WO2020127033A1 - Strahlungsemittierendes bauelement - Google Patents

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WO2020127033A1
WO2020127033A1 PCT/EP2019/085330 EP2019085330W WO2020127033A1 WO 2020127033 A1 WO2020127033 A1 WO 2020127033A1 EP 2019085330 W EP2019085330 W EP 2019085330W WO 2020127033 A1 WO2020127033 A1 WO 2020127033A1
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WO
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radiation
emitting component
component according
nanoparticles
emitting
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PCT/EP2019/085330
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English (en)
French (fr)
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Norwin Von Malm
Reinhard Streitel
Kathy SCHMIDTKE
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Ams Osram International GmbH
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H10H20/0365—Manufacture or treatment of packages of means for heat extraction or cooling

Definitions

  • a radiation-emitting component is specified.
  • a radiation-emitting component is specified, for example, in the publication US Pat. No. 9,722,159 B2.
  • a radiation-emitting component with improved heat management is to be specified.
  • This task is done by a radiation emitting
  • this comprises
  • Radiation-emitting semiconductor chip sends electromagnetic radiation from one in operation
  • Radiation exit area For example, the radiation-emitting semiconductor chip transmits during operation
  • ultraviolet light visible light
  • infrared light ultraviolet light
  • this comprises
  • radiation-emitting component is a transparent
  • the transparent joining layer mechanically stably connects the radiation-emitting semiconductor chip a carrier.
  • the term "transparent” here and below particularly preferably denotes an element which has at least 85%, preferably at least 90%, of
  • the transparent joining layer particularly preferably connects the
  • the transparent joining layer is preferably present
  • the transparent joining layer has a matrix material, into which a large number of nanoparticles are introduced.
  • the transparent joining layer comprises the matrix material and the large number of nanoparticles or is formed from the matrix material and the large number of nanoparticles.
  • the nanoparticles do not or only slightly impair the optical transparency of the joining layer, so that the transparent joining layer comprising the matrix material and the nanoparticles at least 85%, preferably 90%, of the
  • a concentration of the nanoparticles in the matrix material is preferably set so that the thermal
  • the concentration of the nanoparticles in the matrix material has a value between 35% by weight and 85% by weight, preferably between
  • the nanoparticles have a diameter between 1 nanometer and 100 nanometer inclusive.
  • the nanoparticles particularly preferably have a diameter of between 2 nanometers and 30 nanometers.
  • Such small nanoparticles have the advantage over particles with diameters in the micrometer range that the transparency of the
  • Joining layer at least for electromagnetic radiation of the radiation-emitting semiconductor chip, not to be impaired, or to be affected only very slightly.
  • radiation-emitting component is a thickness of
  • Joining layer not larger than 2 microns.
  • the thickness of the joining layer is preferably not greater than 1 micrometer and particularly preferably not greater than 300 nanometers.
  • the joining layer also preferably has one
  • Matrix material compared to the addition of particles with Diameters in the micrometer range are advantageously possible to form a very thin joining layer, since the dimensions of the nanoparticles limit the minimum achievable thickness of the joining layer.
  • a thermal conductivity is preferably
  • Joining layer at least 1 W / mK.
  • the joining layer particularly preferably has a thermal conductivity of at least 3 W / mK.
  • the joining layer has a thermal conductivity of between 1 W / mK and 3 W / mK.
  • the nanoparticles have a coating.
  • the coating is preferably applied to a core of each nanoparticle.
  • each nanoparticle is preferably formed from a core and a coating which is applied to the core, preferably over the entire surface.
  • the coating is special
  • nanoparticles preferably suitable for at least reducing agglomeration of the nanoparticles in the matrix material. Due to the small size, surface effects have a greater influence on the nanoparticles than is the case with larger particles. Therefore, nanoparticles agglomerate particularly easily in a surrounding medium, such as the matrix material, if their surface properties only permit comparatively poor wetting with the surrounding medium.
  • the coating preferably changes the
  • the nanoparticles are preferably functionalized by the coating in such a way that they are distributed particularly well in the matrix material of the joining layer.
  • the coating can have an inorganic or organic character.
  • the coating can have an inorganic or organic character.
  • the coating can have an inorganic or organic character.
  • the nuclei of the nanoparticles particularly preferably have a material with a particularly high thermal conductivity.
  • the material of the cores of the nanoparticles is preferably an inorganic material.
  • the nanoparticles and / or their cores have a material that is selected from the following group: diamond,
  • the matrix material has a polymer or is formed from a polymer.
  • the matrix material has one of the following materials or is formed from one of the following materials: polysiloxane, epoxy, acrylate. Furthermore, it is also possible for the matrix material to have a mixture of at least two of these materials or to consist of a mixture of at least two of these materials. For example, the matrix material has a polysiloxane which is cured by means of hydrosilylation.
  • Hydrosilylation can be thermal or optical
  • the material of the nanoparticles can be chosen such that their refractive index essentially corresponds to the refractive index of the matrix material. In this way, internal reflections within the joining layer are at least reduced.
  • the refractive index of the nanoparticles is deliberately larger or smaller than that of the
  • Matrix material is selected to give the joining layer at least partially diffusely reflecting properties.
  • a material of the cores of the nanoparticles and a material of the coating can be selected such that their
  • Nanoparticle comprising the core and the coating essentially the refractive index of the matrix material
  • the total refractive index of the nanoparticles to be set to be greater or less than that of the matrix material in order to at least partially diffusely reflect the joining layer
  • the active zone is suitable for operating the
  • Radiation exit area of the semiconductor chip is emitted.
  • the active zone preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well or particularly preferably a multiple quantum well structure (MQW) for generating radiation.
  • quantum well structure does not contain any information about the dimensionality of the quantization. It includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence is based on a nitride compound semiconductor material or is formed from a nitride compound semiconductor material.
  • Nitride compound semiconductor materials are
  • Containing compound semiconductor materials containing nitrogen such as the materials from the system In x Al y Ga xy N x with 0 ⁇
  • the active zone of an epitaxial semiconductor layer sequence which is based on a nitride compound semiconductor material or is formed from a nitride compound semiconductor material, generally produces ultraviolet to blue light.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence is based on a phosphide compound semiconductor material or is formed from a phosphide compound semiconductor material.
