WO2023041266A1 - Strahlungsemittierendes halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterbauteils - Google Patents

Strahlungsemittierendes halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterbauteils Download PDF

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layer stack
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Christopher Wiesmann
Heribert Wankerl
Laura KREINER
Rainer Butendeich
Sandra Sobczyk
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • a radiation-emitting semiconductor component, a method for selecting a dielectric layer stack for a radiation-emitting semiconductor component and a method for selecting a conversion material of a conversion element for a radiation-emitting semiconductor component are specified.
  • One problem to be solved is to specify a radiation-emitting semiconductor component that is particularly efficient.
  • a method for selecting a dielectric layer stack and for selecting a conversion material of a conversion element for such a radiation-emitting semiconductor component is to be specified.
  • a radiation-emitting semiconductor component is specified.
  • the radiation-emitting semiconductor component is designed, for example, to emit electromagnetic radiation from a radiation exit surface.
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor component is, for example, visible light.
  • the radiation-emitting semiconductor component comprises a radiation-emitting semiconductor chip which is designed for this purpose is to emit electromagnetic radiation having a first peak wavelength.
  • the radiation-emitting semiconductor chip comprises a semiconductor body, for example.
  • the semiconductor body has, for example, a first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type that is different from the first conductivity type.
  • the first and second semiconductor layers are arranged stacked one on top of the other, in particular grown epitaxially one on top of the other.
  • the first semiconductor layer is p-doped and thus formed p-conductive.
  • the second semiconductor layer is, for example, n-doped and thus n-conductive.
  • the first conductivity type is therefore, for example, a p-conducting type and the second conductivity type is an n-conducting type.
  • An active region is arranged, for example, between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • the active region is designed, for example, to generate electromagnetic radiation that is emitted by a radiation exit area of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the active region is in direct contact with the first semiconductor layer sequence and the second semiconductor layer sequence, for example.
  • the active region has, for example, a pn junction for generating the electromagnetic radiation, for example a single quantum well structure or a multiple quantum well structure.
  • the semiconductor body is based, for example, on a II-IV compound semiconductor material.
  • the semiconductor body is based on gallium nitride.
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip is representative of a chip emission spectrum, for example.
  • the chip emission spectrum includes a spectral intensity of the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip as a function of a wavelength ⁇ of the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the chip emission spectrum has a maximum and a half-width.
  • the first peak wavelength corresponds in particular to the wavelength ⁇ at which the chip emission spectrum has the maximum.
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip is, for example, near-ultraviolet radiation and/or visible light, in particular blue light.
  • the first peak wavelength is between at least 400 nm and at most 500 nm, in particular between at least 420 nm and at most 470 nm, for example approximately 435 nm.
  • the full width at half maximum of the chip emission spectrum is, for example, between at least 10 nm and at most 50 nm, for example approximately 25 nm.
  • the radiation-emitting semiconductor component comprises a conversion element which is designed to emit electromagnetic radiation with a second peak wavelength.
  • the conversion element has For example, a main extension level. A vertical direction is oriented perpendicular to the main plane of extension and lateral directions are oriented parallel to the main plane of extension.
  • the conversion element comprises, for example, a matrix material into which phosphor particles are introduced.
  • the matrix material is, for example, a resin such as an epoxide, a silicone or a mixture of these materials.
  • the phosphor particles give the conversion element the wavelength-converting properties.
  • the conversion element is a ceramic conversion element.
  • the ceramic conversion element includes phosphor particles that are co-sintered in a ceramic matrix material. In this case, conversion centers of the conversion element are distributed only in the phosphor particles.
  • the ceramic conversion element is a ceramic layer, in particular a conversion block.
  • conversion centers are distributed throughout the ceramic layer.
  • the phosphor particles include a first group of phosphor particles and a second group of phosphor particles.
  • the first group of phosphor particles is designed to convert the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip into first secondary radiation.
  • the second group of phosphor particles is designed to convert the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip into second secondary radiation, which is different from the first secondary radiation.
  • the first secondary radiation is, for example, yellow to green light and the second secondary radiation is, for example, red light.
  • the conversion element converts the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip in particular only partially, in particular to a maximum of 50% or a maximum of 70%.
  • the electromagnetic radiation converted and emitted by the conversion element is representative of a conversion spectrum.
  • the conversion spectrum includes a spectral intensity of the electromagnetic radiation emitted by the conversion element, in particular the first secondary radiation and/or the second secondary radiation, as a function of a wavelength ⁇ of the electromagnetic radiation emitted by the conversion element.
  • the conversion spectrum has a maximum and a half-width.
  • the second peak wavelength corresponds in particular to the wavelength ⁇ at which the conversion spectrum has the maximum.
  • the full width at half maximum of the conversion spectrum is, for example, between at least 15 nm and at most 200 nm, for example approximately 125 nm.
  • the radiation-emitting semiconductor component comprises a dielectric Layer stack arranged on the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion element.
  • the conversion element is arranged on the radiation-emitting semiconductor chip and the dielectric layer stack on the conversion element.
  • the radiation-emitting semiconductor chip, the conversion element and the dielectric layer stack are arranged one above the other in the vertical direction, for example, in particular in the specified order.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is in direct contact with the conversion element and/or the conversion element is in direct contact with the dielectric layer stack.
  • the dielectric layer stack includes, for example, a plurality of layers, each of which includes a dielectric material.
  • Each of the dielectric layers has, for example, a predeterminable refractive index and a predeterminable thickness. At least some of the indices of refraction and at least some of the thicknesses differ for different dielectric layers.
  • the dielectric layer stack has a smooth outer surface, for example.
  • a smooth outer surface means here that the outer surface has no elevations and depressions that are greater than 500 nm in the vertical direction.
  • a transmittance of the dielectric layer stack is for electromagnetic radiation with the first peak wavelength and for electromagnetic radiation with the second Peak wavelength in a first angular range greater than a threshold.
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip and the electromagnetic radiation emitted by the conversion element impinge on a first main surface of the dielectric layer stack facing the conversion element.
  • the electromagnetic radiation passes through the dielectric layer stack, for example as a function of the angle at which it strikes the first main surface and/or as a function of its wavelength.
  • the electromagnetic radiation that passes through the dielectric layer stack emerges, for example, via a second main surface of the dielectric layer stack, which faces away from the conversion element.
  • the transmittance is the quotient of the spectral intensity of the total electromagnetic radiation on the second main surface and the spectral intensity of the total electromagnetic radiation on the first main surface.
  • the electromagnetic radiation with the first peak wavelength, in particular the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip, and the electromagnetic radiation with the second peak wavelength, in particular the electromagnetic radiation emitted by the conversion element can form one through the dielectric layer stack pass through a large part and be coupled out over the second half area.
  • “To a large extent” means here and below that at least 70%, in particular at least 80%, of the electromagnetic radiation is coupled out.
  • the electromagnetic radiation with the first peak wavelength, in particular the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip, and the electromagnetic radiation with the second peak wavelength, in particular the electromagnetic radiation emitted by the conversion element are at least partially absorbed by the dielectric layer stack reflected back .
  • At least partially reflected back means here and below that at least 20%, in particular at least 30%, of the electromagnetic radiation is reflected back.
  • the electromagnetic radiation that is reflected back that is to say the electromagnetic radiation that is not transmitted, is in particular not absorbed by the dielectric layer stack, but is reflected back in the direction of the conversion element.
  • the radiation-emitting semiconductor component comprises a radiation-emitting semiconductor chip which is designed to emit electromagnetic radiation with a first peak wavelength, a conversion element which is designed to do so is designed to emit electromagnetic radiation with a second peak wavelength, and a dielectric layer stack, which is arranged on the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion element. Furthermore, a transmittance of the dielectric layer stack for radiation with the first peak wavelength and for radiation with the second peak wavelength in a first angular range is greater than a threshold value and the transmittance of the dielectric layer stack for radiation with the first peak wavelength and for radiation with the second peak wavelength in a second Angular range smaller than the threshold.
  • Such a radiation-emitting semiconductor component preferably has a high efficiency for electromagnetic radiation in the first angular range.
  • the outer surface in particular the second main surface, is designed to be planar.
  • a radiation-emitting semiconductor component of this type is thus advantageously of particularly compact design, in particular in the vertical direction.
  • the first peak wavelength is at least 50 nm less than the second peak wavelength.
  • the first peak wavelength is at least 70 nm greater than the second peak wavelength.
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor component is white light, which includes the first peak wavelength and the second peak wavelength.
  • an enveloping emission spectrum is formed by the chip emission spectrum and the conversion spectrum. The envelope emission spectrum corresponds to a spectrum for white light.
  • the threshold value is at least 0.7.
  • the threshold is at least 0.8.
  • the threshold value corresponds to a value of the transmittance at which the radiation of the first peak wavelength, in particular the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip, and the electromagnetic radiation with the second peak wavelength, in particular the electromagnetic radiation emitted by the conversion element, pass through the dielectric layer stack.
  • the dielectric layer stack transmits 70% of the electromagnetic radiation with the first peak wavelength and of the electromagnetic radiation with the second peak wavelength.
  • the first angular range comprises a range of at most ⁇ 60° to a Surface normal of the conversion element.
  • the surface normal extends in the vertical direction.
  • the second angular range includes a range of at most 30° to the second main surface of the dielectric layer stack.
