WO2016087656A1 - Konversionselement, optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung von konversionselementen - Google Patents

Konversionselement, optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung von konversionselementen Download PDF

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WO2016087656A1
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conversion
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conversion element
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carrier
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Thomas Schwarz
Frank Singer
Stefan Illek
Michael Zitzlsperger
Britta GÖÖTZ
Dominik SCHULTEN
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • Conductor chip to convert primary radiation having a first wavelength into secondary radiation having a longer second wavelength different from the first wavelength.
  • Conversion elements often include a sensitive wavelength converting
  • Conversion material which can be destroyed and / or damaged by contact with, for example, oxygen and / or water by, for example, oxidation.
  • One problem to be solved is to specify a conversion element which has an increased service life.
  • This task is inter alia by a
  • the conversion element is thereby formed (for example in a semiconductor chip
  • the conversion layer comprises a sensitive wavelength-converting conversion material.
  • the conversion material can be destroyed and / or damaged by contact with, for example, oxygen and / or water by, for example, oxidation.
  • the sensitive conversion material can be sensitive to temperature fluctuations and by such temperature fluctuations, for example in his
  • Conversion layer encapsulated on all sides. This means, in particular, that the conversion layer is encapsulated both on the two main surfaces and on their side surfaces. Due to the all-round encapsulation is an increased
  • the conversion element comprises a first encapsulation layer on a first major surface of the conversion layer.
  • the first encapsulation layer has a thickness between 10 ⁇ m and 500 ⁇ m, preferably between 25 ⁇ m and 300 ⁇ m, for example between 50 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • this includes
  • Conversion element a second encapsulation layer on a second major surface of the conversion layer.
  • Encapsulation layer has a thickness between 0.1 ym and 20 ym, preferably between 0.2 ym and 10 ym, for example between 0.5 ym and 5 ym.
  • a layer or an element is arranged or applied "on” or “above” another layer or another element can mean here and below that the one layer or the one element is directly in direct mechanical and / or electrical contact is arranged on the other layer or the other element.
  • the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element.
  • both the first encapsulation layer and the second encapsulation layer contain a (in particular transparent) encapsulation material, which differs from the conversion material.
  • the encapsulating material is adapted to the conversion layer before the
  • the encapsulating material may be a
  • Water vapor transmission rate not exceeding 1 ⁇ 10 -3 g / m 2 / day, for example at most 3 ⁇ 10 -4 g / m 2 / day, preferably at most 1 ⁇ 10 -6 g / m 2 / day, particularly preferably at most 1 ⁇ 10 -8 g / m 2 / day.
  • Conversion element be precharacterized.
  • a color location of the secondary radiation that can be generated by the conversion element can be measured.
  • Semiconductor chip can be combined, which itself emits primary radiation with a suitable color location, which can be produced advantageously white light with the desired color properties.
  • this includes
  • the conversion layer comprises a
  • Matrix material for example, an acrylate
  • Conversion material is a good color rendering achieved because the converted electromagnetic radiation is relatively narrow band and thus no mixture of different spectral colors is generated. For example, this indicates
  • Spectrum of the converted radiation has a wavelength width of at least 20 nm to at most 60 nm. This allows the generation of light whose color is in a spectral range can be assigned very precisely. In this way, when using the conversion element in an optoelectronic semiconductor component of a backlighting device, a large color gamut can be achieved.
  • the quantum dots are preferably around
  • Nanoparticles that is particles with a size in the
  • the quantum dots include one
  • the semiconductor core may, for example, be formed with CdSe, CdS, InAs, CuInS 2 , ZnSe (for example Mn doped) and / or InP and be doped, for example.
  • CdSe CdS
  • CdS CdS
  • InAs CuInS 2
  • ZnSe for example Mn doped
  • InP InP
  • the semiconductor core may be formed for example with CdTe, PbS, PbSe and / or GaAs and also be doped, for example.
  • Semiconductor core can be covered by several layers. In other words, the semiconductor core can at its
  • a first encapsulating layer of a quantum dot is, for example, an inorganic material such as
  • the first overcladding layer and the semiconductor core are exposed by at least one second cladding layer at the exposed ones
  • the layer may be formed with an organic material such as cystamine or cysteine, and sometimes serves to improve the solubility of the material
  • Quantum dots in, for example, a matrix material and / or a solvent it is also possible to use amines, sulfur-containing or phosphorus-containing organic compounds become) .
  • amines, sulfur-containing or phosphorus-containing organic compounds become
  • due to the second covering layer a spatially uniform distribution of the quantum dots in a matrix material is improved.
  • side surfaces of the conversion element have singulation tracks.
  • the first encapsulation layer is formed by a carrier element made of a glass or a plastic.
  • the support element a is formed by a carrier element made of a glass or a plastic.
  • the second encapsulation layer comprises Al 2 O 3, SiO 2, ZrO 2, TiC> 2, S 13 N 4, siloxane, SiO x N y and / or a parylene or consists of one of these materials. It is preferred that the second encapsulation layer by a
  • Coating process is formed, for example, with atomic layer deposition (ALD) and / or chemical
  • CVD chemical vapor deposition
  • sputtering / or sputtering
  • a frame element to be arranged on the first encapsulation layer which laterally surrounds the conversion layer.
  • a direction parallel to the main extension plane of the conversion layer and / or the first encapsulation layer and / or the second is referred to as a lateral (lateral) direction Encapsulation layer understood.
  • a vertical direction is understood to mean a direction perpendicular to said plane.
  • the first encapsulation layer and the frame element are integrally formed.
  • tub-shaped or honeycomb-shaped element made of glass or other transparent material.
  • the second encapsulation layer extends beyond the side surfaces of the conversion layer and surrounds the
  • An optoelectronic semiconductor component has, according to at least one embodiment, a semiconductor chip provided for generating electromagnetic radiation.
  • the semiconductor chip has in particular a
  • the semiconductor body in particular the active region, contains, for example, a III-V
  • the semiconductor component has a
  • Housing body which surrounds the semiconductor chip, at least in a lateral direction.
  • the optoelectronic semiconductor component is on the housing body a
  • the semiconductor component is provided for producing mixed light, in particular of mixed light that appears white to the human eye.
  • mixed light in particular of mixed light that appears white to the human eye.
  • a blue electromagnetic radiation through the semiconductor component for example, a blue electromagnetic radiation through the semiconductor component.
  • Conversion element at least partially or completely converted into a red and / or green radiation.
  • the semiconductor component has two contacts on a rear side for contacting the semiconductor chip.
  • the back side of the semiconductor component is understood to be the side of the semiconductor component which is part of the semiconductor component
  • the semiconductor component further has a leadframe.
  • the two contacts on the back of the semiconductor device are by parts of
  • the conversion element is arranged on the housing body such that the first
  • the housing body has a
  • the method has a step in which a carrier composite is provided which, for example, contains a glass or a plastic or can consist of one of these materials.
