WO2012156514A1 - Optoelektronischer halbleiterchip, optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip, optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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semiconductor chip
optoelectronic
semiconductor
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Dominik Eisert
Torsten Baade
Michael Zitzlsperger
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Definitions

  • the present disclosure relates to an optoelectronic semiconductor chip, an optoelectronic semiconductor component and a method for producing an optoelectronic semiconductor component.
  • the semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip or a laser diode.
  • the semiconductor chip has a semiconductor body which is designed to emit primary light.
  • Semiconductor body contains a pn junction, a double heterostructure or a light generation
  • Quantum well structure The semiconductor body - in particular the pn junction, the double heterostructure or the
  • Quantum well structure - based for example on an inorganic semiconductor material, such as a III / V compound semiconductor material such as AlInGaN or a II / VI compound semiconductor material such as ZnSe.
  • an inorganic semiconductor material such as a III / V compound semiconductor material such as AlInGaN or a II / VI compound semiconductor material such as ZnSe.
  • a III / V compound semiconductor material such as AlInGaN
  • II / VI compound semiconductor material such as ZnSe.
  • it is a semiconductor body based on
  • InGaN which emits blue light as primary light.
  • primary light is understood as meaning the electromagnetic radiation generated by the semiconductor body
  • ultraviolet spectral range In a further development, it has an intensity maximum in the blue spectral range.
  • the wavelength of the intensity maximum is, for example, between 400 nm and 470 nm, the limits being included.
  • the optoelectronic component has the semiconductor chip and a carrier element.
  • the semiconductor chip is on the
  • the carrier element is a printed circuit board, for example a printed circuit board.
  • the semiconductor chip is, for example, with the so-called
  • Chip-on-board (COB) technology mounted on the circuit board which is known in the art in principle.
  • the carrier element is designed as a basic housing.
  • it comprises a lead frame, which is molded with a housing body.
  • the housing base body has a dark, especially black, color.
  • the base housing has a recess in which the semiconductor chip is mounted.
  • the component is in particular for equipping a
  • Printed circuit board provided.
  • the surface mount device (SMT) or through-mount, also known as through hole technology, is suitable on the printed circuit board.
  • Secondary light by means of wavelength conversion of at least a portion of the primary light is formed.
  • secondary light is the wavelength-converted light generated by the luminescence conversion element by means of absorption of primary light
  • the primary light comes in particular from the Emission of the semiconductor chip.
  • the secondary light has in one embodiment at least one intensity maximum, the
  • the intensity maximum is green (520-565 nm), yellow (565-575 nm), orange (575-595 nm), or red (595-800 nm).
  • the luminescence conversion element on a first plate.
  • the luminescence conversion element additionally has a second plate.
  • a "plate” is in particular a substantially prism-shaped
  • corners and / or edges can be rounded, recesses such as a missing corner in plan view are possible and / or
  • the plate has a in
  • Base area is less than or equal to 10%, preferably less than or equal to 5%, of the distance of the entire top surface of the base surface.
  • the plate is particularly produced separately and prefabricated in a development. For example, it is suitable for the production of the semiconductor chip or
  • the platelet is preferably mechanically self-supporting, that is to say in particular that it does not bend or does not significantly bend on a length scale of an edge length of the semiconductor chip
  • Thickness of the first platelet is 50 ym or greater, preferably 100 ym or greater, in particular 120 ym or greater, for example 150 ym or greater
  • the thickness is 250 ym or smaller, preferably 200 ym or smaller.
  • the first platelet has a thickness between 100 ym and 200 ym, in particular between 120 ym and 150 ym, the boundaries each being included. The same thicknesses are also suitable for the second plate.
  • the first plate for the primary radiation is at least partially permeable.
  • the first tile is at least partially permeable.
  • transparent In contrast, it may also be translucent, for example it contains light-scattering particles in a transparent matrix material.
  • the first tile is to
  • the first wafer contains a phosphor.
  • it contains particles of an inorganic
  • the matrix material may be, for example Epoxy resin or a silicone resin.
  • the wafer may contain a ceramic containing the phosphor
  • the phosphor can be applied to a transparent or translucent carrier, for example to a glass carrier or ceramic carrier.
  • the phosphor is printed on the carrier or electrophoretically deposited on the carrier. This way, a very thin and highly concentrated
  • Phosphor layer (for example with a
  • the carrier may, for example, the second plate or a
  • phosphors come, for example, phosphors
  • Garnet structure such as (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5O12: Ce (for example, for yellow secondary light) and Lu 3 Al 5 0i 2 : Ce (for example, for green secondary light) in question.
  • nitride phosphors such as (Ba, Sr, Ca) 2 S1 5 N 8 : Eu, oxinitride phosphors
  • Crystal systems is similar, are conceivable.
  • the phosphor particles have, for example, an average diameter (also called median or d.sub.o) of 5 .mu.m or more, preferably 10 .mu.m or more, in particular 15 .mu.m or more.
  • the average diameter has, for example, a value of 50 ym or less.
  • the first plate is at a first portion of a radiation for
  • the second plate is fastened in particular to a surface of the first plate facing away from the semiconductor body and is spaced from the semiconductor body.
  • the first plate is by means of a transparent or translucent
  • Adhesive layer attached to the first portion.
  • the thickness of the adhesive layer is in particular less than half, more preferably less than a quarter, particularly preferably less than ten percent of the thickness of the first platelet. For example, it has a thickness of 10 ym or less.
  • the thickness of the adhesive layer has a value of 0.5 ⁇ m or more.
  • the second plate can also be with one
  • Adhesive layer to be attached to the first plate.
  • unevennesses of the bonded surfaces of the semiconductor body, of the first platelet and / or of the second platelet can be advantageously compensated.
  • the first platelet may directly adjoin the second platelet.
  • it is made directly on the second tile.
  • it is by means of a cast, screen printing, electrophoresis,
  • a section of the second plate covers at least the second partial area.
  • the second plate or at least the section of the second plate is in particular for the primary radiation
  • the committee in the production of Semiconductor chips is advantageously low.
  • the risk of unwanted outcoupling of primary light can be reduced, which is undesirably decoupled from the adhesive layer next to the first plate.
  • the second plate can be the same in plan view
  • an edge region of the second plate projects laterally beyond the semiconductor body, and the edge region is designed to be absorbent and / or reflective and / or scattering for the primary radiation. In this way, the risk is reduced with advantage that of the
  • the second includes
  • Platelet diffuser particles which are contained in a matrix material, in particular a glass or a plastic such as epoxy resin or silicone resin.
  • a matrix material in particular a glass or a plastic such as epoxy resin or silicone resin.
  • Semiconductor chips can be achieved in plan view. Likewise, a good mixing of primary and secondary light can be achieved.
  • the second includes
  • Slide a phosphor This may be the same phosphor or the same phosphor mixture as in the first platelet. Like the first
  • the luminescent material (s) can be embedded in a glass matrix, a plastic matrix, for example an epoxy resin or silicone resin matrix, or in a ceramic Be contained material.
  • the second plate, the portion and / or the edge region for the primary light is designed to be absorbent.
  • the second plate or the section is formed by means of the phosphor or phosphor mixture for the emission of secondary light.
  • a continuing education contains the second
  • Platelet is transparent or translucent.
  • the first and second platelets may contain the same phosphor or phosphor mixture or different phosphors.
  • the intensity maximum of the phosphor contained in the first plate is preferably at a larger wavelength than the intensity maximum of that in the second plate
  • the second includes
  • the absorbent material may be, for example, very highly doped YAG: Ce with a Absorption band at about 460 nm to act ZnSe, M0S 2 and / or 3C-SiC.
  • 3C-SiC is silicon carbide having a cubic crystal structure and a band gap in the visible spectral region.
  • the absorbent material may be contained in the form of particles in the second plate having, for example, average diameters of 5 ⁇ m or more, preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 15 ⁇ m or more.
  • the scattering is thus particularly low.
  • ion glasses which are commercially available, for example, from the Schott company with the serial designation "BG", are suitable as wavelength-selective filters.
  • an ion glass contains at least the elements Zn, K, Si and O.
  • the wavelength-selective filter comprises an organic or inorganic dye, for example a green, yellow, orange or red
  • the second plate, the portion and / or the edge region for the primary light is formed absorbing.
  • wavelength-selective filter alternatively or additionally a layer stack in which layers of a material having a high refractive index and layers of a material having a low refractive index alternately follow one another.
  • the layer stack is for example on one
  • Carrier for example made of plastic, glass, sapphire or 4H-SiC, deposited.
  • 4H-SiC is a modification of
  • the layer stack is preferably arranged between the semiconductor body and the carrier. In this way, the risk of damage to the plastic is reduced by the primary radiation.
  • the second plate, the portion and / or the edge region for the primary light is designed to be reflective.
  • a particularly efficient luminescence conversion element can be achieved, since the primary light from the layer stack is contained in a phosphor
  • the layer stack contains between 10 and 20 pairs of layers with an SiO 2 layer (for example with a
  • a plurality of sections with layer pairs of different thickness are stacked in particular one above the other.
  • the desired wavelength selectivity can be achieved for a particularly wide range of angles of incidence of the primary and secondary light, respectively become.
  • the layer pairs have a thickness of 50 nm in the first section and a thickness of 55 nm in the second section.
  • a first, a second and a third section follow one another, wherein the layer pairs in the first section have a thickness of 50 nm, in the second section of 52 nm and in the third section of 55 nm.
  • the second plate comprises a reflector layer, for example a reflective layer, which covers the second partial area.
  • Reflector layer is designed to be reflective in particular for primary radiation and secondary radiation.
  • it contains or consists of at least one metal such as Au, Ag and / or Al.
  • the reflector layer expediently leaves at least a part of the first subarea uncovered, that is to say it does not overlap or only partially overlap with the first platelet in a plan view of the second platelet.
  • the reflector layer covers a peripheral edge region of the semiconductor body in plan view of the second wafer. Protrudes a border area of the second
  • the reflector layer is preferably on the edge region
  • the reflector layer is applied.
  • the reflector layer is applied.
  • Middle area of the second plate free, which completely overlaps in plan view with the first plate.
  • the reflector layer may be made on a transparent or translucent support, such as a glass or plastic support.
  • the production can be one
  • Metallization step such as vapor deposition, as well as a
  • Structuring process such as using a shadow mask when Vapor deposition, by photolithography or by laser structuring.
  • a shadow mask when Vapor deposition by photolithography or by laser structuring.
  • Reflector layer contain or consist of gold.
  • gold absorbs blue primary light and reflects yellow secondary light.
  • the semiconductor chip is provided for emitting light which causes a red, orange, yellow or green color impression.
  • a semiconductor chip is suitable, for example, as a red or green light source for projection devices.
  • Light intensity can be achieved for projection applications.
  • the semiconductor chip can be used as a light source for a motor vehicle light, for example as an orange light source for a flashing light or warning light or as a red light source for a rear or brake light.
  • the first and / or the second plate are designed to be absorbent and / or reflective for the primary radiation such that the
  • Secondary light surface provided at most three percent, preferably at most two percent, more preferably at most one percent of the radiation power of a surface facing the semiconductor body
  • the semiconductor chip is formed vollkonvertierend.
  • the color saturation is - in particular the ratio of the radiation power of
  • Secondary to primary radiation for example, larger or equal to 95%, for example greater than or equal to 96%,
  • the primary light has an intensity maximum at a wavelength of 440 nm or less, for example at a wavelength between 440 nm and 400 nm, with the limits included.
  • the primary light has an intensity maximum at a wavelength of 440 nm or less, for example at a wavelength between 440 nm and 400 nm, with the limits included.
  • At least one electric field is provided on the partial area of the outer surface of the semiconductor body left free by the first plate
  • the optoelectronic component has an electrical according to at least one embodiment
  • the electrical connection conductor is, for example, a bonding wire or a
  • the lead has, for example, a thickness of 50 ym or less.
  • a bonding wire having a cross section between 30 ym and 40 ym is used, with the boundaries included.
  • a ladder tape has a rectangular shape
  • Example at least 1.5 times or at least twice as large as its height.
  • the width is the extent in the plane of the surface of the electrical connection point, on which the conductor strip is fixed, the height of the rectangular cross-section is the extension perpendicular to this surface.
  • the height has a value of at most 30 ym.
  • the conductor strip is a strip-shaped metal foil.
  • the second plate covers at least the electrical connection conductor
  • Terminal conductor projects beyond the semiconductor body at least in the area covered by the second plate
  • connection conductor in this region projects beyond the semiconductor body by 100 ⁇ m or less, in one embodiment by 50 ⁇ m or less, for example by 45 ⁇ m or less.
  • the second plate is advantageously spaced from the bonding wire or conductor strip.
  • Connection point takes place - in particular in contrast to a bonding wire - preferably without a so-called bond-ball.
  • the conductor band protrudes particularly little beyond the outer surface of the semiconductor body, so that the thickness of the first plate can be selected to be particularly small.
  • the semiconductor body is laterally surrounded by a reflective mass which leaves at least the first subregion of the outer surface provided for the emission of primary light.
  • the mass is on the circuit board
  • the reflective mass contains reflective particles, for example, TiO 2 particles in a matrix material such as a silicone resin or epoxy resin.
  • the embedding of the semiconductor body in the reflective mass can advantageously, for example, the danger
  • the semiconductor body and the first plate are surrounded by the reflective mass and the reflective mass covers the second portion at least in places.
  • the first contains
  • platelets either a ceramic material with phosphor or it is transparent or translucent formed without wavelength conversion properties.
  • the adhesive layer with which the first plate can be fixed on the semiconductor body is laterally surrounded by the reflective mass. In this way, the risk of emission of primary light from other locations of the semiconductor body than the first portion on which the first plate is mounted, further reduced.
  • the first contains
  • the filler particles are glass beads.
  • Expansion coefficients of the semiconductor chip enclosing the potting compound of the component adapted.
  • Alternative to Using a filler can also be used to adjust the thermal expansion coefficients for the matrix material, a similar material as for the potting compound.
  • the optoelectronic component has a reflector cavity and a reflector layer.
  • the reflector cavity has an opening with a first portion which is covered with the reflector layer and a second portion which is uncovered by the reflector layer.
  • the reflector cavity is formed by the recess of the base housing.
  • Reflektorkavtician mirrored, in particular by means of a silver and / or aluminum layer and / or by means of - for example, highly reflective - white color layer.
  • the reflector layer is applied, for example, to a carrier, with which the opening - in particular completely - is covered.
  • the carrier is mounted as a lid on the basic housing.
  • the second subregion overlaps completely with the semiconductor body in a plan view of the opening.
  • the holder body has a central area and one around the central area
  • the reflector layer covers the opening including the edge region of the semiconductor body down to the middle region.
  • Converter plate is constructed, for example, as the first plate described above, when it is provided with a phosphor. By means of the reflector layer, the risk is reduced that primary light of the
  • the covers Part of the side of the semiconductor body, in particular around the semiconductor body, arranged in an edge region of the opening.
  • the covers are part of the side of the semiconductor body, in particular around the semiconductor body, arranged in an edge region of the opening.
  • Reflector layer has a central region of the opening, which completely overlaps with the semiconductor body, while a peripheral region, in particular a completely around the
  • Light extraction is provided from the device.
  • Such a configuration is, for example, for components with a Lumineszenzkonversionsverguss, the
  • a Lumineszenzkonversionsverguss contains, for example, particles of a particular inorganic
  • Phosphor in a plastic matrix such as an epoxy or silicone resin.
  • the above-mentioned materials are particularly suitable.
  • the reflector layer for example, a
  • vollkonvertierendes component can be achieved with a particularly low height.
  • Lumineszenzkonversionsvergusses on the semiconductor body does not need to be chosen so large that, for example, perpendicularly emitted from the outer surface of the semiconductor body facing away from the carrier element primary light when first passing through the Lumineszenzkonversionsvergusses
  • Semiconductor body is fully absorbed to the opening. Rather, the unabsorbed portion of the primary light is reflected back to the reflector layer in the Lumineszenzkonversionsverguss.
  • the carrier element is provided for the semiconductor body. Subsequently, the semiconductor body is mounted on the carrier element. Subsequent to the fixing of the semiconductor body, the electrical connection conductor is fastened to the semiconductor body and to the carrier element.
  • the lead is at least in places with the second
  • the first plate is attached to the before connecting the lead
  • the luminescence conversion element with the first and the second plate is produced and the Luminescent zenzkonversionselernent is subsequently to the
  • the first platelet can be bonded to the second platelet by means of an adhesive layer. If the luminescence conversion element with the first and second platelets is first prepared and the composite of the first and second platelets following on the
  • Platelets may be deposited on the second platelet or the second platelet may be on the first platelet
  • Isolated luminescence conversion elements For example, one with a layer sequence of layer pairs with
  • a second plate which has a glass carrier and a
  • wavelength-selectively reflecting layer stack on the glass carrier and a first plate containing a phosphor isolated.
  • Optoelectronic semiconductor chip having a semiconductor body, which is designed for the emission of primary light, and a Luminescence conversion element, the emission of
  • Secondary light by means of wavelength conversion of at least a portion of the primary light is formed indicated.
  • Luminescence conversion element has a first plate, which is attached to a first portion of an outer surface of the semiconductor body provided for the emission of primary light, and a second portion of this
  • Lumineszenzkonversionselement a second plate, which is attached to a side facing away from the semiconductor body surface of the first plate and spaced from the semiconductor body.
  • the first tile is for the
  • a portion of the second plate covers at least the second portion. At least the section of the second
  • Platelet is designed for the primary radiation absorbing and / or reflective and / or scattering.
  • the semiconductor chip emits particularly little primary light, which does not affect the first and / or second
  • Reflector cavity a semiconductor light-emitting body, which is designed to emit primary light, in the reflector cavity and a luminescence conversion element, which is designed to emit secondary light by means of wavelength conversion of at least a portion of the primary light.
  • the reflector cavity has an opening, a first Part of the opening is covered with a reflector layer. A second portion of the opening is uncovered by the reflector layer. The luminescence conversion element completely overlaps with the second portion in plan view of the opening.
  • FIG. 1A shows an optoelectronic semiconductor chip according to FIG. 1A
  • Figure 1B is a schematic plan view of the
  • FIG. 3A to 3E are schematic sectional views through
  • FIG. 4A shows a schematic sectional view of an optoelectronic semiconductor chip according to a third aspect
  • FIG. 4B shows a schematic top view of the FIG
  • Figure 4C is a schematic sectional view of a
  • FIG. 5 a schematic sectional view through an optoelectronic component according to a first aspect
  • Figures 6A to 6D show various stages of a method for
  • Figures 7A to 7D are schematic sectional views of a
  • FIG. 8 is a schematic sectional view through an optoelectronic component according to a fourth aspect
  • FIG. 10 is a schematic sectional view of an optoelectronic component according to FIG.
  • Figure IIA is a schematic plan view of a
  • Optoelectronic component according to a seventh aspect
  • Figure IIB is a schematic sectional view of
  • Figure 12A is a schematic plan view of a
  • Figure 12B is a schematic sectional view of
  • Figure 13 is a schematic sectional view of a
  • Figure 14 is a schematic sectional view of a
  • FIG. 15 the dependence of the color saturation
  • FIG. 16 the dependence of the color saturation on the
  • FIG. 17 shows the CIE diagram with different ranges of color locations
  • FIG. 18 shows the reflectivity of the layer stack of the color chart
  • FIG. 1A shows a schematic view of an optoelectronic semiconductor chip according to a first aspect
  • the semiconductor chip 1 contains an optoelectronic
  • the semiconductor body 10 has a
  • the semiconductor layer sequence 11 contains a pn junction, a double heterostructure or a quantum well structure as an active layer for light generation, that is to say for generating primary light.
