WO2017012956A1 - Optoelektronisches bauelement, verbund von optoelektronischen bauelementen und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement, verbund von optoelektronischen bauelementen und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements Download PDF

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converter
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David O'brien
Siegfried Herrmann
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Definitions

  • Optoelectronic component composite of optoelectronic components and method for producing a
  • the invention relates to an optoelectronic component. Furthermore, the invention relates to a composite of
  • Optoelectronic components often have converter elements, for example those of a semiconductor chip
  • Wavelength can convert.
  • these converter elements are often sensitive to moisture
  • An object of the invention is to provide an optoelectronic device which is stable.
  • an object of the invention is to provide an optoelectronic component which has a converter element which is protected against environmental influences and / or temperature influences. It is another object of the invention to provide a
  • Embodiments of the composite are the subject of dependent claim 12. Further, these objects are by a
  • the optoelectronic component on a semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is set up to emit radiation at least over a radiation main surface of the semiconductor chip.
  • the optoelectronic component has a converter element.
  • the converter element is in the beam path of the
  • the converter element is
  • the optoelectronic component has an encapsulation element.
  • the encapsulation element has a cover element and a side element.
  • Encapsulation element forms at least one seal for the converter element from environmental influences.
  • the encapsulation element can protect at least the converter element from temperatures, in particular high temperatures above 80 ° C., so that the degradation of the converter element is prevented.
  • the cover element is arranged above the converter element.
  • the side element is arranged in cross-section laterally to the semiconductor chip and to the converter element. In particular, the side element surrounds the semiconductor chip directly.
  • the side member and the cover member are at least partially in contact with each other. In particular, the side element and the cover element are at least partially directly in contact with each other.
  • the side element is in the lateral direction directly with the
  • the component has a semiconductor chip.
  • the semiconductor chip comprises a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is preferably a nitride compound semiconductor material, such as Al n In] __ n _ m Ga m N or to a phosphide compound semiconductor material, such as
  • the semiconductor material may be Al x Ga x __ x As with 0 ⁇ x ⁇ 1
  • the semiconductor layer sequence includes an active layer with at least one pn junction and / or with one or more quantum well structures.
  • the semiconductor chip is thus set up to emit radiation. Especially the emission of radiation takes place via the
  • Radiation main surface of the semiconductor chip is perpendicular to one
  • a wavelength of the radiation or the wavelength maximum of the radiation is preferably in the ultraviolet and / or visible
  • IR spectral range in particular at wavelengths between 420 and 800 nm inclusive, for example between 440 and 480 nm inclusive.
  • the semiconductor chip is a light-emitting diode, or LED for short.
  • Semiconductor chip is then preferably configured to blue light, green light, red light or white light
  • the component has a converter element.
  • the converter element is in
  • the converter element is arranged in direct mechanical and / or electrical and / or thermal contact with the semiconductor chip.
  • the converter element is arranged directly on the main radiation surface of the semiconductor chip.
  • Radiation main surface of the semiconductor chip to be spaced.
  • further layers for example an adhesive layer, may be arranged between the converter element and the radiation main surface.
  • Directly adjacent or “direct” means here indirect electrical, mechanical and / or thermal contact of a Mean element to another element. It is then possible, for example, between the side element and the
  • Converter element further elements, such as encapsulations, intermediate layers or an air gap may be present.
  • directly adjacent or “directly” may mean direct electrical, mechanical, and / or thermal contact of one element to another element. At least in some areas there are no others
  • the converter element can be sensitive to temperatures, in particular high temperatures, for example temperatures of at least 80 ° C., for example 95 ° C.
  • the high temperatures can be generated for example during operation of the optoelectronic component.
  • Environmental influences here means especially humid atmosphere, for example an atmosphere of water, oxygen
  • the converter element degrades upon contact with the environmental influences
  • an encapsulation element can be used.
  • the encapsulation element can form a seal against environmental influences.
  • Encapsulation element dissipate at least the heat generated in the converter element or the resulting high temperatures.
  • a temperature increase in the converter element can lead to a radiationless relaxation and to a Stokes shift.
  • the encapsulation element is in particular adapted to dissipate the heat generated in the converter element and thus thermal quenching and / or a thermal degradation of the converter material, in particular the quantum dots to avoid.
  • the converter element may comprise or consist of converter materials, such as YAG phosphors, garnets, orthosilicates or calsines.
  • converter materials such as YAG phosphors, garnets, orthosilicates or calsines.
  • Converter materials oxygen, moisture and / or temperature sensitive. Converter materials, which
  • Nanoscopic material structure of semiconductor materials such as InGaAs, CdSe or GalnP / InP, or include.
  • the quantum dots may have a different size.
  • the converter element may comprise a matrix material, for example silicone-based and / or epoxy-based polymers and / or acrylates and / or photoresists.
  • Converter materials such as quantum dots, can be used in the
  • Matrix material be homogeneously distributed.
  • the converter materials such as quantum dots, can have a
  • the converter materials can account for at least 60 % By weight, for example 70% by weight, 80% by weight, 90% by weight or 96% by weight, in the matrix material.
  • the converter element is in particular configured to absorb the radiation emitted by the semiconductor chip and to convert it into radiation, in particular of a different wavelength.
  • the converter element may be that of the
  • the converter element may be that of the
  • Semiconductor chip emitted radiation at least partially convert, wherein a part of the radiation emitted by the semiconductor chip without being converted by the converter element occurs.
  • the result is mixed radiation, which comprises the radiation emitted by the semiconductor chip and the radiation converted by the converter element.
  • Quantum dots have a different size.
  • the size can be from 2 nm to 12 nm.
  • the spectral range emitted by the quantum dot can be adjusted individually.
  • converter materials with quantum dots for so-called solid state lighting and display backlighting can be used. In accordance with at least one embodiment, this is
  • Converter element formed as a layer with a layer thickness between 100 nm and 1500 nm inclusive.
  • the component has an encapsulation element.
  • the encapsulation element has or consists of a cover element and a side element.
  • the encapsulation element is designed to at least to protect the converter element from environmental influences and / or temperature influences.
  • this encapsulates
  • Encapsulation element at least the converter element and the semiconductor chip.
  • the converter element is not separately encapsulated, but is within the
  • Encapsulation element hermetically sealed, so diffusion-tight against environmental influences, such as oxygen, water and / or hydrogen sulfide.
  • the cover element is arranged in the beam path of the semiconductor chip.
  • the cover element is arranged above the converter element.
  • the cover element can be arranged in direct contact with the converter element, ie in direct electrical and / or mechanical and / or thermal contact.
  • the cover element may be arranged in indirect contact over the converter element.
  • further layers or elements, for example an adhesive layer can then be arranged between the cover element and the converter element.
  • thermal contact on the other layer or the other element is arranged. Furthermore, it may also mean that the one layer or the one element indirectly
  • the converter element has a
  • Converter element is in particular perpendicular to the
  • the cover element is shaped in the form of a layer, a plate, a foil or a laminate.
  • the cover element can be made of glass, quartz, plastic and / or silicon dioxide.
  • the cover element comprises or consists of glass.
  • the cover element is permeable at least to the radiation emitted by the semiconductor chip and / or radiation emitted by the converter element.
  • the cover element is transparent.
  • transparent is here and below referred to a layer that is transparent to visible light.
  • the transparent layer can be transparent or at least partially light-scattering and / or partially light-absorbing, so that the transparent layer can also be translucent, for example, diffuse or milky.
  • a layer or element designated here as transparent is as light-permeable as possible, so that in particular the absorption of the layer during the operation of the Optoelectronic device generated radiation is as low as possible.
  • the cover element may comprise a diffuser or other optically active structures
  • the diffuser or the other optically active structures are adapted to decouple the radiation generated in the component.
  • the cover element may be a frosted glass whose roughness is similar to or less than the wavelength of the radiation to be coupled out
  • Cover glass element lenticular for example as
  • grating periodic structure
  • the component has a side element.
  • the side element is arranged in cross-section laterally to the semiconductor chip.
  • the side element is arranged in cross section laterally to the converter element.
  • Converter element and semiconductor chip arranged one above the other, so that the side member laterally, so both on the side surfaces of the semiconductor chip and to the
  • Semiconductor chip and / or converter element may be arranged.
  • indirect contact can then in particular a seed layer between the side member and the side surfaces of the
  • Semiconductor chips and / or converter element may be arranged.
  • Side element the semiconductor chip.
  • the side element surrounds the semiconductor chip directly.
  • the page element So encapsulates the semiconductor chip, so that at least one thermal contact between the semiconductor chip and side member is present. Alternatively or additionally, a direct electrical and / or mechanical contact between the
  • the side element encloses the semiconductor chip in a form-fitting manner, thus covering all side surfaces of the semiconductor chip
  • the side element has at least one metal, in particular a galvanic metal.
  • the side element consists of a metal, which is in particular a galvanic metal.
  • the metal may be selected from a group comprising copper, nickel, iron, gold and silver.
  • the side member comprises or is made of copper or nickel. Copper has a high thermal conductivity of about 390 W / (m-K)
  • the side element has at least one galvanic metal or consists thereof.
  • the cover element has or consists of a material different from the side element, for example glass.
  • the cover element is transparent to the radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the side element has at least one galvanic metal or consists thereof.
  • the cover element has or consists of a material different from the side element, for example glass.
  • the cover element is transparent to the radiation emitted by the semiconductor chip.
  • Side member in cross section has a thickness of greater than 20 ym or greater than 60 ym, in particular between 80 ym and 200 ym, for example, 100 ym, on.
  • the side element and the cover element are in direct contact with each other at least in regions.
  • the side element is an electrical connection contact of the semiconductor chip
  • the semiconductor chip has in particular at least one p-type semiconductor layer, one active layer and at least one n-type semiconductor layer.
  • the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are each electrically contacted with an electrical connection contact.
  • the side element forms an electrical connection contact of the semiconductor layer sequence.
  • the side element forms an electrical connection contact for the at least one p-type semiconductor layer and / or the at least one n-type semiconductor layer of the
  • the side element is arranged on a carrier.
  • the carrier can be, for example, a printed circuit board (PCB), a lead frame, a ceramic-based carrier or a metal.
  • PCB printed circuit board
  • the converter element and / or Side element disposed at least in direct thermal contact with the carrier.
  • the side element serves as a heat sink for the converter element and / or the
  • the side member is both with the side member
  • Converter element and / or the semiconductor chip as well as with the carrier in direct thermal and / or mechanical contact.
