WO2022063645A1 - Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauelementen und optoelektronisches halbleiterbauelement sowie eine optoelektronische anordnung - Google Patents

Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauelementen und optoelektronisches halbleiterbauelement sowie eine optoelektronische anordnung Download PDF

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semiconductor
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optoelectronic
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Norwin Von Malm
Laura KREINER
Matthias Goldbach
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • the present application relates to a method for producing optoelectronic semiconductor components and an optoelectronic semiconductor component as well as an optoelectronic arrangement.
  • Components that are characterized by a particularly compact design are required for various requirements, for example the coupling into waveguides for the backlighting of displays.
  • Conventional designs, in which the light-emitting diode, or LED for short, is located in a cavity of a housing, can no longer be further miniaturized without further ado, since the materials used for the housing have reached the limits of mechanical stability and reflectivity with the thin walls then required reach .
  • One task is to achieve reliable coupling of radiation even for particularly thin waveguides.
  • This object is achieved by a method for producing optoelectronic semiconductor components or an optoelectronic semiconductor component according to the independent patent claims. Further configurations and expediencies are the subject matter of the remaining patent claims.
  • a method for producing a plurality of optoelectronic semiconductor components is specified.
  • the method includes a step in which a carrier assembly having a plurality of component regions is provided.
  • the carrier is transparent in particular for the radiation to be generated by the optoelectronic semiconductor component.
  • the radiation to be generated is in particular in the visible spectral range.
  • the carrier contains glass, quartz, sapphire, a glass ceramic, a ceramic or a polymer material.
  • the material of the carrier assembly is expediently insensitive to the radiation to be generated, in particular to the short-wave component of the radiation to be generated, for example blue radiation, and to the temperature resulting from waste heat during operation of the semiconductor component to be produced.
  • the carrier assembly is preferably free of optical scattering centers. This means that at least the majority, for example at least 60%, of the radiation passing through the carrier during operation passes through the carrier without being scattered within the carrier.
  • the carrier assembly is preferably provided in an unstructured form in the lateral direction, so that the carrier assembly is severed in particular in a final separating step of the production method, and as a result a respective carrier emerges from the carrier assembly for each optoelectronic semiconductor component produced.
  • the side surfaces of the individual carriers of an optoelectronic semiconductor component are therefore created during the singulation.
  • the network of carriers can also already be provided in the form of individual carriers, the individual carriers, for example via an auxiliary carrier to be held together. Subsequent separation can then take place, for example, by removing the auxiliary carrier.
  • a thickness of the carrier composite is, for example, between 20 ⁇ m and 1000 ⁇ m inclusive, preferably between 50 ⁇ m and 120 ⁇ m inclusive.
  • the carrier assembly can be mechanically rigid, for example in the form of a wafer or a plate, or flexible, for example in the form of a film.
  • the method includes a step in which a filter layer is formed on the carrier assembly.
  • the filter layer is formed, in particular deposited, over the full surface area of the carrier assembly.
  • the filter layer has a plurality of dielectric layers, with successive layers differing in refractive index.
  • the filter layer can have an angle filter which only lets through radiation components that strike at a comparatively small angle to the normal of the carrier, and radiation components from a critical angle, for example an angle of at most 30°, at most 20° or at most 10°. are reflected to the surface normal of the carrier.
  • radiation components that would not be coupled into a light guide anyway can be reflected on the filter layer and at least partially converted into radiation components with an angle smaller than the critical angle, for example through absorption and renewed recombination processes, also known as photon recycling denoted and/or by scattering .
  • the proportion of usable for coupling into a light guide Radiation from the radiation emitted overall as the optoelectronic semiconductor component is therefore increased.
  • the filter layer can have a polarizer.
  • the polarizer has a line grid made of a reflective metal, for example made of silver. Silver is characterized by a high reflectivity in the visible spectral range.
  • a protective layer such as an oxide layer, in which a metal layer of the polarizer is embedded.
  • the polarizer can be used to ensure that the radiation emerging from the optoelectronic semiconductor component is polarized or at least partially polarized. Radiation components with the polarization that is not to be transmitted can be reflected back to the polarizer and then at least partially redistributed in the desired direction of polarization, for example by photon recycling and/or scattering.
  • the method includes a step in which a radiation conversion layer is formed on the carrier assembly, in particular on the filter layer.
  • the radiation conversion layer can have one or more inorganic or organic phosphors or radiation converters based on semiconductor material, for example quantum dots.
  • the radiation conversion layer is preferably structured formed on the filter layer, the structuring can be done later, for example by lithography and etching or during the coating, for example by a previously applied resist mask that covers areas not to be coated.
  • a plurality of semiconductor bodies is arranged on the carrier assembly, in particular on the radiation conversion layer.
  • the semiconductor bodies each have a semiconductor layer sequence with an active region provided for generating radiation.
  • the semiconductor bodies are preferably free of a substrate that stabilizes the semiconductor body.
  • the semiconductor bodies have a thickness of between 0.1 ⁇ m and 10 ⁇ m inclusive, preferably between 0.2 ⁇ m and 6 ⁇ m inclusive, particularly preferably between 0.4 ⁇ m and 1 ⁇ m inclusive.
  • a lateral extent of the semiconductor body is, for example, between 5 ⁇ m and 1000 ⁇ m inclusive, preferably between 20 ⁇ m and 100 ⁇ m inclusive.
  • the method comprises a step in which a contact layer for producing an electrical connection between the semiconductor bodies is formed.
  • the contact layer is preferably formed after the semiconductor bodies have been arranged on the radiation conversion layer.
  • the contact layer is in particular in the form of a planar contact.
  • the contact layer is preferably deposited on the semiconductor bodies, the contact layer being guided over the side surfaces of the semiconductor bodies and running in places on the radiation conversion layer between adjacent semiconductor bodies.
  • Semiconductor bodies without a substrate are particularly suitable for forming the contact layer, since the small overall height that can be achieved in this way simplifies the formation of a continuous contact track along the side surface towards the radiation conversion layer.
  • At least some semiconductor bodies or all semiconductor bodies that are arranged on a component region can already be electrically connected to one another before the semiconductor bodies are arranged on the radiation conversion layer.
  • the method includes a step in which an insulation layer is formed on the contact layer.
  • the insulation layer is expediently formed in such a way that it has openings in which the contact layer is exposed.
  • the method includes a step in which electrical contact surfaces are formed, the contact surfaces each being electrically conductively connected to the contact layer.
  • electrical contact surfaces are formed in each component region.
  • the electrical contact surfaces in the openings in the insulation layer are expediently electrically conductively connected to the contact layer. In particular, they can electrical contact surfaces and the contact layer in the openings directly adjoin each other.
  • the method includes a step in which the carrier assembly is singulated into the optoelectronic semiconductor components.
  • the isolated optoelectronic semiconductor components each have, in particular, a carrier as part of the carrier assembly, a plurality of semiconductor bodies on the carrier and at least two electrical contact areas for external electrical contacting.
  • the electrical contact surfaces are located in particular on a side of the optoelectronic semiconductor component that is opposite the radiation exit surface.
  • the radiation exit surface is in particular a surface through which at least 60%, preferably at least 80%, of the total radiation emitted exits from the optoelectronic semiconductor component.
  • the carrier assembly can be separated, for example, by scoring and breaking, laser cutting, stealth dicing or sawing.
  • a carrier assembly having a plurality of component regions is provided.
  • a filter layer is formed on the carrier assembly, and a radiation conversion layer is formed on the filter layer.
  • a plurality of semiconductor bodies is arranged on the radiation conversion layer, the semiconductor bodies each being a semiconductor layer sequence with an active region provided for generating radiation have and are free of a substrate that stabilizes the semiconductor body.
  • a contact layer for producing an electrical connection between the semiconductor bodies is formed.
  • An insulating layer is formed on the contact layer. Electrical contact surfaces are formed, each of which is electrically conductively connected to the contact layer.
  • the carrier assembly is separated into the optoelectronic semiconductor components, the separated optoelectronic semiconductor components each having a carrier as part of the carrier assembly, a plurality of semiconductor bodies and at least two electrical contact surfaces for external electrical contacting.
  • the filter layer has a polarization filter and/or an angle filter, with the angle filter letting through the radiation components that run perpendicular to the radiation exit surface and predominantly radiation components that occur at an angle that is greater than a critical angle reflected .
  • the production steps are preferably carried out in the order in which they are listed. However, this is not absolutely necessary.
  • the electrical connection between the semiconductor bodies can also be established at least in part before the semiconductor bodies are arranged on the radiation conversion layer.
  • a plurality of semiconductor bodies are simultaneously transferred to the carrier assembly. For example at least 80% or else all of the semiconductor bodies for an optoelectronic semiconductor component to be produced are simultaneously transferred to the carrier assembly.
  • the semiconductor bodies are transferred from a temporary substrate, with a center distance between adjacent semiconductor bodies remaining the same during the transfer.
  • the center-to-center distance in the completed optoelectronic semiconductor component corresponds to the center-to-center distance of the semiconductor bodies at which the semiconductor bodies were deposited on their original growth substrate.
  • the distances between adjacent semiconductor bodies in the finished optoelectronic semiconductor component can therefore already be defined for the semiconductor bodies during lithographic structuring of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor bodies are tested on the temporary substrate and only semiconductor bodies that function as intended are arranged on the radiation conversion layer.
  • the semiconductor bodies are tested with regard to an electronic or optoelectronic property, for example with regard to the peak wavelength of the emission or a characteristic parameter of a current-voltage characteristic.
  • Free spaces that arise in this way on the radiation conversion layer can subsequently be refilled, so that on the radiation conversion layer only properly functioning semiconductor bodies are located.
  • the semiconductor bodies on the temporary substrate are free of a growth substrate for an epitaxial deposition of the semiconductor layer sequence.
  • the growth substrate of the semiconductor bodies is therefore already no longer present.
  • the growth substrate is removed after the semiconductor bodies have been attached to the temporary carrier.
  • the temporary support itself can also be the growth substrate.
  • the transfer can take place directly from the growth substrate to the carrier assembly.
  • semiconductor bodies to be transferred can be selectively detached from the growth substrate, for example by a laser detachment method (laser lift off, LLO).
  • the radiation conversion layer is structured in such a way that a separate radiation conversion element of the radiation conversion layer is assigned to each component region and the radiation conversion layer is not severed during singulation. In this way, the risk of the radiation conversion layer being damaged during separation can be avoided.
  • the isolation method can be selected independently of the properties of the radiation conversion layer.
