WO2016202934A1 - Leuchtdiode und verfahren zur herstellung einer leuchtdiode - Google Patents

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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • Light-emitting diode and method for producing a light-emitting diode A light-emitting diode is specified. In addition, a method for producing a light-emitting diode is specified.
  • An object to be solved is to provide a light-emitting diode, which is particularly well against external influences such
  • Another object to be solved is to provide a method for producing such a light-emitting diode.
  • the light-emitting diode has an optoelectronic semiconductor chip with a
  • the radiation side and / or the contact side form, for example, main sides, ie sides with the greatest lateral extent of the
  • the semiconductor chip has lateral surfaces extending transversely to the contact side or radiation side, which connect the contact side and the radiation side to one another.
  • a first contact element for external electrical contacting of the semiconductor chip is mounted on the contact side of the semiconductor chip.
  • the first contact element has, for example, a metal or consists thereof.
  • the semiconductor chip may have an auxiliary carrier on which a semiconductor layer sequence is applied.
  • Subcarrier can form the stabilizing component of the semiconductor chip, so that the semiconductor chip
  • the auxiliary carrier may be a growth substrate for the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence may be a growth substrate for the semiconductor layer sequence.
  • Substrate also be different from a growth substrate, in this case, the growth substrate may be removed.
  • the subcarrier is based on Si, SiC, Ge,
  • 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 else an arsenide compound
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN or AlInGaAs.
  • the semiconductor chip is set up in normal operation, to generate electromagnetic radiation and over the
  • Radiation side extending main emission direction to emit.
  • the main emission direction points, for example, from the contact side beyond the radiation side out of the semiconductor chip.
  • the semiconductor layer sequence can have, for example, an active layer.
  • the active layer contains 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 active layer generates, for example, radiation in the blue spectral range and / or in the UV range and / or in the visible spectral range.
  • the light-emitting diode has a transparent, in particular transparent, solid body.
  • the solid body is preferably formed solid and / or in one piece.
  • the light-emitting diode has a cover element, wherein the cover element may, for example, comprise or consist of one or more of the following materials: glass, silicone, in particular
  • the cover element may be transparent and / or clear-sighted for the radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the cover element can partially or completely absorb the radiation of the semiconductor chip and convert it into radiation of another wavelength range.
  • the at least partially converted radiation emerging from the cover element can then be, for example, light in the visible range, in particular white light.
  • the semiconductor chip is embedded in the solid body, wherein the side surfaces and the radiation side are positively covered by the solid body.
  • the solid body with the semiconductor chip is in direct contact and transforms the semiconductor chip.
  • the side surfaces and / or the radiation side can be completely or only partially, for example at least 60% or 80% or 90%, covered by the solid body.
  • the solid body and / or the semiconductor chip are then, for example, the stabilizing components of the light-emitting diode, so that the light-emitting diode is mechanically self-supporting. Further stabilization measures, for example an additional one
  • Carrier for the LED are then not necessary for stabilization.
  • the solid body widens along the main emission direction.
  • the solid body can widen continuously and / or steadily and / or monotonously.
  • steps in the solid body are possible.
  • the solid body has an aspherical geometry, for example the shape of an ellipsoidal segment. But it is also possible a spherical geometry, for example, the geometry of a spherical segment, or the
  • the semiconductor chip is arranged centrally or centrally in the solid body, so that a parallel to the
  • Main emission direction extending symmetry axis of the Full body coincides with an axis of symmetry of the semiconductor chip.
  • the widening shape of the solid can serve in particular for widening a light beam emerging from the radiation side.
  • the cover element is arranged downstream of the solid body in the main emission direction and is applied directly to the solid body. Radiation which is emitted from the semiconductor chip in the direction of the main emission direction thus first passes through the solid body and then impinges on the cover element, via which the radiation is then coupled out of the light-emitting diode.
  • a side facing away from the solid body of the cover is as
  • At least a part for example a majority, such as at least 50% or 80% or 90% or 99% of that of
  • Semiconductor chip emitted radiation are then decoupled from the light emitting diode via the radiation exit surface.
  • the first one lies
  • the light-emitting diode may then be suitable, for example, to be applied with the contact side first to a carrier, such as a contact carrier, for example, to be soldered, the first one being a contact carrier
  • the light-emitting diode has an optoelectronic semiconductor chip with a
  • Radiation side one of the radiation side opposite contact side and transverse to the radiation side
  • the semiconductor chip emits electromagnetic radiation over the
  • the solid body widens along the main emission direction.
  • the cover is the solid body arranged downstream in the main emission direction and applied directly to the solid body. A side facing away from the solid body of the cover is as
  • the first contact element is exposed in the unassembled and / or non-contacted state of the light emitting diode.
  • Radiation characteristic of the LED off In particular, can it comes in this way to a widening of an emitted beam. Furthermore, the spreading geometry of the potting body can have a radiation-directing effect. On the lateral surfaces or outer surfaces of the
  • Potting the radiation emitted by the semiconductor chip is partially totally reflected and directed towards the cover.
  • the encapsulating effect of the potting body has the advantage that as converter materials within the
  • the solid body has one or more transverse to the radiation side
  • the lateral surfaces are outer surfaces of the potting.
  • the lateral surfaces are exposed to the outside, so are not covered by other elements of the LED and form the outer surfaces of the
  • the lateral surfaces are in
  • Potting and the material from which the potting body is surrounded has a high degree of total reflection within the potting result.
  • the coating preferably forms outer surfaces of the light-emitting diode.
  • the Coating then is completely surrounded by, for example, a gas such as air and covered by no other elements of the light emitting diode.
  • the coating may in particular be a mirror layer and / or a first
  • one or more or all lateral surfaces of the potting body with a
  • the mirror layer can be applied directly or indirectly to the lateral surfaces. In particular, between the mirror layer and the
  • Passivation layer be arranged.
  • the mirror layer covers the lateral surfaces partially or completely.
  • the degree of coverage of the mirror layer on the lateral surfaces is at least 80% or 90% or 99%.
  • the mirror layer can be one or more metals, such as
  • the thickness of the mirror layer is at least 100 nm or 500 nm or 1 ym. Alternatively or additionally, the thickness of the
  • mirror layer can also be a multilayer mirror, for example a Bragg mirror.
  • Mirror layer for the radiation emitted by the semiconductor chip has a reflectivity of at least 80% or 90% or 95%.
  • the reflectivity is, for example, the averaged over the emission spectrum of the semiconductor chip reflectivity or a reflectivity measured at the Wavelength at which the semiconductor chip has an emission maximum.
  • the solid body comprises or consists of one or more of the following materials: plastics, such as thermoplastics or thermosets,
  • Silicone such as clear silicone, resin, silicone resin, silazane, acrylic, parylene, omocer, glass. According to at least one embodiment, the encapsulated
  • Hermetic in this case means that the potting body penetrates or
  • the potting body is surrounded in the lateral direction by a housing body, in particular completely and / or positively surrounded.
  • the housing body may be a potting.
  • the housing body may be a potting.
  • Housing body in direct contact with the solid body or with a coating applied to the solid body.
  • the housing body may be transparent or impermeable to the radiation emitted by the light emitting diode.
  • Housing body may, together with the
  • the housing body comprises a plastic, such as a white plastic, or a silicone or a resin or a
  • Silicone resin on or consists of it.
  • Housing body can be radiation-reflecting particles, such as Ti02 particles introduced. According to at least one embodiment is between the
  • Passivation layer may in particular comprise or consist of one or more transparent materials.
  • materials come, for example, silicon oxides, such as S1O2 or
  • Aluminas such as Al 2 O 3, or siloxanes, such as
  • the first passivation layer can be used in particular as
  • Bonding layer between the mirror layer and the potting serve.
  • the first passivation layer is located. For each temperature within this temperature range, the first passivation layer may differ as temperature changes occur
  • Extents of the mirror layer and the solid body at least partially compensate or compensate and thus reduce voltages within the light emitting diode. This is extended
  • the second passivation layer can serve as protection of the mirror layer.
  • the second passivation layer includes a silicon nitride such as SiN Silica, such as S1O2, or parylene or an alumina, such as Al2O3, or HMDSO or consists thereof.
  • the thicknesses of the first and second passivation layers are each between 50 nm and 5 ⁇ m, for example.
  • the second contact element may also comprise or consist of a metal and / or expose it in the unassembled or electrically non-contacted state of the light-emitting diode.
  • the semiconductor chip or the light-emitting diode in particular
  • the mirror layer is guided to the contact side of the semiconductor chip and is electrically conductively connected to the first contact element.
  • the mirror layer is then preferably formed of an electrically conductive material, such as a metal, or comprises such a material.
  • the mirror layer is then in direct contact with the first contact element or forms the first contact element.
  • the mirror layer is guided to the contact side and with the second
  • Contact element may be applied or may be the second
  • the mirror layer is interrupted along a gap, so that, for example, during operation no short circuit occurs between the first and the second contact element.
  • the mirror layer is therefore not formed contiguous, but has two electrically isolated from each other areas that are electrically connected, for example, each with the first and the second contact element.
  • the gap in the mirror layer has, for example, a width of at most 10 ⁇ m or 5 ⁇ m or 3 ⁇ m and / or of at least 500 nm or 1 ⁇ m or 3 ⁇ m.
  • the mirror layer is electrically conductively connected to the second contact element and extends over the entire contact side.
  • the first one lies
  • Insulation layer for example made of silicon oxide, arranged, the two contact elements electrically from each other
  • Top view of the back of the semiconductor chip can partially cover completely.
  • the additional mirror can have similar or the same characteristics as the above said mirror layer, in particular with regard to
  • Radiation exit surface extending side surfaces of the cover and the outer surfaces of the solid body
  • the cover element is substantially parallel as a plate with two
  • the main sides can be substantially parallel to the radiation side of the
  • the thickness of the cover member between the two major sides is, for example, at most 5 mm or 1 mm or 500 ym. Alternatively or
  • the thickness of the cover member is at least 100 ym or 200 ym or 300 ym.
  • the cover element has the geometric shape of a lens.
  • the cover can be, for example, plano-convex or plano-concave.
