WO2023104454A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung einer mehrzahl von optoelektronischen halbleiterbauelementen - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung einer mehrzahl von optoelektronischen halbleiterbauelementen Download PDF

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WO2023104454A1
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waveguide
optoelectronic semiconductor
electromagnetic radiation
substrate
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Stephan BERGHOFER
Jan Seidenfaden
Markus Richter
Nicole BERNER
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Ams-Osram International Gmbh
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    • H01S5/4093—Red, green and blue [RGB] generated directly by laser action or by a combination of laser action with nonlinear frequency conversion

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component and a method for producing a plurality of optoelectronic semiconductor components are specified.
  • the optoelectronic semiconductor component is set up in particular for generating and/or detecting electromagnetic radiation, for example in the infrared or ultraviolet spectral range and preferably light that can be perceived by the human eye.
  • One problem to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor component that enables simplified manufacture.
  • a further problem to be solved is to specify a method for the simplified production of a plurality of optoelectronic semiconductor components.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a frame body which is radiation-transmissive at least in regions and at least one first semiconductor chip which is set up to emit a first electromagnetic radiation.
  • the semiconductor chip includes an active area.
  • the active region has in particular a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation or for detecting radiation.
  • the semiconductor chip is, for example, a photodiode or a luminescent diode, in particular a light-emitting diode.
  • the semiconductor chip is preferably a laser diode.
  • the semiconductor chip is set up in particular for generating coherent radiation.
  • a laser diode advantageously has a high luminance.
  • the frame body is preferably permeable at least in regions, in particular transparent, for electromagnetic radiation that is generated or is to be detected during operation of the semiconductor chip.
  • the frame body is formed, for example, at least in regions, with one of the following materials: Si, SiCt, polymer.
  • the frame body can comprise an opaque, in particular a radiation-impermeable material, at least in regions.
  • the frame body serves, for example, to protect the semiconductor chip from external environmental influences.
  • the frame body is mechanically self-supporting and gives the optoelectronic semiconductor component mechanical properties stability .
  • the frame body has, for example, traces of a separation process.
  • the frame body has an upper side and an underside opposite the upper side.
  • the upper side is connected to the underside in particular via a number of side surfaces.
  • a main extension plane of the frame body preferably runs parallel to the upper side and/or the lower side of the frame body.
  • the traces of a separation process for example a sawing process or a stealth dicing process, can be seen on the side surfaces of the frame body.
  • the frame body has a recess.
  • the recess extends, for example, from the top of the frame body into the frame body.
  • the cutout has, in particular, side surfaces.
  • the recess can have a bottom surface.
  • the side surfaces of the recess are advantageously aligned transversely, in particular perpendicularly, to the bottom surface of the recess and/or the underside of the frame body. For example, the side surfaces are aligned at an angle to the bottom surface. This advantageously enables a particularly simple manufacture.
  • At least one first waveguide is formed in the frame body.
  • the waveguide comprises a core area which has a higher refractive index than a material surrounding the core area.
  • the first waveguide is a hollow-core waveguide.
  • the first waveguide comprises a first coupling surface and a decoupling surface. Electromagnetic radiation, for example, enters the waveguide via the first coupling surface. For example, electromagnetic radiation emerges from the waveguide via the decoupling surface. Electromagnetic radiation preferably propagates along a main extension direction of the waveguide.
  • a first coupling surface of the first waveguide is formed on a side surface of the recess facing the semiconductor chip.
  • the coupling surface allows electromagnetic radiation generated in the recess to enter the waveguide.
  • a decoupling surface is formed on an outer surface of the frame body.
  • the outer surface is preferably a surface which delimits a lateral extension of the frame body.
  • the outer surface of the frame body includes, among other things, the top, bottom and side surfaces of the frame body. In particular, electromagnetic radiation can emerge from the frame body via the decoupling surface.
  • the first semiconductor chip is arranged in the cutout in such a way that at least part of the first electromagnetic radiation enters the first waveguide.
  • the radiation exit surface of the first semiconductor chip is aligned with the coupling surface of the first waveguide.
  • One can be advantageous electromagnetic radiation of the first semiconductor chip can be guided via the first waveguide to an outer surface of the frame body.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises
  • the frame body has a recess
  • a first coupling surface of the first waveguide is formed on a side surface of the recess facing the semiconductor chip
  • a decoupling surface is formed on an outer surface of the frame body
  • the first semiconductor chip is arranged in the recess in such a way that at least part of the first electromagnetic radiation enters the first waveguide.
  • An optoelectronic semiconductor component described here is based, inter alia, on the following considerations: In order to produce a plurality of optoelectronic semiconductor components, it is advantageous to process a plurality of semiconductor components in parallel. This includes steps for the production and processing of the semiconductor components as well as steps for their electro-optical characterization.
  • the optoelectronic semiconductor component described here makes use, inter alia, of the idea of forming optoelectronic semiconductor components in an at least partially radiation-transmissive substrate such that a plurality of semiconductor components can be produced in parallel and then electro-optically characterized.
  • a main waveguide is provided in the substrate for this purpose, which allows the electromagnetic radiation emitted by a plurality of individual semiconductor components to emerge from the substrate at a single decoupling surface.
  • an electro-optical characterization of a plurality of semiconductor components can advantageously be carried out on a single decoupling surface.
  • a repeated alignment of a detector for each semiconductor component can thus advantageously be avoided.
  • the substrate can then be singulated into a plurality of optoelectronic semiconductor components, each with a frame body.
  • the frame body comprises a transmission area and an opaque area.
  • the transmission area is formed with a material that is different from the opaque area.
  • the transmission area is translucent, in particular transparent, for electromagnetic radiation generated in the optoelectronic semiconductor component during operation.
  • the opaque area is opaque, in particular impermeable to electromagnetic radiation generated in the optoelectronic semiconductor component during operation.
  • the transmission area preferably extends in a lateral direction, starting from the cutout to a Side surface of the frame body.
  • the transmission area extends from a first side surface of the frame body to a second side surface of the frame body opposite the first side surface.
  • the transmission region is preferably arranged on a side of the frame body which faces the coupling-in surface of the first waveguide.
  • the opaque area is arranged in particular on a side of the frame body running transversely to the coupling-in surface of the first waveguide and on a side of the frame body opposite the coupling-in surface of the first waveguide. The opaque area thereby reduces or prevents, for example, an undesired outcoupling of electromagnetic radiation in a direction opposite to the outcoupling direction of the semiconductor chip.
  • the frame body is formed entirely with a radiation-transmissive material. This simplifies production, since the entire frame body is advantageously made from the same material.
  • the first waveguide extends completely within the frame body.
  • the first waveguide is embedded in the material of the frame body along its main extension direction.
  • the first waveguide is advantageously particularly well protected from external environmental influences, such as, for example, mechanical damage.
  • the frame body surrounds the at least a semiconductor chip laterally completely.
  • the frame body preferably completely surrounds all of the semiconductor chips laterally.
  • the frame body protects the semiconductor chips in particular from mechanical damage and gives the optoelectronic semiconductor component greater mechanical stability.
  • the frame body protrudes vertically beyond the at least one semiconductor chip.
  • the frame body preferably protrudes vertically beyond all of the semiconductor chips. This enables a particularly simple assembly of a cover element.
  • the cover element completely closes the recess. In this way, a protective atmosphere can advantageously be set up in the cutout, which protects the semiconductor chips from harmful gases.
  • the recess penetrates the frame body completely.
  • Mounting of a semiconductor chip through the recess, for example on a carrier arranged underneath, is preferably simplified in this way.
  • the recess of the frame body has in particular no bottom surface.
  • a bottom surface of the recess is formed by the carrier, for example.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a second semiconductor chip and a second waveguide, the second semiconductor chip emitting a second electromagnetic radiation and being arranged in the cutout such that at least part of the second electromagnetic radiation enters the second waveguide.
  • the first waveguide and the second waveguide are brought together closely at their decoupling surfaces.
  • the decoupling surface of the first waveguide is arranged in particular directly next to the decoupling surface of the second waveguide.
  • the decoupling surfaces of the waveguides are in particular arranged at a distance of between 50 ⁇ m and 5 ⁇ m, preferably between 25 ⁇ m and 10 ⁇ m, from one another.
  • the second electromagnetic radiation has a main wavelength, for example, which differs from a main wavelength of the first electromagnetic radiation.
  • a main wavelength is to be understood here and in the following as a wavelength at which a spectrum of electromagnetic radiation has a global maximum.
  • the first electromagnetic radiation has in particular a different color than the second electromagnetic radiation.
  • the second waveguide preferably extends entirely within the frame body.
  • the second waveguide is embedded in the material of the frame body along its main extension direction.
  • the second waveguide is advantageously particularly well protected from external environmental influences, such as mechanical damage, for example.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a main waveguide in which the first electromagnetic radiation and the second electromagnetic radiation are superimposed on one another.
  • the main waveguide preferably extends entirely within the frame body.
  • the main waveguide is embedded in the material of the frame body along its main extension direction.
  • the main waveguide is thus advantageously particularly well protected from external environmental influences, such as mechanical damage, for example.
  • the main waveguide includes a decoupling surface.
  • the decoupling surface of the main waveguide is formed, for example, on an outer surface of the frame body.
  • the decoupling surface is preferably formed on a side surface or a top side of the frame body.
  • the decoupling surface of the main waveguide can also be formed within the frame body.
  • the first electromagnetic radiation and the second electromagnetic radiation are superimposed on one another in the main waveguide and are thus mixed particularly well.
  • the first electromagnetic radiation and the second electromagnetic radiation are coupled out of the optoelectronic semiconductor component together through the coupling-out surface of the main waveguide.
  • the main waveguide ends on a side surface of the frame body. Consequently, the decoupling surface of the main waveguide is formed on a side surface of the frame body. In this way, electromagnetic radiation coupled into the main waveguide can advantageously be coupled out to the side of the frame body.
  • the main waveguide extends from a first side of the frame body to a opposite second side of the frame body.
  • the main waveguide runs in particular transversely, preferably perpendicularly, to the first and second side of the frame body.
  • the main waveguide thus has two faces which are adjacent to a side face of the frame body. Only one of these surfaces is preferably used as a decoupling surface. Such a configuration of the main waveguide makes it easier to manufacture.
