WO2017012955A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil, verwendung eines optoelektronischen halbleiterbauteils und verfahren zum betrieb eines optoelektronischen halbleiterbauteils - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauteil, verwendung eines optoelektronischen halbleiterbauteils und verfahren zum betrieb eines optoelektronischen halbleiterbauteils Download PDF

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Definitions

  • the formation of the first metal sulfide can be reduced or prevented, or the formation of the first metal sulfide is particularly reduced or prevented.
  • Wavelength maximum of the radiation is preferably in
  • Optoelectronic semiconductor device are exposed to a sulfur-containing atmosphere or environment, so that these
  • a silver sulfide may or may be formed as the first metal sulfide in the presence of a sulfur-containing environment from the silver.
  • the protective material can be produced by means of sputtering, physical vapor deposition (PVD),
  • the protective material 2 is adapted to react with the sulfur-containing environment, in particular that can diffuse through the potting 8. This forms a second metal sulfide Me2S.
  • the surface 1 of the optoelectronic semiconductor device 100 is in principle also capable of, with the
  • Embodiment The calculation was carried out using factSage. The calculations were carried out at one atmosphere (1 atm) and 25 ° C. From Figure 7 is

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) aufweisend einen optoelektronischen Halbleiterchip (10), der zur Emission von Strahlung eingerichtet ist, eine Oberfläche (1) aufweisend ein erstes Metall (Me1) oder ein erstes Metalloxid (Me1O), die in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung (S) in ein erstes Metallsulfid (Me1S) umgewandelt werden kann, ein Schutzmaterial (2) aufweisend ein zweites Metall (Me2) oder ein zweites Metalloxid (Me2O), das zumindest teilweise durchlässig für die von dem Halbleiterchip (10) emittierte Strahlung (101) ist, wobei das Schutzmaterial (2) in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung (S) zu einem zweiten Metallsulfid (Me2S) reagiert, wobei das Schutzmaterial (2) sulfophiler als die Oberfläche (1) ist, so dass die Bildung des ersten Metallsulfids (Me1S) vermindert oder verhindert ist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauteil, Verwendung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils und Verfahren zum
Betrieb eines optoelektronischen Halbleiterbauteils
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil. Ferner betrifft die Erfindung die
Verwendung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Halbleiterbauteils .
Oberflächen, insbesondere Silberoberflächen, von
optoelektronischen Halbleiterbauteilen zeigen oft Korrosion in schwefelhaltiger Umgebung, insbesondere schwefelhaltiger feuchter Atmosphäre, da diese Atmosphäre in das
optoelektronische Halbleiterbauteil eindringen und so in Berührung mit den Oberflächen kommen kann. Dies kann zu einem unerwünschten Bauteilausfall führen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein stabiles
optoelektronisches Halbleiterbauteil bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, ein langlebiges optoelektronisches Halbleiterbauteil bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches
Halbleiterbauteil gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch die Verwendung eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß dem Anspruch 13 und ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils gemäß dem Anspruch 14 gelöst. In zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip auf. Der optoelektronische Halbleiterchip ist zur Emission von Strahlung eingerichtet. Das
optoelektronische Halbleiterbauteil weist ferner eine
Oberfläche auf. Die Oberfläche weist auf oder besteht aus einem ersten Metall und/oder einem ersten Metalloxid. Das erste Metall und/oder das erste Metalloxid kann in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung in ein erstes Metallsulfid umgewandelt werden oder das erste Metall und/oder das erste Metalloxid reagiert mit der schwefelhaltigen Umgebung zu einem ersten Metallsulfid. Das optoelektronische
Halbleiterbauteil weist ein Schutzmaterial auf. Das
Schutzmaterial weist ein zweites Metall und/oder ein zweites Metalloxid auf oder besteht daraus. Das Schutzmaterial ist zumindest teilweise durchlässig für die von dem
Halbleiterchip emittierte Strahlung. Das Schutzmaterial reagiert in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung zu einem zweiten Metallsulfid. Das Schutzmaterial ist
sulfophiler als die Oberfläche. Dadurch kann die Bildung des ersten Metallsulfids vermindert oder verhindert sein oder die Bildung des ersten Metallsulfids ist insbesondere vermindert oder verhindert.
Insbesondere sind das erste Metall und/oder das erste
Metalloxid von dem zweiten Metall und/oder dem zweiten
Metalloxid verschieden. Alternativ und zusätzlich ist das erste Metallsulfid von dem zweiten Metallsulfid verschieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauteil um eine Leuchtdiode, kurz LED. Das optoelektronische Halbleiterbauteil weist insbesondere einen kontaktierten optoelektronischen
Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, blaues Licht oder weißes Licht zu
emittieren .
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hier unter dem Begriff optoelektronisches Halbleiterbauteil nicht nur fertige Bauelemente, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden zu verstehen sind, sondern auch Substrate und/oder Halbleiterschichten, sodass beispielsweise bereits ein Verbund einer Kupferschicht und einer Halbleiterschicht ein Bauelement darstellen und ein Bestandteil eines
übergeordneten zweiten Bauelements bilden kann, in dem beispielsweise zusätzlich elektrische Anschlüsse vorhanden sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip, insbesondere einen kontaktierten
optoelektronischen Halbleiterchip, auf. Der Halbleiterchip umfasst eine Halbleiterschichtenfolge. Die
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Es werden beispielsweise Verbindungen aus den Elementen
verwendet, die aus Indium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silicium, Kohlenstoff und
Kombination daraus gewählt sein können. Es können aber auch andere Elemente und Zusätze verwendet werden. Die
Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleitermaterialien basieren. "Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial
basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamI ni_n- mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, I n , N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen . Im Betrieb des
Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine
elektromagnetische Strahlung erzeugt. Insbesondere ist der optoelektronische Halbleiterchip dazu eingerichtet, Strahlung im Betrieb zu emittieren. Eine Wellenlänge oder das
Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im
ultravioletten und/oder sichtbaren Spektralbereich,
insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 800 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauteil eine Oberfläche auf.
