WO2019238655A1 - Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement - Google Patents

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WO2019238655A1
WO2019238655A1 PCT/EP2019/065170 EP2019065170W WO2019238655A1 WO 2019238655 A1 WO2019238655 A1 WO 2019238655A1 EP 2019065170 W EP2019065170 W EP 2019065170W WO 2019238655 A1 WO2019238655 A1 WO 2019238655A1
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WO
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resin
layer
conversion layer
phosphor particles
radiation
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PCT/EP2019/065170
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English (en)
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Inventor
Britta GÖÖTZ
Markus Burger
Simon Jerebic
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements

Definitions

  • a simple method for producing an optoelectronic component that has an increased service life is to be specified. Furthermore, a
  • optoelectronic component can be specified with an increased service life.
  • the carrier is a connection carrier which has electrical connection points to which the radiation-emitting semiconductor chip is connected in an electrically conductive manner.
  • Radiation exit area the radiation-emitting semiconductor chip emits visible light, for example from the blue spectral range.
  • the radiation-emitting semiconductor chip can be, for example, a so-called volume-emitting semiconductor chip.
  • a volume-emitting semiconductor chip can be, for example, a so-called volume-emitting semiconductor chip.
  • Semiconductor chip has a substrate on which a
  • the radiation-generating zone was usually grown epitaxially.
  • the epitaxial is preferably based
  • Nitride compound semiconductor material is suitable for generating electromagnetic radiation from the ultraviolet to blue spectral range.
  • Containing compound semiconductor materials containing nitrogen such as the materials from the system In x Al y Ga xy N x with 0 ⁇
  • the substrate of the volume-emitting semiconductor chip can, for example, have one of the following materials or consist of one of the following materials: sapphire,
  • Such a substrate is suitable as a growth substrate for an epitaxial
  • Nitride compound semiconductor material based.
  • these substrates are transparent or permeable to
  • the substrate generally has a mounting surface which is provided for mounting the volume-emitting semiconductor chip on a further element, such as a connection carrier.
  • Volume-emitting semiconductor chips generally emit the radiation generated in the active zone not only over a main surface, that of the mounting surface
  • the radiation exit surface of a volume-emitting semiconductor chip comprises, in addition to the main surface, which lies opposite the mounting surface, also the side surfaces, at least in regions.
  • the main surface which lies opposite the mounting surface, also the side surfaces, at least in regions.
  • volume-emitting semiconductor chip usually two
  • a flip chip has a carrier with a first main area on which the semiconductor layer sequence with the radiation-generating active zone has grown epitaxially.
  • the carrier is generally transparent, at least for the electromagnetic radiation generated in the active zone.
  • the carrier has one of the following materials or is formed from one of the following materials: sapphire,
  • the carrier has a second main surface, which lies opposite the first main surface.
  • the main surface of the carrier generally forms part of the radiation exit surface of the semiconductor chip. Furthermore, the side surfaces of the carrier generally also form part of the radiation exit surface of the flip chip.
  • On the back of the flip chip two electrical contacts are usually arranged, which are used to make electrical contact with the Semiconductor chips are provided.
  • the front of the flip chip is usually free of electrical contacts.
  • the thin-film semiconductor chip has an epitaxially grown semiconductor layer sequence which is applied to a different carrier than the growth substrate for the
  • Semiconductor layer sequence A is particularly preferred between the semiconductor layer sequence and the carrier
  • Thin-film semiconductor chips generally do not transmit the electromagnetic radiation that is generated in the active zone during operation
  • a plurality of individual conversion layers are applied over the
  • a liquid to be separated is sprayed onto the element to be coated using a nozzle.
  • an initially liquid resin such as silicone, in which phosphor particles are distributed, is preferably spray-coated over the radiation exit surface of the radiation-emitting semiconductor chip in
  • the individual conversion layers are spray-coated on / over the liquid resin / phosphor mixture
  • Phosphor particles are particularly preferably suitable for converting electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second
  • Wavelength range is different.
  • the phosphor particles give the individual conversion layer and also one
  • wavelength-converting in the present case means in particular that incident electromagnetic radiation of a specific wavelength range in
  • wavelength-converting element absorbs electromagnetic radiation from an irradiated one
  • Wavelength range converts these into electronic processes at the atomic and / or molecular level
  • pure scattering or pure absorption in the present case is not understood to be wavelength-converting.
  • the individual conversion layers can only have one
  • the phosphor particles Convert radiation of the second wavelength range.
  • the phosphor particles convert ultraviolet to blue light into yellow-green light.
  • the individual conversion layers have one type of phosphor particles that convert ultraviolet to blue light to yellow-green light and another type of phosphor particles that convert ultraviolet to blue light to red light.
  • the different types of phosphor particles can be used in all
  • Individual conversion layers can be included or separately in different individual conversion layers.
  • one of the following materials is suitable: garnets doped with rare earths, alkaline earth metal sulfides doped with rare earths, thiogallates doped with rare earths, aluminates doped with rare earths, silicates doped with rare earths, orthosilicates doped with rare earths, with rare earths doped chlorosilicates, doped with rare earths
  • Oxynitrides rare earth-doped aluminum oxynitrides, rare earth-doped silicon nitrides, rare earth-doped sialons.
  • the phosphor particles have, for example
  • the phosphor particles are preferably suitable for converting light from the ultraviolet to blue spectral range into light from the green to yellow spectral range or into light from the red spectral range.
  • the individual conversion layers are spray-coated
  • the phosphor particles of the respective resin / phosphor mixtures can be different from one another, while the resin is the same.
  • the phosphor particles preferably differ in terms of their
  • the phosphor particles convert one of the
  • Individual conversion layers convert electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of the second wavelength range, while the
  • Wavelength range is different.
  • one of the individual conversion layers can contain fluorescent particles which convert blue light into green-yellow light, while another individual conversion layer contains fluorescent particles that convert blue light into red light.
  • This embodiment has the advantage of being able to set the color locus of the light generated with the finished conversion layer particularly well.
  • Each individual conversion layer is particularly preferably not cured before the next individual conversion layer is applied. In other words, it is
  • the individual conversion layer therefore preferably does not have a fixed interface when the next individual conversion layer is applied, so that two individual conversion layers applied directly on top of each other
  • fluorescent particles which are arranged within a single conversion layer can sediment into another single conversion layer.
  • the conversion layer forms.
  • the conversion layer preferably has a solid outer surface as an interface, which arises during hardening or hardening.
  • the resin of the individual conversion layers usually comprises a large number of monomers. In the completely unhardened state of the resin, the monomers are not bonded to one another by chemical bonds and the resin is liquid. In the completely unhardened state of the resin, the monomers are not bonded to one another by chemical bonds and the resin is liquid. In the
  • cured means that the monomers of the resin are not fully polymerized, but already are
  • the phosphor particles are sedimented in the resin.