  • the main waveguide ends at an upper side of the frame body.
  • such an alignment of the main waveguide allows the decoupling surface to be formed on the upper side of the frame body.
  • a method for producing a plurality of optoelectronic semiconductor components is also specified.
  • the optoelectronic component can be produced in particular by means of a method described here. This means that all the features disclosed in connection with the method for producing a plurality of optoelectronic semiconductor components are also disclosed for the optoelectronic semiconductor component and vice versa.
  • the method comprises introducing a plurality of recesses into a substrate that is at least partially radiation-transmissive.
  • the substrate which is at least partially radiation-permeable, is preferably formed from a glass.
  • the substrate also includes opaque, in particular radiation-impermeable areas. The opaque areas preferably screen off undesired scattered radiation.
  • the recesses are produced using an etching method, for example.
  • the method includes forming a plurality of first waveguides and a main waveguide in the substrate, with a coupling surface of a first waveguide being formed on a side surface of a recess and electromagnetic radiation from the main waveguide in the direction of an outer surface of the Substrate emerges.
  • the waveguides are formed in a transmission area of the substrate.
  • the first waveguides are formed in the substrate by means of focused laser radiation.
  • the waveguides can be formed by ion implantation.
  • the electromagnetic radiation emerging from an outer surface of the substrate can be detected, for example, for an electro-optical characterization of semiconductor chips arranged inside the substrate.
  • the method comprises arranging a first semiconductor chip, which is set up to emit a first electromagnetic radiation, in each case in a recess, with each first semiconductor chip being arranged in its associated recess in such a way that at least one Part of the first electromagnetic radiation enters the first waveguide.
  • a radiation exit surface of the first semiconductor chips is consequently in each case aligned with a coupling-in surface of a first waveguide.
  • the recesses completely penetrate the substrate.
  • the semiconductor chips are arranged on a carrier arranged under the substrate in the recesses of the substrate.
  • the method includes dicing the substrate to produce a plurality of optoelectronic semiconductor components.
  • the substrate is in each case severed between two cutouts. The singulation of the substrate results in particular in a plurality of optoelectronic semiconductor components, each with a frame body that is at least partially radiation-transmissive.
  • the frame bodies of the optoelectronic semiconductor components are formed in a continuous manner before the singulation step, for example as part of the radiation-transmissive substrate.
  • a plurality of optoelectronic semiconductor components each having a frame body results in particular.
  • the frame bodies are consequently preferably formed with the material of the substrate.
  • the completed optoelectronic semiconductor components have traces of a singulation process. For example, traces of a singulation process, in particular a sawing process or a stealth dicing process, are visible on the side faces of the optoelectronic semiconductor components.
  • the method includes the following steps:
  • Each first semiconductor chip is arranged in its associated recess in such a way that at least part of the first electromagnetic radiation enters the first waveguide, and
  • the method steps are preferably carried out in their alphabetical order.
  • an electro-optical characterization of the first semiconductor chips is carried out.
  • the first electromagnetic radiation emitted by the first semiconductor chips is detected and analyzed by a detector, for example.
  • an electro-optical characterization of all first semiconductor chips is carried out before the singulation step.
  • the electro-optical characterization can thus advantageously still be carried out in the assembly of the semiconductor components. This simplifies the positioning of a detector.
  • a plurality of first waveguides are brought together in a main waveguide.
  • Electromagnetic radiation preferably emerges from the main waveguide in the direction of an outer surface of the substrate.
  • the main waveguide advantageously extends to a side surface of the substrate.
  • an electro-optical characterization of several first semiconductor chips can take place with a single positioning of a detector on a coupling-out surface of the skin waveguide. A renewed positioning of the detector for each first semiconductor chip can thus advantageously be omitted.
  • a second semiconductor chip which is set up to emit a second electromagnetic radiation, is arranged in a recess in each case, with each second semiconductor chip being arranged in its associated recess in such a way that at least part of the second electromagnetic radiation entering a second waveguide.
  • the first and second semiconductor chips are preferably aligned as a function of the positions of the first and second waveguides.
  • first and/or second semiconductor chips can also be mounted before the first and/or second waveguides are introduced, so that the first and/or second waveguides are aligned according to the positions of the first and/or second semiconductor chips.
  • an electro-optical characterization of the first Semiconductor chips and the second semiconductor chips based on the exiting surface at the decoupling electromagnetic radiation.
  • An electro-optical characterization of a plurality of first and second semiconductor chips can advantageously take place in this way, with a detector only having to be positioned once on the coupling-out surface.
  • a decoupling surface of the substrate is formed on a side surface of the substrate.
  • electromagnetic radiation coupled into the main waveguide can advantageously be coupled out to the side of the substrate. This enables a particularly simple detection of the electromagnetic radiation by a detector.
  • a first part of the substrate is provided, the first waveguide and the second waveguide are applied to a surface of the first part of the substrate in step A), and then a second part of the substrate arranged on the first part of the substrate.
  • An imaginary plane of separation between the first part and the second part of the substrate preferably corresponds to a plane parallel to a main direction of extent of the substrate.
  • the waveguides are vapor-deposited onto the first part of the substrate and, in particular, are provided with a further protective layer before the second part of the substrate is applied.
  • the substrate is provided in particular in two separate steps.
  • the waveguides are applied to the first part of the substrate using a photolithographic method, for example.
  • the waveguides are vapour-deposited onto the first part of the substrate and then provided with a protective layer.
  • the arrangement of the second part of the substrate embeds the waveguides in the substrate.
  • At least one decoupling surface of the substrate is formed on a top side of the substrate.
  • a detector for the electro-optical characterization of the semiconductor chips can thus be positioned and moved parallel to a main extension plane of the substrate in order to characterize each semiconductor chip.
  • an electro-optical characterization of all semiconductor chips is carried out before the singulation step.
  • all semiconductor chips of all subsequent semiconductor components on a substrate can thus be electro-optically characterized before they are separated.
  • the coherent substrate makes it easy to handle the plurality of semiconductor chips in the cutouts and simplifies the positioning of a detector for electro-optical characterization.
  • An optoelectronic semiconductor component described here is particularly suitable for use as a high-power light source for use in motor vehicle headlights or projection lighting. Further advantages and advantageous refinements and developments of the optoelectronic semiconductor component result from the following exemplary embodiments in connection with those illustrated in the figures.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of an optoelectronic semiconductor component described here according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of an optoelectronic semiconductor component described here according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of an optoelectronic semiconductor component described here according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a plurality of optoelectronic semiconductor components described here according to a fourth exemplary embodiment before a step for their isolation
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of a plurality of optoelectronic semiconductor components described here according to a fifth exemplary embodiment before a step for their isolation
  • FIG. 6A shows a schematic plan view of an optoelectronic semiconductor component described here according to a sixth exemplary embodiment
  • FIG. 6B shows a schematic sectional view of the optoelectronic semiconductor component described here according to the sixth exemplary embodiment along a section along the first section line AA shown in FIG. 6A,
  • FIG. 7A shows a schematic plan view of an optoelectronic semiconductor component described here according to a seventh exemplary embodiment
  • FIG. 7B shows a schematic sectional view of the optoelectronic semiconductor component described here according to the seventh exemplary embodiment along a section along the second section line BB shown in FIG. 7A,
  • FIG. 8 shows a schematic top view of a plurality of optoelectronic semiconductor components described here according to an eighth exemplary embodiment before a step for their isolation
  • FIG. 9 shows a schematic top view of an optoelectronic semiconductor component described here according to a ninth exemplary embodiment. Elements that are the same, of the same type or have the same effect are provided with the same reference symbols in the figures.
  • the figures and the relative sizes of the elements shown in the figures are not to be regarded as being to scale. Rather, individual elements can be shown in an exaggerated size for better representation and/or for better comprehensibility.
  • FIG. 1 shows a schematic top view of an optoelectronic semiconductor component 1 described here according to a first exemplary embodiment.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 includes a frame body 20 formed with a radiation-transmissive material.
  • the frame body 20 is limited in its lateral extent by side surfaces.
  • the lateral extent is to be understood here and in the following figures as an extent in the first lateral direction X and the second lateral direction Y.
  • the frame body 20 includes a first side surface 20X and a second side surface 20Y opposed to the first side surface 20X. Furthermore, the frame body is limited in its vertical extent by a bottom and a top. A vertical extension is to be understood here and in the following figures as an extension in the vertical direction Z.
  • the side surfaces of the frame body 20 show traces of a separation process.
  • the frame body 20 includes a recess 210 that completely penetrates the frame body in a vertical Z direction.
  • a first Waveguide 31 and a main waveguide 40 embedded are embedded in the frame body 20 .
  • a first semiconductor chip 11 is arranged in the recess 210 of the frame body 20 and is set up to emit a first electromagnetic radiation.
  • the first semiconductor chip 11 is a light-emitting diode or a laser chip set up to emit coherent electromagnetic radiation.
  • the first waveguide 31 has a coupling surface on a side surface of the recess 210 .
  • the first semiconductor chip 11 is arranged in the recess 210 in such a way that at least part of the first electromagnetic radiation enters the first waveguide 31 .
  • the first waveguide 31 is coupled to the main waveguide 40 .
  • the electromagnetic radiation coupled into the first waveguide 31 is consequently coupled into the main waveguide 40 .
  • the main waveguide 40 extends to an outer surface of the frame body 20 .
  • the main waveguide 40 forms a coupling-out surface 20B.
  • the first electromagnetic radiation coupled into the first waveguide 31 consequently emerges from the coupling-out surface 20B of the frame body 20 .
  • the first electromagnetic radiation can be detected there by a detector, for example.
  • the detector is represented here and in the following figures by a symbol in the shape of an eye.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of an optoelectronic semiconductor component 1 described here according to a second exemplary embodiment. That in figure 2 The second exemplary embodiment shown essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG.
  • the main waveguide 40 according to the second exemplary embodiment is aligned with an upper side of the frame body 20 .
  • the decoupling surface 20B is consequently arranged on the upper side of the frame body 20 .
  • FIG. 3 shows a schematic top view of an optoelectronic semiconductor component described here according to a third exemplary embodiment.