Insbesondere ist die Oberfläche metallisch. Insbesondere besteht oder weist die Oberfläche ein erstes Metall und/oder ein erstes Metalloxid auf. Mit Oberfläche sind jegliche
Oberflächen aus Metall oder Metalloxid oder zumindest einer Legierung zu verstehen, die befähigt ist, in ein erstes
Metallsulfid umgewandelt werden zu können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Oberfläche aus einer Gruppe ausgewählt, die eine Oberfläche einer
Anschlussstelle oder einer Mehrzahl von Anschlussstellen, eines Leiterrahmens, eines Bondpads und eines Bonddrahts umfasst. Insbesondere weist die Oberfläche zumindest ein Metall auf, das ausgewählt ist aus Silber, Aluminium,
Cadmium, Barium, Indium, Magnesium, Kalzium, Lithium, Gold, Platin, Rhenium, Nickel, Kupfer, Palladium, Iridium oder Kombinationen daraus. Die Oberfläche kann auch eine Legierung aufweisen oder daraus bestehen, beispielsweise aus: Ag:Mg, Ag:Ca, Mg:Al. Vorzugsweise ist die Oberfläche aus Silber geformt oder besteht daraus.
Das erste Metall Mel und/oder das erste Metalloxid MelO kann in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung S in ein erstes Metallsulfid MelS umgewandelt werden. Insbesondere reagieren chemisch das erste Metall Mel und/oder das erste Metalloxid MelO in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung S zu einem ersten Metallsulfid MelS.
Unter "in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung" wird hier und im Folgenden verstanden, dass das Schutzmaterial und/oder die Oberfläche und/oder alle Elemente des
optoelektronischen Halbleiterbauteils einer schwefelhaltigen Atmosphäre oder Umgebung ausgesetzt sind, so dass diese
Elemente mit der schwefelhaltigen Umgebung reagieren können oder könnten. Insbesondere weist die schwefelhaltige Umgebung Schwefel auf, die mit dem ersten und/oder zweiten Metall und/oder ersten und/oder zweiten Metalloxid eine chemische Reaktion unter Bildung eines ersten und/oder zweiten
Metallsulfids eingeht. Insbesondere umfasst oder besteht die schwefelhaltige Umgebung aus Schwefelwasserstoff. Alternativ kann die schwefelhaltige Umgebung ein Gemisch aus Schwefelwasserstoff oder Sauerstoff umfassen oder daraus bestehen. Ferner kann der Sauerstoff alternativ oder
zusätzlich in Form von Wasser gebunden sein. Die
schwefelhaltige Umgebung kann alternativ oder zusätzlich Sulfidionen, Sulfat, Sulfit und/oder Thiole umfassen.
Ist beispielsweise die Oberfläche aus Silber geformt, so kann oder wird in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung aus dem Silber ein Silbersulfid als erstes Metallsulfid gebildet.
Insbesondere erfolgt die Reaktion nach folgender Formel: 4 Ag + 2 H2S + 02 ~ 2 Ag2S + 2 H20 (I) Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauteil ein Schutzmaterial auf. Das Schutzmaterial weist ein zweites Metall und/oder ein zweites Metalloxid auf oder besteht daraus. Als zweites
Metall und/oder als zweites Metalloxid können jegliche
Metalle und/oder Metalloxide verwendet werden, die befähigt sind, Sulfide als zweites Metallsulfid zu bilden und/oder thermodynamisch stabiler als das erste Metallsulfid sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erscheint das zweite Metallsulfid weiß für den Betrachter. Vorzugsweise wird Zink und/oder Zinkoxid als Schutzmaterial ausgewählt, weil das gebildete Zinksulfid als zweites Metallsulfid weiß ist. Damit werden neben der Schutzfunktion noch Absorptionsverluste im Halbleiterbauteil vermindert.
Alternativ kann Indiumoxid, Zinnoxid, Kupfer, Tantal,
Titandioxid, Galliumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und/oder deren Oxynitride davon als Schutzmaterial eingesetzt werden. Insbesondere werden diese Schutzmaterialien verwendet, wenn das Schutzmaterial
außerhalb des Strahlengangs des Halbleiterchips angeordnet ist. Bei der Auswahl des geeigneten Schutzmaterials kann insbesondere die thermodynamische Stabilität des zweiten
Metallsulfids im Vergleich zum ersten Metallsulfid gegenüber der schwefelhaltigen Umgebung eine Rolle spielen. Die oben genannten Materialien Indiumoxid, Tantal, Titandioxid,
Galliumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitride sowie die Oxynitride davon sind insbesondere weniger als Schutzmaterial geeignet, wenn sie im Strahlengang des
Bauelements angeordnet sind, weil diese weniger reaktiv gegenüber H2S als Ag sind und/oder weil diese keine weißen Sulfide bilden und damit die Absorptionsverluste im
Bauelement zu groß sind.
Vorzugsweise umfasst das Schutzmaterial Zinkoxid oder besteht daraus. Das Zinkoxid umfassende oder daraus bestehende
Schutzmaterial absorbiert insbesondere kurzwellige Strahlung. Damit kann die Alterung des optoelektronischen
Halbleiterbauteils reduziert werden.
Das Zinkoxid umfassende oder daraus bestehende Schutzmaterial kann optisch transparent sein. Mit "transparent" wird hier und im Folgenden ein Material bezeichnet, das durchlässig für sichtbares Licht ist. Dabei kann das transparente Material klar durchscheinend oder zumindest teilweise lichtstreuend und/oder teilweise lichtabsorbierend sein, sodass das
transparente Material beispielsweise auch diffus oder milchig durchscheinend sein kann. Besonders bevorzugt ist ein hier als transparent bezeichnetes Material möglichst
lichtdurchlässig, sodass insbesondere die Absorption von im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauteils oder
Halbleiterchips erzeugten Lichts so gering wie möglich ist. Insbesondere weist das Zinkoxid umfassende oder daraus bestehende Schutzmaterial eine Plasmakante, insbesondere im IR-Bereich, auf. Damit kann das Schutzmaterial einen Großteil der Wärmestrahlung reflektieren.
Insbesondere kann das Zinkoxid umfassende oder daraus
bestehende Schutzmaterial leitfähig ausgeführt sein.
