DE102011050450A1 - Optoelektronischer Halbleiterchip, optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronischer Halbleiterchip, optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements Download PDF

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Dr. Eisert Dominik
Dr. Baade Torsten
Michael Zitzlsperger
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Abstract

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

Description

  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterchip, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
  • Konventionelle optoelektronische Halbleiterchips und optoelektronische Bauelemente, die einen Primärlicht emittierenden Halbleiterkörper und ein Sekundärlicht emittierendes Lumineszenzkonversionselement aufweisen, strahlen oft einen unerwünschten Primärlichtanteil ab.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen optoelektronischen Halbleiterchip sowie ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, die besonders wenig unerwünschtes Primärlicht abstrahlen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Halbleiterchip, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben. Der Offenbarungsgehalt der Patentansprüche wird hiermit durch Rückbezug explizit in die Beschreibung mit aufgenommen.
  • Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Der Halbleiterchip ist beispielsweise ein Leuchtdiodenchip oder eine Laserdiode.
  • Der Halbleiterchip weist einen Halbleiterkörper auf, der zur Emission von Primärlicht ausgebildet ist. Der Halbleiterkörper enthält zur Lichterzeugung einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine Quantentopfstruktur. Der Halbleiterkörper – insbesondere der pn-Übergang, die Doppelheterostruktur oder die Quantentopfstruktur – basiert beispielsweise auf einem anorganischen Halbleitermaterial, etwa einem III/V-Verbindungshalbleitermaterial wie AlInGaN oder einem II/VI-Verbindungshalbleitermaterial wie ZnSe. Beispielsweise handelt es sich um einen Halbleiterkörper auf Basis von InGaN, der blaues Licht als Primärlicht emittiert.
  • Als „Primärlicht“ wird im vorliegenden Zusammenhang die vom Halbleiterkörper erzeugte elektromagnetische Strahlung verstanden. Das Primärlicht hat insbesondere ein Intensitätsmaximum im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich. Bei einer Weiterbildung hat es ein Intensitätsmaximum im blauen Spektralbereich. Die Wellenlänge des Intensitätsmaximums liegt beispielsweise zwischen 400 nm und 470 nm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
  • Es wird zudem ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das optoelektronische Bauelement weist den Halbleiterchip und ein Trägerelement auf. Der Halbleiterchip ist auf dem Trägerelement befestigt.
  • Bei zumindest einer Ausgestaltung ist das Trägerelement eine Leiterplatte, zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte. Der Halbleiterchip ist beispielsweise mit der sogenannten „Nacktchipmontage“(COB, chip-on-board)-Technologie auf der Leiterplatte befestigt, die dem Fachmann im Prinzip bekannt ist.
  • Bei einer anderen Ausgestaltung ist das Trägerelement als Grundgehäuse ausgebildet. Beispielsweise umfasst es einen Leiterrahmen, der mit einem Gehäusegrundkörper umspritzt ist. Bei einer Ausgestaltung hat der Gehäusegrundkörper eine dunkle, insbesondere schwarze, Farbe. Bei einer Weiterbildung weist das Grundgehäuse eine Vertiefung auf, in welcher der Halbleiterchip montiert ist.
  • Im Fall eines als Grundgehäuse ausgebildeten Trägerelements ist das Bauelement insbesondere zur Bestückung einer Leiterplatte vorgesehen. Beispielsweise ist das Bauelement zur Oberflächenmontage (SMT, surface mount technology) oder zur Durchsteckmontage, auch als „through hole technology“ bekannt, auf der Leiterplatte geeignet.
  • Bei zumindest einer Ausgestaltung weisen der optoelektronische Halbleiterchip und/oder das optoelektronische Bauelement ein Lumineszenzkonversionselement auf, das zur Emission von Sekundärlicht mittels Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des Primärlichts ausgebildet ist.
  • Als „Sekundärlicht“ wird im vorliegenden Zusammenhang das von dem Lumineszenzkonversionselement mittels Absorption von Primärlicht erzeugte wellenlängenkonvertierte Licht verstanden. Das Primärlicht stammt insbesondere von der Emission des Halbleiterchips. Das Sekundärlicht hat bei einer Ausgestaltung mindestens ein Intensitätsmaximum, das gegenüber dem Intensitätsmaximum des Primärlichts zu einer größeren Wellenlänge verschoben ist. Beispielsweise liegt das Intensitätsmaximum im grünen (520–565 nm), gelben (565–575 nm), orangen (575–595 nm) oder roten (595–800 nm) Spektralbereich.
  • Bei zumindest einer Ausgestaltung weist das Lumineszenzkonversionselement ein erstes Plättchen auf. Bei einer Weiterbildung weist das Lumineszenzkonversionselement zusätzlich ein zweites Plättchen auf.
  • Unter einem „Plättchen“ wird im vorliegenden Zusammenhang insbesondere ein im Wesentlichen prismenförmiges, insbesondere ein im Wesentlichen quaderförmiges, oder im Wesentlichen scheibenförmiges Element verstanden. „Im Wesentlichen“ bedeutet dabei beispielsweise, dass Ecken und/oder Kanten abgerundet sein können, Aussparungen wie eine in Draufsicht fehlende Ecke möglich sind und/oder Seitenflächen des Plättchens nicht vollkommen senkrecht zu der Grundfläche stehen müssen.
  • Bei einer Ausgestaltung hat das Plättchen eine im Wesentlichen konstante Dicke. Das bedeutet insbesondere, dass die Differenz zwischen den Abständen zweier beliebiger Teilstücke einer der Grundfläche des Plättchens gegenüberliegenden Deckfläche des Plättchens von der Grundfläche kleiner oder gleich 10 %, vorzugsweise kleiner oder gleich 5%, des Abstands der gesamten Deckfläche von der Grundfläche ist.
  • Das Plättchen ist insbesondere separat herstellbar und bei einer Weiterbildung vorgefertigt. Beispielsweise ist es dazu geeignet, bei der Herstellung des Halbleiterchips bzw. Halbleiterbauelements mittels eines sogenannten „pick-and-place“-Verfahrens verarbeitet zu werden. Das Plättchen ist bevorzugt mechanisch selbsttragend, das heißt insbesondere, dass es sich auf einer Längenskala einer Kantenlänge des Halbleiterchips nicht oder nicht signifikant verbiegt.
  • Bei zumindest einer Ausgestaltung ist die Dicke des ersten Plättchens 50 µm oder größer, vorzugsweise 100 µm oder größer, insbesondere 120 µm oder größer, beispielsweise 150 µm oder größer. Bei einer Weiterbildung ist die Dicke 250 µm oder kleiner, vorzugsweise 200 µm oder kleiner. Beispielsweise hat das erste Plättchen eine Dicke zwischen 100 µm und 200 µm, insbesondere zwischen 120 µm und 150 µm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Die gleichen Dicken sind auch für das zweite Plättchen geeignet.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist das erste Plättchen für die Primärstrahlung zumindest teilweise durchlässig ausgebildet. Beispielsweise ist das erste Plättchen transparent. Alternativ kann es auch transluzent sein, beispielsweise enthält es lichtstreuende Partikel in einem transparenten Matrixmaterial.
  • Bei einer Weiterbildung ist das erste Plättchen dazu ausgebildet, einfallendes Primärlicht ohne Wellenlängenkonversion zu transmittieren. Bei einer anderen Ausgestaltung enthält das erste Plättchen einen Leuchtstoff. Beispielsweise enthält es Partikel eines anorganischen Leuchtstoffs in einem insbesondere transparenten Matrixmaterial. Das Matrixmaterial kann beispielsweise ein Epoxidharz oder ein Silikonharz sein. Alternativ kann das Plättchen ein den Leuchtstoff enthaltendes keramisches Material oder eine den Leuchtstoff enthaltende Glasmatrix aufweisen oder daraus bestehen.
  • Als weitere Alternative kann der Leuchtstoff auf einen transparenten oder transluzenten Träger, zum Beispiel auf einen Glasträger oder Keramikträger, aufgebracht sein. Beispielsweise ist der Leuchtstoff auf den Träger aufgedruckt oder elektrophoretisch auf dem Träger abgeschieden. Auf diese Weise kann eine sehr dünne und hoch konzentrierte Leuchtstoffschicht (beispielsweise mit einer Leuchtstoffkonzentration 50 Vol-% oder mehr, insbesondere von bis zu 60 Vol-%) erzielt werden, so dass eine besonders gute Wärmeableitung vom Leuchtstoff in den Träger erzielbar ist. Die Gefahr einer Überhitzung, insbesondere durch Stokes-Wärme, in der Leuchtstoffschicht ist so besonders gering. Der Träger kann zum Beispiel das zweite Plättchen oder ein Bestandteil des zweiten Plättchens sein.
  • Als Leuchtstoffe kommen zum Beispiel Leuchtstoffe mit Granatstruktur wie (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce (beispielsweise für gelbes Sekundärlicht) und Lu3Al5O12:Ce (beispielsweise für grünes Sekundärlicht) in Frage. Auch Nitridleuchtstoffe wie (Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu, Oxinitridleuchtstoffe (Ba,Sr,Ca)Si2O2N2:Eu, Orthosilikatleuchtstoffe wie (Ba,Sr,Ca)2SiO4: Eu, Chlorosilikatleuchtstoffe wie Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu und Sulfidleuchtstoffe in Frage. Auch Leuchtstoffe mit einer Kristallstruktur, die ein Abkömmling einer dieser Kristallsysteme oder zu einem dieser Kristallsysteme ähnlich ist, sind denkbar. Beispielsweise kann eine Mischung aus einem gelbes Sekundärlicht emittierenden Oxinitridleuchtstoff mit einem rotes Sekundärlicht emittierenden Nitridleuchtstoff verwendet sein. Bei einer solchen Mischung ist der Farbort des Sekundärlichts besonders gut einstellbar.
  • Die Leuchtstoffpartikel haben beispielsweise einen mittleren Durchmesser (auch Median oder d50 genannt) von 5 µm oder mehr, vorzugsweise von 10 µm oder mehr, insbesondere von 15 µm oder mehr. Der mittlere Durchmesser hat beispielsweise einen Wert von 50 µm oder weniger. Mit Leuchtstoffpartikeln solcher Durchmesser ist das Verhältnis von Absorption zu Streuung bei der Wechselwirkung der Partikel mit dem Primärlicht besonders groß.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist das erste Plättchen an einem ersten Teilbereich einer zur Abstrahlung von Primärlicht vorgesehenen Außenfläche des Halbleiterkörpers befestigt und lässt einen zweiten Teilbereich dieser Außenfläche frei. Das zweite Plättchen ist insbesondere an einer von dem Halbleiterkörper abgewandten Oberfläche des ersten Plättchens befestigt und von dem Halbleiterkörper beabstandet.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist das erste Plättchen mittels einer transparenten oder transluzenten Klebstoffschicht an dem ersten Teilbereich befestigt. Alternativ kann es direkt auf dem Halbleiterkörper hergestellt sein. Die Dicke der Klebstoffschicht beträgt insbesondere weniger als die Hälfte, besonders bevorzugt weniger als ein Viertel, besonders bevorzugt weniger als zehn Prozent der Dicke des ersten Plättchens. Beispielsweise hat sie eine Dicke von 10 µm oder weniger. Bei einer Weiterbildung hat die Dicke der Klebstoffschicht einen Wert von 0,5 µm oder mehr.
  • Das zweite Plättchen kann ebenfalls mit einer solchen Klebstoffschicht an dem ersten Plättchen befestigt sein. Mittels der Klebstoffschicht(en) können Unebenheiten der verklebten Oberflächen des Halbleiterkörpers, des ersten Plättchens und/oder des zweiten Plättchens mit Vorteil ausgeglichen sein.
  • Alternativ kann das erste Plättchen direkt an das zweite Plättchen angrenzen. Beispielsweise ist es direkt auf dem zweiten Plättchen hergestellt. Beispielsweise ist es mittels eines Guss-, Siebdruck-, Elektrophorese-, Sprühbeschichtungs(„spray coating“)- oder Schleuderbeschichtungs(„spin coating“)-Verfahrens auf das zweite Plättchen aufgebracht.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung überdeckt ein Abschnitt des zweiten Plättchens zumindest den zweiten Teilbereich. Das zweite Plättchen oder zumindest der Abschnitt des zweiten Plättchens ist für die Primärstrahlung insbesondere absorbierend und/oder reflektierend und/oder streuend ausgebildet.
