WO2023285355A1 - Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement - Google Patents

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Definitions

  • a method for producing an optoelectronic component is specified.
  • an optoelectronic component is specified.
  • One problem to be solved is to specify a method for producing an optoelectronic component in which damage due to thermal overload is reduced. Another problem to be solved is to provide an optoelectronic component that is produced using such a method.
  • the optoelectronic component is a radiation-emitting component.
  • the optoelectronic component it is also possible for the optoelectronic component to be set up to detect electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic component is a thin-film chip.
  • the method comprises a step in which a semiconductor layer sequence is provided.
  • a semiconductor layer sequence is provided.
  • semiconductor layers follow an active area that leads to this is set up to generate or detect electromagnetic radiation.
  • the semiconductor layer sequence can also be produced by an epitaxial growth method.
  • the semiconductor layer sequence is, for example, an epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the method includes a further step in which a matrix material is applied.
  • the matrix material contains ferromagnetic particles.
  • the matrix material can be indirectly heated by the ferromagnetic particles.
  • the ferromagnetic particles are preferably distributed homogeneously over the entire matrix material.
  • the ferromagnetic particles have a constant concentration throughout the matrix material. A homogeneous distribution of the ferromagnetic particles over the entire matrix material ensures that the matrix material can be heated evenly.
  • the matrix material is designed to be electrically insulating.
  • the ferromagnetic particles are heated by induction, with the matrix material at least partially softening.
  • the ferromagnetic particles thus transfer thermal energy generated by induction to the matrix material that surrounds the ferromagnetic particles.
  • the matrix material also heats up, causing it to soften at least partially.
  • the viscosity of the matrix material is reduced by indirect heating by means of the ferromagnetic particles.
  • a coil for example with an iron core
  • An AC voltage or alternating current is applied to the coil, which creates an alternating field in the ferromagnetic particles.
  • the alternating field leads to eddy currents in the ferromagnetic particles and in particular to magnetic reversals. In this case, a loss of heat occurs, which leads to the heating of the ferromagnetic particles.
  • the matrix material is cured in a further step of the method.
  • the cured matrix material forms at least part of a carrier of the optoelectronic component.
  • the matrix material is hardened by cooling it, for example to room temperature.
  • the method for producing an optoelectronic component comprises the following steps:
  • the inductive heating of the ferromagnetic particles and thus also of the matrix material makes it possible to protect other components of the optoelectronic component from thermal overload during production. This can be explained by the fact that the ferromagnetic particles are selectively heated by the inductive heating. In contrast to conventional heating processes, heat is only introduced at points where ferromagnetic particles are present. The heating of the entire optoelectronic component during production is thus avoided.
  • the matrix material is applied as a suspension.
  • a powder of the matrix material is suspended in a solvent.
  • a solvent In particular, water and/or an alcohol are used as solvents.
  • the suspension is applied, for example, by printing processes such as knife coating or screen printing.
  • the solvent is preferably removed before the inductive heating of the ferromagnetic particles.
  • the matrix material softens due to heat transfer from the ferromagnetic particles.
  • the individual components of the powder of the matrix material combine to form a continuous phase.
  • the inductive heating of the ferromagnetic particles results in a coherent layer being formed from a powdered matrix material.
  • the matrix material is applied as a prefabricated panel.
  • the inductive heating of the ferromagnetic particles allows the entire plate to soften and thus fit into any unevenness that may be present.
  • the prefabricated panel has a thickness of at least 50 micrometers, preferably at least 100 micrometers, particularly preferably at least 150 micrometers.
  • the prefabricated panel has a thickness of 100 microns to 200 microns inclusive.
  • the semiconductor layer sequence is grown on a growth substrate.
  • the growth substrate is in particular at least partially transparent to electromagnetic radiation.
  • the growth substrate is sapphire, GaAs or silicon.
  • the growth substrate is sapphire.
  • the semiconductor layer sequence is preferably deposited epitaxially on the growth substrate. The growth substrate advantageously serves to produce the semiconductor layer sequence with a low density of defects.
  • the growth substrate is at least partially removed after the matrix material has hardened.
  • the growth substrate is at least partially removed by a lift-off method, in particular by laser lift-off (LLO).
  • LLO laser lift-off
  • the at least partial removal of the growth substrate advantageously makes it possible for electromagnetic radiation, which is generated in the active region of the semiconductor layer sequence, to leave the optoelectronic component with little or no radiation loss.
  • an optoelectronic component which is set up for the detection of electromagnetic radiation it is made possible for the electromagnetic radiation to be detected to reach the active region with little or no radiation losses.
  • the at least partial removal of the growth substrate prevents absorption of electromagnetic radiation by the growth substrate.
  • connection structure is applied to the semiconductor layer sequence before the matrix material is applied.
  • the connection structure includes a connection layer and connection elements.
  • the connection layer and the connection elements preferably have a metal or are formed from a metal.
  • the connection layer has Ag or is formed from Ag.
  • the connection elements have Ni or Cu or are formed from Ni, Cu or alloys of Ni and/or Cu.
  • the connection elements are produced by galvanic deposition.
  • the connection structure is preferably used for electrically contacting the semiconductor layer sequence.
  • part of the matrix material is removed after the matrix material has hardened.
  • the matrix material is removed by chemical mechanical polishing (CMP for short). This creates a flat surface of the matrix material and thus also of the carrier.
  • the removal can also serve the
  • connection structure is preferably removed in such a way that the connection structure and the matrix material each have a surface that lies in a common plane. In other words, it is possible for the connection structure and the matrix material to end flush.
  • the removal of the matrix material leaves traces on the surface of the matrix material, which are visible on a finished component.
  • the matrix material comprises an inorganic or organic polymer.
  • the matrix material consists of an inorganic or organic polymer.
  • the organic polymer is an epoxy resin.
  • a filling material is introduced into the organic polymer.
  • the matrix material comprises a glass.
  • the matrix material consists of a glass.
  • the glass is a low-melting glass. Compared to conventional materials for a carrier, in particular organic polymers, glass can have a higher
  • glass has temperature stability.
  • glass is characterized by low gas permeability and high reliability.
  • a multiplicity of optoelectronic components are combined with the method produced. In this way, a large number of optoelectronic components is advantageously produced in an efficient manner.
  • the optoelectronic components produced in the composite are separated. For example, they are separated using laser cutting methods or mechanical sawing methods.
  • the matrix material is tempered after curing by inductively heating the ferromagnetic particles. Tempering can take place locally or over the entire matrix material, since a locally limited heat input can be achieved by inductively heating the ferromagnetic particles.
  • Tempering is understood as meaning heating of a matrix material over a longer period of time, for example up to several days.
  • a mechanical stress in the hardened matrix material can be controlled by tempering. If the matrix material is slowly cooled after tempering, internal stresses in the matrix material, which can negatively affect the optical properties of the matrix material, can be prevented. When the matrix material is quenched after annealing, a compressive stress is generated in a surface of the matrix material. The compressive stress leads to a matrix material that is less sensitive to mechanical and/or thermal stress.
  • An optoelectronic component is also specified. The optoelectronic component can preferably be produced using the method for producing an optoelectronic component described here. Features and embodiments that are described in connection with the method therefore also apply to the optoelectronic component and vice versa.