  • the sedimentation is expediently carried out before the resin is cured or cured and still in the liquid
  • the phosphor particles are introduced into the liquid resin.
  • the surface to be coated is provided in a volume that is filled with the mixture of resin and phosphor particles. Then the phosphor particles settle on the surface to be coated in the form of a due to gravity
  • the hardened or hardened conversion layer is therefore preferably composed of a sedimented particle layer and a depletion layer. They are in the sedimented particle layer
  • Fluorescent particles preferentially accumulate while the
  • Depletion layer is preferably formed essentially from the resin.
  • the sedimented particle layer preferably has a significantly higher proportion of phosphor particles than the depletion layer.
  • the depletion layer preferably only indicates 5%
  • the sedimented particle layer is usually arranged downstream of the depletion layer in the direction of the gravitational force and / or the centrifugal force that acts on the phosphor particles during sedimentation.
  • the sedimented particle layer usually in direct contact with each other.
  • the sedimented particle layer has a particle density between and including 20% by volume
  • the depletion layer comprises the conversion layer
  • the resin preferably essentially resin and is essentially free of phosphor particles.
  • the resin preferably essentially resin and is essentially free of phosphor particles.
  • volume fraction of at most 5% particularly preferably of at most 1%.
  • the settling of the phosphor particles during sedimentation can advantageously be accelerated by centrifugation.
  • the use of a dilute resin or a resin with the lowest possible viscosity accelerates the
  • Sedimentation is usually an advantage.
  • the viscosity of a liquid, uncured resin usually depends on the temperature.
  • the temperature of the resin during sedimentation is preferably set so that the liquid uncured resin has the lowest possible viscosity. According to a particularly preferred
  • the temperature of the resin is adjusted such that the resin has a viscosity during sedimentation of the phosphor particles that deviates at most 5% from the lowest viscosity of the resin. This way it can be a particularly efficient one
  • Sedimentation of the phosphor particles can be achieved.
  • the carrier is heated during the sedimentation in order to adjust the viscosity of the resin to the desired value.
  • the sedimentation of the phosphor particles is accelerated by centrifugation. Centrifugation works alongside the
  • an optical element is applied on or above the conversion layer.
  • the optical element can be a lens that has the emission characteristic of the finished one adjusts the optoelectronic component in the desired manner.
  • the present method is based on the idea that
  • Conversion layer can be achieved with a particularly smooth outer surface.
  • the conversion layer particularly preferably has
  • the outer surface of the conversion layer is preferably formed by the cured resin.
  • the outer surface of the conversion layer is particularly preferably formed entirely from the resin and is free of phosphor particles.
  • the outer surface of the conversion layer is preferably formed by an outer surface of the depletion layer.
  • the outer surface of the depletion layer is preferably free of
  • Conversion layer is particularly suitable for being provided with an optical element, such as a lens, for example, which is in direct contact with the outer surface of the conversion layer. In this way, areas with increased temperature (hot spots) on the
  • the individual conversion layers are hardened or hardened together, so that a conversion layer is formed.
  • a transparent buffer layer is applied to the outer surface of the conversion layer.
  • the transparent buffer layer is particularly preferably applied in direct contact to the conversion layer.
  • the transparent buffer layer is preferably applied over the entire surface of the conversion layer.
  • the buffer layer preferably has a resin or is formed from a resin.
  • the transparent one is a resin or is formed from a resin.
  • the transparent buffer layer is also particularly preferably applied by spray coating. After applying the transparent buffer layer
  • the buffer layer is preferably cured.
  • the term “transparent” means that the element designated in this way is at least 85%, preferably at least 90% and particularly preferably at least 95% of the electromagnetic radiation radiated in, in particular of the first wavelength range and / or the second
  • Wavelength range transmitted.
  • the transparent buffer layer has a thickness of between 1 micron and 5 microns inclusive.
  • the thickness of the transparent buffer layer is preferably not greater than 2 micrometers.
  • Embodiment cured or hardened together so that a conversion layer forms.
  • the phosphor particles preferably form the sedimentation
  • Outer surface of the conversion layer which is formed for example by an outer surface of the depletion layer, free of phosphor particles.
  • the method described here is suitable for producing an optoelectronic component.
  • Embodiments and features that are described here in connection with the method can also be used in the optoelectronic component and vice versa.
  • the optoelectronic component comprises a radiation-emitting semiconductor chip which uses ultraviolet to blue light as electromagnetic
  • the optoelectronic component has a conversion layer which converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into at least one further wavelength range which is different from the first wavelength range.
  • the conversion layer partially converts blue light of the semiconductor chip into yellow-green light and / or into red light, while some of the blue light converts the Conversion layer passes through unconverted.
  • the optoelectronic component preferably emits mixed-colored light which is composed of unconverted blue radiation from the semiconductor chip and yellow-green and / or red converted radiation.
  • the mixed-colored light preferably has a color locus in the white area of the CIE standard color chart.
  • optoelectronic component designed to be energized with at least 1000 mA.
  • FIGS. 1 to 5 show an optoelectronic component in various stages during the production according to a method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 shows a schematic sectional illustration of an optoelectronic component according to one
  • FIG. 7 shows a diagram with results from
  • Figure 8 shows a table listing the
  • a radiation-emitting semiconductor chip 1 is provided on a carrier 2 (FIG. 1).
  • Radiation-emitting semiconductor chip 1 transmits electromagnetic radiation from a first one in operation
  • the radiation exit surface 3 can
  • Semiconductor chip 1 applied.
  • a mixture of a resin 5, preferably a silicone, and Phosphor particles 6 produced and sprayed through a nozzle onto the surface to be coated.
  • Fluorescent particles 6 can also be accelerated by centrifugation. After sedimentation, the resin 5 is cured, so that a conversion layer 7 is formed which has a solid outer surface.
  • Fluorescent particles 6 accumulated while the
  • Depletion layer 9 is essentially formed from the resin 5.
  • the sedimented particle layer 8 is the
  • Depletion layer 9 is arranged downstream in the direction of the gravitational force.
  • Conversion layer 7 applied a transparent buffer layer 10, preferably with spray coatings.
  • the transparent buffer layer 10 preferably with spray coatings.
  • Buffer layer 10 is formed from a silicone, for example from the same silicone that the individual conversion layers 4, 4 ', 4' 'have.
  • an optical element in the present case a lens, is applied to the transparent buffer layer 10.
  • the lens is set up to measure the emission characteristics of light from the
  • Conversion layer 7 is emitted, set in the desired manner.
