WO2018162420A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil - Google Patents

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WO2018162420A1
WO2018162420A1 PCT/EP2018/055356 EP2018055356W WO2018162420A1 WO 2018162420 A1 WO2018162420 A1 WO 2018162420A1 EP 2018055356 W EP2018055356 W EP 2018055356W WO 2018162420 A1 WO2018162420 A1 WO 2018162420A1
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reflector housing
emission side
carrier
optoelectronic semiconductor
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PCT/EP2018/055356
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Christopher Wiesmann
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector

Definitions

  • An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor device with a low overall height, which efficiently a high proportion of radiation at large
  • the semiconductor layer sequence is designed to generate radiation, in particular to produce visible light such as blue light or white light. This is with the
  • Optoelectronic semiconductor device preferably by a
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is In] __ n _ m N m Ga or a for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n
  • Phosphide compound semiconductor material such as
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ n _ m Ga m As or as
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN.
  • the mirror is for
  • Mirrors can be a metal mirror, a Bragg mirror or a combination mirror.
  • a metal layer is present, which in the direction towards the semiconductor layer sequence is at least partially totally reflective with a preferably dielectric material with a low refractive index
  • the mirror is located at the back of the semiconductor layer sequence.
  • the Mirror set up for energizing and / or electrical contacting of the semiconductor layer sequence.
  • Semiconductor component a reflector housing.
  • the reflector housing is impermeable to the radiation produced.
  • the reflector housing for diffuse reflection of the generated radiation is set up.
  • surfaces of the reflector housing, which face the semiconductor layer sequence, exhibit a lambertian reflection characteristic.
  • Reflector housing appears preferably white.
  • the reflector housing is preferably a potting body, for instance by means of
  • Reflector housing mounted at least or only on side surfaces of the carrier.
  • the reflector housing can be applied directly and directly on the side surfaces. Furthermore, it is possible that the side surfaces only partially or
  • Reflector housing on a radiation outlet opening.
  • the radiation exit opening lies on the emission side
  • the radiation exit opening is to
  • a width of the reflector housing and / or a surface of the reflector housing decreases
  • Radiation exit opening in the direction away from the Emission side does not necessarily exclude that caused by a roughening of the side surfaces in short sections, the width can also increase. On average, the width decreases towards the away from the
  • the decrease in width can also be monotonous or strictly monotonous. Areas in which the width briefly increases in the direction away from the emission side, preferably have an extension of at most 5 ym or 3 ym and / or of at most 2% or 1% of a height of the reflector housing.
  • the width relates in particular to an opening formed in the reflector housing and / or to a course of inner sides of the
  • Reflector housing and / or on a course of
  • this includes
  • Semiconductor layer sequence for generating radiation wherein the semiconductor layer sequence has an emission side and a rear side opposite thereto. A mirror for the generated radiation is located at the back. A carrier transparent to the generated radiation is attached to the emission side.
  • impermeable reflector housing is located on
  • a width of the reflector housing and / or an area of the radiation exit opening increases in the direction away from the emission side and thus in the direction towards
  • Liquid crystal displays are helpful to light sources with a so-called Batwing radiation, that is, a
  • the maximum intensity is not at 0 ° as in the case of a conventional LED on the optical axis, but at larger angles, for example between 30 ° and 80 °. This allows for a given distance from the light source to
  • Liquid crystal mask a number of to be installed
  • Semiconductor devices can be reduced, since a distance between adjacent semiconductor devices can be increased. Such a Batwing radiation can be realized with the semiconductor component described here.
  • the highest possible luminance of the light source are needed. Areas of high luminance can be efficiently imaged, for example, with downstream optical elements. With the semiconductor device described here, the luminance of a given light-emitting surface, the emission side, can be increased.
  • Radiation characteristic shows.
  • sapphire flip chips, short SFCs, are used without phosphor and with employed side edges and then
  • the carrier is in
  • Cross section seen symmetrically shaped.
  • An axis of symmetry is preferably an optical axis of the emission side.
  • the carrier is shaped as a symmetrical trapezoid.
  • the carrier is a growth substrate of the semiconductor layer sequence.
  • the carrier is then a sapphire substrate and the semiconductor layer sequence is based on AlInGaN. It is possible that the carrier on one of the semiconductor layer sequence
  • Semiconductor layer sequence can be grown, a
  • Sapphire substrates also known as patterned Sapphire substrates, short PSS.
  • the carrier terminates flush with the direction away from the emission side
  • Reflector housing off. That is, the carrier and the
  • Reflector housings do not project beyond each other. Alternatively, it is possible that the carrier protrudes from the reflector housing or vice versa.
  • the mirror has several
  • Partial layers or wiring levels over which both an n-side and a p-side of the
  • Semiconductor layer sequence are electrically connected. According to at least one embodiment, viewed in cross-section, a quotient of a width of the
  • Emission side at least 0.5 or 0.6. Alternatively or additionally, this quotient is at most 0.9 or 0.8 or 0.7.
  • Emission side at least 0.2 or 0.4 or 0.6. Alternatively or additionally, this quotient is at most 1.2 or 1.0 or 0.8.