  • Phosphide Compound semiconductor materials are
  • Containing compound semiconductor materials containing phosphorus such as the materials from the system In x Al y Ga xy P with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0
  • the active zone of an epitaxial semiconductor layer sequence which is based on a nitride compound semiconductor material or is formed from a nitride compound semiconductor material, generally generates light from the green to red spectral range.
  • Compound semiconductor material is based or is formed from an arsenide compound semiconductor material.
  • Arsenic compound semiconductor materials are
  • Containing compound semiconductor materials containing arsenic such as the materials from the system In x Al y Ga xy As with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0
  • the active zone of an epitaxial semiconductor layer sequence which is based on an arsenide compound semiconductor material or is formed from an arsenide compound semiconductor material, generally generates light from the red to infrared spectral range.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence is arranged on a carrier element.
  • the carrier element is preferably transparent to
  • electromagnetic radiation from the active zone in particular for electromagnetic radiation from the first
  • the epitaxial semiconductor layer sequence can be grown epitaxially on the carrier element.
  • the carrier element can be a growth substrate act for the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • Semiconductor layer sequence is grown epitaxially separately from the carrier element on a growth substrate and then transferred to the carrier element.
  • Such semiconductor chips are also referred to as thin-film semiconductor chips.
  • Thin-film semiconductor chips generally send electromagnetic radiation, which is generated in the active zone, predominantly over one of the mounting surfaces
  • the radiation exit area of thin-film semiconductor chips is generally essentially that of the assembly area
  • Thin-film semiconductor chips generally have a predominantly Lambertian radiation pattern.
  • the layer can be, for example, a “distributed Bragg reflector” (DBR) or a metal layer.
  • DBR distributed Bragg reflector
  • the reflective layer is particularly preferably directed
  • electromagnetic radiation which is generated in the active zone of the epitaxial semiconductor layer sequence and is emitted to a mounting surface of the semiconductor chip, for
  • the carrier element is generally not a growth substrate for the epitaxial semiconductor layer sequence. Rather, the epitaxial semiconductor layer sequence is usually open epitaxially deposited on a separate growth substrate and then transferred to the carrier element.
  • a volume-emitting semiconductor chip has one
  • the carrier element is particularly preferably transparent to electromagnetic radiation which is generated in the active zone.
  • the carrier element has one of the following materials or consists of one of the following
  • sapphire, silicon carbide or glass Materials: sapphire, silicon carbide or glass. Sapphire and silicon carbide are usually used as
  • Growth substrate suitable for epitaxial semiconductor layer sequences based on a nitride compound semiconductor material.
  • Volume-emitting semiconductor chips generally send out the electromagnetic radiation generated in the active zone not only via the main surface opposite the mounting surface, but also via side surfaces between the
  • Mounting surface and the main surface are arranged.
  • Side surfaces of the radiation-emitting semiconductor chip are generally essentially formed by side surfaces of the carrier element.
  • the radiation exit surface comprises a volume-emitting one
  • the volume-emitting semiconductor chip particularly preferably has two electrical contacts on the main surface, which lies opposite the mounting surface. The electrical contacts are used to make electrical contact with the
  • connection points that are included in the carrier.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence has a nitride
  • Compound semiconductor material on or is formed from a nitride compound semiconductor material, while the
  • Carrier element has sapphire or is formed from sapphire.
  • the epitaxial is particularly preferred
  • such a semiconductor chip is a volume-emitting semiconductor chip that emits light from the blue to ultraviolet spectral range.
  • the radiation-emitting component According to a further particularly preferred embodiment of the radiation-emitting component, the
  • the carrier element particularly preferably has glass or consists of glass. As a rule, this is the case
  • the component is a carrier
  • the lead frame preferably has one
  • the metallic layer preferably has silver, gold, alloys with silver or alloys with gold or consists of one of these
  • a core element of the lead frame, to which the coating is applied can for example be formed from copper or have copper. It is possible for the lead frame to be encapsulated by a housing body. In this case, the lead frame forms part of a housing.
  • the radiation-emitting component is based, among other things, on the idea of introducing nanoparticles into the joining layer, which preferably have an inorganic, highly thermally conductive material. Because of its small size, it is advantageously possible to make the joining layer comparatively thin
  • nanoparticles generally do not or only slightly impair the optical transparency of the joining layer compared to larger particles.
  • electromagnetic radiation of the active zone reaches the joining layer through the carrier element and the mounting surface of the semiconductor chip. If the joining layer has a high permeability to electromagnetic radiation from the active zone, then electromagnetic radiation passing through the joining layer can advantageously be reflected by the metallic layer of the lead frame.
  • nanoparticles with a coating that particularly preferably at least reduces agglomeration of the nanoparticles in the matrix material.
  • a coating that particularly preferably at least reduces agglomeration of the nanoparticles in the matrix material.
  • no more than 10% and particularly preferably no more than 5% of the nanoparticles in the matrix material are too large
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a radiation-emitting component according to one
  • FIGS. 2 and 3 each show an embodiment of the circular section marked in FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional illustration of a radiation-emitting component according to a further exemplary embodiment. Identical, identical or identically acting elements are provided with the same reference symbols in the figures. The figures and the proportions of the elements shown in the figures among one another are not to scale
  • Embodiment of Figure 1 has one
  • Mounting surface 2 with a transparent joining layer 3 mechanically stable and integrally applied to a carrier 4.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 1 has an epitaxial semiconductor layer sequence 5 with an active zone 6.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 5 is formed from a nitride compound semiconductor material.
  • the active zone 6 is suitable for producing visible blue light.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 1 also has a carrier element 7 which is transparent to the electromagnetic radiation which is generated in the active zone 6 of the epitaxial semiconductor layer sequence 5.
  • Carrier element 7 formed from sapphire. The epitaxial
  • Carrier element 7 grew epitaxially. Alternatively, it is also possible that the epitaxial
  • Semiconductor layer sequence 5 is based on a phosphide compound semiconductor material or an arsenide compound semiconductor material or is formed from one of these materials.
  • Semiconductor layer sequence 5 can be on one
  • Carrier element 7 can be applied, which has glass or consists of glass.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 5 has generally grown epitaxially on a substrate other than the carrier element 7, for example on a substrate which has a semiconductor material or consists of a semiconductor material.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 1 is a volume-emitting semiconductor chip 1 that does not have a main surface 8 that lies opposite the mounting surface 2, but also has side surfaces of the
  • Carrier element 7 emits electromagnetic radiation which is generated in the active zone 6.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 1 has two electrical contacts 9 on the main surface 8, which lies opposite the mounting surface 2. The electrical contacts 9 serve for the electrical contacting of the radiation-emitting
  • the electrical contacts 9 can be electrically conductive with bonding wires
  • the joining layer 3 in the present case has a matrix material 10, into which a multiplicity of nanoparticles 11 have been introduced.