  • the filter layer is severed during the separation.
  • the filter layer and the carrier of the optoelectronic semiconductor component produced thus end flush on the side surface of the optoelectronic semiconductor component.
  • an optoelectronic semiconductor component is specified.
  • the method described above is particularly suitable for producing the optoelectronic semiconductor component.
  • Features described in connection with the method can therefore also be used for the optoelectronic semiconductor component and vice versa.
  • the optoelectronic semiconductor component has a carrier which forms a radiation exit area of the optoelectronic semiconductor component.
  • the optoelectronic component further comprises a plurality of semiconductor bodies which are arranged on the carrier, the semiconductor bodies each having a semiconductor layer sequence with an active region provided for generating radiation and in particular being free of a substrate stabilizing the semiconductor body.
  • the optoelectronic component also includes a filter layer between the carrier and the semiconductor bodies and a radiation conversion layer between the carrier and the semiconductor bodies, the radiation conversion layer extending in particular continuously over the semiconductor bodies.
  • the optoelectronic semiconductor component also includes a contact layer for producing an electrical connection between the semiconductor bodies and an insulation layer on one of the Carrier side facing away from the contact layer. At least two electrical contact surfaces for the external electrical contact are arranged on the insulation layer and electrically conductively connected to the contact layer.
  • the filter layer covers the entire surface of the carrier.
  • the radiation generated in the semiconductor bodies during operation must therefore pass through the filter layer before it can exit the radiation exit surface.
  • the filter layer protrudes beyond the radiation conversion layer in the lateral direction.
  • the radiation conversion layer can be spaced apart from the side faces of the carrier along the entire circumference of the optoelectronic semiconductor component.
  • adjacent semiconductor bodies are arranged at a distance of between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m inclusive from one another. Due to such small distances, which cannot easily be achieved with conventional pick-and-place placement methods, a particularly uniform illumination and a high luminance can be achieved even with comparatively small semiconductor bodies.
  • the filter layer has a polarization filter and/or an angle filter.
  • the angle filter lets through radiation components that run perpendicular to the radiation exit surface and reflects radiation components that strike the carrier at an angle that is greater than a critical angle, at least predominantly, for example to a proportion of at least 70% or at least 80%.
  • the electrical connector According to at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the electrical connector
  • Contact areas together make up at least 60% of a base area of the optoelectronic semiconductor component. Heat loss occurring during operation of the optoelectronic semiconductor component can be efficiently dissipated via the comparatively large electrical contact surfaces.
  • the semiconductor bodies are arranged in the form of a matrix.
  • the semiconductor bodies are at least partially connected in series and/or in parallel via the contact layer.
  • the semiconductor bodies of a row are each electrically connected in series via the contact layer.
  • the rows are connected in parallel to one another, in particular via the electrical
  • the optoelectronic arrangement has, for example, a connection carrier on which the optoelectronic semiconductor component is attached.
  • the connection carrier is a printed circuit board.
  • the optoelectronic arrangement is, for example, a backlighting unit for a display device or part of a backlighting unit for a display device.
  • the optoelectronic arrangement is set up to couple radiation coupled out of the radiation exit surface of the optoelectronic semiconductor component during operation of the optoelectronic arrangement into a side surface of a light guide, in particular a planar light guide.
  • the radiation exit area of the carrier runs parallel or essentially parallel to a main extension plane of the connection carrier.
  • the main extension plane runs, for example, parallel or essentially parallel to the side surface of the planar light guide into which the radiation is to be coupled.
  • the radiation exit surface runs perpendicularly or essentially perpendicularly to a main plane of extension of the connection carrier.
  • the main extension plane of the connection carrier can run perpendicularly or essentially perpendicularly to the side surface of the planar light guide.
  • the terms “essentially perpendicular” and “essentially parallel” each mean a deviation of at most 10°.
  • a side surface of the carrier running obliquely or perpendicularly to the radiation exit surface rests on the connection carrier. This simplifies mounting of the optoelectronic semiconductor component on the connection carrier in such a way that the radiation exit area of the carrier runs perpendicularly to the main extension plane of the connection carrier.
  • the method described can be used to produce optoelectronic semiconductor components which are characterized by a particularly small size. This simplifies the coupling into very thin waveguides, in particular with a thickness of less than 1 mm, for example 500 ⁇ m or 700 ⁇ m.
  • the individual semiconductor bodies can be placed at a very small, lithographically definable distance from one another.
  • the individual semiconductor bodies themselves can be comparatively small and can thus be produced with a high yield.
  • the semiconductor bodies can also be arranged in matrix form in two or more rows, each with a plurality of semiconductor components, even if the optoelectronic semiconductor component has small dimensions.
  • the method can be carried out particularly inexpensively, so that the overall costs for an optoelectronic semiconductor component to be produced are low.
  • the individual semiconductor bodies can be transferred to the final carrier of the optoelectronic semiconductor component, for example, by means of a stamp and can therefore be carried out in a particularly flexible manner.
  • the method can easily be adapted to other sizes of the carrier and/or the semiconductor body to be used.
  • the radiation can be adapted to the respective application, in particular to the downstream planar light guide, with regard to the angular range and/or the polarization. Radiation components that could not be coupled into the planar light guide anyway or cannot be used due to their polarization can be reflected back through the filter layer into the optoelectronic semiconductor components and can be at least partially converted there into usable radiation components, for example by recycling processes. This significantly increases the efficiency of the overall system for backlighting a display device.
  • FIGS. 1A to 1J show an exemplary embodiment of a method for producing optoelectronic semiconductor components, with FIGS. 1A, 1B, IC, ID, 1F, 1G, 1H, II and 1J each show a perspective view of an intermediate step and FIG. 1E shows an intermediate step with a schematic sectional view of a temporary substrate;
  • FIGS. 2A and 2B show an exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component in a rear view (FIG. 2B) and in an associated schematic sectional view (FIG. 2A); and
  • FIGS. 3 and 4 each show an exemplary embodiment of an optoelectronic arrangement in a schematic side view.
  • FIGS. 1A to II show a method for producing optoelectronic semiconductor components according to an exemplary embodiment, only a partial area of a carrier assembly 20 with a component area 21 being shown for the sake of simplicity, from which an optoelectronic semiconductor component results during production.
  • a large number of optoelectronic semiconductor components which are in particular in the form of a matrix on a respective component region 21 can be formed, are produced simultaneously.
  • a carrier assembly 20 having a plurality of component regions 21 is provided.
  • the carrier assembly 20 can in particular be an element that is completely unstructured in the lateral direction.
  • the carrier assembly 20 can be mechanically rigid or flexible.
  • a filter layer 3 is formed on the carrier assembly 20 (FIG. 1B).
  • the filter layer 3 is applied to the entire area of the carrier assembly 20 and is not structured.
  • the filter layer 3 can in particular be multi-layered, with the individual layers being able to be produced, for example, by vapor deposition or sputtering. Details of the filter layer 3 are explained in more detail in connection with FIG. 2A.
  • a radiation conversion layer 4 is formed on the carrier assembly 20 with the filter layer 3 (FIG. 1C).
  • the radiation conversion layer 4 is preferably structured in a structured manner so that the radiation conversion layer 4 does not completely cover the filter layer 3 .
  • the edges of the respective component region 21 are free of material of the radiation conversion layer 4, so that the radiation conversion layer 4 does not have to be severed during subsequent singulation.
  • the radiation conversion layer 4 can already be applied in structured form or applied over the entire area and subsequently structured, for example by a lithography step and a subsequent etching step. All semiconductor body 5 one Components are covered by a continuous part of the radiation conversion layer 4 .
  • the radiation conversion layer 4 can have one or more inorganic or organic or nanoscale phosphors 41 such as, for example, quantum dots based on a II IV compound semiconductor material or a II IV compound semiconductor material (cf. FIG. 2A).
  • a KSF phosphor or a ⁇ -SiAlON phosphor are suitable as phosphors.
  • the phosphors 41 can be embedded in a particularly transparent matrix material 42 .
  • the matrix material contains or consists of a polymer material, for example a crosslinked polysiloxane.
  • the phosphors can be mixed into the matrix material and then deposited by means of a coating process and optionally thermally or optically cured.
  • a process such as a sol-gel transition can also be used.
  • the phosphors can also initially be applied without matrix material, for example in the form of a solution or suspension in a solvent or as a powder, and then be fixed on the carrier assembly 20 by applying a matrix material 42 .
  • a planarization layer can subsequently be formed on the side facing away from the carrier assembly 20 . For the sake of simplicity, this is not shown explicitly in the figures.
  • a plurality of semiconductor bodies 5 are subsequently transferred to the carrier assembly 20 .
  • the semiconductor bodies 5 are attached to the radiation conversion layer 4 with a connecting layer, for example a transparent adhesive layer.
  • the semiconductor bodies 5 can be transferred from a temporary substrate 8 to the carrier assembly 20 by means of a stamp 9 , for example.
  • a plurality of semiconductor bodies 5 in particular all semiconductor bodies 5 for an optoelectronic semiconductor component to be produced, are preferably transferred simultaneously from the temporary substrate 8 to the carrier assembly 20 .
  • a center-to-center distance 55 between adjacent semiconductor bodies 5 on the temporary substrate 8 remains unchanged during this transfer process, so that the semiconductor bodies 5 are located at the original center-to-center distance on the carrier assembly 20 after the transfer process. At least for all semiconductor bodies 5 that are transferred in the same step, the center distances to their neighbors do not change.
  • Semiconductor bodies 5 for a plurality of component regions 21 or also for all component regions 21 of the carrier assembly 20 can also be transferred simultaneously.
  • the semiconductor bodies 5 Before being transferred to the carrier assembly 20, the semiconductor bodies 5 can be tested on the temporary substrate 8, so that the carrier assembly 20 is only equipped with semiconductor bodies 5 that meet the specified requirements, for example in terms of brightness or the emission wavelength.
  • the Transfer can be carried out so that semiconductor bodies 5 which do not meet the requirements are not transferred from the temporary substrate.
  • the resulting free spaces on the carrier assembly 20 can subsequently be equipped with semiconductor bodies 5 that are functional as intended. As a result, the rejects in the production of optoelectronic semiconductor components 1 can be significantly reduced.
  • the semiconductor bodies 5 are electrically connected to one another by means of a contact layer 6 .
  • the semiconductor bodies 5 are arranged in matrix form in two rows 56 , with the semiconductor bodies 5 in a row 56 each being electrically connected in series.
  • other connections can also be implemented, for example a parallel connection or a series-parallel connection.