  • the optoelectronic component comprises a semiconductor layer sequence and a carrier.
  • the semiconductor layer sequence is intended to generate or detect electromagnetic radiation.
  • the carrier has a matrix material containing ferromagnetic particles.
  • connection layer is arranged between the semiconductor layer sequence and the carrier.
  • the connection layer is used, for example, for making electrical contact with the semiconductor layer sequence.
  • the connection layer preferably comprises a metal or consists of a metal.
  • the connection layer comprises Ag or consists of Ag.
  • connection layer is reflective at least in places.
  • the connection layer can also be designed to be reflective over its entire surface.
  • the connection layer has a reflectivity of at least 90%, preferably at least 95%, particularly preferably at least 99% for the electromagnetic radiation generated during operation of the optoelectronic component. It is due to a connection layer that is reflective at least in places possible to increase the efficiency of the optoelectronic component since radiation losses are reduced.
  • the optoelectronic component has connection elements for making electrical contact with the semiconductor layer sequence.
  • the optoelectronic component preferably has two connection elements.
  • the connection elements are in particular formed from a metal such as Ni.
  • connection elements reach through the matrix material of the carrier.
  • Such an embodiment of the connection elements enables simple electrical contacting of the optoelectronic component.
  • An electrical short circuit of the connection elements can be prevented in that the matrix material of the carrier is designed in particular to be electrically insulating.
  • connection elements and the carrier close to their der
  • connection elements and the carrier each have a surface that lies in a common plane.
  • the optoelectronic component can be attached efficiently to a superordinate component by a flush termination of the connection elements and the carrier.
  • the flush termination of the connection elements and the carrier has proven to be advantageous, since a good mechanical connection to the superordinate component is achieved by a surface that is as large and flat as possible.
  • the matrix material comprises a glass or consists of a glass. Using glass as matrix material advantageously leads to an optoelectronic component that is effectively protected from external influences and has high mechanical stability.
  • the glass has a glass transition temperature T g of at most 350°C, preferably at most 300°C.
  • T g glass transition temperature
  • the glass is therefore a low-melting glass.
  • a low glass transition temperature can be
  • Processing temperature of the glass can be reduced. This makes it possible to protect further components of the optoelectronic component from thermal overload.
  • a reflective connection layer made of Ag is unstable at high temperatures, for example above 350° C., and the reflective connection layer is thus at least partially destroyed.
  • the reflectivity of the layer can be adversely affected.
  • a glass transition temperature of at most 350° C., preferably at most 300° C. the glass can be processed at low temperatures. This makes it possible to protect the reflective connection layer from being destroyed. In this way, the reflectivity of the reflective connection layer is obtained.
  • the glass is a tellurite glass, a bismuth glass, a vanadate glass or a mixture of at least two of these glasses.
  • these glasses have a low glass transition temperature, making them ideal for the application described here suit.
  • TeC ⁇ l ⁇ Os is used as the glass.
  • the glass transition temperature of TeC ⁇ l ⁇ Os is approximately 280°C, which allows processing at a temperature of 300°C.
  • the ferromagnetic particles have at least one of the following elements: Fe, Ni, Co.
  • the particles can consist of one of the elements mentioned or a compound with the element.
  • the ferromagnetic particles are formed from an alloy with at least one of the elements.
  • the ferromagnetic particles have a diameter of 10 nanometers up to and including 5 micrometers.
  • the ferromagnetic particles preferably have a diameter of 10 nanometers up to and including 1 micrometer, preferably 50 nanometers up to and including 500 nanometers.
  • the ferromagnetic particles are present in the matrix material in a proportion of at most 30% by weight, preferably at most 20% by weight, particularly preferably at most 10% by weight.
  • the proportion of ferromagnetic particles in the matrix material and the diameter of the ferromagnetic particles enable effective heat input into the matrix material during the inductive heating of the ferromagnetic particles.
  • concentration and the particle size of the ferromagnetic particles are like this chosen so that there is no short circuit of the connection elements of the optoelectronic component.
  • FIGS. 1A to IC show steps in a method for producing an optoelectronic component in accordance with an exemplary embodiment using schematic sectional illustrations.
  • FIGS. 2A to 2E show steps of a method for producing an optoelectronic component according to a further exemplary embodiment using schematic sectional illustrations.
  • FIGS. 3 and 4 show the application of a matrix material according to two exemplary embodiments, each using a schematic sectional view.
  • FIG. 5 shows an optoelectronic component according to an exemplary embodiment using a schematic sectional illustration.
  • the embodiments can have other elements, such as intermediate layers, which are not shown for reasons of clarity.
  • a substrate 1 is provided, as shown in connection with FIG. 1A.
  • the substrate 1 is a growth substrate for a semiconductor layer sequence 2.
  • the substrate 1 is sapphire.
  • a semiconductor layer sequence 2 is applied to the substrate 1 and is thus provided. This step is illustrated in connection with Figure 1B.
  • Figure 1B the
  • Semiconductor layer sequence 2 has an active region 3 which can generate or detect electromagnetic radiation.
  • a matrix material 4 is applied to a side of the semiconductor layer sequence 2 that is remote from the substrate 1, as shown in FIG.
  • the matrix material 4 is a low-melting glass, such as Te0 2 V 2 0s.
  • the matrix material 4 contains ferromagnetic particles 5 and is by means of ferromagnetic particles 5 can be heated by inductive heating.
  • the ferromagnetic particles are, for example, nanoparticles that have Fe or consist of Fe.
  • the ferromagnetic particles 5 are inductively heated. In the process, the matrix material 4 softens at least partially. A coil is brought into the vicinity of the matrix material 4 with the ferromagnetic particles 5 for the inductive heating. An alternating field is generated in the ferromagnetic particles 5 by applying an alternating current or an alternating voltage. Eddy currents are generated in the ferromagnetic particles 5 by the alternating field and reversal of magnetization can occur in the ferromagnetic particles 5 . This results in heat loss, which leads to heating of the ferromagnetic particles 5 .
  • the ferromagnetic particles 5 heated in this way transfer the heat to the matrix material 4 surrounding them.
  • the ferromagnetic particles 5 therefore serve to heat the matrix material 4 indirectly. Heating the matrix material 4 leads to a reduction in the viscosity of the matrix material 4. In other words, the matrix material 4 softens.
  • the matrix material 4 After the inductive heating of the ferromagnetic particles 4 and thus also of the matrix material 5, the matrix material 4 is hardened. If the matrix material 4 is glass, the hardening takes place by cooling, for example to room temperature. The cured matrix material 4 forms at least part of a carrier 6. The carrier 6 gives the finished optoelectronic component stability and allows easy attachment to higher-level components.
  • FIGS. 2A to 2E A method for producing an optoelectronic component according to a further exemplary embodiment is described in connection with FIGS. 2A to 2E.
  • the optoelectronic components are presented as a composite and isolated after all process steps have been completed.
  • FIG. 2A shows that a connection layer 8 is applied to a side of a semiconductor layer sequence 2 which is remote from a substrate 1 .
  • the semiconductor layer sequence 2 is grown epitaxially onto the substrate 1, as described in connection with FIGS. 1A and 1B.
  • connection layer 8 in FIG. 2A is a metal layer, for example made of Ag.
  • the connection layer 8 enables electrical contacting of the semiconductor layer sequence 2.
