DE102018111637A1

DE102018111637A1 - Optoelektronischer halbleiterchip, verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement

Info

Publication number: DE102018111637A1
Application number: DE102018111637.3A
Authority: DE
Inventors: Britta Göötz; Matthias Hien; Andreas Dobner; Peter Brick; Matthias Goldbach; Uli Hiller; Sebastian Stigler
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2019-08-01
Also published as: US11329199B2; US20200343419A1; WO2019145422A9; WO2019145422A1; CN111684591A

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip (100) eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer Emissionsseite (10), wobei die Emissionsseite eine Mehrzahl von Emissionsfeldern (11, 12) umfasst. Der Halbleiterchip umfasst reflektierende Trennwände (20) auf der Emissionsseite im Bereich zwischen zwei benachbarten Emissionsfeldern. Ferner umfasst der Halbleiterchip Konversionselemente (31, 32) auf zumindest einigen Emissionsfeldern. Die Konversionselemente umfassen jeweils ein Matrixmaterial (40) mit darin eingebrachten ersten Leuchtstoffpartikeln (41). Die ersten Leuchtstoffpartikel sind in dem Matrixmaterial derart sedimentiert, dass der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel in einem der Halbleiterschichtenfolge zugewandten unteren Bereich eines Konversionselements größer ist als im restlichen Bereich des Konversionselements.

Description

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Darüber hinaus werden ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und ein optoelektronisches Bauelement angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen pixelierten, optoelektronischen Halbleiterchip mit optisch deutlich separierten Pixeln und hoher Farbhomogenität innerhalb der einzelnen Pixel anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit hoher Farbhomogenität anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Bauelements, insbesondere eines solchen optoelektronischen Halbleiterchips, anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Emissionsseite, wobei die Emissionsseite eine Mehrzahl von Emissionsfeldern umfasst. Der Halbleiterchip kann im bestimmungsgemäßen Betrieb Strahlung emittieren.
Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Insbesondere weisen Seitenflächen eines Halbleiterchips dann zum Beispiel Spuren aus dem Vereinzelungsprozess des Waferverbunds auf. Ein Halbleiterchip umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich der im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst eine zusammenhängende oder eine segmentierte aktive Schicht. Die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips, gemessen parallel zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht, ist beispielsweise höchstens 1 % oder höchstens 5 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht oder der Halbleiterschichtenfolge.
Der Halbleiterchip kann noch das Aufwachsubstrat umfassen, auf dem die Halbleiterschichtenfolge gewachsen ist. In diesem Fall handelt es sich zum Beispiel um einen so genannten Volumen-Emitter.
Alternativ kann das Aufwachsubstrat für die Halbleiterschichtenfolge aber auch entfernt sein. In diesem Fall handelt es sich zum Beispiel um einen so genannten Dünnfilm-Chip oder Oberflächenemitter.
Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine aktive Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung. Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, oder um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder Al_nIn_1-n-mGa_mAsP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1,0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur und kann zum Beispiel im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich erzeugen. Beispielsweise umfasst der Halbleiterchip eine, insbesondere genau eine, zusammenhängende aktive Schicht.
Über die Emissionsseite werden im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterchips beispielsweise zumindest 50 % oder zumindest 75 % der insgesamt aus der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelten Strahlung ausgekoppelt. Die Emissionsseite verläuft zum Beispiel im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge.
Die Emissionsfelder sind Bereiche, insbesondere einfach zusammenhängende Bereiche, der Emissionsseite, über die im Betrieb Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge austritt. Insbesondere tritt im Betrieb eines Emissionsfeldes über die gesamte Fläche des Emissionsfeldes Strahlung aus. Die Emissionsfelder können einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar sein. Dazu kann jedem Emissionsfeld ein einzeln und unabhängig bestrombares Kontaktelement, zum Beispiel an einer der Emissionsseite gegenüberliegenden Rückseite der Halbleiterschichtenfolge, zugeordnet sein. Über ein angesteuertes Emissionsfeld wird Strahlung emittiert. Die Emissionsseite ist zum Beispiel im Rahmen der Herstellungstoleranz eben.
Beispielsweise umfasst der Halbleiterchip zumindest 16 oder zumindest 100 oder zumindest 1000 oder zumindest 1500 solcher Emissionsfelder. Jedes Emissionsfeld hat beispielsweise eine Fläche von zumindest 10 µm² oder zumindest 100 µm² oder zumindest 1000 µm². Alternativ oder zusätzlich beträgt die Fläche jedes Emissionsfeldes höchstens 100000 µm² oder höchstens 50000 µm² oder höchstens 25000 µm².
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip Trennwände, insbesondere reflektierende oder absorbierende Trennwände, auf der Emissionsseite im Bereich zwischen zwei benachbarten Emissionsfeldern. Beispielsweise umgeben in Draufsicht auf die Emissionsseite betrachtet die Trennwände die Emissionsfelder zumindest teilweise, insbesondere vollständig. Bevorzugt sind Trennwände zwischen allen benachbarten Emissionsfeldern angeordnet.
Die Trennwände sind bevorzugt ohne ein zusätzliches Verbindungsmittel, wie Kleber, auf der Emissionsseite befestigt. Der Abstand der Trennwände zu dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge beträgt beispielsweise höchstens 1 µm oder höchstens 500 nm.
Die Trennwände bewirken bevorzugt eine optische Trennung zwischen einem angesteuerten Emissionsfeld und einem dazu benachbarten Emissionsfeld. In anderen Worten sind für einen Beobachter in üblichen Abständen von ≥ 10 cm vom Halbleiterchip zwei direkt benachbarte Emissionsfelder scharf voneinander separiert. Ein angesteuertes Emissionsfeld überstrahlt ein direkt benachbartes, nicht angesteuertes Emissionsfeld also nicht oder für den Beobachter nicht merklich. Das Übersprechen benachbarter Emissionsfelder ist durch die Trennwände also reduziert.
Besonders bevorzugt sind die Trennwände Teil eines Gitters, insbesondere eines zusammenhängenden Gitters, mit zum Beispiel matrixartig nebeneinander angeordneten Maschen, wobei die Trennwände ein Gitternetz mit Maschen bilden und wobei in Draufsicht auf die Hauptseite jedes der Emissionsfelder eineindeutig in einer Masche des Gitters liegt. Insbesondere sind in Draufsicht auf die Hauptseite dann eines oder mehrere der Emissionsfelder vollständig von einer zusammenhängend und unterbrechungsfrei ausgebildeten Bahn aus Trennwänden umgeben.
Die Trennwände sind zum Beispiel aus einem von dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge unterschiedlichen Material gebildet. Insbesondere sind die Trennwände nicht einstückig mit der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet. Die Trennwände können spiegelnd oder diffus streuend oder absorbierend für die von dem Halbleiterchip oder der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung sein. Insbesondere sind die Trennwände in Richtung parallel und/oder senkrecht zur Emissionsseite undurchlässig für die von dem Halbleiterchip oder der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung. Die Trennwände weisen zum Beispiel für diese Strahlung einen Reflexionsgrad oder einen Absorptionsgrad von zumindest 30 % oder zumindest 50 % oder zumindest 80 % oder zumindest 90 % oder zumindest 95 % auf. Bei dem Material der Trennwände kann es sich zum Beispiel um ein Epoxid oder Silikon handeln, das mit reflektierenden Partikeln, wie Titandioxid-Partikeln, kurz TiO₂, und/oder Metallpartikeln, wie Silber oder Aluminium oder Gold, und/oder Bariumtitanoxid-Partikeln, wie BaTiO₃, und/oder Yittriumboroxid-Partikeln, wie YBO₃, und/oder Erdalkalimetallkohlenstoffoxid-Partikeln, wie CaCO₃ oder MgCO₃, und/oder ZnS und/oder ZnO und/oder ZrO₂ und/oder BaSO₄ versehen ist. Die Trennwände können ferner eines oder mehrere der folgenden Materialien umfassen oder daraus bestehen: Ni, Al, Au, Si, Cu.
Die Trennwände können zum Beispiel eine Höhe gemessen senkrecht zur Hauptseite von zum Beispiel mindestens 10 µm oder mindestens 30 µm oder mindestens 50 µm aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Höhe der Trennwände ≤ 150 µm oder ≤ 100 µm oder ≤ 80 µm sein. Die maximale Breite der Trennwände parallel zur Emissionsseite beträgt zum Beispiel höchstens 50 µm oder höchstens 20 µm oder höchstens 10 µm. Alternativ oder zusätzlich kann die maximale Breite ≥ 1 µm oder ≥ 5 µm ≥ 10 µm sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip ein Konversionselement auf einem oder mehreren Emissionsfeldern. Beispielsweise ist zumindest auf jedem zweiten Emissionsfeld oder auf jedem Emissionsfeld ein Konversionselement aufgebracht. Das Konversionselement ist dazu eingerichtet, die im bestimmungsgemäßen Betrieb aus den Emissionsfeldern austretende elektromagnetische Strahlung teilweise oder vollständig zu konvertieren.
Einigen oder allen Emissionsfeldern kann jeweils ein eigenes Konversionselement eineindeutig zugeordnet sein. Alternativ ist es aber auch möglich, dass einigen oder allen Emissionsfeldern ein gemeinsames Konversionselement zugeordnet ist.
Im Folgenden werden Merkmale eines Konversionselements beschrieben. Umfasst der Halbleiterchip mehrere Konversionselemente, so können mehrere oder alle Konversionselemente diese Merkmale aufweisen.
