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WO2016087444A1 - Strahlungsemittierendes optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Strahlungsemittierendes optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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Publication number
WO2016087444A1
WO2016087444A1 PCT/EP2015/078221 EP2015078221W WO2016087444A1 WO 2016087444 A1 WO2016087444 A1 WO 2016087444A1 EP 2015078221 W EP2015078221 W EP 2015078221W WO 2016087444 A1 WO2016087444 A1 WO 2016087444A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
barrier layer
radiation
conversion element
emitting
optoelectronic semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/078221
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Schwarz
Frank Singer
Stefan Illek
Michael Zitzlsperger
Britta GÖÖTZ
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority to DE112015005473.1T priority Critical patent/DE112015005473A5/de
Priority to JP2017525939A priority patent/JP2018500755A/ja
Priority to CN201580066159.6A priority patent/CN107004747A/zh
Priority to US15/533,024 priority patent/US20180261735A1/en
Publication of WO2016087444A1 publication Critical patent/WO2016087444A1/de

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    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements

Definitions

  • Semiconductor component specified. Furthermore, a method for producing a radiation-emitting optoelectronic semiconductor component is specified.
  • Another object to be solved is to provide a method with which a radiation-emitting optoelectronic
  • Semiconductor component can be produced particularly inexpensive.
  • the radiation-emitting optoelectronic semiconductor component comprises the radiation-emitting optoelectronic component
  • Semiconductor component may be, for example, a
  • the generated light can be light from the spectral range of UV radiation up to
  • Semiconductor device is an area, for example, by the outer surface of a component of the radiation-emitting optoelectronic semiconductor component is formed, through which, during operation of the semiconductor component, at least part of the light generated during operation occurs. For example, occurs
  • the semiconductor device comprises a first barrier layer, which is arranged on an upper side of the radiation passage area and is there at least in places in direct contact with the radiation passage area. That is, the first barrier layer can be compounded with the
  • the barrier layer is preferably designed to be transparent to radiation. "Radiation permeable" means here and in the
  • the first barrier layer is transparent, transparent.
  • the barrier layer provides a barrier against atmospheric gases and / or moisture.
  • the first barrier layer is therefore impermeable to air and impermeable to water within the scope of the manufacturing tolerance.
  • the semiconductor component comprises a conversion element which is arranged on the upper side of the first barrier layer facing away from the radiation passage area.
  • the conversion element may be in direct contact with the first barrier layer.
  • the conversion element can then be connectionless with the first barrier layer
  • the conversion element comprises, for example, particles of at least one conversion substance and a
  • the conversion element can also consist of the conversion substance and be free of a matrix material.
  • the conversion element is set up from the
  • Radiation passage area through the first barrier layer in the conversion element light to convert at least partially to light in particular larger wavelength.
  • the conversion element then emits
  • a mixed radiation can form, for example, it is white light.
  • the conversion element completely converts the incoming light within the scope of the manufacturing tolerance, so that only secondary radiation is emitted.
  • Radiation-emitting semiconductor device includes the
  • the Conversion element and at the top of the first Barrier layer is arranged.
  • the second barrier layer can be in direct contact with the conversion element, that is, it can in this case
  • the second barrier layer can be like the first one
  • Barrier layer be formed permeable to radiation, wherein at least 50%, in particular at least 75%, preferably at least 95% of the coming of the conversion element and the first barrier layer electromagnetic radiation pass through the second barrier layer, without this
  • the second barrier layer can be designed to be transparent, for example, for this purpose.
  • the second barrier layer represents as well as the first
  • Barrier layer is a barrier against atmospheric gases and / or moisture and may be designed to be impermeable to air and / or water impermeable.
  • Radiation-emitting semiconductor device enclose the first barrier layer and the second barrier layer together the conversion element completely. That is, the conversion element is completely encapsulated by the two barrier layers and there is no area of
  • Conversion element are located, where in places the first or the second barrier layer is in direct contact with the conversion element.
  • Radiation-emitting optoelectronic semiconductor device are the first barrier layer and the second
  • the two barrier layers can be connected to each other at least in some places.
  • a "cohesive connection” is here and below a compound in which the connection partners are held together by atomic and / or molecular forces. In particular, with a cohesive connection
  • a cohesive connection is a van der Waals connection.
  • a cohesive connection is in particular not non-destructive solvable.
  • the link partners can be separated only by using a chemical solvent and / or by destruction.
  • Radiation-emitting semiconductor device includes the
  • Semiconductor component a radiation passage area through which generated in the operation of the semiconductor device, light enters, a first barrier layer, which at an upper side of the
  • Radiation passage area is arranged and there at least in places in direct contact with the
  • a conversion element which is arranged on the radiation passage area facing away from the top of the first barrier layer
  • a second barrier layer which is disposed on the first barrier layer facing away from the top of the conversion element and at the top of the first barrier layer, wherein the first barrier layer and the second barrier layer together completely enclose the conversion element and the first barrier layer and the second barrier layer
  • Optoelectronic semiconductor device is the
  • Barrier layer in direct contact with a component of the radiation-emitting optoelectronic semiconductor device and can for example be generated directly on this component.
  • the conversion element can then be generated, for example, directly on the first barrier layer and the second barrier layer can be directly on the first
  • Conversion element must therefore not be self-supporting, but in the barrier layers can be Flexible, elastic sealing layers act, which protects against atmospheric gases and / or moisture even during cycle load during operation of the semiconductor device
  • the semiconductor device described here is therefore characterized, inter alia, by its particularly long service life. Furthermore, in the conversion element sensitive
  • Semiconductor device have an increased life.
  • Radiation-emitting optoelectronic semiconductor device are the first barrier layer and the second
  • Contact area surrounds the conversion element in this case, for example, in the manner of a frame, wherein the course of the contact area does not have to be rectangular.
  • the conversion element thus covers only a part of the upper side of the first barrier layer facing it, and the conversion element covers only a part of its underside facing the second barrier layer.
  • the first and the second barrier layer thus have a larger area than the conversion element. In areas where the
  • Top of the first barrier layer and the bottom of the second barrier layer not with the conversion element in Contact can be the first and the second
  • Barrier layer are in direct contact with each other, wherein in the region of the direct contact, the contact area between the two barrier layers is formed.
  • Radiation-emitting semiconductor device is the
  • Barrier layers are each arranged no further layers, and it is particularly possible that there is no example, air-filled gas inclusion between the barrier layers and the conversion elements.
  • Components of the semiconductor device are particularly well connected mechanically.
  • the barrier layers and the conversion element are not
  • the composite of barrier layers and conversion element can be broken. Furthermore, it is possible that the first barrier layer is not destructively detachable with a further component of the radiation-emitting optoelectronic
  • the radiation-emitting optoelectronic semiconductor component is therefore designed to be particularly stable overall. According to at least one embodiment of the
  • the radiation-emitting optoelectronic semiconductor device is a water vapor transmission rate in the
  • Conversion element at most 1 x 10-3 g / m2 / day, preferably at most 3 x 10-4 g / m2 / day. In other words that's it
  • barrier layers and the contact area between the barrier layers are designed such that the water vapor transmission rate is particularly low. This is possible by the material selection for the barrier layers and the direct arrangement of the barrier layers in the contact area with each other.
  • the first barrier layer and the second barrier layer are formed with the same material or they are made of the same material. That is, the first and the second
  • Barrier layer share at least one material component or consist of the same material. In this way, it is possible for the first barrier layer and the second barrier layer to adhere to one another particularly well in the contact region, thereby making possible the said low water vapor transmission rates.
  • the first and / or the second barrier layer are formed according to at least one embodiment of the radiation-emitting optoelectronic semiconductor component, in particular with one of the following materials. That is, the first and / or the second barrier layer comprise at least one of the following materials or consist of at least one of the following materials: a parylene, a PVC, a Polyvenylidene chloride, a polyvinyl alcohol, a
  • Polysilazane an Ormocer, an epoxy.
  • Radiation-emitting optoelectronic semiconductor device has the first barrier layer and / or the second
  • Barrier layer has a modulus of elasticity of at most 5.0 GPa. That is, the barrier layers are particularly elastic sealing layers. The barrier layers are in particular elastic in comparison to conventional encapsulation materials such as glass, silicon dioxide,
  • Silicon nitride or alumina It is therefore possible to rely on expensive materials and processes for their manufacture and
  • the barrier layers are not glasses or metals that have complicated processes such as anodic bonding, soldering, welding or wringing
  • the conversion element comprises wavelength-converting quantum dots or consists of wavelength-converting quantum dots.
  • Wavelength-converting quantum dots are a sensitive conversion material.
  • the quantum dots are preferably nanoparticles, that is to say particles with a size in the nanometer range with a particle diameter d50 in QO measured, for example, between at least 1 nm and at most 1000 nm.
  • the quantum dots comprise a semiconductor core which has wavelength-converting properties.
  • the semiconductor core can be any semiconductor core which has wavelength-converting properties.
  • the semiconductor core can be made up of multiple layers
  • the semiconductor core may be sheathed.
  • the semiconductor core may be completely or almost completely covered by further layers on its outer surfaces.
  • a first encapsulating layer of a quantum dot is, for example, an inorganic material such as
  • CNS, CDS and / or CDSE formed and used to generate the quantum dot potential.