  • the lens is centered on the transparent buffer layer 10 above the
  • Exemplary embodiment of FIG. 6 can be produced, for example, using a method as has already been described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • Embodiment of Figure 6 has one radiation-emitting semiconductor chip 1, which is applied to a carrier 2.
  • Semiconductor chip 1 transmits electromagnetic radiation of a first wavelength range from its
  • Radiation exit surface 3 and a surface of the carrier 2 are covered with a sedimented particle layer 8, in which the phosphor particles 6 are accumulated.
  • the optoelectronic component according to FIG. 6 also has a conversion layer 7 in which
  • sedimented particle layer 8 are sedimented.
  • the remaining volume of the conversion layer 7 is formed by a depletion layer 9 and essentially free of phosphor particles 6.
  • the depletion layer 9 preferably has only 5% of phosphor particles 6.
  • a transparent buffer layer 10 is applied over the entire surface of an outer surface of the conversion layer 7. Centered on the transparent buffer layer 10 above the
  • a lens is arranged.
  • the lens is suitable for emitting electromagnetic radiation emitted by the semiconductor chip 1 and / or by the phosphor particles 6
  • Particle layer 8 is converted to influence in the desired manner.
  • the diagram according to FIG. 7 shows test results from
  • optoelectronic components which were produced using a method according to one exemplary embodiment (open circles).
  • the time t is plotted in hours on the x-axis and the percentage of defective components on the y-axis.
  • the optoelectronic components which were produced using a method according to one exemplary embodiment in this case have, in particular, a conversion layer 7 which was produced from sprayed individual conversion layers 4, 4 ', 4' ', the individual conversion layers 4, 4', 4 '' in each case before the application of the next
  • Single conversion layer 4, 4 ', 4' ' cannot be hardened or hardened.
  • a lens 11 is arranged on the conversion layer 7.
  • the optoelectronic components were operated with a current of 1500 milliamperes and applied at a temperature of 125 ° C.
  • the life tests were carried out over a period of 2000 hours. It was noted during this period when the lens developed 11 cracks.
  • the diagram according to FIG. 7 shows that 100% of the
  • the table in FIG. 8 has a first left column, in which different test series with the letters A to E Marked are.
  • the test series A to D are test series on components according to the
  • the components according to the present application which were used in the test series according to A to D, had a transparent buffer layer 10 with a thickness of less than 2 micrometers.
  • the column T [° C] shows the temperature with which the components during the test series according to A to D.
  • column I [mA] shows the current with which the components were energized during the life test.
  • Column N shows the number of components that were examined in the respective test series, while column t [h] shows the time in hours after which the components were examined for lens cracks.
  • the test series A to D were examined for a lens tear after a period of 1024 hours and after a period of 1172 hours.
  • the absolute number of components with lens cracks after the respective time period are given in column Nf, while the percentage of components with lens cracks in the rightmost column with
  • FIG. 8 shows, 83% of the optoelectronic

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit den folgenden Schritten angegeben: - Bereitstellen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) auf einem Träger (2), - Aufbringen mehrerer Einzelkonversionsschichten (4, 4`, 4``) aufeinander über eine Strahlungsaustrittsfläche (3) des Halbleiterchips (1) mittels Sprühbeschichten, wobei - die Einzelkonversionsschichten (4, 4`, 4``) ein Harz (5) mit Leuchtstoffpartikeln (6) aufweisen, - die jeweilige Einzelkonversionsschicht (4, 4`, 4``) vor dem Aufbringen der nächsten Einzelkonversionsschicht (4, 4`, 4``) nicht ausgehärtet wird. Außerdem wirdein optoelektronisches Bauelement angegeben.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS UND OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements und ein optoelektronisches Bauelement angegeben.
Es soll ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben werden, das eine erhöhte Lebensdauer aufweist. Weiterhin soll ein
optoelektronisches Bauelement mit einer erhöhten Lebensdauer angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1 und durch ein optoelektronisches
Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des
Verfahrens und des optoelektronischen Bauelements sind
Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements wird ein
strahlungsemittierender Halbleiterchip auf einem Träger bereitgestellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Träger um einen Anschlussträger, der elektrische Anschlussstellen aufweist, mit denen der strahlungsemittierende Halbleiterchip elektrisch leitend verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens sendet der
strahlungsemittierende Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer
Strahlungsaustrittsfläche aus. Beispielsweise sendet der strahlungsemittierende Halbleiterchip sichtbares Licht, etwa aus dem blauen Spektralbereich aus.
Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip kann es sich beispielsweise um einen sogenannten volumenemittierenden Halbleiterchip handeln. Ein volumenemittierender
Halbleiterchip weist ein Substrat auf, auf dem eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven
strahlungserzeugenden Zone in der Regel epitaktisch gewachsen wurde. Bevorzugt basiert die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial und ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten bis blauen Spektralbereich zu erzeugen.
Nitridverbindungshalbleitermaterialien sind
Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGai-x-yN mit 0 < x <
1, 0 < y < 1 und x+y < 1.
Das Substrat des volumenemittierenden Halbleiterchips kann beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Saphir,
Siliziumcarbid. Ein solches Substrat ist dazu geeignet, als Wachstumssubstrat für eine epitaktische
Halbleiterschichtenfolge zu dienen, die auf einem
Nitridverbindungshalbleitermaterial basiert. Außerdem sind diese Substrate transparent oder durchlässig für
ultraviolette bis blaue elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone einer solchen epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge erzeugt wird. Das Substrat weist in der Regel eine Montagefläche auf, die dazu vorgesehen ist, den volumenemittierenden Halbleiterchip auf ein weiteres Element, wie einen Anschlussträger, zu montieren. Volumenemittierende Halbleiterchips senden die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung in der Regel nicht nur über eine Hauptfläche aus, die der Montagefläche
gegenüberliegt, sondern auch über ihre Seitenflächen. Mit anderen Worten umfasst die Strahlungsaustrittsfläche eines volumenemittierenden Halbleiterchips neben der Hauptfläche, die der Montagefläche gegenüberliegt, auch die Seitenflächen, zumindest bereichsweise. Außerdem weist der
volumenemittierende Halbleiterchip in der Regel zwei
elektrische Kontakte auf der der Montagefläche
gegenüberliegenden Hauptfläche auf.
