WO2021028320A1 - Optoelectronic semiconductor component, and method for producing an optoelectronic semiconductor component - Google Patents

Optoelectronic semiconductor component, and method for producing an optoelectronic semiconductor component Download PDF

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WO2021028320A1
WO2021028320A1 PCT/EP2020/072190 EP2020072190W WO2021028320A1 WO 2021028320 A1 WO2021028320 A1 WO 2021028320A1 EP 2020072190 W EP2020072190 W EP 2020072190W WO 2021028320 A1 WO2021028320 A1 WO 2021028320A1
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semiconductor component
layer
optoelectronic semiconductor
cavities
coupling
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PCT/EP2020/072190
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Hermann BECHERT
Gudrun Lindberg
Britta GÖÖTZ
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component and a method for producing an optoelectronic semiconductor component are specified.
  • An optoelectronic semiconductor component is set up in particular to generate and / or detect electromagnetic radiation, in particular light that is perceptible to the human eye.
  • One object to be solved consists in specifying an optoelectronic semiconductor component with a plurality of emission regions which has a particularly high contrast between adjacent emission regions.
  • a further object to be achieved consists in specifying a method for the simplified production of an optoelectronic semiconductor component with a plurality of emission regions, which method has a particularly high contrast between adjacent emission regions.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a semiconductor body with an active region which is set up to emit electromagnetic radiation of a first wavelength range.
  • the first wavelength range is a range from the electromagnetic spectrum with a specific spectral width.
  • the first wavelength range is preferably in a part of the electromagnetic spectrum that is visible to humans.
  • the active area preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating or detecting radiation.
  • the semiconductor component is, for example, a light or photodiode.
  • the semiconductor body further comprises a coupling-out area provided for coupling out the radiation. The coupling-out area is designed to couple out at least part of the electromagnetic radiation generated in the active region from the semiconductor body.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a grid layer which is arranged on the coupling-out area and which comprises a plurality of cavities.
  • the grid layer is not necessarily to be understood as a regular grid which has strictly defined geometric shapes. Rather, only the arrangement of the cavities can be designed like a grid.
  • the shape of the cavities is designed in a grid-like manner, with not all cavities having to be arranged strictly in the manner of a mathematical grid.
  • the cavities are in particular arranged in a plurality of rows and columns.
  • the cavities are arranged in a rectangular, preferably square grid.
  • the cavities are arranged in a hexagonal grid.
  • at least a large part of the cavities is arranged in a grid-like manner, but a partial area of the cavities is not arranged on points of the grid.
  • the grid layer is preferably formed with a metal or silicon.
  • Metal can be deposited easily and precisely, in particular by means of galvanic deposition processes.
  • Silicon can advantageously be etched anisotropically by means of wet chemical processes. This simplifies the production of structures with undercuts, for example.
  • the grating layer has a high reflectivity in particular in the spectral range that is visible to humans.
  • the grating layer has a reflectivity of at least 80%, preferably of at least 90% and particularly preferably of at least 95% in the spectral range visible to humans.
  • the active region is divided into a plurality of separately controllable emission regions.
  • the semiconductor body is in particular a pixelated semiconductor body.
  • the active area is designed as a monolithically contiguous area, the emission areas of which can be controlled electrically separately from one another.
  • an anti-adhesive layer is applied at least in regions to the grating layer.
  • a side surface of the grid layer and a top side of the grid layer facing away from the semiconductor body are covered with the anti-adhesive layer.
  • the non-stick layer prevents or prevents materials from adhering to the grid layer. Otherwise, when filling the Cavities with a liquid material, such as a potting or wavelength conversion material, undesired residues of the material remain on the grating layer. These residues can in particular lead to undesired light conduction between adjacent emission areas, which disadvantageously reduces the contrast between the adjacent emission areas.
  • the non-stick layer thus advantageously avoids a deterioration in the contrast between adjacent emission areas.
  • the non-stick layer favors a deposition of, for example, wavelength conversion material on a bottom surface of the cavities facing the semiconductor body, as a result of which the wavelength conversion material experiences good cooling.
  • the cavities are assigned to the emission regions and completely penetrate the grating layer.
  • the alignment of the cavities in the lateral direction is preferably based on the position of at least one emission region.
  • the grating layer is provided in particular for the optical separation of the emission areas from one another.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises
  • a semiconductor body with an active region for the emission of electromagnetic radiation of a first Wavelength range is set up and a decoupling surface provided for coupling out the radiation and
  • a grid layer which is arranged on the coupling-out surface and comprises a plurality of cavities, wherein
  • the active area is divided into a plurality of separately controllable emission areas
  • a non-stick layer is applied to the grid layer at least in some areas
  • the cavities are assigned to the emission areas and completely penetrate the grid layer.
  • An optoelectronic semiconductor component described here is based, inter alia, on the following considerations: New applications of optoelectronic semiconductor components, for example in virtual reality systems, strive for higher pixel densities to increase the achievable resolution. In the production of pixelated semiconductor bodies with a plurality of emission regions which are closely spaced from one another, it is becoming increasingly difficult to achieve a clear optical separation of the individual emission regions. However, a clear optical separation is advantageous in order to obtain a high contrast between adjacent emission areas.
  • the uniform introduction of wavelength conversion materials into cavities of the grating layer becomes more difficult as the diameter of the cavities decreases. This can result in disadvantageous bridges of wavelength conversion material over a number of emission areas which adversely affect the contrast between these adjacent emission areas Reduce. Furthermore, a small diameter of the cavities makes uniform filling of the individual cavities difficult.
  • the optoelectronic semiconductor component described here makes use, inter alia, of the idea of arranging a non-stick layer for the wavelength conversion material on the grating layer.
  • a non-stick layer prevents or prevents adhesion of
  • Wavelength conversion material on the grating layer thus advantageously contributes to arranging the wavelength conversion material only in the cavities provided for it.
  • Wavelength conversion material on the grating layer is advantageously reduced or prevented, as a result of which a uniform filling of the cavities can be achieved. Furthermore, for example, the undesirable formation of light-conducting bridges made of wavelength conversion material between adjacent emission regions is advantageously reduced or prevented.
  • the anti-stick layer has a silanol bridge which comprises a silyl unit.
  • the material of the non-stick layer has a silanol bridge.
  • a starting material for the silanol bridge is, for example, a silanol.
  • the silanol is preferably bridged to a silicon atom via an oxygen atom.
  • the silyl unit in particular comprises a silicon atom which is bonded to the oxygen atom of the silanol.
  • the silyl unit preferably has various substituents.
  • a halosilane has a silanol bridge.
  • At least one substituent of the silyl unit is a carbon atom.
  • the carbon atom is part of an alkyl group.
  • the anti-stick layer is formed with a halosilane.
  • a halosilane is a silane in which at least one of the substituents is a halogen atom.
  • the halogen atom is preferably a fluorine atom.
  • the non-stick layer is formed, for example, with a mono-, di-, tri- or tetrafluorosilane.
  • At least one substituent of the halosilane is a carbon atom. At least one substituent of the halosilane is a halogen atom and at least one substituent is a carbon atom. At least one substituent of the halosilane is preferably an alkyl group.
  • the anti-stick layer is formed with a fluorocarbon silane.
  • the fluorocarbon silane is completely or only partially fluorinated.
  • At least one substituent of the fluorocarbon silane is a fluorine atom and at least one substituent is a carbon atom.
  • the surface energy is Non-stick layer lower than the surface energy of the grid layer.
  • the surface energy is a measure of the energy that is necessary to break the chemical bonds when a new surface of a liquid or solid is created. Liquids exhibit poor wetting behavior on materials with a reduced surface energy, so that in particular the adhesion of liquids to the surface is reduced or avoided.
  • the non-stick layer is designed as a self-organizing monolayer (SAM, self-assembled monolayer).
  • SAM self-organizing monolayer
  • Self-organizing monolayers are molecular compositions that arise spontaneously on surfaces through adsorption and, with regard to their alignment, form large, ordered areas. Self-assembling monolayers can be used to adjust a surface energy. In particular, a self-assembling monolayer reduces the surface energy of a body.
  • each cavity has a diameter of at most 100 ⁇ m, preferably of at most 40 ⁇ m and particularly preferably of at most 10 ⁇ m.
  • a small cavity enables an advantageously high resolution when used in a pixelated semiconductor body.
  • cavities with a smaller diameter make it difficult, for example, to introduce wavelength conversion material uniformly into the cavities. In the case of an uneven introduction, for example unequal amounts of wavelength conversion materials in different cavities.
  • At least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component at least one
  • Wavelength conversion material arranged in the cavities.
  • a different wavelength conversion material is preferably arranged in adjacent cavities.
  • the wavelength conversion material is used, for example, to convert electromagnetic radiation of the first wavelength range to electromagnetic radiation in a second or third wavelength range that deviates therefrom.
  • the first wavelength range is in the blue
  • the third wavelength range is in the blue
  • the wavelength conversion material is preferably formed with a matrix material into which particles of a converter material are introduced. An attachment of the
  • Wavelength conversion material on the grating layer is reduced or prevented in particular by the non-stick layer.
  • Wavelength conversion material a polysiloxane.
  • Polysiloxane has a high level of radiation permeability and is easy to process using common methods.
  • the polysiloxane is preferably used as matrix material in the wavelength conversion material.
  • a cross-sectional area takes Lattice layer parallel to the coupling-out surface with increasing distance from the coupling-out surface.
  • the cross section runs in particular parallel to the coupling-out surface.
  • the grid layer thus has a shape that tapers to a point with increasing distance from the semiconductor body.
  • a tapering shape of the grating layer advantageously reduces adhesion of, for example, wavelength conversion material to the grating layer.
  • the optoelectronic semiconductor component the
  • Wavelength conversion material has the shape of a lens, the beam axis of which is oriented perpendicular to the decoupling surface.
  • the lens shape is generated, for example, by the surface tension of the converter material.