  • the first cladding layer and the semiconductor core are almost completely enclosed by at least one second cladding layer on the exposed outer surface.
  • the second layer may, for example, be treated with an organic material, such as
  • cystamine or cysteine be formed and sometimes serves to improve the solubility of the quantum dots in, for example, a matrix material and / or a
  • the matrix material may be formed, for example, with at least one of the following substances: acrylate, silicone,
  • Hybrid materials like Ormocere.
  • the quantum dots For example, lead to an agglomeration of the quantum dots, ie to a lump formation in the matrix material. In the case of lump formation, the quantum dots would be in the
  • the destruction of the second covering layer can be prevented by the hermetic sealing of the quantum dots of the air surrounding the conversion element. This hermetic seal takes place here via the
  • quantum dots As
  • Conversion material can the conversion element
  • organic conversion material examples include organic conversion material.
  • the organic conversion material is organic dyes.
  • organic dyes are, for example, from the German
  • Radiation-emitting optoelectronic semiconductor device the semiconductor device comprises a radiation-emitting semiconductor chip and a radiation-transmissive
  • Enclosure body which surrounds the semiconductor chip in places, wherein an outer surface facing away from the semiconductor chip of the radiation-transmissive cladding body
  • Radiation passage area includes and the first
  • Barrier layer is in direct contact with the wrapping body.
  • the wrapping body can thus between the
  • Semiconductor chip and the conversion element may be arranged.
  • the conversion element by means of
  • the wrapping body may be formed around the semiconductor chip, for example, by methods such as injection molding or compression molding.
  • Radiation-permeable envelope body can be formed with a material such as epoxy, silicone or an epoxy-silicone hybrid material.
  • the radiation-transmissive envelope body can be filled with scattering and / or converting particles.
  • the first barrier layer is preferably in direct contact with the
  • the wrapping body may be curved.
  • the wrapping body may be a curved potting.
  • the cladding body may be curved away from or to the semiconductor chip.
  • the wrapping body may be in the range of
  • Semiconductor body have a different thickness than in
  • a curvature of the wrapping body can in particular the Likelihood of leakage of electromagnetic
  • Vaulting allow a distance between the
  • the material of the radiation-permeable covering body it is possible in particular for the material of the radiation-permeable covering body to be different from the material of the first barrier layer. That is, the
  • Barrier layer are then formed of different materials.
  • the material of the radiation-transmissive envelope body particularly well to the optical
  • Be adapted requirements of the optoelectronic semiconductor device and the material of the first barrier layer is in terms of its against moisture and / or
  • atmospheric gases protective properties selected.
  • the radiation-emitting optoelectronic semiconductor component comprises the radiation-emitting optoelectronic component
  • Radiation passage area includes and the first
  • Radiation-emitting semiconductor chip is. That is, the radiation-emitting semiconductor chip is in this
  • Embodiment at least in places not surrounded by a radiation-transmissive envelope body and the first barrier layer is at least partially directly adjacent to the radiation-emitting semiconductor chip. To this Way, it is possible to arrange the conversion element particularly close to the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip which emits electromagnetic radiation from the spectral range of UV radiation to visible light, for example blue light, during operation.
  • the radiation-emitting semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip which emits electromagnetic radiation from the spectral range of UV radiation to visible light, for example blue light, during operation.
  • Optoelectronic semiconductor device can several
  • the semiconductor device comprises a housing body having a cavity in which the radiation-emitting
  • a radiation-emitting optoelectronic semiconductor device is a radiation-emitting semiconductor chip, such as
  • a light-emitting diode chip include.
  • Housing body can the radiation-emitting
  • Semiconductor chip for example, in lateral directions, that is laterally surrounded.
  • the outer surfaces of the housing body facing the radiation-emitting semiconductor chip may be designed to be reflective for electromagnetic radiation generated in the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the housing body can be spaced from the
  • Be arranged radiation-emitting semiconductor chip, or the housing body is located on side surfaces of the
  • Radiation-emitting semiconductor chips in direct contact with the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the first barrier layer is partially within the cavity. This can be a protection of first barrier layer from mechanical damage
  • the first barrier layer is at least locally arranged in the cavity and / or is in direct contact with the housing body. That is, it is possible that at least the first barrier layer is also partially surrounded laterally from the housing body. The first barrier layer can thereby be mechanically protected at least in places by the housing body. Additionally or alternatively, it is possible that the first barrier layer is in places in direct contact with the housing body. That is, the first barrier layer and the housing body are then connected to each other without a connection.
  • Radiation-emitting semiconductor chip in direct contact. Due to the contact of the first barrier layer with a plurality of components of the radiation-emitting optoelectronic semiconductor component, the first barrier layer adheres particularly well and the mechanical stability of the first barrier layer
  • Radiation-emitting semiconductor device is increased in this way.
  • the cavity has a radiation-emitting
  • Electromagnetic radiation must pass in this way through the conversion element to the optoelectronic
  • Barrier layer emerges from the semiconductor device. This reduces the leakage of, for example, blue, unconverted light.
  • the radiation-emitting optoelectronic semiconductor component comprises at least one further conversion element, which is arranged on the upper surface of the second barrier layer facing away from the radiation passage area, and at least one further barrier layer, which is at the upper side of the further conversion element facing away from the second barrier layer and at the upper side of the second
  • Barrier layer and the further barrier layer completely enclose the other conversion element together, and the second barrier layer and the further barrier layer are in direct contact with each other in places.
  • the further conversion element is formed with a conversion material which is more sensitive, for example, against
  • Electromagnetic radiation in particular UV radiation, and / or more sensitive to high temperatures than the conversion material of the conversion element.
  • the semiconductor device comprises a plurality of conversion elements and barrier layers, which are stacked in the manner described above. It is possible that the different
  • Conversion elements comprise different conversion materials, wherein a conversion element is the farther away from the radiation passage area, the more sensitive is the conversion material used in the conversion element. Alternatively, it is possible that all conversion elements are identical. Furthermore, it is possible that
  • adjacent barrier layers are each in direct contact with each other in a contact region, the contact region being between the adjacent ones
  • the included conversion element can with the adjacent
  • the method comprises a
  • Method step in which the first barrier layer is applied to the radiation passage area.
  • the first barrier layer is preferably applied in a parallel process to the radiation passage areas of a multiplicity of radiation-emitting optoelectronic semiconductor components to be produced.
  • the deposition by deposition in vacuum or large-scale spraying directly and over the entire surface of a component of the radiation-emitting optoelectronic
  • the conversion material is structured onto that of the radiation passage area
  • the conversion material is not over the entire surface on the later conversion element
  • Conversion material in certain patterns on the first Barrier layer is arranged.
  • the structured application for example, by dosing, screen printing,
  • the second barrier layer is applied to the top side of the conversion element facing away from the first barrier layer and to the areas of the first area that are uncovered by the conversion element
  • the second barrier layer can be applied, for example, by deposition in vacuum or large-area spraying in a parallel process in which the material of the second barrier layer is applied to a large number of optoelectronic semiconductor components to be produced.
  • the method comprises the following
  • the process can be carried out in particular in the order given, that is, the finished
  • Conversion element is generated directly on at least one component of the optoelectronic semiconductor device and not separated from the other components of the
  • Optoelectronic semiconductor device manufactured and then with these, for example by a connecting means
  • the method comprises a step, wherein the actual value of the light characteristic of the light from the
  • the light characteristic may be, for example, the color locus and / or the
  • Color temperature of the mixed light generated by the radiation-emitting semiconductor chip and the conversion element during operation act.
  • this actual value is then compared with a desired value and takes place in one
  • Fault tolerance matches the setpoint.
  • the control of the color locus or of the color temperature of the resulting mixed light takes place by means of a subsequent metering or subsequent spraying before the closure of the arrangement with the second barrier layer.
  • the conversion element is not elaborately produced separately from the other components of the semiconductor component, but rather a production takes place directly on the semiconductor component, whereby a light characteristic of the mixed light produced can already be determined during production. Since inclusion of the conversion element with the second barrier layer only takes place when the desired
  • Radiation-emitting optoelectronic semiconductor devices are produced in which a conversion of
  • electromagnetic radiation takes place directly in the semiconductor device in the immediate vicinity of the optoelectronic semiconductor chip, which leads to a simplification of the system and to a cost reduction.
  • FIGS. 1A, 1B, 2 and 3 show exemplary embodiments of radiation emitters described here
  • the radiation passage area S may be
  • Exterior surface of a radiation-transmissive envelope body 5 act. On the radiation passage surface S, the first barrier layer 1 is applied directly to the
  • Radiation passage area S borders and with the associated components, which the radiation passage area S
  • the first barrier layer 1 is applied, for example, by a method described here.
  • Conversion material the actual value of a light characteristic is compared with a target value and the application of conversion material is stopped as soon as the actual value is within the setpoint within a predefined fault tolerance
  • the semiconductor device then comprises a first one
  • Radiation passage area S is applied and a
  • Conversion element 3 which is arranged between the first barrier layer 1 and the second barrier layer 2.
  • the two barrier layers can thereby be interconnected with each other and with the conversion element 3 in each case cohesively.