Insbesondere ist mit "leitfähig" die elektrische
Leitfähigkeit gemeint. Die Leitfähigkeit kann zusätzlich in unbedeckten Bereichen über Sauerstoff oder
Ozonplasmabehandlung oder über längere Lagerung in feuchter Atmosphäre wieder ausgeschaltet werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial zumindest teilweise durchlässig für die von dem
Halbleiterchip emittierte Strahlung. Mit "teilweise
durchlässig" ist hier und im Folgenden gemeint, dass das Schutzmaterial eine Transmission von mindestens 50 %, bevorzugt mehr als 90 %, beispielsweise 95 % oder 99 %, aufweist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform reagiert das
Schutzmaterial in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung zu einem zweiten Metallsulfid. "Reagiert" meint hier und im Folgenden, dass das Schutzmaterial (Mel und/oder MelO) chemisch den Schwefel S aus der Umgebung bindet und sich zu einem zweiten Metallsulfid Me2S umwandelt. Die kann nach zumindest einer der folgenden Formeln erfolgen:
Me2 + S -> Me2S
Me20 + S -> Me2S Insbesondere reagiert das Schutzmaterial in Gegenwart von schwefelhaltigen Gasen, beispielsweise von
Schwefelwasserstoff, zu dem zweiten Metallsulfid.
Insbesondere folgt die Reaktion am Beispiel von Zinkoxid als Schutzmaterial und Schwefelwasserstoff als schwefelhaltige Umgebung nach folgender Reaktionsgleichung:
ZnO + H2S -> ZnS + H20 (II) Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial im Strahlengang des optoelektronischen Halbleiterbauteils und/oder Halbleiterchips angeordnet. Alternativ oder
zusätzlich kann das Schutzmaterial von der Oberfläche
beabstandet sein oder in direktem mechanischem Kontakt zur Oberfläche angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial auf der Oberfläche angeordnet. Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf
beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial zwischen der schwefelhaltigen Umgebung und der Oberfläche angeordnet . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial außerhalb des Strahlengangs des optoelektronischen
Halbleiterchips und/oder Halbleiterbauteils angeordnet. Mit anderen Worten trifft die von dem Halbleiterbauteil und/oder -chip emittierte Strahlung weder direkt noch indirekt auf das Schutzmaterial auf. Alternativ oder zusätzlich kann die emittierte Strahlung nur indirekt, also mittelbar, auf das Schutzmaterial, beispielsweise durch Reflexion der Strahlung an einer Oberfläche und anschließendes Auftreffen der
reflektierten Strahlung auf das Schutzmaterial, auftreffen.
Mit "außerhalb" kann hier und im Folgenden gemeint sein, dass das Schutzmaterial nicht im Strahlengang, insbesondere nicht in direktem Strahlengang des optoelektronischen
Halbleiterchips angeordnet ist. Das Schutzmaterial kann beispielsweise an einer Gehäuseinnenwand oder auf einem
Leiterrahmen aufgebracht sein.
Vorzugsweise wird die dem Strahlengang des Halbleiterchips abgewandt angeordnete Oberfläche zumindest eines
Leiterrahmens und/oder Trägers von dem Schutzmaterial
bedeckt, wobei das Schutzmaterial außerhalb des Strahlengangs des optoelektronischen Halbleiterbauteils angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt das
Schutzmaterial die Oberfläche formschlüssig und/oder direkt. Dadurch kann die Oberfläche von der schwefelhaltigen Umgebung beabstandet werden. Mit "beabstandet" ist hier gemeint, dass das Schutzmaterial räumlich näher an der schwefelhaltigen Umgebung angeordnet ist als die Oberfläche. Mit formschlüssig ist hier gemeint, dass das Schutzmaterial sich an die Gestalt oder Form der Oberfläche anpasst. Dabei ist insbesondere ein direkter mechanischer Kontakt zwischen der Oberfläche und dem Schutzmaterial vorhanden. Ist beispielsweise die Oberfläche ein Bonddraht, so ummantelt das Schutzmaterial den Draht von allen Seiten. Damit kann verhindert werden, dass korrosive Gase, beispielsweise Schwefelwasserstoff, an den Bonddraht gelangen und diesen korrodieren. Es kann damit die Lebenszeit des Bauelements verlängert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche ein Silberleiterrahmen sein. Das
Schutzmaterial kann direkt formschlüssig auf den
Silberleiterrahmen aufgebracht werden. Das Aufbringen kann beispielsweise mit einem Sol-Gel-Prozess, spin coating, dip coating, spray-coating oder Sputtern erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Schutzmaterial als nanopartikuläre Tinte aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Schutzmaterial Zinkoxid und das zweite Metallsulfid
Zinksulfid. Alternativ bestehen das Schutzmaterial aus
Zinkoxid und das zweite Metallsulfid aus Zinksulfid.
Alternativ oder zusätzlich ist das Zinkoxid und/oder
Zinksulfid transparent ausgeformt. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Oberfläche Silber oder besteht daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das zweite
Metallsulfid einen kleineren Absorptionsquerschnitt als das erste Metallsulfid auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das zweite
Metallsulfid, insbesondere Zinksulfid, weiß, erscheint also für den äußeren Betrachter als weiß. Alternativ oder zusätzlich ist das erste Metallsulfid, insbesondere
Silbersulfid, schwarz, erscheint also für den äußeren
Betrachter als schwarz. Damit weist insbesondere das erste Metallsulfid ein höheres Absorptionsvermögen als das zweite Metallsulfid auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Schutzmaterial als Schicht ausgeformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial kristallin oder amorph.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial als Partikel ausgeformt. Insbesondere ist das Schutzmaterial als Nanopartikel ausgeformt. Insbesondere weist das
Schutzmaterial eine Partikelgröße von einschließlich 10 nm bis einschließlich 100 nm, beispielsweise 50 nm, mit einer Toleranz von maximal 10 3 %, 2% oder 1 % von diesen
Werten auf. Als Partikel kann hier sowohl ein Einzelpartikel oder eine Agglomeration von Partikeln bezeichnet sein. Die Partikelgröße kann mittels Dynamischer Lichtstreuung bestimmt werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial als Partikel ausgeformt und in einem Verguss und/oder Linse und/oder einem Moldmaterial eingebettet. Die Einbettung kann homogen sein. Alternativ kann die Einbettung mittels eines Konzentrationsgradienten erfolgen .