  • Auf diese Weise ist mit Vorteil die Gefahr verringert, dass von dem zweiten Teilbereich abgestrahltes Primärlicht in unerwünschter Weise von dem Halbleiterchip ausgekoppelt wird. Beispielsweise im Fall eines ersten Plättchens, das einen Teil der Primärlicht abstrahlenden Außenfläche des Halbleiterkörpers frei lässt – zum Beispiel im Fall eines zu kleinen oder dezentriert aufgebrachten erstes Plättchens –, können mittels des zweiten Plättchens die Emissionseigenschaften verbessert werden, so dass insbesondere der Ausschuss bei der Produktion der Halbleiterchips vorteilhaft gering ist. Zudem kann beispielsweise die Gefahr von unerwünschter Auskopplung von Primärlicht reduziert sein, das aus der Klebstoffschicht unerwünscht neben das erste Plättchen ausgekoppelt wird.
  • Das zweite Plättchen kann in Draufsicht die gleichen Abmessungen haben wie der Halbleiterkörper. Gemäß zumindest einer anderen Ausgestaltung überragt ein Randbereich des zweiten Plättchens den Halbleiterkörper seitlich und der Randbereich ist für die Primärstrahlung absorbierend und/oder reflektierend und/oder streuend ausgebildet. Auf diese Weise ist mit Vorteil die Gefahr reduziert, dass von den Seitenflanken des Halbleiterkörpers, der Klebstoffschicht und/oder des ersten Plättchens austretendes Primärlicht in unerwünschter Weise vom Halbleiterchip abgestrahlt wird.
  • Bei zumindest einer Ausgestaltung enthält das zweite Plättchen Diffusorpartikel, die in einem Matrixmaterial, insbesondere einem Glas oder einem Kunststoff wie Epoxidharz oder Silikonharz, enthalten sind. Auf diese Weise ist das zweite Plättchen, der Abschnitt und/oder der Randbereich für das Primärlicht streuend ausgebildet. So kann mit Vorteil eine besonders gute Homogenität im Aussehen des Halbleiterchips in Draufsicht erzielt werden. Ebenso ist eine gute Durchmischung von Primär- und Sekundärlicht erzielbar.
  • Bei zumindest einer Ausgestaltung enthält das zweite Plättchen einen Leuchtstoff. Dabei kann es sich um den gleichen Leuchtstoff oder das gleiche Leuchtstoffgemisch wie bei dem ersten Plättchen handeln. Wie bei dem ersten Plättchen kann der/die Leuchtstoff(e) in einer Glasmatrix, einer Kunststoffmatrix, zum Beispiel einer Epoxidharz- oder Silikonharzmatrix, eingebettet oder in einem keramischen Material enthalten sein. Mittels des Leuchtstoffs ist das zweite Plättchen, der Abschnitt und/oder der Randbereich für das Primärlicht absorbierend ausgebildet. Zusätzlich ist das zweite Plättchen bzw. der Abschnitt mittels des Leuchtstoffs oder Leuchtstoffgemischs zur Emission von Sekundärlicht ausgebildet. Bei einer Weiterbildung enthält das zweite Plättchen mindestens einen Leuchtstoff und das erste Plättchen ist transparent oder transluzent ausgebildet.
  • Alternativ können das erste und das zweite Plättchen den gleichen Leuchtstoff bzw. das gleiche Leuchtstoffgemisch oder verschiedene Leuchtstoffe enthalten. In diesem Fall liegt das Intensitätsmaximums des in dem ersten Plättchen enthaltenen Leuchtstoffs vorzugsweise bei einer größeren Wellenlänge als das Intensitätsmaximum des in dem zweiten Plättchen enthaltenen Leuchtstoffs, wodurch eine besonders hohe Gesamteffizienz der Wellenlängenkonversion erzielbar ist. Auch die umgekehrte Anordnung ist jedoch denkbar. Mittels zweier Leuchtstoff enthaltender Plättchen ist eine besonders gute Einstellung des Farborts des vom Halbleiterchip ausgekoppelten Lichts möglich.
  • Bei zumindest einer Ausgestaltung enthält das zweite Plättchen einen wellenlängenselektiven Filter, der zur Transmission von Sekundärlicht und zur Absorption und/oder Reflexion von Primärlicht ausgebildet ist. Auf diese Weise ist ein besonders effizienter Halbleiterchip erzielbar.
  • Bei einer Weiterbildung ist einem Matrixmaterial zur Ausbildung des wellenlängenselektiven Filters ein selektiv absorbierendes Material, insbesondere in Form von Partikeln, beigemischt. Bei dem absorbierenden Material kann es sich zum Beispiel um sehr hoch dotiertes YAG:Ce mit einer Absorptionsbande bei ca. 460 nm, um ZnSe, MoS2 und/oder 3C-SiC handeln. 3C-SiC ist insbesondere Siliziumkarbid, das eine kubische Kristallstruktur und eine Bandlücke im sichtbaren Spektralbereich hat. Das absorbierende Material kann in Form von Partikeln in dem zweiten Plättchen enthalten sein, die beispielsweise mittlere Durchmesser von 5 µm oder mehr, vorzugsweise von 10 µm oder mehr, insbesondere von 15 µm oder mehr haben. Vorteilhafterweise ist so die Streuung besonders gering.
  • Auch sogenannte Ionengläser, die zum Beispiel von der Firma Schott mit der Serienbezeichnung „BG“ kommerziell erhältlich sind, kommen als wellenlängenselektive Filter in Frage. Beispielsweise enthält ein Ionenglas zumindest die Elemente Zn, K, Si und O.
  • Bei einer Weiterbildung umfasst der wellenlängenselektive Filter einen organischen oder anorganischen Farbstoff, beispielsweise einen grünen, gelben, orangen oder roten Farbstoff. Mittels des Farbstoffs ist das zweite Plättchen, der Abschnitt und/oder der Randbereich für das Primärlicht absorbierend ausgebildet.
  • Bei einer anderen Weiterbildung umfasst der wellenlängenselektiver Filter alternativ oder zusätzlich einen Schichtstapel, in dem Schichten aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex und Schichten aus einem Material mit einem niedrigen Brechungsindex abwechselnd aufeinander folgen. Der Schichtstapel ist beispielsweise auf einem Träger, beispielsweise aus Kunststoff, Glas, Saphir oder 4H-SiC, abgeschieden. 4H-SiC ist eine Modifikation von Siliziumkarbid, deren Bandlücke außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegt. Bei Verwendung eines Kunststoffträgers ist der Schichtstapel vorzugsweise zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet. Auf diese Weise ist die Gefahr einer Beschädigung des Kunststoffs durch die Primärstrahlung reduziert.
  • Mittels des Schichtstapels ist das zweite Plättchen, der Abschnitt und/oder der Randbereich für das Primärlicht reflektierend ausgebildet. Mittels eines wellenlängenselektiv reflektierenden Schichtstapels ist ein besonders effizientes Lumineszenzkonversionselement erzielbar, da das Primärlicht von dem Schichtstapel in einen Leuchtstoff enthaltenden Bereich des Lumineszenzkonversionselements zurück reflektiert wird, wo es wieder für die Wellenlängenkonversion zur Verfügung steht.
  • Beispielsweise enthält der Schichtstapel zwischen 10 und 20 Schichtpaare mit einer SiO2-Schicht (z.B. mit einem Brechungsindex n = 1,4) und einer Si3N4-Schicht (z.B. mit einem Brechungsindex n = 1,8). Anstelle der Si3N4-Schichten kann eine Schicht aus einem Material mit einem Brechungsindex n ≥ 1,9, vorzugsweise n ≥ 1,95, insbesondere n ≥ 2 verwendet sein, zum Beispiel eine Schicht aus einem Titanoxid wie Titandioxid, aus einem Tantaloxid wie beispielsweise Ta2O5 oder einem Hafniumoxid wie HfO2. Auf diese Weise ist ein großer Reflexionsgrad im blauen Spektralbereich und eine großer Transmissionsgrad im gelben und/oder orangen Spektralbereich erzielbar.
  • Bei einer Ausgestaltung mehrere Abschnitte mit Schichtpaaren unterschiedlicher Dicke. Die Abschnitte sind insesondere übereinander gestapelt. Auf diese Weise kann die gewünschte Wellenlängenselektivität für einen besonders großen Bereich von Einfallswinkeln des Primär- bzw. Sekundärlichts erzielt werden. Beispielsweise haben die Schichtpaare in dem ersten Abschnitt eine Dicke von 50 nm und in dem zweiten Abschnitt eine Dicke von 55 nm. Bei einer Weiterbildung folgen ein erster, ein zweiter und ein dritter Abschnitt aufeinander, wobei die Schichtpaare in dem ersten Abschnitt eine Dicke von 50 nm, in dem zweiten Abschnitt von 52 nm und in dem dritten Abschnitt von 55 nm haben.
  • Bei einer anderen Weiterbildung umfasst das zweite Plättchen eine Reflektorschicht, zum Beispiel eine spiegelnde Schicht, welche den zweiten Teilbereich überdeckt. Die Reflektorschicht ist insbesondere für Primärstrahlung und Sekundärstrahlung reflektierend ausgebildet. Beispielsweise enthält sie mindestens ein Metall wie Au, Ag und/oder Al oder besteht daraus. Die Reflektorschicht lässt zweckmäßigerweise mindestens einen Teil des ersten Teilbereichs unbedeckt, das heißt sie überlappt in Draufsicht auf das zweite Plättchen nicht oder nur teilweise mit dem ersten Plättchen. Bei einer Weiterbildung überdeckt die Reflektorschicht in Draufsicht auf das zweite Plättchen einen umlaufenden Randbereich des Halbleiterkörpers. Ragt ein Randbereich des zweiten Plättchens seitlich über den Halbleiterkörper hinaus, ist die Reflektorschicht vorzugsweise auf dem Randbereich aufgebracht. Beispielsweise ist die Reflektorschicht ringförmig ausgebildet und lässt lediglich einen Mittelbereich des zweiten Plättchens frei, der in Draufsicht vollständig mit dem ersten Plättchen überlappt.
  • Die Reflektorschicht kann auf einem transparenten oder transluzenten Träger, etwa einem Glas- oder Kunststoffträger, hergestellt sein. Die Herstellung kann einen Metallisierungsschritt wie Aufdampfen, sowie einen Strukturierungsprozess, etwa mittels einer Schattenmaske beim Aufdampfen, mittels Photolitographie oder mittels Laserstrukturierung, umfassen. Beispielsweise kann die Reflektorschicht Gold enthalten oder daraus bestehen.
  • Vorteilhafterweise absorbiert Gold blaues Primärlicht und reflektiert gelbes Sekundärlicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist der Halbleiterchip zur Abstrahlung von Licht vorgesehen, das einen roten, orangen, gelben oder grünen Farbeindruck hervorruft. Ein derartiger Halbleiterchip ist beispielsweise als rote bzw. grüne Lichtquelle für Projektionsvorrichtungen geeignet. Dabei kann mit dem Halbleiterchip vorteilhafterweise eine besonders hohe Farbbrillanz und eine zufriedenstellende Lichtstärke für Projektionsanwendungen erzielt werden. Alternativ kann der Halbleiterchip als Lichtquelle für eine Kraftfahrzeugleuchte verwendet sein, zum Beispiel als orange Lichtquelle für eine Blinkleuchte oder Warnleuchte oder als rote Lichtquelle für eine Rück- oder Bremsleuchte.
  • Bei zumindest einer Ausgestaltung sind das erste und/oder das zweite Plättchen derart für die Primärstrahlung absorbierend und/oder reflektierend ausgebildet, dass das Lumineszenzkonversionselement an seiner von dem Halbleiterkörper abgewandten, zur Abstrahlung von Sekundärlicht vorgesehenen Oberfläche höchstens drei Prozent, vorzugsweise höchstens zwei Prozent, besonders bevorzugt höchstens ein Prozent der Strahlungsleistung eines durch seine dem Halbleiterkörper zugewandte Oberfläche eingekoppelten Primärlichts abstrahlt. Auf diese Weise ist der Halbleiterchip vollkonvertierend ausgebildet. Bei einem vollkonvertierenden Halbleiterchip ist die Farbsättigung – insbesondere das Verhältnis der Strahlungsleistung von Sekundär- zu Primärstrahlung – beispielsweise größer oder gleich 95 %, beispielsweise größer oder gleich 96 %, insbesondere größer oder gleich 98 %.