  • the carrier composite may have a thickness between 10 ym and 500 ym, preferably between 25 ym and 300 ym,
  • the method has a step in which a multiplicity of conversion layers are formed on the carrier assembly, wherein the conversion layers are spaced apart in a lateral direction and are each arranged with a first main surface on the carrier assembly.
  • the method has a step in which a coating is formed on at least every other major surface of the plurality of conversion layers, preferably with a material which differs from the material of the carrier composite.
  • the coating may comprise, for example, Al 2 O 3, SiO 2, ZrC> 2, T 1 O 2, S 13 N 4, siloxane, SiO x N y and / or a parylene, or consist of one of these materials.
  • a coating method such as atomic layer deposition (ALD) and / or chemical vapor deposition (CVD) and / or sputtering.
  • ALD atomic layer deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • sputtering atomic layer deposition
  • the application of chemical vapor deposition can also be plasma assisted.
  • the coating has a thickness between 0.1 .mu.m and 20 .mu.m, preferably between 0.2 .mu.m and 10 .mu.m, for example between 0.5 .mu.m and 5 .mu.m.
  • the method has a step in which the carrier assembly is separated into a plurality of conversion elements, wherein each conversion element has at least one conversion layer, a part of the carrier composite as the first encapsulation layer and a part of the coating as the second
  • Encapsulation layer has.
  • the consequence of the singulation is that side surfaces of the resulting conversion elements
  • the method has a step, in which a lattice structure is formed on the carrier assembly before the formation of the plurality of conversion layers on the carrier composite.
  • the lattice structure has a multiplicity of recesses arranged in the form of a matrix. In the area of each of the
  • Recesses of the carrier composite is exposed in each case. In each of the recesses is subsequently one of
  • the method has a step in which the lattice structure is formed in that a plate element on the Carrier composite is attached and recesses in the
  • the plate member may for example consist of silicon and by a
  • Anodic bonding process can be attached to the carrier composite.
  • the recesses can subsequently be etched.
  • Carrier composite is attached.
  • the method has a step in which the lattice structure is formed by forming a carrier structure
  • Support structure here forms the carrier composite, and a second part of the grid structure in the context of the present application.
  • regions of the carrier composite which are arranged between the laterally spaced conversion layers remain
  • conversion elements a particularly flat and compact design, making them suitable, for example, for use in backlighting devices.
  • Conversion element according to the invention particularly suitable.
  • features can therefore be used for the conversion element or vice versa.
  • FIGS. 1 to 7 and 8 to 13 each one
  • FIGS. 20 to 29 each show an exemplary embodiment of an optoelectronic component.
  • FIGS. 1 to 7 show a first exemplary embodiment of a method for producing a multiplicity of
  • Carrier composite 10 provided for example of glass, which has a thickness between 50 ym and 200 ym. In the method step shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the composite shown in FIG. 2 in one
  • the lattice structure 12 has a multiplicity of recesses 14 arranged in the form of a matrix. In the area of each of the recesses 14 of the carrier assembly 10 is exposed in each case.
  • each of the recesses 14 is hereinafter a
  • Conversion layer 16 formed ( Figure 4). Between two adjacent conversion layers 16 are through the
  • Grid structure 12 formed partitions 18 arranged so that the conversion layers 16 are laterally spaced from each other. Each of the conversion layers 16 has a first one
  • Main surface 20 and one of the first main surface 20 are Main surface 20 and one of the first main surface 20
  • Main surface 20 of each of the conversion layers 16 adjoins the carrier assembly 10.
  • Coating 24 is formed, each of which is the second
  • the coating 24 may for example consist of a parylene and have a thickness between 0.5 ym and 5 ym.
  • the carrier composite 10 and the lattice structure 12 are separated into a multiplicity of conversion elements 100.
  • the carrier assembly 10 is severed in the region of the partitions 18 along separating lines 28. This can be done, for example, mechanically, for example by means of sawing, chemically, for example by means of etching and / or by means of coherent radiation, for example by laser ablation.
  • Each of the resulting conversion elements 100 has
  • each conversion element 100 comprises parts of the severed partitions 18 of the grid structure 12. These form a frame member 34 which laterally surrounds the conversion layer and thereby encapsulated. The consequence of the singulation is that side surfaces 29 of the resulting conversion elements 100
  • FIGS. 8 to 13 show a second exemplary embodiment of a method for producing a multiplicity of
  • a carrier composite 10 for example made of glass
  • conversion layers 16 formed by a printing process such as screen printing on the carrier assembly 10, wherein the conversion layers 16 in a lateral direction
  • FIG. 10 shows the composite shown in FIG. 9 in one
  • a coating 24 is formed, which in each case is the second one
  • the carrier assembly 10 is singulated into a plurality of conversion elements 100.
  • Each of the resulting conversion elements 100 in turn has at least one conversion layer 16, a part of the carrier composite 10 as a first
  • Encapsulation layer 30 and a portion of the coating 24 as a second encapsulation layer 32 ( Figure 13).
  • Figure 14 is an embodiment of a
  • a lattice structure is formed by a plate element made of silicon by an anodic
  • Bonding process is fixed to the carrier composite
  • Recesses are formed in the plate member by an anisotropic etching process (not shown).
  • Conversion element 100 is made of silicon and forms, together with the first encapsulation layer 30, a cavity in which the conversion layer 16 is arranged. In addition, the conversion element 100 has a
  • the reflective layer 36 may be referred to as
  • dielectric mirror or a
  • reflective material such as silver or aluminum.
  • FIG. 15 shows a further exemplary embodiment of a
  • a lattice structure of a transparent or reflective (in particular highly reflective) material is formed, for example, an inorganic-organic hybrid polymer, a silicone or a metal.
  • Frame element 34 of the finished conversion element 100 thus consists of one of said materials and in turn forms, together with the first encapsulation layer 30, a cavity in which the conversion layer 16 is arranged.
  • the cavity according to FIGS. 14 and 15, in which the conversion layer 16 is arranged can also be produced by one of the following combinations of materials: glass Kovar, glass-aluminum, quartz-metal.
  • the respective first-mentioned material designates in particular a material which has the first encapsulation layer 30 or of which it consists.
  • Fener denotes the respectively second-mentioned material, in particular a material which comprises the frame element 34 or from which it consists.
  • the material Kovar is a trademark of CRS Holdings ine, Delaware. In particular, these are alloys
  • FIG. 16 shows a further exemplary embodiment of a
  • a lattice structure is formed by providing a support structure made of glass is formed in which matrix-shaped recesses (not shown). This can be the
  • Support structure made of glass isotropic or anisotropic etched, sandblasted or pressed. A first part of the carrier structure forms the carrier composite, and a second part the grid structure in the sense of the present application. As a result, the first encapsulation layer 30 and the frame member 34 are completed
  • Conversion element 100 integrally formed.
  • Method is prepared, which essentially has the process steps shown in Figures 8-13.
  • the second encapsulation layer 32 extends over the side surfaces of the conversion layer 16 and encloses them laterally.