  • connection layer 8 can be at least partially reflective for electromagnetic radiation that can be generated or detected in the active region 3 of the semiconductor layer sequence 2. This reduces a radiation loss in the finished optoelectronic component.
  • Connection elements 9 are applied to the connection layer 8, as shown in FIG. 2B.
  • the connection layer 8 and the connection elements 9 together form a connection structure 7.
  • a finished optoelectronic component can be connected electrically to a printed circuit board, for example, via the connection elements 9 will.
  • the connection elements 9 are made of a metal, in particular Ni.
  • connection structure 7 which includes the connection elements 9 and the connection layer 8.
  • the matrix material 4 contains ferromagnetic particles 5 and is preferably designed to be electrically insulating.
  • the matrix material 4 is a low-melting glass, for example Te0 2 V 2 0s.
  • the matrix material 4 is applied in such a way that it completely encloses the connection elements 9 laterally. In other words, all side faces of the connection elements 9 are completely covered by the matrix material 4 .
  • the ferromagnetic particles 5 are preferably arranged in the matrix material 4 in such a way that there is no electrical short circuit between two adjacent contact elements 9 . A diameter and a concentration of the ferromagnetic particles 5 in the matrix material are selected accordingly.
  • the matrix material is heated by inductively heating the ferromagnetic particles 5 and is thus softened.
  • the matrix material 4 is then hardened, for example by cooling to room temperature, and thus forms a carrier 6.
  • an annealing of the matrix material 4 by re-heating by means of inductive heating ferromagnetic particles 5 are carried out.
  • Optical and/or mechanical properties of the matrix material 4 can be influenced by the tempering.
  • the matrix material 4 is hardened by tempering.
  • the substrate 1 is removed by laser lift-off, as shown in connection with FIG. 2D.
  • radiation losses for example absorption of electromagnetic radiation caused by the substrate 1 and generated or detected in the active region 3 of the semiconductor layer sequence 2, are avoided or at least reduced.
  • connection elements 9 are uncovered by the removal of the matrix material 4 and can be used for electrically contacting the semiconductor layer sequence 2 .
  • an optoelectronic component the components produced in the composite are separated using a separation process.
  • a matrix material 4 containing ferromagnetic particles 5 is applied as a plate 10 .
  • the matrix material 4 softens.
  • the viscosity of the matrix material 4 decreases 2 are applied.
  • All exposed surfaces of the connection elements 9 are preferably covered with the matrix material 4 .
  • the connection elements 9 and underlying layers can be protected from mechanical stress by the matrix material.
  • the matrix material 4 can be applied as a suspension 11 .
  • the suspension 11 has particles of the matrix material 4 and the ferromagnetic particles 5, which are suspended in a solvent.
  • a mixture of water and an alcohol, for example, is used as the solvent.
  • a binder can also be added to the suspension 11 .
  • the suspension 11 is applied to the connection structure 7 by a printing process, such as squeegeeing or screen printing. Due to the low viscosity of the suspension 11, the suspension covers the connection structure 7 completely. This means that all surfaces of the connection structure 7 that are exposed before the matrix material 4 is applied are covered by the suspension 11 .
  • connection structure 7 is then mainly surrounded by particles of the matrix material 4 and the ferromagnetic particles 5 .
  • the matrix material 4 is heated by means of the ferromagnetic particles 5 so that a coherent carrier 6 is formed from the matrix material 4 applied as a suspension 11 .
  • the ferromagnetic particles 5 are heated by induction and transfer their heat to the matrix material 4 surrounding them.
  • the particles of the matrix material 4 soften as a result of the heating and combine to form a continuous and cohesive layer.
  • FIG. 5 shows an optoelectronic component 12 according to an exemplary embodiment which can be represented using a method described here.
  • the optoelectronic component 12 has a semiconductor layer sequence 2 which includes an active region 3 .
  • the active area 3 is set up to generate electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic component is, for example, a light-emitting diode chip.
  • connection layer 8 is arranged on the semiconductor layer sequence 2 .
  • the connection layer 8 is preferably a metal layer which is at least partially reflective.
  • the connection layer 8 has Ag or is formed from Ag.
  • the connection layer 8 serves to reflect electromagnetic radiation that is generated in the active region 3 and thus to avoid or at least reduce radiation losses in the optoelectronic component 12 .
  • the Semiconductor layer sequence 2 are electrically contacted via the connection layer 8.
  • the optoelectronic component 12 has two connection elements 9 which are set up for electrically contacting the semiconductor layer sequence 2 .
  • the connection elements are made of a metal, in particular Ni.
  • the two connection elements 9 and the connection layer 8 together form a connection structure 7 .
  • the connection elements 9 are applied to a side of the connection layer 2 which is remote from the semiconductor layer sequence 2 .
  • the optoelectronic component 12 also has a carrier 6 for mechanical stabilization.
  • the carrier 6 comprises a matrix material 4.
  • the matrix material 4 is designed to be electrically insulating. This prevents the connection elements 9 from short-circuiting.
  • the matrix material 4 is, for example, a low-melting glass, in particular TeChl ⁇ Os. The use of a low-melting glass as matrix material 4 is preferred, since this reduces thermal stress on other elements of the optoelectronic component 12, in particular the connection layer 8, during production.
  • organic polymers such as an epoxy resin
  • the optoelectronic component 12 can withstand higher temperatures.
  • connection elements 9 completely surrounds the side surfaces of the connection elements 9 .
  • the connection elements 9 extend through the matrix material 4 .
  • the connection layer 8 facing away from the surfaces Connection elements 9 and the matrix material 4 are flush with one another.
  • the matrix material 4 contains ferromagnetic particles 5.
  • the ferromagnetic particles 5 can be used to heat the matrix material 4 indirectly.
  • the ferromagnetic particles 5 are preferably heated by induction.
  • the ferromagnetic particles 5 have Fe or are formed from Fe.
  • the ferromagnetic particles are evenly distributed in the matrix material 4 in order to achieve an even heat input into the matrix material 4 .
  • the ferromagnetic particles 5 are nanoparticles that have a diameter of 50 nanometers up to and including 500 nanometers.
  • the proportion of ferromagnetic particles 5 in the matrix material is at most 40% by weight.