  • Beispielsweise bei einem vollkonvertierenden Halbleiterchip hat gemäß zumindest einer Ausgestaltung das Primärlicht ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge von 440 nm oder weniger, zum Beispiel bei einer Wellenlänge zwischen 440 nm und 400 nm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Auf diese Weise ist eine hohe Farbsättigung mit einer besonders niedrigen Leuchtstoffkonzentration im ersten und/oder zweiten Plättchen erzielbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist auf den von dem ersten Plättchen frei gelassenen Teilbereich der Außenfläche des Halbleiterkörpers mindestens eine elektrische Anschlussstelle aus einem metallischen Material aufgebracht, insbesondere ein Bondpad. Das optoelektronische Bauteil weist gemäß zumindest einer Ausgestaltung einen elektrischen Anschlussleiter auf, der an der elektrischen Anschlussstelle befestigt ist. Bei dem elektrischen Anschlussleiter handelt es sich zum Beispiel um einen Bonddraht oder um ein Leiterband. Der Anschlussleiter hat beispielsweise eine Dicke von 50 µm oder weniger. Zum Beispiel ist ein Bonddraht mit einem Querschnitt zwischen 30 µm und 40 µm verwendet, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
  • Ein Leiterband hat beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt, dessen Breite insbesondere größer ist, zum Beispiel mindestens 1,5 mal so groß oder mindestens 2 mal so groß wie seine Höhe. Die Breite ist dabei die Ausdehnung in der Ebene der Fläche der elektrischen Anschlussstelle, auf der das Leiterband befestigt ist, die Höhe des rechteckigen Querschnitts ist die Ausdehnung senkrecht zu dieser Fläche. Beispielsweise hat die Höhe einen Wert von höchstens 30 µm. Anders ausgedrückt handelt es sich bei dem Leiterband um eine streifenförmige Metallfolie.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung überdeckt das zweite Plättchen den elektrischen Anschlussleiter zumindest stellenweise. Der an der Anschlussstelle befestigte Anschlussleiter überragt den Halbleiterkörper zumindest in dem vom zweiten Plättchen überdeckten Bereich zweckmäßigerweise um eine Höhe, die geringer ist als die Dicke des ersten Plättchens. Beispielsweise überragt der Anschlussleiter in diesem Bereich den Halbleiterkörper um 100 µm oder weniger, bei einer Ausgestaltung um 50 µm oder weniger, beispielsweise um 45 µm oder weniger. Auf diese Weise ist das zweite Plättchen vorteilhafterweise von dem Bonddraht bzw. dem Leiterband beabstandet.
  • Die Befestigung eines Leiterbands an der elektrischen Anschlussstelle erfolgt – insbesondere im Gegensatz zu einem Bonddraht – vorzugsweise ohne einen sogenannten Bond-Ball. Auf diese Weise ragt das Leiterband besonders wenig über die Außenfläche des Halbleiterkörpers hinaus, so dass die Dicke des ersten Plättchens besonders klein gewählt werden kann.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist der Halbleiterkörper seitlich mit einer reflektierenden Masse umgeben, welche zumindest den ersten Teilbereich der zur Abstrahlung von Primärlicht vorgesehene Außenfläche frei lässt. Beispielsweise ist die Masse auf der Leiterplatte abgeschieden oder in die Vertiefung des Grundgehäuses gefüllt. Beispielsweise enthält die reflektierende Masse reflektierende Partikel, zum Beispiel TiO2-Partikel in einem Matrixmaterial wie einem Silikonharz oder Epoxidharz.
  • Die Einbettung des Halbleiterkörpers in die reflektierende Masse kann zum Beispiel vorteilhafterweise die Gefahr verringern, dass Primärlicht von den Seitenflanken des Halbleiterkörpers abgestrahlt wird ohne auf das erste und/oder zweite Plättchen zu treffen. Zudem ist die Gefahr verringert, dass Primärlicht auf den beispielsweise stellenweise schlecht reflektierenden Gehäuseboden trifft.
  • Bei einer Weiterbildung sind der Halbleiterkörper und das erste Plättchen mit der reflektierenden Masse umgeben und die reflektierende Masse überdeckt den zweiten Teilbereich zumindest stellenweise. Vorzugsweise enthält das erste Plättchen in diesem Fall entweder ein keramisches Material mit Leuchtstoff oder es ist transparent oder transluzent ohne Wellenlängenkonversionseigenschaften ausgebildet. Insbesondere ist auch die Klebstoffschicht, mit welcher das erste Plättchen auf dem Halbleiterkörper befestigt sein kann, seitlich von der reflektierenden Masse umgeben. Auf diese Weise ist die Gefahr der Emission von Primärlicht von anderen Stellen des Halbleiterkörpers als dem ersten Teilbereich, auf dem das erste Plättchen befestigt ist, weiter reduziert.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung enthält das erste und/oder das zweite Plättchen ein Matrixmaterial, beispielsweise ein Epoxidharz, in das Füllpartikel eingebettet sind, welche zur Veränderung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorgesehen sind. Beispielsweise handelt es sich bei den Füllpartikeln um Glasperlen. Insbesondere ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Plättchens mittels der Füllpartikel an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten einer den Halbleiterchip umhüllenden Vergussmasse des Bauelements angepasst. Alternativ zur Verwendung eines Füllstoffs kann zur Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten für das Matrixmaterial auch ein ähnliches Material verwendet werden, wie für die Vergussmasse.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist das optoelektronische Bauelement eine Reflektorkavität und eine Reflektorschicht auf. Die Reflektorkavität hat eine Öffnung mit einem ersten Teilbereich, der mit der Reflektorschicht abgedeckt ist und einem zweiten Teilbereich, der von der Reflektorschicht unbedeckt ist. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung überlappt das Lumineszenzkonversionselement in Draufsicht auf die Öffnung vollständig mit dem zweiten Teilbereich.
  • Beispielsweise wird die Reflektorkavität von der Vertiefung des Grundgehäuses gebildet. Vorzugsweise ist zumindest die umlaufende Seitenwand der Vertiefung zur Ausbildung der Reflektorkavität verspiegelt, insbesondere mittels einer Silber- und/oder Aluminiumschicht und/oder mittels einer – beispielsweise hochreflektiven – weißen Farbschicht.
  • Die Reflektorschicht ist beispielsweise auf einen Träger aufgebracht, mit dem die Öffnung – insbesondere vollständig – überdeckt ist. Beispielsweise ist der Träger als Deckel auf das Grundgehäuse aufgesetzt.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung überlappt in Draufsicht auf die Öffnung der zweite Teilbereich vollständig mit dem Halbleiterkörper. Beispielsweise hat der Halbeiterkörper einen Mittelbereich und einen um den Mittelbereich vollständig umlaufenden Randbereich und die Reflektorschicht überdeckt die Öffnung einschließlich des Randbereichs des Halbleiterkörpers bis auf den Mittelbereich.
  • Eine solche Ausgestaltung ist beispielsweise für Halbleiterchips vorteilhaft, bei denen der Halbleiterkörper mit einem Konverterplättchen versehen ist. Ein Konverterplättchen ist beispielsweise wie das vorstehend beschriebene erste Plättchen aufgebaut, wenn dieses mit einem Leuchtstoff versehen ist. Mittels der Reflektorschicht ist die Gefahr verringert, dass Primärlicht des Halbleiterkörpers, das beispielsweise von dessen Seitenflanken emittiert wird, ohne Durchgang durch das Konverterplättchen aus der Reflektorkavität austritt.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist der zweite Teilbereich seitlich von dem Halbleiterkörper, insbesondere um den Halbleiterkörper umlaufend, in einem Randbereich der Öffnung angeordnet. Beispielsweise überdeckt die Reflektorschicht einen Mittelbereich der Öffnung, der vollständig mit dem Halbleiterkörper überlappt, während ein Randbereich, insbesondere ein vollständig um den Mittelbereich der Öffnung umlaufender, Randbereich der Öffnung, von der Reflektorschicht unbedeckt und zur Lichtauskopplung aus dem Bauelement vorgesehen ist.
  • Eine solche Ausgestaltung ist beispielsweise für Bauelemente mit einem Lumineszenzkonversionsverguss, der die Reflektorkavität teilweise oder vollständig füllt, vorteilhaft. Ein Lumineszenzkonversionsverguss enthält beispielsweise Partikel eines insbesondere anorganischen Leuchtstoffs in einer Kunststoffmatrix, etwa einem Epoxid- oder Silikonharz. Als Leuchtstoff sind die vorstehend genannten Materialien besonders gut geeignet.
  • Mittels der Reflektorschicht kann beispielsweise ein vollkonvertierendes Bauelement mit einer besonders geringen Bauhöhe erzielt werden. Die Höhe des Lumineszenzkonversionsvergusses über dem Halbleiterkörper braucht nicht so groß gewählt zu werden, dass beispielsweise senkrecht von der vom Trägerelement abgewandten Außenfläche des Halbleiterkörper emittiertes Primärlicht beim erstmaligen Durchlaufen des Lumineszenzkonversionsvergusses vom Halbleiterkörper bis zur Öffnung vollständig absorbiert wird. Vielmehr wird der nicht absorbierte Anteil des Primärlichts an der Reflektorschicht in den Lumineszenzkonversionsverguss zurück reflektiert.
  • Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen angegeben. Bei dem Verfahren wird das Trägerelement für den Halbleiterkörper bereitgestellt. Nachfolgend wird der Halbleiterkörper auf dem Trägerelement befestigt. Nachfolgend auf das Befestigen des Halbleiterkörpers wird der elektrische Anschlussleiter an dem Halbleiterkörper und an dem Trägerelement befestigt. Nachfolgend auf das Befestigen des Anschlussleiters wird der Anschlussleiter zumindest stellenweises mit dem zweiten Plättchen überdeckt.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird das erste Plättchen vor dem Befestigen des Anschlussleiters an dem Halbleiterkörper befestigt und das zweite Plättchen wird nachfolgend auf das Befestigen des Anschlussleiters an dem ersten Plättchen befestigt. Bei einer alternativen Ausgestaltung wird zunächst das Lumineszenzkonversionselement mit dem ersten und dem zweiten Plättchen hergestellt und das Lumineszenzkonversionselement wird nachfolgend auf das Befestigen des Anschlussleiters an dem Halbleiterkörper befestigt.
  • Zur Herstellung des Lumineszenzkonversionselements kann bei beiden Ausgestaltungen beispielsweise das erste Plättchen mit dem zweiten Plättchen mittels einer Klebstoffschicht verklebt werden. Wird das Lumineszenzkonversionselement mit dem ersten und zweiten Plättchen zunächst hergestellt und der Verbund aus erstem und zweitem Plättchen nachfolgend an dem Halbleiterkörper befestigt, kann alternativ das erste Plättchen auf dem zweiten Plättchen abgeschieden werden oder das zweite Plättchen kann auf dem ersten Plättchen abgeschieden werden, beispielsweise mittels eines Guss-, Siebdruck-, Elektrophorese-, Sprühbeschichtungs- oder Schleuderbeschichtungs-Verfahrens.
  • Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird ein Nutzen mit einer Vielzahl von Lumineszenzkonversionselement-Bereichen hergestellt und nachfolgend zu den Lumineszenzkonversionselementen vereinzelt. Zum Beispiel wird eine mit einer Schichtenfolge aus Schichtpaaren mit alternierend hohem und niedrigem Brechungsindex versehene Glasplatte elektrophoretisch mit Leuchtstoff beschichtet und anschließend zu Lumineszenzkonversionselementen mit einem zweiten Plättchen, das einen Glasträger und einen wellenlängenselektiv reflektierenden Schichtstapel auf dem Glasträger aufweist, und einem ersten Plättchen, das einen Leuchtstoff enthält, vereinzelt.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einem Halbleiterkörper, der zur Emission von Primärlicht ausgebildet ist, und einem Lumineszenzkonversionselement, das zur Emission von Sekundärlicht mittels Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des Primärlichts ausgebildet ist angegeben. Das Lumineszenzkonversionselement weist ein erstes Plättchen auf, das an einem ersten Teilbereich einer zur Abstrahlung von Primärlicht vorgesehenen Außenfläche des Halbleiterkörpers befestigt ist und einen zweiten Teilbereich dieser Außenfläche frei lässt. Zudem weist das Lumineszenzkonversionselement ein zweites Plättchen auf, das an einer von dem Halbleiterkörper abgewandten Oberfläche des ersten Plättchens befestigt und von dem Halbleiterkörper beabstandet ist. Das erste Plättchen ist für die Primärstrahlung zumindest teilweise durchlässig ausgebildet. Ein ein Abschnitt des zweiten Plättchens überdeckt zumindest den zweiten Teilbereich. Zumindest der Abschnitt des zweiten Plättchens ist für die Primärstrahlung absorbierend und/oder reflektierend und/oder streuend ausgebildet.
