DE102013104840A1 - Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen - Google Patents

Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen Download PDF

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Abstract

Angegeben wird ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit – zumindest einem Halbleiterchip (2) mit einer Halbleiterschichtenfolge (200), die einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist; – einer Montagefläche (11), an der zumindest ein elektrischer Kontakt (51, 52) für die externe Kontaktierung des Halbleiterchips ausgebildet ist, wobei die Montagefläche parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge verläuft; – einer Strahlungsaustrittsfläche (10), die schräg oder senkrecht zur Montagefläche verläuft; – einer Strahlungsführungsschicht (3), die im Strahlengang zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist; und – einem Reflektorkörper (4), der bereichsweise an die Strahlungsführungsschicht angrenzt und den Halbleiterchip in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement überdeckt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen angegeben.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen.
  • Bei handgehaltenen elektronischen Geräten wie beispielsweise Mobilfunkgeräten finden oftmals Flüssigkristallanzeigen Anwendung, für deren Hinterleuchtung auch LEDs eingesetzt werden können. Mit fortschreitender Verringerung der Bautiefe solcher Geräte erhöhen sich jedoch auch die Anforderungen an die Bauhöhe der LEDs derart, dass diese mit konventionellen Bauformen nicht mehr ohne Weiteres erreicht werden können.
  • Eine Aufgabe ist es, ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement anzugeben, das bei einer geringen Bauhöhe einen für die Anwendung des Geräts ausreichenden Lichtstrom bereitstellt. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem solche strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente einfach und kostengünstig hergestellt werden können.
  • Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement beziehungsweise ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement weist gemäß zumindest einer Ausführungsform zumindest einen Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge weist einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Der aktive Bereich ist insbesondere zur Erzeugung von Strahlung im sichtbaren, ultravioletten oder infraroten Spektralbereich vorgesehen. Die Halbleiterschichtenfolge weist beispielsweise eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps und eine zweite Halbleiterschicht eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps auf. Der aktive Bereich ist zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips weist der Halbleiterchip zweckmäßigerweise eine erste Anschlussfläche und eine zweite Anschlussfläche auf.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Montagefläche auf, an der zumindest ein elektrischer Kontakt für die externe elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips ausgebildet ist. Die Montagefläche verläuft insbesondere parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge. Der Begriff „parallel“ umfasst auch relative Anordnungen von Montagefläche und Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge, bei dem die Montagefläche und die Haupterstreckungsebene fertigungsbedingt einen kleinen Winkel, etwa einen Winkel von höchstens 10°, einschließen. In vertikaler Richtung erstreckt sich das Halbleiterbauelement zwischen der Montagefläche und einer Vorderseite des Halbleiterbauelements. Unter einer vertikalen Richtung wird eine Richtung verstanden, die senkrecht zur Montagefläche verläuft. Entsprechend wird unter einer lateralen Richtung eine Richtung verstanden, die parallel zur Montagefläche verläuft.
  • Insbesondere sind an der Montagefläche ein erster elektrischer Kontakt und ein zweiter elektrischer Kontakt ausgebildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Strahlungsaustrittsfläche auf, die schräg oder senkrecht zur Montagefläche verläuft. Beispielsweise schließt die Strahlungsaustrittsfläche mit der Montagefläche einen Winkel zwischen einschließlich 60° und einschließlich 120°, insbesondere zwischen einschließlich 85° und einschließlich 95° ein. Die Strahlungsaustrittsfläche ist an einer das Halbleiterbauelement in lateraler Richtung begrenzenden Seitenfläche des Halbleiterbauelements ausgebildet. Die Strahlungsaustrittsfläche ist insbesondere in lateraler Richtung vom Halbleiterchip beabstandet. Insbesondere weist das Halbleiterbauelement genau eine Strahlungsaustrittsfläche auf. Mit anderen Worten sind die übrigen Seitenflächen des Halbleiterbauelements und die Vorderseite des Halbleiterbauelements frei von einer Strahlungsaustrittsfläche. Eine Hauptabstrahlungsrichtung des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements verläuft insbesondere parallel zur Montagefläche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Strahlungsführungsschicht auf. Die Strahlungsführungsschicht ist insbesondere im Strahlengang zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. Die Strahlungsführungsschicht ist für die im aktiven Bereich des Halbleiterchips erzeugte Strahlung transparent oder zumindest transluzent. Insbesondere erstreckt sich die Strahlungsführungsschicht durchgängig von dem Halbleiterchip zur Strahlungsaustrittsfläche. Das heißt, die Strahlungsführungsschicht grenzt an den Halbleiterchip an und bildet die Strahlungsaustrittsfläche. Die Strahlungsführungsschicht bildet also bereichsweise die Seitenfläche des Halbleiterbauelements.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Reflektorkörper auf. Der Reflektorkörper grenzt insbesondere bereichsweise an die Strahlungsführungsschicht an. Der Reflektorkörper ist dafür vorgesehen, in der Strahlungsführungsschicht geführte und in Richtung des Reflektorkörpers verlaufende Strahlung in die Strahlungsführungsschicht zurück zu reflektieren. Der Reflektorkörper kann diffus reflektierend und/oder gerichtet reflektierend ausgebildet sein. Beispielsweise enthält der Reflektorkörper einen Kunststoff, der mit die Reflektivität steigernden Partikeln versetzt ist. Beispielsweise eignet sich für den Reflektorkörper ein Polymermaterial, etwa ein Silikon. Für die Partikel eignet sich beispielsweise Titanoxid.