  • Radiation passage area S facing away from the top of the first barrier layer 1 forms a contact area between the first barrier layer 1 and the second
  • Contact area 12 surrounds the conversion element 3 in
  • this comprises at least one further conversion element 3 which is arranged on the upper side of the second barrier layer 2 remote from the radiation passage area S, and at least one further barrier layer 2 the upper side of the further upper side facing away from the second barrier layer 2 Conversion element 3 x and at the top of the second
  • Barrier layer 2 is arranged, wherein the second
  • the adjacent barrier layers 2, 2 x are in another contact area 12 x in direct contact with each other , where the contact area is between the adjacent ones
  • Conversion element 3 x completely surrounds in lateral directions.
  • the enclosed further conversion element 3 x can in each case be in direct contact with the adjacent barrier layers 2, 2 x .
  • FIG. 2 shows a radiation-emitting optoelectronic semiconductor component, FIG. which is implemented in the so-called “chip in a frame” (CIF) construction.
  • a “chip in a frame” component has a shaped body as the housing body 6, which may be formed, for example, with a silicone and / or an epoxy resin.
  • the semiconductor device in this case comprises the
  • Housing body 6 is embedded, which has a cavity 61 for the chip.
  • Radiation-emitting semiconductor chips 4 can in this case directly adjoin the housing body 6, for example
  • Radiation reflective may be formed.
  • Top connected to the contacting element 41 which is formed, for example, radiation-permeable and may include a transparent conductive oxide.
  • a contact element such as a bonding pad 46, that is
  • Housing body 6 extends to a through hole 44. At the contacting element 41 facing top of the radiation-emitting semiconductor chip 4 is the
  • radiation-permeable envelope body 5 is formed, which is designed here as a curved encapsulation. Due to the curvature of the potting, a probability of the emission of electromagnetic radiation is increased. At the side facing away from the wrapping body 5 underside of
  • the arched cladding body 5 further ensures that the distance between the radiation-emitting semiconductor chip 4 and the conversion element 3 is increased, so that an excessive radiation density at the conversion element 3 is avoided. In this way, the described design for the use of sensitive conversion materials such as quantum dot converter is particularly suitable.
  • the arched cladding body 5 allows homogenization of the radiated mixed light with respect to the color of the light depending on the viewing angle.
  • the first barrier layer 1 is in direct contact with areas of the radiation-permeable covering body 5 and of the housing body 6 and of the contacting element 45. In particular, the first barrier layer 1 covers the first barrier layer 1
  • the use of elastic materials to form the first and second barrier layers 1, 2 moreover allows the conversion element to follow the curvature of the covering body 5.
  • the housing body 6 laterally spaced from the radiation-emitting semiconductor chip 4 and the cavity of the housing body 6 is formed
  • the first barrier layer 1 is partially within the cavity and is thus more mechanical
  • the second barrier layer 2 may be formed planar. With others
  • the first barrier layer 1 extends along the
  • the semiconductor chip 4 remote from the outer surface forms the radiation passage area S. Furthermore, the first barrier layer 1 is in direct contact with the housing body 6.
  • the conversion element 3 is
  • Semiconductor chip 4 is arranged and covers the opening 62 of the cavity 61 of the housing body 6 to at least 95%. This is also in this embodiment
  • the contact region 12 is between the first barrier layer 1 and the second
  • Embodiments includes, even if this feature or this combination itself is not explicitly in the

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben mit einer Strahlungsdurchtrittsfläche (S), durch die im Betrieb des Halbleiterbauteils erzeugtes Licht (R) tritt, einer ersten Barriereschicht (1), die an einer Oberseite der Strahlungsdurchtrittsfläche (S) angeordnet ist und dort zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit der Strahlungsdurchtrittsfläche (S) steht, einem Konversionselement (3), welches an der der Strahlungsdurchtrittsfläche (S) abgewandten Oberseite der ersten Barriereschicht (1) angeordnet ist, einer zweiten Barriereschicht (2), die an der der ersten Barriereschicht (1) abgewandten Oberseite des Konversionselements (3) und an der Oberseite der ersten Barriereschicht (1) angeordnet ist, wobei die erste Barriereschicht (1) und die zweite Barriereschicht (2) das Konversionselement (3) gemeinsam vollständig umschließen, und die erste Barriereschicht (1) und die zweite Barriereschicht (2) stellenweise in direktem Kontakt miteinander stehen.

Description

Beschreibung
Strahlungsemittierendes optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
Es wird ein Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil angegeben. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben.
Die Druckschrift DE 102012110668 beschreibt ein
Strahlungsemittierendes optoelektronisches Halbleiterbauteil.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein
Strahlungsemittierendes optoelektronisches Halbleiterbauteil mit einer erhöhten Lebensdauer anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil besonders kostengünstig hergestellt werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Strahlungsemittierende optoelektronische
Halbleiterbauteil eine Strahlungsdurchtrittsflache, durch die im Betrieb des Halbleiterbauteils erzeugtes Licht tritt. Bei dem Strahlungsemittierenden optoelektronischen
Halbleiterbauteil kann es sich beispielsweise um eine
Leuchtdiode handeln. Bei dem erzeugten Licht kann es sich um Licht aus dem Spektralbereich von UV-Strahlung bis
Infrarotstrahlung handeln. Die Strahlungsdurchtritt sflache des Strahlungsemittierenden optoelektronischen
Halbleiterbauteils ist eine Fläche, die beispielsweise durch die Außenfläche einer Komponente des Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils gebildet ist, durch die im Betrieb des Halbleiterbauteils zumindest ein Teil des im Betrieb erzeugten Lichts tritt. Beispielsweise tritt
wenigstens 50 %, insbesondere wenigstens 75 %, bevorzugt wenigstens 95 % des erzeugten Lichts durch die
Strahlungsdurchtrittsflache .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Halbleiterbauteil eine erste Barriereschicht, die an einer Oberseite der Strahlungsdurchtrittsfläche angeordnet ist und dort zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit der Strahlungsdurchtrittsfläche steht. Das heißt, die erste Barriereschicht kann verbindungsmittelfrei mit der
Strahlungsdurchtrittsfläche und damit beispielsweise mit einer Komponente des Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Halbleiterbauteils verbunden sein. Die Barriereschicht ist vorzugsweise strahlungsdurchlässig ausgebildet. "Strahlungsdurchlässig" heißt hier und im
Folgenden, dass wenigstens 50 %, insbesondere wenigstens 75 %, bevorzugt wenigstens 95 % des von der
Strahlungsdurchtrittsfläche in die erste Barriereschicht eintretenden Lichts die Barriereschicht durchdringt, ohne dabei absorbiert zu werden. Beispielsweise ist die erste Barriereschicht klarsichtig transparent ausgebildet. Die Barriereschicht stellt eine Barriere gegen atmosphärische Gase und/oder Feuchtigkeit dar. Die erste Barriereschicht ist daher im Rahmen der Herstellungstoleranz luftundurchlässig und/oder wasserundurchlässig ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Halbleiterbauteil ein Konversionselement, welches an der der Strahlungsdurchtrittsflache abgewandten Oberseite der ersten Barriereschicht angeordnet ist. Beispielsweise kann das Konversionselement mit der ersten Barriereschicht in direktem Kontakt stehen. Das Konversionselement kann dann verbindungsmittelfrei mit der ersten Barriereschicht
verbunden sein. Das Konversionselement umfasst beispielsweise Partikel zumindest eines Konversionsstoffes und ein
Matrixmaterial, in das die Partikel des Konversionsstoffes eingebracht sind. Ferner kann das Konversionselement aber auch aus dem Konversionsstoff bestehen und frei von einem Matrixmaterial sein.
Das Konversionselement ist dazu eingerichtet, aus der
Strahlungsdurchtrittsflache durch die erste Barriereschicht in das Konversionselement eintretendes Licht zumindest teilweise zu Licht insbesondere größerer Wellenlänge zu konvertieren. Das Konversionselement emittiert dann
Sekundärstrahlung, die mit dem im Betrieb des
Halbleiterbauteils erzeugten und durch die
Strahlungsdurchtrittsfläche tretenden Lichts, also der
Primärstrahlung, eine Mischstrahlung bilden kann, bei der es sich beispielsweise um weißes Licht handelt. Alternativ ist es auch möglich, dass das Konversionselement im Rahmen der Herstellungstoleranz das eintretende Licht vollständig konvertiert, so dass lediglich Sekundärstrahlung abgestrahlt wird .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils umfasst das
Halbleiterbauteil eine zweite Barriereschicht, die an der der ersten Barriereschicht abgewandten Oberseite des
Konversionselements und an der Oberseite der ersten Barriereschicht angeordnet ist. Die zweite Barriereschicht kann dabei mit dem Konversionselement in direktem Kontakt stehen, das heißt, sie kann in diesem Fall
verbindungsmittelfrei mit dem Konversionselement verbunden sein. Die zweite Barriereschicht kann wie die erste
Barriereschicht strahlungsdurchlässig ausgebildet sein, wobei wenigstens 50 %, insbesondere wenigstens 75 %, bevorzugt wenigstens 95 % der vom Konversionselement und der ersten Barriereschicht kommenden elektromagnetischen Strahlung durch die zweite Barriereschicht gelangen, ohne von dieser
absorbiert zu werden. Die zweite Barriereschicht kann dazu beispielsweise klarsichtig transparent ausgebildet sein.
