WO2018188976A1 - Optoelektronisches bauelement - Google Patents

Optoelektronisches bauelement Download PDF

Info

Publication number
WO2018188976A1
WO2018188976A1 PCT/EP2018/058247 EP2018058247W WO2018188976A1 WO 2018188976 A1 WO2018188976 A1 WO 2018188976A1 EP 2018058247 W EP2018058247 W EP 2018058247W WO 2018188976 A1 WO2018188976 A1 WO 2018188976A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
layers
protective layer
refractive index
semiconductor chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2018/058247
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jackson Jia Ping Kua
Tilman Eckert
Alexander Linkov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to US16/604,573 priority Critical patent/US11195976B2/en
Publication of WO2018188976A1 publication Critical patent/WO2018188976A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/84—Coatings, e.g. passivation layers or antireflective coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
    • H10H20/832—Electrodes characterised by their material
    • H10H20/833—Transparent materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/84—Coatings, e.g. passivation layers or antireflective coatings
    • H10H20/841—Reflective coatings, e.g. dielectric Bragg reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/852—Encapsulations
    • H10H20/854—Encapsulations characterised by their material, e.g. epoxy or silicone resins
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/855—Optical field-shaping means, e.g. lenses
    • H10H20/856—Reflecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/8506—Containers

Definitions

  • the invention relates to an optoelectronic component.
  • a barrier layer of SiO 2 is often arranged above the semiconductor chip and the housing.
  • the semiconductor chips are often potted with a silicone.
  • a barrier layer of S1O 2 with a silicone potting leads to a poor light output due to the difference in the refractive indices of the layers of the semiconductor chip, S1O 2 and silicone.
  • An optoelectronic component in particular a light emitting diode (LED), is specified.
  • LED light emitting diode
  • Optoelectronic component comprises a semiconductor chip which is adapted to an electromagnetic radiation to emit.
  • the semiconductor chip has a
  • Radiation exit surface on which a protective layer is disposed is disposed.
  • Protective layer at least a first layer comprising an aluminum oxide and at least a second layer comprising a silicon oxide.
  • the protective layer may also consist of the first layer and the second layer.
  • the refractive index of the protective layer according to this embodiment is
  • Protective layer at least a first layer comprising an aluminum oxide and at least a third layer comprising a titanium oxide.
  • the protective layer may also consist of the first layer and the third layer.
  • the refractive index of the protective layer according to this embodiment is in particular between 1.8 and 2.4.
  • Protective layer at least a second layer comprising a silicon oxide and at least a third layer comprising a titanium oxide.
  • the protective layer can also be from the third
  • the refractive index of the protective layer according to this embodiment is the refractive index of the protective layer according to this embodiment.
  • a layer or an element is arranged or applied "on” or “over” another layer or another element can mean here and below that the one layer or the one element is directly in direct mechanical and / or electrical contact on the another layer or the other element is arranged.
  • this can also mean that the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element. In this case, further layers and / or elements can then be arranged between the one or the other layer or between the one or the other element.
  • Protective layer at least two first layers comprising an aluminum oxide and at least two second layers comprising a silicon oxide.
  • the first and the second layers are arranged in particular alternately.
  • alternating arrangement means that a second layer is above a first layer and the second layer is above a first layer
  • a first layer is disposed or that over a second layer, a first layer and the first layer, in turn, a second layer is arranged.
  • the protective layer may also consist of the first layers and the second layers.
  • Protective layer according to this embodiment is in particular between 1.55 and 1.75.
  • Protective layer at least two first layers comprising an aluminum oxide and at least two third layers comprising a titanium oxide.
  • the first and the third layers are arranged in particular alternately.
  • Refractive index of the protective layer according to this embodiment is in particular between 1.8 and 2.4.
  • Protective layer comprising at least two second layers Silica and at least two third layers comprising a titanium oxide.
  • the second and the third layers are arranged in particular alternately.
  • the refractive index of the protective layer according to this embodiment is between 1.55 and 2.4.
  • the second layer S1O comprises 2 or consists of Si0 2 .
  • the first comprises
  • the third layer comprises T1O2 or consists of TiO 2 .
  • layer sequence is to be understood as meaning a layer sequence comprising more than one layer, for example a sequence of a p-doped and an n-doped semiconductor layer, wherein the layers are arranged one above the other and at least one active layer containing the electromagnetic radiation emitted.
  • the layer sequence can be implemented, for example, on the basis of InGaAlN.
  • InGaAlN-based semiconductor chips and semiconductor layer sequences are in particular those in which the epitaxially produced semiconductor layer sequence has a layer sequence of different individual layers, which contains at least one single layer, which is a material of the III-V compound semiconductor material system In x Al y Gai x - y N with O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1 has.
  • Semiconductor layer sequences comprising at least one InGaAlN-based active layer can emit, for example, electromagnetic radiation in an ultraviolet to green wavelength range. Furthermore, the semiconductor layer sequence can be embodied, for example, on the basis of AlGaAs. Among AlGaAs-based semiconductor chips and semiconductor layer sequences fall in particular those in which the epitaxial
  • an active layer comprising an AlGaAs-based material may be capable of emitting electromagnetic radiation with one or more spectral components in a red to infrared wavelength range.
  • such a material may additionally or alternatively have the elements In and / or P.
  • the layer sequence can be implemented, for example, on the basis of InGaAlP.
  • InGaAlP-based layer sequence can be implemented, for example, on the basis of InGaAlP.
  • InGaAlP-based layer sequence can be implemented, for example, on the basis of InGaAlP.
  • InGaAlP-based layer sequence can be implemented, for example, on the basis of InGaAlP.
  • the epitaxially produced semiconductor layer sequence comprises a layer sequence
  • III-V compound semiconductor material system In x Al y Gai- x - y P with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1.
  • Semiconductor layer sequences which comprise at least one active layer based on InGaAlN can, for example, emit electromagnetic radiation in a red wavelength range.
  • the active semiconductor layer sequence can contain, in addition to the active layer, further functional layers and functional layers
  • Areas include, such as p- or n-doped
  • Charge carrier transport layers ie electron or
  • Barrier layers planarization layers, buffer layers, protective layers and / or electrodes and combinations thereof. Furthermore, for example, on a the
  • Semiconductor layer sequence may be applied one or more mirror layers.
  • the structures described here, the active layer or the further functional layers and regions are the person skilled in particular
  • the radiation exit surface extends in particular parallel to a main extension plane of the semiconductor layers of the layer sequence; for example, at least 85% or 90% of the radiation leaving the layer sequence exits via the radiation exit surface
  • the protective layer has a refractive index n D a between 1.55 and 2.4, preferably between 1.55 and 1.75, particularly preferably between 1.60 and 1.70, for example about 1.7.
  • the refractive index n D a of S1O 2 is 1.46
  • the refractive index n D a of Al 2 O 3 is 1.77
  • the refractive index n D a of T1O 2 is more than 2.45, depending on the modification.
  • the layer sequence of the semiconductor chip based, for example, on In x Al y Gai x - y N, Al x Gai_ x As or In x Al y Gai- x - y P, points
  • Radiation exit surface can be coupled out when the refractive index of the layers, starting with the
  • Semiconductor layer sequence remains the same or preferably successively, ie gradually decreases.
  • the protective layer according to the invention which by the choice of the composition of the protective layer of first, second and / or third layers has a refractive index n D a of 1.55 to 2.4, for example of about 1.7, the
  • the protective layer comprises at least two first layers comprising an aluminum oxide and at least two second layers comprising a silicon oxide.
  • the protective layer according to this embodiment is arranged so that the second
  • Layers are each disposed over the first layers.
  • the protective layer is arranged so that the first layer in the beam path of the radiation of the
  • a first layer, a second layer, a first layer and a second layer may be arranged in the order named. It can
  • the first layers have a layer thickness of 40 nm and the second layers have a layer thickness of 20 nm
  • the refractive index of the protective layer according to this embodiment is between 1.55 and 1.7. This arrangement has surprisingly proven to be particularly advantageous in terms of improving the light output.
  • Protective layer at least two first layers comprising an aluminum oxide and at least two third layers comprising a titanium oxide.
  • the refractive index of the protective layer according to this embodiment is in particular between 1.8 and 2.4.
  • Protective layer at least two second layers comprising a silicon oxide and at least two third layers comprising a titanium oxide.
  • the refractive index of the protective layer according to This embodiment is in particular between 1.55 and 2.4.
  • Protective layer at least one first layer comprising an aluminum oxide, at least one second layer comprising a silicon oxide and at least one third layer comprising a titanium oxide.
  • the protective layer can also be made from the first
  • the refractive index of the protective layer according to this embodiment is in particular between 1.55 and 2.4.
  • Protective layer at least two first layers comprising an aluminum oxide, at least two second layers comprising a silicon oxide and at least two third layers comprising a titanium oxide.
  • the protective layer can be made of the first
  • the refractive index of the protective layer according to this embodiment is in particular between 1.55 and 2.4.
  • the protective layer is arranged such that the third layers are respectively arranged above the second layers and the second layers are respectively arranged above the first layers.
  • the protective layer is arranged such that the respectively first layer in the beam path of the radiation of the semiconductor chip before the respective second layer and the respective second layer before the respective third layer are arranged.
  • the first, the second and / or the third layers each have one
  • the first layer and / or the second layer and / or the third layer may each have the same or a different layer thickness. If the layers have a layer thickness below 20 nm, they are no longer sufficiently thick around one
  • the first layer has one each
  • Layer thickness of from 30 nm to 100 nm including, for example, 40 nm and the second layer each have a layer thickness of 20 nm to and including 100 nm, for example, 20 nm and the third layer each have a layer thickness of 20 nm inclusive to 100 nm inclusive.
  • the refractive index of the protective layer can be adapted in particular such that the refractive index of the layers, starting with the
  • Semiconductor layer sequence on the protective layer successively decreases. According to the invention, it is thus possible to optimize the refractive index by varying the layer thicknesses and the composition of the protective layer, in order to ensure optimum decoupling of the electromagnetic radiation.
  • the protective layer comprises between two and 50 inclusive first
  • the protective layer between and including two and including fifty second layers, or between two and fifty inclusive first layers, between two and fifty inclusive second layers inclusive and between fifty and fifty inclusive third layers inclusive.
  • the protective layer between two and fifty second layers, or between two and fifty inclusive first layers, between two and fifty inclusive second layers inclusive and between fifty and fifty inclusive third layers inclusive.
  • the protective layer comprises between two and six first layers inclusive and including two and six inclusive second layers or between and including two and six first layers inclusive, between two and including six second layers and between and including two and including six third layers ,
  • the protective layer comprises between two and 50 inclusive first
  • the protective layer between the first and the second layers including two and including fifty third layers on top.
  • the protective layer between the first and the second layers including two and including fifty third layers on top.
  • the protective layer includes between and including two and six first layers inclusive and between and including two and including six third layers or between and including two and including six third layers and between
  • the protective layer is arranged over the side surfaces of the semiconductor chip.
  • this embodiment is advantageous if the radiation is also emitted via the side surfaces of the semiconductor chip.
  • the substrate is preferably on the to the radiation exit surface
  • a current spreading layer preferably comprises one or more transparent, conductive oxides or consists of one or more such oxides. It can here the