  • the cover is a Fresnel lens
  • the radiation exit surface of the cover is partially or completely curved concave or convex.
  • the cover element is a tube filled with quantum dots.
  • the quantum dots are configured to cause a conversion of the radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the cover is thus in particular as
  • the light-emitting diode has two or more in each case as described above
  • Potting embedded semiconductor chips which are mechanically connected to each other via a common cover.
  • the converter element is the semiconductor layer sequence
  • the converter element can, for example, have quantum dots for radiation conversion, the sensitive quantum dots being protected from external influences by the potting body.
  • the converter element of the semiconductor chip it is also possible for the converter element of the semiconductor chip to be a ceramic converter element or a potting compound provided with converter particles, such as a silicone potting compound.
  • the lateral dimensions of the light-emitting diode parallel to the radiation side are at least 300 ⁇ m or 500 ⁇ m or 1 mm larger than those
  • the lateral dimensions of the semiconductor chip are at most 10 mm or 5 mm or 1 mm larger than that of the
  • the vertical dimensions of the light-emitting diode are, for example, at least 100 ym or 200 ym or 500 ym and / or at most 1 mm or 700 ym or 500 ym greater than the vertical dimensions of the semiconductor chip, the vertical direction being a direction parallel to
  • Main emission direction of the semiconductor chip is.
  • the method is particularly suitable for the production of the light-emitting diodes described here. That is, all features disclosed in connection with the light emitting diode are also disclosed for the method and vice versa.
  • the method for producing a plurality of light-emitting diodes comprises a step A) in which a carrier is provided.
  • the carrier can have the same materials or from it
  • the carrier is a converter element, for example a ceramic converter element.
  • a transparent potting compound is applied to the carrier.
  • the transparent potting compound may have the same materials or from it
  • each semiconductor chip has a radiation side, one of the radiation side
  • the semiconductor chips are set up, in normal operation, for electromagnetic radiation over the radiation side along a plane perpendicular to the radiation side
  • the potting compound can be cured, for example.
  • each light-emitting diode comprises one, for example exactly one solid body and one, for example exactly one, cover element.
  • the cover member constitutes a part of the singulated carrier
  • the solid body constitutes a part of the singulated potting compound.
  • the solid body is formed to widen along the main emission direction.
  • each light-emitting diode comprises one, for example exactly one, semiconductor chip.
  • steps A) to E) independently of each other as separate steps.
  • the steps are preferably carried out in the specified order.
  • the potting compound has a viscosity of at most 10 5 Ps or 10 ⁇ Ps or 10 3 Ps when immersing the semiconductor chips.
  • the viscosity of the potting compound is at least 10 2 Ps or 10 3 P ⁇ s or 10 q P ⁇ s.
  • the material of the potting compound is selected such that it can be immersed or immersed a curing process following the immersion its shape in the field of semiconductor chips due to
  • the change in shape is such that the widening shape of the later full body is formed independently. In this case, therefore, the widening shape of the solid body does not have to be formed by an extra process step, such as a removal or structuring process, but the shape of the solid body is formed automatically due to the material property of the potting compound.
  • the potting compound before or after curing is structured or machined, for example, abraded or removed, or a molding process in the non
  • a mirror layer is deposited on the potting compound from a side facing away from the carrier after step D). The deposition of the
  • Mirror layer for example, via a sputtering process or via evaporation or physical
  • PVD vacuum vapor deposition
  • Atomic layer deposition short ALD done.
  • a sacrificial layer is at least applied to the
  • the sacrificial layer may be, for example, a photoresist or a plastic.
  • the sacrificial layer is applied so that it covers the contact side partially or completely. After depositing the mirror layer, the sacrificial layer is then removed again, so that the previously from the
  • Sacrificial layer covered areas are free of the mirror layer. In this way it can be prevented, for example, that contact elements mounted on the contact side are covered by the mirror layer or come into contact with the mirror layer. It is also possible, for example, to form a gap in the mirror layer in this way so that the mirror layer is subsequently not formed coherently
  • FIGS. 3A and 3B optoelectronic semiconductor chips for
  • Figure 1A shows a position in the manufacturing process.
  • a carrier 33 is provided, on which a
  • Potting compound 20 is applied.
  • the carrier 33 is, for example, a glass or plastic carrier or a converter element.
  • the potting compound 20 is
  • a liquid or viscous especially transparent plastic or a clear silicone with a
  • the potting compound 20 and the carrier 33 may be connected to each other by means of a connecting means. In particular, that can
  • the potting compound 20 may be provided in the form of a plurality of drops on the carrier.
  • the surface of each drop facing away from the carrier 30 is spherical or
  • Semiconductor chips 1 are provided, each having a
  • Radiation side 16 one of the radiation side 16
  • Radiation side 16 extending side surfaces 15 have.
  • a more detailed description of the structure of the semiconductor chips 1 is provided in connection with FIG. 3.
  • the semiconductor chips 1 are designed to be in the
  • a first metallic contact element 10 and a second metallic contact element 11 are applied, via which the semiconductor chips 1 can be electrically contacted externally.
  • the contact elements 10, 11 are exposed on the contact sides 12, so are freely accessible from the outside.
  • FIG. 1B shows a position in the method in which the semiconductor chips 1 with the radiation side 16 are pressed ahead into the potting compound 20.
  • the material of the potting compound 20 is chosen so that it is during the depression or as a result of a curing process itself
  • the side surfaces 15 are at least 80% covered by the potting compound 20 after immersion of the semiconductor chips 1 or after curing.
  • the potting compound 20 surrounds the radiation sides 16 and the side surfaces 15 positively and is in direct
  • the potting compound 20 is provided in the form of a plurality of drops on the carrier 33, exactly one semiconductor chip 1 is arranged in each drop of the potting compound 20.
  • the potting compound 20 has a shape widening in the direction away from the contact side and toward the radiation side. Furthermore, it can be seen in FIG. 1B that the
  • the sacrificial layers 5 in the present case completely cover the contact sides 12.
  • the sacrificial layers 5 are based for example on a photoresist or a plastic.
  • a mirror layer 4 is applied to the sacrificial layers 5 and the potting compound 20 from a side facing away from the carrier 33.
  • the mirror layer 4 is formed of, for example, a metal such as silver and has a thickness between 500 nm and 2 ym inclusive.
  • Sacrificial layers 5 for example, by means of a
  • Potting compound 20 completely covered. In particular, transverse to the radiation side 16 extending lateral surfaces 25 of the potting compound 20 are covered by the mirror layer 4.
  • mirror layer 4 is not applied directly to the potting compound 20, but between mirror layer 4 and
  • Potting compound 20 a first passivation layer 40 is arranged.
  • the first passivation layer 40 is based
  • the materials of the potting compound 20, the mirror layer 4 and the first passivation layer 40 are selected so that in a temperature range of -20 ° C to +100 ° C, the thermal
  • Potting compound 20 and the mirror layer 4 is located.
  • the second passivation layer 41 protects the mirror layer 4 from external influences.
  • FIG. 1E one following the position of FIG.
  • the sacrificial layers 5 with the mirror layer 4 applied thereto are detached from the contact sides 12 of the semiconductor chips 1. After detachment of the sacrificial layers 5 are the
  • FIG. 1C a method step is indicated in FIG. 1C, in which the semiconductor chips 1 are singulated through the potting compound 20 and the carrier 33 along a separation plane marked as a dashed line, so that individual light-emitting diodes 100 are formed.
  • Radiation exit surface 30 are free of the other
  • Potting body 50 In the embodiment of Figure 2A, a light-emitting diode 100 is shown, which is for example at least partially made with the method described in connection with Figure 1.
  • the LED 100 has one as already
  • FIG. 2A indicates that the semiconductor chip 1 extends along a
  • the semiconductor chip 1 is in a potting body 2
  • Semiconductor chips 1 positively surrounds and in direct
  • the potting body 2 widens in the direction away from the contact side 12 along the main emission direction 17. In this case, the potting body 2 widens monotonously, so there are no areas in which the
  • Potting body 2 in the direction of the main emission direction 17 is narrower again.
  • the widest point of the potting body 2 is consequently the furthest from the contact side 12.
  • the casting body 2 is followed by a cover element 3 which, for example, represents a part of the carrier 33 described above.
  • Covering element 3 is in direct contact with the
  • Potting body 2 and terminates flush with the potting body 2 in the lateral direction.
  • the cover 3 is a plate with two substantially parallel
  • a potting body 2 facing away from the main side of the cover 3 is as
  • Radiation exit surface 30 of the LED 100 is formed, over which at least 90% of the generated radiation is coupled out of the light-emitting diode 100 during operation.
  • lateral surfaces 25 or outer surfaces 25 of the potting body 2 extending transversely to the radiation side 16 are completely covered by the mirror layer 4. Also transverse to the radiation side 16 extending side surfaces of the cover 3 are completely covered with the mirror layer 4.
  • the lateral dimensions of the light-emitting diode 100 are for
  • Example at least 300 ym larger than the lateral
  • FIG. 2B shows an exemplary embodiment of a light-emitting diode 100, in which the mirror layer 4 except for the
  • the mirror layer 4 could itself form the contact elements 10, 11. Along a gap 44, the mirror layer 4 is interrupted, so that there is no short circuit between the contact elements 10, 11.
  • FIG. 2C shows the exemplary embodiment of FIG. 2B in FIG.
  • a light emitting diode 100 is shown, which substantially corresponds to the light-emitting diode 100 of Figure 2A.
  • the potting body 2 widened continuously and / or steadily in the direction away from the contact side 12 and, unlike in FIG. 2A, has no discontinuities or discontinuous regions within the potting body 2.
  • the potting body 2 has, for example, an aspherical or spherical shape, such as an ellipsoidal segment or a spherical segment.
  • the exemplary embodiment of a light-emitting diode 100 of FIG. 2E differs from the embodiment of FIG. 2D only with regard to the semiconductor chip 1.
  • the semiconductor chip 1 has a converter element 18 which forms the radiation side 16.
  • Converter element 18 may be, for example, a ceramic converter element or one with
  • Converter particles provided potting act. It is also possible for the converter element 18 to have quantum dots as converting particles, which are protected particularly well against external influences by the potting body 2.