  • the nanoparticles 11 increase the thermal conductivity of the joining layer 3 compared to a joining layer made of a pure one Matrix material 10 with advantage.
  • the matrix material 10 has, for example, a polymer, such as a polysiloxane, an epoxy and / or an acrylate.
  • the nanoparticles 11 have a concentration between inclusive in the matrix material 10. 35% by weight and
  • the nanoparticles 11 preferably have a core 12 and a coating 13.
  • the core 12 of the nanoparticles 11 is formed from an inorganic material.
  • the cores 12 of the nanoparticles 11 are formed from one of the following materials: diamond, S1 3 N 4 ,
  • Coating 13 is applied to the cores 12, preferably over the entire surface.
  • the coating 13 preferably functionalizes the nanoparticles 11 in such a way that their agglomeration in the matrix material 10 is at least largely prevented.
  • the nanoparticles 11 preferably have a diameter that is not larger than 100 nanometers.
  • the joining layer 3 faces the radiation-emitting one
  • Joining layer 3 in the present case exceeds a value of 300
  • semiconductor chips 1 form the material of the joining layer 3 in a groove 14.
  • the throat 14 can completely remove the radiation-emitting semiconductor chip 1
  • the throat 14 usually arises when joining the radiation-emitting semiconductor chips 1 onto the carrier 4.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 1 is generally pressed onto a drop of a liquid joining material which is arranged on the carrier 4.
  • a layer of the liquid joining material is formed between the radiation-emitting semiconductor chip 1 and the carrier 4. It is also possible that liquid joining material emerges laterally and the throat 14 to the
  • the liquid joining material usually includes that
  • the joining layer 3 is produced from the liquid joining material by curing the liquid matrix material.
  • the matrix material 10 has a polysiloxane which is cured by means of hydrosilylation.
  • the hydrosilylation can be activated thermally or optically.
  • the lead frame has one
  • the core element that has copper or is formed from copper.
  • the core element is provided over the entire area with a metallic layer 15, which forms a surface of the lead frame.
  • the metallic layer 15 has, for example, gold and / or silver or an alloy with silver and / or gold. Furthermore, it is also possible for the metallic layer 15 to consist of one of these materials.
  • the section of the radiation-emitting component identified by a circle in FIG. 1 is shown in more detail in FIG. Figure 2 shows in particular a section of the joining layer 3 between the mounting surface 2 of the
  • the joining layer 3 is particularly preferably transparent for
  • Electromagnetic radiation is formed, which is generated in the active zone 6 of the radiation-emitting semiconductor chip 1.
  • Joining layer 3 advantageously increases the thermal
  • FIG. 3 shows another illustration in FIG. 1 with a section of the radiation-emitting component identified by a circle.
  • Figure 3 shows schematically that the
  • Nanoparticles 11 in the joining layer 3 also only in one
  • the joining layer 3 can advantageously be made particularly thin.
  • the joining layer 3 particularly preferably has a thickness which does not exceed 300 nanometers.
  • Embodiment of Figure 4 has one
  • epitaxial semiconductor layer sequence 5 which on a phosphide compound semiconductor material or on a
  • Arsenic semiconductor compound material is based or is formed from one of these materials.
  • the active zone 6 of an epitaxial semiconductor layer sequence which on a Based on phosphide compound semiconductor material, it usually generates electromagnetic radiation from the green to red spectral range, while an epitaxial one
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 5 is applied to a carrier element 7 which is formed from glass. Between the
  • a reflective layer 16 is arranged on the carrier element 7, which emits electromagnetic radiation, which is generated in the active zone 6, to a main surface 8 of the
  • Semiconductor chips 1 steers, which is opposite a mounting surface 2 of the radiation-emitting semiconductor chip 1. Furthermore, the mounting surface 2 of the radiation-emitting semiconductor chip 1 is integrally and mechanically stably connected to a joining layer 3 with a carrier 4.
  • the joining layer 3 in the present case has a polymer
  • Matrix material 10 such as a polysiloxane, an acrylate or an epoxy.
  • a large number of nanoparticles 11 are introduced into the matrix material 10.
  • the nanoparticles 11 have a core 12 made of an inorganic material that has a particularly high thermal conductivity. Suitable
  • the nanoparticles 11 advantageously increase the thermal conductivity of the joining layer 3 compared to a joining layer made of a pure matrix material 10.
  • a coating 13 is applied to the cores 12 of the nanoparticles 11, which functionalizes the nanoparticles 11 in such a way that they are particularly good at
  • the coating 13 advantageously reduces at least a large part of the agglomeration of the nanoparticles 11 in the matrix material 10.
  • the nanoparticles 11 have a concentration in the matrix material 10 which sets the thermal conductivity of the joining layer 3 particularly high, but at the same time has good adhesion between the mounting surface 2 of the
  • the joining layer 3 faces the radiation-emitting one
  • Component of the present embodiment has a comparatively small thickness D.
  • Joining layer 3 in the present case exceeds a value of 1

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Bauelement mit den folgenden Merkmalen angegeben: einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1) und einer transparenten Fügeschicht (3), die den strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1) mit einem Träger (4) mechanisch stabil verbindet, wobei die transparente Fügeschicht (3) ein Matrixmaterial (10) aufweist, in das eine Vielzahl an Nanopartikeln (11) eingebracht ist.

Description

Beschreibung
STRAHLUNGSEMITTIERENDES BAUELEMENT
Es wird ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben.
Ein strahlungsemittierendes Bauelement ist beispielsweise in der Druckschrift US 9,722,159 B2 angegeben.