  • Current spreading layer additionally have a doping.
  • the current spreading layer has
  • Current spreading layer has a refractive index n D a between 2.0 and 1.8.
  • the protective layer has a refractive index between 1.55 and 1.7.
  • the protective layer has a refractive index between 1.55 and 1.7.
  • Protective layer One or more first layers comprising an aluminum oxide and one or more second layers comprising a silicon oxide or one or more third layers comprising a titanium oxide and one or more second ones Layers comprising a silicon oxide or consists of these layers.
  • the refractive index of the first layers comprising an aluminum oxide and one or more second layers comprising a silicon oxide or one or more third layers comprising a titanium oxide and one or more second ones Layers comprising a silicon oxide or consists of these layers.
  • Refractive index of the layers which are arranged over the semiconductor chip step by step.
  • the refractive index n D a of the protective layer is between 0.1 and 0.3 smaller than the refractive index n D a of the current spreading layer.
  • Indium tin oxide has a refractive index n D a of 1.9.
  • the refractive index of the indium-tin oxide of the current spreading layer is between the
  • Refractive index of about 2.4 of the semiconductor layer sequence and the refractive index of about 1.55 to 1.75 of the protective layer A gradual reduction in refractive index from about 2.4 over about 1.9 to about 1.55 to 1.75 perpendicular to
  • Main extension plane of the semiconductor layer sequence can thus be advantageously guaranteed, and so the light output and the light extraction can be improved.
  • the protective layer is disposed directly on the current spreading layer and is in direct mechanical contact therewith.
  • the current spreading layer is directly on the semiconductor chip, in particular the
  • Radiation exit surface of the semiconductor chip arranged and is in direct mechanical contact with this.
  • a potting is disposed over the protective layer.
  • the material of the encapsulation has a refractive index n D a between 1.4 and 2.4, preferably between 1.4 and 1.6.
  • Refractive index n D a of about 2.4 then through the protective layer with a refractive index of about 1.55 to 2.4, and in
  • the refractive index of the protective layer is adapted so that a gradual reduction of the
  • Refractive index of the layers in the emission direction of the emitted radiation from the semiconductor chip is Refractive index of the layers in the emission direction of the emitted radiation from the semiconductor chip.
  • the device comprises a protective layer, a current spreading layer and a potting.
  • the radiation of the semiconductor chip first passes through the semiconductor layer sequence with a refractive index n D a of about 2.4, then through a current spreading layer with a refractive index n D a between 2.0 and 1.8, then through the protective layer with a
  • the protective layer preferably comprises one or more first layers comprising
  • Alumina and one or more second layers comprising or consisting of silicon oxide.
  • the refractive index n D a of the encapsulation is between 0.1 and 0.3 smaller than that
  • Refractive index n D a of the protective layer This reduction has proven to be particularly advantageous in terms of light output.
  • the refractive index n D a of the protective layer between 0.1 and 0.3 is particularly preferably smaller than the refractive index n D a of the current spreading layer.
  • the refractive index n D a of the encapsulation is between 0.1 and 0.3 smaller than that
  • the encapsulation comprises or consists of: silicone or silsesquioxane.
  • the potting comprises a high refractive index silicone having a refractive index greater than 1.51, for example 1.52. This has proven to be particularly advantageous for the light extraction.
  • silicone with a refractive index of about 1.52 for example, poly (dimethyl) siloxane can be used in which a maximum of 50 percent of the methyl groups may be replaced by phenyl groups.
  • the alkyl radical is preferably a methyl, ethyl or propyl radical and the alkoxy radical
  • Silsesquioxanes have, for example, cage structures or polymeric structures with Si-O-Si bonds and with silicon atoms on the
  • Silsesquioxanes preferably have a refractive index n D a above 1.55.
  • the semiconductor chip is arranged on a leadframe.
  • the semiconductor chip is electrically contacted via the leadframe. This can
  • the reflective property of the lead frame is reduced by the aging phenomena, whereby the light output of the device with
  • the lead frame may be copper, steel or a ceramic made of Al 2 O 3 and / or AlN include.
  • the lead frame is formed in particular reflective for the radiation of the semiconductor chip.
  • the protective layer is arranged above the leadframe.
  • the leadframe is arranged above the leadframe.
  • Main surface of the lead frame arranged.
  • the main surface of the leadframe extends in particular parallel to the radiation exit surface of the semiconductor chip.
  • the lead frame can be protected from premature aging phenomena and the associated loss of reflectivity for the radiation emitted by the semiconductor chip. Due to the protective layer, the leadframe is particularly protected against oxidation, since oxygen and / or moisture does not penetrate or only slightly through the protective layer to the lead frame. According to this embodiment, with the protective layer disposed over the lead frame and over the radiation exit surface of the semiconductor chip, both the light output and the lead frame can be prevented from being prematurely aged, thereby preserving the light output
  • Component can be kept constant or nearly constant.
  • the semiconductor chip is located in a recess of a conductor frame
  • the recess has in particular side walls, which are reflective for the of the
  • the protective layer is arranged according to at least one embodiment over a semiconductor chip facing surface of the recess of the housing.
  • the protective layer is arranged on the side walls of the recess of the housing. This makes it possible to protect the housing from premature aging and to obtain its reflectivity for the radiation emitted by the semiconductor chip during the lifetime of the device.
  • the potting is over the protective layer and in the recess of the housing
  • FIGS 1 to 3 and 6 to 8 show schematic
  • Figures 4 and 5 show schematic side views of a protective layer.
  • Optoelectronic component 100 has a semiconductor chip 2, the radiation during operation of the device
  • the semiconductor chip is based for example on a semiconductor layer sequence 3 based on gallium nitride, which has a refractive index of about 2.4.
  • the semiconductor chip 2 comprises a substrate 1, for example Sapphire, up.
  • the semiconductor chip 2 is mounted on a lead frame 6 and electrically connected to the
  • Lead frame 6 contacted via bond pads 7 and bonding wires 7a.
  • the lead frame 6 includes, for example, copper and is reflective of the radiation of the semiconductor chip 2.
  • the lead frame 6 is in an opaque, for
  • Semiconductor chip 2 is mounted on the lead frame 6.
  • the housing includes, for example, an opaque
  • Semiconductor chips 2 is disposed in direct mechanical contact with the radiation exit surface A, a current spreading layer 4 made of indium tin oxide. On the
  • the protective layer 5 consists of one to 50 second
  • Layers 5a consisting of S1O 2 and from one to 50 first layers 5b consisting of Al 2 O 3 (not shown). If a plurality of first and second layers comprises the protective layer, these are preferably arranged alternately. In the
  • first layer 5a and above a second layer 5b is arranged or that first a second layer 5b and above a first Layer 5a is arranged.
  • the first layers 5a and the second layers 5b each have a layer thickness of between 20 nm and 120 nm inclusive.
  • the protective layer 5 consisting 5c consist of S1O 2 and from a third to 50 layers of T1O 2 from a second to 50 layers 5a consisting. If a plurality of second and third layers comprises the protective layer 5, these are preferably arranged alternately.
  • the protective layer 5 may also consist of 5c consisting S1O 2, from a first to 50 layers 5b consisting of Al 2 O 3 and from a third to 50 layers of T1O 2 from a second to 50 layers 5a consisting.
  • 5c consisting S1O 2
  • first to 50 layers 5b consisting of Al 2 O 3
  • T1O 2 from a second to 50 layers 5a consisting.
  • Protective layer 5 includes, these are preferably arranged alternately.
  • the protective layer 5 has a refractive index n D a of 1.55 to 1.75. The emitted from the semiconductor chip 2
  • Radiation is via the semiconductor layer sequence 3 with a refractive index n D a of about 2.4, over the
  • the protective layer 5 protects the semiconductor chip 2 from moisture and oxygen, as a result of which premature failure of the component 100 due to moisture is prevented.
  • the protective layer 5 of the component 100 of FIG. 1 can already be applied before separation of the semiconductor chips. A wafer with the grown or applied semiconductor layer sequence can first with the
  • the protective layer 5 is applied to the current spreading layer 4, for example by means of atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD), preferably at low temperatures. Only then is the wafer separated into individual semiconductor chips 2. By the application of the protective layer 5 even before separation of the wafer to the semiconductor chips 2 is the
  • the protective layer 5 is additionally arranged above the side surfaces S of the semiconductor chip 2 in comparison to the component of FIG.
  • the protective layer 5 is as in FIG. 2
  • the application of the protective layer 5 of the component 100 of FIG. 2 is effected after singulation of the semiconductor chips 2 from a wafer.
  • the bond pads 7 are first applied to the current spreading layer 4.
  • the protective layer 5 can be applied to the current spreading layer 4 and the bonding pads 7, the bonding pads 7 being freed from the protective layer 5 again, for example by etching.
  • the protective layer 5 can also be applied via a mask in order to keep the surface of the bonding pads 7 free of the protective layer 5. This method proves to be more time-consuming than the method for producing the component 100 of FIG. 1.
  • the component 100 according to the embodiment of FIG. 2 is characterized by a further optimization of the luminous efficacy as a result of the FIG.
  • the protective layer 5 is additionally arranged above a main surface of the leadframe 6A facing the semiconductor chip 2 in comparison to the optoelectronic component 100 of FIG.
  • Main surface of the lead frame 6A extends
  • the protective layer 5 is arranged over the side walls of the recess of the housing 10A.
  • the side walls of the recess of the housing 10A are reflective to that of the
  • the housing material may be reflective or over the side walls of the recess of the housing 10A a
  • the lead frame 6 and the housing 10 can be protected from premature aging and their
  • the protective layer 5 of the component 100 of FIG. 3 is made after arranging the semiconductor chip 2 in the recess 8 of the housing 10. In particular, the bond pads 7 are first applied to the current spreading layer 4.
  • Protective layer 5 can be applied to the current spreading layer 4 and the bonding pads 7, the bonding pads 7 being freed from the protective layer 5, for example by etching. Alternatively, the protective layer 5 can also be applied via a mask in order to keep the surface of the bonding pads 7 free of the protective layer 5.
  • Protective layer 5 is also over the side walls of the
  • FIG. 4 shows a protective layer 5 as shown in FIGS.
  • the protective layer 5 comprises four first layers 5a and four second layers 5b, which are arranged alternately.
  • the first layers 5a are made of Al 2 O 3
  • the second layers 5b are made of SiO 2.
  • the first layers 5 a and the second layers 5 b each have one
  • the protective layer has a refractive index of about 1.7. This has turned out to be particularly efficient for the light output, in particular with a current spreading layer of ITO with a
  • Layer 5b arranged first layer 5a covers the
  • underlying second layer 5b each completely or over the entire surface. Particularly preferred is the
  • Protective layer 5 is disposed on the radiation exit surface A of a semiconductor chip 2 such that the second layers 2b are respectively disposed over the first layers 2a.
  • the protective layer 5 is arranged such that the respective first layer 5a is arranged in the beam path of the radiation of the semiconductor chip 2 in front of the respective second layer 5b.
  • the protective layer 5 a particularly high light output can be achieved.
  • the protective layer may also consist of a first layer 5a consisting of Al 2 O 3 and a second layer 5b consisting of S1O 2 5b.
  • the first layer 5a has a layer thickness of 40 nm and the second
  • Layers 5b have a layer thickness of 20 nm.
  • the protective layer has a refractive index of about 1.7.
  • FIG. 5 shows a protective layer 5 as shown in FIGS.
  • the protective layer 5 comprises in each case two first layers 5a, two second layers 5b and two third layers 5c, which are arranged alternately.
  • the first layers 5a are arranged alternately.
  • the first layers 5a, the second layers 5b and the third Layers 5c each have a layer thickness of from 20 nm to 120 nm inclusive,
  • the protective layer 5 is arranged on the radiation exit surface A of a semiconductor chip 2 in such a way that the third layers 2c respectively over the second layers 5b and the second
  • Layers 2b are respectively disposed over the first layers 2a. In comparison with the components 100 of FIGS. 1 to 3, the components 100 of FIGS. 6, 7 and 8 have no current spreading layer 4.
  • the protective layer 5 in the components of FIGS. 6, 7 and 8 can consist of one to 50 first layers 5a consisting of Al 2 O 3 and one to 50 third layers 5c consisting of T1O 2 which are arranged alternately exist.
  • the protective layer 5 has a
  • Refractive index of between 1.8 and 2.4 Refractive index of between 1.8 and 2.4.
  • FIG. 6A shows the main surface of the leadframe facing the semiconductor chip.