  • a lenticular wavelength conversion material brings about, for example, advantageous beam shaping with a desired emission characteristic of the electromagnetic radiation from the optoelectronic semiconductor component.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor component is also specified.
  • the optoelectronic component can in particular be produced by means of a method described here. That is to say that all of the features disclosed in connection with the method for producing an optoelectronic semiconductor component are also disclosed for the optoelectronic semiconductor component and vice versa.
  • a semiconductor body is provided with a first one for emitting electromagnetic radiation Active region set up in a wavelength range and a coupling-out surface provided for coupling out the radiation, the active region being divided into a plurality of separately controllable emission regions.
  • a first mask layer is applied to the coupling-out area and the first mask layer is structured, recesses being made in the first mask layer which completely penetrate the first mask layer and the recesses in each case between adjacent emission regions are arranged.
  • the recesses are filled with the material of a grid layer and the first mask layer is subsequently removed.
  • the grid layer is preferably formed with a metal.
  • the grid layer On the side facing away from the semiconductor body, the grid layer has a top side.
  • the grid layer preferably comprises side surfaces which are oriented transversely, in particular perpendicular to the main plane of extent of the grid layer.
  • a second mask layer is applied, which covers the coupling-out area and leaves the grating layer at least partially uncovered.
  • the upper side of the grid layer preferably remains uncovered by the second mask layer.
  • the side surface of the cavities of the grid layer remains uncovered by the second mask layer.
  • an anti-adhesive layer is applied to the grid layer and the second mask layer and the second mask layer is subsequently removed. As a result, the non-stick layer remains only on the grid layer.
  • the first mask layer is formed with a negative photoresist.
  • a negative photoresist polymerizes by exposure and a subsequent baking step and after development the exposed areas remain on the carrier.
  • a negative photoresist is used, for example, to create undercuts.
  • a negative photoresist is therefore particularly advantageous for producing a grating layer with a tapering cross-sectional area.
  • the anti-adhesive layer is deposited by means of a chemical vapor deposition method (CVD method).
  • CVD method chemical vapor deposition method
  • the grating layer is in step C) by means of an electro- applied galvanic process.
  • An electro-galvanic process enables an advantageously high application rate of a metallic structure.
  • structures with a high aspect ratio and / or undercuts can be produced particularly easily by means of an electro-galvanic process.
  • the grating layer is applied in step C) by means of vapor deposition.
  • the cavities are filled with at least one wavelength conversion material.
  • the wavelength conversion material enables, for example, a conversion of the electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range.
  • different cavities can also be filled with different conversion materials.
  • individual cavities are not filled with conversion material or are filled with a radiation-permeable material in order to directly emit the radiation of the emission ranges of the first wavelength range below.
  • the wavelength conversion material is applied by means of spraying. Spray coating enables easy processing of liquid materials.
  • the wavelength conversion material is applied by means of printing. A printing process advantageously enables a particularly targeted application of liquid materials.
  • the wavelength conversion material is applied by means of dispensing. Dispensing allows particularly good control of the amount of material dispensed.
  • Semiconductor component is particularly suitable for use as a pixelated semiconductor emitter in display units or, for example, as a light source for an automobile headlight.
  • FIGS. 1A to 1H show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor component described here in accordance with a first exemplary embodiment in various steps of a method for its production
  • FIGS. 2A to 2E show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor component described here in accordance with a second exemplary embodiment in different steps of a method for its production.
  • FIGS. 1A to 1H show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor component 1 described here in accordance with a first exemplary embodiment in various steps of a method for its production.
  • FIG. 1A shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a step of a method for its production.
  • the semiconductor body 10 comprises an active region 100, which is used to generate electromagnetic radiation of a first
  • the active region 100 has a pn junction and is divided into a plurality of emission regions 1000.
  • the edge length of the emission region 1000 is less than 10 pm.
  • a small edge length of the emission areas 1000 advantageously enables a large number of emission areas 1000 per area.
  • the emission areas 1000 are independent controllable from each other.
  • the semiconductor body 10 further comprises a coupling-out area 10A.
  • the coupling-out surface 10A is provided for coupling out at least part of the electromagnetic radiation of the first wavelength range generated in the active region 100.
  • FIG. 1B shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production.
  • a first mask layer 50 is applied to the coupling-out area 10A of the semiconductor body 10.
  • the first mask layer 50 is formed with a negative photoresist.
  • recesses 500 with undercuts can be formed particularly easily.
  • exposed areas remain, while unexposed areas are detached.
  • the grid layer 20 is formed with silicon, into which an anisotropic structure is etched by means of a wet-chemical etching process, which has undercuts.
  • the first mask layer 50 has a plurality of recesses 500.
  • the recesses 500 have a decreasing cross-sectional area with increasing distance from the coupling-out area 10A.
  • the recesses 500 are each aligned with the areas between two adjacent emission areas 1000.
  • FIG. IC shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production.
  • a grid layer 20 is arranged in the recesses 500 of the first mask layer 50.
  • the grid layer 20 is arranged by means of an electro-galvanic method or by means of vapor deposition. Starting from the coupling-out area 10A, the cross-sectional area of the grating layer 20 decreases with increasing distance from the semiconductor body 10. This results in a tapering shape of the grating layer 20 with increasing distance from the semiconductor body 10.
  • FIG. ID shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production.
  • the first mask layer 50 is completely detached from the semiconductor body 10 and the grating layer 20.
  • the grid layer 20 has a plurality of cavities 200.
  • the cavities 200 are assigned to the emission areas 1000. In each case one cavity 200 is aligned in the lateral direction with one of the emission regions 1000.
  • FIG. IE shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production.
  • a second mask layer 60 is introduced and structured into the cavities 200 of the grid layer 20.
  • the second mask layer 60 is structured in such a way that it only covers the coupling-out area 10A of the semiconductor body 10, but leaves the grating layer 20 uncovered.
  • the side surfaces of the grid layer 20 are exposed.
  • FIG. 1F shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a Method of its manufacture.
  • An anti-adhesive layer 30 is applied to the second mask layer 60 and the grid layer 20.
  • the non-stick layer 30 is applied, for example, by means of a CVD method.
  • the non-stick layer 30 completely covers the second mask layer 60 and the grid layer 20.
  • the non-stick layer 30 comprises a material that forms a self-assembled monolayer (SAM).
  • the anti-stick layer 30 is preferably formed with a fluorocarbon silane. Fluorocarbon silane preferably has a particularly low surface energy, which results in a low wettability of its surface.
  • the non-stick layer 30 reduces or prevents liquids from adhering to it.
  • FIG. IG shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 according to the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production.
  • the second mask layer 60 is completely removed.
  • the cavities 200 are exposed.
  • the side surfaces of the grid layer 20 are covered with the non-stick layer 30.
  • the decoupling surface 10A is at least partially exposed.
  • FIG. 1H shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production.
  • the cavities 200 are partially filled with a wavelength conversion material 40 and partially with a filling material 41.
  • the filling material 41 is radiation-permeable, preferably transparent for electromagnetic radiation of the first wavelength range.
  • the wavelength conversion material 50 and the filler material 41 are applied by means of spraying.
  • Wavelength conversion material 40 comprises a polysiloxane as matrix material and conversion particles embedded therein, which cause a conversion of electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range that deviates therefrom. Different cavities 200 are filled with different wavelength conversion materials 40.
  • the surface energy of the anti-adhesive layer 30 is lower than the surface energy of the grid layer 20.
  • the anti-adhesive layer 30 on the grid layer 20 thus avoids or prevents adhesion of the
  • Wavelength conversion material 40 on the anti-adhesive layer 30 extends only on the coupling-out surface 10A of the semiconductor body 10 and does not wet the anti-adhesive layer 30.
  • the filler material 41 is formed with a polysiloxane which has a high permeability for electromagnetic radiation of the first wavelength range.
  • the filler material 41 is the same material as that in that
  • Wavelength conversion material 40 used matrix material. An adaptation of the anti-adhesive layer 30 to just one material is therefore sufficient. The combination of
  • Wavelength conversion material 40 and the anti-adhesive layer 30 is selected such that adhesion of the wavelength conversion material 40 to the anti-adhesive layer 40 is as difficult as possible.
  • the non-stick layer 30 is on top of that
  • Wavelength conversion material 40 matched or vice versa.
  • the emission regions 1000 which are below the cavity 200 filled with the filling material 41, thus emit their electromagnetic radiation of the first wavelength range directly.
  • FIGS. 2A to 2E show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor component 1 described here in accordance with a second exemplary embodiment in different steps of a method for its production.
  • FIG. 2A shows an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the second exemplary embodiment in a first step of a method for its production.
  • a first mask layer 50 with a plurality of recesses 500 is arranged on a semiconductor body 10, which comprises an active region 100 and a plurality of emission regions 1000.
  • the first mask layer 50 is formed with a positive photoresist.
  • a positive photoresist is removed from its exposed areas and does not form any undercuts.
  • the emission areas 1000 can be controlled separately from one another.
  • the recesses 500 are each arranged between two adjacent emission regions 1000.
  • FIG. 2B shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the second exemplary embodiment in a further step of a method for its production.
  • the recesses 500 of the first mask layer 50 are filled with the material of a grid layer 20.
  • the grid layer 20 is deposited by means of an electro-galvanic process or by means of vapor deposition. After the grid layer 20 has been deposited the first mask layer 50 has been completely removed.
  • the grid layer 20 includes cavities 200 which are assigned to the emission regions 1000.
  • the side walls of the grating layer 20 run perpendicular to the coupling-out surface 10A of the semiconductor body 10.
  • FIG. 2C shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the second exemplary embodiment in a further step of a method for its production.
  • the cavities 200 of the grid layer 20 are filled with a second mask layer 60.
  • the second mask layer 60 ends flush with the grid layer 20 in the top side of the grid layer 20 facing away from the semiconductor body 10.
  • An anti-adhesive layer 30 is applied to the second mask layer 60 and the grid layer 20.