  • an insulating layer 7 is then applied, which completely covers the semiconductor body 5 of a component region 21 .
  • openings 75 are formed, in which the contact layer 6 is uncovered (FIG. 1H).
  • a single-layer or multi-layer structure is suitable for the contact layer 6 and the contact surfaces 65 .
  • at least one layer has a metal for example copper, titanium, platinum, nickel, silver, gold or consists of it.
  • the contact layer and/or the contact surface 65 can contain a transparent conductive oxide (transparent conductive oxide, TCO) material, for example indium tin oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO) or a plurality of such layers.
  • TCO transparent conductive oxide
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO zinc oxide
  • the contact layer 6 and/or the contact surfaces 65 on the side facing the semiconductor bodies 5 can be designed to be reflective for the radiation to be generated in the semiconductor bodies 5 .
  • each optoelectronic semiconductor component 1 produced has a carrier 2 as part of the carrier assembly 20 with semiconductor bodies 5 arranged thereon and at least two contact surfaces 65 for the external electrical contacting of the semiconductor bodies 5 .
  • Separation takes place along the separation lines 99 shown in FIG.
  • the singulation can be done, for example, by scoring and breaking, laser cutting, stealth dicing or sawing.
  • When separating preferably only the carrier assembly 20 and the filter layer 3 arranged thereon are severed.
  • the completed optoelectronic semiconductor component 1 is shown in FIG. 1J.
  • the side faces of the carriers 2 created from the carrier assembly 20 during the separation can have traces that are characteristic of the separation process, for example saw marks or traces of chemical material removal and/or material removal by coherent radiation.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 has a lateral extent of 700 ⁇ m ⁇ 400 ⁇ m, for example.
  • a thickness of the carrier 2 is, for example, between 50 ⁇ m and 120 ⁇ m inclusive. However, depending on the application of the optoelectronic semiconductor component 1, these dimensions can be varied within wide limits.
  • An exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 1 is shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 has a carrier 2 which forms a radiation exit area 25 of the optoelectronic semiconductor component 1 .
  • a plurality of semiconductor bodies 5 is arranged on the carrier, the semiconductor bodies each having a semiconductor layer sequence 50 with an active region 53 provided for generating radiation.
  • the active region 53 is located between a first semiconductor layer 51 of a first conductivity type and a second semiconductor layer 52 of a second conductivity type different from the first conductivity type.
  • the first semiconductor layer 51 is n-conductive and the second semiconductor layer 52 is p-conductive or vice versa.
  • the first semiconductor layer 51 and the second semiconductor layer 52 are each electrically conductively connected to a connection surface 54, so that by applying an electrical voltage between the two connection surfaces, charge carriers can be injected from opposite sides into the active region and there with emission recombine from radiation.
  • the semiconductor bodies 5 per se are each free of a substrate that stabilizes the semiconductor bodies and are therefore particularly thin, for example with a thickness between 0.4 ⁇ m and 10 ⁇ m, for example approximately 5 ⁇ m. The mechanical stabilization of the semiconductor bodies 5 takes place via the common carrier 2 .
  • connection surfaces 54 are each arranged on the side of the semiconductor body 5 facing away from the carrier 2 .
  • the connection areas 54 are at a distance of at most 10 ⁇ m or at most 5 ⁇ m from the radiation conversion layer 4 .
  • the connection surface 54 of adjacent semiconductor bodies 5 are electrically connected to one another via a contact layer 6, for example in a series connection.
  • the contact layer 6 is routed over the side surfaces of the semiconductor bodies 5 and runs between the semiconductor bodies on the radiation conversion layer 4 , in particular directly on the radiation conversion layer 4 .
  • An insulating layer 7 is arranged on a side of the contact layer 6 facing away from the carrier 2 .
  • the insulation layer 7 has openings 75 in which the contact areas 65 of the optoelectronic semiconductor component 1 are electrically conductively connected to the contact layer 6 for external electrical contacting.
  • the electrical contact areas 65 together cover a large part of a base area of the optoelectronic semiconductor component 1, in particular at least 60% or at least 80%.
  • the comparatively large electrical contact surfaces can be used Waste heat produced can be efficiently dissipated from the optoelectronic semiconductor component 1 .
  • the contact surfaces can reflect radiation impinging on them back in the direction of the radiation exit surface 25 .
  • a radiation conversion layer 4 and a filter layer 3 are arranged between the semiconductor bodies 5 and the carrier 2 .
  • the radiation conversion layer 4 is set up to convert a primary radiation generated in the semiconductor bodies 5, for example radiation in the blue spectral range or in the ultraviolet spectral range, into radiation of longer wavelengths, for example into radiation components in the green and red spectral range or into radiation components in the blue, green and red spectral range for primary radiation in the ultraviolet spectral range.
  • the phosphors 41 of the radiation conversion layer 4 are embedded in the matrix material 42 , for example.
  • the filter layer 3 has a polarization filter 31 and an angle filter 35 .
  • the filter layer can also have only one polarization filter or only one angle filter.
  • the polarization filter 31 is formed, for example, by a metal layer 311 structured in the form of strips, with a protective layer 312 optionally also being provided, which protects the metal layer 311 from oxidation, for example.
  • the protective layer 212 has, for example, a chemically inert material which preferably has or consists of low absorption in the entire emission spectrum of the optoelectronic semiconductor component such a material.
  • a chemically inert material which preferably has or consists of low absorption in the entire emission spectrum of the optoelectronic semiconductor component such a material.
  • an oxide such as silicon oxide is suitable.
  • the metal layer 311 expediently has a metal with a high reflectivity for the radiation to be generated in the active region of the semiconductor body 5 .
  • silver is characterized by high reflectivity in the visible spectral range.
  • Angle filter 35 is formed by a sequence of a plurality of first dielectric layers 351 and second dielectric layer 352 , first layers 351 and second layers 352 preferably being characterized by the greatest possible difference in refractive index.
  • the angle filter can be designed in such a way that it is permeable only for a comparatively small angular range around a normal to the radiation exit surface 25 .
  • the angle filter is designed to reflect the radiation from a critical angle of 30°, 20° or 10°.
  • only radiation from a comparatively small angular range around the normal is coupled into the carrier 2 . It can thus be achieved that only a very small proportion of the radiation emerges from the side surfaces 26 of the carrier 2 and the overall efficiency of the system is thus increased.
  • the filter layer 3 protrudes beyond the radiation conversion layer 4 in the lateral direction, in particular along the entire circumference.
  • the filter layer 3 it can be reliably achieved that only or at least predominantly those of the primary radiation and of the secondary radiation generated in the radiation conversion layer Radiation components are coupled into the carrier 2, which surface 25 can be used for the application of the optoelectronic semiconductor component 1 in the case of a radiation decoupling from the radiation exit, for example with regard to the polarization and/or the exit angle of the exiting radiation.
  • the lateral extent of the optoelectronic semiconductor component along the vertical direction can also be constant or largely constant.
  • the filter layer 3 and the radiation conversion layer 4 can also have the same extension in the lateral direction.
  • the lateral extent can also be equal to the lateral extent of the carrier and thus of the optoelectronic semiconductor component 1 .
  • the semiconductor component 1 is free or largely free of steps.
  • the elements that have a smaller lateral extent than the carrier in FIG. 2A can be surrounded by a reflective layer.
  • a polymer material such as a silicone, that is filled with particles, such as Al2O3 particles, is suitable for the reflective layer.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of an optoelectronic arrangement 10 .
  • the optoelectronic arrangement 10 has an optoelectronic semiconductor component 1 which is embodied as described in connection with FIGS. 2A and 2B.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 is arranged on a connection carrier 15 and connected thereto via a connection means 17 , for example a solder or an in particular electrically conductive adhesive.
  • a main extension plane of the connection carrier 15 runs parallel to a side surface 190 of a planar light guide 19 into which the radiation emitted by the optoelectronic arrangement 10 is intended to be coupled.
  • the optoelectronic semiconductor bodies 5 emit in a strongly directed manner, so that the emitted radiation can be efficiently coupled into the planar light guide 19 via the side surface 190 .
  • the emission spectrum of the optoelectronic semiconductor component 1 is preferably adapted to the transmission spectra of the color filters for the display device to be backlit. Luminescent substances with a narrow emission spectrum, such as, for example, quantum dots, are particularly suitable for this purpose for the radiation conversion layer 4 . In principle, however, other phosphors can also be used.
  • the exemplary embodiment of an optoelectronic arrangement 10 shown in FIG. 4 essentially corresponds to the exemplary embodiment described in connection with FIG.
  • a main extension plane of the connection carrier 15 runs parallel to a main extension plane of the planar light guide 19 and perpendicular to a side surface 190 of the planar light guide.
  • the radiation exit surface 25 runs perpendicularly to the main extension plane of the connection carrier 15 .
  • a side surface 26 of the carrier 2 running perpendicularly to the radiation exit surface can rest on the connection carrier.
  • a “horizontal assembly” of the optoelectronic semiconductor component 1 on the connection carrier 15 can be reliably achieved in a simplified manner.
  • a main plane of extension of the semiconductor layer sequence 50 of the semiconductor body 5 runs perpendicularly or essentially perpendicularly to the main plane of extension of the connection carrier 15.
  • the thickness of the carrier 2 is preferably here , ie the extension perpendicular to the radiation exit surface 25 is so large that the optoelectronic semiconductor component 1 does not tilt during assembly.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 can furthermore also be thermally coupled to the connection carrier 15 via the side surface 26 of the carrier 2 .
  • the side surface 26 is preferably designed in such a way that no radiation or at least only a negligible proportion of the radiation is coupled out via the side surface 26 . This can be achieved, for example, via a sufficiently large refractive index difference between the carrier and the environment.
  • the side surface 26 of the carrier can be provided with a reflective layer, for example in the form of an encapsulation, in which the optoelectronic semiconductor component is embedded. Such a reflective layer can also be used in the exemplary embodiment in FIG.
  • connection carrier 15 The attachment of the optoelectronic semiconductor components 1 to the connection carrier 15 can take place, for example, by gluing, soldering or sintering.