  • Mit Vorteil emittiert der Halbleiterchip besonders wenig Primärlicht, das nicht auf das erste und/oder zweite Plättchen trifft. Beispielsweise ist die Gefahr von Farbinhomogenitäten an den Rändern des Halbleiterkörpers gegenüber einem Halbleiterchip ohne das zweite Plättchen mit Vorteil verringert.
  • Gemäß zumindest einer Ausgestaltung wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben mit einer Reflektorkavität, einem lichtemittierenden Halbleiterkörper, der zur Emission von Primärlicht ausgebildet ist, in der Reflektorkavität und einem Lumineszenzkonversionselement, das zur Emission von Sekundärlicht mittels Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des Primärlichts ausgebildet ist. Die Reflektorkavität weist eine Öffnung auf, ein erster Teilbereich der Öffnung ist mit einer Reflektorschicht abgedeckt. Ein zweiter Teilbereich der Öffnung ist von der Reflektorschicht unbedeckt. Das Lumineszenzkonversionselement überlappt in Draufsicht auf die Öffnung vollständig mit dem zweiten Teilbereich.
  • Auf diese Weise ist ein optisch langer Weg der Primärstrahlung durch das Lumineszenzkonversionselement bei zugleich niedriger Bauhöhe des Bauelements erzielbar.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterchips, des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
  • 1A einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Aspekt in einer schematischen Schnittdarstellung,
  • 1B eine schematische Draufsicht auf den Halbleiterchip der 1A,
  • 2 einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem zweiten Aspekt in einer schematischen Schnittdarstellung,
  • 3A bis 3E schematische Schnittdarstellungen durch verschiedene Varianten von zweiten Plättchen,
  • 4A eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem dritten Aspekt,
  • 4B eine schematische Draufsicht auf den Halbleiterchip gemäß der 4A,
  • 4C eine schematische Schnittdarstellung eines Lumineszenzkonversionselements für eine Variante des Halbleiterchips gemäß dem dritten Aspekt,
  • 5 eine schematische Schnittdarstellung durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem ersten Aspekt,
  • 6A bis 6D verschiedene Stadien eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem zweiten Aspekt in schematischen Schnittdarstellungen,
  • 7A bis 7D schematische Schnittdarstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem dritten Aspekt,
  • 8 eine schematische Schnittdarstellung durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem vierten Aspekt,
  • 9 eine schematische Schnittdarstellung durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem fünften Aspekt,
  • 10 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem sechsten Aspekt,
  • 11A eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem siebten Aspekt,
  • 11B eine schematische Schnittdarstellung des Bauelements der 11A,
  • 12A eine schematische Draufsicht auf ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem achten Aspekt,
  • 12B eine schematische Schnittdarstellung des optoelektronischen Bauelements der 12A,
  • 13 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem neunten Aspekt,
  • 14 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem zehnten Aspekt,
  • 15 die Abhängigkeit der Farbsättigung und der Effizienz von der Leuchtstoffkonzentration bei dem Halbleiterchip gemäß dem zweiten Aspekt,
  • 16 die Abhängigkeit der Farbsättigung von der Anregungswellenlänge bei dem Halbleiterchip gemäß dem ersten Aspekt,
  • 17 das CIE-Diagramm mit verschiedenen Bereichen von Farborten, und
  • 18 die Reflektivität des Schichtstapels des Halbleiterchips gemäß dem zweiten Aspekt in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
  • In den Figuren und Ausführungsbeispielen des Halbleiterchips, des Bauelements und des Verfahrens gemäß der verschiedenen Aspekte sind gleiche oder ähnliche Bestandteile beziehungsweise gleich oder ähnlich wirkende Bestandteile mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente sind nicht als maßstäblich zu betrachten, es sei denn, eine Skala ist explizit angegeben. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zur besseren Verständlichkeit übertrieben groß oder dick dargestellt sein.
  • 1A zeigt einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem ersten Aspekt in einer schematischen Schnittdarstellung.
  • Der Halbleiterchip 1 enthält einen optoelektronischen Halbleiterkörper 10. Der Halbleiterkörper 10 weist eine Halbleiterschichtenfolge 11, ein Substrat 12 und eine elektrische Anschlussstelle 13 auf.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 11 enthält zur Lichterzeugung, das heißt zur Erzeugung von Primärlicht, einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine Quantentopfstruktur als aktive Schicht. Die Halbleiterschichtenfolge 11, insbesondere die aktive Schicht basiert auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlInGaN, was insbesondere GaN, InGaN und AlGaN umfasst. Sie ist beispielsweise auf dem Substrat 12 epitaktisch abgeschieden. Alternativ kann es sich bei dem Substrat 12 auch um ein vom Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge 11 verschiedenes Trägersubstrat handeln, auf das die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise nach ihrer epitaktischen Herstellung aufgebracht ist. Ein substratloser Halbleiterkörper 10 ohne Aufwachssubstrat oder Trägersubstrat 12 ist ebenfalls denkbar.
  • Der Halbleiterkörper 10 ist dazu vorgesehen, im Betrieb von der Halbleiterschichtenfolge emittiertes Primärlicht von einer dem Substrat 12 gegenüberliegenden Außenfläche 101 abzustrahlen. Die Außenfläche ist beispielsweise parallel zu den Haupterstreckungsebenen der Schichten der Halbeiterschichtenfolge 11.
  • Auf die Außenfläche 101 ist ein Lumineszenzkonversionselement 20 aufgebracht. Das Lumineszenzkonversionselement 20 enthält ein erstes Plättchen 21 und ein zweites Plättchen 22. Das erste Plättchen 21 ist mittels einer Klebstoffschicht 30 auf der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 befestigt. An der von dem Halbleiterkörper 10 abgewandten Seite des ersten Plättchens 21 ist dieses mit dem zweiten Plättchen 22 verbunden. In 1B, die eine Draufsicht auf den Halbleiterchip 1 zeigt, ist das zweite Plättchen 22 zur besseren Darstellbarkeit der darunterliegenden Strukturen nur in Form eines gestrichelten Umrisses eingezeichnet.
  • Das erste Plättchen 21 überdeckt einen ersten Teilbereich 1011 der Außenfläche 101 und lässt einen zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 frei. Mit anderen Worten ist der erste Teilbereich 1011 in Draufsicht auf das erste Plättchen 21 von diesem bedeckt und der zweite Teilbereich 1012 ist von dem ersten Plättchen 21 unbedeckt (siehe 1B).
  • Bei dem vorliegenden Halbleiterkörper 10 ist auf dem zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 der Halbleiterschichtenfolge 11 eine elektrische Anschlussstelle 13 angeordnet. Beispielsweise handelt es sich dabei um ein Bondpad. Die elektrische Anschlussstelle 13 kann den zweiten Teilbereich 1012 teilweise oder vollständig überdecken. Bei einer Ausgestaltung erstreckt sich die elektrische Anschlussstelle 13 von dem zweiten Teilbereich 1012 ausgehend auch in den ersten Teilbereich 1011 hinein.
  • Das zweite Plättchen 22 überragt den Halbleiterkörper 10 und das erste Plättchen 21 seitlich. Insbesondere überdeckt ein Abschnitt des zweiten Plättchens 22 den zweiten Teilbereich 1012 der strahlungsemittierenden Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10.
  • Der Halbleiterkörper 10 hat beispielsweise in Draufsicht eine quadratische Kontur mit einer Kantenlänge von 1 mm. Das zweite Plättchen 22 hat beispielsweise ebenfalls eine quadratische Kontur mit einer Kantenlänge von 1,3 mm und ist konzentrisch über dem Halbleiterkörper 10 angeordnet.
  • Bei einem vorliegenden Halbleiterchip enthalten sowohl das erste Plättchen 21 wie auch das zweite Plättchen 22 einen Leuchtstoff, insbesondere den gleichen Leuchtstoff. Für die Leuchtstoffe sind beispielsweise die weiter vorne angegebenen Materialien geeignet. Beispielsweise handelt es sich bei den beiden Plättchen 21 und 22 jeweils um mechanisch selbsttragende Schichten aus einem Silikonmaterial, in welches der Leuchtstoff in Form von anorganischen Leuchtstoffpartikeln eingebettet ist. Alternativ ist auch denkbar, dass eines der Plättchen 21, 22 oder beide Plättchen 21, 22 aus einem keramischen Material gefertigt sind, insbesondere aus einer Leuchtstoffkeramik.
  • Die Leuchtstoffpartikel haben beispielsweise einen mittleren Durchmesser (auch Median oder d50 genannt) von 15 µm oder mehr, vorzugsweise von 20 µm oder mehr, zum Beispiel von 30 µm oder mehr. Der mittlere Durchmesser hat beispielsweise einen Wert von 50 µm oder weniger. Der mittlere Durchmesser ist beispielsweise anhand eines Schliffbilds eines Querschnitts des jeweiligen Plättchens 21, 22 bestimmbar. Bei nicht kugelförmigen Leuchtstoffpartikeln kann als Durchmesser beispielsweise der Durchmesser der kleinsten Kugel – im Schliffbild des kleinsten Kreises – benutzt werden, der das jeweilige Partikel vollständig enthält. Mit Leuchtstoffpartikeln solcher Durchmesser ist das Verhältnis von Absorption zu Streuung bei der Wechselwirkung der Partikel mit dem Primärlicht besonders groß. Leuchtstoffpartikel dieser Durchmesser sind auch für alle anderen Ausgestaltungen des Lumineszenzkonversionselements 20 geeignet.
  • Das erste Plättchen hat beispielsweise eine Dicke zwischen 50 und 200 µm, insbesondere zwischen 100 und 150 µm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Die gleichen Dicken sind auch für das zweite Plättchen 22 geeignet. Die Klebstoffschicht 30 hat beispielsweise eine Dicke von etwa 1 µm bis 10 µm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
  • Das zweite Plättchen 22 ist mittels des ersten Plättchens 21 in einem vorgegebenen Abstand von dem Halbleiterkörper 10 angeordnet. Das zweite Plättchen 22, das erste Plättchen 21 und der Halbleiterkörper 10 bilden eine Kavität, welche den zweiten Teilbereich 1012 der lichtemittierenden Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 enthält.
  • Die Konzentration C des Leuchtstoffs in dem ersten Plättchen 21 ist derart gewählt, dass ein Teil der an einer dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Grundfläche des Plättchens 21 eingekoppelten, vom Halbleiterkörper 10 erzeugten Primärstrahlung das erste Plättchen 21 an seiner vom Halbleiterkörper 10 abgewandten Deckfläche wieder verlässt. Der Anteil beträgt beispielsweise 10 % oder mehr, bei einer Ausgestaltung 20 % oder mehr, insbesondere bezogen auf die Strahlungsleistung. Die Konzentration des Leuchtstoffs in dem ersten Plättchen beträgt beispielsweise 70 Gew-% oder weniger, bei einer Ausgestaltung beträgt sie 50 Gew-% oder weniger.
  • Bei einer Ausgestaltung entspricht der Leuchtstoffanteil in Volumenprozent, d.h. Vol-%, zwischen etwa einem Viertel und etwa einem Sechstel des Anteils in Gewichtsprozent, d.h. Gew-%, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Die Dichte des Leuchtstoffs beträgt beispielsweise zwischen etwa 4 g/cm3 und 6 g/cm3 und die Dichte des Matrixmaterials, in das der Leuchtstoff eingebettet ist, hat eine Dichte von etwa 1 g/cm3. Ein Leuchtstoffanteil von 80 Gew-% in der ersten Schicht entspricht in diesem Fall einem Anteil von etwa 15–20 Vol-%.
  • Das zweite Plättchen ist mittels des Leuchtstoffs für die Primärstrahlung absorbierend ausgebildet. Insbesondere ist das zweite Plättchen 22 dazu vorgesehen, von dem zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 abgestrahltes Primärlicht zu absorbieren. Mittels des seitlich über den Halbleiterkörper 10 hinausragenden Randbereichs ist das zweite Plättchen 22 auch dazu ausgebildet, zumindest einen Teil eines beispielsweise von den Seitenflächen des Halbleiterkörpers 10 emittierten Primärlichts zu absorbieren. Auch Primärlicht, das beispielsweise im ersten Plättchen 21 ohne Wellenlängenkonversion gestreut wird, sodass es aus den Seitenflanken des ersten Plättchens 21 austritt, trifft beispielsweise auf den überhängenden Randbereich des zweiten Plättchens 22, wo es von diesem absorbiert werden kann.