  • the non-stick layer comprises a fluorocarbon silane, which has a particularly low surface energy and thus shows poor wettability.
  • FIG. 2D shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the second exemplary embodiment in a further step of a method for its production.
  • the second mask layer 60 and parts of the anti-adhesive layer 30 have been completely removed.
  • the upper side of the grid layer 20 is completely covered with the anti-stick layer 30.
  • FIG. 2E shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the second exemplary embodiment in a further step of a method for its production.
  • a Wavelength conversion material 40 arranged in at least some of the cavities 200 of the grid layer 20 .
  • the wavelength conversion material 40 is applied by means of spraying.
  • the non-stick layer 30 prevents the wavelength conversion material 40 from sticking to the top of the grating layer 20. Adhesion would result in the formation of light-conducting structures over several emission areas, which would lead to a deterioration in the contrast between these emission areas 1000.
  • At least one of the cavities 200 is not filled with a wavelength conversion material 40. In the unfilled cavity 200, the electromagnetic radiation of the first wavelength range is emitted directly from the emission range 1000 below.

Abstract

An optoelectronic semiconductor component (1) is specified, comprising a semiconductor body (10) having an active region (100) configured for emitting electromagnetic radiation in a first wavelength range, and an output coupling surface (10A) provided for coupling out the radiation. A grating layer (20) comprising a plurality of cavities (200) is arranged on the output coupling surface (10A). The active region (100) is subdivided into a plurality of separately controllable emission regions (1000). An anti-adhesion layer (30) is applied to the grating layer (20) at least regionally. The cavities (200) are assigned to the emission regions (1000) and completely penetrate through the grating layer (20). A method for producing an optoelectronic semiconductor component (1) is furthermore specified.

Description

Beschreibung description
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUROPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT AND METHOD FOR
HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS PRODUCTION OF AN OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT
Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. An optoelectronic semiconductor component and a method for producing an optoelectronic semiconductor component are specified.
Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement ist insbesondere zur Erzeugung und/oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht, eingerichtet. An optoelectronic semiconductor component is set up in particular to generate and / or detect electromagnetic radiation, in particular light that is perceptible to the human eye.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einer Mehrzahl von Emissionsbereichen anzugeben, das einen besonders hohen Kontrast zwischen benachbarten Emissionsbereichen aufweist. One object to be solved consists in specifying an optoelectronic semiconductor component with a plurality of emission regions which has a particularly high contrast between adjacent emission regions.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur vereinfachten Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einer Mehrzahl von Emissionsbereichen anzugeben, das einen besonders hohen Kontrast zwischen benachbarten Emissionsbereichen aufweist. A further object to be achieved consists in specifying a method for the simplified production of an optoelectronic semiconductor component with a plurality of emission regions, which method has a particularly high contrast between adjacent emission regions.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich, der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichtet ist. Der erste Wellenlängenbereich ist ein Bereich aus dem elektromagnetischen Spektrum mit einer bestimmten spektralen Breite. Bevorzugt liegt der erste Wellenlängenbereich in einem für den Menschen sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the optoelectronic semiconductor component comprises a semiconductor body with an active region which is set up to emit electromagnetic radiation of a first wavelength range. The first wavelength range is a range from the electromagnetic spectrum with a specific spectral width. The first wavelength range is preferably in a part of the electromagnetic spectrum that is visible to humans.
Der aktive Bereich umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine EinfachquantentopfStruktur (SQW, single quantum well) oder eine MehrfachquantentopfStruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung oder Detektion. Bei dem Halbleiterbauelement handelt es sich beispielsweise um eine Leucht- oder Photodiode. Ferner umfasst der Halbleiterkörper eine zur Auskopplung der Strahlung vorgesehene Auskoppelfläche. Die Auskoppelfläche ist dazu eingerichtet, zumindest einen Teil der in dem aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung aus dem Halbleiterkörper auszukoppeln. The active area preferably comprises a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating or detecting radiation. The semiconductor component is, for example, a light or photodiode. The semiconductor body further comprises a coupling-out area provided for coupling out the radiation. The coupling-out area is designed to couple out at least part of the electromagnetic radiation generated in the active region from the semiconductor body.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine auf der Auskoppelfläche angeordnete Gitterschicht, die eine Mehrzahl von Kavitäten umfasst. Die Gitterschicht ist nicht notwendigerweise als ein regelmäßiges Gitter zu verstehen, das streng definierte geometrische Formen aufweist. Vielmehr kann lediglich die Anordnung der Kavitäten gitterartig ausgebildet sein. Insbesondere ist die Form der Kavitäten gitterartig ausgebildet, wobei nicht alle Kavitäten streng nach Art eines mathematischen Gitters angeordnet sein müssen. Die Kavitäten sind insbesondere in einer Mehrzahl von Zeilen und Spalten angeordnet. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the optoelectronic semiconductor component comprises a grid layer which is arranged on the coupling-out area and which comprises a plurality of cavities. The grid layer is not necessarily to be understood as a regular grid which has strictly defined geometric shapes. Rather, only the arrangement of the cavities can be designed like a grid. In particular, the shape of the cavities is designed in a grid-like manner, with not all cavities having to be arranged strictly in the manner of a mathematical grid. The cavities are in particular arranged in a plurality of rows and columns.
Insbesondere sind die Kavitäten in einem rechteckigen, bevorzugt quadratischen Gitter angeordnet. Alternativ sind die Kavitäten in einem hexagonalen Gitter angeordnet. Insbesondere ist zumindest ein Großteil der Kavitäten gitterartig angeordnet, ein Teilbereich der Kavitäten ist jedoch nicht auf Punkten des Gitters angeordnet. Bevorzugt ist die Gitterschicht mit einem Metall oder Silizium gebildet. Metall ist insbesondere mittels galvanischer Abscheideverfahren einfach und präzise ab scheidbar. Silizium kann vorteilhaft mittels nasschemischer Verfahren anisotrop geätzt werden. Dadurch ist beispielsweise die Herstellung von Strukturen mit Hinterschneidungen vereinfacht . In particular, the cavities are arranged in a rectangular, preferably square grid. Alternatively, the cavities are arranged in a hexagonal grid. In particular, at least a large part of the cavities is arranged in a grid-like manner, but a partial area of the cavities is not arranged on points of the grid. The grid layer is preferably formed with a metal or silicon. Metal can be deposited easily and precisely, in particular by means of galvanic deposition processes. Silicon can advantageously be etched anisotropically by means of wet chemical processes. This simplifies the production of structures with undercuts, for example.
Die Gitterschicht weist insbesondere in dem für den Menschen sichtbaren Spektralbereich eine hohe Reflektivität auf. Beispielsweise weist die Gitterschicht in dem für den Menschen sichtbaren Spektralbereich eine Reflektivität von mindestens 80%, bevorzugt von mindestens 90% und besonders bevorzugt von mindestens 95% auf. The grating layer has a high reflectivity in particular in the spectral range that is visible to humans. For example, the grating layer has a reflectivity of at least 80%, preferably of at least 90% and particularly preferably of at least 95% in the spectral range visible to humans.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der aktive Bereich in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen unterteilt. Mit anderen Worten, der Halbleiterkörper ist insbesondere ein pixelierter Halbleiterkörper. Der aktive Bereich ist als ein monolithisch zusammenhängender Bereich ausgebildet, dessen Emissionsbereiche getrennt voneinander elektrisch ansteuerbar sind. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the active region is divided into a plurality of separately controllable emission regions. In other words, the semiconductor body is in particular a pixelated semiconductor body. The active area is designed as a monolithically contiguous area, the emission areas of which can be controlled electrically separately from one another.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist auf die Gitterschicht zumindest bereichsweise eine Antihaftschicht aufgebracht. Insbesondere eine Seitenfläche der Gitterschicht und eine dem Halbleiterkörper abgewandte Oberseite der Gitterschicht sind mit der Antihaftschicht bedeckt. Die Antihaftschicht vermeidet oder unterbindet ein Anhaften von Materialien auf der Gitterschicht. Andernfalls können beim Befüllen der Kavitäten mit einem flüssigen Material, etwa einem Verguss oder Wellenlängenkonversionsmaterial, unerwünschte Reste des Materials auf der Gitterschicht verbleiben. Diese Reste können insbesondere zu einer unerwünschten Lichtleitung zwischen benachbarten Emissionsbereichen führen, die den Kontrast zwischen den benachbarten Emissionsbereichen nachteilig vermindert. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, an anti-adhesive layer is applied at least in regions to the grating layer. In particular, a side surface of the grid layer and a top side of the grid layer facing away from the semiconductor body are covered with the anti-adhesive layer. The non-stick layer prevents or prevents materials from adhering to the grid layer. Otherwise, when filling the Cavities with a liquid material, such as a potting or wavelength conversion material, undesired residues of the material remain on the grating layer. These residues can in particular lead to undesired light conduction between adjacent emission areas, which disadvantageously reduces the contrast between the adjacent emission areas.