  • the production is omitted
  • FIGS. 18 and 19 show further exemplary embodiments of a conversion element 100. In contrast to those shown in Figures 14 to 17
  • the conversion element 100 comprises a third encapsulation layer 38, which on the second
  • Main surface 22 of the conversion layer 16 is arranged.
  • the first encapsulation layer 30 and the third encapsulation layer 38 preferably consist of a same material, for example of glass or plastic, in particular of a plastic film.
  • the first encapsulation layer 30, the conversion layer 16 and the third encapsulation layer 38 In particular, together they can form a film sandwich.
  • Embodiments differ in that the second encapsulation layer 32 is applied either from one side only or from both sides. In the exemplary embodiment shown in FIG. 19, it also covers the side of the first side facing away from the conversion layer 16
  • FIGS. 20 and 21 show an exemplary embodiment of an optoelectronic device designated overall by 200
  • the optoelectronic semiconductor component 200 has a semiconductor chip 202 provided for generating electromagnetic radiation. Furthermore, the semiconductor device 200 has a
  • Housing body 204 which surrounds the semiconductor chip 202 at least in a lateral direction.
  • a conversion element 100 is arranged, which corresponds to the embodiment shown in Figure 14.
  • the semiconductor device 200 is for generating
  • Conversion element 100 at least partially or completely converted into a red and / or green radiation.
  • the semiconductor device further includes a lead frame 206, with two contacts 208, 210 at the back of the semiconductor device
  • Semiconductor device 200 are formed by parts of the lead frame 206.
  • Figures 22 and 23 are two more
  • the conversion element 100 is arranged on the housing body 204 such that the first (thicker) encapsulation layer 30 faces away from the semiconductor chip as seen from the conversion layer 16. This achieves that less blue light can escape through waveguide effects on the sides of the optoelectronic semiconductor device, i. Color inhomogeneities (so-called blue piping), which are due to the fact that unconverted
  • Primary radiation can leave the component past the conversion layer are reduced.
  • Encapsulation layer 32 which has only a small thickness, come out. In that in FIG. 23
  • light from the conversion layer 16 may be exposed to the outside. However, this is converted or white light.
  • FIG. 24 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component.
  • the housing body 204 has a
  • Outer wall portion 212 which surrounds the conversion element 100 at least partially laterally.
  • the housing body 204 has a
  • a base 214 is formed, on which the conversion element 100 can be arranged. Led by the first encapsulation layer 30 and exiting at the side surfaces blue light is by absorption or reflection at the
  • FIG. 25 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component. In contrast to that shown in FIG. 25
  • the semiconductor device 200 comprises a conversion element 100 according to the embodiment shown in Figure 18.
  • the second encapsulation layer 32 is formed only at a point in time in which the sandwich formed by the first encapsulation layer 30, the conversion layer 16 and the third encapsulation layer 38 is arranged on the housing body 204. As a result, the second encapsulation layer 32 also covers part of the
  • FIGS. 20 to 25 Semiconductor device shown. In contrast to the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 20 to 25, other types of semiconductor chips and housing bodies are used. This illustrates that the invention does not apply to those shown in FIGS. 20 to 25
  • FIG. 26 shows an arrangement with a semiconductor chip 202, which is in the form of a sapphire flip chip or as a structure without top contacts is formed, shown in Figure 27, an arrangement in which the semiconductor chip 202 is laterally surrounded by air and has a direct contact with the conversion element 100 or this at least very close, and in Figure 28, an optoelectronic device 200, wherein the Housing body 204 is formed by compression molding or by a film assisted transfer molding (Film Assisted Transfer Molding).
  • thermal vias 216 are provided, which

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Abstract

Es wird ein Konversionselement (100) beschrieben. Das Konversionselement (100) umfasst eine Konversionsschicht (16), welche ein wellenlängenkonvertierendes Konversionsmaterial umfasst, eine erste Verkapselungsschicht (30) auf einer ersten Hauptfläche (20) der Konversionsschicht, wobei die erste Verkapselungsschicht eine Dicke zwischen 10 µm und 500 µm aufweist, und eine zweite Verkapselungsschicht (32) auf einer zweiten Hauptfläche (22) der Konversionsschicht, wobei die zweite Verkapselungsschicht eine Dicke zwischen 0,1 µm und 20 µm aufweist. Weiterhin werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (200) und ein Verfahren zur Herstellung von Konversionselementen angegeben.

Description

Beschreibung
Konversionselement, optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung von Konversionselementen
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102014117983.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Es werden ein Konversionselement, ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung von Konversionselementen angegeben.
Aus dem Stand der Technik sind Konversionselemente bekannt, welche dazu ausgebildet sind, (beispielsweise in einem
Halbleiterchip erzeugte) Primärstrahlung mit einer ersten Wellenlänge in Sekundärstrahlung mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen längeren zweiten Wellenlänge zu konvertieren. Konversionselemente umfassen oftmals ein empfindliches wellenlängenkonvertierendes
Konversionsmaterial, welches bei Kontakt mit beispielsweise Sauerstoff und/oder Wasser durch beispielsweise Oxidation zerstört und/oder beschädigt werden kann. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Konversionselement anzugeben, das eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein
Konversionselement, ein Verfahren zur Herstellung einer
Vielzahl von Konversionselementen beziehungsweise ein
Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Es wird ein Konversionselement angegeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Konversionselement eine
Konversionsschicht auf, welche ein
wellenlängenkonvertierendes Konversionsmaterial umfasst.
Hierbei zeichnet sich ein wellenlängenkonvertierendes
Konversionsmaterial dadurch aus, dass die Wellenlänge einer beispielsweise von einem Halbleiterchip emittierten
elektromagnetischen Strahlung an dem Konversionsmaterial konvertiert wird. Das Konversionselement ist hierdurch dazu ausgebildet, (beispielsweise in einem Halbleiterchip
erzeugte) Primärstrahlung mit einer ersten Wellenlänge in Sekundärstrahlung mit einer von der ersten Wellenlänge verschiedenen längeren zweiten Wellenlänge zu konvertieren.
Die Konversionsschicht umfasst insbesondere ein empfindliches wellenlängenkonvertierendes Konversionsmaterial. Ein
empfindliches Konversionsmaterial zeichnet sich
beispielsweise dadurch aus, dass das Konversionsmaterial bei Kontakt mit beispielsweise Sauerstoff und/oder Wasser durch beispielsweise Oxidation zerstört und/oder beschädigt werden kann. Ferner kann das empfindliche Konversionsmaterial empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren und durch solche Temperaturschwankungen beispielsweise in seiner
Funktionalität beeinträchtigt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Konversionsschicht allseitig verkapselt. Dies bedeutet insbesondere, dass die Konversionsschicht sowohl an den beiden Hauptflächen als auch an ihren Seitenflächen gekapselt ist. Durch die allseitige Kapselung wird eine erhöhte
Lebensdauer der Konversionsschicht erreicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement eine erste Verkapselungsschicht auf einer ersten Hauptfläche der Konversionsschicht. Die erste Verkapselungsschicht weist eine Dicke zwischen 10 ym und 500 ym, bevorzugt zwischen 25 ym und 300 ym, beispielsweise zwischen 50 ym und 200 ym auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionselement eine zweite Verkapselungsschicht auf einer zweiten Hauptfläche der Konversionsschicht. Die zweite
Verkapselungsschicht weist eine Dicke zwischen 0,1 ym und 20 ym, bevorzugt zwischen 0,2 ym und 10 ym, beispielsweise zwischen 0,5 ym und 5 ym auf.