  • 16 zeigt die Abhängigkeit der Farbsättigung S des Lumineszenzkonversionselements 20 von der Wellenlänge λ des Emissionsmaximums des vom Halbleiterkörper 10 emittierten Primärlichts. Aus der 16 geht hervor, dass die erzielbare Farbsättigung S bei ansonsten gleichem Aufbau des Halbleiterchips 1 mit abnehmender Wellenlänge λ zunimmt. Anders ausgedrückt, ist die Leuchtstoffkonzentration C, die zum Erzielen einer vorgegebenen Farbsättigung S erforderlich ist, umso geringer, je kleiner die Wellenlänge λ des Emissionsmaximums des Primärlichts ist. Bei dem vorliegenden Halbleiterchip 1 emittiert der Halbleiterkörper 10 beispielsweise Primärlicht mit einem Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge von 440 nm oder weniger, beispielsweise liegt das Intensitätsmaximum des Primärlichts bei 400 nm. 2 zeigt einen zweiten optoelektronischen Halbleiterkörper in einer schematischen Schnittdarstellung. Der zweite Halbleiterkörper 1 unterscheidet sich dadurch von dem ersten Halbleiterkörper, dass das zweite Plättchen 22 des Lumineszenzkonversionselements 20 keinen Leuchtstoff enthält. Vielmehr weist das zweite Plättchen 22 bei dem zweiten Halbleiterchip 1 einen wellenlängenselektiven Filter 221 auf. Dieser ist auf einem Träger, beispielsweise einem Glasplättchen 222, hergestellt.
  • Der wellenlängenselektive Filter 221 weist insbesondere einen Schichtstapel auf, dessen Schichten abwechselnd aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex und aus einem Material mit einem niedrigen Brechungsindex bestehen. Solche Schichtstapel sind dem Fachmann im Prinzip bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
  • Vorliegend enthält der Schichtstapel zwischen einschließlich 10 und einschließlich 20 Schichtpaare mit einer SiO2-Schicht (Brechungsindex n = 1,4) und einer Si3N4-Schicht (Brechungsindex n = 1,8). Alternativ zu den Si3N4-Schichten kann er Titanoxid-, Tantaloxid- oder Hafniumoxid-schichten enthalten. Auf diese Weise ist der Schichtstapel derart ausgebildet, dass er eine hohe Reflektivität für das vom Halbleiterkörper 10 emittierte Primärlicht hat.
  • Interferenzfilter, wie solche wellenlängenselektiv reflektierenden Schichtstapel, sind in Abhängigkeit vom Einfallswinkel für unterschiedliche Spektralbereiche reflektierend. Vorliegend ist der Schichtstapel derart ausgebildet, dass Primärlicht, welches unter einem Winkel von 0° bis mindestens 20° zur Flächennormale auf die dem Halbleiterkörper 10 zugewandte Grundfläche des zweiten Plättchens 222 auftrifft, von dem Schichtstapel 221 mit einem Reflexionskoeffizienten von 95 % oder mehr, insbesondere von 99 % oder mehr, reflektiert wird. In 2 ist exemplarisch ein Lichtstrahl 110 des Primärlichts eingezeichnet, der unter einem Winkel α zur Oberflächennormalen 220 auf das zweite Plättchen 22 trifft.
  • 18 zeigt die Abhängigkeit der Reflektivität R des wellenlängenselektiven Filters 221 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ für einen Einfallswinkel von 0° (durchgezogene Linie) und einen Einfallswinkel α von 20° (gestrichelte Linie).
  • Bei einem Einfallswinkel von α = 0° hat der wellenlängenselektive Filter 221 für Licht einer Wellenlänge zwischen etwa 430 nm und etwa 500 nm eine Reflektivität R von nahezu 100 %. Für einen Einfallswinkel von α = 20° ist dieser Bereich hoher Reflektivität zu kleineren Wellenlängen hin verschoben. Bei diesem Einfallswinkel weist der wellenlängenselektive Filter 221 beispielsweise zwischen 415 nm und 470 nm einen Bereich mit einer Reflektivität von nahezu R = 100 % auf. Somit reflektiert der wellenlängenselektive Filter 221 Primärlicht mit einer Wellenlänge zwischen 530 und 570 nm, das unter einem Winkel α zwischen 0 und 20° zur Flächennormale 220 auf das zweite Plättchen 20 trifft mit einer Reflektivität von mehr als 99 %. Zweckmäßigerweise hat ein Emissionsmaximum des Halbleiterkörpers 10 bei dem zweiten Halbleiterchip 1 ein Emissionsmaximum mit einer Wellenlänge innerhalb dieses Wellenlängenbereichs. Beispielsweise hat die Wellenlänge des Emissionsmaximums einen Wert zwischen 440 und 460 nm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
  • Das erste Plättchen 21 enthält wie beim Halbleiterchip gemäß dem ersten Aspekt einen Leuchtstoff, der zur Absorption von Primärlicht des Halbleiterkörpers 10 und zur Emission von wellenlängenkonvertiertem Sekundärlicht vorgesehen ist. Zweckmäßigerweise hat das Sekundärlicht ein Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge, für welche die wellenlängenselektive Filterschicht 221 einen geringen Reflexionskoeffizienten aufweist, zum Beispiel im orangen Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 590 nm.
  • Auf diese Weise ist das Lumineszenzkonversionselement 20 zur Abstrahlung von Sekundärlicht ausgebildet. Das Sekundärlicht wird dabei im ersten Plättchen 21 erzeugt und tritt zumindest teilweise durch das zweite Plättchen 22 mit dem wellenlängenselektiven Schichtstapel 221, sodass es auf der von dem Halbleiterkörper 10 und dem ersten Plättchen 21 abgewandten Seite aus dem zweiten Plättchen 22 und damit aus dem Lumineszenzkonversionselement 20 austritt.
  • Mittels des wellenlängenselektiven Filters 21 ist das Lumineszenzkonversionselement 20 jedoch derart ausgebildet, dass es an seiner von dem Halbleiterkörper 10 abgewandten und zur Abstrahlung von Sekundärlicht vorgesehenen Fläche höchstens 1 % der Strahlungsleistung eines durch seine dem Halbleiterkörper 10 zugewandte Oberfläche eingekoppelten Primärlichts abstrahlt.
  • Das erste Plättchen 21 ist derart ausgebildet, dass es einen Anteil des von dem Halbleiterkörper 10 abgestrahlten Primärlichts, der in das erste Plättchen 21 an seiner dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Grundfläche eintritt, durchlässt, sodass dieser Anteil auf den wellenlängenselektiven Filter 221 trifft. Hierzu weist das erste Plättchen 21 bei dem vorliegenden Halbleiterkörper anorganische Leuchtstoffpartikel in einer Kunststoffmatrix, beispielsweise einer Silikonmatrix, in einer Konzentration C von etwa 40 Gew-% auf. An dem wellenlängenselektiven Filter 221 wird das Primärlicht in das erste Plättchen 21 zurückreflektiert und steht dort wieder für die Wellenlängenkonversion zur Verfügung.
  • Die Erfinder haben festgestellt, dass auf diese Weise ein Halbleiterchip erzielt werden kann, der Sekundärlicht mit besonders hoher Effizienz η abstrahlt.
  • 15 veranschaulicht dies, indem die Abhängigkeit der Effizienz η in Lumen pro Watt von der Konzentration des Leuchtstoffs in Gew-% (durchgezogene Kurve) sowie die Farbsättigung S des von der ersten Schicht 21 abgestrahlten Lichts ebenfalls in Abhängigkeit von der Konzentration C (gestrichelte Kurve) dargestellt ist.
  • Die Farbsättigung S ist dabei beispielsweise mittels des CIE-Normvalenzsystems bestimmbar, indem vom Weißpunkt W des CIE-Farbraums zu dem Farbpunkt, welcher dem von der ersten Schicht 21 abgestrahlten Mischlicht aus Primär- und Sekundärlicht entspricht, eine Gerade gelegt wird. Diese Gerade schneidet den Spektralfarbenzug, welcher den Farbraum im CIE-Diagramm begrenzt, in einem Randpunkt, der einer bestimmten Spektralfarbe entspricht. Das Verhältnis aus dem Abstand zwischen dem Weißpunkt und dem Farbpunkt und dem Abstand zwischen dem Weißpunkt und diesem Randpunkt ist das Maß für die Sättigung.
  • In 15 ist ersichtlich, dass die Effizienz η mit zunehmender Leuchtstoffkonzentration C sinkt. Dies wird durch die erhöhte Streuung an den Leuchtstoffpartikeln bewirkt. Gleichzeitig steigt jedoch mit zunehmender Leuchtstoffkonzentration die Farbsättigung.
  • Bei dem vorliegenden Halbleiterchip hat das erste Plättchen 21 eine Effizienz von über 85 % (angedeutet durch den senkrechten Pfeil in 15). Um dieselbe Farbsättigung mit einem Leuchtstoff, aber ohne wellenlängenselektive Filterschicht 221 zu erzielen, wäre eine Leuchtstoffkonzentration von etwa 80 Gew-% erforderlich, was zu einer Einbuße der Effizienz η auf unter 70 % führen würde (angedeutet durch die gepunkteten Linien in 15).
  • Zudem kann mit geringen Leuchtstoffkonzentrationen von beispielsweise höchstens 50 Gew-%, insbesondere von 40 Gew-% oder weniger eine vorteilhaft niedrige Viskosität des Gemischs aus Leuchtstoffpartikeln (Dichte des Leuchtstoffmaterials z.B. ca. 4–6 g/cm3) und Matrixmaterial (Dichte z.B. ca. 1 g/cm3) während der Herstellung des Plättchens 21 erzielt werden. So ist die Verarbeitung des Gemischs zur Herstellung des Plättchens, beispielsweise beim Durchgang durch eine Düse, besonders einfach.
  • Beispielsweise emittiert der zweite Halbleiterchip 1 Sekundärlicht mit einer Wellenlänge im gelb-orangen Spektralbereich. Insbesondere entspricht dem vom Halbleiterchip emittierten Sekundärlicht die Spektralfarbe einer Wellenlänge von etwa 590 nm.
  • 17 zeigt das CIE-Diagramm. Das CIE-Diagramm, auch CIE-Normfarbtafel genannt, dient der Darstellung der x- und y-Koordinaten – im Diagramm mit Cie_x und Cie_y bezeichnet – des von der internationalen Beleuchtungskommission (CIE, Commission internationale de l`éclairage) im Jahr 1931 entwickelten Normfarbsystems und ist dem Fachmann prinzipiell bekannt.
  • In 17 sind im CIE-Diagramm ein grüner Farbortbereich G, ein weißer Farbortbereich W und ein oranger Farbortbereich Y eingezeichnet. Der orange Farbortbereich Y ist im CIE-Diagramm von den Punkten mit den (x; y)-Koordinaten (0,544; 0,423), (0,597; 0,390), (0,610; 0,390) und (0,560; 0440) begrenzt und gibt die Farborte an, welche für Blinkleuchten von Kraftfahrzeugen gemäß der hierfür vorgesehenen Vorschriften, insbesondere der so genannten ECE-Regelungen, vorgesehen sind. Der weiße Bereich W wird von den Punkten mit den (x; y)-Koordinaten (0,310; 0,283), (0,443; 0,382), (0,5; 0,382), (0,5; 0,440), (0,453; 0,440) und (0,310; 0348) aufgespannt und gibt die im Automobilbereich vorgesehenen weißen Farborte an. Der grüne Bereich G ist ein im Wesentlichen kreisförmiger Bereich um die Koordinate (0,25; 0,625) mit einem Durchmesser von etwa 0,08 und gibt Farborte an, die für grüne Lichtquellen in Projektionsvorrichtungen auf Basis von Halbleiterchips verwendet sind.
  • 3A bis 3E zeigen schematische Schnittdarstellungen durch zweite Plättchen 22 gemäß verschiedenen Varianten des Lumineszenzkonversionselements des Halbleiterchips gemäß dem zweiten Aspekt.
  • Bei den zweiten Plättchen 22 gemäß der 3A ist der wellenlängenselektive Filter 221 an der vom Halbleiterchip 10 abgewandten Seite des Trägers 222 angebracht, beispielsweise enthält der wellenlängenselektive Filter 221 die zur Sekundärlichtabstrahlung vorgesehene Auskoppelfläche 201 des Lumineszenzkonversionselements 20. Der Filter 221 kann wiederum als dielektrischer Schichtstapel ausgebildet sein wie beim Halbleiterchip 1 des zweiten Aspekts beschrieben. Zusätzlich kann der Schichtstapel weitere Schichten zur Ausbildung einer Antireflexschicht aufweisen.