  • connection structure 8 connection layer

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements beschrieben, das die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge, - Aufbringen eines Matrixmaterials, wobei das Matrixmaterial ferromagnetische Partikel enthält und wobei das Matrixmaterial mittels der ferromagnetische Partikel durch induktives Erwärmen erwärmbar ist, - induktives Erwärmen der ferromagnetischen Partikel, wobei das Matrixmaterial zumindest teilweise aufweicht, - Aushärten des Matrixmaterials, wobei das Matrixmaterial zumindest Teil eines Trägers bildet. Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement beschrieben, das mit dem hier beschriebenen Verfahren darstellbar ist.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS UND OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102021 118 151.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements anzugeben, bei dem Schäden aufgrund von thermischer Überbelastung reduziert werden. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das mit einem solchen Verfahren hergestellt wird.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um ein strahlungsemittierendes Bauelement. Es ist jedoch auch möglich, dass das optoelektronische Bauelement dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu detektieren. Insbesondere handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um einen Dünnfilm-Chip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt, bei dem eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt wird. Insbesondere weist die
Halbleiterschichten folge einen aktiven Bereich auf, der dazu eingerichtet ist elektromagnetische Strahlung zu erzeugen oder zu detektieren. Die Halbleiterschichtenfolge kann weiterhin durch ein epitaktisches Aufwachsverfahren erzeugt werden. Mit anderen Worten handelt es sich beispielsweise bei der Halbleiterschichtenfolge um eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt, bei dem ein Matrixmaterial aufgebracht wird. Das Matrixmaterial enthält ferromagnetische Partikel. Weiterhin ist es möglich, das Matrixmaterial mittels der ferromagnetischen Partikel durch induktives Erwärmen zu erwärmen. Mit anderen Worten kann das Matrixmaterial durch die ferromagnetischen Partikel indirekt erwärmt werden. Die ferromagnetischen Partikel sind bevorzugt homogen über das gesamte Matrixmaterial verteilt. Mit anderen Worten weisen die ferromagnetischen Partikel eine gleichbleibende Konzentration im gesamten Matrixmaterial auf. Durch eine homogene Verteilung der ferromagnetischen Partikel über das gesamte Matrixmaterial wird sichergestellt, dass das Matrixmaterial gleichmäßig erwärmt werden kann. Insbesondere ist das Matrixmaterial elektrisch isolierend ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden in einem weiteren Schritt des Verfahrens die ferromagnetischen Partikel durch Induktion erwärmt, wobei das Matrixmaterial zumindest teilweise aufweicht. Die ferromagnetischen Partikel übertragen also eine durch Induktion erzeugte thermische Energie auf das Matrixmaterial, das die ferromagnetischen Partikel umgibt. Auf diese Weise erwärmt sich auch das Matrixmaterial, wodurch es zumindest teilweise aufweicht. Mit anderen Worten verringert sich die Viskosität des Matrixmaterials durch ein indirektes Erwärmen mittels der ferromagnetischen Partikel.
Bei einer induktiven Erwärmung der ferromagnetischen Partikel wird beispielsweise eine Spule, zum Beispiel mit einem Eisenkern, in die Nähe des Matrixmaterials mit den ferromagnetischen Partikeln gebracht. Es wird eine Wechselspannung oder ein Wechselstrom an der Spule angelegt, wodurch ein Wechselfeld in den ferromagnetischen Partikeln erzeugt wird. Das Wechselfeld führt in den ferromagnetischen Partikeln zu Wirbelströmen und insbesondere zu Ummagnetisierungen. Dabei tritt eine Verlustwärme auf, die zur Erwärmung der ferromagnetischen Partikel führt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einem weiteren Schritt des Verfahrens das Matrixmaterial ausgehärtet. Dabei bildet das ausgehärtete Matrixmaterial zumindest Teil eines Trägers des optoelektronischen Bauelements. Insbesondere wird das Aushärten des Matrixmaterials durch Abkühlen, beispielsweise auf Raumtemperatur, erreicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge,
- Aufbringen eines Matrixmaterials, wobei das Matrixmaterial ferromagnetische Partikel enthält und wobei das Matrixmaterial mittels der ferromagnetische Partikel durch induktives Erwärmen erwärmbar ist,
- induktives Erwärmen der ferromagnetischen Partikel, wobei das Matrixmaterial zumindest teilweise aufweicht, - Aushärten des Matrixmaterials, wobei das Matrixmaterial zumindest Teil eines Trägers bildet.
Insbesondere werden die Verfahrensschritte in der genannten Reihenfolge ausgeführt.
Durch das induktive Erwärmen der ferromagnetischen Partikel und damit auch des Matrixmaterials ist es möglich andere Bestandteile des optoelektronischen Bauelements während der Herstellung vor thermischer Überbelastung zu schützen. Das lässt sich dadurch erklären, dass durch das induktive Erwärmen selektiv die ferromagnetischen Partikel erwärmt werden. Anders als bei herkömmlichen Heizverfahren erfolgt ein Wärmeeintrag nur an Stellen, an denen ferromagnetische Partikel vorhanden sind. Das Erwärmen des gesamten optoelektronischen Bauelements während der Herstellung wird so vermieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Matrixmaterial als Suspension aufgebracht. Dazu wird beispielsweise ein Pulver des Matrixmaterials in einem Lösungsmittel suspendiert. Insbesondere werden Wasser und/oder ein Alkohol als Lösungsmittel eingesetzt. Die Suspension wird zum Beispiel durch drucktechnische Verfahren, wie Rakeln oder Siebdruck, aufgebracht. Bevorzugt wird das Lösungsmittel vor dem induktiven Erwärmen der ferromagnetischen Partikel entfernt.
Während des induktiven Erwärmens der ferromagnetischen Partikel weicht das Matrixmaterial aufgrund einer Wärmeübertragung von den ferromagnetischen Partikeln auf. Hierdurch verbinden sich die einzelnen Bestandteile des Pulvers des Matrixmaterials zu einer durchgängigen Phase. Mit anderen Worten führt das induktive Erwärmen der ferromagnetischen Partikel also dazu, dass sich aus einem pulvertörmigen Matrixmaterial eine zusammenhängende Schicht bildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Matrixmaterial als vorgefertigte Platte aufgebracht. Durch das induktive Erwärmen der ferromagnetischen Partikel kann die gesamte Platte erweichen und sich so in möglicherweise vorhandene Unebenheiten einfügen. Insbesondere weist die vorgefertigte Platte eine Dicke von wenigstens 50 Mikrometer auf, bevorzugt wenigstens 100 Mikrometer, besonders bevorzugt wenigstens 150 Mikrometer. Bevorzugt weist die vorgefertigte Platte eine Dicke von einschließlich 100 Mikrometer bis einschließlich 200 Mikrometer auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen . Das Aufwachssubstrat ist insbesondere zumindest teilweise transparent für elektromagnetische Strahlung. Beispielsweise umfasst es sich bei dem Aufwachssubstrat um Saphir, GaAs oder Silizium. Insbesondere handelt es sich bei dem Aufwachssubstrat um Saphir. Bevorzugt wird die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch auf dem Aufwachssubstrat abgeschieden. Vorteilhafterweise dient das Aufwachssubstrat dazu, die Halbleiterschichtenfolge mit einer geringen Dichte an Defekten herzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Aufwachssubstrat nach dem Aushärten des Matrixmaterials zumindest teilweise entfernt. Beispielsweise erfolgt ein zumindest teilweises Entfernen des Aufwachssubstrats durch ein Lift-off-Verfahren, insbesondere durch Laser-Lift-off (LLO). Durch das zumindest teilweise Entfernen des Aufwachssubstrat wird es vorteilhafterweise ermöglicht, dass elektromagnetischen Strahlung, die im aktiven Bereich der Halbleiterschichtenfolge erzeugt wird, das optoelektronische Bauelement mit einem geringen oder ohne Strahlungsverlust das Bauelement verlässt. Bei einem optoelektronischen Bauelement, das zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist, wird es ermöglicht, dass die zu detektierende elektromagnetische Strahlung den aktiven Bereich mit geringen oder ohne Strahlungsverluste erreicht. Mit anderen Worten verhindert das zumindest teilweise Entfernen des Aufwachssubstrats eine Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch das Aufwachssubstrat.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor dem Aufbringen des Matrixmaterials eine Anschlussstruktur auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Insbesondere umfasst die Anschlussstruktur dabei eine Anschlussschicht und Anschlusselemente. Bevorzugt weisen die Anschlussschicht und die Anschlusselemente ein Metall auf oder sind aus einem Metall gebildet. Beispielsweise weist die Anschlussschicht Ag auf oder ist aus Ag gebildet. Beispielsweise weisen die Anschlusselemente Ni oder Cu auf oder sind aus Ni, Cu oder Legierungen von Ni und/oder Cu gebildet. Insbesondere werden die Anschlusselemente durch galvanisches Abscheiden erzeugt. Bevorzugt dient die Anschlussstruktur zur elektrisch Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Aushärten des Matrixmaterials ein Teil des Matrixmaterials abgetragen. Insbesondere erfolgt das Abtragen des Matrixmaterials durch chemischen-mechanisches Polieren (kurz CMP, English: Chemical mechanical polishing). Hierdurch wird eine ebene Oberfläche des Matrixmaterials und somit auch des Trägers geschaffen.
