  • FIG. 13B a position is shown in the method in which the semiconductor chip 100 is fixed and permanently fixed to the
  • Semiconductor layer sequence 1 of the semiconductor chip 100 is already applied a sheath 501 in the form of a converter element.
  • the underside 31 of the semiconductor chip 100 is suspended freely in the air due to the support areas
  • FIG. 13C shows a position in the manufacturing method in which the contact areas of the contact blocks 401, 411 are designed differently. Unlike in Figures 13A and 13B, the support areas are not flush on the ground, but are as overhanging projections on the
  • Contact blocks 401, 411 configured.
  • the contact blocks 401, 411 cover after the mounting of the semiconductor chip 100
  • FIG. 13E shows a position in the manufacturing process following the position of FIG. 13D. All not covered by the contact blocks 401, 411 sides of
  • Semiconductor chips 100 are completely potted or surrounded by the cladding 501.
  • the sheath 501 is present in one piece and serves as intended
  • FIG. 13F shows how a plurality of
  • FIGS. 14A to 14C show positions in a further exemplary embodiment of the production method for
  • Light emitting diodes 500 shown. Unlike the previous one
  • subcarrier 600 use On the subcarrier 600 are the
  • the semiconductor chip 100 is placed with the bottom 31 on the pedestal 601. The consequence of this is that the underside 31 of the semiconductor chip 100 in a relation to the support surface of the contact blocks 401, 411 on the
  • Subcarrier 600 is arranged elevated position. In this way, it is achieved that the contact blocks 401, 411 protrude beyond the side surfaces 32 covered by the contact blocks 401, 411. This effect was in the
  • FIG. 14B also shows that the sheathing 501 has already been applied to the semiconductor layer sequence 1. This can be done, for example, by casting.
  • FIG. 14C shows how a plurality of
  • Light-emitting diodes 500 can be produced in the wafer composite.
  • FIGS. 15A to 15D positions in a further exemplary embodiment of the production method are
  • FIG. 15A a plurality of carriers 3, each with a semiconductor layer sequence 1 applied thereon, are placed on an auxiliary carrier 6. Then be
  • auxiliary carrier 6 is thus also covered in the regions between the semiconductor chips 100 with the electrically conductive contact elements 40, 41. These areas of the auxiliary carrier 6 covered with the contact elements 40, 41 serve as germ area or germination zones for the formation of the contact blocks 401, 411.
  • the contact blocks 401, 411 are deposited by a galvanic process in the seed areas
  • the semiconductor chips 100 in a direction away from the subcarrier. 6 Subsequently, as shown in FIG. 15D, the semiconductor chips 100 are surrounded, for example potted, by the sheath 501.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses every new feature as well as every combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if these features or these combinations themselves are not explicitly described in the claims

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Abstract

Ein optoelektronischer Halbleiterchip (100) umfasst einen Grundkörper mit einem Träger (3) und einer auf einer Oberseite (30) des Trägers (3) angeordneten Halbleiterschichtenfolge (1), die im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung emittiert oder absorbiert. Ferner umfasst der Halbleiterchip (100) zwei auf der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnete und vom Träger (3) abgewandte Kontaktflächen (20, 21), über die die Halbleiterschichtenfolge (1) elektrisch kontaktierbar ist. Der Halbleiterchip (100) weist außerdem zwei Kontaktelemente (40, 41) auf, die auf den Kontaktflächen (20, 21) aufgebracht sind und mit diesen elektrisch leitend verbunden sind. Der Träger (3) des Grundkörpers umfasst quer zur Oberseite (30) verlaufende Seitenflächen (32) und eine der Oberseite (30) gegenüberliegende Unterseite (31). Die Kontaktelemente (40, 41) sind als Leiterbahnen ausgebildet, die ausgehend von den Kontaktflächen (20, 21) über Kanten des Grundkörpers bis auf die Seitenflächen (32) des Trägers (3) geführt sind.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip, optoelektronisches
Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Darüber hinaus werden eine Leuchtdiode, ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und einer Leuchtdiode angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterchip sowie eine Leuchtdiode mit einer effizienten Strahlungsauskopplung anzugeben, indem zum Beispiel die abschattende Fläche von Kontaktstrukturen minimiert wird. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, in dem eine Mehrzahl von den genannten Halbleiterchips und/oder Leuchtdioden verarbeitet ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Halbleiterchips sowie einer solchen
Leuchtdiode anzugeben. Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche sowie durch die abhängigen Patentansprüche 11, 14 und 20 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip einen Grundkörper mit einem Träger und einer auf einer Oberseite des Trägers angeordneten Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt erstreckt sich die
Halbleiterschichtenfolge durchgehend, zusammenhängend und unterbrechungsfrei über die Oberseite des Trägers und bedeckt die Oberseite des Trägers nahezu vollständig, zum Beispiel zu zumindest 90 % oder 95 % oder 99 %. Die
Halbleiterschichtenfolge ist dazu eingerichtet, im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung insbesondere im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 800 nm zu emittieren oder zu absorbieren. Der Träger ist bevorzugt einstückig ausgebildet.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial . Bei dem
Halbleitermaterial handelt es sich beispielsweise um ein Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungs-Halbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamP, oder auch um ein Arsenid-Verbindungs- Halbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamAs, wobei jeweils 0 -S n < 1, 0 -S m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Die Halbleiterschichtenfolge umfasst bevorzugt eine aktive Schicht, die wenigstens einen p-n-Übergang und/oder eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multiquantentopfstruktur, kurz MQW, aufweist. Der Träger ist bevorzugt selbsttragend und zur mechanischen Stabilisierung des Grundkörpers eingerichtet. Es bedarf im Grundkörper also außer dem Träger dann keiner weiteren
Stabilisierungsmaßnahmen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
optoelektronische Halbleiterchip zwei auf der
Halbleiterschichtenfolge angeordnete und vom Träger
abgewandte Kontaktflächen auf, über die die
Halbleiterschichtenfolge elektrisch kontaktierbar ist. Die Kontaktflächen sind also auf vom Träger abgewandten Seiten der Halbleiterschichtenfolge angeordnet und verlaufen
beispielsweise im Wesentlichen parallel zur Oberseite des Trägers. Elektrisch kontaktierbar bedeutet hier insbesondere, dass die Halbleiterschichtenfolge über die zwei
Kontaktflächen elektrisch angeschlossen werden kann. Die Kontaktflächen sind zum Beispiel an zwei sich
gegenüberliegenden Randbereichen der Oberseite des Trägers angeordnet und sind bevorzugt aus einem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge gebildet. Sollte die
Halbleiterschichtenfolge mehr als zwei Kontaktflächen zur elektrischen Kontaktierung aufweisen, sind zum Beispiel alle diese Kontaktflächen auf vom Träger abgewandten Seiten der Halbleiterschichtenfolge angeordnet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zwei
Kontaktelemente auf die Kontaktflächen aufgebracht und mit diesen elektrisch leitend verbunden. Die Kontaktelemente dienen bevorzugt dazu, einen elektrischen Kontakt zur
Halbleiterschichtenfolge herzustellen. Dazu können die
Kontaktelemente beispielsweise ein Metall oder eine
Metalllegierung oder ein Halbleitermaterial oder ein transparentes, leitfähiges Material aufweisen oder daraus bestehen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger des Grundkörpers quer zur Oberseite verlaufende Seitenflächen und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite auf. Die Seitenflächen verbinden also die Oberseite mit der
Unterseite. Insbesondere kann der Träger würfel- oder
quaderförmig ausgebildet sein, wobei die Oberseite und die Unterseite beispielsweise Hauptseiten des Trägers, also die Seiten mit den größten Flächen im Grundkörper, darstellen. Die Unterseite und die Seitenflächen des Trägers bilden beispielsweise auch gleichzeitig eine Unterseite und
Seitenflächen des Grundkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente als Leiterbahnen ausgebildet. Die
Leiterbahnen sind dabei über Kanten des Grundkörpers bis auf die Seitenflächen des Trägers geführt. Insbesondere verlaufen die Leiterbahnen also ausgehend von den Kontaktflächen zunächst parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge, knicken dann über die Kanten des Grundkörpers ab und verlaufen anschließend parallel zu den Seitenflächen des Trägers. Folglich ist bevorzugt ein Teil der Halbleiterschichtenfolge zwischen den Kontaktelementen und dem Träger angeordnet. Um Kurzschlüsse zwischen den
Kontaktelementen und der Halbleiterschichtenfolge im Bereich der Kanten zu vermeiden, kann die Halbleiterschichtenfolge mit einer Passivierung, zum Beispiel aus S1O2, versehen sein. Die Passivierung ist dabei beispielsweise schon Bestandteil des Grundkörpers. In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip einen Grundkörper mit einem Träger und einer auf einer Oberseite des Trägers angeordneten Halbleiterschichtenfolge, die im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung emittiert oder absorbiert.
Ferner umfasst der Halbleiterchip zwei auf der
Halbleiterschichtenfolge angeordnete und vom Träger
abgewandte Kontaktflächen, über die die
Halbleiterschichtenfolge elektrisch kontaktierbar ist. Der Halbleiterchip weist außerdem zwei Kontaktelemente auf, die auf den Kontaktflächen aufgebracht sind und mit diesen elektrisch leitend verbunden sind. Der Träger des
Grundkörpers umfasst quer zur Oberseite verlaufende
Seitenflächen und eine der Oberseite gegenüberliegende
Unterseite. Die Kontaktelemente sind als Leiterbahnen
ausgebildet, die ausgehend von den Kontaktflächen über Kanten des Grundkörpers bis auf die Seitenflächen des Trägers geführt sind. Der hier beschriebenen Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass üblicherweise verwendete
Kontaktdrähte, englisch bond wires, zur Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge eine verhältnismäßig große
Abschattung der von der Halbleiterschichtenfolge emittierten Strahlung bewirken. Dieses liegt vor allem daran, dass die Kontaktdrähte nicht bündig oder formschlüssig an dem
Halbleiterchip anliegen, sondern vom Halbleiterchip
bogenartig weggeführt sind. Dies resultiert wiederum in einer vergleichsweise großen Länge der Kontaktdrähte und damit geht eine große abschattende Fläche der Kontaktdrähte einher. Außerdem erhöhen die Kontaktdrähte, bedingt durch ihre geometrische Form, die lateralen und vertikalen Ausdehnungen des gesamten Halbleiterbauelements oder Halbleiterchips. Bei der hier beschriebenen Erfindung wird unter anderem von der Idee Gebrauch gemacht, die Kontaktelemente nicht als Kontaktdrähte, sondern als Leiterbahnen auszubilden, die von den Kontaktflächen bis auf die Seitenflächen des Grundkörpers geführt sind und bevorzugt formschlüssig und direkt an dem Grundkörper anliegen. Dadurch werden die gesamte Länge und damit die abschattende Fläche der Kontaktelemente reduziert. Ferner kann durch das bündige und formschlüssige Anliegen der Kontaktelemente an dem Grundkörper sowohl die vertikale als auch die laterale Ausdehnung des gesamten Halbleiterchips reduziert werden.
Ferner sind die Kontaktelemente bei der Erfindung
größtenteils von der Halbleiterschichtenfolge auf die
Seitenflächen verschoben, sodass ein größerer Teil der Fläche der Halbleiterschichtenfolge zur Lichtemission bereit steht.
Darüber hinaus können die Leiterbahnen für einen effizienten Wärmeabtransport der im Halbleiterchip erzeugten Wärme dienen .