Das Konversionselement ist bevorzugt einstückig oder einteilig ausgebildet. Das heißt, alle Bereiche des Konversionselements sind integral miteinander ausgebildet. Insbesondere ist das Konversionselement zusammenhängend, bevorzugt einfach zusammenhängend ausgebildet.
Umfasst der Halbleiterchip mehrere Konversionselemente, so hängen diese bevorzugt nicht zusammen. Die Trennwände können in diesem Fall die Konversionselemente in einer lateralen Richtung begrenzen und voneinander trennen.
Zum Beispiel überdeckt das Konversionselement das oder die zugehörigen Emissionsfelder zu zumindest 80 % oder 90 % oder vollständig. Beispielsweise beträgt ein Abstand des Konversionselements zu dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge höchstens 1 µm oder höchstens 500 nm. Das Konversionselement umfasst bevorzugt jeweils zwei im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge verlaufende Hauptseiten.
Das Konversionselement grenzt in lateraler Richtung bevorzugt an die Trennwände an. Das heißt, die Trennwände umfassen quer oder senkrecht zur Emissionsseite verlaufende Seitenflächen, die in Kontakt mit quer oder senkrecht zur Emissionsseite verlaufenden Flächen des Konversionselements stehen. Die laterale Richtung ist eine Richtung parallel zur Emissionsseite beziehungsweise zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge. Das Konversionselement liegt bevorzugt formschlüssig an den Trennwänden an. Beispielsweise füllt das Konversionselement eine oder mehrere Maschen in dem Gitter aus Trennwänden teilweise oder vollständig auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement ein Matrixmaterial mit darin eingebrachten ersten Leuchtstoffpartikeln. Die ersten Leuchtstoffpartikel sind in dem Matrixmaterial eingebettet und von diesem umschlossen.
Bei dem Matrixmaterial handelt es sich bevorzugt um ein Material, das strahlungsdurchlässig, insbesondere transparent, für die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung ist. Das Matrixmaterial ist bevorzugt ein organisches Material. Bei dem Matrixmaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Siloxan, wie Silikon, insbesondere klarsichtiges Silikon.
Die ersten Leuchtstoffpartikel sind für die Konversion der aus der Halbleiterschichtenfolge austretenden Strahlung eingerichtet. Beispielsweise handelt es sich bei den ersten Leuchtstoffpartikeln um Partikel aus einem anorganischen oder organischen Leuchtstoff. Unter Partikeln werden mikroskopisch kleine Festkörper verstanden, die untereinander nicht unmittelbar über kovalente oder ionische oder metallische Bindungen miteinander verbunden sind. Ein Partikel weist beispielsweise in jede Raumrichtung eine Ausdehnung von höchstens 30 µm oder höchstens 20 µm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten Leuchtstoffpartikel in dem Matrixmaterial derart sedimentiert, dass der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel in einem der Halbleiterschichtenfolge zugewandten unteren Bereich des Konversionselements größer ist als im restlichen Bereich des Konversionselements.
Der untere Bereich hat zum Beispiel eine Dicke, gemessen senkrecht zur Emissionsseite, von 50 % oder 34 % oder 25 % oder 10 % der Gesamtdicke des Konversionselements. Der untere Bereich erstreckt sich dabei über die laterale Ausdehnung des Konversionselements. Der untere Bereich ist insbesondere der der Halbleiterschichtenfolge am nächsten liegende Bereich. Das heißt, der untere Bereich umfasst eine der Halbleiterschichtenfolge zugewandte Außenfläche oder Außenseite des Konversionselements.
Der restliche Bereich ist der Bereich des Konversionselements, der nicht zum unteren Bereich gehört. Der restliche Bereich des Konversionselements erstreckt sich zum Beispiel ebenfalls über die laterale Ausdehnung des Konversionselements und hat entsprechend eine Dicke von 50 % oder 66 % oder 75 % oder 90 % der Gesamtdicke des Konversionselements.
Die Gesamtdicke des Konversionselements beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 5 µm und 150 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 20 µm und 150 µm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 40 µm und 100 µm. Unterschiedliche Konversionselemente können unterschiedlich dick sein.
Die Dicke des oder der Konversionselemente ist bevorzugt höchstens so groß wie die Höhe der Trennwände. Insbesondere die Dicke des unteren Bereichs ist bevorzugt kleiner als die Höhe der Trennwände. In Richtung weg von der Emissionsseite überragen die Trennwände bevorzugt den im Bereich eines Emissionsfeldes angeordneten unteren Bereich des Konversionselements.
Im unteren Bereich sind die ersten Leuchtstoffpartikel bevorzugt homogen verteilt. Der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel im restlichen Bereich des Konversionselements beträgt beispielsweise höchstens 85 % oder höchstens 80 % oder höchstens 75 % oder höchstens 70 % oder höchstens 60 % oder höchstens 50 % des Massenanteils der ersten Leuchtstoffpartikel im unteren Bereich des Konversionselements. Beispielsweise beträgt der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel im unteren Bereich zumindest 65 % oder zumindest 70 % oder zumindest 75 %. Im restlichen Bereich des Konversionselements beträgt der Massenanteil zum Beispiel höchstens 60 % oder höchstens 50 % oder höchstens 40 % oder höchstens 30 %. Die Angabe eines Massenanteils in einem Bereich bezieht sich dabei auf den über den gesamten Bereich integrierten Massenanteil.
Der Massenanteil des Matrixmaterials in dem Konversionselement beträgt beispielsweise zumindest 20 % oder zumindest 30 %. Der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel in dem gesamten Konversionselement beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 30 % und 75 %.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Emissionsseite, wobei die Emissionsseite eine Mehrzahl von Emissionsfeldern umfasst. Der Halbleiterchip umfasst Trennwände auf der Emissionsseite im Bereich zwischen zwei benachbarten Emissionsfeldern. Ferner umfasst der Halbleiterchip ein Konversionselement auf einem oder mehreren Emissionsfeldern. Das Konversionselement umfasst ein Matrixmaterial mit darin eingebrachten ersten Leuchtstoffpartikeln. Die ersten Leuchtstoffpartikel sind in dem Matrixmaterial derart sedimentiert, dass der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel in einem der Halbleiterschichtenfolge zugewandten unteren Bereich eines Konversionselements größer ist als im restlichen Bereich des Konversionselements.
Die vorliegende Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass die Farbhomogenität eines Pixels eines Halbleiterchips häufig nicht zufriedenstellend ist. Ferner kann es erwünscht sein, Pixel einer Halbleiterschichtenfolge unterschiedlich zu konvertieren. Durch Verwendung von Trennwänden, insbesondere von reflektierenden oder absorbierenden Trennwänden, kann zum einen die optische Trennung verschiedener Pixel verbessert werden, andererseits erlauben die Trennwände, unterschiedliche Emissionsfelder mit unterschiedlichen Konversionselementen zu bestücken beziehungsweise mit unterschiedlichen Konversionsmaterialien aufzufüllen. Durch das Sedimentieren der Leuchtstoffpartikel innerhalb des Matrixmaterials entsteht eine dünne, zusammengepresste, gleichmäßige Schicht nahe der Emissionsseite. Eine solche Schicht ist homogen, was zu einer hohen Farbhomogenität des zugehörigen Pixels führt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel in einem der Halbleiterschichtenfolge abgewandten oberen Bereich des Konversionselements höchstens 80 % oder höchstens 75 % oder höchstens 70 % oder höchstens 60 % oder höchstens 50 % des Massenanteils der ersten Leuchtstoffpartikel im unteren Bereich des Konversionselements.
Der obere Bereich hat eine Dicke, gemessen senkrecht zur Emissionsseite, von 50 % oder 34 % oder 25 % oder 10 % der Gesamtdicke des Konversionselements. Der obere Bereich erstreckt sich dabei über die laterale Ausdehnung des zugehörigen Konversionselements. Der obere Bereich ist der am weitesten von der Emissionsseite beabstandete Bereich. Das heißt, der obere Bereich umfasst eine der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Außenfläche oder Außenseite des Konversionselements.
Beispielsweise beträgt der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel im oberen Bereich des Konversionselements höchstens 60 % oder höchstens 55 % oder höchstens 50 % oder höchstens 40 % oder höchstens 30 %.
Die hier spezifizierten Bereiche des Konversionselements sind bevorzugt jeweils einfach zusammenhängende Gebiete oder Bereiche des Konversionselements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement Streupartikel, die in dem Matrixmaterial eingebettet sind. Die Streupartikel dienen zur Streuung der aus der Halbleiterschichtenfolge kommenden oder der durch Leuchtstoffpartikel konvertierten Strahlung. Beispielsweise beträgt der Massenanteil an Streupartikeln in dem unteren Bereich des Konversionselements höchstens 80 % oder höchstens 70 % oder höchstens 50 % oder höchstens 1 % des Massenanteils an Streupartikeln im restlichen Bereich und/oder im oberen Bereich des Konversionselements.