  • the carrier in direct thermal and / or mechanical contact.
  • the side element contributes to a mechanical
  • the side element is formed in a reflective manner.
  • the side element is arranged on the side surfaces of the semiconductor chip.
  • Decoupling efficiency of the emitted radiation from the semiconductor chip can be increased.
  • this is reflective
  • Converter element from the side surfaces emerging radiation are reflected and thus the coupling-out in Direction main radiation direction, ie in the direction perpendicular to the main radiation surface or side, be increased.
  • the side element assumes in particular the shape of the side surfaces of the converter element and / or semiconductor chip.
  • the side member completely covers the side surfaces of the converter element.
  • the side element covers the side surfaces of the
  • Semiconductor chips completely or at least 80% or more than 90%. In particular, with a coverage of at least 80%, the side surfaces of the semiconductor chip in the region of a carrier remain uncovered.
  • the component has a seed layer.
  • the side surfaces of the converter element are complete with the seed layer,
  • the seed layer is directly on the side surfaces, ie in
  • the seed layer may be the side surfaces of the semiconductor chip and / or
  • the seed layer may be disposed on the side surfaces of the semiconductor chip.
  • the seed layer directly covers the side surfaces of the semiconductor chip, at least in regions. In other words, the side surfaces of the
  • Seed layer Alternatively or additionally, the side element of the seed layer is arranged laterally laterally. In particular, side member and seed layer are in direct thermal contact with each other.
  • the seed layer comprises a metal.
  • it is a conductive, sputtered metal layer.
  • the metal is selected from the group comprising Ag, Al, Cu and combinations thereof.
  • the metal is Ag or Al.
  • the seed layer is set up in the direction of the heat generated by the converter element and / or semiconductor chip
  • the side member may be disposed on a support, so that the heat can be dissipated excellent both on the seed layer and on the side member and the carrier.
  • the seed layer is formed in a reflective manner.
  • reflective is meant here that at least 90% or 95% of the radiation occurring on the seed layer is reflected.
  • silver can be used as the seed layer.
  • Silver has a high reflectivity and thus can easily reflect the radiation generated in the converter element and / or in the semiconductor chip and thus the
  • the cover element and the side element have different materials.
  • the side element is metallic and / or the cover element is non-metallic. This will be different Materials of cover element and side element combined.
  • the cover element and side element form an excellent seal or hermetic encapsulation at least for the converter element.
  • the side member forms a mechanical stabilization for the
  • the inventors have found that by using an encapsulation member having a cover member and a side member, an excellent seal can be produced for at least the converter member.
  • the converter element from environmental influences, especially moisture, acid gases and / or oxygen, are protected and thus its degradation can be prevented.
  • the formation of the metallic side member a slight discharge of the in the converter element
  • the encapsulation element may be a mirror element
  • the composite of optoelectronic components comprises at least one optoelectronic component described so far. That is, all the features disclosed for the optoelectronic device are also disclosed for the interconnection of optoelectronic devices and vice versa.
  • the composite of optoelectronic components has at least two
  • the optoelectronic components can be constructed identical or different. In particular, adjacent optoelectronic components
  • Optoelectronic components can also be arranged in the composite in a so-called wafer composite.
  • the optoelectronic components are then arranged in the form of a matrix on the wafer.
  • the composite can be mechanically stabilized. Furthermore, the side member can be used as a heat sink for adjacent components. In particular, the side element can easily remove the heat generated in the semiconductor chip and / or in the converter element.
  • At least one embodiment at least
  • the drive to Production of an optoelectronic component preferably produces the optoelectronic component and / or the composite. That is, all the features disclosed for the optoelectronic component or the composite are also disclosed for the method for producing an optoelectronic component and vice versa.
  • the method for producing an optoelectronic component has the
  • the converter element is set up.
  • the converter element has side surfaces.
  • Converter element so that the side member is arranged in cross-section laterally to the semiconductor chip and laterally to the converter element and surrounds at least the semiconductor chip.
  • the side element surrounds at least the
  • the side element and the cover element are in particular at least partially directly in contact with each other and form a seal for the converter element from environmental influences.
  • the cover element and the side element forms a seal for the converter element from environmental influences and / or high temperatures.
  • the lateral element can be in direct contact with the converter element in the lateral direction.
  • thermomechanical stresses of the component are thermomechanical stresses of the component
  • the side element is produced galvanically in step D).
  • a seed layer is wholly applied to the side surfaces of the
  • the seed layer is formed reflecting.
  • the seed layer is silver.
  • the seed layer is an alloy of silver and copper. This allows both the reflection and the thermal
  • FIGS. 1A and 1B each show a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment
  • FIGS. 2A and 2A show a schematic side view of a
  • Figure 2B is a plan view of the optoelectronic
  • Figure 3 is a schematic side view of a
  • FIGS. 4A to 4H show a method for producing an optoelectronic component according to an embodiment
  • FIGS. 5A to 5C respectively show a method for producing an optoelectronic component according to an embodiment
  • 6A is a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment
  • Figure 6B is a plan view of the device of Figure 6A
  • Figures 7A to 7F a method for producing an optoelectronic device according to an embodiment
  • Figures 8A to 8C are each a plan view one
  • Figures 9A and 9B each show a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale. Rather, individual elements such as layers, components, components and areas for exaggerated representability and / or for better understanding can be displayed exaggeratedly large.
  • FIG. 1A shows a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • the optoelectronic component 100 has a
  • the semiconductor chip 1 can be any semiconductor chip 1 on.
  • the semiconductor chip 1 can be any semiconductor chip 1 on.
  • the semiconductor chip 1 is set up to emit radiation from the blue spectral range.
  • the semiconductor chip 1 may be formed as a so-called flip-chip. In other words, the semiconductor chip 1 has the side facing away from the main radiation surface 11
  • the rear side contacts 8a, 8b can be electrically insulated from one another by means of an insulation 9, so that a
  • a converter element 2 which comprises, for example, quantum dots, may be arranged downstream.
  • the converter element 2 is directly on the
  • the semiconductor chip 1 has side surfaces 12.
  • the converter element 2 has side surfaces 21.
  • the converter element 2 is arranged on the main radiation surface 11 of the semiconductor chip 1 such that the side surfaces 21 of the converter element form an extension of the side surfaces 12 of the semiconductor chip 1 in cross-section.
  • the converter element 2 is arranged to emit the semiconductor chip 1
  • the converter element 2 may be arranged downstream of a cover element 31, for example made of glass or a coated film.
  • a cover element 31 for example made of glass or a coated film.
  • the side surfaces of the cover element project beyond the side surfaces 21 of the converter element 2 and / or the side surfaces 12 of the cover element
  • a side member 32 is arranged lateral to the semiconductor chip 1 and / or converter element 2.
  • the side member 32 surrounds the converter element 2 and / or the
  • the side member 32 at least partially or completely covers all side surfaces of the semiconductor chip 1 and / or all
  • the side member 32 has a direct contact with the cover member 31.
  • the cover element 31 and the side element 32 forms an encapsulation element 3.
  • the encapsulation element 3 forms a seal for the converter element 2
  • the side element 32 has a highly thermally conductive metal, for example copper.
  • the heat generated in the converter element 2 can easily be transferred through the
  • the component 100 may have a carrier 4.
  • the carrier 4 can be any suitable carrier 4.
  • the heat generated by the converter element 2 can be easily dissipated via the side member 32 and the carrier 4.
  • the side member 32 may be formed as a sheet or plate.
  • the side element 32 has a layer thickness of> 50 ⁇ m in cross-section.
  • the side surfaces 21 of the converter element 2 directly with the
  • Side member 32 are in contact.
  • the side member 32 together with the carrier 4 forms a heat sink for discharging the in the
  • Converter element can be prevented.
  • the semiconductor chip 1 and the converter element 2 can be mechanically stabilized.
  • FIG. 1B shows a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • the device 100 of Figure 1B differs from the device 100 of Figure 1A in that between the
  • Cover element 31 a further layer 7, for example, an adhesive layer may be arranged.
  • a seed layer 6 may be arranged between the side element 3 and the side surfaces 12 of the semiconductor chip 1 and / or the side surfaces 21 of the converter element 2.
  • the seed layer 6 may additionally be formed between the side member 32 and the cover member 31.
  • the seed layer 6 seen in cross section is formed as inverted L.
  • the seed layer 6 is thermally conductive.
  • FIG. 2A shows a schematic side view of a component according to an embodiment.
  • the component 100 of FIG. 2A differs from the component of FIG. 1B in that the component has electrical connection points 10a and 10b.
  • the electrical Terminals 10a an n-contact and 10b a p-contact.
  • the side member 32 and the p-contact 10b are arranged in thermal contact with each other.
  • Side member 32 is arranged. This can be a light
  • the n-type contact 10a is arranged below the semiconductor chip, in particular in cross-section, centrally of the semiconductor chip 1.
  • FIG. 2B shows the plan view of the optoelectronic component of FIG. 2A. It can be seen from FIG. 2B that the electrical connection point 10b surrounds the semiconductor chip 1.
  • the electrical connection point 10b, in particular the p-contact, is used here in particular for electrical purposes
  • the side member 32 surrounds the semiconductor chip 1.
  • the side element 32 surrounds all side surfaces 12 of the semiconductor chip 1 in a form-fitting manner.
  • FIG. 3 shows a schematic side view of an optoelectronic component 100 according to FIG.
  • the component 100 of FIG. 3 differs from the component of FIG. 2A in that the carrier 4 of the component of FIG. 3A is arranged laterally to the semiconductor chip 1 and to the side element 32.
  • the side member 32 may be disposed on the carrier 4 (as shown in FIG. 2A), or the carrier 4 may be disposed laterally, that is, on the side surfaces of the side member 32.
  • FIGS. 4A to 4H show a method for producing an optoelectronic component 100 in accordance with FIG.
  • Embodiment In particular, the method steps of FIGS. 4A and 4B take place under an inert atmosphere.
  • FIG. 4A shows the provision of a cover element 31, which is in particular a glass or a sealing film.
  • the converter element is the second
  • the converter element 2 comprises in particular a matrix material.
  • the matrix material is a negative photoresist material.
  • Matrix material an Ormocer, in particular an Ormoclear.
  • the matrix material is in particular UV-curable.
  • converter materials for example quantum dots, are dispersed in matrix material.
  • Converter element 2 is applied to the cover element 31 (FIG. 4A).
  • Semiconductor chips 1 are applied. The semiconductor chips 1 are applied directly to the converter element 2.