Hier und im Folgenden wurden oder werden Eigenschaften für beide Kontaktelemente angegeben. Jedoch können diese
Eigenschaften auch jeweils nur von einem der Kontaktelemente erfüllt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente als einstückige Leiterbahnen ausgebildet. Insbesondere sind die Leiterbahnen also aus einem einzigen Material oder aus einer einzigen Materialzusammensetzung gebildet. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die
Leiterbahnen mehrere übereinander geschichtete Schichten unterschiedlicher Materialien, zum Beispiel unterschiedlicher Metalle, aufweisen. Insbesondere verlaufen die Leiterbahnen von den Kontaktflächen zu den Seitenflächen durchgehend, zusammenhängend und unterbrechungsfrei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen die
Kontaktelemente ausgehend von den Kontaktflächen bis hin zu den Seitenflächen formschlüssig an den Grundkörper an. Das heißt zum Beispiel, dass die Kontaktelemente im gesamten Bereich der Kontaktflächen und der Seitenflächen
formschlüssig am Grundkörper anliegen, also in direktem
Kontakt mit dem Grundkörper sind und keine Lücken oder Spalte zwischen den Leiterbahnen und dem Grundkörper gebildet sind. Der Grundkörper besteht dabei nicht zwangsläufig nur aus dem Träger und der Halbleiterschichtenfolge. Vielmehr können sowohl der Träger als auch die Halbleiterschichtenfolge von weiteren Schichten, beispielsweise Passivierungsschichten und/oder Spiegelschichten, überzogen sein, auf denen dann zum Beispiel die Leiterbahnen formschlüssig anliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge. Anders ausgedrückt kann der Träger aus dem Aufwachssubstrat
bestehen. Der Träger kann beispielsweise Saphir oder Silizium oder GaN oder GaAs oder Sic aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente ausgehend von den Kontaktflächen auf zwei sich gegenüberliegende Seitenflächen des Trägers geführt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind bis auf die zwei Seitenflächen alle übrigen Seitenflächen des Trägers frei von Leiterbahnen und/oder strahlungsundurchlässigen
Beschichtungen, wie Metallbeschichtungen . Bevorzugt werden also nur zwei Seitenflächen des Trägers von Leiterbahnen überdeckt oder überschattet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente, insbesondere alle Kontaktelemente, auf die gleiche Seitenfläche des Trägers geführt. Die mit den
Kontaktelementen bedeckte Seitenfläche kann dann eine
Montagefläche oder Anschlussfläche für den Halbleiterchip bilden. Insbesondere kann der so ausgeführte Halbleiterchip als sogenannter Side-Looker verwendet werden, bei dem eine Hauptemissionsrichtung parallel zur Montagefläche ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest eine Seite des Grundkörpers mit einer Spiegelschicht bedeckt. Die Spiegelschicht kann die entsprechende Seite des Grundkörpers zum Beispiel zu zumindest 90 % oder 95 % oder vollständig bedecken. Bevorzugt sind bis auf eine Seite des Grundkörpers alle Seiten von der Spiegelschicht überdeckt, insbesondere vollständig überdeckt. Zum Beispiel sind alle Seitenflächen und die Unterseite des Trägers mit der Spiegelschicht bedeckt. Lichtemission findet dann überwiegend oder
ausschließlich über die nicht bedeckte Seite, zum Beispiel über eine der Unterseite des Trägers abgewandte Seite des Halbleiterchips, statt. Die Spiegelschicht weist für die von der
Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung beispielsweise eine Reflektivität von zumindest 90 % oder 95 % oder 99 % auf. Dazu ist die Spiegelschicht zum Beispiel mehrschichtig, insbesondere als Bragg-Spiegel , ausgebildet. Ferner ist die Spiegelschicht bevorzugt zwischen einer Passivierungsschicht und dem Träger angeordnet. Auf diese Weise kann ein
Kurzschluss über die Spiegelschicht verhindert werden, insbesondere falls die Kontaktelemente auf die Spiegelschicht aufgebracht sind.
Die Spiegelschicht ist zum Beispiel als mehrschichtiger
Spiegel mit folgender Schichtenfolge gebildet:
ZnO/Ag/Pt/Au/SiN. Dabei ist die ZnO-Schicht dem Grundkörper zugewandt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Spiegelschicht strukturiert. Das heißt, die Spiegelschicht kann
Unterbrechungen aufweisen, in denen der Grundkörper oder der Träger nicht von der Spiegelschicht bedeckt ist, oder die Spiegelschicht ist nicht zusammenhängend ausgebildet. Zum Beispiel ist die Spiegelschicht aus Einzelstreifen gebildet. Durch solch eine Strukturierung können das Abstrahlverhalten, die Abstrahlintensität sowie die Winkelabhängigkeit der emittierten Strahlung über die entsprechende Seite des
Grundkörpers oder des Trägers eingestellt sein.
Beispielsweise kann eine Strukturgröße der Strukturierungen der Spiegelschicht in der Größenordnung der von der
Halbleiterschichtenfolge emittierten Wellenlänge liegen, also zum Beispiel zwischen einschließlich dem 0,5-Fachen und 2- Fachen der Wellenlänge liegen. Auf diese Weise kann die
Spiegelschicht einen lichtlenkenden Einfluss auf die
emittierte Strahlung haben. Unter der Wellenlänge wird in diesem Fall zum Beispiel eine Maximumswellenlänge verstanden, bei der ein Maximum der emittierten Strahlungsintensität auftritt. Die Maximumswellenlänge liegt zum Beispiel im UV- Bereich zwischen einschließlich 200 nm und 400 nm oder im sichtbaren Bereich zwischen einschließlich 400 nm und 800 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf die
strukturierte Spiegelschicht ein Konverterelement
aufgebracht. Durch die Verbindung aus strukturierter
Spiegelschicht und Konverterelement kann die Farbe des emittierten Lichts über die durch die Strukturierung
eingestellte Abstrahlcharakteristik beeinflusst werden.
Beispielsweise ergeben sich aufgrund der geometrischen Form des Halbleiterchips und des Konverterelements unterschiedlich lange Lichtwege im Konverterelement. Zum Beispiel benötigt das Licht, welches über Kanten des Halbleiterchips emittiert wird, einen längeren Weg durch das Konverterelement. Mit der strukturierten Spiegelschicht können bevorzugte Lichtwege eingestellt werden, um Farbortverschiebungen zu vermeiden. Das heißt weiterhin, dass zur Aufbringung des
Konverterelements ganz verschiedene Verfahren verwendet werden können, insbesondere auch Verfahren, die keine
formtreue oder homogene oder formschlüssige Beschichtung des Grundkörpers erlauben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip ein Saphir-Volumenemitter, bei dem der Träger ein Saphir- Träger ist und die Halbleiterschichtenfolge, bevorzugt basierend auf AlInGaN, auf dem Saphir-Träger aufgewachsen ist. Bei einem Volumenemitter wird zumindest ein Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung in den
Träger eingekoppelt und über die Seitenflächen und die
Unterseite aus dem Träger wieder ausgekoppelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge eine dem Träger zugewandte erste Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise eine n-dotierte oder p-dotierte Schicht, auf. Ferner weist die Halbleiterschichtenfolge eine dem Träger abgewandte zweite Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise dann eine p-dotierte oder n-dotierte Schicht, auf. Zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht ist eine aktive
Schicht zur Strahlungsemission oder Strahlungsabsorption angeordnet . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine zweite
Kontaktfläche auf der zweiten Schicht angeordnet und dabei vom Träger abgewandt. Über die zweite Kontaktfläche kann beispielsweise die zweite Schicht elektrisch kontaktierbar sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine erste
Kontaktfläche in einer Ausnehmung der
Halbleiterschichtenfolge auf der ersten Schicht angeordnet. In der Ausnehmung sind die zweite Schicht und die aktive Schicht entfernt und die erste Schicht ist freigelegt. Die Ausnehmung kann beispielsweise an einem Rand der
Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein und eine Kante des Grundkörpers umfassen. Die Ausnehmung ist dann nicht
vollständig von einer durchgehend und zusammenhängend
ausgebildeten Bahn der aktiven Schicht und/oder der zweiten Schicht umgeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Schicht über die erste Kontaktfläche elektrisch kontaktierbar.
Die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche sind also bevorzugt auf unterschiedlichen, zueinander versetzten Ebenen angeordnet. Die erste Kontaktfläche ist dabei näher am Träger als die zweite Kontaktfläche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen die
Kontaktelemente direkt an den entsprechenden Seitenflächen des Trägers an und keine weiteren Schichten sind zwischen dem Träger und den Kontaktelementen angeordnet. Alternativ kann zwischen den Seitenflächen des Trägers und den
Kontaktelementen eine dünne Schicht oder ein dünner
Schichtenstapel, zum Beispiel aus elektrisch isolierenden
Materialien, angeordnet sein. Zum Beispiel beträgt dann der Abstand zwischen den Kontaktelementen und den von ihnen bedeckten Seitenflächen jeweils höchstens 1 ym oder höchstens 500 nm oder höchstens 200 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterchip um einen Dünnfilm- Halbleiterchip, bei dem das Aufwachssubstrat entfernt ist, der stabilisierende Träger also vom Aufwachssubstrat
unterschiedlich ist. Der Träger kann dann beispielsweise ein Metallträger oder ein Silizium- oder Germaniumträger sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip und/oder der Träger die geometrische Grundform eines Rechteckprismas mit sechs Mantelflächen auf.
Insbesondere kann ein Rechteckprisma hier und im Folgenden ein Quader oder Würfel sein. Die Mantelflächen müssen aber nicht zwangsläufig paarweise parallel zueinander verlaufen, vielmehr kann in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht der Träger auch trapezförmig ausgebildet sein, wobei die Oberseite und die Unterseite des Trägers im Wesentlichen parallel verlaufen und die Oberseite eine geringere laterale Ausdehnung als die Unterseite aufweist oder umgekehrt. Zum Beispiel weist der Träger zwei einander gegenüberliegende Stirnseiten und zwei einander gegenüberliegende Längsseiten auf, die die Seitenflächen des Trägers bilden. Die
Stirnseiten sind beispielsweise flächenmäßig kleiner als die Längsseiten und die Oberseite und die Unterseite.
Insbesondere sind die die Stirnseiten umgebenden Kanten des Trägers kürzer, beispielsweise höchstens 70 % so lang oder höchstens halb so lang oder höchstens 30 % so lang wie die übrigen vier Kanten des Trägers, sodass der Träger eine längliche Form aufweist, an dessen Enden jeweils die
Stirnseiten angeordnet sind.
Die Kontaktelemente sind zum Beispiel auf die zwei
gegenüberliegenden Stirnseiten geführt. Alternativ können die Kontaktelemente auch auf die gegenüberliegenden Längsseiten oder auf ein und dieselbe Längsseite geführt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Betrieb über alle sechs Mantelflächen des Halbleiterchips Strahlung emittiert. Ein Teil der in der Halbleiterschichtenfolge emittierten Strahlung wird beispielsweise direkt in Richtung weg von dem Träger aus dem Halbleiterchip emittiert. Ein anderer Teil, der aus der Halbleiterschichtenfolge in
Richtung Träger abgestrahlt wird, tritt beispielsweise in den Träger ein, wird dort gestreut und über alle Seitenflächen sowie die Unterseite des Trägers aus dem Halbleiterchip ausgekoppelt. Auf diese Weise kann der Halbleiterchip also über alle sechs Mantelflächen Strahlung emittieren. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Flächenanteil der Gesamtoberfläche des Halbleiterchips, über den im Betrieb Strahlung emittiert werden kann, zumindest 90 % oder 95 % oder 99 %. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Kontaktelemente eine Dicke senkrecht zu den entsprechenden Seitenflächen von zumindest 100 nm oder 200 nm oder 300 nm auf. Alternativ oder zusätzlich ist die Dicke der
Kontaktelemente höchstens 500 nm oder höchstens 400 nm oder höchstens 300 nm. Eine solche Dicke kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Kontaktelemente auf den Grundkörper über einen Sputter- oder Aufdampfungsprozess aufgebracht werden. Unter der Dicke der Kontaktelemente wird dabei insbesondere die mittlere Dicke oder maximale Dicke entlang der gesamten Ausdehnung der Leiterbahnen verstanden.
Die Dicke der Kontaktelemente kann aber auch über einen galvanischen Prozess vergrößert sein, so dass die Dicke mindestens 2 ym oder 5 ym oder 10 ym beträgt. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke dann höchstens 100 ym oder höchstens 30 ym oder höchstens 20 ym oder höchstens 15 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Kontaktelemente auf der Halbleiterschichtenfolge eine Breite in lateraler Richtung parallel zur Oberseite von mindestens 5 ym oder 10 ym oder 20 ym auf. Alternativ oder zusätzlich ist die Breite auf der Halbleiterschichtenfolge höchstens 100 ym oder höchstens 50 ym oder 30 ym. Im Bereich der Seitenflächen haben die Kontaktelemente zum Beispiel Breiten von zumindest 10 ym oder 30 ym oder 100 ym. Alternativ oder zusätzlich ist die Breite der Kontaktelemente im Bereich der Seitenflächen höchstens 400 ym oder 300 ym oder 100 ym. Wie die Dicke kann auch die Breite über die maximale oder mittlere Breite definiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Materialien, aus denen die Kontaktelemente gebildet sind, eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von zumindest 80 W/ (m-K) oder 100 W/ (m-K) oder 200 W/ (m-K) auf. Je größer die Dicken und Breiten und spezifischen Wärmeleitfähigkeiten der Kontaktelemente gewählt sind, desto effektiver kann beispielsweise die von dem
Halbleiterchip im Betrieb erzeugte Wärme über die
Kontaktelemente abgeführt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdecken die
Kontaktflächen und/oder die Kontaktelemente in Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge höchstens 10 % oder 5 % oder 2 % der Gesamtfläche der Halbleiterschichtenfolge. Alternativ oder zusätzlich bedecken die Kontaktflächen und/oder die Kontaktelemente die Halbleiterschichtenfolge zu zumindest 0,5 % oder 1 % oder 1,5 %. Die restliche Fläche der
Halbleiterschichtenfolge dient dabei bevorzugt im Betrieb zur Emission von Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedecken die
Kontaktelemente die entsprechenden Seitenflächen des Trägers zu höchstens 15 % oder 10 % oder 5 % und alternativ oder zusätzlich zu zumindest 1 % oder 3 % oder 5 %. Auf diese Weise kann auch über die mit den Leiterbahnen überdeckten Seitenflächen des Trägers ausreichend Strahlung im Betrieb emittiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Kontaktelemente zumindest ein Metall der folgenden Gruppe auf oder bestehen daraus: Silber, Aluminium, Kupfer, Nickel, Platin, Titan, Zink, Palladium, Molybdän, Wolfram.