  • the third exemplary embodiment shown in FIG. 3 essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG.
  • the main waveguide 40 in contrast to the first exemplary embodiment, extends from the first side surface 20X to the second side surface 20Y of the frame body 20 .
  • An output surface 20B is arranged on the second side surface 20Y.
  • Such an embodiment of the main waveguide 40 enables in particular a simplified manufacture of the main waveguide 40 .
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a plurality of optoelectronic semiconductor components 1 described here according to a fourth exemplary embodiment before a step for their isolation.
  • the optoelectronic semiconductor components 1 are in a coherent, radiation-transmissive substrate 200 shown .
  • the later dividing lines are represented by dashed first dividing lines CI.
  • the semiconductor components 1 each essentially correspond to the first exemplary embodiment shown in FIG.
  • the semiconductor components 1 each include a second semiconductor chip 12 and a third semiconductor chip 13 .
  • the second semiconductor chip 12 is set up to emit a second electromagnetic radiation and the third semiconductor chip 13 is set up to generate a third electromagnetic radiation.
  • the first electromagnetic radiation is preferably a main wavelength in the red spectral range
  • the second electromagnetic radiation is a main wavelength in the green spectral range
  • the third electromagnetic radiation is a main wavelength in the blue spectral range.
  • Each optoelectronic semiconductor component 1 comprises a first waveguide 31 with a first coupling surface 31A, a second waveguide 32 with a second coupling surface 32A and a third waveguide 33 with a third coupling surface 33A.
  • the first electromagnetic radiation is coupled into the first waveguide 31 via the first coupling surface 31A
  • the second electromagnetic radiation is coupled into the second waveguide 32 via the second coupling surface 32A
  • the third electromagnetic radiation is coupled into the third via the third coupling surface 33A Waveguide 33 coupled.
  • the frame bodies 20 of the optoelectronic semiconductor components 1 are formed in a continuous manner as part of the radiation-transmissive substrate 200 .
  • a plurality of optoelectronic semiconductor components 1 each having a frame body 20 results.
  • the frame bodies 20 are thus formed with the material of the substrate 200 .
  • the completed optoelectronic semiconductor components 1 have traces of a singulation process. For example, traces of a singulation process, in particular a sawing process or a stealth dicing process, are visible on the side faces of the optoelectronic semiconductor components 1 .
  • the first waveguides 31 , the second waveguides 32 and the third waveguides 33 are connected to a main waveguide 40 .
  • the main waveguide 40 extends, for example, laterally completely over the substrate 200 from a first side surface 20X to a coupling-out surface 20B on a second side surface 20Y opposite the first side surface 20X, as shown in the bottom row of the semiconductor components 1 in FIG.
  • the main waveguide 40 extends only within the substrate 200 and still ends within the lateral extent of the substrate 200, as shown in the top row of the semiconductor components 1 in FIG.
  • the electromagnetic radiation coupled into the main waveguide 40 leaves the substrate 200 through a coupling-out surface 20B on an outer surface of the substrate 200 .
  • the first, the second and the third electromagnetic radiation from all the first, second and third semiconductor chips 11, 12, 13 of all the optoelectronic semiconductor components 1 in a row can be detected at the decoupling surface 20B by means of a detector.
  • all first, second and third semiconductor chips 11, 12, 13 of all optoelectronic semiconductor components 1, which are arranged side by side in a row can be electro-optically characterized without changing a position of the detector.
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of a plurality of optoelectronic semiconductor components described here according to a fifth exemplary embodiment before a step for their isolation.
  • the fifth exemplary embodiment shown in FIG. 5 essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment shown in FIG.
  • the main waveguides 40 according to the second exemplary embodiment are each aligned with an upper side of the substrate 200 .
  • the decoupling surfaces 20B are consequently arranged on the upper side of the substrate 200 .
  • the first waveguides 31 , the second waveguides 32 and the third waveguides 33 of each subsequent semiconductor component 1 are each combined in a main waveguide 40 .
  • each first semiconductor chip 11 , each second semiconductor chip 12 and each third semiconductor chip 13 of each semiconductor component 1 can be characterized electro-optically from a respective position on the upper side of the substrate 200 .
  • the semiconductor chips 11 , 12 , 13 are preferably characterized electro-optically while the optoelectronic semiconductor components 1 are connected to one another in the substrate 200 . This facilitates positioning of a detector.
  • FIG. 6A shows a schematic top view of an optoelectronic semiconductor component described here according to a sixth exemplary embodiment.
  • the sixth exemplary embodiment shown in FIG. 6A essentially corresponds to the first exemplary embodiment shown in FIG.
  • a second semiconductor chip 12 and a third semiconductor chip 13 are arranged in the cutout 210 of the frame body 20 in addition to a first semiconductor chip 11 .
  • the first semiconductor chip 11 emits a first electromagnetic radiation
  • the second semiconductor chip 12 emits a second electromagnetic radiation
  • the third semiconductor chip 13 emits a third electromagnetic radiation.
  • the first electromagnetic radiation has a main wavelength in the red spectral range
  • the second electromagnetic radiation has a main wavelength in the green spectral range
  • the third electromagnetic radiation has a main wavelength in the blue spectral range.
  • a first waveguide 31 , a second waveguide 32 , a third waveguide 33 and a main waveguide 40 are embedded.
  • the first , second and third waveguides 31 , 32 , 33 are superimposed on each other in the main waveguide 40 .
  • the main waveguide 40 extends to a side surface of the frame body 20 .
  • the first, second and third electromagnetic radiation emerges from the frame body 20 from a decoupling surface 2 OB.
  • FIG. 6B shows a schematic sectional view of the optoelectronic semiconductor component described here in accordance with the sixth exemplary embodiment along a section along the first section line AA shown in FIG. 6A.
  • the sectional view shows that the semiconductor chips 11 , 12 , 13 are each arranged on a mounting body 50 .
  • the mounting body 50 is formed with an electrically and thermally conductive material, for example.
  • the mounting bodies 50 are preferably each used for the electrical connection and for heat dissipation of a semiconductor chip 11 , 12 , 13 .
  • the frame body 20 and the first, second and third semiconductor chip 11 , 12 , 13 are arranged on a common carrier 60 .
  • the common carrier 60 is designed to be mechanically self-supporting.
  • the extension of the frame body 20 in the vertical direction Z is larger than the extension of the first, second and third semiconductor chips 11, 12, 13 in the vertical direction Z. In other words, the frame body 20 projects beyond the semiconductor chips 11 , 12 , 13 in the vertical direction Z .
  • FIG. 7A shows a schematic plan view of an optoelectronic semiconductor component described here in accordance with a seventh exemplary embodiment.
  • the seventh exemplary embodiment shown in FIG. 7A essentially corresponds to the sixth exemplary embodiment shown in FIG. 6A.
  • the main waveguide 40 is on an upper side of the frame body 20 aligned .
  • the decoupling surface 20B is consequently arranged on the upper side of the frame body 20 .
  • the first waveguides 31 , second waveguides 32 and third waveguides 33 of the semiconductor device 1 are combined in the main waveguide 40 .
  • the first semiconductor chip 11 , the second semiconductor chip 12 and the third semiconductor chip 13 of the semiconductor component 1 can be electro-optically characterized from a position on the upper side of the frame body 20 .
  • FIG. 7B shows a schematic sectional view of the optoelectronic semiconductor component described here in accordance with the seventh exemplary embodiment along a section along the second section line BB shown in FIG. 7A.
  • the course of the second waveguide 32 and the main waveguide 40 in the vertical direction Z can be seen in the sectional view.
  • the second waveguide 32 has a curvature, as a result of which the second electromagnetic radiation can be deflected.
  • the frame body 20 can be cut at the first dividing line 01, whereby the curvature of the waveguides 31, 32, 33 and the main waveguide 40 with the decoupling surface 20B on the upper side of the frame body 20 are retained.
  • the frame body 20 can be cut at a second dividing line 02, whereby the part of the waveguides 31, 32, 33 and the main waveguide 40 that is curved towards the top of the frame body 20 are separated and the first, second and third electromagnetic radiation are coupled out into one Side surface of the frame body 20 takes place.
  • Other positions of a dividing line and shapes of the first, second and third waveguides 31 , 32 , 33 are also conceivable in order to achieve a desired decoupling direction in the finished optoelectronic semiconductor component 1 .
  • the first, second, third and main waveguides having such a shape are formed by a laser beam in the frame body 20 .
  • FIG. 8 shows a schematic top view of a plurality of optoelectronic semiconductor components 1 described here according to the eighth exemplary embodiment before a step for their isolation.
  • the eighth exemplary embodiment shown in FIG. 8 essentially corresponds to the fourth exemplary embodiment shown in FIG.
  • the substrate 200 is formed with radiation-transmissive material and with opaque, in particular radiation-opaque material.
  • opaque regions 22 of the frame bodies 20 are formed from the opaque material
  • transmission regions 21 of the frame bodies 20 are formed from the radiation-transmissive material after the separation.
  • the radiation-transmissive material is formed with a glass, for example.
  • the opaque material is formed, for example, with a dark molding material, in particular a polymer.
  • the substrate 200 is preferably designed to be continuous.
  • the waveguides 31 , 32 , 33 are formed in the radiation-transmissive material that forms the transmission regions 21 .
  • FIG. 9 shows a schematic plan view of an optoelectronic semiconductor component 1 described here according to the ninth exemplary embodiment.
  • the ninth exemplary embodiment shown in FIG. 9 essentially corresponds to the sixth exemplary embodiment shown in FIG. 6A.
  • the first, second and third waveguides 31 , 32 , 33 are guided individually up to a side surface of the frame body 20 .
  • Output coupling surfaces 20B for each of the first, second and third waveguides 31, 32, 33 are formed on the side surface of the frame body 20.
  • FIG. The decoupling surfaces 20B of the waveguides 31, 32, 33 are in particular arranged at a distance of between 50 ⁇ m and 5 ⁇ m, preferably between 25 ⁇ m and 10 ⁇ m, from one another.
  • a main waveguide 40 can thus advantageously be dispensed with.
  • the frame body 20 comprises a radiation-transmissive transmission area 21 and a radiation-impermeable opaque area 22 .