  • the potting body 2 is trapezoidal in cross-sectional view. In 3D representation, it could be at the
  • Potting 2 for example, act around a truncated cone or a truncated pyramid.
  • the second contact element 11 is formed by the mirror layer 4, which extends over virtually the entire contact side 12 of the semiconductor chip 1.
  • the mirror layer 4 extends over virtually the entire contact side 12 of the semiconductor chip 1.
  • One in the direction of the contact side 12 of the semiconductor chip. 1 emitted radiation can then be reflected via the second contact element 11 again in the direction of the radiation side.
  • the first contact element 10 is on the second
  • Contact element 11 is arranged and also covers the entire contact side 12 of the semiconductor chip 1.
  • the first contact element 10 is preferably a further mirror.
  • the second contact element 11 is arranged between the semiconductor chip 1 and the first contact element 10 and from the first contact element 10 through an insulating layer
  • a light emitting diode is shown, which substantially corresponds to the light emitting diode of Figure 2F.
  • the covering element 3 is no longer formed as a plate but as a lens which has a curved radiation exit surface 30.
  • the cover element 3 can therefore be a bundling or focusing for the radiation emitted by the semiconductor chip 1
  • FIG. 2H shows an exemplary embodiment of a light-emitting diode 100, in which the cover element 3 is designed as a tube in which quantum dots are embedded.
  • the tube is hermetically sealed off to the outside, so that the quantum dots within the tube are protected from external influences.
  • On a lateral surface of the tube are two semiconductor chips 1 as described above with corresponding ones
  • FIG. 21 shows an exemplary embodiment of a light-emitting diode 100, in which the solid body 2 is laterally completely and positively surrounded by a housing body 6.
  • the housing body 6 closes in the vertical direction on the
  • the housing body 6 is formed of a white plastic.
  • the first contact element 10 and the second contact element 11 are laterally guided on the housing body 6 and lie on this.
  • the contact elements 10, 11 are freely accessible at the bottom.
  • FIG. 2J shows an alternative embodiment of the invention
  • the potting body 2 facing away from the side of the mirror layer 4 may be surrounded by a further potting body 50.
  • the further potting body 50 can replace the mirror layer 4.
  • the further potting body 50 comprises reflective particles
  • titanium dioxide (TiO 2 ) particles which are reflective for the generated during operation of the semiconductor chip 1
  • the further potting body 50 may cover the jacket surface of the potting body and the side surface of the cover element extending transversely to the radiation outlet surface 30.
  • FIGS. 3A and 3B show side cross-sectional views of two different semiconductor chips 1. These are, for example, those semiconductor chips 1 which are processed in the light-emitting diode 100 described above.
  • the semiconductor chip 1 has a
  • Semiconductor layer sequence 14 on which a growth substrate 13 for the semiconductor layers 14 is arranged.
  • Radiation side 16 is formed by the growth substrate 13, the semiconductor layer sequence 14 is thus between the growth substrate 13 and the contact side 12.
  • the semiconductor chip 1 of Figure 3A is, for example, a so-called volume emitter, in which also
  • FIG. 3B shows a so-called thin-film semiconductor chip 1, in which the FIG. 3A
  • the semiconductor chip 1 has a
  • Subcarrier 13 which is different from the growth substrate and for mechanical stabilization of
  • the subcarrier 13 is based in this case, for example, on a semiconductor material or a metal and is between the

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Es ist eine Leuchtdiode (100) angegeben, die einen optoelektronischen Halbleiterchip (1) mit einer Strahlungsseite (16), einer der Strahlungsseite (16) gegenüberliegenden Kontaktseite (12) und quer zur Strahlungsseite (16) verlaufenden Seitenflächen (15) aufweist. Auf der Kontaktseite (12) ist ein erstes Kontaktelement (10) zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips (1) angebracht. Ferner umfasst die Leuchtdiode (100) einen transparenten Vollkörper (2) sowie ein Abdeckelement (3). Im bestimmungsgemäßen Betrieb emittiert der Halbleiterchip (1) elektromagnetische Strahlung über die Strahlungsseite (16) entlang einer quer zur Strahlungsseite (16) verlaufenden Hauptemissionsrichtung (17). Dabei ist der Halbleiterchip (1) in den Vollkörper (2) eingebettet, wobei die Seitenflächen (15) und die Strahlungsseite (16) von dem Vollkörper (2) formschlüssig bedeckt sind. Der Vollkörper (2) verbreitert sich entlang der Hauptemissionsrichtung (17). Das Abdeckelement (3) ist dem Vollkörper (2) in Hauptemissionsrichtung (17) nachgeordnet und direkt auf den Vollkörper (2) aufgebracht. Eine dem Vollkörper (2) abgewandte Seite des Abdeckelements (3) ist als Strahlungsaustrittsfläche (30) der Leuchtdiode (100) ausgebildet. Das erste Kontaktelement (10) liegt im unmontierten und/oder nicht kontaktierten Zustand der Leuchtdiode (100) frei.

Description

Beschreibung
Leuchtdiode und Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode Es wird eine Leuchtdiode angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Leuchtdiode anzugeben, die besonders gut vor äußeren Einflüssen wie
Feuchtigkeitseintritt geschützt ist und die in ihrer
Abstrahlcharakteristik und Abstrahlleistung effizient ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leuchtdiode anzugeben. Diese Aufgaben werden unter anderem durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind
Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Leuchtdiode einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer
Strahlungsseite und einer der Strahlungsseite
gegenüberliegenden Kontaktseite auf. Die Strahlungsseite und/oder die Kontaktseite bilden zum Beispiel Hauptseiten, also Seiten mit der größten lateralen Ausdehnung des
Halbleiterchips. Weiterhin weist der Halbleiterchip quer zur Kontaktseite oder Strahlungsseite verlaufende Seitenflächen auf, die die Kontaktseite und die Strahlungsseite miteinander verbinden. Auf der Kontaktseite des Halbleiterchips ist ein erstes Kontaktelement zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips angebracht. Das erste Kontaktelement weist zum Beispiel ein Metall auf oder besteht daraus. Der Halbleiterchip kann einen Hilfsträger aufweisen, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Der
Hilfsträger kann dabei die stabilisierende Komponente des Halbleiterchips bilden, so dass der Halbleiterchip
selbsttragend und mechanisch stabil ist. Weitere
Stabilisierungsmaßnahmen neben dem Hilfsträger sind damit nicht nötig. Der Hilfsträger kann ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge sein. Alternativ kann der
Hilfsträger auch von einem Aufwachssubstrat unterschiedlich sein, in diesem Fall kann das Aufwachssubstrat entfernt sein. Beispielsweise basiert der Hilfsträger auf Si, SiC, Ge,
Saphir, GaN, GaAs, einem Kunststoff, einem Halbleitermaterial oder einem Metall. 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 oder AlInGaAs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip im bestimmungsgemäßen Betrieb dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und über die
Strahlungsseite entlang einer quer oder senkrecht zur
Strahlungsseite verlaufenden Hauptemissionsrichtung zu emittieren. Die Hauptemissionsrichtung zeigt zum Beispiel von der Kontaktseite über die Strahlungsseite hinaus aus dem Halbleiterchip .
Zur Strahlungserzeugung kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise eine aktive Schicht aufweisen. Die aktive Schicht beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi- Quantentopfstruktur, kurz MQW. Im bestimmungsgemäßen Betrieb erzeugt die aktive Schicht zum Beispiel Strahlung im blauen Spektralbereich und/oder im UV- Bereich und/oder im sichtbaren Spektralbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Leuchtdiode einen transparenten, insbesondere klarsichtigen, Vollkörper auf. Der Vollkörper ist bevorzugt massiv und/oder einstückig ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Leuchtdiode ein Abdeckelement auf, wobei das Abdeckelement zum Beispiel eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen kann: Glas, Silikon, insbesondere
Klarsilikon, Kunststoff, Konvertermaterial. Insbesondere kann das Abdeckelement transparent und/oder klarsichtig für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Abdeckelement die Strahlung des Halbleiterchips teilweise oder vollständig absorbieren und in Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs konvertieren. Die aus dem Abdeckelement austretende, zumindest teilweise konvertierte Strahlung kann dann zum Beispiel Licht im sichtbaren Bereich, insbesondere weißes Licht, sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip in den Vollkörper eingebettet, wobei die Seitenflächen und die Strahlungsseite von dem Vollkörper formschlüssig bedeckt sind. Insbesondere ist der Vollkörper mit dem Halbleiterchip dabei in direktem Kontakt und umformt den Halbleiterchip. Die Seitenflächen und/oder die Strahlungsseite können dabei jeweils ganz oder nur teilweise, zum Beispiel zu zumindest 60 % oder 80 % oder 90 %, von dem Vollkörper bedeckt sein.
Der Vollkörper und/oder der Halbleiterchip sind dann zum Beispiel die stabilisierenden Komponenten der Leuchtdiode, so dass die Leuchtdiode mechanisch selbsttragend ist. Weitere Stabilisierungsmaßnahmen, zum Beispiel ein zusätzlicher
Träger für die Leuchtdiode, sind dann zur Stabilisierung nicht nötig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verbreitert sich der Vollkörper entlang der Hauptemissionsrichtung. Dabei kann sich der Vollkörper kontinuierlich und/oder stetig und/oder monoton verbreitern. Auch Stufen in dem Vollkörper sind möglich. Beispielsweise weist der Vollkörper eine asphärische Geometrie, zum Beispiel die Form eines Ellipsoidsegments , auf. Möglich ist aber auch eine sphärische Geometrie, zum Beispiel die Geometrie eines Kugelsegments, oder die
Geometrie eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes.
Bevorzugt ist der Halbleiterchip zentral oder mittig in dem Vollkörper angeordnet, so dass eine parallel zur
Hauptemissionsrichtung verlaufende Symmetrieachse des Vollkörpers mit einer Symmetrieachse des Halbleiterchips zusammenfällt .