Weiterhin kann es sich bei dem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip um einen Flip-Chip handeln. Ein Flip-Chip weist einen Träger mit einer ersten Hauptfläche auf, auf der die Halbleiterschichtenfolge mit der strahlungserzeugenden aktiven Zone epitaktisch gewachsen ist. Der Träger ist in der Regel durchlässig, zumindest für die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung. Beispielsweise weist der Träger eines der folgenden Materialien auf oder ist aus einem der folgenden Materialien gebildet: Saphir,
Siliziumcarbid. Der Träger weist eine zweite Hauptfläche auf, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegt. Die zweite
Hauptfläche des Trägers bildet in der Regel teilweise die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aus. Weiterhin bilden auch die Seitenflächen des Trägers in der Regel einen Teil der Strahlungsaustrittsfläche des Flip-Chips aus. An der Rückseite des Flip-Chips sind in der Regel zwei elektrische Kontakte angeordnet, die zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips vorgesehen sind. Die Vorderseite des Flip- Chips ist in der Regel frei von elektrischen Kontakten.
Weiterhin kann es sich bei dem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip auch um Dünnfilm-Halbleiterchips handeln. Der Dünnfilm-Halbleiterchip weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtfolge auf, die auf einen anderen Träger aufgebracht ist, als das Wachstumssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge. Besonders bevorzugt ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Träger eine
Spiegelschicht angeordnet, die Strahlung der aktiven Zone zur Lichtaustrittsfläche lenkt. Dünnfilm-Halbleiterchips senden die elektromagnetische Strahlung, die im Betrieb in der aktiven Zone erzeugt wird, in der Regel nicht über die
Seitenflächen des Trägers aus, sondern haben eine im
Wesentlichen Lambert 'sehe Abstrahlcharakteristik.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden mehrere Einzelkonversionsschichten über der
Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden
Halbleiterchips mittels Sprühbeschichten aufeinander
aufgebracht. Beim Sprühbeschichten (englisch "spray coating") wird eine abzuscheidende Flüssigkeit mit einer Düse auf das zu beschichtende Element aufgesprüht.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weisen die
Einzelkonversionsschichten ein Harz mit Leuchtstoffpartikeln auf. Mit anderen Worten wird bei dem vorliegenden Verfahren bevorzugt ein zunächst flüssiges Harz, wie beispielsweise Silikon, in dem Leuchtstoffpartikel verteilt sind, durch Sprühbeschichten über der Strahlungsaustrittsfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips in
Einzelkonversionsschichten abgeschieden . Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Einzelkonversionsschichten durch Sprühbeschichten einer flüssigen Harz/Leuchtstoff-Mischung auf/über der
Strahlungsaustrittsfläche abgeschieden. Die
Leuchtstoffpartikel sind besonders bevorzugt dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten
Wellenlängenbereichs umzuwandeln, der von dem ersten
Wellenlängenbereich verschieden ist. Die Leuchtstoffpartikel verleihen der Einzelkonversionsschicht und auch einer
fertigen Konversionsschicht die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften .
Mit dem Begriff "wellenlängenkonvertierend" ist vorliegend insbesondere gemeint, dass eingestrahlte elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs in
elektromagnetische Strahlung eines anderen, bevorzugt
längerwelligen, Wellenlängenbereichs umgewandelt wird. In der Regel absorbiert ein wellenlängenkonvertierendes Element elektromagnetische Strahlung eines eingestrahlten
Wellenlängenbereiches, wandelt diese durch elektronische Vorgänge auf atomarer und/oder molekularer Ebene in
elektromagnetische Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereiches um und sendet die umgewandelte
elektromagnetische Strahlung wieder aus. Insbesondere wird reine Streuung oder reine Absorption vorliegend nicht als wellenlängenkonvertierend verstanden .
Die Einzelkonversionsschichten können nur eine einzige
Leuchtstoffsorte aufweisen, die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische
Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umwandeln. Beispielweise wandeln die Leuchtstoffpartikel ultraviolettes bis blaues Licht in gelb-grünes Licht um.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die
Einzelkonversionsschichten mehrere Sorten an
Leuchtstoffpartikeln aufweisen, die unterschiedliche
wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweisen.
Beispielsweise weisen die Einzelkonversionsschichten eine Sorte an Leuchtstoffpartikeln auf, die ultraviolettes bis blaues Licht in gelb-grünes Licht umwandeln, und eine weitere Sorte an Leuchtstoffpartikeln auf, die ultraviolettes bis blaues Licht in rotes Licht umwandeln. Die verschiedenen Sorten an Leuchtstoffpartikeln können hierbei in allen
Einzelkonversionsschichten enthalten sein oder auch getrennt in verschiedenen Einzelkonversionsschichten.
Für die Leuchtstoffpartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: mit seltenen Erden dotierte Granate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit seltenen Erden dotierte Aluminate, mit seltenen Erden dotierte Silikate, mit seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit seltenen Erden dotierte
Erdalkalisiliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte
Oxynitride, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Sialone.
Die Leuchtstoffpartikel weisen beispielsweise einen
Durchmesser zwischen einschließlich 1 Mikrometer und
einschließlich 30 Mikrometer auf. Bevorzugt sind die Leuchtstoffpartikel dazu geeignet, Licht aus dem ultravioletten bis blauen Spektralbereich in Licht aus dem grünen bis gelben Spektralbereich oder in Licht aus dem roten Spektralbereich umzuwandeln.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens werden die
Einzelkonversionsschichten durch Sprühbeschichten der gleichen Harz/Leuchtstoff-Mischung gebildet. In diesem Fall weisen die Einzelkonversionsschichten das gleiche Harz und die gleichen Leuchtstoffpartikel auf. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die Harz/Leuchtstoff-Mischung zwischen den Sprühschritten zur Erzeugung der
Einzelkonversionsschichten nicht gewechselt werden muss.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Einzelkonversionsschichten durch Sprühbeschichten
verschiedener Harz/Leuchtstoff-Mischungen gebildet.
Insbesondere können die Leuchtstoffpartikel der jeweiligen Harz/Leuchtstoff-Mischungen verschieden voneinander sein, während das Harz gleich ist. Bevorzugt unterscheiden sich die Leuchtstoffpartikel hinsichtlich ihrer
wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften. Beispielsweise wandeln die Leuchtstoffpartikel einer der
Einzelkonversionsschichten elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs um, während die
Leuchtstoffpartikel einer anderen Einzelkonversionsschicht elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten
Wellenlängenbereichs umwandelt, der von dem zweiten
Wellenlängenbereich verschieden ist. So können in einer der Einzelkonversionsschichten Leuchtstoffpartikel enthalten sein, die blaues Licht in grün-gelbes Licht umwandeln, während in einer weiteren Einzelkonversionsschicht Leuchtstoffpartikel enthalten sind, die blaues Licht in rotes Licht umwandeln. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, den Farbort der mit der fertigen Konversionsschicht erzeugten Lichts besonders gut einstellen zu können.