  • the invention is not limited 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 stated in the patent claims or the exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) angegeben, mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Trägerverbunds (20) mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen (21); b) Ausbilden einer Filterschicht (3) auf dem Trägerverbund (20); c) Ausbilden einer Strahlungskonversionsschicht (4) auf der Filterschicht (3); d) Anordnen einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern (5) auf der Strahlungskonversionsschicht (4), wobei die Halbleiterkörper (5) jeweils eine Halbleiterschichtenfolge (50) mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich (53) aufweisen und frei von einem den Halbleiterkörper (5) stabilisierenden Substrat sind; e) Ausbilden einer Kontaktschicht (6) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern (5); f) Ausbilden einer Isolationsschicht (7) auf der Kontaktschicht (6); g) Ausbilden von elektrischen Kontaktflächen (65), die jeweils mit der Kontaktschicht (6) elektrisch leitend verbunden sind; und h) Vereinzeln des Trägerverbunds (20) in die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1), wobei die vereinzelten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) jeweils einen Träger (2) als Teil des Trägerverbunds (20), eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen Halbleiterkörpern (5) und zumindest zwei elektrische Kontaktflächen (65) für die externe elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) aufweisen. Weiterhin werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) und eine optoelektronische Anordnung (10) angegeben.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTEN UND OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT SOWIE EINE OPTOELEKTRONISCHE ANORDNUNG
Die vorliegende Anmeldung betri f ft ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen und ein optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie eine optoelektronische Anordnung .
Für verschiedenen Anforderungen, beispielsweise die Einkopplung in Wellenleiter für die Hinterleuchtung von Displays sind Bauelemente gefordert , die sich durch eine besonders kompakte Bauform aus zeichnen . Konventionelle Bauformen, bei denen sich die Leuchtdiode , kurz LED, in einer Kavität eines Gehäuses befindet , können nicht mehr ohne Weiteres weiter miniaturisiert werden, da die für die Gehäuse genutzten Materialien bei den dann erforderlichen geringen Wandstärken an die Grenzen der mechanischen Stabilität und des Reflexionsvermögens gelangen .
Eine Aufgabe ist es , auch für besonders dünne Wellenleiter eine zuverlässige Strahlungseinkopplung zu erreichen . Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen beziehungsweise ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst . Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der übrigen Patentansprüche .
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen angegeben . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt , in dem ein Trägerverbund mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen bereitgestellt wird .
Der Träger ist insbesondere für die von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement zu erzeugende Strahlung durchlässig . Die zu erzeugende Strahlung liegt insbesondere im sichtbaren Spektralbereich . Beispielsweise enthält der Träger Glas , Quartz , Saphir, eine Glaskeramik, eine Keramik oder ein Polymermaterial . Zweckmäßigerweise ist das Material des Trägerverbunds gegenüber der zu erzeugenden Strahlung, insbesondere gegenüber dem kurzwelligen Anteil der zu erzeugenden Strahlung, beispielsweise blauer Strahlung und gegenüber der im Betrieb des herzustellenden Halbleiterbauelements entstehenden Temperatur aufgrund von Abwärme unempfindlich . Vorzugsweise ist der Trägerverbund frei von optischen Streuzentren . Das bedeutet , dass zumindest der Großteil , beispielsweise mindestens 60% , der im Betrieb durch den Träger hindurch tretenden Strahlung den Träger passiert , ohne innerhalb des Trägers gestreut zu werden .
Vorzugsweise wird der Trägerverbund in lateraler Richtung in unstrukturierter Form bereitgestellt , sodass der Trägerverbund insbesondere bei einem abschließenden Vereinzelungsschritt des Herstellungsverfahrens durchtrennt wird und dadurch für j edes hergestellte optoelektronische Halbleiterbauelement j eweils ein Träger aus dem Trägerverbund hervorgeht . Die Seitenflächen der einzelnen Träger eines optoelektronischen Halbleiterbauelements entstehen also beim Vereinzeln . Davon abweichend kann der Trägerverbund auch bereits in Form einzelner Träger bereitgestellt werden, wobei die einzelnen Träger, beispielsweise über einen Hil fsträger zusammengehalten werden . Die spätere Vereinzelung kann dann beispielsweise durch Entfernen des Hil fsträges erfolgen .
Eine Dicke des Trägerverbunds beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 20 pm und einschließlich 1000 pm, bevorzugt zwischen einschließlich 50 pm und einschließlich 120 pm . Der Trägerverbund kann mechanisch starr, beispielsweise in Form eines Wafers oder einer Platte oder flexibel , beispielsweise in Form einer Folie , vorliegen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahren umfasst das Verfahren einen Schritt , in dem eine Filterschicht auf dem Trägerverbund ausgebildet wird . Die Filterschicht wird insbesondere voll flächig auf dem Trägerverbund ausgebildet , insbesondere abgeschieden .
Beispielsweise weist die Filterschicht eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten auf , wobei sich aufeinanderfolgende Schichten im Brechungsindex unterscheiden . Insbesondere kann die Filterschicht einen Winkel filter aufweisen, der nur Strahlungsanteile , die in einem vergleichsweise kleinen Winkel zur Normalen des Trägers auftref fen, durchgelassen werden und Strahlungsanteile ab einem Grenzwinkel , beispielsweise einem Winkel von höchstens 30 ° , höchstens 20 ° oder höchstens 10 ° , zur Oberflächennormalen des Trägers reflektiert werden . Dadurch können Strahlungsanteile , die bei einer Einkopplung in einen Lichtleiter in diesen ohnehin nicht eingekoppelt würden, an der Filterschicht reflektiert und zumindest zum Teil in Strahlungsanteile mit einem Winkel kleiner dem Grenzwinkel umgewandelt werden, beispielsweise durch Absorptions- und erneute Rekombinationsprozesse , auch als Photon-Recycling bezeichnet und/oder durch Streuung . Der Anteil der für die Einkopplung in einen Lichtleiter nutzbaren Strahlung an der insgesamt als dem optoelektronischen Halbleiterbauelement abgestrahlten Strahlung wird also erhöht .
Alternativ oder zusätzlich zu einem Winkel filter kann die Filterschicht einen Polarisator aufweisen . Beispielsweise weist der Polarisator ein Liniengitter aus einem reflektierenden Metall , beispielsweise aus Silber, auf . Silber zeichnet sich durch eine hohe Ref lektivität im sichtbaren Spektralbereich aus . Es kann aber auch ein anderes Metall Anwendung finden . Die Filterschicht kann weitere Schichten aufweisen, beispielsweise eine Schutzschicht , etwa eine Oxidschicht , in die eine Metallschicht des Polarisators eingebettet ist .
Mittels des Polarisators kann erzielt werden, dass die aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement austretende Strahlung polarisiert oder zumindest teilpolarisiert ist . Strahlungsanteile mit der nicht durchzulassenden Polarisation können an den Polarisator zurückreflektiert und nachfolgend zumindest teilweise in die gewünschte Polarisationsrichtung umverteilt werden, beispielsweise durch Photon-Recycling und/oder Streuung .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt , in dem eine Strahlungskonversionsschicht auf dem Trägerverbund, insbesondere auf der Filterschicht ausgebildet wird . Die Strahlungskonversionsschicht kann einen oder mehrere anorganische oder organische Leuchtstof fe oder auf Halbleitermaterial basierende Strahlungskonverter, beispielsweise Quanten-Dots , aufweisen . Die Strahlungskonversionsschicht wird vorzugsweise strukturiert auf der Filterschicht ausgebildet , wobei die Strukturierung nachtäglich erfolgen kann, beispielsweise durch Lithographie und Ätzen oder bereits bei der Beschichtung, etwa durch eine zuvor aufgebrachte Lackmaske , die nicht zu beschichtende Bereiche überdeckt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern auf dem Trägerverbund, insbesondere auf der Strahlungskonversionsschicht angeordnet . Insbesondere weisen die Halbleiterkörper j eweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich auf . Vorzugsweise sind die Halbleiterkörper frei von einem den Halbleiterkörper stabilisierenden Substrat . Beispielsweise weisen die Halbleiterkörper eine Dicke zwischen einschließlich 0 , 1 pm und einschließlich 10 pm, bevorzugt zwischen einschließlich 0 , 2 pm und einschließlich 6 pm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 0 , 4 pm und einschließlich 1 pm auf . Eine laterale Ausdehnung der Halbleiterkörper beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 5 pm und einschließlich 1000 pm, bevorzugt zwischen einschließlich 20 pm und einschließlich 100 pm .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt , in dem eine Kontaktschicht zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern ausgebildet wird . Vorzugsweise erfolgt das Ausbilden der Kontaktschicht nach dem Anordnen der Halbleiterkörper auf der Strahlungskonversionsschicht . Die Kontaktschicht ist insbesondere in Form einer planaren Kontaktierung ausgebildet . Die Kontaktschicht wird vorzugsweise auf den Halbleiterkörpern abgeschieden, wobei die Kontaktschicht über die Seitenflächen der Halbleiterkörper geführt wird und zwischen benachbarten Halbleiterkörpern stellenweise auf der Strahlungskonversionsschicht verläuft . Für die Ausbildung der Kontaktschicht sind Halbleiterkörper ohne ein Substrat besonders geeignet , da die so erzielbare geringe Bauhöhe die Ausbildung einer durchgängigen Kontaktbahn entlang der Seitenfläche hin zur Strahlungskonversionsschicht vereinfacht .
Davon abweichend können zumindest einige Halbleiterkörper oder alle Halbleiterkörper, die auf einem Bauelementbereich angeordnet werden, bereits elektrisch miteinander verbunden sein, bevor die Halbleiterkörper auf der Strahlungskonversionsschicht angeordnet werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt , in dem eine I solationsschicht auf der Kontaktschicht ausgebildet wird . Zweckmäßigerweise wird die I solationsschicht so ausgebildet , dass sie Öf fnungen aufweist , in denen die Kontaktschicht freiliegt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt , in dem elektrische Kontakt flächen ausgebildet werden, wobei die Kontakt flächen j eweils mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden sind . Insbesondere werden in j edem Bauelementbereich mindestens zwei elektrische Kontakt flächen, beispielsweise genau zwei elektrische Kontakt flächen, ausgebildet . Zweckmäßigerweise sind die elektrischen Kontakt flächen in den Öf fnungen der I solationsschicht mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden . Insbesondere können die elektrischen Kontakt flächen und die Kontaktschicht in den Öf fnungen unmittelbar aneinander angrenzen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Schritt , in dem der Trägerverbund in die optoelektronischen Halbleiterbauelemente vereinzelt wird . Die vereinzelten optoelektronischen Halbleiterbauelemente weisen insbesondere j eweils einen Träger als Teil des Trägerverbunds , eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern auf dem Träger und zumindest zwei elektrische Kontakt flächen für die externe elektrische Kontaktierung auf . Die elektrischen Kontakt flächen befinden sich insbesondere auf einer der Strahlungsaustritts fläche gegenüber liegenden Seite des optoelektronischen Halbleiterbauelements . Die Strahlungsaustritts fläche ist insbesondere eine Fläche , durch die mindestens 60 % , vorzugsweise mindestens 80 % der insgesamt abgestrahlten Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement austreten .