Beispielsweise umfassen die Kontaktelemente eine Ti(0,l ym)/Pt(0,l ym) /Au (0,1-1 ym) -Schichtenfolge oder eine Ti(0,l ym)/Ni(l ym)/Au(l ym) -Schichtenfolge, wobei die in Klammern angegebenen Werte mögliche Schichtdicken der Einzelschichten sind. Die Kontaktelemente können galvanisch verstärkt sein, zum Beispiel mit einer zusätzlichen Cu-Galvanik.
Möglich ist auch, dass die Kontaktelemente ein transparent leitfähiges Material, englisch: Transparent Conductive Oxyde, kurz TCO, wie Indiumzinnoxid, kurz ITO, oder ZnO aufweisen oder daraus bestehen. Auch transparente Materialien, die mit einem leitfähigen Metallgitter durchsetzt sind, sind für die Leiterbahnen denkbar.
Ferner ist denkbar, dass die Kontaktelemente auf der
Halbleiterschichtenfolge transparent sind, zum Beispiel eines der obigen Materialien aufweisen oder daraus bestehen, und im Bereich der Seitenflächen metallisch sind, beispielsweise eines der obigen Metalle aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente für die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung spiegelnd ausgebildet. Insbesondere weisen die Kontaktelemente dann für die von der
Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung eine
Reflektivität von mindestens 80 % oder 90 % oder 95 % auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Länge der Kontaktelemente in Richtung quer zur Oberseite, also entlang der Seitenflächen oder gemessen von der Oberseite in Richtung Unterseite, höchstens 75 % oder höchstens 50 % oder höchstens 40 % der Dicke des Trägers. Die Dicke des Trägers ist dabei über den Abstand zwischen Oberseite und Unterseite definiert. In dieser Ausführung sind die Kontaktelemente also von der Oberseite nicht bis zur Unterseite des Trägers geführt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente von der Oberseite bis zur Unterseite des Trägers geführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Kontaktelemente im Bereich der Unterseite jeweils einen
Anschlussbereich auf, über welchen der Halbleiterchip auf einem Anschlussträger montiert und/oder elektrisch
kontaktiert werden kann. In dem Anschlussbereich ist das entsprechende Kontaktelement dann bevorzugt als Steg oder Fuß vom Träger in lateraler Richtung weggeführt. In diesem
Bereich der Unterseite verläuft das Kontaktelement dann bevorzugt parallel oder im Wesentlichen parallel zur
Unterseite des Trägers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt der
Anschlussbereich in Richtung weg von der Unterseite bündig mit der Unterseite des Trägers ab. Das heißt insbesondere, dass der Anschlussbereich des Kontaktelements und die
Unterseite des Trägers eine gemeinsame, bevorzugt ebene
Auflagefläche des Halbleiterchips bilden, über die der
Halbleiterchip beispielsweise auf einem Anschlussträger aufgelegt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf die
Halbleiterschichtenfolge ein Konverterelement aufgebracht, das zumindest einen Teil der von der Halbleiterschichtenfolge emittierten Strahlung in Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereichs umwandelt. Das Konverterelement kann dabei beispielsweise ein keramisches Konverterelement sein, dessen laterale Ausdehnung an die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips angepasst ist, also von dieser lateralen Ausdehnung um weniger als 10 % abweicht. Auch ist es möglich, dass das Konverterelement eine Konverterfolie ist, die auf die Halbleiterschichtenfolge aufgelegt und entsprechend zurechtgeschnitten ist. Das Konverterelement kann neben der Halbleiterschichtenfolge aber auch die Seitenflächen des Trägers teilweise oder vollständig überdecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konverterelement eine Dicke von höchstens 70 ym oder 50 ym oder 30 ym auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke zumindest 10 ym oder 20 ym oder 30 ym. Durch eine geringe Schichtdicke des Konverterelements können die thermischen Eigenschaften des gesamten Halbleiterchips verbessert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf den Grundkörper und die Kontaktelemente ein Vergussmaterial, zum Beispiel ein klarsichtiges Vergussmaterial, aufgebracht. Das
Vergussmaterial kann den Grundkörper und die Kontaktelemente vollständig umformen. Bevorzugt sind die Unterseite des
Grundkörpers und die Anschlussbereiche der Kontaktelemente teilweise oder vollständig frei von dem Vergussmaterial. Die Unterseite des Trägers und die Anschlussbereiche können dann weiterhin zur Montage und elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips verwendet werden. Die Schichtdicke des
Vergussmaterials auf dem Grundkörper beträgt dabei
beispielsweise zwischen einschließlich 100 ym und 500 ym.
Das Vergussmaterial kann eine stabilisierende Wirkung auf den Halbleiterchip haben, muss aber nicht. Bevorzugt ist der
Halbleiterchip auch ohne ein Vergussmaterial selbsttragend und mechanisch stabil. Das heißt, alleine der Grundkörper mit den Kontaktelementen kann schon einen selbsttragenden Halbleiterchip bilden, der keinerlei weiterer
Stabilisierungsmaßnahmen bedarf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Vergussmaterial Leuchtstoffpartikel und ist dazu
eingerichtet, einen Teil der von der Halbleiterschichtenfolge emittierten Strahlung in Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Das Vergussmaterial kann beispielsweise ein Grundmaterial wie Silikon oder
Flüssigsilikon oder Harz oder Kunststoff oder Fluoropolymer oder Thermoplast mit darin homogen verteilten
LeuchtstoffPartikeln, wie YAGiCe-^ " oder Quantumdots, sein.
Darüber hinaus wird eine Leuchtdiode angegeben. Die
Leuchtdiode umfasst zum Beispiel einen, insbesondere genau einen, wie oben beschriebenen Halbleiterchip. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen
Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind auch für die
Leuchtdiode offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst diese zwei, insbesondere genau zwei elektrisch leitende
Kontaktblöcke. Die Kontaktblöcke sind auf zwei, insbesondere auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen, bevorzugt auf Stirnseiten des Trägers aufgebracht und können mit den
Seitenflächen in direktem Kontakt stehen. Zum Beispiel sind die Kontaktblöcke auf denselben Seitenflächen wie die
Kontaktelemente aufgebracht. Beispielsweise umfassen oder bestehen die Kontaktaktblöcke aus Metall oder aus einer Metalllegierung, wie zum Beispiel die im Zusammenhang mit den Kontaktelementen genannten
Materialien. Die Kontaktblöcke sind beispielsweise einstückig ausgebildet. Bevorzugt sind die Kontaktblöcke aber mit den Kontaktelementen nicht einstückig ausgebildet. Zwischen den Kontaktelementen und den Kontaktblöcken ist also zumindest eine Grenzfläche ausgebildet, an der ein Übergang von den Kontaktblöcken zu den Kontaktelementen zumindest auf
Kristallebene erkennbar ist.
Die Kontaktblöcke haben beispielsweise eine Dicke, gemessen senkrecht zu den entsprechenden Seitenflächen, auf die sie aufgebracht sind, von mindestens 5 ym oder mindestens 10 ym oder mindestens 30 ym oder mindestens 100 ym oder mindestens 500 ym. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke der Kontaktblöcke höchstens 1 mm oder höchstens 500 ym oder höchstens 100 ym oder höchstens 70 ym oder höchstens 50 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Kontaktblöcke elektrisch leitend mit den Kontaktelementen verbunden. Die Kontaktblöcke können in direktem mechanischem Kontakt mit den Kontaktelementen stehen oder über ein leitendes Material, wie einen leitfähigen Kleber oder ein Lotmaterial, mit den
Kontaktelementen elektrisch verbunden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Ummantelung rings um den Grundkörper derart angeordnet, dass die nicht von den Kontaktblöcken bedeckten Stellen des Grundkörpers ganz oder teilweise von der Ummantelung bedeckt sind.
Insbesondere bedeckt die Ummantelung also einige oder alle nicht von den Kontaktblöcken bedeckten Seiten des
Halbleiterchips oder des Grundkörpers. Diese Seiten sind dann bevorzugt vollständig von der Ummantelung bedeckt. Bevorzugt umgeben also die Ummantelung und die Kontaktblöcke den
Halbleiterchip vollständig. Die Ummantelung kann mit dem Träger und/oder der Halbleiterschichtenfolge in direktem Kontakt stehen.
Die Ummantelung kann ein wie oben beschriebenes
Konverterelement oder ein wie oben beschriebenes
Vergussmaterial mit Leuchtstoffpartikel aufweisen oder daraus bestehen. Es kann die Ummantelung einstückig ausgebildet sein oder aber unterschiedliche Bereiche, wie lichtkonvertierende und lichtundurchlässige/lichtreflektierende Bereiche
aufweisen. Beispielsweise ist im Bereich der
Halbleiterschichtenfolge die Ummantelung lichtkonvertierend ausgebildet, während die Ummantelung im Bereich der
Unterseite lichtundurchlässig/lichtreflektierend ausgebildet ist. Die von der Ummantelung bedeckten Seitenflächen, zum Beispiel die einander gegenüberliegenden Längsseiten, können von lichtundurchlässiger/lichtreflektierender Ummantelung oder lichtkonvertierender Ummantelung bedeckt sein, je nach gewünschter AbstrahlCharakteristik . Der lichtundurchlässige/lichtreflektierende Bereich der
Ummantelung umfasst zum Beispiel ein wie oben angegebenes Grundmaterial mit darin verteilten Ti02-Partikel . Der
Reflexionsgrad für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung beträgt zum Beispiel zumindest 95 % oder 99 %, gemessen zum Beispiel bei der Wellenlänge, bei der die
Strahlungsintensität des Halbleiterchips ihr Maximum hat.
Für den lichtkonvertierenden Bereich ist auch eine
Ummantelung aus einem transparenten Material, wie
Klarsilikon, möglich. Die Ummantelung kann dann eine Schicht Konvertermaterial auf einer dem Halbleiterchip abgewandten Seite des transparenten Materials aufweisen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen die Kontaktblöcke an einer Außenfläche der Leuchtdiode im
unmontierten Zustand der Leuchtdiode frei. Die freiliegenden Stellen der Kontaktblöcke können dann im bestimmungsgemäßen Betrieb zur externen elektrischen Kontaktierung der
Leuchtdiode dienen.
Die Außenfläche der Leuchtdiode wird bevorzugt vollständig von der Ummantelung und den Kontaktblöcken gebildet. Die Außenfläche grenzt zum Beispiel im unmontierten Zustand der
Leuchtdiode an ein Umgebungsmedium, wie Luft. Die Außenfläche ist also die äußerste, die unmontierte Leuchtdiode
vollständig umgebende Fläche aus solidem Material. Die
Außenfläche bildet also die Angriffsfläche, an der die
Leuchtdiode aufgegriffen, gehalten oder berührt werden kann, um beispielsweise die Leuchtdiode zu positionieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdecken die
Kontaktblöcke die Seitenflächen des Trägers vollständig.
Besonders bevorzugt überragen die Kontaktblöcke in Draufsicht auf die überdeckten Seitenflächen gesehen die entsprechenden Seitenflächen teilweise oder vollständig. Beispielsweise überragen die Kontaktblöcke die entsprechenden Seitenflächen an einer oder an mehreren oder an allen Kanten der
entsprechenden Seitenflächen.
Die Kontaktblöcke überragen die Kanten der entsprechenden Seitenflächen beispielsweise um mindestens 5 ym oder 10 ym oder 30 ym oder 100 ym oder 500 ym. Alternativ oder
zusätzlich überragen die Kontaktblöcke die Kanten der
Seitenflächen um höchstens 1 mm oder 500 ym oder 100 ym oder höchstens 70 ym oder höchstens 50 ym. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Kontaktblöcke kleiner als die entsprechenden Seitenflächen sind, und somit nur ein Teil der entsprechenden Seitenflächen von den
Kontaktblöcken überdeckt ist. Der nicht von den
Kontaktblöcken bedeckte Teil dieser Seitenflächen ist dann bevorzugt ebenfalls von der Ummantelung bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt die
Ummantelung an der Außenfläche der Leuchtdiode bündig mit den Kontaktblöcken ab. Anders ausgedrückt schließen die
Kontaktblöcke mit der Ummantelung in Richtungen weg von dem Träger bündig miteinander ab. An der Außenfläche ist zwischen den Kontaktblöcken und der Ummantelung dann im Rahmen der Herstellungstoleranz also keine Stufe oder kein Knick gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist durch die
Kontaktblöcke und die Ummantelung, bevorzugt alleine durch die Kontaktblöcke und die Ummantelung, eine im Rahmen der Herstellungstoleranz glatte Außenfläche der Leuchtdiode gebildet. Zum Beispiel weisen die Kontaktblöcke in Draufsicht auf die von ihnen bedeckten Seitenflächen gesehen rechteckige oder kreisförmige oder elliptische Querschnittsflächen auf. Die Ummantelung kann eine entsprechende Mantelfläche
aufweisen, um an der Außenfläche des Halbleiterchips den bündigen Übergang von den Kontaktelementen zu der Ummantelung zu gewährleisten. Zum Beispiel hat die von den Kontaktblöcken und der Ummantelung gebildete Außenfläche der Leuchtdiode die geometrische Form der Außenfläche eines Rechteckprismas oder eines Zylinders oder eines Eis oder eines Ellipsoids.