  • the first angular range includes a range of at most ⁇ 45° to the surface normal.
  • the second angular range comprises a range of at most 45° to the second main surface of the dielectric layer stack.
  • the first angular range can be specified as a function of an acceptance angle of an optical element arranged above the radiation-emitting semiconductor chip.
  • a surface of the radiation-emitting semiconductor chip that faces the conversion element is roughened.
  • the roughened surface is in direct contact with the conversion element, for example.
  • the roughened surface includes, for example, a large number of irregularly arranged elevations and depressions. Electromagnetic radiation that is reflected back can advantageously be scattered at these elevations and depressions.
  • the radiation-emitting semiconductor component comprises a reflective potting body.
  • the reflective casting body includes, for example, a matrix material in which radiation-reflecting particles and/or radiation-scattering particles are introduced.
  • the matrix material is, for example, a resin, such as an epoxide or a silicone, or a mixture of these materials.
  • the radiation-reflecting particles impart the reflective properties to the reflective potting body.
  • the radiation-reflecting particles are, for example, TiOg particles and/or ZrCt particles.
  • the reflective potting body di f fus is designed to be reflective for the electromagnetic radiation of the radiation-emitting semiconductor chip and the electromagnetic radiation of the conversion element.
  • the reflective encapsulation has a reflectivity for the electromagnetic radiation of at least 90%, in particular at least 95%.
  • the reflective potting body covers a side face of the radiation-emitting semiconductor chip, the conversion element and the dielectric layer stack.
  • the reflective potting body completely covers the side surface, in particular all side surfaces, of the radiation-emitting semiconductor chip, the conversion element and the dielectric layer stack. In the vertical direction, the reflective potting body terminates flush with the second main surface of the dielectric layer stack, for example.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is arranged on a carrier.
  • the carrier is, for example, a printed circuit board (PCB) or a lead frame.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is energized and/or controlled by means of the carrier, for example.
  • the carrier is a ceramic substrate.
  • the radiation-emitting semiconductor chip comprises a reflective element.
  • the reflective element is arranged, for example, between the semiconductor body and the carrier.
  • the reflective element is in direct contact with the semiconductor body.
  • the radiation-emitting semiconductor chip comprises a chip carrier, for example.
  • the chip carrier comprises Si, for example.
  • the reflective element is arranged, for example, between the semiconductor body and the chip carrier.
  • the chip carrier is arranged on the carrier, for example.
  • the reflective element comprises a Bragg mirror and/or a metallic mirror, for example.
  • electromagnetic radiation reflected back by the dielectric layer stack is advantageously reflected back again to the dielectric layer stack, where it comes from can be decoupled from the radiation-emitting semiconductor component in the first angular range.
  • the radiation-emitting semiconductor component comprises an optical element which is arranged above the dielectric layer stack.
  • the optical element is spaced apart from the dielectric layer stack in the vertical direction, for example.
  • the optical element is arranged, for example, in a beam path of the electromagnetic radiation emitted by the dielectric layer stack.
  • the optical element is, for example, a lens, in particular a convex lens or a concave lens.
  • a lens in particular a convex lens or a concave lens.
  • such an optical element can be produced by means of a compression molding process.
  • the optical element has an acceptance angle range that is equal to or smaller than the first angle range.
  • a large part of the electromagnetic radiation emitted from the dielectric layer stack is thus advantageously received by the optical element.
  • a large part means here, for example, that at least 40%, in particular 50% or 65%, of the electromagnetic radiation coupled out of the dielectric layer stack is in the acceptance angle range of the optical element and can therefore be received by it. If the acceptance angle range is ⁇ 45°, for example, at least 50% to 65% of the dielectric layer stack can be coupled out electromagnetic radiation are taken from the optical element.
  • Electromagnetic radiation that does not strike the dielectric layer stack in the first angular range is at least partially reflected back again. This back-reflected electromagnetic radiation is scattered and reflected back again in the direction of the dielectric layer stack.
  • An angle of incidence on the first main surface can be changed by the scattering of the electromagnetic radiation, so that the angle of incidence is in the first angle range.
  • the radiation-emitting semiconductor component is used in light sources in which directional emission is advantageous.
  • the radiation-emitting semiconductor component is used in the automotive sector, for example in a headlight, or in projectors.
  • a method for selecting a dielectric layer stack for a radiation-emitting semiconductor component is specified.
  • such a dielectric layer stack is suitable for use in the radiation-emitting semiconductor component described here. This means that all the features disclosed in connection with the radiation-emitting semiconductor component are therefore also disclosed in connection with the method for selecting the dielectric layer stack and vice versa.
  • an initial dielectric layer stack is provided.
  • the initial dielectric layer stack is a virtual initial dielectric layer stack.
  • parameters are representative of the initial dielectric stack. The parameters can be specified, for example, and can be stored on a computer-readable storage medium.
  • a transmittance of the initial dielectric layer stack for electromagnetic radiation with a first peak wavelength and for electromagnetic radiation with a second peak wavelength is determined for a first angular range and a second angular range. If the initial dielectric layer stack is a virtual initial dielectric layer stack, the transmittance for the first angular range and the transmittance for the second angular range are determined, for example, using a computer program, in particular using a computer.
  • the dielectric layer stack is selected by adapting the initial dielectric layer stack as a function of the transmittance in the first angular range and in the second angular range and as a function of a threshold value.
  • the initial dielectric layer stack is selected as the dielectric layer stack. Otherwise, the initial dielectric layer stack is adjusted accordingly and the The step of determining the transmittance is carried out again.
  • the transmittance of the dielectric layer stack for radiation with the first peak wavelength and for radiation with the second peak wavelength in the first angular range is greater than the threshold value, and the transmittance of the dielectric layer stack is for radiation with the first peak wavelength and for radiation with the second peak wavelength in a second angular range smaller than the threshold value.
  • the method specified here for selecting the dielectric layer stack can be carried out at least in part by a computer program.
  • the computer program includes, for example, instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to at least partially carry out the method described here.
  • a computer-readable storage medium is specified, on which the computer program described here is stored.
  • the initial dielectric layer stack comprises a plurality of initial dielectric layers.
  • each of the initial dielectric layers has a predeterminable initial refractive index and a predeterminable initial thickness.
  • at least one of the predeterminable initial refractive indices and at least one of the predeterminable initial thicknesses is increased or decreased during the adaptation of the initial dielectric layer stack.
  • at least one further initial dielectric layer or a plurality of further initial dielectric layers can be added to the initial dielectric layer stack and/or an initial dielectric layer or a plurality of initial dielectric layers can be removed.
  • the initial dielectric layer stack is adjusted until a corresponding transmittance is achieved in the first angular range and in the second angular range.
  • a method for selecting a conversion material of a conversion element for a radiation-emitting semiconductor component is specified.
  • such a conversion element is suitable for use in the radiation-emitting semiconductor component described here. This means that all the features disclosed in connection with the radiation-emitting semiconductor component are therefore also disclosed in connection with the method for selecting the conversion material of the conversion element and vice versa.
  • a dielectric layer stack is selected according to the above-mentioned method for selecting a dielectric layer stack for a radiation-emitting semiconductor component.
  • an initial conversion material of an initial conversion element is provided.
  • the initial conversion material is, for example, a virtual initial conversion material.
  • an initial color locus of the initial conversion element is determined as a function of the dielectric layer stack.
  • the initial color location is determined, for example, using a computer program, in particular using a computer. Alternatively, the initial color location is determined by means of an experimental test.
  • the conversion material is selected by adapting the initial conversion material as a function of the initial color locus and as a function of a target color locus that can be specified.
  • the method specified here for selecting the conversion material of the conversion element can be carried out at least partially by a computer program.
  • the computer program includes, for example, instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to at least partially carry out the method described here. Additionally or alternatively, the method specified here for selecting the conversion material of the conversion element can be carried out at least partially using experimental tests. Furthermore, a computer-readable storage medium is specified, on which the computer program described here is stored.
  • the initial conversion material includes a first conversion substance.
  • the first conversion material is replaced by another first conversion material when the initial conversion material is adjusted.
  • the initial conversion material comprises a first conversion material and a second conversion material that is different from the first conversion material.
  • a mixing ratio of the first conversion material and the second conversion material is changed when the initial conversion material is adjusted.
  • the dielectric layer stack is additionally adapted as a function of the conversion material of the conversion element according to the method for selecting a conversion material of a conversion element described here.
  • a method for producing a radiation-emitting semiconductor component is specified.
  • a radiation-emitting semiconductor component is suitable for use in the radiation-emitting semiconductor component described here. This means that all features disclosed in connection with the radiation-emitting semiconductor component are therefore also disclosed in connection with the radiation-emitting semiconductor component and vice versa.
  • a conversion element is applied to a radiation-emitting semiconductor chip.
  • the conversion element is selected according to the method for selecting a conversion material of a conversion element.
  • a dielectric layer stack is produced.
  • the dielectric stack is selected according to the method for selecting a dielectric stack.
  • the dielectric layer stack is applied to the conversion element.