Das Vereinzeln des Trägerverbunds kann beispielsweise durch Ritzen und Brechen, Laserschneiden, Stealth-Dicing oder Sägen erfolgen .
In mindestens einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen wird ein Trägerverbund mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen bereitgestellt . Eine Filterschicht wird auf dem Trägerverbund ausgebildet , eine Strahlungskonversionsschicht wird auf der Filterschicht ausgebildet . Eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern wird auf der Strahlungskonversionsschicht angeordnet , wobei die Halbleiterkörper j eweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen und frei von einem den Halbleiterkörper stabilisierenden Substrat sind . Eine Kontaktschicht zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern wird ausgebildet . Eine I solationsschicht wird auf der Kontaktschicht ausgebildet . Elektrische Kontakt flächen werden ausgebildet , die j eweils mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden sind . Der Trägerverbund wird in die optoelektronischen Halbleiterbauelemente vereinzelt , wobei die vereinzelten optoelektronischen Halbleiterbauelemente j eweils einen Träger als Teil des Trägerverbunds , eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern und zumindest zwei elektrische Kontakt flächen für die externe elektrische Kontaktierung aufweisen .
Insbesondere weist die Filterschicht einen Polarisations filter und/oder einen Winkel filter aufweist , wobei der Winkel filter die Strahlungsanteile , die senkrecht zu der Strahlungsaustritts fläche verlaufen, durchlässt und Strahlungsanteile , die in einem Winkel , der größer ist als ein Grenzwinkel , auftref fen, überwiegend reflektiert .
Die Herstellungsschritte werden vorzugsweise in der Reihenfolge der Auf zählung durchgeführt . Die ist j edoch nicht zwingend erforderlich . Beispielsweise kann die elektrische Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern zumindest zum Teil auch bereits erfolgen, bevor die Halbleiterkörper auf der Strahlungskonversionsschicht angeordnet werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden beim Anordnen der Halbleiterkörper auf der Strahlungskonversionsschicht mehrere Halbleiterkörper gleichzeitig auf den Trägerverbund übertragen . Beispielsweise werden mindestens 80 % oder auch alle Halbleiterkörper für ein herzustellendes optoelektronisches Halbleiterbauelement gleichzeitig auf den Trägerverbund übertragen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden die Halbleiterkörper von einem temporären Substrat übertragen, wobei ein Mittenabstand zwischen benachbarten Halbleiterkörpern bei der Übertragung gleich bleibt .
Insbesondere stimmt der Mittenabstand in dem fertiggestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement mit dem Mittenabstand der Halbleiterkörper überein, in dem die Halbleiterkörper auf ihrem ursprünglichen Aufwachssubstrat abgeschieden worden sind .
Die Abstände zwischen benachbarten Halbleiterkörpern im fertigen optoelektronischen Halbleiterbauelement können also bereits bei einer lithographischen Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge für die Halbleiterkörper festgelegt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden die Halbleiterkörper auf dem temporären Substrat getestet und nur bestimmungsgemäß funktionierende Halbleiterkörper werden auf der Strahlungskonversionsschicht angeordnet .
Beispielsweise werden die Halbleiterkörper im Hinblick auf eine elektronische oder optoelektronische Eigenschaft getestet , beispielsweise im Hinblick auf die Peak-Wellenlänge der Emission oder einen charakteristischen Parameter einer Strom-Spannungs-Charakteristik .
Hierbei entstehende Freiräume auf der Strahlungskonversionsschicht können nachfolgend nachbestückt werden, sodass sich auf der Strahlungskonversionsschicht ausschließlich bestimmungsgemäß funktionierende Halbleiterkörper befinden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens liegen die Halbleiterkörper auf dem temporären Substrat frei von einem Aufwachssubstrat für eine epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge vor . Bei der Übertragung auf das Strahlungskonversionsmaterial ist das Aufwachssubstrat der Halbleiterkörper also bereits nicht mehr vorhanden . Beispielsweise wird das Aufwachssubstrat entfernt , nachdem die Halbleiterkörper an dem temporären Träger befestigt worden sind .
Alternativ kann auch der temporäre Träger selbst das Aufwachssubstrat sein . In diesem Fall kann die Übertragung direkt von dem Aufwachssubstrat auf den Trägerverbund erfolgen . Beispielsweise können zu übertragende Halbleiterkörper selektiv vom Aufwachssubstrat gelöst werden, etwa durch ein Laser-Ablöse-Verfahren ( Laser Li ft Of f , LLO) .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird die Strahlungskonversionsschicht so strukturiert ausgebildet , dass j edem Bauelementbereich ein separates Strahlungskonversionselement der Strahlungskonversionsschicht zugeordnet ist und die Strahlungskonversionsschicht beim Vereinzeln nicht durchtrennt wird . So kann die Gefahr vermieden werden, dass die Strahlungskonversionsschicht beim Vereinzeln beschädigt wird . Zudem kann das Vereinzelungsverfahren unabhängig von den Eigenschaften der Strahlungskonversionsschicht gewählt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird die Filterschicht beim Vereinzeln durchtrennt . Die Filterschicht und der Träger des hergestellten optoelektronischen Halbleiterbauelements schließen an der Seitenfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements also bündig ab .
Weiterhin wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben .
Das vorstehend beschriebene Verfahren ist zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements besonders geeignet . Im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Merkmale können daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement herangezogen werden und umgekehrt .
In mindestens einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Träger auf , der eine Strahlungsaustritts fläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements bildet . Das optoelektronische Bauelement umfasst weiter eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern, die auf dem Träger angeordnet sind, wobei die Halbleiterkörper j eweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen und insbesondere frei von einem den Halbleiterkörper stabilisierenden Substrat sind . Das optoelektronische Bauelement umfasst ferner eine Filterschicht zwischen dem Träger und den Halbleiterkörpern und eine Strahlungskonversionsschicht zwischen dem Träger und den Halbleiterkörpern, wobei sich die Strahlungskonversionsschicht insbesondere durchgängig über die Halbleiterkörper erstreckt . Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst ferner eine Kontaktschicht zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern und eine I solationsschicht auf einer dem Träger abgewandten Seite der Kontaktschicht . Zumindest zwei elektrische Kontakt flächen für die externe elektrische Kontaktierung sind auf der I solationsschicht angeordnet und mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements bedeckt die Filterschicht den Träger voll flächig . Die in den Halbleiterkörpern im Betrieb erzeugte Strahlung muss also die Filterschicht passieren, bevor sie aus der Strahlungsaustritts fläche austreten kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements überragt die Filterschicht die Strahlungskonversionsschicht in lateraler Richtung .
Insbesondere kann die Strahlungskonversionsschicht entlang des gesamten Umfangs des optoelektronischen Halbleiterbauelements von den Seitenflächen des Trägers beabstandet sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind benachbarte Halbleiterkörper in einem Abstand zwischen einschließlich 1 pm und einschließlich 10 pm zueinander angeordnet . Durch derart geringe Abstände , die mit konventionellen Pick-and-Place-Plat zierungsverf ahren nicht ohne weiteres zu erzielen sind, kann auch mit vergleichsweise kleinen Halbleiterkörpern eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung und eine hohe Leuchtdichte erzielt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Filterschicht einen Polarisations filter und/oder einen Winkel filter auf . Insbesondere lässt der Winkel filter Strahlungsanteile , die senkrecht zu der Strahlungsaustritts fläche verlaufen, durch und reflektiert Strahlungsanteile , die in einem Winkel , der größer ist als ein Grenzwinkel , auf den Träger auftref fen, zumindest überwiegend, beispielsweise zu einem Anteil von mindestens 70 % oder mindestens 80 % .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements bedecken die elektrischen
Kontakt flächen zusammen mindestens 60 % einer Grundfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements . Über die vergleichsweise großen elektrischen Kontakt flächen kann im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements entstehende Verlustwärme ef fi zient abgeführt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die Halbeiterkörper matrixförmig angeordnet . Beispielsweise sind die Halbleiterkörper zumindest zum Teil über die Kontaktschicht in Reihe und/oder parallel verschaltet . Zum Beispiel sind die Halbleiterkörper einer Zeile j eweils über die Kontaktschicht elektrisch in Serie geschaltet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die Zeilen parallel zueinander verschaltet , insbesondere über die elektrischen
Kontakt flächen . Insbesondere können alle Halbleiterkörper des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemeinsam über genau zwei externe elektrische Kontakt flächen kontaktiert werden .
Weiterhin wird eine optoelektronische Anordnung mit zumindest einem vorstehend beschriebenen elektronischen Halbleiterbauelement angegeben . Die optoelektronische Anordnung weist beispielsweise einen Anschlussträger auf , auf dem das optoelektronische Halbleiterbauelement befestigt ist . Beispielsweise ist der Anschlussträger eine Leiterplatte .
Die optoelektronische Anordnung ist beispielsweise eine Hinterleuchtungseinheit für eine Anzeigevorrichtung oder Teil einer Hinterleuchtungseinheit für eine Anzeigevorrichtung . Insbesondere ist die optoelektronische Anordnung dazu eingerichtet , aus der Strahlungsaustritts fläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements im Betrieb der optoelektronischen Anordnung ausgekoppelte Strahlung in eine Seitenfläche eines Lichtleiters , insbesondere eines Flächenlichtleiters einzukoppeln .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung verläuft die Strahlungsaustritts fläche des Trägers parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers . Die Haupterstreckungsebene verläuft in diesem Fall beispielsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Seitenfläche des Flächenlichtleiters , in den die Strahlung eingekoppelt werden soll .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung verläuft die Strahlungsaustritts fläche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers . In diesem Fall kann die Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Seitenfläche des Flächenlichtleiters verlaufen . Die Begri f fe „im Wesentlichen senkrecht" und „im Wesentlichen parallel" bedeuten in diesem Zusammenhang insbesondere j eweils eine Abweichung um höchstens 10 ° .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form der optoelektronischen Anordnung liegt eine schräg oder senkrecht zur Strahlungsaustritts fläche verlaufende Seitenfläche des Trägers auf dem Anschlussträger auf . Eine Montage des optoelektronischen Halbleiterbauelements auf dem Anschlussträger derart , dass die Strahlungsaustritts fläche des Trägers senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers verläuft , wird dadurch vereinfacht .