  • In Aufsicht auf das Halbleiterbauelement überdeckt der Reflektorkörper den Halbleiterchip zumindest bereichsweise, bevorzugt vollständig. Mittels des Reflektorkörpers wird vermieden, dass durch die Vorderseite des Halbleiterchips austretende Strahlung in vertikaler Richtung aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement austritt. Insbesondere kann die Strahlung in die Strahlungsführungsschicht zurück reflektiert werden und nachfolgend durch die seitliche Strahlungsaustrittsfläche austreten.
  • In mindestens einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge auf, die einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist. Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement umfasst eine Montagefläche, an der zumindest ein elektrischer Kontakt für die externe Kontaktierung des Halbleiterchips ausgebildet ist, wobei die Montagefläche parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge verläuft. Eine Strahlungsaustrittsfläche verläuft schräg oder senkrecht zur Montagefläche. Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement umfasst weiterhin eine Strahlungsführungsschicht, die im Strahlengang zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist. Weiterhin umfasst das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement einen Reflektorkörper, der bereichsweise an die Strahlungsführungsschicht angrenzt und den Halbleiterchip in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement überdeckt.
  • Mittels der Strahlungsführungsschicht und des Reflektorkörpers ist auf einfache Weise ein Halbleiterbauelement realisiert, das sich durch eine besonders geringe Bauhöhe auszeichnen kann und durch eine, insbesondere nur durch genau eine, seitliche Strahlungsaustrittsfläche im Betrieb Strahlung emittiert.
  • Die Halbleiterbauelemente zeichnen sich zudem im Vergleich zu konventionellen seitlich emittierenden Halbleiterbauelementen, bei denen die Halbleiterchips in vorgefertigten Gehäusen platziert werden, durch eine verbesserte Wärmeabfuhr aus. Ferner sind die Halbleiterbauelemente besonders kostengünstig auf Waferlevel herstellbar.
  • Das strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ist insbesondere als ein oberflächenmontierbares Bauelement (Surface Mounted Device, SMD) ausgebildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements enthält die Strahlungsführungsschicht ein Strahlungskonversionsmaterial. Das Strahlungskonversionsmaterial ist dafür vorgesehen, im Halbleiterchip, insbesondere im aktiven Bereich, erzeugte Primärstrahlung mit einer ersten Peak-Wellenlänge zumindest teilweise in Sekundärstrahlung mit einer von der ersten Peak-Wellenlänge verschiedenen zweiten Peak-Wellenlänge umzuwandeln. Das Strahlungskonversionsmaterial kann die im Halbleiterchip erzeugte Primärstrahlung vollständig oder nur teilweise umwandeln. Das Halbleiterbauelement emittiert zum Beispiel Mischlicht, insbesondere für das menschliche Auge weiß erscheinendes Licht. Beispielsweise enthält die vom Halbleiterbauelement insgesamt abgestrahlte Strahlung Strahlungsanteile im roten, grünen und blauen Spektralbereich. Ein solches Halbleiterbauelement ist für die Hinterleuchtung einer Anzeigevorrichtung, etwa einer Flüssigkristallanzeige, besonders geeignet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements bildet die Strahlungsführungsschicht die Strahlungsaustrittsfläche. In Seitenansicht umläuft der Reflektorkörper die Strahlungsaustrittsfläche entlang des gesamten Umfangs. Der Reflektorkörper begrenzt also die Strahlungsaustrittsfläche und verhindert einen Strahlungsaustritt seitlich der Strahlunsgaustrittsfläche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der Halbleiterchip mittels einer Kontaktbahn mit dem Kontakt verbunden. Beispielsweise ist die Kontaktbahn bereichsweise zwischen der Strahlungsführungsschicht und der Reflektorschicht angeordnet. Die Kontaktbahn kann insbesondere sowohl an die Strahlungsführungsschicht als auch an die Reflektorschicht