Es soll ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einem verbesserten Wärmemanagement angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch ein strahlungsemittierendes
Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des strahlungsemittierenden Bauelements sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das
strahlungsemittierende Bauelement einen
strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Der
strahlungsemittierende Halbleiterchip sendet im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer
Strahlungsaustrittsfläche aus. Beispielsweise sendet der strahlungsemittierende Halbleiterchip im Betrieb
ultraviolettes Licht, sichtbares Licht und/oder infrarotes Licht aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das
strahlungsemittierende Bauelement eine transparente
Fügeschicht. Die transparente Fügeschicht verbindet den strahlungsemittierenden Halbleiterchip mechanisch stabil mit einem Träger. Mit dem Begriff "transparent" wird hier und im Folgenden besonders bevorzugt ein Element bezeichnet, das mindestens 85 %, bevorzugt mindestens 90 %, der
elektromagnetischen Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips transmittiert .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Bauelements verbindet die
transparente Fügeschicht den strahlungsemittierenden
Halbleiterchip mechanisch stabil mit dem Träger. Besonders bevorzugt verbindet die transparente Fügeschicht den
strahlungsemittierenden Halbleiterchip stoffschlüssig mit dem Träger. Bevorzugt steht die transparente Fügeschicht
vollflächig in direktem Kontakt mit einer Montagefläche des Halbleiterchips, die zur Montage des Halbleiterchips auf den Träger vorgesehen ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements weist die transparente Fügeschicht ein Matrixmaterial auf, in das eine Vielzahl an Nanopartikeln eingebracht ist. Mit anderen Worten umfasst die transparente Fügeschicht das Matrixmaterial und die Vielzahl an Nanopartikeln oder ist aus dem Matrixmaterial und der Vielzahl an Nanopartikeln gebildet. Mit Vorteil ist es mit Hilfe der Nanopartikel möglich, die thermische Leitfähigkeit der Fügeschicht gegenüber einer herkömmlichen Fügeschicht ohne Nanopartikel deutlich zu erhöhen. Dies führt zu einer besonders guten thermischen Anbindung des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips an den Träger.
Darüber hinaus beeinträchtigen die Nanopartikel die optische Transparenz der Fügeschicht nicht oder nur wenig, so dass die transparente Fügeschicht umfassend das Matrixmaterial und die Nanopartikel mindestens 85%, bevorzugt 90% der
elektromagnetischen Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips transmittiert. Eine Konzentration der Nanopartikel in dem Matrixmaterial wird bevorzugt so eingestellt, dass die thermische
Leitfähigkeit der Fügeschicht möglichst hoch ist, aber die notwendige Adhäsion zwischen der Montagefläche des
Halbleiterchips und dem Träger noch gegeben ist.
Beispielsweise weist die Konzentration der Nanopartikel in dem Matrixmaterial einen Wert zwischen einschließlich 35 Gew% und einschließlich 85 Gew% auf, bevorzugt zwischen
einschließlich 35 Gew% und einschließlich 65 Gew% auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Bauelements weisen die Nanopartikel einen Durchmesser zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer auf. Besonders bevorzugt weisen die Nanopartikel einen Durchmesser zwischen einschließlich 2 Nanometer und einschließlich 30 Nanometer auf. Derart kleine Nanopartikel weisen gegenüber Partikeln mit Durchmessern im Mikrometerbereich den Vorteil auf, die Transparenz der
Fügeschicht zumindest für elektromagnetische Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips nicht oder nur sehr geringfügig zu beeinträchtigen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Bauelements ist eine Dicke der
Fügeschicht nicht größer als 2 Mikrometer. Bevorzugt ist die Dicke der Fügeschicht nicht größer als 1 Mikrometer und besonders bevorzugt nicht größer als 300 Nanometer. Die
Fügeschicht weist zudem besonders bevorzugt eine
vergleichsweise homogene Dicke auf, die nicht mehr als 5 % von dem angegebenen bevorzugten Wert abweicht. Insbesondere ist es durch den Zusatz der Nanopartikel zu dem
Matrixmaterial im Vergleich zu dem Zusatz von Partikeln mit Durchmessern im Mikrometerbereich mit Vorteil möglich, eine sehr dünne Fügeschicht auszubilden, da die Abmessungen der Nanopartikel die minimal erreichbare Dicke der Fügeschicht limitieren .
Mit einer vergleichsweise geringfügigen Dicke der Fügeschicht kann mit Vorteil eine besonders gute thermische Anbindung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips an den Träger
ermöglicht werden. Auf diese Art und Weise wird Wärme, die im Betrieb in dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip erzeugt wird, besonders gut über die Fügeschicht zu dem Träger abtransportiert .
Bevorzugt beträgt eine thermische Leitfähigkeit der
Fügeschicht mindestens 1 W/mK. Besonders bevorzugt weist die Fügeschicht eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 3 W/mK auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Bauelements weist die Fügeschicht eine thermische Leitfähigkeit zwischen einschließlich 1 W/mK und einschließlich 3 W/mK auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Bauelements weisen die Nanopartikel eine Beschichtung auf. Bevorzugt ist die Beschichtung auf einen Kern jedes Nanopartikels aufgebracht. Besonders
bevorzugt ist jedes Nanopartikel aus einem Kern und einer Beschichtung gebildet, die auf den Kern aufgebracht ist, bevorzugt vollflächig. Die Beschichtung ist besonders
bevorzugt dazu geeignet, eine Agglomeration der Nanopartikel in dem Matrixmaterial zumindest zu vermindern. Aufgrund der geringen Größe haben bei den Nanopartikeln Oberflächeneffekte einen größeren Einfluss als dies bei größeren Partikeln der Fall ist. Daher agglomerieren Nanopartikel besonders leicht in einem umgebenden Medium, wie beispielsweise dem Matrixmaterial, falls ihre Oberflächeneigenschaften nur eine vergleichsweise schlechte Benetzung mit dem umgebenden Medium zulassen. Bevorzugt verändert die Beschichtung die
Benetzungsfähigkeit der Nanopartikel mit dem Matrixmaterial, indem die Oberflächeneigenschaften der Nanopartikel an die Oberflächeneigenschaften der Matrix angeglichen werden. Mit anderen Worten werden die Nanopartikel durch die Beschichtung bevorzugt so funktionalisiert, dass sie sich besonders gut in dem Matrixmaterial der Fügeschicht verteilen.
Die Beschichtung kann hierbei einen anorganischen oder organischen Charakter haben. Beispielsweise weist die
Beschichtung ein Silanol, ein Acrylat oder S1O2 auf oder besteht aus einem dieser Materialien.
Besonders bevorzugt weisen die Kerne der Nanopartikel ein Material mit einer besonders hohen thermischen Leitfähigkeit auf. Bevorzugt handelt es sich bei dem Material der Kerne der Nanopartikel um ein anorganisches Material. Beispielsweise weisen die Nanopartikel und/oder deren Kerne ein Material auf, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Diamant,
S13N4, A1N, AI2O3, SiC, Zr02, BN, Hf02, ZnO, GaP, MgF2.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Bauelements weist das Matrixmaterial ein Polymer auf oder ist aus einem Polymer gebildet.