Besonders bevorzugt wird jede Einzelkonversionsschicht vor dem Aufbringen der nächsten Einzelkonversionsschicht nicht ausgehärtet. Mit anderen Worten befindet sich die
Einzelkonversionsschicht in einem flüssigen Zustand, wenn die nächste Einzelkonversionsschicht aufgebracht wird. Die
Einzelkonversionsschicht weist also bevorzugt keine feste Grenzfläche auf, wenn die nächste Einzelkonversionsschicht aufgebracht wird, so dass sich zwei direkt aufeinander aufgebrachte Einzelkonversionsschichten miteinander
vermischen können. Insbesondere können Leuchtstoffpartikel, die innerhalb einer Einzelkonversionsschicht angeordnet sind, in eine andere Einzelkonversionsschicht sedimentieren .
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
Verfahrens werden sämtliche Einzelkonversionsschichten nach dem Aufsprühen aller vorgesehener Einzelkonversionsschichten zusammen angehärtet oder ausgehärtet, so dass sich eine
Konversionsschicht ausbildet. Die Konversionsschicht weist bevorzugt eine feste Außenfläche als Grenzfläche auf, die beim Anhärten oder Aushärten entsteht.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weist die
ausgehärtete Konversionsschicht eine Dicke zwischen
einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 50 Mikrometer auf . Das Harz der Einzelkonversionsschichten umfasst in der Regel eine Vielzahl an Monomeren. Im völlig ungehärteten Zustand des Harzes sind die Monomere nicht durch chemische Bindungen miteinander verbunden und das Harz ist flüssig. Bei der
Polymerisation, die zum Beispiel durch UV-Licht oder Wärme ausgelöst werden kann, reagieren Monomere chemisch
miteinander und bilden chemische Bindungen aus. Der Begriff "angehärtet" bedeutet, dass die Monomere des Harzes nicht vollständig polymerisiert sind, aber bereits eine
durchgehende Schicht mit fester Außenfläche ausbilden. Wenn die Polymerisation des Harzes weiter fortschreitet, ist schließlich ein überwiegender Teil der Monomere durch
chemische Bindungen miteinander verbunden. Dieser Zustand des Harzes wird vorliegend auch als "vollständig ausgehärtet" bezeichnet .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Leuchtstoffpartikel in dem Harz sedimentiert . Hierbei erfolgt die Sedimentation zweckmäßigerweise, bevor das Harz angehärtet oder ausgehärtet wird und noch im flüssigen
Zustand vorliegt.
Bei der Sedimentation werden die Leuchtstoffpartikel in das flüssige Harz eingebracht. Die zu beschichtende Oberfläche wird in einem Volumen bereitgestellt, das mit der Mischung aus Harz und Leuchtstoffpartikeln befüllt wird. Anschließend setzen sich die Leuchtstoffpartikel aufgrund der Schwerkraft auf der zu beschichtenden Oberfläche in Form einer
sedimentierten Partikelschicht ab, über der sich eine
Verarmungsschicht bildet. Die angehärtete oder ausgehärtete Konversionsschicht setzt sich also bevorzugt aus einer sedimentierten Partikelschicht und einer Verarmungsschicht zusammen . In der sedimentierten Partikelschicht sind die
Leuchtstoffpartikeln bevorzugt akkumuliert, während die
Verarmungsschicht bevorzugt im Wesentlichen aus dem Harz gebildet ist. Die sedimentierte Partikelschicht weist mit anderen Worten bevorzugt einen deutlichen höheren Anteil an Leuchtstoffpartikeln auf als die Verarmungsschicht. Bevorzugt weist die Verarmungsschicht lediglich 5 % an
Leuchtstoffpartikel auf. Die sedimentierte Partikelschicht ist der Verarmungsschicht hierbei in der Regel in Richtung der Gravitationskraft und/oder der Zentrifugalkraft, die während der Sedimentation auf die Leuchtstoffpartikel wirkt, nachgeordnet .
Ein Kennzeichen einer Konversionsschicht, die mittels
Sedimentation abgeschieden wurde, besteht darin, dass
sämtliche Oberflächen, auf denen sich die Leuchtstoffpartikel aufgrund der Schwerkraft absetzen können, mit der
sedimentierten Partikelschicht beschichtet werden. Weiterhin stehen die Leuchtstoffpartikel der sedimentierten
Partikelschicht in der Regel in direktem Kontakt miteinander. Beispielsweise weist die sedimentierte Partikelschicht eine Partikeldichte zwischen einschließlich 20 Vol.-% und
einschließlich 35 Vol.-% auf.
Die Verarmungsschicht der Konversionsschicht umfasst
bevorzugt im Wesentlichen Harz und ist im Wesentlichen frei von Leuchtstoffpartikeln. Bevorzugt weisen die
Leuchtstoffpartikel in der Verarmungsschicht einen
Volumenanteil von höchstens 5%, besonders bevorzugt von höchstens 1 % auf . Das Absetzen der Leuchtstoffpartikel bei der Sedimentation kann durch Zentrifugieren mit Vorteil beschleunigt werden. Auch die Verwendung eines verdünnten Harzes oder eines Harzes mit möglichst niedriger Viskosität beschleunigt die
Sedimentation in der Regel mit Vorteil.
Die Viskosität eines flüssigen, ungehärteten Harzes ist in der Regel von der Temperatur abhängig. Bevorzugt wird die Temperatur des Harzes bei der Sedimentation so eingestellt, dass das flüssige ungehärtete Harz eine möglichst niedrige Viskosität aufweist. Gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform des Verfahrens wird die Temperatur des Harzes derart eingestellt, dass das Harz bei der Sedimentation der Leuchtstoffpartikel eine Viskosität aufweist, die höchstens 5 % von der niedrigsten Viskosität des Harzes abweicht. Auf diese Art und Weise kann eine besonders effiziente
Sedimentation der Leuchtstoffpartikel erzielt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Träger während der Sedimentation geheizt, um die Viskosität des Harzes auf den gewünschten Wert einzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Sedimentation der Leuchtstoffpartikel durch Zentrifugation beschleunigt. Durch die Zentrifugation wirken neben der
Gewichtskraft auch Zentrifugalkräfte auf die
Leuchtstoffpartikel ein, so dass die Sedimentation
beschleunigt stattfindet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein optisches Element auf oder über die Konversionsschicht aufgebracht. Bei dem optischen Element kann es sich um eine Linse handeln, die die Abstrahlcharakteristik des fertigen optoelektronischen Bauelements auf gewünschte Art und Weise einstellt .
Das vorliegende Verfahren beruht auf der Idee, die
Einzelkonversionsschichten, aus denen die spätere fertige Konversionsschicht gebildet wird, zwischen dem Aufbringen der Einzelkonversionsschicht nicht auszuhärten, sondern alle Einzelkonversionsschichten nach dem Abscheiden gemeinsam auszuhärten. Auf diese Art und Weise kann eine fertige
Konversionsschicht mit einer besonders glatten Außenfläche erzielt werden.
