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WO2019179769A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements Download PDF

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WO2019179769A1
WO2019179769A1 PCT/EP2019/055597 EP2019055597W WO2019179769A1 WO 2019179769 A1 WO2019179769 A1 WO 2019179769A1 EP 2019055597 W EP2019055597 W EP 2019055597W WO 2019179769 A1 WO2019179769 A1 WO 2019179769A1
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WO
WIPO (PCT)
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nanowires
cover
optoelectronic component
semiconductor chip
contact points
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/055597
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Singer
Jörg Erich SORG
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 DE112019001502.8T priority Critical patent/DE112019001502B4/de
Priority to US17/040,412 priority patent/US11611191B2/en
Priority to JP2020550108A priority patent/JP7279065B2/ja
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    • H01S5/04252—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the material

Definitions

  • Semiconductor chip uses an edge emitting semiconductor laser chip, it is in the optoelectronic Component usually around a laser device like a
  • the carrier contains or consists for example of a plastic or a ceramic.
  • the plastic may be an epoxy or a silicone.
  • the semiconductor chip is preferably applied to a first main surface of the carrier.
  • the carrier has two first contact points.
  • the semiconductor chip is in this case preferably between the two contact points
  • between the carrier and the cover is preferably not damaged up to a shearing force of 12 MPa.
  • a length of the nanowires is, for example, between 100 nanometers and 100 micrometers inclusive, preferably between
  • Substantially parallel means in this case that the nanowires may have a slope due to the production, which deviates from the main extension direction.
  • the nanowires with the main extension direction enclose an angle smaller than 10 °.
  • Carrier is provided.
  • the semiconductor chip is partially disposed within the cavity and / or the cover.
  • Radiation exit surface with the top surface of the cavity an angle less than 5 °.
  • the cover surface bordering the cavity has a further second contact point.
  • the other second contact point is for example the
  • the third contact point arranged on a top surface of the semiconductor chip.
  • the third contact point is arranged, for example, on the top surface of the semiconductor chip and faces the further second contact point.
  • the other second contact point and the third contact point face each other, for example.
  • the fourth contact point is preferably facing the carrier.
  • the second contact points and the further second contact point are in this case preferably components of
  • the coating preferably comprises regions which correspond to the second contact points and the further second contact point. The regions are preferably opposite the first contact points and the third contact point.
  • the further second contact point may be on the cover plate facing the semiconductor chip
  • Radiation exit surface may be a partial region of the facet and is preferably limited to the facet.
  • the intermediate layer can also be arranged on the cover and / or the carrier.
  • the intermediate layer is preferably transparent to the laser radiation emitted during operation of the semiconductor laser chip and contains or consists for example of a polysiloxane, a silicone derivatives or a glass.
  • the intermediate layer forms a
  • the optical element may be a lens used for
  • Reflective layer contains or consists of
  • a radiation-emitting semiconductor chip which in operation emits electromagnetic radiation from a
  • a cover comprising at least two second contact points is applied to the carrier.
  • Contact points are preferably positioned over the at least two first contact points.
  • Filter film applied for example, has a thickness between 200 microns inclusive and including 500 microns.
  • the filter film preferably comprises a plurality of openings which completely penetrate the filter film.
  • the openings preferably have one
  • Main extension direction plugged into each other.
  • Figures 1A and 1B are schematic sectional views of
  • FIGS. 3A, 3B and 3C show schematic sectional representations of an optoelectronic component according to a respective further exemplary embodiment
  • a carrier 5 and a cover 4 are provided in a first method step.
  • the cover 4 is formed integrally.
  • two first contact points 4a are arranged.
  • a further first contact point 4b is arranged on the carrier 5.
  • two second contact points 4c arranged on the cover 3 between the two second contact points 4c.
  • the first contact points 4a, 4b of the carrier 5 lie opposite the second contact points 4c, 4e of the cover 3.
  • the carrier 5 has through holes 5a, which the
  • the first contact points 4a and the further first contact point 4b are each arranged on one of the plated-through holes 5a.
  • the first contact points 4a have a distance in
  • a radiation-emitting semiconductor chip 2 is applied to the carrier (not shown), which has a third contact point 4e, which lies opposite the further second contact point 4d.
  • the semiconductor chip 2 is arranged on the further second contact point 4b.
  • the cover 3 has a cavity 33 which partially covers a side surface of the semiconductor chip 2
  • first and second plurality of nanowires 6a and 6b are facing each other.
  • the third and fourth pluralities of nanowires 6c and 6d also face each other.
  • FIG. 4A The exemplary embodiment illustrated in FIG. 4A
  • the mounting element 7 has a fourth contact point 4f.
  • the mounting element 7 is electrically conductively and / or thermally conductively connected to the carrier 5 via the fourth contact point 4f and the further first contact point 4b by means of a fifth and sixth plurality of nanowires.
  • FIG. 4C shows a schematic sectional illustration of the component according to the exemplary embodiment of FIG. 4B along the section line A-A marked in FIG. 4A.
  • An intermediate layer 9 is disposed between the semiconductor chip 2 and the optical element 8.
  • the intermediate layer 9 here imparts the adhesion between the optical element 8 and a side surface which is a side surface of the
  • Conversion layer converts electromagnetic radiation of the semiconductor chip at least partially into electromagnetic radiation of another wavelength range.
  • the Conversion element 11 is arranged.
  • the holder 12 has a bevel, which perpendicular to the emitted during operation of the semiconductor chip 2 electromagnetic radiation
  • Radiation exit surface 2a deflects.
  • Electromagnetic radiation may enter the lower part of the optical element 8.
  • the lower part of the optical element 8 can serve, for example, as a light mixer or as thermal decoupling.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement (1) angegeben, mit: - einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche (2a) aussendet, - einem Träger (5), umfassend zumindest zwei erste Kontaktstellen (4a), und - einer Abdeckung (3), umfassend zumindest zwei zweite Kontaktstellen (4c), wobei - die zumindest zwei ersten Kontaktstellen (4a) und die zumindest zwei zweiten Kontaktstellen (4c) durch eine erste Vielzahl (6a) an Nanodrähten und eine zweite Vielzahl (6b) an Nanodrähten miteinander elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden sind, und - die Nanodrähte eine mechanisch stabile Verbindung (6) zwischen dem Träger (5) und der Abdeckung (3) vermitteln. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS
Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das mechanisch stabil und nahe der Strahlungsaustrittsfläche verkapselt ist. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Bauelements angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein
Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 19 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen des optoelektronischen
Bauelements und des Verfahrens zur Herstellung des
optoelektronischen Bauelements sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche aussendet. Beispielsweise handelt es sich bei dem strahlungsemittierenden
Halbleiterchip um einen kantenemittierenden
Halbleiterlaserchip. Wird als strahlungsemittierender
Halbleiterchip ein kantenemittierender Halbleiterlaserchip verwendet, so handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement in der Regel um ein Laserbauteil wie eine
Laserdiode. Der kantenemittierende Halbleiterlaserchip emittiert elektromagnetische Strahlung, wie monochromatisches und kohärentes Laserlicht, bevorzugt über eine Seitenfläche des Halbleiterchips. Die Seitenfläche des Halbleiterchips steht bevorzugt senkrecht auf einer Montagefläche des
Halbleiterchips .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement einen Träger. Der Träger enthält oder besteht beispielsweise aus einem Kunststoff oder einer Keramik. Bei dem Kunststoff kann es sich um ein Epoxid oder ein Silikon handeln. Bevorzugt ist der Halbleiterchip auf eine erste Hauptfläche des Trägers aufgebracht. Bevorzugt weist der Träger zwei erste Kontaktstellen auf.