Die Antihaftschicht vermeidet somit vorteilhaft eine Verschlechterung des Kontrastes zwischen benachbarten Emissionsbereichen. Insbesondere begünstigt die Antihaftschicht eine Ablagerung von beispielsweise Wellenlängenkonversionsmaterial an einer dem Halbleiterkörper zugewandten Bodenfläche der Kavitäten, wodurch das Wellenlängenkonversionsmaterial eine gute Entwärmung erfährt. So ist vorteilhaft die Zuverlässigkeit desThe non-stick layer thus advantageously avoids a deterioration in the contrast between adjacent emission areas. In particular, the non-stick layer favors a deposition of, for example, wavelength conversion material on a bottom surface of the cavities facing the semiconductor body, as a result of which the wavelength conversion material experiences good cooling. The reliability of the
Halbleiterbauelements erhöht, da eine unzulässige Erwärmung des Wellenlängenkonversionsmaterials vermieden wird. Semiconductor component increased, since impermissible heating of the wavelength conversion material is avoided.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die Kavitäten den Emissionsbereichen zugeordnet und durchdringen die Gitterschicht vollständig. Die Ausrichtung der Kavitäten in lateraler Richtung erfolgt bevorzugt auf die Position zumindest eines Emissionsbereichs. Die Gitterschicht ist insbesondere zur optischen Trennung der Emissionsbereiche voneinander vorgesehen. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the cavities are assigned to the emission regions and completely penetrate the grating layer. The alignment of the cavities in the lateral direction is preferably based on the position of at least one emission region. The grating layer is provided in particular for the optical separation of the emission areas from one another.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the optoelectronic semiconductor component comprises
- einen Halbleiterkörper mit einem aktiven Bereich der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichtet ist und einer zur Auskopplung der Strahlung vorgesehenen Auskoppelfläche und- A semiconductor body with an active region for the emission of electromagnetic radiation of a first Wavelength range is set up and a decoupling surface provided for coupling out the radiation and
- eine auf der Auskoppelfläche angeordnete Gitterschicht, die eine Mehrzahl von Kavitäten umfasst, wobei - A grid layer which is arranged on the coupling-out surface and comprises a plurality of cavities, wherein
- der aktive Bereich in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen unterteilt ist, - the active area is divided into a plurality of separately controllable emission areas,
- auf die Gitterschicht zumindest bereichsweise eine Antihaftschicht aufgebracht ist, und a non-stick layer is applied to the grid layer at least in some areas, and
- die Kavitäten den Emissionsbereichen zugeordnet sind und die Gitterschicht vollständig durchdringen. - The cavities are assigned to the emission areas and completely penetrate the grid layer.
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Neue Anwendungen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen, beispielsweise in Virtual-Reality-Systemen streben nach höheren Pixeldichten zur Vergrößerung der erreichbaren Auflösung. Bei der Herstellung von pixelierten Halbleiterkörpern mit einer Mehrzahl von Emissionsbereichen, die einen geringen Abstand voneinander aufweisen, wird es zunehmend schwieriger, eine klare optische Trennung der einzelnen Emissionsbereiche zu erreichen. Eine klare optische Trennung ist jedoch vorteilhaft, um einen hohen Kontrast zwischen benachbarten Emissionsbereichen zu erhalten. Eine Gitterschicht mit einer Mehrzahl von Kavitäten, die die Emissionsbereiche optisch voneinander trennt, erhöht den Kontrast vorteilhaft. Insbesondere wird das gleichmäßige Einbringen von Wellenlängenkonversionsmaterialien in Kavitäten der Gitterschicht mit abnehmendem Durchmesser der Kavitäten schwieriger. Dadurch können nachteilige Brücken von Wellenlängenkonversionsmaterial über mehrere Emissionsbereiche hinweg entstehen, die den Kontrast dieser benachbarten Emissionsbereiche zueinander nachteilig vermindern. Ferner erschwert ein geringer Durchmesser der Kavitäten eine gleichmäßige Befüllung der einzelnen Kavitäten . An optoelectronic semiconductor component described here is based, inter alia, on the following considerations: New applications of optoelectronic semiconductor components, for example in virtual reality systems, strive for higher pixel densities to increase the achievable resolution. In the production of pixelated semiconductor bodies with a plurality of emission regions which are closely spaced from one another, it is becoming increasingly difficult to achieve a clear optical separation of the individual emission regions. However, a clear optical separation is advantageous in order to obtain a high contrast between adjacent emission areas. A grating layer with a plurality of cavities, which optically separates the emission regions from one another, advantageously increases the contrast. In particular, the uniform introduction of wavelength conversion materials into cavities of the grating layer becomes more difficult as the diameter of the cavities decreases. This can result in disadvantageous bridges of wavelength conversion material over a number of emission areas which adversely affect the contrast between these adjacent emission areas Reduce. Furthermore, a small diameter of the cavities makes uniform filling of the individual cavities difficult.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, eine Antihaftschicht für das Wellenlängenkonversionsmaterial auf der Gitterschicht anzuordnen. Eine Antihaftschicht vermeidet oder unterbindet das Anhaften vonThe optoelectronic semiconductor component described here makes use, inter alia, of the idea of arranging a non-stick layer for the wavelength conversion material on the grating layer. A non-stick layer prevents or prevents adhesion of
Wellenlängenkonversionsmaterial auf der Gitterschicht. So trägt die Antihaftschicht vorteilhaft dazu bei, das Wellenlängenkonversionsmaterial lediglich in den dafür vorgesehenen Kavitäten anzuordnen. Insbesondere wird ein Anhaften oder eine Ablagerung vonWavelength conversion material on the grating layer. The non-stick layer thus advantageously contributes to arranging the wavelength conversion material only in the cavities provided for it. In particular, adhesion or deposition of
Wellenlängenkonversionsmaterial auf der Gitterschicht vorteilhaft vermindert oder unterbunden, wodurch sich eine gleichmäßige Befüllung der Kavitäten erreichen lässt. Ferner wird vorteilhaft beispielsweise die unerwünschte Bildung von lichtleitenden Brücken aus Wellenlängenkonversionsmaterial zwischen benachbarten Emissionsbereichen vermindert oder unterbunden . Wavelength conversion material on the grating layer is advantageously reduced or prevented, as a result of which a uniform filling of the cavities can be achieved. Furthermore, for example, the undesirable formation of light-conducting bridges made of wavelength conversion material between adjacent emission regions is advantageously reduced or prevented.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Antihaftschicht eine Silanol- Brücke auf, die eine Silyleinheit umfasst. Mit anderen Worten, das Material der Antihaftschicht weist eine Silanol- Brücke auf. Ein Ausgangsstoff der Silanol-Brücke ist beispielsweise ein Silanol. Das Silanol ist bevorzugt über ein Sauerstoffatom mit einem Siliziumatom verbrückt. Die Silyleinheit umfasst insbesondere ein Siliziumatom, das an das Sauerstoffatom des Silanols gebunden ist. Bevorzugt weist die Silyleinheit verschiedene Substituenten auf. Beispielsweise weist ein Halogensilan eine Silanol-Brücke auf. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the anti-stick layer has a silanol bridge which comprises a silyl unit. In other words, the material of the non-stick layer has a silanol bridge. A starting material for the silanol bridge is, for example, a silanol. The silanol is preferably bridged to a silicon atom via an oxygen atom. The silyl unit in particular comprises a silicon atom which is bonded to the oxygen atom of the silanol. The silyl unit preferably has various substituents. For example, a halosilane has a silanol bridge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zumindest ein Substituent der Silyleinheit ein Kohlenstoffatom. Beispielsweise ist das Kohlenstoffatom Teil einer Alkylgruppe. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, at least one substituent of the silyl unit is a carbon atom. For example, the carbon atom is part of an alkyl group.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Antihaftschicht mit einem Halogensilan gebildet. Ein Halogensilan ist ein Silan, bei dem zumindest einer der Substituenten ein Halogenatom ist. Bevorzugt ist das Halogenatom ein Fluoratom. Die Antihaftschicht ist beispielsweise mit einem Mono-, Di-, Tri- oder Tetrafluorsilan gebildet. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the anti-stick layer is formed with a halosilane. A halosilane is a silane in which at least one of the substituents is a halogen atom. The halogen atom is preferably a fluorine atom. The non-stick layer is formed, for example, with a mono-, di-, tri- or tetrafluorosilane.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zumindest ein Substituent des Halogensilans ein Kohlenstoffatom. Zumindest ein Substituent des Halogensilans ist ein Halogenatom und zumindest ein Substituent ist ein Kohlenstoffatom. Bevorzugt ist zumindest ein Substituent des Halogensilans eine Alkylgruppe. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, at least one substituent of the halosilane is a carbon atom. At least one substituent of the halosilane is a halogen atom and at least one substituent is a carbon atom. At least one substituent of the halosilane is preferably an alkyl group.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Antihaftschicht mit einem Fluorkohlenstoffsilan gebildet. Das Fluorkohlenstoffsilan ist beispielsweise ganz oder nur teilweise fluoriert. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the anti-stick layer is formed with a fluorocarbon silane. For example, the fluorocarbon silane is completely or only partially fluorinated.