  • the radiation-emitting semiconductor component, the method for selecting a dielectric layer stack and the method for selecting a conversion material are explained in more detail below with reference to the figures using exemplary embodiments.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a radiation-emitting semiconductor component according to one exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a transmission behavior of a dielectric layer stack of a radiation-emitting semiconductor component according to one embodiment
  • FIG. 3 shows an exemplary representation of an enveloping emission spectrum
  • FIGS. 4, 5 and 6 transmission behavior of a dielectric layer stack of a radiation-emitting semiconductor component according to one embodiment in each case as a function of an angle of incidence for different wavelengths
  • FIGS. 7, 8 and 9 transmission behavior of a dielectric layer stack of a radiation-emitting semiconductor component as a function of an incidence angle for a first peak wavelength and a second peak wavelength
  • FIGS. 10, 11 and 12 transmission behavior of a dielectric layer stack of a radiation-emitting semiconductor component according to an embodiment in each case as a function of a wavelength for different angles of incidence
  • FIGS. 13 and 14 show schematic representations of a shift in a color locus as a function of a dielectric layer stack of a radiation-emitting semiconductor component according to an exemplary embodiment
  • FIG. 15 shows a flowchart of a method for selecting a dielectric layer stack for a Radiation-emitting semiconductor component according to one exemplary embodiment
  • FIG. 16 shows a schematic sectional illustration of a radiation-emitting semiconductor component according to an exemplary embodiment.
  • the radiation-emitting semiconductor component 1 according to the exemplary embodiment in FIG. 1 comprises a radiation-emitting semiconductor chip 2 on which a conversion element 3 is arranged.
  • a dielectric layer stack 4 is also arranged on the conversion element 3 .
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2 is in direct contact with the conversion element 3 and the conversion element 3 is in direct contact with the dielectric layer stack 4 .
  • the dielectric layer stack 4 has a first main surface 5 facing the conversion element 3 and a second main surface 6 facing away from the conversion element 3 .
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2 is arranged on a carrier 8 .
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2, the conversion element 3 and the dielectric layer stack 4 surrounded by a reflective potting body 7 .
  • the reflective potting body 7 completely covers side areas of the radiation-emitting semiconductor chip 2 , the conversion element 3 and the dielectric layer stack 4 .
  • the reflective potting body 7 terminates flush with the dielectric layer stack 4 , in particular the second main surface 6 .
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip 2 is blue light, for example. Furthermore, a chip emission spectrum CS of the radiation-emitting semiconductor chip 2 has a maximum that corresponds to a first peak wavelength PI.
  • the conversion element 3 is designed to partially convert the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip 2 into first secondary radiation and/or second secondary radiation.
  • the first secondary radiation is, for example, yellow to green light and/or the second secondary radiation is, for example, red light.
  • a conversion spectrum KS of the conversion element 3 has a maximum that corresponds to a second peak wavelength P2.
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip 2 and the electromagnetic radiation converted by the conversion element 3 each strike the dielectric layer stack 4 at an angle of incidence 0.
  • the angle of incidence 0 extends away from a normal of the conversion element.
  • Electromagnetic radiation and the electromagnetic radiation converted by the conversion element 3 are transmitted through the dielectric layer stack 4 or reflected back in the direction of the carrier 8 depending on the angle of incidence ⁇ .
  • a transmittance for the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip 2 and the electromagnetic radiation converted by the conversion element 3 is defined by a quotient of the spectral intensities.
  • the quotient is a value of the spectral intensity of the total electromagnetic radiation on the second main surface 6 , which is divided by a value of the spectral intensity of the total electromagnetic radiation on the first main surface 5 .
  • the transmittance of the dielectric layer stack 4 is greater than a threshold value T s for radiation with the first peak wavelength PI and for radiation with the second peak wavelength P2 in a first angular range Bl .
  • the first angular range Bl covers a range of at most ⁇ 60° to a surface normal of the conversion element 3 . This means that the electromagnetic radiation with the first peak wavelength PI emitted by the radiation-emitting semiconductor chip 2 and the electromagnetic radiation with the second peak wavelength P2 converted by the conversion element 3, each of which has an angle of incidence 0 of ⁇ 60° to a surface normal, are absorbed by the dielectric Layer stack 4 transmitted to a large extent.
  • the transmittance of the dielectric layer stack 4 for radiation with the first peak wavelength PI and for radiation with the second peak wavelength P2 is also smaller than the threshold value T s in a second angular range B2.
  • the second angular range B2 includes a range from 0° to 30° to the second main surface 6 of the dielectric layer stack 4 .
  • the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip 2 with the first peak wavelength PI and the electromagnetic radiation converted by the conversion element 3 with the second peak wavelength P2, each of which has an angle of incidence 0 of 0° to 30° to the second main surface 6 of the dielectric Have layer stack 4 are reflected by the dielectric layer stack 4 at least partially.
  • the electromagnetic radiation that is reflected back can be reflected back again in the direction of the dielectric layer stack 4 by means of a reflecting element 9 .
  • the electromagnetic radiation reflected back can be scattered at the reflective encapsulation and/or a roughened surface of the radiation-emitting semiconductor chip 2, so that an angle of incidence 0 of the electromagnetic radiation reflected back onto the first main surface 5 changes. If such electromagnetic radiation that is reflected back strikes the first main surface 5 in the first angular range B1, the latter is largely decoupled.
  • the first angular range B1 can be specified as a function of an acceptance angle of an optical element arranged above the radiation-emitting semiconductor chip 2 .
  • the diagram according to FIG. 2 shows a transmission T on the y-axis from the radiation-emitting semiconductor chip
  • An emission angle 0 E of the electromagnetic radiation having the first peak wavelength PI emitted by the radiation-emitting semiconductor chip 2 and by the conversion element is on the x-axis
  • the emission angle ⁇ E corresponds, for example, to an acceptance angle of an optical element arranged above the radiation-emitting semiconductor chip 2 . Furthermore, the emission angle 0 E is representative of the angle of incidence 0 .
  • the transmission T is greater than a threshold value T s —in particular in a first angular range Bl.
  • the transmission T is smaller than the threshold value T s —in particular in a second angle range Bl. Areas with too low a transmission B1 and too high a transmission B2 are shown hatched.
  • the threshold value T s is, for example, greater than 0.7 and in particular greater than 0.8, which corresponds to a transmission T of greater than 70%, in particular greater than 80%. This transmission behavior applies at least to two wavelengths X, the first peak wavelength PI and the second peak wavelength P2.
  • the 3 shows an enveloping emission spectrum S, which is formed by a chip emission spectrum CS and a conversion spectrum KS.
  • the envelope emission spectrum S corresponds to a spectrum for white light.
  • a normalized spectral intensity ® rei of the electromagnetic radiation emitted by the radiation-emitting semiconductor chip 2 and the electromagnetic radiation converted by the conversion element 3 is shown as a function of a wavelength ⁇ .
  • the chip emission spectrum CS has a maximum that corresponds to the first peak wavelength PI.
  • the conversion spectrum KS has a maximum that corresponds to the second peak wavelength P2.
  • Both peak wavelengths P1, P2 are transmitted through the dielectric layer stack 4 in the first angular range B1 and reflected in the second angular range B2.
  • a transmission T in % of a dielectric layer stack 4 is shown in relation to an emission angle ⁇ E for different wavelengths ⁇ .
  • Curve Kl corresponds to a transmission behavior of electromagnetic radiation with a wavelength ⁇ of 450 nm, curve K2 a wavelength ⁇ of 500 nm, curve K3 a wavelength ⁇ of 550 nm, curve K4 a wavelength ⁇ of 600 nm, curve K5 a wavelength ⁇ of 650 nm, curve K6 of a wavelength ⁇ of 700 nm and curve K7 of a wavelength ⁇ of 750 nm.
  • the curve K1 corresponds to the first peak wavelength PI and the curve K3 corresponds to the second peak wavelength P2.
  • a transmission T in % of a dielectric layer stack 4 is shown in relation to a wavelength ⁇ for different emission angles ⁇ E .
  • Curve K8 corresponds to a transmission behavior of electromagnetic radiation with an emission angle ⁇ E of 5°, curve K9 an emission angle ⁇ E of 15°, curve K10 an emission angle ⁇ E of 25°, curve K11 an emission angle ⁇ E of 35°, curve K12 an emission angle ⁇ E of 45°, curve K13 an emission angle ⁇ E of 55°, curve K14 an emission angle ⁇ E of 65°, curve K15 an emission angle ⁇ E of 75° and curve K16 an emission angle ⁇ E of 85°.
  • a target color locus that can be specified is shown as a point in a cx-cy diagram. If a concentration of conversion material in the conversion element 3 is changed, for example, then the color locus of the emitted electromagnetic radiation can be shifted along the straight line shown. If electromagnetic radiation passes through the dielectric layer stack 4, then, for example, the straight line , also called the conversion line, is also rotated. This means that color coordinates of electromagnetic radiation can be changed after transmission T through the dielectric layer stack 4 .
  • FIG. 13 shows a shift in the conversion line of emitted electromagnetic radiation from a conversion element 3 with a phosphor.
  • FIG. 14 shows a displacement of two conversion lines of emitted electromagnetic radiation of a conversion element 3 with two different phosphors.
  • the bottom straight conversion line corresponds to a conversion line marked with a red phosphor is generated and the upper straight conversion line corresponds to a conversion line generated with a green phosphor.
  • the dashed conversion lines correspond to the displacement induced by the dielectric layer stack 4 .
  • the conversion element 3 in particular the conversion material, is selected depending on the predefinable target color locus and the dielectric layer stack 4 .
  • step S 1 an initial dielectric layer stack is first provided.