  • an average angle of inner sides of the reflector housing is to
  • Emission side at least 35 ° or 50 ° or 60 °.
  • this angle is at most 85 ° or 65 °.
  • Emission side seen in cross section at least 0.45 mm or 0.6 mm or 0.7 mm.
  • the width of the emission side is at most 1.1 mm or 0.8 mm or 0.6 mm.
  • the width of the emission side is in particular an edge length or average
  • Radiation outlet opening at least 0.3 mm or 0.4 mm.
  • the width or the average diameter of the radiation outlet opening is at most 0.6 mm or 0.5 mm or 0.4 mm. In other words, the radiation exit opening is comparatively small.
  • the height of the reflector housing is at least 0.1 mm or 0.2 mm or 0.3 mm. Alternatively or additionally, the height is at most
  • a maximum radiation of the generated radiation is in one
  • the emission angle relates in particular to a solder to the emission side and / or to one of the emission side
  • this includes
  • Connection platform is preferred with electrical lines and / or electrical contact surfaces for electrical
  • connection platform for the generated radiation is impermeable.
  • the connection platform is
  • a ceramic substrate such as AIN, a metal-oxide-semiconductor (S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-SSS-SSS-SSS-SSS-SSS-SSS-SSS-SSS-SSS-SSS-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S
  • Glass substrate a semiconductor substrate such as a silicon substrate or even to a printed circuit board or a
  • the mirror the mirror
  • connection platform Semiconductor layer sequence, the carrier and the reflector housing mounted on the connection platform.
  • the connection platform preferred all the above components.
  • the reflector housing and the connection platform it is possible for the reflector housing and the connection platform to terminate flush with one another in the lateral direction.
  • one side of the mirror facing away from the semiconductor layer sequence terminates flush with the reflector housing.
  • the rear side of the semiconductor layer sequence it is possible for the rear side of the semiconductor layer sequence to terminate flush with the reflector housing or else for one of the
  • Reflector housing completes.
  • Reflector housing seen in cross section on a rectangular outer contour. That is, the reflector housing is in particular cuboid.
  • the emission side and / or the radiation outlet opening are hexagonal, square or rectangular in shape when viewed in plan.
  • the carrier takes the form of a
  • the Emissions side facing away from the carrier smooth.
  • the side surfaces of the carrier are smooth. That is, the surfaces mentioned have no structuring, for example to a light scattering or to improve a Lichtauskoppeleffizienz on.
  • this includes
  • the lens especially an extraction lens, can be placed directly on the
  • Radiation outlet are located and can be in direct
  • the lens is seen in plan view all around
  • Radiation exit opening may be covered by the lens and the lens may extend to the reflector housing.
  • Reflector housing not or not significantly covered.
  • the lens is surmounted all around by the reflector housing or terminates flush with the reflector housing. That is, the lens is preferably limited to the reflector housing and is not laterally over the reflector housing and / or the connection platform over.
  • Figures 1, 2A and 4 to 8 are schematic sectional views of embodiments of semiconductor devices described herein, Figure 2B is a schematic plan view of a
  • FIG. 3 shows schematic representations of optical
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • Semiconductor device 1 comprises a semiconductor layer sequence 2 with an emission side 20.
  • the semiconductor layer sequence 2 with an emission side 20.
  • the carrier 4 may be a growth substrate for the
  • Semiconductor layer sequence 2 act, for example, a sapphire substrate.
  • the emission side 20 and thus the semiconductor layer sequence 2 facing side of the carrier 4 may be smooth.
  • Semiconductor layer sequence 2 is a mirror 3 for electrically contacting the semiconductor layer sequence 2 and for reflection of radiation generated in the semiconductor layer sequence during operation. Furthermore, a reflector housing 5 is present around the support 4 and the semiconductor layer sequence 2 around. The reflector housing 5 is made of a diffusely reflecting material. Preferably this appears
  • Reflector housing 5 white. For example, that is
  • Reflector housing 5 formed by a silicone matrix, in which reflective particles, such as titanium dioxide, are embedded.
  • Reflector housing 5 is smaller than the emission side 20th
  • the semiconductor device 1 has a
  • connection platform 6 on.
  • the connection platform 6 includes a contact layer 62. Via the contact layer 62, the mirror 3 and the semiconductor layer sequence 2 can be electrically and / or mechanically fastened.
  • Semiconductor layer sequence 2 may be provided in the carrier 4.
  • the emission side 20 and the radiation outlet opening 50 and optionally the reflector housing 5 in total can in
  • the carrier 4 in particular as a stump one
  • Reflector housing 5 are explained in more detail in connection with Figures 2A and 3.
  • the emission side 20 has a cross section
  • the Angle a is the Angle a at about 60 °.
  • the width B is, for example, about 0.5 mm.
  • a height H of the reflector housing 5 is, for example, at about 150 ym.
  • Beam angle b relative to a solder to the emission side 20 illustrated There are three embodiments
  • FIG. 3B illustrates the quotient of the luminous flux P to the width W of the radiation exit opening, in relation to the width W.