Die Streupartikel umfassen oder bestehen beispielsweise aus einem der folgenden Materialien: Al₂O₃, SiO₂, TiO₂. Es können die Streupartikel aber auch Partikel sein, die dem Matrixmaterial ohnehin zum Einstellen der Viskosität beigesetzt wurden, wie LPS5547-S1.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die ersten Leuchtstoffpartikel einen anorganischen Leuchtstoff oder bestehen daraus. Der Leuchtstoff kann ein Nitrid-basierter Leuchtstoff sein. Zum Beispiel umfasst der Leuchtstoff ein Erdalkalisiliziumnitrid oder ein Erdalkalialuminiumsiliziumnitrid oder besteht aus einem solchen. Bei dem Erdalkalimetall handelt es sich zum Beispiel um Barium oder Kalzium oder Strontium. Zur Konversion kann der Leuchtstoff mit einem seltenen Erden-Ion, wie Eu²⁺, als Aktivator dotiert sein. Der Leuchtstoff kann auch ein Granatbasierter Leuchtstoff sein. Der Leuchtstoff weist zum Beispiel ein seltenerden-dotiertes Granat, wie Yttriumaluminiumgranat, kurz YAG, oder Luthetiumaluminiumgranat, kurz LuAG, oder Luthetiumyttriumaluminiumgranat, kurz LuYAG, auf oder besteht aus einem solchen. Zur Konversion kann der Leuchtstoff mit einem Aktivator dotiert sein, zum Beispiel mit einem seltenen Erden-Element, wie zum Beispiel Cer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist einigen oder allen Emissionsfeldern jeweils ein eigenes Konversionselement eineindeutig zugeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragen die Trennwände die Konversionselemente in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge oder schließen bündig mit den Konversionselementen ab. Beispielsweise überragen die Trennwände die Konversionselemente um zumindest 1 µm oder zumindest 5 µm oder zumindest 10 µm. Alternativ oder zusätzlich überragen die Trennwände die Konversionselemente um höchstens 50 µm oder höchstens 20 µm oder höchstens 10 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt ein zusammenhängendes Konversionselement mehrere Emissionsfelder. Beispielsweise ist das Konversionselement an einer der Halbleiterschichtenfolge gegenüberliegenden Seite der Trennwände über die Trennwände gezogen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement zweite Leuchtstoffpartikel, die einen anderen Leuchtstoff als die ersten Leuchtstoffpartikel umfassen oder daraus bestehen. Die zweiten Leuchtstoffpartikel können beispielsweise einen der oben genannten Leuchtstoffe umfassen.
Beispielsweise umfasst der Halbleiterchip mehrere Konversionselemente, wobei erste Konversionselemente nur erste Leuchtstoffpartikel umfassen und zweite Konversionselemente erste und zweite Leuchtstoffpartikel umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Massenanteil der zweiten Leuchtstoffpartikel in dem unteren Bereich des Konversionselements kleiner als in dem restlichen Bereich des Konversionselements. Beispielsweise beträgt der Massenanteil der zweiten Leuchtstoffpartikel im unteren Bereich höchstens 90 % oder höchstens 80 % oder höchstens 75 % oder höchstens 60 % oder höchstens 50 % des Massenanteils der zweiten Leuchtstoffpartikel im restlichen Bereich. Der Massenanteil der zweiten Leuchtstoffpartikel in dem Konversionselement beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 30 % und 70 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die zweiten Leuchtstoffpartikel einen organischen Leuchtstoff oder bestehen daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die zweiten Leuchtstoffpartikel Quantenpunkte. Die maximale Ausdehnung der Quantenpunkte in eine Richtung beträgt beispielsweise höchstens 100 nm oder höchstens 50 nm oder höchstens 30 nm oder höchstens 20 nm oder höchstens 10 nm. Die Quantenpunkte umfassen beispielsweise ein Halbleitermaterial, wie InGaAs oder CdSe oder GaInP oder InP.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform haben die zweiten Leuchtstoffpartikel eine geringere Dichte und/oder eine geringere mittlere Partikelgröße als die ersten Leuchtstoffpartikel. Beispielsweise beträgt die Dichte der ersten Leuchtstoffpartikel zumindest 120 % oder zumindest 130 % oder zumindest 150 % der Dichte der zweiten Leuchtstoffpartikel. Alternativ oder zusätzlich ist das mittlere Volumen der ersten Leuchtstoffpartikel zumindest doppelt oder zumindest zehnfach oder zumindest hundertfach so groß wie das mittlere Volumen der zweiten Leuchtstoffpartikel.
Durch unterschiedliche Größen und/oder Dichten kann erreicht werden, dass die ersten und zweiten Leuchtstoffpartikel innerhalb des Konversionselements unterschiedlich stark sedimentieren. Auf diese Weise können die ersten Leuchtstoffpartikel und die zweiten Leuchtstoffpartikel getrennt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind auf der Halbleiterschichtenfolge beziehungsweise auf der Emissionsseite mehrere unterschiedliche Konversionselemente mit unterschiedlichen Konversionseigenschaften verwendet. Beispielsweise umfasst der Halbleiterchip erste Konversionselemente, die die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung in kaltweißes Licht konvertieren, und zweite Konversionselemente, die die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung in warmweißes Licht konvertieren. Beispielsweise sind die ersten Konversionselemente und die zweiten Konversionselemente abwechselnd nebeneinander angeordnet. Die ersten Konversionselemente und die zweiten Konversionselemente können beispielsweise in einem Schachbrettmuster angeordnet sein.
Ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip kann beispielsweise in Scheinwerfern für Kraftfahrzeuge verwendet werden.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, wie zum Beispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips, angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere dazu, einen wie eben beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip herzustellen. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A), in dem ein optoelektronisches Grundelement bereitgestellt wird. Das optoelektronische Grundelement umfasst eine Emissionsseite. Die Emissionsseite umfasst eine Mehrzahl von Emissionsfeldern.
Bei dem Grundelement handelt es sich um ein optoelektronisches Element, das dazu eingerichtet ist, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und über die Emissionsseite zu emittieren. Über die Emissionsseite werden im bestimmungsgemäßen Betrieb des Grundelements beispielsweise zumindest 50 % oder zumindest 75 % der insgesamt aus dem Grundelement ausgekoppelten Strahlung ausgekoppelt. Die Emissionsseite verläuft zum Beispiel im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Grundelements.
Die im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Halbleiterchip beschriebenen Merkmale der Emissionsseite und der Emissionsfelder, insbesondere deren geometrische Ausgestaltungen, können auch auf das Bauelement zutreffen und umgekehrt. Die Emissionsfelder können insbesondere einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar sein.
Die Emissionsseite ist im Rahmen der Herstellungstoleranz bevorzugt eben ausgebildet. Beispielsweise haben Erhebungen oder Vertiefungen in der Emissionsseite dann Höhen und Tiefen von höchstens 2 µm oder höchstens 1 µm.
Beispielsweise umfasst die Emissionsseite des Grundelements zumindest zwei oder zumindest vier Emissionsfelder. Die Fläche eines Emissionsfeldes des Grundelements beträgt zum Beispiel höchstens 250000 µm² oder höchstens 200000 µm².
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B), in dem eine Mehrzahl von Trennwänden auf der Emissionsseite ausgebildet wird. Die Trennwände bilden zumindest eine Masche, die in Draufsicht auf die Emissionsseite betrachtet ein Emissionsfeld, insbesondere genau ein Emissionsfeld, umgibt und dabei zumindest abschnittsweise zwischen zwei benachbarten Emissionsfeldern verläuft. Anders ausgedrückt bilden die Trennwände einen Rahmen, der in Draufsicht auf die Emissionsseite ein Emissionsfeld, insbesondere genau ein Emissionsfeld, umgibt. „Zumindest abschnittsweise“ bedeutet insbesondere, dass zumindest eine Trennwand der Masche zwischen zwei benachbarten Emissionsfeldern verläuft.
Die im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Halbleiterchip beschriebenen Merkmale der Trennwände können auch auf die Trennwände des Bauelements zutreffen und umgekehrt. Insbesondere bilden die Trennwände ein wie oben beschriebenes Gitter, das eine Mehrzahl von Maschen umfasst. Jeder Masche kann ein Emissionsfeld eineindeutig zugeordnet sein. Die Trennwände können reflektierend oder absorbierend für Strahlung des Grundelements oder Bauelements sein, zum Beispiel mit dem oben genannten Reflexionsgrad oder Absorptionsgrad.
Die im Schritt B) erzeugten Trennwände hängen bevorzugt alle zusammen. Besonders bevorzugt sind die Trennwände einstückig miteinander ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C), in dem ein von der Masche aus Trennwänden umgebener Bereich mit einem flüssigen oder zähflüssigen Füllmaterial aufgefüllt wird. Sind durch die Trennwände mehrere Maschen gebildet, so werden bevorzugt mehrere oder alle von Maschen umgebenen Bereiche mit einem flüssigen oder zähflüssigen Füllmaterial aufgefüllt.
Bei dem Füllmaterial kann es sich um ein klarsichtiges Material, wir Klarsilikon, oder um ein Konversionsmaterial handeln. Ein Konversionsmaterial umfasst dabei bevorzugt ein Matrixmaterial mit darin verteilten ersten Leuchtstoffpartikeln.
Beispielsweise kann das Füllmaterial durch Jetten oder Dispensen oder Sprühen oder Rakeln aufgebracht werden. Als Hilfsmittel kann eine Maske oder eine Schablone verwendet werden. Die Trennwände sind bevorzugt so ausgebildet, dass sie das flüssige Füllmaterial einschließen und ein Abfließen des flüssigen Füllmaterials in lateraler Richtung verhindern. Mit anderen Worten bilden die Trennwände Barrieren für das flüssige Füllmaterial.