Dass eine Schicht oder ein Element „auf" oder „über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar im direkten mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist.
Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente
zwischen der einen und der anderen Schicht angeordnet sein. Bevorzugt enthalten sowohl die erste Verkapselungsschicht als auch die zweite Verkapselungsschicht ein (insbesondere transparentes) Verkapselungsmaterial , welches sich von dem Konversionsmaterial unterscheidet. Das Verkapselungsmaterial ist dazu ausgebildet, die Konversionsschicht vor der
Einwirkung von Feuchtigkeit und Sauerstoff zu schützen.
Beispielsweise kann das Verkapselungsmaterial eine
Wasserdampf-Transmissionsrate aufweisen, die höchstens 1 x 10"3 g/m2/Tag, beispielsweise höchstens 3 x 10~4 g/m2/Tag, bevorzugt höchstens 1 x 10"6 g/m2/Tag, besonders bevorzugt höchstens 1 x 10"8 g/m2/Tag beträgt.
Dadurch, dass das Konversionselement separat verkapselt bereitgestellt werden kann, d.h. die Verkapselung nicht erst zu einem Zeitpunkt stattfindet, in welchem das
Konversionselement bereits in einem optoelektronischen
Halbleiterbauelement angeordnet ist, kann das
Konversionselement vorcharakterisiert werden. Insbesondere kann ein Farbort der durch das Konversionselement erzeugbaren Sekundärstrahlung gemessen werden. In einem späteren
Verfahrensschritt kann das Konversionselement in einem optoelektronischen Halbleiterbauelement mit einem
Halbleiterchip kombiniert werden, der selbst Primärstrahlung mit einem geeigneten Farbort emittiert, wodurch vorteilhaft weißes Licht mit den gewünschten Farbeigenschaften erzeugt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionsmaterial wellenlängenkonvertierende Quantenpunkte. Beispielsweise umfasst die Konversionsschicht ein
Matrixmaterial (beispielsweise ein Acrylat) , wobei die wellenlängenkonvertierenden Quantenpunkte in das
Matrixmaterial eingebracht sind.
Durch die Verwendung von Quantenpunkten als
Konversionsmaterial wird eine gute Farbwiedergabe erreicht, da die konvertierte elektromagnetische Strahlung relativ schmalbandig ist und somit keine Mischung unterschiedlicher Spektralfarben erzeugt wird. Beispielsweise weist das
Spektrum der konvertierten Strahlung eine Wellenlängen-Breite von wenigstens 20 nm bis höchstens 60 nm auf. Dies ermöglicht die Erzeugung von Licht, dessen Farbe einem Spektralbereich sehr genau zugeordnet werden kann. Hierdurch kann bei einem Einsatz des Konversionselements in einem optoelektronischen Halbleiterbauelement einer Hinterleuchtungseinrichtung ein großer Farbgamut erreicht werden.
Bei den Quantenpunkten handelt es sich bevorzugt um
Nanopartikel , das heißt Teilchen mit einer Größe im
Nanometer-Bereich . Die Quantenpunkte umfassen einen
Halbleiterkern, der wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweist. Der Halbleiterkern kann beispielsweise mit CdSe, CdS, InAs, CuInS2, ZnSe (beispielsweise Mn dotiert) und/oder InP gebildet sein und beispielsweise dotiert sein. Für
Anwendungen mit infraroter Strahlung kann der Halbleiterkern beispielsweise mit CdTe, PbS, PbSe und/oder GaAs gebildet sein und ebenfalls beispielsweise dotiert sein. Der
Halbleiterkern kann von mehreren Schichten ummantelt sein. Mit anderen Worten, der Halbleiterkern kann an dessen
Außenflächen vollständig oder nahezu vollständig von weiteren Schichten bedeckt sein.
Eine erste ummantelnde Schicht eines Quantenpunkts ist beispielsweise mit einem anorganischen Material, wie
beispielsweise ZnS, CdS und/oder CdSe, gebildet und dient der Erzeugung des Quantenpunkt-Potentials. Die erste ummantelnde Schicht und der Halbleiterkern werden von zumindest einer zweiten ummantelnden Schicht an den freiliegenden
Außenflächen nahezu vollständig umschlossen. Die zweite
Schicht kann beispielsweise mit einem organischen Material, wie beispielsweise Cystamin oder Cystein, gebildet sein und dient mitunter der Verbesserung der Löslichkeit der
Quantenpunkte in beispielsweise einem Matrixmaterial und/oder einem Lösungsmittel (es können auch Amine, schwefelhaltige oder phosphorhaltige organische Verbindungen verwendet werden) . Hierbei ist es möglich, dass aufgrund der zweiten ummantelnden Schicht eine räumlich gleichmäßige Verteilung der Quantenpunkte in einem Matrixmaterial verbessert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist vorgesehen, dass Seitenflächen des Konversionselements Vereinzelungsspuren aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist vorgesehen, dass die erste Verkapselungsschicht durch ein Trägerelement aus einem Glas oder einem Kunststoff gebildet ist. Beispielsweise kann das Trägerelement ein
Borosilikatglas enthalten oder aus einem Borosilikatglas bestehen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist vorgesehen, dass die zweite Verkapselungsschicht AI2O3, S1O2, Zr02, TiC>2, S13N4, Siloxan, SiOxNy und/oder ein Parylen aufweist oder aus einem dieser Materialien besteht. Bevorzugt ist, dass die zweite Verkapselungsschicht durch ein
Beschichtungsverfahren ausgebildet ist, beispielsweise mit Atomlagenabscheidung (ALD) und/oder chemischer
Gasphasenabscheidung (CVD) und/oder Sputtern. Die Anwendung von chemischer Gasphasenabscheidung kann auch
plasmaunterstützt erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements ist vorgesehen, dass auf der ersten Verkapselungsschicht ein Rahmenelement angeordnet ist, welches die Konversionsschicht seitlich umschließt. Unter einer lateralen (seitlichen) Richtung wird hier und im Folgenden eine Richtung parallel zu der Haupterstreckungsebene der Konversionsschicht und/oder der ersten Verkapselungsschicht und/oder der zweiten Verkapselungsschicht verstanden. Analog wird unter einer vertikalen Richtung eine Richtung senkrecht zur genannten Ebene verstanden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements sind die erste Verkapselungsschicht und das Rahmenelement einstückig ausgebildet. Beispielsweise können die erste
Verkapselungsschicht und das Rahmenelement durch ein
wannenförmig oder wabenförmig ausgebildetes Element aus Glas oder einem anderen transparenten Material gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements erstreckt sich die zweite Verkapselungsschicht bis über die Seitenflächen der Konversionsschicht und umschließt die
Konversionsschicht seitlich. Bei der Herstellung entfallen hierbei die Prozessschritte, welche zur Ausbildung eines Rahmenelements erforderlich sind.
Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip auf. Der Halbleiterchip weist insbesondere einen
Halbleiterkörper mit einem zur Erzeugung von
elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, enthält beispielsweise ein III-V-
Verbindungshalbleitermaterial .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen
Gehäusekörper auf, der den Halbleiterchip zumindest in einer lateralen Richtung umgibt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist auf dem Gehäusekörper ein
Konversionselement angeordnet, welches ein
wellenlängenkonvertierendes Konversionsmaterial umfasst und wie oben beschrieben ausgebildet ist.
Beispielsweise ist das Halbleiterbauelement zur Erzeugung von Mischlicht, insbesondere von für das menschliche Auge weiß erscheinendem Mischlicht, vorgesehen. Beispielsweise wird eine blaue elektromagnetische Strahlung durch das
Konversionselement zumindest teilweise oder vollständig in eine rote und/oder eine grüne Strahlung konvertiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement an einer Rückseite zwei Kontakte zur Kontaktierung des Halbleiterchips auf. Unter der Rückseite des Halbleiterbauelements wird die Seite des Halbleiterbauelements verstanden, welche vom
Halbleiterchip aus gesehen von dem Konversionselement
abgewandt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement ferner einen Leiterrahmen auf. Bevorzugt sind die zwei Kontakte an der Rückseite des Halbleiterbauelements durch Teile des
Leiterrahmens gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist das Konversionselement derart auf dem Gehäusekörper angeordnet, dass die erste
Verkapselungsschicht von der Konversionsschicht aus gesehen von dem Halbleiterchip abgewandt ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Gehäusekörper einen
Außenwandbereich auf, der das Konversionselement zumindest teilweise seitlich umschließt.
Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von
Konversionselementen angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, in dem ein Trägerverbund bereitgestellt wird, welcher beispielsweise ein Glas oder einen Kunststoff enthalten oder aus einem dieser Materialien bestehen kann. Der Trägerverbund kann eine Dicke zwischen 10 ym und 500 ym, bevorzugt zwischen 25 ym und 300 ym,
beispielsweise zwischen 50 ym und 200 ym aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, in dem eine Vielzahl von Konversionsschichten auf dem Trägerverbund ausgebildet wird, wobei die Konversionsschichten in einer lateralen Richtung voneinander beabstandet sind und jeweils mit einer ersten Hauptfläche auf dem Trägerverbund angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, in dem eine Beschichtung zumindest auf jeder zweiten Hauptfläche der Vielzahl von Konversionsschichten, ausgebildet wird, bevorzugt mit einem Material, welches sich von dem Material des Trägerverbunds unterscheidet. Die Beschichtung kann beispielsweise AI2O3, S1O2, ZrC>2, T1O2, S13N4, Siloxan, SiOxNy und/oder ein Parylen aufweisen oder aus einem dieser Materialien bestehen.
Bevorzugt ist, dass hierbei ein Beschichtungsverfahren angewendet wird, wie beispielsweise Atomlagenabscheidung (ALD) und/oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und/oder Sputtern. Die Anwendung von chemischer Gasphasenabscheidung kann auch plasmaunterstützt erfolgen. Die Beschichtung weist eine Dicke zwischen 0,1 ym und 20 ym, bevorzugt zwischen 0,2 ym und 10 ym, beispielsweise zwischen 0,5 ym und 5 ym auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, in dem der Trägerverbund in eine Vielzahl von Konversionselementen vereinzelt wird, wobei jedes Konversionselement zumindest eine Konversionsschicht, einen Teil des Trägerverbunds als erste Verkapselungsschicht und einen Teil der Beschichtung als zweite
Verkapselungsschicht aufweist. Folge der Vereinzelung ist es, dass Seitenflächen der entstehenden Konversionselemente
Vereinzelungsspuren aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, bei dem vor dem Ausbilden der Vielzahl von Konversionsschichten auf dem Trägerverbund eine Gitterstruktur auf dem Trägerverbund ausgebildet wird. Die Gitterstruktur weist eine Vielzahl von matrixförmig angeordneten Aussparungen auf. Im Bereich jeder der
Aussparungen ist der Trägerverbund jeweils freigelegt. In jeder der Aussparungen wird nachfolgend eine der
Konversionsschichten ausgebildet. Bei der Vereinzelung wird die Gitterstruktur derart durchtrennt, dass jedes
Konversionselement einen Teil der Gitterstruktur als
Rahmenelement aufweist, welches die Konversionsschicht seitlich umschließt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, bei dem die Gitterstruktur dadurch ausgebildet wird, dass ein Plattenelement auf dem Trägerverbund befestigt wird und Aussparungen in dem
Plattenelement ausgebildet werden. Das Plattenelement kann beispielsweise aus Silizium bestehen und durch einen
anodischen Bondprozess auf dem Trägerverbund befestigt werden. Die Aussparungen können nachfolgend geätzt werden.
Alternativ ist es möglich, die Aussparungen im Plattenelement bereits auszubilden, bevor das Plattenelement auf dem
Trägerverbund befestigt wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren einen Schritt auf, bei dem die Gitterstruktur dadurch ausgebildet wird, dass eine Trägerstruktur
bereitgestellt wird, in welcher matrixförmig angeordnete Ausnehmungen ausgebildet werden. Ein erster Teil der
Trägerstruktur bildet hierbei den Trägerverbund, und ein zweiter Teil die Gitterstruktur im Sinne der vorliegenden Anmeldung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens bleiben Bereiche des Trägerverbunds, welche zwischen den lateral beabstandeten Konversionsschichten angeordnet sind,
unbedeckt, insbesondere frei von einer wie oben beschrieben ausgebildeten Gitterstruktur. Vorteilhaft wird durch das vorgestellte Verfahren eine dichte und vollständige Verkapselung der Konversionsschichten in den entstehenden Konversionselementen erreicht, während sämtliche oder zumindest die meisten Herstellungsschritte auf
Verbundebene erfolgen, was eine besonders rationelle
Fertigung der Konversionselemente erlaubt. Gleichzeitig weisen optoelektronische Halbleiterbauelemente mit so
hergestellten Konversionselementen eine besonders flache und kompakte Bauform auf, wodurch sie sich beispielsweise für den Einsatz in Hinterleuchtungseinrichtungen eignen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung von Konversionselementen ist für die Herstellung des
erfindungsgemäßen Konversionselements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Verfahren angeführte Merkmale können daher auch für das Konversionselement herangezogen werden oder umgekehrt.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein. Es zeigen: die Figuren 1 bis 7 und 8 bis 13 jeweils ein
Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Konversionselementen anhand von jeweils in schematischer Schnittansicht
dargestellten Zwischenschritten; die Figuren 14 bis 19 jeweils ein Ausführungsbeispiel für ein Konversionselement; und die Figuren 20 bis 29 jeweils ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Bauelement.