Besonders bevorzugt weist die Konversionsschicht an der
Außenfläche keine Leuchtstoffpartikel auf. Vielmehr ist die Außenfläche der Konversionsschicht bevorzugt zu zumindest 95 % durch das ausgehärtete Harz gebildet. Besonders bevorzugt ist die Außenfläche der Konversionsschicht vollständig aus dem Harz gebildet und frei von Leuchtstoffpartikeln.
Bevorzugt ist die Außenfläche der Konversionsschicht durch eine Außenfläche der Verarmungsschicht gebildet. Bevorzugt ist die Außenfläche der Verarmungsschicht frei von
Leuchtstoffpartikeln. Eine derartige Außenfläche der
Konversionsschicht eignet sich besonders gut dazu, mit einem optischen Element, wie beispielsweise einer Linse, versehen zu werden, die in direktem Kontakt mit der Außenfläche der Konversionsschicht steht. Auf diese Art und Weise werden Bereiche mit erhöhter Temperatur (Hot Spots) an der
Grenzfläche zwischen dem optischen Element und der
Konversionsschicht, die im Betrieb des Bauelements aufgrund der Leuchtstoffpartikel entstehen, vermieden. Dies führt zu einer erhöhten Lebensdauer der Bauelemente, da Defekte des optischen Elements, wie beispielsweise Linsenrisse, zumindest vermindert werden können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Einzelkonversionsschichten zusammen angehärtet oder ausgehärtet, so dass sich eine Konversionsschicht ausbildet. Dann wird auf die Außenfläche der Konversionsschicht eine transparente Pufferschicht aufgebracht. Die transparente Pufferschicht wird besonders bevorzugt in direktem Kontakt auf die Konversionsschicht aufgebracht. Weiterhin wird die transparente Pufferschicht bevorzugt vollflächig auf die Konversionsschicht aufgebracht. Die transparente
Pufferschicht weist bevorzugt ein Harz auf oder ist aus einem Harz gebildet. Beispielsweise weist die transparente
Pufferschicht ein Silikon auf oder ist aus einem Silikon gebildet, bevorzugt aus dem gleichen Silikon wie die
Einzelkonversionsschichten. Besonders bevorzugt wird die transparente Pufferschicht ebenfalls durch Sprühbeschichten aufgebracht. Nach dem Aufbringen der transparenten
Pufferschicht wird diese bevorzugt ausgehärtet.
Mit dem Begriff "transparent" ist vorliegend gemeint, dass das so bezeichnete Element mindestens 85 %, bevorzugt mindestens 90 % und besonders bevorzugt mindestens 95 % eingestrahlter elektromagnetischer Strahlung, insbesondere des ersten Wellenlängenbereichs und/oder des zweiten
Wellenlängenbereichs, transmittiert .
Beispielsweise weist die transparente Pufferschicht eine Dicke zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 5 Mikrometer auf. Bevorzugt ist die Dicke der transparenten Pufferschicht nicht größer als 2 Mikrometer.
Die transparente Pufferschicht bettet mit Vorteil eventuell an der Außenfläche der Konversionsschicht angeordnete Leuchtstoffpartikel ein und trägt so mit Vorteil zur
Vermeidung von Hot Spots bei.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens
sedimentieren die Leuchtstoffpartikel in dem Harz. Dann werden die Einzelkonversionsschichten bei dieser
Ausführungsform zusammen ausgehärtet oder angehärtet, so dass sich eine Konversionsschicht ausbildet. Bevorzugt bilden die Leuchtstoffpartikel durch die Sedimentation die
Partikelschicht und die Verarmungsschicht in der
Konversionsschicht aus. Besonders bevorzugt ist eine
Außenfläche der Konversionsschicht, die beispielsweise durch eine Außenfläche der Verarmungsschicht gebildet ist, frei von Leuchtstoffpartikein .
Das vorliegend beschriebene Verfahren ist dazu geeignet, ein optoelektronisches Bauelement herzustellen. Ausführungsformen und Merkmale, die vorliegend in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, können ebenfalls bei dem optoelektronischen Bauelement Anwendung finden und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der ultraviolettes bis blaues Licht als elektromagnetische
Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer
Strahlungsaustrittsfläche aussendet. Außerdem weist das optoelektronische Bauelement eine Konversionsschicht auf, die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in zumindest einen weiteren Wellenlängenbereich umwandelt, der von dem ersten Wellenlängenbereich verschieden ist.
Beispielsweise wandelt die Konversionsschicht blaues Licht des Halbleiterchips teilweise in gelb-grünes Licht und/oder in rotes Licht um, während ein Teil des blauen Lichts die Konversionsschicht unkonvertiert durchläuft. Das optoelektronische Bauelement sendet in diesem Fall bevorzugt mischfarbiges Licht aus, das sich aus unkonvertierter blauer Strahlung des Halbleiterchips und gelb-grüner und/oder roter konvertierter Strahlung zusammensetzt. Bevorzugt weist das mischfarbige Licht einen Farbort im weißen Bereich der CIE- Normfarbtafei auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das
optoelektronische Bauelement dazu ausgelegt, mit mindestens 1000 mA bestromt zu werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1 bis 5 zeigen ein optoelektronisches Bauelement in verschiedenen Stadien bei der Herstellung nach einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel .
Figur 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem
Ausführungsbeispiel .
Figur 7 zeigt ein Diagramm mit Ergebnissen von
Lebensdauertests an optoelektronischen Bauelementen gemäß einer Ausführungsform im Vergleich zu Ergebnissen von
Lebensdauertests an herkömmlichen optoelektronischen
Bauelementen .
Figur 8 zeigt eine tabellarische Aufstellung über die
Ergebnisse von Lebensdauertests an herkömmlichen Bauelementen (Zeilen E) sowie an Bauelementen gemäß der vorliegenden
Anmeldung (Zeilen A bis D) .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 5 wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 1 auf einem Träger 2 bereitgestellt (Figur 1) . Der
strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 sendet im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche 3 aus. Bei der Strahlungsaustrittsfläche 3 kann es sich
beispielsweise um eine Hauptfläche des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 handeln, die einer Montagefläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 gegenüberliegt. Weiterhin ist es auch möglich, dass
Seitenflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 dazu geeignet sind, elektromagnetische Strahlung des
Halbleiterchips 1 auszusenden und folglich einen Teil der Strahlungsaustrittsfläche 3 zu bilden.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in Figur 2
dargestellt ist, wird eine Einzelkonversionsschicht 4 mit Sprühbeschichten auf dem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip 1 aufgebracht. Hierbei wird eine Mischung aus einem Harz 5, bevorzugt einem Silikon, und Leuchtstoffpartikeln 6 hergestellt und durch eine Düse auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bedeckt die
aufgesprühte Einzelkonversionsschicht 4 die von der
Montagefläche abgewandte Hauptfläche des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1, die Seitenflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 und eine
Oberfläche des Trägers 2.