„Auffüllen“ kann vorliegend bedeuten, dass das Füllmaterial höchstens bis zur Höhe der Trennwände aufgefüllt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt E), in dem das Füllmaterial zu zumindest einem Füllelement, wie zum Beispiel zu einem Konversionselement, ausgehärtet wird. Das Füllelement überdeckt dann ein, insbesondere genau ein Emissionsfeld. Werden mehrere von Maschen umgebene Bereiche mit Füllmaterial aufgefüllt, so werden bevorzugt mehrere Füllelemente gebildet, die zum Beispiel jeweils einem Emissionsfeld eineindeutig zugeordnet sind. Die entstandenen Füllelemente sind bevorzugt voneinander getrennt und beabstandet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte A), B), C) und E) in der angegebenen Reihenfolge und nacheinander ausgeführt.
Die im Schritt B) aufgebrachten Trennwände können vorläufige Trennwände oder finale Trennwände sein. Vorläufige Trennwände werden insbesondere nach dem Aushärten des Füllmaterials entfernt und zum Beispiel durch finale Trennwände ersetzt. Finale Trennwände verbleiben im optoelektronischen Bauelement. Alle bisher und im Folgenden gemachten Angaben zu Trennwänden, insbesondere deren geometrische Ausgestaltungen, können für vorläufige und finale Trennwände gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optoelektronische Grundelement eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge wird zum Beispiel im Waferverbund bereitgestellt. Unterschiedliche Emissionsfelder überlappen dann in Draufsicht betrachtet bevorzugt mit unterschiedlichen Bereichen der Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge ist zum Beispiel zusammenhängend ausgebildet oder umfasst mehrere voneinander getrennte Bereiche, die ursprünglich zusammenhingen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt E) das optoelektronische Grundelement vereinzelt, sodass einzelne optoelektronische Bauelement entstehen. Jedes optoelektronische Bauelement umfasst dann bevorzugt einen Abschnitt der Emissionsseite mit genau einem oder mehreren Emissionsfeldern und genau einem oder mehreren Füllelementen, das in Draufsicht betrachtet von den Trennwänden vollständig umgeben ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt D), in dem die ersten Leuchtstoffpartikel in dem Matrixmaterial sedimentieren oder sedimentiert werden, so dass der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel in einem der Halbleiterschichtenfolge zugewandten unteren Bereich des Konversionsmaterials größer ist als in dem restlichen Bereich des Konversionsmaterials.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte A) bis E) in der angegebenen Reihenfolge und nacheinander ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zur Beschleunigung der Sedimentation im Schritt D) das Konversionsmaterial zentrifugiert. Beispielsweise wird die Halbleiterschichtenfolge mit dem darauf befindlichen Konversionsmaterial in eine Zentrifuge eingebracht und dann zentrifugiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Trennwände im Schritt B) reflektierend oder absorbierend ausgebildet. Beispielsweise erscheinen die Trennwände für einen Anwender weiß oder schwarz.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird für das Aufbringen der Trennwände im Schritt B) eine strukturierte Maske, zum Beispiel eine Maske aus Fotolack oder einem Dielektrikum, verwendet. Die Maske wird beispielsweise mittels eines Lithographieverfahrens oder mittels einer Laserdirektbelichtung, Englisch Laser Direct Imaging, kurz LDI, hergestellt. Die Maske ist dabei so ausgeführt, dass im Bereich, in dem die Trennwände entstehen sollen, die Maske Gräben aufweist. Innerhalb der Gräben entstehen dann die Trennwände.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Trennwände im Schritt B) aus einem Fotolack gebildet. Die Trennwände aus dem Fotolack bilden dann eine Fotolackmaske. Die Trennwände aus dem Fotolack werden beispielsweise mittels eines Lithographieverfahrens oder Laserdirektbelichtung hergestellt. Dazu kann zum Beispiel eine Fotolackschicht auf die Emissionsseite aufgebracht, zum Beispiel aufgesprüht oder als Folie aufgebracht, werden. Die Fotolackschicht kann dann mittels einer Maske und Belichtung entwickelt werden. Denkbar ist auch, dass die Fotolackschicht mittels einer Laserdirektbelichtung ohne eine zusätzliche Maske belichtet und entwickelt wird. Mit der Laserdirektbelichtung können besonders präzise Strukturen aus der Fotolackschicht hergestellt werden. Vorteilhaft kann vor der Laserdirektbelichtung eine automatisierte, optische Erfassung der Position der Emissionsfelder erfolgen. Dadurch werden Verschiebungen der Füllelemente bezüglich der Emissionsfelder vermieden. Dies würde sich nachteilig auf die Farbhomogenität ausüben.
Die Trennwände aus dem Fotolack können ebenfalls absorbierend oder reflektierend ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach dem Schritt C) die Trennwände aus dem Fotolack entfernt. Das heißt, die Trennwände aus dem Fotolack im Schritt B) sind vorläufige Trennwände.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach dem Schritt C) finale Trennwände in den Bereichen angeordnet, in denen zuvor die Trennwände aus dem Fotolack ausgebildet waren. Die finalen Trennwände können reflektierend oder absorbierend sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach dem Schritt E) oder bereits nach dem Schritt D) die Trennwände und/oder das Füllelement abgeschliffen. Beispielsweise werden überstehende Bereiche der Trennwände und/oder des Füllelements derart abgeschliffen, dass die Trennwände und das Füllelement nach dem Schleifprozess bündig miteinander abschließen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Trennwände im Schritt B) galvanisch gewachsen. Die Trennwände umfassen dann bevorzugt ein Metall, wie Kupfer oder Aluminium oder Nickel, oder bestehen daraus. Insbesondere handelt es sich bei solchen Trennwänden um finale Trennwände.
Zur Ausbildung der Trennwände wird zum Beispiel zunächst eine elektrisch leitende Schicht auf die Emissionsseite abgeschieden, zum Beispiel über Sputtern. Die elektrisch leitende Schicht ist bevorzugt metallisch ausgebildet. Die elektrisch leitende Schicht hat beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 100 nm und 500 nm. Die elektrisch leitende Schicht ist zum Beispiel einfach zusammenhängend ausgebildet und überdeckt eine Mehrzahl der Emissionsfelder. Anschließend wird beispielsweise eine elektrisch isolierende Schicht auf die elektrisch leitende Schicht aufgebracht. Die elektrisch isolierende Schicht wird dann bevorzugt strukturiert, zum Beispiel über LDI. Dabei wird die elektrisch isolierende Schicht bevorzugt dort entfernt, wo die Trennwände entstehen sollen. Im Bereich wo die Trennwände entstehen sollen, wird also die elektrisch leitende Schicht wieder freigelegt. Dagegen verbleibt die elektrisch isolierende Schicht bevorzugt auf der Emissionsseite im Bereich der Emissionsfelder und überdeckt diese Bereiche zum Beispiel vollständig.
Daraufhin können über ein Elektrophoreseverfahren die Trennwände im Bereich der freigelegten elektrisch leitenden Schicht galvanisch gewachsen werden.
Nach dem galvanischen Wachsen der Trennwände kann die elektrisch isolierende Schicht auch aus den übrigen Bereichen entfernt werden. Die elektrisch leitende Schicht kann von den Emissionsfeldern zum Beispiel durch Ätzen entfernt werden.
Die galvanisch gewachsenen Trennwände können gleichzeitig zur elektrischen Kontaktierung des optoelektronischen Grundelements beziehungsweise des optoelektronischen Bauelements dienen oder eingerichtet sein.
Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das optoelektronische Bauelement kann insbesondere mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Alle im Zusammenhang mit dem Verfahren offenbarten Merkmale sind daher auch für das optoelektronische Bauelement offenbart und umgekehrt. Bei dem optoelektronischen Bauelement kann es sich zum Beispiel um den oben beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchip handeln. Daher sind auch alle im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Halbleiterchip offenbarten Merkmale für das optoelektronische Bauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement ein optoelektronisches Grundelement mit einer im Rahmen der Herstellungstoleranz ebenen Emissionsseite. Die Emissionsseite umfasst genau ein oder mehrere Emissionsfelder.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement mehrere Trennwände auf der Emissionsseite, wobei die Trennwände in Draufsicht auf die Emissionsseite betrachtet das Emissionsfeld umgeben. Zum Beispiel bilden die Trennwände Maschen eines Gitters, wobei jede Masche einem Emissionsfeld eineindeutig zugeordnet ist. In Draufsicht auf die Emissionsseite können Trennwände zwischen benachbarten Emissionsfeldern verlaufen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement ein Füllelement, das in Draufsicht auf die Emissionsseite betrachtet von den Trennwänden umgeben ist und formschlüssig an den Trennwänden anliegt. Das Füllelement kann seitlich von den Trennwänden begrenzt sein. Bei dem Füllelement kann es sich um ein für die elektromagnetische Strahlung des Grundelements transparentes oder transluzentes Element handelt. Das Füllelement kann auch ein Konversionselement sein, zum Beispiel ein wie oben beschriebenes Konversionselement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Trennwände nicht einstückig mit dem optoelektronischen Grundelement beziehungsweise nicht einstückig mit der Emissionsseite ausgebildet. Das heißt, die Trennwände sind von dem Grundelement verschiedene Elemente des Bauelements. Zwischen den Trennwänden und der Emissionsseite ist insbesondere eine Grenzfläche ausgebildet, die darauf hinweist, dass die Trennwände nach Fertigstellung der ebenen Emissionsseite auf die Emissionsseite aufgebracht wurden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überlappt in Draufsicht auf die Emissionsseite betrachtet das Füllelement mit dem von den Trennwänden umgebenen Emissionsfeld. Insbesondere überdeckt das Füllelement in Draufsicht auf die Emissionsseite betrachtet das Emissionsfeld vollständig. Bevorzugt überlappt das Füllelement nur mit einem einzigen Emissionsfeld.