Mit dem Verfahren beziehungsweise dem optoelektronischen Halbleiterbauelement können insbesondere die folgenden Ef fekte erzielt werden .
Durch das beschriebene Verfahren können optoelektronische Halbleiterbauelemente hergestellt werden, die sich durch eine besonders geringe Größe aus zeichnen . Dadurch wird die Einkopplung in sehr dünne Wellenleiter, insbesondere mit einer Dicke von weniger als 1 mm, beispielsweise 500 pm oder 700 pm, vereinfacht .
Es können hohe Leuchtdichten erzielt werden, da die einzelnen Halbleiterkörper in einem sehr geringen, lithographisch definierbaren Abstand zueinander platziert werden können . Die einzelnen Halbleiterkörper selbst können vergleichsweise klein sein und so mit hoher Ausbeute hergestellt werden . Insbesondere können die Halbleiterkörper auch bei geringen Ausdehnungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements matrixförmig in zwei oder mehr Zeilen mit j eweils mehreren Halbleiterbauelementen angeordnet werden . Ferner hat sich gezeigt , dass das Verfahren besonders kostgünstig durchgeführt werden kann, so dass die Gesamtkosten für ein herzustellendes optoelektronisches Halbleiterbauelement gering sind . Die Übertragung der einzelnen Halbleiterkörper auf den finalen Träger des optoelektronischen Halbleiterbauelements kann beispielsweise mittels eines Stempels erfolgen und dadurch besonders flexibel durchgeführt werden . Insbesondere kann das Verfahren leicht auf andere Größen des Trägers und/oder der zu verwendenden Halbleiterkörper angepasst werden .
Mittels der Filterschicht kann die Abstrahlung hinsichtlich des Winkelbereichs und/oder der Polarisation an die j eweilige Anwendung, insbesondere an den nachgeordneten Flächenlichtleiter angepasst werden . Strahlungsanteile , die ohnehin nicht in den Flächenlichtleiter eingekoppelt werden könnten oder aufgrund ihrer Polarisation nicht nutzbar sind, können durch die Filterschicht in die optoelektronischen Halbleiterbauelementen zurück reflektiert werden und dort beispielsweise durch Recycling-Prozesse zumindest teilweise in nutzbare Strahlungsanteile umgewandelt werden . Dadurch steigt die Ef fi zienz für das Gesamtsystem zur Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung deutlich .
Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Aus führungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren .
Es zeigen : die Figuren 1A bis 1 J ein Aus führungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen, wobei die Figuren 1A, 1B, IC, ID, 1 F, IG, 1H, I I und 1 J j eweils eine perspektivische Darstellung eines Zwischenschritts und Figur IE einen Zwischenschritt mit einer schematischen Schnittansicht eines temporären Substrats darstellen; die Figuren 2A und 2B ein Aus führungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement in Rückseitenansicht ( Figur 2B ) und in zugehöriger schematischer Schnittansicht ( Figur 2A) ; und die Figuren 3 und 4 j eweils ein Aus führungsbeispiel für eine optoelektronische Anordnung in schematischer Seitenansicht .
Die Figuren sind j eweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu . Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur verbesserten Darstellung und/oder zum verbesserten Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen versehen .
In den Figuren 1A bis I I ist ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß einem Aus führungsbeispiel dargestellt , wobei zur vereinfachten Darstellung nur ein Teilbereich eines Trägerverbunds 20 mit einem Bauelementbereich 21 gezeigt ist , aus dem bei der Herstellung ein optoelektronisches Halbleiterbauelement hervorgeht . Selbstverständlich kann mit dem Verfahren eine Viel zahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen, die insbesondere matrixförmig auf j eweils einem Bauelementbereich 21 ausgebildet werden können, gleichzeitig hergestellt werden .
Wie in Figur 1A dargestellt , wird ein Trägerverbund 20 mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen 21 bereitgestellt . Bei dem Trägerverbund 20 kann es sich insbesondere um ein in lateraler Richtung vollständig unstrukturiertes Element handeln . Der Trägerverbund 20 kann mechanisch starr oder flexibel sein .
Auf dem Trägerverbund 20 wird eine Filterschicht 3 ausgebildet ( Figur 1B ) . Die Filterschicht 3 wird insbesondere voll flächig auf dem Trägerverbund 20 aufgebracht und nicht strukturiert . Die Filterschicht 3 kann insbesondere mehrschichtig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Schichten beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufsputtern hergestellt werden können . Details der Filterschicht 3 werden in Zusammenhang mit der Figur 2A näher erläutert .
Auf dem Trägerverbund 20 mit der Filterschicht 3 wird eine Strahlungskonversionsschicht 4 ausgebildet ( Figur IC ) . Vorzugsweise wird die Strahlungskonversionsschicht 4 strukturiert ausgebildet , so dass die Strahlungskonversionsschicht 4 die Filterschicht 3 nicht vollständig bedeckt . Insbesondere sind die Ränder des j eweiligen Bauelementbereichs 21 frei von Material der Strahlungskonversionsschicht 4 , so dass die Strahlungskonversionsschicht 4 beim späteren Vereinzeln nicht durchtrennt werden muss . Die Strahlungskonversionsschicht 4 kann bereits in strukturierter Form aufgebracht werden oder voll flächig aufgebracht und nachfolgend strukturiert werden, beispielsweise durch einen Lithographie-Schritt und einen nachfolgenden Ätzschritt . Alle Halbleiterkörper 5 eines Bauelements sind von einem durchgängigen Teil der Strahlungskonversionsschicht 4 überdeckt .
Die Strahlungskonversionsschicht 4 kann einen oder mehrere anorganische oder organische oder nanoskalige Leuchtstof fe 41 wie beispielsweise Quantendots basierend auf einem I I I-V- Verbindungshalbleitermaterial oder einem I I-VI- Verbindungshalbleitermaterial aufweisen (vgl . Figur 2A) . Beispielsweise eignen sich als Leuchtstof fe ein KSF- Leuchtstof f oder ein ß-SiAlON-Leuchtstof f . Die Leuchtstof fe 41 können in ein insbesondere transparentes Matrixmaterial 42 eingebettet sein . Das Matrixmaterial enthält beispielsweise ein Polymermaterial , beispielsweise ein vernetztes Polysiloxan oder besteht daraus . Für die Abscheidung der Strahlungskonversionsschicht 4 können die Leuchtstof fe in das Matrixmaterial gemischt werden und dann mittels eines Beschichtungsprozesses deponiert und gegebenenfalls thermisch oder optisch ausgehärtet werden . Für das Aufbringen eignet sich beispielsweise Sprühen, Rackeln, eine Tauchbeschichtung oder eine Rotationsbeschichtung in einem oder auch mehreren Durchgängen . Alternativ kann auch ein Prozess wie ein Sol- Gel-Übergang Anwendung finden . Alternativ können die Leuchtstof fe auch zunächst ohne Matrixmaterial etwa in Form einer Lösung oder Suspension in einem Lösungsmittel oder als Pulver aufgetragen und nachfolgend durch Aufbringen eines Matrixmaterials 42 auf dem Trägerverbund 20 fixiert werden . Erforderlichenfalls kann nachfolgend eine Planarisierungsschicht auf der dem Trägerverbund 20 abgewandten Seite ausgebildet werden . Diese ist zur vereinfachten Darstellung in den Figuren nicht expli zit gezeigt . Nachfolgend wird, wie in Figur ID dargestellt , eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern 5 auf den Trägerverbund 20 übertragen . Beispielsweise werden die Halbleiterkörper 5 mit einer Verbindungsschicht , etwa einer transparenten Klebeschicht , an der Strahlungskonversionsschicht 4 befestigt .
Beispielsweise können die Halbleiterkörper 5 , wie in Figur IE schematisch dargestellt , von einem temporären Substrat 8 beispielsweise mittels eines Stempels 9 von dem temporären Substrat 8 auf den Trägerverbund 20 übertragen werden . Vorzugsweise werden mehrere Halbleiterkörper 5 , insbesondere alle Halbleiterkörper 5 für ein herzustellendes optoelektronisches Halbleiterbauelement gleichzeitig von dem temporären Substrat 8 auf den Trägerverbund 20 übertragen . Ein Mittenabstand 55 zwischen benachbarten Halbleiterkörpern 5 auf dem temporären Substrat 8 bleibt bei diesem Übertragungsprozess unverändert , so dass sich die Halbleiterkörper 5 nach dem Übertragungsprozess auf dem Trägerverbund 20 in dem ursprünglichen Mittenabstand befinden . Zumindest für alle Halbleiterkörper 5 , die in demselben Schritt übertragen werden, ändern sich die Mittenabstände zu ihren Nachbarn also nicht .
Es können auch Halbleiterkörper 5 für mehrere Bauelementbereiche 21 oder auch für alle Bauelementbereiche 21 des Trägerverbunds 20 gleichzeitig übertragen werden .
Vor dem Übertragen auf den Trägerverbund 20 können die Halbleiterkörper 5 auf dem temporären Substrat 8 getestet werden, so dass der Trägerverbund 20 nur mit Halbleiterkörpern 5 bestückt wird, die den vorgegebenen Anforderungen, etwa hinsichtlich der Helligkeit oder der Emissionswellenlänge entsprechen . Insbesondere kann die Übertragung so durchgeführt werden, dass nicht den Anforderungen entsprechende Halbleiterkörper 5 von dem temporären Substrat nicht übertragen werden . Dadurch entstehende Freiräume auf dem Trägerverbund 20 können nachfolgend mit bestimmungsgemäß funktions fähigen Halbleiterkörpern 5 bestückt werden . Dadurch kann der Ausschuss bei der Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 deutlich reduziert werden .
Wie in Figur 1 F dargestellt , werden die Halbleiterkörper 5 mittels einer Kontaktschicht 6 elektrisch miteinander verbunden . In dem gezeigten Aus führungsbeispiel sind die Halbleiterkörper 5 matrixförmig in zwei Zeilen 56 angeordnet , wobei die Halbleiterkörper 5 einer Zeile 56 j eweils elektrisch in Serie verschaltet sind . Es können aber auch andere Verschaltungen realisiert werden, beispielsweise eine Parallel-Verschaltung oder eine Serien-Parallel-Verschaltung .