  • Each of the initial dielectric layers has a predeterminable initial refractive index and a predeterminable initial thickness.
  • a transmittance of the initial dielectric layer stack for electromagnetic radiation with a first peak wavelength PI and for electromagnetic radiation with a second peak wavelength P2 is determined for a first angular range Bl and a second angular range B2.
  • the dielectric layer stack 4 is selected by adapting the initial dielectric layer stack as a function of the transmittance in the first angular range B1 and in the second angular range B2 and as a function of a threshold value T s .
  • At least one of the predeterminable initial refractive indices and at least one of the predeterminable initial thicknesses is increased or decreased.
  • Steps S2 to S3 are repeated until the transmittance of the dielectric layer stack 4 for radiation with the first peak wavelength PI and for radiation with the second peak wavelength P2 in a first angular range Bl is greater than a threshold value T s and the transmittance of the dielectric layer stack 4 is smaller than the threshold value T s for radiation with the first peak wavelength P1 and for radiation with the second peak wavelength P2 in a second angular range B2 . If this condition is met, the dielectric layer stack 4 is selected.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2 of the radiation-emitting semiconductor component 1 according to the exemplary embodiment in FIG. 16 has a roughened surface.
  • a conversion element 3 is mechanically stably connected to a semiconductor body 11 of the radiation-emitting semiconductor chip 2 by means of an adhesive material, in particular an adhesive.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 2 comprises a reflective element 9 and a chip carrier 12 .
  • the chip carrier 12 comprises Si, for example.
  • the reflective element 9 is arranged between the semiconductor body 11 and the chip carrier 12 and can be in direct contact with them.

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) angegeben mit - einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge (P1) auszusenden, - einem Konversionselement (3), das dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge (P2) auszusenden, und - einem dielektrischen Schichtenstapel (4), der auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) und dem Konversionselement (3) angeordnet ist, wobei - ein Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (P1) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in einem ersten Winkelbereich größer als ein Schwellenwert (TS) ist, - der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (P1) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert (TS) ist. Des Weiteren werden ein Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels und ein Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben.

Description

Beschreibung
STRAHLUNGSEMITTIERENDES HALBLEITERBAUTEIL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES
STRAHLUNGSEMITTIERENDEN HALBLEITERBAUTEILS
Es werden ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil , ein Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil und ein Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil anzugeben, das besonders ef fi zient ist . Außerdem soll ein Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels und zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements für ein solches strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben werden .
Es wird ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben . Das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil ist beispielsweise dazu ausgebildet , elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsaustritts fläche aus zusenden . Die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil ausgesendete elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise sichtbares Licht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der dazu ausgebildet ist , elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge aus zusenden .
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip umfasst beispielsweise einen Halbleiterkörper . Der Halbleiterkörper weist beispielsweise eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leit f ähigkeitstyps und eine zweite Halbleiterschicht eines vom ersten Leit f ähigkeitstyp verschiedenen zweiten Leit f ähigkeitstyps auf . Beispielsweise sind die erste und die zweite Halbleiterschicht übereinander gestapelt angeordnet , insbesondere epitaktisch übereinander gewachsen . Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht p-dotiert und damit p-leitend ausgebildet . In diesem Fall ist die zweite Halbleiterschicht beispielsweise n-dotiert und damit n- leitend ausgebildet . Damit handelt es sich bei dem ersten Leit f ähigkeitstyp beispielsweise um einen p-leitenden Typ und bei dem zweiten Leit f ähigkeitstyp um einen n-leitenden Typ .
Zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht ist beispielsweise ein aktiver Bereich angeordnet . Der aktive Bereich ist beispielsweise dazu ausgebildet , elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, die von einer Strahlungsaustritts fläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ausgesendet wird . Der aktive Bereich steht beispielsweise mit der ersten Halbleiterschichtenfolge und der zweiten Halbleiterschichtenfolge in direktem Kontakt . Der aktive Bereich weist zum Beispiel einen pn-Übergang zur Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung auf , beispielsweise eine Einfachquantentopfstruktur oder eine Mehrfachquantentopfstruktur . Der Halbleiterkörper basiert beispielsweise auf einem I I I-V- Verbindungshalbleitermaterial . Beispielsweise basiert der Halbleiterkörper auf Galliumnitrid .
Die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise repräsentativ für ein Chipemissionsspektrum . Das Chipemissionsspektrum umfasst eine spektrale Intensität der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit einer Wellenlänge X der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung . Das Chipemissionsspektrum weist ein Maximum und eine Halbwertsbreite auf . Die erste Peakwellenlänge entspricht insbesondere der Wellenlänge X, bei der das Chipemissionsspektrum das Maximum aufweist .
Die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise nahultraviolette Strahlung und/oder sichtbares Licht , insbesondere blaues Licht . Beispielsweise liegt die erste Peakwellenlänge zwischen mindestens 400 nm und höchstens 500 nm, insbesondere zwischen mindestens 420 nm und höchstens 470 nm, zum Beispiel in etwa bei 435 nm . Die Halbwertsbreite des Chipemissionsspektrums liegt beispielsweise zwischen mindestens 10 nm und höchstens 50 nm, zum Beispiel in etwa bei 25 nm .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil ein Konversionselement , das dazu ausgebildet ist , elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge aus zusenden . Das Konversionselement weist beispielsweise eine Haupterstreckungsebene auf . Eine vertikale Richtung ist senkrecht zur Haupterstreckungsebene orientiert und laterale Richtungen sind parallel zur Haupterstreckungsebene orientiert .
Das Konversionselement umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial , in das Leuchtstof fpartikel eingebracht sind . Bei dem Matrixmaterial handelt es sich beispielsweise um ein Harz wie etwa um ein Epoxid, um ein Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien . Beispielsweise verleihen die Leuchtstof fpartikel dem Konversionselement die we llenlängenkonver tier enden Eigenschaften .
Bei dem Konversionselement handelt es sich alternativ um ein keramisches Konversionselement . Beispielsweise umfasst das keramische Konversionselement Leuchtstof fpartikel , die in einem keramischen Matrixmaterial kogesintert werden . In diesem Fall sind Konversions zentren des Konversionselements nur in den Leuchtstof fpartikeln verteilt .
Alternativ handelt es sich bei dem keramischen Konversionselement um eine keramische Schicht , insbesondere um einen Konversionsblock . In diesem Fall sind Konversions zentren in der gesamten keramischen Schicht verteilt .
Beispielsweise umfassen die Leuchtstof fpartikel eine erste Gruppe von Leuchtstof fpartikeln und eine zweite Gruppe von Leuchtstof fpartikeln . Die erste Gruppe von Leuchtstof fpartikeln ist dazu ausgebildet , die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung in erste Sekundärstrahlung zu konvertieren . Die zweite Gruppe von Leuchtstof fpartikel ist dazu ausgebildet , die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung in zweite Sekundärstrahlung zu konvertieren, die unterschiedlich zur ersten Sekundärstrahlung ist . Bei der ersten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um gelbes bis grünes Licht und bei der zweiten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um rotes Licht .
Das Konversionselement konvertiert die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung insbesondere nur teilweise , insbesondere zu höchstens 50 % oder höchstens zu 70 % .
Die vom Konversionselement konvertierte und ausgesendete elektromagnetische Strahlung ist repräsentativ für ein Konversionsspektrum . Das Konversionsspektrum umfasst eine spektrale Intensität der vom Konversionselement ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung, insbesondere der ersten Sekundärstrahlung und/oder der zweiten Sekundärstrahlung, in Abhängigkeit einer Wellenlänge X der vom Konversionselement ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung . Das Konversionsspektrum weist ein Maximum und eine Halbwertsbreite auf . Die zweite Peakwellenlänge entspricht insbesondere der Wellenlänge X, bei der das Konversionsspektrum das Maximum aufweist .
Die Halbwertsbreite des Konversionsspektrums liegt beispielsweise zwischen mindestens 15 nm und höchstens 200 nm, zum Beispiel in etwa 125 nm .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil einen dielektrischen Schichtenstapel , der auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und dem Konversionselement angeordnet ist .
Beispielsweise ist das Konversionselement auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip angeordnet und der dielektrische Schichtenstapel auf dem Konversionselement . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip, das Konversionselement und der dielektrische Schichtenstapel sind beispielsweise in vertikaler Richtung übereinander angeordnet , insbesondere in der angegebenen Reihenfolge . Beispielsweise steht der strahlungsemittierende Halbleiterchip in direktem Kontakt mit dem Konversionselement und/oder das Konversionselement steht in direktem Kontakt mit dem dielektrischen Schichtenstapel .
Der dielektrische Schichtenstapel umfasst beispielsweise mehrere Schichten, die j eweils ein dielektrisches Material umfassen . Jede der dielektrischen Schichten weist beispielsweise einen vorgebbaren Brechungsindex und eine vorgebbare Dicke auf . Zumindest manche der Brechungsindi zes und zumindest manche der Dicken unterscheiden sich für verschiedene dielektrische Schichten voneinander .
Der dielektrische Schichtenstapel weist beispielsweise eine glatte Außenfläche auf . Eine glatte Außenfläche heißt hier, dass die Außenfläche keine Erhöhungen und Vertiefungen aufweist , die größer als 500 nm in vertikaler Richtung sind .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist ein Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels für elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in einem ersten Winkelbereich größer als ein Schwellenwert .