  • the transmission area 21 extends from the recess 210 to a side surface of the frame body 20 . Furthermore, the transmission region 21 extends from a first side surface 20X of the frame body 20 to a second side surface 20Y opposite to the first side surface 20X.
  • the waveguides 31 , 32 , 33 are formed in the radiation-transmissive material that forms the transmission region 21 .
  • the invention is not limited by the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention includes each new feature and each combination of features, which in particular includes each combination of features in the claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) angegeben, das einen zumindest bereichsweise strahlungsdurchlässigen Rahmenkörper (20) und zumindest einen ersten Halbleiterchip (11), der zur Emission einer ersten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, umfasst. Der Rahmenkörper (20) weist eine Aussparung (210) auf. Zumindest ein erster Wellenleiter (31) ist in dem Rahmenkörper (20) ausgebildet. Eine erste Einkoppelfläche (31A) des ersten Wellenleiters (31) ist an einer dem ersten Halbleiterchip (11) zugewandten Seitenfläche der Aussparung (210) ausgebildet. Eine Auskoppelfläche (20B) ist auf einer Außenfläche des Rahmenkörpers (20) ausgebildet. Der erste Halbleiterchip (10) ist derart in der Aussparung (210) angeordnet, dass zumindest ein Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung in den ersten Wellenleiter (31) eintritt. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER MEHRZAHL VON OPTOELEKTRONISCHEN HALBLE I TERBAUELEMENTEN
Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen angegeben .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist insbesondere zur Erzeugung und/oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise im infraroten oder ultravioletten Spektralbereich und bevorzugt von für das menschliche Auge wahrnehmbarem Licht , eingerichtet .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine vereinfachte Herstellung ermöglicht .
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur vereinfachten Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen anzugeben .
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst . Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche .
Das Halbleiterbauelement ist insbesondere zur Emission von kohärenter elektromagnetischer Strahlung vorgesehen . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen zumindest bereichsweise strahlungsdurchlässigen Rahmenkörper und zumindest einen ersten Halbleiterchip, der zur Emission einer ersten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist . Beispielsweise umfasst der Halbleiterchip einen aktiven Bereich . Der aktive Bereich weist insbesondere einen pn- Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur ( SQW, single quantum well ) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well ) zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion auf . Bei dem Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um eine Photodiode oder eine Lumines zenzdiode , insbesondere eine Leuchtdiode . Bevorzugt handelt es sich bei dem Halbleiterchip um eine Laserdiode . Der Halbleiterchip ist insbesondere zur Erzeugung von kohärenter Strahlung eingerichtet . Eine Laserdiode weist vorteilhaft eine hohe Leuchtdichte auf .
Bevorzugt ist der Rahmenkörper zumindest bereichsweise durchlässig, insbesondere transparent für eine im Betrieb des Halbleiterchips erzeugte oder zu detektierende elektromagnetische Strahlung . Der Rahmenkörper ist beispielsweise zumindest bereichsweise mit einem der folgenden Materialien gebildet : Si , SiCt , Polymer . Weiter kann der Rahmenkörper zumindest bereichsweise ein opakes , insbesondere ein strahlungsundurchlässiges Material umfassen .
Der Rahmenkörper dient beispielsweise zum Schutz des Halbleiterchips vor äußeren Umwelteinflüssen . Insbesondere ist der Rahmenkörper mechanisch selbsttragend und verleiht dem optoelektronischen Halbleiterbauelement mechanische Stabilität . Der Rahmenkörper weist beispielsweise Spuren eines Vereinzelungsprozesses auf .
Insbesondere weist der Rahmenkörper eine Oberseite und eine der Oberseite gegenüberliegende Unterseite auf . Die Oberseite ist insbesondere über mehrere Seitenflächen mit der Unterseite verbunden . Eine Haupterstreckungsebene des Rahmenkörpers verläuft bevorzugt parallel zu der Oberseite und/oder der Unterseite des Rahmenkörpers . Insbesondere sind die Spuren eines Vereinzelungsprozesses , beispielswiese eines Sägeprozesses oder eines Stealth-Dicing Prozesses , an den Seitenflächen des Rahmenkörpers erkennbar .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Rahmenkörper eine Aussparung auf . Die Aussparung erstreckt sich beispielsweise von der Oberseite des Rahmenkörpers in den Rahmenkörper . Die Aussparung weist insbesondere Seitenflächen auf . Weiterhin kann die Aussparung eine Bodenfläche aufweisen . Die Seitenflächen der Aussparung sind vorteilhaft quer, insbesondere senkrecht zu der Bodenfläche der Aussparung und/oder der Unterseite des Rahmenkörpers ausgerichtet . Beispielsweise sind die Seitenflächen schräg zu der Bodenfläche ausgerichtet . Vorteilhaft ermöglicht dies eine besonders einfache Herstellung .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zumindest ein erster Wellenleiter in dem Rahmenkörper ausgebildet . Der Wellenleiter umfasst insbesondere einen Kernbereich, der einen höheren Brechungsindex aufweist , als ein den Kernbereich umgebendes Material . Beispielsweise ist der erste Wellenleiter ein Hohlkernwellenleiter . Ferner umfasst der erste Wellenleiter eine erste Einkoppel fläche und eine Auskoppel fläche . Über die erste Einkoppel fläche tritt beispielsweise elektromagnetische Strahlung in den Wellenleiter ein . Über die Auskoppel fläche tritt beispielsweise elektromagnetische Strahlung aus dem Wellenleiter aus . Eine elektromagnetische Strahlung breitet sich bevorzugt längs einer Haupterstreckungsrichtung des Wellenleiters aus .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist eine erste Einkoppel fläche des ersten Wellenleiters an einer dem Halbleiterchip zugewandten Seitenfläche der Aussparung ausgebildet . Insbesondere ermöglicht die Einkoppel fläche einer in der Aussparung erzeugten elektromagnetischen Strahlung, in den Wellenleiter einzutreten .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist eine Auskoppel fläche auf einer Außenfläche des Rahmenkörpers ausgebildet . Bevorzugt ist die Außenfläche eine Fläche , die eine laterale Erstreckung des Rahmenkörpers begrenzt . Die Außenfläche des Rahmenkörpers umfasst unter anderem die Oberseite , die Unterseite und die Seitenflächen des Rahmenkörpers . Über die Auskoppel fläche kann insbesondere eine elektromagnetische Strahlung aus dem Rahmenkörper austreten .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der erste Halbleiterchip derart in der Aussparung angeordnet , dass zumindest ein Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung in den ersten Wellenleiter eintritt . Mit anderen Worten, die Strahlungsaustritts fläche des ersten Halbleiterchips ist auf die Einkoppel fläche des ersten Wellenleiters ausgerichtet . Vorteilhaft kann so eine elektromagnetische Strahlung des ersten Halbleiterchips über den ersten Wellenleiter zu einer Außenfläche des Rahmenkörpers geführt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ,
- einen zumindest bereichsweise strahlungsdurchlässigen Rahmenkörper und zumindest einen ersten Halbleiterchip, der zur Emission einer ersten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist , wobei
- der Rahmenkörper eine Aussparung aufweist ,
- zumindest ein erster Wellenleiter in dem Rahmenkörper ausgebildet ist ,
- eine erste Einkoppel fläche des ersten Wellenleiters an einer dem Halbleiterchip zugewandten Seitenfläche der Aussparung ausgebildet ist ,
- eine Auskoppel fläche auf einer Außenfläche des Rahmenkörpers ausgebildet ist ,
- der erste Halbleiterchip derart in der Aussparung angeordnet ist , dass zumindest ein Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung in den ersten Wellenleiter eintritt .
Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zu Grunde : Zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen ist es vorteilhaft , mehrere Halbleiterbauelemente parallel zu bearbeiten . Dies umfasst sowohl Schritte zur Herstellung und Bearbeitung der Halbleiterbauelemente als auch Schritte zu ihrer elektrooptischen Charakterisierung . Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, optoelektronische Halbleiterbauelemente derart in einem zumindest bereichsweise strahlungsdurchlässigen Substrat aus zubilden, dass eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen parallel hergestellt und anschließend elektrooptisch charakterisiert werden können . Insbesondere ist dazu ein Hauptwellenleiter in dem Substrat vorgesehen, der die von mehreren einzelnen Halbleiterbauelementen emittierte elektromagnetische Strahlung an einer einzigen Auskoppel fläche aus dem Substrat austreten lässt . Vorteilhaft kann so eine elektrooptische Charakterisierung einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen an einer einzigen Auskoppel fläche erfolgen . Eine wiederholte Ausrichtung eines Detektors für j edes Halbleiterbauelement kann so vorteilhaft vermieden werden . Anschließend kann das Substrat in eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit j e einem Rahmenkörper vereinzelt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Rahmenkörper einen Transmissionsbereich und einen opaken Bereich . Insbesondere ist der Transmissionsbereich mit einem von dem opaken Bereich unterschiedlichen Material gebildet . Der Transmissionsbereich ist transluzent , insbesondere transparent für eine im Betrieb in dem optoelektronischen Halbleiterbauelement erzeugte elektromagnetische Strahlung . Der opake Bereich ist opak, insbesondere undurchlässig für eine im Betrieb in dem optoelektronischen Halbleiterbauelement erzeugte elektromagnetische Strahlung .