bereichsweise angrenzen. Die Kontaktbahn ist beispielsweise als eine auf der Strahlungsführungsschicht aufgebrachte Beschichtung ausgebildet. Alternativ kann die Kontaktbahn beispielsweise durch eine Drahtbond-Verbindung gebildet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umläuft die Strahlungsführungsschicht den Halbleiterchip in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement vollständig, insbesondere auf Höhe des aktiven Bereichs. Insbesondere sind die Seitenflächen des Halbleiterchips vollständig mit der Strahlungsführungsschicht bedeckt. Beispielsweise ist die Strahlungsführungsschicht an den Halbleiterchip angeformt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist die Strahlungsführungsschicht in lateraler Richtung zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. In lateraler Richtung aus dem Halbleiterchip austretende Strahlung wird also direkt in die Strahlungsführungsschicht eingekoppelt. In vertikaler Richtung befindet sich die Strahlungsaustrittsfläche auf derselben Höhe wie der Halbleiterchip.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist die Vorderseite des Halbleiterchips in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement frei von der Strahlungsführungsschicht. Insbesondere erstreckt sich die Strahlungsführungsschicht von der Montagefläche aus gesehen in vertikaler Richtung nicht oder nur geringfügig, das heißt um höchstens 10% der maximalen vertikalen Ausdehnung, über den Halbleiterchip hinaus. Die Strahlungsführungsschicht bewirkt in vertikaler Richtung also keine Aufweitung der abgestrahlten Strahlung. Die Einkopplung in flache Lichtleiter wird dadurch vereinfacht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist die Strahlungsführungsschicht zumindest eine Aussparung auf, durch die der Halbleiterchip mit dem Kontakt elektrisch leitend verbunden ist. Die Aussparung erstreckt sich insbesondere in vertikaler Richtung vollständig durch die Strahlungsführungsschicht hindurch. Insbesondere ist die Aussparung außerhalb des direkten Strahlengangs zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet. Strahlung, die aus der der Strahlungsaustrittsfläche zugewandten Seitenfläche des Halbleiterchips in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche abgestrahlt wird, kann also nicht ohne eine vorhergehende Reflexion auf die Aussparung auftreffen. Für die Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Kontakt ist die Aussparung zweckmäßigerweise mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall befüllt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist die Strahlungsführungsschicht in vertikaler Richtung zwischen dem Halbleiterchip und dem Reflektorkörper angeordnet. Durch die Vorderseite des Halbleiterchips abgestrahlte Strahlung wird also in die Strahlungsführungsschicht eingekoppelt. Mittels des Reflektorkörpers wird die in vertikaler Richtung aus dem Halbleiterchip abgestrahlte Strahlung in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche umgelenkt. In vertikaler Richtung befindet sich die Strahlungsaustrittsfläche von der Montagefläche aus gesehen oberhalb des Halbleiterchips. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für als Oberflächenemitter ausgebildete Halbleiterchips, also für Halbleiterchips, bei denen nur ein geringer Anteil, beispielsweise maximal 30 %, der Strahlung seitlich austritt. Bei dieser Ausgestaltung ist die vertikale Ausdehnung der Strahlungsaustrittsfläche bei der Herstellung unabhängig von der vertikalen Ausdehnung des Halbleiterchips mittels der vertikalen Ausdehnung der Strahlungsführungsschicht einstellbar.
  • In einer Ausgestaltungsvariante umläuft der Reflektorkörper den Halbleiterchip in lateraler Richtung vollständig. Mittels des Reflektorkörpers wird also eine seitliche Abstrahlung des Halbleiterchips vermieden, so dass eine Einkopplung in die Strahlungsführungsschicht vollständig oder zumindest zu 80 % oder mehr durch die Vorderseite des Halbleiterchips erfolgt.