Bevorzugt sind die ersten Kontaktstellen auf der ersten
Hauptfläche des Trägers angeordnet. Der Halbleiterchip ist hierbei bevorzugt in lateralen Richtungen beabstandet zu den zumindest zwei ersten Kontaktstellen angeordnet. Das heißt, dass der Halbleiterchip die zumindest zwei ersten
Kontaktstellen nicht überdeckt.
Der Träger kann zumindest zwei Durchkontaktierungen
aufweisen. Die Durchkontaktierungen erstrecken sich dabei bevorzugt in vertikaler Richtung vollständig durch den
Träger. Die vertikale Richtung erstreckt sich hierbei von der ersten Hauptfläche des Trägers zu einer zweiten Hauptfläche des Trägers, die der ersten Hauptfläche gegenüber liegt. Die Durchkontaktierungen können beispielsweise die gleichen
Materialien aufweisen oder aus den gleichen Materialien bestehen, die die zwei ersten Kontaktstellen umfassen können. Jeweils eine der zwei ersten Kontaktstellen kann beispielsweise auf einer der zumindest zwei
Durchkontaktierungen angeordnet sein. Die Kontaktstelle ist dabei bevorzugt in direktem Kontakt zu der
Durchkontaktierung. Es ist möglich, dass der Halbleiterchip auf einer der zumindest zwei Durchkontaktierungen angeordnet ist. Hierbei ist der Halbleiterchip bevorzugt mit einem elektrischen Kontakt elektrisch leitend auf der
Durchkontaktierung angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform des optoelektronischen
Bauelements weist der Träger mindestens drei
Durchkontaktierungen auf. Bevorzugt sind hierbei die zwei ersten Kontaktstellen auf jeweils einer der
Durchkontaktierungen angeordnet, während der Halbleiterchip auf der noch mit einer Kontaktstelle versehenen
Durchkontaktierung angeordnet ist. Der Halbleiterchip ist hierbei bevorzugt zwischen den beiden Kontaktstellen
angeordnet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement eine Abdeckung, die zumindest zwei zweite Kontaktstellen aufweist. Die zweiten
Kontaktstellen sind bevorzugt auf der Abdeckung angeordnet. Die zumindest zwei zweiten Kontaktstellen der Abdeckung liegen den zwei ersten Kontaktstellen des Trägers bevorzugt gegenüber. Das heißt, die ersten Kontaktstellen des Trägers liegen den zweiten Kontaktstellen der Abdeckung bevorzugt gegenüber .
Die ersten Kontaktstellen und/oder die zweiten Kontaktstellen weisen bevorzugt ein Metall auf oder sind aus einem Metall gebildet . Die Abdeckung enthält oder besteht beispielsweise aus einem Kunststoff oder einer Keramik. Bei dem Kunststoff kann es sich um ein Epoxid oder ein Silikon handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Kontaktstellen und die zweiten Kontaktstellen durch eine erste Vielzahl an Nanodrähten und eine zweite Vielzahl an Nanodrähten miteinander elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden. Das heißt, die erste Vielzahl an
Nanodrähten und die zweite Vielzahl an Nanodrähten vermitteln bevorzugt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Träger und der Abdeckung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform vermitteln die
Nanodrähte eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Träger und der Abdeckung, insbesondere gegen Scherkräfte. Wirkt beispielsweise eine Scherkraft in lateralen Richtungen auf den Träger oder die Abdeckung, ist die Verbindung
zwischen dem Träger und der Abdeckung bevorzugt bis zu einer Scherkraft von 12 MPa nicht beschädigt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer
Strahlungsaustrittsfläche aussendet, einen Träger, umfassend zumindest zwei erste Kontaktstellen, und eine Abdeckung, umfassend zumindest zwei zweite Kontaktstellen, wobei die zumindest zwei ersten Kontaktstellen und die zumindest zwei zweiten Kontaktstellen durch eine erste Vielzahl an
Nanodrähten und eine zweite Vielzahl an Nanodrähten
miteinander elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden sind und die Nanodrähte eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Träger und der Abdeckung vermitteln. Ein Gehäuse eines optoelektronischen Bauelements, insbesondere eines Laserbauteils, umfasst in der Regel einen Träger und eine Abdeckung, die bevorzugt hermetisch dicht miteinander verbunden werden müssen. Hierbei müssen Träger und Abdeckung mit hoher Präzision aufeinander aufgebracht werden. Weist der Träger und/oder die Abdeckung
Herstellungstoleranzen bezüglich ihren Abmessungen auf, so kann eine hermetisch dichte Verbindung nur schwer
gewährleistet werden. Eine Wärmeabfuhr kann so gestört werden. Auch elektrisch leitfähige Kontakte können
unterbrochen sein.
Eine Idee des hier beschriebenen optoelektronischen Elements ist unter anderem, dass eine Vielzahl an Nanodrähte auf Seiten des Trägers und eine Vielzahl an Nanodrähten auf Seiten der Abdeckung eine elektrisch leitende und/oder thermisch leitende sowie bevorzugt mechanisch stabile
Verbindung zwischen dem Träger und der Abdeckung hersteilen. Weist der Träger und/oder die Abdeckung
Herstellungstoleranzen bezüglich ihren Abmessungen auf, können diese mit Vorteil durch die Abmessungen der Nanodrähte kompensiert werden. Beispielsweise kann ein Halbleiterchip durch die Abdeckung und den Träger elektrisch leitend
und/oder thermisch leitend über überbestimmte
Mehrfachverbindungen verbunden sein. Durch besagte
Herstellungstoleranzen können diese Verbindungen unterbrochen sein. Dies kann wieder mit Vorteil durch die Abmessungen der Nanodrähte kompensiert werden. Die Nanodrähte können zudem eine hermetisch dichte Verbindung vermitteln. Falls die
Nanodrähte nur bereichsweise eine Verbindung zwischen Träger und Abdeckung vermitteln, kann eine Strahlungsaustrittsfläche eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips des optoelektronischen Elements vorteilhafterweise direkt durch eine Zwischenschicht verkapselt werden, sodass ein
hermetischer Aufbau des Gehäuses nicht nötig ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die ersten
Kontaktstellen jeweils eine erste Vielzahl an Nanodrähten und die zweiten Kontaktstellen jeweils eine zweite Vielzahl an Nanodrähten auf. Die erste Vielzahl an Nanodrähten und die zweite Vielzahl an Nanodrähten sind bevorzugt entlang einer Haupterstreckungsrichtung ineinander gesteckt, sodass die mechanisch stabile Verbindung vermittelt wird.
Die Nanodrähte können vollflächig über die ersten
Kontaktstellen und/oder vollflächig über die zweiten
Kontaktstellen angeordnet sein. Alternativ ist es möglich, dass die Nanodrähte bereichsweise auf den ersten
Kontaktstellen und/oder bereichsweise auf den zweiten
Kontaktstellen angeordnet sind. Die Nanodrähte weisen
beispielsweise jeweils einen Durchmesser zwischen
einschließlich 10 Nanometer und einschließlich 5 Mikrometer auf und bevorzugt zwischen einschließlich 30 Nanometer und einschließlich 2 Mikrometer. Eine Länge der Nanodrähte liegt beispielsweise zwischen einschließlich 100 Nanometer und einschließlich 100 Mikrometer auf, bevorzugt zwischen
einschließlich 500 Nanometer und einschließlich 30 Mikrometer auf .
Die Haupterstreckungsrichtung verläuft hierbei bevorzugt im Wesentlichen parallel zur vertikalen Richtung. Im
Wesentlichen parallel heißt hierbei, dass die Nanodrähte herstellungsbedingt eine Schräge aufweisen können, die von der Haupterstreckungsrichtung abweicht. Beispielsweise schließen die Nanodrähte mit der Haupterstreckungsrichtung einen Winkel kleiner als 10° ein.