  • masks 13 are applied to the side facing away from the semiconductor chip 1 side of the cover member 31.
  • Converter element 2 The curing takes place photolithographically 14, in particular with UV radiation. This will do that
  • a converter element 2 is formed between the semiconductor chip 1 and the cover element 31. Subsequently, a seal can be applied.
  • the seal can by means of
  • Atomic layer deposition atomic layer deposition, ALD
  • This sealant layer can be temporary.
  • inorganic oxides such as silicon oxide
  • alumina temporarily applied.
  • Photoresist layer 15 are applied.
  • the photoresist layer 15 is applied on the side of the rear side contacts 8a, 8b. This can be done by photolithography or a so-called alpha-cube process. Thus, the rear side contacts 8a, 8b can be protected.
  • FIG. 4E shows that the photoresist layer 15
  • the side surfaces of the mask can be used as a mask at the same time.
  • the side surfaces of the mask extend beyond the side surfaces 12, 21 of the semiconductor chip 1 and / or the converter element 2. This creates an arrangement of a device that looks like a mushroom. Therefore, this process is also called mushroom process.
  • FIG. 4F optionally shows the application of a seed layer 6.
  • the seed layer 6 is applied in particular to the surface of the cover element 31 and to the side surface 21 of the cover
  • Seed layer 6 can be by sputtering or galvanic be applied. Since the photoresist layer 15 has overhanging edges, the side surfaces 12 of the
  • the side surfaces 12 of the semiconductor chip 1 are in particular directly below 60 of the photoresist layer 5 free of the seed layer 6.
  • the seed layer 6 comprises in particular a thermally conductive metal or conductive material, such as copper or another metal.
  • Seed layer 6 has in particular a layer thickness of
  • FIG. 4G shows the application of the side element 32.
  • the application of the side member 32 is galvanic.
  • the side member 32 may be, for example, copper or nickel. Alternatively, other galvanic elements or alloys, such as iron, zinc or other precious metals, such as gold and copper, are suitable.
  • the side member 32 at least electrically connects to the seed layer 6.
  • the photoresist layer 15 can be removed and the adjacent components are separated 16 ( Figure 4H).
  • the result is a component 100, for example, the figure 1A or IB.
  • FIGS. 5A and 5B show a method for producing an optoelectronic component. The method steps of FIGS. 5A and 5B are carried out in particular under an inert atmosphere.
  • FIG. 5A shows the provision of a
  • the converter element 2 has a matrix material comprising a positive resist material.
  • this positive resist material is a converter material, for example quantum dots,
  • FIGS. 5A to 5C differs from the method of FIGS. 4A to 4C in that
  • FIG. 5A to 5C a positive resist material is used, while a negative resist material is used in Figs. 4A to 4C.
  • FIG. 5B shows the application of the semiconductor chips 1. The semiconductor chips 1 are applied to the converter element 2
  • FIG. 6A shows a schematic side view of an optoelectronic component 100 in accordance with FIG.
  • the optoelectronic component 100 exhibits a semiconductor layer sequence 101 to 103.
  • the layer 101 is at least one n-type semiconductor layer.
  • the layer 102 For example, the active layer and the layer 103 is at least one p-type semiconductor layer.
  • the n-type semiconductor layer 101 is electrically contacted by means of an n-type contact 10a.
  • the layer 103 is electrically contacted by means of a p-contact 10b.
  • the device 100 further comprises a cover element 31 and a converter element 2, which between the
  • Semiconductor layer sequence 101 to 103 and the cover member 31 is arranged. Lateral to the semiconductor chip 1, which comprises the semiconductor layer sequence 101 to 103, that is
  • the side member 32 is arranged. Between the side member 32 and the semiconductor chip 1, a seed layer 6 is arranged.
  • the device 100 further comprises an insulating material 17.
  • the seed layer 6 is in particular formed as a mirror layer. In other words, the seed layer 6 reflects the radiation emitted by the semiconductor chip 1.
  • FIG. 6B shows a top view of the component of FIG. 6A. It can be seen from FIG. 6B that the side element 32 surrounds the side surfaces 12 of the semiconductor chip and in particular the side surfaces 21 of the converter element 2 on all sides and in a form-fitting manner.
  • the side member 32 in particular a galvanic
  • FIGS. 7A to 7F show a method for producing an optoelectronic component according to FIG.
  • FIG. 7A shows the provision of a carrier 4.
  • the carrier 4 is a reversible carrier.
  • Plastic layer are dispersed (Figure 7B). Thus, adjacent semiconductor chips 1 are electrically isolated from each other.
  • FIG. 7C shows the application of a converter element 2 and a cover element 31 to a semiconductor chip 1, for example
  • FIG. 7D subsequently shows the application of a
  • the seed layer 6 is in particular on the side surfaces 12 of the semiconductor chip 1 and to the
  • Seed layer 6 comprises in particular a metal.
  • the seed layer 6 is formed of silver.
  • the seed layer 6 is applied by sputtering. In particular, the application is done with photographic technology.
  • the application of the side member 32 can take place ( Figure 7E).
  • the side member 32 is applied between adjacent semiconductor chips 1.
  • the side element 32 is arranged in particular in direct contact with the seed layer 6.
  • the side member 32 may be made of copper or nickel.
  • the components 100 may be singulated. This can be mechanical or
  • FIGS. 8A to 8C each show a composite of optoelectronic components.
  • FIG. 8A shows the
  • Optoelectronic components form a composite.
  • the optoelectronic components are formed as so-called arrays.
  • the composite of adjacent optoelectronic components has
  • Side member 32 may be formed of a metal.
  • the mechanical stability can be increased and the side element 32 can be used as a thermal sink for the respective semiconductor chips 1 and converter elements 2.
  • the side member 32 may depend on the thermal
  • the cover element 31 may additionally have diffuse or optical elements for increasing the light extraction.
  • FIG. 8B shows the composite of FIG. 8A from below.
  • the composite as shown in Figure 8C, connected in series.
  • FIG. 9A shows a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • FIG. 9A shows an embodiment of a semiconductor chip.
  • the semiconductor chip 1 has in particular electrical contacts 10a and 10b.
  • the electrical contact 10a is in direct contact with the
  • the semiconductor chip 1 is in particular formed such that it has plated-through holes to the corresponding semiconductor layers.
  • the component 100 has a combo mirror 19.
  • the side element 32 may be arranged in direct contact with the converter element 2 (not shown here).
  • the electrical contact 10b contacts the p-type semiconductor layer 103 as p-contact.
  • the n-contact of the electrical contact 10a contacts, in particular, the n-type semiconductor layer 101.
  • the n-type contact has through holes for the n-type semiconductor layer 101.
  • Semiconductor chip 1 of Figure 9A has backside contacts 8a, 8b, both of which are on the same side and electrically connected to the respective p / n contacts 10a, 10b and formed of a same material.
  • FIG. 9B shows a different embodiment of a semiconductor chip 1. In particular, this differs
  • the submount 18+ can be made of silicon or ceramic, for example.
  • UV radiation in particular UV radiation

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend einen Halbleiterchip (1), der zur Emission von Strahlung (5) zumindest über eine Strahlungshauptfläche (11) eingerichtet ist, ein Konverterelement (2), das im Strahlengang des Halbleiterchips (1) angeordnet ist, ein Verkapselungselement (3), das ein Deckelement (31) und ein Seitenelement (32) aufweist und zumindest eine Versiegelung für das Konverterelement (2) vor Umwelteinflüssen bildet, wobei das Deckelement (31) über dem Konverterelement (31) angeordnet ist und das Seitenelement (32) im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip (1) und Konverterelement (2) angeordnet ist und den Halbleiterchip (1) umgibt, wobei das Seitenelement (32) und das Deckelement (31) zumindest bereichsweise direkt in Kontakt stehen, wobei das Seitenelement (32) zumindest ein Metall aufweist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement, Verbund von optoelektronischen Bauelementen und Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbund von
optoelektronischen Bauelementen. Ferner betrifft die
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements.
Optoelektronische Bauelemente weisen oft Konverterelemente auf, die beispielsweise die von einem Halbleiterchip
emittierte Strahlung in eine Strahlung mit veränderter
Wellenlänge umwandeln können. Diese Konverterelemente sind allerdings oft feuchtigkeitsempfindlich,
Sauerstoffempfindlich und/oder temperaturempfindlich. Daher müssen diese Konverterelemente gegenüber Umwelteinflüssen und/oder hohen Temperatureinflüssen geschützt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das stabil ist. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das ein Konverterelement aufweist, das gegenüber Umwelteinflüssen und/oder Temperatureinflüssen geschützt ist. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, einen
Verbund von optoelektronischen Bauelementen bereitzustellen, der stabil ist. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren zur Herstellung eines stabilen optoelektronischen Bauelements bereitzustellen. Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildung der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ferner werden diese Aufgaben durch einen Verbund von optoelektronischen
Bauelementen gemäß dem Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verbundes sind Gegenstand des abhängigen Anspruchs 12. Ferner werden diese Aufgaben durch ein
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements gemäß dem unabhängigen Anspruch 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des
Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 14 und 15. In zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement einen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip ist zur Emission von Strahlung zumindest über eine Strahlungshauptfläche des Halbleiterchips eingerichtet. Das optoelektronische Bauelement weist ein Konverterelement auf. Das Konverterelement ist im Strahlengang des
Halbleiterchips angeordnet. Das Konverterelement ist
insbesondere empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen und/oder Temperatureinflüssen. Das optoelektronische Bauelement weist ein Verkapselungselement auf. Das Verkapselungselement weist ein Deckelement und ein Seitenelement auf. Das
Verkapselungselement bildet zumindest eine Versiegelung für das Konverterelement vor Umwelteinflüssen. Zusätzlich kann das Verkapselungselement zumindest das Konverterelement vor Temperaturen, insbesondere hohen Temperaturen über 80 °C, schützen, so dass die Degradation des Konverterelements verhindert ist. Das Deckelement ist über dem Konverterelement angeordnet. Das Seitenelement ist im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip und zum Konverterelement angeordnet. Insbesondere umgibt das Seitenelement den Halbleiterchip direkt. Das Seitenelement und das Deckelement sind zumindest bereichsweise in Kontakt zueinander. Insbesondere stehen das Seitenelement und das Deckelement zumindest bereichsweise direkt in Kontakt zueinander. Das Seitenelement weist
zumindest ein Metall auf. Alternativ oder zusätzlich steht das Seitenelement in lateraler Richtung direkt mit dem
Konverterelement in Kontakt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement einen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip umfasst eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert bevorzugt auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n_mGamN oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie
AlnIn]__n_mGamP, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um AlxGa]__xAs handeln mit 0 < x < 1. 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.