  • the semiconductor layer sequence 11, in particular the active layer is based on a nitride Compound semiconductor material such as AlInGaN, which in particular comprises GaN, InGaN and AlGaN. It is epitaxially deposited on the substrate 12, for example.
  • the substrate 12 can also be a carrier substrate which is different from the growth substrate of the semiconductor layer sequence 11 and onto which the semiconductor layer sequence is applied, for example, after its epitaxial production.
  • a substrateless semiconductor body 10 without growth substrate or carrier substrate 12 is also conceivable.
  • the semiconductor body 10 is provided to emit primary light emitted by the semiconductor layer sequence during operation from an outer surface 101 opposite the substrate 12.
  • the outer surface is, for example, parallel to the main extension planes of the layers of the
  • the luminescence conversion element 20 On the outer surface 101, a luminescence conversion element 20 is applied.
  • the luminescence conversion element 20 contains a first plate 21 and a second plate 22.
  • the first plate 21 is fastened on the outer surface 101 of the semiconductor body 10 by means of an adhesive layer 30.
  • the second plate 22nd At the side facing away from the semiconductor body 10 side of the first plate 21 this is the second plate 22nd
  • the second plate 22 is drawn to better representability of the underlying structures only in the form of a dashed outline.
  • the first plate 21 covers a first portion
  • first portion 1011 is in plan view of the first plate 21 covered by this and the second portion 1012 is uncovered by the first plate 21 (see Figure 1B).
  • an electrical connection point 13 is arranged.
  • this is a bondpad.
  • the electrical connection point 13 can partially or completely cover the second partial area 1012. In one embodiment, the electrical extends
  • the second plate 22 projects beyond the semiconductor body 10 and the first plate 21 laterally. In particular, a portion of the second plate 22 covers the second portion 1012 of the radiation-emitting outer surface 101 of the
  • the semiconductor body 10 has, for example, in plan view a square contour with an edge length of 1 mm.
  • the second plate 22, for example, also has one
  • both the first plate 21 and the second plate 22 contain a phosphor, in particular the same phosphor.
  • the phosphors for example, the materials specified earlier are suitable.
  • the two plates 21 and 22 are each mechanical
  • one of the platelets 21, 22 or both platelets 21, 22 are made of a ceramic material, in particular of a phosphor ceramic.
  • the phosphor particles have, for example, an average diameter (also called median or ds o) of 15 ⁇ m or more, preferably 20 ⁇ m or more, for example 30 ⁇ m or more.
  • the average diameter has, for example, a value of 50 ym or less.
  • the average diameter is, for example, based on a micrograph of a
  • the diameter may be, for example, the diameter of the smallest sphere - im
  • Phosphorus particles of such diameter is the ratio of absorption to scattering in the interaction of
  • Phosphor particles of this diameter are also suitable for all other embodiments of the luminescence conversion element 20.
  • the first plate has, for example, a thickness between 50 and 200 ym, in particular between 100 and 150 ym, wherein the
  • Borders are included. The same thicknesses are also suitable for the second plate 22.
  • Adhesive layer 30 for example, has a thickness of about 1 ym to 10 ym, with the limits included.
  • the second plate 22 is arranged at a predetermined distance from the semiconductor body 10 by means of the first plate 21.
  • the second plate 22, the first plate 21 and the semiconductor body 10 form a cavity which contains the second subregion 1012 of the light-emitting outer surface 101 of the semiconductor body 10.
  • the concentration C of the phosphor in the first plate 21 is selected such that a part of the at a
  • the proportion is for example 10% or more, in one embodiment 20% or more, in particular based on the radiation power.
  • the concentration of the phosphor in the first plate is, for example, 70% by weight or
  • the phosphor portion is in volume percent, i. Vol%, between about one quarter and about one sixth of the weight percentage, i.e., about 1 / 6th.
  • the density of the phosphor is, for example, between about 4 g / cm 3 and 6 g / cm 3 and the density of the matrix material into which the
  • Luminescent substance has a density of about 1 g / cm 3 .
  • Layer corresponds in this case to a proportion of about 15-20% by volume.
  • the second plate is designed to be absorbent by means of the phosphor for the primary radiation.
  • the second plate 22 is intended to absorb primary light emitted by the second subregion 1012 of the outer surface 101 of the semiconductor body 10.
  • Wavelength conversion is scattered, so it from the
  • FIG. 16 shows the dependence of the color saturation S of FIG.
  • Luminescence conversion element 20 of the wavelength ⁇ of the emission maximum of the semiconductor body 10 emitted from the primary light From Figure 16 shows that the
  • Emission maximum of the primary light is.
  • the semiconductor body 10 emits
  • primary light having an emission maximum at a wavelength of 440 nm or less, for example, the intensity maximum of the primary light is 400 nm.
  • Figure 2 shows a second optoelectronic
  • the second semiconductor body 1 differs from the first semiconductor body in that the second plate 22 of the luminescence conversion element 20 contains no phosphor. Rather, the second plate 22 at the second
  • Semiconductor chip 1 a wavelength-selective filter 221 on. This is on a support, such as a glass plate 222 produced.
  • the wavelength-selective filter 221 has, in particular, a layer stack whose layers are alternately made of a material with a high refractive index and a
  • the layer stack is designed such that it has a high reflectivity for the primary light emitted by the semiconductor body 10.
  • Interference filters such as those wavelength selective
  • the layer stack is formed such that primary light which at an angle of 0 ° to at least 20 ° to the surface normal to the
  • FIG. 2 shows by way of example a light beam 110 of the primary light which strikes the second plate 22 at an angle to the surface normal 220.
  • FIG. 18 shows the dependence of the reflectivity R of the wavelength-selective filter 221 as a function of the wavelength ⁇ for an incident angle of 0 ° (solid line) and an incident angle of 20 ° (dashed line)
  • wavelength-selective filters 221 for light of a wavelength between about 430 nm and about 500 nm, a reflectivity R of almost 100%.
  • this region of high reflectivity is shifted towards smaller wavelengths. At this angle of incidence, the
  • wavelength-selective filters 221 primary light with a
  • Semiconductor body 10 in the second semiconductor chip 1 an emission maximum with a wavelength within this wavelength range.
  • the wavelength of the emission maximum has a value between 440 and 460 nm, with the limits included.
  • the first chip 21 includes, like the semiconductor chip according to the first aspect, a phosphor which is provided for absorbing primary light of the semiconductor body 10 and emitting wavelength-converted secondary light.
  • the secondary light has a
  • the luminescence conversion element 20 is designed to emit secondary light.
  • the secondary light is generated in the first plate 21 and occurs at least partially through the second plate 22 with the
  • wavelength-selective layer stack 221 so that it exits on the side facing away from the semiconductor body 10 and the first plate 21 side of the second plate 22 and thus from the luminescence conversion element 20.
  • Luminescence conversion element 20 designed such that it faces away from the semiconductor body 10 and provided for the emission of secondary light surface
  • the first plate 21 is designed such that it absorbs a portion of the radiation emitted by the semiconductor body 10
  • the first plate 21 in the present semiconductor body inorganic phosphor particles in a plastic matrix, such as a silicone matrix, in a concentration C of about 40% by weight.
  • Wavelength conversion available The inventors have found that in this way a semiconductor chip can be achieved which emits secondary light with particularly high efficiency n.
  • FIG. 15 illustrates this by showing the dependence of the efficiency n in lumens per watt on the concentration of the
  • Saturation S of the light emitted by the first layer 21 is also shown as a function of the concentration C (dashed curve).
  • the color saturation S can be determined, for example, by means of the CIE standard valence system, by changing from the white point W of the CIE color space to the color point which corresponds to that of the first
  • the first chip 21 has an efficiency of over 85% (indicated by the
  • Phosphorus concentration of about 80% by weight is required, which would lead to a loss of efficiency n below 70% (indicated by the dotted lines in FIG. 15).
  • Fluorescent material for example, about 4-6 g / cm 3
  • matrix material density, for example, about 1 g / cm 3
  • Platelet 21 can be achieved.
  • the processing of the mixture for producing the platelet for example when passing through a nozzle, is particularly simple.
  • the second semiconductor chip 1 emits
  • Figure 17 shows the CIE diagram.
  • the CIE diagram also known as the CIE standard color chart, is used to represent the x and y coordinates - indicated in the diagram by Cie_x and Cie_y - of the standard color system developed by the International Lighting Commission (CIE, Commission Internationale de 1 "eclairage) in 1931 and is known in principle to those skilled in the art.
  • CIE International Lighting Commission
  • FIG. 17 shows in the CIE diagram a green color locus G, a white color locus W, and an orange color locus Y.
  • the orange color locus Y is in the CIE Diagram of the points with the (x; y) coordinates (0.544, 0.433), (0.597, 0.390), (0.610, 0.390) and (0.560, 0440) limits and indicates the color loci which are used for flashing lights of motor vehicles according to the provided for this purpose
  • the white area W is obtained from the points with the (x; y) coordinates (0.310, 0.283), (0.433, 0.382), (0.5, 0.382), (0.5, 0.440), (0.453, 0.440) and (0.310; 0348) and indicates the white color loci used in the automotive sector.
  • the green area G is an im
  • a substantially circular area about the coordinate (0.25, 0.625) having a diameter of about 0.08 indicates color loci used for green light sources in semiconductor chip based projection devices.
  • FIGS. 3A to 3E show schematic sectional views through second platelets 22 according to various variants of the luminescence conversion element of the semiconductor chip according to the second aspect.
  • the wavelength-selective filter 221 is attached to the side of the carrier 222 facing away from the semiconductor chip 10, for example the wavelength-selective filter 221 includes the ones for
  • the filter 221 may in turn be formed as a dielectric layer stack as described in the semiconductor chip 1 of the second aspect.
  • the layer stack can be further layers for
  • FIG. 3B shows a variant of the second plate 22, in which the wavelength-selectively reflecting layer stack 221 is applied to a carrier 222 which, unlike the carrier of the semiconductor chip according to the second aspect and the carrier of Figure 3A is not transparent or scattering formed, but contains a dye.
  • the second plate 22 contains two wavelength-selective filters, namely the selectively reflecting layer stack 221 and the colored carrier 222.
  • the dye in the carrier is for example selected such that it is absorbing for primary light and transmissive at least for a spectral portion of the secondary light. For example, with a blue primary light
  • Secondary light emitting first plate 21 is the
  • Dye suitably a yellow, yellow-orange, orange or orange-red dye.
  • the dye is intended to remove a short-wave or a long-wave spectral component of the secondary light emitted by the first plate 21.
  • FIG. 3C shows a schematic sectional representation through a third variant of the second plate 22, in which on the side facing the semiconductor body 10 a
  • Filter layer 223 with a dye and on the
  • Dye layer 223, a wavelength-selective reflective layer stack 221 is applied.
  • Dye layer 223 can be prepared analogously to the dye of
  • FIG. 3D shows a fourth variant of the second plate 22 in a schematic sectional representation.
  • the wavelength-selective reflecting filter 221 is on the side of the transparent body facing the semiconductor body 10
  • a dye layer 223 is arranged on the side of the transparent carrier 222 facing away from the semiconductor body 10, as in the third variant. This is covered with a sealing layer 224, which reduces the risk of scratching the dye layer 223 by mechanical action.
  • the wavelength can be selective
  • reflective layer stacks 221 also be omitted.
  • FIG. 3E shows a fifth variant of the second plate 222, in which the carrier 222 on its side facing the semiconductor body 10 is wavelength-selective
  • Antireflection layer 225 is provided.
  • the antireflective layer includes, as the wavelength selective reflective
  • Filter layer 221 a layer stack of layers with alternating high and low refractive index.
  • layer thicknesses and layer sequence of the antireflective layer stack 225 are expediently chosen such that destructive interference occurs for as many wavelengths and angles of incidence as possible.
  • the production of such antireflection layer stacks with the selection of suitable refractive indices, layer thicknesses and layer sequences is known to the person skilled in the art in principle is known and therefore will not be closer at this point
  • FIGS. 4A and 4B show an optoelectronic
  • the semiconductor chip 1 according to the third aspect differs from the semiconductor chip according to the second aspect in that the second chip 22 has a reflector layer 226 instead of a wavelength-selective filter 221, which is designed to reflect primary light and secondary light.
  • the reflector layer 226 arranged on the side of a transparent carrier 222 facing the semiconductor body 10 covers a circumferential one in plan view of the light output surface 201 of the luminescence conversion element 20
  • a center region of the semiconductor body 10 is uncovered by the reflector layer 226.
  • the reflector layer 226 contains, for example, a metal such as aluminum and / or silver or consists of at least one metal. In a variant, the reflector layer 226 is replaced by a primary and secondary light-absorbing layer, for example a black color layer.
  • Semiconductor body 10 radiated primary light as well as for the radiated from the first plate 21 secondary light in
  • the semiconductor chip 1 according to the present aspect is, for example, for the emission of mixed light from
  • Semiconductor body 10 derived primary light and derived from the first plate 21 secondary light from the decoupling surface 201 is provided. For example, it is in the
  • the semiconductor chip 1 may also be fully converting as the semiconductor chips 1 according to the preceding aspects.
  • the reflector layer 226 is the danger of colored edges, in which, for example, the color of the primary light dominates, in the area of the second
  • Subregion 1012 of the outer surface 101 of the semiconductor body 10 and in the peripheral edge region of the semiconductor body 10 is reduced.
  • FIG. 4C shows a variant of the
  • the first plate is
  • the first plate 21 is made directly on the second plate 22 and adjoins the carrier 222 in the area uncovered by the reflector layer 26.
  • the matrix material provided with the phosphor particles is on the second plate 22
  • the same materials are suitable as for the separately prepared first plate 21.
  • the matrix material is an epoxy resin or silicone resin, which in the Luminescence conversion element 20 according to FIG. 4A can also be used for the adhesive 30 '.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional representation of an optoelectronic component according to a first aspect.
  • the optoelectronic component has a carrier element in the form of a base housing 4, which, for example, a
  • Lead frame 40 includes, which is encapsulated with a housing base 43.
  • the base housing 4 has a recess. At a
  • first portion 41 and a second portion 42 of the lead frame 40 free.
  • an optoelectronic semiconductor chip is attached on the first portion 41. This can be, for example, a
  • Semiconductor chip according to one of the above described aspects act, for example, the semiconductor chip according to the first aspect.
  • the semiconductor chip has a semiconductor body 10 that is electrically conductive with the first section 41 of FIG.
  • Lead frame 40 is connected, for example by means of a solder or an electrically conductive
  • Adhesive is attached to this. On the one of the first
  • Partial area 1012 of the outer surface 101 of the semiconductor body 10 leaves free.
  • Connection conductor 5 attached.
  • connection conductor 5 is
  • electrical connection conductor 5 a so-called bonding wire used.
  • a first end of the bonding wire is fastened to the electrical connection point 13, for example by means of the so-called ball-bonding method.
  • the second end of the bonding wire is pulled next to the semiconductor chip 1 on the second portion 42 of the lead frame and secured there electrically conductive.
  • the so-called “thermosonic ball-Wedge- bonding” is known in the art in principle and therefore will not be explained in detail here.
  • the bonding wire has a thickness of 50 ym or less
  • a thickness of 30 to 40 ym for example, a thickness of 30 to 40 ym, with the limits included.
  • the second plate 22 is arranged, which by means of the first plate 21 of the
  • Semiconductor body 10 is spaced so that it covers the second portion 1012 of the primary light-emitting outer surface 101 of the semiconductor body and a portion of the bonding wire applied thereto, and in particular the bonding ball.
  • the thickness of the first plate 21 is between 100 ym and 200 ym, for example between 100 and 150 ym, with the boundaries each included. In particular, the thickness of the first plate 21 is greater than the height about which the bonding wire in the area covered by the second plate 22 over the outer surface 101 of the
  • Semiconductor body 10 protrudes, so that the second plate 22 is spaced from the bonding wire 5.
  • the recess of the base housing 4 is provided with a
  • transparent potting compound 6 filled.
  • the Potting compound 6 encloses the semiconductor chip 1 and the
  • FIGS. 6A to 6D show schematic sectional representations of various stages of a method for producing an optoelectronic component according to a second aspect.
  • a carrier element 4 is provided.
  • the carrier element 4 is a printed circuit board, for example a printed one
  • the conductor tracks of the printed circuit board 4 are in the
  • circuit board 4 On the circuit board 4 is a
  • soldered onto a conductor track see FIG. 1
  • the first plate 21 by means of an adhesive layer 30 glued.
  • the first plate 21 consists of diffuser particles, such as T1O 2 particles, which are embedded in a matrix material, for example a silicone material.
  • the adhesive layer consists for example of the silicone material or of a silicone material, in which also diffuser particles without
  • the first plate 21 has a thickness D of, for example, 100 to 150 ym.
  • the first plate 21 is, for example, by means of a so-called "pick-and-place" method on the Semiconductor body 10 mounted. For example, it is picked up by means of a gripping arm and positioned and deposited on the chip with the aid of a camera system. Conveniently, the first plate 21 is prefabricated for this purpose before placing, in particular, the matrix material is a curable material - for example, an epoxy resin or a silicone resin - which in the cured state in the
  • Semiconductor body 10 is applied.
  • the first plate 21 is manufactured, for example, by means of a screen printing, stencil printing, casting or sintering method.
  • screen printing the geometric shape of the plate 21 can advantageously be achieved in one production step.
  • a particularly high structural accuracy can be achieved with advantage.
  • Material residues of the material removed between the individual platelets remain on the platelets and / or the platelets can - for example when laser cutting - with oblique
  • Platelet For example, a pick-and-place method can be used with the second plate 22 with higher
  • the first plate 21 can be deposited directly on the semiconductor body 10 and cured there.
  • Figure 6C shown in Figure 6C
  • an electrical connection conductor 5 in particular a bonding wire, is fastened on the second partial area 1012 of the outer surface 101 left free by the first plate 21 by means of a ball-bonding method.
  • the connecting conductor is guided next to the semiconductor body 10 and with a second conductor track of the carrier element 4
  • the bonding wire 5 protrudes, for example, in
  • the second plate 22 - for example, also by means of a
  • Adhesive layer - attached to the first plate 21.
  • the second plate 22 covers the with the bonding wire. 5
  • the second plate 22 contains phosphor particles of an inorganic phosphor in a plastic matrix, for Example of an epoxy resin or silicone matrix.
  • Primary light emitted by the semiconductor body 10 is at least partially secondary to the light by means of the phosphor contained in the second plate 22, for which, for example, the materials described further above are suitable
  • the first plate is used in the semiconductor chip 1 of the second optoelectronic device as a spacer for the second plate 22 and the
  • the thickness of the second plate 22 is also, for example, 100 ⁇ m or more, for example between 100 and 300 ⁇ m. In the present case it has a thickness of 150 ym. In this way, the second plate 22 is mechanically self-supporting and also has a sufficient dimensional stability at the laterally projecting beyond the semiconductor chip 10 or over the first plate 21 areas.
  • Figures 7A to 7D show schematic
  • Component according to a third aspect In contrast to the component according to the second aspect, as a carrier element 4, as in the first component, a base housing is provided with a recess. For ease of illustration, the leadframe 40 is omitted in FIGS. 7A to 7D.
  • Figure 7A shows a stage of the process in which the optoelectronic semiconductor body 10 is mounted in the recess of the base housing. This may, as related explained with the device according to the second aspect, for example by means of soldering or gluing done.
  • Basic housing 4 attached.
  • a conductor strip is used as connecting conductor 5.