  • the quotient P / W corresponds to a luminance and in particular to the radiation exit area
  • FIG. 2A illustrates, as a function of the width W.
  • FIG. 3D shows that as the width W decreases, the luminance increases.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment. As in all other embodiments, it is possible that in addition a lens 7 is present. Furthermore, it is possible that the side surfaces 45 not as
  • Straight sections are formed, seen in cross-section, but curved or have more complex shapes.
  • FIGS. 4 to 7 These and other aspects are illustrated in FIGS. 4 to 7, respectively.
  • the relevant aspects can be combined with each other and used in the other embodiments accordingly.
  • the lens 7 covers the
  • Radiation exit opening 50 completely and also partially covers the reflector housing 5.
  • the lens 7 may be limited to the radiation outlet opening 50, see Figure 5.
  • the lens 7 terminates flush with the reflector housing 5.
  • the side surfaces 45 are concavely curved and optionally provided with a roughening. Such a roughening of the side surfaces 45 can also be done in all others
  • Deviating from the side surfaces 45 are convex shaped according to Figure 5.
  • the side surfaces 45 are formed by a plurality, in particular by two straight line sections, which merge into one another at a kink 55.
  • the side surfaces 45 of Figure 6 are approximately convex shaped, similar to Figure 5.
  • concave shaped side surfaces 45 may be present, see Figure 4.
  • the carrier 4 and the reflector housing 5 are flush with one another. Deviating from that can
  • Reflector housing 5 also project beyond the carrier 4, see Figure 5, or vice versa, compare Figure 7. As in all other embodiments, one of the
  • Semiconductor layer sequence 2 facing away from the carrier 4 may be provided with a roughening, see Figure 7.
  • this side of the carrier 4 is smooth, such as shown in Figure 1.
  • the mirror 3 terminates flush with the reflector housing 5 in the direction away from the semiconductor layer sequence 2, see, for example, FIGS. 1, 6 or 7.
  • a side facing away from the carrier 4 it is possible that a side facing away from the carrier 4
  • Reflector housing 5 closes, as illustrated in Figure 5.
  • the mirror 3 and / or the semiconductor layer sequence 2 can taper in the direction of the radiation exit opening 50, just like the carrier 4. In the region of the mirror 3 and / or the semiconductor layer sequence 2, the width of the opening in the reflector housing 5 can remain the same and thus not in Remove direction towards the radiation outlet opening 50.
  • the lens 7 projects beyond the reflector housing 5 laterally. In this case, the lens 7 can reach to the connection platform 6.

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2) zur Erzeugung von Strahlung. Ein Spiegel (3) für die erzeugte Strahlung befindet sich an einer Rückseite (23). Ein für die erzeugte Strahlung durchlässiger Träger (4) ist an einer Emissionsseite (20) angebracht. Ein für die Strahlung undurchlässiges Reflektorgehäuse (5) befindet sich an Seitenflächen (45) des Trägers (4) und ist zur diffusen Reflexion der erzeugten Strahlung eingerichtet und weist eine der Emissionsseite (20) gegenüberliegende Strahlungsaustrittsöffnung (50) auf. Eine Breite (W) des Reflektorgehäuses (5) nimmt in Richtung weg von der Emissionsseite (20) ab.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUTEIL Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einer geringen Bauhöhe anzugeben, das effizient einen hohen Strahlungsanteil bei großen
Emissionswinkeln emittiert.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Halbleiterbauteil eine
Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge ist zur Erzeugung von Strahlung, insbesondere zur Erzeugung von sichtbarem Licht wie blauem Licht oder wie weißem Licht, eingerichtet. Damit handelt es sich bei dem
optoelektronischen Halbleiterbauteil bevorzugt um eine
Leuchtdiode, kurz LED.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge eine Emissionsseite und eine dieser gegenüberliegende Rückseite auf. Die in der
Halbleiterschichtenfolge erzeugte Strahlung verlässt diese über die Emissionsseite. An der Rückseite tritt bevorzugt keine Strahlung oder kein signifikanter Strahlungsanteil aus. Es ist möglich, dass ebenso wenig Strahlung an Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge emittiert wird. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein
Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn]__n_mGamP oder auch um ein Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamAs oder wie
AlnGamIn]__n_mAskP]__k, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 sowie 0 -S k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
Halbleiterbauteil einen Spiegel. Der Spiegel ist zur
Reflexion der erzeugten Strahlung eingerichtet. Bei dem
Spiegel kann es sich um einen Metallspiegel, um einen Bragg- Spiegel oder um einen Kombinationsspiegel handeln. Im Falle eines Kombinationsspiegels ist eine Metallschicht vorhanden, die in Richtung hin zur Halbleiterschichtenfolge zumindest teilweise mit einem vorzugsweise dielektrischen Material mit einem niedrigen Brechungsindex als totalreflektierend