Die sich verbreiternde Form des Vollkörpers kann insbesondere zur Aufweitung eines aus der Strahlungsseite austretenden Lichtstrahls dienen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Abdeckelement dem Vollkörper in Hauptemissionsrichtung nachgeordnet und ist direkt auf dem Vollkörper aufgebracht. Strahlung, die aus dem Halbleiterchip in Richtung Hauptemissionsrichtung emittiert wird, durchquert also zunächst den Vollkörper und trifft dann auf das Abdeckelement, über welches die Strahlung dann aus der Leuchtdiode ausgekoppelt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine dem Vollkörper abgewandte Seite des Abdeckelements als
Strahlungsaustrittsfläche der Leuchtdiode ausgebildet.
Zumindest ein Teil, zum Beispiel ein Großteil, wie mindestens 50 % oder 80 % oder 90 % oder 99 %, der von dem
Halbleiterchip emittierten Strahlung werden dann über die Strahlungsaustrittsfläche aus der Leuchtdiode ausgekoppelt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt das erste
Kontaktelement im unmontierten und/oder im elektrisch nicht kontaktierten Zustand der Leuchtdiode frei. Die Leuchtdiode kann dann zum Beispiel geeignet sein, mit der Kontaktseite voran auf einen Träger, wie einen Kontaktträger, aufgebracht, zum Beispiel aufgelötet, zu werden, wobei das erste
Kontaktelement mit dem Träger elektrisch leitend verbunden wird . In mindestens einer Ausführungsform weist die Leuchtdiode einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer
Strahlungsseite, einer der Strahlungsseite gegenüberliegenden Kontaktseite und quer zur Strahlungsseite verlaufenden
Seitenflächen auf, wobei auf der Kontaktseite ein erstes Kontaktelement zur externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips angebracht ist. Ferner umfasst die
Leuchtdiode einen transparenten Vollkörper sowie ein
Abdeckelement. Im bestimmungsgemäßen Betrieb emittiert der Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung über die
Strahlungsseite entlang einer quer zur Strahlungsseite verlaufenden Hauptemissionsrichtung. Dabei ist der
Halbleiterchip in den Vollkörper eingebettet, wobei die
Seitenflächen und die Strahlungsseite von dem Vollkörper formschlüssig bedeckt sind. Der Vollkörper verbreitert sich entlang der Hauptemissionsrichtung. Das Abdeckelement ist dem Vollkörper dabei in Hauptemissionsrichtung nachgeordnet und direkt auf den Vollkörper aufgebracht. Eine dem Vollkörper abgewandte Seite des Abdeckelements ist als
Strahlungsaustrittsfläche der Leuchtdiode ausgebildet. Das erste Kontaktelement liegt im unmontierten und/oder nicht kontaktierten Zustand der Leuchtdiode frei.
Der hier beschriebenen Erfindung liegt insbesondere die
Erkenntnis zugrunde, dass Halbleiterchips häufig von äußeren Einflüssen, wie zum Beispiel Feuchtigkeitseintritt, in
Mitleidenschaft gezogen werden und so schneller altern. Durch das Verwenden eines Vollkörpers, in dem der Halbleiterchip formschlüssig eingekapselt ist, können solche Einflüsse reduziert werden. Die spezielle, sich in Richtung weg von der Strahlungsseite verbreiternde Geometrie des Vollkörpers wirkt sich dabei positiv auf die Abstrahlleistung oder
Abstrahlcharakteristik der Leuchtdiode aus. Insbesondere kann es auf diese Weise zu einer Aufweitung eines emittierten Strahlenbündels kommen. Ferner kann die sich verbreitende Geometrie des Vergusskörpers eine Strahlungslenkende Wirkung haben. An den Mantelflächen oder Außenflächen des
Vergusskörpers wird die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung teilweise total reflektiert und so in Richtung Abdeckelement gelenkt.
Ferner hat die verkapselnde Wirkung des Vergusskörpers den Vorteil, dass als Konvertermaterialien innerhalb des
Vergusskörpers oder des Halbleiterchips auch empfindliche Konvertermaterialien, zum Beispiel Quantenpunkte, verwenden werden können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Vollkörper eine oder mehrere quer zur Strahlungsseite verlaufende
Mantelflächen auf. Die Mantelflächen sind dabei Außenflächen des Vergusskörpers. Beispielsweise liegen die Mantelflächen nach außen hin frei, sind also nicht von weiteren Elementen der Leuchtdiode bedeckt und bilden Außenflächen der
Leuchtdiode. Zum Beispiel sind die Mantelflächen im
montierten und/oder unmontierten Zustand der Leuchtdiode außenherum vollständig von einem Gas wie Luft umgeben. Der hohe Brechungsindexsprung zwischen dem Material des
Vergusskörpers und dem Material, von dem der Vergusskörper umgeben ist, hat einen hohen Grad an Totalreflexion innerhalb des Vergusskörpers zur Folge.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass auf den
Mantelflächen des Vergusskörpers eine Beschichtung
aufgebracht ist, deren Dicke zum Beispiel höchstens 20 ym oder 10 ym oder 5 ym oder 1 ym beträgt. In diesem Fall bildet die Beschichtung bevorzugt Außenflächen der Leuchtdiode. Die Beschichtung ist dann also außenherum zum Beispiel von einem Gas wie Luft vollständig umgeben und von keinen weiteren Elementen der Leuchtdiode bedeckt. Die Beschichtung kann insbesondere eine Spiegelschicht und/oder eine erste
Passivierungsschicht und/oder eine zweite
Passivierungsschicht aufweisen oder daraus bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind eine oder mehrere oder alle Mantelflächen des Vergusskörpers mit einer
Spiegelschicht überzogen. Die Spiegelschicht kann dabei direkt oder indirekt auf die Mantelflächen aufgebracht sein. Insbesondere kann zwischen der Spiegelschicht und den
Mantelflächen also eine weitere Schicht, wie eine
Passivierungsschicht, angeordnet sein. Die Spiegelschicht bedeckt dabei die Mantelflächen teilweise oder vollständig.
Zum Beispiel beträgt der Bedeckungsgrad der Spiegelschicht auf den Mantelflächen zumindest 80 % oder 90 % oder 99 %. Die Spiegelschicht kann dabei ein oder mehrere Metalle, wie
Silber oder Aluminium oder Platin oder Gold oder Titan, aufweisen oder daraus bestehen. Beispielsweise beträgt die Dicke der Spiegelschicht zumindest 100 nm oder 500 nm oder 1 ym. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke der
Spiegelschicht höchsten 10 ym oder 5 ym oder 2 ym. Die
Spiegelschicht kann aber auch ein mehrschichtiger Spiegel, beispielsweise ein Braggspiegel , sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Spiegelschicht für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung eine Reflektivität von zumindest 80 % oder 90 % oder 95 % auf. Die Reflektivität ist dabei beispielsweise die über das Emissionsspektrum des Halbleiterchips gemittelte Reflektivität oder eine Reflektivität gemessen bei der Wellenlänge, bei der der Halbleiterchip ein Emissionsmaximum aufweist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Vollkörper eines oder mehrere der folgenden Materialien auf oder besteht daraus: Kunststoffe, wie Thermoplaste oder Duroplaste,
Silikon, wie Klarsilikon, Harz, Silikonharz, Silazan, Acryl, Parylen, Omocer, Glas. Gemäß zumindest einer Ausführungsform verkapselt der
Vollkörper den Halbleiterchip hermetisch. Hermetisch heißt in diesem Fall, dass der Vergusskörper ein Eindringen oder
Austreten von Gasen oder Flüssigkeiten teilweise oder
vollständig verhindert und so den Halbleiterchip vor äußeren Einflüssen schützt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Vergusskörper in lateraler Richtung von einem Gehäusekörper umgeben, insbesondere vollständig und/oder formschlüssig umgeben. Der Gehäusekörper kann ein Verguss sein. Zum Beispiel ist der
Gehäusekörper in direktem Kontakt mit dem Vollkörper oder mit einer auf dem Vollkörper aufgebrachten Beschichtung. Der Gehäusekörper kann dabei transparent oder undurchlässig für die von der Leuchtdiode emittierte Strahlung sein. Der
Gehäusekörper kann, eventuell zusammen mit der
Spiegelschicht, ein seitliches Ausdringen der Strahlung aus der Leuchtdiode verhindern oder unterdrücken. Beispielsweise weist der Gehäusekörper einen Kunststoff, wie einen weißen Kunststoff, oder eine Silikon oder ein Harz oder ein
Silikonharz auf oder besteht daraus. In das Material des
Gehäusekörpers können Strahlungsreflektierende Partikel, wie Ti02-Partikel, eingebracht sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen dem
Vollkörper und der Spiegelschicht eine erste
Passivierungsschicht angeordnet. Die erste
Passivierungsschicht kann insbesondere ein oder mehrere transparente Materialien aufweisen oder daraus bestehen. Als Materialien kommen zum Beispiel Siliziumoxide, wie S1O2 oder
Aluminiumoxide, wie AI2O3, oder Siloxane, wie
Hexamethyldisiloxan, kurz HMDSO, oder ZnO in Frage. Die erste Passivierungsschicht kann insbesondere als
Haftvermittlungsschicht zwischen der Spiegelschicht und dem Vergusskörper dienen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Passivierungsschicht über dem gesamten Bereich von
einschließlich -20 °C bis +100 °C einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten auf, der zwischen dem entsprechenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Vollkörpers und dem entsprechenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten der
Spiegelschicht liegt. Für jede Temperatur innerhalb dieses Temperaturbereichs kann die erste Passivierungsschicht bei auftretenden Temperaturveränderungen unterschiedliche
Ausdehnungen der Spiegelschicht und des Vollkörpers zumindest teilweise ausgleichen oder kompensieren und damit Spannungen innerhalb der Leuchtdiode reduzieren. Dies verlängert
ebenfalls die Lebensdauer der Leuchtdiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine zweite
Passivierungsschicht auf Außenseiten der Spiegelschicht aufgebracht. Die zweite Passivierungsschicht kann als Schutz der Spiegelschicht dienen. Zum Beispiel weist die zweite Passivierungsschicht ein Siliziumnitrid, wie SiN, oder ein Siliziumoxid, wie S1O2, oder Parylen oder ein Aluminiumoxid, wie AI2O3, oder HMDSO auf oder besteht daraus.