Insbesondere ist zumindest ein Substituent des Fluorkohlenstoffsilans ein Fluoratom und zumindest ein Substituent ist ein Kohlenstoffatom. In particular, at least one substituent of the fluorocarbon silane is a fluorine atom and at least one substituent is a carbon atom.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Oberflächenenergie der Antihaftschicht geringer als die Oberflächenenergie der Gitterschicht. Die Oberflächenenergie ist ein Maß für die Energie, die zum Aufbrechen der chemischen Bindungen notwendig ist, wenn eine neue Oberfläche einer Flüssigkeit oder eines Festkörpers erzeugt wird. Auf Materialien einer verringerten Oberflächenenergie zeigen Flüssigkeiten ein schlechteres Benetzungsverhalten, so dass insbesondere ein Anhaften von Flüssigkeiten auf der Oberfläche vermindert oder vermieden wird. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the surface energy is Non-stick layer lower than the surface energy of the grid layer. The surface energy is a measure of the energy that is necessary to break the chemical bonds when a new surface of a liquid or solid is created. Liquids exhibit poor wetting behavior on materials with a reduced surface energy, so that in particular the adhesion of liquids to the surface is reduced or avoided.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Antihaftschicht als eine selbstorganisierende Monoschicht (SAM, self-assembled monolayer) ausgebildet. Selbstorganisierende Monoschichten sind molekulare Zusammensetzungen, die spontan auf Oberflächen durch Adsorption entstehen und sich dabei hinsichtlich ihrer Ausrichtung großflächige geordnete Bereiche bilden. Selbstorganisierende Monoschichten können zur Einstellung einer Oberflächenenergie eingesetzt werden. Insbesondere verringert eine selbstorganisierende Monoschicht die Oberflächenenergie eines Körpers. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the non-stick layer is designed as a self-organizing monolayer (SAM, self-assembled monolayer). Self-organizing monolayers are molecular compositions that arise spontaneously on surfaces through adsorption and, with regard to their alignment, form large, ordered areas. Self-assembling monolayers can be used to adjust a surface energy. In particular, a self-assembling monolayer reduces the surface energy of a body.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist jede Kavität einen Durchmesser von höchstens 100 gm, bevorzugt von höchstens 40 gm und besonders bevorzugt von höchstens 10 gm auf. Eine kleine Kavität ermöglicht eine vorteilhaft hohe Auflösung bei der Anwendung in einem pixelierten Halbleiterkörper. Nachteilig erschweren Kavitäten mit einem geringeren Durchmesser beispielsweise das gleichmäßige Einbringen von Wellenlängenkonversionsmaterial in die Kavitäten. Bei einem ungleichmäßigen Einbringen ergeben sich beispielsweise ungleiche Mengen von Wellenlängenkonversionsmaterialien in unterschiedlichen Kavitäten. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, each cavity has a diameter of at most 100 μm, preferably of at most 40 μm and particularly preferably of at most 10 μm. A small cavity enables an advantageously high resolution when used in a pixelated semiconductor body. Disadvantageously, cavities with a smaller diameter make it difficult, for example, to introduce wavelength conversion material uniformly into the cavities. In the case of an uneven introduction, for example unequal amounts of wavelength conversion materials in different cavities.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zumindest einAccording to at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, at least one
Wellenlängenkonversionsmaterial in den Kavitäten angeordnet. Bevorzugt ist in benachbarten Kavitäten ein unterschiedliches Wellenlängenkonversionsmaterials angeordnet. Das Wellenlängenkonversionsmaterial wird beispielsweise zur Konversion von elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs zu elektromagnetischer Strahlung in einem davon abweichenden zweiten oder dritten Wellenlängenbereich eingesetzt. Beispielsweise liegen der erste Wellenlängenbereich im blauen, der zweite Wellenlängenbereich im roten und der dritteWavelength conversion material arranged in the cavities. A different wavelength conversion material is preferably arranged in adjacent cavities. The wavelength conversion material is used, for example, to convert electromagnetic radiation of the first wavelength range to electromagnetic radiation in a second or third wavelength range that deviates therefrom. For example, the first wavelength range is in the blue, the second wavelength range in the red and the third
Wellenlängenbereich im grünen Spektralbereich. Bevorzugt ist das Wellenlängenkonversionsmaterial mit einem Matrixmaterial gebildet, in das Partikel eines Konvertermaterials eingebracht sind. Ein Anhaften desWavelength range in the green spectral range. The wavelength conversion material is preferably formed with a matrix material into which particles of a converter material are introduced. An attachment of the
Wellenlängenkonversionsmaterials an der Gitterschicht wird insbesondere von der Antihaftschicht vermindert oder unterbunden . Wavelength conversion material on the grating layer is reduced or prevented in particular by the non-stick layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dasIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, this comprises
Wellenlängenkonversionsmaterial ein Polysiloxan. Polysiloxan weist eine hohe Strahlungsdurchlässigkeit auf und ist mit gängigen Verfahren einfach zu verarbeiten. Bevorzugt ist das Polysiloxan in dem Wellenlängenkonversionsmaterial als Matrixmaterial eingesetzt. Wavelength conversion material a polysiloxane. Polysiloxane has a high level of radiation permeability and is easy to process using common methods. The polysiloxane is preferably used as matrix material in the wavelength conversion material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements nimmt eine Querschnittsfläche der Gitterschicht parallel zur Auskoppelfläche mit zunehmendem Abstand von der Auskoppelfläche ab. Der Querschnitt verläuft insbesondere parallel zur Auskoppelfläche. Die Gitterschicht weist somit eine mit zunehmendem Abstand von dem Halbleiterkörper spitz zulaufende Form auf. Eine spitz zulaufende Form der Gitterschicht vermindert vorteilhaft ein Anhaften, von beispielsweise Wellenlängenkonversionsmaterial, an der Gitterschicht. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, a cross-sectional area takes Lattice layer parallel to the coupling-out surface with increasing distance from the coupling-out surface. The cross section runs in particular parallel to the coupling-out surface. The grid layer thus has a shape that tapers to a point with increasing distance from the semiconductor body. A tapering shape of the grating layer advantageously reduces adhesion of, for example, wavelength conversion material to the grating layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist dasIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the
Wellenlängenkonversionsmaterial die Form einer Linse auf, deren Strahlachse senkrecht zur Auskoppelfläche orientiert ist. Die Linsenform wird beispielsweise durch die Oberflächenspannung des Konvertermaterials erzeugt. Ein linsenförmiges Wellenlängenkonversionsmaterial bewirkt beispielsweise eine vorteilhafte Strahlformung mit einer gewünschten Abstrahlcharakteristik der elektromagnetischen Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement. Wavelength conversion material has the shape of a lens, the beam axis of which is oriented perpendicular to the decoupling surface. The lens shape is generated, for example, by the surface tension of the converter material. A lenticular wavelength conversion material brings about, for example, advantageous beam shaping with a desired emission characteristic of the electromagnetic radiation from the optoelectronic semiconductor component.
Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Das optoelektronische Bauelement kann insbesondere mittels einem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das heißt, sämtliche im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement offenbart und umgekehrt. A method for producing an optoelectronic semiconductor component is also specified. The optoelectronic component can in particular be produced by means of a method described here. That is to say that all of the features disclosed in connection with the method for producing an optoelectronic semiconductor component are also disclosed for the optoelectronic semiconductor component and vice versa.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich und einer zur Auskopplung der Strahlung vorgesehenen Auskoppelfläche, wobei der aktive Bereich in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen unterteilt ist. According to at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, a semiconductor body is provided with a first one for emitting electromagnetic radiation Active region set up in a wavelength range and a coupling-out surface provided for coupling out the radiation, the active region being divided into a plurality of separately controllable emission regions.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein Aufbringen einer ersten Maskenschicht auf die Auskoppelfläche und das Strukturieren der ersten Maskenschicht, wobei in die erste Maskenschicht Ausnehmungen eingebracht werden, die die erste Maskenschicht vollständig durchdringen und wobei die Ausnehmungen jeweils zwischen benachbarten Emissionsbereichen angeordnet sind. According to at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, a first mask layer is applied to the coupling-out area and the first mask layer is structured, recesses being made in the first mask layer which completely penetrate the first mask layer and the recesses in each case between adjacent emission regions are arranged.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein Befüllen der Ausnehmungen mit dem Material einer Gitterschicht und anschließendes Entfernen der ersten Maskenschicht. Die Gitterschicht ist bevorzugt mit einem Metall gebildet. Auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite weist die Gitterschicht eine Oberseite auf. Die Gitterschicht umfasst bevorzugt Seitenflächen, die quer, insbesondere senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Gitterschicht ausgerichtet sind. In accordance with at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, the recesses are filled with the material of a grid layer and the first mask layer is subsequently removed. The grid layer is preferably formed with a metal. On the side facing away from the semiconductor body, the grid layer has a top side. The grid layer preferably comprises side surfaces which are oriented transversely, in particular perpendicular to the main plane of extent of the grid layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein Aufbringen einer zweiten Maskenschicht, die die Auskoppelfläche bedeckt und die Gitterschicht zumindest teilweise unbedeckt lässt. Bevorzugt bleibt die Oberseite der Gitterschicht von der zweiten Maskenschicht unbedeckt. Beispielsweise bleibt die Seitenfläche der Kavitäten der Gitterschicht von der zweiten Maskenschicht unbedeckt. Mit anderen Worten, sämtliche Flächen, auf die eine Antihaftschicht aufgebracht werden soll bleiben von der zweiten Maskenschicht bevorzugt unbedeckt. In accordance with at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, a second mask layer is applied, which covers the coupling-out area and leaves the grating layer at least partially uncovered. The upper side of the grid layer preferably remains uncovered by the second mask layer. For example, the side surface of the cavities of the grid layer remains uncovered by the second mask layer. With In other words, all surfaces to which an anti-stick layer is to be applied preferably remain uncovered by the second mask layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein Aufbringen einer Antihaftschicht auf die Gitterschicht und die zweite Maskenschicht und ein anschließendes Entfernen der zweiten Maskenschicht. Folglich bleibt die Antihaftschicht nur auf der Gitterschicht zurück. According to at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, an anti-adhesive layer is applied to the grid layer and the second mask layer and the second mask layer is subsequently removed. As a result, the non-stick layer remains only on the grid layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die erste Maskenschicht mit einem Negativ-Photolack gebildet. Ein Negativ-Photolack polymerisiert durch Belichtung und einem nachfolgenden Ausheizschritt und nach der Entwicklung bleiben die belichteten Bereiche auf dem Träger zurück. Ein Negativ-Photolack wird beispielsweise zur Erzeugung von Hinterschneidungen eingesetzt. Zur Erzeugung einer Gitterschicht mit einer spitz zulaufenden Querschnittsfläche ist daher ein Negativ-Photolack besonders vorteilhaft . In accordance with at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, the first mask layer is formed with a negative photoresist. A negative photoresist polymerizes by exposure and a subsequent baking step and after development the exposed areas remain on the carrier. A negative photoresist is used, for example, to create undercuts. A negative photoresist is therefore particularly advantageous for producing a grating layer with a tapering cross-sectional area.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird die Antihaftschicht mittels eines Chemical Vapour Deposition-Verfahrens (CVD-Verfahren) abgeschieden. Vorteilhaft wird so eine besonders gleichmäßige Antihaftschicht ausgebildet. In accordance with at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, the anti-adhesive layer is deposited by means of a chemical vapor deposition method (CVD method). A particularly uniform non-stick layer is advantageously formed in this way.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird die Gitterschicht in Schritt C) mittels einem elektro- galvanischen Verfahren aufgebracht. Ein elektro-galvanisches Verfahren ermöglicht eine vorteilhaft hohe Auftragsrate einer metallischen Struktur. Insbesondere sind Strukturen mit einem hohen Aspektverhältnis und/oder Hinterschneidungen besonders einfach mittels einem elektro-galvanischen Verfahren herstellbar . According to at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, the grating layer is in step C) by means of an electro- applied galvanic process. An electro-galvanic process enables an advantageously high application rate of a metallic structure. In particular, structures with a high aspect ratio and / or undercuts can be produced particularly easily by means of an electro-galvanic process.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird die Gitterschicht in Schritt C) mittels Aufdampfen aufgebracht . In accordance with at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, the grating layer is applied in step C) by means of vapor deposition.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements werden die Kavitäten nach dem Schritt E) in einem weiteren Schritt F) mit zumindest einem Wellenlängenkonversionsmaterial befüllt. Das Wellenlängenkonversionsmaterial ermöglicht beispielsweise eine Konversion der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in eine elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs. Insbesondere können verschiedene Kavitäten auch mit unterschiedlichen Konversionsmaterialien befüllt werden. Beispielsweise sind einzelne Kavitäten nicht mit Konversionsmaterial gefüllt oder mit einem strahlungsdurchlässigen Material befüllt, um die Strahlung der darunterliegenden Emissionsbereiche des ersten Wellenlängenbereichs direkt zu emittieren. In accordance with at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, after step E), in a further step F) the cavities are filled with at least one wavelength conversion material. The wavelength conversion material enables, for example, a conversion of the electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range. In particular, different cavities can also be filled with different conversion materials. For example, individual cavities are not filled with conversion material or are filled with a radiation-permeable material in order to directly emit the radiation of the emission ranges of the first wavelength range below.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird das Wellenlängenkonversionsmaterial mittels Sprühen aufgebracht. Sprühen (engl. Spraycoating) ermöglicht eine einfache Verarbeitung von flüssigen Materialien. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird das Wellenlängenkonversionsmaterial mittels Drucken aufgebracht. Ein Druckverfahren ermöglicht vorteilhaft eine besonders zielgerichtete Aufbringung von flüssigen Materialien . In accordance with at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, the wavelength conversion material is applied by means of spraying. Spray coating enables easy processing of liquid materials. In accordance with at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, the wavelength conversion material is applied by means of printing. A printing process advantageously enables a particularly targeted application of liquid materials.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird das Wellenlängenkonversionsmaterial mittels Dispensing aufgebracht. Dispensing erlaubt eine besonders gute Kontrolle einer abgegebenen Materialmenge. In accordance with at least one embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor component, the wavelength conversion material is applied by means of dispensing. Dispensing allows particularly good control of the amount of material dispensed.