wirkende Schicht bedeckt ist. Der Spiegel befindet sich an der Rückseite der Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt ist der Spiegel zur Bestromung und/oder elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
Halbleiterbauteil ein Reflektorgehäuse. Das Reflektorgehäuse ist für die erzeugte Strahlung undurchlässig. Weiterhin ist das Reflektorgehäuse zur diffusen Reflexion der erzeugten Strahlung eingerichtet. Insbesondere weisen Oberflächen des Reflektorgehäuses, die der Halbleiterschichtenfolge zugewandt sind, eine Lambert' sehe Reflexionscharakteristik auf. Das
Reflektorgehäuse erscheint bevorzugt weiß. Bevorzugt ist das Reflektorgehäuse ein Vergusskörper, etwa mittels
Spritzpressen oder Spritzgießen oder Dispensen erzeugt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Reflektorgehäuse zumindest oder nur an Seitenflächen des Trägers angebracht. Das Reflektorgehäuse kann unmittelbar und direkt auf den Seitenflächen aufgebracht sein. Weiterhin ist es möglich, dass die Seitenflächen nur teilweise oder
vollständig von dem Reflektorgehäuse bedeckt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Reflektorgehäuse eine Strahlungsaustrittsöffnung auf. Die Strahlungsaustrittsöffnung liegt der Emissionsseite
gegenüber. Die Strahlungsaustrittsöffnung ist dazu
vorgesehen, dass die erzeugte Strahlung insbesondere
ausschließlich an der Strahlungsaustrittsöffnung aus dem Halbleiterbauteil und/oder aus dem Reflektorgehäuse
heraustritt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt eine Breite des Reflektorgehäuses und/oder eine Fläche der
Strahlungsaustrittsöffnung in Richtung weg von der Emissionsseite ab. Dies schließt nicht unbedingt aus, dass etwa hervorgerufen durch eine Aufrauung der Seitenflächen in kurzen Abschnitten die Breite auch zunehmen kann. Im Mittel gesehen nimmt die Breite in Richtung weg von der
Emissionsseite jedoch ab. Die Breitenabnahme kann auch monoton oder streng monoton erfolgen. Bereiche, in denen die Breite kurzzeitig in Richtung weg von der Emissionsseite zunimmt, weisen vorzugsweise eine Ausdehnung von höchstens 5 ym oder 3 ym und/oder von höchstens 2 % oder 1 % einer Höhe des Reflektorgehäuses auf. Die Breite bezieht sich dabei insbesondere auf eine im Reflektorgehäuse gebildete Öffnung und/oder auf einen Verlauf von Innenseiten des
Reflektorgehäuses und/oder auf einen Verlauf von
Seitenflächen des Trägers.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil eine
Halbleiterschichtenfolge zur Erzeugung von Strahlung, wobei die Halbleiterschichtenfolge eine Emissionsseite und eine dieser gegenüberliegende Rückseite aufweist. Ein Spiegel für die erzeugte Strahlung befindet sich an der Rückseite. Ein für die erzeugte Strahlung durchlässiger Träger ist an der Emissionsseite angebracht. Ein für die Strahlung
undurchlässiges Reflektorgehäuse befindet sich an
Seitenflächen des Trägers und ist zur diffusen Reflexion der erzeugten Strahlung eingerichtet und weist eine der
Emissionsseite gegenüberliegende Strahlungsaustrittsöffnung auf. Eine Breite des Reflektorgehäuses und/oder eine Fläche der Strahlungsaustrittsöffnung nimmt in Richtung weg von der Emissionsseite und somit in Richtung hin zur
Strahlungsaustrittsöffnung ab. Für die direkte Hinterleuchtung etwa von
Flüssigkristallanzeigen sind Lichtquellen mit einer so genannten Batwing-Abstrahlung hilfreich, das heißt, ein
Intensitätsmaximum liegt nicht wie bei einer üblichen LED auf der optischen Achse bei 0°, sondern bei größeren Winkeln, etwa zwischen einschließlich 30° und 80°. Dadurch kann bei einem gegebenen Abstand von der Lichtquelle zur
Flüssigkristallmaske eine Anzahl von zu verbauenden
Halbleiterbauteilen reduziert werden, da ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen vergrößert werden kann. Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil ist eine solche Batwing-Abstrahlung realisierbar.
Für viele Anwendungen, wie Projektionsanwendungen oder für Frontscheinwerfer, sind zudem möglichst hohe Leuchtdichten der Lichtquelle nötig. Bereiche hoher Leuchtdichte lassen sich etwa mit nachgeordneten optischen Elementen effizient abbilden. Mit dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil lässt sich die Leuchtdichte aus einer gegebenen Licht emittierenden Fläche, der Emissionsseite, erhöhen.
Durch das Zusammenspiel der Halbleiterschichtenfolge mit dem Spiegel und dem Reflektorgehäuse sowie dem Träger lässt sich effizient eine LED realisieren, die an einer einer
Montageseite gegenüberliegenden Hauptseite emittiert und eine erhöhte Leuchtdichte aufweist sowie eine Batwing-artige
Abstrahlcharakteristik aufzeigt. Dabei werden insbesondere Saphir-Flip-Chips, kurz SFCs, ohne Leuchtstoff und mit angestellten Seitenflanken verwendet und anschließend
bevorzugt umgössen, beispielsweise mit einem Silikon, das Titandioxid-Partikel enthält, um das Reflektorgehäuse zu bilden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger im
Querschnitt gesehen symmetrisch geformt. Eine Symmetrieachse ist bevorzugt eine optische Achse der Emissionsseite.