Landscapes

  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement (100) umfassend einen Halbleiterchip (2) angegeben, der dazu eingerichtet ist,eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der Halbleiterchip (2) weist eine Strahlungsaustrittsfläche (A) auf und über der Strahlungsaustrittsfläche (A) ist eine Schutzschicht (5) angeordnet. Die Schutzschicht (5) umfasst - zumindest eine erste Schicht (5a) umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest eine zweite Schicht (5b) umfassend ein Siliziumoxid, - zumindest eine erste Schicht (5a) umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest eine dritte Schicht (5c) umfassend ein Titanoxid oder - zumindest eine zweite Schicht (5b) umfassend ein Siliziumoxid und zumindest eine dritte Schicht (5c) umfassend ein Titanoxid.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement.
Halbleiterchips, die in optoelektronischen Bauelementen wie beispielsweise lichtemittierenden Dioden (LEDs) eingesetzt werden, müssen vor Feuchtigkeit geschützt werden. Hierzu wird häufig eine Barriereschicht aus S1O2 über dem Halbleiterchip und dem Gehäuse angeordnet. Zudem werden die Halbleiterchips häufig mit einem Silikon vergossen. Die Kombination einer Barriereschicht aus S1O2 mit einem Silikonverguss führt aber aufgrund des Unterschieds der Brechungsindizes der Schichten des Halbleiterchips, von S1O2 und Silikon zu einer schlechten Lichtausbeute .
Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das eine gute und zum Stand der Technik verbesserte Lichtausbeute aufweist.
Die Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausbildungen sowie Weiterbildungen der
vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben . Es wird ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere eine lichtemittierende Diode (LED), angegeben. Das
optoelektronische Bauelement umfasst einen Halbleiterchip, der dazu eingerichtet ist, eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Der Halbleiterchip weist eine
Strahlungsaustrittsfläche auf, über der eine Schutzschicht angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht zumindest eine erste Schicht umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest eine zweite Schicht umfassend ein Siliziumoxid. Die Schutzschicht kann auch aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt
insbesondere zwischen 1,55 und 1,75.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht zumindest eine erste Schicht umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest eine dritte Schicht umfassend ein Titanoxid. Die Schutzschicht kann auch aus der ersten Schicht und der dritten Schicht bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,8 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht zumindest eine zweite Schicht umfassend ein Siliziumoxid und zumindest eine dritte Schicht umfassend ein Titanoxid. Die Schutzschicht kann auch aus der dritten
Schicht und der zweiten Schicht bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt
insbesondere zwischen 1,55 und 2,4.
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 Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Weiter kann das auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen oder der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen oder dem anderen Element angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht zumindest zwei erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid. Die ersten und die zweiten Schichten sind dabei insbesondere alternierend angeordnet. Eine
alternierende Anordnung bedeutet dabei, dass über einer ersten Schicht eine zweite Schicht und über der zweiten
Schicht wiederum eine erste Schicht angeordnet ist oder dass über einer zweiten Schicht eine erste Schicht und über der ersten Schicht wiederum eine zweite Schicht angeordnet ist. Die Schutzschicht kann auch aus den ersten Schichten und den zweiten Schichten bestehen. Der Brechungsindex der
Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 1,75.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht zumindest zwei erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei dritte Schichten umfassend ein Titanoxid. Die ersten und die dritten Schichten sind dabei insbesondere alternierend angeordnet. Der
Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,8 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht zumindest zwei zweite Schichten umfassend Siliziumoxid und zumindest zwei dritte Schichten umfassend ein Titanoxid. Die zweiten und die dritten Schichten sind dabei insbesondere alternierend angeordnet. Der
Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die zweite Schicht S1O2 oder besteht aus Si02. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die erste
Schicht AI2O3 oder besteht aus AI2O3.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die dritte Schicht T1O2 oder besteht aus Ti02.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip eine Schichtenfolge.
Unter "Schichtenfolge" ist in diesem Zusammenhang eine mehr als eine Schicht umfassende Schichtenfolge zu verstehen, beispielsweise eine Folge einer p-dotierten und einer n- dotierten Halbleiterschicht, wobei die Schichten übereinander angeordnet sind und wobei zumindest eine aktive Schicht enthalten ist, die elektromagnetische Strahlung emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip eine Epitaxieschichtenfolge, insbesondere eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge. Dabei kann die Schichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InGaAlN ausgeführt sein. InGaAlN-basierte Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen sind insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yN mit O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlN aufweisen, können beispielsweise elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von AlGaAs ausgeführt sein. Unter AlGaAs- basierten Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch
hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine
Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten
aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem AlxGai-xAs mit 0 < x < 1 aufweist. Insbesondere kann eine aktive Schicht, die ein auf AlGaAs basierendes Material aufweist, geeignet sein, elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten Wellenlängenbereich zu emittieren. Weiterhin kann ein derartiges Material zusätzlich oder alternativ zu den genannten Elementen In und/oder P aufweisen.
Weiterhin kann die Schichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InGaAlP ausgeführt sein. InGaAlP-basierte
Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen sind
insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge eine Schichtenfolge aus
unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V- Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlN aufweisen, können beispielsweise elektromagnetische Strahlung in einem roten Wellenlängenbereich emittieren.
Die aktive Halbleiterschichtenfolge kann neben der aktiven Schicht weitere funktionale Schichten und funktionelle
Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder
Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement- , Cladding- oder Wellenleiterschichten,
Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Weiterhin können beispielsweise auf einer dem
Aufwachssubstrat abgewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge eine oder mehrere Spiegelschichten aufgebracht sein. Die hier beschriebenen Strukturen, die aktive Schicht oder die weiteren funktionalen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere
hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Unter einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips wird hier und im Folgenden eine Hauptfläche des
Halbleiterchips beziehungsweise der Schichtenfolge
bezeichnet. Die Strahlungsaustrittsfläche erstreckt sich insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Schichtenfolge, beispielsweise tritt mindestens 85 % oder 90 % der die Schichtenfolge verlassenden Strahlung über die Strahlungsaustrittsfläche aus der
Schichtenfolge heraus. Die Schutzschicht weist einen Brechungsindex nD a zwischen 1,55 und 2,4, bevorzugt zwischen 1,55 und 1,75, besonders bevorzugt zwischen 1,60 und 1,70, beispielsweise etwa 1,7 auf. Der Brechungsindex nD a von S1O2 liegt bei 1,46, der Brechungsindex nD a von AI2O3 bei 1,77 und der Brechungsindex nD a von T1O2 liegt je nach Modifikation bei über 2,45. Die Schichtenfolge des Halbleiterchips, basierend beispielweise auf InxAlyGai-x-yN, AlxGai_xAs oder InxAlyGai-x-yP, weist
üblicherweise einen Brechungsindex über 2, beispielweise von etwa 2,4, auf. Es hat sich gezeigt, dass die von dem
Halbleiterchip emittierte Strahlung am besten über die
Strahlungsaustrittsfläche ausgekoppelt werden kann, wenn der Brechungsindex der Schichten, beginnend mit der
Halbleiterschichtenfolge gleich bleibt oder bevorzugt sukzessive, also schrittweise sinkt. Bei einer wie aus dem
Stand der Technik bekannten Schutzschicht aus S1O2 mit einem Brechungsindex nD a von 1,46 ist der Brechungsindexsprung hoch, wodurch ein Verlust an Strahlung, die nach außen ausgekoppelt wird, zu verzeichnen ist. Mit der
erfindungsgemäßen Schutzschicht, die durch die Wahl der Zusammensetzung der Schutzschicht aus ersten, zweiten und/oder dritten Schichten einen Brechungsindex nD a von 1,55 bis 2,4, beispielweise von etwa 1,7 aufweist, kann der
Brechungsindexsprung deutlich reduziert werden und somit die Lichtausbeute gesteigert werden. Hinzu kommt, dass durch die erfindungsgemäße Schutzschicht der Halbleiterchip zudem ausreichend vor dem Vordringen von Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff geschützt wird, die die Schutzschicht nicht oder kaum durchdringt. Mit der erfindungsgemäßen Schutzschicht kann somit zum einen die Lichtausbeute und zum anderen die Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements gesteigert werden . Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht zumindest zwei erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid. Bevorzugt ist die Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform so angeordnet, dass die zweiten
Schichten jeweils über den ersten Schichten angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die Schutzschicht so angeordnet, dass die erste Schicht im Strahlengang der Strahlung des