Das Abtragen kann ebenfalls dazu dienen, die
Anschlussstruktur freizulegen. Das heißt, bevorzugt erfolgt das Abtragen des Matrixmaterials so, dass die Anschlussstruktur und das Matrixmaterial jeweils eine Oberfläche aufweisen, die in einer gemeinsamen Ebene liegt. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Anschlussstruktur und das Matrixmaterial bündig abschließen.
Insbesondere hinterlässt das Abtragen des Matrixmaterials auf der Oberfläche des Matrixmaterials Spuren, die an einem fertigen Bauelement sichtbar sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Matrixmaterial ein anorganisches oder organisches Polymer. Insbesondere besteht das Matrixmaterial aus einem anorganischen oder organischen Polymer. Beispielsweise handelt es sich bei dem organischen Polymer um ein Epoxidharz. Insbesondere ist in das organische Polymer ein Füllmaterial eingebracht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Matrixmaterial ein Glas. Insbesondere besteht das Matrixmaterial aus einem Glas. Insbesondere handelt es sich bei dem Glas um ein niedrigschmelzendes Glas. Gegenüber herkömmlichen Materialien für einen Träger, insbesondere organischen Polymeren, kann Glas eine höhere
Temperaturstabilität aufweisen. Darüber hinaus zeichnet sich Glas durch eine geringe Gaspermeabilität und hohe Zuverlässigkeit aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mit dem Verfahren eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen im Verbund hergestellt. Auf diese Weise wird mit Vorteil eine große Anzahl an optoelektronischen Bauelementen auf effiziente Weise hergestellt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach dem Abtragen des Matrixmaterials die im Verbund hergestellten optoelektronischen Bauelemente vereinzelt. Beispielsweise erfolgt ein Vereinzeln durch Laser-Trennverfahren oder mechanische Sägeverfahren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Matrixmaterial nach dem Aushärten durch ein induktives Erwärmen der ferromagnetischen Partikel getempert. Dabei kann ein Tempern stellenweise oder über das gesamte Matrixmaterial hinweg erfolgen, da durch das induktive Erwärmen der ferromagnetischen Partikel ein lokal begrenzter Wärmeeintrag erzielbar ist.
Als Tempern wird ein Erwärmen eines Matrixmaterials über einen längeren Zeitraum, beispielsweise bis zu mehreren Tagen, verstanden. Durch das Tempern kann eine mechanische Spannung im ausgehärteten Matrixmaterial gesteuert werden. Wird das Matrixmaterial nach dem Tempern langsam abgekühlt, so können innere Spannungen im Matrixmaterial verhindert werden, die optische Eigenschaften des Matrixmaterials negativ beeinflussen können. Wird das Matrixmaterial nach dem Tempern abgeschreckt, so wird eine Druckspannung in einer Oberfläche des Matrixmaterials hervorgerufen. Die Druckspannung führt zu einem Matrixmaterial, welches unempfindlicher gegenüber einer mechanischen und/oder thermischen Belastung ist. Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Vorzugsweise ist das optoelektronische Bauelement mit dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements darstellbar. Merkmale und Ausführungsformen, die in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, gelten daher auch für das optoelektronische Bauelement und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement eine Halbleiterschichtenfolge und einem Träger. Die Halbleiterschichtenfolge ist dazu vorgesehen elektromagnetische Strahlung zu erzeugen oder zu detektieren. Der Träger weist ein Matrixmaterial auf, das ferromagnetische Partikel enthält.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Träger eine Anschlussschicht angeordnet. Die Anschlussschicht dient beispielsweise zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt umfasst die Anschlussschicht ein Metall oder besteht aus einem Metall. Insbesondere umfasst die Anschlussschicht Ag oder besteht aus Ag.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Anschlussschicht zumindest stellenweise reflektierend ausgebildet. Die Anschlussschicht kann auch über ihre gesamte Fläche reflektierend ausgebildet sein. Insbesondere weist die Anschlussschicht eine Reflektivität von wenigstens 90 %, bevorzugt wenigstens 95 %, besonders bevorzugt wenigstens 99 % für die im Betrieb des optoelektronischen Bauelements erzeugte elektromagnetische Strahlung auf. Durch eine zumindest stellenweise reflektierende Anschlussschicht ist es möglich, die Effizienz des optoelektronischen Bauelements zu erhöhen, da Strahlungsverluste reduziert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge auf. Bevorzugt weist das optoelektronische Bauelement zwei Anschlusselemente auf. Die Anschlusselemente sind insbesondere aus einem Metall, wie beispielsweise Ni gebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform reichen die Anschlusselemente durch das Matrixmaterial des Trägers hindurch. Solch eine Ausführung der Anschlusselemente ermöglicht eine einfache elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements. Ein elektrischer Kurzschluss der Anschlusselemente kann dadurch verhindert werden, dass das Matrixmaterial des Trägers insbesondere elektrisch isolierenden ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließen die Anschlusselemente und der Träger an ihren der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite bündig miteinander ab. Mit anderen Worten weisen die Anschlusselemente und der Träger jeweils eine Oberfläche auf, die in einer gemeinsamen Ebene liegt. Durch einen bündigen Abschluss der Anschlusselemente und des Trägers kann das optoelektronische Bauelement effizient an ein übergeordnetes Bauteil angebracht werden. Insbesondere erweist sich der bündige Abschluss der Anschlusselemente und des Trägers als vorteilhaft, da durch eine möglichst große und ebene Oberfläche ein guter mechanischer Anschluss an das übergeordnete Bauteil erfolgt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Matrixmaterial ein Glas oder besteht aus einem Glas. Vorteilhafterweise führt eine Verwendung von Glas als Matrixmaterial zu einem optoelektronischen Bauelement, das effektiv vor äußeren Einflüssen geschützt ist und eine hohe mechanische Stabilität aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Glas eine Glasübergangstemperatur Tg von höchstens 350 °C, bevorzugt von höchstens 300 °C auf. Insbesondere handelt es sich bei dem Glas also um ein niedrig schmelzendes Glas. Durch eine geringe Glasübergangstemperatur kann eine
Verarbeitungstemperatur des Glases verringert werden. Dadurch ist es möglich weitere Komponenten des optoelektronischen Bauelements vor thermischer Überbelastung zu schützen.