Optional findet nach dem Aufbringen/Einbringen eine homogene vollflächige oder lokale, konvektive oder mikrowellen- oder plasma- oder laserunterstützte Wärmebehandlung statt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial als Partikel ausgeformt und zumindest ein Teil der Partikel, insbesondere alle Partikel, des Schutzmaterials sind mit einer Beschichtung umhüllt. Damit kann erreicht werden, dass das Schutzmaterial photokatalytisch inaktiv ist. Mit inaktiv wird hier insbesondere bezeichnet, dass die Beschichtung photokatalytischen Angriffen widersteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Beschichtung ein Verguss oder eine Linse aus Silikon. Als Silikon können beispielsweise methylphenylsubstituierte Silikone und/oder dimethylsubstituierte Silikone verwendet werden. Der Verguss oder die Linse ist insbesondere zumindest teilweise in dem Strahlengang des optoelektronischen Halbleiterchips
angeordnet. Als Beschichtung können Materialien verwendet werden, die in Masaru Kobayashi and William Kalriess; US Cosmetics Corp., Dayville, CT, USA; Vol. 112, June 1997 Cosmetics & Toiletries® magazine/83 verwendet werden. Der Offenbarungsgehalt diesbezüglich wird hiermit durch Rückbezug aufgenommen. Insbesondere können silikonbasierte Polymere, beispielsweise Methicone, als Beschichtung verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial sulfophiler als die Oberfläche. Mit "sulfophil" wird hier und im Folgenden die Affinität des Schutzmaterials bezeichnet, thermodynamisch und/oder kinetisch bevorzugter mit der schwefelhaltigen Umgebung eine Reaktion zum zweiten
Metallsulfid einzugehen im Vergleich zur Ausbildung des ersten Metallsulfids aus dem ersten Metall und/oder ersten Metalloxid in der schwefelhaltigen Umgebung. Dadurch kann die Bildung des ersten Metallsulfids vermindert oder zeitlich verzögert, insbesondere verhindert, werden. Der Erfinder hat erkannt, dass durch Einbringen eines
Schutzmaterials in ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, das insbesondere ein chemisch reaktives Element oder eine Verbindung ist, dieses Schutzmaterial als Schwefelgetter fungieren kann und den aus der Umgebung enthaltenden Schwefel binden kann. Insbesondere bildet das Schutzmaterial ein zweites Metallsulfid. Das zweite Metallsulfid ist
insbesondere weiß. Dadurch können die Absorptionsverluste im optoelektronischen Halbleiterbauteil verringert werden. Durch das Einbringen eines Schutzmaterials, insbesondere eines
Zinkoxid umfassenden oder daraus bestehenden Schutzmaterials, können andere Oberflächen, die auch mit der schwefelhaltigen Umgebung reagieren würden, geschützt werden. Insbesondere kann die Korrosion der Oberfläche verzögert oder verhindert werden. Damit kann die Lebensdauer des optoelektronischen Halbleiterbauteils erhöht werden. Insbesondere ist das
Schutzmaterial ein Opfermaterial, da es zeitlich gesehen vor der Oberfläche sulfidisiert wird. Insbesondere wird nur das Schutzmaterial sulfidisiert und die Oberfläche bleibt frei von der Sulfidisierung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Schutzmaterial einen Dotierstoff auf. Insbesondere ist ein Dotierstoff in dem Schutzmaterial eindotiert. Mit Dotierung wird hier und im Folgenden verstanden, dass die Konzentration des Dotierstoffs im Vergleich zum Schutzmaterial um den
Faktor 10 bis 100 kleiner ist als die Konzentration des
Schutzmaterials. Das dotierte Schutzmaterial ist in dem
Strahlengang des optoelektronischen Halbleiterchips
angeordnet. Alternativ kann das dotierte Schutzmaterial außerhalb des Strahlengangs des optoelektronischen
Halbleiterchips angeordnet sein. Der optoelektronische
Halbleiterchip ist insbesondere zur Emission von UV-Strahlung befähigt. Das dotierte Schutzmaterial ist dazu eingerichtet, die von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierte UV- Strahlung in Strahlung aus dem sichtbaren Bereich zu
konvertieren. Alternativ oder zusätzlich ist das dotierte Schutzmaterial elektrisch leitend.
Insbesondere kann Aluminium als Dotierstoff in das
Schutzmaterial eindotiert werden. Insbesondere weist das Schutzmaterial ein dotiertes Zinkoxid (AZO) auf. Damit kann die Absorptionskante individuell angepasst werden.
Insbesondere können kleine Wellenlängen des blauen Lichts, welche beispielsweise in dem optoelektronischen
Halbleiterbauteil unerwünscht sind und zur Degradierung des Halbleiterbauteils führen würden, herausgefiltert werden. Leitfähiges AZO kann insbesondere in dem gesamten
Halbleiterbauteil ohne Risiko eines Kurzschlusses aufgebracht werden, weil die Leitfähigkeit des AZO durch Ozon und/oder Sauerstoffplasma und/oder durch Lagerung in feuchter Umgebung "ausgeschaltet" werden kann. Dies meint, dass elektrisch gut leitfähiges AZO in elektrisch schlecht leitfähiges AZO umgewandelt werden kann und ein Kurzschluss verhindert wird. Die Leitfähigkeitseigenschaften hängen von dem
Aluminiumdotierstoff als auch von den Sauerstoff-Freistellen ab .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Schutzmaterial mit Silber dotiert. Insbesondere weist das Schutzmaterial ein silberdotiertes Zinkoxid auf oder besteht daraus. Damit kann das Schutzmaterial phosphoreszente Eigenschaften aufweisen, wobei das Schutzmaterial dazu befähigt ist, Strahlung aus dem UV-Bereich in sichtbares Licht umzuwandeln. Das Schutzmaterial kann auch direkt in einen Verguss, beispielsweise aus Silikon, eindispergiert werden. Beim
Eindispergieren in das Silikon kann das Schutzmaterial, insbesondere Zinkoxid, den kurzwelligen Anteil der Strahlung herausfiltern und damit die Halbleiterbauteilalterung
drastisch reduzieren. Ferner kann die Photokatalyseaktivität verhindert werden. Auch durch Eindispergieren könnte in geeigneter Verdünnung leitfähiges AZO verwendet werden ohne ein signifikantes Risiko für Kurz- oder Nebenschlüsse.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das zweite
Metallsulfid thermodynamisch stabiler als das erste
Metallsulfid in der schwefelhaltigen Umgebung, insbesondere in der vorliegenden Gesamtatmosphäre.