  • a conductor strip has a rectangular cross-section with a height that is in particular at most 30 ym.
  • the conductor strip is a strip-shaped metal foil.
  • the conductor strip 5 is present with a so-called
  • protrudes for example, less than 50 ym.
  • FIG. 7B shows a subsequent method step, in which the already completed luminescence conversion element 20 with the first plate 21 and the second plate 22 is deposited on the semiconductor body 10 by means of a so-called pick-and-place method.
  • Lumineszenzkonversionselements 20 directly on the second Platelet 21 deposited.
  • only one adjustment and transfer step for mounting the luminescence conversion element 20 is required during assembly of the component.
  • Luminescence conversion element provided with an adhesive layer 30.
  • the adhesive layer 30 can also be applied to the semiconductor body 10, for example by dripping a drop of silicone.
  • Semiconductor chip 1 of the device according to the second aspect includes the first plate 21 diffuser particles in a silicone matrix and the second plate 22 contains
  • FIG. 7C shows a subsequent stage of the method in which the luminescence conversion element 20 is mounted on the semiconductor body 10. Due to the low height of the
  • Conductor ribbon 5 is the one for the first plate 21st
  • the first plate 21 in the present case has a thickness D of 50 ym.
  • FIG. 7D shows the finished component in which the recess of the base housing 4 is provided with a reflective component
  • Potting compound 6 is filled.
  • the potting compound is one with titanium dioxide particles
  • the potting compound surrounds the semiconductor body 10, the
  • Adhesive layer 30 the first plate 21, the second
  • Bonding wire 5 can be used as an electrical connection conductor.
  • a conductor strip can be used as the electrical connection conductor 5. If a conductor strip is replaced by a bonding wire in one of the components, the
  • FIG. 8 shows a schematic sectional illustration through an optoelectronic component according to a fourth aspect. This differs from the component according to the first aspect in that the electrical connection of the
  • Semiconductor body 10 by means of two bonding wires 5a and 5b takes place. Such a connection is expedient, for example, if the semiconductor body 10 has an electrically insulating substrate 12.
  • the optoelectronic semiconductor body 10 has, on its side facing the luminescence conversion element 20, two electrical connection points 13, which in particular for n-side and p-side contacting of the
  • Terminal conductor 5A is connected to the first section 41 of
  • the second electrical connection conductor 5B is connected to the second electrical connection point and the second portion 42 of the lead frame.
  • the connection takes place for example in an analogous manner as described in the preceding aspects.
  • the present device also differs from the device according to the first aspect in that the
  • an optical element 7, for example, a Plankonvexlinse, is placed, which covers in particular the opening of the recess of the base housing 4.
  • the luminescence conversion element 20 is of the
  • FIG. 9 shows an optoelectronic component according to a fifth aspect in a schematic sectional representation.
  • the component differs from the component according to the first aspect in that the second portion 42 of the leadframe is not contained in a bottom surface of the recess of the base housing 4. Instead, it is elevated relative to the floor surface.
  • This arrangement is also suitable for the other components with basic housing 4.
  • a bottom portion-exposed second portion 42 of the lead frame 40 as in the device of the first aspect is also suitable for the present device.
  • the semiconductor body 10 is laterally with a reflective potting compound 6 in the present device
  • Potting compound 6 can either be gas-filled, for example, air-filled, or filled with a translucent or transparent further potting compound. As with the device according to the fourth aspect, the opening of the recess of the
  • FIG. 10 shows a schematic sectional view of a
  • Component according to a sixth aspect which substantially corresponds to the device according to the first aspect. Deviating from this, in turn, the opening of the recess of
  • the recess of the base housing 4 is filled with a reflective potting compound 6, which the
  • Semiconductor body 10 and the second plate 22 fills.
  • the surface of the reflective filling compound 6 facing away from the bottom surface of the depression of the base housing 4 closes with the surface facing the semiconductor body 10
  • Plate 22 is thus above the reflective potting compound 6, in particular in a gap between the
  • Figures IIA and IIB show an optoelectronic
  • Component according to a seventh aspect in a schematic plan view and in a schematic sectional view.
  • the component has a reflector cavity 8. This is in the present device of the circulating
  • the side surface 81 is an annular surface that surrounds the bottom surface 82.
  • the circumferential side surface 81 is formed from a plurality of segments, for example in a truncated pyramid-shaped reflector cavity 8 of the
  • the base housing 4 is formed, for example, by molding a lead frame 40 with a housing base 43.
  • the lead frame 40 and / or the housing base 42 may be reflective or, as shown in Figure IIB, with a reflective coating, for example a
  • Metal layer in particular a silver layer may be provided.
  • the semiconductor chip 1 has a semiconductor body 10 with a semiconductor layer sequence 11 which, for light generation, has a pn junction, a double heterostructure or a semiconductor layer
  • the semiconductor body 1 has a luminescence conversion element 20, which is fastened on an outer surface 101 of the semiconductor body 10 facing away from the bottom surface 82 and intended for the emission of primary light.
  • the semiconductor body 10 is by means of
  • the luminescence conversion element 20 is for emitting secondary light by means of wavelength conversion of at least part of the semiconductor body 10
  • the luminescence conversion element 20 is, for example, an applied on the semiconductor body 10 before or after mounting in the base housing 4, with a phosphor
  • the luminescence conversion element 20 is in one embodiment of the side surface 81st
  • An opening 80 of the reflector cavity 8 is provided with a
  • Reflector layer 9 covered. This is at a
  • the reflector layer has at least one metal such as aluminum and / or silver or consists of at least one metal.
  • the reflector layer 9 is applied, for example, to a carrier 90.
  • the carrier 90 is transparent or translucent, in particular diffusely scattering. Alternatively, it may contain a dye.
  • the reflector layer 9 covers a first portion 810 of the opening 80, while a second portion 820 of the
  • Opening 80 of the reflector layer 9 is uncovered.
  • the second portion 82 is expediently for Light emission provided. This is the second one
  • Subarea 820 a central region of the opening 80, the first portion 810, an around the central region 820 encircling edge region of the opening 80th
  • the luminescence conversion element 20 of the first portion 810 in plan view of the reflector layer 9 is covered.
  • the luminescence conversion element 20 is designed, for example, such that less than one percent of the
  • Lumineszenzkonversionselement 20 is coupled, the luminescence conversion element 20 at its from the
  • Primary radiation for example, is coupled obliquely into the edge region of the luminescence conversion element 20 is absorbed to a lesser extent in this, so that a part of this primary radiation, for example, from the
  • the semiconductor body can emit primary radiation from its side edges.
  • the reflector layer 9 is advantageously reduced the risk that unconverted primary radiation the opening 80 is coupled out of the component.
  • the reflector layer 9 is suitable for the reflectionor layer 9
  • Luminescence conversion element 20 to reflect, so that they can be wavelength converted to secondary radiation there. In this way, the conversion efficiency of the
  • Figures 12A and 12B show an opto-electronic
  • Component according to an eighth aspect in a schematic plan view and in a schematic sectional view.
  • the device is different from the device according to the seventh aspect in that the first portion 810 covered by the reflector layer 9 is a central portion of the opening 80 of the reflector cavity 8 and one around the
  • Part 820 forms. In a plan view of the opening 80 of the central region 810 projects laterally on all sides over the
  • the luminescence conversion element 20 in contrast to the previous embodiment, is not a layer that is part of the semiconductor chip 1. Rather, that is
  • Luminescence conversion element 20 as potting compound
  • the reflector cavity 8 is filled and which encapsulates the semiconductor body 10.
  • the reflector cavity 8 is completely with the
  • Luminescence conversion element 20 filled.
  • the height of the potting compound 20 over the semiconductor body 10 and the phosphor concentration C in the potting compound are in the present case selected such that a proportion of at least ten percent, in particular of at least twenty percent, of the radiation intensity of the primary radiation perpendicularly radiated from the outer surface 101 of the semiconductor body 10 on the side facing away from the semiconductor body 10
  • Lumineszenzumhüllung 20 hits the reflector layer 9.
  • the luminescence conversion element is shaped so that primary radiation, which is radiated at a larger angle from the outer surface 101, so that its optical path - without consideration of scattering and
  • the reflector layer preferably less than or equal to two percent, for example less than or equal to one percent.
  • the risk of color inhomogeneous light emission of the component from the opening 80 of the reflector cavity 8 is particularly low.
  • a particularly flat component can be achieved with advantage.
  • FIG. 13 shows a schematic cross section through an optoelectronic component according to a ninth aspect.
  • Subregion 820 is not completely formed around the semiconductor chip 1 encircling. Instead, the second portion 820 present in the present case a laterally against the Semiconductor chip 1 offset recess of the reflector layer 9. For example, the recess is formed by a hole through the reflector layer 9 and the carrier 90.
  • Potting compound is for example through the hole in the
  • Reflektorkavmaschine 8 filled. It fills the reflector cavity 8 in this case only partially. The overlap
  • FIG. 14 shows a schematic cross section through an optoelectronic component according to a tenth aspect.
  • This component differs from the component according to the seventh aspect (see FIGS. IIA and IIB) in that the luminescence conversion layer 20 is not applied to the semiconductor body 10 as platelets. Instead, it is applied to the carrier 90 in such a way that it covers the portion 820 left free by the reflector layer 9.
  • each of the various semiconductor chips is for each of
  • Components suitable and the methods are suitable for the production of each of the components.
  • the invention includes any novel feature as well as any combination of features in the exemplary embodiments and claims, even if this combination is not explicitly stated.

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Abstract

Es werden ein optoelektronischer Halbleiterchip, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Gemäß einem Aspekt weist der optoelektronische Halbleiterchip (1) einen Halbleiterkörper (10), der zur Emission von Primärlicht ausgebildet ist, und ein Lumineszenzkonversionselement (20), das zur Emission von Sekundärlicht mittels Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des Primärlichts ausgebildet ist, auf. Das Lumineszenzkonversionselement (20) weist insbesondere ein erstes Plättchen (21) und ein zweites Plättchen (22) auf. Das erste Plättchen (21) ist an einem ersten Teilbereich (1011) einer zur Abstrahlung von Primärlicht vorgesehenen Außenfläche (101) des Halbleiterkörpers (10) befestigt und lässt einen zweiten Teilbereich (1012) dieser Außenfläche (101). Das zweite Plättchen (22) ist an einer von dem Halbleiterkörper (10) abgewandten Oberfläche des ersten Plättchens (21) befestigt und von dem Halbleiterkörper (10) beabstandet. Das erste Plättchen (21) ist für die Primärstrahlung zumindest teilweise durchlässig ausgebildet. Ein Abschnitt des zweiten Plättchens (22) überdeckt zumindest den zweiten Teilbereich (1012). Zumindest der Abschnitt des zweiten Plättchens (22) ist für die Primärstrahlung absorbierend und/oder reflektierend und/oder streuend ausgebildet.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip, optoelektronisches
Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterchip, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102011050450.8 vom 18. Mai 2011, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Konventionelle optoelektronische Halbleiterchips und
optoelektronische Bauelemente, die einen Primärlicht
emittierenden Halbleiterkörper und ein Sekundärlicht
emittierendes Lumineszenzkonversionselement aufweisen, strahlen oft einen unerwünschten Primärlichtanteil ab.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen optoelektronischen Halbleiterchip sowie ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, die besonders wenig unerwünschtes Primärlicht abstrahlen.
Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen
Halbleiterchip, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben. Der Offenbarungsgehalt der Patentansprüche wird hiermit durch Rückbezug explizit in die Beschreibung mit aufgenommen. Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Der Halbleiterchip ist beispielsweise ein Leuchtdiodenchip oder eine Laserdiode.
Der Halbleiterchip weist einen Halbleiterkörper auf, der zur Emission von Primärlicht ausgebildet ist. Der
Halbleiterkörper enthält zur Lichterzeugung einen pn- Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine
Quantentopfstruktur . Der Halbleiterkörper - insbesondere der pn-Übergang, die Doppelheterostruktur oder die
Quantentopfstruktur - basiert beispielsweise auf einem anorganischen Halbleitermaterial, etwa einem III/V- Verbindungshalbleitermaterial wie AlInGaN oder einem II/VI- Verbindungshalbleitermaterial wie ZnSe. Beispielsweise handelt es sich um einen Halbleiterkörper auf Basis von
InGaN, der blaues Licht als Primärlicht emittiert.
Als „Primärlicht" wird im vorliegenden Zusammenhang die vom Halbleiterkörper erzeugte elektromagnetische Strahlung verstanden. Das Primärlicht hat insbesondere ein
Intensitätsmaximum im infraroten, sichtbaren oder
ultravioletten Spektralbereich. Bei einer Weiterbildung hat es ein Intensitätsmaximum im blauen Spektralbereich. Die Wellenlänge des Intensitätsmaximums liegt beispielsweise zwischen 400 nm und 470 nm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind .
Es wird zudem ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das optoelektronische Bauelement weist den Halbleiterchip und ein Trägerelement auf. Der Halbleiterchip ist auf dem
Trägerelement befestigt. Bei zumindest einer Ausgestaltung ist das Trägerelement eine Leiterplatte, zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte. Der Halbleiterchip ist beispielsweise mit der sogenannten
„Nacktchipmontage" (COB, chip-on-board) -Technologie auf der Leiterplatte befestigt, die dem Fachmann im Prinzip bekannt ist .
Bei einer anderen Ausgestaltung ist das Trägerelement als Grundgehäuse ausgebildet. Beispielsweise umfasst es einen Leiterrahmen, der mit einem Gehäusegrundkörper umspritzt ist. Bei einer Ausgestaltung hat der Gehäusegrundkörper eine dunkle, insbesondere schwarze, Farbe. Bei einer Weiterbildung weist das Grundgehäuse eine Vertiefung auf, in welcher der Halbleiterchip montiert ist.
Im Fall eines als Grundgehäuse ausgebildeten Trägerelements ist das Bauelement insbesondere zur Bestückung einer
Leiterplatte vorgesehen. Beispielsweise ist das Bauelement zur Oberflächenmontage (SMT, surface mount technology) oder zur Durchsteckmontage, auch als „through hole technology" bekannt, auf der Leiterplatte geeignet.
Bei zumindest einer Ausgestaltung weisen der
optoelektronische Halbleiterchip und/oder das
optoelektronische Bauelement ein
Lumineszenzkonversionselement auf, das zur Emission von
Sekundärlicht mittels Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des Primärlichts ausgebildet ist. Als „Sekundärlicht" wird im vorliegenden Zusammenhang das von dem Lumineszenzkonversionselement mittels Absorption von Primärlicht erzeugte wellenlängenkonvertierte Licht
verstanden. Das Primärlicht stammt insbesondere von der Emission des Halbleiterchips. Das Sekundärlicht hat bei einer Ausgestaltung mindestens ein Intensitätsmaximum, das
gegenüber dem Intensitätsmaximum des Primärlichts zu einer größeren Wellenlänge verschoben ist. Beispielsweise liegt das Intensitätsmaximum im grünen (520-565 nm) , gelben (565-575 nm) , orangen (575-595 nm) oder roten (595-800 nm)
Spektralbereich .
Bei zumindest einer Ausgestaltung weist das
Lumineszenzkonversionselement ein erstes Plättchen auf. Bei einer Weiterbildung weist das Lumineszenzkonversionselement zusätzlich ein zweites Plättchen auf.
Unter einem „Plättchen" wird im vorliegenden Zusammenhang insbesondere ein im Wesentlichen prismenförmiges ,
insbesondere ein im Wesentlichen quaderförmiges, oder im Wesentlichen scheibenförmiges Element verstanden. „Im
Wesentlichen" bedeutet dabei beispielsweise, dass Ecken und/oder Kanten abgerundet sein können, Aussparungen wie eine in Draufsicht fehlende Ecke möglich sind und/oder
Seitenflächen des Plättchens nicht vollkommen senkrecht zu der Grundfläche stehen müssen.
Bei einer Ausgestaltung hat das Plättchen eine im
Wesentlichen konstante Dicke. Das bedeutet insbesondere, dass die Differenz zwischen den Abständen zweier beliebiger
Teilstücke einer der Grundfläche des Plättchens
gegenüberliegenden Deckfläche des Plättchens von der
Grundfläche kleiner oder gleich 10 %, vorzugsweise kleiner oder gleich 5%, des Abstands der gesamten Deckfläche von der Grundfläche ist. Das Plättchen ist insbesondere separat herstellbar und bei einer Weiterbildung vorgefertigt. Beispielsweise ist es dazu geeignet, bei der Herstellung des Halbleiterchips bzw.
Halbleiterbauelements mittels eines sogenannten „pick-and- place"-Verfahrens verarbeitet zu werden. Das Plättchen ist bevorzugt mechanisch selbsttragend, das heißt insbesondere, dass es sich auf einer Längenskala einer Kantenlänge des Halbleiterchips nicht oder nicht signifikant verbiegt. Bei zumindest einer Ausgestaltung ist die Dicke des ersten Plättchens 50 ym oder größer, vorzugsweise 100 ym oder größer, insbesondere 120 ym oder größer, beispielsweise 150 ym oder größer. Bei einer Weiterbildung ist die Dicke 250 ym oder kleiner, vorzugsweise 200 ym oder kleiner.
Beispielsweise hat das erste Plättchen eine Dicke zwischen 100 ym und 200 ym, insbesondere zwischen 120 ym und 150 ym, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Die gleichen Dicken sind auch für das zweite Plättchen geeignet. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist das erste Plättchen für die Primärstrahlung zumindest teilweise durchlässig ausgebildet. Beispielsweise ist das erste Plättchen
transparent. Alternativ kann es auch transluzent sein, beispielsweise enthält es lichtstreuende Partikel in einem transparenten Matrixmaterial.
Bei einer Weiterbildung ist das erste Plättchen dazu
ausgebildet, einfallendes Primärlicht ohne
Wellenlängenkonversion zu transmittieren . Bei einer anderen Ausgestaltung enthält das erste Plättchen einen Leuchtstoff. Beispielsweise enthält es Partikel eines anorganischen
Leuchtstoffs in einem insbesondere transparenten
Matrixmaterial. Das Matrixmaterial kann beispielsweise ein Epoxidharz oder ein Silikonharz sein. Alternativ kann das Plättchen ein den Leuchtstoff enthaltendes keramisches
Material oder eine den Leuchtstoff enthaltende Glasmatrix aufweisen oder daraus bestehen.
Als weitere Alternative kann der Leuchtstoff auf einen transparenten oder transluzenten Träger, zum Beispiel auf einen Glasträger oder Keramikträger, aufgebracht sein.
Beispielsweise ist der Leuchtstoff auf den Träger aufgedruckt oder elektrophoretisch auf dem Träger abgeschieden. Auf diese Weise kann eine sehr dünne und hoch konzentrierte
LeuchtstoffSchicht (beispielsweise mit einer
Leuchtstoffkonzentration 50 Vol-% oder mehr, insbesondere von bis zu 60 Vol-%) erzielt werden, so dass eine besonders gute Wärmeableitung vom Leuchtstoff in den Träger erzielbar ist. Die Gefahr einer Überhitzung, insbesondere durch Stokes- Wärme, in der LeuchtstoffSchicht ist so besonders gering. Der Träger kann zum Beispiel das zweite Plättchen oder ein
Bestandteil des zweiten Plättchens sein.