  • 3B zeigt eine Variante des zweiten Plättchens 22, bei der der wellenlängenselektiv reflektierende Schichtstapel 221 auf einem Träger 222 aufgebracht ist, welcher im Gegensatz zum Träger des Halbleiterchips gemäß dem zweiten Aspekt und dem Träger der 3A nicht transparent oder streuend ausgebildet ist, sondern einen Farbstoff enthält. Auf diese Weise enthält das zweite Plättchen 22 gemäß der Variante der 3B zwei wellenlängenselektive Filter, nämlich den selektiv reflektierenden Schichtstapel 221 und den farbigen Träger 222.
  • Der Farbstoff im Träger ist beispielsweise derart ausgewählt, dass er für Primärlicht absorbierend und zumindest für einen spektralen Teilbereich des Sekundärlichts transmittierend ist. Beispielsweise bei einem blaues Primärlicht emittierenden Halbleiterkörper 10 und einem oranges Sekundärlicht emittierenden ersten Plättchen 21 ist der Farbstoff zweckmäßigerweise ein gelber, gelb-oranger, oranger oder orange-roter Farbstoff. Bei einer Weiterbildung ist der Farbstoff dazu vorgesehen, einen kurzwelligen oder einen langwelligen spektralen Anteil des von dem ersten Plättchen 21 emittierten Sekundärlichts zu entfernen.
  • 3C zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch eine dritte Variante des zweiten Plättchens 22, bei der auf der dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Seite eines transparenten Trägerkörpers 222 eine absorbierende Filterschicht 223 mit einem Farbstoff und auf die Farbstoffschicht 223 ein wellenlängenselektiv reflektierender Schichtstapel 221 aufgebracht ist. Der Farbstoff der Farbstoffschicht 223 kann analog zu dem Farbstoff des farbigen Trägers 222 der zweiten Variante ausgebildet sein. Die Farbstoffschicht 223 unterscheidet sich beispielsweise dadurch von dem farbigen Träger 222 der zweiten Variante, dass sie für sich alleine nicht mechanisch selbsttragend ist.
  • 3D zeigt eine vierte Variante des zweiten Plättchens 22 einer schematischen Schnittdarstellung. Bei dieser Variante ist, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß der 2, der wellenlängenselektiv reflektierende Filter 221 auf der dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Seite des transparenten Trägers 222 angeordnet. Auf der vom Halbleiterkörper 10 abgewandten Seite des transparenten Trägers 222 ist, wie bei der dritten Variante, eine Farbstoffschicht 223 angeordnet. Diese ist mit einer Versiegelungsschicht 224 abgedeckt, welche die Gefahr des Verkratzens der Farbstoffschicht 223 durch mechanische Einwirkung verringert.
  • Bei allen Varianten des zweiten Plättchens, die einen absorbierenden wellenlängenselektiven Filter mit einem Farbstoff enthalten, kann der wellenlängenselektiv reflektierende Schichtstapel 221 auch weggelassen sein.
  • 3E zeigt eine fünfte Variante des zweiten Plättchens 222, bei der der Träger 222 an seiner dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Seite mit der wellenlängenselektiv reflektierenden Schicht 221 und an seiner vom Halbleiterkörper 10 abgewandten Seite mit einer Antireflexschicht 225 versehen ist. Die Antireflexschicht umfasst, wie die wellenlängenselektiv reflektierende Filterschicht 221, einen Schichtstapel aus Schichten mit alternierend hohem und niedrigem Brechungsindex. Die Schichtdicken und Schichtfolge des Antireflex-Schichtstapels 225 sind jedoch zweckmäßigerweise so gewählt, dass für möglichst viele Wellenlängen und Einfallswinkel destruktive Interferenz auftritt. Die Herstellung solcher Antireflex-Schichtstapel mit der Auswahl geeigneter Brechungsindizes, Schichtdicken und Schichtfolgen ist dem Fachmann im Prinzip bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
  • Die 4A und 4B zeigen einen optoelektronischen Halbleiterchip gemäß einem dritten Aspekt in einer schematischen Schnittdarstellung und einer schematischen Draufsicht. Der Halbleiterchip 1 gemäß dem dritten Aspekt unterscheidet sich dadurch von dem Halbleiterchip gemäß dem zweiten Aspekt, dass das zweite Plättchen 22 anstelle eines wellenlängenselektiven Filters 221 eine Reflektorschicht 226 aufweist, die zur Reflexion von Primärlicht und Sekundärlicht ausgebildet ist.
  • Die an der dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Seite eines transparenten Trägers 222 angeordnete Reflektorschicht 226 überdeckt in Draufsicht auf die Lichtauskoppelfläche 201 des Lumineszenzkonversionselements 20 einen umlaufenden Randbereich des Halbleiterchips 10 und insbesondere den vom ersten Plättchen 21 unbedeckten zweiten Teilbereich 1012 der zur Primärlichtabstrahlung vorgesehenen Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10. Ein Mittelbereich des Halbleiterkörpers 10 ist von der Reflektorschicht 226 unbedeckt.
  • Die Reflektorschicht 226 enthält beispielsweise ein Metall wie Aluminium und/oder Silber oder besteht aus mindestens einem Metall. Bei einer Variante ist die Reflektorschicht 226 durch eine Primär- und Sekundärlicht absorbierende Schicht, beispielsweise eine schwarze Farbschicht, ersetzt. Die Reflektorschicht 226 beziehungsweise die absorbierende Schicht ist zweckmäßigerweise sowohl für das vom Halbleiterkörper 10 abgestrahlte Primärlicht wie auch für das vom ersten Plättchen 21 abgestrahlte Sekundärlicht im Wesentlichen undurchlässig.
  • Der Halbleiterchip 1 gemäß dem vorliegenden Aspekt ist beispielsweise zur Abstrahlung von Mischlicht aus vom Halbleiterkörper 10 stammenden Primärlicht und von dem ersten Plättchen 21 stammenden Sekundärlicht von der Auskoppelfläche 201 vorgesehen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Mischlicht um weißes Licht aus blauem Primärlicht des Halbleiterkörpers 10 und gelbem Sekundärlicht des ersten Plättchens 21. Alternativ kann der Halbleiterchip 1 auch vollkonvertierend sein wie die Halbleiterchips 1 gemäß den vorhergehenden Aspekten. Mittels der Reflektorschicht 226 ist die Gefahr von farbigen Rändern, in denen beispielsweise die Farbe des Primärlichts dominiert, im Gebiet des zweiten Teilbereichs 1012 der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 und in dem umlaufenden Randbereich des Halbleiterkörpers 10 verringert.
  • 4C zeigt eine Variante des Lumineszenzkonversionselements 20 für den dritten Halbleiterchip 1. Bei dieser Variante ist das erste Plättchen 21 nicht zunächst separat hergestellt und anschließend mittels einer Klebstoffschicht 30 mit dem zweiten Plättchen 22 befestigt, wie bei dem dritten Halbleiterchip 1 in 4A dargestellt. Stattdessen ist das erste Plättchen 21 direkt auf dem zweiten Plättchen 22 hergestellt und grenzt in dem von der Reflektorschicht 26 unbedeckten Gebiet an den Träger 222 an. Beispielsweise ist das mit den Leuchtstoffpartikeln versehene Matrixmaterial auf das zweite Plättchen 22 aufgebracht und an Ort und Stelle ausgehärtet. Hierbei sind die gleichen Materialien geeignet, wie für das separat hergestellte erste Plättchen 21. Beispielsweise ist das Matrixmaterial ein Epoxidharz oder Silikonharz, das bei dem Lumineszenzkonversionselement 20 gemäß der 4A auch für die Klebstoff 30' verwendet sein kann.
  • 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauteils gemäß einem ersten Aspekt.
  • Das optoelektronische Bauteil weist ein Trägerelement in Form eines Grundgehäuses 4 auf, das beispielsweise einen Leiterrahmen 40 umfasst, welcher mit einem Gehäusegrundkörper 43 umspritzt ist.
  • Das Grundgehäuse 4 weist eine Vertiefung auf. An einer Bodenfläche der Vertiefung liegen ein erster Abschnitt 41 und ein zweiter Abschnitt 42 des Leiterrahmens 40 frei. Auf dem ersten Abschnitt 41 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip befestigt. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Halbleiterchip gemäß einer der vorstehenden beschriebenen Aspekte handeln, beispielsweise um den Halbleiterchip gemäß dem ersten Aspekt.
  • Der Halbleiterchip weist einen Halbleiterkörper 10 auf, der elektrisch leitend mit dem ersten Abschnitt 41 des Leiterrahmens 40 verbunden ist, beispielsweise indem er mittels eines Lots oder eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs auf diesem befestigt ist. Auf der vom ersten Abschnitt abgewandten Seite 101 des Halbleiterkörpers 10 ist das erste Plättchen 21 befestigt, welches den zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 freilässt.
  • An dem zweiten Teilbereich 1012 ist ein elektrischer Anschlussleiter 5 befestigt. Beispielsweise ist als elektrischer Anschlussleiter 5 ein so genannter Bonddraht verwendet. Ein erstes Ende des Bonddrahtes ist beispielsweise mittels des so genannten Ball-Bonding-Verfahrens an der elektrischen Anschlussstelle 13 befestigt. Das zweite Ende des Bonddrahts ist neben dem Halbleiterchip 1 auf den zweiten Abschnitt 42 des Leiterrahmens gezogen und dort elektrisch leitend befestigt. Das Verfahren des "Ball-Bonding", beispielsweise das so genannte "Thermosonic-Ball-Wedge-Bonden", ist dem Fachmann im Prinzip bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Der Bonddraht hat beispielsweise eine Dicke von 50 µm oder weniger, beispielsweise eine Dicke von 30 bis 40 µm, wobei die Grenzen eingeschlossen sind.
  • Auf dem ersten Plättchen 21 ist das zweite Plättchen 22 angeordnet, das mittels des ersten Plättchens 21 von dem Halbleiterkörper 10 beabstandet ist, sodass es den zweiten Teilbereich 1012 der Primärlicht emittierenden Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers sowie einen Teilbereich des darauf aufgebrachten Bonddrahts, und insbesondere den Bond-Ball, überdeckt.
  • Die Dicke des ersten Plättchens 21 beträgt zwischen 100 µm und 200 µm, zum Beispiel zwischen 100 und 150 µm, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Insbesondere ist die Dicke des ersten Plättchens 21 größer als die Höhe, um welcher der Bonddraht in dem vom zweiten Plättchen 22 überdeckten Bereich über die Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 hinausragt, sodass das zweite Plättchen 22 von dem Bonddraht 5 beabstandet ist.
  • Die Vertiefung des Grundgehäuses 4 ist mit einer beispielsweise transparenten Vergussmasse 6 gefüllt. Die Vergussmasse 6 umschließt den Halbleiterchip 1 und den Bonddraht 5.
  • 6A bis 6D zeigen schematische Schnittdarstellungen von verschiedenen Stadien eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem zweiten Aspekt.
  • Bei dem Verfahren wird ein Trägerelement 4 bereitgestellt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Trägerelement 4 um eine Leiterplatte, beispielsweise um eine gedruckte Leiterplatte. Die Leiterbahnen der Leiterplatte 4 sind in den 6A bis 6D zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Auf die Leiterplatte 4 wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper 10 montiert, beispielsweise auf eine Leiterbahn aufgelötet (siehe 6A).
  • Nachfolgend wird auf den Halbleiterkörper 10 an seiner von der Leiterplatte 4 abgewandten, zur Emission des Primärlichts vorgesehenen Außenfläche 101, das erste Plättchen 21 mittels einer Klebstoffschicht 30 aufgeklebt. Beispielsweise besteht das erste Plättchen 21 aus Diffusorpartikeln wie TiO2-Partikeln, die in ein Matrixmaterial, beispielsweise ein Silikonmaterial, eingebettet sind. Die Klebstoffschicht besteht beispielsweise aus dem Silikonmaterial oder aus einem Silikonmaterial, in das ebenfalls Diffusorpartikel ohne Wellenlängenkonversionseigenschaft eingebettet sind. Das erste Plättchen 21 hat eine Dicke D von beispielsweise 100 bis 150 µm.