Die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung und die vom Konversionselement ausgesendete elektromagnetische Strahlung tref fen auf eine dem Konversionselement zugewandte erste Hauptfläche des dielektrischen Schichtenstapels . Die elektromagnetischen Strahlungen treten beispielsweise in Abhängigkeit ihres Auftref fwinkels auf die erste Hauptfläche und/oder in Abhängigkeit ihrer Wellenlänge durch den dielektrischen Schichtenstapel hindurch . Die elektromagnetischen Strahlungen, die durch den dielektrischen Schichtenstapel hindurchtreten, treten beispielsweise über eine zweite Hauptfläche des dielektrischen Schichtenstapels , die dem Konversionselement abgewandt ist , aus . Der Transmissionsgrad ist der Quotient der spektralen Intensität der gesamten elektromagnetischen Strahlung an der zweiten Hauptfläche und der spektralen Intensität der gesamten elektromagnetischen Strahlung an der ersten Hauptfläche .
I st der Transmissionsgrad größer als der Schwellenwert , kann die elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge , insbesondere die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung, und die elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge , insbesondere die vom Konversionselement ausgesendete elektromagnetische Strahlung, durch den dielektrischen Schichtenstapel zu einem großen Teil hindurchtreten und über die zweite Halbfläche ausgekoppelt werden . „Zu einem großen Teil" bedeutet hier und im Folgenden, dass zumindest 70 % , insbesondere zumindest 80 % , der elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt wird . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist der
Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels für elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert .
I st der Transmissionsgrad kleiner als der Schwellenwert , wird die elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge , insbesondere die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung, und die elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge , insbesondere die vom Konversionselement ausgesendete elektromagnetische Strahlung, von dem dielektrischen Schichtenstapel zumindest teilweise zurückreflektiert . „Zumindest teilweise zurückreflektiert" bedeutet hier und im Folgenden, dass zumindest 20 % , insbesondere zumindest 30 % , der elektromagnetischen Strahlung zurückreflektiert wird .
Die zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung, also die nicht transmittierte elektromagnetische Strahlung, wird insbesondere nicht vom dielektrischen Schichtenstapel absorbiert , sondern wird zurück in Richtung des Konversionselements reflektiert .
In mindestens einer Aus führungs form umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der dazu ausgebildet ist , elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge aus zusenden, ein Konversionselement , das dazu ausgebildet ist , elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge aus zusenden, und einen dielektrischen Schichtenstapel , der auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip und dem Konversionselement angeordnet ist . Weiterhin ist ein Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in einem ersten Winkelbereich größer als ein Schwellenwert und der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert .
Eine Idee des hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist unter anderem, dass mittels des dielektrischen Schichtenstapels eine direktionale Abstrahlung ermöglicht wird . Ein derartiges strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil weist vorzugsweise eine hohe Ef fi zienz für elektromagnetische Strahlung im ersten Winkelbereich auf .
Durch Verwendung des dielektrischen Schichtenstapels ist die Außenfläche , insbesondere die zweite Hauptfläche , plan ausgebildet . Damit ist ein derartiges strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil mit Vorteil besonders kompakt , insbesondere in vertikaler Richtung, ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist die erste Peakwellenlänge mindestens 50 nm kleiner als die zweite Peakwellenlänge . Beispielsweise ist die erste Peakwellenlänge mindestens 70 nm größer als die zweite Peakwellenlänge . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist die ausgesendete elektromagnetische Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils weißes Licht , das die erste Peakwellenlänge und die zweite Peakwellenlänge umfasst . Beispielsweise ist ein einhüllendes Emissionsspektrum durch das Chipemissionsspektrum und das Konversionsspektrum gebildet . Das einhüllende Emissionsspektrum entspricht einem Spektrum für weißes Licht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist der Schwellenwert mindestens 0 , 7 . Beispielsweise ist der Schwellenwert mindestens 0 , 8 .
Beispielsweise entspricht der Schwellenwert einem Wert des Transmissionsgrads , bei dem die Strahlung der ersten Peakwellenlänge , insbesondere die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip ausgesendete elektromagnetische Strahlung, und die elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge , insbesondere die vom Konversionselement ausgesendete elektromagnetische Strahlung, durch den dielektrischen Schichtenstapel hindurchtritt .
Beträgt der Transmissionsgrad beispielsweise 0 , 7 , transmittiert der dielektrische Schichtenstapel 70 % der elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und der elektromagnetischen Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils umfasst der erste Winkelbereich einen Bereich von höchstens ± 60 ° zu einer Oberflächennormalen des Konversionselements . Die Oberflächennormale erstreckt sich in vertikaler Richtung . Beispielsweise umfasst der zweite Winkelbereich einen Bereich von höchstens 30 ° zu der zweiten Hauptfläche des dielektrischen Schichtenstapels .
Beispielsweise umfasst der erste Winkelbereich einen Bereich von höchstens ± 45 ° zu der Oberflächennormalen . In diesem Fall umfasst der zweite Winkelbereich einen Bereich von höchstens 45 ° zu der zweiten Hauptfläche des dielektrischen Schichtenstapels .
Beispielsweise ist der erste Winkelbereich in Abhängigkeit eines Akzeptanzwinkels eines über dem strahlungsemittierenden Halbleiterchips angeordneten optischen Elements vorgebbar .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist eine dem Konversionselement zugewandte Oberfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips auf geraut . Die aufgeraute Oberfläche steht mit dem Konversionselement beispielsweise in direktem Kontakt . Die auf geraute Oberfläche umfasst beispielsweise eine Viel zahl von unregelmäßig angeordneten Erhöhungen und Vertiefungen . An diesen Erhöhungen und Vertiefungen kann zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung vorteilhafterweise gestreut werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil einen reflektierenden Vergusskörper . Der reflektierende Vergusskörper umfasst beispielsweise ein Matrixmaterial , in das strahlungsreflektierende Partikel und/oder strahlungsstreuende Partikel eingebracht sind . Bei dem Matrixmaterial handelt es sich beispielsweise um ein Harz , etwa um ein Epoxid oder um ein Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien . Die strahlungsreflektierenden Partikel verleihen dem reflektierenden Vergusskörper die reflektierenden Eigenschaften .
Bei den strahlungsreflektierenden Partikeln handelt es sich beispielsweise um TiOg Partikel und/oder ZrCt Partikel . Beispielsweise ist der reflektierende Vergusskörper di f fus reflektierend für die elektromagnetische Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips und die elektromagnetische Strahlung des Konversionselements ausgebildet .
Beispielsweise weist der reflektierende Verguss bei einer Schichtdicke von 200 pm eine Ref lektivität für die elektromagnetischen Strahlungen von wenigstens 90 % , insbesondere von wenigstens 95 % , auf .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils bedeckt der reflektierende Vergusskörper eine Seitenfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips , des Konversionselements und des dielektrischen Schichtenstapels . Beispielsweise bedeckt der reflektierende Vergusskörper die Seitenfläche , insbesondere alle Seitenflächen, des strahlungsemittierenden Halbleiterchips , des Konversionselements und des dielektrischen Schichtenstapels vollständig . In vertikaler Richtung schließt der reflektierende Vergusskörper beispielsweise mit der zweiten Hauptfläche des dielektrischen Schichtenstapels bündig ab . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist der strahlungsemittierende Halbleiterchip auf einem Träger angeordnet . Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um eine gedruckte Leiterplatte ( englisch : printed circuit board, kurz PCB ) oder um einen Leiterrahmen ( englisch : lead frame ) . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip wird beispielsweise mittels des Trägers bestromt und/oder angesteuert . Alternativ handelt es sich bei dem Träger um ein keramisches Substrat .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip ein reflektierendes Element . Das reflektierende Element ist beispielsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet . Beispielsweise steht das reflektierende Element mit dem Halbleiterkörper in direktem Kontakt .
Weiterhin umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip beispielsweise einen Chipträger . Der Chipträger umfasst beispielsweise Si . Das reflektierende Element ist beispielsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Chipträger angeordnet . Weiterhin ist der Chipträger beispielsweise auf dem Träger angeordnet .
Das reflektierende Element umfasst beispielsweise einen Bragg-Spiegel und/oder einen metallischen Spiegel .
Mit einem derartigen reflektierenden Element wird vom dielektrischen Schichtenstapel zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung vorteilhafterweise wieder zurück zu dem dielektrischen Schichtenstapel reflektiert , wo es aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil im ersten Winkelbereich ausgekoppelt werden kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil ein optisches Element , das über dem dielektrischen Schichtenstapel angeordnet ist . Das optische Element ist beispielsweise in vertikaler Richtung von dem dielektrischen Schichtenstapel beabstandet . Das optische Element ist beispielsweise in einem Strahlengang der vom dielektrischen Schichtenstapel ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung angeordnet .
Bei dem optischen Element handelt es sich beispielsweise um eine Linse , insbesondere eine konvexe Linse oder eine konkave Linse . Beispielsweise kann ein derartiges optisches Element mittels eines Formpressverfahrens erzeugt sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das optische Element einen Akzeptanzwinkelbereich auf , der gleich oder kleiner dem ersten Winkelbereich ist .