Beispielsweise ist der Träger als symmetrisches Trapez geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Träger um ein Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge. Insbesondere ist der Träger dann ein Saphirsubstrat und die Halbleiterschichtenfolge basiert auf AlInGaN. Es ist möglich, dass der Träger an einer der Halbleiterschichtenfolge
zugewandten Lichteintrittsseite, an der die
Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen sein kann, eine
Strukturierung zur Verbesserung einer Lichteinkopplung in den Träger aufweist. Ein solcher Träger wird im Falle eines
Saphirsubstrats auch als Patterned Sapphire Substrate, kurz PSS, bezeichnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt der Träger in Richtung weg von der Emissionsseite bündig mit dem
Reflektorgehäuse ab. Das heißt, der Träger und das
Reflektorgehäuse überragen sich nicht gegenseitig. Alternativ ist es möglich, dass der Träger aus dem Reflektorgehäuse hervorsteht oder umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge mittels des Spiegels elektrisch kontaktiert. Insbesondere weist der Spiegel mehrere
Teilschichten oder Verdrahtungsebenen auf, über die sowohl eine n-Seite als auch eine p-Seite der
Halbleiterschichtenfolge elektrisch anschließbar sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt im Querschnitt gesehen ein Quotient aus einer Breite der
Strahlungsaustrittsöffnung und aus einer Breite der
Emissionsseite mindestens 0,5 oder 0,6. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei höchstens 0,9 oder 0,8 oder 0,7.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein Quotient aus einer Höhe des Reflektorgehäuses und der Breite der
Emissionsseite mindestens 0,2 oder 0,4 oder 0,6. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei höchstens 1,2 oder 1,0 oder 0,8.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittlerer Winkel von Innenseiten des Reflektorgehäuses zur
Emissionsseite bei mindestens 35° oder 50° oder 60°.
Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Winkel bei höchstens 85 ° oder 65 ° . Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Breite der
Emissionsseite im Querschnitt gesehen bei mindestens 0,45 mm oder 0,6 mm oder 0,7 mm. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Breite der Emissionsseite höchstens 1,1 mm oder 0,8 mm oder 0,6 mm. Bei der Breite der Emissionsseite handelt es sich insbesondere um eine Kantenlänge oder mittlere
Kantenlänge der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Breite und/oder ein mittlerer Durchmesser der
Strahlungsaustrittsöffnung bei mindestens 0,3 mm oder 0,4 mm. Alternativ oder zusätzlich liegt die Breite oder der mittlere Durchmesser der Strahlungsaustrittsöffnung bei höchstens 0,6 mm oder 0,5 mm oder 0,4 mm. Mit anderen Worten ist die Strahlungsaustrittsöffnung vergleichsweise klein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt die Höhe des Reflektorgehäuses mindestens 0,1 mm oder 0,2 mm oder 0,3 mm. Alternativ oder zusätzlich liegt die Höhe bei höchstens
0,7 mm oder 0,55 mm oder 0,3 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine maximale Abstrahlung der erzeugten Strahlung in einem
Abstrahlwinkelbereich von mindestens 30° oder 40° und/oder von höchstens 60° oder 55° oder 50°. Das heißt, eine maximale Intensität wird bei vergleichsweise großen Winkeln emittiert. Der Abstrahlwinkel bezieht sich insbesondere auf ein Lot zur Emissionsseite und/oder zu einer der Emissionsseite
gegenüberliegenden Hauptseite des Trägers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil eine Anschlussplattform. Die
Anschlussplattform ist bevorzugt mit elektrischen Leitungen und/oder elektrischen Kontaktflächen zur elektrischen
Kontaktierung versehen. Es ist möglich, dass die
Anschlussplattform für die erzeugte Strahlung undurchlässig ist. Bei der Anschlussplattform handelt es sich
beispielsweise um ein Keramiksubstrat etwa aus AIN, ein
Glassubstrat, ein Halbleitersubstrat wie ein Siliziumsubstrat oder auch um eine bedruckte Leiterplatte oder eine
Metallkernplatine . Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Spiegel, die
Halbleiterschichtenfolge, der Träger und das Reflektorgehäuse auf der Anschlussplattform angebracht. Dabei überragt in Draufsicht gesehen in seitlicher Richtung die Anschlussplattform bevorzugt alle vorgenannten Komponenten. Alternativ ist es möglich, dass das Reflektorgehäuse und die Anschlussplattform in seitlicher Richtung bündig miteinander abschließen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umgibt das
Reflektorgehäuse ringsum die Halbleiterschichtenfolge
und/oder den Spiegel. Das heißt, Seitenflächen der
Halbleiterschichtenfolge und/oder des Spiegels können
teilweise oder vollständig, bevorzugt unmittelbar, an dem Reflektorgehäuse anliegen und von diesem bedeckt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt eine der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite des Spiegels bündig mit dem Reflektorgehäuse ab. Alternativ ist es möglich, dass die Rückseite der Halbleiterschichtenfolge bündig mit dem Reflektorgehäuse abschließt oder auch dass eine der
Emissionsseite zugewandte Seite des Trägers, also an der Lichteintrittsseite des Trägers, bündig mit dem
Reflektorgehäuse abschließt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Reflektorgehäuse im Querschnitt gesehen eine rechteckige äußere Umrisslinie auf. Das heißt, das Reflektorgehäuse ist insbesondere quaderförmig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Emissionsseite und/oder die Strahlungsaustrittsöffnung in Draufsicht gesehen sechseckig, quadratisch oder rechteckig geformt. Insbesondere ist es möglich, dass der Träger die Form eines
Quadratpyramidenstumpfes aufweist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die der Emissionsseite abgewandte Seite des Trägers glatt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Seitenflächen des Trägers glatt sind. Das heißt, die genannten Flächen weisen keine Strukturierung, etwa zu einer Lichtstreuung oder zu einer Verbesserung einer Lichtauskoppeleffizienz, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil eine Linse. Die Linse, insbesondere eine Extraktionsslinse, kann sich direkt auf der
Strahlungsaustrittsöffnung befinden und kann in direktem
Kontakt zu dem Träger und/oder zum Reflektorgehäuse stehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform steht die Linse in Draufsicht gesehen ringsum über die
Strahlungsaustrittsöffnung über. Das heißt, die gesamte
Strahlungsaustrittsöffnung kann von der Linse bedeckt sein und die Linse kann auf das Reflektorgehäuse reichen.