Die so bereitgestellten Leuchtdioden können als leuchtende Bauklötze verwendet werden, die durch elektrisches Verbinden der einzelnen Leuchtdioden, zum Beispiel durch
Aneinanderlöten oder Aneinanderkleben der Leuchtdioden, eine größere Leuchtdiode mit frei einstellbarer Form bilden. Die Halbleiterchips in den Leuchtdioden sind durch die
Ummantelung und die Kontaktblöcke vor äußeren Einflüssen geschützt .
Darüber hinaus wird ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement angegeben. Das Halbleiterbauelement umfasst zum Beispiel einen wie oben beschriebenen
Halbleiterchip und/oder eine wie oben beschriebene
Leuchtdiode. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Halbleiterchip und der Leuchtdiode offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauelement zumindest zwei der oben beschriebenen Halbleiterchips und/oder Leuchtdioden, wobei ein Kontaktelement eines Halbleiterchips elektrisch leitend mit einem Kontaktelement eines weiteren
Halbleiterchips verbunden ist. Die mit den Kontaktelementen versehenen Seitenflächen zweier benachbarter Halbleiterchips sind dann bevorzugt einander zugewandt. Die Halbleiterchips sind dadurch insbesondere in Reihe geschaltet. Möglich ist auch, dass eine Mehrzahl, beispielsweise zumindest drei oder fünf oder zehn der oben genannten Halbleiterchips und/oder Leuchtdioden über die seitlichen Kontaktelemente in Reihe geschaltet sind und dadurch eine Halbleiterchipkette oder Leuchtdiodenkette gebildet ist. Alternativ können die
Halbleiterchips oder Leuchtdioden auch parallel geschaltet sein, zum Beispiel indem die Halbleiterchips oder
Leuchtdioden übereinander gestapelt sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die
Kontaktelemente oder Kontaktblöcke zweier benachbarter
Halbleiterchips oder Leuchtdioden in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt miteinander. Die Kontaktelemente oder Kontaktblöcke benachbarter Halbleiterchips oder
benachbarter Leuchtdioden sind dann beispielsweise lediglich über ein Lotmaterial miteinander elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden. Auf diese Weise kann eine kompakte Kette oder ein kompakter Stapel von in Serien oder parallel geschalteten Halbleiterchips oder Leuchtdioden realisiert sein.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines wie oben beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A) , in dem ein Grundkörper bereitgestellt wird, der einen Träger mit einer Oberseite, einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite und quer zur Oberseite
verlaufende Seitenflächen aufweist, wobei die Seitenflächen die Oberseite und die Unterseite miteinander verbinden.
Außerdem umfasst der Grundkörper eine auf der Oberseite des Trägers aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge, die im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung emittiert oder absorbiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B) , in dem der Grundkörper auf einem
Hilfsträger aufgebracht wird, so dass die Halbleiterschichtenfolge dem Hilfsträger abgewandt ist. Der Träger des Grundkörpers ist dann also zwischen dem
Hilfsträger und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt C) eine Schutzschicht so auf den Grundkörper aufgebracht, dass zumindest vom Träger abgewandte Kontaktflächen auf der Halbleiterschichtenfolge frei von der Schutzschicht bleiben Die Kontaktflächen sollen im Späteren zur elektrischen
Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge dienen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt
D) eine elektrisch leitfähige Schicht auf die Schutzschicht, die Kontaktflächen und Seitenflächen des Trägers aufgebracht. Dabei werden bevorzugt alle Bereiche des Grundkörpers von der elektrisch leitfähigen Schicht überdeckt, die nicht von der Schutzschicht bedeckt sind. Die elektrisch leitfähige Schicht verläuft dabei bevorzugt zusammenhängend, durchgehend und unterbrechungsfrei .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem Schritt
E) die Schutzschicht mit der auf dieser befindlichen
elektrisch leitfähigen Schicht abgelöst, so dass
Kontaktelemente in Form von Leiterbahnen entstehen oder zurückbleiben, die ausgehend von den Kontaktflächen über Kanten des Grundkörpers bis auf Seitenflächen des Trägers geführt sind und dabei formschlüssig an dem Grundkörper anliegen .
Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird also über die
Struktur der Schutzschicht die spätere Struktur der
Leiterbahnen auf dem Grundkörper definiert. Bereiche, in denen im Späteren die Leiterbahnen verlaufen sollen, werden nicht von der Schutzschicht geschützt, so dass auf diese Bereiche die elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht wird.
Das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Schicht erfolgt zum Beispiel über einen Sputterprozess oder einen
Verdampfungsprozess und/oder einen Galvanisierungsprozess .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte A) bis E) in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in dem Schritt C) zunächst die Schutzschicht in Form eines Fotolacks auf den Grundkörper und den Hilfsträger aufgebracht. Der Fotolack überdeckt dabei bevorzugt den gesamten Grundkörper und
Teilbereiche des Hilfsträgers, so dass keine Bereiche des Grundkörpers freiliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem
anschließenden Schritt der Fotolack zum Beispiel über einen Belichtungsprozess mit Hilfe einer Maske so strukturiert, dass die Bereiche des Grundkörpers und des Hilfsträgers, die später von den Kontaktelementen überdeckt sein sollen, freigelegt werden, also frei von dem Fotolack sind. Der strukturierte Fotolack mit der aufgebrachten elektrisch leitfähigen Schicht kann beispielsweise durch Abwaschen mit einem Lösungsmittel im Schritt E) entfernt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt E) der mit den Kontaktelementen versehene Grundkörper mit einem Konverterelement in Form einer Konverterfolie oder einer Vergussmasse überdeckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt E) der Hilfsträger vom Grundkörper abgelöst, so dass ein einzelner Halbleiterchip ohne Hilfsträger entsteht. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Leuchtdiode angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung einer wie oben beschriebenen Leuchtdiode. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit der Leuchtdiode
offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren zur
Herstellung der Leuchtdiode offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach dem Schritt E) auf zwei Seitenflächen des Trägers Kontaktblöcke
aufgebracht. Bevorzugt werden die Kontaktblöcke in direkten mechanischen Kontakt mit den Seitenflächen des Trägers gebracht. Die Kontaktblöcke werden elektrisch leitend mit den Kontaktelementen verbunden, zum Beispiel über ein Lotmaterial oder einen elektrisch leitenden Kleber. Anschließend werden in einem weiteren Schritt alle nicht von den Kontaktblöcken überdeckten Bereiche des Halbleiterchips bevorzugt vollständig von einer Ummantelung umgeben, wobei jeweils eine Außenfläche der Leuchtdioden entsteht. Die
Außenfläche ist bevorzugt vollständig durch die Ummantelung und durch die Kontaktblöcke gebildet.
Das Aufbringen der Ummantelung kann in einem Schritt oder in mehreren Schritten erfolgen. Nachfolgend werden ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip, eine hier beschriebene Leuchtdiode, ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips und einer Leuchtdiode unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine
maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1A bis 1F und 6A bis 6 F verschiedene
Verfahrensschritte zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen
Halbleiterchips ,
Figur IG ein optoelektronischer Halbleiterchip aus dem Stand der Technik in Querschnittsansicht,
Figur 1H ein Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines
optoelektronischen Halbleiterchips in
Querschnittsansicht,
Figur II einen Graphen mit Temperaturmesswerten für
verschiedene Ausführungsbeispiele eines
optoelektronischen Halbleiterchips ,
Figuren 2A bis 3A und 7A bis 7D Ausführungsbeispiele eines optoelektronischen Halbleiterchips in 3D-Ansichten und Seitenansichten,
Figuren 3B bis 4C, 12 Ausführungsbeispiele eines
optoelektronischen Halbleiterbauelements in verschiedenen Ansichten, Figur 5 einen optoelektronischen Halbleiterchip in 3D- Ansicht, der auf einem Anschlussträger montiert ist, Figuren 8A, 8B, 9A, 10A Ausführungsbeispiele einer
Leuchtdiode in verschiedenen 3D-Ansichten,
Figuren 9B bis 9E, 10B bis 101 verschiedene
Ausführungsbeispiele einer Leuchtdiode in unterschiedlichen Querschnittsansichten
Figuren IIA und IIB Ausführungsbeispiele einer Leuchtdiode in verschiedenen Seitenansichten, und Figuren 13A bis 13F, 14A bis 14C und 15A bis 15D verschiedene
Positionen in Ausführungsbeispielen eines Herstellungsverfahrens für Leuchtdioden.
In Figur 1A ist ein erster Verfahrensschritt zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen
Halbleiterchips 100 in Querschnittsansicht gezeigt. Dabei ist auf einem Hilfsträger 6 ein Grundkörper mit einem Träger 3 und einer Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht. Der
Hilfsträger 6 ist beispielsweise ein Glassubstrat oder ein Metallsubstrat oder ein Halbleitersubstrat.
Vorliegend ist die Halbleiterschichtenfolge 1 auf einer dem Hilfsträger 6 abgewandten Oberseite 30 des Trägers 3
aufgebracht. Der Träger 3 umfasst weiterhin eine der
Oberseite 30 gegenüberliegende Unterseite 31 und quer zur
Oberseite 30 verlaufende Seitenflächen 32, die die Unterseite 31 mit der Oberseite 30 verbinden. Der Träger 3 ist
beispielsweise ein Saphirträger, der gleichzeitig das Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge 1 ist. Die Halbleiterschichtenfolge 1 selber umfasst eine erste dem Träger 3 zugewandte Schicht 10 eines ersten
Leitfähigkeitstyps und eine auf der ersten Schicht 10 aufgebrachte Schicht 12 eines zweiten Leitfähigkeitstyps.
Die erste Schicht 10 ist beispielsweise n-leitend, die zweite Schicht 12 p-leitend. Vorliegend basiert die
Halbleiterschichtenfolge 1 zum Beispiel auf AlInGaN. Zwischen der ersten Schicht 10 und der zweiten Schicht 12 ist außerdem eine aktive Schicht 11 angeordnet, die im bestimmungsgemäßen Betrieb der Halbleiterschichtenfolge 1 elektromagnetische Strahlung emittiert oder absorbiert. Die aktive Schicht 11 kann zum Beispiel ein p-n-Übergang sein oder eine
Quantentopfstruktur aufweisen.
Außerdem ist in Figur 1A erkennbar, dass in einem Randbereich der Halbleiterschichtenfolge 1 die zweite Schicht 12 sowie die aktive Schicht 11 bereichsweise entfernt ist, so dass eine Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet ist, in der die erste Schicht 10 freiliegt.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 erstreckt sich vorliegend entlang der gesamten lateralen Ausdehnung parallel zur
Oberseite 30 des Trägers 3 zusammenhängend und
unterbrechungsfrei .
In Figur 1B ist ein weiterer Verfahrensschritt gezeigt, bei dem auf den Grundkörper und den Hilfsträger 6 eine
Schutzschicht 7 aufgebracht wird. Die Schutzschicht 7 bedeckt dabei den Grundkörper vorzugsweise vollständig an allen nicht vom Hilfsträger 6 überdeckten Seiten. Die Schutzschicht 7 ist beispielsweise ein Fotolack. In Figur IC ist ein Verfahrensschritt gezeigt, bei dem die Schutzschicht 7, beispielsweise mit Hilfe eines
fotolithografischen Prozesses, strukturiert wurde. Durch die Strukturierung sind bestimmte Bereiche des Grundkörpers von der Schutzschicht 7 freigelegt. Kontaktflächen 20, 21 auf der Halbleiterschichtenfolge 1, die dem Träger 3 abgewandt sind, sowie Teilbereiche von den Seitenflächen 32 sind freigelegt und nicht von der Schutzschicht 7 bedeckt. Eine erste
Kontaktfläche 20 ist dabei innerhalb der zuvor erwähnten Ausnehmung angeordnet, in der die erste Schicht 10 freigelegt ist. Im Bereich einer zweiten Kontaktfläche 21 ist die zweite Schicht 12 freigelegt. Die erste 20 und zweite Kontaktfläche 21 sind dabei auf gegenüberliegenden Seiten der Oberseite 30 angeordnet. Ferner erstrecken sich die Kontaktflächen 20, 21 bis hin zu Kanten des Grundkörpers.