Damit wird vorteilhafterweise ein Großteil der aus dem dielektrischen Schichtenstapel ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung von dem optischen Element aufgenommen . Ein Großteil bedeutet hier beispielsweise , dass mindestens 40 % , insbesondere 50 % oder 65 % , der aus dem dielektrischen Schichtenstapel ausgekoppelten elektromagnetischen Strahlung im Akzeptanzwinkelbereich des optischen Elements liegen und damit von diesem aufgenommen werden kann . Liegt der Akzeptanzwinkelbereich beispielsweise bei ± 45 ° können mindestens 50 % bis 65 % der aus dem dielektrischen Schichtenstapel ausgekoppelten elektromagnetischen Strahlung von dem optischen Element auf genommen werden .
Elektromagnetische Strahlung, die nicht im ersten Winkelbereich auf den dielektrischen Schichtenstapel tri f ft , wird zumindest teilweise wieder zurückreflektiert . Diese zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung wird gestreut und wieder zurück in Richtung des dielektrischen Schichtenstapels reflektiert . Durch die Streuung der elektromagnetischen Strahlung kann ein Auftref fwinkel auf die erste Hauptfläche verändert werden, sodass der Auftref fwinkel im ersten Winkelbereich liegt .
Insbesondere wird das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil in Lichtquellen eingesetzt , bei denen eine direktionale Abstrahlung vorteilhaft ist . Beispielsweise wird das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil im Automobilbereich, zum Beispiel in einem Scheinwerfer, oder in Proj ektoren eingesetzt .
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben . Beispielsweise eignet sich ein derartiger dielektrischer Schichtenstapel für die Verwendung in dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil . Das heißt , sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil of fenbarten Merkmale sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren zur Auswahl des dielektrischen Schichtenstapels of fenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird ein initialer dielektrischer Schichtenstapel bereitgestellt . Beispielsweise handelt es sich bei dem initialen dielektrischen Schichtenstapel um einen virtuellen initialen dielektrischen Schichtenstapel . Beispielsweise sind Parameter für den initialen dielektrischen Schichtenstapel repräsentativ . Die Parameter sind beispielsweise vorgebbar und auf einem computerlesbaren Speichermedium speicherbar .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird ein Transmissionsgrad des initialen dielektrischen Schichtenstapels für elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge und für elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge für j eweils einen ersten Winkelbereich und einen zweiten Winkelbereich ermittelt . Handelt es sich bei dem initialen dielektrischen Schichtenstapel um einen virtuellen initialen dielektrischen Schichtenstapel , wird der Transmissionsgrad für den ersten Winkelbereich und den Transmissionsgrad für den zweiten Winkelbereich beispielsweise mittels eines Computerprogramms , insbesondere mittels eines Computers , ermittelt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird der dielektrische Schichtenstapel durch Anpassen des initialen dielektrischen Schichtenstapels in Abhängigkeit des Transmissionsgrad im ersten Winkelbereich und im zweiten Winkelbereich und in Abhängigkeit eines Schwellenwerts ausgewählt .
I st der Transmissionsgrad im ersten Winkelbereich größer als der Schwellenwert und ist der Transmissionsgrad im zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert , wird der initiale dielektrische Schichtenstapel als dielektrischer Schichtenstapel ausgewählt . Ansonsten wird der initiale dielektrische Schichtenstapel entsprechend angepasst und der Schritt des Ermittelns des Transmissionsgrads wird erneut durchgeführt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens ist der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in dem ersten Winkelbereich größer als der Schwellenwert , und der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels ist für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert .
Das hier angegebene Verfahren zur Auswahl des dielektrischen Schichtenstapels kann zumindest teilweise durch ein Computerprogramm ausgeführt werden . Das Computerprogramm umfasst beispielsweise Befehle , die bei der Aus führung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das hier beschriebene Verfahren zumindest teilweise aus zuführen .
Weiterhin wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das hier beschriebene Computerprogramm gespeichert ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst der initiale dielektrische Schichtenstapel mehrere initiale dielektrische Schichten .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens weist j eder der initialen dielektrischen Schichten einen vorgebbaren initialen Brechungsindex und eine vorgebbare initiale Dicke auf . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird bei der Anpassung des initialen dielektrischen Schichtenstapels zumindest eine der vorgebbaren initialen Brechungsindi zes und zumindest eine der vorgebbaren initialen Dicken vergrößert oder verkleinert . Weiterhin kann bei der Anpassung zumindest eine weitere initiale dielektrische Schicht oder mehrere weitere initiale dielektrischen Schichten zu dem initialen dielektrischen Schichtenstapel hinzugefügt werden und/oder eine initiale dielektrische Schicht oder mehrere initiale dielektrischen Schichten entfernt werden .
Der initiale dielektrische Schichtenstapel werden solange angepasst , bis ein entsprechender Transmissionsgrad im ersten Winkelbereich und im zweiten Winkelbereich erreicht ist .
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil angegeben . Beispielsweise eignet sich ein derartiges Konversionselement für die Verwendung in dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil . Das heißt , sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil of fenbarten Merkmale sind daher auch in Verbindung mit dem Verfahren zur Auswahl des Konversionsmaterials des Konversionselements of fenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird ein dielektrischer Schichtenstapel ausgewählt , gemäß dem oben aufgeführten Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird ein initiales Konversionsmaterial eines initialen Konversionselements bereitgestellt . Bei dem initialen Konversionsmaterial handelt es sich beispielsweise um ein virtuelles initiales Konversionsmaterial .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird ein initialer Farbort des initialen Konversionselements in Abhängigkeit des dielektrischen Schichtenstapels ermittelt . Der initiale Farbort wird beispielsweise mittels eines Computerprogramms , insbesondere mittels eines Computers , ermittelt . Alternativ wird der initiale Farbort mittels eines experimentellen Versuchs ermittelt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird das Konversionsmaterial durch Anpassung des initialen Konversionsmaterials in Abhängigkeit des initialen Farborts und in Abhängigkeit eines vorgebbaren Ziel farborts ausgewählt .
Das hier angegebene Verfahren zur Auswahl des Konversionsmaterials des Konversionselements kann zumindest teilweise durch ein Computerprogramm ausgeführt werden . Das Computerprogramm umfasst beispielsweise Befehle , die bei der Aus führung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das hier beschriebene Verfahren zumindest teilweise aus zuführen . Zusätzlich oder alternativ kann das hier angegebene Verfahren zur Auswahl des Konversionsmaterials des Konversionselements zumindest teilweise unter Verwendung experimenteller Versuche durchgeführt werden . Weiterhin wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das hier beschriebene Computerprogramm gespeichert ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das initiale Konversionsmaterial einen ersten Konver sions Stof f .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird beim Anpassen des initialen Konversionsmaterials der erste Konversionsstof f durch einen anderen ersten Konversionsstof f ersetzt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das initiale Konversionsmaterial einen ersten Konversionsstof f und einen vom ersten Konversionsstof f verschiedenen zweiten Konversionsstof f .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird beim Anpassen des initialen Konversionsmaterials ein Mischungsverhältnis des ersten Konversionsstof fs und des zweiten Konversionsstof fs geändert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird der dielektrische Schichtenstapel zusätzlich in Abhängigkeit des Konversionsmaterials des Konversionselements gemäß dem hier beschriebenen Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements angepasst .
Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils angegeben . Beispielsweise eignet sich ein derartiges strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil für die Verwendung in dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil . Das heißt , sämtliche in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil of fenbarten Merkmale sind daher auch in Verbindung mit dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauteil of fenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird ein Konversionselement auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip aufgebracht . Das Konversionselement ist gemäß dem Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements ausgewählt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird ein dielektrischer Schichtenstapel hergestellt . Der dielektrische Schichtenstapel ist gemäß dem Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels ausgewählt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird der dielektrische Schichtenstapel auf das Konversionselement aufgebracht .
Nachfolgend werden das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil , das Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels und das Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials unter Bezugnahme auf die Figuren anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert .
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel , Figur 2 eine schematische Darstellung eines Transmissionsverhaltens eines dielektrischen Schichtenstapels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel ,
Figur 3 eine exemplarische Darstellung eines einhüllenden Emissionsspektrums ,
Figuren 4 , 5 und 6 Transmissionsverhalten eines dielektrischen Schichtenstapels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß j eweils einem Aus führungsbeispiel in Abhängigkeit eines Auftref fwinkels für verschiedene Wellenlängen,
Figuren 7 , 8 und 9 Transmissionsverhalten eines dielektrischen Schichtenstapels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils in Abhängigkeit eines Auftref fwinkels für eine erste Peakwellenlänge und eine zweite Peakwellenlänge ,
Figuren 10 , 11 und 12 Transmissionsverhalten eines dielektrischen Schichtenstapels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß j eweils einem Aus führungsbeispiel in Abhängigkeit einer Wellenlänge für verschiedene Auftref fwinkel ,
Figuren 13 und 14 schematische Darstellungen einer Verschiebung eines Farborts in Abhängigkeit eines dielektrischen Schichtenstapels eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel ,
Figur 15 ein Ablauf diagramm eines Verfahrens zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil gemäß einem Aus führungsbeispiel , und
Figur 16 eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Aus führungsbeispiel .
Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein .
Das strahlungsemittierende Halbleiterbauteil 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figur 1 umfasst einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 , auf dem ein Konversionselement 3 angeordnet ist . Auf dem Konversionselement 3 ist weiterhin ein dielektrischer Schichtenstapel 4 angeordnet . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 steht mit dem Konversionselement 3 in direktem Kontakt und das Konversionselement 3 steht mit dem dielektrischen Schichtenstapel 4 in direktem Kontakt .