Beispielsweise weist das Matrixmaterial eines der folgenden Materialien auf oder ist aus einem der folgenden Materialien gebildet: Polysiloxan, Epoxid, Acrylat. Weiterhin ist es auch möglich, dass das Matrixmaterial eine Mischung von zumindest zwei dieser Materialien aufweist oder aus einer Mischung von zumindest zwei dieser Materialien besteht. Beispielsweise weist das Matrixmaterial ein Polysiloxan auf, das mittels Hydrosilylierung ausgehärtet wird. Die
Hydrosilylierung kann hierbei thermisch oder optisch
aktiviert werden.
Das Material der Nanopartikel kann derart gewählt sein, dass deren Brechungsindex im Wesentlichen dem Brechungsindex des Matrixmaterials entspricht. Auf diese Art und Weise werden interne Reflexionen innerhalb der Fügeschicht zumindest vermindert .
Weiterhin ist es auch möglich, dass der Brechungsindex der Nanopartikel gezielt größer oder kleiner als der des
Matrixmaterials ausgewählt wird, um der Fügeschicht zumindest teilweise diffus reflektierende Eigenschaften zu verleihen.
Weisen die Nanopartikel eine Beschichtung auf, so können ein Material der Kerne der Nanopartikel und ein Material der Beschichtung derart gewählt sein, dass deren
Gesamtbrechungsindex, also der Brechungsindex des
Nanopartikels , umfassend den Kern und die Beschichtung im Wesentlichen dem Brechungsindex des Matrixmaterials
entspricht. In diesem Fall ist es auch möglich, dass der Gesamtbrechungsindex der Nanopartikel gezielt größer oder kleiner als der des Matrixmaterials eingestellt wird, um der Fügeschicht zumindest teilweise diffus reflektierende
Eigenschaften zu verleihen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Bauelements weist der
strahlungsemittierende Halbleiterchip eine epitaktische
Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone auf. Die aktive Zone ist dazu geeignet, im Betrieb die
elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, die von der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ausgesandt wird .
Die aktive Zone umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfach-Quantentopf- oder besonders bevorzugt eine Mehrfach-QuantentopfStruktur (MQW) zur Strahlungserzeugung. Die Bezeichnung QuantentopfStruktur beinhaltet hierbei keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des
strahlungsemittierenden Bauelements basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial oder ist aus einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial gebildet. Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialien 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. Die aktive Zone einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial basiert oder aus einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, erzeugt in der Regel ultraviolettes bis blaues Licht.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des
strahlungsemittierenden Bauelements basiert die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial oder ist aus einem Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial gebildet. Phosphid- Verbindungshalbleitermaterialien sind
Verbindungshalbleitermaterialien, die Phosphor enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0
< y < 1 und x+y < 1. Die aktive Zone einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial basiert oder aus einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, erzeugt in der Regel Licht aus dem grünen bis roten Spektralbereich.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge auf einem Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial basiert oder aus einem Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist. Arsenid- Verbindungshalbleitermaterialien sind
Verbindungshalbleitermaterialien, die Arsen enthalten, wie die Materialien aus dem System InxAlyGai-x-yAs mit 0 < x < 1, 0
< y < 1 und x+y < 1. Die aktive Zone einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial basiert oder aus einem Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist, erzeugt in der Regel Licht aus dem roten bis infraroten Spektralbereich.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form des
strahlungsemittierenden Bauelements ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Trägerelement angeordnet. Das Trägerelement ist bevorzugt transparent für
elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone, insbesondere für elektromagnetische Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs .
Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge kann epitaktisch auf dem Trägerelement aufgewachsen sein. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Trägerelement um ein Wachstumssubstrat für die epitaktische Halbleiterschichtenfolge handeln.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge separat von dem Trägerelement auf einem Wachstumssubstrat epitaktisch gewachsen und dann auf das Trägerelement übertragen ist. Derartige Halbleiterchips werden auch als Dünnfilmhalbleiterchips bezeichnet.
Dünnfilmhalbleiterchips senden elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone erzeugt wird, in der Regel zum überwiegenden Teil über eine der Montagefläche
gegenüberliegende Hauptfläche aus. Mit anderen Worten ist die Strahlungsaustrittsfläche von Dünnfilmhalbleiterchips in der Regel im Wesentlichen durch die der Montagefläche
gegenüberliegende Hauptfläche gebildet.
Dünnfilmhalbleiterchips weisen in der Regel eine überwiegend Lambert 'sehe Abstrahlcharakteristik auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Bauelements ist zwischen der
epitaktischen Halbleiterschichtenfolge und dem Trägerelement eine spiegelnde Schicht angeordnet. Bei der spiegelnden
Schicht kann es sich beispielsweise um einen „Distributed Bragg Reflektor" (DBR) oder eine Metallschicht handeln. Die spiegelnde Schicht richtet besonders bevorzugt
elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugt und zu einer Montagefläche des Halbleiterchips ausgesandt wird, zur
Strahlungsaustrittsfläche. Auf diese Art und Weise kann die Lichtauskopplung aus dem strahlungsemittierenden Bauelement erhöht werden. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem Trägerelement in der Regel nicht um ein Wachstumssubstrat für die epitaktische Halbleiterschichtenfolge. Vielmehr ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge in der Regel auf einem separaten Wachstumssubstrat epitaktisch abgeschieden und dann auf das Trägerelement übertragen.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem
strahlungsemittierenden Halbleiterchip um einen
volumenemittierenden Halbleiterchip .
Ein volumenemittierender Halbleiterchip weist ein
Trägerelement auf, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde oder auf das die epitaktische Halbleiterschichtenfolge übertragen wurde. Das Trägerelement ist besonders bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone erzeugt wird.
Beispielsweise weist das Trägerelement eines der folgenden Materialien auf oder besteht aus einem der folgenden
Materialien: Saphir, Siliziumcarbid oder Glas. Saphir und Siliziumcarbid sind hierbei in der Regel als
Wachstumssubstrat für epitaktische Halbleiterschichtenfolgen basierend auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial geeignet .