Außerdem ist in Figur IC bereits eine elektrisch leitende Schicht 4 auf die Schutzschicht 7 und den Grundkörper
aufgebracht. Die elektrisch leitende Schicht 4 bedeckt dabei alle Bereiche des Grundkörpers, die von der Schutzschicht 7 nicht bedeckt sind. Vorliegend bedeckt die Schutzschicht 7 also insbesondere die Kontaktflächen 20, 21 sowie zwei gegenüberliegende Seitenflächen 32 des Trägers 3 teilweise. In Figur 1D ist ein Verfahrensschritt gezeigt, bei dem die Schutzschicht 7 mit der darauf befindlichen elektrisch leitenden Schicht 4 abgelöst wurde, beispielsweise über ein Lösungsmittel. Dadurch sind auf dem Grundkörper Teilbereiche der elektrisch leitenden Schicht 4 zurückgeblieben, die vorliegend Kontaktelemente 40, 41 bilden. Ein erstes
Kontaktelement 40 ist dabei als eine Leiterbahn ausgebildet, die sich von der ersten Kontaktfläche 20 über eine Kante des Grundkörpers bis auf eine Seitenfläche 32 des Trägers 3 erstreckt. Ein zweites Kontaktelement 41 ist auf der zweiten Kontaktfläche 21 angeordnet und erstreckt sich von dieser zweiten Kontaktfläche 21 über eine Kante des Grundkörpers bis auf eine weitere Seitenfläche 32 des Trägers 3. Vorliegend reichen die Kontaktelemente 40, 41 nicht bis zur Unterseite 31 des Trägers 3.
Die Kontaktelemente 40, 41 liegen dabei im Bereich der
Kontaktflächen 20, 21 und den entsprechenden Seitenflächen 32 formschlüssig an dem Grundkörper an. Ferner sind die
Kontaktelemente 40, 41 einstückig, zusammenhängend und unterbrechungsfrei ausgebildet.
Über die Kontaktelemente 40, 41 können die Kontaktflächen 20, 21 und damit die gesamte Halbleiterschichtenfolge 1
elektrisch kontaktiert werden. Die Kontaktelemente 40, 41 sind Leiterbahnen, die beispielsweise eine Dicke zwischen 10 ym und 30 ym aufweisen und zum Beispiel aus Aluminium, Silber oder Kupfer bestehen. Um eine ausreichende Dicke der
Kontaktelemente 40, 41 zu erreichen, können die
Kontaktelemente 40, 41 beispielsweise galvanisch verstärkt sein. Möglich ist zum Beispiel eine Ti/Pt/Cu- oder Ti/Pd/Cu- oder Pd/Cu-Schichtenfolge, wobei die Cu-Schicht galvanisch aufgebracht ist.
In Figur 1D ist bereits ein Ausführungsbeispiel eines
fertigen optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt, der noch auf dem Hilfsträger 6 montiert ist. In Figur IE ist der Hilfsträger 6 von dem Halbleiterchip 100 abgelöst. Der Halbleiterchip 100 ist bevorzugt selbsttragend. Im Unterschied zur Figur 1D sind die Kontaktelemente 40, 41 nun bis zur Unterseite 31 des Trägers 3 geführt. Die Kontaktelemente 40, 41 weisen im Bereich der Unterseite 31 Anschlussbereiche 400 auf, über welche der Halbleiterchip 1 auf einem Anschlussträger montiert werden kann. In den
Anschlussbereichen 400 sind die Kontaktelemente 40, 41 als Stege oder Füße weg von dem Träger 3 geführt. Ferner
schließen die Kontaktelemente 40, 41 in den
Anschlussbereichen 400 bündig mit der Unterseite 31 des Trägers 3 ab. Die Anschlussbereiche 400 können also zusammen mit der Unterseite 31 des Trägers 3 eine Montagefläche oder Auflagefläche für einen Anschlussträger bilden.
Ferner ist auf den Grundkörper und auf die Kontaktelemente 40, 41 ein Vergussmaterial 50 aufgebracht, welches den
Grundkörper und die Kontaktelemente 40, 41 bis auf an der Unterseite 31 und an den Anschlussbereichen 400 vollständig bedeckt. Der Vergusskörper 50 kann beispielsweise ein Silikon oder Harz sein, das mit LeuchtstoffPartikeln versehen ist, die einen Teil der von der Halbleiterschichtenfolge 1 emittierten Strahlung in Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereichs konvertieren.
Die Dicke des Vergussmaterials 50 senkrecht zur Oberseite 30 des Trägers 3 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 100 ym und 300 ym.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1F ist ein
optoelektronischer Halbleiterchip 100 gezeigt, der bezüglich der Kontaktelemente 40, 41 und des Grundkörpers identisch zu dem Halbleiterchip 100 der Figur IE ausgebildet ist. Im
Unterschied zur Figur IE ist auf den Grundkörper und die
Kontaktelemente 40, 41 kein Vergussmaterial 50, sondern ein Konverterelement 5 in Form einer Konverterfolie oder eines keramischen Konverterplättchens aufgebracht. Das Konverterelement 5 hat beispielsweise eine Schichtdicke senkrecht zur Oberseite 30 des Trägers 3 von höchsten 50 ym und bedeckt sowohl die Halbleiterschichtenfolge 1 als auch die Seitenflächen 32 zumindest teilweise. Das
Konverterelement 5 der Figur 1F weist im Vergleich zu dem Vergussmaterial 50 der Figur IE aufgrund seiner geringeren Dicke eine bessere thermische Ankopplung an den Saphirträger 3 auf. Bevorzugt ist der Halbleiterchip 100 der Figur 1F ebenfalls selbsttragend ausgebildet.
In Figur IG ist ein Halbleiterchip aus dem Stand der Technik in Querschnittsansicht gezeigt. Hier ist der Grundkörper mit der Halbleiterschichtenfolge nicht über Leiterbahnen 40, 41 elektrisch kontaktiert, sondern über Kontaktdrähte, englisch bond wires. Aufgrund der gebogenen geometrischen Form der Kontaktdrähte bewirken diese eine verglichen mit den
Leiterbahnen 40, 41 wesentlich größere Abschattung des von der Halbleiterschichtenfolge 1 emittierten Lichts. Außerdem ist, wie in Figur 1F ersichtlich, jeder Kontaktdraht gekrümmt ausgebildet und ragt über die Halbleiterschichtenfolge hinaus. Dadurch kann bei einem solchen Halbleiterchip kein solch dünnes Konverterelement 5 wie in Figur 1F verwendet werden. Vielmehr ist hier, ähnlich wie in Figur IE gezeigt, ein Verguss nötig, dessen Dicke üblicherweise größer als 100 ym ist, wodurch die thermische Ankopplung an den Träger verglichen mit einem dünnen Konverterelement reduziert ist.
In Figur 1H ist ein Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt.
Sichtbar ist der Grundkörper, der von einem Konverterelement 5 in Form einer Konverterfolie sowohl an Seitenflächen 32 als auch an der Oberseite 30 des Trägers 3 überdeckt ist. Die Konverterfolie hat eine Dicke von beispielsweise 50 ym. In Figur II ist ein Diagramm gezeigt, bei dem die thermischen Eigenschaften von Halbleiterchips, die entweder mit einer Vergussmasse oder einer Konverterfolie überdeckt sind, verglichen sind. Gezeigt ist die Temperatur eines
Halbleiterchips als Funktion der eingespeisten Stromdichte. Die ausgefüllten Punkte sind Messwerte für einen
Halbleiterchip, auf dem weder eine Konverterfolie noch ein Vergussmaterial aufgebracht ist. Die nicht gefüllten Punkte zeigen einmal das Temperaturverhalten, bei dem eine
Konverterfolie mit einer Schichtdicke von 50 ym verwendet ist und einmal, bei dem ein Halbleiterchip mit einer Vergussmasse von 250 ym Dicke verwendet ist.
Wie aus dem Graphen der Figur II ersichtlich ist, kommt es bei der Verwendung einer Vergussmasse zu einer wesentlich stärkeren Erwärmung des Halbleiterchips als wenn eine dünne Konverterfolie von 50 ym verwendet wird.
In Figur 2A ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterchips 100 in 3D-Ansicht gezeigt. Der Halbleiterchip 100 hat die geometrische Form eines
Rechteckprismas mit sechs Mantelflächen, wobei über alle diese Mantelflächen im Betrieb elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt wird. Ersichtlich ist, dass die mit den
Kontaktelementen 40, 41 überdeckten Seitenflächen 32 des
Trägers 3 nur teilweise, beispielsweise zu höchstens 10 %, von den Kontaktelementen 40, 41 überdeckt sind. Die
Kontaktelemente 40, 41 haben dabei zum Beispiel eine Breite parallel zur Oberseite 31 des Trägers von höchstens 30 ym. Vorliegend ist der Flächenanteil der Gesamtoberfläche des
Halbleiterchips 100, über den im Betrieb Strahlung emittiert wird, zumindest 99 %. Die auf den Träger 3 aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge 1 weist außerdem Stromverteilungsstrukturen 101, 121 auf, über die der über die Kontaktelemente 40, 41 eingespeiste Strom effektiv entlang der Halbleiterschichtenfolge 1 verteilt werden kann.
In Figur 2B ist der gleiche optoelektronische Halbleiterchip 100 wie in Figur 2A, nur aus anderen Perspektiven, gezeigt. In Figur 2C ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 2A und 2B die Kontaktelemente 40, 41 bis zur Unterseite 31 des
Trägers 3 geführt sind und im Bereich der Unterseite 31 als Stege oder Füße von dem Träger 3 weggeführt sind. Diese Stege oder Füße bilden vorliegend Anschlussbereiche 400, über die der Halbleiterchip 100 zum Beispiel auf einem Anschlussträger montiert werden kann.
Außerdem ist in Figur 2C ein Vergussmaterial 50 auf dem
Grundkörper und die Kontaktelemente 40, 41 derart
aufgebracht, dass bis auf die Unterseite 31 und die
Anschlussbereiche 400 der Grundkörper und die Kontaktelemente 40, 41 vollständig von dem Vergussmaterial 50 überdeckt sind. Das Vergussmaterial 50 ist aber nur optional und auch ohne das Vergussmaterial ist der Halbleiterchip 100 einsetzbar und selbsttragend .
In Figur 2D ist der gleiche Halbleiterchip 100 wie in Figur 2C gezeigt, wobei nun der Blick auf die Unterseite 31 des Trägers 3 gerichtet ist. Wie in Figur 2D zu erkennen ist, schließen die Kontaktelemente 40, 41 im Bereich der
Anschlussbereiche 400 bündig mit der Unterseite 31 ab, so dass vorzugsweise eine ebene Fläche durch die Unterseite 31 und die Anschlussbereiche 400 gebildet wird, über die der Halbleiterchip 100 auf einem Anschlussträger montiert und elektrisch kontaktiert werden kann. Die Anschlussbereiche 400 und die Unterseite 31 liegen in Figur 2D frei und sind nicht von dem Vergussmaterial 50 überdeckt.
In Figur 3A ist der Halbleiterchip 100 der Figuren 2A und 2B gezeigt. Zusätzlich ist bei dem Halbleiterchip 100 der Figur 3A auf die Kontaktelemente 40, 41 jeweils ein
Anschlusselement 45 angebracht, das sich ausgehend von den Kontaktelementen 40 in Richtung weg von dem Halbleiterchip 100 erstreckt. Die Anschlusselemente 45 sind vorliegend als Anschlussstäbe ausgebildet, die beispielsweise aus einem Metall wie Gold, Silber, Kupfer, Nickel oder Aluminium gebildet sind.
In Figur 3B ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterbauelements 1000 in 3D-Ansicht gezeigt, wobei drei der in Figur 3A beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterchips 100 über die
Anschlusselemente 45 miteinander in Serie geschaltet sind. Die Anschlusselemente 45 verbinden dabei jeweils ein erstes Kontaktelement 40 eines Halbleiterchips 100 mit einem zweiten Kontaktelement 41 eines dazu benachbarten zweiten
Halbleiterchips 100. Die Anschlusselemente 45 sind
beispielsweise mit den Kontaktelementen 40, 41 verklebt oder verlötet .
Durch das Halbleiterbauelement 1000 der Figur 3B ist ein stabförmiges Leuchtelement aus einer Mehrzahl von
Halbleiterchips 100 realisiert, das lediglich über zwei elektrische Anschlüsse bestromt oder kontaktiert werden kann. Die Halbleiterchips 100 sind untereinander durch die
Anschlusselemente 45 in Reihe geschaltet.
In Figur 4A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1000 in 3D-Ansicht gezeigt. Im Unterschied zu dem vorangegangenen
Ausführungsbeispiel sind jetzt zwei optoelektronische
Halbleiterchips 100 ohne zwischenliegende Anschlusselemente 45 in Reihe geschaltet. Die Kontaktelemente 40, 41 zweier benachbarter Halbleiterchips 100 sind direkt aneinander gelegt und zum Beispiel mittels eines leitfähigen Klebers oder eines Lots miteinander elektrisch leitend und mechanisch stabil verbunden. Das Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements 1000 der Figur 4B unterscheidet sich von dem der Figur 4A dadurch, dass jetzt vier Halbleiterchips 100 durch direktes Anlegen der Kontaktelemente 40, 41 aneinander in Reihe geschaltet sind. Auf diese Weise ist in Figur 4B ein stabförmiges oder fadenförmiges Leuchtelement realisiert. Zu erkennen ist auch, dass die Halbleiterchips 100 schräg zu der Oberseite 30 verlaufende Seitenflächen 32 aufweisen. Bevorzugt sind zwei gegenüberliegende und mit Kontaktelementen 40, 41 versehene Seitenflächen 32 eines Halbleiterchips 100 in die gleiche Richtung geneigt. Dies hat zur Folge, dass die
Halbleiterchips 100 der Figur 4B nur auf eine Weise so aneinander angelegt werden können, dass die Seitenflächen 32 bündig aneinander anliegen. Auf diese Weise kann ein Pol- Schutz in dem Halbleiterbauelement 1000 realisiert sein.