Die Dicken der ersten und zweiten Passivierungsschicht betragen zum Beispiel jeweils zwischen einschließlich 50 nm und 5 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf der
Kontaktseite ein zweites Kontaktelement zur externen
elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips angebracht.
Auch das zweite Kontaktelement kann ein Metall aufweisen oder daraus bestehen und/oder im unmontierten oder elektrisch nicht kontaktierten Zustand der Leuchtdiode freilegen. Über das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement kann der Halbleiterchip oder die Leuchtdiode insbesondere
vollständig elektrisch kontaktiert oder bestromt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Spiegelschicht bis auf die Kontaktseite des Halbleiterchips geführt und ist mit dem ersten Kontaktelement elektrisch leitend verbunden. Die Spiegelschicht ist dann bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Material, wie einem Metall, gebildet oder weist ein solches Material auf. Insbesondere ist die Spiegelschicht dann in direktem Kontakt mit dem ersten Kontaktelement oder bildet das erste Kontaktelement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Spiegelschicht bis auf die Kontaktseite geführt und mit dem zweiten
Kontaktelement elektrisch leitend verbunden. Die
Spiegelschicht kann dann direkt auf dem zweiten
Kontaktelement aufgebracht sein oder kann das zweite
Kontaktelement bilden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Spiegelschicht entlang eines Spaltes unterbrochen, so dass zum Beispiel im Betrieb kein Kurzschluss zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktelement auftritt. Die Spiegelschicht ist also nicht zusammenhängend ausgebildet, sondern weist zwei elektrisch voneinander isolierte Bereiche auf, die zum Beispiel jeweils mit dem ersten und dem zweiten Kontaktelement elektrisch leitend verbunden sind. Der Spalt in der Spiegelschicht hat dabei beispielsweise eine Breite von höchstens 10 ym oder 5 ym oder 3 ym und/oder von mindestens 500 nm oder 1 ym oder 3 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Spiegelschicht mit dem zweiten Kontaktelement elektrisch leitend verbunden und erstreckt sich über die gesamte Kontaktseite. In
Draufsicht auf die Kontaktseite ist die Kontaktseite
vollständig von der Spiegelschicht überzogen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen das erste
Kontaktelement und das zweite Kontaktelement übereinander, so dass im Bereich der Kontaktseite das zweite Kontaktelement zwischen dem Halbleiterchip und dem ersten Kontaktelement angeordnet ist. Zwischen dem ersten Kontaktelement und dem zweiten Kontaktelement ist dann vorzugsweise eine
Isolationsschicht, zum Beispiel aus Siliziumoxid, angeordnet, die die beiden Kontaktelemente elektrisch voneinander
isoliert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet das erste
Kontaktelement dabei einen weiteren Spiegel, der in
Draufsicht auf die Rückseite den Halbleiterchip teilweise vollständig überdecken kann. Der weitere Spiegel kann dabei ähnliche oder die gleichen Eigenschaften wie die oben genannte Spiegelschicht, insbesondere im Hinblick auf
Reflektivität , Material und Dicke, aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind quer zur
Strahlungsaustrittsfläche verlaufende Seitenflächen des Abdeckelements und die Mantelflächen des Vollkörpers
vollständig mit der Spiegelschicht überzogen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Abdeckelement als eine Platte mit zwei im Wesentlichen parallel
verlaufenden Hauptseiten ausgebildet. Die Hauptseiten können dabei im Wesentlichen parallel zur Strahlungsseite des
Halbleiterchips verlaufen. Die Dicke des Abdeckelements zwischen den beiden Hauptseiten beträgt beispielsweise höchstens 5 mm oder 1 mm oder 500 ym. Alternativ oder
zusätzlich ist die Dicke des Abdeckelements mindestens 100 ym oder 200 ym oder 300 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Abdeckelement die geometrische Form einer Linse auf. Das Abdeckelement kann dabei beispielsweise plankonvex oder plankonkav sein.
Insbesondere ist das Abdeckelement als Fresnel-Linse
ausgebildet. Bevorzugt ist die Strahlungsaustrittsfläche des Abdeckelements dabei teilweise oder vollständig konkav oder konvex gekrümmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Abdeckelement ein mit Quantenpunkten gefülltes Rohr. Die Quantenpunkte sin zum Beispiel dazu eingerichtet, eine Konversion der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung zu bewirken. In diesem Fall ist das Abdeckelement also insbesondere als
Konverterelement ausgebildet. Eine Längsachse des Rohrs verläuft dabei im Wesentlichen parallel zur Strahlungsseite. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Leuchtdiode zwei oder mehr jeweils in einem wie oben beschriebenen
Vergusskörper eingebettete Halbleiterchips auf, die über ein gemeinsames Abdeckelement miteinander mechanisch verbunden sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip neben der Halbleiterschichtenfolge ein auf der Halbleiterschichtenfolge aufgebrachtes Konverterelement. Das Konverterelement ist der Halbleiterschichtenfolge
insbesondere in Hauptemissionsrichtung nachgeordnet und bildet bevorzugt die Strahlungsfläche des Halbleiterchips. Dabei kann das Konverterelement zum Beispiel Quantenpunkte zur Strahlungskonversion aufweisen, wobei die empfindlichen Quantenpunkte durch den Vergusskörper vor äußeren Einflüssen geschützt sind. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, dass das Konverterelement des Halbleiterchips ein keramisches Konverterelement oder ein mit Konverterpartikeln versehener Verguss, wie ein Silikonverguss , ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die lateralen Abmessungen der Leuchtdiode parallel zur Strahlungsseite zumindest 300 ym oder 500 ym oder 1 mm größer als die
lateralen Abmessungen des Halbleiterchips. Alternativ oder zusätzlich sind die lateralen Abmessungen der Leuchtdiode höchstens 10 mm oder 5 mm oder 1 mm größer als die des
Halbleiterchips. Die vertikalen Abmessungen der Leuchtdiode sind beispielsweise zumindest 100 ym oder 200 ym oder 500 ym und/oder höchstens 1 mm oder 700 ym oder 500 ym größer als die vertikalen Abmessungen des Halbleiterchips, wobei die vertikale Richtung eine Richtung parallel zur
Hauptemissionsrichtung des Halbleiterchips ist. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Mehrzahl von Leuchtdioden angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung der hier beschriebenen Leuchtdioden. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit der Leuchtdiode offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Leuchtdioden einen Schritt A) , in dem ein Träger bereitgestellt wird. Der Träger kann dabei die gleichen Materialien aufweisen oder daraus
bestehen, die im Zusammenhang mit dem oben genannten
Abdeckelement genannt wurden. Auch ist es möglich, dass der Träger ein Konverterelement, zum Beispiel ein keramisches Konverterelement, ist.
In einem Schritt B) wird eine transparente Vergussmasse auf den Träger aufgebracht. Die transparente Vergussmasse kann dabei die gleichen Materialien aufweisen oder daraus
bestehen, die im Zusammenhang mit dem oben genannten
Vergusskörper genannt wurden.
In einem weiteren Verfahrensschritt C) wird eine Mehrzahl von Halbleiterchips bereitgestellt, wobei jeder Halbleiterchip eine Strahlungsseite, eine der Strahlungsseite
gegenüberliegende Kontaktseite und quer zur Strahlungsseite verlaufende Seitenflächen umfasst. Die Halbleiterchips sind insbesondere dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung über die Strahlungsseite entlang einer senkrecht zur Strahlungsseite verlaufenden
Hauptemissionsrichtung zu emittieren. In einem Schritt D) werden die Halbleiterchips mit der
Strahlungsseite voran so tief in die Vergussmasse
eingetaucht, dass die Strahlungsseite und die Seitenflächen von der Vergussmasse teilweise oder vollständig formschlüssig bedeckt werden. Die Kontaktseite ragt aber auch nach dem Eintauchen noch aus der Vergussmasse heraus. Anschließend kann die Vergussmasse zum Beispiel ausgehärtet werden.
In einem Verfahrensschritt E) werden die Halbleiterchips entlang von Trennungsebenen durch die Vergussmasse und den Träger vereinzelt, so dass einzelne Leuchtdioden entstehen. Die Leuchtdioden umfassen dabei jeweils einen, zum Beispiel genau einen Vollkörper und ein, zum Beispiel genau ein, Abdeckelement. Das Abdeckelement stellt einen Teil des vereinzelten Trägers dar, der Vollkörper stellt einen Teil der vereinzelten Vergussmasse dar. Bei jeder der Leuchtdioden ist der Vollkörper so ausgebildet, dass er sich entlang der Hauptemissionsrichtung verbreitert. Insbesondere umfasst jede Leuchtdiode einen, zum Beispiel genau einen, Halbleiterchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die oben
genannten Schritte A) bis E) unabhängig voneinander als separate Schritte ausgeführt. Bevorzugt werden die Schritte in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Vergussmasse beim Eintauchen der Halbleiterchips eine Viskosität von höchstens 105 P-s oder 10^ P-s oder 103 P-s auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Viskosität der Vergussmasse zumindest 102 P-s oder 103 P · s oder 10q P · s .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Material der Vergussmasse so gewählt, dass es beim Eintauchen oder in einem auf das Eintauchen folgenden Aushärteprozess seine Form im Bereich der Halbleiterchips aufgrund von
Oberflächenspannungen verändert. Die Formveränderung ist dabei dergestalt, dass sich die verbreiternde Form des späteren Vollkörpers selbständig ausbildet. In diesem Fall muss also die sich verbreiternde Form der Vollkörper nicht über einen extra Verfahrensschritt, wie einen Abtrage- oder Strukturierungsprozess ausgebildet werden, vielmehr bildet sich die Form der Vollkörper aufgrund der Materialeigenschaft der Vergussmasse automatisch.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Vergussmasse vor oder nach dem Aushärten strukturiert oder mechanisch bearbeitet wird, beispielsweise abgeschliffen oder abgetragen wird oder über einen Formgebungsprozess im nicht
ausgehärteten Zustand zurechtgeformt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt D) eine Spiegelschicht von einer dem Träger abgewandten Seite auf die Vergussmasse abgeschieden. Das Abscheiden der
Spiegelschicht kann beispielsweise über ein Sputterverfahren oder über Verdampfen oder über physikalische
Gasphasenabscheidung, kurz PVD, oder über chemische
Gasphasenabscheidung, kurz CVD, oder über
Atomlagenabscheidung, kurz ALD, erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor dem Abscheiden der Spiegelschicht eine Opferschicht zumindest auf die
Kontaktseite aufgebracht. Bei der Opferschicht kann es sich beispielsweise um einen Fotolack oder einen Kunststoff handeln. Die Opferschicht wird dabei so aufgebracht, dass diese die Kontaktseite teilweise oder vollständig bedeckt. Nach dem Abscheiden der Spiegelschicht wird die Opferschicht dann wieder abgetragen, so dass die zuvor von der
Opferschicht überdeckten Bereiche frei von der Spiegelschicht sind. Auf diese Weise kann zum Beispiel verhindert werden, dass auf der Kontaktseite angebrachte Kontaktelemente von der Spiegelschicht überdeckt werden oder mit der Spiegelschicht in Kontakt kommen. Auch kann auf diese Weise zum Beispiel ein Spalt in der Spiegelschicht ausgebildet werden, so dass die Spiegelschicht anschließend nicht zusammenhängend ausgebildet
ISt .