Bevorzugt erstreckt sich der Transmissionsbereich in einer lateralen Richtung ausgehend von der Aussparung bis zu einer Seitenfläche des Rahmenkörpers . Beispielsweise erstreckt sich der Transmissionsbereich von einer ersten Seitenfläche des Rahmenkörpers bis zu einer der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche des Rahmenkörpers . Bevorzugt ist der Transmissionsbereich auf einer der Einkoppel fläche des ersten Wellenleiters zugewandten Seite des Rahmenkörpers angeordnet . Der opake Bereich ist insbesondere auf einer quer zur Einkoppel fläche des ersten Wellenleiters verlaufenden Seite des Rahmenkörpers und auf einer der Einkoppel fläche des ersten Wellenleiters gegenüberliegenden Seite des Rahmenkörpers angeordnet . Der opake Bereich vermindert oder unterbindet dadurch beispielsweise eine unerwünschte Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung in einer Richtung entgegen der Auskoppelrichtung des Halbleiterchips .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der Rahmenkörper vollständig mit einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet . Dies vereinfacht eine Herstellung, da der gesamte Rahmenkörper vorteilhaft mit dem gleichen Material gebildet ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements erstreckt sich der erste Wellenleiter vollständig innerhalb des Rahmenkörpers . Mit anderen Worten, der erste Wellenleiter ist entlang seiner Haupterstreckungsrichtung in dem Material des Rahmenkörpers eingebettet . Vorteilhaft ist der erste Wellenleiter so besonders gut vor äußeren Umwelteinflüssen, wie beispielsweise mechanischen Beschädigungen, geschützt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements umgibt der Rahmenkörper den zumindest einen Halbleiterchip lateral vollständig . Bevorzugt umgibt der Rahmenkörper alle Halbleiterchips lateral vollständig . Der Rahmenkörper schützt die Halbleiterchips insbesondere vor mechanischen Beschädigungen und verleiht dem optoelektronischen Halbleiterbauelement eine größere mechanische Stabilität .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements überragt der Rahmenkörper den zumindest einen Halbleiterchip vertikal . Bevorzugt überragt der Rahmenkörper alle Halbleiterchips vertikal . Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage eines Deckelelements . Beispielsweise verschließt das Deckelelement die Aussparung vollständig . Vorteilhaft kann in der Aussparung so eine Schutzatmosphäre eingerichtet werden, die die Halbleiterchips vor schädlichen Gasen schützt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements durchdringt die Aussparung den Rahmenkörper vollständig . Bevorzugt ist so eine Montage eines Halbleiterchips durch die Aussparung, beispielsweise auf einem darunter angeordneten Träger, vereinfacht . Mit anderen Worten, die Aussparung des Rahmenkörpers weist insbesondere keine Bodenfläche auf . Eine Bodenfläche der Aussparung wird beispielsweise durch den Träger gebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen zweiten Halbleiterchip und einen zweiten Wellenleiter, wobei der zweite Halbleiterchip eine zweite elektromagnetische Strahlung emittiert und derart in der Aussparung angeordnet ist , dass zumindest ein Teil der zweiten elektromagnetischen Strahlung in den zweiten Wellenleiter eintritt . Bevorzugt werden der erste Wellenleiter und der zweite Wellenleiter an ihren Auskoppel flächen eng zusammengeführt . Mit anderen Worten, die Auskoppel fläche des ersten Wellenleiters ist insbesondere unmittelbar neben der Auskoppel fläche des zweiten Wellenleiters angeordnet . Die Auskoppel flächen der Wellenleiter sind insbesondere in einem Abstand zwischen 50 pm und 5 pm, bevorzugt zwischen 25 pm und 10 pm zueinander angeordnet .
Die zweite elektromagnetische Strahlung weist beispielsweise eine Hauptwellenlänge auf , die sich von einer Hauptwellenlänge der ersten elektromagnetischen Strahlung unterscheidet . Eine Hauptwellenlänge ist hier und im Folgenden zu verstehen als eine Wellenlänge , bei der ein Spektrum einer elektromagnetischen Strahlung ein globales Maximum aufweist . Mit anderen Worten, die erste elektromagnetische Strahlung weist insbesondere eine andere Farbe auf als die zweite elektromagnetische Strahlung .
Der zweite Wellenleiter erstreckt sich bevorzugt vollständig innerhalb des Rahmenkörpers . Mit anderen Worten, der zweite Wellenleiter ist entlang seiner Haupterstreckungsrichtung in dem Material des Rahmenkörpers eingebettet . Vorteilhaft ist der zweite Wellenleiter so besonders gut vor äußeren Umwelteinflüssen, wie beispielsweise mechanischen Beschädigungen, geschützt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Hauptwellenleiter, in dem sich die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung miteinander überlagern . Der Hauptwellenleiter erstreckt sich bevorzugt vollständig innerhalb des Rahmenkörpers . Mit anderen Worten, der Hauptwellenleiter ist entlang seiner Haupterstreckungsrichtung in dem Material des Rahmenkörpers eingebettet . Vorteilhaft ist der Hauptwellenleiter so besonders gut vor äußeren Umwelteinflüssen, wie beispielsweise mechanischen Beschädigungen, geschützt . Insbesondere umfasst der Hauptwellenleiter eine Auskoppel fläche .
Die Auskoppel fläche des Hauptwellenleiters ist beispielsweise an einer Außenfläche des Rahmenkörpers ausgebildet . Bevorzugt ist die Auskoppel fläche an einer Seitenfläche oder einer Oberseite des Rahmenkörpers ausgebildet . Alternativ kann die Auskoppel fläche des Hauptwellenleiters auch innerhalb des Rahmenkörpers ausgebildet sein . Die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung überlagern in dem Hauptwellenleiter miteinander und werden so besonders gut durchmischt . Insbesondere werden die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung gemeinsam durch die Auskoppel fläche des Hauptwellenleiters aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement ausgekoppelt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements endet der Hauptwellenleiter an einer Seitenfläche des Rahmenkörpers . Folglich ist die Auskoppel fläche des Hauptwellenleiters an einer Seitenfläche des Rahmenkörpers ausgebildet . Vorteilhaft kann so eine in den Hauptwellenleiter eingekoppelte elektromagnetische Strahlung zur Seite des Rahmenkörpers ausgekoppelt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements erstreckt sich der Hauptwellenleiter von einer ersten Seite des Rahmenkörpers bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Rahmenkörpers . Der Hauptwellenleiter verläuft insbesondere quer, bevorzugt senkrecht zu der ersten und zweiten Seite des Rahmenkörpers . Der Hauptwellenleiter weist folglich zwei Flächen auf , die an eine Seitenfläche des Rahmenkörpers angrenzen . Bevorzugt wird nur eine dieser Flächen als eine Auskoppel fläche verwendet . Eine derartige Ausgestaltung des Hauptwellenleiters erleichtert seine Herstellung .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauelements endet der Hauptwellenleiter an einer Oberseite des Rahmenkörpers . Vorteilhaft ermöglicht eine derartige Ausrichtung des Hauptwellenleiters eine Ausbildung der Auskoppel fläche auf der Oberseite des Rahmenkörpers .
Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen angegeben . Das optoelektronische Bauelement kann insbesondere mittels eines hier beschriebenen Verfahrens hergestellt werden . Das heißt , sämtliche im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen of fenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Halbleiterbauelement of fenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren ein Einbringen einer Mehrzahl von Aussparungen in ein zumindest bereichsweise strahlungsdurchlässiges Substrat . Das zumindest bereichsweise strahlungsdurchlässige Substrat ist bevorzugt mit einem Glas gebildet . Insbesondere umfasst das Substrat auch opake , insbesondere strahlungsundurchlässige Bereiche . Bevorzugt schirmen die opaken Bereiche eine unerwünschte Streustrahlung ab . Die Aussparungen werden beispielsweise mit einem Ätzverfahren hergestellt . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren ein Ausbilden einer Mehrzahl von ersten Wellenleitern und eines Hauptwellenleiters in dem Substrat , wobei j eweils eine Einkoppel fläche eines ersten Wellenleiters an einer Seitenfläche einer Aussparung ausgebildet ist und elektromagnetische Strahlung aus dem Hauptwellenleiter in Richtung einer Außenfläche des Substrats austritt . Insbesondere sind die Wellenleiter in einem Transmissionsbereich des Substrats ausgebildet .
Beispielsweise werden die ersten Wellenleiter mittels einer fokussierten Laserstrahlung in dem Substrat ausgebildet . Alternativ können die Wellenleiter mittels Ionenimplantation ausgebildet werden . Die aus einer Außenfläche des Substrats austretende elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise für eine elektrooptische Charakterisierung von innerhalb des Substrats angeordneter Halbleiterchips detektiert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren ein Anordnen von j eweils einem ersten Halbleiterchip, der zur Emission einer ersten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist , in j eweils einer Aussparung, wobei j eder erste Halbleiterchip derart in seiner zugeordneten Aussparung angeordnet wird, dass zumindest ein Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung in den ersten Wellenleiter eintritt . Eine Strahlungsaustritts fläche der ersten Halbleiterchips ist folglich j eweils auf eine Einkoppel fläche eines ersten Wellenleiters ausgerichtet . Insbesondere durchdringen die Aussparungen das Substrat vollständig .
Beispielsweise werden die Halbleiterchips auf einem unter dem Substrat angeordneten Träger in den Aussparungen des Substrats angeordnet . Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren ein Vereinzeln des Substrats zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen . Beispielsweise wird das Substrat j eweils zwischen zwei Aussparungen durchtrennt . Durch die Vereinzelung des Substrats entsteht insbesondere eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit j eweils einem zumindest bereichsweise strahlungsdurchlässigen Rahmenkörper .
Mit anderen Worten, die Rahmenkörper der optoelektronischen Halbleiterbauelemente sind vor dem Vereinzelungsschritt beispielsweise als Teil des strahlungsdurchlässigen Substrats zusammenhängend ausgebildet . Nach dem Vereinzelungsschritt in eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen entlang von ersten Trennlinien ergibt sich insbesondere eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit j eweils einem Rahmenkörper . Die Rahmenkörper sind folglich bevorzugt mit dem Material des Substrats gebildet . Insbesondere weisen die fertiggestellten optoelektronischen Halbleiterbauelemente Spuren eines Vereinzelungsprozesses auf . Beispielsweise sind an Seitenflächen der optoelektronischen Halbleiterbauelemente Spuren eines Vereinzelungsprozesses , insbesondere eines Sägeprozesses oder eines Stealth-Dicing-Prozesses , sichtbar .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren die folgenden Schritte :
A) Einbringen einer Mehrzahl von Aussparungen in ein zumindest bereichsweise strahlungsdurchlässiges Substrat ,
B ) Ausbilden einer Mehrzahl von ersten Wellenleitern in dem Substrat , wobei
- j eweils eine Einkoppel fläche eines ersten Wellenleiters an einer Seitenfläche einer Aussparung ausgebildet ist , - elektromagnetische Strahlung aus den ersten Wellenleitern in Richtung einer Außenfläche des Substrats austritt ,
C ) Anordnen von j eweils einem ersten Halbleiterchip, der zur Emission einer ersten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist , in j eweils einer Aussparung, wobei
- j eder erste Halbleiterchip derart in seiner zugeordneten Aussparung angeordnet wird, dass zumindest ein Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung in den ersten Wellenleiter eintritt , und
D) Vereinzeln des Substrats zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen .
Bevorzugt werden die Verfahrensschritte in ihrer alphabetischen Reihenfolge ausgeführt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine elektrooptische Charakterisierung der ersten Halbleiterchips ausgeführt . Für eine elektrooptische Charakterisierung und/oder eine aktive Justage der Halbleiterchips wird die von den ersten Halbleiterchips emittierte erste elektromagnetische Strahlung beispielsweise von einem Detektor detektiert und analysiert .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine elektrooptische Charakterisierung von allen ersten Halbleiterchips vor dem Vereinzelungsschritt ausgeführt . Vorteilhaft kann die elektrooptische Charakterisierung somit noch im Verbund der Halbleiterbauelemente ausgeführt werden . Dadurch ist eine Positionierung eines Detektors vereinfacht .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine Mehrzahl von ersten Wellenleitern in einem Hauptwellenleiter zusammengeführt . Insbesondere wird der Hauptwellenleiter in Schritt B ) in dem Substrat ausgebildet . Bevorzugt tritt elektromagnetische Strahlung in Richtung einer Außenfläche des Substrats aus dem Hauptwellenleiter aus .
Der Hauptwellenleiter erstreckt sich vorteilhaft bis zu einer Seitenfläche des Substrats . Vorteilhaft kann eine elektrooptische Charakterisierung von mehreren ersten Halbleiterchips mit einer einmaligen Positionierung eines Detektors an einer Auskoppel fläche des Hautwellenleiters erfolgen . Eine erneute Positionierung des Detektors für j eden ersten Halbleiterchip kann somit vorteilhaft entfallen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird j eweils ein zweiter Halbleiterchip, der zur Emission einer zweiten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist , in j eweils einer Aussparung angeordnet , wobei j eder zweite Halbleiterchip derart in seiner zugeordneten Aussparung angeordnet wird, dass zumindest ein Teil der zweiten elektromagnetischen Strahlung in einen zweiten Wellenleiter eintritt . Bevorzugt erfolgt eine Ausrichtung der ersten und zweiten Halbleiterchips in Abhängigkeit der Positionen der ersten und zweiten Wellenleiter .
Alternativ kann auch eine Montage der ersten und/oder zweiten Halbleiterchips vor einem Einbringen der ersten und/oder zweiten Wellenleiter erfolgen, sodass eine Ausrichtung der ersten und/oder zweiten Wellenleiter entsprechend der Positionen der ersten und/oder zweiten Halbleiterchips erfolgt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine elektrooptische Charakterisierung der ersten Halbleiterchips und der zweiten Halbleiterchips anhand der an der Auskoppel fläche austretenden elektromagnetischen Strahlung ausgeführt . Vorteilhaft kann so eine elektrooptische Charakterisierung einer Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleiterchips erfolgen, wobei ein Detektor nur einmal an der Auskoppel fläche positioniert werden muss .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine Auskoppel fläche des Substrats auf einer Seitenfläche des Substrats ausgebildet . Vorteilhaft kann so eine in den Hauptwellenleiter eingekoppelte elektromagnetische Strahlung zur Seite des Substrats ausgekoppelt werden . Dies ermöglicht eine besonders einfache Erfassung der elektromagnetischen Strahlung von einem Detektor .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird vor dem Schritt A) ein erster Teil des Substrats bereitgestellt , die ersten Wellenleiter und die zweiten Wellenleiter in dem Schritt A) auf einer Oberfläche des ersten Teils des Substrats aufgebracht , und anschließend ein zweiter Teil des Substrats auf den ersten Teil des Substrats angeordnet . Bevorzugt entspricht eine gedachte Trennebene zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil des Substrats einer Ebene parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Substrats . Beispielsweise werden die Wellenleiter auf den ersten Teil des Substrats aufgedampft und insbesondere mit einer weiteren Schutzschicht versehen, bevor der zweite Teil des Substrats aufgebracht wird .
Die Bereitstellung des Substrats erfolgt insbesondere in zwei voneinander getrennten Schritten . Die Wellenleiter werden beispielsweise mit einem photolithographischen Verfahren auf dem ersten Teil des Substrats aufgebracht . Alternativ können die Wellenleiter auf den ersten Teil des Substrats aufgedampft werden und anschließend mit einer Schutzschicht versehen werden . Durch die Anordnung des zweiten Teils des Substrats werden die Wellenleiter in dem Substrat eingebettet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird zumindest eine Auskoppel fläche des Substrats auf einer Oberseite des Substrats ausgebildet . Vorteilhaft ermöglicht eine derartige Anordnung eine Auskopplung in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Substrats . Ein Detektor zur elektrooptischen Charakterisierung der Halbleiterchips kann so parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Substrats positioniert und verfahren werden, um j eden Halbleiterchip zu charakterisieren .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens wird eine elektrooptische Charakterisierung aller Halbleiterchips vor dem Vereinzelungsschritt ausgeführt . Vorteilhaft können so alle Halbleiterchips von allen späteren Halbleiterbauelementen auf einem Substrat noch vor dem Vereinzeln elektrooptisch charakterisiert werden . Durch das zusammenhängende Substrat ist die Mehrzahl von Halbleiterchips in den Aussparungen einfach handhabbar und eine Positionierung eines Detektors zur elektrooptischen Charakterisierung ist vereinfacht .
Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement eignet sich insbesondere zum Einsatz als Hochleistungslichtquelle zur Anwendung in Kraftfahrzeugscheinwerfern oder Pro ektionsbeleuchtungen . Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Aus führungsbeispielen .
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel ,
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel ,
Figur 3 eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel ,
Figur 4 eine schematische Draufsicht auf eine Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel vor einem Schritt zu ihrer Vereinzelung,
Figur 5 eine schematische Draufsicht auf eine Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel vor einem Schritt zu ihrer Vereinzelung, Figur 6A eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel ,
Figur 6B eine schematische Schnittansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem sechsten Aus führungsbeispiel entlang einem Schnitt an der in der Figur 6A gezeigten ersten Schnittlinie AA,
Figur 7A eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel ,
Figur 7B eine schematische Schnittansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem siebten Aus führungsbeispiel entlang einem Schnitt an der in der Figur 7A gezeigten zweiten Schnittlinie BB,
Figur 8 eine schematische Draufsicht auf eine Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß einem achten Aus führungsbeispiel vor einem Schritt zu ihrer Vereinzelung, und
Figur 9 eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem neunten 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 .
Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Rahmenkörper 20 , der mit einem strahlungsdurchlässigen Material gebildet ist . Der Rahmenkörper 20 ist in seiner lateralen Ausdehnung durch Seitenflächen begrenzt . Die laterale Ausdehnung ist hier und in den folgenden Figuren zu verstehen als eine Ausdehnung in der ersten lateralen Richtung X und der zweite lateralen Richtung Y .
Der Rahmenkörper 20 umfasst eine erste Seitenfläche 20X und ein der ersten Seitenfläche 20X gegenüberliegende zweite Seitenfläche 20Y . Ferner ist der Rahmenkörper in seiner vertikalen Erstreckung durch eine Unterseite und eine Oberseite begrenzt . Eine vertikale Ausdehnung ist hier und in den folgenden Figuren zu verstehen als eine Ausdehnung in der vertikalen Richtung Z . Die Seitenflächen des Rahmenkörpers 20 weisen Spuren eines Vereinzelungsprozesses auf .
Der Rahmenkörper 20 umfasst eine Aussparung 210 , die den Rahmenkörper in einer vertikalen Richtung Z vollständig durchdringt . In dem Rahmenkörper 20 sind ein erster Wellenleiter 31 und ein Hauptwellenleiter 40 eingebettet . Ferner ist in der Aussparung 210 des Rahmenkörpers 20 ein erster Halbleiterchip 11 angeordnet , der zur Emission einer ersten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist . Beispielsweise handelt es sich bei dem ersten Halbleiterchip 11 um eine Leuchtdiode oder einen zur Emission von kohärenter elektromagnetischer Strahlung eingerichteten Laserchip .
Der erste Wellenleiter 31 hat eine Einkoppel fläche auf einer Seitenfläche der Aussparung 210 . Der erste Halbleiterchip 11 ist derart in der Aussparung 210 angeordnet , dass zumindest ein Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung in den ersten Wellenleiter 31 eintritt .
Der erste Wellenleiter 31 ist an den Hauptwellenleiter 40 gekoppelt . Die in den ersten Wellenleiter 31 eingekoppelte elektromagnetische Strahlung wird folglich in den Hauptwellenleiter 40 eingekoppelt . Der Hauptwellenleiter 40 verläuft bis zu einer Außenfläche des Rahmenkörpers 20 . Auf einer Seitenfläche des Rahmenkörpers 20 bildet der Hauptwellenleiter 40 eine Auskoppel fläche 20B aus .
Die in den ersten Wellenleiter 31 eingekoppelte erste elektromagnetische Strahlung tritt folglich aus der Auskoppel fläche 20B aus dem Rahmenkörper 20 aus . Dort kann die erste elektromagnetische Strahlung beispielsweise durch einen Detektor erfasst werden . Der Detektor ist hier und in den folgenden Figuren j eweils durch ein Symbol in der Form eines Auges dargestellt .
Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel . Das in der Figur 2 dargestellte zweite Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 dargestellten ersten Aus führungsbeispiel .
Im Unterscheid zu dem ersten Aus führungsbeispiel ist der Hauptwellenleiter 40 gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel zu einer Oberseite des Rahmenkörpers 20 ausgerichtet . Die Auskoppel fläche 20B ist folglich auf der Oberseite des Rahmenkörpers 20 angeordnet .
Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem dritten Aus führungsbeispiel . Das in der Figur 3 dargestellte dritte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 dargestellten ersten Aus führungsbeispiel .