In den Figuren 1 bis 7 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von
Konversionselementen gezeigt.
In dem in Figur 1 gezeigten Verfahrensschritt wird ein
Trägerverbund 10 beispielsweise aus Glas bereitgestellt, welcher eine Dicke zwischen 50 ym und 200 ym aufweist. In dem in Figur 2 gezeigten Verfahrensschritt wird eine
Gitterstruktur 12 auf dem Trägerverbund 10 ausgebildet. Figur 3 zeigt den in Figur 2 dargestellten Verbund in einer
Draufsicht. Die Gitterstruktur 12 weist eine Vielzahl von matrixförmig angeordneten Aussparungen 14 auf. Im Bereich jeder der Aussparungen 14 ist der Trägerverbund 10 jeweils freigelegt .
In jeder der Aussparungen 14 wird nachfolgend eine
Konversionsschicht 16 ausgebildet (Figur 4). Zwischen zwei benachbarten Konversionsschichten 16 sind durch die
Gitterstruktur 12 gebildete Trennwände 18 angeordnet, so dass die Konversionsschichten 16 voneinander lateral beabstandet sind. Jede der Konversionsschichten 16 weist eine erste
Hauptfläche 20 und eine der ersten Hauptfläche 20
gegenüberliegende zweite Hauptfläche 22 auf. Die erste
Hauptfläche 20 jeder der Konversionsschichten 16 grenzt an den Trägerverbund 10 an. In dem in Figur 5 gezeigten Verfahrensschritt wird eine
Beschichtung 24 ausgebildet, welche jeweils die zweite
Hauptfläche 22 jeder Konversionsschicht 16 sowie die vom Trägerverbund 10 abgewandten Oberseiten 26 der Trennwände 18 bedeckt. Die Beschichtung 24 kann beispielsweise aus einem Parylen bestehen und eine Dicke zwischen zwischen 0,5 ym und 5 ym aufweisen.
In dem in Figur 6 gezeigten Verfahrensschritt werden der Trägerverbund 10 und die Gitterstruktur 12 in eine Vielzahl von Konversionselementen 100 vereinzelt. Hierzu wird der Trägerverbund 10 im Bereich der Trennwände 18 entlang von Vereinzelungslinien 28 durchtrennt. Dies kann beispielsweise mechanisch, etwa mittels Sägens, chemisch, beispielsweise mittels Ätzens und/oder mittels kohärenter Strahlung, etwa durch Laserablation, erfolgen.
Jedes der entstehenden Konversionselemente 100 weist
zumindest eine Konversionsschicht 16, einen Teil des
Trägerverbunds 10 als eine erste Verkapselungsschicht 30 und einen Teil der Beschichtung 24 als eine zweite
Verkapselungsschicht 32 auf (Figur 7) . Außerdem umfasst jedes Konversionselement 100 Teile der durchtrennten Trennwände 18 der Gitterstruktur 12. Diese bilden ein Rahmenelement 34, das die Konversionsschicht seitlich umschließt und hierdurch verkapselt. Folge der Vereinzelung ist es, dass Seitenflächen 29 der entstehenden Konversionselemente 100
Vereinzelungsspuren aufweisen. In den Figuren 8 bis 13 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von
Konversionselementen gezeigt. In dem in Figur 8 gezeigten Verfahrensschritt wird wiederum ein Trägerverbund 10 beispielsweise aus Glas bereitgestellt.
In dem in Figur 9 gezeigten Verfahrensschritt wird die
Vielzahl von Konversionsschichten 16 durch ein Druckverfahren wie Siebdruck auf dem Trägerverbund 10 ausgebildet, wobei die Konversionsschichten 16 in einer lateralen Richtung
voneinander beabstandet sind und jeweils mit ihrer ersten Hauptfläche 20 auf dem Trägerverbund 10 angeordnet sind.
Dabei bleiben Bereiche des Trägerverbunds 10, welche zwischen den lateral beabstandeten Konversionsschichten 16 angeordnet sind, unbedeckt, insbesondere frei von der beispielsweise in den Figuren 2 und 3 dargestellten Gitterstruktur. Figur 10 zeigt den in Figur 9 dargestellten Verbund in einer
Draufsicht.
In dem in Figur 11 gezeigten Verfahrensschritt wird eine Beschichtung 24 ausgebildet, welche jeweils die zweite
Hauptfläche 22 jeder Konversionsschicht 16 sowie die
unbedeckten Bereiche des Trägerverbunds 10 bedeckt.
In dem in Figur 12 gezeigten Verfahrensschritt wird der Trägerverbund 10 in eine Vielzahl von Konversionselementen 100 vereinzelt. Jedes der entstehenden Konversionselemente 100 weist wiederum zumindest eine Konversionsschicht 16, einen Teil des Trägerverbunds 10 als eine erste
Verkapselungsschicht 30 und einen Teil der Beschichtung 24 als eine zweite Verkapselungsschicht 32 auf (Figur 13) .
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel weisen die
Seitenflächen 29 der entstehenden Konversionselemente 100 Vereinzelungsspuren auf. In den Figuren 14 bis 19 sind jeweils Ausführungsbeispiele von Konversionselementen gezeigt.
In Figur 14 ist ein Ausführungsbeispiel eines
Konversionselements 100 dargestellt, welches durch ein
Verfahren hergestellt ist, welches im Wesentlichen die in den Figuren 1-7 dargestellten Verfahrensschritte aufweist.
Hierbei wird eine Gitterstruktur dadurch ausgebildet, dass ein Plattenelement aus Silizium durch einen anodischen
Bondprozess auf dem Trägerverbund befestigt wird und
Aussparungen in dem Plattenelement durch einen anisotropen Ätzprozess ausgebildet werden (nicht dargestellt) . Das Rahmenelement 34 des fertig gestellten
Konversionselements 100 besteht aus Silizium und bildet zusammen mit der ersten Verkapselungsschicht 30 eine Kavität aus, in welcher die Konversionsschicht 16 angeordnet ist. Zusätzlich weist das Konversionselement 100 eine
reflektierende Schicht 36 auf, welche das Rahmenelement 34 bedeckt und hierdurch die Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch das Material des Rahmenelements 34
verhindert. Außerdem kann eine Einengung der effektiven
Apertur erreicht werden, welche in manchen Anwendungen gewünscht ist. Die reflektierende Schicht 36 kann als
dielektrischer Spiegel ausgebildet sein oder ein
reflektierendes Material wie Silber oder Aluminium aufweisen.