Nachfolgend wird, wie in Figur IG dargestellt , eine I solationsschicht 7 aufgebracht , die die Halbleiterkörper 5 eines Bauelementbereichs 21 vollständig überdeckt . In der I solationsschicht 7 werden Öf fnungen 75 ausgebildet , in denen die Kontaktschicht 6 freigelegt wird ( Figur 1H) .
Nachfolgend werden, wie in Figur I I dargestellt , auf der I solationsschicht 7 Kontakt flächen 65 für die externe elektrische Kontaktierung der herzustellenden optoelektronischen Halbleiterbauelemente ausgebildet , wobei die Kontakt flächen 65 in den Öf fnungen 5 j eweils mit der Kontaktschicht 6 elektrisch leitend verbunden sind .
Für die Kontaktschicht 6 und die Kontakt flächen 65 eignet sich ein einschichtiger oder mehrschichtiger Aufbau . Beispielsweise weist zumindest eine Schicht ein Metall auf , beispielsweise Kupfer, Titan, Platin, Nickel , Silber, Gold oder besteht daraus . Weiterhin kann die Kontaktschicht und/oder die Kontakt fläche 65 ein transparentes leitfähiges Oxid ( transparent conductive oxide , TCO) -Material enthalten, beispielsweise Indiumzinnoxid ( ITO) oder Zinkoxid ( ZnO) oder mehrere solche Schichten . Insbesondere können die Kontaktschicht 6 und/oder die Kontakt flächen 65 auf der den Halbleiterkörpern 5 zugewandten Seite für die in den Halbleiterkörpern 5 zu erzeugende Strahlung reflektierend ausgebildet sein .
Abschließend wird der Trägerverbund 20 vereinzelt , so dass j edes hergestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 j eweils einen Träger 2 als Teil des Trägerverbunds 20 mit darauf angeordneten Halbleiterkörpern 5 und mindestens zwei Kontakt flächen 65 für die externe elektrische Kontaktierung der Halbleiterkörper 5 aufweist .
Das Vereinzeln erfolgt entlang der in Figur I I dargestellten Vereinzelungslinien 99 . Das Vereinzeln kann beispielsweise durch Ritzen und Brechen, Laserschneiden, Stealth-Dicing oder Sägen erfolgen . Beim Vereinzeln werden vorzugsweise nur der Trägerverbund 20 und die darauf angeordnete Filterschicht 3 durchtrennt .
Das fertig gestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 ist in Figur 1 J dargestellt . Die Seitenflächen der beim Vereinzeln aus dem Trägerverbund 20 entstehenden Träger 2 können für das Vereinzelungsverfahren charakteristische Spuren aufweisen, beispielsweise Sägespuren oder Spuren eines chemischen Materialabtrags und/oder eines Materialabtrags durch kohärente Strahlung . In dem gezeigten Aus führungsbeispiel weist das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 beispielsweise eine laterale Ausdehnung von 700 pm x 400 pm auf . Eine Dicke des Trägers 2 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 50 pm und einschließlich 120 pm . Abhängig von der Anwendung des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 können diese Dimensionen j edoch in weiten Grenzen variiert werden . Ein Aus führungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 ist in den Figuren 2A und 2B dargestellt .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 weist einen Träger 2 auf , der eine Strahlungsaustritts fläche 25 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 bildet . Auf dem Träger ist eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern 5 angeordnet , wobei die Halbleiterkörper j eweils eine Halbleiterschichtenfolge 50 mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 53 aufweisen .
Der aktive Bereich 53 befindet sich zwischen einer ersten Halbleiterschicht 51 eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht 52 eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps . Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht 51 n-leitend und die zweite Halbleiterschicht 52 p-leitend oder umgekehrt . Die erste Halbleiterschicht 51 und die zweite Halbleiterschicht 52 sind j eweils mit einer Anschluss fläche 54 elektrisch leitend verbunden, so dass durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Anschluss flächen Ladungsträger von entgegengesetzten Seiten in den aktiven Bereich inj i ziert werden können und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren . Die Halbleiterkörper 5 an sich sind j eweils frei von einem die Halbleiterkörper stabilisierenden Substrat und dadurch besonders dünn, beispielsweise mit einer Dicke zwischen 0 , 4 pm und 10 pm, zum Beispiel etwa 5 pm . Die mechanische Stabilisierung der Halbleiterkörper 5 erfolgt über den gemeinsamen Träger 2 .
Die Anschluss flächen 54 sind j eweils auf der dem Träger 2 abgewandten Seite der Halbleiterkörper 5 angeordnet . Beispielsweise befinden sich die Anschluss flächen 54 in einem Abstand von höchstens 10 pm oder höchstens 5 pm von der Strahlungskonversionsschicht 4 . Die Anschluss fläche 54 benachbarter Halbleiterkörper 5 sind über eine Kontaktschicht 6 elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise in einer Serienverschaltung . Die Kontaktschicht 6 ist über die Seitenflächen der Halbleiterkörper 5 geführt und verläuft zwischen den Halbleiterkörpern auf der Strahlungskonversionsschicht 4 , insbesondere unmittelbar auf der Strahlungskonversionsschicht 4 .
Auf einer dem Träger 2 abgewandten Seite der Kontaktschicht 6 ist eine I solationsschicht 7 angeordnet . Die I solationsschicht 7 weist Öf fnungen 75 auf , in denen die Kontakt flächen 65 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 für eine externe elektrische Kontaktierung mit der Kontaktschicht 6 elektrisch leitend verbunden sind .
Wie in Figur 2B dargestellt , überdecken die elektrischen Kontakt flächen 65 zusammen einen Großteil einer Grundfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 , insbesondere mindestens 60% oder mindestens 80% . Über die vergleichsweise großen elektrischen Kontakt flächen kann in Betrieb entstehende Abwärme ef fi zient aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 abgeführt werden . Ferner können die Kontakt flächen auf sie auftref fende Strahlung in Richtung der Strahlungsaustritts fläche 25 zurück reflektieren .
Zwischen den Halbleiterkörpern 5 und dem Träger 2 sind eine Strahlungskonversionsschicht 4 und eine Filterschicht 3 angeordnet .
Die Strahlungskonversionsschicht 4 ist dazu eingerichtet , eine in den Halbleiterkörpern 5 erzeugte Primärstrahlung, beispielsweise Strahlung im blauen Spektralbereich oder im ultravioletten Spektralbereich in Strahlung größerer Wellenlänge umzuwandeln, beispielsweise in Strahlungsanteile im grünen und roten Spektralbereich oder in Strahlungsanteile im blauen, grünen und roten Spektralbereich für Primärstrahlung im ultravioletten Spektralbereich . Die Leuchtstof fe 41 der Strahlungskonversionsschicht 4 sind beispielsweise in das Matrixmaterial 42 eingebettet .
In dem gezeigten Aus führungsbeispiel weist die Filterschicht 3 einen Polarisations filter 31 und einen Winkel filter 35 auf . Die Filterschicht kann j edoch auch nur einen Polarisations filter oder nur einen Winkel filter aufweisen .
Der Polarisations filter 31 ist beispielsweise durch eine strei fenförmig strukturierte Metallschicht 311 gebildet , wobei optional zusätzlich eine Schutzschicht 312 vorgesehen ist , welche die Metallschicht 311 beispielsweise vor einer Oxidation schützt . Die Schutzschicht 212 weist beispielsweise ein chemisch inertes Material auf , das vorzugsweise eine geringe Absorption im gesamten Emissionsspektrum des optoelektronischen Halbleiterbauelements auf oder besteht aus einem solchen Material . Beispielsweise eignet sich ein Oxid, etwa Sili ziumoxid .
Die Metallschicht 311 weist zweckmäßigerweise ein Metall mit einer hohen Ref lektivität für die im aktiven Bereich der Halbleiterkörper 5 zu erzeugende Strahlung auf . Beispielsweise zeichnet sich Silber durch eine hohe Ref lektivität im sichtbaren Spektralbereich aus .
Der Winkel filter 35 ist durch eine Abfolge von mehreren ersten dielektrischen Schichten 351 und zweiten dielektrischen Schicht 352 gebildet , wobei sich die ersten Schichten 351 und die zweiten Schichten 352 vorzugsweise durch einen möglichst großen Brechungsindexunterschied aus zeichnen . Durch geeignete Wahl der Schichtdicken und der Materialien der Schichten kann der Winkel filter so ausgebildet werden, dass er nur für einen vergleichsweise kleinen Winkelbereich um eine Normale zur Strahlungsaustritts fläche 25 durchlässig ist . Beispielsweise ist der Winkel filter ab einem Grenzwinkel von 30 ° , 20 ° oder 10 ° für die Strahlung reflektierend ausgebildet . In den Träger 2 wird also nur Strahlung aus einem vergleichsweise kleinen Winkelbereich um die Normale eingekoppelt . So kann erzielt werden, dass nur ein sehr geringer Anteil der Strahlung aus den Seitenflächen 26 des Trägers 2 austritt und damit die Gesamtef fi zienz des Systems erhöht wird .
Die Filterschicht 3 überragt die Strahlungskonversionsschicht 4 in lateraler Richtung, insbesondere entlang des gesamten Umfangs . Mittels der Filterschicht 3 kann zuverlässig erzielt werden, dass sowohl von der Primärstrahlung als auch von der in der Strahlungskonversionsschicht erzeugten Sekundärstrahlung nur oder zumindest überwiegend diej enigen Strahlungsanteile in den Träger 2 eingekoppelt werden, die bei einer Strahlungsauskopplung aus der Strahlungsaustritts fläche 25 für die Anwendung des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 nutzbar sind, beispielsweise im Hinblick auf die Polarisation und/oder den Austrittswinkel der austretenden Strahlung . Von dem beschriebenen Aus führungsbeispiel kann die laterale Ausdehnung des optoelektronischen Halbleiterbauelements entlang der vertikalen Richtung auch konstant oder weitgehend konstant sein . Beispielsweise können die Filterschicht 3 und die Strahlungskonversionsschicht 4 in lateraler Richtung auch die gleiche Ausdehnung aufweisen . Insbesondere kann die laterale Ausdehnung auch gleich der lateralen Ausdehnung des Trägers und damit des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 sein . Das Halbleiterbauelement 1 ist in diesem Fall frei oder weitgehend frei von Stufen .
Weiterhin können die Elemente , die in Figur 2A eine geringere laterale Ausdehnung aufweisen als der Träger, beispielsweise die Strahlungskonversionsschicht 4 und/oder die Halbleiterkörper 5 und/oder die Kontaktschicht 6 und/oder die Kontakt flächen 65 von einer reflektierenden Schicht umgeben sein . Für die reflektierende Schicht eignet sich beispielsweise ein Polymermaterial , etwa ein Silikon, das mit Partikeln gefüllt ist , etwa mit A12O3-Partikeln .