Die zweite Barriereschicht stellt ebenso wie die erste
Barriereschicht eine Barriere gegen atmosphärische Gase und/oder Feuchtigkeit dar und kann dazu luftundurchlässig und/oder wasserundurchlässig ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils umschließen die erste Barriereschicht und die zweite Barriereschicht das Konversionselement gemeinsam vollständig. Das heißt, das Konversionselement ist von den beiden Barriereschichten vollständig eingekapselt und es gibt keinen Bereich der
Außenfläche des Konversionselements, der nicht von einer der beiden Barriereschichten umhüllt ist. Dabei ist es auch möglich, dass die beiden Barriereschichten im Rahmen der Herstellungstoleranz die Außenfläche des Konversionselements vollständig bedecken und sich im Rahmen der
Herstellungstoleranz über die gesamte Außenfläche des
Konversionselements hinweg in direktem Kontakt mit dem
Konversionselement befinden, wobei sich stellenweise die erste oder die zweite Barriereschicht in direktem Kontakt mit dem Konversionselement befindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils stehen die erste Barriereschicht und die zweite
Barriereschicht stellenweise in direktem Kontakt miteinander. Das heißt, die erste Barriereschicht und die zweite
Barriereschicht stehen an den einander zugewandten
Oberflächen stellenweise in direktem Kontakt mit dem
Konversionselement und stellenweise in direktem Kontakt zueinander. Das Konversionselement ist damit gleichsam in einer Kavität angeordnet, die von den beiden
Barriereschichten umschlossen ist.
Mit anderen Worten können die beiden Barriereschichten zumindest stellenweise Stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Eine " Stoffschlüssige Verbindung" ist hierbei und im Folgenden eine Verbindung, bei der die Verbindungspartner durch atomare und/oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Insbesondere kann mit einer stoffschlüssigen
Verbindung eine hermetische Abdichtung eines Freiraums zwischen zwei Verbindungspartnern erfolgen. Beispielsweise handelt es sich bei einer stoffschlüssigen Verbindung um eine van-der-Waals-Verbindung . Eine stoffschlüssige Verbindung ist insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbar. Mit anderen
Worten, die Verbindungspartner können nur unter Verwendung eines chemischen Lösungsmittels und/oder durch Zerstörung getrennt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils umfasst das
Halbleiterbauteil eine Strahlungsdurchtrittsfläche, durch die im Betrieb des Halbleiterbauteils erzeugtes Licht tritt, eine erste Barriereschicht, die an einer Oberseite der
Strahlungsdurchtrittsflache angeordnet ist und dort zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit der
Strahlungsdurchtrittsflache steht, ein Konversionselement, welches an der der Strahlungsdurchtrittsflache abgewandten Oberseite der ersten Barriereschicht angeordnet ist, eine zweite Barriereschicht die an der der ersten Barriereschicht abgewandten Oberseite des Konversionselements und an der Oberseite der ersten Barriereschicht angeordnet ist, wobei die erste Barriereschicht und die zweite Barriereschicht das Konversionselement gemeinsam vollständig umschließen und die erste Barriereschicht und die zweite Barriereschicht
stellenweise in direktem Kontakt miteinander stehen.
Bei dem hier beschriebenen Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Halbleiterbauteil ist das
Konversionselement zwischen zwei Barriereschichten
angeordnet, welche das Konversionselement vor äußeren
Einflüssen wie atmosphärischen Gasen und Feuchtigkeit
schützen können. Dabei befindet sich die erste
Barriereschicht in direktem Kontakt mit einer Komponente des Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils und kann beispielsweise direkt auf dieser Komponente erzeugt werden. Das Konversionselement kann dann beispielsweise direkt auf der ersten Barriereschicht erzeugt werden und die zweite Barriereschicht kann direkt auf der ersten
Barriereschicht und dem Konversionselement erzeugt werden. Auf diese Weise ist es nicht nötig, das Konversionselement separat vom Halbleiterbauteil zu fertigen. Das
Konversionselement muss daher nicht selbsttragend ausgebildet sein, sondern bei den Barriereschichten kann es sich um flexible, elastische Dichtschichten handeln, die auch bei Zyklenbelastung im Betrieb des Halbleiterbauteils ihre vor atmosphärischen Gasen und/oder Feuchtigkeit schützende
Eigenschaft beibehalten.
Das hier beschriebene Halbleiterbauteil zeichnet sich daher unter anderem durch seine besonders hohe Lebensdauer aus. Ferner können im Konversionselement empfindliche
Konversionsstoffe wie beispielsweise organische
Konversionsstoffe oder so genannte Quantendot-Konverter
Verwendung finden, die vom erhöhten Schutz vor
atmosphärischen Gasen und/oder Feuchtigkeit durch die
Barriereschichten profitieren und dadurch im
Halbleiterbauteil eine erhöhte Lebensdauer aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils stehen die erste Barriereschicht und die zweite
Barriereschicht in einem Kontaktbereich in direktem Kontakt miteinander, wobei der Kontaktbereich das Konversionselement in lateralen Richtungen vollständig umgibt. Der
Kontaktbereich umschließt das Konversionselement dabei beispielsweise nach Art eines Rahmens, wobei der Verlauf des Kontaktbereichs dabei nicht rechteckförmig sein muss.
Das Konversionselement bedeckt damit nur einen Teil der ihr zugewandten Oberseite der ersten Barriereschicht und das Konversionselement bedeckt nur einen Teil der ihr zugewandten Unterseite der zweiten Barriereschicht. Die erste und die zweite Barriereschicht weisen damit eine größere Fläche auf als das Konversionselement. In Bereichen, in denen die
Oberseite der ersten Barriereschicht und die Unterseite der zweiten Barriereschicht nicht mit dem Konversionselement in Kontakt stehen, können die erste und die zweite
Barriereschicht in direktem Kontakt miteinander stehen, wobei im Bereich des direkten Kontakts der Kontaktbereich zwischen den beiden Barriereschichten ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils steht das
Konversionselement in direktem Kontakt mit der ersten
Barriereschicht und der zweiten Barriereschicht. Das heißt, zwischen dem Konversionselement und den beiden
Barriereschichten sind jeweils keine weiteren Schichten angeordnet, und es ist insbesondere möglich, dass sich zwischen den Barriereschichten und den Konversionselementen kein beispielsweise luftgefüllter Gaseinschluss befindet.
Insbesondere ist es möglich, dass die beiden
Barriereschichten im Kontaktbereich direkt aneinander grenzen und außerhalb des Kontaktbereichs jeweils direkt an das
Konversionselement grenzen. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Verbindung zwischen den Barriereschichten und dem Konversionselement verbindungsmittelfrei ist und diese
Komponenten des Halbleiterbauteils besonders gut mechanisch miteinander verbunden sind. Die Barriereschichten und das Konversionselement sind dabei insbesondere nicht
zerstörungsfrei voneinander lösbar, das heißt nur durch das Zerstören zumindest einer der Komponenten kann der Verbund aus Barriereschichten und Konversionselement aufgebrochen werden. Ferner ist es möglich, dass die erste Barriereschicht nicht zerstörungsfrei lösbar mit einer weiteren Komponente des Strahlungsemittierenden optoelektronischen
Halbleiterbauteils verbunden ist. Das Strahlungsemittierende optoelektronische Halbleiterbauteil ist damit insgesamt besonders stabil ausgebildet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt eine Wasserdampf-Transmissionsrate in das
Konversionselement höchstens 1 x 10-3 g/m2/Tag, bevorzugt höchstens 3 x 10-4 g/m2/Tag. Mit anderen Worten ist das
Konversionselement durch die Barriereschichten nach außen abgedichtet. Die Barriereschichten und der Kontaktbereich zwischen den Barriereschichten sind derart ausgebildet, dass die Wasserdampf-Transmissionsrate besonders gering ist. Dies ist durch die Materialauswahl für die Barriereschichten sowie das direkte Anordnen der Barriereschichten im Kontaktbereich aneinander möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils sind die erste Barriereschicht und die zweite Barriereschicht mit dem gleichen Material gebildet oder sie bestehen aus dem gleichen Material. Das heißt, die erste und die zweite
Barriereschicht teilen sich zumindest eine Materialkomponente oder bestehen aus dem gleichen Material. Auf diese Weise ist es möglich, dass die erste Barriereschicht und die zweite Barriereschicht im Kontaktbereich besonders gut aneinander haften, wodurch die genannten niedrigen Wasserdampf- Transmissionsraten ermöglicht sind.
Die erste und/oder die zweite Barriereschicht sind gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils insbesondere mit einem der folgenden Materialien gebildet. Das heißt, die erste und/oder die zweite Barriereschicht umfassen zumindest eines der folgenden Materialien oder bestehen aus zumindest einem der folgenden Materialien: einem Parylene, einem PVC, einem Polyvenylidenchlorid, einem Polyvenylalkohol , einem
Polysilazan, einem Ormocer, einem Epoxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die erste Barriereschicht und/oder die zweite
Barriereschicht ein Elastizitätsmodul von höchstens 5,0 GPa auf. Das heißt, bei den Barriereschichten handelt es sich um besonders elastische Dichtschichten . Die Barriereschichten sind insbesondere elastisch im Vergleich zu herkömmlichen Verkapselungsmaterialien wie Glas, Siliziumdioxid,
Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid. Es ist daher möglich, auf teure Materialien und Prozesse zu deren Herstellung und
Aufbringung im Halbleiterbauteil zu verzichten.