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. Der Halbleiterchip ist also zur Emission von Strahlung eingerichtet. Insbesondere erfolgt die Emission von Strahlung über die
Strahlungshauptfläche des Halbleiterchips. Insbesondere ist die Strahlungshauptfläche senkrecht zu einer
Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge des
optoelektronischen Bauelements orientiert. Eine Wellenlänge der Strahlung oder das Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren
und/oder IR-Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 und 800 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 und 480 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiterchip um eine Leuchtdiode, kurz LED. Der
Halbleiterchip ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, blaues Licht, grünes Licht, rotes Licht oder weißes Licht zu
emittieren .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein Konverterelement auf. Das Konverterelement ist im
Strahlengang des Halbleiterchips angeordnet. Insbesondere ist das Konverterelement in direktem mechanischem und/oder elektrischem und/oder thermischem Kontakt zum Halbleiterchip angeordnet. Insbesondere ist das Konverterelement auf der Strahlungshauptfläche des Halbleiterchips direkt angeordnet.
Alternativ kann das Konverterelement auch von der
Strahlungshauptfläche des Halbleiterchips beabstandet sein. Beispielsweise können zwischen dem Konverterelement und der Strahlungshauptfläche weitere Schichten, beispielsweise eine Kleberschicht, angeordnet sein.
„Direkt angrenzend" oder „direkt" meint kann hier mittelbarer elektrischer, mechanischer und/oder thermischer Kontakt eines Elements zu einem anderen Element bedeuten. Dabei können dann beispielsweise zwischen dem Seitenelement und dem
Konverterelement weitere Elemenent, wie Verkapselungen, Zwischenschichten oder eine Luftspalte vorhanden sein.
Alternantiv kann „direkt angrenzend" oder „direkt" hier unmittelbarer elektrischer, mechanischer und/oder thermischer Kontakt eines Elements zu einem anderen Element bedeuten. Dabei sind dann zumindest bereichsweise keine anderen
Elemente zwischen den beiden Elementen vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konverterelement empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen.
Zusätzlich kann das Konverterelement empfindlich gegenüber Temperaturen, insbesondere hohen Temperaturen, beispielsweise Temperaturen von mindestens 80 °C, beispielsweise 95 °C, sein. Die hohen Temperaturen können beispielsweise im Betrieb des optoelektronischen Bauelements erzeugt werden.
Umwelteinflüsse meint hier insbesondere feuchte Atmosphäre, beispielsweise eine Atmosphäre aus Wasser, Sauerstoff
und/oder Schwefelwasserstoff. Insbesondere degradiert das Konverterelement bei Kontakt mit den Umwelteinflüssen
und/oder hohen Temperaturen. Daher kann insbesondere zur Vermeidung der Degradation ein Verkapselungselement verwendet werden. Das Verkapselungselement kann eine Versiegelung gegenüber Umwelteinflüssen bilden. Zudem kann das
Verkapselungselement zumindest die in dem Konverterelement entstandene Wärme oder die entstandenen hohen Temperaturen abführen. Eine Temperaturerhöhung in dem Konverterelement kann zu einer strahlungslosen Relaxation und zu einem Stokes- Shift führen. Das Verkapselungselement ist insbesondere dazu eingerichtet, die in dem Konverterelement entstandene Wärme abzuführen und damit ein thermisches Quenchen und/oder eine thermische Degradation des Konvertermaterials, insbesondere der Quantenpunkte, zu vermeiden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Konverterelement Quantenpunkte als Konvertermaterialien
(englisch: quantum dots) auf oder besteht daraus. Alternativ kann das Konverterelement Konvertermaterialien, wie YAG- Leuchtstoffe, Granate, Orthosilikate oder Calsine, aufweisen oder daraus bestehen. Insbesondere sind die genannten
Konvertermaterialien Sauerstoff-, feuchtigkeits- und/oder temperaturempfindlich. Konvertermaterialien, welche
Quantenpunkte aufweisen, zeigen im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffmaterialien den Vorteil, dass sie eine engere spektrale Bandbreite aufweisen. Ferner kann das
Wellenlängenmaximum leichter eingestellt und verändert werden .
Mit Quantenpunkt wird hier eine nanoskopische
Materialstruktur bezeichnet. Insbesondere kann die
nanoskopische Materialstruktur aus Halbleitermaterialien, wie InGaAs, CdSe oder GalnP/InP, bestehen oder diese umfassen. Insbesondere können die Quantenpunkte eine unterschiedliche Größe aufweisen. Das Konverterelement kann ein Matrixmaterial, beispielsweise silikonbasierte und/oder epoxybasierte Polymere und/oder Acrylate und/oder Fotolacke, aufweisen. Die
Konvertermaterialien, wie Quantenpunkte, können in dem
Matrixmaterial homogen verteilt sein. Alternativ können die Konvertermaterialien, wie Quantenpunkte, einen
Konzentrationsgradienten in dem Matrixmaterial aufweisen. Die Konvertermaterialien können einen Anteil von mindestens 60 Gew%, beispielsweise 70 Gew%, 80 Gew%, 90 Gew% oder 96 Gew%, in dem Matrixmaterial aufweisen.
Das Konverterelement ist insbesondere dazu eingerichtet, die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zu absorbieren und in Strahlung, insbesondere einer anderen Wellenlänge, zu konvertieren. Das Konverterelement kann die von dem
Halbleiterchip emittierte Strahlung vollständig konvertieren. Alternativ kann das Konverterelement die von dem
Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest teilweise konvertieren, wobei ein Teil der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung ohne konvertiert zu werden durch das Konverterelement tritt. Es resultiert Mischstrahlung, welche die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung und die von dem Konverterelement konvertierte Strahlung umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Quantenpunkte eine unterschiedliche Größe auf. Die Größe kann von 2 nm bis 12 nm sein. Damit kann der von dem Quantenpunkt emittierte Spektralbereich individuell angepasst werden.
Insbesondere können Konvertermaterialien mit Quantenpunkten für ein sogenanntes Solid State Lightning und Display- Hintergrundbeleuchtung Anwendung finden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konverterelement als Schicht mit einer Schichtdicke zwischen einschließlich 100 nm und 1500 nm ausgeformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein Verkapselungselement auf. Das Verkapselungselement weist ein Deckelement und ein Seitenelement auf oder besteht daraus. Das Verkapselungselement ist dazu eingerichtet, zumindest das Konverterelement vor Umwelteinflüssen und/oder Temperatureinflüssen zu schützen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verkapselt das
Verkapselungselement zumindest das Konverterelement und den Halbleiterchip. Mit anderen Worten ist das Konverterelement nicht separat verkapselt, sondern ist innerhalb des
Bauelements mit dem Halbleiterchip und dem Konverterelement zusammen verkapselt. Insbesondere ist das
Verkapselungselement hermetisch dicht, also diffusionsdicht gegenüber Umwelteinflüssen, wie Sauerstoff, Wasser und/oder Schwefelwasserstoff .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Deckelement im Strahlengang des Halbleiterchips angeordnet. Das Deckelement ist über dem Konverterelement angeordnet. Das Deckelement kann in direktem Kontakt zu dem Konverterelement, also in unmittelbarem elektrischem und/oder mechanischem und/oder thermischem Kontakt, angeordnet sein. Alternativ kann das Deckelement in mittelbarem Kontakt über dem Konverterelement angeordnet sein. Dabei können dann weitere Schichten oder Elemente, beispielsweise eine Kleberschicht, zwischen dem Deckelement und dem Konverterelement angeordnet sein.
Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem und/oder
thermischem Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, das 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 Element und dem anderen Element angeordnet sein.
Insbesondere weist das Konverterelement eine
Strahlungshauptseite auf. Die Strahlungshauptseite des
Konverterelements ist insbesondere senkrecht zu der
Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterchips orientiert. Insbesondere bedeckt das
Deckelement die Strahlungshauptseite des Konverterelements direkt und/oder formschlüssig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Deckelement in Form einer Schicht, einer Platte, einer Folie oder einem Laminat ausgeformt. Das Deckelement kann aus Glas, Quarz, Kunststoff und/oder Siliziumdioxid sein. Insbesondere weist das Deckelement Glas auf oder besteht daraus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Deckelement zumindest für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung und/oder von dem Konverterelement emittierte Strahlung durchlässig. Insbesondere ist das Deckelement transparent ausgebildet. Mit "transparent" wird hier und im Folgenden eine Schicht bezeichnet, die durchlässig für sichtbares Licht ist. Dabei kann die transparente Schicht klar durchscheinend oder zumindest teilweise lichtstreuend und/oder teilweise lichtabsorbierend sein, sodass die transparente Schicht beispielsweise auch diffus oder milchig durchscheinend sein kann. Besonders bevorzugt ist eine hier als transparent bezeichnete Schicht oder Element möglichst lichtdurchlässig, sodass insbesondere die Absorption von der im Betrieb des optoelektronischen Bauelements erzeugten Strahlung so gering wie möglich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann das Deckelement einen Diffusor oder andere optisch aktive Strukturen
enthalten. Insbesondere sind der Diffusor oder die anderen optisch aktiven Strukturen dazu eingerichtet, die in dem Bauelement erzeugte Strahlung auszukoppeln. Beispielsweise kann als Deckelement ein aufgrautes Glas („Frosted Glass") verwendet werden, dessen Rauheit ähnlich oder kleiner als die Wellenlänge der auszukoppelnden Strahlung ist. Es ist auch möglich Streupartikel in das Glas einzubetten oder das
Deckelement aus Glas linsenförmig, beispielsweise als
Fresnel-Linse auszuformen oder das Glas mit einer
periodischen Struktur zu versehen („grating").