Der dielektrische Schichtenstapel 4 weist eine dem Konversionselement 3 zugewandte erste Hauptfläche 5 auf und eine dem Konversionselement 3 abgewandte zweite Hauptfläche 6 .
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 ist auf einem Träger 8 angeordnet . Zudem ist der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 , das Konversionselement 3 und der dielektrische Schichtenstapel 4 von einem reflektierenden Vergusskörper 7 umgeben . Der reflektierende Vergusskörper 7 bedeckt Seitenflächen des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 , des Konversionselements 3 und des dielektrischen Schichtenstapels 4 vollständig . Weiterhin schließt der reflektierende Vergusskörper 7 bündig mit dem dielektrischen Schichtenstapel 4 , insbesondere der zweiten Hauptfläche 6 , ab .
Die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung ist beispielsweise blaues Licht . Weiterhin weist ein Chipemissionsspektrum CS des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 ein Maximum auf , das einer ersten Peakwellenlänge PI entspricht .
Das Konversionselement 3 ist dazu ausgebildet , die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung teilweise in erste Sekundärstrahlung und/oder zweite Sekundärstrahlung zu konvertieren . Bei der ersten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um gelbes bis grünes Licht und/oder bei der zweiten Sekundärstrahlung handelt es sich beispielsweise um rotes Licht . Weiterhin weist ein Konversionsspektrum KS des Konversionselements 3 ein Maximum auf , das einer zweiten Peakwellenlänge P2 entspricht .
Die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung und die vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung tref fen j eweils unter einem Auftref fwinkel 0 auf den dielektrischen Schichtenstapel 4 auf . Der Auftref fwinkel 0 erstreckt sich hierbei weg von einer Normalen des Konversionselements . Die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung und die vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung werden hierbei in Abhängigkeit der Auftref fwinkel 0 durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 transmittiert oder zurück in Richtung des Trägers 8 reflektiert .
Ein Transmissionsgrad für die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung und die vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung ist durch einen Quotient der spektralen Intensitäten definiert . Der Quotient ist hierbei ein Wert der spektralen Intensität der gesamten elektromagnetischen Strahlung an der zweiten Hauptfläche 6 , der durch einen Wert der spektralen Intensität der gesamten elektromagnetischen Strahlung an der ersten Hauptfläche 5 geteilt wird .
Der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels 4 ist für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge PI und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 in einem ersten Winkelbereich Bl größer als ein Schwellenwert Ts . Der erste Winkelbereich Bl umfasst einen Bereich von höchstens ± 60 ° zu einer Oberflächennormalen des Konversionselements 3 . Das heißt , die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge PI und die vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 , die j eweils einen Auftref fwinkel 0 von ± 60 ° zu einer Oberflächennormalen aufweisen, werden durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 zu einem großen Teil transmittiert . Der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels 4 für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge PI und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 ist weiterhin in einem zweiten Winkelbereich B2 kleiner als der Schwellenwert Ts . Hierbei umfasst der zweite Winkelbereich B2 einen Bereich von 0 ° bis 30 ° zu der zweiten Hauptfläche 6 des dielektrischen Schichtenstapels 4 . Das heißt , die vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge PI und die vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 , die j eweils einen Auftref fwinkel 0 von 0 ° bis 30 ° zu der zweiten Hauptfläche 6 des dielektrischen Schichtenstapels 4 aufweisen, werden durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 zumindest teilweise reflektiert .
Die zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung kann mittels einem reflektierenden Element 9 wieder zurück in Richtung des dielektrischen Schichtenstapels 4 reflektiert werden . Hierbei kann die zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung an dem reflektierenden Verguss und/oder einer auf gerauten Oberfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 gestreut werden, sodass sich ein Auftref fwinkel 0 der zurückreflektierten elektromagnetischen Strahlung auf die erste Hauptfläche 5 verändert . Tri f ft derartige zurückreflektierte elektromagnetische Strahlung in dem ersten Winkelbereich Bl auf die erste Hauptfläche 5 , wird diese zu einem großen Teil ausgekoppelt .
Beispielsweise ist der erste Winkelbereich Bl in Abhängigkeit eines Akzeptanzwinkels eines über dem strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 angeordneten optischen Elements vorgebbar . Das Diagramm gemäß der Figur 2 ist auf der y-Achse eine Transmission T der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip
2 ausgesendete elektromagnetische Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge PI und vom Konversionselement 3 konvertierte elektromagnetische Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 von 0 % zu 100 % aufgetragen . Auf der x-Achse ist ein Emissionswinkel 0E der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge PI und vom Konversionselement
3 konvertierten elektromagnetischen Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 von 0 ° bis 90 ° aufgetragen . Der Emissionswinkel 0E entspricht beispielsweise einem Akzeptanzwinkel eines über dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 angeordneten optischen Elements . Weiterhin ist der Emissionswinkel 0E repräsentativ für den Auftref fwinkel 0 .
Für Auftref fwinkel 0 kleiner dem Akzeptanzwinkel ist die Transmission T größer als ein Schwellenwert Ts - insbesondere in einem ersten Winkelbereich Bl . Für die restlichen Winkel , die größer als der Akzeptanzwinkel sind, ist die Transmission T kleiner als der Schwellenwert Ts - insbesondere in einem zweiten Winkelbereich Bl . Bereiche mit zu niedriger Transmission Bl und zu hoher Transmission B2 sind schraf fiert dargestellt . Der Schwellenwert Ts ist beispielsweise größer 0 , 7 und insbesondere größer als 0 , 8 , was einer Transmission T von größer 70 % , insbesondere größer 80 % , entspricht . Dieses Transmissionsverhalten gilt zumindest für zwei Wellenlängen X, der ersten Peakwellenlänge PI und der zweiten Peakwellenlänge P2 . Im Diagramm der Figur 3 ist ein einhüllendes Emissionsspektrum S dargestellt , das durch ein Chipemissionsspektrum CS und ein Konversionsspektrum KS gebildet ist . Das einhüllende Emissionsspektrum S entspricht einem Spektrum für weißes Licht . Eine normierte spektrale Intensität ®rei der vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 ausgesendeten elektromagnetischen Strahlung und der vom Konversionselement 3 konvertierten elektromagnetischen Strahlung ist in Abhängigkeit einer Wellenlänge X dargestellt . Das Chipemissionsspektrum CS weist ein Maximum auf , das der ersten Peakwellenlänge PI entspricht . Weiterhin weist das Konversionsspektrum KS ein Maximum auf , das der zweiten Peakwellenlänge P2 entspricht .
Beide Peakwellenlängen Pl , P2 werden in dem ersten Winkelbereich Bl durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 transmittiert und im zweiten Winkelbereich B2 reflektiert .
Im Diagramm gemäß der Figuren 4 , 5 , 6 , 7 , 8 und 9 ist j eweils eine Transmission T in % eines dielektrischen Schichtenstapels 4 gegenüber einem Emissionswinkel 0E für verschiedene Wellenlängen X dargestellt . Kurve Kl entspricht einem Transmissionsverhalten von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge X von 450 nm, Kurve K2 einer Wellenlänge X von 500 nm, Kurve K3 einer Wellenlänge X von 550 nm, Kurve K4 einer Wellenlänge X von 600 nm, Kurve K5 einer Wellenlänge X von 650 nm, Kurve K6 einer Wellenlänge X von 700 nm und Kurve K7 einer Wellenlänge X von 750 nm .
Die Kurve Kl entspricht hierbei der ersten Peakwellenlänge PI und die Kurve K3 entspricht der zweiten Peakwellenlänge P2 . Im Diagramm gemäß der Figuren 10 , 11 und 12 ist j eweils eine Transmission T in % eines dielektrischen Schichtenstapels 4 gegenüber einer Wellenlänge X für verschiedene Emissionswinkel 0E dargestellt . Kurve K8 entspricht einem Transmissionsverhalten von elektromagnetischer Strahlung mit einem Emissionswinkel 0E von 5 ° , Kurve K9 einem Emissionswinkel 0E von 15 ° , Kurve K10 einem Emissionswinkel 0E von 25 ° , Kurve Kl l einem Emissionswinkel 0E von 35 ° , Kurve K12 einem Emissionswinkel 0E von 45 ° , Kurve K13 einem Emissionswinkel 0E von 55 ° , Kurve K14 einem Emissionswinkel 0E von 65 ° , Kurve K15 einem Emissionswinkel 0E von 75 ° und Kurve K16 einem Emissionswinkel 0E von 85 ° .
Gemäß den Figuren 13 und 14 ist ein vorgebbarer Ziel farbort in einem cx-cy-Diagramm als Punkt dargestellt . Wird eine Konzentration von Konversionsmaterial im Konversionselement 3 beispielsweise geändert , so kann der Farbort der emittierten elektromagnetischen Strahlung entlang der dargestellten geraden Linie verschoben werden . Tritt elektromagnetische Strahlung durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 hindurch, so wird beispielsweise auch die gerade Linie , auch Konversionslinie genannt , gedreht . Das heißt , Farbkoordinaten von elektromagnetischer Strahlung können nach Transmission T durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 geändert sein .