Nachfolgend wird eine hier beschriebene Leuchtdiode sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Leuchtdioden 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 verschiedene Positionen in dem Verfahren
Herstellung von Ausführungsbeispielen von
Leuchtdioden,
Figuren 2A bis 2J Ausführungsbeispiele verschiedener
Leuchtdioden in seitlicher Querschnittsansicht,
Figuren 3A und 3B optoelektronische Halbleiterchips für
Leuchtdioden in seitlicher Querschnittsansicht. Figur 1A zeigt eine Position in dem Herstellungsverfahren. Dabei ist ein Träger 33 bereitgestellt, auf dem eine
Vergussmasse 20 aufgebracht ist. Bei dem Träger 33 handelt es sich zum Beispiel um einen Glas- oder Kunststoffträger oder um ein Konverterelement. Die Vergussmasse 20 ist
beispielsweise ein flüssiger oder zähflüssiger, insbesondere transparenter Kunststoff oder ein Klarsilikon mit einer
Viskosität zwischen 103 P · s und 105 P-s. Die Vergussmasse 20 und der Träger 33 können mittels eines Verbindungmittels miteinander verbunden sein. Insbesondere kann das
Verbindungsmittel Partikel eines Konversionsstoffes
enthalten, der dazu eingerichtet ist, im Betrieb des
optoelektronischen Bauteils erzeugte elektromagnetische
Strahlung eines Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform, kann die Vergussmasse 20 in Form mehrerer Tropfen auf dem Träger bereitgestellt werden. Beispielsweise ist die dem Träger 30 abgewandte Oberfläche jedes Tropfens sphärisch oder
parabolisch geformt.
Außerdem sind in Figur 1A zwei optoelektronische
Halbleiterchips 1 bereitgestellt, die jeweils eine
Strahlungsseite 16, eine der Strahlungsseite 16
gegenüberliegende Kontaktseite 12 sowie quer zur
Strahlungsseite 16 verlaufende Seitenflächen 15 aufweisen. Eine nähere Beschreibung des Aufbaus der Halbleiterchips 1 erfolgt im Zusammenhang mit Figur 3. Die Halbleiterchips 1 sind dazu eingerichtet, im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel im blauen oder UV-Bereich oder im sichtbaren Bereich zu emittieren. Dabei wird zumindest ein Teil, wie zumindest 80 %, über die Strahlungsseite 16 aus dem Halbleiterchip 1 emittiert. Auf den Kontaktseiten 12 der Halbleiterchips 1 sind jeweils ein erstes metallisches Kontaktelement 10 und ein zweites metallisches Kontaktelement 11 aufgebracht, über die die Halbleiterchips 1 extern elektrisch kontaktiert werden können. Die Kontaktelemente 10, 11 liegen auf den Kontaktseiten 12 frei, sind also von außen frei zugänglich.
In Figur 1B ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem die Halbleiterchips 1 mit der Strahlungsseite 16 voraus in die Vergussmasse 20 eingedrückt sind. Das Material der Vergussmasse 20 ist dabei so gewählt, dass es während des Eindrückens oder infolge eines Aushärteprozesses sich
aufgrund von Oberflächenspannungen in Richtung Kontaktseite 12 an den Seitenflächen entlang zieht und dabei die
Seitenflächen 15 bedeckt. Vorliegend sind die Seitenflächen 15 nach dem Eintauchen der Halbleiterchips 1 oder nach dem Aushärten zu zumindest 80 % von der Vergussmasse 20 bedeckt. Die Vergussmasse 20 umgibt dabei die Strahlungsseiten 16 und die Seitenflächen 15 formschlüssig und ist in direktem
Kontakt mit den Halbleiterchips 1. Ist der Vergussmasse 20 in Form mehrere Tropfen auf dem Träger 33 bereitgestellt, so ist in jedem Tropfen der Vergussmasse 20 genau ein Halbleiterchip 1 angeordnet.
Durch das Benetzen der Seitenflächen 15 mit der Vergussmasse 20 weist die Vergussmasse 20 eine sich in Richtung weg von der Kontaktseite und hin zur Strahlungsseite verbreiternde Form auf. Ferner ist in Figur 1B zu erkennen, dass die
Kontaktseiten 12 mit den Kontaktelementen 10, 11 frei von der Vergussmasse 20 bleiben, also nach wie vor von außen frei zugänglich sind. In Figur IC ist eine weitere Position in dem
Herstellungsverfahren gezeigt, bei dem auf die Kontaktseiten 12 der Halbleiterchips 1 jeweils eine Opferschicht 5
aufgebracht ist. Die Opferschichten 5 bedecken vorliegend die Kontaktseiten 12 vollständig. Die Opferschichten 5 basieren beispielsweise auf einem Fotolack oder einem Kunststoff.
Außerdem ist auf die Opferschichten 5 und die Vergussmasse 20 von einer dem Träger 33 abgewandten Seite eine Spiegelschicht 4 aufgebracht. Die Spiegelschicht 4 ist zum Beispiel aus einem Metall wie Silber gebildet und hat eine Dicke zwischen einschließlich 500 nm und 2 ym. Das Aufbringen der
Spiegelschicht 4 auf die Vergussmasse 20 und die
Opferschichten 5 kann beispielsweise mittels eines
Sputterprozesses oder mittels Verdampfen erfolgt sein.
In Figur IC ist zu erkennen, dass die Spiegelschicht 4 alle zuvor freiliegenden Seiten der Opferschichten 5 und der
Vergussmasse 20 vollständig bedeckt. Insbesondere sind auch quer zur Strahlungsseite 16 verlaufende Mantelflächen 25 der Vergussmasse 20 von der Spiegelschicht 4 bedeckt.
In Figur 1D ist eine weitere mögliche Position in dem
Herstellungsverfahren gezeigt. Anders als in Figur IC ist hier die Spiegelschicht 4 nicht direkt auf die Vergussmasse 20 aufgebracht, sondern zwischen Spiegelschicht 4 und
Vergussmasse 20 ist eine erste Passivierungsschicht 40 angeordnet. Die erste Passivierungsschicht 40 basiert
beispielsweise auf Siliziumoxid. Vorteilhafterweise sind die Materialien der Vergussmasse 20, der Spiegelschicht 4 und der ersten Passivierungsschicht 40 so gewählt, dass in einem Temperaturbereich von -20 °C bis +100 °C der thermische
Ausdehnungskoeffizient der ersten Passivierungsschicht 40 zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der
Vergussmasse 20 und der Spiegelschicht 4 liegt.
Außerdem ist zu erkennen, dass auf Außenseiten der
Spiegelschicht 4 eine zweite Passivierungsschicht 41
beispielsweise ebenfalls auf Siliziumoxid oder Siliziumnitrid basierend aufgebracht ist. Die zweite Passivierungsschicht 41 schützt dabei die Spiegelschicht 4 vor äußeren Einflüssen. In Figur IE ist eine auf die Position der Figur IC folgende
Position in dem Herstellungsverfahren gezeigt. Dabei sind die Opferschichten 5 mit der darauf aufgebrachten Spiegelschicht 4 von den Kontaktseiten 12 der Halbleiterchips 1 abgelöst. Nach dem Ablösen der Opferschichten 5 liegen die
Kontaktseiten 12 sowie die darauf aufgebrachten
Kontaktelemente 10, 11 frei, sind also von außen frei
zugänglich. Die Vergussmasse 20 ist jedoch nach wie vor mit der Spiegelschicht 4 überzogen. Außerdem ist in Figur IE ein Verfahrensschritt angedeutet, bei dem die Halbleiterchips 1 entlang einer als gestrichelte Linie gekennzeichneten Trennungsebene durch die Vergussmasse 20 und den Träger 33 hindurch vereinzelt werden, so dass einzelne Leuchtdioden 100 entstehen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des
Herstellungsverfahrens kann, wie in Figur 1F gezeigt, vor dem Vereinzeln der Halbleiterchips ein weiterer Vergusskörper 50 auf der Außenfläche 4a der Spiegelschicht 4 angeordnet werden. Die Kontaktelemente 10,11 und die
Strahlungsaustrittsfläche 30 sind frei von dem weiteren
Vergusskörper 50. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2A ist eine Leuchtdiode 100 gezeigt, die beispielsweise zumindest teilweise mit dem im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Verfahren hergestellt ist. Die Leuchtdiode 100 weist einen wie bereits
beschriebenen Halbleiterchip 1 auf. In Figur 2A ist außerdem angedeutet, dass der Halbleiterchip 1 entlang einer
Hauptemissionsrichtung 17, die von der Strahlungsseite 16 wegführt, Strahlung emittiert. Der Halbleiterchip 1 ist in einem Vergusskörper 2
eingebettet, wobei der Vergusskörper 2 sowohl die
Seitenflächen 15 als auch die Strahlungsseite 16 des
Halbleiterchips 1 formschlüssig umgibt und in direktem
Kontakt mit dem Halbleiterchip 1 ist. Außerdem ist zu
erkennen, dass der Vergusskörper 2 sich in Richtung weg von der Kontaktseite 12 entlang der Hauptemissionsrichtung 17 verbreitert. Dabei verbreitert sich der Vergusskörper 2 monoton, es gibt also keine Bereiche, in denen der
Vergusskörper 2 in Richtung Hauptemissionsrichtung 17 wieder schmäler wird. Die breiteste Stelle des Vergusskörpers 2 ist folglich die am weitesten von der Kontaktseite 12 entfernte Stelle .