Bei den Barriereschichten handelt es sich insbesondere nicht um Gläser oder Metalle, die über aufwändige Verfahren wie anodisches Bonden, Löten, Schweißen oder Ansprengen
miteinander verbunden sind. Aufgrund der Elastizität der Barriereschichten ist die Gefahr von Rissbildung in den
Barriereschichten im Vergleich zu harte Barriereschichten, die beispielsweise mit AI2O3 über ein ALD (Atomic Layer
Deposition - Atomlagenabscheidung) -Verfahren gebildet sind, reduziert. Der oft starke Unterschied im thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zwischen Komponenten des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils führt zu unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der
Komponenten im Betrieb. Aufgrund der elastisch ausgebildeten Barriereschichten ist jedoch die Gefahr der Rissbildung unter Zyklenbelastung stark reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Konversionselement wellenlängenkonvertierende Quantenpunkte oder besteht aus wellenlängenkonvertierenden Quantenpunkten .
Bei wellenlängenkonvertierenden Quantenpunkten handelt es sich um ein empfindliches Konversionsmaterial. Bevorzugt handelt es sich bei den Quantenpunkten um Nanopartikel , das heißt Teilchen mit einer Größe im Nanometer-Bereich mit einem Partikeldurchmesser d50 in QO gemessen zum Beispiel zwischen wenigstens 1 nm und höchstens 1000 nm. Die Quantenpunkte umfassen einen Halbleiterkern, der wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweist. Der Halbleiterkern kann
beispielsweise mit CDSE, CDS, EANS und/oder ENP gebildet 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-Potenzials. Die erste ummantelnde Schicht und der Halbleiterkern werden von zumindest einer zweiten ummantelnden Schicht an der freiliegenden Außenfläche 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. Hierbei ist es möglich, dass aufgrund der zweiten ummantelnden Schicht eine räumlich gleichmäßige
Verteilung der Quantenpunkte in einem Matrixmaterial
verbessert wird. Das Matrixmaterial kann zum Beispiel mit zumindest einem der folgenden Stoffe gebildet sein: Acrylat, Silikon,
Hybridmaterialien wie Ormocere.
Hierbei ergibt sich das Problem, dass die zweite ummantelnde Schicht des Quantenpunkts bei Kontakt mit Luft oxidieren und damit zerstört werden könnte, wodurch die Löslichkeit der Quantenpunkte reduziert werden würde. Dies würde dann
beispielsweise zu einem Agglomerieren der Quantenpunkte, also zu einer Klumpen-Bildung, im Matrixmaterial führen. Im Fall einer Klumpen-Bildung würden sich die Quantenpunkte im
Matrixmaterial zu nahe kommen und die Anregungsenergien könnten strahlungslos zwischen den Quantenpunkten
ausgetauscht werden. Dies hätte einen Effizienzverlust bei der Wellenlängenkonversion zur Folge.
Die Zerstörung der zweiten ummantelnden Schicht kann durch die hermetische Abdichtung der Quantenpunkte von der das Konversionselement umgebenden Luft verhindert werden. Diese hermetische Abdichtung erfolgt vorliegend über die
Stoffschlüssige Verbindung der beiden Barriereschichten.
Alternativ oder zusätzlich zu Quantenpunkten als
Konversionsmaterial kann das Konversionselement ein
organisches Konversionsmaterial beinhalten. Beispielsweise handelt es sich bei dem organischen Konversionsmaterial um organische Farbstoffe. Solche organischen Farbstoffe sind beispielsweise auch aus der deutschen
Veröffentlichungsschrift DE 10 2007 049 005 AI bekannt, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich durch Rückbezug aufgenommen wird . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Halbleiterbauteil einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip und einen strahlungsdurchlässigen
Umhüllungskörper, der den Halbleiterchip stellenweise umgibt, wobei eine dem Halbleiterchip abgewandte Außenfläche des strahlungsdurchlässigen Umhüllungskörpers die
Strahlungsdurchtrittsfläche umfasst und die erste
Barriereschicht in direktem Kontakt mit dem Umhüllungskörper steht. Der Umhüllungskörper kann somit zwischen dem
Halbleiterchip und dem Konversionselement angeordnet sein. Insbesondere kann das Konversionselement mittels des
Umhüllungskörpers beabstandet von dem Halbleiterchip
angeordnet sein. Der Umhüllungskörper kann beispielsweise durch Verfahren wie Spritzgießen oder Formpressen um den Halbleiterchip herum ausgebildet sein. Der
strahlungsdurchlässige Umhüllungskörper kann dabei mit einem Material wie Epoxid, Silikon oder einem Epoxid-Silikon- Hybridmaterial gebildet sein. Der strahlungsdurchlässige Umhüllungskörper kann mit streuenden und/oder konvertierenden Partikeln gefüllt sein. Die erste Barriereschicht befindet sich vorzugsweise in direktem Kontakt mit dem
Umhüllungskörper, so dass die erste Barriereschicht
verbindungsmittelfrei mit dem Umhüllungskörper verbunden ist.
Der Umhüllungskörper kann gewölbt ausgebildet sein.
Insbesondere kann es sich bei dem Umhüllungskörper um einen gewölbten Verguss handeln. Der Umhüllungskörper kann von dem Halbleiterchip weg oder zu diesem gewölbt sein. Mit anderen Worten, der Umhüllungskörper kann im Bereich des
Halbleiterkörpers eine andere Dicke aufweisen als in
lateralen Randbereichen des Umhüllungskörpers. Eine Wölbung des Umhüllungskörpers kann insbesondere die Wahrscheinlichkeit für den Austritt elektromagnetischer
Strahlung aus dem Umhüllungskörper erhöhen. Ferner kann
Wölbung ermöglichen, dass ein Abstand zwischen dem
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip und dem
Konversionselement erhöht ist, so dass eine zu hohe
Strahldichte am Konversionselement vermieden wird.
Dabei ist es insbesondere möglich, dass sich das Material des strahlungsdurchlässigen Umhüllungskörpers vom Material der ersten Barriereschicht unterscheidet. Das heißt, der
strahlungsdurchlässige Umhüllungskörper und die erste
Barriereschicht sind dann aus unterschiedlichen Materialien gebildet. Damit kann das Material des strahlungsdurchlässigen Umhüllungskörpers besonders gut an die optischen
Anforderungen des optoelektronischen Halbleiterbauteils angepasst sein und das Material der ersten Barriereschicht wird hinsichtlich seiner gegen Feuchtigkeit und/oder
atmosphärischen Gasen schützenden Eigenschaften ausgewählt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Strahlungsemittierende optoelektronische
Halbleiterbauteil einen Strahlungsemittierenden
Halbleiterchip, wobei eine Außenfläche des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips die
Strahlungsdurchtrittsfläche umfasst und die erste
Barriereschicht in direktem Kontakt mit dem
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip steht. Das heißt, der Strahlungsemittierende Halbleiterchip ist in dieser
Ausführungsform zumindest stellenweise nicht von einem strahlungsdurchlässigen Umhüllungskörper umgeben und die erste Barriereschicht grenzt zumindest bereichsweise direkt an den Strahlungsemittierenden Halbleiterchip. Auf diese Weise ist es möglich, das Konversionselement besonders nah an den Strahlungsemittierenden Halbleiterchip anzuordnen.
Bei dem Strahlungsemittierenden Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung aus dem Spektralbereich von UV- Strahlung bis zu sichtbarem Licht, beispielsweise blauem Licht, emittiert. Das Strahlungsemittierende
optoelektronische Halbleiterbauteil kann dabei mehrere
Strahlungsemittierende Halbleiterchips umfassen, die gleich oder unterschiedlich zueinander ausgeführt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Halbleiterbauteil einen Gehäusekörper, der eine Kavität aufweist, in der der Strahlungsemittierende
Halbleiterchip angeordnet ist. Ferner kann das
Strahlungsemittierende optoelektronische Halbleiterbauteil einen Strahlungsemittierenden Halbleiterchip, wie
beispielsweise einen Leuchtdiodenchip, umfassen. Der
Gehäusekörper kann dabei den Strahlungsemittierenden
Halbleiterchip beispielsweise in lateralen Richtungen, das heißt seitlich, umgeben. Die dem Strahlungsemittierenden Halbleiterchip zugewandten Außenflächen des Gehäusekörpers können für im Strahlungsemittierenden Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung reflektierend ausgebildet sein. Der Gehäusekörper kann dabei beabstandet zum
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip angeordnet sein, oder der Gehäusekörper befindet sich an Seitenflächen des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips in direktem Kontakt mit dem Strahlungsemittierenden Halbleiterchip.