Nach dem Ineinanderstecken entlang der
Haupterstreckungsrichtung kann es sein, dass die erste
Vielzahl an Nanodrähten und die zweite Vielzahl an
Nanodrähten nicht mehr oder nicht mehr überwiegend entlang einer gerichteten Richtung verlaufen. Vielmehr sind die erste Vielzahl an Nanodrähten und die zweite Vielzahl an
Nanodrähten in der Regel ineinander verschlungen. Dies kann mit Vorteil zu der mechanisch stabilen Verbindung zwischen der ersten Vielzahl an Nanodrähten und der zweiten Vielzahl an Nanodrähten führen.
Weiterhin ist es möglich, dass nach dem Ineinanderstecken die mechanische Verbindung durch die erste Vielzahl an
Nanodrähten und die zweite Vielzahl an Nanodrähten einen Abstand zwischen den ersten Kontaktstellen und den zweiten Kontaktstellen vermitteln. Der Abstand zwischen den ersten Kontaktstellen und den zweiten Kontaktstellen beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 20 Mikrometer. Der Abstand ist hierbei beispielsweise zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen der Kontaktstellen definiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Nanodrähte eines der folgenden Materialien auf oder bestehen aus einem dieser Materialien: Kupfer, Gold, Silber, Platin, Nickel, Zinn. Beispielsweise weisen die Nanodrähte die gleichen
Materialien wie die zwei ersten und/oder zweiten
Kontaktstellen auf oder bestehen aus den gleichen
Materialien . Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Abdeckung eine Kavität, wobei eine die Kavität begrenzende Seitenwand der Abdeckung den Halbleiterchip umgibt. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Kavität in dem
Träger vorgesehen ist. Der Halbleiterchip ist beispielsweise teilweise innerhalb der Kavität und/oder der Abdeckung angeordnet .
Die Seitenwand weist beispielsweise bereichsweise eine
Öffnung auf, die die Seitenwand in lateraler Richtung
vollständig durchdringt. Beispielsweise kann der
Halbleiterchip teilweise in der Öffnung angeordnet sein.
Hierbei kann der Halbleiterchip die Abdeckung oder die
Abdeckung und den Träger in lateraler Richtung überragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine die Kavität der Abdeckung begrenzende Deckfläche dem Halbleiterchip zugewandt. Die Deckfläche ist bevorzugt senkrecht zur
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips angeordnet. Die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zu der die Kavität begrenzenden Deckfläche angeordnet. Im
Wesentlichen senkrecht heißt dabei, dass die
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips aufgrund von Herstellungstoleranzen eine Schräge gegenüber der Deckfläche der Kavität aufweisen kann. Beispielsweise schließt die
Strahlungsaustrittsfläche mit der Deckfläche der Kavität einen Winkel kleiner als 5° ein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die die Kavität begrenzende Deckfläche eine weitere zweite Kontaktstelle auf. Die weitere zweite Kontaktstelle ist beispielsweise dem
Halbleiterchip zugewandt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine dritte
Kontaktstelle an einer Deckfläche des Halbleiterchips angeordnet. Die dritte Kontaktstelle ist beispielsweise auf der Deckfläche des Halbleiterchips angeordnet und ist der weiteren zweiten Kontaktstelle zugewandt. Die weitere zweite Kontaktstelle und die dritte Kontaktstelle stehen sich beispielsweise gegenüber.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die weitere zweite Kontaktstelle und die dritte Kontaktstelle durch eine dritte Vielzahl an Nanodrähten und eine vierte Vielzahl an
Nanodrähten miteinander elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden. Die dritte Vielzahl an Nanodrähten und die vierte Vielzahl an Nanodrähten vermitteln bevorzugt eine elektrisch leitende und/oder eine thermisch leitende
Verbindung zwischen der Abdeckung und dem Halbleiterchip. Zudem kann die Verbindung zwischen der Abdeckung und dem Halbleiterchip thermisch leitend ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Abstand von der weiteren zweiten Kontaktstelle zu der dritten Kontaktstelle verschieden zu dem Abstand der zumindest zwei ersten
Kontaktstellen zu den zumindest zwei zweiten Kontaktstellen, beispielsweise aufgrund von Herstellungstoleranzen . Der
Abstand ist beispielsweise der Abstand in vertikaler Richtung der sich gegenüberliegenden Kontaktstellen. Der Unterschied in den Abständen weist beispielsweise einen Wert zwischen einschließlich 1 Mikrometer und einschließlich 20 Mikrometer auf. Der Abstand von der weiteren zweiten Kontaktstelle zu der dritten Kontaktstelle ist beispielsweise größer als der Abstand der zumindest zwei ersten Kontaktstellen zu den zumindest zwei zweiten Kontaktstellen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip auf einem Montageelement angeordnet. Hierbei ist der
Halbleiterchip bevorzugt mit einem elektrischen Kontakt elektrisch leitend auf dem Montageelement angeordnet. Das Montageelement enthält oder besteht beispielsweise aus einem Metall. Bei dem Metall kann es sich bevorzugt um
Kupferwolfram, Siliziumkarbid oder Aluminiumnitrid handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Montageelement auf einer dem Halbleiterchip abgewandten Seite eine vierte Kontaktstelle auf. Die vierte Kontaktstelle ist bevorzugt dem Träger zugewandt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Träger eine weitere erste Kontaktstelle auf. Die weitere erste
Kontaktstelle ist bevorzugt der vierten Kontaktstelle
zugewandt. Die vierte Kontaktstelle und die weitere erste Kontaktstelle stehen sich dabei bevorzugt gegenüber.
Bevorzugt ist die weitere erste Kontaktstelle auf einer der Durchkontaktierungen des Trägers angeordnet und steht in direktem Kontakt zu dieser. Hierbei ist die weitere erste Kontaktstelle bevorzugt elektrisch leitend mit der
Durchkontaktierung verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die weitere erste Kontaktstelle und die vierte Kontaktstelle durch eine fünfte Vielzahl an Nanodrähten und eine sechste Vielzahl an
Nanodrähten miteinander elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden. Die die fünfte Vielzahl an Nanodrähten und die sechste Vielzahl an Nanodrähten vermitteln bevorzugt eine elektrisch leitende und/oder eine thermisch leitende
Verbindung zwischen dem Montageelement und dem Träger. Gemäß zumindest einer Ausführungsform bedeckt eine elektrisch leitende und/oder thermisch leitende Beschichtung zumindest bereichsweise eine dem Träger zugewandte Innenseite der
Abdeckung. Die zweiten Kontaktstellen und die weitere zweite Kontaktstelle sind hierbei bevorzugt Bestandteile der
Beschichtung. Die Beschichtung kann zusammenhängend
ausgebildet sein und die zweiten Kontaktstellen und die weitere zweite Kontaktstelle elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbinden. Die Beschichtung umfasst hierbei bevorzugt Bereiche, die den zweiten Kontaktstellen und der weiteren zweiten Kontaktstelle entsprechen. Die Bereiche liegen bevorzugt gegenüber der ersten Kontaktstellen und der dritten Kontaktstelle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Abdeckung einen Rahmen auf, der den Halbleiterchip seitlich umgibt, und die Abdeckung weist eine Deckplatte auf, die auf dem Rahmen angeordnet ist. Die Abdeckung kann also mehrteilig aufgebaut sein. Der Rahmen umgibt den Halbleiterchip beispielsweise rahmenartig. Der Begriff „rahmenartig" ist dabei hinsichtlich der Form und des Verlaufs des Rahmens nicht als einschränkend zu verstehen. Der Rahmen kann beispielsweise eine
rechteckige, eine vieleckige, eine runde oder eine ovale Form aufweisen .