Als Leuchtstoffe kommen zum Beispiel Leuchtstoffe mit
Granatstruktur wie (Y, Gd) 3 (AI , Ga) 5O12 : Ce (beispielsweise für gelbes Sekundärlicht) und Lu3Al50i2:Ce (beispielsweise für grünes Sekundärlicht) in Frage. Auch Nitridleuchtstoffe wie (Ba, Sr, Ca) 2S15N8 : Eu, Oxinitridleuchtstoffe
(Ba, Sr, Ca) S12O2 2 : Eu, Orthosilikatleuchtstoffe wie
(Ba, Sr, Ca) 2S1O4 : Eu, Chlorosilikatleuchtstoffe wie
CasMg (S1O4) 4CI2 :Eu und Sulfidleuchtstoffe in Frage. Auch
Leuchtstoffe mit einer Kristallstruktur, die ein Abkömmling einer dieser Kristallsysteme oder zu einem dieser
Kristallsysteme ähnlich ist, sind denkbar. Beispielsweise kann eine Mischung aus einem gelbes Sekundärlicht
emittierenden Oxinitridleuchtstoff mit einem rotes Sekundärlicht emittierenden Nitridleuchtstoff verwendet sein. Bei einer solchen Mischung ist der Farbort des Sekundärlichts besonders gut einstellbar. Die Leuchtstoffpartikel haben beispielsweise einen mittleren Durchmesser (auch Median oder ds o genannt) von 5 ym oder mehr, vorzugsweise von 10 ym oder mehr, insbesondere von 15 ym oder mehr. Der mittlere Durchmesser hat beispielsweise einen Wert von 50 ym oder weniger. Mit LeuchtstoffPartikeln solcher Durchmesser ist das Verhältnis von Absorption zu Streuung bei der Wechselwirkung der Partikel mit dem
Primärlicht besonders groß.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist das erste Plättchen an einem ersten Teilbereich einer zur Abstrahlung von
Primärlicht vorgesehenen Außenfläche des Halbleiterkörpers befestigt und lässt einen zweiten Teilbereich dieser
Außenfläche frei. Das zweite Plättchen ist insbesondere an einer von dem Halbleiterkörper abgewandten Oberfläche des ersten Plättchens befestigt und von dem Halbleiterkörper beabstandet .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist das erste Plättchen mittels einer transparenten oder transluzenten
Klebstoffschicht an dem ersten Teilbereich befestigt.
Alternativ kann es direkt auf dem Halbleiterkörper
hergestellt sein. Die Dicke der Klebstoffschicht beträgt insbesondere weniger als die Hälfte, besonders bevorzugt weniger als ein Viertel, besonders bevorzugt weniger als zehn Prozent der Dicke des ersten Plättchens. Beispielsweise hat sie eine Dicke von 10 ym oder weniger. Bei einer
Weiterbildung hat die Dicke der Klebstoffschicht einen Wert von 0,5 ym oder mehr. Das zweite Plättchen kann ebenfalls mit einer solchen
Klebstoffschicht an dem ersten Plättchen befestigt sein.
Mittels der Klebstoffschicht (en) können Unebenheiten der verklebten Oberflächen des Halbleiterkörpers, des ersten Plättchens und/oder des zweiten Plättchens mit Vorteil ausgeglichen sein.
Alternativ kann das erste Plättchen direkt an das zweite Plättchen angrenzen. Beispielsweise ist es direkt auf dem zweiten Plättchen hergestellt. Beispielsweise ist es mittels eines Guss-, Siebdruck-, Elektrophorese-,
Sprühbeschichtungs („spray coating")- oder
Schleuderbeschichtungs („spin coating" ) -Verfahrens auf das zweite Plättchen aufgebracht.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung überdeckt ein Abschnitt des zweiten Plättchens zumindest den zweiten Teilbereich. Das zweite Plättchen oder zumindest der Abschnitt des zweiten Plättchens ist für die Primärstrahlung insbesondere
absorbierend und/oder reflektierend und/oder streuend
ausgebildet .
Auf diese Weise ist mit Vorteil die Gefahr verringert, dass von dem zweiten Teilbereich abgestrahltes Primärlicht in unerwünschter Weise von dem Halbleiterchip ausgekoppelt wird. Beispielsweise im Fall eines ersten Plättchens, das einen Teil der Primärlicht abstrahlenden Außenfläche des
Halbleiterkörpers frei lässt - zum Beispiel im Fall eines zu kleinen oder dezentriert aufgebrachten erstes Plättchens -, können mittels des zweiten Plättchens die
Emissionseigenschaften verbessert werden, so dass
insbesondere der Ausschuss bei der Produktion der Halbleiterchips vorteilhaft gering ist. Zudem kann beispielsweise die Gefahr von unerwünschter Auskopplung von Primärlicht reduziert sein, das aus der KlebstoffSchicht unerwünscht neben das erste Plättchen ausgekoppelt wird.
Das zweite Plättchen kann in Draufsicht die gleichen
Abmessungen haben wie der Halbleiterkörper. Gemäß zumindest einer anderen Ausgestaltung überragt ein Randbereich des zweiten Plättchens den Halbleiterkörper seitlich und der Randbereich ist für die Primärstrahlung absorbierend und/oder reflektierend und/oder streuend ausgebildet. Auf diese Weise ist mit Vorteil die Gefahr reduziert, dass von den
Seitenflanken des Halbleiterkörpers, der KlebstoffSchicht und/oder des ersten Plättchens austretendes Primärlicht in unerwünschter Weise vom Halbleiterchip abgestrahlt wird.
Bei zumindest einer Ausgestaltung enthält das zweite
Plättchen Diffusorpartikel , die in einem Matrixmaterial, insbesondere einem Glas oder einem Kunststoff wie Epoxidharz oder Silikonharz, enthalten sind. Auf diese Weise ist das zweite Plättchen, der Abschnitt und/oder der Randbereich für das Primärlicht streuend ausgebildet. So kann mit Vorteil eine besonders gute Homogenität im Aussehen des
Halbleiterchips in Draufsicht erzielt werden. Ebenso ist eine gute Durchmischung von Primär- und Sekundärlicht erzielbar.
Bei zumindest einer Ausgestaltung enthält das zweite
Plättchen einen Leuchtstoff. Dabei kann es sich um den gleichen Leuchtstoff oder das gleiche Leuchtstoffgemisch wie bei dem ersten Plättchen handeln. Wie bei dem ersten
Plättchen kann der/die Leuchtstoff (e) in einer Glasmatrix, einer Kunststoffmatrix, zum Beispiel einer Epoxidharz- oder Silikonharzmatrix, eingebettet oder in einem keramischen Material enthalten sein. Mittels des Leuchtstoffs ist das zweite Plättchen, der Abschnitt und/oder der Randbereich für das Primärlicht absorbierend ausgebildet. Zusätzlich ist das zweite Plättchen bzw. der Abschnitt mittels des Leuchtstoffs oder Leuchtstoffgemischs zur Emission von Sekundärlicht ausgebildet. Bei einer Weiterbildung enthält das zweite
Plättchen mindestens einen Leuchtstoff und das erste
Plättchen ist transparent oder transluzent ausgebildet.
Alternativ können das erste und das zweite Plättchen den gleichen Leuchtstoff bzw. das gleiche Leuchtstoffgemisch oder verschiedene Leuchtstoffe enthalten. In diesem Fall liegt das Intensitätsmaximums des in dem ersten Plättchen enthaltenen Leuchtstoffs vorzugsweise bei einer größeren Wellenlänge als das Intensitätsmaximum des in dem zweiten Plättchen
enthaltenen Leuchtstoffs, wodurch eine besonders hohe
Gesamteffizienz der Wellenlängenkonversion erzielbar ist. Auch die umgekehrte Anordnung ist jedoch denkbar. Mittels zweier Leuchtstoff enthaltender Plättchen ist eine besonders gute Einstellung des Farborts des vom Halbleiterchip
ausgekoppelten Lichts möglich.
Bei zumindest einer Ausgestaltung enthält das zweite
Plättchen einen wellenlängenselektiven Filter, der zur
Transmission von Sekundärlicht und zur Absorption und/oder Reflexion von Primärlicht ausgebildet ist. Auf diese Weise ist ein besonders effizienter Halbleiterchip erzielbar.
Bei einer Weiterbildung ist einem Matrixmaterial zur
Ausbildung des wellenlängenselektiven Filters ein selektiv absorbierendes Material, insbesondere in Form von Partikeln, beigemischt. Bei dem absorbierenden Material kann es sich zum Beispiel um sehr hoch dotiertes YAG:Ce mit einer Absorptionsbande bei ca. 460 nm, um ZnSe, M0S2 und/oder 3C- SiC handeln. 3C-SiC ist insbesondere Siliziumkarbid, das eine kubische Kristallstruktur und eine Bandlücke im sichtbaren Spektralbereich hat. Das absorbierende Material kann in Form von Partikeln in dem zweiten Plättchen enthalten sein, die beispielsweise mittlere Durchmesser von 5 ym oder mehr, vorzugsweise von 10 ym oder mehr, insbesondere von 15 ym oder mehr haben. Vorteilhafterweise ist so die Streuung besonders gering .
Auch sogenannte Ionengläser, die zum Beispiel von der Firma Schott mit der Serienbezeichnung „BG" kommerziell erhältlich sind, kommen als wellenlängenselektive Filter in Frage.
Beispielsweise enthält ein Ionenglas zumindest die Elemente Zn, K, Si und 0.
Bei einer Weiterbildung umfasst der wellenlängenselektive Filter einen organischen oder anorganischen Farbstoff, beispielsweise einen grünen, gelben, orangen oder roten
Farbstoff. Mittels des Farbstoffs ist das zweite Plättchen, der Abschnitt und/oder der Randbereich für das Primärlicht absorbierend ausgebildet.
Bei einer anderen Weiterbildung umfasst der
wellenlängenselektiver Filter alternativ oder zusätzlich einen Schichtstapel, in dem Schichten aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex und Schichten aus einem Material mit einem niedrigen Brechungsindex abwechselnd aufeinander folgen. Der Schichtstapel ist beispielsweise auf einem
Träger, beispielsweise aus Kunststoff, Glas, Saphir oder 4H- SiC, abgeschieden. 4H-SiC ist eine Modifikation von
Siliziumkarbid, deren Bandlücke außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegt. Bei Verwendung eines Kunststoffträgers ist der Schichtstapel vorzugsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet. Auf diese Weise ist die Gefahr einer Beschädigung des Kunststoffs durch die Primärstrahlung reduziert.
Mittels des Schichtstapels ist das zweite Plättchen, der Abschnitt und/oder der Randbereich für das Primärlicht reflektierend ausgebildet. Mittels eines wellenlängenselektiv reflektierenden Schichtstapels ist ein besonders effizientes Lumineszenzkonversionselement erzielbar, da das Primärlicht von dem Schichtstapel in einen Leuchtstoff enthaltenden
Bereich des Lumineszenzkonversionselements zurück reflektiert wird, wo es wieder für die Wellenlängenkonversion zur
Verfügung steht.
Beispielsweise enthält der Schichtstapel zwischen 10 und 20 Schichtpaare mit einer S i02-Schicht (z.B. mit einem
Brechungsindex n=l, 4 ) und einer Si3N4-Schicht (z.B. mit einem Brechungsindex n=l, 8 ) . Anstelle der S i 3N4-Schichten kann eine Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n > 1,9, vorzugsweise n > 1,95, insbesondere n > 2 verwendet sein, zum Beispiel eine Schicht aus einem Titanoxid wie Titandioxid, aus einem Tantaloxid wie beispielsweise Ta20s oder einem Hafniumoxid wie Hf 02. Auf diese Weise ist ein großer
Reflexionsgrad im blauen Spektralbereich und eine großer
Transmissionsgrad im gelben und/oder orangen Spektralbereich erzielbar .
Bei einer Ausgestaltung mehrere Abschnitte mit Schichtpaaren unterschiedlicher Dicke. Die Abschnitte sind insesondere übereinander gestapelt. Auf diese Weise kann die gewünschte Wellenlängenselektivität für einen besonders großen Bereich von Einfallswinkeln des Primär- bzw. Sekundärlichts erzielt werden. Beispielsweise haben die Schichtpaare in dem ersten Abschnitt eine Dicke von 50 nm und in dem zweiten Abschnitt eine Dicke von 55 nm. Bei einer Weiterbildung folgen ein erster, ein zweiter und ein dritter Abschnitt aufeinander, wobei die Schichtpaare in dem ersten Abschnitt eine Dicke von 50 nm, in dem zweiten Abschnitt von 52 nm und in dem dritten Abschnitt von 55 nm haben.
Bei einer anderen Weiterbildung umfasst das zweite Plättchen eine Reflektorschicht, zum Beispiel eine spiegelnde Schicht, welche den zweiten Teilbereich überdeckt. Die
Reflektorschicht ist insbesondere für Primärstrahlung und Sekundärstrahlung reflektierend ausgebildet. Beispielsweise enthält sie mindestens ein Metall wie Au, Ag und/oder AI oder besteht daraus. Die Reflektorschicht lässt zweckmäßigerweise mindestens einen Teil des ersten Teilbereichs unbedeckt, das heißt sie überlappt in Draufsicht auf das zweite Plättchen nicht oder nur teilweise mit dem ersten Plättchen. Bei einer Weiterbildung überdeckt die Reflektorschicht in Draufsicht auf das zweite Plättchen einen umlaufenden Randbereich des Halbleiterkörpers. Ragt ein Randbereich des zweiten
Plättchens seitlich über den Halbleiterkörper hinaus, ist die Reflektorschicht vorzugsweise auf dem Randbereich
aufgebracht. Beispielsweise ist die Reflektorschicht
ringförmig ausgebildet und lässt lediglich einen
Mittelbereich des zweiten Plättchens frei, der in Draufsicht vollständig mit dem ersten Plättchen überlappt.
Die Reflektorschicht kann auf einem transparenten oder transluzenten Träger, etwa einem Glas- oder Kunststoffträger, hergestellt sein. Die Herstellung kann einen
Metallisierungsschritt wie Aufdampfen, sowie einen
Strukturierungsprozess , etwa mittels einer Schattenmaske beim Aufdampfen, mittels Photolitographie oder mittels Laserstrukturierung, umfassen. Beispielsweise kann die
Reflektorschicht Gold enthalten oder daraus bestehen.
Vorteilhafterweise absorbiert Gold blaues Primärlicht und reflektiert gelbes Sekundärlicht.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist der Halbleiterchip zur Abstrahlung von Licht vorgesehen, das einen roten, orangen, gelben oder grünen Farbeindruck hervorruft. Ein derartiger Halbleiterchip ist beispielsweise als rote bzw. grüne Lichtquelle für Projektionsvorrichtungen geeignet.
Dabei kann mit dem Halbleiterchip vorteilhafterweise eine besonders hohe Farbbrillanz und eine zufriedenstellende
Lichtstärke für Projektionsanwendungen erzielt werden.
Alternativ kann der Halbleiterchip als Lichtquelle für eine Kraftfahrzeugleuchte verwendet sein, zum Beispiel als orange Lichtquelle für eine Blinkleuchte oder Warnleuchte oder als rote Lichtquelle für eine Rück- oder Bremsleuchte. Bei zumindest einer Ausgestaltung sind das erste und/oder das zweite Plättchen derart für die Primärstrahlung absorbierend und/oder reflektierend ausgebildet, dass das
Lumineszenzkonversionselement an seiner von dem
Halbleiterkörper abgewandten, zur Abstrahlung von
Sekundärlicht vorgesehenen Oberfläche höchstens drei Prozent, vorzugsweise höchstens zwei Prozent, besonders bevorzugt höchstens ein Prozent der Strahlungsleistung eines durch seine dem Halbleiterkörper zugewandte Oberfläche
eingekoppelten Primärlichts abstrahlt. Auf diese Weise ist der Halbleiterchip vollkonvertierend ausgebildet. Bei einem vollkonvertierenden Halbleiterchip ist die Farbsättigung - insbesondere das Verhältnis der Strahlungsleistung von
Sekundär- zu Primärstrahlung - beispielsweise größer oder gleich 95 %, beispielsweise größer oder gleich 96 %,
insbesondere größer oder gleich 98 %.
Beispielsweise bei einem vollkonvertierenden Halbleiterchip hat gemäß zumindest einer Ausgestaltung das Primärlicht ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge von 440 nm oder weniger, zum Beispiel bei einer Wellenlänge zwischen 440 nm und 400 nm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Auf diese Weise ist eine hohe Farbsättigung mit einer besonders niedrigen Leuchtstoffkonzentration im ersten und/oder zweiten Plättchen erzielbar.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist auf den von dem ersten Plättchen frei gelassenen Teilbereich der Außenfläche des Halbleiterkörpers mindestens eine elektrische
Anschlussstelle aus einem metallischen Material aufgebracht, insbesondere ein Bondpad. Das optoelektronische Bauteil weist gemäß zumindest einer Ausgestaltung einen elektrischen
Anschlussleiter auf, der an der elektrischen Anschlussstelle befestigt ist. Bei dem elektrischen Anschlussleiter handelt es sich zum Beispiel um einen Bonddraht oder um ein
Leiterband. Der Anschlussleiter hat beispielsweise eine Dicke von 50 ym oder weniger. Zum Beispiel ist ein Bonddraht mit einem Querschnitt zwischen 30 ym und 40 ym verwendet, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Ein Leiterband hat beispielsweise einen rechteckigen
Querschnitt, dessen Breite insbesondere größer ist, zum
Beispiel mindestens 1,5 mal so groß oder mindestens 2 mal so groß wie seine Höhe. Die Breite ist dabei die Ausdehnung in der Ebene der Fläche der elektrischen Anschlussstelle, auf der das Leiterband befestigt ist, die Höhe des rechteckigen Querschnitts ist die Ausdehnung senkrecht zu dieser Fläche. Beispielsweise hat die Höhe einen Wert von höchstens 30 ym. Anders ausgedrückt handelt es sich bei dem Leiterband um eine streifenförmige Metallfolie. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung überdeckt das zweite Plättchen den elektrischen Anschlussleiter zumindest
stellenweise. Der an der Anschlussstelle befestigte
Anschlussleiter überragt den Halbleiterkörper zumindest in dem vom zweiten Plättchen überdeckten Bereich
zweckmäßigerweise um eine Höhe, die geringer ist als die Dicke des ersten Plättchens. Beispielsweise überragt der Anschlussleiter in diesem Bereich den Halbleiterkörper um 100 ym oder weniger, bei einer Ausgestaltung um 50 ym oder weniger, beispielsweise um 45 ym oder weniger. Auf diese Weise ist das zweite Plättchen vorteilhafterweise von dem Bonddraht bzw. dem Leiterband beabstandet.
Die Befestigung eines Leiterbands an der elektrischen
Anschlussstelle erfolgt -insbesondere im Gegensatz zu einem Bonddraht - vorzugsweise ohne einen sogenannten Bond-Ball. Auf diese Weise ragt das Leiterband besonders wenig über die Außenfläche des Halbleiterkörpers hinaus, so dass die Dicke des ersten Plättchens besonders klein gewählt werden kann. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper seitlich mit einer reflektierenden Masse umgeben, welche zumindest den ersten Teilbereich der zur Abstrahlung von Primärlicht vorgesehene Außenfläche frei lässt.
Beispielsweise ist die Masse auf der Leiterplatte
abgeschieden oder in die Vertiefung des Grundgehäuses
gefüllt. Beispielsweise enthält die reflektierende Masse reflektierende Partikel, zum Beispiel Ti02~Partikel in einem Matrixmaterial wie einem Silikonharz oder Epoxidharz. Die Einbettung des Halbleiterkörpers in die reflektierende Masse kann zum Beispiel vorteilhafterweise die Gefahr
verringern, dass Primärlicht von den Seitenflanken des
Halbleiterkörpers abgestrahlt wird ohne auf das erste
und/oder zweite Plättchen zu treffen. Zudem ist die Gefahr verringert, dass Primärlicht auf den beispielsweise
stellenweise schlecht reflektierenden Gehäuseboden trifft.