Insbesondere finden die Reaktionen I und II in dem
optoelektronischen Halbleiterbauteil als Konkurrenzreaktionen statt :
4 Ag + 2 H2S + 02 ~ 2 Ag2S + 2 H20 (I)
ZnO + H2S -> ZnS + H20 (II)
Als Beispiel wurde hier Silber für die Oberfläche und
Zinkoxid für das Schutzmaterial gewählt. Schwefelwasserstoff oder ein Gemisch aus Schwefelwasserstoff und Sauerstoff und ggf. Feuchte bilden dabei beispielsweise die schwefelhaltige Umgebung. Dabei ist die Bildung von Zinksulfid als zweites Metallsulfid thermodynamisch stabiler als die Bildung von Silbersulfid als erstes Metallsulfid. Insbesondere bildet sich weißes Zinksulfid. Mit anderen Worten findet bevorzugt die Reaktion II statt. Die Reaktion I wird insbesondere verhindert oder verringert, da die schwefelhaltige Umgebung vorzugsweise mit dem Schutzmaterial reagiert. Damit kann das Silber vor Korrosion geschützt und die Bildung von schwarzem Silbersulfid verhindert oder reduziert werden.
Es wird weiterhin die Verwendung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Insbesondere wird das oben beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil in einer schwefelhaltigen Umgebung verwendet. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbarten Merkmale sind auch für die Verwendung des optoelektronischen
Halbleiterbauteils offenbart und umgekehrt.
Das Schutzmaterial kann zur Beschichtung der Oberfläche, insbesondere einer Silberoberfläche, beispielsweise der
Silberoberfläche eines Leiterrahmens, verwendet werden.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Das
Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen
Halbleiterbauteils stellt vorzugsweise das optoelektronische Halbleiterbauteil her. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils die Schritte auf:
A) Bereitstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips, B) Bereitstellen zumindest einer Oberfläche, und C) Einbringen eines Schutzmaterials. Insbesondere ist der optoelektronische Halbleiterchip zur Emission von Strahlung eingerichtet. Die Oberfläche weist ein erstes Metall und/oder ein erstes Metalloxid, insbesondere Silber, auf. Das erste Metall und/oder das erste Metalloxid sind in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung dazu befähigt, in ein erstes Metallsulfid umgewandelt zu werden. Insbesondere kann in Gegenwart einer schwefelhaltigen
Umgebung ein erstes Metallsulfid gebildet werden. Das
Schutzmaterial weist ein zweites Metall und/oder ein zweites Metalloxid auf. Das Schutzmaterial ist zumindest teilweise durchlässig für die von dem Halbleiterchip emittierte
Strahlung. Das Schutzmaterial reagiert in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung zu einem zweiten Metallsulfid. Das Schutzmaterial ist sulfophiler, das heißt es geht bevorzugt mit der schwefelhaltigen Umgebung eine chemische Reaktion unter Bildung des zweiten Metallsulfids ein, sodass die
Bildung des ersten Metallsulfids vermindert, insbesondere verhindert, ist. Das Schutzmaterial kann mittels Sputtern, Physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD) ,
Chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) , Plasma-enhanced Chemischer Gasphasenabscheidung
(PECVD) , Plasma-enhanced Physikalischer Gasphasenabscheidung (PEPVD) , Atomlagenabscheidungsverfahren (atomic layer
deposition, ALD) , nasschemischen Verfahren oder Sol-Gel- Prozessen hergestellt werden.
Beispielsweise kann ein Schutzmaterial aus Zinkoxid wie folgt hergestellt werden:
Zinkacetat di- oder nonahydrat kann mit einem Alkohol, beispielsweise Ethanol, Isopropanol oder 2-Metoxy-Ethanol, vermischt werden. Zusätzlich kann ein stabilisierendes
Mittel, wie beispielsweise Monoethylamin (MEA) oder
Diethylamin (DEA) dazugegeben werden. Dieses Gemisch kann unter Rückfluss gekocht werden. Anschließend kann je nach pH-Wert die Ausfällung des Zinkoxids erzeugt werden. Dabei kann amorphes oder kristallines Schutzmaterial je nach pH-Wert erzeugt werden. Der Niederschlag kann zentrifugiert , filtriert und anschließend kalziniert werden. Anschließend kann ein Redispergieren erfolgen. Anschließend kann das entstandene Produkt auf die Oberfläche, beispielsweise eines Leiterrahmens, aufgedruckt oder in ein Vergussmaterial eindispergiert werden. Anschließend kann eine Ausheizung erfolgen. Das Ausheizen kann bei mindestens 200 °C,
beispielsweise 450 °C, erfolgen.
Alternativ kann das Schutzmaterial wie folgt hergestellt werden :
Zinkacetat di- oder nonahydrat wird mit einem Alkohol, beispielsweise Ethanol, Isopropanol oder 2-Metoxy-Ethanol, vermischt. Zusätzlich kann ein stabilisierendes Mittel, beispielsweise Monoethylamin (MEA) oder Diethylamin (DEA) , dazugegeben werden und die Mischung unter Rückfluss gekocht werden. Anschließend kann ein Einbringen des entstandenen Produkts in das Halbleiterbauteil mittels coating,
beispielsweise spin coating oder dip coating, erfolgen.
Anschließend kann ein Kalzinieren erfolgen.