Der Rahmen und die Deckplatte stehen beispielsweise
bereichsweise in direktem Kontakt. Beispielsweise ist eines der folgenden Materialien für den Rahmen und die Deckplatte geeignet: AI2O3, A1N, Si, Glas oder Saphir. Bevorzugt weist der Rahmen das gleiche Material auf wie die Deckplatte oder ist aus dem gleichen Material gebildet. Der Rahmen weist beispielsweise bereichsweise eine Öffnung auf, die den Rahmen in lateralen Richtungen vollständig durchdringt. Beispielsweise können der Halbleiterchip oder der Halbleiterchip und das Montagelement teilweise in der Öffnung angeordnet sein. Hierbei kann der Halbleiterchip die Abdeckung oder die Abdeckung und den Träger in lateralen Richtungen überragen. In diesem Fall ist die
Strahlungsaustrittsfläche außerhalb der Öffnung angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchdringt eine
Kontaktierung den Rahmen in vertikaler Richtung vollständig. Die Kontaktierung verbindet zumindest eine der zweiten
Kontaktstellen und die weitere zweite Kontaktstelle
elektrisch leitend und/oder thermisch leitend miteinander. Dabei ist die Kontaktierung bevorzugt vollständig von dem Rahmen umgeben. An der dem Träger zugewandten Fläche des Rahmens können die zweiten Kontaktstellen angeordnet sein.
Die Kontaktierung ist dabei bevorzugt elektrisch leitend und/oder thermisch leitend mit einer der zweiten
Kontaktstellen verbunden. Die weitere zweite Kontaktstelle kann an der dem Halbleiterchip zugewandten Deckplatte
angeordnet sein und kann sich bis zur Deckfläche des Rahmens erstecken. Dort ist die weitere zweite Kontaktstelle
bevorzugt elektrisch leitend und/oder thermisch leitend mit der Kontaktierung verbunden.
Die oben bereits beschriebene Beschichtung ist beispielsweise bereichsweise auf der an der dem Halbleiterchip zugewandten Deckplatte angeordnet und dabei bevorzugt mit der
Kontaktierung elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden . Alternativ ist es möglich, dass die Beschichtung bereichsweise auf der an der dem Halbleiterchip zugewandten und abgewandten Deckplatte angeordnet ist. Dabei weist die Deckplatte bevorzugt zumindest zwei weitere Kontaktierungen auf, die die Deckplatte in vertikaler Richtung vollständig durchdringen. Die Kontaktierung des Rahmens ist dabei
bevorzugt mit einer der zwei weiteren Kontaktierungen
elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden. Die dem Halbleiterchip zugewandte Beschichtung ist dabei
bevorzugt mit der anderen der zwei weiteren Kontaktierungen elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden. Die dem Halbleiterchip abgewandte Beschichtung ist dabei
bevorzugt mit beiden weiteren Kontaktierungen elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden.
Die Kontaktierungen können beispielsweise die gleichen
Materialien aufweisen oder aus den gleichen Materialien bestehen, die die zwei ersten Kontaktstellen umfassen können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Deckplatte transparent für sichtbares Licht. Der Deckel umfasst
beispielsweise Glas oder Saphir oder besteht aus einem dieser Materialien. Vorteilhafterweise kann die transparente
Abdeckung besser über dem Träger justiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Innenfläche der Abdeckung vollständig von der Beschichtung bedeckt. Die
Innenfläche der Abdeckung sind beispielsweise die der Kavität und dem Träger zugewandte Flächen der Abdeckung. Die
Beschichtung verbindet bevorzugt die zweiten Kontaktstellen und die weitere zweite Kontaktstelle elektrisch leitend und/oder thermisch leitend. Besonders bevorzugt steht die Beschichtung dabei in direktem Kontakt zur Abdeckung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
strahlungsemittierende Halbleiterchip ein kantenemittierender Halbleiterchip. Ein kantenemittierender Halbleiterlaserchip ist beispielsweise dazu ausgebildet, die im Betrieb erzeugte Laserstrahlung in Richtung parallel zu einer aktiven, strahlungserzeugenden Zone des Halbleiterlaserchips zu emittieren. Die Strahlungsaustrittsfläche umfasst bevorzugt eine Facette oder ist als Facette ausgebildet. Die
Strahlungsaustrittsfläche kann eine Teilregion der Facette sein und ist bevorzugt auf die Facette beschränkt. Die
Facette ist beispielsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur aktiven Zone orientiert. Im Wesentlichen senkrecht heißt, dass die Facette herstellungsbedingt eine Schräge aufweisen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein optisches
Element mittels einer Zwischenschicht auf der
Strahlungsaustrittsfläche des kantenemittierenden
Halbleiterlaserchips angebracht. Die Zwischenschicht kann auch auf der Abdeckung und/oder dem Träger angeordnet sein. Die Zwischenschicht ist dabei bevorzugt transparent für die im Betrieb emittierte Laserstrahlung des Halbleiterlaserchips ausgebildet und enthält oder besteht beispielsweise aus einem Polysiloxan, einem Silikonderivate oder einem Glas.
Vorteilhafterweise bildet die Zwischenschicht eine
Schutzschicht für die Strahlungsaustrittsfläche und damit für Facette aus und wirkt bevorzugt als Diffusionssperre gegen Sauerstoff und/oder Wasserdampf.
Das optische Element kann eine Linse sein, die zur
Kollimation oder Fokussierung der im Betrieb des
Halbleiterchips erzeugten Strahlung ausgebildet ist. Die Linse kann sphärisch, asphärisch oder als Freiform gestaltet sein. Weiter ist kann die Linse als Zylinderlinse,
Halbzylinderlinse, Plankonvexlinse, Bikonvexlinse oder
Fresnel-Linse ausgebildet sein. Das optische Element enthält oder besteht beispielsweise aus Saphir, Glas oder
Siliziumkarbid.
Eine der Strahlungsaustrittsfläche zugewandte Seitenfläche des optischen Elements ist bevorzugt plan ausgebildet. Über die Seitenfläche ist das optische Element mittels der
Zwischenschicht mechanisch fest mit dem Halbleiterchip verbunden. Vorteilhafterweise ist die
Strahlungsaustrittsfläche durch das optische Element und die Zwischenschicht vor chemischer oder mechanischer Beschädigung geschützt. Weiter ist es möglich, dass das optische Element mittels der Zwischenschicht auf der Abdeckung und/oder dem Träger befestigt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Mikroresonator in die Zwischenschicht eingebettet. Eingebettet kann dabei heißen, dass der Mikroresonator an der Zwischenschicht anliegt, teilweise innerhalb der Zwischenschicht liegt und/oder von der Zwischenschicht an zumindest einem Teil seiner Außenfläche umschlossen ist.
Der Mikroresonator ist dabei bevorzugt vor der
Strahlungsaustrittfläche angeordnet. Das heißt, die im
Betrieb erzeugte Strahlung tritt aus der
Strahlungsaustrittfläche durch den Mikroresonator. Der
Mikroresonator kann eine schmalbandige Resonanz erzeugen, die zur Stabilisierung des Halbleiterlasers verwendet wird. Die Bandbreite der vom Mikroresonator emittierten Strahlung ist bevorzugt im sub-kHz-Bereich oder im sub-MHz-Bereich . Der Mikroresonator enthält oder besteht beispielsweise aus einem Glas oder einem Silikat.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Außenfläche des optischen Elements mit einer Konversionsschicht bedeckt. Die Konversionsschicht ist dazu ausgebildet, die
elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereichs umzuwandeln. Die Konversionsschicht weist beispielsweise ein Konversionsmaterial auf, das bevorzugt ein Matrixmaterial umfasst, in das
Leuchtstoffpartikel eingebracht sind. Bei dem Matrixmaterial kann es sich zum Beispiel um ein Harz wie etwa um ein Epoxid oder ein Silikon oder um eine Mischung dieser Materialien handeln. Die Leuchtstoffpartikel verleihen dem
Konversionsmaterial und damit der Konversionsschicht die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften .
Für die Leuchtstoffpartikel ist beispielsweise eines der folgenden Materialien geeignet: mit seltenen Erden dotierte Granate, mit seltenen Erden dotierte Erdalkalisulfide, mit seltenen Erden dotierte Thiogallate, mit seltenen Erden dotierte Aluminate, mit seltenen Erden dotierte Silikate, mit seltenen Erden dotierte Orthosilikate, mit seltenen Erden dotierte Chlorosilikate, mit seltenen Erden dotierte
Erdalkalisiliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte
Oxynitride, mit seltenen Erden dotierte Aluminiumoxinitride, mit seltenen Erden dotierte Siliziumnitride, mit seltenen Erden dotierte Sialone, Quantum Dots. Diese Materialien können auch ohne Matrixmaterial Verwendung finden und direkt aufgebracht werden. Die Konversionsschicht kann dann aus einem der Materialien bestehen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen dielektrischen Filter und einen Halter. Bevorzugt wird der dielektrische Filter
zusammen mit einem Konversionselement verwendet. Der
dielektrische Filter ist bevorzugt durchlässig für die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips und
undurchlässig für die konvertierte Strahlung des
Konversionselements. Der dielektrische Filter hat bevorzugt einen hohen Transmissionsgrad für den Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips, während der Wellenlängenbereich der konvertierten elektromagnetischen Strahlung bevorzugt reflektiert oder absorbiert wird.
Alternativ hat der dielektrische Filter bevorzugt einen geringen Transmissionsgrad für den Wellenlängenbereich der konvertierten elektromagnetischen Strahlung, während der Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips durchgelassen wird.
Der Halter ist bevorzugt dazu ausgebildet, das optische
Element und/oder weitere Komponenten bereichsweise zu
umfassen. Der Halter kann zur Befestigung des optischen
Elements und/oder der weiteren Komponenten an dem Träger und/oder der Abdeckung dienen. Der Halter kann besonders bevorzugt reflektierend für die vom Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung und/oder für die konvertierte elektromagnetische Strahlung ausgebildet sein. Auf einer dem optischen Element zugewandten Innenfläche des Halters kann eine reflektierende Schicht angeordnet sein. Die
reflektierende Schicht enthält oder besteht dabei
beispielsweise aus einem Metall, wie Ag, Al, Al: Cu, Rh, Pd, Pt. Weiterhin kann die reflektierende Schicht auch ein TCO (kurz für englisch „transparent conductive oxide") , wie ITO (kurz für Indium-Zinn-Oxid) , umfassen oder aus einem TCO wie ITO gebildet sein. Weiterhin kann die reflektierende Schicht auch als dielektrischer Spiegel ausgebildet sein, der
beispielsweise alternierende Schichten aus Silber und
Siliziumoxid umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Halter eine Strahlungseintrittsfläche und eine Strahlungsaustrittsfläche auf. Der Halter weist beispielsweise eine der
Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips
gegenüberliegende erste Öffnung auf, die die
Strahlungseintrittsfläche des Halters bildet. Weiterhin weist der Halter eine zweite Öffnung auf, die der ersten Öffnung gegenüberliegt und/oder nachgeordnet ist. Die
Strahlungsaustrittsfläche kann durch die weitere Öffnung gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der dielektrische Filter an der Strahlungseintrittsfläche des Halters oder der Strahlungsaustrittsfläche des Halters angeordnet. Ist der dielektrische Filter an der Strahlungseintrittsfläche des Halters angeordnet, befindet sich der Filter zwischen dem Halter und der Zwischenschicht und steht bevorzugt mit beiden in direktem Kontakt. Ist der dielektrische Filter an der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet, steht dieser bevorzugt in direktem Kontakt zum optischen Element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an der
Strahlungsaustrittsfläche des Halters ein Konversionselement angeordnet, das elektromagnetische Strahlung des
Halbleiterchips zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandelt. Das Konversionselement kann die gleichen Konversionsmaterialien wie die Konversionsschicht enthalten oder aus diesen
bestehen .
Das Konversionselement ist beispielsweise über der zweiten Öffnung des Halters angeordnet. Zwischen dem
Konversionselement und dem optischen Element ist dann
beispielsweise der dielektrische Filter angeordnet.
Alternativ kann das Konversionselement in direktem Kontakt zum optischen Element stehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragt der Träger die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips seitlich. Der Halter und der Träger sind bevorzugt durch eine siebte
Vielzahl an Nanodrähten und eine achte Vielzahl an
Nanodrähten miteinander thermisch leitend verbunden. Der Halter weist bevorzugt eine sechste Kontaktstelle auf und der Träger weist bevorzugt eine siebte Kontaktstelle auf, die auf dem die Strahlungsfläche des Halbleiterchips überragenden Teil des Trägers angeordnet ist. Die sechste Kontaktstelle ist bevorzugt gegenüber der siebten Kontaktstelle angeordnet.
Die sechste Kontaktstelle weist bevorzugt die siebte Vielzahl an Nanodrähten auf und die siebte Kontaktstelle weist
bevorzugt die achte Vielzahl an Nanodrähten auf. Die siebte Vielzahl an Nanodrähten und die achte Vielzahl an Nanodrähten sind bevorzugt ineinander gesteckt und vermitteln
beispielsweise eine thermisch leitende Verbindung zwischen dem Halter und dem Träger. Vorteilhafterweise ist der Halter durch die Verbindung zusätzlich entwärmbar.
Die hier beschriebenen Kontaktstellen können bevorzugt die gleichen Materialien aufweisen oder aus den gleichen
Materialien bestehen. Beispielsweise ist eines der folgenden Materialien für die hier beschriebenen Kontaktstellen
geeignet: Kupfer, Gold, Silber, Platin, Nickel, Zinn.
Zudem ist ein elektrischer Übergangswiderstand der durch Nanodrähte vermittelten Verbindung beispielsweise kleiner als 1 Ohm. Eine Wärmeleitfähigkeit der durch Nanodrähte
vermittelten Verbindung ist beispielsweise größer als 300 W/ (m*K) (Watt/ (Meter*Kelvin) .
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben, mit dem ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement hergestellt werden kann. Sämtliche in Verbindung mit dem
optoelektronischen Bauelement offenbarten Merkmale und
Ausführungsformen sind daher auch in Verbindung mit dem
Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Träger mit zumindest zwei ersten Kontaktstellen
bereitgestellt. Die zumindest zwei ersten Kontaktstellen können beispielsweise durch Kleben, Bonden oder Löten auf den Träger aufgebracht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer
Strahlungsaustrittsfläche aussendet, auf den Träger
aufgebracht. Der Halbleiterchip umfasst bevorzugt zumindest eine Chipkontaktfläche, die beispielsweise ein Metall
enthalten oder aus einem Metall bestehen kann. Die
Chipkontaktfläche kann beispielsweise durch Kleben, Bonden oder Löten auf eine Durchkontaktierung des Trägers
aufgebracht werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Abdeckung umfassend zumindest zwei zweite Kontaktstellen auf den Träger aufgebracht. Die zumindest zwei zweiten
Kontaktstellen werden bevorzugt über den zumindest zwei ersten Kontaktstellen positioniert.