Bei einer Weiterbildung sind der Halbleiterkörper und das erste Plättchen mit der reflektierenden Masse umgeben und die reflektierende Masse überdeckt den zweiten Teilbereich zumindest stellenweise. Vorzugsweise enthält das erste
Plättchen in diesem Fall entweder ein keramisches Material mit Leuchtstoff oder es ist transparent oder transluzent ohne Wellenlängenkonversionseigenschaften ausgebildet .
Insbesondere ist auch die KlebstoffSchicht , mit welcher das erste Plättchen auf dem Halbleiterkörper befestigt sein kann, seitlich von der reflektierenden Masse umgeben. Auf diese Weise ist die Gefahr der Emission von Primärlicht von anderen Stellen des Halbleiterkörpers als dem ersten Teilbereich, auf dem das erste Plättchen befestigt ist, weiter reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung enthält das erste
und/oder das zweite Plättchen ein Matrixmaterial,
beispielsweise ein Epoxidharz, in das Füllpartikel
eingebettet sind, welche zur Veränderung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen sind. Beispielsweise handelt es sich bei den Füllpartikeln um Glasperlen.
Insbesondere ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Plättchens mittels der Füllpartikel an den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten einer den Halbleiterchip umhüllenden Vergussmasse des Bauelements angepasst. Alternativ zur Verwendung eines Füllstoffs kann zur Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten für das Matrixmaterial auch ein ähnliches Material verwendet werden, wie für die Vergussmasse .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das
optoelektronische Bauelement eine Reflektorkavität und eine Reflektorschicht auf. Die Reflektorkavität hat eine Öffnung mit einem ersten Teilbereich, der mit der Reflektorschicht abgedeckt ist und einem zweiten Teilbereich, der von der Reflektorschicht unbedeckt ist. Gemäß zumindest einer
Ausgestaltung überlappt das Lumineszenzkonversionselement in Draufsicht auf die Öffnung vollständig mit dem zweiten
Teilbereich .
Beispielsweise wird die Reflektorkavität von der Vertiefung des Grundgehäuses gebildet. Vorzugsweise ist zumindest die umlaufende Seitenwand der Vertiefung zur Ausbildung der
Reflektorkavität verspiegelt, insbesondere mittels einer Silber- und/oder Aluminiumschicht und/oder mittels einer - beispielsweise hochreflektiven - weißen Farbschicht.
Die Reflektorschicht ist beispielsweise auf einen Träger aufgebracht, mit dem die Öffnung - insbesondere vollständig - überdeckt ist. Beispielsweise ist der Träger als Deckel auf das Grundgehäuse aufgesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung überlappt in Draufsicht auf die Öffnung der zweite Teilbereich vollständig mit dem Halbleiterkörper. Beispielsweise hat der Halbeiterkörper einen Mittelbereich und einen um den Mittelbereich
vollständig umlaufenden Randbereich und die Reflektorschicht überdeckt die Öffnung einschließlich des Randbereichs des Halbleiterkörpers bis auf den Mittelbereich.
Eine solche Ausgestaltung ist beispielsweise für
Halbleiterchips vorteilhaft, bei denen der Halbleiterkörper mit einem Konverterplättchen versehen ist. Ein
Konverterplättchen ist beispielsweise wie das vorstehend beschriebene erste Plättchen aufgebaut, wenn dieses mit einem Leuchtstoff versehen ist. Mittels der Reflektorschicht ist die Gefahr verringert, dass Primärlicht des
Halbleiterkörpers, das beispielsweise von dessen
Seitenflanken emittiert wird, ohne Durchgang durch das
Konverterplättchen aus der Reflektorkavität austritt. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist der zweite
Teilbereich seitlich von dem Halbleiterkörper, insbesondere um den Halbleiterkörper umlaufend, in einem Randbereich der Öffnung angeordnet. Beispielsweise überdeckt die
Reflektorschicht einen Mittelbereich der Öffnung, der vollständig mit dem Halbleiterkörper überlappt, während ein Randbereich, insbesondere ein vollständig um den
Mittelbereich der Öffnung umlaufender, Randbereich der
Öffnung, von der Reflektorschicht unbedeckt und zur
Lichtauskopplung aus dem Bauelement vorgesehen ist.
Eine solche Ausgestaltung ist beispielsweise für Bauelemente mit einem Lumineszenzkonversionsverguss, der die
Reflektorkavität teilweise oder vollständig füllt,
vorteilhaft. Ein Lumineszenzkonversionsverguss enthält beispielsweise Partikel eines insbesondere anorganischen
Leuchtstoffs in einer Kunststoffmatrix, etwa einem Epoxid- oder Silikonharz. Als Leuchtstoff sind die vorstehend genannten Materialien besonders gut geeignet. Mittels der Reflektorschicht kann beispielsweise ein
vollkonvertierendes Bauelement mit einer besonders geringen Bauhöhe erzielt werden. Die Höhe des
Lumineszenzkonversionsvergusses über dem Halbleiterkörper braucht nicht so groß gewählt zu werden, dass beispielsweise senkrecht von der vom Trägerelement abgewandten Außenfläche des Halbleiterkörper emittiertes Primärlicht beim erstmaligen Durchlaufen des Lumineszenzkonversionsvergusses vom
Halbleiterkörper bis zur Öffnung vollständig absorbiert wird. Vielmehr wird der nicht absorbierte Anteil des Primärlichts an der Reflektorschicht in den Lumineszenzkonversionsverguss zurück reflektiert.
Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung des
optoelektronischen Bauelements gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen angegeben. Bei dem Verfahren wird das Trägerelement für den Halbleiterkörper bereitgestellt. Nachfolgend wird der Halbleiterkörper auf dem Trägerelement befestigt. Nachfolgend auf das Befestigen des Halbleiterkörpers wird der elektrische Anschlussleiter an dem Halbleiterkörper und an dem Trägerelement befestigt.
Nachfolgend auf das Befestigen des Anschlussleiters wird der Anschlussleiter zumindest stellenweises mit dem zweiten
Plättchen überdeckt.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird das erste Plättchen vor dem Befestigen des Anschlussleiters an dem
Halbleiterkörper befestigt und das zweite Plättchen wird nachfolgend auf das Befestigen des Anschlussleiters an dem ersten Plättchen befestigt. Bei einer alternativen
Ausgestaltung wird zunächst das Lumineszenzkonversionselement mit dem ersten und dem zweiten Plättchen hergestellt und das Lumines zenzkonversionselernent wird nachfolgend auf das
Befestigen des Anschlussleiters an dem Halbleiterkörper befestigt . Zur Herstellung des Lumineszenzkonversionselements kann bei beiden Ausgestaltungen beispielsweise das erste Plättchen mit dem zweiten Plättchen mittels einer KlebstoffSchicht verklebt werden. Wird das Lumineszenzkonversionselement mit dem ersten und zweiten Plättchen zunächst hergestellt und der Verbund aus erstem und zweitem Plättchen nachfolgend an dem
Halbleiterkörper befestigt, kann alternativ das erste
Plättchen auf dem zweiten Plättchen abgeschieden werden oder das zweite Plättchen kann auf dem ersten Plättchen
abgeschieden werden, beispielsweise mittels eines Guss-, Siebdruck-, Elektrophorese-, Sprühbeschichtungs- oder
Schleuderbeschichtungs-Verfahrens .
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird ein Nutzen mit einer Vielzahl von Lumineszenzkonversionselement-Bereichen hergestellt und nachfolgend zu den
Lumineszenzkonversionselementen vereinzelt. Zum Beispiel wird eine mit einer Schichtenfolge aus Schichtpaaren mit
alternierend hohem und niedrigem Brechungsindex versehene Glasplatte elektrophoretisch mit Leuchtstoff beschichtet und anschließend zu Lumineszenzkonversionselementen mit einem zweiten Plättchen, das einen Glasträger und einen
wellenlängenselektiv reflektierenden Schichtstapel auf dem Glasträger aufweist, und einem ersten Plättchen, das einen Leuchtstoff enthält, vereinzelt.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird ein
optoelektronischer Halbleiterchip mit einem Halbleiterkörper, der zur Emission von Primärlicht ausgebildet ist, und einem Lumineszenzkonversionselement, das zur Emission von
Sekundärlicht mittels Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des Primärlichts ausgebildet ist angegeben. Das
Lumineszenzkonversionselement weist ein erstes Plättchen auf, das an einem ersten Teilbereich einer zur Abstrahlung von Primärlicht vorgesehenen Außenfläche des Halbleiterkörpers befestigt ist und einen zweiten Teilbereich dieser
Außenfläche frei lässt. Zudem weist das
Lumineszenzkonversionselement ein zweites Plättchen auf, das an einer von dem Halbleiterkörper abgewandten Oberfläche des ersten Plättchens befestigt und von dem Halbleiterkörper beabstandet ist. Das erste Plättchen ist für die
Primärstrahlung zumindest teilweise durchlässig ausgebildet.
Ein ein Abschnitt des zweiten Plättchens überdeckt zumindest den zweiten Teilbereich. Zumindest der Abschnitt des zweiten
Plättchens ist für die Primärstrahlung absorbierend und/oder reflektierend und/oder streuend ausgebildet.
Mit Vorteil emittiert der Halbleiterchip besonders wenig Primärlicht, das nicht auf das erste und/oder zweite
Plättchen trifft. Beispielsweise ist die Gefahr von
Farbinhomogenitäten an den Rändern des Halbleiterkörpers gegenüber einem Halbleiterchip ohne das zweite Plättchen mit Vorteil verringert.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird ein
optoelektronisches Bauelement angegeben mit einer
Reflektorkavität , einem lichtemittierenden Halbleiterkörper, der zur Emission von Primärlicht ausgebildet ist, in der Reflektorkavität und einem Lumineszenzkonversionselement, das zur Emission von Sekundärlicht mittels Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des Primärlichts ausgebildet ist. Die Reflektorkavität weist eine Öffnung auf, ein erster Teilbereich der Öffnung ist mit einer Reflektorschicht abgedeckt. Ein zweiter Teilbereich der Öffnung ist von der Reflektorschicht unbedeckt. Das Lumineszenzkonversionselement überlappt in Draufsicht auf die Öffnung vollständig mit dem zweiten Teilbereich.
Auf diese Weise ist ein optisch langer Weg der
Primärstrahlung durch das Lumineszenzkonversionselement bei zugleich niedriger Bauhöhe des Bauelements erzielbar.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterchips, des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figur 1A einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß
einem ersten Aspekt in einer schematischen
Schnittdarstellung,
Figur 1B eine schematische Draufsicht auf den
Halbleiterchip der Figur 1A,
Figur 2 optoelektronischen Halbleiterchip gemäß
einem zweiten Aspekt iner schematischen
Schnittdarstellung, Figuren 3A bis 3E schematische Schnittdarstellungen durch
verschiedene Varianten von zweiten Plättchen, Figur 4A eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem dritten Aspekt, Figur 4B eine schematische Draufsicht auf den
Halbleiterchip gemäß der Figur 4A,
Figur 4C eine schematische Schnittdarstellung eines
Lumineszenzkonversionselements für eine Variante des Halbleiterchips gemäß dem dritten Aspekt,
Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem ersten Aspekt,
Figuren 6A bis 6D verschiedene Stadien eines Verfahrens zur
Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem zweiten Aspekt in schematischen
Schnittdarstellungen, Figuren 7A bis 7D schematische Schnittdarstellungen eines
Verfahrens zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einem dritten Aspekt, Figur 8 eine schematische Schnittdarstellung durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem vierten Aspekt,
Figur 9 eine schematische Schnittdarstellung durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem fünften
Aspekt, Figur 10 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem
sechsten Aspekt, Figur IIA eine schematische Draufsicht auf ein
optoelektronisches Bauelement gemäß einem siebten Aspekt,
Figur IIB eine schematische Schnittdarstellung des
Bauelements der Figur IIA,
Figur 12A eine schematische Draufsicht auf ein
optoelektronisches Bauelement gemäß einem achten Aspekt,
Figur 12B eine schematische Schnittdarstellung des
optoelektronischen Bauelements der Figur 12A,
Figur 13 eine schematische Schnittdarstellung eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einem neunten
Aspekt,
Figur 14 eine schematische Schnittdarstellung eines
optoelektronischen Bauelements gemäß einem zehnten Aspekt,
Figur 15 die Abhängigkeit der Farbsättigung und der
Effizienz von der Leuchtstoffkonzentration bei dem
Halbleiterchip gemäß dem zweiten Aspekt,
Figur 16 die Abhängigkeit der Farbsättigung von der
Anregungswellenlänge bei dem Halbleiterchip gemäß dem ersten Aspekt, Figur 17 das CIE-Diagramm mit verschiedenen Bereichen von Farborten, und Figur 18 die Reflektivität des Schichtstapels des
Halbleiterchips gemäß dem zweiten Aspekt in
Abhängigkeit von der Wellenlänge.
In den Figuren und Ausführungsbeispielen des Halbleiterchips, des Bauelements und des Verfahrens gemäß der verschiedenen Aspekte sind gleiche oder ähnliche Bestandteile
beziehungsweise gleich oder ähnlich wirkende Bestandteile mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die
Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente sind nicht als maßstäblich zu betrachten, es sei denn, eine Skala ist explizit angegeben. Vielmehr können einzelne
Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zur besseren Verständlichkeit übertrieben groß oder dick dargestellt sein. Figur 1A zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Aspekt in einer schematischen
Schnittdarstellung .
Der Halbleiterchip 1 enthält einen optoelektronischen
Halbleiterkörper 10. Der Halbleiterkörper 10 weist eine
Halbleiterschichtenfolge 11, ein Substrat 12 und eine
elektrische Anschlussstelle 13 auf.
Die Halbleiterschichtenfolge 11 enthält zur Lichterzeugung, das heißt zur Erzeugung von Primärlicht, einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine Quantentopfstruktur als aktive Schicht. Die Halbleiterschichtenfolge 11, insbesondere die aktive Schicht basiert auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlInGaN, was insbesondere GaN, InGaN und AlGaN umfasst. Sie ist beispielsweise auf dem Substrat 12 epitaktisch abgeschieden. Alternativ kann es sich bei dem Substrat 12 auch um ein vom Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge 11 verschiedenes Trägersubstrat handeln, auf das die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise nach ihrer epitaktischen Herstellung aufgebracht ist. Ein substratloser Halbleiterkörper 10 ohne Aufwachssubstrat oder Trägersubstrat 12 ist ebenfalls denkbar.
Der Halbleiterkörper 10 ist dazu vorgesehen, im Betrieb von der Halbleiterschichtenfolge emittiertes Primärlicht von einer dem Substrat 12 gegenüberliegenden Außenfläche 101 abzustrahlen. Die Außenfläche ist beispielsweise parallel zu den Haupterstreckungsebenen der Schichten der
Halbeiterschichtenfolge 11.
Auf die Außenfläche 101 ist ein Lumineszenzkonversionselement 20 aufgebracht. Das Lumineszenzkonversionselement 20 enthält ein erstes Plättchen 21 und ein zweites Plättchen 22. Das erste Plättchen 21 ist mittels einer KlebstoffSchicht 30 auf der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 befestigt. An der von dem Halbleiterkörper 10 abgewandten Seite des ersten Plättchens 21 ist dieses mit dem zweiten Plättchen 22
verbunden. In Figur 1B, die eine Draufsicht auf den
Halbleiterchip 1 zeigt, ist das zweite Plättchen 22 zur besseren Darstellbarkeit der darunterliegenden Strukturen nur in Form eines gestrichelten Umrisses eingezeichnet. Das erste Plättchen 21 überdeckt einen ersten Teilbereich
1011 der Außenfläche 101 und lässt einen zweiten Teilbereich
1012 der Außenfläche 101 frei. Mit anderen Worten ist der erste Teilbereich 1011 in Draufsicht auf das erste Plättchen 21 von diesem bedeckt und der zweite Teilbereich 1012 ist von dem ersten Plättchen 21 unbedeckt (siehe Figur 1B) .
Bei dem vorliegenden Halbleiterkörper 10 ist auf dem zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 der
Halbleiterschichtenfolge 11 eine elektrische Anschlussstelle 13 angeordnet. Beispielsweise handelt es sich dabei um ein Bondpad. Die elektrische Anschlussstelle 13 kann den zweiten Teilbereich 1012 teilweise oder vollständig überdecken. Bei einer Ausgestaltung erstreckt sich die elektrische
Anschlussstelle 13 von dem zweiten Teilbereich 1012 ausgehend auch in den ersten Teilbereich 1011 hinein.
Das zweite Plättchen 22 überragt den Halbleiterkörper 10 und das erste Plättchen 21 seitlich. Insbesondere überdeckt ein Abschnitt des zweiten Plättchens 22 den zweiten Teilbereich 1012 der Strahlungsemittierenden Außenfläche 101 des
Halbleiterkörpers 10. Der Halbleiterkörper 10 hat beispielsweise in Draufsicht eine quadratische Kontur mit einer Kantenlänge von 1 mm. Das zweite Plättchen 22 hat beispielsweise ebenfalls eine
quadratische Kontur mit einer Kantenlänge von 1,3 mm und ist konzentrisch über dem Halbleiterkörper 10 angeordnet.
Bei einem vorliegenden Halbleiterchip enthalten sowohl das erste Plättchen 21 wie auch das zweite Plättchen 22 einen Leuchtstoff, insbesondere den gleichen Leuchtstoff. Für die Leuchtstoffe sind beispielsweise die weiter vorne angegebenen Materialien geeignet. Beispielsweise handelt es sich bei den beiden Plättchen 21 und 22 jeweils um mechanisch
selbsttragende Schichten aus einem Silikonmaterial, in welches der Leuchtstoff in Form von anorganischen LeuchtstoffPartikeln eingebettet ist. Alternativ ist auch denkbar, dass eines der Plättchen 21, 22 oder beide Plättchen 21, 22 aus einem keramischen Material gefertigt sind, insbesondere aus einer Leuchtstoffkeramik .
Die Leuchtstoffpartikel haben beispielsweise einen mittleren Durchmesser (auch Median oder ds o genannt) von 15 ym oder mehr, vorzugsweise von 20 ym oder mehr, zum Beispiel von 30 ym oder mehr. Der mittlere Durchmesser hat beispielsweise einen Wert von 50 ym oder weniger. Der mittlere Durchmesser ist beispielsweise anhand eines Schliffbilds eines
Querschnitts des jeweiligen Plättchens 21, 22 bestimmbar. Bei nicht kugelförmigen LeuchtstoffPartikeln kann als Durchmesser beispielsweise der Durchmesser der kleinsten Kugel - im
Schliffbild des kleinsten Kreises - benutzt werden, der das jeweilige Partikel vollständig enthält. Mit
LeuchtstoffPartikeln solcher Durchmesser ist das Verhältnis von Absorption zu Streuung bei der Wechselwirkung der
Partikel mit dem Primärlicht besonders groß.
Leuchtstoffpartikel dieser Durchmesser sind auch für alle anderen Ausgestaltungen des Lumineszenzkonversionselements 20 geeignet .