  • Das erste Plättchen 21 wird beispielsweise mittels eines sogenannten „pick-and-place“-Verfahrens auf den Halbleiterkörper 10 aufgesetzt. Beispielsweise wird es mittels eines Greifarms aufgenommen und mit Hilfe eines Kamerasystems auf dem Chip positioniert und abgelegt.
  • Zweckmäßigerweise ist das erste Plättchen 21 hierzu vor dem Aufsetzen vorgefertigt, insbesondere ist das Matrixmaterial ein aushärtbares Material – zum Beispiel ein Epoxidharz oder ein Silikonharz –, das im ausgehärteten Zustand in dem Plättchen 21 enthalten ist, wenn dieses auf den Halbleiterkörper 10 aufgebracht wird.
  • Das erste Plättchen 21 ist beispielsweise mittels eines Siebdruck-, Schablonendruck-, Guss- oder Sinterverfahrens gefertigt. Mittels Siebdruck ist die geometrische Form des Plättchens 21 vorteilhafterweise in einem Produktionsschritt erzielbar. Mittels eines kombinierten Schablonen-/Siebdruck-Verfahrens ist mit Vorteil eine besonders große Strukturtreue erzielbar.
  • Bei einer Ausgestaltung wird zur Herstellung des ersten Plättchens 21 beispielsweise zunächst ein Verbund hergestellt, der zu mehreren ersten Plättchen 21 vereinzelt wird, beispielsweise mittels Ausstanzen, Schneiden, Sägen oder Lasertrennen. Hierbei können Trennspuren an den Seitenflächen der ersten Plättchen 21 hergestellt werden, Materialreste des zwischen den einzelnen Plättchen entfernten Materials auf den Plättchen verbleiben und/oder die Plättchen können – zum Beispiel beim Lasertrennen – mit schräge Seitenflanken hergestellt werden.
  • Solche Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung der ersten Plättchen 21 sind auch für alle anderen Ausgestaltungen von ersten und zweiten Plättchen 21, 22 denkbar.
  • Vorteilhafterweise ist die erforderliche Positioniergenauigkeit beim Ablegen des zweiten Plättchens 22 jeweils erheblich geringer als beim Ablegen des ersten Plättchens. Beispielsweise ein pick-and-place Verfahren kann daher bei dem zweiten Plättchen 22 mit höherer Geschwindigkeit durchgeführt werden als bei dem ersten Plättchen 21.
  • Bei einer Variante des Verfahrens wird zunächst der Halbleiterkörper 10 mit dem ersten Plättchen 21 verbunden und nachfolgend auf dem Trägerelement 4 befestigt. Beispielsweise kann in diesem Fall das erste Plättchen 21 direkt auf den Halbleiterkörper 10 abgeschieden und dort ausgehärtet werden.
  • Bei dem in 6C dargestellten nachfolgenden Verfahrensschritt wird ein elektrischer Anschlussleiter 5, insbesondere ein Bonddraht, auf dem von dem ersten Plättchen 21 freigelassenen zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 mittels eines Ball-Bonding-Verfahrens befestigt. Der Anschlussleiter wird neben den Halbleiterkörper 10 geführt und mit einer zweiten Leiterbahn des Trägerelements 4 verbunden. Der Bonddraht 5 ragt dabei beispielsweise in Richtung von der Leiterplatte 4 weg nicht über das erste Plättchen 21 hinaus.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird das zweite Plättchen 22 – beispielsweise ebenfalls mittels einer Klebstoffschicht – auf dem ersten Plättchen 21 befestigt. Das zweite Plättchen 22 überdeckt den mit dem Bonddraht 5 versehenen zweiten Teilbereich 1012.
  • Das zweite Plättchen 22 enthält Leuchtstoffpartikel eines anorganischen Leuchtstoffs in einer Kunststoffmatrix, zum Beispiel einer Epoxidharz- oder Silikonmatrix. Vom Halbleiterkörper 10 abgestrahltes Primärlicht wird mittels des im zweiten Plättchen 22 enthaltenen Leuchtstoffs, für den beispielsweise die weiter vorne beschriebenen Materialien geeignet sind, zumindest teilweise zu Sekundärlicht wellenlängenkonvertiert. Das erste Plättchen dient bei dem Halbleiterchip 1 des zweiten optoelektronischen Bauteils als Abstandshalter für das zweite Plättchen 22 und zur Homogenisierung des durch das erste Plättchen 21 tretenden Primärlichts.
  • Die Dicke des zweiten Plättchens 22 beträgt beispielsweise ebenfalls 100 µm oder mehr, beispielsweise zwischen 100 und 300 µm. Vorliegend hat es eine Dicke von 150 µm. Auf diese Weise ist das zweite Plättchen 22 mechanisch selbsttragend und weist auch an den seitlich über den Halbleiterchip 10 beziehungsweise über das erste Plättchen 21 hinausragenden Bereichen eine ausreichende Formstabilität auf.
  • Die 7A bis 7D zeigen schematische Schnittdarstellungen von verschiedenen Stadien eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem dritten Aspekt.
  • Im Gegensatz zum Bauelement gemäß dem zweiten Aspekt ist als Trägerelement 4, wie beim ersten Bauelement, ein Grundgehäuse mit einer Vertiefung bereitgestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in den 7A bis 7D der Leiterrahmen 40 weggelassen.
  • 7A zeigt ein Stadium des Verfahrens, bei dem der optoelektronische Halbleiterkörper 10 in die Vertiefung des Grundgehäuses montiert ist. Dies kann, wie in Zusammenhang mit dem Bauelement gemäß dem zweiten Aspekt erläutert, beispielsweise mittels Löten oder Kleben erfolgen.
  • Bei dem in 7A dargestellten Verfahrensstadium ist auch der elektrische Anschlussleiter 5 bereits mit der elektrischen Anschlussstelle 13 an der zur Primärlichtabstrahlung vorgesehenen Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 sowie an dem Leiterrahmen des Grundgehäuses 4 befestigt. Im Gegensatz zum Bauelement gemäß dem zweiten Aspekt ist vorliegend kein Bonddraht, sondern ein Leiterband als Anschlussleiter 5 verwendet. Ein Leiterband hat beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt mit einer Höhe, die insbesondere höchstens 30 µm beträgt. Anders ausgedrückt handelt es sich bei dem Leiterband um eine streifenförmige Metallfolie.
  • Das Leiterband 5 wird vorliegend mit einem so genannten "Ribbon-Bonding"-Verfahren an der Anschlussstelle 13 des Halbleiterkörpers 10 und an dem Leiterrahmen 40 befestigt. Beim Ribbon-Bonding-Verfahren, das dem Fachmann im Prinzip bekannt ist und daher an dieser Stelle nicht näher erläutert wird, wird kein Bond-Ball hergestellt, sodass der elektrische Anschlussleiter 5 bei dem vorliegenden Bauelement nur vergleichsweise wenig über den Halbleiterkörper 10 hinausragt, beispielsweise um weniger als 50 µm.
  • 7B zeigt einen nachfolgenden Verfahrensschritt, bei dem das bereits fertig gestellte Lumineszenzkonversionselement 20 mit dem ersten Plättchen 21 und dem zweiten Plättchen 22 mittels eines so genannten Pick-and-Place-Verfahrens auf dem Halbleiterkörper 10 abgesetzt wird. Beispielsweise ist das erste Plättchen 21 zur Herstellung des Lumineszenzkonversionselements 20 direkt auf dem zweiten Plättchen 21 abgeschieden. Vorteilhafterweise ist bei der Montage des Bauelements nur ein Justage- und Transferschritt zur Befestigung des Lumineszenzkonversionselements 20 erforderlich.
  • Zur Befestigung an dem Halbleiterkörper 10 ist das Lumineszenzkonversionselement mit einer Klebstoffschicht 30 versehen. Alternativ kann die Klebstoffschicht 30 auch auf dem Halbleiterkörper 10 aufgebracht werden, beispielsweise durch Auftropfen eines Silikontropfens. Wie bei dem Halbleiterchip 1 des Bauelements gemäß dem zweiten Aspekt enthält das erste Plättchen 21 Diffusorpartikel in einer Silikonmatrix und das zweite Plättchen 22 enthält Leuchtstoffpartikel in einer Silikonmatrix.
  • 7C zeigt ein nachfolgendes Verfahrensstadium, bei dem das Lumineszenzkonversionselement 20 auf dem Halbleiterkörper 10 befestigt ist. Aufgrund der geringen Höhe des Leiterbändchens 5 ist die für das erste Plättchen 21 erforderliche Höhe bei dem Halbleiterchip 1 des dritten Bauelements besonders gering. Beispielsweise hat das erste Plättchen 21 vorliegend eine Dicke D von 50 µm.
  • 7D zeigt das fertig gestellte Bauelement, bei dem die Vertiefung des Grundgehäuses 4 mit einer reflektierenden Vergussmasse 6 gefüllt ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Vergussmasse um ein mit Titandioxidpartikeln gefülltes Silikonharz.
  • Die Vergussmasse umgibt den Halbleiterkörper 10, die Klebstoffschicht 30, das erste Plättchen 21, das zweite Plättchen 22 und auch das Leiterband 5. Vorliegend ist auch der Zwischenraum zwischen dem zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 und dem zweiten Plättchen 22 mit der reflektierenden Vergussmasse gefüllt. Die Auskoppelfläche 201 des Lumineszenzkonversionselements 20 ist zweckmäßigerweise von der reflektierenden Vergussmasse 6 unbedeckt.
  • Für das vorliegende Halbleiterbauelement ist auch ein Bonddraht 5 als elektrischer Anschlussleiter verwendbar. Genauso kann bei dem ersten und zweiten optoelektronischen Bauelement ein Leiterband als elektrischer Anschlussleiter 5 verwendet sein. Wird bei einem der Bauelemente ein Leiterband durch einen Bonddraht ersetzt, ist gegebenenfalls die Schichtdicke D des ersten Plättchens entsprechend zu erhöhen.
  • 8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem vierten Aspekt. Dieses unterscheidet sich dadurch von dem Bauelement gemäß dem ersten Aspekt, dass der elektrische Anschluss des Halbleiterkörpers 10 mittels zwei Bonddrähten 5a und 5b erfolgt. Ein solcher Anschluss ist beispielsweise zweckmäßig, wenn der Halbleiterkörper 10 ein elektrisch isolierendes Substrat 12 aufweist.
  • Der optoelektronische Halbleiterkörper 10 weist hierzu an seiner dem Lumineszenzkonversionselement 20 zugewandten Seite zwei elektrische Anschlussstellen 13 auf, die insbesondere zur n-seitigen und zur p-seitigen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 11 vorgesehen sind. Der erste Anschlussleiter 5A ist mit dem ersten Abschnitt 41 des Leiterrahmens 40 und einer der elektrischen Anschlussstellen verbunden, der zweite elektrische Anschlussleiter 5B ist mit der zweiten elektrischen Anschlussstelle und dem zweiten Abschnitt 42 des Leiterrahmens verbunden. Die Verbindung erfolgt dabei zum Beispiel in analoger Weise wie bei den vorhergehenden Aspekten beschrieben.
  • Das vorliegende Bauelement unterscheidet sich zudem von dem Bauelement gemäß dem ersten Aspekt dadurch, dass auf das Grundgehäuse 4 ein optisches Element 7, beispielsweise eine Plankonvexlinse, aufgesetzt ist, welche insbesondere die Öffnung der Vertiefung des Grundgehäuses 4 abdeckt.
  • Wie bei den Bauelementen gemäß dem ersten und dem dritten Aspekt ist das Lumineszenzkonversionselement 20 von den Seitenflächen der Vertiefung des Grundgehäuses 4 beabstandet.
  • 9 zeigt ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem fünften Aspekt in einer schematischen Schnittdarstellung.
  • Das Bauelement unterscheidet sich dadurch von dem Bauelement gemäß dem ersten Aspekt, dass der zweite Abschnitt 42 des Leiterrahmens nicht in einer Bodenfläche der Vertiefung des Grundgehäuses 4 enthalten ist. Stattdessen ist er gegenüber der Bodenfläche erhöht angeordnet. Diese Anordnung ist auch für die anderen Bauelemente mit Grundgehäuse 4 geeignet. Ein in der Bodenfläche freiliegender zweiter Abschnitt 42 des Leiterrahmens 40 wie bei dem Bauelement gemäß dem ersten Aspekt ist auch für das vorliegende Bauelement geeignet.