Beispielsweise befindet sich die erste Barriereschicht teilweise innerhalb der Kavität. Dies kann einen Schutz der ersten Barriereschicht vor mechanischer Beschädigung
ermöglichen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die erste Barriereschicht zumindest stellenweise in der Kavität angeordnet und/oder steht in direktem Kontakt mit dem Gehäusekörper. Das heißt, es ist möglich, dass zumindest die erste Barriereschicht ebenfalls stellenweise seitlich vom Gehäusekörper umgeben ist. Die erste Barriereschicht kann dadurch durch den Gehäusekörper zumindest stellenweise mechanisch geschützt sein. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die erste Barriereschicht sich stellenweise in direktem Kontakt mit dem Gehäusekörper befindet. Das heißt, die erste Barriereschicht und der Gehäusekörper sind dann verbindungsmittelfrei miteinander verbunden. Die erste
Barriereschicht steht dann mit einer weiteren Komponente des strahlungsemittierenden optoelektronischen
Halbleiterbauteils, beispielsweise dem
strahlungsdurchlässigen Umhüllungskörper und/oder dem
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip in direktem Kontakt. Durch den Kontakt der ersten Barriereschicht mit mehreren Komponenten des Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils haftet die erste Barriereschicht besonders gut und die mechanische Stabilität des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauteils ist auf diese Weise erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die Kavität eine dem Strahlungsemittierenden
Halbleiterchip abgewandte Öffnung auf, wobei die Öffnung zu wenigstens 95 % ihrer Fläche vom Konversionselement überdeckt ist. Das heißt, das Konversionselement füllt nahezu den gesamten Flächeninhalt der Öffnung aus und fast die gesamte im optoelektronischen Halbleiterbauteil erzeugte
elektromagnetische Strahlung muss auf diese Weise durch das Konversionselement treten, um das optoelektronische
Halbleiterbauteil zu verlassen. Auf diese Weise kann
vermieden werden, dass ein nennenswerter Anteil von
unkonvertiertem Licht im Bereich zwischen Gehäusekörper und Konversionselement, beispielsweise über die erste
Barriereschicht, aus dem Halbleiterbauteil austritt. Damit ist die Leckage von beispielsweise blauem, unkonvertiertem Licht reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteil umfasst dieses zumindest ein weiteres Konversionselement, welches an der der Strahlungsdurchtrittsfläche abgewandten Oberseite der zweiten Barriereschicht angeordnet ist, und zumindest eine weitere Barriereschicht, die an der der zweiten Barriereschicht abgewandten Oberseite des weiteren Konversionselements und an der Oberseite der zweiten
Barriereschicht angeordnet ist, wobei die zweite
Barriereschicht und die weitere Barriereschicht das weitere Konversionselement gemeinsam vollständig umschließen, und di zweite Barriereschicht und die weitere Barriereschicht stellenweise in direktem Kontakt miteinander stehen.
Für die weitere Barriereschicht sowie das weitere
Konversionselement sind sämtliche Merkmale offenbart, die auch für das Konversionselement sowie für die erste
Barriereschicht und die zweite Barriereschicht offenbart sind . Dabei ist es insbesondere möglich, dass das weitere Konversionselement mit einem Konversionsmaterial gebildet ist, welches empfindlicher zum Beispiel gegen
elektromagnetische Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, und/oder empfindlicher gegen hohe Temperaturen ist als das Konversionsmaterial des Konversionselements. Insbesondere ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil eine Vielzahl von Konversionselementen und Barriereschichten umfasst, die in der beschriebenen Weise übereinandergestapelt angeordnet sind. Dabei ist es möglich, dass die unterschiedlichen
Konversionselemente unterschiedliche Konversionsmaterialien umfassen, wobei ein Konversionselement umso weiter von der Strahlungsdurchtrittsflache entfernt ist, je empfindlicher das im Konversionselement verwendete Konversionsmaterial ist. Alternativ ist es möglich, dass sämtliche Konversionselemente gleich ausgebildet sind. Ferner ist es möglich, dass
aneinander angrenzende Barriereschichten jeweils in einem Kontaktbereich in direktem Kontakt miteinander stehen, wobei der Kontaktbereich das zwischen den angrenzenden
Barriereschichten eingeschlossene Konversionselement in lateralen Richtungen vollständig umgibt. Das eingeschlossene Konversionselement kann dabei mit den angrenzenden
Barriereschichten jeweils in direktem Kontakt stehen.
Es werden weiter Verfahren zur Herstellung von
strahlungsemittierenden optoelektronischen
Halbleiterbauteilen angegeben. Die Verfahren können
insbesondere zur Herstellung von hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauteilen dienen, so dass die für die optoelektronischen Halbleiterbauteile offenbarten Merkmale auch für das Verfahren offenbart sind und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Verfahren einen
Verfahrensschritt, bei dem die erste Barriereschicht auf die Strahlungsdurchtrittsflache aufgebracht wird. Die erste Barriereschicht wird dabei vorzugsweise in einem parallelen Prozess auf die Strahlungsdurchtrittsflachen einer Vielzahl herzustellender strahlungsemittierender optoelektronischer Halbleiterbauteile aufgebracht. Beispielsweise kann das Aufbringen durch Abscheidung in Vakuum oder großflächiges Sprühen direkt und ganzflächig auf einer Komponente des strahlungsemittierenden optoelektronischen
Halbleiterbauteils, welche die Strahlungsdurchtritt sfläche umfasst, erfolgen. Auf diese Weise entsteht eine direkte Verbindung zwischen der Komponente oder den Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils, auf welche die erste Barriereschicht aufgebracht wird, und der ersten
Barriereschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt das Konversionsmaterial strukturiert auf die der Strahlungsdurchtrittsfläche
abgewandte Oberseite der ersten Barriereschicht zur Bildung des Konversionselements aufgebracht, derart, dass die erste Barriereschicht stellenweise vom Konversionselement unbedeckt bleibt. Mit anderen Worten wird das Konversionsmaterial nicht ganzflächig auf die dem späteren Konversionselement
zugewandte Außenfläche der ersten Barriereschicht
aufgebracht, sondern ein Teil der ersten Barriereschicht bleibt vom Konversionsmaterial unbedeckt. Ferner ist es möglich, dass ein strukturiertes Aufbringen des
Konversionsmaterials derart erfolgt, dass das
Konversionsmaterial in bestimmten Mustern auf der ersten Barriereschicht angeordnet ist. Das strukturierte Aufbringen kann beispielsweise durch Dosieren, Siebdrucken,
Schablonendrucken, Jetting oder Sprühen mit einer Maske erfolgen. Insbesondere grenzt das Konversionsmaterial, und damit das herzustellende Konversionselement, dann
stellenweise direkt an die erste Barriereschicht und ist verbindungsmittelfrei mit dieser verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt das Aufbringen der zweiten Barriereschicht auf die der ersten Barriereschicht abgewandten Oberseite des Konversionselements und auf die vom Konversionselement unbedeckten Bereiche der ersten
Barriereschicht. Auch hier kann ein Aufbringen der zweiten Barriereschicht beispielsweise durch Abscheiden in Vakuum oder großflächiges Sprühen in einem parallelen Prozess erfolgen, bei dem das Material der zweiten Barriereschicht für eine Vielzahl von herzustellenden optoelektronischen Halbleiterbauteilen aufgebracht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Verfahren die folgenden
Schritte :
- Aufbringen der ersten Barriereschicht auf die
Strahlungsdurchtrittsfläche,
- strukturiertes Aufbringen von Konversionsmaterial auf die der Strahlungsdurchtrittsfläche abgewandte Oberseite der ersten Barriereschicht zur Bildung des Konversionselements, derart, dass die erste Barriereschicht stellenweise vom
Konversionselement unbedeckt bleibt,
- Aufbringen der zweiten Barriereschicht auf die der ersten Barriereschicht abgewandten Oberseite des Konversionselements und auf vom Konversionselement unbedeckte Bereiche der ersten Barriereschicht .
Das Verfahren kann dabei insbesondere in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, das heißt das fertige
Konversionselement wird auf zumindest einer Komponente des optoelektronischen Halbleiterbauteils direkt erzeugt und nicht getrennt von den übrigen Komponenten des
optoelektronischen Halbleiterbauteils hergestellt und dann mit diesen zum Beispiel durch ein Verbindungsmittel
verbunden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das Verfahren einen Schritt, wobei der Istwert der Lichtcharakteristik des vom
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip und dem
Konversionselement im Betrieb des Halbleiterchips erzeugten Mischlichts bestimmt wird. Bei der Lichtcharakteristik kann es sich beispielsweise um den Farbort und/oder die
Farbtemperatur des vom Strahlungsemittierenden Halbleiterchip und dem Konversionselement im Betrieb erzeugten Mischlichts handeln .
In einem weiteren Verfahrensschritt wird dieser Istwert dann mit einem Sollwert verglichen und es erfolgt in einem
anschließenden Verfahrensschritt ein strukturiertes
Aufbringen von weiterem Konversionsmaterial zur Erreichung des Sollwerts.
Diese Verfahrensschritte können so lange wiederholt werden, bis der gemessene Istwert innerhalb einer vorgebbaren
Fehlertoleranz mit dem Sollwert übereinstimmt. Es erfolgt also beispielsweise die Steuerung des Farborts oder der Farbtemperatur des resultierenden Mischlichts durch ein Nachdosieren oder Nachsprühen vor dem Verschließen der Anordnung mit der zweiten Barriereschicht. Die gezielte
Einstellung eines gewünschten Farbortes ist auf diese Weise besonders einfach möglich.