Halbleiterchips vor der jeweils zweiten Schicht angeordnet ist. Weist die Schutzschicht beispielsweise zwei erste
Schichten und zwei zweite Schichten auf, so können über der Strahlungsaustrittsfläche eine erste Schicht, eine zweite Schicht, eine erste Schicht und eine zweite Schicht in der genannten Reihenfolge angeordnet sein. Dabei können
insbesondere die ersten Schichten eine Schichtdicke von 40 nm und die zweiten Schichten eine Schichtdicke von 20 nm
aufweisen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 1,7. Diese Anordnung hat sich überraschenderweise als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Verbesserung der Lichtausbeute erwiesen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht zumindest zwei erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei dritte Schichten umfassend ein Titanoxid. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,8 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht zumindest zwei zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid und zumindest zwei dritte Schichten umfassend ein Titanoxid. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht zumindest eine erste Schicht umfassend ein Aluminiumoxid, zumindest eine zweite Schicht umfassend ein Siliziumoxid und zumindest eine dritte Schicht umfassend ein Titanoxid. Die Schutzschicht kann auch aus der ersten
Schicht, der zweiten Schicht und der dritten Schicht
bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht zumindest zwei erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid, zumindest zwei zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid und zumindest zwei dritte Schichten umfassend ein Titanoxid. Die Schutzschicht kann aus den ersten
Schichten, den zweiten Schichten und den dritten Schichten bestehen. Der Brechungsindex der Schutzschicht gemäß dieser Ausführungsform liegt insbesondere zwischen 1,55 und 2,4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Schutzschicht so angeordnet, dass die dritten Schichten jeweils über den zweiten Schichten und die zweiten Schichten jeweils über den ersten Schichten angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die Schutzschicht so angeordnet, dass die jeweils erste Schicht im Strahlengang der Strahlung des Halbleiterchips vor der jeweils zweiten Schicht und die jeweils zweite Schicht vor der jeweils dritten Schicht angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste, die zweite und/oder die dritte Schichten jeweils eine
Schichtdicke zwischen einschließlich 20 nm bis einschließlich 120 nm auf. Die erste Schicht und/oder die zweite Schicht und/oder die dritte Schicht können jeweils die gleiche oder eine unterschiedliche Schichtdicke aufweisen. Weisen die Schichten eine Schichtdicke unterhalb von 20 nm auf, sind diese zum einen nicht mehr ausreichend dick um eine
feuchtigkeits- beziehungsweise Sauerstoffabweisende Wirkung zu haben und zum anderen zeigen sie dann keine optische
Wirkung hinsichtlich der verbesserten Lichtauskopplung.
Beispielsweise weist die erste Schicht jeweils eine
Schichtdicke von einschließlich 30 nm bis einschließlich 100 nm, beispielsweise 40 nm und die zweite Schicht jeweils eine Schichtdicke von einschließlich 20 nm bis einschließlich 100 nm, beispielsweise 20 nm und die dritte Schicht jeweils eine Schichtdicke von einschließlich 20 nm bis einschließlich 100 nm auf. Über die Schichtdicken kann der Brechungsindex der Schutzschicht insbesondere so angepasst werden, dass der Brechungsindex der Schichten, beginnend mit der
Halbleiterschichtenfolge über die Schutzschicht sukzessive sinkt. Erfindungsgemäß ist es also möglich durch Variation der Schichtdicken und Zusammensetzung der Schutzschicht den Brechungsindex zu optimieren, um eine optimale Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung zu gewährleisten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Schutzschicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 erste
Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 zweite Schichten oder zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 erste Schichten, zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 zweite Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 dritte Schichten auf. Bevorzugt weist die Schutzschicht zwischen
einschließlich zwei und einschließlich 10 erste Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 zweite Schichten oder zwischen einschließlich zwei und
einschließlich 10 erste Schichten, zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 zweite Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 dritte Schichten auf. Besonders bevorzugt weist die Schutzschicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs erste Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs zweite Schichten oder zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs erste Schichten, zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs zweite Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs dritte Schichten auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Schutzschicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 erste
Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 dritte Schichten oder zwischen einschließlich zwei und einschließlich 50 zweite Schichten und zwischen
einschließlich zwei und einschließlich 50 dritte Schichten auf. Bevorzugt weist die Schutzschicht zwischen
einschließlich zwei und einschließlich 10 erste Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich 10 dritte Schichten oder zwischen einschließlich zwei und
einschließlich 10 dritte Schichten und zwischen
einschließlich zwei und einschließlich 10 zweite Schichten auf. Besonders bevorzugt weist die Schutzschicht zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs erste Schichten und zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs dritte Schichten oder zwischen einschließlich zwei und einschließlich sechs dritte Schichten und zwischen
einschließlich zwei und einschließlich sechs zweite Schichten auf . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Schutzschicht über den Seitenflächen des Halbleiterchips angeordnet.
Insbesondere ist diese Ausführungsform vorteilhaft, wenn die Strahlung auch über die Seitenflächen des Halbleiterchips abgestrahlt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip ein Substrat, insbesondere ein Substrat aus Saphir auf. Insbesondere ist über dem Substrat die
Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Das Substrat ist bevorzugt auf der zu der Strahlungsaustrittsfläche
gegenüberliegenden Hauptoberfläche der Schichtenfolge
angeordnet, so dass sich die Schutzschicht und das Substrat auf sich gegenüberliegenden Hauptoberflächen der
Schichtenfolge befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der
Strahlungsaustrittsfläche und der Schutzschicht eine
Stromaufweitungsschicht angeordnet. Die
Stromaufweitungsschicht umfasst bevorzugt eines oder mehrere transparente, leitfähige Oxide oder besteht aus einem oder mehreren solcher Oxide. Es kann hierbei die
Stromaufweitungsschicht zusätzlich eine Dotierung aufweisen. Insbesondere weist die Stromaufweitungsschicht
beziehungsweise das transparente, leitfähige Oxid der
Stromaufweitungsschicht einen Brechungsindex nD a zwischen 2,0 und 1,8 auf. Gemäß dieser Ausführungsform des Bauelements weist die Schutzschicht insbesondere einen Brechungsindex zwischen 1,55 und 1,7 auf. Bevorzugt umfasst die
Schutzschicht eine oder mehrere erste Schichten umfassend ein Aluminiumoxid und eine oder mehrere zweite Schicht umfassend ein Siliziumoxid oder eine oder mehrere dritte Schichten umfassend ein Titanoxid und eine oder mehrere zweite Schichten umfassend ein Siliziumoxid oder besteht aus diesen Schichten. Damit liegt der Brechungsindex der
Stromaufweitungsschicht zwischen dem Brechungsindex von etwa 2,4 der Halbleiterschichtenfolge und dem Brechungsindex von etwa 1,55 bis 1,75 der Schutzschicht. Diese schrittweise Verkleinerung des Brechungsindex der Schichten, durch die die Strahlung hindurchtritt, führt zu weniger Lichtverlusten, wodurch die Lichtausbeute verbessert wird.
Dass eine Schicht oder ein Element "zwischen" zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine
Element unmittelbar in direktem mechanischem und/oder
elektrischem Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder Elementen und in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt oder in
mittelbarem Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten
beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Element angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sinkt der
Brechungsindex der Schichten, die über dem Halbleiterchip angeordnet sind schrittweise. Durch die, insbesondere
schrittweise, Verkleinerung des Brechungsindex der Schichten, durch die die Strahlung hindurchtritt wird die Lichtausbeute verbessert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Brechungsindex nD a der Schutzschicht zwischen 0,1 und 0,3 kleiner als der Brechungsindex nD a der Stromaufweitungsschicht . Diese Verkleinerung des Brechungsindex hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Lichtausbeute erwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die
Stromaufweitungsschicht Indium-Zinn-Oxid oder besteht aus
Indium-Zinn-Oxid. Indium-Zinn-Oxid weist einen Brechungsindex nD a von 1,9 auf. Damit liegt der Brechungsindex des Indium- Zinn-Oxids der Stromaufweitungsschicht zwischen dem
Brechungsindex von etwa 2,4 der Halbleiterschichtenfolge und dem Brechungsindex von etwa 1,55 bis 1,75 der Schutzschicht. Eine sukzessive Verkleinerung des Brechungsindex von etwa 2,4 über etwa 1,9 zu etwa 1,55 bis 1,75, senkrecht zur
Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge kann so vorteilhafterweise garantiert werden und so die Lichtausbeute und die Lichtauskopplung verbessert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Stromaufweitungsschicht direkt auf dem Halbleiterchip, insbesondere der Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterchips, angeordnet und steht mit diesem in direktem mechanischem Kontakt. Besonders bevorzugt ist die
Strahlungsaustrittsfläche vollständig beziehungsweise