Im Unterscheid zu dem ersten Aus führungsbeispiel erstreckt sich der Hauptwellenleiter 40 gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel ausgehend von der ersten Seitenfläche 20X bis zur zweiten Seitenfläche 20Y des Rahmenkörpers 20 . Eine Auskoppel fläche 20B ist auf der zweiten Seitenfläche 20Y angeordnet . Eine derartige Aus führung des Hauptwellenleiters 40 ermöglicht insbesondere eine vereinfachte Herstellung des Hauptwellenleiters 40 .
Figur 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 gemäß einem vierten Aus führungsbeispiel vor einem Schritt zu ihrer Vereinzelung . Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 sind in einem zusammenhängenden, strahlungsdurchlässigen Substrat 200 dargestellt . Die späteren Trennlinien sind durch gestrichelte erste Trennlinien CI dargestellt .
Die Halbleiterbauelemente 1 entsprechen im Wesentlichen j eweils dem in der Figur 1 dargestellten ersten Aus führungsbeispiel . Zusätzlich umfassen die Halbleiterbauelemente 1 j eweils einen zweiten Halbleiterchip 12 und einen dritten Halbleiterchip 13 . Der zweite Halbleiterchip 12 ist zur Emission einer zweiten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet und der dritte Halbleiterchip 13 ist zur Erzeugung einer dritten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet . Bevorzugt ist die erste elektromagnetische Strahlung eine Hauptwellenlänge im roten Spektralbereich, die zweite elektromagnetische Strahlung eine Hauptwellenlänge im grünen Spektralbereich und die dritte elektromagnetische Strahlung eine Hauptwellenlänge im blauen Spektralbereich .
Jedes optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen ersten Wellenleiter 31 mit einer ersten Einkoppel fläche 31A, einen zweiten Wellenleiter 32 mit einer zweiten Einkoppel fläche 32A und einen dritten Wellenleiter 33 mit einer dritten Einkoppel fläche 33A. Die erste elektromagnetische Strahlung wird über die erste Einkoppel fläche 31A in den ersten Wellenleiter 31 eingekoppelt , die zweite elektromagnetische Strahlung wird über die zweite Einkoppel fläche 32A in den zweiten Wellenleiter 32 eingekoppelt und die dritte elektromagnetische Strahlung wird über die dritte Einkoppel fläche 33A in den dritten Wellenleiter 33 eingekoppelt . Die Rahmenkörper 20 der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 sind vor dem Vereinzelungsschritt als Teil des strahlungsdurchlässigen Substrats 200 zusammenhängend ausgebildet . Nach dem Vereinzelungsschritt in eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 entlang der gestrichelten ersten Trennlinien CI ergibt sich eine Mehrzahl von optoelektronischer Halbleiterbauelemente 1 mit j eweils einem Rahmenkörper 20 . Die Rahmenkörper 20 sind folglich mit dem Material des Substrats 200 gebildet . Insbesondere weisen die fertiggestellten optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 Spuren eines Vereinzelungsprozesses auf . Beispielsweise sind an Seitenflächen der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 Spuren eines Vereinzelungsprozesses , insbesondere eines Sägeprozesses oder eines Stealth-Dicing-Prozesses , sichtbar .
Die ersten Wellenleiter 31 , die zweiten Wellenleiter 32 und die dritten Wellenleiter 33 sind mit einem Hauptwellenleiter 40 verbunden . Der Hauptwellenleiter 40 erstreckt sich beispielsweise lateral vollständig über das Substrat 200 von einer ersten Seitenfläche 20X zu einer Auskoppel fläche 20B auf einer der ersten Seitenfläche 20X gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche 20Y, wie in der unteren Zeile der Halbleiterbauelemente 1 in Figur 4 dargestellt . Der Hauptwellenleiter 40 erstreckt sich alternativ lediglich innerhalb des Substrats 200 und endet noch innerhalb der lateralen Erstreckung des Substrats 200 , wie in der oberen Zeile der Halbleiterbauelemente 1 in Figur 4 dargestellt .
Die in den Hauptwellenleiter 40 eingekoppelte elektromagnetische Strahlung verlässt das Substrat 200 durch eine Auskoppel fläche 20B an einer Außenfläche des Substrats 200 . An der Auskoppel fläche 20B kann mittels eines Detektors die erste , die zweite und die dritte elektromagnetische Strahlung von allen ersten, zweiten und dritten Halbleiterchips 11 , 12 , 13 aller optoelektronischer Halbleiterbauelemente 1 einer Zeile detektiert werden . Vorteilhaft können so alle ersten, zweiten und dritten Halbleiterchips 11 , 12 , 13 von allen optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 , die nebeneinander in einer Zeile angeordnet sind, elektrooptisch charakterisiert werden, ohne eine Position des Detektors zu verändern .
Figur 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß einem fünften Aus führungsbeispiel vor einem Schritt zu ihrer Vereinzelung . Das in der Figur 5 dargestellte fünfte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 4 dargestellten vierten Aus führungsbeispiel .
Im Unterscheid zu dem vierten Aus führungsbeispiel sind die Hauptwellenleiter 40 gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel j eweils zu einer Oberseite des Substrats 200 ausgerichtet . Die Auskoppel flächen 20B sind folglich auf der Oberseite des Substrats 200 angeordnet . Die ersten Wellenleiter 31 , die zweiten Wellenleiter 32 und die dritten Wellenleiter 33 j edes späteren Halbleiterbauelements 1 sind j eweils in einem Hauptwellenleiter 40 kombiniert . So kann j eder erste Halbleiterchip 11 , j eder zweite Halbleiterchip 12 und j eder dritte Halbleiterchip 13 j edes Halbleiterbauelements 1 von j eweils einer Position an der Oberseite des Substrats 200 elektrooptisch charakterisiert werden . Bevorzugt erfolgt eine elektrooptische Charakterisierung der Halbleiterchips 11 , 12 , 13 während die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 1 in dem Substrat 200 miteinander verbunden sind . Dies erleichtert eine Positionierung eines Detektors .
Figur 6A zeigt eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem sechsten Aus führungsbeispiel . Das in der Figur 6A dargestellte sechste Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1 dargestellten ersten Aus führungsbeispiel .
Im Unterscheid zu dem ersten Aus führungsbeispiel sind neben einem ersten Halbleiterchip 11 auch ein zweiter Halbleiterchip 12 und ein dritter Halbleiterchip 13 in der Aussparung 210 des Rahmenkörpers 20 angeordnet . Der erste Halbleiterchip 11 emittiert eine erste elektromagnetische Strahlung, der zweite Halbleiterchip 12 emittiert eine zweite elektromagnetische Strahlung und der dritte Halbleiterchip 13 emittiert eine dritte elektromagnetische Strahlung . Die erste elektromagnetische Strahlung hat eine Hauptwellenlänge im roten Spektralbereich, die zweite elektromagnetische Strahlung hat eine Hauptwellenlänge im grünen Spektralbereich und die dritte elektromagnetische Strahlung hat eine Hauptwellenlänge im blauen Spektralbereich .
In dem Rahmenkörper 20 sind ein erster Wellenleiter 31 , ein zweiter Wellenleiter 32 , ein dritter Wellenleiter 33 und ein Hauptwellenleiter 40 eingebettet . Der erste , zweite und dritte Wellenleiter 31 , 32 , 33 werden in dem Hauptwellenleiter 40 miteinander überlagert . Der Hauptwellenleiter 40 verläuft bis zu einer Seitenfläche des Rahmenkörpers 20 . Die erste , zweite und dritte elektromagnetische Strahlung tritt aus einer Auskoppel fläche 2 OB aus dem Rahmenkörper 20 aus .
Figur 6B zeigt eine schematische Schnittansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem sechsten Aus führungsbeispiel entlang einem Schnitt an der in der Figur 6A gezeigten ersten Schnittlinie AA. In der Schnittansicht ist erkennbar, dass die Halbleiterchips 11 , 12 , 13 j eweils auf einem Montagekörper 50 angeordnet sind . Der Montagekörper 50 ist beispielsweise mit einem elektrisch und thermisch leitfähigen Material gebildet . Bevorzugt dienen die Montagekörper 50 j eweils zum elektrischen Anschluss und zur Entwärmung eines Halbleiterchips 11 , 12 , 13 . Der Rahmenkörper 20 und der erste , zweite und dritte Halbleiterchip 11 , 12 , 13 sind auf einem gemeinsamen Träger 60 angeordnet . Der gemeinsame Träger 60 ist mechanisch selbsttragend ausgebildet . Die Ausdehnung des Rahmenkörpers 20 in der vertikalen Richtung Z ist größer, als die Ausdehnung der ersten, zweiten und dritten Halbleiterchips 11 , 12 , 13 in der vertikalen Richtung Z . Mit anderen Worten, der Rahmenkörper 20 überragt die Halbleiterchips 11 , 12 , 13 in der vertikalen Richtung Z .
Figur 7A zeigt eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem siebten Aus führungsbeispiel . Das in der Figur 7A dargestellte siebte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 6A dargestellten sechsten Aus führungsbeispiel .
Im Unterscheid zu dem sechsten Aus führungsbeispiel ist der Hauptwellenleiter 40 zu einer Oberseite des Rahmenkörpers 20 ausgerichtet . Die Auskoppel fläche 20B ist folglich auf der Oberseite des Rahmenkörpers 20 angeordnet . Die ersten Wellenleiter 31 , zweiten Wellenleiter 32 und dritten Wellenleiter 33 des Halbleiterbauelements 1 sind in dem Hauptwellenleiter 40 kombiniert . So können der erste Halbleiterchip 11 , der zweite Halbleiterchip 12 und der dritte Halbleiterchip 13 des Halbleiterbauelements 1 von einer Position an der Oberseite des Rahmenkörpers 20 elektrooptisch charakterisiert werden .
Figur 7B zeigt eine schematische Schnittansicht des hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem siebten Aus führungsbeispiel entlang einem Schnitt an der in der Figur 7A gezeigten zweiten Schnittlinie BB . In der Schnittansicht ist der Verlauf des zweiten Wellenleiters 32 und des Hauptwellenleiters 40 in der vertikalen Richtung Z erkennbar . Der zweite Wellenleiter 32 weist eine Krümmung auf , wodurch eine Umlenkung der zweiten elektromagnetischen Strahlung erzielt werden kann . Nach einer elektrooptischen Charakterisierung der Halbleiterchips 11 , 12 , 13 mittels eines Detektors an der Auskoppel fläche 20B kann der Rahmenkörper 20 zugeschnitten werden .