  • In einer alternativen Ausgestaltungsvariante bedeckt die Strahlungsführungsschicht sowohl die Vorderseite des Halbleiterchips als auch zumindest eine Seitenfläche, insbesondere alle Seitenflächen des Halbleiterchips vollständig oder zumindest teilweise. Die Strahlungseinkopplung in die Strahlungsführungsschicht kann so über eine vergleichsweise große Oberfläche des Halbleiterchips erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weist der Halbleiterchip an zumindest zwei Außenflächen eine Spiegelschicht auf. Insbesondere kann der Halbleiterchip außer an der der Strahlungsaustrittsfläche zugewandten Seitenfläche an allen Außenflächen mit einer Spiegelschicht versehen sein. Die Spiegelschicht kann beispielsweise mittels einer Metallschicht und/oder mittels einer dielektrischen Spiegelstruktur, etwa eines Bragg-Spiegels, gebildet sein. Mittels der Spiegelschicht kann definiert werden, an welchen Stellen des Halbleiterchips eine Strahlungsauskopplung vermieden werden soll.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der Halbleiterchip auf einem Leiterrahmen angeordnet. Der Leiterrahmen bildet insbesondere zumindest einen Kontakt zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der Kontakt durch eine Beschichtung auf dem Halbleiterchip ausgebildet. Eine solche Beschichtung kann sich im Vergleich zu einem Leiterrahmen durch eine geringere Dicke auszeichnen, so dass die Bauhöhe des Halbleiterbauelements weitergehend verringert ist. Insbesondere schließen der Kontakt und der Reflektorkörper an der Montagefläche in vertikaler Richtung bündig miteinander ab.
  • Bei einem Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen wird gemäß zumindest einer Ausführungsform eine Mehrzahl von Halbleiterchips bereitgestellt, die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen. Beispielsweise werden die Halbleiterchips matrixförmig positioniert, beispielsweise auf einem Hilfsträger oder auf einem Leiterrahmenverbund. Eine Strahlungsführungsschicht wird ausgebildet, die an die Halbleiterchips angrenzt. Die Strahlungsführungsschicht wird zumindest bereichsweise mit einem Reflektormaterial zum Ausbilden eines Reflektorkörpers umformt. Nachfolgend erfolgt ein Vereinzeln in die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente, wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip aufweist und wobei beim Vereinzeln die Strahlungsführungsschicht und der Reflektorkörper so durchtrennt werden, dass die Strahlungsführungsschicht eine Strahlungsaustrittsfläche der vereinzelten Halbleiterbauelemente bildet.
  • Das Ausbilden des Reflektorkörpers und/oder das Ausbilden der Strahlungsführungsschicht kann beispielsweise mittels Gießens erfolgen, wobei der Begriff Gießen allgemein Verfahren zum Aufbringen einer Formmasse bezeichnet und insbesondere auch Spritzgießen (injection moulding), Spritzpressen (transfer moulding) und Formpressen (compression moulding) umfasst.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Strahlungsführungsschicht vor dem Vereinzeln in lateraler Richtung vollständig von dem Reflektorkörper umgeben und wird beim Vereinzeln frei gelegt. Beim Vereinzeln entsteht also eine Seitenfläche des Bauelements, an der die Strahlungsführungsschicht frei liegt. An der Seitenfläche, an der die Strahlungsaustrittsfläche ausgebildet ist, schließen der Reflektorkörper und die Strahlungsführungsschicht bündig ab.
  • Das Vereinzeln kann beispielsweise mechanisch, etwa durch Sägen oder Schneiden, chemisch, etwa durch Ätzen, oder durch eine Behandlung mit kohärenter Strahlung, etwa mit einem Laser, erfolgen.
  • Die Seitenflächen der vereinzelten Halbleiterbauelemente, insbesondere die Strahlungsaustrittsfläche können daher Spuren des Vereinzelungsschritts aufweisen, etwa Spuren einer mechanischen oder chemischen Behandlung oder einer Einwirkung von Laserstrahlung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden vor dem Umformen mit dem Reflektormaterial Trenngräben in der Strahlungsführungsschicht ausgebildet. Insbesondere wird die Strahlungsführungsschicht durch die Trenngräben in eine der Anzahl der herzustellenden Halbleiterbauelemente entsprechende Anzahl von Segmenten zerteilt. Die Seitenflächen der Strahlungsführungsschicht entstehen also beim Ausbilden der Trenngräben. Insbesondere wird das Reflektormaterial beim Umformen der Strahlungsführungsschicht an die beim Ausbilden der Trenngräben entstehenden Seitenflächen der Strahlungsführungsschicht angeformt. Davon abweichend können die einzelnen Segmente der Strahlungsführungsschicht auch bereits beim Ausbilden der Strahlungsführungsschicht gebildet werden, beispielsweise durch eine entsprechend geformte Gießform.