Vorliegend wird das Konversionselement also nicht aufwändig getrennt von den übrigen Komponenten des Halbleiterbauteils erzeugt, sondern es erfolgt eine Herstellung direkt auf dem Halbleiterbauteil, wodurch schon während der Herstellung eine Lichtcharakteristik des erzeugten Mischlichts bestimmt werden kann. Da ein Einschließen des Konversionselements mit der zweiten Barriereschicht erst erfolgt, wenn die gewünschte
Lichtcharakteristik erreicht ist, ist ein Nachjustieren des Konversionselements durch zusätzliches Aufbringen von
Konversionsmaterial besonders einfach möglich. Mit dem hier beschriebenen Verfahren können
Strahlungsemittierende optoelektronische Halbleiterbauteile erzeugt werden, bei denen eine Konversion von
elektromagnetischer Strahlung direkt im Halbleiterbauteil in unmittelbarer Nähe zum optoelektronischen Halbleiterchip erfolgt, was zu einer Vereinfachung des Systems und zu einer Kostenreduktion führt.
Im Folgenden werden die hier beschriebenen
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteile sowie das hier beschriebene Verfahren anhand von
Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert . Die schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1A, 1B, 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Halbleiterbauteilen .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 1A ist das Prinzip eines hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauteils erläutert. Das optoelektronische
Halbleiterbauteil umfasst eine Strahlungsdurchtritt sfläche S. Bei der Strahlungsdurchtrittsfläche S kann es sich
beispielsweise um die Außenfläche eines
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips 4 und/oder die
Außenfläche eines strahlungsdurchlässigen Umhüllungskörpers 5 handeln. Auf der Strahlungsdurchtrittsfläche S ist die erste Barriereschicht 1 aufgebracht, die direkt an die
Strahlungsdurchtrittsfläche S grenzt und mit den zugehörigen Komponenten, welche die Strahlungsdurchtrittsfläche S
umfassen, verbindungsmittelfrei und insbesondere
Stoffschlüssig verbunden ist. Die erste Barriereschicht 1 wird beispielsweise durch ein hier beschriebenes Verfahren aufgebracht .
Anschließend wird Konversionsmaterial zur Bildung des
Konversionselements 3 auf einen Teil der der
Strahlungsdurchtrittsfläche S abgewandten Oberseite der ersten Barriereschicht 1 aufgebracht, derart, dass die erste Barriereschicht 1 nicht vollständig vom Konversionsmaterial bedeckt ist. Zur Einstellung einer geeigneten Dicke des Konversionselements 3 kann ein hier beschriebenes Verfahren Verwendung finden, bei dem während des Aufbringens des
Konversionsmaterials der Istwert einer Lichtcharakteristik mit einem Sollwert verglichen wird und die Aufbringung von Konversionsmaterial gestoppt wird, sobald der Istwert dem Sollwert innerhalb einer vorgebbaren Fehlertoleranz
entspricht .
In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine zweite
Barriereschicht 2 auf die der Strahlungsdurchtrittsfläche S abgewandte freie Oberfläche der ersten Barriereschicht 1 und des Konversionselements 3 aufgebracht.
Das Halbleiterbauelement umfasst dann eine erste
Barriereschicht 1, die direkt auf die
Strahlungsdurchtrittsfläche S aufgebracht ist und ein
Konversionselement 3, das zwischen der ersten Barriereschicht 1 und der zweiten Barriereschicht 2 angeordnet ist. Die beiden Barriereschichten können dadurch untereinander und mit dem Konversionselement 3 jeweils stoffschlüssig verbunden sein .
Im vom Konversionselement unbedeckten Bereich der der
Strahlungsdurchtrittsfläche S abgewandten Oberseite der ersten Barriereschicht 1 bildet sich ein Kontaktbereich zwischen der ersten Barriereschicht 1 und der zweiten
Barriereschicht 2 aus, in welchem die beiden
Barriereschichten direkt aneinandergrenzen . Der
Kontaktbereich 12 umgibt das Konversionselement 3 in
lateralen Richtungen, das heißt seitlich, vollständig. In der schematischen Schnittdarstellung der Figur 1B des Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses zumindest ein weiteres Konversionselement 3 welches an der der Strahlungsdurchtrittsflache S abgewandten Oberseite der zweiten Barriereschicht 2 angeordnet ist, und zumindest eine weitere Barriereschicht 2 die an der der zweiten Barriereschicht 2 abgewandten Oberseite des weiteren Konversionselements 3 x und an der Oberseite der zweiten
Barriereschicht 2 angeordnet ist, wobei die zweite
Barriereschicht 2 und die weitere Barriereschicht 2 x das weitere Konversionselement 3 x gemeinsam vollständig
umschließen, und die zweite Barriereschicht 2 und die weitere Barriereschicht 2 x stellenweise in direktem Kontakt
miteinander stehen.
Dabei ist es insbesondere möglich, dass das weitere
Konversionselement 3 x mit einem Konversionsmaterial 3
gebildet ist, welches empfindlicher zum Beispiel gegen elektromagnetische Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, und/oder empfindlicher gegen hohe Temperaturen ist als das Konversionsmaterial des Konversionselements 3. Die aneinander angrenzenden Barriereschichten 2, 2 x stehen in einem weiteren Kontaktbereich 12 x in direktem Kontakt miteinander, wobei der Kontaktbereich das zwischen den angrenzenden
Barriereschichten 2,2X eingeschlossene weitere
Konversionselement 3 x in lateralen Richtungen vollständig umgibt. Das eingeschlossene weitere Konversionselement 3 x kann dabei mit den angrenzenden Barriereschichten 2 , 2 x jeweils in direktem Kontakt stehen.
Die schematische Schnittdarstellung der Figur 2 zeigt ein Strahlungsemittierendes optoelektronisches Halbleiterbauteil, das in der so genannten "Chip in a Frame" (CIF) -Bauweise ausgeführt ist.
Ein solches Bauteil ist in einem anderen Zusammenhang, beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2012 215 524 AI, beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich des
Aufbaus eines Bauteils in der "Chip in a Frame"-Bauweise ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird. Insbesondere weist ein "Chip in a Frame"-Bauteil einen Formkörper als Gehäusekörper 6 auf, der beispielsweise mit einem Silikon- und/oder einem Epoxidharz gebildet sein kann. Solche
Materialien haben den Nachteil, dass sie nicht hermetisch dicht ausgebildet sind und somit Luft und/oder Feuchtigkeit durch den Formkörper dringen können. In dem Fall, dass ein nicht hermetisch abgedichtetes Konversionselement bei einem solchen "Chip in a Frame"-Bauteil verwendet wird, kann es somit bei der Verwendung eines empfindlichen
Konversionsmaterials zur Zerstörung des Konversionsmaterials kommen .
Das Halbleiterbauteil umfasst in diesem Fall den
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip 4, der in einen
Gehäusekörper 6 eingebettet ist, welcher eine Kavität 61 für den Chip aufweist. Die Seitenflächen des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips 4 können dabei direkt an den Gehäusekörper 6 grenzen, der beispielsweise
Strahlungsreflektierend ausgebildet sein kann. Der
Strahlungsemittierende Halbleiterchip 4 ist an seiner
Oberseite mit dem Kontaktierungselement 41 verbunden, das beispielsweise strahlungsdurchlässig ausgebildet ist und dazu ein transparentes leitfähiges Oxid umfassen kann. Über ein Kontaktelement, beispielsweise ein Bondpad 46, ist das
Kontaktierungselement 41 elektrisch leitend mit dem Kontaktierungselement 45 verbunden, welches sich vom
Strahlungsemittierenden Halbleiterchip 4 über den
Gehäusekörper 6 bis zu einer Durchkontaktierung 44 erstreckt. An der dem Kontaktierungselement 41 zugewandten Oberseite des Strahlungsemittierenden Halbleiterchips 4 ist der
strahlungsdurchlässige Umhüllungskörper 5 ausgebildet, der vorliegend als gewölbter Verguss ausgeführt ist. Aufgrund der Wölbung des Vergusses ist eine Wahrscheinlichkeit für den Austritt elektromagnetischer Strahlung erhöht. An der dem Umhüllungskörper 5 abgewandten Unterseite des
Strahlungsemittierenden Halbleiterchips und der
Durchkontaktierung 44 sind Anschlussstellen 42, 43 zur
Oberflächenmontage des Halbleiterbauteils angeordnet.
Der gewölbt ausgeführte Umhüllungskörper 5 sorgt weiter dafür, dass der Abstand zwischen dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 4 und dem Konversionselement 3 erhöht ist, so dass eine zu hohe Strahldichte am Konversionselement 3 vermieden wird. Auf diese Weise ist die beschriebene Bauform für die Verwendung empfindlicher Konversionsmaterialien wie beispielsweise Quantendot-Konverter besonders geeignet.
Ferner ermöglicht der gewölbt ausgeführte Umhüllungskörper 5 eine Homogenisierung des abgestrahlten Mischlichts bezüglich der Farbe des Lichts abhängig vom Betrachtungswinkel.