Insbesondere eine reflektierende Anschlussschicht aus Ag ist bei hohen Temperaturen, zum Beispiel über 350 °C, instabil und die reflektierende Anschlussschicht wird so zumindest teilweise zerstört. Dadurch kann die Reflektivität der Schicht negativ beeinflusst werden. Bei einer Glasübergangstemperatur von höchstens 350 °C, bevorzugt höchsten 300 °C wird eine Verarbeitung des Glases bei niedrigen Temperaturen ermöglicht. Hierdurch ist es möglich die reflektierende Anschlussschicht vor einer Zerstörung zu schützen. Auf diese Weise wird die Reflektivität der reflektierenden Anschlussschicht erhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Glas ein Telluritglas, ein Bismutglas, ein Vanadatglas oder eine Mischung zumindest zweier dieser Gläser. Diese Gläser weisen insbesondere eine geringe Glasübergangstemperatur auf, sodass sie sich hervorragend für die hier beschriebene Anwendung eignen. Beispielsweise wird TeC^l^Os als Glas eingesetzt. Die Glasübergangstemperatur von TeC^l^Os ist ungefähr 280 °C, was eine Verarbeitung bei einer Temperatur von 300 °C ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die ferromagnetischen Partikel zumindest eines der folgenden Elemente auf: Fe, Ni, Co. Die Partikel können dabei aus einem der genannten Elemente oder einer Verbindung mit dem Element bestehen. Beispielsweise werden die ferromagnetischen Partikel aus einer Legierung mit zumindest einem der Elemente gebildet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die ferromagnetischen Partikel einen Durchmesser von einschließlich 10 Nanometer bis einschließlich 5 Mikrometer auf. Bevorzugt weisen die ferromagnetischen Partikel einen Durchmesser von einschließlich 10 Nanometer bis einschließlich 1 Mikrometer, bevorzugt einschließlich 50 Nanometer bis einschließlich 500 Nanometer auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ferromagnetischen Partikel zu einem Anteil von höchstens 30 Gew.-%, bevorzugt von höchstens 20 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 10 Gew.-% in dem Matrixmaterial vorhanden .
Durch den Anteil der ferromagnetischen Partikel in dem Matrixmaterial und den Durchmesser der ferromagnetischen Partikel wird ein effektiver Wärmeeintrag in das Matrixmaterial während des induktiven Erwärmens der ferromagnetischen Partikel ermöglicht. Die Konzentration und die Partikelgröße der ferromagnetischen Partikel sind so gewählt, dass es nicht zu einem Kurzschluss der Anschlusselemente des optoelektronischen Bauelements kommt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und des optoelektronischen Bauelements ergeben sich aus den folgenden, in Verbindung mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Die Figuren 1A bis IC zeigen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel anhand von schematischen Schnittdarstellungen .
Die Figuren 2A bis 2E zeigen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel anhand von schematischen Schnittdarstellungen .
Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Aufbringen eines Matrixmaterials gemäß zweier Ausführungsbeispiele anhand jeweils einer schematischen Schnittdarstellung.
Figur 5 zeigt ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel anhand einer schematischen Schnittdarstellung .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Neben den in den Figuren dargestellten Elementen können die Ausführungsformen weitere Elemente, wie zum Beispiel Zwischenschichten aufweisen, die jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind.
In einem ersten Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel wird, wie in Verbindung mit Figur 1A gezeigt, ein Substrat 1 bereitgestellt. Insbesondere handelt es sich bei dem Substrat 1 um ein Aufwachssubstrat für eine Halbleiterschichtenfolge 2. Beispielsweise handelt es sich bei dem Substrat 1 um Saphir.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird auf das Substrat 1 eine Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht und so bereitgestellt. Dieser Schritt ist in Verbindung mit der Figur 1B dargestellt. Beispielsweise wird die
Halbleiterschichtenfolge 2 durch ein epitaktisches Aufwachsen auf dem Substrat 1 bereitgestellt. Die
Halbleiterschichtenfolge 2 weist einen aktiven Bereich 3 auf, der elektromagnetische Strahlung erzeugen oder detektieren kann.
Auf einer dem Substrat 1 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 wird in einem nächsten Verfahrensschritt ein Matrixmaterial 4 aufgebracht, wie in Figur IC dargestellt ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Matrixmaterial 4 um ein niedrigschmelzendes Glas, wie zum Beispiel Te02V20s. Das Matrixmaterial 4 enthält ferromagnetische Partikel 5 und ist mittels der ferromagnetischen Partikel 5 durch induktives Erwärmen erwärmbar. Die ferromagnetischen Partikel sind beispielsweise Nanopartikel, die Fe aufweisen oder aus Fe bestehen.
Nachdem das Matrixmaterial 4 mit den ferromagnetischen Partikeln 5 auf die Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht ist, erfolgt ein induktives Erwärmen der ferromagnetischen Partikel 5. Dabei weicht das Matrixmaterial 4 zumindest teilweise auf. Für das induktive Erwärmen wird eine Spule in die Nähe des Matrixmaterials 4 mit den ferromagnetischen Partikeln 5 gebracht. Durch Anlegen eines Wechselstroms oder einer Wechselspannung wird ein Wechselfeld in den ferromagnetischen Partikeln 5 erzeugt. Durch das Wechselfeld werden in den ferromagnetischen Partikeln 5 Wirbelströme erzeugt und Ummagnetisierungen können in den ferromagnetischen Partikeln 5 auftreten. Dabei entsteht eine Verlustwärme, die zu einer Erwärmung der ferromagnetischen Partikel 5 führt.
Die auf diese Weise erwärmten ferromagnetischen Partikel 5 übertragen die Wärme auf das sie umgebende Matrixmaterial 4. Die ferromagnetischen Partikel 5 dienen also dazu das Matrixmaterial 4 indirekt zu erwärmen. Ein Erwärmen des Matrixmaterials 4 führt zu einer Verringerung der Viskosität des Matrixmaterials 4. Mit anderen Worten weicht das Matrixmaterial 4 auf.
Nach dem induktiven Erwärmen der ferromagnetischen Partikel 4 und damit auch des Matrixmaterials 5 erfolgt ein Aushärten des Matrixmaterials 4. Bei einem Glas als Matrixmaterial 4 erfolgt das Aushärten durch ein Abkühlen, beispielsweise auf Raumtemperatur. Das ausgehärtete Matrixmaterial 4 bildet zumindest Teil eines Trägers 6. Der Träger 6 verleiht dem fertigen optoelektronischen Bauelement Stabilität und ermöglicht eine einfache Anbringung auf übergeordnete Bauteile .
Im Zusammenhang mit dem Figuren 2A bis 2E wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei werden die optoelektronischen Bauelemente im Verbund dargestellt und nach Abschluss aller Verfahrensschritte vereinzelt.
In der Figur 2A ist gezeigt, dass eine Anschlussschicht 8 auf eine einem Substrat 1 abgewandten Seite einer Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht wird. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist dabei, wie im Zusammenhang mit den Figuren 1A und 1B beschrieben, epitaktisch auf das Substrat 1 aufgewachsen.