vollflächig mit der Stromaufweitungsschicht bedeckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Schutzschicht direkt auf der Stromaufweitungsschicht angeordnet und steht mit dieser in direktem mechanischem Kontakt. Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform die Stromaufweitungsschicht direkt auf dem Halbleiterchip, insbesondere der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips, angeordnet und steht mit diesem in direktem mechanischem Kontakt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist über der Schutzschicht ein Verguss angeordnet. Insbesondere weist das Material des Vergusses einen Brechungsindex nD a zwischen 1,4 und 2,4, bevorzugt zwischen 1,4 und 1,6 auf. Insbesondere ist der Brechungsindex des Vergusses beziehungsweise des
Materials des Vergusses kleiner als der Brechungsindex der Schutzschicht. Die Strahlung des Halbleiterchips tritt somit zunächst durch die Halbleiterschichtenfolge mit einem
Brechungsindex nD a von etwa 2,4, dann durch die Schutzschicht mit einem Brechungsindex von etwa 1,55 bis 2,4, und im
Anschluss daran durch den Verguss mit einem Brechungsindex nD a zwischen 1,4 und 2,4, bevor sie nach außen ausgekoppelt wird. Insbesondere ist der Brechungsindex der Schutzschicht so angepasst, dass eine schrittweise Senkung des
Brechungsindex der Schichten in Abstrahlrichtung der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung erfolgt. Insbesondere ist zwischen dem Halbleiterchip und der Schutzschicht
und/oder zwischen der Schutzschicht und dem Verguss keine weitere Schicht angeordnet, so dass die Strahlung nur die Schutzschicht und den Verguss durchläuft bevor sie nach außen abgestrahlt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bauelement eine Schutzschicht, eine StromaufWeitungsschicht und einen Verguss. Die Strahlung des Halbleiterchips tritt gemäß dieser Ausführungsform zunächst durch die Halbleiterschichtenfolge mit einem Brechungsindex nD a von etwa 2,4, dann durch eine Stromaufweitungsschicht mit einem Brechungsindex nD a zwischen 2,0 und 1,8, dann durch die Schutzschicht mit einem
Brechungsindex von etwa 1,55 bis 1,75, und im Anschluss daran durch den Verguss mit einem Brechungsindex nD a zwischen 1,4 und 2,4, bevorzugt zwischen 1,4 und 1,6 bevor sie nach außen ausgekoppelt wird. Mit dieser schrittweisen Senkung des Brechungsindex in Abstrahlrichtung der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung kann so die Lichtauskopplung nochmals verbessert werden. Um einen Brechungsindex von etwa 1,55 bis 1,75 der Schutzschicht zu erzielen, umfasst die Schutzschicht bevorzugt eine oder mehrere erste Schichten umfassend ein
Aluminiumoxid und eine oder mehrere zweite Schicht umfassend ein Siliziumoxid oder besteht aus diesen Schichten.
Insbesondere ist zwischen dem Halbleiterchip und der
Stromaufweitungsschicht , zwischen der Stromaufweitungsschicht und der Schutzschicht und/oder zwischen der Schutzschicht und dem Verguss keine weitere Schicht angeordnet, so dass die Strahlung nur die Stromaufweitungsschicht , die Schutzschicht und den Verguss durchläuft bevor sie nach außen abgestrahlt wird .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist Brechungsindex nD a des Vergusses zwischen 0,1 und 0,3 kleiner als der
Brechungsindex nD a der Schutzschicht. Diese Verkleinerung hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Lichtausbeute erwiesen. Besonders bevorzugt ist zudem der Brechungsindex nD a der Schutzschicht zwischen 0,1 und 0,3 kleiner als der Brechungsindex nD a der Stromaufweitungsschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist Brechungsindex nD a des Vergusses zwischen 0,1 und 0,3 kleiner als der
Brechungsindex nD a der Schutzschicht und der Brechungsindex nD a der Schutzschicht ist zwischen 0,1 und 0,3 kleiner als der Brechungsindex nD a der Stromaufweitungsschicht . Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst oder besteht der Verguss aus: Silikon oder Silsesquioxan . Insbesondere umfasst der Verguss ein hochbrechendes Silikon mit einem Brechungsindex größer als 1,51, beispielsweise von 1,52. Dies hat sich als besonders vorteilhaft für die Lichtauskopplung erwiesen .
Als hochbrechendes Silikon mit einem Brechungsindex von etwa 1,52 kann beispielsweise Poly (dimethyl ) siloxan eingesetzt werden, bei dem maximal 50 Prozent der Methylgruppen durch Phenylgruppen ersetzt sein können.
Silsesquioxane können die Formel [RSi03/2]n mit R = H, Alkyl, Aryl oder Alkoxy aufweisen. Bevorzugt ist der Alkylrest ein Methyl-, Ethyl- oder Propylrest und der Alkyoxyrest ein
Methoxy-, Ethoxy-oder Propoxyrest. Silsesquioxane weisen beispielweise Käfigstrukturen auf oder polymere Strukturen mit Si-O-Si Bindungen und mit Siliziumatomen an den
Eckpunkten eines Tetraeders. Silsesquioxane weisen bevorzugt einen Brechungsindex nD a über 1,55 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip auf einem Leiterrahmen angeordnet. Über den Leiterrahmen wird der Halbleiterchip elektrisch kontaktiert. Dies kann
beispielsweise mittels auf der StromaufWeitungsschicht angeordneten Bondpads erfolgen. Leiterrahmen altern
beispielsweise durch das Einwirken von Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit sehr schnell, was unter anderem zu einer
Braunfärbung führt. Dadurch wird die Lebensdauer des
optoelektronischen Bauelements verkürzt, so dass
Marktanforderungen für viele Anwendungen nicht eingehalten werden können. Zudem wird die reflektierende Eigenschaft des Leiterrahmens durch die Alterungserscheinungen herabgesetzt, wodurch die Lichtausbeute des Bauelements mit
fortschreitender Betriebsdauer sinkt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Leiterrahmen Kupfer, Stahl oder eine Keramik aus AI2O3 und/oder A1N umfassen. Der Leiterrahmen ist insbesondere reflektierend für die Strahlung des Halbleiterchips ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Schutzschicht über dem Leiterrahmen angeordnet. Insbesondere ist die
Schutzschicht über einer dem Halbleiterchip zugewandten
Hauptoberfläche des Leiterrahmens angeordnet. Bevorzugt ist der Teil der dem Halbleiterchip zugewandten Hauptoberfläche des Leiterrahmens, über der der Halbleiterchip angeordnet ist, frei von der Schutzschicht. Die Hauptoberfläche des Leiterrahmens erstreckt sich insbesondere parallel zu der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips.
Vorteilhafterweise kann gemäß dieser Ausführungsform der Leiterrahmen vor vorzeitigen Alterungserscheinungen und dem damit verbundenen Verlust an Reflektivität für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung geschützt werden. Durch die Schutzschicht ist der Leiterrahmen insbesondere vor einer Oxidation geschützt, da Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit nicht oder nur geringfügig durch die Schutzschicht zu dem Leiterrahmen vordringen. Gemäß dieser Ausführungsform kann mit der Schutzschicht, die über dem Leiterrahmen und über der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet ist, sowohl die Lichtausbeute gesteigert als auch der Leiterrahmen vor vorzeitiger Alterung bewahrt werden, wodurch die
Lichtausbeute während der gesamten Lebensdauer des
Bauelements konstant beziehungsweise nahezu konstant gehalten werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip in einer Ausnehmung eines den Leiterrahmen umfassenden
Gehäuses angeordnet. Die Ausnehmung weist dabei insbesondere Seitenwände auf, die reflektierend für die von dem
Halbleiterchip emittierte Strahlung sind. Dies kann durch das Gehäusematerial oder eine reflektierende Beschichtung der Seitenwände des Gehäuses realisiert werden.
Die Schutzschicht ist gemäß zumindest einer Ausführungsform über einer dem Halbleiterchip zugewandten Oberfläche der Ausnehmung des Gehäuses angeordnet. Insbesondere ist die Schutzschicht an den Seitenwänden der Ausnehmung des Gehäuses angeordnet. Dadurch ist es möglich, auch das Gehäuse vor vorzeitiger Alterung zu bewahren und dessen Reflektivität für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung während der Lebensdauer des Bauelements zu erhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Verguss über der Schutzschicht und in der Ausnehmung des Gehäuses
angeordnet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Figuren 1 bis 3 und 6 bis 8 zeigen schematische
Seitenansichten eines optoelektronischen Bauelements,
Figuren 4 und 5 zeigen schematische Seitenansichten einer Schutzschicht.
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Bauelements 100 weist einen Halbleiterchip 2 auf, der im Betrieb des Bauelements eine Strahlung
emittiert. Der Halbleiterchip basiert beispielsweise auf einer Halbleiterschichtenfolge 3 basierend auf Galliumnitrid, das einen Brechungsindex von etwa 2,4 aufweist. Ferner weist der Halbleiterchip 2 ein Substrat 1, beispielsweise aus Saphir, auf. Über das Substrat 1 ist der Halbleiterchip 2 auf einem Leiterrahmen 6 befestigt und elektrisch mit dem
Leiterrahmen 6 über Bondpads 7 und Bonddrähte 7a kontaktiert. Der Leiterrahmen 6 umfasst beispielweise Kupfer und ist reflektierend für die Strahlung des Halbleiterchips 2. Der Leiterrahmen 6 ist in einem lichtundurchlässigen, zum
Beispiel vorgefertigten, Gehäuse 10 mit einer Ausnehmung 8 angeordnet. Unter vorgefertigt ist zu verstehen, dass das Gehäuse 10 bereits an den Leiterrahmen 6 beispielsweise mittels Spritzguss gefertigt gebildet ist, bevor der
Halbleiterchip 2 auf den Leiterrahmen 6 montiert wird. Das Gehäuse umfasst zum Beispiel einen lichtundurchlässigen
Kunststoff. Über der Strahlungsaustrittsfläche A des
Halbleiterchips 2 ist in direktem mechanischem Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche A eine Stromaufweitungsschicht 4 aus Indium-Zinn-Oxid angeordnet. Auf der
Stromaufweitungsschicht 4 sind zwei Bondpads 7 angeordnet, die elektrisch über die Bonddrähte 7a mit dem Leiterrahmen 6 kontaktiert sind. Über der Stromaufweitungsschicht 4 ist eine Schutzschicht 5 angeordnet. Die Ausnehmung 8 des Gehäuses 10 ist mit einem Verguss 9 beispielsweise aus einem
hochbrechenden Silikon mit einem Brechungsindex von 1,52 gebildet . Die Schutzschicht 5 besteht aus einer bis 50 zweiten
Schichten 5a bestehend aus S1O2 und aus einer bis 50 ersten Schichten 5b bestehend aus AI2O3 (nicht gezeigt) . Sind mehrere erste und zweite Schichten von der Schutzschicht umfasst, sind diese bevorzugt alternierend angeordnet. Bei der
alternierenden Anordnung ist es möglich, dass über der