Das Bauelement kann mehrere Füllelemente umfassen, die bevorzugt jeweils eineindeutig einem Emissionsfeld zugeordnet sind und nur mit diesem Emissionsfeld überlappen. Jedes Füllelement ist in Draufsicht betrachtet bevorzugt ringsum von einer eigens zugeordneten Masche aus Trennwänden umgeben.
Es können auch Emissionsfelder von den Trennwänden überdeckt sein, zum Beispiel vollständig überdeckt sein. In diesem Fall sind die Trennwände bevorzugt transparent für die Strahlung aus den Emissionsfeldern. Dies kann insbesondere realisiert sein, wenn die Trennwände aus Fotolack gebildet werden.
Die das Füllelement umgebenen Trennwände können das Füllelement in eine Richtung weg vom Grundelement überragen oder bündig mit dem Füllelement abschließen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Fläche des von dem Füllelement überdeckten Bereichs der Emissionsseite höchstens 50 % oder höchstens 25 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 % größer als die Fläche des von dem Füllelement überdeckten Emissionsfeldes.
Alle bisher und im Folgenden gemachten Angaben für ein Füllelement können für mehrere oder alle Füllelemente gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Grundelement einen auf einem Träger angeordneten Halbleiterchip und einen Verguss rings um den Halbleiterchip.
Der Halbleiterchip ist bevorzugt als Dünnfilmhalbleiterchip oder Oberflächenemitter ausgebildet. Der Halbleiterchip umfasst zum Beispiel eine Halbleiterschichtenfolge, beispielsweise eine wie oben beschriebene Halbleiterschichtenfolge. Der Halbleiterchip umfasst bevorzugt eine zusammenhängende aktive Schicht. Die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips ist zum Beispiel höchstens 1 % oder höchstens 5 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht des Halbleiterchips.
Bei dem Verguss rings um den Halbleiterchip kann es sich um einen Kunststoff oder um ein Epoxid oder um ein Silikon handeln. Der Verguss ist bevorzugt reflektierend oder absorbierend für eine von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung ausgebildet. Der Reflexionsgrad oder Absorptionsgrad für diese Strahlung beträgt beispielsweise zumindest 90 %. Der Verguss kann für einen Anwender weiß oder schwarz erscheinen. Der Verguss umgibt den Halbleiterchip in Draufsicht auf die Emissionsseite betrachtet bevorzugt vollständig. Der Verguss kann formschlüssig an dem Halbleiterchip anliegen.
Der Träger kann beispielsweise ein Keramikträger sein. Zwischen dem Träger und dem Halbleiterchip kann eine Leiterbahn zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip eine Strahlungsaustrittsseite. Über die Strahlungsaustrittsseite emittiert der Halbleiterchip in seinem bestimmungsgemäßen Betrieb beispielsweise zumindest 50 % oder zumindest 75 % oder zumindest 90 % der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung. Die Strahlungsaustrittsseite kann eine rechteckige Grundform aufweisen. In einem Eckbereich kann die Strahlungsaustrittsseite zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips eine Ausnehmung aufweisen. Die Strahlungsaustrittsseite ist dem Träger abgewandt.
Der Halbleiterchip ist bevorzugt nicht segmentiert oder pixeliert. Bevorzugt weist der Halbleiterchip laterale Ausdehnungen, gemessen parallel zur Emissionsseite, von höchstens 500 µm oder höchstens 400 µm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips zusammen mit einer dem Träger abgewandten Seite des Vergusses zumindest einen Teil der Emissionsseite. Insbesondere schließen die Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips und der Verguss an der Emissionsseite im Rahmen der Herstellungstoleranz bündig miteinander ab. Beispielsweise ist der Halbleiterchip über ein Spritzgussverfahren, wie Film-Assisted-Molding Technology, mit dem Verguss umgossen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips das Emissionsfeld. Im Bereich neben der Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips, also im Bereich wo der Verguss angeordnet ist, emittiert das optoelektronische Grundelement bevorzugt keine Strahlung.
Das optoelektronische Grundelement kann mehrere Halbleiterchips umfassen. Alle zuvor gemachten Angaben zu dem einen Halbleiterchip können für mehrere oder alle Halbleiterchips zutreffen. Insbesondere bilden die Strahlungsaustrittseiten der Halbleiterchips jeweils ein Emissionsfeld der Emissionsseite. Der Verguss verläuft dann bevorzugt zwischen den Halbleiterchips. In Draufsicht auf die Emissionsseite betrachtet kann der Verguss ein Gitter mit Maschen bilden, wobei in jeder Masche genau ein Halbleiterchip angeordnet ist. Die einzelnen Halbleiterchips können einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar sein, wodurch die einzelnen Emissionsfelder einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Trennwände auf der Emissionsseite im Bereich des Vergusses ausgebildet. Das heißt, in Draufsicht auf die Emissionsseite betrachtet überlappen die Trennwände mit dem Verguss um den Halbleiterchip. Bevorzugt überlappen in der Draufsicht die Trennwände nicht mit dem Halbleiterchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Trennwände metallisch ausgebildet. Die Trennwände können insbesondere zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips eingerichtet sein. Jedem Halbleiterchip ist in diesem Fall bevorzugt ein Rahmen aus Trennwänden zugeordnet, wobei die Trennwände des Rahmens dem Halbleiterchip eineindeutig zugeordnet sind.
Nachfolgend werden ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip, ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements sowie ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1A bis 2C und 5A bis 5C verschiedene Positionen in Ausführungsbeispielen des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements,
3A bis 4A, 6 und 7 Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Halbleiterchips,
4B und 4C detaillierte Ansichten von Konversionselementen von Ausführungsbeispielen des optoelektronischen Halbleiterchips,
8A bis 9H verschiedene Positionen in weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.

In der 1A ist eine erste Position in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt. Ein optoelektronisches Grundelement 1 in Form einer Halbleiterschichtenfolge 1, beispielsweise einer AlInGaNbasierten Halbleiterschichtenfolge 1, ist bereitgestellt. Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst eine Emissionsseite 10, über die im Betrieb elektromagnetische Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge 1 ausgekoppelt wird. Die Emissionsseite 10 ist in eine Mehrzahl von Emissionsfeldern 11, 12 unterteilt. Zwischen den Emissionsfeldern 11, 12 sind nicht leuchtende Bereiche 14 angeordnet. Beispielsweise sind oder werden dazu auf einer der Emissionsseite 10 gegenüberliegenden Rückseite der Halbleiterschichtenfolge 1 Kontaktelemente angeordnet, über die eine Bestromung der Halbleiterschichtenfolge erfolgt. Die Größe der Emissionsfelder 11, 12 ist beispielsweise im Wesentlichen durch die Projektion der Kontaktelemente auf die Emissionsseite 10 definiert. Im Bereich der nicht leuchtenden Bereiche 14 sind beispielsweise keine Kontaktelemente angeordnet. Im Bereich der nicht leuchtenden Bereiche 14 kann zudem die Halbleiterschichtenfolge 1 Gräben aufweisen, die eine aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge 1 durchdringen.
Die Emissionsfelder 11, 12 haben beispielsweise jeweils eine quadratische Form mit einer Abmessung von zirka 125 µm × 125 µm. Die nicht leuchtenden Bereiche 14 zwischen den Emissionsfeldern 11, 12 haben beispielsweise eine Breite, gemessen parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge 1, von zirka 10 µm.
In der 1B ist die Halbleiterschichtenfolge 1 in Draufsicht auf die Emissionsseite 10 dargestellt. Die Emissionsfelder 11, 12 sind quadratisch ausgebildet und in einem regelmäßigen Matrixmuster angeordnet. Die nicht leuchtenden Bereiche 14 bilden ein Gitter um die Emissionsfelder 11, 12, wobei die Emissionsfelder 11, 12 von Maschen des Gitters umgeben sind.
In der 1C ist eine weitere Position in dem Verfahren dargestellt. Auf die Emissionsseite 10 ist eine Fotolackmaske 22 aufgebracht. Die Fotolackmaske 22 umfasst Gräben im Bereich der nicht leuchtenden Bereiche 14. Die Emissionsfelder 11, 12 sind von dem Fotolackmaterial der Fotolackmaske 22 vollständig überdeckt. Die Fotolackmaske 22 ist beispielsweise mit Hilfe eines Lithographieverfahrens oder einer Laserdirektbelichtung hergestellt.
In der 1D ist eine darauffolgende Position in dem Verfahren dargestellt, bei dem in den Gräben der Fotolackmaske 22 reflektierende Trennwände 20 ausgebildet sind. Die reflektierenden Trennwände 20 umfassen beispielsweise Silikon mit darin eingebetteten TiO₂-Partikeln. Das Material der reflektierenden Trennwände 20 kann über Jetten oder Dispensen oder Sprühen oder Rakeln aufgebracht sein.
In der Position der 1E sind die reflektierenden Trennwände 20 ausgehärtet und die Fotolackmaske 22 ist entfernt. Dadurch sind die Emissionsfelder 11, 12 der Emissionsseite 10 freigelegt.