Wie beispielsweise schematisch in Figur 3 dargestellt ist, werden auf die Einzelkonversionsschicht 4 weitere
Einzelkonversionsschichten 4', 4'' aufgebracht, ebenfalls mittels Sprühbeschichten. Hierbei werden die
Einzelkonversionsschichten 4, 4', 4'' vor dem Aufbringen der nächsten Einzelkonversionsschicht 4, 4', 4'' nicht angehärtet oder ausgehärtet. Daher vermischen sich die
Einzelkonversionsschichten 4, 4', 4'' im Laufe der Zeit zumindest teilweise miteinander.
In einem nächsten Schritt, der schematisch in Figur 4
dargestellt ist, werden die Leuchtstoffpartikel 6 in den Einzelkonversionsschichten 4, 4', 4'' sedimentiert . Hierzu kann einfach abgewartet werden, so dass sich die
Leuchtstoffpartikel 6 in dem flüssigen Harz 5 aufgrund der Schwerkraft absetzen. Die Sedimentation der
Leuchtstoffpartikel 6 können aber auch durch Zentrifugation beschleunigt werden. Nach der Sedimentation wird das Harz 5 ausgehärtet, so dass eine Konversionsschicht 7 entsteht, die eine feste Außenfläche aufweist.
Bei der Sedimentation der Leuchtstoffpartikel 6 in dem Harz 5 bilden sich innerhalb der Konversionsschicht 7 eine sedimentierte Partikelschicht 8 und eine Verarmungsschicht 9 aus. In der sedimentierten Partikelschicht 8 sind die
Leuchtstoffpartikeln 6 akkumuliert, während die
Verarmungsschicht 9 im Wesentlichen aus dem Harz 5 gebildet ist. Die sedimentierte Partikelschicht 8 ist der
Verarmungsschicht 9 hierbei in Richtung der Gravitationskraft nachgeordnet .
In einem nächsten Schritt, der schematisch in Figur 5
dargestellt wird, wird auf eine Außenfläche der
Konversionsschicht 7 eine transparente Pufferschicht 10 aufgebracht, bevorzugt mit Sprühbeschichten. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die transparente
Pufferschicht 10 aus einem Silikon gebildet, beispielsweise aus dem gleichen Silikon, das die Einzelkonversionsschichten 4, 4', 4'' aufweisen.
In einem nächsten Schritt wird ein optisches Element 11, vorliegend eine Linse, auf die transparente Pufferschicht 10 aufgebracht. Die Linse ist hierbei dazu eingerichtet, die Abstrahlcharakteristik von Licht, das von der
Konversionsschicht 7 abgestrahlt wird, auf gewünschte Art und Weise einzustellen. Vorliegend ist die Linse mittig auf der transparenten Pufferschicht 10 über dem
strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 angeordnet.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 6 kann beispielsweise mit einem Verfahren hergestellt werden, wie es anhand der Figuren 1 bis 5 bereits beschrieben wurde.
Das optoelektronische Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 6 weist einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 auf, der auf einem Träger 2 aufgebracht ist. Der strahlungsemittierende
Halbleiterchip 1 sendet elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von seiner
Strahlungsaustrittsfläche 3 aus.
Die Seitenflächen des Halbleiterchips 1 sowie die
Strahlungsaustrittsfläche 3 und eine Oberfläche des Trägers 2 sind mit einer sedimentierten Partikelschicht 8 bedeckt, in der die Leuchtstoffpartikel 6 akkumuliert sind.
Das optoelektronische Bauelement gemäß der Figur 6 weist weiterhin eine Konversionsschicht 7 auf, in der
Leuchtstoffpartikel 6 auf eine Oberfläche des Halbleiterchips 1 und auf eine Oberfläche des Trägers 2 in Form einer
sedimentierten Partikelschicht 8 sedimentiert sind. Das restliche Volumen der Konversionsschicht 7 ist durch eine Verarmungsschicht 9 gebildet und im Wesentlichen frei von Leuchtstoffpartikeln 6. Bevorzugt weist die Verarmungsschicht 9 lediglich 5 % an Leuchtstoffpartikel 6 auf.
Auf eine Außenfläche der Konversionsschicht 7 ist eine transparente Pufferschicht 10 vollflächig aufgebracht. Mittig auf der transparenten Pufferschicht 10 über dem
strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 ist eine Linse angeordnet. Die Linse ist dazu geeignet, elektromagnetische Strahlung, die von dem Halbleiterchip 1 ausgesandt und/oder von den Leuchtstoffpartikeln 6 der sedimentierten
Partikelschicht 8 konvertiert ist, auf gewünschte Art und Weise zu beeinflussen.
Das Diagramm gemäß der Figur 7 zeigt Testergebnisse von
Lebensdauertests an sieben herkömmlichen optoelektronischen Bauelementen (gefüllte Kreise) im Vergleich zu sieben
optoelektronischen Bauelementen, die mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel hergestellt wurden (offene Kreise) . Auf der x-Achse ist hierbei die Zeit t in Stunden aufgetragen und auf der y-Achse der prozentuale Anteil an defekten Bauelementen.
Die optoelektronischen Bauelemente, die mit einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel hergestellt wurden, weisen hierbei insbesondere eine Konversionsschicht 7 auf, die aus gesprühten Einzelkonversionsschichten 4, 4', 4'' erzeugt wurde, wobei die Einzelkonversionsschichten 4, 4', 4'' jeweils vor dem Aufbringen der nächsten
Einzelkonversionsschicht 4, 4', 4'' nicht angehärtet oder ausgehärtet werden. Auf der Konversionsschicht 7 ist eine Linse 11 angeordnet.
Die optoelektronischen Bauelemente wurden bei dem Test mit einem Strom von 1500 Milliampere betrieben und mit einer Temperatur von 125 °C beaufschlagt. Die Lebensdauertests wurden über einen Zeitraum von 2000 Stunden durchgeführt. Es wurde während diesem Zeitraum festgehalten, wenn die Linse 11 Risse entwickelte.
Das Diagramm gemäß der Figur 7 zeigt, dass 100 % der
herkömmlichen optoelektronischen Bauelemente, nämlich sieben von sieben, nach 774 Stunden Linsenrisse aufweisen, während von den sieben optoelektronischen Bauelementen gemäß der vorliegenden Anmeldung nur eines einen Linsenriss nach 1500 Stunden zeigte.