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein Seitenelement auf. Das Seitenelement ist im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist das Seitenelement im Querschnitt lateral zum Konverterelement angeordnet. Insbesondere sind
Konverterelement und Halbleiterchip übereinander angeordnet, sodass das Seitenelement sich lateral, also sowohl an den Seitenflächen des Halbleiterchips als auch an den
Seitenflächen des Konverterelements, erstreckt. Das
Seitenelement kann unmittelbar oder mittelbar an dem
Halbleiterchip und/oder Konverterelement angeordnet sein. Bei mittelbarem Kontakt kann dann insbesondere eine Keimschicht zwischen dem Seitenelement und den Seitenflächen des
Halbleiterchips und/oder Konverterelements angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt das
Seitenelement den Halbleiterchip. Insbesondere umgibt das Seitenelement den Halbleiterchip direkt. Das Seitenelement ummantelt also den Halbleiterchip, sodass zumindest ein thermischer Kontakt zwischen Halbleiterchip und Seitenelement vorhanden ist. Alternativ oder zusätzlich ist ein direkter elektrischer und/oder mechanischer Kontakt zwischen dem
Halbleiterchip und Seitenelement vorhanden. Insbesondere ummantelt das Seitenelement den Halbleiterchip formschlüssig, bedeckt also alle Seitenflächen des Halbleiterchips
vollständig .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Seitenelement zumindest ein Metall, insbesondere ein galvanisches Metall, auf. Insbesondere besteht das Seitenelement aus einem Metall, das insbesondere ein galvanisches Metall ist. Das Metall kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Kupfer, Nickel, Eisen, Gold und Silber umfasst. Vorzugsweise umfasst oder besteht das Seitenelement aus Kupfer oder Nickel. Kupfer weist eine hohe thermische Leitfähigkeit von zirka 390 W / (m-K)
verglichen beispielsweise mit Saphir (25 W/ (m-K) auf, so dass Kupfer hervorragend die in dem Konverterelement entstandene Wärme leicht abführen kann. Damit kann ein mit Kupfer
ausgeformtes Seitenelement als zusätzlicher Wärmepfad zur Abführung der in dem Konverterelement erzeugten Wärme
eingesetzt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Seitenelement zumindest ein galvanisches Metall auf oder besteht daraus. Das Deckelement weist ein von dem Seitenelement verschiedenes Material auf oder besteht daraus, beispielsweise Glas. Das Deckelement ist transparent für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung. Alternativ oder zusätzlich weist das
Seitenelement im Querschnitt eine Dicke von größer 20 ym oder größer 60 ym, insbesondere zwischen einschließlich 80 ym und 200 ym, beispielsweise 100 ym, auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform stehen das Seitenelement und das Deckelement zumindest bereichsweise direkt in Kontakt miteinander. Insbesondere bilden das
Seitenelement und das Deckelement im Querschnitt und
Seitenansicht gesehen ein umgekehrtes "U" . Das Seitenelement ist zusätzlich mit den Seitenflächen des Halbleiterchips in direktem Kontakt, so dass das Konverterelement von dem
Halbleiterchip, dem Seitenelement und dem Deckelement umgeben ist. Damit ist eine Versiegelung für zumindest das
Konverterelement vor Umwelteinflüssen vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Seitenelement als elektrischer Anschlusskontakt des Halbleiterchips
ausgeformt. Der Halbleiterchip weist insbesondere zumindest eine p-Halbleiterschicht , eine aktive Schicht und zumindest eine n-Halbleiterschicht auf. Insbesondere sind die p- Halbleiterschicht und die n-Halbleiterschicht jeweils mit einem elektrischen Anschlusskontakt elektrisch kontaktiert. Mit anderen Worten bildet hier das Seitenelement einen elektrischen Anschlusskontakt der Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere bildet das Seitenelement einen elektrischen Anschlusskontakt für die zumindest eine p-Halbleiterschicht und/oder die zumindest eine n-Halbleiterschicht des
Halbleiterchips. Damit kann auf einen weiteren elektrischen Anschluss für beispielsweise die p-Halbleiterschicht
verzichtet werden. Dies spart Material und Kosten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Seitenelement auf einem Träger angeordnet. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um ein Printed Circuit Board (PCB) , einem Leiterrahmen, einem keramikbasierten Träger oder einem Metall handeln. Insbesondere ist das Konverterelement und/oder Seitenelement zumindest in direktem thermischem Kontakt zu dem Träger angeordnet. Insbesondere dient das Seitenelement als Wärmesenke für das Konverterelement und/oder den
Halbleiterchip. Mit anderen Worten kann die im Betrieb des Konverterelements erzeugte Wärme leicht über das
Seitenelement abgeführt werden. Damit kann eine Degradation des Konverterelements verhindert werden. Das Seitenelement stellt somit einen zusätzlichen Wärmepfad bereit.
Insbesondere ist das Seitenelement sowohl mit dem
Konverterelement und/oder dem Halbleiterchip als auch mit dem Träger in direktem thermischem und/oder mechanischem Kontakt. Damit kann die in dem Konverterelement und/oder in dem
Halbleiterchip entstandene Wärme leicht über das
Seitenelement in Richtung Träger abtransportiert werden.
Zudem trägt das Seitenelement zu einer mechanischen
Stabilisierung des Halbleiterchips und des Konverterelements bei .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Seitenelement reflektierend ausgeformt. Insbesondere ist das Seitenelement an den Seitenflächen des Halbleiterchips angeordnet. Damit kann die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung von dem Seitenelement reflektiert werden und damit die
Auskoppeleffizienz der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung erhöht werden.
Alternativ oder zusätzlich ist das als reflektierend
ausgeformte Seitenelement an den Seitenflächen des
Konverterelements angeordnet. Damit kann die von dem
Konverterelement aus den Seitenflächen austretende Strahlung reflektiert werden und somit die Auskoppeleffizienz in Richtung Hauptstrahlungsrichtung, also in Richtung senkrecht zur Strahlungshauptfläche oder -seite, erhöht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip und das Konverterelement jeweils Seitenflächen auf, die von dem Seitenelement formschlüssig direkt bedeckt sind. Mit anderen Worten nimmt das Seitenelement insbesondere die Form der Seitenflächen des Konverterelements und/oder Halbleiterchips an.
Insbesondere bedeckt das Seitenelement die Seitenflächen des Konverterelements vollständig. Alternativ oder zusätzlich bedeckt das Seitenelement die Seitenflächen des
Halbleiterchips vollständig oder mindestens zu 80 % oder mehr als 90 %. Insbesondere bleiben bei einer Bedeckung von mindestens 80 % die Seitenflächen des Halbleiterchips im Bereich eines Trägers unbedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement eine Keimschicht auf. Insbesondere sind die Seitenflächen des Konverterelements vollständig mit der Keimschicht,
insbesondere direkt, bedeckt. Mit anderen Worten ist die Keimschicht direkt an den Seitenflächen, also in
unmittelbarem mechanischem, elektrischem und/oder thermischem Kontakt zu dem Konverterelement, angeordnet. Die Keimschicht kann die Seitenflächen des Halbleiterchips und/oder
Konverterelements formschlüssig direkt bedecken. Zusätzlich kann die Keimschicht an den Seitenflächen des Halbleiterchips angeordnet sein. Insbesondere bedeckt die Keimschicht die Seitenflächen des Halbleiterchips zumindest bereichsweise direkt. Mit anderen Worten werden die Seitenflächen des
Halbleiterchips nicht vollständig von der Keimschicht
bedeckt. Dies kann durch den sogenannten Pilzprozess während der Herstellung erzeugt werden. Insbesondere bleiben die Seitenflächen im Bereich des Trägers frei von der
Keimschicht. Alternativ oder zusätzlich ist das Seitenelement der Keimschicht lateral nachgeordnet. Insbesondere stehen Seitenelement und Keimschicht in direktem thermischem Kontakt zueinander .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Keimschicht ein Metall auf. Inbesondere handelt es sich um eine leitende, gesputterte Metallschicht. Das Metall ist aus der Gruppe ausgewählt, die Ag, AI, Cu und Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist das Metall Ag oder AI. Insbesondere ist die Keimschicht dazu eingerichtet, die von dem Konverterelement und/oder Halbleiterchip erzeugte Wärme in Richtung
Seitenelement abzuführen. Zusätzlich kann das Seitenelement auf einem Träger angeordnet sein, sodass die Wärme sowohl über die Keimschicht als auch über das Seitenelement und dem Träger hervorragend abgeführt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Keimschicht reflektierend ausgeformt. Mit reflektierend ist hier gemeint, dass mindestens 90 % oder 95 % der auf die Keimschicht auftretende Strahlung reflektiert wird. Insbesondere kann beispielsweise Silber als Keimschicht verwendet werden.
Silber weist ein hohes Reflexionsvermögen auf und kann damit die in dem Konverterelement und/oder in dem Halbleiterchip erzeugte Strahlung leicht reflektieren und damit die
Auskoppeleffizienz erhöhen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen das Deckelement und das Seitenelement verschiedene Materialien auf.
Insbesondere ist das Seitenelement metallisch und/oder das Deckelement nichtmetallisch. Damit werden unterschiedliche Materialien von Deckelement und Seitenelement miteinander kombiniert. Insbesondere bilden Deckelement und Seitenelement eine hervorragende Versiegelung oder hermetische Verkapselung zumindest für das Konverterelement. Zusätzlich bildet das Seitenelement eine mechanische Stabilisierung für den
Halbleiterchip und/oder das Konverterelement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verbindet das
Seitenelement den Träger und das Konverterelement thermisch miteinander. Damit kann eine hervorragende Abführung der in dem Konverterelement erzeugten Wärme erzeugt werden.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch die Verwendung eines Verkapselungselements , welches ein Deckelement und ein Seitenelement aufweist, eine hervorragende Versiegelung für zumindest das Konverterelement erzeugt werden kann. Damit kann das Konverterelement vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Feuchte, sauren Gasen und/oder Sauerstoff, geschützt werden und damit dessen Degradation verhindert werden. Ferner kann durch die Ausformung des metallischen Seitenelements eine leichte Abführung der in dem Konverterelement
entstandenen Wärme erzeugt werden. Damit dient die
Verkapselung nicht nur zur Versiegelung gegenüber
Umwelteinflüssen, sondern auch zur Wärmeabfuhr. Ferner kann das Verkapselungselement ein Spiegelelement sein,
insbesondere dann, wenn das Seitenelement reflektierend ausgeformt ist. Damit kann zusätzlich die über die
Seitenflächen des Halbleiterchips und Konverterelements emittierte Strahlung reflektiert und damit die
Auskoppeleffizienz erhöht werden. Mit anderen Worten können durch das erfindungsgemäße Verkapselungselement sowohl die thermischen Eigenschaften als auch die optischen Eigenschaften als auch der Schutz des Bauelements vor
Umwelteinflüssen verbessert werden.