Alternativ ist es möglich, dass die Linse auf die
Strahlungsaustrittsöffnung beschränkt ist und das
Reflektorgehäuse nicht oder nicht signifikant bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Linse ringsum von dem Reflektorgehäuse überragt oder schließt bündig mit dem Reflektorgehäuse ab. Das heißt, die Linse ist bevorzugt auf das Reflektorgehäuse beschränkt und steht seitlich nicht über das Reflektorgehäuse und/oder die Anschlussplattform über .
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche
Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1, 2A und 4 bis 8 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterbauteilen, Figur 2B eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Halbleiterbauteils, und
Figur 3 schematische Darstellungen von optischen
Eigenschaften von hier beschriebenen
Halbleiterbauteilen.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Das
Halbleiterbauteil 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer Emissionsseite 20. Beispielsweise basiert die
Halbleiterschichtenfolge 2 auf AlInGaN. An der Emissionsseite 20 befindet sich ein Träger 4, der im Querschnitt gesehen wie ein symmetrisches Trapez geformt ist. Bei dem Träger 4 kann es sich um ein Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge 2 handeln, beispielsweise um ein Saphirsubstrat. Die Emissionsseite 20 und damit die der Halbleiterschichtenfolge 2 zugewandte Seite des Trägers 4 kann glatt sein.
An einer dem Träger 4 abgewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge 2 befindet sich ein Spiegel 3 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 und zur Reflexion von in der Halbleiterschichtenfolge im Betrieb erzeugter Strahlung. Ferner ist rund um den Träger 4 und die Halbleiterschichtenfolge 2 herum ein Reflektorgehäuse 5 vorhanden. Das Reflektorgehäuse 5 ist aus einem diffus reflektierenden Material. Bevorzugt erscheint das
Reflektorgehäuse 5 weiß. Beispielsweise ist das
Reflektorgehäuse 5 durch eine Silikonmatrix gebildet, in die reflektierende Partikel, etwa aus Titandioxid, eingebettet sind. Eine Strahlungsaustrittsöffnung 50 des
Reflektorgehäuses 5 ist kleiner als die Emissionsseite 20.
Optional weist das Halbleiterbauteil 1 eine
Anschlussplattform 6 auf. Die Anschlussplattform 6 beinhaltet eine Kontaktschicht 62. Über die Kontaktschicht 62 sind der Spiegel 3 und die Halbleiterschichtenfolge 2 elektrisch und/oder mechanisch befestigbar.
Optional, siehe Figur 2A, kann die Emissionsseite 20 und damit die der Halbleiterschichtenfolge 2 zugewandte Seite des Trägers 4 mit einer Aufrauung zur Verbesserung einer
Lichteinkoppeleffizienz von Licht aus der
Halbleiterschichtenfolge 2 in dem Träger 4 versehen sein.