In Figur 15 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Konversionselements 100 dargestellt, welches durch ein
Verfahren hergestellt ist, welches im Wesentlichen die in den Figuren 1-7 dargestellten Verfahrensschritte aufweist. Hierbei wird eine Gitterstruktur aus einem transparenten oder reflektierenden (insbesondere hochreflektierenden) Material ausgebildet, beispielsweise aus einem anorganisch-organischen Hybridpolymer, einem Silikon oder einem Metall. Das
Rahmenelement 34 des fertig gestellten Konversionselements 100 besteht folglich aus einem der genannten Materialien und bildet wiederum zusammen mit der ersten Verkapselungsschicht 30 eine Kavität aus, in welcher die Konversionsschicht 16 angeordnet ist.
In weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Kavität gemäß der Figuren 14 und 15, in welcher die Konversionsschicht 16 angeordnet ist, auch durch eine der folgenden Materialkombinationen hergestellt werden: Glas- Kovar, Glas-Alu, Quarz-Metall. Hierbei bezeichnet das jeweils erstgenannte Material insbesondere ein Material, welches die erste Verkapselungsschicht 30 aufweist oder aus welchem sie besteht. Fener bezeichnet das jeweils zweitgenannte Material insbesondere ein Material, welches das Rahmenelement 34 aufweist oder aus welchem es besteht. Bei dem Material Kovar handelt es sich um eine Handelsmarke der Firma CRS Holdings ine , Delaware. Insbesondere werden damit Legierungen
bezeichnet, die einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, typischerweise etwa 5 ppm/K.
In Figur 16 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Konversionselements 100 dargestellt, welches durch ein
Verfahren hergestellt ist, welches im Wesentlichen die in den Figuren 1-7 dargestellten Verfahrensschritte aufweist.
Im Unterschied zu den in den Figuren 14 und 15 dargestellten Ausführungsbeispielen wird eine Gitterstruktur dadurch ausgebildet, dass eine Trägerstruktur aus Glas bereitgestellt wird, in welcher matrixförmig angeordnete Ausnehmungen ausgebildet werden (nicht dargestellt) . Dazu kann die
Trägerstruktur aus Glas isotrop oder anisotrop geätzt, sandgestrahlt oder gepresst werden. Ein erster Teil der Trägerstruktur bildet hierbei den Trägerverbund, und ein zweiter Teil die Gitterstruktur im Sinne der vorliegenden Anmeldung. Als Folge sind die erste Verkapselungsschicht 30 und das Rahmenelement 34 im fertig gestellten
Konversionselement 100 einstückig ausgebildet.
In Figur 17 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Konversionselements 100 dargestellt, welches durch ein
Verfahren hergestellt ist, welches im Wesentlichen die in den Figuren 8-13 dargestellten Verfahrensschritte aufweist. Bei dieser Ausführungsform des Konversionselements erstreckt sich die zweite Verkapselungsschicht 32 bis über die Seitenflächen der Konversionsschicht 16 und umschließt diese seitlich. Im Unterschied zu den in den Figuren 14 bis 16 dargestellten Ausführungsbeispielen entfallen bei der Herstellung die
Prozessschritte, welche zur Ausbildung eines Rahmenelements erforderlich sind.
In den Figuren 18 und 19 sind weitere Ausführungsbeispiele eines Konversionselements 100 dargestellt. Im Unterschied zu den in den Figuren 14 bis 17 dargestellten
Ausführungsbeispielen umfasst das Konversionselement 100 eine dritte Verkapselungsschicht 38, welche auf der zweiten
Hauptfläche 22 der Konversionsschicht 16 angeordnet ist.
Bevorzugt bestehen die erste Verkapselungsschicht 30 und die dritte Verkapselungsschicht 38 aus einem gleichen Material, beispielsweise aus Glas oder Kunststoff, insbesondere aus einer Kunststofffolie . Die erste Verkapselungsschicht 30, die Konversionsschicht 16 und die dritte Verkapselungsschicht 38 können insbesondere gemeinsam ein Foliensandwich ausbilden. Die beiden in den Figuren 18 und 19 gezeigten
Ausführungsbeispiele unterscheiden sich darin, dass die zweite Verkapselungsschicht 32 entweder nur von einer Seite oder von beiden Seiten aufgebracht ist. In dem in Figur 19 gezeigten Ausführungsbeispiel bedeckt sie auch die von der Konversionsschicht 16 abgewandte Seite der ersten
Verkapselungsschicht 30. In den Figuren 20 und 21 ist ein Ausführungsbeispiel eines insgesamt mit 200 bezeichneten optoelektronischen
Halbleiterbauelements dargestellt. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 200 weist einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip 202 auf. Weiterhin weist das Halbleiterbauelement 200 einen
Gehäusekörper 204 auf, der den Halbleiterchip 202 zumindest in einer lateralen Richtung umgibt. Auf dem Gehäusekörper 204 ist ein Konversionselement 100 angeordnet, welches der in Figur 14 gezeigten Ausführungsform entspricht.
Das Halbleiterbauelement 200 ist zur Erzeugung von
Mischlicht, insbesondere von für das menschliche Auge weiß erscheinendem Mischlicht, vorgesehen. Beispielsweise wird eine blaue elektromagnetische Strahlung durch das
Konversionselement 100 zumindest teilweise oder vollständig in eine rote und/oder eine grüne Strahlung konvertiert.
Das Halbleiterbauelement weist ferner einen Leiterrahmen 206 auf, wobei zwei Kontakte 208, 210 an der Rückseite des
Halbleiterbauelements 200 durch Teile des Leiterrahmens 206 gebildet sind. In den Figuren 22 und 23 sind zwei weitere
Ausführungsbeispiele eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements dargestellt . Im Unterschied zu dem in den Figuren 20 und 21 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Konversionselement 100 derart auf dem Gehäusekörper 204 angeordnet, dass die erste (dickere) Verkapselungsschicht 30 von der Konversionsschicht 16 aus gesehen von dem Halbleiterchip abgewandt ist. Hierdurch wird erreicht, dass weniger blaues Licht durch Wellenleitereffekte an den Seiten des optoelektronischen Halbleiterbauelements austreten kann, d.h. Farbinhomogenitäten (sog. blue piping) , die darauf zurückzuführen sind, dass unkonvertierte
Primärstrahlung an der Konversionsschicht vorbei das Bauteil verlassen kann, werden reduziert.
Blaues Licht kann lediglich durch die zweite
Verkapselungsschicht 32 hindurch, welche nur eine geringe Dicke aufweist, nach außen treten. In dem in Figur 23
gezeigten Ausführungsbeispiel kann des Weiteren Licht aus der Konversionsschicht 16 nach außen treten. Hierbei handelt es sich jedoch um konvertiertes bzw. weißes Licht.
In Figur 24 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements dargestellt.
Im Unterschied zu dem in den Figuren 20 und 21 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Gehäusekörper 204 einen
Außenwandbereich 212 auf, der das Konversionselement 100 zumindest teilweise seitlich umschließt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Gehäusekörper 204 einen
stufenförmig ausgebildeten Querschnitt auf. Hierdurch wird ein Sockel 214 gebildet, auf dem das Konversionselement 100 angeordnet werden kann. Durch die erste Verkapselungsschicht 30 geleitetes und an deren Seitenflächen austretendes blaues Licht wird durch Absorption oder Reflexion an dem
Außenwandbereich 212 am Austritt aus dem Gehäusekörper 204 gehindert.