Die Abdeckung kann einen Rahmen und eine Deckplatte umfassen. Der Rahmen und die Deckplatte können beispielsweise durch Schichten von Einbrand-Keramiken (englisch: „co-fired") gebildet sein und der Rahmen und die Deckplatte können verlötet werden. Zudem ist es möglich, dass der Rahmen und die Deckplatte anodisch gebondet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die zumindest zwei ersten Kontaktstellen und zwei zweiten Kontaktstellen durch eine erste Vielzahl an Nanodrähten und eine zweite Vielzahl an Nanodrähten miteinander elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden. Die erste
Vielzahl an Nanodrähten und die zweite Vielzahl an
Nanodrähten werden bevorzugt mittels einem galvanischen
Abscheideprozess auf die zumindest zwei ersten Kontaktstellen und auf die zumindest zwei zweiten Kontaktstellen
aufgebracht. Weitere Nanodrähte können beispielsweise analog auf weitere Kontaktstellen aufgebracht werden.
Auf die jeweilige Kontaktstelle wird bevorzugt eine
Filterfolie aufgebracht, die beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 200 Mikrometer und einschließlich 500 Mikrometer aufweist. Die Filterfolie umfasst bevorzugt eine Vielzahl an Öffnungen, die die Filterfolie vollständig durchdringen. Die Öffnungen weisen bevorzugt einen
Durchmesser von einschließlich 30 Nanometer bis einschließlich 2 Mikrometer auf. Über einen galvanischen Prozess kann das Material der Nanodrähte in die Öffnungen eingebracht werden. Nach diesem Prozess wird die Filterfolie entfernt, resultierend in einer Vielzahl an Nanodrähten.
Die Abdeckung wird bevorzugt mit einem definierten Druck auf den Träger gedrückt, wobei sich die zumindest zwei ersten und zweiten Kontaktstellen miteinander verbinden. Hierbei wirkt der Druck in vertikaler Richtung bevorzugt auf die Abdeckung. Der aufzubringende Druck liegt zwischen einschließlich 1 MPa bis einschließlich 50 MPa.
Die Nanodrähte werden bevorzugt entlang einer
Haupterstreckungsrichtung ineinandergesteckt . Bevorzugt verschlingen sich durch das Aufbringen einer definierten Kraft die erste Vielzahl an Nanodrähten und die zweite
Vielzahl an Nanodrähten. Das heißt, die Nanodrähte weisen nach dem Ineinanderschieben keinen gerichteten Verlauf auf.
Der Verbindungsprozess der Nanodrähte kann bevorzugt bei Raumtemperatur erfolgen, sodass der Halbleiterchip keiner thermischen Belastung ausgesetzt ist.
Die Nanodrähte werden beim Verbindungsprozess bevorzugt bei Raumtemperatur mit einem Druck in vertikaler Richtung
zwischen einschließlich 1 MPa bis einschließlich 50 MPa über einen Zeitraum zwischen einschließlich 0,5 s bis
einschließlich 5 s aufeinandergepresst .
Im Folgenden werden das hier beschriebene optoelektronische Bauelement sowie das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert . Es zeigen:
Figuren 1A und 1B schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figuren 2A und 2B schematische Schnittdarstellungen eines optoelektronischen Bauelements gemäß jeweils einem
Ausführungsbeispiel ,
Figuren 3A, 3B und 3C schematische Schnittdarstellungen eines optoelektronischen Bauelements gemäß jeweils einem weiteren Ausführungsbeispiel ,
Figuren 4A, 4B, 4C, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 schematische
Schnittdarstellungen eines optoelektronischen Bauelements gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel.
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.
Gemäß Figur 1A wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Träger 5 und eine Abdeckung 4 bereitgestellt. Die Abdeckung 4 ist dabei einstückig ausgebildet. Auf dem Träger 5 sind zwei erste Kontaktstellen 4a angeordnet. Zwischen den zwei ersten Kontaktstellen 4a ist eine weitere erste Kontaktstelle 4b auf dem Träger 5 angeordnet. Zudem sind auf der Abdeckung 3 zwei zweite Kontaktstellen 4c angeordnet. Zwischen den zwei zweiten Kontaktstellen 4c ist eine weitere zweite
Kontaktstelle 4d auf der Abdeckung 5 angeordnet. Die ersten Kontaktstellen 4a, 4b des Trägers 5 liegen dabei gegenüber den zweiten Kontaktstellen 4c, 4e der Abdeckung 3.
Der Träger 5 weist Durchkontaktierungen 5a auf, die den
Träger 5 vollständig durchdringen. Die ersten Kontaktstellen 4a und die weitere erste Kontaktstelle 4b sind jeweils auf einer der Durchkontaktierungen 5a angeordnet.
Die ersten Kontaktstellen 4a weisen einen Abstand in
vertikaler Richtung zu den zweiten Kontaktstellen 4c auf, der gleich zu einem Abstand der dritten Kontaktstelle 4e zu der weiteren zweiten Kontaktstelle 4d ist.
Auf den Träger wird in einem nächsten Verfahrensschritt ein strahlungsemittierenden Halbleiterchip 2 aufgebracht (nicht dargestellt) , der eine dritte Kontaktstelle 4e aufweist, die der weiteren zweiten Kontaktstelle 4d gegenüberliegt. Der Halbleiterchip 2 ist auf der weiteren zweiten Kontaktstelle 4b angeordnet. Die Abdeckung 3 weist eine Kavität 33 auf, die eine Seitenfläche des Halbleiterchips 2 bereichsweise
rahmenartig umgibt.
In einem nächsten Verfahrensschritt auf die ersten
Kontaktstellen 4a jeweils eine erste Vielzahl an Nanodrähten 6a aufgebracht und auf die zweiten Kontaktstellen 4c jeweils eine zweite Vielzahl an Nanodrähten 6b aufgebracht. Zudem wird auf die weitere zweite Kontaktstelle 4d eine dritte Vielzahl an Nanodrähten 6c aufgebracht und auf die dritte Kontaktstelle 4e eine vierte Vielzahl an Nanodrähten 6d.
Jeweils die erste und zweite Vielzahl an Nanodrähten 6a und 6b stehen sich gegenüber. Die dritte und vierte Vielzahl an Nanodrähten 6c und 6d stehen sich ebenfalls gegenüber.
Gemäß Figur 1B werden die Abdeckung und der Träger
aufeinander aufgebracht. Die jeweils gegenüberliegenden
Nanodrähte werden dabei ineinandergesteckt und bilden nach dem Ineinanderstecken jeweils eine elektrisch leitende und/oder thermisch leitende und mechanisch stabile Verbindung aus .
Das in der Figur 2A dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 1B dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Abdeckung 2 auf den Träger 5 aufgebracht ist.
Die erste und zweite Vielzahl an Nanodrähten 6a, 6b und die dritte und vierte Vielzahl an Nanodrähten 6c, 6d sind dabei mit einer definierten Kraft ineinandergeschoben, wodurch sich jeweils die erste und die zweite Vielzahl der Nanodrähte 6a, 6b und die dritte und vierte Vielzahl an Nanodrähten 6c, 6d miteinander verbinden. Die jeweilige Verbindung 6 ist elektrisch leitend und/oder thermisch leitend ausgebildet und vermittelt eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Träger 5 und der Abdeckung 3. Durch die Verbindung sind die Nanodrähte 6a, 6b, 6c, 6d nicht mehr senkrecht zur
Haupterstreckungsebene orientiert. Vielmehr sind die erste und zweite Vielzahl an Nanodrähten 6a, 6b und die dritte und vierte Vielzahl an Nanodrähten 6c, 6d ineinander
verschlungen .