Das erste Plättchen hat beispielsweise eine Dicke zwischen 50 und 200 ym, insbesondere zwischen 100 und 150 ym, wobei die
Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Die gleichen Dicken sind auch für das zweite Plättchen 22 geeignet. Die
Klebstoffschicht 30 hat beispielsweise eine Dicke von etwa 1 ym bis 10 ym, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Das zweite Plättchen 22 ist mittels des ersten Plättchens 21 in einem vorgegebenen Abstand von dem Halbleiterkörper 10 angeordnet. Das zweite Plättchen 22, das erste Plättchen 21 und der Halbleiterkörper 10 bilden eine Kavität, welche den zweiten Teilbereich 1012 der lichtemittierenden Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 enthält. Die Konzentration C des Leuchtstoffs in dem ersten Plättchen 21 ist derart gewählt, dass ein Teil der an einer dem
Halbleiterkörper 10 zugewandten Grundfläche des Plättchens 21 eingekoppelten, vom Halbleiterkörper 10 erzeugten
Primärstrahlung das erste Plättchen 21 an seiner vom
Halbleiterkörper 10 abgewandten Deckfläche wieder verlässt. Der Anteil beträgt beispielsweise 10 % oder mehr, bei einer Ausgestaltung 20 % oder mehr, insbesondere bezogen auf die Strahlungsleistung. Die Konzentration des Leuchtstoffs in dem ersten Plättchen beträgt beispielsweise 70 Gew-% oder
weniger, bei einer Ausgestaltung beträgt sie 50 Gew-% oder weniger .
Bei einer Ausgestaltung entspricht der Leuchtstoffanteil in Volumenprozent, d.h. Vol-%, zwischen etwa einem Viertel und etwa einem Sechstel des Anteils in Gewichtsprozent, d.h.
Gew-%, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Die Dichte des Leuchtstoffs beträgt beispielsweise zwischen etwa 4 g/cm3 und 6 g/cm3 und die Dichte des Matrixmaterials, in das der
Leuchtstoff eingebettet ist, hat eine Dichte von etwa 1 g/cm3. Ein Leuchtstoffanteil von 80 Gew-% in der ersten
Schicht entspricht in diesem Fall einem Anteil von etwa 15-20 Vol-% .
Das zweite Plättchen ist mittels des Leuchtstoffs für die Primärstrahlung absorbierend ausgebildet. Insbesondere ist das zweite Plättchen 22 dazu vorgesehen, von dem zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 abgestrahltes Primärlicht zu absorbieren. Mittels des seitlich über den Halbleiterkörper 10 hinausragenden
Randbereichs ist das zweite Plättchen 22 auch dazu
ausgebildet, zumindest einen Teil eines beispielsweise von den Seitenflächen des Halbleiterkörpers 10 emittierten
Primärlichts zu absorbieren. Auch Primärlicht, das
beispielsweise im ersten Plättchen 21 ohne
Wellenlängenkonversion gestreut wird, sodass es aus den
Seitenflanken des ersten Plättchens 21 austritt, trifft beispielsweise auf den überhängenden Randbereich des zweiten Plättchens 22, wo es von diesem absorbiert werden kann.
Figur 16 zeigt die Abhängigkeit der Farbsättigung S des
Lumineszenzkonversionselements 20 von der Wellenlänge λ des Emissionsmaximums des vom Halbleiterkörper 10 emittierten Primärlichts. Aus der Figur 16 geht hervor, dass die
erzielbare Farbsättigung S bei ansonsten gleichem Aufbau des Halbleiterchips 1 mit abnehmender Wellenlänge λ zunimmt.
Anders ausgedrückt, ist die Leuchtstoffkonzentration C, die zum Erzielen einer vorgegebenen Farbsättigung S erforderlich ist, umso geringer, je kleiner die Wellenlänge λ des
Emissionsmaximums des Primärlichts ist. Bei dem vorliegenden Halbleiterchip 1 emittiert der Halbleiterkörper 10
beispielsweise Primärlicht mit einem Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge von 440 nm oder weniger, beispielsweise liegt das Intensitätsmaximum des Primärlichts bei 400 nm. Figur 2 zeigt einen zweiten optoelektronischen
Halbleiterkörper in einer schematischen Schnittdarstellung. Der zweite Halbleiterkörper 1 unterscheidet sich dadurch von dem ersten Halbleiterkörper, dass das zweite Plättchen 22 des Lumineszenzkonversionselements 20 keinen Leuchtstoff enthält. Vielmehr weist das zweite Plättchen 22 bei dem zweiten
Halbleiterchip 1 einen wellenlängenselektiven Filter 221 auf. Dieser ist auf einem Träger, beispielsweise einem Glasplättchen 222, hergestellt.
Der wellenlängenselektive Filter 221 weist insbesondere einen Schichtstapel auf, dessen Schichten abwechselnd aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex und aus einem
Material mit einem niedrigen Brechungsindex bestehen. Solche Schichtstapel sind dem Fachmann im Prinzip bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Vorliegend enthält der Schichtstapel zwischen einschließlich 10 und einschließlich 20 Schichtpaare mit einer Si02-Schicht (Brechungsindex n=l,4) und einer Si3N4-Schicht
(Brechungsindex n=l,8). Alternativ zu den Si3N4-Schichten kann er Titanoxid-, Tantaloxid- oder Hafniumoxid-schichten enthalten. Auf diese Weise ist der Schichtstapel derart ausgebildet, dass er eine hohe Reflektivität für das vom Halbleiterkörper 10 emittierte Primärlicht hat. Interferenzfilter, wie solche wellenlängenselektiv
reflektierenden Schichtstapel, sind in Abhängigkeit vom
Einfallswinkel für unterschiedliche Spektralbereiche
reflektierend. Vorliegend ist der Schichtstapel derart ausgebildet, dass Primärlicht, welches unter einem Winkel von 0° bis mindestens 20° zur Flächennormale auf die dem
Halbleiterkörper 10 zugewandte Grundfläche des zweiten
Plättchens 222 auftrifft, von dem Schichtstapel 221 mit einem Reflexionskoeffizienten von 95 % oder mehr, insbesondere von 99 % oder mehr, reflektiert wird. In Figur 2 ist exemplarisch ein Lichtstrahl 110 des Primärlichts eingezeichnet, der unter einem Winkel zur Oberflächennormalen 220 auf das zweite Plättchen 22 trifft. Figur 18 zeigt die Abhängigkeit der Reflektivität R des wellenlängenselektiven Filters 221 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ für einen Einfallswinkel von 0° (durchgezogene Linie) und einen Einfallswinkel von 20° (gestrichelte
Linie) .
Bei einem Einfallswinkel von = 0° hat der
wellenlängenselektive Filter 221 für Licht einer Wellenlänge zwischen etwa 430 nm und etwa 500 nm eine Reflektivität R von nahezu 100 %. Für einen Einfallswinkel von = 20° ist dieser Bereich hoher Reflektivität zu kleineren Wellenlängen hin verschoben. Bei diesem Einfallswinkel weist der
wellenlängenselektive Filter 221 beispielsweise zwischen 415 nm und 470 nm einen Bereich mit einer Reflektivität von nahezu R = 100 % auf. Somit reflektiert der
wellenlängenselektive Filter 221 Primärlicht mit einer
Wellenlänge zwischen 530 und 570 nm, das unter einem Winkel zwischen 0 und 20° zur Flächennormale 220 auf das zweite Plättchen 20 trifft mit einer Reflektivität von mehr als 99 %. Zweckmäßigerweise hat ein Emissionsmaximum des
Halbleiterkörpers 10 bei dem zweiten Halbleiterchip 1 ein Emissionsmaximum mit einer Wellenlänge innerhalb dieses Wellenlängenbereichs. Beispielsweise hat die Wellenlänge des Emissionsmaximums einen Wert zwischen 440 und 460 nm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Das erste Plättchen 21 enthält wie beim Halbleiterchip gemäß dem ersten Aspekt einen Leuchtstoff, der zur Absorption von Primärlicht des Halbleiterkörpers 10 und zur Emission von wellenlängenkonvertiertem Sekundärlicht vorgesehen ist.
Zweckmäßigerweise hat das Sekundärlicht ein
Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge, für welche die wellenlängenselektive Filterschicht 221 einen geringen Reflexionskoeffizienten aufweist, zum Beispiel im orangen Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 590 nm.
Auf diese Weise ist das Lumineszenzkonversionselement 20 zur Abstrahlung von Sekundärlicht ausgebildet. Das Sekundärlicht wird dabei im ersten Plättchen 21 erzeugt und tritt zumindest teilweise durch das zweite Plättchen 22 mit dem
wellenlängenselektiven Schichtstapel 221, sodass es auf der von dem Halbleiterkörper 10 und dem ersten Plättchen 21 abgewandten Seite aus dem zweiten Plättchen 22 und damit aus dem Lumineszenzkonversionselement 20 austritt.
Mittels des wellenlängenselektiven Filters 21 ist das
Lumineszenzkonversionselement 20 jedoch derart ausgebildet, dass es an seiner von dem Halbleiterkörper 10 abgewandten und zur Abstrahlung von Sekundärlicht vorgesehenen Fläche
höchstens 1 % der Strahlungsleistung eines durch seine dem Halbleiterkörper 10 zugewandte Oberfläche eingekoppelten Primärlichts abstrahlt.
Das erste Plättchen 21 ist derart ausgebildet, dass es einen Anteil des von dem Halbleiterkörper 10 abgestrahlten
Primärlichts, der in das erste Plättchen 21 an seiner dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Grundfläche eintritt, durchlässt, sodass dieser Anteil auf den
wellenlängenselektiven Filter 221 trifft. Hierzu weist das erste Plättchen 21 bei dem vorliegenden Halbleiterkörper anorganische Leuchtstoffpartikel in einer Kunststoffmatrix, beispielsweise einer Silikonmatrix, in einer Konzentration C von etwa 40 Gew-% auf. An dem wellenlängenselektiven Filter 221 wird das Primärlicht in das erste Plättchen 21
zurückreflektiert und steht dort wieder für die
Wellenlängenkonversion zur Verfügung. Die Erfinder haben festgestellt, dass auf diese Weise ein Halbleiterchip erzielt werden kann, der Sekundärlicht mit besonders hoher Effizienz n abstrahlt.
Figur 15 veranschaulicht dies, indem die Abhängigkeit der Effizienz n in Lumen pro Watt von der Konzentration des
Leuchtstoffs in Gew-% (durchgezogene Kurve) sowie die
Farbsättigung S des von der ersten Schicht 21 abgestrahlten Lichts ebenfalls in Abhängigkeit von der Konzentration C (gestrichelte Kurve) dargestellt ist.
Die Farbsättigung S ist dabei beispielsweise mittels des CIE- Normvalenzsystems bestimmbar, indem vom Weißpunkt W des CIE- Farbraums zu dem Farbpunkt, welcher dem von der ersten
Schicht 21 abgestrahlten Mischlicht aus Primär- und
Sekundärlicht entspricht, eine Gerade gelegt wird. Diese Gerade schneidet den Spektralfarbenzug, welcher den Farbraum im CIE-Diagramm begrenzt, in einem Randpunkt, der einer bestimmten Spektralfarbe entspricht. Das Verhältnis aus dem Abstand zwischen dem Weißpunkt und dem Farbpunkt und dem Abstand zwischen dem Weißpunkt und diesem Randpunkt ist das Maß für die Sättigung. In Figur 15 ist ersichtlich, dass die Effizienz n mit
zunehmender Leuchtstoffkonzentration C sinkt. Dies wird durch die erhöhte Streuung an den LeuchtstoffPartikeln bewirkt. Gleichzeitig steigt jedoch mit zunehmender
Leuchtstoffkonzentration die Farbsättigung.
Bei dem vorliegenden Halbleiterchip hat das erste Plättchen 21 eine Effizienz von über 85 % (angedeutet durch den
senkrechten Pfeil in Figur 15) . Um dieselbe Farbsättigung mit einem Leuchtstoff, aber ohne wellenlängenselektive Filterschicht 221 zu erzielen, wäre eine
Leuchtstoffkonzentration von etwa 80 Gew-% erforderlich, was zu einer Einbuße der Effizienz n auf unter 70 % führen würde (angedeutet durch die gepunkteten Linien in Figur 15) .
Zudem kann mit geringen Leuchtstoffkonzentrationen von beispielsweise höchstens 50 Gew-%, insbesondere von 40 Gew-% oder weniger eine vorteilhaft niedrige Viskosität des
Gemischs aus LeuchtstoffPartikeln (Dichte des
Leuchtstoffmaterials z.B. ca. 4-6 g/cm3) und Matrixmaterial (Dichte z.B. ca. 1 g/cm3) während der Herstellung des
Plättchens 21 erzielt werden. So ist die Verarbeitung des Gemischs zur Herstellung des Plättchens, beispielsweise beim Durchgang durch eine Düse, besonders einfach.
Beispielsweise emittiert der zweite Halbleiterchip 1
Sekundärlicht mit einer Wellenlänge im gelb-orangen
Spektralbereich. Insbesondere entspricht dem vom
Halbleiterchip emittierten Sekundärlicht die Spektralfarbe einer Wellenlänge von etwa 590 nm.
Figur 17 zeigt das CIE-Diagramm. Das CIE-Diagramm, auch CIE- Normfarbtafel genannt, dient der Darstellung der x- und y- Koordinaten - im Diagramm mit Cie_x und Cie_y bezeichnet - des von der internationalen Beleuchtungskommission (CIE, Commission internationale de 1 "eclairage) im Jahr 1931 entwickelten Normfarbsystems und ist dem Fachmann prinzipiell bekannt .
In Figur 17 sind im CIE-Diagramm ein grüner Farbortbereich G, ein weißer Farbortbereich W und ein oranger Farbortbereich Y eingezeichnet. Der orange Farbortbereich Y ist im CIE- Diagramm von den Punkten mit den (x; y) -Koordinaten (0,544; 0,423), (0,597; 0,390), (0,610; 0,390) und (0,560; 0440) begrenzt und gibt die Farborte an, welche für Blinkleuchten von Kraftfahrzeugen gemäß der hierfür vorgesehenen
Vorschriften, insbesondere der so genannten ECE-Regelungen, vorgesehen sind. Der weiße Bereich W wird von den Punkten mit den (x; y) -Koordinaten (0,310; 0,283), (0,443; 0,382), (0,5; 0,382), (0,5; 0,440), (0,453; 0,440) und (0,310; 0348) aufgespannt und gibt die im Automobilbereich vorgesehenen weißen Farborte an. Der grüne Bereich G ist ein im
Wesentlichen kreisförmiger Bereich um die Koordinate (0,25; 0,625) mit einem Durchmesser von etwa 0,08 und gibt Farborte an, die für grüne Lichtquellen in Projektionsvorrichtungen auf Basis von Halbleiterchips verwendet sind.
Figuren 3A bis 3E zeigen schematische Schnittdarstellungen durch zweite Plättchen 22 gemäß verschiedenen Varianten des Lumineszenzkonversionselements des Halbleiterchips gemäß dem zweiten Aspekt.
Bei den zweiten Plättchen 22 gemäß der Figur 3A ist der wellenlängenselektive Filter 221 an der vom Halbleiterchip 10 abgewandten Seite des Trägers 222 angebracht, beispielsweise enthält der wellenlängenselektive Filter 221 die zur
Sekundärlichtabstrahlung vorgesehene Auskoppelfläche 201 des Lumineszenzkonversionselements 20. Der Filter 221 kann wiederum als dielektrischer Schichtstapel ausgebildet sein wie beim Halbleiterchip 1 des zweiten Aspekts beschrieben. Zusätzlich kann der Schichtstapel weitere Schichten zur
Ausbildung einer Antireflexschicht aufweisen.
Figur 3B zeigt eine Variante des zweiten Plättchens 22, bei der der wellenlängenselektiv reflektierende Schichtstapel 221 auf einem Träger 222 aufgebracht ist, welcher im Gegensatz zum Träger des Halbleiterchips gemäß dem zweiten Aspekt und dem Träger der Figur 3A nicht transparent oder streuend ausgebildet ist, sondern einen Farbstoff enthält. Auf diese Weise enthält das zweite Plättchen 22 gemäß der Variante der Figur 3B zwei wellenlängenselektive Filter, nämlich den selektiv reflektierenden Schichtstapel 221 und den farbigen Träger 222.
Der Farbstoff im Träger ist beispielsweise derart ausgewählt, dass er für Primärlicht absorbierend und zumindest für einen spektralen Teilbereich des Sekundärlichts transmittierend ist. Beispielsweise bei einem blaues Primärlicht
emittierenden Halbleiterkörper 10 und einem oranges
Sekundärlicht emittierenden ersten Plättchen 21 ist der
Farbstoff zweckmäßigerweise ein gelber, gelb-oranger, oranger oder orange-roter Farbstoff. Bei einer Weiterbildung ist der Farbstoff dazu vorgesehen, einen kurzwelligen oder einen langwelligen spektralen Anteil des von dem ersten Plättchen 21 emittierten Sekundärlichts zu entfernen.
Figur 3C zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine dritte Variante des zweiten Plättchens 22, bei der auf der dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Seite eines
transparenten Trägerkörpers 222 eine absorbierende
Filterschicht 223 mit einem Farbstoff und auf die
FarbstoffSchicht 223 ein wellenlängenselektiv reflektierender Schichtstapel 221 aufgebracht ist. Der Farbstoff der
FarbstoffSchicht 223 kann analog zu dem Farbstoff des
farbigen Trägers 222 der zweiten Variante ausgebildet sein. Die FarbstoffSchicht 223 unterscheidet sich beispielsweise dadurch von dem farbigen Träger 222 der zweiten Variante, dass sie für sich alleine nicht mechanisch selbsttragend ist. Figur 3D zeigt eine vierte Variante des zweiten Plättchens 22 einer schematischen Schnittdarstellung. Bei dieser Variante ist, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2, der wellenlängenselektiv reflektierende Filter 221 auf der dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Seite des transparenten
Trägers 222 angeordnet. Auf der vom Halbleiterkörper 10 abgewandten Seite des transparenten Trägers 222 ist, wie bei der dritten Variante, eine FarbstoffSchicht 223 angeordnet. Diese ist mit einer Versiegelungsschicht 224 abgedeckt, welche die Gefahr des Verkratzens der FarbstoffSchicht 223 durch mechanische Einwirkung verringert.
Bei allen Varianten des zweiten Plättchens, die einen
absorbierenden wellenlängenselektiven Filter mit einem
Farbstoff enthalten, kann der wellenlängenselektiv
reflektierende Schichtstapel 221 auch weggelassen sein.
Figur 3E zeigt eine fünfte Variante des zweiten Plättchens 222, bei der der Träger 222 an seiner dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Seite mit der wellenlängenselektiv
reflektierenden Schicht 221 und an seiner vom
Halbleiterkörper 10 abgewandten Seite mit einer
Antireflexschicht 225 versehen ist. Die Antireflexschicht umfasst, wie die wellenlängenselektiv reflektierende
Filterschicht 221, einen Schichtstapel aus Schichten mit alternierend hohem und niedrigem Brechungsindex. Die
Schichtdicken und Schichtfolge des Antireflex-Schichtstapels 225 sind jedoch zweckmäßigerweise so gewählt, dass für möglichst viele Wellenlängen und Einfallswinkel destruktive Interferenz auftritt. Die Herstellung solcher Antireflex- Schichtstapel mit der Auswahl geeigneter Brechungsindizes, Schichtdicken und Schichtfolgen ist dem Fachmann im Prinzip bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher
erläutert .
Die Figuren 4A und 4B zeigen einen optoelektronischen
Halbleiterchip gemäß einem dritten Aspekt in einer
schematischen Schnittdarstellung und einer schematischen Draufsicht. Der Halbleiterchip 1 gemäß dem dritten Aspekt unterscheidet sich dadurch von dem Halbleiterchip gemäß dem zweiten Aspekt, dass das zweite Plättchen 22 anstelle eines wellenlängenselektiven Filters 221 eine Reflektorschicht 226 aufweist, die zur Reflexion von Primärlicht und Sekundärlicht ausgebildet ist.