In der 1F ist eine Position des Verfahrens gezeigt, bei dem auf die Emissionsfelder 11, 12 im Bereich zwischen den reflektierenden Trennwänden 20 ein Konversionsmaterial 40, 41 aufgebracht ist. Das Konversionsmaterial 40, 41 ist beispielsweise mittels Jetten oder Dispensen in einem flüssigen oder zähflüssigen Zustand aufgebracht. Das Konversionsmaterial 42, 41 umfasst dabei ein Matrixmaterial 40, beispielsweise Silikon, in dem erste Leuchtstoffpartikel 41 verteilt sind.
Vorliegend sind auf unterschiedliche Emissionsfelder 11, 12 unterschiedliche Konversionsmaterialien 40, 41 aufgebracht. Insbesondere ist die Emissionsseite 10 in erste 11 und zweite 12 Emissionsfelder unterteilt. Die ersten 11 und zweiten 12 Emissionsfelder sind alternierend nebeneinander auf der Emissionsseite 10 angeordnet. Auf die ersten Emissionsfelder 11 ist ein erstes Konversionsmaterial 40, 41 aufgebracht und auf die zweiten Emissionsfelder 12 ist ein zweites Konversionsmaterial 40, 41 aufgebracht. Die Konversionsmaterialien 40, 41 auf den unterschiedlichen Emissionsfeldern 11, 12 unterscheidet sich beispielsweise hinsichtlich der ersten Leuchtstoffpartikel 41. Beispielsweise sind die Konversionsmaterialien 40, 41 auf den ersten 11 und zweiten 12 Emissionsfeldern 11 so gewählt, dass im Betrieb des fertigen Halbleiterchips im Bereich der ersten Emissionsfelder 11 kaltweißes Licht emittiert wird und im Bereich der zweiten Emissionsfelder 12 warmweißes Licht emittiert wird. Der entstehende optoelektronische Halbleiterchip umfasst dann warmweiße und kaltweiße Pixel.
Die verwendeten ersten Leuchtstoffpartikel 41 sind beispielsweise anorganische Leuchtstoffpartikel und können auf einem Nitrid oder einem Granat basieren.
In der 1G ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, in der anders als in der 1F auf alle Emissionsfelder 11, 12 das gleiche Konversionsmaterial 40, 41 aufgebracht ist. In diesem Fall kann das Konversionsmaterial 40, 41 beispielsweise aufgesprüht oder aufgerakelt sein.
In der Position der 1H ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem die ersten Leuchtstoffpartikel 41 innerhalb des Konversionsmaterials 40, 41 beziehungsweise innerhalb des Matrixmaterials 40 sedimentiert sind. Der Sedimentationsprozess kann durch Zentrifugieren beschleunigt worden sein. Anschließend wurde das Konversionsmaterial 40, 41 ausgehärtet, so dass Konversionselemente 31 entstanden sind. Durch einen optionalen Vereinzelungsprozess der Halbleiterschichtenfolge 1 ist ein optoelektronisches Bauelement 100 in Form eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 entstanden, der in der 1H in einer Querschnittsansicht dargestellt ist.
Durch die Sedimentation haben sich die ersten Leuchtstoffpartikel 41 innerhalb des Matrixmaterials 40 abgesetzt, so dass jeweils in einem unteren Bereich der Konversionselemente 31, der vorliegend beispielsweise jeweils eine Dicke von 50 % der Gesamtdicke des Konversionselements 31 ausmacht, der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel 41 größer ist als im restlichen Bereich der Konversionselemente 31. Zum Beispiel beträgt hier der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel 41 im restlichen Bereich des Konversionselements 31 höchstens 50 % des Massenanteils der ersten Leuchtstoffpartikel 41 im unteren Bereich.
Durch den Sedimentationsprozess sind die ersten Leuchtstoffpartikel 41 im unteren Bereich besonders homogen verteilt, so dass mit dem dargestellten Halbleiterchip 100 besonders farbhomogene Pixel realisiert sind.
In den 2A bis 2C sind verschiedene Positionen in Ausführungsbeispielen des Verfahrens dargestellt, bei dem die Fotolackmaske 22 anders ausgestaltet ist als in der 1C.
In der 2A verbreitern sich die Gräben in der Fotolackmaske 22 in Richtung der Emissionsseite 10. Mit einer solchen Fotolackmaske 22 werden entsprechend Trennwände 20 mit in Richtung der Emissionsseite 10 zunehmender Breite ausgebildet.
In der 2B verjüngen sich die Gräben in der Fotolackmaske 22 in Richtung der Emissionsseite 10, so dass letztlich Trennwände 20 entstehen, deren Breite in Richtung hin zur Emissionsseite 10 abnimmt.
In der 2C weisen die Gräben in der Fotolackmaske 22 einen Unterschnitt auf. Daraus entstehende Trennwände 20 verbreitern sich zunächst in Richtung weg von der Emissionsseite 10. Nach dem sich verbreiternden Abschnitt folgt eine Stufe in den Trennwänden 20, an denen die Breite der Trennwände 20 wieder abnimmt. Nach der Stufe folgt ein Abschnitt der Trennwände 20, in dem die Breite der Trennwände 20 im Wesentlichen konstant bleibt.
In der 3A ist ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100, wie er beispielsweise mit dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt werden kann, dargestellt. Der Halbleiterchip 100 unterscheidet sich von dem Halbleiterchip 100 der 1H lediglich dadurch, dass in den Konversionselementen 31 zusätzlich Streupartikel 43 verteilt sind. Die Streupartikel 43 sind in dem Matrixmaterial 40 der Konversionselemente 31 eingebettet. Vorliegend ist ein Massenanteil der Streupartikel 43 im restlichen Bereich der Konversionselemente 31 größer als im unteren Bereich der Konversionselemente 31. Die Streupartikel 43 können beispielsweise geringere Dichten und/oder eine geringere mittlere Partikelgröße als die ersten Leuchtstoffpartikel 41 aufweisen, sodass diese bei dem Sedimentationsprozess weniger stark sedimentieren als die ersten Leuchtstoffpartikel 41.
Bei den Streupartikeln 43 handelt es sich beispielsweise um Al₂O₃-Partikel. Auch wenn solche Streupartikel 43 nicht in allen Ausführungsbeispielen gezeigt sind, können sie jedoch in jedem der bisher und im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet sein.
In der 3B ist ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt, bei dem auf der der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Seite der Konversionselemente 31 jeweils eine Streuschicht 44 aufgebracht ist. Die Streuschicht 44 dient wie die Streupartikel 34 der 3A zur Streuung und Homogenisierung der emittierten Strahlung. Die Streuschicht 44 kann aufgesprüht sein.
In der 4A ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt, bei dem auf den ersten Emissionsfeldern 11 Konversionselemente 31 angeordnet sind, die nur erste, sedimentierte Leuchtstoffpartikel 41 umfassen. Auf den zweiten Emissionsfeldern 12 sind Konversionselemente 32 ausgebildet, die sowohl erste, sedimentierte Leuchtstoffpartikel 41 sowie zweite Leuchtstoffpartikel 42 umfassen. Die zweiten Leuchtstoffpartikel 42 sind weniger oder gar nicht sedimentiert. Beispielsweise handelt es sich bei den ersten Leuchtstoffpartikeln 41 um anorganische Leuchtstoffpartikel und bei den zweiten Leuchtstoffpartikeln 42 um organische Leuchtstoffpartikel. Der Massenanteil der zweiten Leuchtstoffpartikel 42 im unteren Bereich der Konversionselemente 32 ist kleiner als im restlichen Bereich der Konversionselemente 32.
In den 4B und 4C sind mögliche Ausschnitte des Konversionselements 32 der 4A dargestellt.
In der 4B ist zu erkennen, dass der untere Bereich mit dem höheren Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel 41 zirka 1/3 der Dicke des Konversionselements 32 ausmacht. Im restlichen Bereich des Konversionselements 32 ist der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel 41 beispielsweise nur zirka 70 % so groß wie im unteren Bereich des Konversionselements 32. Dafür ist in dem restlichen Bereich des Konversionselements 32 der Massenanteil der zweiten Leuchtstoffpartikel 42 größer als im unteren Bereich.
In der 4C macht der untere Bereich mit dem erhöhten Massenanteil an ersten Leuchtstoffpartikeln 41 zirka die halbe Dicke des Konversionselements 32 aus. In einem mittleren Bereich ist der Massenanteil der zweiten Leuchtstoffpartikel 42 größer als im restlichen Bereich des Konversionselements 32. Der mittlere Bereich macht beispielsweise zirka 10 % der Dicke des Konversionselements 32 aus. In einem oberen Bereich des Konversionselements 32, der zirka 1/3 der Dicke des Konversionselements 32 ausmacht, ist der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel 41 kleiner als im unteren Bereich. Ebenso ist im oberen Bereich der Massenanteil der zweiten Leuchtstoffpartikel 42 kleiner als im mittleren Bereich.
In den 5A bis 5C sind Positionen in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt.
Anders als in der 1 wird hier zunächst eine Fotolackmaske 22 aus vorläufigen Trennwänden 21 gebildet (siehe 5A). Die vorläufigen Trennwände 21 bestehen also aus dem Fotolackmaterial. Die Fotolackmaske 22 überdeckt nur die nicht leuchtenden Bereiche 14. Im Bereich der Emissionsfelder 11, 12 dagegen sind Löcher in der Fotolackmaske 22 vorgesehen, so dass die Emissionsfelder 11, 12 freigelegt sind und nicht von der Fotolackmaske 22 überdeckt sind.