Das elektrische und mechanische Verbinden der einzelnen
Halbleiterchips kann beispielsweise über Löt-Pads, wie AuSn- Pads, erfolgen. Zur AufSchmelzung der Löt-Pads können beispielsweise die Halbleiterchips 100 bei Temperaturen um 300 °C zusammengepresst werden.
In Figur 4C ist ein wie in Figur 4B gezeigtes
optoelektronisches Halbleiterbauelement 1000 in
Querschnittsansicht gezeigt. Dabei ist der Blick auf eine mit einem Kontaktelement 40, 41 bedeckte Seitenfläche 32 eines Halbleiterchips 100 gerichtet. Die in Reihe geschalteten Halbleiterchips 100 sind in einem Rohr 60 angeordnet, dessen Haupterstreckungsrichtung parallel zur
Haupterstreckungsrichtung der in Reihe geschalteten
Halbleiterchips 100 verläuft. Das Rohr 60 ist beispielsweise ein Hohlzylinder aus Glas mit einer kreisförmigen oder ellipsenförmigen Querschnittsfläche. Zwischen den
Halbleiterchips 100 und der Mantelfläche des Rohrs 60 ist ein Vergussmaterial 50 angeordnet, das Zwischenbereiche zwischen den Halbleiterchips 100 und dem Rohr 60 auffüllt und den Halbleiterchips 100 innerhalb des Rohrs mechanische
Stabilität verleiht und in Position hält. Bei dem
Vergussmaterial 50 kann es sich beispielsweise um ein
transparentes, insbesondere klarsichtiges Material, wie
Silikon oder Harz handeln. Auch ist es möglich, dass das Vergussmaterial 50 mit LeuchtstoffPartikeln versehen ist, die einen Teil der von den Halbleiterchips 100 emittierten
Strahlung in Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs konvertieren. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass auf der Mantelfläche des Rohrs 60 ein Konvertermaterial aufgebracht ist. Wie in Figur 4C ersichtlich, kann das dort gezeigte
optoelektronische Halbleiterbauelement über die gesamte zylinderförmige Mantelfläche des Rohrs 60 Licht abstrahlen. Auf diese Weise ist beispielsweise eine Leuchtstoffröhre aus LEDs realisiert.
In Figur 5 ist ein wie im Zusammenhang mit den Figuren 2A und 2B diskutierter optoelektronischer Halbleiterchip 100
gezeigt, der auf einem Anschlussträger 200 angeordnet ist. Im Unterschied zu den Figuren 2A und 2B ist in Figur 5 zumindest eines der Kontaktelemente 40, 41 von der Oberseite 30 bis zur Unterseite 31 des Trägers 3 geführt und in einem
Anschlussbereich 400 als Steg weg von dem Träger 3 geführt.
Im Bereich des Anschlussbereichs 400 liegt das Kontaktelement 40 auf dem Anschlussträger 200 auf und kann mit einem
Kontaktbereich des Trägers 200 elektrisch kontaktiert sein. Bei dem Anschlussträger 200 handelt es sich beispielsweise um eine Leiterplatte oder ein Aktivmatrixelement, insbesondere aus einem transparenten oder klarsichtigen Material.
In Figur 6A ist ein Verfahrensschritt zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines Halbleiterchips 100 gezeigt, bei dem ein wie im Zusammenhang mit Figur 1A beschriebener
Grundkörper zunächst auf einem Zwischenträger angeordnet ist. Die Halbleiterschichtenfolge 1 ist dem Zwischenträger
zugewandt. Außerdem sind alle vom Zwischenträger abgewandten Seiten des Grundkörpers, insbesondere die Seitenflächen 32 und die Unterseite 31 des Trägers 3, mit einer
zusammenhängend und unterbrechungsfrei ausgebildeten
Spiegelschicht 8 überdeckt.
Anschließend wird der Grundkörper mit der Spiegelschicht 8 vom Zwischenträger abgelöst und es werden die in den Figuren 6B bis 6E gezeigten Verfahrensschritte durchgeführt. Diese Verfahrensschritte sind im Wesentlichen identisch zu den in den Figuren 1A bis 1D gezeigten Verfahrensschritten. Im Unterschied zur Figur 1 werden hier aber die Kontaktelemente 40, 41 nicht an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 32 ausgebildet, vielmehr werden die Kontaktelemente 40, 41 ausgehend von Kontaktflächen 20, 21 auf die gleiche
Seitenfläche 32 geführt, so wie es in Figur 6E zu erkennen ist. Die übrigen drei Seitenflächen 32 sind dann frei von den Kontaktelementen 40, 41. Die Kontaktelemente 40, 41 werden dabei auf die Spiegelschicht 8 aufgebracht, sind aber von der Spiegelschicht 8 zum Beispiel durch eine
Passivierungsschicht , wie SiN oder S1O2, elektrisch isoliert.
Alternativ oder zusätzlich zur Passivierungsschicht ist es aber auch denkbar, dass die Spiegelschicht 8 so strukturiert ist, dass es zu keinem Kurzschluss kommt, entweder weil kein elektrischer Kontakt zwischen der Spiegelschicht 8 und den
Kontaktelementen 40, 41 entsteht oder weil die Spiegelschicht 8 in einen n- und einen p- Bereich strukturiert sind, die zwar jeweils für sich mit einem der Kontaktelemente 40, 41 elektrisch leitend verbunden sind, untereinander aber nicht in elektrischem Kontakt stehen.
In Figur 6F ist der Träger 2 entfernt und ein
Ausführungsbeispiel eines fertigen Halbleiterchips 100 gezeigt .
Die Figur 7A zeigt den Halbleiterchip 100 der Figur 6F in SD- Ansicht, wobei zu erkennen ist, dass bis auf die der
Unterseite 31 abgewandte Seite des Halbleiterchips 100 alle Seiten des Halbleiterchips 100 vollständig mit der
Spiegelschicht 8 überzogen sind. Der Halbleiterchip 100 emittiert also vorzugsweise nur über eine Seite Strahlung.
Die Figuren 7B und 7C zeigen den gleichen Halbleiterchip 100 wie Figur 7A, aber nun in Draufsicht auf die
Halbleiterschichtenfolge 1 beziehungsweise in Seitenansicht auf eine nicht mit den Kontaktelementen 40, 41 bedeckte
Seitenfläche 32.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 7D ist wie in Figur 7C ein Halbleiterchip 100 in Seitenansicht gezeigt. Im Unterschied zu Figur 7C ist die Unterseite 31 aber nicht von einer
Spiegelschicht 8 überdeckt, sodass über die Unterseite 31 Strahlung aus dem Halbleiterchip 100 emittiert werden kann. Auf einer Seitenfläche 32 ist eine in Form von Streifen strukturierte Spiegelschicht 8 aufgebracht, wobei durch die Strukturierung der Spiegelschicht 8 die
Abstrahlcharakteristik über diese Seitenfläche 32 eingestellt ist.
Außerdem wird in Figur 7D die über die der Unterseite 31 abgewandte Seite des Halbleiterchips 100 emittierte Strahlung in einen Lichtleiter eingekoppelt. Die aus der Seitenfläche 32 mit der strukturierten Spiegelschicht 8 emittierte
Strahlung wird auf ein Display gerichtet. Auf der dem Display gegenüberliegenden Seite des Halbleiterchips 100 befindet sich ein Anschlussträger 200. Die mit den Kontaktelementen 40, 41 versehene Seitenfläche 32 ist dem Anschlussträger zugewandt, wobei die Kontaktelemente 40, 41 über den
Anschlussträger 200 elektrisch kontaktiert sind.
In der Figur 8A ist ein Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode 500 in drei verschiedenen 3D-Ansichten gezeigt. Die
Leuchtdiode 500 umfasst einen Halbleiterchip 100 nach zum Beispiel einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele.
Insbesondere weist der Träger 3 des Halbleiterchips 100 die Form eines Quaders mit zwei gegenüberliegenden Stirnseiten auf. Die Stirnseiten sind Seitenflächen 32 des Trägers 3. Die übrigen beiden Seitenflächen 32 des Trägers 3 sind
Längsseiten. Die Form des Rechteckprismas ist länglich mit den beiden Stirnseiten an den Enden. Insbesondere sind die Stirnseiten die Flächen des Quaders mit den geringsten
Flächeninhalten. Vorliegend weisen alle anderen Flächen des Quaders mindestens einen doppelt so großen Flächeninhalt wie die Stirnseiten auf. Auf den beiden Stirnseiten sind jeweils Kontaktblöcke 401, 411 aufgebracht. Die Kontaktblöcke 401, 411 bestehen zum Beispiel aus Metall und bedecken die Stirnseiten vollständig. Insbesondere sind die Kontaktblöcke 401, 411 größer als die Stirnseiten, sodass die Kontaktblöcke 401, 411 die
Stirnseiten in alle Richtungen parallel zu den Stirnseiten überragen. Die Kontaktblöcke 401, 411 sind außerdem
elektrisch leitend mit den Kontaktelementen 40, 41 verbunden.
Die übrigen Seiten des Halbleiterchips 100, also die
Längsseiten, die Unterseite 31 des Trägers 3 und die
Halbleiterschichtenfolge 1 sind von einer Ummantelung 501 vollständig umgeben. Der Halbleiterchip 100 ist dadurch insgesamt vollständig umgeben von der Ummantelung 501 und den Kontaktblöcken 401, 411. Die Ummantelung 501 und die
Kontaktblöcke 401, 411 verkapseln somit den Halbleiterchip
100. Die Ummantelung 501 ist zum Beispiel dazu eingerichtet, einen Teil der oder alle von dem Halbleiterchip 100
emittierten Strahlung zu konvertieren. Die Ummantelung 501 auf den Seiten des Halbleiterchips 100 ist vorliegend so gewählt, dass ihre Dicke dem über die
Stirnseiten hinausragenden Bereichen der Kontaktblöcke 401, 411 entspricht. Insgesamt schließt dadurch die Ummantelung 501 in Richtung weg von dem Halbleiterchip 100 bündig mit den Kontaktblöcken 401, 411 ab. Eine durch die Ummantelung 501 und die Kontaktblöcke 401, 411 gebildete Außenfläche der Leuchtdiode 500 ist dadurch im Rahmen der
Herstellungstoleranz glatt. Vorliegend entspricht die
Außenfläche der Leuchtdiode 500 der Außenfläche eines
Rechteckprismas, insbesondere eines Quaders. Die Stirnseiten des Quaders sind vollständig durch die Kontaktblöcke 401, 411 gebildet .
Jedoch kann die Form der Kontaktblöcke 401, 411 und die Form der Ummantelung 501 auch so gewählt sein, dass die
Außenfläche der Leuchtdiode 500 zum Beispiel der Außenfläche eines Zylinders oder eines Ellipsoids entspricht.
In Figur 8B ist im Wesentlichen die gleiche Leuchtdiode 500 wie in Figur 8A wiederum in drei verschiedenen 3D-Ansichten gezeigt. Jedoch ist aus Gründen der besseren Darstellung die Ummantelung 501 diesmal nicht gezeigt. In einer Ansicht ist auch auf die Darstellung des ersten Kontaktblocks 401
verzichtet .
Insbesondere ist zu erkennen, dass die Kontaktelemente 40, 41 auf eine gemeinsame Längsseite des Trägers 3 gezogen sind. Jedoch stehen die Kontaktelemente 40, 41 an den Kanten zu den Stirnseiten in elektrischem Kontakt mit den Kontaktblöcken 401, 411.
Ferner ist in Figur 8B gut zu erkennen, dass die
Kontaktblöcke 401, 411 in alle Richtungen über die
Stirnseiten ragen, beispielsweise um zumindest 20 ym. In Figur 9A ist ebenfalls eine Leuchtdiode 500 in 3D-Ansicht dargestellt. Unterschiedliche Ausführungsformen dieser
Leuchtdiode 500 sind im Zusammenhang mit den Figuren 9B bis 9E in Querschnittsansicht gezeigt. Dabei ist jeweils der Querschnitt entlang der in Figur 9A gezeigten Pfeile
dargestellt .
In Figur 9B ist die Ummantelung 501 vollständig aus einem Konvertermaterial, zum Beispiel aus dem wie oben
beschriebenen Konverterelement 5 oder dem Vergussmaterial 50 gebildet. Sowohl die Unterseite 31 als auch die
Halbleiterschichtenfolge 1 sind vollständig von der
Ummantelung 501 bedeckt. Ebenso können die in Figur 9B nicht sichtbaren übrigen Seitenflächen 32 des Trägers 3 vollständig mit der Ummantelung 501 bedeckt sein. Die Ummantelung 501 der Figur 9B ist einstückig ausgebildet.