Die an der dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Seite eines transparenten Trägers 222 angeordnete Reflektorschicht 226 überdeckt in Draufsicht auf die Lichtauskoppelfläche 201 des Lumineszenzkonversionselements 20 einen umlaufenden
Randbereich des Halbleiterchips 10 und insbesondere den vom ersten Plättchen 21 unbedeckten zweiten Teilbereich 1012 der zur Primärlichtabstrahlung vorgesehenen Außenfläche 101 des
Halbleiterkörpers 10. Ein Mittelbereich des Halbleiterkörpers 10 ist von der Reflektorschicht 226 unbedeckt.
Die Reflektorschicht 226 enthält beispielsweise ein Metall wie Aluminium und/oder Silber oder besteht aus mindestens einem Metall. Bei einer Variante ist die Reflektorschicht 226 durch eine Primär- und Sekundärlicht absorbierende Schicht, beispielsweise eine schwarze Farbschicht, ersetzt. Die
Reflektorschicht 226 beziehungsweise die absorbierende
Schicht ist zweckmäßigerweise sowohl für das vom
Halbleiterkörper 10 abgestrahlte Primärlicht wie auch für das vom ersten Plättchen 21 abgestrahlte Sekundärlicht im
Wesentlichen undurchlässig. Der Halbleiterchip 1 gemäß dem vorliegenden Aspekt ist beispielsweise zur Abstrahlung von Mischlicht aus vom
Halbleiterkörper 10 stammenden Primärlicht und von dem ersten Plättchen 21 stammenden Sekundärlicht von der Auskoppelfläche 201 vorgesehen. Beispielsweise handelt es sich bei dem
Mischlicht um weißes Licht aus blauem Primärlicht des
Halbleiterkörpers 10 und gelbem Sekundärlicht des ersten Plättchens 21. Alternativ kann der Halbleiterchip 1 auch vollkonvertierend sein wie die Halbleiterchips 1 gemäß den vorhergehenden Aspekten. Mittels der Reflektorschicht 226 ist die Gefahr von farbigen Rändern, in denen beispielsweise die Farbe des Primärlichts dominiert, im Gebiet des zweiten
Teilbereichs 1012 der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 und in dem umlaufenden Randbereich des Halbleiterkörpers 10 verringert.
Figur 4C zeigt eine Variante des
Lumineszenzkonversionselements 20 für den dritten
Halbleiterchip 1. Bei dieser Variante ist das erste Plättchen
21 nicht zunächst separat hergestellt und anschließend mittels einer KlebstoffSchicht 30 mit dem zweiten Plättchen
22 befestigt, wie bei dem dritten Halbleiterchip 1 in Figur 4A dargestellt. Stattdessen ist das erste Plättchen 21 direkt auf dem zweiten Plättchen 22 hergestellt und grenzt in dem von der Reflektorschicht 26 unbedeckten Gebiet an den Träger 222 an. Beispielsweise ist das mit den LeuchtstoffPartikeln versehene Matrixmaterial auf das zweite Plättchen 22
aufgebracht und an Ort und Stelle ausgehärtet. Hierbei sind die gleichen Materialien geeignet, wie für das separat hergestellte erste Plättchen 21. Beispielsweise ist das Matrixmaterial ein Epoxidharz oder Silikonharz, das bei dem Lumineszenzkonversionselement 20 gemäß der Figur 4A auch für die Klebstoff 30' verwendet sein kann.
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauteils gemäß einem ersten Aspekt.
Das optoelektronische Bauteil weist ein Trägerelement in Form eines Grundgehäuses 4 auf, das beispielsweise einen
Leiterrahmen 40 umfasst, welcher mit einem Gehäusegrundkörper 43 umspritzt ist.
Das Grundgehäuse 4 weist eine Vertiefung auf. An einer
Bodenfläche der Vertiefung liegen ein erster Abschnitt 41 und ein zweiter Abschnitt 42 des Leiterrahmens 40 frei. Auf dem ersten Abschnitt 41 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip befestigt. Dabei kann es sich beispielsweise um einen
Halbleiterchip gemäß einer der vorstehenden beschriebenen Aspekte handeln, beispielsweise um den Halbleiterchip gemäß dem ersten Aspekt.
Der Halbleiterchip weist einen Halbleiterkörper 10 auf, der elektrisch leitend mit dem ersten Abschnitt 41 des
Leiterrahmens 40 verbunden ist, beispielsweise indem er mittels eines Lots oder eines elektrisch leitfähigen
Klebstoffs auf diesem befestigt ist. Auf der vom ersten
Abschnitt abgewandten Seite 101 des Halbleiterkörpers 10 ist das erste Plättchen 21 befestigt, welches den zweiten
Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 freilässt .
An dem zweiten Teilbereich 1012 ist ein elektrischer
Anschlussleiter 5 befestigt. Beispielsweise ist als
elektrischer Anschlussleiter 5 ein so genannter Bonddraht verwendet. Ein erstes Ende des Bonddrahtes ist beispielsweise mittels des so genannten Ball-Bonding-Verfahrens an der elektrischen Anschlussstelle 13 befestigt. Das zweite Ende des Bonddrahts ist neben dem Halbleiterchip 1 auf den zweiten Abschnitt 42 des Leiterrahmens gezogen und dort elektrisch leitend befestigt. Das Verfahren des "Ball-Bonding",
beispielsweise das so genannte "Thermosonic-Ball-Wedge- Bonden", ist dem Fachmann im Prinzip bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Der Bonddraht hat beispielsweise eine Dicke von 50 ym oder weniger,
beispielsweise eine Dicke von 30 bis 40 ym, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
Auf dem ersten Plättchen 21 ist das zweite Plättchen 22 angeordnet, das mittels des ersten Plättchens 21 von dem
Halbleiterkörper 10 beabstandet ist, sodass es den zweiten Teilbereich 1012 der Primärlicht emittierenden Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers sowie einen Teilbereich des darauf aufgebrachten Bonddrahts, und insbesondere den Bond-Ball, überdeckt.
Die Dicke des ersten Plättchens 21 beträgt zwischen 100 ym und 200 ym, zum Beispiel zwischen 100 und 150 ym, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Insbesondere ist die Dicke des ersten Plättchens 21 größer als die Höhe, um welcher der Bonddraht in dem vom zweiten Plättchen 22 überdeckten Bereich über die Außenfläche 101 des
Halbleiterkörpers 10 hinausragt, sodass das zweite Plättchen 22 von dem Bonddraht 5 beabstandet ist.
Die Vertiefung des Grundgehäuses 4 ist mit einer
beispielsweise transparenten Vergussmasse 6 gefüllt. Die Vergussmasse 6 umschließt den Halbleiterchip 1 und den
Bonddraht 5.
Figuren 6A bis 6D zeigen schematische Schnittdarstellungen von verschiedenen Stadien eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem zweiten Aspekt .
Bei dem Verfahren wird ein Trägerelement 4 bereitgestellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Trägerelement 4 um eine Leiterplatte, beispielsweise um eine gedruckte
Leiterplatte. Die Leiterbahnen der Leiterplatte 4 sind in den
Figuren 6A bis 6D zur Vereinfachung der Darstellung
weggelassen. Auf die Leiterplatte 4 wird ein
optoelektronischer Halbleiterkörper 10 montiert,
beispielsweise auf eine Leiterbahn aufgelötet (siehe Figur
6A) .
Nachfolgend wird auf den Halbleiterkörper 10 an seiner von der Leiterplatte 4 abgewandten, zur Emission des Primärlichts vorgesehenen Außenfläche 101, das erste Plättchen 21 mittels einer KlebstoffSchicht 30 aufgeklebt. Beispielsweise besteht das erste Plättchen 21 aus Diffusorpartikeln wie T1O2- Partikeln, die in ein Matrixmaterial, beispielsweise ein Silikonmaterial, eingebettet sind. Die KlebstoffSchicht besteht beispielsweise aus dem Silikonmaterial oder aus einem Silikonmaterial, in das ebenfalls Diffusorpartikel ohne
Wellenlängenkonversionseigenschaft eingebettet sind. Das erste Plättchen 21 hat eine Dicke D von beispielsweise 100 bis 150 ym.
Das erste Plättchen 21 wird beispielsweise mittels eines sogenannten „pick-and-place"-Verfahrens auf den Halbleiterkörper 10 aufgesetzt. Beispielsweise wird es mittels eines Greifarms aufgenommen und mit Hilfe eines Kamerasystems auf dem Chip positioniert und abgelegt. Zweckmäßigerweise ist das erste Plättchen 21 hierzu vor dem Aufsetzen vorgefertigt, insbesondere ist das Matrixmaterial ein aushärtbares Material - zum Beispiel ein Epoxidharz oder ein Silikonharz -, das im ausgehärteten Zustand in dem
Plättchen 21 enthalten ist, wenn dieses auf den
Halbleiterkörper 10 aufgebracht wird.
Das erste Plättchen 21 ist beispielsweise mittels eines Siebdruck-, Schablonendruck-, Guss- oder Sinterverfahrens gefertigt. Mittels Siebdruck ist die geometrische Form des Plättchens 21 vorteilhafterweise in einem Produktionsschritt erzielbar. Mittels eines kombinierten Schablonen-/Siebdruck- Verfahrens ist mit Vorteil eine besonders große Strukturtreue erzielbar . Bei einer Ausgestaltung wird zur Herstellung des ersten
Plättchens 21 beispielsweise zunächst ein Verbund
hergestellt, der zu mehreren ersten Plättchen 21 vereinzelt wird, beispielsweise mittels Ausstanzen, Schneiden, Sägen oder Lasertrennen. Hierbei können Trennspuren an den
Seitenflächen der ersten Plättchen 21 hergestellt werden,
Materialreste des zwischen den einzelnen Plättchen entfernten Materials auf den Plättchen verbleiben und/oder die Plättchen können - zum Beispiel beim Lasertrennen - mit schräge
Seitenflanken hergestellt werden.
Solche Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung der ersten Plättchen 21 sind auch für alle anderen Ausgestaltungen von ersten und zweiten Plättchen 21, 22 denkbar. Vorteilhafterweise ist die erforderliche
Positioniergenauigkeit beim Ablegen des zweiten Plättchens 22 jeweils erheblich geringer als beim Ablegen des ersten
Plättchens. Beispielsweise ein pick-and-place Verfahren kann daher bei dem zweiten Plättchen 22 mit höherer
Geschwindigkeit durchgeführt werden als bei dem ersten
Plättchen 21.
Bei einer Variante des Verfahrens wird zunächst der
Halbleiterkörper 10 mit dem ersten Plättchen 21 verbunden und nachfolgend auf dem Trägerelement 4 befestigt. Beispielsweise kann in diesem Fall das erste Plättchen 21 direkt auf den Halbleiterkörper 10 abgeschieden und dort ausgehärtet werden. Bei dem in Figur 6C dargestellten nachfolgenden
Verfahrensschritt wird ein elektrischer Anschlussleiter 5, insbesondere ein Bonddraht, auf dem von dem ersten Plättchen 21 freigelassenen zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 mittels eines Ball-Bonding-Verfahrens befestigt. Der Anschlussleiter wird neben den Halbleiterkörper 10 geführt und mit einer zweiten Leiterbahn des Trägerelements 4
verbunden. Der Bonddraht 5 ragt dabei beispielsweise in
Richtung von der Leiterplatte 4 weg nicht über das erste Plättchen 21 hinaus.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das zweite Plättchen 22 - beispielsweise ebenfalls mittels einer
Klebstoffschicht - auf dem ersten Plättchen 21 befestigt. Das zweite Plättchen 22 überdeckt den mit dem Bonddraht 5
versehenen zweiten Teilbereich 1012.
Das zweite Plättchen 22 enthält Leuchtstoffpartikel eines anorganischen Leuchtstoffs in einer Kunststoffmatrix, zum Beispiel einer Epoxidharz- oder Silikonmatrix. Vom Halbleiterkörper 10 abgestrahltes Primärlicht wird mittels des im zweiten Plättchen 22 enthaltenen Leuchtstoffs, für den beispielsweise die weiter vorne beschriebenen Materialien geeignet sind, zumindest teilweise zu Sekundärlicht
wellenlängenkonvertiert. Das erste Plättchen dient bei dem Halbleiterchip 1 des zweiten optoelektronischen Bauteils als Abstandshalter für das zweite Plättchen 22 und zur
Homogenisierung des durch das erste Plättchen 21 tretenden Primärlichts.
Die Dicke des zweiten Plättchens 22 beträgt beispielsweise ebenfalls 100 ym oder mehr, beispielsweise zwischen 100 und 300 ym. Vorliegend hat es eine Dicke von 150 ym. Auf diese Weise ist das zweite Plättchen 22 mechanisch selbsttragend und weist auch an den seitlich über den Halbleiterchip 10 beziehungsweise über das erste Plättchen 21 hinausragenden Bereichen eine ausreichende Formstabilität auf. Die Figuren 7A bis 7D zeigen schematische
Schnittdarstellungen von verschiedenen Stadien eines
Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements gemäß einem dritten Aspekt. Im Gegensatz zum Bauelement gemäß dem zweiten Aspekt ist als Trägerelement 4, wie beim ersten Bauelement, ein Grundgehäuse mit einer Vertiefung bereitgestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in den Figuren 7A bis 7D der Leiterrahmen 40 weggelassen .
Figur 7A zeigt ein Stadium des Verfahrens, bei dem der optoelektronische Halbleiterkörper 10 in die Vertiefung des Grundgehäuses montiert ist. Dies kann, wie in Zusammenhang mit dem Bauelement gemäß dem zweiten Aspekt erläutert, beispielsweise mittels Löten oder Kleben erfolgen.
Bei dem in Figur 7A dargestellten Verfahrensstadium ist auch der elektrische Anschlussleiter 5 bereits mit der
elektrischen Anschlussstelle 13 an der zur
Primärlichtabstrahlung vorgesehenen Außenfläche 101 des
Halbleiterkörpers 10 sowie an dem Leiterrahmen des
Grundgehäuses 4 befestigt. Im Gegensatz zum Bauelement gemäß dem zweiten Aspekt ist vorliegend kein Bonddraht, sondern ein Leiterband als Anschlussleiter 5 verwendet. Ein Leiterband hat beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt mit einer Höhe, die insbesondere höchstens 30 ym beträgt. Anders ausgedrückt handelt es sich bei dem Leiterband um eine streifenförmige Metallfolie.
Das Leiterband 5 wird vorliegend mit einem so genannten
"Ribbon-Bonding"-Verfahren an der Anschlussstelle 13 des Halbleiterkörpers 10 und an dem Leiterrahmen 40 befestigt. Beim Ribbon-Bonding-Verfahren, das dem Fachmann im Prinzip bekannt ist und daher an dieser Stelle nicht näher erläutert wird, wird kein Bond-Ball hergestellt, sodass der elektrische Anschlussleiter 5 bei dem vorliegenden Bauelement nur
vergleichsweise wenig über den Halbleiterkörper 10
hinausragt, beispielsweise um weniger als 50 ym.
Figur 7B zeigt einen nachfolgenden Verfahrensschritt, bei dem das bereits fertig gestellte Lumineszenzkonversionselement 20 mit dem ersten Plättchen 21 und dem zweiten Plättchen 22 mittels eines so genannten Pick-and-Place-Verfahrens auf dem Halbleiterkörper 10 abgesetzt wird. Beispielsweise ist das erste Plättchen 21 zur Herstellung des
Lumineszenzkonversionselements 20 direkt auf dem zweiten Plättchen 21 abgeschieden. Vorteilhafterweise ist bei der Montage des Bauelements nur ein Justage- und Transferschritt zur Befestigung des Lumineszenzkonversionselements 20 erforderlich .
Zur Befestigung an dem Halbleiterkörper 10 ist das
Lumineszenzkonversionselement mit einer KlebstoffSchicht 30 versehen. Alternativ kann die KlebstoffSchicht 30 auch auf dem Halbleiterkörper 10 aufgebracht werden, beispielsweise durch Auftropfen eines Silikontropfens. Wie bei dem
Halbleiterchip 1 des Bauelements gemäß dem zweiten Aspekt enthält das erste Plättchen 21 Diffusorpartikel in einer Silikonmatrix und das zweite Plättchen 22 enthält
Leuchtstoffpartikel in einer Silikonmatrix.
Figur 7C zeigt ein nachfolgendes Verfahrensstadium, bei dem das Lumineszenzkonversionselement 20 auf dem Halbleiterkörper 10 befestigt ist. Aufgrund der geringen Höhe des
Leiterbändchens 5 ist die für das erste Plättchen 21
erforderliche Höhe bei dem Halbleiterchip 1 des dritten
Bauelements besonders gering. Beispielsweise hat das erste Plättchen 21 vorliegend eine Dicke D von 50 ym.
Figur 7D zeigt das fertig gestellte Bauelement, bei dem die Vertiefung des Grundgehäuses 4 mit einer reflektierenden
Vergussmasse 6 gefüllt ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Vergussmasse um ein mit Titandioxidpartikeln
gefülltes Silikonharz. Die Vergussmasse umgibt den Halbleiterkörper 10, die
Klebstoffschicht 30, das erste Plättchen 21, das zweite
Plättchen 22 und auch das Leiterband 5. Vorliegend ist auch der Zwischenraum zwischen dem zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 und dem zweiten Plättchen 22 mit der reflektierenden Vergussmasse gefüllt. Die Auskoppelfläche 201 des Lumineszenzkonversionselements 20 ist zweckmäßigerweise von der reflektierenden Vergussmasse 6 unbedeckt.
Für das vorliegende Halbleiterbauelement ist auch ein
Bonddraht 5 als elektrischer Anschlussleiter verwendbar.
Genauso kann bei dem ersten und zweiten optoelektronischen Bauelement ein Leiterband als elektrischer Anschlussleiter 5 verwendet sein. Wird bei einem der Bauelemente ein Leiterband durch einen Bonddraht ersetzt, ist gegebenenfalls die
Schichtdicke D des ersten Plättchens entsprechend zu erhöhen. Figur 8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem vierten Aspekt. Dieses unterscheidet sich dadurch von dem Bauelement gemäß dem ersten Aspekt, dass der elektrische Anschluss des
Halbleiterkörpers 10 mittels zwei Bonddrähten 5a und 5b erfolgt. Ein solcher Anschluss ist beispielsweise zweckmäßig, wenn der Halbleiterkörper 10 ein elektrisch isolierendes Substrat 12 aufweist.
Der optoelektronische Halbleiterkörper 10 weist hierzu an seiner dem Lumineszenzkonversionselement 20 zugewandten Seite zwei elektrische Anschlussstellen 13 auf, die insbesondere zur n-seitigen und zur p-seitigen Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge 11 vorgesehen sind. Der erste
Anschlussleiter 5A ist mit dem ersten Abschnitt 41 des
Leiterrahmens 40 und einer der elektrischen Anschlussstellen verbunden, der zweite elektrische Anschlussleiter 5B ist mit der zweiten elektrischen Anschlussstelle und dem zweiten Abschnitt 42 des Leiterrahmens verbunden. Die Verbindung erfolgt dabei zum Beispiel in analoger Weise wie bei den vorhergehenden Aspekten beschrieben.
Das vorliegende Bauelement unterscheidet sich zudem von dem Bauelement gemäß dem ersten Aspekt dadurch, dass auf das
Grundgehäuse 4 ein optisches Element 7, beispielsweise eine Plankonvexlinse, aufgesetzt ist, welche insbesondere die Öffnung der Vertiefung des Grundgehäuses 4 abdeckt. Wie bei den Bauelementen gemäß dem ersten und dem dritten Aspekt ist das Lumineszenzkonversionselement 20 von den
Seitenflächen der Vertiefung des Grundgehäuses 4 beabstandet.