Volumenemittierende Halbleiterchip senden die in der aktiven Zone erzeugte elektromagnetische Strahlung in der Regel nicht nur über die der Montagefläche gegenüberliegende Hauptfläche aus, sondern auch über Seitenflächen, die zwischen der
Montagefläche und der Hauptfläche angeordnet sind. Die
Seitenflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips sind hierbei in der Regel im Wesentlichen durch Seitenflächen des Trägerelements gebildet. Mit anderen Worten umfasst die Strahlungsaustrittsfläche eines volumenemittierenden
Halbleiterchips neben der der Montagefläche
gegenüberliegenden Hauptfläche zumindest auch einen Teil der Seitenflächen . Besonders bevorzugt weist der volumenemittierende Halbleiterchip zwei elektrische Kontakte auf der Hauptfläche auf, die der Montagefläche gegenüberliegt. Die elektrischen Kontakte dienen der elektrischen Kontaktierung des
Halbleiterchips in dem strahlungsemittierenden Bauelement. Beispielsweise werden die elektrischen Kontakte mit
Bonddrähten elektrisch leitend mit elektrischen
Anschlussstellen verbunden, die von dem Träger umfasst sind.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des
strahlungsemittierenden Bauelements weist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ein Nitrid-
Verbindungshalbleitermaterial auf oder ist aus einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial gebildet, während das
Trägerelement Saphir aufweist oder aus Saphir gebildet ist. Besonders bevorzugt ist die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge bei dieser Ausführungsform
epitaktisch auf dem Trägerelement gewachsen. In der Regel handelt es sich bei einem derartigen Halbleiterchip um einen volumenemittierenden Halbleiterchip, der Licht aus dem blauen bis ultravioletten Spektralbereich aussendet.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements basiert die
epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einem Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial oder auf einem Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial oder besteht aus einem dieser beiden Materialien. Bei dieser Ausführungsform weist das Trägerelement besonders bevorzugt Glas auf oder besteht aus Glas. In der Regel handelt es sich bei einem derartigen
Halbleiterchip um einen volumenemittierenden Halbleiterchip, der Licht aus dem grünen bis roten Spektralbereich aussendet. Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden
Bauelements handelt es sich bei dem Träger um einen
Leiterrahmen. Der Leiterrahmen weist bevorzugt eine
Oberfläche auf, die zumindest teilweise durch eine
metallische Schicht gebildet ist. Die metallische Schicht weist bevorzugt Silber, Gold, Legierungen mit Silber oder Legierungen mit Gold auf oder besteht aus einem dieser
Materialien. Die hier beschriebene Fügeschicht ist
insbesondere dazu geeignet, eine besonders gute Haftung zwischen der Montagefläche des strahlungsemittierenden
Halbleiterchips und einer silberhaltigen oder goldhaltigen Oberfläche zu vermitteln, auch bei einer vergleichsweise geringen Dicke der Fügeschicht.
Ein Kernelement des Leiterrahmens, auf den die Beschichtung aufgebracht ist, kann beispielsweise aus Kupfer gebildet sein oder Kupfer aufweisen. Es ist möglich, dass der Leiterrahmen von einem Gehäusekörper umspritzt ist. In diesem Fall bildet der Leiterrahmen einen Teil eines Gehäuses.
Das strahlungsemittierende Bauelement beruht unter anderem auf der Idee, in die Fügeschicht Nanopartikel einzubringen, die bevorzugt ein anorganisches hoch thermisch leitfähiges Material aufweisen. Aufgrund ihrer geringen Größe ist es mit Vorteil möglich, die Fügeschicht vergleichsweise dünn
auszubilden, so dass insgesamt eine gute thermische Anbindung des Halbleiterchips an den Träger erzielt wird.
Außerdem beeinträchtigen Nanopartikel aufgrund ihrer geringen Größe die optische Transparenz der Fügeschicht im Vergleich zu größeren Partikeln in der Regel nicht oder nur wenig.
Insbesondere in Verbindung mit volumenemittierenden Halbleiterchips ist eine transparente Fügeschicht von großem Vorteil, da bei volumenemittierenden Halbleiterchips
elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone durch das Trägerelement und die Montagefläche des Halbleiterchips zu der Fügeschicht gelangt. Weist die Fügeschicht eine hohe Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone auf, so kann durch die Fügeschicht hindurchtretende elektromagnetische Strahlung mit Vorteil von der metallischen Schicht des Leiterrahmens reflektiert werden.
Weiterhin wird vorliegend mit Vorteil vorgeschlagen, die Nanopartikel mit einer Beschichtung zu funktionalisieren, die eine Agglomeration der Nanopartikel in dem Matrixmaterial besonders bevorzugt zumindest vermindert. Bevorzugt sind nicht mehr als 10 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 5 % der Nanopartikel in dem Matrixmaterial zu größeren
Partikeln agglomeriert. Dies trägt weiter zur optischen
Transparenz der Fügeschicht bei.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem
Ausführungsbeispiel .
Die Figuren 2 und 3 zeigen jeweils eine Ausführungsform des in Figur 1 markierten kreisförmigen Ausschnitts.
Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel . 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.
Das strahlungsemittierende Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist einen
strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 auf. Der
strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 ist über eine
Montagefläche 2 mit einer transparenten Fügeschicht 3 mechanisch stabil und stoffschlüssig auf einen Träger 4 aufgebracht .
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 weist eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 5 mit einer aktiven Zone 6 auf. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 5 ist vorliegend aus einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial gebildet. Die aktive Zone 6 ist dazu geeignet, sichtbares blaues Licht zu erzeugen.
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 weist vorliegend weiterhin ein Trägerelement 7 auf, das transparent ist für die elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone 6 der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 5 erzeugt wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das
Trägerelement 7 aus Saphir gebildet. Die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge 5 ist vorliegend auf dem
Trägerelement 7 epitaktisch aufgewachsen . Alternativ ist es auch möglich, das die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge 5 auf einem Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial oder einem Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial basiert oder aus einem dieser Materialien gebildet ist. Die epitaktische
Halbleiterschichtenfolge 5 kann hierbei auf einem
Trägerelement 7 aufgebracht sein, das Glas aufweist oder aus Glas besteht. Bei dieser Ausführungsform ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 5 in der Regel auf einem anderen Substrat als dem Trägerelement 7 epitaktisch gewachsen, beispielsweise auf einem Substrat, das ein Halbleitermaterial aufweist oder aus einem Halbleitermaterial besteht.
Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 handelt es sich vorliegend um einen volumenemittierenden Halbleiterchip 1, der nicht über eine Hauptfläche 8, die der Montagefläche 2 gegenüberliegt, sondern auch über Seitenflächen des
Trägerelements 7 elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone 6 erzeugt wird, aussendet. Außerdem weist der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 zwei elektrische Kontakte 9 auf der Hauptfläche 8 auf, die der Montagefläche 2 gegenüberliegt. Die elektrischen Kontakte 9 dienen der elektrischen Kontaktierung des strahlungsemittierenden
Halbleiterchips 1. Beispielsweise können die elektrischen Kontakte 9 mit Bonddrähten elektrisch leitend mit
elektrischen Anschlussstellen des Träger 4 verbunden werden (nicht dargestellt) .
Die Fügeschicht 3 weist vorliegend ein Matrixmaterial 10 auf, in das eine Vielzahl an Nanopartikeln 11 eingebracht ist. Die Nanopartikel 11 erhöhen die thermische Leitfähigkeit der Fügeschicht 3 gegenüber einer Fügeschicht aus einem reinen Matrixmaterial 10 mit Vorteil. Das Matrixmaterial 10 weist beispielsweise ein Polymer, wie ein Polysiloxan, ein Epoxid und/oder ein Acrylat auf.
Die Nanopartikel 11 weisen in dem Matrixmaterial 10 eine Konzentration zwischen einschließlich. 35 Gew% und
einschließlich 85 Gew% auf, bevorzugt zwischen
einschließlich. 35 Gew% und einschließlich 65 Gew% .
Bevorzugt weisen die Nanopartikel 11 einen Kern 12 und eine Beschichtung 13 auf. Der Kern 12 der Nanopartikel 11 ist vorliegend aus einem anorganischen Material gebildet.
Beispielsweise sind die Kerne 12 der Nanopartikel 11 aus einem der folgenden Materialien gebildet: Diamant, S13N4,
A1N, AI2O3, SiC, Zr02, BN, Hf02, ZnO, GaP, MgF2. Die
Beschichtung 13 ist auf die Kerne 12 aufgebracht, bevorzugt vollflächig. Bevorzugt funktionalisiert die Beschichtung 13 die Nanopartikel 11 derart, dass deren Agglomeration in dem Matrixmaterial 10 zumindest größtenteils verhindert wird. Die Nanopartikel 11 weisen bevorzugt einen Durchmesser auf, der nicht größer ist als 100 Nanometer.
Die Fügeschicht 3 weist bei dem strahlungsemittierenden
Bauelement des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine
vergleichsweise geringe Dicke D auf. Die Dicke D der
Fügeschicht 3 übersteigt vorliegend einen Wert von 300
Nanometer nicht.
An den Seitenflächen des strahlungsemittierenden
Halbleiterchips 1 bildet das Material der Fügeschicht 3 vorliegend eine Kehle 14 aus. Die Kehle 14 kann hierbei den strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 vollständig
umlaufen. Die Kehle 14 entsteht in der Regel beim Fügen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 auf den Träger 4. Beim Fügen wird der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 in der Regel auf einen Tropfen eines flüssigen Fügematerials aufgedrückt, der auf dem Träger 4 angeordnet ist. Bei dem Aufdrücken des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 auf den Träger 4 bildet sich zwischen dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 und dem Träger 4 eine Schicht des flüssigen Fügematerials aus. Außerdem ist es möglich, dass flüssiges Fügematerial seitlich austritt und die Kehle 14 an den
Seitenflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 ausbildet .
Das flüssige Fügematerial umfasst in der Regel das
Matrixmaterial 10 in flüssiger Form, in das die Nanopartikel 11 eingebracht sind. Aus dem flüssigen Fügematerial wird durch Aushärten des flüssigen Matrixmaterials die Fügeschicht 3 erzeugt. Beispielsweise weist das Matrixmaterial 10 ein Polysiloxan auf, das mittels Hydrosilylierung ausgehärtet wird. Die Hydrosilylierung kann hierbei thermisch oder optisch aktiviert werden.
Der Träger 4, auf den der strahlungsemittierende
Halbleiterchip 1 aufgebracht ist, ist vorliegend ein
Leiterrahmen. Der Leiterrahmen weist vorliegend ein
Kernelement auf, das Kupfer aufweist oder aus Kupfer gebildet ist. Das Kernelement ist vorliegend vollflächig mit einer metallischen Schicht 15 versehen, die eine Oberfläche des Leiterrahmens ausbildet. Die metallische Schicht 15 weist beispielsweise Gold und/oder Silber oder eine Legierung mit Silber und/oder Gold auf. Weiterhin ist es auch möglich, dass die metallische Schicht 15 aus einem dieser Materialien besteht . Der in Figur 1 mit einem Kreis gekennzeichnete Ausschnitt des strahlungsemittierenden Bauelements ist in Figur 2 näher dargestellt. Figur 2 zeigt insbesondere einen Ausschnitt der Fügeschicht 3 zwischen der Montagefläche 2 des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 und der
metallischen Schicht 15 des Trägers 4. Die Fügeschicht 3 ist hierbei besonders bevorzugt transparent für
elektromagnetische Strahlung ausgebildet, die in der aktiven Zone 6 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 erzeugt wird. Die Nanopartikel 11 in dem Matrixmaterial 10 der
Fügeschicht 3 erhöhen mit Vorteil die thermische
Leitfähigkeit der Fügeschicht 3, aber beeinträchtigen die optische Transparenz der Fügeschicht 3 für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone nicht oder nur geringfügig.
Figur 3 zeigt eine andere Darstellung in Figur 1 mit einem Kreis gekennzeichneten Ausschnitt des strahlungsemittierenden Bauelements. Figur 3 zeigt schematisch, dass sich die
Nanopartikel 11 in der Fügeschicht 3 auch nur in einer
Monolage anordnen können. Aufgrund des geringen Durchmessers der Nanopartikel 11 kann die Fügeschicht 3 mit Vorteil besonders dünn ausgebildet werden. Besonders bevorzugt weist die Fügeschicht 3 eine Dicke auf, die 300 Nanometer nicht überschreitet .