In der Figur 9C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei der die Ummantelung 501 auf der Unterseite 31 aus einem reflektierenden Material, zum Beispiel ein Ti02 aufweisendes Material, gebildet ist. Die Halbleiterschichtenfolge 1 hingegen ist wiederum von einer lichtkonvertierenden
Ummantelung 501 bedeckt. Vorliegend weist die Ummantelung 501 also mindestens zwei Bereiche auf und ist nicht einstückig ausgebildet.
In der Figur 9D ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der zweite Kontaktblock 411 einstückig ausgebildet ist und dabei von der Seitenfläche 32 bis auf die Unterseite 31 geführt ist. Zum Beispiel bedeckt der zweite Kontaktblock 411 die Unterseite 31 zu zumindest 50 % oder 70 % oder 90 %. Die Halbleiterschichtenfolge 1 ist wiederum von der
lichtkonvertierenden Ummantelung 501 bedeckt. In Figur 9E sind beide Kontaktblöcke 401, 411 von den
Seitenflächen 32 bis auf die Unterseite 31 gezogen und bedecken dabei die Unterseite 31 ebenfalls zum Beispiel zu zumindest 50 % oder 70 % oder 90 %.
In Figur 10A ist wiederum eine Leuchtdiode 500 in 3D-Ansicht dargestellt. Unterschiedliche Ausführungsformen dieser
Leuchtdiode 500 sind im Zusammenhang mit den Figuren 10B bis 10H in Querschnittsansicht gezeigt. Dabei ist jeweils der Querschnitt entlang der in Figur 10A gezeigten Pfeile dargestellt .
In Figur 10B ist zu erkennen, dass die Ummantelung 501 einstückig ist. Die Ummantelung 501 ist vollständig aus einem Konvertermaterial, zum Beispiel aus einem wie oben
beschriebenen Konverterelement 5 oder Vergussmaterial 50 gebildet. Die Leuchtdiode 500 emittiert konvertiertes Licht in alle Richtungen der Papierebene. In Figur 10C ist die Ummantelung 501 in zwei Bereiche aufgeteilt. Der erste Bereich ist lichtkonvertierend und besteht zum Beispiel aus dem Material des Konverterelements 5. Der zweite Bereich ist lichtreflektierend. Der zweite Bereich bedeckt die Unterseite 31 und die Seitenflächen 32 und schließt bündig mit der Oberseite 30 des Trägers 3 ab. Auf die Halbleiterschichtenfolge 1 ist der zweite,
lichtkonvertierende Bereich der Ummantelung 501 aufgebracht. Die so gebildete Leuchtdiode 500 emittiert konvertiertes Licht überwiegend nach oben.
In Figur 10D ist ebenfalls eine Leuchtdiode 500 gezeigt, die überwiegend nach oben emittiert. Der zweite,
lichtundurchlässige Bereich der Ummantelung 501 ragt in Richtung weg von der Unterseite 31 über die Oberseite 30 und die Halbleiterschichtenfolge 1 hinaus. Dadurch ist oberhalb von der Halbleiterschichtenfolge 1 eine Kavität gebildet, die mit dem ersten, lichtkonvertierenden Bereich der Ummantelung 501 aufgefüllt ist.
In Figur 10E ist eine Leuchtdiode 500 gezeigt, bei der der erste, lichtkonvertierende Bereich der Ummantelung 501 sowohl die Halbleiterschichtenfolge 1 als auch die Seitenflächen 32 des Trägers 3 bedeckt und bündig mit der Unterseite 31 des Trägers 3 abschließt. Auf die Unterseite 31 ist der zweite, lichtreflektierende Bereich der Ummantelung 501 aufgebracht. Die Leuchtdiode 500 der Figur 10E emittiert sowohl nach oben als auch zur Seite.
Bei der Leuchtdiode 500 der Figur 10F bedeckt der erste, lichtkonvertierende Bereich der Ummantelung 501 nur die
Seitenflächen 32 des Trägers 3. Der erste Bereich schließt sowohl mit der Unterseite 31 als auch mit der
Halbleiterschichtenfolge 1 bündig ab. Auf die
Halbleiterschichtenfolge 1 und die Unterseite 31 ist der zweite, lichtreflektierende Bereich der Ummantelung 501 aufgebracht. Eine solche Leuchtdiode 500 emittiert vorwiegend zur Seite.
Die Leuchtdiode 500 der Figur 10G ist ähnlich zu der
Leuchtdiode 500 der Figur 10F und emittiert ebenfalls
vorwiegend zur Seite. Allerdings schließt der erste Bereich der Ummantelung 501 nicht bündig mit der
Halbleiterschichtenfolge 1 und der Unterseite 31 ab, sondern überragt diese jeweils. Die dadurch entstehenden Kavitäten unterhalb der Unterseite 31 und oberhalb der Halbleiterschichtenfolge 1 sind mit dem zweiten, lichtreflektierenden Bereich der Ummantelung 501 aufgefüllt.
Die Leuchtdiode 500 der Figur 10H umfasst einen ersten, lichtkonvertierenden Bereich der Ummantelung 501, der die Halbleiterschichtenfolge 1 und die Seitenflächen 32 des Trägers 3 vollständig bedeckt. Der erste Bereich ragt dazu noch über die Unterseite 31 hinaus. Die dadurch entstehende Kavität unterhalb der Unterseite 31 ist mit dem zweiten, lichtreflektierenden Bereich der Ummantelung 501 aufgefüllt.
Bei der Leuchtdiode der Figur 101 ist der erste,
lichtkonvertierende Bereich der Ummantelung 501 auf der
Halbleiterschichtenfolge 1 und nur einer Seitenfläche 32 aufgebracht. Die Unterseite 31 und die übrige Seitenfläche 32 sind von dem zweiten, lichtreflektierenden Bereich der
Ummantelung 501 bedeckt.
In Figur IIA ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Leuchtdiode 500 in seitlicher Ansicht gezeigt. Die
Ummantelung 501 hat einen elliptischen Querschnitt. Die
Außenfläche der Ummantelung 501 ist also ellipsoid. Die
Ummantelung 501 besteht zum Beispiel aus Klarsilikon mit einer äußeren Schicht Konvertermaterial.
Aus der Ummantelung 501 ragen die Kontaktblöcke 401, 411 heraus. Anders als in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen schließen die Kontaktblöcke 401, 411 an der Außenfläche der Leuchtdiode 500 also nicht bündig mit der Ummantelung 501 ab.
In Figur IIB ist eine Leuchtdiode 500 in Draufsicht auf den ersten Kontaktblock 401 gezeigt. Anders als in Figur IIA und den vorhergehenden Ausführungsbeispielen sind die Kontaktblöcke 401, 411 kleiner als die Seitenflächen 32 des Trägers 3, auf die die Kontaktblöcke 401, 411 aufgebracht sind. Die entsprechenden Seitenflächen 32 sind also nicht vollständig von den Kontaktblöcken 401, 411 überdeckt. Die Die Kontaktblöcke 401, 411 haben außerdem eine kreisförmige Grundfläche. Die Außenfläche der Leuchtdiode 500 der Figur IIB kann die Außenfläche eines Zylinders oder eines
Ellipsoids oder eines Eis sein.
In Figur 12 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterbauelements 1000 gezeigt, bei dem mehrere der oben beschriebenen Leuchtdioden 500
übereinander gestapelt sind. Dabei sind die Kontaktblöcke 401, 411 benachbarter Leuchtdioden 500 elektrisch miteinander verbunden, sodass eine Parallelschaltung von mehreren
Leuchtdioden 500 realisiert ist. Die verschiedenen
Leuchtdioden 500 können im Betrieb zum Beispiel Licht
unterschiedlicher Farben emittieren.
Anders als in Figur 12 dargestellt ist jedoch auch eine
Serienschaltung mehrerer Leuchtdioden 500 denkbar.
In den Figuren 13A bis 13E sind verschiedene Positionen in einem Herstellungsverfahren für eine oder mehrere
Leuchtdioden 500 gezeigt.
In Figur 13A sind zwei Kontaktblöcke 401, 411 bereitgestellt. Jeder der Kontaktblöcke 401, 411 weist eine Stufe mit einem Auflagebereich auf, auf den der Halbleiterchip 100 aufgelegt wird. Durch diese Auflagebereiche wird der Halbleiterchip 100 für die Herstellung der Leuchtdioden 500 mechanisch getragen. Ferner sind auf den Auflagebereichen der Kontaktblöcke 401, 411 Klebetropfen oder Lottropfen aufgebracht. Bei der Montage des Halbleiterchips 100 dienen diese Klebetropfen oder
Lottropfen zur mechanisch dauerhaften Verbindung der
Kontaktblöcke 401, 411 mit dem Halbleiterchip 100. Außerdem können die Klebetropfen oder Lottropfen eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen 40, 41 und den
Kontaktblöcken 401, 411 bewirken. In Figur 13B ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, in der der Halbleiterchip 100 feste und dauerhaft mit den
Kontaktblöcken 401, 411 verbunden ist. Auf die
Halbleiterschichtenfolge 1 des Halbleiterchips 100 ist bereits eine Ummantelung 501 in Form eines Konverterelements aufgebracht. Die Unterseite 31 des Halbleiterchips 100 hängt aufgrund der Auflagebereiche frei in der Luft und ist
vorliegend noch nicht mit der Ummantelung 501 bedeckt.
In Figur 13C ist eine Position in dem Herstellungsverfahren gezeigt, bei der die Auflagebereiche der Kontaktblöcke 401, 411 anders ausgebildet sind. Anders als in den Figuren 13A und 13B liegen die Auflagebereiche nicht bündig am Boden auf, sondern sind als überhängende Vorsprünge an den
Kontaktblöcken 401, 411 ausgestaltet. Die Kontaktblöcke 401, 411 bedecken nach der Montage des Halbleiterchips 100 die
Seitenflächen 32 des Halbleiterchips 100 nicht vollständig.
In der Figur 13D ist eine weitere Ausgestaltung der
Kontaktblöcke 401, 411 offenbart. Auch hier sind die
Auflagebereiche als Vorsprünge an den Kontaktblöcken 401, 411 ausgebildet. Allerdings sind die Kontaktblöcke 401, 411 selbst größer als in Figur 13C, sodass nach der Montage des Halbleiterchips 100 die Seitenflächen 32 des Halbleiterchips 100 vollständig von den Kontaktblöcken 401, 411 bedeckt sind.
In Figur 13E ist eine Position in dem Herstellungsverfahren gezeigt, die auf die Position der Figur 13D folgt. Alle nicht von den Kontaktblöcken 401, 411 bedeckten Seiten des
Halbleiterchips 100 sind vollständig mit der Ummantelung 501 vergossen oder umgeben. Die Ummantelung 501 ist vorliegend einstückig ausgebildet und dient im bestimmungsgemäßen
Betrieb der Leuchtdiode 500 zum Beispiel zur Lichtkonversion.
In Figur 13F ist dargestellt, wie eine Mehrzahl von
Halbleiterchips 100 im Waferverbund auf die Kontaktblöcke 401, 411 montiert wird. In den Figuren 14A bis 14C sind Positionen in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens für
Leuchtdioden 500 gezeigt. Anders als bei dem zuvor
beschriebenen Verfahren wird hier von einem Hilfsträger 600 Gebrauch gemacht. Auf den Hilfsträger 600 sind die
Kontaktblöcke 401, 411 aufgelegt. Zwischen den Kontaktblöcken 401, 411 ist auf dem Hilfsträger 600 ein Podest 601
angeordnet. Der Halbleiterchip 100 wird mit der Unterseite 31 auf das Podest 601 aufgelegt. Die Konsequenz daraus ist, dass die Unterseite 31 des Halbleiterchips 100 in einer gegenüber der Auflagefläche der Kontaktblöcke 401, 411 auf dem
Hilfsträger 600 erhöhten Position angeordnet ist. Auf diese Weise ist erreicht, dass die Kontaktblöcke 401, 411 über die von den Kontaktblöcken 401, 411 bedeckten Seitenflächen 32 hinaus ragen. Dieser Effekt wurde in den
Ausführungsbeispielen der Figuren 13A bis 13F jeweils durch die Auflagebereiche der Kontaktblöcke 401, 411 erreicht. In Figur 14B ist außerdem gezeigt, dass die Ummantelung 501 bereits auf die Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht ist. Dies kann beispielsweise durch Vergießen erfolgen. In Figur 14C ist dargestellt, wie eine Mehrzahl von
Leuchtdioden 500 im Waferverbund hergestellt werden kann.
In den Figuren 15A bis 15D sind Positionen in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens der
Leuchtdioden 500 gezeigt.
In Figur 15A ist eine Mehrzahl von Trägern 3 mit jeweils einer darauf aufgebrachten Halbleiterschichtenfolge 1 auf einen Hilfsträger 6 aufgelegt. Anschließend werden
Kontaktelemente 40, 41 zum Beispiel wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A bis 1D beschrieben ausgebildet. Dadurch entstehen zunächst die Halbleiterchips 100.