Figur 9 zeigt ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem fünften Aspekt in einer schematischen Schnittdarstellung.
Das Bauelement unterscheidet sich dadurch von dem Bauelement gemäß dem ersten Aspekt, dass der zweite Abschnitt 42 des Leiterrahmens nicht in einer Bodenfläche der Vertiefung des Grundgehäuses 4 enthalten ist. Stattdessen ist er gegenüber der Bodenfläche erhöht angeordnet. Diese Anordnung ist auch für die anderen Bauelemente mit Grundgehäuse 4 geeignet. Ein in der Bodenfläche freiliegender zweiter Abschnitt 42 des Leiterrahmens 40 wie bei dem Bauelement gemäß dem ersten Aspekt ist auch für das vorliegende Bauelement geeignet.
Der Halbleiterkörper 10 ist bei dem vorliegenden Bauelement seitlich mit einer reflektierenden Vergussmasse 6
umschlossen. Die reflektierende Vergussmasse 6, die
beispielsweise reflektierende Partikel - etwa
Titandioxidpartikel - enthält, bedeckt insbesondere die
Seitenflanken des Halbleiterkörpers 10 zumindest teilweise. Bei einer Weiterbildung bedeckt sie die Seitenflächen bis hinauf zu der zur Abstrahlung von Primärstrahlung vorgesehenen Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10. Der Abschnitt der Vertiefung über der reflektierenden
Vergussmasse 6 kann entweder gasgefüllt, beispielsweise luftgefüllt, oder mit einer transluzenten oder transparenten weiteren Vergussmasse gefüllt sein. Wie beim Bauelement gemäß dem vierten Aspekt ist die Öffnung der Vertiefung des
Grundgehäuses 4 mit einer Linse 7 abgedeckt. Figur 10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines
Bauelements gemäß einem sechsten Aspekt, das im Wesentlichen dem Bauelement gemäß dem ersten Aspekt entspricht. Abweichend davon ist wiederum die Öffnung der Vertiefung des
Grundgehäuses 4 mit einer konvexen Linse 7 abgedeckt.
Zudem ist die Vertiefung des Grundgehäuses 4 mit einer reflektierenden Vergussmasse 6 gefüllt, welche die
Seitenflanken des Halbleiterkörpers 10 und des ersten
Plättchens 21 bedeckt und den Zwischenraum zwischen dem zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 des
Halbleiterkörpers 10 und dem zweiten Plättchen 22 ausfüllt. Vorliegend schließt die von der Bodenfläche der Vertiefung des Grundgehäuses 4 abgewandte Oberfläche der reflektierenden Füllmasse 6 mit der dem Halbleiterkörper 10 zugewandten
Unterseite des zweiten Plättchens 22 bündig ab. Das zweite
Plättchen 22 ist somit über der reflektierenden Vergussmasse 6, insbesondere in einem Zwischenraum zwischen der
reflektierenden Vergussmasse und dem optischen Element 7 angeordnet .
Die Figuren IIA und IIB zeigen ein optoelektronisches
Bauelement gemäß einem siebten Aspekt in einer schematischen Draufsicht bzw. in einer schematischen Schnittdarstellung. Das Bauelement weist eine Reflektorkavität 8 auf. Diese wird bei dem vorliegenden Bauelement von der umlaufenden
Seitenfläche 81 und der Bodenfläche 82 einer Vertiefung eines Grundgehäuses 4 gebildet.
Vorliegend ist die Seitenfläche 81 eine ringförmig um die Bodenfläche 82 umlaufende Seitenfläche. Bei einer Variante des Bauelements ist die umlaufende Seitenfläche 81 aus einer Mehrzahl von Segmenten gebildet, beispielsweise bei einer pyramidenstumpf-förmigen Reflektorkavität 8 von den
Mantelflächen des Pyramidenstumpfs.
Das Grundgehäuse 4 ist beispielsweise durch Umspritzen eines Leiterrahmens 40 mit einem Gehäusegrundkörper 43 gebildet.
Der Leiterrahmen 40 und/oder der Gehäusegrundkörper 42 können reflektierend ausgeführt oder, wie in Figur IIB gezeigt, mit einer reflektierenden Beschichtung, zum Beispiel einer
Metallschicht, insbesondere einer Silberschicht, versehen sein.
In der Reflektorkavität 8 ist ein Halbleiterchip 1
angeordnet. Vorliegend ist er auf der Bodenfläche 82
befestigt .
Der Halbleiterchip 1 weist einen Halbleiterkörper 10 mit einer Halbleiterschichtenfolge 11 auf, die zur Lichterzeugung einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine
Quantentopfstruktur enthält. Zudem weist der Halbleiterkörper 1 ein Lumineszenzkonversionselement 20 auf, das auf einer zur Abstrahlung von Primärlicht vorgesehenen, von der Bodenfläche 82 abgewandten Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 befestigt ist. Der Halbleiterkörper 10 ist mittels der
Halbleiterschichtenfolge 11 zur Emission von Primärlicht ausgebildet. Das Lumineszenzkonversionselement 20 ist zur Emission von Sekundärlicht mittels Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des vom Halbleiterkörper 10
abgestrahlten Primärlichts ausgebildet.
Das Lumineszenzkonversionselement 20 ist beispielsweise ein auf dem Halbleiterkörper 10 vor oder nach der Montage in dem Grundgehäuse 4 aufgebrachtes, mit einem Leuchtstoff
versehenes Plättchen. Das Lumineszenzkonversionselement 20 ist bei einer Ausgestaltung von der Seitenfläche 81
beabstandet. Die Seitenflanken des Halbleiterkörpers 10 sind bei einer Weiterbildung von dem Lumineszenzkonversionselement 20 unbedeckt.
Eine Öffnung 80 der Reflektorkavität 8 ist mit einer
Reflektorschicht 9 abgedeckt. Diese ist bei einer
Ausgestaltung sowohl für das Primärlicht wie auch für das
Sekundärlicht reflektierend ausgebildet. Beispielsweise weist die Reflektorschicht mindestens ein Metall wie Aluminium und/oder Silber auf oder besteht aus mindestens einem Metall. Die Reflektorschicht 9 ist beispielsweise auf einen Träger 90 aufgebracht. Der Träger 90 ist bei einer Ausgestaltung transparent oder transluzent, insbesondere diffus streuend, ausgebildet. Alternativ kann er einen Farbstoff enthalten. Die Reflektorschicht 9 überdeckt einen ersten Teilbereich 810 der Öffnung 80, während ein zweiter Teilbereich 820 der
Öffnung 80 von der Reflektorschicht 9 unbedeckt ist. Der zweite Teilbereich 82 ist zweckmäßigerweise zur Lichtabstrahlung vorgesehen. Vorliegend ist der zweite
Teilbereich 820 ein Mittelbereich der Öffnung 80, der erste Teilbereich 810 ein um den Mittelbereich 820 umlaufender Randbereich der Öffnung 80.
Bei dem vorliegenden Bauelement überlappt der zweite
Teilbereich in Draufsicht auf die Reflektorschicht 9
vollständig mit dem Halbleiterchip 1 und insbesondere mit dem Lumineszenzkonversionselement 20. Vorzugsweise ist ein umlaufender Randbereich des Halbleiterchips 1 und
insbesondere des Lumineszenzkonversionselements 20 von dem ersten Teilbereich 810 in Draufsicht auf die Reflektorschicht 9 überdeckt. Das Lumineszenzkonversionselement 20 ist beispielsweise derart ausgebildet, dass weniger als ein Prozent der
Strahlungsintensität der Primärstrahlung, welche senkrecht zu der Außenfläche 101 abgestrahlt und in das
Lumineszenzkonversionselement 20 eingekoppelt wird, das Lumineszenzkonversionselement 20 an seiner von der
Außenfläche 101 abgewandten Auskoppelfläche 201 verlässt.
Primärstrahlung die beispielsweise schräg in den Randbereich des Lumineszenzkonversionselements 20 eingekoppelt wird, wird zu einem geringeren Anteil in diesem absorbiert, so dass ein Teil dieser Primärstrahlung beispielsweise aus den
Seitenflanken des Lumineszenzkonversionselements 20 wieder austritt (siehe Figur IIB) . Alternativ oder zusätzlich kann der Halbleiterkörper Primärstrahlung von seinen Seitenflanken abstrahlen.
Mittels der Reflektorschicht 9 ist vorteilhafterweise die Gefahr reduziert, dass unkonvertierte Primärstrahlung durch die Öffnung 80 aus dem Bauelement ausgekoppelt wird.
Zusätzlich ist die Reflektorschicht 9 dazu geeignet,
zumindest einen Teil der Primärstrahlung zu dem
Lumineszenzkonversionselement 20 zu reflektieren, so dass sie dort zu Sekundärstrahlung wellenlängenkonvertiert werden kann. Auf diese Weise ist die Konversionseffizienz des
Bauelements mit Vorteil besonders hoch.
Die Figuren 12A und 12B zeigen ein optoelektronisches
Bauelement gemäß einem achten Aspekt in einer schematischen Draufsicht bzw. in einer schematischen Schnittdarstellung.
Das Bauelement unterscheidet sich von dem Bauelement gemäß dem siebten Aspekt dadurch, dass der von der Reflektorschicht 9 überdeckte erste Teilbereich 810 ein Mittelbereich der Öffnung 80 der Reflektorkavität 8 ist und ein um den
Mittelbereich 810 umlaufender Randbereich 820 der Öffnung 80 den von der Reflektorschicht 9 unbedeckten zweiten
Teilbereich 820 bildet. In Draufsicht auf die Öffnung 80 ragt der Mittelbereich 810 seitlich allseitig über den
Halbleiterchip 1 hinaus.
Das Lumineszenzkonversionselement 20 ist im Gegensatz zur vorherigen Ausgestaltung keine Schicht, die Bestandteil des Halbleiterchips 1 ist. Vielmehr ist das
Lumineszenzkonversionselement 20 als Vergussmasse
ausgebildet, mit der die Reflektorkavität 8 befüllt ist und welche den Halbleiterkörper 10 verkapselt. Insbesondere ist die Reflektorkavität 8 vollständig mit dem
Lumineszenzkonversionselement 20 gefüllt.
Die Höhe der Vergussmasse 20 über dem Halbleiterkörper 10 und die Leuchtstoffkonzentration C in der Vergussmasse sind vorliegend derart gewählt, dass ein Anteil von mindestens zehn Prozent, insbesondere von mindestens zwanzig Prozent, der Strahlungsintensität der von der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 senkrecht abgestrahlten Primärstrahlung an der vom Halbleiterkörper 10 abgewandten Seite der
Lumineszenzumhüllung 20 auf die Reflektorschicht 9 trifft.
Zudem ist das Lumineszenzkonversionselement so geformt, dass Primärstrahlung, die unter einem größeren Winkel von der Außenfläche 101 abgestrahlt wird, so dass dessen optischer Weg - ohne Berücksichtigung von Streu- und
Absorptionsprozessen im Lumineszenzkonversionselement 20 - durch den zweiten Teilbereich 820 führt, zu einem geringeren Anteil auf die Öffnung 80 trifft. Beispielsweise ist dieser Anteil kleiner oder gleich fünf Prozent der unter dem
jeweiligen Winkel abgestrahlten Strahlungsleistung,
vorzugsweise kleiner oder gleich zwei Prozent, zum Beispiel kleiner oder gleich ein Prozent. Auf diese Weise ist mittels der Reflektorschicht die Gefahr einer farblich inhomogenen Lichtabstrahlung des Bauelements von der Öffnung 80 der Reflektorkavität 8 besonders gering. Zugleich ist mit Vorteil ein besonders flaches Bauelement erzielbar .
Figur 13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem neunten Aspekt.
Dieses unterscheidet sich von dem vorigen Bauelement dadurch, dass der von der Reflektorschicht 9 unbedeckte zweite
Teilbereich 820 nicht vollständig um den Halbleiterchip 1 umlaufend ausgebildet ist. Stattdessen stellt der zweite Teilbereich 820 vorliegend eine seitlich gegen den Halbleiterchip 1 versetzte Aussparung der Reflektorschicht 9 dar. Beispielsweise ist die Aussparung von einem Loch durch die Reflektorschicht 9 und den Träger 90 gebildet. Die das Lumineszenzkonversionselement 20 bildende
Vergussmasse ist zum Beispiel durch das Loch in die
Reflektorkavität 8 eingefüllt. Sie füllt die Reflektorkavität 8 vorliegend nur teilweise aus. Dabei überlappen die
Vergussmasse 20 und die Aussparung 820 in Draufsicht auf die Öffnung 80 vollständig.
Figur 14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem zehnten Aspekt. Dieses Bauelement unterscheidet sich von dem Bauelement gemäß dem siebten Aspekt (siehe Figuren IIA und IIB) dadurch, dass die Lumineszenzkonversionsschicht 20 nicht als Plättchen auf den Halbleiterkörper 10 aufgebracht ist. Stattdessen ist sie auf den Träger 90 derart aufgebracht, dass sie den von der Reflektorschicht 9 freigelassenen Teilbereich 820 überdeckt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Beispielsweise ist jeder der verschiedenen Halbleiterchips für jedes der
Bauelemente geeignet und die Verfahren sind zur Herstellung jedes der Bauelemente geeignet.
Darüber hinaus umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen in den Ausführungsbeispielen und Patentansprüche, auch wenn diese Kombination nicht explizit angegeben ist.

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (1) mit einem
Halbleiterkörper (10), der zur Emission von Primärlicht ausgebildet ist, und einem Lumineszenzkonversionselement (20), das zur Emission von Sekundärlicht mittels
Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des
Primärlichts ausgebildet ist, wobei
- das Lumineszenzkonversionselement (20) ein erstes Plättchen (21) aufweist, das an einem ersten Teilbereich
(1011) einer zur Abstrahlung von Primärlicht
vorgesehenen Außenfläche (101) des Halbleiterkörpers
(10) befestigt ist und einen zweiten Teilbereich (1012) dieser Außenfläche (101) frei lässt,
- das Lumineszenzkonversionselement (20) ein zweites Plättchen (22) aufweist, das an einer von dem
Halbleiterkörper (10) abgewandten Oberfläche des ersten Plättchens (21) befestigt und von dem Halbleiterkörper (10) beabstandet ist,
- das erste Plättchen (21) für die Primärstrahlung zumindest teilweise durchlässig ausgebildet ist
- ein Abschnitt des zweiten Plättchens (22) zumindest den zweiten Teilbereich (1012) überdeckt, und
- zumindest der Abschnitt des zweiten Plättchens (22) für die Primärstrahlung absorbierend und/oder
reflektierend und/oder streuend ausgebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß Anspruch 1, wobei auf den von dem ersten Plättchen (21) frei gelassenen Teilbereich (1012) der Außenfläche (101) des Halbleiterkörpers (10) eine elektrische Anschlussstelle (13) aus einem metallischen Material aufgebracht ist. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das erste Plättchen (21) einen Leuchtstoff enthält und das zweite Plättchen (22) mindestens eines der folgenden Elemente enthält: ein Leuchtstoff, ein wellenlängenselektiver Filter (221), der zur Transmission von Sekundärlicht und zur
Absorption und/oder Reflexion von Primärlicht
ausgebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das erste Plättchen (21)
transparent oder transluzent ist und das zweite
Plättchen (22) einen Leuchtstoff enthält.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke (D) des ersten Plättchens (21) größer als 50 ym ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Randbereich des zweiten Plättchens (22) den Halbleiterkörper (10) seitlich überragt und der Randbereich für die
Primärstrahlung absorbierend und/oder reflektierend und/oder streuend ausgebildet ist.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Plättchen (21, 22) derart für die Primärstrahlung absorbierend und/oder reflektierend ausgebildet sind, dass das Lumineszenzkonversionselement (20) an seiner von dem Halbleiterkörper abgewandten, zur Abstrahlung von Sekundärlicht vorgesehenen Oberfläche (201)
höchstens zwei Prozent der Strahlungsleistung eines durch seine dem Halbleiterkörper (10) zugewandte
Oberfläche eingekoppelten Primärlichts abstrahlt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Plättchen (21) mittels einer transparenten oder transluzenten
KlebstoffSchicht (30) an dem ersten Teilbereich (1011) befestigt ist.
Optoelektronisches Bauelement mit einem Halbleiterchip (1) gemäß Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 8 unter direktem oder indirektem Rückbezug auf Anspruch 2 und einem elektrischen Anschlussleiter (5) , der an der elektrischen Anschlussstelle (13) befestigt ist, wobei das zweite Plättchen (22) den elektrischen
Anschlussleiter (5) zumindest stellenweise überdeckt.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 9, wobei der Halbleiterkörper (10) seitlich mit einer
reflektierenden Masse (6) umgeben ist, welche zumindest den ersten Teilbereich (1011) der zur Abstrahlung von Primärlicht vorgesehenen Außenfläche (101) frei lässt.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 10, wobei der Halbleiterkörper (10) und das erste Plättchen (21) mit einer reflektierenden Masse (6) umgeben sind, welche den zweiten Teilbereich (1012) zumindest stellenweise überdeckt .
Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen
Bauelements gemäß Anspruch 9, mit den Schritten
- Bereitstellen eines Trägerelements (4) für den
Halbleiterkörper (10) - Befestigen des Halbleiterkörpers (10) auf dem
Trägerelement (4)
- Befestigen des elektrischen Anschlussleiters (5) an dem Halbleiterkörper (10) und an dem Trägerelement (4) und
- zumindest stellenweises Überdecken des
Anschlussleiters (5) mit dem zweiten Plättchen (22) nachfolgend auf das Befestigen des Anschlussleiters (5) .
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei
entweder das erste Plättchen (21) vor dem Befestigen des Anschlussleiters (5) an dem Halbleiterkörper (10) befestigt wird und, nachfolgend auf das Befestigen des Anschlussleiters (5), das zweite Plättchen (22) an dem ersten Plättchen (21) befestigt wird
oder zunächst das Lumineszenzkonversionselement (20) mit dem ersten und zweiten Plättchen (21, 22) hergestellt und, nachfolgend auf das Befestigen des Anschlussleiters (5), das Lumineszenzkonversionselement (20) an dem
Halbleiterkörper (10) befestigt wird.
Optoelektronisches Bauelement mit einer Reflektorkavität (8), einem lichtemittierenden Halbleiterkörper (10), der zur Emission von Primärlicht ausgebildet ist, in der Reflektorkavität (8) und einem
Lumineszenzkonversionselement (20), das zur Emission von Sekundärlicht mittels Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des Primärlichts ausgebildet ist, wobei
- die Reflektorkavität (8) eine Öffnung (80) aufweist,
- ein erster Teilbereich (810) der Öffnung (80) mit einer Reflektorschicht (9) abgedeckt ist,
- ein zweiter Teilbereich (820) der Öffnung (80) von der Reflektorschicht (9) unbedeckt ist, und - das Lumineszenzkonversionselement (20) in Draufsicht auf die Öffnung (80) vollständig mit dem zweiten
Teilbereich (820) überlappt.
Optoelektronisches Bauelement gemäß Anspruch 14, wobei in Draufsicht auf die Öffnung (80) der zweite
Teilbereich (820)
entweder mit dem Halbleiterkörper (10) vollständig überlappt
oder seitlich von dem Halbleiterkörper (10),
insbesondere um den Halbleiterkörper (10) umlaufend, in einem Randbereich der Öffnung (80) angeordnet ist.
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