  • Der Halbleiterkörper 10 ist bei dem vorliegenden Bauelement seitlich mit einer reflektierenden Vergussmasse 6 umschlossen. Die reflektierende Vergussmasse 6, die beispielsweise reflektierende Partikel – etwa Titandioxidpartikel – enthält, bedeckt insbesondere die Seitenflanken des Halbleiterkörpers 10 zumindest teilweise. Bei einer Weiterbildung bedeckt sie die Seitenflächen bis hinauf zu der zur Abstrahlung von Primärstrahlung vorgesehenen Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10. Der Abschnitt der Vertiefung über der reflektierenden Vergussmasse 6 kann entweder gasgefüllt, beispielsweise luftgefüllt, oder mit einer transluzenten oder transparenten weiteren Vergussmasse gefüllt sein. Wie beim Bauelement gemäß dem vierten Aspekt ist die Öffnung der Vertiefung des Grundgehäuses 4 mit einer Linse 7 abgedeckt.
  • 10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Bauelements gemäß einem sechsten Aspekt, das im Wesentlichen dem Bauelement gemäß dem ersten Aspekt entspricht. Abweichend davon ist wiederum die Öffnung der Vertiefung des Grundgehäuses 4 mit einer konvexen Linse 7 abgedeckt.
  • Zudem ist die Vertiefung des Grundgehäuses 4 mit einer reflektierenden Vergussmasse 6 gefüllt, welche die Seitenflanken des Halbleiterkörpers 10 und des ersten Plättchens 21 bedeckt und den Zwischenraum zwischen dem zweiten Teilbereich 1012 der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 und dem zweiten Plättchen 22 ausfüllt. Vorliegend schließt die von der Bodenfläche der Vertiefung des Grundgehäuses 4 abgewandte Oberfläche der reflektierenden Füllmasse 6 mit der dem Halbleiterkörper 10 zugewandten Unterseite des zweiten Plättchens 22 bündig ab. Das zweite Plättchen 22 ist somit über der reflektierenden Vergussmasse 6, insbesondere in einem Zwischenraum zwischen der reflektierenden Vergussmasse und dem optischen Element 7 angeordnet.
  • Die 11A und 11B zeigen ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem siebten Aspekt in einer schematischen Draufsicht bzw. in einer schematischen Schnittdarstellung.
  • Das Bauelement weist eine Reflektorkavität 8 auf. Diese wird bei dem vorliegenden Bauelement von der umlaufenden Seitenfläche 81 und der Bodenfläche 82 einer Vertiefung eines Grundgehäuses 4 gebildet.
  • Vorliegend ist die Seitenfläche 81 eine ringförmig um die Bodenfläche 82 umlaufende Seitenfläche. Bei einer Variante des Bauelements ist die umlaufende Seitenfläche 81 aus einer Mehrzahl von Segmenten gebildet, beispielsweise bei einer pyramidenstumpf-förmigen Reflektorkavität 8 von den Mantelflächen des Pyramidenstumpfs.
  • Das Grundgehäuse 4 ist beispielsweise durch Umspritzen eines Leiterrahmens 40 mit einem Gehäusegrundkörper 43 gebildet. Der Leiterrahmen 40 und/oder der Gehäusegrundkörper 42 können reflektierend ausgeführt oder, wie in 11B gezeigt, mit einer reflektierenden Beschichtung, zum Beispiel einer Metallschicht, insbesondere einer Silberschicht, versehen sein.
  • In der Reflektorkavität 8 ist ein Halbleiterchip 1 angeordnet. Vorliegend ist er auf der Bodenfläche 82 befestigt.
  • Der Halbleiterchip 1 weist einen Halbleiterkörper 10 mit einer Halbleiterschichtenfolge 11 auf, die zur Lichterzeugung einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur oder eine Quantentopfstruktur enthält. Zudem weist der Halbleiterkörper 1 ein Lumineszenzkonversionselement 20 auf, das auf einer zur Abstrahlung von Primärlicht vorgesehenen, von der Bodenfläche 82 abgewandten Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 befestigt ist.
  • Der Halbleiterkörper 10 ist mittels der Halbleiterschichtenfolge 11 zur Emission von Primärlicht ausgebildet. Das Lumineszenzkonversionselement 20 ist zur Emission von Sekundärlicht mittels Wellenlängenkonversion zumindest eines Teils des vom Halbleiterkörper 10 abgestrahlten Primärlichts ausgebildet.
  • Das Lumineszenzkonversionselement 20 ist beispielsweise ein auf dem Halbleiterkörper 10 vor oder nach der Montage in dem Grundgehäuse 4 aufgebrachtes, mit einem Leuchtstoff versehenes Plättchen. Das Lumineszenzkonversionselement 20 ist bei einer Ausgestaltung von der Seitenfläche 81 beabstandet. Die Seitenflanken des Halbleiterkörpers 10 sind bei einer Weiterbildung von dem Lumineszenzkonversionselement 20 unbedeckt.
  • Eine Öffnung 80 der Reflektorkavität 8 ist mit einer Reflektorschicht 9 abgedeckt. Diese ist bei einer Ausgestaltung sowohl für das Primärlicht wie auch für das Sekundärlicht reflektierend ausgebildet. Beispielsweise weist die Reflektorschicht mindestens ein Metall wie Aluminium und/oder Silber auf oder besteht aus mindestens einem Metall.
  • Die Reflektorschicht 9 ist beispielsweise auf einen Träger 90 aufgebracht. Der Träger 90 ist bei einer Ausgestaltung transparent oder transluzent, insbesondere diffus streuend, ausgebildet. Alternativ kann er einen Farbstoff enthalten.
  • Die Reflektorschicht 9 überdeckt einen ersten Teilbereich 810 der Öffnung 80, während ein zweiter Teilbereich 820 der Öffnung 80 von der Reflektorschicht 9 unbedeckt ist. Der zweite Teilbereich 82 ist zweckmäßigerweise zur Lichtabstrahlung vorgesehen. Vorliegend ist der zweite Teilbereich 820 ein Mittelbereich der Öffnung 80, der erste Teilbereich 810 ein um den Mittelbereich 820 umlaufender Randbereich der Öffnung 80.
  • Bei dem vorliegenden Bauelement überlappt der zweite Teilbereich in Draufsicht auf die Reflektorschicht 9 vollständig mit dem Halbleiterchip 1 und insbesondere mit dem Lumineszenzkonversionselement 20. Vorzugsweise ist ein umlaufender Randbereich des Halbleiterchips 1 und insbesondere des Lumineszenzkonversionselements 20 von dem ersten Teilbereich 810 in Draufsicht auf die Reflektorschicht 9 überdeckt.
  • Das Lumineszenzkonversionselement 20 ist beispielsweise derart ausgebildet, dass weniger als ein Prozent der Strahlungsintensität der Primärstrahlung, welche senkrecht zu der Außenfläche 101 abgestrahlt und in das Lumineszenzkonversionselement 20 eingekoppelt wird, das Lumineszenzkonversionselement 20 an seiner von der Außenfläche 101 abgewandten Auskoppelfläche 201 verlässt.
  • Primärstrahlung die beispielsweise schräg in den Randbereich des Lumineszenzkonversionselements 20 eingekoppelt wird, wird zu einem geringeren Anteil in diesem absorbiert, so dass ein Teil dieser Primärstrahlung beispielsweise aus den Seitenflanken des Lumineszenzkonversionselements 20 wieder austritt (siehe 11B). Alternativ oder zusätzlich kann der Halbleiterkörper Primärstrahlung von seinen Seitenflanken abstrahlen.
  • Mittels der Reflektorschicht 9 ist vorteilhafterweise die Gefahr reduziert, dass unkonvertierte Primärstrahlung durch die Öffnung 80 aus dem Bauelement ausgekoppelt wird. Zusätzlich ist die Reflektorschicht 9 dazu geeignet, zumindest einen Teil der Primärstrahlung zu dem Lumineszenzkonversionselement 20 zu reflektieren, so dass sie dort zu Sekundärstrahlung wellenlängenkonvertiert werden kann. Auf diese Weise ist die Konversionseffizienz des Bauelements mit Vorteil besonders hoch.
  • Die 12A und 12B zeigen ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem achten Aspekt in einer schematischen Draufsicht bzw. in einer schematischen Schnittdarstellung.
  • Das Bauelement unterscheidet sich von dem Bauelement gemäß dem siebten Aspekt dadurch, dass der von der Reflektorschicht 9 überdeckte erste Teilbereich 810 ein Mittelbereich der Öffnung 80 der Reflektorkavität 8 ist und ein um den Mittelbereich 810 umlaufender Randbereich 820 der Öffnung 80 den von der Reflektorschicht 9 unbedeckten zweiten Teilbereich 820 bildet. In Draufsicht auf die Öffnung 80 ragt der Mittelbereich 810 seitlich allseitig über den Halbleiterchip 1 hinaus.
  • Das Lumineszenzkonversionselement 20 ist im Gegensatz zur vorherigen Ausgestaltung keine Schicht, die Bestandteil des Halbleiterchips 1 ist. Vielmehr ist das Lumineszenzkonversionselement 20 als Vergussmasse ausgebildet, mit der die Reflektorkavität 8 befüllt ist und welche den Halbleiterkörper 10 verkapselt. Insbesondere ist die Reflektorkavität 8 vollständig mit dem Lumineszenzkonversionselement 20 gefüllt.
  • Die Höhe der Vergussmasse 20 über dem Halbleiterkörper 10 und die Leuchtstoffkonzentration C in der Vergussmasse sind vorliegend derart gewählt, dass ein Anteil von mindestens zehn Prozent, insbesondere von mindestens zwanzig Prozent, der Strahlungsintensität der von der Außenfläche 101 des Halbleiterkörpers 10 senkrecht abgestrahlten Primärstrahlung an der vom Halbleiterkörper 10 abgewandten Seite der Lumineszenzumhüllung 20 auf die Reflektorschicht 9 trifft.
  • Zudem ist das Lumineszenzkonversionselement so geformt, dass Primärstrahlung, die unter einem größeren Winkel von der Außenfläche 101 abgestrahlt wird, so dass dessen optischer Weg – ohne Berücksichtigung von Streu- und Absorptionsprozessen im Lumineszenzkonversionselement 20 – durch den zweiten Teilbereich 820 führt, zu einem geringeren Anteil auf die Öffnung 80 trifft. Beispielsweise ist dieser Anteil kleiner oder gleich fünf Prozent der unter dem jeweiligen Winkel abgestrahlten Strahlungsleistung, vorzugsweise kleiner oder gleich zwei Prozent, zum Beispiel kleiner oder gleich ein Prozent.
  • Auf diese Weise ist mittels der Reflektorschicht die Gefahr einer farblich inhomogenen Lichtabstrahlung des Bauelements von der Öffnung 80 der Reflektorkavität 8 besonders gering. Zugleich ist mit Vorteil ein besonders flaches Bauelement erzielbar.
  • 13 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem neunten Aspekt.
  • Dieses unterscheidet sich von dem vorigen Bauelement dadurch, dass der von der Reflektorschicht 9 unbedeckte zweite Teilbereich 820 nicht vollständig um den Halbleiterchip 1 umlaufend ausgebildet ist. Stattdessen stellt der zweite Teilbereich 820 vorliegend eine seitlich gegen den Halbleiterchip 1 versetzte Aussparung der Reflektorschicht 9 dar. Beispielsweise ist die Aussparung von einem Loch durch die Reflektorschicht 9 und den Träger 90 gebildet.
  • Die das Lumineszenzkonversionselement 20 bildende Vergussmasse ist zum Beispiel durch das Loch in die Reflektorkavität 8 eingefüllt. Sie füllt die Reflektorkavität 8 vorliegend nur teilweise aus. Dabei überlappen die Vergussmasse 20 und die Aussparung 820 in Draufsicht auf die Öffnung 80 vollständig.
  • 14 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß einem zehnten Aspekt.
  • Dieses Bauelement unterscheidet sich von dem Bauelement gemäß dem siebten Aspekt (siehe 11A und 11B) dadurch, dass die Lumineszenzkonversionsschicht 20 nicht als Plättchen auf den Halbleiterkörper 10 aufgebracht ist. Stattdessen ist sie auf den Träger 90 derart aufgebracht, dass sie den von der Reflektorschicht 9 freigelassenen Teilbereich 820 überdeckt.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Beispielsweise ist jeder der verschiedenen Halbleiterchips für jedes der Bauelemente geeignet und die Verfahren sind zur Herstellung jedes der Bauelemente geeignet.
  • Darüber hinaus umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen in den Ausführungsbeispielen und Patentansprüche, auch wenn diese Kombination nicht explizit angegeben ist.

Claims (15)

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