Wie in Figur 15B zu erkennen ist, werden die Kontaktelemente 40, 41 zweier benachbarter Halbleiterchips 100
zusammenhängend ausgebildet. Der Hilfsträger 6 ist also in den Bereichen zwischen den Halbleiterchips 100 ebenfalls mit den elektrisch leitenden Kontaktelementen 40, 41 bedeckt. Diese mit den Kontaktelementen 40, 41 bedeckten Bereiche des Hilfsträgers 6 dienen als Keimbereich oder Keimzonen für die Entstehung der Kontaktblöcke 401, 411.
Wie in Figur 15C dargestellt sind die Kontaktblöcke 401, 411 über ein galvanisches Verfahren in den Keimbereichen
gewachsen. Die Kontaktblöcke 401, 411 überragen die
Halbleiterchips 100 in eine Richtung weg von dem Hilfsträger 6. Anschließend werden die Halbleiterchips 100, wie in Figur 15D gezeigt, noch mit der Ummantelung 501 umgeben, zum Beispiel vergossen . Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombinationen selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 104 886.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterschichtenfolge
3 Träger
4 elektrisch leitfähige Schicht
5 Konverterelement
6 Hilfsträger
7 Schutzschicht
8 Spiegelschicht
10 erste Schicht
11 aktive Schicht
12 zweite Schicht
20 erste Kontaktfläche
21 zweite Kontaktfläche
30 Oberseite des Trägers 3
31 Unterseite des Trägers 3
32 Seitenfläche des Trägers 3
40 erstes Kontaktelement
41 zweites Kontaktelement
45 Anschlusselement
50 Vergussmaterial
60 Rohr
100 optoelektronischer Halbleiteri
101 Stromverteilungsstruktur
121 Stromverteilungsstruktur
200 Anschlussträger
400 Anschlussfläche
401 erster Kontaktblock
411 zweiter Kontaktblock
500 Leuchtdiode
501 Ummantelung
600 Hilfsträger
601 Podest 1000 optoelektronisches Halbleiterbauelement

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip (100), aufweisend
- einen Grundkörper mit einem Träger (3) und einer auf einer Oberseite (30) des Trägers (3) angeordneten
Halbleiterschichtenfolge (1), die im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung emittiert oder absorbiert,
- zwei auf der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnete und vom Träger (3) abgewandte Kontaktflächen (20,
21), über die die Halbleiterschichtenfolge (1) elektrisch kontaktierbar ist,
- zwei Kontaktelemente (40, 41), die auf den
Kontaktflächen (20, 21) aufgebracht sind und mit diesen elektrisch leitend verbunden sind, wobei
- der Träger (3) quer zur Oberseite (30) verlaufende Seitenflächen (32) und eine der Oberseite (30) gegenüberliegende Unterseite (31) aufweist,
- die Kontaktelemente (40, 41) als Leiterbahnen
ausgebildet sind, die ausgehend von den
Kontaktflächen (20, 21) über Kanten des Grundkörpers bis auf die Seitenflächen (32) des Trägers (3) geführt sind. 2. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1, wobei
- die Kontaktelemente (40, 41) als einstückige
Leiterbahnen ausgebildet sind,
- die Kontaktelemente (40, 41) ausgehend von den
Kontaktflächen (20, 21) bis zu den Seitenflächen (32) formschlüssig am Grundkörper anliegen,
- der Träger (3) ein Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge (1) ist, - die Kontaktelemente (40, 41) direkt an den
entsprechenden Seitenflächen (32) des Trägers (3) anliegen .
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- die Kontaktelemente (40, 41) auf zwei sich
gegenüberliegende Seitenflächen (32) des Trägers (3) geführt sind,
- alle übrigen Seitenflächen (32) des Trägers (3) frei von Leiterbahnen oder strahlungsundurchlässigen
Beschichtungen sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- die Kontaktelemente (40, 41) auf die gleiche
Seitenfläche (32) des Trägers (3) geführt sind,
- alle Seitenflächen (32) und die Unterseite (31) vollständig mit einer Spiegelschicht (8) verspiegelt sind,
- die Spiegelschicht (8) für die von der
Halbleiterschichtenfolge (1) im Betrieb emittierte Strahlung eine Reflektivität von zumindest 90 % aufweist .
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1, wobei
- zumindest eine der Seiten des Grundkörpers oder
Trägers mit einer Spiegelschicht (8) bedeckt ist,
- die Spiegelschicht (8) strukturiert ist und über die Strukturierung das Abstrahlverhalten aus der
entsprechenden Seite des Grundkörpers oder Trägers eingestellt ist, - auf die strukturierte Spiegelschicht ein
Konverterelement (5) aufgebracht ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Halbleiterchip (100) ein Saphir-Volumenemitter ist, bei dem der Träger (3) ein Saphirträger ist und die Halbleiterschichtenfolge (1) auf dem Saphirträger aufgewachsen ist,
- die Halbleiterschichtenfolge (1) eine dem Träger (3) zugewandte erste Schicht (10) eines ersten
Leitfähigkeitstyps, eine dem Träger (3) abgewandte zweite Schicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine zwischen der ersten (10) und der zweiten Schicht (12) angeordnete aktive Schicht (11)
aufweist,
- eine zweite Kontaktfläche (21) auf der zweiten
Schicht (12) angeordnet ist,
- über die zweite Kontaktfläche (21) die zweite Schicht (12) elektrisch kontaktierbar ist,
- eine erste Kontaktfläche (20) in einer Ausnehmung der Halbleiterschichtenfolge (1) auf der ersten Schicht (10) angeordnet ist, wobei innerhalb der Ausnehmung die zweite Schicht (12) und die aktive Schicht (11) entfernt sind und die erste Schicht (10) freigelegt ist,
- über die erste Kontaktfläche (20) die erste Schicht (10) elektrisch kontaktierbar ist,
- die Kontaktelemente (40, 41) direkt an den
entsprechenden Seitenflächen (32) des Trägers (3) anliegen und keine weiteren Schichten zwischen Träger (3) und Kontaktelementen (40, 41) angeordnet sind. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Halbleiterchip (100) die geometrische Grundform eines Rechteckprismas mit sechs Mantelflächen aufweist,
- im Betrieb über alle Mantelflächen des
Halbleiterchips (100) Strahlung emittiert wird,
- der Flächenanteil der Gesamtoberfläche des
Halbleiterchips (100), über den im Betrieb Strahlung emittiert werden kann, zumindest 99 % beträgt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Kontaktelemente (40, 41) bis zur Unterseite (31) des Trägers (3) geführt sind,
- die Kontaktelemente (40, 41) im Bereich der
Unterseite (31) jeweils einen Anschlussbereich (400) aufweisen, über welche der Halbleiterchip (100) auf einem Anschlussträger (200) montiert und elektrisch kontaktiert werden kann,
- im Anschlussbereich (400) das entsprechende
Kontaktelement (40, 41) als Steg vom Träger (3) weggeführt ist,
- die Anschlussbereiche (400) in Richtung weg von der Unterseite (31) bündig mit der Unterseite (31) des Trägers (3) abschließen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- auf der Halbleiterschichtenfolge (1) ein
Konverterelement (5) aufgebracht ist, das zumindest einen Teil der von der Halbleiterschichtenfolge (1) emittierten Strahlung in Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandelt,
- das Konverterelement (5) eine Dicke von höchstens 50 ym aufweist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach mindestens Anspruch 8, wobei
- bis auf die Unterseite (31) und die Anschlussbereiche (400) der Grundkörper und die Kontaktelemente (40, 41) vollständig von einem Vergussmaterial (50) umformt sind,
- das Vergussmaterial (50) einen Teil der von der
Halbleiterschichtenfolge (1) emittierten Strahlung in Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs
umwandelt .
Leuchtdiode (500) umfassend
- einen Halbleiterchip (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
- zwei elektrisch leitende Kontaktblöcke (410, 420), die auf zwei Seitenflächen (32) des Trägers (3) aufgebracht sind, wobei
- die Kontaktblöcke (401, 411) elektrisch leitend mit den Kontaktelementen (40, 41) verbunden sind,
- eine Ummantelung (501) rings um den Grundkörper
angeordnet ist, die die nicht von den Kontaktblöcken (401, 411) bedeckten Stellen des Grundkörpers ganz oder teilweise bedeckt,
- die Kontaktblöcke (401, 411) an einer Außenfläche der Leuchtdiode (500) im unmontierten Zustand der
Leuchtdiode (500) frei liegen und im Betrieb zur externen elektrischen Kontaktierung der Leuchtdiode (500) dienen. Leuchtdiode (500) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- die Kontaktblöcke (401, 411) die beiden Seitenflächen (32) vollständig überdecken und in Draufsicht auf die beiden Seitenflächen (32) über die beiden
Seitenflächen (32) hinaus ragen.
Leuchtdiode (500) nach einem der Ansprüche 11 und 12, wobei
- die Kontaktblöcke (401, 411) auf zwei einander
gegenüberliegenden Seitenflächen (32) des Trägers (3) aufgebracht sind,
- der Halbleiterchip (100) von der Ummantelung (501) und den Kontaktblöcken (401, 411) vollständig umgeben ist,
- an der Außenfläche der Leuchtdiode (500) die
Ummantelung (501) bündig mit den Kontaktblöcken (401, 411) abschließt,
- die durch die Kontaktblöcke (401, 411) und
Ummantelung (501) gebildete Außenfläche der
Leuchtdiode (500) im Rahmen der Herstellungstoleranz glatt ist,
- die Außenfläche der Leuchtdiode (500) die
geometrische Form der Außenfläche eines Zylinders oder Rechteckprismas oder Ellipsoids hat.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1000) mit zumindest zwei Halbleiterchips (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei ein Kontaktelement (40, 41) eines Halbleiterchips (100) elektrisch leitend mit einem Kontaktelement (40, 41) eines weiteren Halbleiterchips (100) verbunden ist, und wobei die Halbleiterchips (100) elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet sind.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1000) nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei ein Kontaktelement (40, 41) des einen
Halbleiterchips (100) in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt mit einem Kontaktelement (40, 41) des weiteren Halbleiterchips (100) steht.
16. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1000) nach Anspruch 14,
wobei das Halbleiterbauelement (1000) mindestens zwei Leuchtdioden (500) nach mindestens Anspruch 11 umfasst und die Kontaktblöcke (401, 411) benachbarter
Leuchtdioden (500) in direktem Kontakt zueinander stehen .
17. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips (100), aufweisend die Schritte:
A) Bereitstellen eines Grundkörpers umfassend:
- einen Träger (3) mit einer Oberseite (30), eine der Oberseite (30) gegenüberliegenden Unterseite (31) und quer zur Oberseite (30) verlaufenden Seitenflächen
(32), über die die Oberseite (30) mit der Unterseite
(31) verbunden ist,
- eine auf der Oberseite (30) des Trägers (3)
aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge (1), die im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung emittiert oder absorbiert;
B) Aufbringen des Grundkörpers auf einen Hilfsträger (6), sodass die Halbleiterschichtenfolge (1) dem
Hilfsträger (6) abgewandt ist;
C) Aufbringen einer Schutzschicht (7) auf den Grundkörper, sodass zumindest vom Träger (3) abgewandte Kontaktflächen (20, 21) auf der
Halbleiterschichtenfolge (1) frei von der Schutzschicht (7) bleiben, wobei über die Kontaktflächen (20, 21) die Halbleiterschichtenfolge (1) elektrisch kontaktierbar ist ;
D) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Schicht (4) auf die Schutzschicht (7), die Kontaktflächen (20, 21) und Seitenflächen (32) des Trägers (3) ;
E) Ablösen der Schutzschicht (7) mit der darauf
befindlichen elektrisch leitfähigen Schicht (4), sodass Kontaktelemente (40, 41) in Form von Leiterbahnen entstehen, die ausgehend von den Kontaktflächen (20, 21) über Kanten des Grundkörpers bis auf Seitenflächen (32) des Trägers (3) geführt sind und dabei
formschlüssig an dem Grundkörper anliegen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- im Schritt C) zunächst die Schutzschicht (7) in Form eines Fotolacks auf den Grundkörper und den
Hilfsträger (6) aufgebracht wird,
- anschließend der Fotolack so strukturiert wird, dass die Bereiche des Grundkörpers und/oder des
Hilfsträgers (6), die später von den Kontaktelementen (40, 41) überdeckt sein sollen, von dem Fotolack frei sind .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- nach dem Schritt E) der mit den Kontaktelementen (40, 41) versehene Grundkörper mit einem Konverterelement (5) in Form einer Konverterfolie oder einer
Vergussmasse überdeckt wird, - nach dem Schritt E) der Hilfsträger (6) vom
Grundkörper abgelöst wird.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode (500) umfassend die Verfahrensschritte von mindestens
Anspruch 17, wobei
- nach dem Schritt E) auf zwei Seitenflächen (32) des Trägers (3) Kontaktblöcke (401, 411) aufgebracht werden,
- anschließend alle nicht von den Kontaktblöcken (401, 411) überdeckten Bereiche des Halbleiterchips (100) mit einer Ummantelung (501) umgeben werden.
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