Die Emissionsseite 20 sowie die Strahlungsaustrittsöffnung 50 und optional das Reflektorgehäuse 5 insgesamt können in
Draufsicht gesehen, siehe Figur 2B, quadratisch geformt sein. Damit ist der Träger 4 insbesondere als Stumpf einer
regelmäßigen Vierkantpyramide geformt. Die optischen Eigenschaften sowie die Geometrie des
Reflektorgehäuses 5 sind in Verbindung mit den Figuren 2A und 3 näher erläutert. Wie zu den Figuren 1 und 2A bereits erläutert, weist im Querschnitt gesehen die Emissionsseite 20 eine Breite B auf, die größer ist als eine Breite W der Strahlungsaustrittsöffnung 50. Damit ist ein Winkel a zwischen Innenseiten 54 des Reflektorgehäuses 5, entsprechend den Seitenflächen 45 des Trägers 4, kleiner als 90°, bezogen auf die Emissionsseite 20. Insbesondere liegt der Winkel a bei ungefähr 60°. Die Breite B liegt zum Beispiel bei ungefähr 0,5 mm. Eine Höhe H des Reflektorgehäuses 5 liegt beispielsweise bei zirka 150 ym. Für diese Bauform der Figur 2A ist in Figur 3A für
verschiedene Breiten W der Strahlungsaustrittsöffnung 50 ein Lichtstrom P in willkürlichen Einheiten gegenüber einem
Abstrahlwinkel b relativ zu einem Lot zur Emissionsseite 20 illustriert. Dabei sind drei Ausführungsbeispiele
illustriert, für die W < B gilt. Zusätzlich sind mehrere Abwandlungen dargestellt und als Strich-Linie zudem eine Lambert' sehe Abstrahlcharakteristik als Vergleich. Bedingt durch den sich in Richtung weg von der Emissionsseite 20 verengenden Träger 4, der direkt an dem Reflektorgehäuse 5 aufliegt, wird eine maximale Abstrahlung in einem
Winkelbereich für den Abstrahlwinkel b zwischen ungefähr 30° und 50° erreicht. Somit ist aufgrund des Reflektorgehäuses 5 eine Batwing-artige Abstrahlcharakteristik erzielbar. In Figur 3B ist der Quotient aus dem Lichtstrom P zur Breite W der Strahlungsaustrittsöffnung illustriert, gegenüber der Breite W. Der Quotient P/W entspricht einer Leuchtdichte und insbesondere einer auf die Strahlungsaustrittsfläche
normierten Leistung. Die Kurven entsprechen verschiedenen Werten für die Höhe H des Reflektorgehäuses 5, wie in
Verbindung mit Figur 2A illustriert, in Abhängigkeit von der Breite W. Der Figur 3D ist zu entnehmen, dass mit kleiner werdender Breite W die Leuchtdichte zunimmt. In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass zusätzlich eine Linse 7 vorhanden ist. Ferner ist es möglich, dass die Seitenflächen 45 nicht als
Geradenabschnitte geformt sind, im Querschnitt gesehen, sondern gekrümmt oder auch komplexere Formen aufweisen.
Diese und weitere Aspekte sind in den Figuren 4 bis 7 jeweils veranschaulicht. Die betreffenden Aspekte können miteinander kombiniert werden und in den übrigen Ausführungsbeispielen entsprechend herangezogen werden.
Gemäß Figur 4 bedeckt die Linse 7 die
Strahlungsaustrittsöffnung 50 vollständig und bedeckt auch teilweise das Reflektorgehäuse 5. Demgegenüber kann, siehe Figur 5, die Linse 7 auf die Strahlungsaustrittsöffnung 50 beschränkt sein. Alternativ, siehe Figur 6, schließt die Linse 7 bündig mit dem Reflektorgehäuse 5 ab.
Gemäß Figur 4 sind die Seitenflächen 45 konkav gekrümmt und optional mit einer Aufrauung versehen. Eine solche Aufrauung der Seitenflächen 45 kann auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Davon abweichend sind gemäß Figur 5 die Seitenflächen 45 konvex geformt. In Figur 6 ist zu sehen, dass die Seitenflächen 45 durch mehrere, insbesondere jeweils durch zwei Geradenabschnitte gebildet sind, die an einem Knick 55 ineinander übergehen. Damit sind die Seitenflächen 45 der Figur 6 näherungsweise konvex geformt, ähnlich zu Figur 5. Genauso können konkav geformte Seitenflächen 45 vorhanden sein, vergleiche Figur 4. In den Ausführungsbeispielen insbesondere der Figuren 1, 4 und 6 schließen der Träger 4 sowie das Reflektorgehäuse 5 bündig miteinander ab. Hiervon abweichend kann das
Reflektorgehäuse 5 den Träger 4 auch überragen, siehe Figur 5, oder umgekehrt, vergleiche Figur 7. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen kann eine der
Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandte Seite des Trägers 4 mit einer Aufrauung versehen sein, siehe Figur 7. Bevorzugt jedoch ist diese Seite des Trägers 4 glatt, wie etwa in Figur 1 dargestellt.
Bevorzugt schließt der Spiegel 3 in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge 2 bündig mit dem Reflektorgehäuse 5 ab, siehe etwa die Figuren 1, 6 oder 7. Alternativ ist es möglich, dass eine dem Träger 4 abgewandte Seite der
Halbleiterschichtenfolge 2 bündig mit dem Reflektorgehäuse 5 abschließt, siehe Figur 4. Außerdem ist es möglich, dass der Träger 4 an der Emissionsseite 20 bündig mit dem
Reflektorgehäuse 5 abschließt, wie in Figur 5 illustriert.