Ein hier beschriebenes optoelektronischesAn optoelectronic one described here
Halbleiterbauelement eignet sich insbesondere zum Einsatz als pixelierter Halbleiteremitter in Anzeigeeinheiten oder beispielsweise als Lichtquelle für einen Automobilscheinwerfer . Semiconductor component is particularly suitable for use as a pixelated semiconductor emitter in display units or, for example, as a light source for an automobile headlight.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Ausführungsbeispielen. Further advantages and advantageous configurations and developments of the optoelectronic semiconductor component emerge from the following exemplary embodiments in connection with the illustrated in the figures.
Es zeigen: Show it:
Figuren 1A bis 1H schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Schritten eines Verfahrens zu seiner Herstellung, und Figuren 2A bis 2E schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Schritten eines Verfahrens zu seiner Herstellung. FIGS. 1A to 1H show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor component described here in accordance with a first exemplary embodiment in various steps of a method for its production, and FIGS. 2A to 2E show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor component described here in accordance with a second exemplary embodiment in different steps of a method for its production.
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. 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 are not to be regarded as being to scale. Rather, individual elements can be shown exaggeratedly large for better illustration and / or for better understanding.
Die Figuren 1A bis 1H zeigen schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Schritten eines Verfahrens zu seiner Herstellung. FIGS. 1A to 1H show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor component 1 described here in accordance with a first exemplary embodiment in various steps of a method for its production.
Figur 1A zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Der Halbleiterkörper 10 umfasst einen aktiven Bereich 100, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eines erstenFIG. 1A shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a step of a method for its production. The semiconductor body 10 comprises an active region 100, which is used to generate electromagnetic radiation of a first
Wellenlängenbereichs vorgesehen ist. Der aktive Bereich 100 weist einen pn-Übergang auf und ist in eine Mehrzahl von Emissionsbereichen 1000 unterteilt. Die Kantenlänge der Emissionsbereichs 1000 beträgt weniger als 10 pm. Eine geringe Kantenlänge der Emissionsbereiche 1000 ermöglicht vorteilhaft eine hohe Anzahl von Eimissionsbereichen 1000 pro Fläche. Die Emissionsbereiche 1000 sind unabhängig voneinander ansteuerbar. Ferner umfasst der Halbleiterkörper 10 eine Auskoppelfläche 10A. Die Auskoppelfläche 10A ist zur Auskopplung von zumindest einem Teil der in dem aktiven Bereich 100 erzeugten elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs vorgesehen. Wavelength range is provided. The active region 100 has a pn junction and is divided into a plurality of emission regions 1000. The edge length of the emission region 1000 is less than 10 pm. A small edge length of the emission areas 1000 advantageously enables a large number of emission areas 1000 per area. The emission areas 1000 are independent controllable from each other. The semiconductor body 10 further comprises a coupling-out area 10A. The coupling-out surface 10A is provided for coupling out at least part of the electromagnetic radiation of the first wavelength range generated in the active region 100.
Figur 1B zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Auf der Auskoppelfläche 10A des Halbleiterkörpers 10 ist eine erste Maskenschicht 50 aufgebracht. Die erste Maskenschicht 50 ist mit einem Negativ-Photolack gebildet. In einem Negativ-Photolack können besonders einfach Ausnehmungen 500 mit Hinterschneidungen gebildet werden. Bei einem Negativ-Photolack bleiben belichtete Bereiche zurück, während unbelichtete Bereiche abgelöst werden. Alternativ ist die Gitterschicht 20 mit Silizium gebildet, in das mittels eines nasschemischen Ätz verfahrens eine anisotrope Struktur eingeätzt wird, die Hinterschneidungen aufweist. FIG. 1B shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production. A first mask layer 50 is applied to the coupling-out area 10A of the semiconductor body 10. The first mask layer 50 is formed with a negative photoresist. In a negative photoresist, recesses 500 with undercuts can be formed particularly easily. With a negative photoresist, exposed areas remain, while unexposed areas are detached. Alternatively, the grid layer 20 is formed with silicon, into which an anisotropic structure is etched by means of a wet-chemical etching process, which has undercuts.
Die erste Maskenschicht 50 weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen 500 auf. Die Ausnehmungen 500 weisen mit zunehmendem Abstand von der Auskoppelfläche 10A eine abnehmende Querschnittsfläche auf. Die Ausnehmungen 500 sind jeweils auf die Bereiche zwischen zwei benachbarten Emissionsbereichen 1000 ausgerichtet. The first mask layer 50 has a plurality of recesses 500. The recesses 500 have a decreasing cross-sectional area with increasing distance from the coupling-out area 10A. The recesses 500 are each aligned with the areas between two adjacent emission areas 1000.
Figur IC zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. In den Ausnehmungen 500 der ersten Maskenschicht 50 ist eine Gitterschicht 20 angeordnet. Die Gitterschicht 20 ist mittels eines elektro-galvanischen Verfahrens oder mittels Aufdampfen angeordnet. Die Querschnittsfläche der Gitterschicht 20 nimmt, ausgehend von der Auskoppelfläche 10A, mit zunehmendem Abstand von dem Halbleiterkörper 10 ab. Somit ergibt sich eine spitz zulaufende Form der Gitterschicht 20 mit zunehmendem Abstand von dem Halbleiterkörper 10. FIG. IC shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production. A grid layer 20 is arranged in the recesses 500 of the first mask layer 50. The grid layer 20 is arranged by means of an electro-galvanic method or by means of vapor deposition. Starting from the coupling-out area 10A, the cross-sectional area of the grating layer 20 decreases with increasing distance from the semiconductor body 10. This results in a tapering shape of the grating layer 20 with increasing distance from the semiconductor body 10.
Figur ID zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die erste Maskenschicht 50 ist vollständig von dem Halbleiterkörper 10 und der Gitterschicht 20 abgelöst. Die Gitterschicht 20 weist eine Mehrzahl von Kavitäten 200 auf. Die Kavitäten 200 sind den Emissionsbereichen 1000 zugeordnet. Jeweils eine Kavität 200 ist in lateraler Richtung auf einen der Emissionsbereiche 1000 ausgerichtet. FIG. ID shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production. The first mask layer 50 is completely detached from the semiconductor body 10 and the grating layer 20. The grid layer 20 has a plurality of cavities 200. The cavities 200 are assigned to the emission areas 1000. In each case one cavity 200 is aligned in the lateral direction with one of the emission regions 1000.
Figur IE zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. In die Kavitäten 200 der Gitterschicht 20 ist eine zweite Maskenschicht 60 eingebracht und strukturiert. Die zweite Maskenschicht 60 ist derart strukturiert, dass sie nur die Auskoppelfläche 10A des Halbleiterkörpers 10 bedeckt, jedoch die Gitterschicht 20 unbedeckt lässt. Die Seitenflächen der Gitterschicht 20 sind freigelegt . FIG. IE shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production. A second mask layer 60 is introduced and structured into the cavities 200 of the grid layer 20. The second mask layer 60 is structured in such a way that it only covers the coupling-out area 10A of the semiconductor body 10, but leaves the grating layer 20 uncovered. The side surfaces of the grid layer 20 are exposed.