Beispielsweise kann der Rahmenkörper 20 an der ersten Trennlinie 01 geschnitten werden, wodurch die Krümmung der Wellenleiter 31 , 32 , 33 und der Hauptwellenleiter 40 mit der Auskoppel fläche 20B an der Oberseite des Rahmenkörpers 20 erhalten bleiben . Alternativ kann der Rahmenkörper 20 an einer zweiten Trennlinie 02 geschnitten werden, wodurch der zur Oberseite des Rahmenkörpers 20 gekrümmte Teil der Wellenleiter 31 , 32 , 33 sowie der Hauptwellenleiter 40 abgetrennt werden und eine Auskopplung der ersten, zweiten und dritten elektromagnetischen Strahlung zu einer Seitenfläche des Rahmenkörpers 20 erfolgt . Ebenso sind weitere Positionen einer Trennlinie und Formen der ersten, zweiten und dritten Wellenleiter 31 , 32 , 33 denkbar, um eine gewünschte Auskoppelrichtung in dem fertiggestellten optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 zu erzielen .
Bevorzugt werden der erste , zweite , dritte und der Hauptwellenleiter mit einer derartigen Form von einem Laserstrahl in dem Rahmenkörper 20 erzeugt .
Figur 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Mehrzahl von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelementen 1 gemäß dem achten Aus führungsbeispiel vor einem Schritt zu ihrer Vereinzelung . Das in der Figur 8 dargestellte achte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 4 dargestellten vierten Aus führungsbeispiel .
Im Unterscheid zu dem vierten Aus führungsbeispiel ist das Substrat 200 mit strahlungsdurchlässigem Material und mit opakem, insbesondere strahlungsundurchlässigem Material gebildet . Aus dem opaken Material werden nach der Vereinzelung opake Bereiche 22 der Rahmenkörper 20 gebildet und aus dem strahlungsdurchlässigen Material werden nach der Vereinzelung Transmissionsbereiche 21 der Rahmenkörper 20 gebildet . Das strahlungsdurchlässige Material ist beispielsweise mit einem Glas gebildet . Das opake Material ist beispielsweise mit einem dunklen Moldmaterial , insbesondere einem Polymer gebildet . Bevorzugt ist das Substrat 200 zusammenhängend ausgeführt . Die Wellenleiter 31 , 32 , 33 sind in dem strahlungsdurchlässigen Material ausgebildet , das die Transmissionsbereiche 21 bildet . Figur 9 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem neunten Aus führungsbeispiel . Das in der Figur 9 dargestellte neunte Aus führungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 6A dargestellten sechsten Aus führungsbeispiel .
Im Unterscheid zu dem sechsten Aus führungsbeispiel sind die ersten, zweiten und dritten Wellenleiter 31 , 32 , 33 einzeln bis zu einer Seitenfläche des Rahmenkörpers 20 geführt . Auf der Seitenfläche des Rahmenkörpers 20 sind Auskoppel flächen 20B für j eden der ersten, zweiten und dritten Wellenleiter 31 , 32 , 33 ausgebildet . Die Auskoppel flächen 20B der Wellenleiter 31 , 32 , 33 sind insbesondere in einem Abstand zwischen 50 pm und 5 pm, bevorzugt zwischen 25 pm und 10 pm zueinander angeordnet . Vorteilhaft kann so auf einen Hauptwellenleiter 40 verzichtet werden . Weiter umfasst der Rahmenkörper 20 einen strahlungsdurchlässigen Transmissionsbereich 21 und einen strahlungsundurchlässigen opaken Bereich 22 . Der Transmissionsbereich 21 erstreckt sich ausgehend von der Aussparung 210 bis zu einer Seitenfläche des Rahmenkörpers 20 . Ferner erstreckt sich der Transmissionsbereich 21 von einer ersten Seitenfläche 20X des Rahmenkörpers 20 bis zu einer der ersten Seitenfläche 20X gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche 20Y . Die Wellenleiter 31 , 32 , 33 sind in dem strahlungsdurchlässigen Material ausgebildet , das den Transmissionsbereich 21 bildet .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102021132299.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
I optoelektronisches Halbleiterbauelement
I I erster Halbleiterchip
12 zweiter Halbleiterchip
13 dritter Halbleiterchip
20 Rahmenkörper
21 Transmissionsbereich
22 opaker Bereich
20X erste Seitenfläche
20Y zweite Seitenfläche
20B Auskoppel fläche
200 Substrat
210 Aussparung
31 erster Wellenleiter
32 zweiter Wellenleiter
33 dritter Wellenleiter
31A erste Einkoppel fläche
32A zweite Einkoppel fläche
33A dritte Einkoppel fläche
40 Hauptwellenleiter
50 Montagekörper
60 Träger
X erste laterale Richtung
Y zweite laterale Richtung
Z vertikale Richtung
AA erste Schnittlinie
BB zweite Schnittlinie
CI erste Trennlinie
C2 zweite Trennlinie

Claims

33
Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) umfassend einen zumindest bereichsweise strahlungsdurchlässigen Rahmenkörper (20) und zumindest einen ersten Halbleiterchip (11) , der zur Emission einer ersten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, wobei
- der Rahmenkörper (20) eine Aussparung (210) aufweist,
- zumindest ein erster Wellenleiter (31) in dem Rahmenkörper (20) ausgebildet ist,
- eine erste Einkoppelfläche (31A) des ersten Wellenleiters (31) an einer dem ersten Halbleiterchip (11) zugewandten Seitenfläche der Aussparung (210) ausgebildet ist,
- eine Auskoppelfläche (20B) auf einer Außenfläche des Rahmenkörpers (20) ausgebildet ist,
- der erste Halbleiterchip (10) derart in der Aussparung (210) angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung in den ersten Wellenleiter (31) eintritt .
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Rahmenkörper (20) einen Transmissionsbereich (21) und einen opaken Bereich (22) umfasst .
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- sich der erste Wellenleiter (31) vollständig innerhalb des Rahmenkörpers (20) erstreckt.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem 34
- der Rahmenkörper (20) den zumindest einen Halbleiterchip (10) lateral vollständig umgibt.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- der Rahmenkörper (20) den zumindest einen Halbleiterchip (10) vertikal überragt.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
- die Aussparung (210) den Rahmenkörper (20) vollständig durchdringt .
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, das
- einen zweiten Halbleiterchip (12) und einen zweiten Wellenleiter (32) umfasst, wobei
- der zweite Halbleiterchip (12) eine zweite elektromagnetische Strahlung emittiert und derart in der Aussparung (210) angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der zweiten elektromagnetischen Strahlung in den zweiten Wellenleiter (32) eintritt.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, das
- einen Hauptwellenleiter (40) umfasst, in dem
- sich die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung miteinander überlagern.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem
- der Hauptwellenleiter (40) an einer Seitenfläche des Rahmenkörpers (20) endet.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem
- sich der Hauptwellenleiter (40) von einer ersten Seite
(20X) des Rahmenkörpers (20) bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Seite (20Y) des Rahmenkörpers (20) erstreckt.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem der Hauptwellenleiter (40) an einer Oberseite des Rahmenkörpers (20) endet.
12. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) umfassend die Schritte :
A) Einbringen einer Mehrzahl von Aussparungen (210) in ein zumindest bereichsweise strahlungsdurchlässiges Substrat (200) ,
B) Ausbilden einer Mehrzahl von ersten Wellenleitern (31) in dem Substrat (200) , wobei
- jeweils eine Einkoppelfläche (31A) eines ersten
Wellenleiters (31) an einer Seitenfläche einer Aussparung (210) ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung aus dem ersten Wellenleiter
(31) in Richtung einer Außenfläche des Substrats (200) austritt,
C) Anordnen von jeweils einem ersten Halbleiterchip (11) , der zur Emission einer ersten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, in jeweils einer Aussparung (210) , wobei
- jeder erste Halbleiterchip (11) derart in seiner zugeordneten Aussparung (210) angeordnet wird, dass zumindest ein Teil der ersten elektromagnetischen Strahlung in den ersten Wellenleiter (31) eintritt, und D) Vereinzeln des Substrats (200) zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) .
13. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- eine elektrooptische Charakterisierung der ersten Halbleiterchips (11) ausgeführt wird.
14. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- eine elektrooptische Charakterisierung von allen ersten Halbleiterchips (11) vor dem Vereinzelungsschritt D) ausgeführt wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- eine Mehrzahl von ersten Wellenleitern (31) in einem Hauptwellenleiter (40) zusammengeführt werden.
16. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- jeweils ein zweiter Halbleiterchip (12) , der zur Emission einer zweiten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist, in jeweils einer Aussparung (210) angeordnet wird, wobei
- jeder zweite Halbleiterchip (11) derart in seiner zugeordneten Aussparung (210) angeordnet wird, dass zumindest ein Teil der zweiten elektromagnetischen Strahlung in einen zweiten Wellenleiter (32) eintritt. 37
17. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- eine elektrooptische Charakterisierung der ersten Halbleiterchips (11) und der zweiten Halbleiterchips (12) anhand der an der Auskoppelfläche (20B) austretenden elektromagnetischen Strahlung ausgeführt wird.
18. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- eine Auskoppelfläche (20B) des Substrats (200) auf einer Seitenfläche des Substrats (200) ausgebildet wird.
19. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 15 oder 16, wobei
- vor dem Schritt A) ein erster Teil des Substrats (200) bereitgestellt wird,
- die ersten Wellenleiter (31) und die zweiten Wellenleiter (32) in dem Schritt A) auf einer Oberfläche des ersten Teils des Substrats (200) aufgebracht werden, und
- anschließend ein zweiter Teil des Substrats (200) auf den ersten Teil des Substrats (200) angeordnet wird.
20. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen (1) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei
- zumindest eine Auskoppelfläche (20B) des Substrats (200) auf einer Oberseite des Substrats (200) ausgebildet wird.
PCT/EP2022/082089 2021-12-08 2022-11-16 Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung einer mehrzahl von optoelektronischen halbleiterbauelementen WO2023104454A1 (de)

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