Das in der Figur 2B dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 2A dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Abstand der ersten Kontaktstellen 4a zu den zweiten Kontaktstellen 4c kleiner als der Abstand der dritten Kontaktstelle 4e zu der weiteren zweiten Kontaktstelle 4d ist. Die mechanisch stabile
Verbindung 6 zwischen den ersten und zweiten Kontaktstellen 4a, 4c ist vollständig ausgebildet und die erste und zweite Vielzahl an Nanodrähten 6a, 6b sind ineinander verschlungen. Da der Abstand zwischen der dritten Kontaktstelle 4e zu der weiteren zweiten Kontaktstelle 4d größer ist, sind die dritte und vierte Vielzahl an Nanodrähten 6c, 6d nur teilweise ineinander gesteckt und bilden die Verbindung 6e . Die dritte und vierte Vielzahl an Nanodrähten 6c, 6d sind teilweise senkrecht zur Haupterstreckungsebene angeordnet und teilweise miteinander verbunden. Dennoch bilden die
ineinandergeschobene dritte und vierte Vielzahl an
Nanodrähten 6c, 6d eine elektrisch leitfähige und/oder thermisch leitfähige Verbindung 6e aus. Die mechanisch stabilisierende Verbindung ist dabei die Verbindung 6 zwischen den ersten und zweiten Kontaktstellen 4a, 4c.
Das in der Figur 3A dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 2B dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass eine Beschichtung 4 eine dem Träger 5 zugewandte Innenfläche der Abdeckung 3
elektrisch leitend und/oder thermisch leitend zumindest bereichsweise bedeckt.
Das in der Figur 3B dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 3A dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Abdeckung 3 zweistückig ausgebildet ist und einen Rahmen 3a und eine Deckplatte 3b umfasst. Zudem ist der Rahmen 3a durch eine Kontaktierung 4g in vertikaler Richtung durchbrochen. Die Abdeckung weist auf ihrer Innenfläche teilweise eine elektrisch leitende und/oder thermisch leitende Beschichtung auf. Die Beschichtung ist auf der Deckplatte so weitergeführt, das sie mit der
Kontaktierung in direktem Kontakt steht. Die Beschichtung und die Kontaktierung bilden so eine thermisch leitende und/oder elektrisch leitende Verbindung mit den Nanodrähten 6c, 6d aus .
Das in der Figur 3C dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 3B dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Deckplatte 3b
lichtdurchlässig ist. Außerdem ist die Kontaktierung 4g, die den Rahmen in vertikaler Richtung durchbricht, mit einer weiteren Kontaktierung 4h verbunden, die die Deckplatte 3b in vertikaler Richtung durchbricht. Die Beschichtung 4 ist teilweise auf der Deckplatte 3b angeordnet. Eine weitere Kontaktierung 4h, die ebenfalls die Deckplatte 3b in
vertikaler Richtung durchbricht, ist mit der weiteren zweiten Kontaktstelle 4d verbunden.
Das in der Figur 4A dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 3A dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Halbleiterchip 2 auf einem Montageelement 7 angeordnet ist. Das Montageelement 7 weist eine vierte Kontaktstelle 4f auf. Das Montageelement 7 ist mit dem Träger 5 über die vierte Kontaktstelle 4f und die weitere erste Kontaktstelle 4b mittels einer fünften und sechsten Vielzahl an Nanodrähten miteinander elektrisch leitfähig und/oder thermisch leitfähig verbunden.
Das in der Figur 4B dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 4A dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein optisches Element 8 vor einer Strahlungsaustrittsfläche 2a des Halbleiterchips 2 angeordnet ist.
Figur 4C zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Bauelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 4B entlang der in Figur 4A gekennzeichneten Schnittlinie A-A. Eine Zwischenschicht 9 ist zwischen dem Halbleiterchip 2 und dem optischen Element 8 angeordnet. Die Zwischenschicht 9 vermittelt hierbei die Haftung zwischen dem optischen Element 8 und einer Seitenfläche, die eine Seitenfläche des
Halbleiterchips, eine Seitenfläche der Abdeckung, eine
Seitenfläche des Trägers und eine Seitenfläche des
Montageelements jeweils zumindest teilweise umfasst. Die Strahlungsaustrittsfläche 2a des Halbleiterchips 2 ragt seitlich über die Abdeckung 3 und den Träger 5 heraus.
Das in der Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 4C dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass in die Zwischenschicht 9 ein Mikroresonator 10 eingebettet ist. Der Mikroresonator 10 ist dabei vor der Strahlungsaustrittsfläche 2a des
Halbleiterchips 2 angeordnet. Der Mikroresonator ist dabei als optische Resonanzkammer für die vom Halbleiterchip im Betrieb emittierte elektromagnetische Strahlung ausgebildet.
Das in der Figur 6 dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 4C dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das optische Element 8 von einer Konversionsschicht 8a bedeckt ist. Die
Konversionsschicht wandelt elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs um. Das in der Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 4C dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Abdeckung 3 das
optische Element 8 seitlich überragt. An der überragenden Abdeckung 3 ist ein Konversionselement 11 angebracht, das das optische Element 8 seitlich überdeckt. Das Konversionselement wandelt elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs um.
Das in der Figur 8 dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 4C dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das optische Element 8 von einem Halter 12 umgeben ist. Zwischen dem Halter 12 und der Zwischenschicht 9 ist ein dielektrischer Filter 13
angeordnet. Der Halter 12 weist gegenüber der
Strahlungsaustrittsfläche 2a des Halbleiterchips 2 eine
Strahlungseintrittsfläche auf. Auf der gegenüberliegenden Strahlungsaustrittsfläche ist ein Konversionselement 11 angebracht .
Das in der Figur 9 dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 8 dargestellten
Ausführungsbeispiel dadurch, dass der Träger 5 die
Strahlungsaustrittsfläche 2a seitlich überragt. Der Halter 13 ist durch eine siebte Vielzahl an Nanodrähten und eine achte Vielzahl an Nanodrähten mit dem Träger 5 thermisch leitend verbunden .
Das in der Figur 10 dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem in der Figur 8 dargestellten
Ausführungsbeispiel dadurch, dass der dielektrische Filter 13 auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halters 12 angeordnet ist. Auf dem dielektrischen Filter 13 ist das
Konversionselement 11 angeordnet. Der Halter 12 weist eine Schräge auf, die die im Betrieb des Halbleiterchips 2 emittierte elektromagnetische Strahlung senkrecht zur
Strahlungsaustrittsfläche 2a umlenkt. Die
Strahlungsaustrittsfläche des Halters ist parallel zur
Haupterstreckungsebene des Bauelements. Ein unterer Teil des optischen Elements 8 ist nicht durch den Halter 12
eingefasst. Ein Teil der im Betrieb emittierten
elektromagnetischen Strahlung kann in den unteren Teil des optischen Elements 8 eintreten. Der untere Teil des optischen Elements 8 kann beispielsweise als Lichtmischer oder als thermische Entkopplung dienen.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 106 959.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Bauelement
2 strahlungsemittierender Halbleiterchip 2a Strahlungsaustrittsfläche
3 Abdeckung
3a Rahmen
3b Deckplatte
33 Kavität
4 Beschichtung
4a erste Kontaktstellen
4b weitere erste Kontaktstelle
4c zweite Kontaktstellen
4d weitere zweite Kontaktstelle
4e dritte Kontaktstelle
4f vierte Kontaktstelle
4g Kontaktierung
4h weitere Kontaktierung
5 Träger
5a Durchkontaktierungen
6 vollständige Verbindung
6a erste Vielzahl an Nanodrähten
6b zweite Vielzahl an Nanodrähten
6c dritte Vielzahl an Nanodrähten
6d vierte Vielzahl an Nanodrähten
6e unvollständige Verbindung
7 Montageelement
8 optisches Element
8a Konversionsschicht
9 Zwischenschicht
10 Mikroresonator
11 Konversionselement
12 Halter 13 dielektrischer Spiegel

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (1) mit:
- einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer
Strahlungsaustrittsfläche (2a) aussendet,
- einem Träger (5) , umfassend zumindest zwei erste
Kontaktstellen (4a) , und
- einer Abdeckung (3) , umfassend zumindest zwei zweite
Kontaktstellen (4c) , wobei
- die zumindest zwei ersten Kontaktstellen (4a) und die zumindest zwei zweiten Kontaktstellen (4c) durch eine erste Vielzahl (6a) an Nanodrähten und eine zweite Vielzahl (6b) an Nanodrähten miteinander elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden sind, und
- die Nanodrähte eine mechanisch stabile Verbindung (6) zwischen dem Träger (5) und der Abdeckung (3) vermitteln.
2. Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- die ersten Kontaktstellen (4a) die erste Vielzahl (6a) an Nanodrähten aufweist und die zweiten Kontaktstellen (4c) die zweite Vielzahl (6b) an Nanodrähten aufweist, wobei
- die erste Vielzahl (6a) an Nanodrähten und die zweite
Vielzahl (6b) an Nanodrähten entlang einer
Haupterstreckungsrichtung ineinandergesteckt sind, so dass die mechanisch stabile Verbindung (6) vermittelt wird.
3. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem die Nanodrähte eines der folgenden Materialien aufweisen: Kupfer, Gold, Silber, Platin, Nickel, Zinn.
4. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der
vorherigen Ansprüche,
bei dem die Abdeckung (3) eine Kavität (33) umfasst, wobei eine die Kavität (33) begrenzende Seitenwand der Abdeckung (3) den Halbleiterchip (2) umgibt.
5. Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- eine die Kavität (33) der Abdeckung (3) begrenzende
Deckfläche dem Halbleiterchip (2) zugewandt ist und senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche (2a) des Halbleiterchips (2) angeordnet ist,
- die die Kavität (33) begrenzende Deckfläche eine weitere zweite Kontaktstelle (4d) aufweist,
- eine dritte Kontaktstelle (4e) an einer Deckfläche des Halbleiterchips (2) angeordnet ist, wobei
- die weitere zweite Kontaktstelle (4d) und die dritte
Kontaktstelle (4e) durch eine dritte Vielzahl (6c) an
Nanodrähten und eine vierte Vielzahl (6d) an Nanodrähten miteinander elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden sind.
6. Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem ein Abstand von der weiteren zweiten Kontaktstelle (4d) zu der dritten Kontaktstelle (4e) verschieden zu dem Abstand der zumindest zwei ersten Kontaktstellen (4a) zu den zumindest zwei zweiten Kontaktstellen (4b) ist.
7. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der
vorherigen Ansprüche, bei dem
- der Halbleiterchip (2) auf einem Montageelement (7) angeordnet ist, - das Montageelement (7) auf einer dem Halbleiterchip (2) abgewandten Seite eine vierte Kontaktstelle (4f) aufweist ,
- der Träger (5) eine weitere erste Kontaktstelle (4b) aufweist, und
- die weitere erste Kontaktstelle (4b) und die vierte
Kontaktstelle (4f) durch eine fünfte Vielzahl an Nanodrähten und eine sechste Vielzahl an Nanodrähten miteinander
elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden sind.
8. Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- eine Beschichtung (4) eine dem Träger (5) zugewandte
Innenseite der Abdeckung (3) elektrisch leitend und/oder thermisch leitend zumindest bereichsweise bedeckt, wobei
- die zweiten Kontaktstellen (4c) und die weitere zweite Kontaktstelle (4d) Bestandteil der Beschichtung sind.
9. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der
vorherigen Ansprüche, bei dem
- die Abdeckung (3) einen Rahmen (3a) aufweist, der den
Halbleiterchip (2) seitlich umgibt, und
- die Abdeckung (3) eine Deckplatte (3b) aufweist, die auf dem Rahmen (3a) angeordnet ist.
10. Optoelektronisches Bauelement (1) nach den vorherigen zwei Ansprüchen, bei dem
- eine Kontaktierung (4g) den Rahmen (3a) in vertikaler
Richtung vollständig durchdringt, wobei
- die Kontaktierung (4g) zumindest eine der zweiten
Kontaktstellen (4c) und die weitere zweite Kontaktstelle (4d) elektrisch leitend und/oder thermisch leitend miteinander verbindet .
11. Optoelektronisches Bauelement (1) nach den vorherigen zwei Ansprüchen,
bei dem die Deckplatte (3b) transparent für sichtbares Licht ist .
12. Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem Anspruch 8, bei dem die Innenfläche der Abdeckung (3) vollständig von der Beschichtung (4) bedeckt ist.
13. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der
vorherigen Ansprüche, bei dem
- der Halbleiterchip (2) ein kantenemittierender
Halbleiterlaserchip ist, und
- ein optisches Element (8) mittels einer Zwischenschicht (9) auf der Strahlungsaustrittsfläche (2a) angebracht ist.
14. Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem ein Mikroresonator (10) in die Zwischenschicht (9) eingebettet ist.
15. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der
vorherigen zwei Ansprüche, bei dem
- eine Außenfläche des optischen Elements (8) mit einer
Konversionsschicht (8a) bedeckt ist.
16. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der
vorherigen Ansprüche, bei dem das Bauelement
- einen dielektrischen Filter (13) und einen Halter (12) umfasst, wobei
- der Halter (12) eine Strahlungseintrittsfläche und eine Strahlungsaustrittsfläche aufweist, und - der dielektrische Filter (13) durchlässig für die
elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips (2) und undurchlässig für die konvertierte Strahlung des anderen Wellenlängenbereichs ist.
17. Optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- der dielektrische Filter (13) an der
Strahlungseintrittsfläche oder der Strahlungsaustrittsfläche des Halters (12) angeordnet ist, und
- an der Strahlungsaustrittsfläche des Halters ein
Konversionselement (11) angeordnet ist, das
elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips (2) zumindest teilweise in elektromagnetische Strahlung eines anderen Wellenlängenbereichs umwandelt.
18. Optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der
Ansprüche 16 bis 17, bei dem
- der Träger (5) die Strahlungsaustrittsfläche (2a) seitlich überragt, und
- der Halter (12) und der Träger (5) durch eine siebte
Vielzahl an Nanodrähten und eine achte Vielzahl an
Nanodrähten miteinander thermisch leitend verbunden sind.
19. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements (1) mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Trägers (5) umfassend zumindest zwei erste Kontaktstellen (4a) ,
- Aufbringen eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips (2), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsaustrittsfläche (2a) aussendet, auf den Träger,
- Aufbringen einer Abdeckung (3) umfassend zumindest zwei zweite Kontaktstellen (4c) auf den Träger (5) , wobei - die zumindest zwei ersten Kontaktstellen (4a) und zwei zweiten Kontaktstellen (4c) durch eine erste Vielzahl (6a) an Nanodrähten und eine zweite Vielzahl (6b) an Nanodrähten miteinander elektrisch leitend und/oder thermisch leitend verbunden werden, und
- die erste Vielzahl (6a) an Nanodrähten und die zweite
Vielzahl (6b) an Nanodrähten eine mechanisch stabile
Verbindung (6) zwischen dem Träger (5) und der Abdeckung (3) vermitteln .
20. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei
die erste Vielzahl (6a) an Nanodrähten und die zweite
Vielzahl (6b) an Nanodrähten beim Aufbringen der Abdeckung (3) auf den Träger (5) bei Raumtemperatur mit einem Druck in vertikaler Richtung zwischen einschließlich 1 MPa bis einschließlich 50 MPa über einen Zeitraum zwischen
einschließlich 0,5 s bis einschließlich 5 s
aufeinandergepresst werden.
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