Stromaufweitungsschicht 4 zunächst eine erste Schicht 5a und darüber eine zweite Schicht 5b angeordnet ist oder dass zunächst eine zweite Schicht 5b und darüber eine erste Schicht 5a angeordnet ist. Die ersten Schichten 5a und die zweiten Schichten 5b weisen jeweils eine Schichtdicke zwischen einschließlich 20 nm bis einschließlich 120 nm auf. Alternativ kann die Schutzschicht 5 aus einer bis 50 zweiten Schichten 5a bestehend aus S1O2 und aus einer bis 50 dritten Schichten 5c bestehend aus T1O2 bestehen. Sind mehrere zweite und dritte Schichten von der Schutzschicht 5 umfasst, sind diese bevorzugt alternierend angeordnet.
Alternativ kann die Schutzschicht 5 ferner aus einer bis 50 zweiten Schichten 5a bestehend aus S1O2, aus einer bis 50 ersten Schichten 5b bestehend aus AI2O3 und aus einer bis 50 dritten Schichten 5c bestehend aus T1O2 bestehen. Sind mehrere erste, zweite und dritte Schichten von der
Schutzschicht 5 umfasst, sind diese bevorzugt alternierend angeordnet .
Die Schutzschicht 5 weist einen Brechungsindex nD a von 1,55 bis 1,75 auf. Die von dem Halbleiterchip 2 emittierte
Strahlung wird über die Halbleiterschichtenfolge 3 mit einem Brechungsindex nD a von etwa 2,4, über die
Stromaufweitungsschicht 4 mit einem Brechungsindex nD a von etwa 1,9, die Schutzschicht 5 mit einem Brechungsindex nD a von 1,55 bis 1,75, den Verguss 9 mit einem Brechungsindex nD a von etwa 1,52 nach außen ausgekoppelt. Mit dieser
schrittweisen Senkung des Brechungsindex der Schichten, durch die die Strahlung hindurchtritt, treten keine oder nur geringe Verluste der Strahlung durch Reflexion auf, so dass die Lichtausbeute besonders hoch ist. Zudem wird durch die Schutzschicht 5 der Halbleiterchip 2 vor Feuchtigkeit und Sauerstoff geschützt, wodurch ein vorzeitiger Ausfall des Bauelements 100 bedingt durch Feuchtigkeit verhindert wird. Die Schutzschicht 5 des Bauelements 100 der Figur 1 kann bereits vor Vereinzelung der Halbleiterchips aufgebracht werden. Ein Wafer mit der aufgewachsenen oder aufgebrachten Halbleiterschichtenfolge kann dabei zunächst mit der
Stromaufweitungsschicht 4 beschichtet werden. Im Anschluss daran wird die Schutzschicht 5 beispielweise mittels einer Atomlagenabscheidung (ALD; "atomic layer deposition") oder einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapour deposition) , bevorzugt bei niedrigen Temperaturen, auf die Stromaufweitungsschicht 4 aufgebracht. Erst danach wird der Wafer zu den einzelnen Halbleiterchips 2 vereinzelt. Durch die Aufbringung der Schutzschicht 5 bereits vor Vereinzelung des Wafers zu den Halbleiterchips 2 ist das
Herstellungsverfahren sehr effizient und wenig zeitintensiv.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100 ist die Schutzschicht 5 im Vergleich zu dem Bauelement der Figur 1 zusätzlich über den Seitenflächen S des Halbleiterchips 2 angeordnet.
Insbesondere ist die Schutzschicht 5, wie in Figur 2
dargestellt, auch über den Seitenflächen der
Stromaufweitungsschicht 4 angeordnet. Strahlung, die über die Seitenflächen S aus der Halbleiterschichtenfolge 3 mit einem Brechungsindex nD a von etwa 2,4 heraustritt, tritt somit zunächst durch die Schutzschicht 5 mit einem Brechungsindex nD a von 1,55 bis 1,75, beispielweise etwa 1,7, und
anschließend durch den Verguss 9 mit einem Brechungsindex nD a von etwa 1,52. Mit dieser schrittweisen Senkung des
Brechungsindex der Schichten kann die Lichtausbeute auch hinsichtlich der durch die Seitenflächen S abgestrahlten
Strahlung verbessert werden und der Halbleiterchip 2 auch an den Seitenflächen S vor Feuchtigkeit geschützt werden. Das Aufbringen der Schutzschicht 5 des Bauelements 100 der Figur 2 erfolgt nach Vereinzelung der Halbleiterchips 2 aus einem Wafer. Insbesondere werden zunächst die Bondpads 7 auf die Stromaufweitungsschicht 4 aufgebracht. Die Schutzschicht 5 kann auf die Stromaufweitungsschicht 4 und die Bondpads 7 aufgebracht werden, wobei die Bondpads 7 beispielweise durch Ätzverfahren wieder von der Schutzschicht 5 befreit werden. Alternativ kann die Schutzschicht 5 auch über eine Maske aufgebracht werden, um die Oberfläche der Bondpads 7 frei von der Schutzschicht 5 zu halten. Dieses Verfahren erweist sich als zeitintensiver als das Verfahren zur Herstellung des Bauelements 100 der Figur 1. Allerdings zeichnet sich das Bauelement 100 gemäß der Ausführungsform der Figur 2 durch eine weitere Optimierung der Lichtausbeute infolge der
Beschichtung der Seitenflächen S des Halbleiterchips 2 mit der Schutzschicht 5 aus.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Bauelements 100 ist die Schutzschicht 5 im Vergleich zu dem optoelektronischen Bauelement 100 der Figur 2 zusätzlich über einer dem Halbleiterchip 2 zugewandten Hauptoberfläche des Leiterrahmens 6A angeordnet. Dabei ist der Teil der dem Halbleiterchip zugewandten Hauptoberfläche des Leiterrahmens 6A, über der der Halbleiterchip 2
angeordnet ist, frei von der Schutzschicht 5. Die
Hauptoberfläche des Leiterrahmens 6A erstreckt sich
insbesondere parallel zu der Strahlungsaustrittsfläche A des Halbleiterchips 2. Zudem ist die Schutzschicht 5 gemäß dieser Ausführungsform über den Seitenwänden der Ausnehmung des Gehäuses 10A angeordnet. Die Seitenwände der Ausnehmung des Gehäuses 10A sind reflektierend für die von dem
Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung ausgebildet. Dazu kann das Gehäusematerial reflektierend ausgebildet sein oder über den Seitenwänden der Ausnehmung des Gehäuses 10A eine
reflektierende Beschichtung aufgebracht sein (hier nicht gezeigt) . So können der Leiterrahmen 6 und auch das Gehäuse 10 vor vorzeitiger Alterung geschützt werden und deren
Reflektivität für die von dem Halbleiterchip 2 emittierte
Strahlung über die Betriebsdauer des Bauelements 100 erhalten bleiben .
Die Schutzschicht 5 des Bauelements 100 der Figur 3 erfolgt nach dem Anordnen des Halbleiterchips 2 in der Ausnehmung 8 des Gehäuses 10. Insbesondere werden zunächst die Bondpads 7 auf die StromaufWeitungsschicht 4 aufgebracht. Die
Schutzschicht 5 kann auf die StromaufWeitungsschicht 4 und die Bondpads 7 aufgebracht werden, wobei die Bondpads 7 beispielweise durch Ätzverfahren wieder von der Schutzschicht 5 befreit werden. Alternativ kann die Schutzschicht 5 auch über eine Maske aufgebracht werden, um die Oberfläche der Bondpads 7 frei von der Schutzschicht 5 zu halten. Die
Schutzschicht 5 wird zudem über den Seitenwänden der
Ausnehmung des Gehäuses 10A aufgebracht.
Figur 4 zeigt eine Schutzschicht 5, wie sie in den
Bauelementen 100 der Figuren 1 bis 3 ausgeformt sein kann. Die Schutzschicht 5 umfasst jeweils vier erste Schichten 5a und vier zweite Schichten 5b, die alternierend angeordnet sind. Die ersten Schichten 5a bestehen aus AI2O3 und die zweiten Schichten 5b bestehen aus Si02- Die ersten Schichten 5a und die zweiten Schichten 5b weisen jeweils eine
Schichtdicke von einschließlich 20 nm bis einschließlich 120 nm, auf. Besonders bevorzugt weisen die ersten Schichten 5a eine Schichtdicke von 40 nm und die zweiten Schichten 5b eine Schichtdicke von 20 nm auf. Damit weist die Schutzschicht einen Brechungsindex von etwa 1,7 auf. Dies hat sich als besonders effizient für die Lichtausbeute, insbesondere mit einer StromaufWeitungsschicht aus ITO mit einem
Brechungsindex von 1,9 und einem Verguss aus einem Silikon mit einem Brechungsindex von 1,52 erwiesen. Eine über einer ersten Schicht 5a angeordnete zweite Schicht 5b bedeckt die darunterliegende erste Schicht 5a jeweils vollständig
beziehungsweise vollflächig und eine über einer zweiten
Schicht 5b angeordnete erste Schicht 5a bedeckt die
darunterliegende zweite Schicht 5b jeweils vollständig beziehungsweise vollflächig. Besonders bevorzugt ist die
Schutzschicht 5 so auf der Strahlungsaustrittsfläche A eines Halbleiterchips 2 angeordnet, dass die zweiten Schichten 2b jeweils über den ersten Schichten 2a angeordnet sind. Mit anderen Worten ist die Schutzschicht 5 so angeordnet, dass die jeweils erste Schicht 5a im Strahlengang der Strahlung des Halbleiterchips 2 vor der jeweils zweiten Schicht 5b angeordnet ist. Mit dieser Anordnung der Schutzschicht 5 kann eine besonders hohe Lichtausbeute erzielt werden. Alternativ kann die Schutzschicht auch aus einer ersten Schicht 5a bestehend aus AI2O3 und einer zweiten Schichten 5b bestehend aus S1O2 5b bestehen. Besonders bevorzugt weist die erste Schicht 5a eine Schichtdicke von 40 nm und die zweite
Schichten 5b eine Schichtdicke von 20 nm auf. Damit weist die Schutzschicht einen Brechungsindex von etwa 1,7 auf.
Figur 5 zeigt eine Schutzschicht 5, wie sie in den
Bauelementen 100 der Figuren 1 bis 3 ausgeformt sein kann. Die Schutzschicht 5 umfasst jeweils zwei erste Schichten 5a, zwei zweite Schichten 5b und zwei dritte Schichten 5c, die alternierend angeordnet sind. Die ersten Schichten 5a
bestehen aus AI2O3, die zweiten Schichten 5b bestehen aus S1O2 und die dritten Schichten 5c bestehen aus Ti02. Die ersten Schichten 5a, die zweiten Schichten 5b und die dritten Schichten 5c weisen jeweils eine Schichtdicke von einschließlich 20 nm bis einschließlich 120 nm,
beispielsweise von 30 nm, auf. Besonders bevorzugt ist die Schutzschicht 5 so auf der Strahlungsaustrittsfläche A eines Halbleiterchips 2 angeordnet, dass die dritten Schichten 2c jeweils über den zweiten Schichten 5b und die zweiten
Schichten 2b jeweils über den ersten Schichten 2a angeordnet sind . Im Vergleich mit den Bauelementen 100 der Figuren 1 bis 3 weisen die Bauelemente 100 der Figuren 6, 7 und 8 keine Stromaufweitungsschicht 4 auf.
Alternativ zu den unter den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Schutzschichten kann die Schutzschicht 5 in den Bauelementen der Figuren 6, 7 und 8 aus einer bis 50 ersten Schichten 5a bestehend aus AI2O3 und aus einer bis 50 dritten Schichten 5c bestehend aus T1O2, die alternierend angeordnet sind, bestehen. Damit weist die Schutzschicht 5 einen
Brechungsindex von zwischen 1,8 und 2,4 auf.
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 .
Es wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE
102017107957.2 beansprucht, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste
100 optoelektronisches Bauelement
1 Substrat
2 Halbleiterchip
3 Halbleiterschichtenfolge
4 Stromaufweitungsschicht
5 Schutzschicht
5a erste Schicht
5b zweite Schicht
5c dritte Schicht
6 Leiterrahmen
6A dem Halbleiterchip zugewandte Hauptoberfläche des Leiterrahmens
7 Bondpad
7a Bonddraht
8 Ausnehmung
9 Verguss
10 Gehäuse
10A Seitenwände der Ausnehmung des Gehäuses
A Strahlungsaustrittsfläche
S Seitenflächen des Halbleiterchips