Das Schutzmaterial kann auf der Oberfläche des
optoelektronischen Halbleiterbauteils als Schicht aufgebracht werden. Alternativ kann das Schutzmaterial als Nanopartikel, beispielsweise als Nanozinkoxidpartikel , in ein Matrixmaterial, beispielsweise eines Vergusses,
eindispergiert werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Halbleiterbauteils. Das Verfahren zum
Betrieb eines optoelektronischen Halbleiterbauteils betreibt vorzugsweise ein optoelektronisches Halbleiterbauteil. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Halbleiterbauteils die
Schritte auf:
A) Bereitstellen des optoelektronischen Halbleiterbauteils, das nur im Betrieb Strahlung emittiert. Das Halbleiterbauteil weist eine Oberfläche aus einem ersten Metall oder einem ersten Metalloxid auf. Das Halbleiterbauteil umfasst ferner ein Schutzmaterial aus einem zweiten Metall oder aus einem zweiten Metalloxid.
B) Aussetzen des optoelektronischen Halbleiterbauteils einer schwefelhaltigen Umgebung, wobei das Schutzmaterial die schwefelhaltige Umgebung zumindest teilweise oder vollständig bindet und sich zu einem zweiten Metallsulfid umwandelt, wobei das Schutzmaterial sulfophiler als die Oberfläche ist, sodass die Bildung eines ersten Metallsulfids durch
Sulfidisierung des ersten Metalls oder des ersten Metalloxids der Oberfläche vermindert oder verhindert ist.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 1 bis 3 jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauteils gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 4 bis 6 jeweils Simulationsergebnisse gemäß einer
Ausführungsform, und die Figur 7 eine Berechnung gemäß einer Ausführungsform. In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 weist einen Träger 5 auf. Bei dem Träger 5 kann es sich beispielsweise um ein Printed Circuit Board (PCB) , ein
Keramiksubstrat, eine Leiterplatte oder eine Aluminiumplatte handeln. Dem Träger 5 ist ein Gehäuse 6 nachgeordnet. Das
Gehäuse 6 weist einen Leiterrahmen 4 auf. Der Leiterrahmen 4 weist elektrische Anschlussstellen auf, mit dem ein
kontaktierter Halbleiterchip 10 verbunden ist. Das Gehäuse 6 weist eine Ausnehmung 7 auf, innerhalb derer der Halbleiterchip 10 angeordnet ist. Der Halbleiterchip 10 ist auf einem Bereich des Leiterrahmens 4 angeordnet. Der
Halbleiterchip 10 weist ein Bondpad 11 und einen Bonddraht 9 auf. Mit dem Bonddraht 9 erfolgt der elektrische Anschluss über den Leiterrahmen 6. Das optoelektronische
Halbleiterbauteil 100 weist eine Oberfläche 1 auf. Die
Oberfläche 1 kann auch eine Mehrzahl von Oberflächen gleicher oder verschiedener Elemente sein. Die Oberfläche 1 kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die die Oberflächen eines
Leiterrahmens 4 oder die Oberflächen eines Gehäuses 6
umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche 1 auch die Oberfläche eines Bonddrahts 9 und/oder Bondpads 11 umfassen. Insbesondere sind mit "Oberfläche" alle innerhalb der Ausnehmung 7 vorhandenen metallischen Oberflächen
gemeint, die in schwefelhaltiger Umgebung korrodieren können. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 weist ferner ein Schutzmaterial 2 auf. Das Schutzmaterial 2 kann in dem
Strahlengang 101 des optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet sein (hier nicht gezeigt) . Alternativ oder
zusätzlich kann das Schutzmaterial 2 außerhalb des
Strahlengangs 101 des optoelektronischen Halbleiterchips 100 angeordnet sein. Das Schutzmaterial 2 kann als Schicht ausgeformt sein. Beispielsweise kann das Schutzmaterial 2 an den Seitenflächen des Gehäuses 6 und/oder auf der Oberfläche
1 des Leiterrahmens 4 angeordnet sein. Ist das Schutzmaterial
2 innerhalb des Strahlengangs des optoelektronischen
Halbleiterchips 10 angeordnet, so kann es beispielsweise auch als Partikel ausgeformt sein und in einem Verguss 8
eindispergiert sein (hier nicht gezeigt) . Das Schutzmaterial 2 ist dazu eingerichtet, mit der schwefelhaltigen Umgebung, insbesondere die durch den Verguss 8 diffundieren kann, zu reagieren. Dabei bildet sich ein zweites Metallsulfid Me2S. Die Oberfläche 1 des optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 ist im Prinzip auch dazu befähigt, mit der
schwefelhaltigen Umgebung S zu reagieren und zumindest ein erstes Metallsulfid MelS zu bilden. Insbesondere ist das Schutzmaterial 2 sulfophiler, reagiert also bevorzugter mit der schwefelhaltigen Umgebung S als die Oberfläche 1. Die Bildung des ersten Metallsulfids MelS wird dadurch
vermindert, insbesondere verhindert. Damit kann die Korrosion von Oberflächen 1 des optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 durch eine schwefelhaltige Umgebung S, insbesondere eine schwefelhaltige feuchte Atmosphäre, vermindert werden und die Lebensdauer des optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 erhöht werden. Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 weist einen Träger 5 auf. Dem Träger 5 sind Anschlussstellen 13 nachgeordnet. Ferner ist dem Träger 5 der kontaktierte Halbleiterchip 10 nachgeordnet. Der kontaktierte
Halbleiterchip 10 weist auf seiner Strahlungsaustrittsfläche, welche dem Träger 5 abgewandt ist, zwei Bondpads 11 auf. Die Bondpads 11 werden jeweils mittels eines Bonddrahts 9 mit den Anschlussstellen 13 elektrisch verbunden. Die Oberfläche 1 des optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 sind
beispielsweise die Oberflächen der Anschlussstellen 13 und/oder die Oberflächen des Trägers 5. Insbesondere bedeckt das Schutzmaterial 2 die Oberfläche 1 der Anschlussstellen 13 und/oder die Oberfläche 1 des Trägers (hier nicht gezeigt) formschlüssig. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 der Figur 2 unterscheidet sich von dem optoelektronischen Halbleiterbauteil 100 der Figur 1 dadurch, dass die
Kontaktierung oberhalb, das heißt über die Strahlungsaustrittsfläche des kontaktierten Halbleiterchips 10, erfolgt.
Zusätzlich kann das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 einen Verguss 8 aufweisen (hier nicht gezeigt) . Dann kann das Schutzmaterial 2 zusätzlich oder alternativ in dem Verguss als Partikel, insbesondere als Nanopartikel , eindispergiert werden . Alternativ können auch weitere Oberflächen 1 mit dem
Schutzmaterial 2 bedeckt sein.
Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das optoelektronische Halbleiterbauteil 100 weist einen Träger 5 auf. Der Träger 5 weist Anschlussstellen 13 auf. Über die Anschlussstellen 13 ist der Halbleiterchip 10 kontaktiert. Die Anschlussstellen 13 sind insbesondere metallisch. Die metallischen Anschlussstellen 13 werden insbesondere von dem Schutzmaterial 2 zumindest bereichsweise bedeckt. Die Bedeckung kann mittelbar oder unmittelbar, das heißt in indirektem oder direktem mechanischem Kontakt, erfolgen. Figur 3 zeigt, dass das Schutzmaterial 2 in Form von Partikeln ausgeformt ist und in einem Verguss 8
eindispergiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann das als Partikel ausgeformte Schutzmaterial 2 auch in einer Linse eindispergiert sein (hier nicht gezeigt) . Als Verguss 8 eignen sich herkömmliche Silikone, beispielsweise
Dimethylsilikon .
Die Figur 4 zeigt Simulationsergebnisse, wenn eine Oberfläche 1 und das Schutzmaterial 2 der schwefelhaltigen Umgebung ausgesetzt sind. Es wurde das Programm HSC chemistry zur Simulation verwendet. Als Schutzmaterial 2 wird hier
beispielsweise Zinkoxid verwendet. Es können auch andere geeignete Materialien verwendet werden. Als Oberfläche 1 wird hier beispielsweise Silber verwendet. Dabei ist die
Stoffmenge E im Gleichgewicht in kmol der Ausgangsgrößen
Wasser, Zinkoxid, Silber und Sauerstoff in Abhängigkeit von der vorgelegten Stoffmenge des Schwefelwasserstoffs
(E H2S (g) , g = gasförmig) in kmol dargestellt. Als
Ausgangsgrößen wurden jeweils 10 kmol Wasser, Zinkoxid und Silber und 1 kmol Sauerstoff gewählt. Mit steigendem Anteil an Schwefelwasserstoff wird der Anteil an Zinkoxid reduziert (Kurve 4-1) und der Anteil an Zinksulfid erhöht (Kurve 4-2) . Es wird also Zinkoxid in Zinksulfid umgewandelt (Reaktion II) . Dabei entsteht zusätzlich Wasser (Kurve 4-3) . Aus der Simulation ist erkennbar, dass Silber (Kurve 4-4) nur
geringfügig in Silbersulfid (Kurve 4-5, Reaktion I)
umgewandelt wird. Bis zu einer vorgelegten Stoffmenge
(H2S (g) ) von 3 kmol ist das Silber nahezu stabil und wird durch die schwefelhaltige Umgebung nicht angegriffen, das heißt nicht zu Silbersulfid umgewandelt. Aus der Grafik ist zu erkennen, dass Silber ab einer E (H2S (g) ) von 5 kmol signifikant mit Schwefel reagiert. Allerdings ist bei E
(H2S (g) ) schon ein großer Teil an Zinkoxid in Zinksulfid umgewandelt. Durch das Einbringen des Schutzmaterials 2, insbesondere von Zinkoxid, kann das Schutzmaterial 2 den Schwefel aus der schwefelhaltige Umgebung einfangen und binden, sodass die Oberfläche 1, beispielsweise Silber, nicht oder erst bei hohen Anteilen des Schwefels der
schwefelhaltigen Umgebung mit diesem reagieren muss. Somit ist das Silber von dem Schwefel beabstandet. Das
Schutzmaterial fungiert hier als eine Art Schwefelgetter . Die Kurve 4-6 zeigt das Nebenprodukt Zinkhydroxid. Die Kurven 4-7 und 4-8 zeigen Nebenprodukte ZnO*2ZnS04 und N2 (g) . Die Figur 5 zeigt Simulationsergebnisse von Wasser, Zinkoxid und Silber ohne die Anwesenheit von Sauerstoff. Es wurde das Programm HSC zur Simulation verwendet. Dabei ist die
Stoffmenge E in kmol der Ausgangsgrößen Wasser, Zinkoxid und Silber in Abhängigkeit von der vorgelegten Stoffmenge des Schwefelwasserstoffs E (H2S (g) , g = gasförmig) in kmol dargestellt. Aus der Grafik ist zu erkennen, dass der Anteil an Zinkoxid mit steigendem Schwefelwasserstoffanteil abnimmt (Kurve 5-1) und Zinksulfid als zweites Metallsulfid Me2S gebildet wird (Kurve 5-2) . Das Silber als Oberfläche 1 bleibt trotz Erhöhung des Schwefelwasserstoffanteils konstant und wandelt sich nicht zum Silbersulfid als erstes Metallsulfid MelS um (Kurve 5-4) . Damit bindet das Zinkoxid den Schwefel aus der Umgebung, bevor es mit dem Silber zu Silbersulfid reagieren kann. Damit kann die Lebensdauer des Bauelements erhöht werden.