Figur 1F zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Auf die zweite Maskenschicht 60 und die Gitterschicht 20 ist eine Antihaftschicht 30 aufgebracht. Die Antihaftschicht 30 ist beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens aufgebracht. Die Antihaftschicht 30 bedeckt die zweite Maskenschicht 60 und die Gitterschicht 20 vollständig. Die Antihaftschicht 30 umfasst ein Material, das eine Self-Assembled Monolayer (SAM) ausbildet. Bevorzugt ist die Antihaftschicht 30 mit einem Fluorkohlenstoffsilan gebildet. Fluorkohlenstoffsilan weist bevorzugt eine besonders geringe Oberflächenenergie auf, wodurch sich eine geringe Benetzbarkeit seiner Oberfläche einstellt. Die Antihaftschicht 30 vermindert oder unterbindet ein Anhaften von Flüssigkeiten an ihr. FIG. 1F shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a Method of its manufacture. An anti-adhesive layer 30 is applied to the second mask layer 60 and the grid layer 20. The non-stick layer 30 is applied, for example, by means of a CVD method. The non-stick layer 30 completely covers the second mask layer 60 and the grid layer 20. The non-stick layer 30 comprises a material that forms a self-assembled monolayer (SAM). The anti-stick layer 30 is preferably formed with a fluorocarbon silane. Fluorocarbon silane preferably has a particularly low surface energy, which results in a low wettability of its surface. The non-stick layer 30 reduces or prevents liquids from adhering to it.
Figur IG zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die zweite Maskenschicht 60 ist vollständig entfernt. Die Kavitäten 200 sind freigelegt. Die Seitenflächen der Gitterschicht 20 sind mit der Antihaftschicht 30 bedeckt. Die Auskoppelfläche 10A ist zumindest teilweise freigelegt. FIG. IG shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 according to the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production. The second mask layer 60 is completely removed. The cavities 200 are exposed. The side surfaces of the grid layer 20 are covered with the non-stick layer 30. The decoupling surface 10A is at least partially exposed.
Figur 1H zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die Kavitäten 200 sind teilweise mit einem Wellenlängenkonversionsmaterial 40 und teilweise mit einem Füllmaterial 41 befüllt. Das Füllmaterial 41 ist strahlungsdurchlässig, bevorzugt transparent für elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs ausgeführt . Das Wellenlängenkonversionsmaterial 50 und das Füllmaterial 41 sind mittels Sprühen aufgebracht. DasFIG. 1H shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the first exemplary embodiment in a further step of a method for its production. The cavities 200 are partially filled with a wavelength conversion material 40 and partially with a filling material 41. The filling material 41 is radiation-permeable, preferably transparent for electromagnetic radiation of the first wavelength range. The wavelength conversion material 50 and the filler material 41 are applied by means of spraying. The
Wellenlängenkonversionsmaterial 40 umfasst ein Polysiloxan als Matrixmaterial und darin eingebettete Konversionspartikel, die eine Konversion von elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines davon abweichenden zweiten Wellenlängenbereichs bewirken. Verschiedene Kavitäten 200 sind mit verschiedenen Wellenlängenkonversionsmaterialien 40 befüllt. Wavelength conversion material 40 comprises a polysiloxane as matrix material and conversion particles embedded therein, which cause a conversion of electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range that deviates therefrom. Different cavities 200 are filled with different wavelength conversion materials 40.
Die Oberflächenenergie der Antihaftschicht 30 ist geringer als die Oberflächenenergie der Gitterschicht 20. Die Antihaftschicht 30 auf der Gitterschicht 20 vermeidet oder unterbindet somit ein Anhaften desThe surface energy of the anti-adhesive layer 30 is lower than the surface energy of the grid layer 20. The anti-adhesive layer 30 on the grid layer 20 thus avoids or prevents adhesion of the
Wellenlängenkonversionsmaterials 40 auf der Antihaftschicht 30. Das Wellenlängenkonversionsmaterial 40 erstreckt sich lediglich auf der Auskoppelfläche 10A des Halbleiterkörpers 10 und benetzt die Antihaftschicht 30 nicht. Das Füllmaterial 41 ist mit einem Polysiloxan gebildet, das eine hohe Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs aufweist. Das Füllmaterial 41 ist das gleiche Material, wie das in demWavelength conversion material 40 on the anti-adhesive layer 30. The wavelength conversion material 40 extends only on the coupling-out surface 10A of the semiconductor body 10 and does not wet the anti-adhesive layer 30. The filler material 41 is formed with a polysiloxane which has a high permeability for electromagnetic radiation of the first wavelength range. The filler material 41 is the same material as that in that
Wellenlängenkonversionsmaterial 40 verwendete Matrixmaterial. Somit ist eine Anpassung der Antihaftschicht 30 auf nur ein Material ausreichend. Die Kombination vonWavelength conversion material 40 used matrix material. An adaptation of the anti-adhesive layer 30 to just one material is therefore sufficient. The combination of
Wellenlängenkonversionsmaterial 40 und der Antihaftschicht 30 ist derart ausgewählt, dass ein Anhaften des Wellenlängenkonversionsmaterials 40 auf der Antihaftschicht 40 möglichst schwierig ist. Mit anderen Worten, die Antihaftschicht 30 ist auf dasWavelength conversion material 40 and the anti-adhesive layer 30 is selected such that adhesion of the wavelength conversion material 40 to the anti-adhesive layer 40 is as difficult as possible. In other words, the non-stick layer 30 is on top of that
Wellenlängenkonversionsmaterial 40 abgestimmt oder umgekehrt. Die Emissionsbereiche 1000, die unter der mit dem Füllmaterial 41 befüllten Kavität 200 liegen, emittieren ihre elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs somit direkt. Wavelength conversion material 40 matched or vice versa. The emission regions 1000, which are below the cavity 200 filled with the filling material 41, thus emit their electromagnetic radiation of the first wavelength range directly.
Die Figuren 2A bis 2E zeigen schematische Schnittansichten eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Schritten eines Verfahrens zu seiner Herstellung. FIGS. 2A to 2E show schematic sectional views of an optoelectronic semiconductor component 1 described here in accordance with a second exemplary embodiment in different steps of a method for its production.
Figur 2A zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem ersten Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Auf einem Halbleiterkörper 10, der einen aktiven Bereich 100 und eine Mehrzahl von Emissionsbereichen 1000 umfasst, sind eine erste Maskenschicht 50 mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 500 angeordnet. Die erste Maskenschicht 50 ist mit einem Positiv- Photolack gebildet. Ein Positiv-Photolack wird an seinen belichteten Bereichen entfernt und bildet keine Hinterschneidungen. Die Emissionsbereiche 1000 sind getrennte voneinander ansteuerbar. Die Ausnehmungen 500 sind jeweils zwischen zwei benachbarten Emissionsbereichen 1000 angeordnet . FIG. 2A shows an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the second exemplary embodiment in a first step of a method for its production. A first mask layer 50 with a plurality of recesses 500 is arranged on a semiconductor body 10, which comprises an active region 100 and a plurality of emission regions 1000. The first mask layer 50 is formed with a positive photoresist. A positive photoresist is removed from its exposed areas and does not form any undercuts. The emission areas 1000 can be controlled separately from one another. The recesses 500 are each arranged between two adjacent emission regions 1000.
Figur 2B zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die Ausnehmungen 500 der ersten Maskenschicht 50 sind mit dem Material einer Gitterschicht 20 befüllt. Die Abscheidung der Gitterschicht 20 erfolgt mittels einem elektro-galvanischen Verfahren oder mittels Aufdampfen. Nach der Abscheidung der Gitterschicht 20 ist die erste Maskenschicht 50 vollständig entfernt worden. Die Gitterschicht 20 umfasst Kavitäten 200, die den Emissionsbereichen 1000 zugeordnet sind. Die Seitenwände der Gitterschicht 20 verlaufen senkrecht zur Auskoppelfläche 10A des Halbleiterkörpers 10. FIG. 2B shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the second exemplary embodiment in a further step of a method for its production. The recesses 500 of the first mask layer 50 are filled with the material of a grid layer 20. The grid layer 20 is deposited by means of an electro-galvanic process or by means of vapor deposition. After the grid layer 20 has been deposited the first mask layer 50 has been completely removed. The grid layer 20 includes cavities 200 which are assigned to the emission regions 1000. The side walls of the grating layer 20 run perpendicular to the coupling-out surface 10A of the semiconductor body 10.
Figur 2C zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die Kavitäten 200 der Gitterschicht 20 sind mit einer zweiten Maskenschicht 60 befüllt. Die zweite Maskenschicht 60 schließt in der dem Halbleiterkörper 10 abgewandten Oberseite der Gitterschicht 20 bündig mit der Gitterschicht 20 ab. Auf der zweiten Maskenschicht 60 und der Gitterschicht 20 ist eine Antihaftschicht 30 aufgebracht. Die Antihaftschicht umfasst ein Fluorkohlenstoffsilan, das eine besonders niedrige Oberflächenenergie aufweist und somit eine schlechte Benetzbarkeit zeigt. FIG. 2C shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the second exemplary embodiment in a further step of a method for its production. The cavities 200 of the grid layer 20 are filled with a second mask layer 60. The second mask layer 60 ends flush with the grid layer 20 in the top side of the grid layer 20 facing away from the semiconductor body 10. An anti-adhesive layer 30 is applied to the second mask layer 60 and the grid layer 20. The non-stick layer comprises a fluorocarbon silane, which has a particularly low surface energy and thus shows poor wettability.
Figur 2D zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Die zweite Maskenschicht 60 sowie Teile der Antihaftschicht 30 sind vollständig entfernt. Die Oberseite der Gitterschicht 20 ist mit der Antihaftschicht 30 vollständig bedeckt. FIG. 2D shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the second exemplary embodiment in a further step of a method for its production. The second mask layer 60 and parts of the anti-adhesive layer 30 have been completely removed. The upper side of the grid layer 20 is completely covered with the anti-stick layer 30.