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (100) umfassend einen Halbleiterchip (2), der dazu eingerichtet ist, eine
elektromagnetische Strahlung zu emittieren, wobei der
Halbleiterchip (2) eine Strahlungsaustrittsfläche (A)
aufweist und über der Strahlungsaustrittsfläche (A) eine Schutzschicht (5) angeordnet ist und die Schutzschicht (5)
- zumindest eine erste Schicht (5a) umfassend ein
Aluminiumoxid und zumindest eine zweite Schicht (5b) umfassend ein Siliziumoxid,
- zumindest eine erste Schicht (5a) umfassend ein
Aluminiumoxid und zumindest eine dritte Schicht (5c) umfassend ein Titanoxid oder
- zumindest eine zweite Schicht (5b) umfassend ein
Siliziumoxid und zumindest eine dritte Schicht (5c) umfassend ein Titanoxid
umfasst .
2. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei die Schutzschicht (5) einen Brechungsindex nD a zwischen 1,55 und 2,4 aufweist.
3. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Schutzschicht (5) zumindest eine erste Schicht (5a) und eine zweite Schicht (5b) umfasst und so angeordnet ist, dass die zweite Schicht (5b) über der ersten Schicht (5a) angeordnet ist.
4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzschicht (5) - zumindest zwei erste Schichten (5a) umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei zweite Schichten (5b) umfassend ein Siliziumoxid,
- zumindest zwei erste Schichten (5a) umfassend ein Aluminiumoxid und zumindest zwei dritte Schichten (5c) umfassend ein Titanoxid oder
- zumindest zwei zweite Schichten (5b) umfassend ein Siliziumoxid und zumindest zwei dritte Schichten (5c) umfassend ein Titanoxid
umfasst und wobei die ersten Schichten (5a) und die zweiten Schichten (5b) , die ersten Schichten (5a) und die dritten Schichten (5c) oder die zweiten Schichten (5b) und die dritten Schichten (5c) alternierend angeordnet sind.
5. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, wobei die Schutzschicht (5) zumindest eine erste Schicht (5a) , eine zweite Schicht (5b) und eine dritte Schicht (5c) umfasst.
6. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 5, wobei die Schutzschicht (5) zumindest zwei erste Schichten (5a) , zumindest zwei zweite Schichten (5b) und zumindest zwei dritte Schichten (5c) umfasst und die ersten, zweiten und dritten Schichten (5a, 5b, 5c) alternierend angeordnet sind.
7. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die erste Schicht (5a) und/oder die zweite Schicht (5b) und/oder die dritte Schicht (5c) jeweils eine Schichtdicke zwischen einschließlich 20 nm bis einschließlich 120 nm aufweist .
8. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zweite Schichte (5a) S 1O2 umfasst oder aus S 1O2 besteht und/oder die erste Schicht (5b) AI2O3 umfasst oder aus AI2O3 besteht und/oder die dritte Schicht (5c) T 1O2 umfasst oder aus T 1O2 besteht.
9. Optoelekronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Schutzschicht (5) über den Seitenflächen (S) des Halbleiterchips (2) angeordnet ist.
10. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zwischen der Strahlungsaustrittsfläche (A) und der
Schutzschicht (5) eine StromaufWeitungsschicht (4) umfassend eines oder mehrere transparente, leitfähige Oxide angeordnet ist und wobei der Brechungsindex nD a der Schutzschicht (5) zwischen 0,1 und 0,3 kleiner ist als der Brechungsindex nD a der StromaufWeitungsschicht (4).
11. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Halbleiterchip (2) auf einem Leiterrahmen (6) angeordnet ist und die Schutzschicht (5) über einer dem
Halbleiterchip zugewandten Hauptoberfläche des Leiterrahmens (6A) angeordnet ist.
12. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 11, wobei der Halbleiterchip (2) in einer Ausnehmung (8) eines den Leiterrahmen (6) umfassenden Gehäuses (10) angeordnet ist und die Ausnehmung Seitenwände (10A) aufweist, die
reflektierend für die von dem Halbleiterchip (2) emittierte Strahlung ausgebildet sind und wobei die Schutzschicht (5) an den Seitenwänden der Ausnehmung des Gehäuses (10A) angeordnet ist .
13. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei über der Schutzschicht (5) ein Verguss (9) angeordnet ist und wobei der Brechungsindex nD a des Vergusses (9) zwischen 0,1 und 0,3 kleiner ist als der Brechungsindex nD a der Schutzschicht (5) .
14. Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 13, wobei der Verguss (9) über der Schutzschicht (5) und in der Ausnehmung (8) des Gehäuses angeordnet ist.
15. Optoelektronisches Bauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brechungsindex der
Schichten, die auf dem Halbleiterchip (2) angeordnet sind schrittweise sinkt.
PCT/EP2018/058247 2017-04-12 2018-03-29 Optoelektronisches bauelement Ceased WO2018188976A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/604,573 US11195976B2 (en) 2017-04-12 2018-03-29 Optoelectronic component