Das strahlungsemittierende Bauelement gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 4 weist einen
strahlungsemittierenden Halbleiterchip 1 mit einer
epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 5 auf, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial oder auf einem
Arsenid-Halbleiterverbindungsmaterial basiert oder aus einem dieser Materialien gebildet ist. Die aktive Zone 6 einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basiert, erzeugt in der Regel elektromagnetische Strahlung aus dem grünen bis roten Spektralbereich, während eine epitaktische
Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial basiert, in der Regel
elektromagnetische Strahlung aus dem roten bis infraroten Spektralbereich erzeugt.
Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 5 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf ein Trägerelement 7 aufgebracht, das aus Glas gebildet ist. Zwischen der
epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 5 und dem
Trägerelement 7 ist vorliegend eine spiegelnde Schicht 16 angeordnet, die elektromagnetische Strahlung, die in der aktiven Zone 6 erzeugt wird, zu einer Hauptfläche 8 des
Halbleiterchips 1 lenkt, die einer Montagefläche 2 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 gegenüberliegt. Weiterhin ist die Montagefläche 2 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 mit einer Fügeschicht 3 mit einem Träger 4 stoffschlüssig und mechanisch stabil verbunden.
Die Fügeschicht 3 weist vorliegend ein Polymer als
Matrixmaterial 10, wie ein Polysiloxan, ein Acrylat oder ein Epoxid, auf. In das Matrixmaterial 10 ist eine Vielzahl an Nanopartikeln 11 eingebracht. Die Nanopartikel 11 weisen einen Kern 12 aus einem anorganischen Material auf, das eine besonders hohe thermische Leitfähigkeit hat. Geeignete
Materialien für die Kerne 12 sind bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung genannt. Die Nanopartikel 11 erhöhen die thermische Leitfähigkeit der Fügeschicht 3 gegenüber einer Fügeschicht aus einem reinen Matrixmaterial 10 mit Vorteil. Auf die Kerne 12 der Nanopartikel 11 ist vorliegend eine Beschichtung 13 aufgebracht, die die Nanopartikel 11 derart funktionalisiert, dass sie sich besonders gut in dem
Matrixmaterial 10 verteilen. Durch die Beschichtung 13 wird eine Agglomeration der Nanopartikel 11 in dem Matrixmaterial 10 mit Vorteil zumindest zu großen Teilen vermindert.
Die Nanopartikel 11 weisen in dem Matrixmaterial 10 eine Konzentration auf, die die thermische Leitfähigkeit der Fügeschicht 3 besonders hoch einstellt, aber gleichzeitig eine gute Adhäsion zwischen der Montagefläche 2 des
strahlungsemittierenden Halbleiterchips 1 und der Oberfläche des Trägers 4 ermöglicht.
Die Fügeschicht 3 weist bei dem strahlungsemittierenden
Bauelement des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine vergleichsweise geringe Dicke D auf. Die Dicke D der
Fügeschicht 3 übersteigt vorliegend einen Wert von 1
Mikrometer nicht.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Anmeldung DE 102018132955.5, 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 strahlungsemittierender Halbleiterchip
2 Montagefläche
3 Fügeschicht
4 Träger
5 epitaktische Halbleiterschichtenfolge
6 aktive Zone
7 Trägerelernent
8 Hauptfläche
9 elektrischer Kontakt
10 Matrixmaterial
11 Nanopartikel
12 Kern
13 Beschichtung
14 Kehle
15 metallische Schicht
16 spiegelnde Schicht

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes Bauelement mit:
- einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1) und
- einer transparenten Fügeschicht (3), die den
strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1) mit einem Träger (4) mechanisch stabil verbindet, wobei
- die transparente Fügeschicht (3) ein Matrixmaterial (10) aufweist, in das eine Vielzahl an Nanopartikeln (11) eingebracht ist.
2. Strahlungsemittierendes Bauelement nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die Nanopartikel (11) einen Durchmesser zwischen einschließlich 1 Nanometer und einschließlich 100 Nanometer aufweisen .
3. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Nanopartikel (11) einen Durchmesser zwischen einschließlich 2 Nanometer und einschließlich 30 Nanometer aufweisen .
4. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem eine Dicke (D) der Fügeschicht (3) nicht größer ist als 2 Mikrometer .
5. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem eine Dicke (D) der Fügeschicht (3) nicht größer ist als 1 Mikrometer .
6. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Fügeschicht (3) eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 1 W/mK aufweist.
7. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Fügeschicht (3) eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 3 W/mK aufweist.
8. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Kerne (12) der Nanopartikel (11) ein Material aufweisen, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Diamant, Si3N4, A1N, AI2O3, SiC, Zr02, BN, Hf02, ZnO, GaP, MgF2.
9. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem das Matrixmaterial (10) eines der folgenden
Materialien aufweist: Polysiloxan, Epoxid, Acrylat.
10. Strahlungsemittierendes Bauelement nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem das Matrixmaterial (10) ein Polysiloxan aufweist, das mittels Hydrosilylierung ausgehärtet wird, die thermisch oder optisch aktiviert ist.
11. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem die Nanopartikel (11) eine Beschichtung (13)
aufweisen, die eine Agglomeration der Nanopartikel (11) in dem Matrixmaterial (10) zumindest vermindert.
12. Strahlungsemittierendes Bauelement nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die Beschichtung (13) ein Silanol oder ein Acrylat oder SiCt aufweist.
13. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der obigen Ansprüche,
bei dem der strahlungsemittierende Halbleiterchip (1) eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge (5) mit einer aktiven Zone (6) aufweist, wobei
- die aktive Zone (6) im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt, die von einer Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterchips (1) ausgesandt wird,
- die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (5) auf einem Trägerelement (7) aufgebracht ist, das transparent für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone (6) ist.
14. Strahlungsemittierendes Bauelement nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (5) auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert und das Trägerelement (7) Saphir aufweist.
15. Strahlungsemittierendes Bauelement nach Anspruch 13, bei dem die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (5) auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial oder einem
Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basiert und das
Trägerelement (7) Glas aufweist.
16. Strahlungsemittierendes Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem zwischen der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (5) und dem Trägerelement (7) eine spiegelnde Schicht (16) angeordnet ist.
17. Strahlungsemittierendes Bauelement nach einem der obigen
Ansprüche,
bei dem der Träger (4) ein Leiterrahmen ist, dessen
Oberfläche zumindest teilweise durch eine metallische Schicht (15) gebildet ist, die eines der folgenden Materialien aufweist: Silber, Gold, Legierungen mit Gold, Legierungen mit Silber .
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