Die erste Barriereschicht 1 befindet sich in direktem Kontakt mit Bereichen des strahlungsdurchlässigen Umhüllungskörpers 5 sowie des Gehäusekörpers 6 und des Kontaktierungselements 45. Insbesondere überdeckt die erste Barriereschicht 1 die
Oberseite des Halbleiterbauelements vollständig, so dass sie eine besonders große Kontaktfläche zu den Komponenten des Halbleiterbauteils aufweist und damit mechanisch besonders fest mit diesen Komponenten verbunden ist. Die Verwendung von elastischen Materialien zur Bildung der ersten und der zweiten Barriereschicht 1, 2 erlaubt darüber hinaus, dass das Konversionselement der Wölbung des Umhüllungskörpers 5 folgt.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterbauelements näher erläutert. In diesem
Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zum
Ausführungsbeispiel der Figur 2 der Gehäusekörper 6 seitlich beabstandet zum Strahlungsemittierenden Halbleiterchip 4 ausgebildet und die Kavität des Gehäusekörpers 6 ist
stellenweise mit dem strahlungsdurchlässigen Umhüllungskörper 5 ausgefüllt.
Die erste Barriereschicht 1 befindet sich teilweise innerhalb der Kavität und ist auf diese Weise vor mechanischer
Beschädigung besonders gut geschützt. Ferner kann die zweite Barriereschicht 2 planar ausgebildet sein. Mit anderen
Worten, es ist möglich, dass eine Außenfläche der zweiten Barriereschicht 2 eine ebene Fläche, die im Rahmen der
Herstellungstoleranzen keine Erhebungen, Vertiefungen,
Einkerbungen und/oder Auswölbungen aufweist, ist. Die erste Barriereschicht 1 erstreckt sich entlang des
Umhüllungskörpers 5, dessen dem Halbleiterchip 4 abgewandte Außenfläche die Strahlungsdurchtrittsfläche S bildet. Ferner befindet sich die erste Barriereschicht 1 in direktem Kontakt mit dem Gehäusekörper 6. Das Konversionselement 3 ist
besonders großflächig über dem Strahlungsemittierenden
Halbleiterchip 4 angeordnet und bedeckt die Öffnung 62 der Kavität 61 des Gehäusekörpers 6 zu zumindest 95 %. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist das
Halbleiterbauelement an seiner Oberseite vollständig vom Material der ersten Barriereschicht 1 abgedeckt. Im Bereich über dem Gehäusekörper 6 befindet sich der Kontaktbereich 12 zwischen der ersten Barriereschicht 1 und der zweiten
Barriereschicht 2, welcher das Konversionselement 3 lateral vollständig umgibt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen, den Ausführungsformen und den
Ausführungsbeispielen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen, den Ausführungsformen oder den
Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2014 117 764.9, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 erste Barriereschicht
2 zweite Barriereschicht
2 x weitere Barriereschicht
12 Kontaktbereich
12 x weiterer Kontaktbereich
3 Konversionselement
3 x weiteres Konversionselement
4 strahlungsemittierender Halbleiterchip
41 Kontaktierungselement
42 Anschlussstelle
43 Anschlussstelle
44 Durchkontaktierung
45 Kontaktierungselement
46 Kontaktelement
47 Schut zelement
5 Umhüllungskörper
6 Gehäusekörper
61 Kavität
62 Öffnung
S Strahlungsdurchtrittsfläche
R Licht

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil mit
- einer Strahlungsdurchtrittsflache (S) , durch die im Betrieb des Halbleiterbauteils erzeugtes Licht (R) tritt,
- einer ersten Barriereschicht (1), die an einer Oberseite der Strahlungsdurchtrittsflache (S) angeordnet ist und dort zumindest stellenweise in direktem Kontakt mit der
Strahlungsdurchtrittsflache (S) steht,
- einem Konversionselement (3) , welches an der der
Strahlungsdurchtrittsflache (S) abgewandten Oberseite der ersten Barriereschicht (1) angeordnet ist,
- einer zweiten Barriereschicht (2), die an der der ersten Barriereschicht (1) abgewandten Oberseite des
Konversionselements (3) und an der Oberseite der ersten Barriereschicht (1) angeordnet ist, wobei
- die erste Barriereschicht (1) und die zweite
Barriereschicht (2) das Konversionselement (3) gemeinsam vollständig umschließen,
- die erste Barriereschicht (1) und die zweite
Barriereschicht (2) stellenweise in direktem Kontakt
miteinander stehen und
- das Konversionselement (3) wellenlängenkonvertierende Quantenpunkte umfasst oder aus wellenlängenkonvertierenden Quantenpunkten besteht.
2. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem
die Quantenpunkte einen Halbleiterkern umfassen, der wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweist, der Halbleiterkern von einer ersten ummantelnden
Schicht, die mit einem anorganischen Material gebildet ist umgeben ist, und
die erste ummantelnden Schicht von einer zweiten
ummantelnden Schicht umschlossen ist, die mit einem
organischen Material gebildet ist.
3. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche
bei dem die erste Barriereschicht (1) und die zweite
Barriereschicht (2) in einem Kontaktbereich (12) in direktem Kontakt miteinander stehen, wobei der Kontaktbereich (12) das Konversionselement (3) in lateralen Richtungen (L)
vollständig umgibt.
4. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Konversionselement (3) in direktem Kontakt mit der ersten Barriereschicht (1) und der zweiten
Barriereschicht (2) steht.
5. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Wasserdampf-Transmissionsrate in das
Konversionselement (3) höchstens 1 x 10-3 g/m2/Tag, bevorzugt höchstens 3 x 10-4 g/m2/Tag, beträgt.
6. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Barriereschicht (1) und die zweite
Barriereschicht (2) mit dem gleichen Material gebildet sind oder aus dem gleichen Material bestehen.
7. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Barriereschicht (1) und/oder die zweite Barriereschicht (2) ein Elastizitätsmodul von höchstens 5,0 GPa aufweist.
8. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche mit
- einem Strahlungsemittierenden Halbleiterchip (4), und
- einem strahlungsdurchlässigen Umhüllungskörper (5), der den Halbleiterchip (4) stellenweise umgibt, wobei
- eine dem Halbleiterchip (4) abgewandte Außenfläche des strahlungsdurchlässigen Umhüllungskörpers (5) die
Strahlungsdurchtrittsfläche (S) umfasst, und
- die erste Barriereschicht (1) in direktem Kontakt mit dem Umhüllungskörper (5) steht.
9. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem der Umhüllungskörper (5) gewölbt ausgebildet ist.
10. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche mit
- einem Strahlungsemittierenden Halbleiterchip (4), wobei - eine Außenfläche des Strahlungsemittierenden
Halbleiterchips die Strahlungsdurchtrittsfläche (S) umfasst, und
- die erste Barriereschicht (1) in direktem Kontakt mit dem Strahlungsemittierenden Halbleiterchip (4) steht.
11. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche mit
- einem Strahlungsemittierenden Halbleiterchip (4) und - einem Gehäusekörper (6), der eine Kavität (61) aufweist, in der der Strahlungsemittierende Halbleiterchip (4) angeordnet ist, wobei
- die erste Barriereschicht (1) zumindest stellenweise in der Kavität (61) angeordnet ist und/oder in direktem Kontakt mit dem Gehäusekörper (6) steht.
12. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem die Kavität (61) eine dem Strahlungsemittierenden Halbleiterchip (4) abgewandte Öffnung (62) aufweist, wobei die Öffnung (62) zu wenigstens 95 % ihrer Fläche vom
Konversionselement (3) überdeckt ist.
13. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Barriereschicht (1) zumindest teilweise innerhalb der Kavität (61) angeordnet ist.
14. Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche mit
- einem weiteren Konversionselement (3X), welches an der der Strahlungsdurchtrittsfläche (S) abgewandten Oberseite der zweiten Barriereschicht (2) angeordnet ist,
- einer weiteren Barriereschicht (2X), die an der der zweiten Barriereschicht (2) abgewandten Oberseite des weiteren
Konversionselements (3X) und an der Oberseite der zweiten Barriereschicht (2) angeordnet ist, wobei
- die zweite Barriereschicht (2) und die weitere
Barriereschicht (2X) das weitere Konversionselement (3X) gemeinsam vollständig umschließen, und - die zweite Barriereschicht (2) und die weitere Barriereschicht (2X) stellenweise in direktem Kontakt miteinander stehen.
15. Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils nach einem der
vorherigen Ansprüche mit den folgenden Schritten:
- Aufbringen der ersten Barriereschicht (1) auf die
Strahlungsdurchtrittsflache (S) ,
- strukturiertes Aufbringen von Konversionsmaterial (3) auf die der Strahlungsdurchtrittsflache (S) abgewandte Oberseite der ersten Barriereschicht (1) zur Bildung des
Konversionselements (3) , derart, dass die erste
Barriereschicht (1) stellenweise vom Konversionselement (3) unbedeckt bleibt,
- Aufbringen der zweiten Barriereschicht (2) auf die der ersten Barriereschicht (1) abgewandte Oberseite des
Konversionselements (3) und auf vom Konversionselement (3) unbedeckte Bereiche der ersten Barriereschicht (1).
16. Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterbauteils nach dem vorherigen Anspruch mit den folgenden Schritten vor dem Aufbringen der zweiten Barriereschicht:
- Bestimmen eines Istwerts einer Lichtcharakteristik des vom Strahlungsemittierenden Halbleiterchip (4) und dem
Konversionselement (3) im Betrieb des Halbleiterchips (5) erzeugten Mischlichts,
- Vergleichen des Istwerts mit einem Sollwert,
- strukturiertes Aufbringen von weiterem Konversionsmaterial zur Erreichung des Sollwerts.
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