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017107957.2 2017-04-12
DE102017107957.2A DE102017107957A1 (de) 2017-04-12 2017-04-12 Optoelektronisches Bauelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018188976A1 true WO2018188976A1 (de) 2018-10-18

Family

ID=61868520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/058247 Ceased WO2018188976A1 (de) 2017-04-12 2018-03-29 Optoelektronisches bauelement

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11195976B2 (de)
DE (1) DE102017107957A1 (de)
WO (1) WO2018188976A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019100612A1 (de) * 2019-01-11 2020-07-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2423989A2 (de) * 2010-08-25 2012-02-29 Nichia Corporation Beschichtete reflektierende Schicht für eine Lichtemittierende Vorrichtung und Herstellungsverfahren dafür
US20130210178A1 (en) * 2012-02-13 2013-08-15 Epistar Corporation Light-emitting device and method for manufacturing the same
WO2015161961A1 (de) * 2014-04-24 2015-10-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Licht emittierendes halbleiterbauelement
US20160087159A1 (en) * 2014-09-19 2016-03-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004047748A (ja) * 2002-07-12 2004-02-12 Stanley Electric Co Ltd 発光ダイオード
US20040264192A1 (en) * 2003-05-06 2004-12-30 Seiko Epson Corporation Light source apparatus, method of manufacture therefor, and projection-type display apparatus
US7638811B2 (en) * 2007-03-13 2009-12-29 Cree, Inc. Graded dielectric layer
CN101621106B (zh) * 2009-07-30 2012-05-16 中国计量学院 具有增透效应薄膜的发光二极管及其制备方法
DE102012107797A1 (de) * 2012-08-23 2014-02-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements und Licht emittierendes Halbleiterbauelement
FI20135967L (fi) * 2013-09-27 2015-03-28 Lumichip Oy Asennustason monitoiminen kapselointikerros ja menetelmä sen valmistamiseksi
US10158047B2 (en) * 2015-04-03 2018-12-18 Semicon Light Co., Ltd. Semiconductor light emitting device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2423989A2 (de) * 2010-08-25 2012-02-29 Nichia Corporation Beschichtete reflektierende Schicht für eine Lichtemittierende Vorrichtung und Herstellungsverfahren dafür
US20130210178A1 (en) * 2012-02-13 2013-08-15 Epistar Corporation Light-emitting device and method for manufacturing the same
WO2015161961A1 (de) * 2014-04-24 2015-10-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Licht emittierendes halbleiterbauelement
US20160087159A1 (en) * 2014-09-19 2016-03-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device

Also Published As

Publication number Publication date
US11195976B2 (en) 2021-12-07
DE102017107957A1 (de) 2018-10-18
US20200098948A1 (en) 2020-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010034665B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips
DE202011110759U1 (de) Licht emittierender Dioden Chip
DE102007019775A1 (de) Optoelektronisches Bauelement
DE102010044986A1 (de) Leuchtdiodenchip und Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdiodenchips
WO2016180779A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip
WO2012110364A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterchips
EP2191520B1 (de) Lichtemittierende dünnfilm-diode mit einer spiegelschicht und verfahren zu deren herstellung
WO2016202934A1 (de) Leuchtdiode und verfahren zur herstellung einer leuchtdiode
WO2018192972A1 (de) Halbleiterlaserdiode und verfahren zur herstellung einer halbleiterlaserdiode
WO2012107289A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip mit verkapselter spiegelschicht
EP1906461B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und optoelektronisches Bauelement
DE10246891A1 (de) Selektive Anordnung von Quantentöpfen in Licht emittierenden Flip-Chip-Dioden zur verbesserten Lichtextraktion
DE112014002779B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Nitrid-Verbindungshalbleiter-Bauelements
WO2019020424A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip, hochvolthalbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
DE102015114478A1 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2018188976A1 (de) Optoelektronisches bauelement
DE102014115740A1 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip
WO2013092511A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement
WO2015189062A1 (de) Licht emittierendes halbleiterbauelement
EP1739758B1 (de) Strahlungsemittierender optoelektronischer Halbleiterchip mit einer Diffusionsbarriere
DE102018107470B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
DE102016116425A1 (de) Optoelektronisches Bauelement
DE102013103216A1 (de) Strahlung emittierender Halbleiterchip
DE10220333B4 (de) Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit einer Mehrzahl von Strukturelementen
WO2021032397A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18715018

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18715018

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1