In der Position der 5B sind die Löcher in der Fotolackmaske 22 mit einem Konversionsmaterial 40, 41 aufgefüllt. Das Konversionsmaterial 40, 41 ist anschließend ausgehärtet, so dass über jedem Emissionsfeld 11, 12 ein Konversionselement 31 entstanden ist. Zudem sind die vorläufigen Trennwände 21 aus dem Fotolackmaterial wieder entfernt. Im Bereich zwischen benachbarten Konversionselementen 31 und an den Stellen, an denen zuvor die vorläufigen Trennwände 21 waren, sind nun Gräben ausgebildet.
In der Position der 5C ist ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt, bei dem die Gräben zwischen dem Konversionselement 31 mit finalen, reflektierenden Trennwänden 20 aufgefüllt sind.
In der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Der Halbleiterchip 100 unterscheidet sich von dem Halbleiterchip 100 der 1H lediglich in der Form der reflektierenden Trennwände 20. Vorliegend verbreitern sich die reflektierenden Trennwände 20 in Richtung weg von der Emissionsseite 10. Solche reflektierenden Trennwände 20 können beispielsweise mit der Fotolackmaske 22 der 2B hergestellt sein.
In der 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt, bei dem ein zusammenhängendes Konversionselement 31 mehrere Emissionsfelder 11, 12 überdeckt. Das Konversionselement 31 ist über die Trennwände 20 gezogen. Beispielsweise wird dazu das Konversionsmaterial 40, 41 auf die Emissionsfelder 11, 12 und die reflektierenden Trennwände 20 aufgesprüht oder aufgerakelt, sodass das Konversionsmaterial 40, 41 die reflektierenden Trennwände 20 überformt.
In der 8A ist eine erste Position in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gezeigt. Hier ist ein Träger 6, beispielsweise ein Keramikträger, mit darauf aufgebrachten Halbleiterchips 13 bereitgestellt. Die Halbleiterchips 13 sind bevorzugt Dünnfilm-Chips und basieren zum Beispiel auf AlInGaN. Die dem Träger 6 abgewandten Seiten der Halbleiterchips 13 bilden jeweils eine Strahlungsaustrittsseite 16, über die im bestimmungsgemäßen Betrieb eines Halbleiterchips 13 ein Großteil der aus dem Halbleiterchip 13 ausgekoppelten Strahlung ausgekoppelt wird. Die Halbleiterchips 13 sind bevorzugt nicht segmentiert oder pixeliert.
In der 8B ist eine zweite Position gezeigt, bei der zwischen den Halbleiterchips 13 ein Verguss 15, insbesondere ein reflektierender oder absorbierender Verguss, zum Beispiel umfassend Silikon oder Epoxid, angeordnet ist. Der Verguss 15 wird beispielsweise über ein Spritzgussverfahren zwischen den Halbleiterchips 13 ausgebildet.
Der Träger 6, die Halbleiterchips 13 und der Verguss 15 bilden zusammen ein optoelektronisches Grundelement 1 mit einer Emissionsseite 10. Die Strahlungsaustrittsseiten 16 der Halbleiterchips 13 zusammen mit der dem Träger 6 abgewandten Seite des Vergusses 15 bilden diese Emissionsseite 10. Die Emissionsseite 10 ist im Rahmen der Herstellungstoleranz eben ausgebildet.
Die Strahlungsaustrittsseiten 16 der Halbleiterchips 13 bilden außerdem die Emissionsfelder 11, 12 beziehungsweise Pixel der Emissionsseite 10.
In der 8C ist eine dritte Position gezeigt, bei der auf die Emissionsseite 10 des Grundelements 1 eine Fotolackschicht 2 aufgebracht ist.
In der Position der 8D ist die Fotolackschicht 20 beispielsweise mittels Laserdirektbelichtung, kurz LDI, zu einer Mehrzahl von Trennwänden 20 strukturiert. Die Trennwände 20 sind im Bereich zwischen benachbarten Halbleiterchips 13, also im Bereich des Vergusses 15, angeordnet.
In der Position der 8E ist ein flüssiges oder zähflüssiges Füllmaterial, vorliegend in Form eines Konversionsmaterials 40, 41, 42, auf die Emissionsfelder 11, 12 aufgebracht. Das Konversionsmaterial 40, 41, 42 ist dabei nur soweit aufgefüllt, dass das Konversionsmaterial 40, 41, 42 nicht über die Trennwände 20 fließt. Insbesondere überragen also die Trennwände 20 das Konversionsmaterial 40, 41, 42 in eine Richtung weg von dem Träger 6.
In der 8F ist eine weitere Position des Verfahrens gezeigt, bei dem das Konversionsmaterial 40, 41, 42 zu Füllelementen 31 in Form von Konversionselementen 31 ausgehärtet ist. Den einzelnen Emissionsfeldern 11, 12 beziehungsweise den einzelnen Halbleiterchips 13 sind dann einzelne Konversionselemente 31 eineindeutig zugeordnet. 8F zeigt ein fertiggestelltes optoelektronisches Bauelement 100 in Querschnittsansicht. Es könnte aber auch noch ein Vereinzelungsprozess, zum Beispiel mit Schnittebenen durch den Verguss 15, durchgeführt werden, um mehrere optoelektronische Bauelemente 100 zu produzieren.
In der 8G ist das optoelektronische Bauelement 100 der 8F in Draufsicht auf die Emissionsseite 10 dargestellt. Insbesondere ist in dieser Draufsicht zu erkennen, dass die Trennwände 20 ein Gitter mit einer Mehrzahl von Maschen bilden. Jeder Masche ist dabei ein Konversionselement 31 eineindeutig zugeordnet, sodass die Masche das zugehörige Konversionselement 31 und den zugehörigen Halbleiterchip 13 umgibt. Die Konversionselemente 31 überdecken in Draufsicht betrachtet ferner den gesamten zugeordneten Halbleiterchip 13.
Durch die Trennwände 20 kann eine schärfere optische Trennung der einzelnen Halbleiterchips 13 erfolgen. Vorteilhaft ist außerdem jedem Halbleiterchip 13 ein eigenes Füllelement 31 oder Konversionselement 31 zugeordnet, wodurch die Konversionselemente 31 seitlich nicht weit über den zugeordneten Halbleiterchip 13 hinausragen. Dadurch ist die Farbhomogenität erhöht.
In den 9A bis 9H ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gezeigt.
In der in 9A dargestellten ersten Position ist wieder ein Träger 6 mit einer Mehrzahl darauf aufgebrachter Halbleiterchips 13 bereitgestellt. Zwischen den Halbleiterchips 13 und dem Träger 6 ist eine Leiterbahn 61 angeordnet. Die Leiterbahn 61 ist zur gemeinsamen elektrischen Kontaktierung der in Reihe angeordneten Halbleiterchips 13 eingerichtet.
Die Position der 9B entspricht im Wesentlichen der der 8B. Wiederum ist ein Verguss 15 zwischen den Halbleiterchips 13 angeordnet, derart, dass eine dem Träger 6 abgewandte Seite des Vergusses 15 eine im Wesentlichen ebene Emissionsseite 10 zusammen mit den Strahlungsaustrittsseiten 16 der Halbleiterchips 13 ausbildet.
In der Position der 9C ist auf die Emissionsseite 10 eine elektrisch leitende Schicht 3, beispielsweise eine Metallschicht, wie eine Kupferschicht, aufgebracht. Die elektrisch leitende Schicht 3 ist beispielsweise aufgesputtert. Eine Dicke der elektrisch leitenden Schicht 3 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 100 nm und 500 nm.
In der 9D ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, in der eine strukturierte, elektrisch isolierende Schicht 4 auf die elektrisch leitende Schicht 3 aufgebracht ist. Dazu wurde zum Beispiel zunächst eine elektrisch isolierende Schicht 4 ganzflächig auf die elektrisch leitende Schicht 3 aufgebracht und anschließend mittels eines Lasers strukturiert.
Die elektrisch isolierende Schicht 4 ist derart strukturiert, dass die elektrisch leitende Schicht 3 in Bereichen freigelegt ist, wo anschließend Trennwände entstehen sollen. Vorliegend liegen diese Bereiche zwischen den Halbleiterchips 13, dort wo die Emissionsseite 10 durch den Verguss 15 gebildet ist. Die Emissionsfelder 11, 12 sind insbesondere von der elektrisch isolierenden Schicht 4 vollständig bedeckt.
In der 9E ist eine weitere Position in dem Verfahren gezeigt, in der Trennwände 20 in den freigelegten Bereichen der elektrisch leitenden Schicht 3 galvanisch gewachsen sind. Die Trennwände 20 sind beispielsweise aus Kupfer gebildet.
In der in der 9E gezeigten Querschnittsansicht ist zu erkennen, dass zwischen zwei benachbarten Halbleiterchips 13 jeweils zwei voneinander beabstandete Trennwände 20 ausgebildet sind. Dies ist vorteilhaft, da hier die Trennwände 20 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterchips 13 verwendet werden.
In der 9F ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, in der die elektrisch isolierende Schicht 4 wieder entfernt ist. Außerdem ist die elektrisch leitende Schicht 3 im Bereich der Emissionsfelder 11, 12 entfernt. Dazu wurde die elektrisch leitende Schicht 3 beispielsweise nach dem Entfernen der elektrisch isolierenden Schicht 4 weggeätzt.