Die Figur 6 zeigt Simulationsergebnisse, wenn eine Oberfläche 1 und das Schutzmaterial 2 einer schwefelhaltigen Umgebung ausgesetzt sind. Es wurde das Programm HSC zur Simulation verwendet Als Schutzmaterial 2 wird hier beispielsweise
Zinkoxid verwendet. Es können auch andere geeignete
Materialien verwendet werden. Als Oberfläche 1 wird hier beispielsweise Silber verwendet. Dabei ist die Stoffmenge E in kmol der Ausgangsgrößen Wasser, Zinkoxid, Silber und
Sauerstoff in Abhängigkeit der vorgelegten Stoffmenge des Schwefelwasserstoffs E (H2S (g) , g = gasförmig) in kmol dargestellt. Als Ausgangsgrößen wurden jeweils 10 kmol
Wasser, Zinkoxid und Silber und Sauerstoff gewählt. Im
Vergleich zu Figur 4 wurde der Sauerstoffanteil erhöht. Mit steigendem Anteil an Schwefelwasserstoff wird der Anteil an Zinkoxid reduziert (Kurve 6-1) und der Anteil an Zinksulfid erhöht (Kurve 6-2) . Es wird also Zinkoxid in Zinksulfid umgewandelt (Reaktion II). Dabei entsteht zusätzlich Wasser (Kurve 6-3) . Aus der Simulation ist erkennbar, Silber (Kurve 6-4) erst bei hohem Anteil an Schwefelwasserstoff (Kurve 6-5, Reaktion I) zu Silbersulfid reagiert. Das Schutzmaterial opfert sich also, um die Bildung von Silbersulfid zu
verhindern oder vermindern. Die folgenden Kurven zeigen
Nebenprodukte :
- Zinkhydroxid (Kurve 6-6) ,
- ZnO*2ZnS04 (Kurven 6-7),
- Ag02 (Kurve 6-9) ,
- Ag2S04 (Kurve 6-10),
- Ag20 (Kurve 6-11) . Die Figur 7 zeigt eine Berechnung gemäß einer
Ausführungsform. Die Berechnung wurde mittels factSage durchgeführt. Die Berechnungen wurden bei einer Atmosphäre (1 atm) und 25 °C durchgeführt. Aus der Figur 7 ist
erkennbar, dass die Bildung von Zinksulfid als zweites
Metallsulfid Me2S thermodynamisch stabiler ist als die
Bildung von Silbersulfid als erstes Metallsulfid MelS. Damit ist das zweite Metallsulfid Me2S sulfophiler als das erste Metallsulfid. Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 111 656.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
Optoelektronisches Halbleiterbaute
10 Optoelektronischer Halbleiterchip 101 Emittierte Strahlung
1 Oberfläche
Mel erstes Metall
MelO erstes Metalloxid
S schwefelhaltige Umgebung MelS erstes Metallsulfid
2 Schutzmaterial
Me2 zweites Metall
Me20 zweites Metalloxid
Me2S zweites Metallsulfid
AGl erste freie Energie
AG2 zweite freie Energie
3 Beschichtung
4 Leiterrahmen
5 Träger
6 Gehäuse
7 Ausnehmung
8 Verguss
9 Bonddraht
11 Bondpad
13 Anschlussstellen

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) aufweisend
- einen optoelektronischen Halbleiterchip (10), der zur Emission von Strahlung eingerichtet ist,
- eine Oberfläche (1) aufweisend ein erstes Metall (Mel) oder ein erstes Metalloxid (MelO) , die in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung (S) in ein erstes
Metallsulfid (MelS) umgewandelt werden kann,
- ein Schutzmaterial (2) aufweisend ein zweites Metall (Me2) oder ein zweites Metalloxid (Me20) , das zumindest teilweise durchlässig für die von dem Halbleiterchip (10) emittierte Strahlung (101) ist,
- wobei das Schutzmaterial (2) in Gegenwart einer schwefelhaltigen Umgebung (S) zu einem zweiten
Metallsulfid (Me2S) reagiert,
- wobei das Schutzmaterial (2) sulfophiler als die
Oberfläche (1) ist, so dass die Bildung des ersten
Metallsulfids (MelS) vermindert oder verhindert ist.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 1,
wobei das zweite Metallsulfid (Me2S) für den Betrachter weiß erscheint.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Schutzmaterial (2) außerhalb des Strahlengangs (101) des optoelektronischen Halbleiterchips (10) angeordnet ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Metallsulfid (Me2S) einen kleineren Absorptionsquerschnitt als das erste Metallsulfid (MelS) aufweist .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das zweite Metallsulfid (Me2S) in der
schwefelhaltigen Umgebung (S) thermodynamisch stabiler als das erste Metallsulfid (MelS) ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Schutzmaterial (2) die Oberfläche (1)
formschlüssig und direkt bedeckt, so dass die Oberfläche (1) von der schwefelhaltigen Umgebung (S) beabstandet ist .
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Schutzmaterial (2) Zinkoxid und das zweite Metallsulfid (Me2S) Zinksulfid umfasst, wobei das
Zinksulfid transparent ausgeformt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Schutzmaterial (2) Zinkoxid und das zweite Metallsulfid (Me2S) Zinksulfid ist und die Oberfläche (1) Silber umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Schutzmaterial (2) als Partikel ausgeformt ist, wobei zumindest ein Teil der Partikel des Schutzmaterials (2) mit einer Beschichtung (3) umhüllt sind, so dass das Schutzmaterial (2) photokatalytisch inaktiv ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
wobei die Beschichtung (3) ein Verguss oder eine Linse aus Silikon ist, wobei der Verguss oder die Linse zumindest teilweise in dem Strahlengang (101) des optoelektronischen Halbleiterchips (10) angeordnet ist.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei in dem Schutzmaterial (2) ein Dotierstoff
eindotiert ist und das dotierte Schutzmaterial (2) in dem Strahlengang (101) des optoelektronischen
Halbleiterchips (10) angeordnet ist, das zur Emission von zumindest UV-Strahlung befähigt ist, wobei das dotierte Schutzmaterial (2) zumindest die UV-Strahlung in Strahlung aus dem sichtbaren Bereich konvertiert oder wobei in dem Schutzmaterial (2) ein Dotierstoff
eindotiert ist und das dotierte Schutzmaterial (2) elektrisch leitend ist.
12. Verwendung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer
schwefelhaltigen Umgebung.
13. Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils (100), das nur im Betrieb Strahlung (101) emittiert, wobei das Halbleiterbauteil (10) eine Oberfläche (1) aus einem ersten Metall (Mel) oder einem ersten Metalloxid (MelO) und ein Schutzmaterial (2) aus einem zweiten Metall (Me2) oder einem zweiten Metalloxid
(Me20) aufweist,
B) Aussetzen des optoelektronischen Halbleiterbauteils (100) einer schwefelhaltigen Umgebung (S) , wobei das Schutzmaterial (2) die schwefelhaltige Umgebung (S) zumindest teilweise bindet und sich zu einem zweiten Metallsulfid (Me2S) umwandelt, wobei das Schutzmaterial (2) sulfophiler als die Oberfläche (1) ist, so dass die Bildung eines ersten Metallsulfids (MelS) durch
Sulfidisierung des ersten Metalls (Mel) oder des ersten Metalloxids (MelO) der Oberfläche (1) vermindert oder verhindert wird.
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