In Figur 25 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements dargestellt. Im Unterschied zu dem in der Figur 24 dargestellten
Ausführungsbeispiel umfasst das Halbleiterbauelement 200 ein Konversionselement 100 gemäß dem in Figur 18 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die zweite Verkapselungsschicht 32 wird erst zu einem Zeitpunkt ausgebildet, in dem das durch die erste Verkapselungsschicht 30, die Konversionsschicht 16 und die dritte Verkapselungsschicht 38 gebildete Sandwich auf dem Gehäusekörper 204 angeordnet ist. Infolgedessen bedeckt die zweite Verkapselungsschicht 32 auch einen Teil des
Außenwandbereichs 212.
In den Figuren 26 bis 29 sind vier weitere
Ausführungsbeispiele eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements dargestellt . Im Unterschied zu den in den Figuren 20 bis 25 dargestellten Ausführungsbeispielen werden andere Typen von Halbleiterchips und Gehäusekörpern verwendet. Dies veranschaulicht, dass die Erfindung nicht auf die in den Figuren 20 bis 25
dargestellten Anordnungen, insbesondere auf die Verwendung eines Leiterrahmens oder von Bonddrähten zur elektrischen
Versorgung des Halbleiterchips, beschränkt ist. In Figur 26 ist eine Anordnung mit einem Halbleiterchip 202, der als Saphir Flipchip oder als Struktur ohne Oberseitenkontakte ausgebildet ist, dargestellt, in Figur 27 eine Anordnung, in welcher der Halbleiterchip 202 seitlich von Luft umgeben ist und einen direkten Kontakt mit dem Konversionselement 100 aufweist oder diesem zumindest sehr nahe angeordnet ist, und in Figur 28 ein optoelektronisches Bauelement 200, bei welchem der Gehäusekörper 204 durch Formpressen oder durch ein folienassistiertes Gießverfahren (Film Assisted Transfer Molding) ausgebildet ist. In der in Figur 29 dargestellten Anordnung sind thermische Vias 216 vorgesehen, welche
zwischen dem Konversionselement 100 und dem Leiterrahmen 206 angeordnet sind und für eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem Konversionselement 100 heraus sorgen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Konversionselement (100) umfassend
- eine Konversionsschicht (16), welche ein
wellenlängenkonvertierendes Konversionsmaterial umfasst,
- eine erste Verkapselungsschicht (30) auf einer ersten Hauptfläche (20) der Konversionsschicht, wobei die erste Verkapselungsschicht eine Dicke zwischen 10 ym und 500 ym aufweist,
eine zweite Verkapselungsschicht (32) auf einer zweiten Hauptfläche (22) der Konversionsschicht, wobei die zweite Verkapselungsschicht eine Dicke zwischen 0,1 ym und 20 ym aufweist, und wobei die zweite
Verkapselungsschicht (32) AI2O3, S1O2, Zr02, 1O2,
S13N4, Siloxan, SiOxNy und/oder ein Parylen aufweist oder aus einem dieser Materialien besteht.
2. Konversionselement (100) nach Anspruch 1, wobei das
Konversionsmaterial wellenlängenkonvertierende
Quantenpunkte umfasst.
3. Konversionselement (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei Seitenflächen (29) des Konversionselements
Vereinzelungsspuren aufweisen.
4. Konversionselement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Verkapselungsschicht (30) durch ein Trägerelement aus einem Glas oder einem
Kunststoff gebildet ist.
5. Konversionselement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auf der ersten Verkapselungsschicht (30) ein Rahmenelement (34) angeordnet ist, welches die Konversionsschicht seitlich umschließt.
6. Konversionselement (100) nach Anspruch 5, wobei die
erste Verkapselungsschicht (30) und das Rahmenelement (34) einstückig ausgebildet sind.
7. Konversionselement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Verkapselungsschicht (32) sich bis über die Seitenflächen der Konversionsschicht (16) erstreckt und die Konversionsschicht seitlich
umschließt .
8. Konversionselement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Konversionsschicht allseitig gekapselt ist.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (200) mit einem Konversionselement (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
das Halbleiterbauelement einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehenen
Halbleiterchip (202) aufweist;
das Halbleiterbauelement einen Gehäusekörper (204) aufweist, der den Halbleiterchip zumindest in einer lateralen Richtung umgibt; und
das Konversionselement (100) auf dem Gehäusekörper angeordnet ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (200) nach
Anspruch 9, wobei das Konversionselement (100) derart auf dem Gehäusekörper (204) angeordnet ist, dass die erste Verkapselungsschicht (30) von der Konversionsschicht aus gesehen von dem Halbleiterchip (202) abgewandt ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (200) nach
Anspruch 9 oder 10, wobei der Gehäusekörper (204) einen Außenwandbereich (212) aufweist, der das
Konversionselement (100) zumindest teilweise seitlich umschließt .
Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von
Konversionselementen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit den Schritten:
a) Bereitstellen eines Trägerverbunds (10),
b) Ausbilden einer Vielzahl von Konversionsschichten (16) auf dem Trägerverbund, wobei die
Konversionsschichten in einer lateralen Richtung
voneinander beabstandet sind und jeweils mit einer ersten Hauptfläche (20) auf dem Trägerverbund angeordnet sind;
c) Ausbilden einer Beschichtung (24) zumindest auf jeder zweiten Hauptfläche (22) der Vielzahl von
Konversionsschichten mit einem Material, welches sich von dem Material des Trägerverbunds unterscheidet; und d) Vereinzeln des Trägerverbunds (10) in eine Vielzahl von Konversionselementen (100), wobei jedes
Konversionselement (100) zumindest eine
Konversionsschicht (16), einen Teil des Trägerverbunds (10) als erste Verkapselungsschicht (30) und einen Teil der Beschichtung (24) als zweite Verkapselungsschicht (32) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem vor Ausführung des Schrittes b) eine Gitterstruktur (12) auf dem Trägerverbund (10) ausgebildet wird, welche eine
Vielzahl von matrixförmig angeordneten Aussparungen (14) aufweist, in deren Bereichen der Trägerverbund jeweils freigelegt ist, die Vielzahl von Konversionsschichten (16) in Schritt b) innerhalb der Aussparungen
ausgebildet werden, und die Gitterstruktur in Schritt d) derart durchtrennt wird, dass jedes Konversionselement (100) einen Teil der Gitterstruktur als Rahmenelement (34) aufweist, welches die Konversionsschicht seitlich umschließt .
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Gitterstruktur (12) dadurch ausgebildet wird, dass ein Plattenelement auf dem Trägerverbund befestigt wird und Aussparungen in dem Plattenelement ausgebildet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Gitterstruktur dadurch ausgebildet wird, dass eine Trägerstruktur bereitgestellt wird, in welcher matrixförmig angeordnete Ausnehmungen ausgebildet werden.
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