Der Spiegel 3 und/oder die Halbleiterschichtenfolge 2 können sich in Richtung hin zur Strahlungsaustrittsöffnung 50 verjüngen, genauso wie der Träger 4. Im Bereich des Spiegels 3 und/oder der Halbleiterschichtenfolge 2 kann die Breite der Öffnung im Reflektorgehäuse 5 gleich bleiben und somit nicht in Richtung hin zur Strahlungsaustrittsöffnung 50 abnehmen.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 8 überragt die Linse 7 das Reflektorgehäuse 5 seitlich. Dabei kann die Linse 7 bis zur Anschlussplattform 6 reichen.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind voneinander
beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Dickenverhältnisse, Längenverhältnisse und Positionen der gezeichneten
Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben. Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 104 871.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauteil
2 Halbleiterschichtenfolge
20 Emissionsseite
23 Rückseite
3 Spiegel
4 Träger
45 Seitenfläche
5 Reflektorgehäuse
50 Strahlungsaustrittsöffnung
54 Innenseite
55 Knick
6 Anschlussplattform
62 Kontaktschicht
7 Linse a Winkel Innenseiten - Emissionsseite
b Emissionswinkel
B Breite der Emissionsseite
H Höhe des Reflektorgehäuses
P Lichtstrom in willkürlichen Einheiten (a.u.)
P* normierter Lichtstrom bei b = 0°
W Breite der Strahlungsaustrittsöffnung

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- einer Halbleiterschichtenfolge (2) zur Erzeugung von
Strahlung, die eine Emissionsseite (20) und eine dieser gegenüberliegende Rückseite (23) aufweist,
- einem Spiegel (3) für die erzeugte Strahlung an der
Rückseite (23) ,
- einem für die erzeugte Strahlung durchlässigen Träger (4) an der Emissionsseite (20), und
- einem für die Strahlung undurchlässigen Reflektorgehäuse (5) an Seitenflächen (45) des Trägers (4) zur diffusen
Reflexion der erzeugten Strahlung mit einer der
Emissionsseite (20) gegenüberliegenden
Strahlungsaustrittsöffnung (50),
wobei eine Breite einer Öffnung im Reflektorgehäuse (5) und/oder eine Fläche der Strahlungsaustrittsöffnung (50) in Richtung weg von der Emissionsseite (20) abnimmt.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Seitenflächen (45) des Trägers (4) direkt und vollständig von dem Reflektorgehäuse (5) bedeckt sind, wobei der Träger (4) im Querschnitt gesehen als symmetrisches Trapez geformt ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Träger (4) ein Aufwachssubstrat der
Halbleiterschichtenfolge (2) ist,
wobei in Richtung weg von der Emissionsseite (20) der Träger (4) bündig mit dem Reflektorgehäuse (5) abschließt, und wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) mittels des Spiegels (3) elektrisch kontaktiert ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem im Querschnitt gesehen ein Quotient aus einer Breite (W) der Strahlungsaustrittsöffnung (50) und einer Breite (B) der Emissionsseite (20) zwischen einschließlich 0,5 und 0,7 liegt .
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem ein Quotient aus einer Höhe (H) des Reflektorgehäuses (5) und der Breite (B) der Emissionsseite (20) zwischen einschließlich 0,2 und 0,8 liegt.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem ein mittlerer Winkel (a) von Innenseiten (54) des Reflektorgehäuses (5) zur Emissionsseite (20) zwischen einschließlich 60° und 75° liegt.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem eine maximale Abstrahlung der erzeugten Strahlung in einem Abstrahlwinkelbereich zwischen einschließlich 30° und 55° erfolgt, bezogen auf ein Lot zur Emissionsseite (20) .
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ferner umfassend eine für die erzeugte Strahlung
undurchlässige Anschlussplattform (6) mit elektrischen
Leitungen zur Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge (2), wobei der Spiegel (3), die Halbleiterschichtenfolge (2), der Träger (4) und das Reflektorgehäuse (5) auf der
Anschlussplattform (6) angebracht sind.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Reflektorgehäuse (5) ringsum die
Halbleiterschichtenfolge (2) und den Spiegel (3) umgibt und an der Rückseite (23) bündig mit dem Spiegel (3) abschließt.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Reflektorgehäuse (5) im Querschnitt gesehen eine rechteckige äußere Umrisslinie aufweist,
wobei das Reflektorgehäuse (5) aus einem Silikon ist, das mit lichtstreuenden Titandioxidpartikeln versehen ist, sodass das Reflektorgehäuse (5) weiß ist.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Emissionsseite (20) und die
Strahlungsaustrittsöffnung (50) in Draufsicht gesehen
quadratisch geformt sind und der Träger (4) die Form eines Quadratpyramidenstumpfes hat.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem eine der Emissionsseite (20) zugewandte
Lichteintrittsseite des Trägers (4) mit einer Strukturierung zur Verbesserung einer Einkopplung der erzeugten Strahlung in den Träger (4) versehen ist,
wobei der Träger (4) an einer der Emissionsseite (20) abgewandten Seite glatt ist.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ferner umfassend eine Linse (7), die direkt auf der
Strahlungsaustrittsöffnung (50) angebracht ist,
wobei die Linse (7) in Draufsicht gesehen ringsum über die Strahlungsaustrittsöffnung (50) übersteht.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Linse (7) das Reflektorgehäuse (5) seitlich überragt.
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