Es wird weiterhin ein Verbund von optoelektronischen
Bauelementen angegeben. Der Verbund von optoelektronischen Bauelementen umfasst zumindest ein bisher beschriebenes optoelektronisches Bauelement. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Bauelement offenbarten Merkmale sind auch für den Verbund von optoelektronischen Bauelementen offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Verbund von optoelektronischen Bauelementen zumindest zwei
optoelektronische Bauelemente auf. Die optoelektronischen Bauelemente können baugleich oder unterschiedlich aufgebaut sein. Insbesondere weisen benachbarte optoelektronische
Bauelemente ein gemeinsames Seitenelement auf. Die
optoelektronischen Bauelemente können in dem Verbund auch in einem sogenannten Waferverbund angeordnet sein. Insbesondere sind dann die optoelektronischen Bauelemente in Form einer Matrix auf dem Wafer angeordnet. Durch das gemeinsame
Seitenelement kann der Verbund mechanisch stabilisiert werden. Ferner kann das Seitenelement als Wärmesenke für benachbarte Bauelemente verwendet werden. Insbesondere kann das Seitenelement die in dem Halbleiterchip und/oder in dem Konverterelement erzeugte Wärme leicht abtransportieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest
benachbarte optoelektronische Bauelemente in Serie zueinander geschalten .
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellun eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Das rfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements stellt vorzugsweise das optoelektronische Bauelement und/oder den Verbund her. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Bauelement oder den Verbund offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements die
folgenden Verfahrensschritte auf :
A) Bereitstellen eines Deckelement
Verkapselungselements ,
B) Aufbringen eines Konverterelements auf das Deckelement des Verkapselungselements, wobei das Konverterelement
Seitenflächen aufweist,
C) Aufbringen zumindest eines Halbleiterchips auf das
Konverterelement, wobei der Halbleiterchip zur Emission von Strahlung zumindest über eine Strahlungshauptfläche
eingerichtet ist. Das Konverterelement weist Seitenflächen auf .
D) Aufbringen eines Seitenelements auf die Seitenflächen des Halbleiterchips und auf die Seitenflächen des
Konverterelements, sodass das Seitenelement im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip und lateral zum Konverterelement angeordnet ist und zumindest den Halbleiterchip umgibt.
Insbesondere umgibt das Seitenelement zumindest den
Halbleiterchip direkt, also in direktem elektrischem, mechanischem und/oder thermischem Kontakt. Das Seitenelement und das Deckelement sind insbesondere zumindest bereichsweise direkt in Kontakt zueinander und bilden eine Versiegelung für das Konverterelement vor Umwelteinflüssen. Alternativ oder zusätzlich bildet das Deckelement und das Seitenelement eine Versiegelung für das Konverterelement vor Umwelteinflüssen und/oder hohen Temperaturen. Das Seitenelement weist
zumindest ein Metall auf. Zusätzlich kann das Seitenelement in lateraler Richtung direkt mit dem Konverterelement in Kontakt stehen. Mit anderen Worten wird die Versiegelung des
Konverterelements bereits während der Herstellung des
Bauelements oder des Verbund erzeugt und nicht in einem anschließenden Verfahren, beispielweise wenn das Bauelement in einem Gehäuse eingebracht wird und mit einer Versiegelung vergossen wird. Damit kann das Bauelement kompakter und kostengünstiger hergestellt werden. Zudem können
thermomechanische Verspannungen des Bauelements,
beispielsweise an den Grenzflächen, reduziert werden, verglichen mit einem Bauelement, das nach dessen Herstellung versiegelt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Seitenelement im Schritt D) galvanisch hergestellt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor Schritt D) eine Keimschicht vollständig auf die Seitenflächen des
Konverterelements und zumindest bereichsweise auf die
Seitenflächen des Halbleiterchips aufgebracht. Insbesondere ist die Keimschicht reflektierend ausgeformt. Insbesondere ist die Keimschicht Silber. Alternativ oder zusätzlich ist die Keimschicht eine Legierung aus Silber und Kupfer. Damit kann gleichzeitig die Reflexion als auch die thermische
Leitfähigkeit erhöht werden. Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Die Figuren 1A und 1B jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 2A eine schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, die Figur 2B eine Draufsicht des optoelektronischen
Bauelements der Figur 2A, die Figur 3 eine schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 4A bis 4H ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 5A bis 5C jeweils ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, die Figur 6A eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, und die Figur 6B eine Draufsicht des Bauelements der Figur 6A, die Figuren 7A bis 7F ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 8A bis 8C jeweils eine Draufsicht auf einen
Verbund eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, und die Figuren 9A und 9B jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 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 1A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform Das optoelektronische Bauelement 100 weist einen
Halbleiterchip 1 auf. Der Halbleiterchip 1 kann
beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge aus InGaN aufweisen . Insbesondere ist der Halbleiterchip 1 dazu eingerichtet, Strahlung aus dem blauen Spektralbereich zu emittieren. Der Halbleiterchip 1 kann als sogenannter Flip-Chip ausgeformt sein. Mit anderen Worten weist der Halbleiterchip 1 an der der Strahlungshauptfläche 11 abgewandten Seite
Rückseitenkontakte 8a und 8b auf. Insbesondere ist die
Strahlungshauptfläche 11 senkrecht zur Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips 1 orientiert. Die Rückseitenkontakte 8a, 8b können mittels einer Isolierung 9 voneinander elektrisch isoliert sein, sodass ein
Kurzschluss vermieden ist. Auf der Strahlungshauptfläche 11 des Halbleiterchips 1 kann ein Konverterelement 2, welches beispielsweise Quantenpunkte umfasst, nachgeordnet sein.
Insbesondere ist das Konverterelement 2 direkt auf der
Strahlungshauptfläche 11 angeordnet. Der Halbleiterchip 1 weist Seitenflächen 12 auf. Das Konverterelement 2 weist Seitenflächen 21 auf. Insbesondere ist das Konverterelement 2 derart auf der Strahlungshauptfläche 11 des Halbleiterchips 1 angeordnet, dass die Seitenflächen 21 des Konverterelements im Querschnitt eine Verlängerung der Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 bilden. Das Konverterelement 2 ist dazu eingerichtet, die von dem Halbleiterchip 1 emittierte
Strahlung zumindest teilweise in Strahlung mit veränderter, insbesondere längerer Wellenlänge zu konvertieren.
Dem Konverterelement 2 kann ein Deckelement 31, beispielsweis aus Glas oder einem beschichteten Film, nachgeordnet sein. Insbesondere überragen in Seitenansicht oder im Querschnitt die Seitenflächen des Deckelements die Seitenflächen 21 des Konverterelements 2 und/oder die Seitenflächen 12 des
Halbleiterchips 1. Lateral zum Halbleiterchip 1 und/oder Konverterelement 2 ist ein Seitenelement 32 angeordnet. Insbesondere umgibt das Seitenelement 32 das Konverterelement 2 und/oder den
Halbleiterchip 1 vollständig. Mit anderen Worten bedeckt das Seitenelement 32 zumindest teilweise oder vollständig alle Seitenflächen des Halbleiterchips 1 und/oder alle
Seitenflächen 21 des Konverterelements 2. Das Seitenelement 32 weist einen direkten Kontakt zum Deckelement 31 auf.
Insbesondere wirken starke Adhäsionskräfte zwischen dem
Seitenelement 32 und dem Deckelement 31. Insbesondere sind das Deckelement 31 und das Seitenelement 32 im Querschnitt als umgekehrtes U ausgeformt.
Insbesondere bildet das Deckelement 31 und das Seitenelement 32 ein Verkapselungselement 3. Das Verkapselungselement 3 bildet eine Versiegelung für das Konverterelement 2 vor
Umwelteinflüssen und/oder hohen Temperaturen. Insbesondere weist das Seitenelement 32 ein hochthermisch leitfähiges Metall auf, beispielsweise Kupfer. Damit kann die von in dem Konverterelement 2 erzeugte Wärme leicht über das
Seitenelement 32 abgeführt werden (durch die Pfeile
dargestellt) . Alternativ oder zusätzlich kann das Bauelement 100 einen Träger 4 aufweisen. Der Träger 4 kann
beispielsweise ein metallischer Leiterrahmen sein. Damit kann die von dem Konverterelement 2 erzeugte Wärme leicht über das Seitenelement 32 und über den Träger 4 abgeführt werden.
Das Seitenelement 32 kann als Schicht oder Platte ausgeformt sein. Insbesondere weist das Seitenelement 32 im Querschnitt eine Schichtdicke von > 50 ym auf. Alternativ können die Seitenflächen 21 des Konverterelements 2 direkt mit dem
Seitenelement 32 in Kontakt stehen. Insbesondere bildet das Seitenelement 32 zusammen mit dem Träger 4 eine Wärmesenke zur Abführung der in dem
Konverterelement 2 und/oder in dem Halbleiterchip 1
entstandenen Wärme. Damit kann eine Degradation des
Konverterelements verhindert werden. Zusätzlich kann der Halbleiterchip 1 und das Konverterelement 2 mechanisch stabilisiert werden.
Die Figur 1B zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 der Figur 1B unterscheidet sich von dem Bauelement 100 der Figur 1A dadurch, dass zwischen dem
Halbleiterchip 1 und dem Konverterelement 2 eine weitere Schicht, insbesondere eine Kleberschicht 7, angeordnet ist. Ferner kann zwischen dem Konverterelement 2 und dem
Deckelement 31 eine weitere Schicht 7, beispielsweise eine Kleberschicht, angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann zwischen dem Seitenelement 3 und den Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 und/oder den Seitenflächen 21 des Konverterelements 2 eine Keimschicht 6 angeordnet sein. Die Keimschicht 6 kann zusätzlich zwischen dem Seitenelement 32 und dem Deckelement 31 ausgeformt sein. Insbesondere ist die Keimschicht 6 im Querschnitt gesehen al umgekehrtes L ausgeformt. Insbesondere ist die Keimschicht 6 thermisch leitfähig.
Die Figur 2A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 der Figur 2A unterscheidet sich von dem Bauelement der Figur 1B dadurch, dass das Bauelement elektrische Anschlussstellen 10a und 10b aufweist. Insbesondere sind die elektrischen Anschlussstellen 10a ein n-Kontakt und 10b ein p-Kontakt. Insbesondere sind das Seitenelement 32 und der p-Kontakt 10b in thermischem Kontakt zueinander angeordnet. Insbesondere ist der Kontakt 10b zwischen dem Träger 4 und dem
Seitenelement 32 angeordnet. Damit kann eine leichte
Wärmeabführung über das Seitenelement 32 und dem p-Kontakt 10b zum Träger 4 erfolgen. Der n-Kontakt 10a ist unterhalb des Halbleiterchips, insbesondere im Querschnitt mittig von dem Halbleiterchip 1, angeordnet.