Insbesondere handelt es sich bei der Anschlussschicht 8 der Figur 2A um eine Metallschicht, beispielsweise aus Ag. Die Anschlussschicht 8 ermöglicht eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2. Außerdem kann die Anschlussschicht 8 zumindest teilweise reflektierend für elektromagnetische Strahlung ausgebildet sein, die im aktiven Bereich 3 der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugt oder detektiert werden kann. Dadurch wird ein Strahlungsverlust im fertigen optoelektronischen Bauelement verringert.
Auf die Anschlussschicht 8 werden Anschlusselemente 9 aufgebracht, wie im Figur 2B gezeigt ist. Die Anschlussschicht 8 und die Anschlusselemente 9 bilden zusammen eine Anschlussstruktur 7. Über die Anschlusselemente 9 kann ein fertiges optoelektronisches Bauelement beispielsweise elektrisch an eine Leiterplatte angeschlossen werden. Die Anschlusselemente 9 sind aus einem Metall, insbesondere Ni gebildet.
In einem weiteren Verfahrensschritt, der in Figur 2C dargestellt ist, wird ein Matrixmaterial 4 auf die Anschlussstruktur 7, die die Anschlusselemente 9 und die Anschlussschicht 8 umfasst, aufgebracht. Zwei mögliche Ausführungsbeispiele dieses Verfahrensschrittes sind im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschrieben.
Das Matrixmaterial 4 enthält ferromagnetische Partikel 5 und ist bevorzugt elektrisch isolierend ausgebildet. Insbesondere handelt es sich bei dem Matrixmaterial 4 um niedrigschmelzendes Glas, beispielsweise Te02V20s. Das Matrixmaterial 4 wird so aufgebracht, dass es die Anschlusselemente 9 lateral vollständig umschließt. Mit anderen Worten sind alle Seitenflächen der Anschlusselemente 9 vollständig von dem Matrixmaterial 4 bedeckt. Bevorzugt sind die ferromagnetischen Partikel 5 in dem Matrixmaterial 4 so angeordnet, dass es zu keinem elektrischen Kurzschluss von zwei benachbarten Kontaktelementen 9 kommt. Dementsprechend sind ein Durchmesser und eine Konzentration der ferromagnetischen Partikel 5 in dem Matrixmaterial gewählt.
Um eine vollständige Bedeckung der Anschlusselemente 9 mit dem Matrixmaterial 4 zu erreichen, wird das Matrixmaterial durch induktives Erwärmen der ferromagnetischen Partikel 5 erwärmt und damit aufgeweicht. Anschließend wird das Matrixmaterial 4 beispielsweise durch Abkühlen auf Raumtemperatur ausgehärtet und bildet so einen Träger 6.
Insbesondere kann ein Tempern des Matrixmaterials 4 durch erneutes Erwärmen mittels induktiven Erwärmens der ferromagnetischen Partikel 5 durchgeführt werden. Durch das Tempern können optische und/oder mechanische Eigenschaften des Matrixmaterials 4 beeinflusst werden. Beispielsweise wird das Matrixmaterial 4 durch das Tempern gehärtet.
Nach dem Aushärten des Matrixmaterials 4 mit den ferromagnetischen Partikel 5 wird, wie in Verbindung mit Figur 2D gezeigt, das Substrat 1 durch Laser-Lift-off entfernt. Dadurch werden Strahlungsverluste, beispielsweise durch das Substrat 1 hervorgerufene Absorption von elektromagnetischer Strahlung, die im aktiven Bereich 3 der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugt oder detektiert wird, vermieden oder zumindest verringert.
In Verbindung mit Figur 2E ist ein Verfahrensschritt gezeigt, bei dem das Matrixmaterial 4 zum Teil abgetragen wird. Insbesondere wird zum Abtragen des Matrixmaterials 4 ein chemisch-mechanisches Polieren angewendet. Es wird so viel Matrixmaterial 4 abgetragen, dass eine der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Oberfläche der Anschlusselemente 9 frei von Matrixmaterial 4 ist. Die Anschlusselemente 9 reichen also durch das Matrixmaterial 4 des Trägers 6 hindurch und schließen an einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite bündig ab. Mit anderen Worten werden die Anschlusselemente 9 durch das Abtragen des Matrixmaterials 4 freigelegt und können zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 eingesetzt werden.
Zur Fertigstellung eines optoelektronischen Bauelements werden die im Verbund hergestellten Bauelemente durch ein Trennverfahren vereinzelt. In einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements wird, wie im Zusammenhang mit Figur 3 gezeigt, ein Matrixmaterial 4, das ferromagnetische Partikel 5 enthält, als Platte 10 aufgebracht. Durch ein induktives Erwärmen der ferromagnetischen Partikel 5 und damit auch einem Erwärmen des Matrixmaterials 4 erweicht das Matrixmaterial 4. Mit anderen Worten verringert sich die Viskosität des Matrixmaterials 4. Dadurch ist es möglich, dass das Matrixmaterial 4 zwischen Anschlusselemente 9 fließt, die auf einer Halbleiterschichtenfolge 2 aufgebracht sind. Bevorzugt werden alle freiliegenden Oberflächen der Anschlusselemente 9 mit dem Matrixmaterial 4 bedeckt. Die Anschlusselemente 9 und darunter liegende Schichten können durch das Matrixmaterial vor mechanischer Belastung geschützt werden.
Als Alternative zu der in Figur 3 gezeigten Methode zum Aufbringen des Matrixmaterials 4, kann das Matrixmaterial 4 als Suspension 11 aufgebracht werden. Solch ein Vorgehen ist in Verbindung mit Figur 4 gezeigt. Die Suspension 11 weist Partikel des Matrixmaterials 4 und die ferromagnetischen Partikel 5 auf, die in einem Lösungsmittel suspendiert sind. Als Lösungsmittel wird beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und einem Alkohol eingesetzt. Weiterhin kann der Suspension 11 ein Bindemittel zugefügt sein. Die Suspension 11 wird durch ein drucktechnisches Verfahren, wie beispielsweise Rakeln oder Siebdruck, auf die Anschlussstruktur 7 aufgebracht. Aufgrund der geringen Viskosität der Suspension 11 bedeckt die Suspension die Anschlussstruktur 7 vollständig. Das heißt alle vor dem Aufbringen des Matrixmaterials 4 freiliegenden Oberflächen der Anschlussstruktur 7 werden von der Suspension 11 bedeckt. Bevor die ferromagnetischen Partikel 5 induktiv erwärmt werden, wobei sich auch das Matrixmaterial 4 erwärmt, wird das Lösungsmittel der Suspension 11 zumindest teilweise entfernt. Die Anschlussstruktur 7 ist dann hauptsächlich von Partikeln des Matrixmaterials 4 und den ferromagnetischen Partikeln 5 umgeben.
Damit sich ein zusammenhängender Träger 6 aus dem als Suspension 11 aufgebrachten Matrixmaterial 4 bildet, wird das Matrixmaterial 4 mittels der ferromagnetischen Partikel 5 erwärmt. Die ferromagnetischen Partikel 5 werden dabei durch Induktion erwärmt und übertragen ihre Wärme auf das sie umgebende Matrixmaterial 4. Durch das Erwärmen weichen die Partikel des Matrixmaterials 4 auf und verbinden sich zu einer durchgängigen und zusammenhängenden Schicht.