In Hauptemissionsrichtung 17 ist dem Vergusskörper 2 ein Abdeckelement 3 nachgeordnet, das beispielsweise einen Teil des oben beschriebenen Trägers 33 darstellt. Das
Abdeckelement 3 ist dabei in direktem Kontakt mit dem
Vergusskörper 2 und schließt in lateraler Richtung bündig mit dem Vergusskörper 2 ab. Vorliegend ist das Abdeckelement 3 als Platte mit zwei im Wesentlichen parallel verlaufenden
Hauptseiten ausgebildet. Eine dem Vergusskörper 2 abgewandte Hauptseite des Abdeckelements 3 ist als
Strahlungsaustrittsfläche 30 der Leuchtdiode 100 gebildet, über die im Betrieb zumindest 90 % der erzeugten Strahlung aus der Leuchtdiode 100 ausgekoppelt wird.
Außerdem ist im Ausführungsbeispiel der Figur 2A zu erkennen, dass quer zur Strahlungsseite 16 verlaufende Mantelflächen 25 oder Außenflächen 25 des Vergusskörpers 2 vollständig mit der Spiegelschicht 4 bedeckt sind. Auch quer zur Strahlungsseite 16 verlaufende Seitenflächen des Abdeckelements 3 sind mit der Spiegelschicht 4 vollständig bedeckt.
Die lateralen Abmessungen der Leuchtdiode 100 sind zum
Beispiel zu zumindest 300 ym größer als die lateralen
Abmessungen des Halbleiterchips 1. In Figur 2B ist ein Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode 100 gezeigt, bei der die Spiegelschicht 4 bis auf die
Kontaktseite 12 des Halbleiterchips 1 gezogen ist, und dabei sowohl mit dem ersten Kontaktelement 10 als auch mit dem zweiten Kontaktelement 11 in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt steht. Anders als dargestellt könnte die Spiegelschicht 4 auch selber die Kontaktelemente 10, 11 bilden. Entlang eines Spalts 44 ist die Spiegelschicht 4 unterbrochen, so dass es zu keinem Kurzschluss zwischen den Kontaktelementen 10, 11 kommt.
In Figur 2C ist das Ausführungsbeispiel der Figur 2B in
Draufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche 30 gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass sich der Spalt 44 durch die gesamte Spiegelschicht 4 hindurchzieht, so dass die Spiegelschicht 4 nicht zusammenhängend ausgebildet ist, sondern aus zwei
Teilbereichen besteht. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2D ist eine Leuchtdiode 100 gezeigt, die im Wesentlichen der Leuchtdiode 100 der Figur 2A entspricht. Anders als in der Figur 2A verbreitert sich hier aber der Vergusskörper 2 kontinuierlich und/oder stetig in Richtung weg von der Kontaktseite 12 und weist anders als in Figur 2A keine Sprünge beziehungsweise unstetige Bereiche innerhalb des Vergusskörpers 2 auf. In 3D-Darstellung hat der Vergusskörper 2 zum Beispiel eine asphärische oder sphärische Form, wie eine Ellipsoidsegment oder ein Kugelsegment.
Das Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode 100 der Figur 2E unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 2D lediglich im Hinblick auf den Halbleiterchip 1. In Figur 2E weist der Halbleiterchip 1 ein Konverterelement 18 auf, welches die Strahlungsseite 16 bildet. Bei dem
Konverterelement 18 kann es sich beispielsweise um ein keramisches Konverterelement oder um einen mit
Konverterpartikeln versehenen Verguss handeln. Auch ist es möglich, dass das Konverterelement 18 Quantenpunkte als konvertierende Partikel aufweist, die durch den Vergusskörper 2 besonders gut vor äußeren Einflüssen geschützt sind.
Im Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode 100 der Figur 2F ist der Vergusskörper 2 in Querschnittsansicht trapezförmig ausgebildet. In 3D-Darstellung könnte es sich bei dem
Vergusskörper 2 beispielsweise um einen Kegelstumpf oder um einen Pyramidenstumpf handeln.
Außerdem ist in Figur 2F das zweite Kontaktelement 11 durch die Spiegelschicht 4 gebildet, die sich nahezu über die gesamte Kontaktseite 12 des Halbleiterchips 1 erstreckt. Eine in Richtung Kontaktseite 12 von dem Halbleiterchip 1 emittierte Strahlung kann dann über das zweite Kontaktelement 11 wieder in Richtung Strahlungsseite reflektiert werden.
Das erste Kontaktelement 10 ist auf dem zweiten
Kontaktelement 11 angeordnet und überdeckt ebenfalls die gesamte Kontaktseite 12 des Halbleiterchips 1. Dabei ist das erste Kontaktelement 10 bevorzugt ein weiterer Spiegel. Das zweite Kontaktelement 11 ist zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem ersten Kontaktelement 10 angeordnet und von dem ersten Kontaktelement 10 durch eine Isolationsschicht
elektrisch isoliert. Die elektrische Verbindung des
Halbleiterchips 1 mit dem ersten Kontaktelement 10 erfolgt über eine Durchkontaktierung durch die Isolationsschicht und das zweite Kontaktelement 11.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2G ist eine Leuchtdiode gezeigt, die im Wesentlichen der Leuchtdiode der Figur 2F entspricht. Im Unterschied zu Figur 2F ist das Abdeckelement 3 nun aber nicht mehr als Platte, sondern als Linse gebildet, die eine gekrümmte Strahlungsaustrittsfläche 30 aufweist. Das Abdeckelement 3 kann also für die von dem Halbleiterchip 1 emittierte Strahlung eine bündelnde oder fokussierende
Wirkung haben.
In Figur 2H ist ein Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode 100 gezeigt, bei der das Abdeckelement 3 als Rohr ausgebildet ist, in dem Quantenpunkte eingebettet sind. Das Rohr ist zum Beispiel nach außen hermetisch dicht abgeriegelt, so dass die Quantenpunkte innerhalb des Rohrs vor äußeren Einflüssen geschützt sind. Auf einer Mantelfläche des Rohrs sind zwei wie oben beschriebene Halbleiterchips 1 mit entsprechenden
Vergusskörpern 2 angeordnet. Die Strahlungsaustrittsfläche 30 des Abdeckelements 3 wird beispielsweise durch einen Teil oder die gesamte Mantelfläche des Rohrs gebildet. In Figur 21 ist ein Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode 100 gezeigt, bei der der Vollkörper 2 seitlich vollständig und formschlüssig von einem Gehäusekörper 6 umgeben ist. Der Gehäusekörper 6 schließt in vertikaler Richtung an der
Strahlungsaustrittsfläche 30 bündig mit dem Abdeckelement 3 ab. Beispielsweise ist der Gehäusekörper 6 aus einem weißen Kunststoff gebildet. An einer der Strahlungsaustrittsfläche 30 gegenüberliegenden Unterseite der Leuchtdiode 100 sind das erste Kontaktelement 10 und das zweite Kontaktelement 11 lateral auf den Gehäusekörper 6 geführt und liegen auf diesem auf. Die Kontaktelemente 10, 11 sind an der Unterseite frei zugänglich .
Die Figur 2J zeigt eine alternative Ausführungsform der
Leuchtdiode. Alternativ zu der in Figur 2A gezeigten
Ausführungsform kann die dem Vergusskörper 2 abgewandte Seite der Spiegelschicht 4 von einem weiteren Vergusskörper 50 umgeben sein. Insbesondere kann der weitere Vergusskörper 50 die Spiegelschicht 4 ersetzen. Beispielsweise umfasst der weitere Vergusskörper 50 reflektierende Partikel,
insbesondere Titandioxid (Ti02) Partikel, die reflektierend für die im Betrieb des Halbleiterchips 1 erzeugte
elektromagnetische Strahlung sind. Beispielsweise kann der weitere Vergusskörper 50 die Mantelfläche des Vergusskörpers und die quer zur Strahlungsaustrittsfläche 30 verlaufende Seitenfläche des Abdeckelements bedecken.
In den Figuren 3A und 3B sind seitliche Querschnittsansichten zweier verschiedener Halbleiterchips 1 gezeigt. Dabei handelt es sich beispielsweise um solche Halbleiterchips 1, die in der oben beschriebenen Leuchtdiode 100 verarbeitet sind. In der Figur 3A weist der Halbleiterchip 1 eine
Halbleiterschichtenfolge 14 auf, auf der ein Aufwachssubstrat 13 für die Halbleiterschichten 14 angeordnet ist. Die
Strahlungsseite 16 ist dabei durch das Aufwachssubstrat 13 gebildet, die Halbleiterschichtenfolge 14 liegt also zwischen dem Aufwachssubstrat 13 und der Kontaktseite 12. Bei dem Halbleiterchip 1 der Figur 3A handelt es sich beispielsweise um einen so genannten Volumenemitter, bei dem auch über
Seitenflächen des Aufwachssubstrats 13 Strahlung aus dem Halbleiterchip 1 emittiert wird.