Figur 2E zeigt eine schematische Schnittansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. In zumindest einem Teil der Kavitäten 200 der Gitterschicht 20 ist ein Wellenlängenkonversionsmaterial 40 angeordnet. Das Wellenlängenkonversionsmaterial 40 ist mittels Sprühen aufgebracht. Die Antihaftschicht 30 vermeidet ein Anhaften des Wellenlängenkonversionsmaterials 40 auf der Oberseite der Gitterschicht 20. Ein Anhaften hätte die Bildung von lichtleitenden Strukturen über mehrere Emissionsbereiche zur Folge, die zu einer Verschlechterung des Kontrasts zwischen diesen Emissionsbereichen 1000 führen würde. Zumindest eine der Kavitäten 200 ist nicht mit einem Wellenlängenkonversionsmaterial 40 befüllt. In der ungefüllten Kavität 200 wird die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs aus dem darunterliegenden Emissionsbereich 1000 direkt emittiert. FIG. 2E shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor component 1 in accordance with the second exemplary embodiment in a further step of a method for its production. In at least some of the cavities 200 of the grid layer 20 is a Wavelength conversion material 40 arranged. The wavelength conversion material 40 is applied by means of spraying. The non-stick layer 30 prevents the wavelength conversion material 40 from sticking to the top of the grating layer 20. Adhesion would result in the formation of light-conducting structures over several emission areas, which would lead to a deterioration in the contrast between these emission areas 1000. At least one of the cavities 200 is not filled with a wavelength conversion material 40. In the unfilled cavity 200, the electromagnetic radiation of the first wavelength range is emitted directly from the emission range 1000 below.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not restricted by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102019121877.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugszeichenliste This patent application claims priority from German patent application 102019121877.2, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference. List of reference symbols
1 optoelektronisches Halbleiterbauelement1 optoelectronic semiconductor component
10 Halbleiterkörper 10 semiconductor bodies
10A Auskoppeltlache 10A decoupling pool
100 aktiver Bereich 100 active area
20 GitterSchicht 20 grid layer
200 Kavität 200 cavity
30 AntihaftSchicht 30 non-stick layer
40 Wellenlängenkonversionsmaterial 40 wavelength conversion material
41 Füllmaterial 41 filler material
50 erste Maskenschicht 50 first mask layer
500 Ausnehmungen 500 recesses
60 zweite Maskenschicht 60 second mask layer

Claims

Patentansprüche Claims
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) umfassend1. An optoelectronic semiconductor component (1) comprising
- einen Halbleiterkörper (10) mit einem aktiven Bereich (100), der zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichtet ist, und einer zur Auskopplung der Strahlung vorgesehenen Auskoppelfläche- A semiconductor body (10) with an active region (100) which is set up to emit electromagnetic radiation of a first wavelength range, and a coupling-out surface provided for coupling out the radiation
(10A), und (10A), and
- eine auf der Auskoppelfläche (10A) angeordnete Gitterschicht (20), die eine Mehrzahl von Kavitäten (200) umfasst, wobei - A grid layer (20) which is arranged on the coupling-out surface (10A) and comprises a plurality of cavities (200), wherein
- der aktive Bereich (100) in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen (1000) unterteilt ist,- The active area (100) is divided into a plurality of separately controllable emission areas (1000),
- auf die Gitterschicht (20) zumindest bereichsweise eine Antihaftschicht (30) aufgebracht ist, und - a non-stick layer (30) is applied to the grid layer (20) at least in some areas, and
- die Kavitäten (200) den Emissionsbereichen (1000) zugeordnet sind und die Gitterschicht (20) vollständig durchdringen . - The cavities (200) are assigned to the emission areas (1000) and completely penetrate the grating layer (20).
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß2. Optoelectronic semiconductor component (1) according to
Anspruch 1, bei dem die Antihaftschicht (30) eine Silanol- Brücke aufweist, die eine Silyleinheit umfasst. Claim 1, in which the non-stick layer (30) has a silanol bridge which comprises a silyl unit.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß3. Optoelectronic semiconductor component (1) according to
Anspruch 2, bei dem zumindest ein Substituent der Silyleinheit ein Kohlenstoffatom ist. Claim 2, wherein at least one substituent of the silyl moiety is a carbon atom.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Antihaftschicht (30) mit einem Fluorkohlenstoffsilan gebildet ist. 4. Optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, in which the non-stick layer (30) is formed with a fluorocarbon silane.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberflächenenergie der Antihaftschicht (30) geringer ist als die Oberflächenenergie der Gitterschicht (20). 5. Optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, in which the surface energy the non-stick layer (30) is lower than the surface energy of the grid layer (20).
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Antihaftschicht (30) als eine selbstorganisierende Monoschicht ausgebildet ist. 6. Optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, in which the non-stick layer (30) is designed as a self-organizing monolayer.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede Kavität (200) einen Durchmesser von höchstens 100 gm, bevorzugt von höchstens 40 gm und besonders bevorzugt von höchstens 10 gm aufweist . 7. Optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, in which each cavity (200) has a diameter of at most 100 gm, preferably of at most 40 gm and particularly preferably of at most 10 gm.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Wellenlängenkonversionsmaterial (40), in den Kavitäten (200) angeordnet ist. 8. Optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, in which at least one wavelength conversion material (40) is arranged in the cavities (200).
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 8, bei dem das Wellenlängenkonversionsmaterial (40) ein Polysiloxan umfasst. 9. The optoelectronic semiconductor component (1) according to claim 8, wherein the wavelength conversion material (40) comprises a polysiloxane.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Querschnittsfläche der Gitterschicht (20) parallel zur Auskoppelfläche (10A) mit zunehmendem Abstand von der Auskoppelfläche (10A) abnimmt. 10. Optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, in which a cross-sectional area of the grating layer (20) parallel to the coupling-out surface (10A) decreases with increasing distance from the coupling-out surface (10A).
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das11. Optoelectronic semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, in which the
Wellenlängenkonversionsmaterial (40) die Form einer Linse aufweist, deren Strahlachse senkrecht zur Auskoppelfläche (10A) orientiert ist. Wavelength conversion material (40) has the shape of a lens, the beam axis of which is oriented perpendicular to the decoupling surface (10A).
12. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) umfassend die folgenden Schritte:12. A method for producing an optoelectronic semiconductor component (1) comprising the following steps:
A) Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10) mit einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs eingerichteten aktiven Bereich (100) und einer zur Auskopplung der Strahlung vorgesehenen Auskoppelfläche (10A), wobei der aktive Bereich (100) in eine Mehrzahl von separat ansteuerbaren Emissionsbereichen (1000) unterteilt ist, A) providing a semiconductor body (10) with an active area (100) set up to emit electromagnetic radiation of a first wavelength range and a decoupling surface (10A) provided for coupling out the radiation, the active area (100) being divided into a plurality of separately controllable emission areas (1000) is subdivided,
B) Aufbringen einer ersten Maskenschicht (50) auf die Auskoppelfläche (10A) und Strukturieren der ersten Maskenschicht (50), wobei in die erste Maskenschicht (50) Ausnehmungen (500) eingebracht werden, die die erste Maskenschicht (50) vollständig durchdringen, und wobei die Ausnehmungen (500) jeweils zwischen benachbarten Emissionsbereichen (1000) angeordnet sind, B) applying a first mask layer (50) to the coupling-out surface (10A) and structuring the first mask layer (50), recesses (500) being made in the first mask layer (50) which completely penetrate the first mask layer (50), and wherein the recesses (500) are each arranged between adjacent emission areas (1000),
C) Befüllen der Ausnehmungen (500) mit dem Material einer Gitterschicht (20) und anschließendes Entfernen der ersten Maskenschicht (50), C) filling the recesses (500) with the material of a grid layer (20) and then removing the first mask layer (50),
D) Aufbringen einer zweiten Maskenschicht (60), die die Auskoppelfläche (10A) bedeckt und die Gitterschicht (20) unbedeckt lässt, D) applying a second mask layer (60) which covers the coupling-out surface (10A) and leaves the grating layer (20) uncovered,
E) Aufbringen einer Antihaftschicht (30) auf die Gitterschicht (20) und die zweite Maskenschicht (60) und anschließendes Entfernen der zweiten Maskenschicht (60). E) applying a non-stick layer (30) to the grid layer (20) and the second mask layer (60) and then removing the second mask layer (60).
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß Anspruch 12, wobei die erste Maskenschicht (50) mit einem Negativ-Photolack gebildet wird. 13. A method for producing an optoelectronic semiconductor component (1) according to claim 12, wherein the first mask layer (50) is formed with a negative photoresist.
14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Antihaftschicht (30) mittels eines CVD- Verfahrens abgeschieden wird. 14. A method for producing an optoelectronic semiconductor component (1) according to one of claims 12 or 13, the non-stick layer (30) being deposited by means of a CVD process.
15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis15. A method for producing an optoelectronic semiconductor component (1) according to one of claims 12 to
14, wobei die Gitterschicht (20) in Schritt C) mittels einem elektro-galvanischen Verfahren aufgebracht wird. 14, the grid layer (20) being applied in step C) by means of an electro-galvanic process.
16. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Gitterschicht (20) in Schritt C) mittels Aufdampfen aufgebracht wird. 16. The method for producing an optoelectronic semiconductor component (1) according to one of claims 12 to 14, wherein the grating layer (20) is applied in step C) by means of vapor deposition.
17. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß einem der Ansprüche 12 bis17. A method for producing an optoelectronic semiconductor component (1) according to one of claims 12 to
16, wobei nach dem Schritt E) ein weiterer Schritt F) folgt, in dem die Kavitäten (20) mit zumindest einem Wellenlängenkonversionsmaterial (40) befüllt werden. 16, wherein step E) is followed by a further step F) in which the cavities (20) are filled with at least one wavelength conversion material (40).
18. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen18. Process for the production of an optoelectronic
Halbleiterbauelements (1) gemäß Anspruch 17, wobei das Wellenlängenkonversionsmaterial (40) mittels Sprühen aufgebracht wird. 18. The semiconductor component (1) according to claim 17, wherein the wavelength conversion material (40) is applied by means of spraying.
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