In der 9G sind zwischen den Trennwänden 20 Füllelemente 31 in Form von Konversionselementen 31 ausgebildet. Dazu wurde beispielsweise wieder ein flüssiges oder zähflüssiges Konversionsmaterial im Bereich zwischen den Trennwänden 20 angeordnet und anschließend ausgehärtet. 9G zeigt gleichzeitig ein fertiggestelltes, optoelektronisches Bauelement 100 in Querschnittsansicht.
In der 9H ist das optoelektronische Bauelement 100 der 9G in Draufsicht auf die Emissionsseite 10 dargestellt. Zu erkennen ist wiederum, dass jedes Konversionselement 31 und der entsprechend zugeordnete Halbleiterchip 13 von einer Masche aus Trennwänden 20 umgeben ist. Vorliegend sind die Trennwände 20 einer Spalte von Halbleiterchips 13 elektrisch miteinander verbunden. Dadurch sind auch die Halbleiterchips 13 entlang einer Spalte über die Trennwände 20 elektrisch miteinander verbunden. Entlang einer Reihe von Halbleiterchips 13 sind die Trennwände 20 dagegen elektrisch voneinander isoliert. Dafür sind zwischen den Halbleiterchips 13 und dem Träger Leiterbahnen 61 vorgesehen, die die Halbleiterchips 13 in einer Reihe miteinander kontaktieren. Durch elektrisches Kontaktieren einer Spalte über entsprechende Trennwände 20 und einer Reihe über eine entsprechende Leiterbahn 61 kann gezielt ein Halbleiterchip 13 angesteuert und bestromt werden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 101 781.2 , 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 diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Grundelement/Halbleiterschichtenfolge
2: Fotolackschicht
3: elektrisch leitende Schicht
4: elektrisch isolierende Schicht
6: Träger
10: Emissionsseite
11: erstes Emissionsfeld
12: zweites Emissionsfeld
13: Halbleiterchip
14: nicht leuchtender Bereich
15: Verguss
16: Strahlungsaustrittsseite
20: Trennwand
21: vorläufige Trennwand
22: Fotolackmaske
31: Füllelement/Konversionselement
32: Füllelement/Konversionselement
40: Matrixmaterial
41: erste Leuchtstoffpartikel
42: zweite Leuchtstoffpartikel
43: Streupartikel
44: Streuschicht
61: Leiterbahn
100: optoelektronisches Bauelement/optoelektronischer Halbleiterchip

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018101781 [0165]

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip (100) umfassend: - eine Halbleitschichtenfolge (1) mit einer Emissionsseite (10), wobei die Emissionsseite (10) eine Mehrzahl von Emissionsfeldern (11, 12) umfasst; - Trennwände (20) auf der Emissionsseite (10) im Bereich zwischen zwei benachbarten Emissionsfeldern (11, 12); - ein Konversionselement (31, 32) auf einem oder mehreren Emissionsfeldern (11, 12); wobei - das Konversionselement (31, 32) ein Matrixmaterial (40) mit darin eingebrachten ersten Leuchtstoffpartikeln (41) umfasst; - die ersten Leuchtstoffpartikel (41) in dem Matrixmaterial (40) derart sedimentiert sind, dass der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel (41) in einem der Halbleiterschichtenfolge (1) zugewandten unteren Bereich des Konversionselements (31, 32) größer ist als im restlichen Bereich des Konversionselements (31, 32).
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1, wobei - der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel (41) in einem der Halbleiterschichtenfolge (1) abgewandten oberen Bereich des Konversionselements (31, 32) höchstens 75 % des Massenanteils der ersten Leuchtstoffpartikel (41) im unteren Bereich beträgt, - der untere Bereich eine Dicke von 10 % der Gesamtdicke des Konversionselements (31, 32) hat, - der obere Bereich eine Dicke von 10 % der Gesamtdicke des Konversionselements (31, 32) hat.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Konversionselement (31, 32) Streupartikel (43) umfasst, die in dem Matrixmaterial (40) eingebettet sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Leuchtstoffpartikel (41) einen anorganischen Leuchtstoff umfassen oder daraus bestehen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - einigen Emissionsfeldern (11, 12) jeweils ein eigenes Konversionselement (31, 32) eineindeutig zugeordnet ist, - die Trennwände (20) die Konversionselemente (31, 32) in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge (1) überragen oder bündig mit den Konversionselementen (31, 32) abschließen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein zusammenhängendes Konversionselement (31) mehrere Emissionsfelder (11, 12) überdeckt.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konversionselement (32) zweite Leuchtstoffpartikel (42) umfasst, die einen anderen Leuchtstoff als die ersten Leuchtstoffpartikel (41) umfassen oder daraus bestehen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 7, wobei der Massenanteil der zweiten Leuchtstoffpartikel (42) in dem unteren Bereich des Konversionselements (32) kleiner ist als in dem restlichen Bereich des Konversionselements (32) .
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die zweiten Leuchtstoffpartikel (42) einen organischen Leuchtstoff umfassen oder daraus bestehen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die zweiten Leuchtstoffpartikel (42) Quantenpunkte sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die zweiten Leuchtstoffpartikel (42) eine geringere Dichte und/oder eine geringere mittlere Partikelgröße als die ersten Leuchtstoffpartikel (41) aufweisen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Halbleiterschichtenfolge (1) mehrere unterschiedliche Konversionselemente (31, 32) mit unterschiedlichen Konversionseigenschaften verwendet sind.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100), umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines optoelektronischen Grundelements (1) mit einer Emissionsseite (10), wobei die Emissionsseite (10) eine Mehrzahl von Emissionsfeldern (11, 12) umfasst; B) Ausbilden einer Mehrzahl von Trennwänden (20, 21) auf der Emissionsseite (10), wobei die Trennwände (20, 21) zumindest eine Masche bilden, die in Draufsicht auf die Emissionsseite betrachtet ein Emissionsfeld (11, 12) umgibt und dabei zumindest abschnittsweise zwischen zwei benachbarten Emissionsfeldern (11, 12) verläuft; C) Auffüllen eines von der Masche aus Trennwänden (20, 21) umgebenen Bereichs mit einem flüssigen oder zähflüssigen Füllmaterial (40, 41, 42), E) Aushärten des Füllmaterials (40, 41, 42) zu einem Füllelement (31, 32).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: - im Schritt C) der von der Masche aus Trennwänden (20, 21) umgebene Bereich mit einem flüssigen oder zähflüssigen Konversionsmaterial (40, 41, 42) aufgefüllt wird, wobei das Konversionsmaterial (40, 41, 42) ein Matrixmaterial (40) mit darin verteilten ersten Leuchtstoffpartikeln (41) umfasst; - in einem Schritt D) die ersten Leuchtstoffpartikel (41) in dem Matrixmaterial (40) sedimentieren, sodass der Massenanteil der ersten Leuchtstoffpartikel (41) in einem der Emissionsseite (10) zugewandten, unteren Bereich des Konversionsmaterials (40, 41, 42) größer ist als im restlichen Bereich des Konversionsmaterials (40, 41, 42).
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei - die Trennwände (20, 21) im Schritt B) reflektierend oder absorbierend ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei - die Trennwände (20, 21) im Schritt B) aus einem Fotolack gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei - die Trennwände (20, 21) aus dem Fotolack eine Fotolackmaske (22) bilden; - nach dem Schritt C) die Trennwände (21) aus dem Fotolack entfernt werden; - nach dem Schritt C) finale Trennwände (20) in den Bereichen angeordnet werden, in denen zuvor die Trennwände (21) aus dem Fotolack ausgebildet waren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Trennwände (20) im Schritt B) galvanisch gewachsen werden.
Optoelektronisches Bauelement (100) umfassend: - ein optoelektronisches Grundelement (1) mit einer im Rahmen der Herstellungstoleranz ebenen Emissionsseite (10), wobei die Emissionsseite (10) ein Emissionsfeld (11, 12) umfasst, - mehrere Trennwände (20) auf der Emissionsseite (10), wobei die Trennwände (20) in Draufsicht auf die Emissionsseite (10) betrachtet das Emissionsfeld (11, 12) umgeben, - ein Füllelement (30, 31), das in Draufsicht auf die Emissionsseite (10) betrachtet von den Trennwänden (20) umgeben ist und formschlüssig an den Trennwänden (20) anliegt, wobei - die Trennwände (20) nicht einstückig mit dem optoelektronischen Grundelement (1) ausgebildet sind, - das Füllelement (30, 31) in Draufsicht auf die Emissionsseite (10) betrachtet mit dem von den Trennwänden (20) umgebenen Emissionsfeld (11, 12) überlappt.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 19, wobei - das optoelektronische Grundelement (1) einen auf einem Träger (6) angeordneten Halbleiterchip (13) und einen Verguss (15) rings um den Halbleiterchip (13) umfasst, - der Halbleiterchip (13) eine Strahlungsaustrittsseite (16) umfasst, - die Strahlungsaustrittsseite (16) zusammen mit einer dem Träger (6) abgewandten Seite des Vergusses (15) zumindest einen Teil der Emissionsseite (10) bildet, - die Strahlungsaustrittsseite (16) des Halbleiterchips (13) das Emissionsfeld (11, 12) bildet, - die Trennwände (20) auf der Emissionsseite (10) im Bereich des Vergusses (5) ausgebildet sind.