Die Tabelle in Figur 8 weist eine erste linke Spalte auf, in der unterschiedliche Testreihen mit den Buchstaben A bis E gekennzeichnet sind. Bei den Testreihen A bis D handelt es sich hierbei um Testreihen an Bauelementen gemäß der
vorliegenden Anmeldung, während mit E eine
Vergleichstestreihe an herkömmlichen Bauelementen
gekennzeichnet ist.
Die Bauelemente gemäß der vorliegenden Anmeldung, die bei den Testreihen gemäß A bis D verwendet wurden, wiesen hierbei eine transparente Pufferschicht 10 mit einer Dicke kleiner als 2 Mikrometer auf. In der Spalte T[°C] ist die Temperatur aufgeführt, mit der die Bauelemente während des
Lebensdauertests beaufschlagt wurden, während in der Spalte I [mA] der Strom aufgeführt ist, mit dem die Bauelemente während des Lebensdauertests bestromt wurden. In der Spalte N ist die Anzahl der Bauelemente aufgeführt, die in der jeweiligen Testreihe untersucht wurden, während in der Spalte t [h] die Zeitdauer in Stunden angegeben ist, nach der die Bauelemente auf Linsenrisse untersucht wurden. Die Testreihen A bis D sind jeweils nach einer Zeitdauer von 1024 Stunden und nach einer Zeitdauer von 1172 Stunden auf Linsenriss untersucht worden. Die absolute Anzahl an Bauelementen mit Linsenrissen nach der jeweiligen Zeitdauer sind in der Spalte Nf angegeben, während der prozentuale Anteil der Bauelemente mit Linsenrissen in der ganz rechten Spalte mit der
Kennzeichnung Nf[%] angegeben ist.
Die Bauelemente jeder Testreihe wurden zu zwei verschiedenen Zeitpunkten angesehen, deren Ergebnisse jeweils in zwei aufeinanderfolgenden Zeilen dargestellt sind. Der
Übersichtlichkeit halber sind die Spalten T[°C], I [mA] und N jeweils nur einmal befüllt. Die Temperatur, der Strom und die Anzahl der untersuchten optoelektronischen Bauelemente sind jedoch innerhalb einer Testreihe gleich. Die Vergleichstestreihe E wurde nach einer Zeitdauer von 500 Stunden und nach einer Zeitdauer von 774 Stunden auf
Linsenrisse untersucht.
Wie Figur 8 zeigt, weisen 83 % der optoelektronischen
Bauelemente, die mit einem Verfahren gemäß der vorliegenden Anmeldung hergestellt sind, erst nach ungefähr 1200 Stunden defekte Linsen auf, während bei nahezu 100 % der
herkömmlichen optoelektronischen Bauelemente der
Vergleichsreihe bereits nach 774 Stunden Linsendefekte auftreten. Das vorliegend beschriebene Verfahren trägt somit wesentlich zu einer Lebensdauererhöhung von
optoelektronischen Bauelementen mit optischen Elementen 11 bei .
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102018113996.9, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste
1 Halbleiterchip
2 Träger
3 Strahlungsaustrittsfläche
4, 4' , 4" EinzelkonversionsSchicht
5 Harz
6 Leuchtstoffpartikel
7 KonversionsSchicht
8 sedimentierte Partikelschicht
9 VerarmungsSchicht
10 transparente Pufferschicht
11 optisches Element

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (1) auf einem Träger (2),
- Aufbringen mehrerer Einzelkonversionsschichten (4, 4', 4'') aufeinander über eine Strahlungsaustrittsfläche (3) des
Halbleiterchips (1) mittels Sprühbeschichten, wobei
- die Einzelkonversionsschichten (4, 4', 4'') ein Harz (5) mit Leuchtstoffpartikeln (6) aufweisen,
- die jeweilige Einzelkonversionsschicht (4, 4', 4'') vor dem Aufbringen der nächsten Einzelkonversionsschicht (4, 4', 4'') nicht ausgehärtet wird.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- die Einzelkonversionsschichten (4, 4', 4'') zusammen angehärtet oder ausgehärtet werden, so dass sich eine
Konversionsschicht (7) ausbildet, und
- Aufbringen eines optischen Elements (11) auf der
Konversionsschicht (7).
3. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Leuchtstoffpartikel (6) in dem Harz (5)
sedimentiert werden.
4. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die Temperatur des Harzes (5) bei der Sedimentation der Leuchtstoffpartikel (6) so eingestellt wird, dass eine Viskosität des Harzes (5) höchstens 5 % von der niedrigsten Viskosität des Harzes (5) abweicht.
5. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der Träger (2) während der Sedimentation geheizt wird, um die Viskosität des Harzes (5) einzustellen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
bei dem die Sedimentation der Leuchtstoffpartikel (6) durch Zentrifugation beschleunigt wird.
7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
- die Einzelkonversionsschichten (4, 4', 4'') zusammen angehärtet oder ausgehärtet werden, so dass sich eine
Konversionsschicht (7) ausbildet, und
- auf die Außenfläche der Konversionsschicht (7) eine transparente Pufferschicht (10) aufgebracht wird.
8. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die transparente Pufferschicht (10) ein Harz (5) aufweist, das durch Sprühbeschichten aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8,
bei dem die transparente Pufferschicht (10) eine Dicke zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 5 Mikrometer aufweist.
10. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem das Harz (5) der Einzelkonversionsschichten (4, 4', 4'') ein Silikon ist.
11. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem das optische Element (11) eine Linse ist.
12. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Leuchtstoffpartikel (6) einen Durchmesser zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 30 Mikrometer aufweisen.
13. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Konversionsschicht (7) eine Dicke zwischen einschließlich 5 Mikrometer und einschließlich 50 Mikrometer aufweist .
14. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
- die Leuchtstoffpartikel in dem Harz sedimentieren,
- die Einzelkonversionsschichten (4, 4', 4'') zusammen ausgehärtet oder angehärtet werden, so dass sich eine
Konversionsschicht (7) ausbildet, und
- die Leuchtstoffpartikel durch die Sedimentation eine
Partikelschicht und eine Verarmungsschicht in der
Konversionsschicht (7) ausbilden.
15. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem
- die Einzelkonversionsschichten (4, 4', 4'') zusammen ausgehärtet oder angehärtet werden, so dass sich eine
Konversionsschicht (7) ausbildet, und
- eine Außenfläche der Konversionsschicht (7) frei ist von Leuchtstoffpartikein .
16. Optoelektronisches Bauelement, das mit einem Verfahren nach einem der obigen Ansprüche hergestellt ist.
17. Optoelektronisches Bauelement nach dem vorherigen
Anspruch,
das dazu ausgelegt ist, mit mindestens 1000 mA bestromt zu werden .
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