In Figur 3B ist ein so genannter Dünnfilm-Halbleiterchip 1 gezeigt, bei dem das im Zusammenhang mit Figur 3A
beschriebene Aufwachssubstrat teilweise oder vollständig entfernt ist. Dafür weist der Halbleiterchip 1 einen
Hilfsträger 13 auf, der von dem Aufwachssubstrat verschieden ist und zur mechanischen Stabilisierung der
Halbleiterschichtenfolge 14 dient. Der Hilfsträger 13 basiert in diesem Fall beispielsweise auf einem Halbleitermaterial oder einem Metall und ist zwischen der
Halbleiterschichtenfolge 14 und der Kontaktseite 12
ausgebildet. Die Strahlungsseite 16 grenzt vorliegend an die Halbleiterschichtenfolge 14. 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 Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102015109852.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterchip
2 Vergusskörper
3 Abdeckelement
4 Spiegelschicht
4a Außenfläche der Spiegelschicht
5 Opferschicht
6 Gehäusekörper
10 erstes Kontaktelement
11 zweites Kontaktelement
12 Kontaktseite des Halbleiterchips 1
13 Aufwachssubstrat/Hilfsträger
14 Halbleiterschichtenfolge
15 Seitenfläche des Halbleiterchips 1
16 Strahlungsseite des Halbleiterchips 1
17 Hauptemissionsrichtung
18 Konverterelement
20 Vergussmasse
25 Mantelfläche des Vergusskörpers 2
30 Strahlungsaustrittsfläche
33 Träger
40 erste Passivierungsschicht
41 zweite Passivierungsschicht
44 Spalt in der Spiegelschicht 4
50 weiterer Vergusskörper
100 Leuchtdiode

Claims

Leuchtdiode (100) aufweisend:
- einen optoelektronischen Halbleiterchip (1) mit einer Strahlungsseite (16), einer der Strahlungsseite (16) gegenüberliegenden Kontaktseite (12) und quer zur
Strahlungsseite (16) verlaufenden Seitenflächen (15), wobei auf der Kontaktseite (12) ein erstes
Kontaktelement (10) zur externen elektrischen
Kontaktierung des Halbleiterchips (1) angebracht ist,
- einen transparenten Vollkörper (2),
- ein Abdeckelement (3) , wobei
- der Halbleiterchip (1) im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung über die Strahlungsseite (16) entlang einer quer zur Strahlungsseite (16) verlaufenden Hauptemissionsrichtung (17) emittiert,
- der Halbleiterchip (1) in dem Vollkörper (2)
eingebettet ist, wobei die Seitenflächen (15) und die Strahlungsseite (16) von dem Vollkörper (2)
formschlüssig bedeckt sind,
- der Vollkörper (2) sich entlang der
Hauptemissionsrichtung (17) verbreitert,
- das Abdeckelement (3) dem Vollkörper (2) in
Hauptemissionsrichtung nachgeordnet ist und direkt auf den Vollkörper (2) aufgebracht ist,
- eine dem Vollkörper (2) abgewandte Seite des
Abdeckelements (3) als Strahlungsaustrittsfläche (30) der Leuchtdiode (100) ausgebildet ist,
- das erste Kontaktelement (10) im unmontierten
und/oder nicht kontaktierten Zustand der Leuchtdiode (100) frei liegt.
2. Leuchtdiode (100) nach Anspruch 1, wobei
- der Vollkörper (2) eine oder mehrere quer zur
Strahlungsseite (16) verlaufende Mantelflächen (25) aufweist,
- die Mantelflächen (25) mit einer Spiegelschicht (4) überzogen sind,
- die Spiegelschicht (4) für die von dem Halbleiterchip (1) emittierte Strahlung eine Reflektivität von
zumindest 80 % aufweist.
3. Leuchtdiode (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- der Vollkörper (2) eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweist oder daraus besteht: Kunststoff, Silikon, Klarsilikon, Silazan, Acryl, Parylen, Omocer, Glas ,
- der Vollkörper (2) den Halbleiterchip (1) hermetisch verkapselt .
4. Leuchtdiode (100) nach mindestens Anspruch 2, wobei
- eine erste Passivierungsschicht (40) zwischen dem Vollkörper (2) und der Spiegelschicht (4) angeordnet ist,
- die erste Passivierungsschicht (40) über den gesamten Bereich von einschließlich -20 °C bis +100 °C einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Vollkörpers (2) und dem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten der Spiegelschicht (4) liegt,
- eine zweite Passivierungsschicht (41) auf Außenseiten der Spiegelschicht (4) aufgebracht ist.
5. Leuchtdiode (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei auf der Kontaktseite (12) ein zweites
Kontaktelement (11) zur externen elektrischen
Kontaktierung des Halbleiterkörpers (1) angebracht ist.
Leuchtdiode (100) nach zumindest den Ansprüchen 2 und 5, wobei
- die Spiegelschicht (4) bis auf die Kontaktseite (12) geführt ist und mit dem ersten Kontaktelement (10) elektrisch leitend verbunden ist,
- die Spiegelschicht (4) mit dem zweiten Kontaktelement (11) elektrisch leitend verbunden ist,
- die Spiegelschicht (4) entlang eines Spaltes (44) unterbrochen ist, sodass im Betrieb kein Kurzschluss zwischen dem ersten (10) und dem zweiten Kontaktelement (11) auftritt,
- der Spalt (44) eine Breite von höchstens 10 ym aufweist .
Leuchtdiode (100) nach Anspruch 5, wobei
- die Spiegelschicht (4) bis auf die Kontaktseite (12) geführt ist und mit dem zweiten Kontaktelement (11) elektrisch leitend verbunden ist,
- das erste Kotaktelement (10) und das zweite
Kontaktelement (11) übereinander liegen, sodass im Bereich der Kontaktseite (12) das zweite Kontaktelement (11) zwischen dem Halbleiterchip (1) und dem ersten Kontaktelement (10) angeordnet ist,
- das erste Kontaktelement (10) einen weiteren Spiegel bildet, der in Draufsicht auf die Kontaktseite (12) den Halbleiterchip (1) vollständig überdeckt.
Leuchtdiode (100) nach zumindest Anspruch 2,
wobei quer zur Strahlungsaustrittsfläche (30) verlaufende Seitenflächen (35) des Abdeckelements (3) und die Mantelflächen (25) des Vollkörpers (2)
vollständig mit der Spiegelschicht (4) überzogen sind.
Leuchtdiode (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei das Abdeckelement (3) eine Platte mit zwei im Wesentlichen parallel verlaufenden Hauptseiten (31, 32) ist, wobei die Hauptseiten (31, 32) im Wesentlichen parallel zur Strahlungsseite (16) verlaufen.
Leuchtdiode (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Abdeckelement (3) die geometrische Form einer Linse hat, wobei die Strahlungsaustrittsfläche (30) teilweise oder vollständig konkav oder konvex gekrümmt ist .
Leuchtdiode (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
- das Abdeckelement (3) ein mit Quantenpunkten
gefülltes Rohr ist,
- die Quantenpunkte eine Konversion der von dem
Halbleiterchip (1) emittierten Strahlung bewirken,
- eine Längsachse des Rohrs im Wesentlichen parallel zur Strahlungsseite (16) verläuft.
Leuchtdiode (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei
- der Halbleiterchip (1) eine Halbleiterschichtenfolge (14) und ein darauf angeordnetes Konverterelement (18) umfasst ,
- das Konverterelement (18) zumindest die Strahlungsfläche (16) bildet,
- das Konverterelement (18) Quantenpunkte aufweist.
13. Leuchtdiode (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die lateralen Abmessungen der Leuchtdiode (100) parallel zur Strahlungsseite (16) zumindest 300 ym größer sind als die lateralen Abmessungen des
Halbleiterchips (1) .
14. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von
Leuchtdioden (100), umfassend die Schritte:
A) Bereitstellen eines Trägers (33) ;
B) Aufbringen einer transparenten Vergussmasse (20) auf den Träger (33) ;
C) Bereitstellen eine Mehrzahl von Halbleiterchips (1), wobei jeder Halbleiterchip (1) eine Strahlungsseite
(16), eine der Strahlungsseite (16) gegenüberliegende Kontaktseite (12) und quer zur Strahlungsseite (16) verlaufende Seitenflächen (15) umfasst, wobei die
Halbleiterchips (1) im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung über die Strahlungsseite
(16) entlang einer senkrecht zur Strahlungsseite (16) verlaufenden Hauptemissionsrichtung (17) emittieren;
D) Eintauchen der Halbleiterchips (1) mit der
Strahlungsseite (16) voran so tief in die Vergussmasse (20), dass die Strahlungsseite (16) und die
Seitenflächen (15) von der Vergussmasse (20)
formschlüssig bedeckt werden, die Kontaktseite (12) aber noch aus der Vergussmasse (20) hinausragt;
E) Vereinzeln der Halbleiterchips (1) entlang von
Trennungsebenen durch die Vergussmasse (20) und den Träger (33), sodass einzelne Leuchtdioden (100) entstehen, wobei
- jede Leuchtdiode (100) einen Vollkörper (2) und ein Abdeckelement (3) umfasst,
- das Abdeckelement (3) jeweils ein Teil des
vereinzelten Trägers (33) ist,
- der Vollkörper (2) jeweils ein Teil der vereinzelten Vergussmasse (20) ist,
- bei jeder Leuchtdiode (100) der Vollkörper (2) entlang der Hauptemissionsrichtung (17) breiter wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei
- die Vergussmasse (20) beim Eintauchen der
Halbleiterchips (1) eine Viskosität von höchstens 105 Pa · s aufweist,
- die Vergussmasse (20) bei einem anschließenden
Aushärteprozess seine Form im Bereich der
Halbleiterchips (1) aufgrund von Oberflächenspannungen so verändert, dass sich die sich verbreiternde Form der späteren Vollkörper (2) ausbildet.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei nach dem Schritt D) eine Spiegelschicht (4) von einer dem Träger (33) abgewandten Seite auf die
Vergussmasse (20) abgeschieden wird.
17. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- vor dem Abscheiden der Spiegelschicht (4) eine
Opfersicht (5) zumindest auf die Kontaktseite (12) aufgebracht wird, sodass die Opferschicht (5) die
Kontaktseite (12) teilweise oder vollständig bedeckt,
- die Opferschicht (5) nach dem Abscheiden der
Spiegelschicht (4) abgetragen wird, sodass die zuvor von der Opferschicht (5) überdeckten Bereiche frei von der Spiegelschicht (4) sind.
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