In Figur 3 ist ein Aus führungsbeispiel für eine optoelektronische Anordnung 10 dargestellt . Die optoelektronische Anordnung 10 weist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 auf , das wie in Zusammenhang mit Figuren 2A und 2B beschrieben ausgebildet ist . Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 ist auf einem Anschlussträger 15 angeordnet und über ein Verbindungsmittel 17 , beispielsweise ein Lot oder einen insbesondere elektrisch leitfähigen Klebstof f , mit diesem verbunden . Eine Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers 15 verläuft parallel zu einer Seitenfläche 190 eines Flächenlichtleiters 19 , in den die von der optoelektronischen Anordnung 10 abgestrahlte Strahlung eingekoppelt werden soll . Wie durch die Pfeile 95 schematisch dargestellt , strahlen die optoelektronischen Halbleiterkörper 5 stark gerichtet ab, so dass die emittierte Strahlung ef fi zient über die Seitenfläche 190 in den Flächenlichtleiter 19 eingekoppelt kann . Dadurch kann eine besonderes hohe Ef fi zienz des Gesamtsystems erreicht werden . Vorzugsweise ist das Emissionsspektrum des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 an die Transmissionsspektren der Farbfilter für die zu hinterleuchtende Anzeigevorrichtung angepasst . Für die Strahlungskonversionsschicht 4 eignen sich hierfür insbesondere Leuchtstof fe mit einem schmalen Emissionsspektrum wie beispielsweise Quantendots . Es können Grundsätzlich können j edoch auch andere Leuchtstof fe eingesetzt werden .
Das in Figur 4 dargestellte Aus führungsbeispiel einer optoelektronischen Anordnung 10 entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit Figur 3 beschriebenen Aus führungsbeispiel . Im Unterschied hierzu verläuft eine Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers 15 parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Flächenlichtleiters 19 und senkrecht zu einer Seitenfläche 190 des Flächenlichtleiters . Die Strahlungsaustritts fläche 25 verläuft senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers 15 . In der gezeigten Anordnung erfolgt eine hori zontale Einkopplung des Lichts in einen lateral neben dem Anschlussträger platzierten Flächenlichtleiter 19 .
Eine senkrecht zur Strahlungsaustritts fläche verlaufende Seitenfläche 26 des Trägers 2 kann auf dem Anschlussträger aufliegen . Dadurch ist eine „liegende Montage" des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 auf den Anschlussträger 15 vereinfacht zuverlässig erzielbar . In diesem Fall verläuft eine Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge 50 der Halbleiterkörper 5 senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers 15 . Vorzugsweise ist hierbei die Dicke des Trägers 2 , also die Ausdehnung senkrecht zur Strahlungsaustritts fläche 25 so groß , dass das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 bei der Montage nicht kippt .
Über die Seitenfläche 26 des Trägers 2 kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 weiterhin auch thermisch an den Anschlussträger 15 gekoppelt werden .
Weiterhin bevorzugt ist die Seitenfläche 26 so ausgestaltet , dass keine Strahlung oder zumindest nur ein vernachlässigbarer Anteil der Strahlung über die Seitenfläche 26 ausgekoppelt wird . Dies kann beispielsweise über einen hinreichend großen Brechungsindexunterschied zwischen dem Träger und der Umgebung erzielt werden . Alternativ oder ergänzend kann die Seitenfläche 26 des Trägers mit einer reflektierenden Schicht versehen sein, beispielsweise in Form einer Umhüllung, in die das optoelektronische Halbleiterbauelement eingebettet ist . Eine solche reflektierende Schicht kann auch in dem Aus führungsbeispiel der Figur 3 Anwendung finden .
Das Befestigen der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 an dem Anschlussträger 15 kann beispielsweise durch Kleben, Löten oder Sintern erfolgen .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2020 124 921 . 7 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder den Aus führungsbeispielen angegeben ist .
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauelement
10 optoelektronische Anordnung
15 Anschlussträger
17 Verbindungsmittel
19 Flächenlichtleiter
190 Seitenfläche des Flächenlichtleiters
2 Träger
20 Trägerverbund
21 Bauelementbereich
25 Strahlungsaustritts fläche
26 Seitenfläche
3 Filterschicht
31 Polarisations filter
311 Metallschicht
312 Schutzschicht
35 Winkel filter
351 erste dielektrische Schicht
352 zweite dielektrische Schicht
4 Strahlungskonversionsschicht
41 Leuchtstof f
42 Matrixmaterial
5 Halbleiterkörper
50 Halbleiterschichtenfolge
51 erste Halbleiterschicht
52 zweite Halbleiterschicht
53 aktiver Bereich
54 Anschluss fläche
55 Mittenabstand
56 Abstand
59 Zeile
6 Kontaktschicht 65 Kontakt fläche
7 I solationsschicht
75 Öf fnung
8 temporäres Substrat 9 Stempel
95 Pfeil
99 Vereinzelungslinie

Claims

33 Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) mit den Schritten : a) Bereitstellen eines Trägerverbunds (20) mit einer Mehrzahl von Bauelementbereichen (21) ; b) Ausbilden einer Filterschicht (3) auf dem Trägerverbund (20) ; c) Ausbilden einer Strahlungskonversionsschicht (4) auf der Filterschicht (3) ; d) Anordnen einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern (5) auf der Strahlungskonversionsschicht, wobei die Halbleiterkörper jeweils eine Halbleiterschichtenfolge (50) mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich (53) aufweisen und frei von einem den Halbleiterkörper (5) stabilisierenden Substrat sind; e) Ausbilden einer Kontaktschicht (6) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern; f) Ausbilden einer Isolationsschicht (7) auf der Kontakt schicht ; g) Ausbilden von elektrischen Kontakt flächen (65) , die jeweils mit der Kontaktschicht (6) elektrisch leitend verbunden sind; und h) Vereinzeln des Trägerverbunds (20) in die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) , wobei die vereinzelten optoelektronischen Halbleiterbauelemente (1) jeweils einen Träger (2) als Teil des Trägerverbunds, eine Mehrzahl von Halbleiterkörpern (5) und zumindest zwei elektrische Kontakt flächen (65) für die externe elektrische Kontaktierung aufweisen; wobei die Filterschicht einen Polarisationsfilter (31) und/oder einen Winkelfilter (35) aufweist, wobei der 34
Winkelfilter die Strahlungsanteile, die senkrecht zu der Strahlungsaustrittsfläche verlaufen, durchlässt und Strahlungsanteile, die in einem Winkel, der größer ist als ein Grenzwinkel, auftreffen, überwiegend reflektiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt d) mehrere Halbleiterkörper gleichzeitig auf den Trägerverbund übertragen werden.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Halbleiterkörper in Schritt d) von einem temporären Substrat (8) übertragen werden, wobei ein Mittenabstand zwischen benachbarten Halbleiterkörpern bei der Übertragung gleich bleibt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Halbleiterkörper auf dem temporären Substrat (8) getestet werden und in Schritt d) nur bestimmungsgemäß funktionierende Halbleiterkörper übertragen werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Halbleiterkörper auf dem temporären Substrat frei von einem Aufwachssubstrat für eine epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge vorliegen.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strahlungskonversionsschicht so strukturiert ausgebildet wird, dass jedem Bauelementbereich ein separates Strahlungskonversionselement der Strahlungskonversionsschicht zugeordnet ist und die Strahlungskonversionsschicht in Schritt h) nicht durchtrennt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Filterschicht in Schritt h) durchtrennt wird.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit
- einem Träger (2) , der eine Strahlungsaustrittsfläche (25) des optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) bildet;
- einer Mehrzahl von Halbleiterkörpern (5) , die auf dem Träger angeordnet sind, wobei die Halbleiterkörper jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Bereich (53) aufweisen und frei von einem den Halbleiterkörper stabilisierenden Substrat sind;
- einer Filterschicht (3) zwischen dem Träger und den Halbleiterkörpern, wobei die Filterschicht einen Polarisationsfilter (31) und/oder einen Winkelfilter (35) aufweist, wobei der Winkelfilter die Strahlungsanteile, die senkrecht zu der Strahlungsaustrittsfläche verlaufen, durchlässt und Strahlungsanteile, die in einem Winkel, der größer ist als ein Grenzwinkel, auftreffen, überwiegend reflektiert ;
- einer Strahlungskonversionsschicht (4) zwischen dem Träger und den Halbleiterkörpern, wobei sich die Strahlungskonversionsschicht durchgängig über die Halbleiterkörper erstreckt;
- einer Kontaktschicht (6) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Halbleiterkörpern;
- einer Isolationsschicht (7) auf einer dem Träger abgewandten Seite der Kontaktschicht ; und
- zumindest zwei elektrische Kontakt flächen (65) für die externe elektrische Kontaktierung, die auf der Isolationsschicht angeordnet und mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden sind.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei die Filterschicht (3) den Träger vollflächig bedeckt und die Strahlungskonversionsschicht in einer lateralen Richtung überragt.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 8 oder 9, wobei benachbarte Halbleiterkörper in einem Abstand zwischen einschließlich 1 pm und einschließlich 10 pm zueinander angeordnet sind.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die elektrischen Kontakt flächen (65) zusammen mindestens 60 % einer Grundfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements bedecken.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Halbleiterkörper matrixförmig abgeordnet sind, wobei die Halbleiterkörper über die Kontaktschicht in Reihe und/oder parallel verschaltet sind.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 12, das nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
14. Optoelektronische Anordnung (10) mit einem optoelektronischen Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13 und einem Anschlussträger (15) , auf dem das optoelektronische Halbleiterbauelement (1) befestigt ist.
15. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 14, wobei die Strahlungsaustrittsfläche parallel oder im Wesentlichen 37 parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers verläuft .
16. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 14, wobei die Strahlungsaustrittsfläche senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Anschlussträgers verläuft.
17. Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 16, wobei eine schräg oder senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche verlaufende Seitenfläche (26) des Trägers auf dem Anschlussträger auf liegt.
18. Optoelektronische Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die optoelektronische Anordnung dazu eingerichtet ist, aus der Strahlungsaustrittsfläche im Betrieb der optoelektronischen Anordnung ausgekoppelte Strahlung in eine Seitenfläche (190) eines Flächenlichtleiters (19) einzukoppeln .
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