Die Figur 2B zeigt die Draufsicht des optoelektronischen Bauelements der Figur 2A. Aus der Figur 2B ist ersichtlich, dass die elektrische Anschlussstelle 10b den Halbleiterchip 1 umgibt. Die elektrische Anschlussstelle 10b, insbesondere der p-Kontakt, dient hier insbesondere zur elektrischen
Kontaktierung und als thermische Wärmesenke.
Das Seitenelement 32 umgibt den Halbleiterchip 1.
Insbesondere umgibt das Seitenelement 32 alle Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 formschlüssig.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das Bauelement 100 der Figur 3 unterscheidet sich von dem Bauelement der Figur 2A dadurch, dass der Träger 4 des Bauelements der Figur 3A lateral zum Halbleiterchip 1 und zum Seitenelement 32 angeordnet ist. Mit anderen Worten kann das Seitenelement 32 auf dem Träger 4 angeordnet sein (wie in Figur 2A gezeigt) oder der Träger 4 kann seitlich, also an den Seitenflächen des Seitenelements 32, angeordnet sein . Die Figuren 4A bis 4H zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer
Ausführungsform. Insbesondere erfolgen die Verfahrensschritte der Figuren 4A und 4B unter inerter Atmosphäre.
Die Figur 4A zeigt das Bereitstellen eines Deckelements 31, das insbesondere ein Glas oder ein Versiegelungsfilm ist. Auf diesem Deckelement 31 wird das Konverterelement 2
aufgebracht. Das Konverterelement 2 umfasst insbesondere ein Matrixmaterial. Insbesondere ist das Matrixmaterial ein negatives Fotoresistmaterial. Beispielsweise ist das
Matrixmaterial ein Ormocer, insbesondere ein Ormoclear. Das Matrixmaterial ist insbesondere UV-härtbar. In diesem
Matrixmaterial werden insbesondere Konvertermaterialien, beispielsweise Quantenpunkte, eindispergiert . Dieses
Konverterelement 2 wird auf das Deckelement 31 aufgebracht (Figur 4A) .
Anschließend erfolgt das Aufbringen zumindest eines
Halbleiterchips 1. In Figur 4B werden zwei Halbleiterchips 1 aufgebracht. Insbesondere können auch mehr als zwei
Halbleiterchips 1 aufgebracht werden. Die Halbleiterchips 1 werden direkt auf das Konverterelement 2 aufgebracht.
Anschließend werden Masken 13 auf der dem Halbleiterchip 1 abgewandten Seite des Deckelements 31 aufgebracht.
Anschließend erfolgt das Härten des Matrixmaterials des
Konverterelements 2. Das Härten erfolgt fotolithografisch 14, insbesondere mit UV-Strahlung. Dadurch wird das
Matrixmaterial selektiv ausgehärtet und die jeweiligen
Halbleiterchips 1 und Konverterelemente 2 fixiert. Anschließend kann das nichtgehärtete Matrixmaterial des
Konverterelements 2 entfernt werden (Figur 4C) . Damit
entsteht ein Konverterelement 2 zwischen dem Halbleiterchip 1 und dem Deckelement 31. Anschließend kann eine Versiegelung aufgebracht werden. Die Versiegelung kann mittels
Atomlagenabscheideverfahren (atomic layer deposition, ALD) aufgebracht werden. Diese Versiegelungsschicht kann temporär sein. Beispielsweise können anorganische Oxide, wie
beispielsweise Aluminiumoxid, temporär aufgebracht werden. Alternativ könnte auch unter inerter Atmosphäre gearbeitet werden .
Anschließend, wie in Figur 4D gezeigt, kann eine
Fotoresistschicht 15 aufgebracht werden. Insbesondere wird die Fotoresistschicht 15 auf der Seite der Rückseitenkontakte 8a, 8b aufgebracht. Dies kann mittels Fotolithografie oder eines sogenannten Alpha-Cube-Prozesses erfolgen. Damit können die Rückseitenkontakte 8a, 8b geschützt werden. Die Figur 4E zeigt, dass die Fotoresistschicht 15
gleichzeitig als Maske verwendet werden kann. Insbesondere reichen die Seitenflächen der Maske über die Seitenflächen 12, 21 des Halbleiterchips 1 und/oder des Konverterelements 2 hinaus. Damit entsteht eine Anordnung eines Bauelements, die wie ein Pilz aussieht. Deshalb wird dieser Prozess auch Pilz- Prozess genannt.
Figur 4F zeigt optional das Aufbringen einer Keimschicht 6. Die Keimschicht 6 wird insbesondere auf der Oberfläche des Deckelements 31 und auf der Seitenfläche 21 des
Konverterelements 2 und zumindest bereichsweise auf den
Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 aufgebracht. Die
Keimschicht 6 kann mittels Sputtern oder galvanisch aufgebracht werden. Da die Fotoresistschicht 15 überhängende Kanten aufweist, werden die Seitenflächen 12 des
Halbleiterchips 1 nicht vollständig mit der Keimschicht 6 bedeckt. Die Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 sind insbesondere direkt unterhalb 60 der Fotoresistschicht 5 frei von der Keimschicht 6. Die Keimschicht 6 umfasst insbesondere ein thermisch leitendes Metall oder leitendes Material, beispielsweise Kupfer oder ein anderes Metall. Die
Keimschicht 6 weist insbesondere eine Schichtdicke von
< 100 nm auf.
Figur 4G zeigt das Aufbringen des Seitenelements 32.
Insbesondere erfolgt das Aufbringen des Seitenelements 32 galvanisch. Das Seitenelement 32 kann beispielsweise Kupfer oder Nickel sein. Alternativ sind auch andere galvanische Elemente oder Legierungen, wie beispielsweise Eisen, Zink oder andere Edelmetalle, wie Gold und Kupfer, geeignet. Das Seitenelement 32 verbindet sich zumindest elektrisch mit der Keimschicht 6.
Anschließend kann die Fotoresistschicht 15 entfernt werden und die benachbarten Bauelemente vereinzelt werden 16 (Figur 4H) . Es resultiert ein Bauelement 100, beispielsweise der Figur 1A oder IB.
Die Figuren 5A und 5B zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Die Verfahrensschritte der Figuren 5A und 5B erfolgen insbesondere unter inerter Atmosphäre. Die Figur 5A zeigt das Bereitstellen eines
Deckelements 31. Auf diesem Deckelement 31 wird ein
Konverterelement 2 aufgebracht. Das Konverterelement 2 weist ein Matrixmaterial auf, welches ein positives Resistmaterial umfasst. In diesem positiven Resistmaterial ist insbesondere ein Konvertermaterial, beispielsweise Quantenpunkte,
eindispergiert .
Das Verfahren der Figuren 5A bis 5C unterscheidet sich von dem Verfahren der Figuren 4A bis 4C dadurch, dass bei dem
Verfahren der Figuren 5A bis 5C ein positives Resistmaterial verwendet wird, währenddessen bei den Figuren 4A bis 4C ein Negativresistmaterial verwendet wird. Die Figur 5B zeigt das Aufbringen der Halbleiterchips 1. Die Halbleiterchips 1 werden auf das Konverterelement 2
aufgebracht. Da es sich hier um ein positives Resistmaterial in dem Konverterelement 2 handelt, wird das Konverterelement 2 durch Fotolithografie von der Halbleiterchipseite her bestrahlt. Die Strahlung 14 erfolgt insbesondere mit UV- Strahlung. Hier dient also der Halbleiterchip 1 als Maske, während im Prozess der Figuren 4A bis 4H eine zusätzliche Maske 13 aufgebracht werden muss. Durch die
Fotolithografieprozesse wird das Fotoresistmaterial im
Konverterelement 2 ausgehärtet. Anschließend, wie in Figur 5C gezeigt, kann das überschüssige Konverterelement 2 entfernt werden. Zusätzlich kann eine zusätzliche
Versiegelungsschicht, die temporär ist, mittels ALD
aufgebracht werden.
Nach dem Schritt der Figur 5C können analog die Schritte der Figuren 4D bis 4H erfolgen.
Die Figur 6A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer
Ausführungsform. Das optoelektronische Bauelement 100 zeigt eine Halbleiterschichtenfolge 101 bis 103 auf. Die Schicht 101 ist zumindest eine n-Halbleiterschicht . Die Schicht 102 ist die aktive Schicht und die Schicht 103 zumindest eine p- Halbleiterschicht . Die n-Halbleiterschicht 101 wird mittels eines n-Kontaktes 10a elektrisch kontaktiert. Die Schicht 103 wird mittels eines p-Kontaktes 10b elektrisch kontaktiert. Das Bauelement 100 weist ferner ein Deckelement 31 und ein Konverterelement 2 auf, das zwischen der
Halbleiterschichtenfolge 101 bis 103 und dem Deckelement 31 angeordnet ist. Lateral zum Halbleiterchip 1, welche die Halbleiterschichtenfolge 101 bis 103 umfasst, ist das
Seitenelement 32 angeordnet. Zwischen dem Seitenelement 32 und dem Halbleiterchip 1 ist eine Keimschicht 6 angeordnet. Das Bauelement 100 weist ferner ein isolierendes Material 17 auf. Die Keimschicht 6 ist insbesondere als Spiegelschicht ausgeformt. Mit anderen Worten reflektiert die Keimschicht 6 die von dem Halbleiterchip 1 emittierte Strahlung.
Die Figur 6B zeigt eine Draufsicht des Bauelements der Figur 6A. Aus der Figur 6B ist ersichtlich, dass das Seitenelement 32 die Seitenflächen 12 des Halbleiterchips und insbesondere die Seitenflächen 21 des Konverterelements 2 allseitig und formschlüssig umgibt.
Das Seitenelement 32, das insbesondere eine galvanische
Platte ist, ist zur mechanischen Stabilisierung eingerichtet. Ferner kann das Seitenelement 32 als Wärmesenke für das
Konverterelement 2 dienen.
Die Figuren 7A bis 7F zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer
Ausführungsform. Die Figur 7A zeigt das Bereitstellen eines Trägers 4. Insbesondere ist der Träger 4 ein reversibler Träger . Anschließend erfolgt das Aufbringen eines Halbleiterchips 1, hier am Beispiel von zwei Halbleiterchips 1 gezeigt.
Insbesondere werden die Halbleiterchips 1 mit ihren
Rückseitenkontakten 8a, 8b auf den reversiblen Träger
aufgebracht.