Die Figur 5 zeigt ein optoelektronisches Bauelement 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das mit einem hier beschriebenen Verfahren darstellbar ist. Das optoelektronische Bauelement 12 weist eine Halbleiterschichtenfolge 2 auf, die einen aktiven Bereich 3 umfasst. Der aktive Bereich 3 ist dazu eingerichtet elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Bei dem optoelektronischen Bauelement handelt es sich in diesem Fall beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip.
Auf der Halbleiterschichtenfolge 2 ist eine Anschlussschicht 8 angeordnet. Bevorzugt handelt es sich bei der Anschlussschicht 8 um eine Metallschicht, die zumindest teilweise reflektierend ausgebildet ist. Beispielsweise weist die Anschlussschicht 8 Ag auf oder ist aus Ag gebildet. Die Anschlussschicht 8 dient dazu elektromagnetische Strahlung, die in dem aktiven Bereich 3 erzeugt wird, zu reflektieren und so Strahlungsverluste im optoelektronischen Bauelement 12 zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge 2 über die Anschlussschicht 8 elektrisch kontaktiert werden.
Weiterhin weist das optoelektronische Bauelement 12 zwei Anschlusselemente 9 auf, die zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 eingerichtet sind. Beispielsweise sind die Anschlusselemente aus einem Metall, insbesondere Ni gebildet. Die zwei Anschlusselemente 9 und die Anschlussschicht 8 bilden zusammen eine Anschlussstruktur 7 aus. Die Anschlusselemente 9 sind auf einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite der Anschlussschicht 2 aufgebracht.
Für die mechanische Stabilisierung weist das optoelektronische Bauelement 12 weiterhin einen Träger 6 auf. Der Träger 6 umfasst ein Matrixmaterial 4. Das Matrixmaterial 4 ist elektrisch isolierend ausgebildet. So wird ein Kurschluss der Anschlusselemente 9 verhindert. Das Matrixmaterial 4 ist beispielsweise ein niedrigschmelzendes Glas, insbesondere TeChl^Os. Die Verwendung eines niedrigschmelzenden Glas als Matrixmaterial 4 ist bevorzugt, da hierdurch eine thermische Belastung anderer Elemente des optoelektronischen Bauelements 12, insbesondere der Anschlussschicht 8 bei der Herstellung verringert wird. Im Gegensatz zu herkömmlich verwendeten organischen Polymeren, wie beispielsweise einem Epoxidharz, als Matrixmaterial 4 ist das optoelektronische Bauelement 12 mit höheren Temperaturen belastbar .
Das Matrixmaterial 4 umgibt Seitenflächen der Anschlusselemente 9 vollständig. Die Anschlusselemente 9 reichen durch das Matrixmaterial 4 hindurch. Der Anschlussschicht 8 abgewandte Oberflächen der Anschlusselemente 9 und des Matrixmaterials 4 schließen bündig miteinander ab.
Das Matrixmaterial 4 enthält ferromagnetische Partikel 5. Die ferromagnetischen Partikel 5 können dazu eingesetzt werden das Matrixmaterial 4 indirekt zu erwärmen. Dabei werden die ferromagnetischen Partikel 5 vorzugsweise durch Induktion erwärmt. Insbesondere weisen die ferromagnetischen Partikel 5 Fe auf oder sind aus Fe gebildet. Die ferromagnetischen Partikel sind gleichmäßig in dem Matrixmaterial 4 verteilt, um einen gleichmäßigen Wärmeeintrag in das Matrixmaterial 4 zu erreichen. Beispielsweise handelt es sich bei den ferromagnetischen Partikeln 5 um Nanopartikel, die einen Durchmesser von einschließlich 50 Nanometer bis einschließlich 500 Nanometer aufweisen. Um einen Kurzschluss der Anschlusselemente 9 durch die ferromagnetischen Partikel 5 zu vermeiden, beträgt der Anteil an ferromagnetischen Partikeln 5 in dem Matrixmaterial höchstens 40 Gew.-%.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 Halbleiterschichtenfolge 3 aktiver Bereich
4 Matrixmaterial
5 ferromagnetische Partikel
6 Träger 7 Anschlussstruktur 8 AnschlussSchicht
9 Anschlusselement
10 Platte 11 Suspension
12 optoelektronisches Bauelement

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements umfassend die Schritte:
- Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (2),
- Aufbringen eines Matrixmaterials (4), wobei das Matrixmaterial (4) ferromagnetische Partikel (5) enthält und wobei das Matrixmaterial (4) mittels der ferromagnetischen Partikel (5) durch induktives Erwärmen erwärmbar ist,
- induktives Erwärmen der ferromagnetischen Partikel (5), wobei das Matrixmaterial zumindest teilweise aufweicht,
- Aushärten des Matrixmaterials (4), wobei das Matrixmaterial (4) zumindest Teil eines Trägers (6) bildet.
2. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach Anspruch 1, wobei das Matrixmaterial (4) als Suspension (11) aufgebracht wird.
3. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach Anspruch 1, wobei das Matrixmaterial (4) als vorgefertigte Platte (10) aufgebracht wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (2) auf einem Aufwachssubstrat (1) aufgewachsen wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Aufwachssubstrat (1) nach dem Aushärten des Matrixmaterials
(4) zumindest teilweise entfernt wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Aufbringen des Matrixmaterials (4) eine Anschlussstruktur (7) umfassend eine Anschlussschicht (8) und Anschlusselemente (9) auf die Halbleiterschichtenfolge (2) aufgebracht wird.
7. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Aushärten des Matrixmaterials (4) ein Teil des Matrixmaterials (4) abgetragen wird.
8. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Matrixmaterial (4) ein Glas oder ein anorganisches oder organisches Polymer umfasst.
9. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen im Verbund hergestellt wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei nach einem Abtragen des Matrixmaterials (4) die optoelektronischen Bauteile vereinzelt werden.
11. Optoelektronisches Bauelement (12) umfassend:
- eine Halbleiterschichtenfolge (2), die zur Erzeugung oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, und
- einen Träger (6), der ein Matrixmaterial (4) aufweist, das ferromagnetische Partikel (5) enthält.
12. Optoelektronisches Bauelement (12) nach Anspruch 11, bei dem zwischen der Halbleiterschichtenfolge (2) und dem Träger (6) eine Anschlussschicht (8) angeordnet ist.
13. Optoelektronisches Bauelement (12) nach Anspruch 12, bei dem die Anschlussschicht (8) zumindest stellenweise reflektierend ausgebildet ist.
14. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das optoelektronische Bauelement Anschlusselemente (9) zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge (2) aufweist .
15. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 14, bei dem die Anschlusselemente (9) durch das Matrixmaterial (4) des Trägers (6) hindurchreichen.
16. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, bei dem die Anschlusselemente (9) und der Träger (6) an ihren der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite bündig miteinander abschließen.
17. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem das Matrixmaterial (4) ein Glas umfasst oder aus einem Glas besteht .
18. Optoelektronisches Bauelement (12) nach Anspruch 17, bei dem das Glas eine Glasübergangstemperatur von höchstens 350 °C aufweist .
19. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, bei dem das Glas ein Telluritglas, ein Bismutglas, ein Vanadatglas oder eine Mischung zumindest zweier dieser Gläser ist.
20. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem die ferromagnetischen Partikeln (5) zumindest eines der folgenden Elemente aufweisen: Fe, Ni, Co.
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