In Figur 13 ist eine Verschiebung der Konversionslinie von emittierter elektromagnetischer Strahlung eines Konversionselements 3 mit einem Leuchtstof f dargestellt . In Figur 14 ist eine Verschiebung von zwei Konversionslinien von emittierter elektromagnetischer Strahlung eines Konversionselements 3 mit zwei voneinander verschiedenen Leuchtstof fen dargestellt . Die untere gerade Konversionslinie entspricht einer Konversionslinie , die mit einem roten Leuchtstof f erzeugt wird und die obere gerade Konversionslinie entspricht einer Konversionslinie , die mit einem grünen Leuchtstof f erzeugt wird . Die gestrichelten Konversionslinien entsprechen der Verschiebung, die durch den dielektrischen Schichtenstapel 4 induziert wird .
Insbesondere wird das Konversionselement 3 , insbesondere das Konversionsmaterial , in Abhängigkeit des vorgebbaren Ziel farborts und des dielektrischen Schichtenstapels 4 , ausgewählt .
Im Schritt S 1 gemäß der Figur 15 wird zunächst ein initialer dielektrischer Schichtenstapel bereitgestellt . Jeder der initialen dielektrischen Schichten weist einen vorgebbaren initialen Brechungsindex und eine vorgebbare initiale Dicke auf .
In einem nachfolgenden Schritt S2 wird ein Transmissionsgrad des initialen dielektrischen Schichtenstapels für elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge PI und für elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge P2 für j eweils einen ersten Winkelbereich Bl und einen zweiten Winkelbereich B2 ermittelt .
Nachfolgend wird im Schritt S3 der dielektrische Schichtenstapel 4 durch Anpassung des initialen dielektrischen Schichtenstapels in Abhängigkeit des Transmissionsgrads im ersten Winkelbereich Bl und im zweiten Winkelbereich B2 und in Abhängigkeit eines Schwellenwerts Ts ausgewählt .
Bei der Anpassung des initialen dielektrischen Schichtenstapels wird zumindest einer der vorgebbaren initialen Brechungsindi zes und zumindest eine der vorgebbaren initialen Dicken vergrößert oder verkleinert .
Die Schritte S2 bis S3 werden so lange wiederholt , bis der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels 4 für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge PI und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 in einem ersten Winkelbereich Bl größer als ein Schwellenwert Ts ist und der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels 4 für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge PI und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge P2 in einem zweiten Winkelbereich B2 kleiner als der Schwellenwert Ts ist . I st diese Bedingung erfüllt , wird der dielektrische Schichtenstapel 4 ausgewählt .
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils 1 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Figur 16 umfasst eine aufgeraute Oberfläche . Ein Konversionselement 3 ist mittels eines Haftmaterials , insbesondere eines Klebers , mit einem Halbleiterkörper 11 des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 2 mechanisch stabil verbunden .
Weiterhin umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip 2 ein reflektierendes Element 9 und einen Chipträger 12 . Der Chipträger 12 umfasst beispielsweise Si . Das reflektierende Element 9 ist zwischen dem Halbleiterkörper 11 und dem Chipträger 12 angeordnet und kann mit diesen in direktem Kontakt stehen .
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind.
Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2021 123 818.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
1 strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil
2 strahlungsemittierender Halbleiterchip
3 Konversionselement
4 dielektrischer Schichtenstapel
5 erste Hauptfläche
6 zweite Hauptfläche
7 reflektierender Vergusskörper
8 Träger
9 reflektierendes Element
10 Haftmaterial
11 Halbleiterkörper
12 Chipträger
T Transmission
Ts Schwellenwert
®rei normierte spektrale Intensität
X Wellenlänge
CS Chipemissionsspektrum
KS Konversionsspektrum
S einhüllendes Emissionsspektrum
PI erste Peakwellenlänge
P2 zweite Peakwellenlänge
0 Auftref fwinkel
0E Emissionswinkel
Bl erster Winkelbereich
B2 zweiter Winkelbereich
Kl . . . Kl 6 Kurven
S 1 . . . S3 Schritte

Claims

34 Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) mit
- einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) , der dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge (PI) auszusenden,
- einem Konversionselement (3) , das dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge (P2) auszusenden, und
- einem dielektrischen Schichtenstapel (4) , der auf dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) und dem Konversionselement (3) angeordnet ist, wobei
- ein Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels
(4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (PI) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in einem ersten Winkelbereich größer als ein Schwellenwert (Ts) ist,
- der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (PI) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert (Ts) ist.
2. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Peakwellenlänge (PI) mindestens 50 nm kleiner ist als die zweite Peakwellenlänge (P2) .
3. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die ausgesendete elektromagnetische Strahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils (1) weißes Licht ist, das die erste Peakwellenlänge (PI) und die zweite Peakwellenlänge (P2) umfasst. 35
4. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schwellenwert (Ts) mindestens 0,7 ist.
5. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der erste Winkelbereich einen Bereich von höchstens ± 60° zu einer Oberflächennormalen des Konversionselements (3) umfasst.
6. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem
- eine dem Konversionselement (3) zugewandte Oberfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) aufgeraut ist.
7. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, mit
- einem reflektierenden Vergusskörper (7) , wobei
- der reflektierende Vergusskörper (7) eine Seitenfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2) , des Konversionselements (3) und des dielektrischen Schichtenstapels (4) bedeckt.
8. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem
- der strahlungsemittierende Halbleiterchip (2) auf einem Träger (8) angeordnet ist, und
- der strahlungsemittierende Halbleiterchip (2) ein reflektierendes Element (9) umfasst.
9. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit - einem optischen Element, das über dem dielektrischen Schichtenstapel (4) angeordnet ist, und
- das optische Element einen Akzeptanzwinkelbereich aufweist, der gleich oder kleiner dem ersten Winkelbereich ist.
10. Verfahren zur Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels (4) für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) , mit den Schritten:
- Bereitstellen eines initialen dielektrischen Schichtenstapels ,
- Ermitteln eines Transmissionsgrads des initialen dielektrischen Schichtenstapels für elektromagnetische Strahlung mit einer ersten Peakwellenlänge (PI) und für elektromagnetische Strahlung mit einer zweiten Peakwellenlänge (P2) für jeweils einen ersten Winkelbereich und einen zweiten Winkelbereich, und
- Auswahl des dielektrischen Schichtenstapels (4) durch Anpassung des initialen dielektrischen Schichtenstapels in Abhängigkeit des Transmissionsgrads im ersten Winkelbereich und im zweiten Winkelbereich und in Abhängigkeit eines Schwellenwerts (Ts) , derart dass
- der Transmissionsgrad des dielektrischen
Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (PI) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in dem ersten Winkelbereich größer als der Schwellenwert (Ts) ist, und
- der Transmissionsgrad des dielektrischen Schichtenstapels (4) für Strahlung mit der ersten Peakwellenlänge (PI) und für Strahlung mit der zweiten Peakwellenlänge (P2) in einem zweiten Winkelbereich kleiner als der Schwellenwert (Ts) ist.
11. Verfahren gemäß dem Anspruch 10, wobei - der initiale dielektrische Schichtenstapel mehrere initiale dielektrische Schichten umfasst,
- jeder der initialen dielektrischen Schichten einen vorgebbaren initialen Brechungsindex und eine vorgebbare initiale Dicke aufweist, und
- bei der Anpassung des initialen dielektrischen Schichtenstapels zumindest einer der vorgebbaren initialen Brechungsindizes und zumindest eine der vorgebbaren initialen Dicken vergrößert oder verkleinert wird.
12. Verfahren zur Auswahl eines Konversionsmaterials eines Konversionselements (3) für ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauteil (1) , mit den Schritten:
- Auswahl eines dielektrischen Schichtenstapels (4) unter Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11,
- Bereitstellen eines initialen Konversionsmaterials eines initialen Konversionselements (3) ,
- Ermitteln eines initialen Farborts des initialen Konversionselements (3) in Abhängigkeit des dielektrischen Schichtenstapels (4) ,
- Auswahl des Konversionsmaterials durch Anpassung des initialen Konversionsmaterials in Abhängigkeit des initialen Farborts und in Abhängigkeit eines vorgebbaren Zielfarborts.
13. Verfahren gemäß dem Anspruch 12, wobei
- das initiale Konversionsmaterial einen ersten Konversionsstoff umfasst, und
- beim Anpassen des initialen Konversionsmaterials der erste Konversionsstoff durch einen anderen ersten Konversionsstoff ersetzt wird.
14. Verfahren gemäß dem Anspruch 12, wobei 38
- das initiale Konversionsmaterial einen ersten Konversionsstoff und einen vom ersten Konversionsstoff verschiedenen zweiten Konversionsstoff umfasst, und
- beim Anpassen des initialen Konversionsmaterials ein Mischungsverhältnis des ersten Konversionsstoffs und des zweiten Konversionsstoffs geändert wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der dielektrische Schichtenstapel (4) zusätzlich in Abhängigkeit des Konversionsmaterials des Konversionselements
(3) gemäß dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 12 bis 14 angepasst wird.
16. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils (1) mit den Schritten:
- Aufbringen eines Konversionselements (3) , das gemäß dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14 ausgewählt ist, auf einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2) ,
- Herstellen eines dielektrischen Schichtenstapels (4) , der gemäß dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10, 11 oder 15 ausgewählt ist,
- Aufbringen des dielektrischen Schichtenstapels (4) auf das Konversionselement (3) .
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