Anschließend kann ein isolierendes Material 17 als eine
KunststoffSchicht aufdispergiert werden (Figur 7B) . Damit werden benachbarte Halbleiterchips 1 voneinander elektrisch isoliert.
Die Figur 7C zeigt das Aufbringen eines Konverterelements 2 und eines Deckelements 31 jeweils auf einen Halbleiterchip 1. Das Deckelement 31 kann beispielsweise aus Glas oder
Siliziumdioxid sein.
Die Figur 7D zeigt anschließend das Aufbringen einer
Keimschicht 6. Die Keimschicht 6 wird insbesondere an den Seitenflächen 12 des Halbleiterchips 1 und an den
Seitenflächen 21 des Konverterelements 2 aufgebracht. Die
Keimschicht 6 umfasst insbesondere ein Metall. Insbesondere ist die Keimschicht 6 aus Silber geformt. Die Keimschicht 6 wird mittels Sputtern aufgebracht. Insbesondere erfolgt das Aufbringen mit Fototechnik.
Anschließend kann das Aufbringen des Seitenelements 32 erfolgen (Figur 7E) . Das Seitenelement 32 wird zwischen benachbarte Halbleiterchips 1 aufgebracht. Das Seitenelement 32 ist insbesondere in direktem Kontakt zur Keimschicht 6 angeordnet. Das Seitenelement 32 kann aus Kupfer oder Nickel sein . Anschließend, wie in Figur 7F gezeigt, können die Bauelemente 100 vereinzelt 16 werden. Dies kann mechanisch oder
lithografisch erfolgen. Die Figuren 8A bis 8C zeigen jeweils einen Verbund von optoelektronischen Bauelementen. Die Figur 8A zeigt die
Draufsicht eines Verbundes von optoelektronischen
Bauelementen. Hier werden vier optoelektronische Bauelemente 100 dargestellt. Es können aber auch mehr als vier
optoelektronische Bauelemente einen Verbund bilden.
Insbesondere sind die optoelektronischen Bauelemente als sogenannte Arrays ausgeformt. Insbesondere weist der Verbund von benachbarten optoelektronischen Bauelementen ein
gemeinsames Seitenelement 32 auf. Mit anderen Worten teilen sich benachbarte Bauelemente ein Seitenelement 32. Das
Seitenelement 32 kann aus einem Metall ausgeformt sein.
Dadurch kann die mechanische Stabilität erhöht werden und das Seitenelement 32 als thermische Senke für die jeweiligen Halbleiterchips 1 und Konverterelemente 2 genutzt werden. Das Seitenelement 32 kann abhängig von den thermischen
Erfordernissen entsprechend angepasst werden. Ist die
thermische Leitfähigkeit des Konverterelements 2 hoch, kann die Größe des Konverterelements 2 im Vergleich zu dem
Ausmaßen des Seitenelements 32 vergleichsweise groß gewählt werden. Ist die thermische Leitfähigkeit des
Konverterelements 2 eher gering, können die Ausmaße des
Seitenelements 32 zur verbesserten Wärmeabfuhr
vergleichsweise groß gewählt werden. Das Deckelement 31 kann zusätzlich diffuse oder optische Elemente zur Erhöhung der Lichtauskopplung aufweisen.
Die Figur 8B zeigt den Verbund der Figur 8A von unten. Insbesondere ist der Verbund, wie in Figur 8C gezeigt, in Serie geschalten.
Die Figur 9A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Insbesondere zeigt die Figur 9A eine Ausgestaltung eines Halbleiterchips. Der Halbleiterchip 1 weist insbesondere elektrische Kontakte 10a und 10b auf. Insbesondere ist der elektrische Kontakt 10a in direktem Kontakt mit dem
Seitenelement 32. Der Halbleiterchip 1 ist insbesondere derart ausgeformt, dass er Durchkontaktierungen zu den entsprechenden Halbleiterschichten aufweist. Das Bauelement 100 weist einen Combospiegel 19 auf. Zusätzlich kann das Seitenelement 32 bei der Ausgestaltung des Halbleiterchips 1 in direktem Kontakt zum Konverterelement 2 angeordnet sein (hier nicht gezeigt) .
Insbesondere kontaktiert der elektrische Kontakt 10b als p- Kontakt die p-Halbleiterschicht 103. Der der elektrische Kontakt 10a als n-Kontakt kontaktiert insbesondere die n- Halbleiterschicht 101. Insbesondere weist der n-Kontakt Durchbohrungen zur n-Halbleiterschicht 101 auf. Der
Halbleiterchip 1 der Figur 9A weist Rückseitenkontakte 8a, 8b auf, die beide auf der gleichen Seite liegen und mit den jeweiligen p-/n-Kontakten 10a, 10b elektrisch verbunden sind und aus eine gleichen Material geformt sind.
Die Figur 9B zeigt eine unterschiedliche Ausgestaltung eines Halbleiterchips 1. Insbesondere unterscheidet sich das
Bauelement der Figur 9B von dem Bauelement der Figur 9A dadurch, dass das Bauelement der Figur 9B zusätzlich einen Submount 18 aufweist. Der Submount 18+ kann beispielsweise aus Silizium oder Keramik sein. 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 Verbindung mit den Figuren offenbart 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 111 910.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
100 optoelektronisches Bauelement
1 Halbleiterchip
12 Seitenflächen des Halbleiterchips
11 Strahlungshauptfläche
2 Konverterelement
21 Seitenflächen des Konverterelements
3 Verkapselungselement
31 Deckelement
32 Seitenelement
4 Träger
5 Strahlung des Halbleiterchips
6 Keimschicht
7 Klebeschicht oder weitere Schicht
8a Rückseitenkontakt
8b Rückseitenkontakt
9 Isolierung
10a n-Kontakt
10b p-Kontakt
13 Maske
14 Strahlung, insbesondere UV-Strahlung
15 Fotoresist
16 Vereinzeln
101 n-Halbleiterschicht
102 aktive Schicht
103 p-Halbleiterschicht
17 isolierendes Material
18 Submount/Träger
19 Combospiegel

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend
- einen Halbleiterchip (1), der zur Emission von Strahlung (5) zumindest über eine Strahlungshauptfläche (11)
eingerichtet ist,
- ein Konverterelement (2), das im Strahlengang des
Halbleiterchips (1) angeordnet ist,
- ein Verkapselungselement (3), das ein Deckelement (31) und ein Seitenelement (32) aufweist und zumindest eine
Versiegelung für das Konverterelement (2) vor
Umwelteinflüssen bildet,
wobei das Deckelement (31) über dem Konverterelement (31) angeordnet ist und das Seitenelement (32) im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip (1) und Konverterelement (2) angeordnet ist und den Halbleiterchip (1) umgibt, wobei das Seitenelement (32) und das Deckelement (31) zumindest bereichsweise direkt in Kontakt stehen, wobei das
Seitenelement (32) zumindest ein Metall aufweist und in lateraler Richtung direkt mit dem Konverterelement (2) in Kontakt steht.
2. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei das Seitenelement (32) aus zumindest einem galvanischen Metall besteht und das Deckelement (31) ein von dem
Seitenelement (32) verschiedenes Material aufweist und transparent für die von dem Halbleiterchip (1) emittierte Strahlung ist, wobei das Seitenelement (32) eine Dicke von kleiner 50 ym aufweist.
3. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Konverterelement (2) Quantenpunkte aufweist.
4. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Seitenelement (32) als elektrischer
Anschlusskontakt des Halbleiterchips (1) ausgeformt ist.
5. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest das Seitenelement (32) auf einem Träger (4) angeordnet ist, so dass das Seitenelement (32) als Wärmesenke für das Konverterelement (2) und/oder den Halbleiterchip (1) eingerichtet ist und zumindest eine Degradation des
Konverterelements (2) verhindert ist.
6. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Seitenelement (32) reflektierend ausgeformt ist.
7. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
das eine Keimschicht (6) aufweist, die die Seitenflächen (21) des Konverterelements (2) vollständig direkt bedeckt und die Seitenflächen (12) des Halbleiterchips (1) zumindest
bereichsweise direkt bedeckt, wobei das Seitenelement (32) der Keimschicht (6) lateral direkt nachgeordnet ist.
8. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Keimschicht (6) reflektierend ausgeformt ist.
9. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Halbeiterchip (1) und das Konverterelement (2) jeweils Seitenflächen (12, 21) aufweisen, die von der
Keimschicht (6) formschlüssig direkt bedeckt sind.
10. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Seitenelement (32) Kupfer oder Nickel aufweist.
11. Verbund von optoelektronischen Bauelementen nach
zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei benachbarte optoelektronische Bauelemente (100) ein gemeinsames Seitenelement (32) aufweisen.
12. Verbund nach Anspruch 11,
wobei zumindest benachbarte optoelektronische Bauelemente (100) in Serie zueinander geschalten sind.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements (100) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines Deckelement (31) eines
Verkapselungselements (3) ,
B) Aufbringen eines Konverterelements (2) auf das Deckelement (31) des Verkapselungselements (3), wobei das
Konverterelement (2) Seitenflächen (21) aufweist,
C) Aufbringen zumindest eines Halbleiterchips (1) auf das Konverterelement (2), wobei der Halbleiterchip (1) zur
Emission von Strahlung (5) zumindest über eine
Strahlungshauptfläche (11) eingerichtet ist und Seitenflächen (12) aufweist, und
D) Aufbringen eines Seitenelements (32) auf die Seitenflächen (12) des Halbleiterchips (1) und auf die Seitenflächen (21) des Konverterelements (2), so dass das Seitenelement (32) im Querschnitt lateral zum Halbleiterchip (1) und
Konverterelement (2) angeordnet ist und zumindest den
Halbleiterchip (1) direkt umgibt, wobei das Seitenelement (32) und das Deckelement (31) zumindest bereichsweise direkt in Kontakt stehen und eine Versiegelung für das
Konverterelement (2) vor Umwelteinflüssen bilden,
wobei das Seitenelement (32) zumindest ein Metall aufweist und in lateraler Richtung direkt mit dem Konverterelement (2) in Kontakt steht.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei das Seitenelement (32) im Schritt D) galvanisch
hergestellt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
wobei vor Schritt D) eine Keimschicht (6) vollständig auf die Seitenflächen (21) des Konverterelements (2) und zumindest bereichsweise auf die Seitenflächen (12) des Halbleiterchips (1) aufgebracht wird, wobei die Keimschicht (6) reflektierend ausgeformt ist.
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