  • Vor dem Umformen der Strahlungsführungsschicht können die einzelnen Segmente der Strahlungsführungsschicht, die jeweils zumindest einen Halbleiterchip aufweisen, in einem neuen Raster angeordnet werden, so dass der Abstand zwischen den einzelnen Segmenten der Strahlungsführungsschicht beim Umformen mit dem Reflektormaterial größer ist als die Breite des Trenngrabens.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips nach dem Ausbilden der Strahlungsführungsschicht elektrisch kontaktiert. Beispielsweise werden Kontaktbahnen ausgebildet, die bereichsweise auf den Halbleiterchips und bereichsweise auf der Strahlungsführungsschicht verlaufen. Insbesondere erfolgt die Kontaktierung der Halbleiterchips zwischen dem Ausbilden der Strahlungsführungsschicht und dem Ausbilden des Reflektorkörpers.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Halbleiterchips durch Aussparungen in der Strahlungsführungsschicht hindurch elektrisch kontaktiert. Die Aussparungen können bereits beim Ausbilden der Strahlungsführungsschicht ausgebildet werden oder durch einen nachträglichen Materialabtrag der Strahlungsführungsschicht, beispielsweise mittels eines Lasers.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Strahlungsführungsschicht beim Ausbilden der Strahlungsführungsschicht an die Seitenflächen der Halbleiterchips angeformt. Die Strahlungsführungsschicht grenzt also an die Seitenflächen der Halbleiterchips an.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Seitenflächen der Halbleiterschicht vor dem Ausbilden der Strahlungsführungsschicht mit einem weiteren Reflektormaterial versehen. In diesem Fall grenzt das weitere Reflektormaterial an die Seitenflächen der Halbleiterchips an und verhindert einen seitlichen Strahlungsaustritt aus den Halbleiterchips. Die Begriffe "Reflektormaterial" und "weiteres Reflektormaterial" implizieren keine Reihenfolge hinsichtlich der Reihenfolge dieser Schritte bei der Durchführung des Verfahrens. Das Reflektormaterial und das weitere Reflektormaterial können bezüglich des Materials gleichartig oder voneinander verschieden sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens enthält die Strahlungsführungsschicht ein Strahlungskonversionsmaterial und ein Farbort der vom Halbleiterbauelement abgestrahlten Strahlung wird nach dem Vereinzeln in die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente durch Materialabtrag der Strahlungsführungsschicht eingestellt. Der Materialabtrag kann gleichmäßig über die gesamte Fläche der Strahlungsaustrittsfläche oder nur stellenweise erfolgen, beispielsweise mittels lokaler Kerben.
  • Ein Abstand zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 50 µm und einschließlich 500 µm. Je geringer der Abstand ist, desto geringer können die Absorptionsverluste bei der Reflektion der Strahlung an dem Reflektorkörper sein. Andererseits können Schwankungen des Abstands aufgrund von beispielsweise fertigungsbedingten Positionierungsschwankungen des Vereinzelungsschnitts relativ zu den Halbleiterchips zu Farbortschwankungen führen, wobei kleine Abweichungen in der Fertigung bei kleinen Abständen eine prozentual stärkere Auswirkung haben als bei größeren Abständen. Eine Abstand zwischen einschließlich 50 µm und einschließlich 500 µm hat sich als besonders geeignet herausgestellt. Insbesondere hat sich gezeigt, dass so beispielsweise ein Farbort im CIE-Diagramm mit den Koordinaten cx = 0,29 und cy = 0,27 erzielt werden kann. Dieser Farbort entspricht einer Farbtemperatur von etwa 8500 K. Der Farbort liegt jedoch nicht auf der Kurve eines schwarzen Strahlers.
  • Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines weiter oben beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement ausgeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
  • Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
  • Es zeigen:
  • Die 1A bis 1D ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Aufsicht (1A), schematischer Schnittansicht (1B) und in zwei perspektivischen Ansichten in den 1C und 1D;
  • die 2A, 3A, 4A und 5A jeweils ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Aufsicht und die 2B, 3B, 4B und 5B jeweils die zugehörige Schnittansicht; und
  • Die 6A bis 6J ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements anhand von schematisch dargestellten Zwischenschritten in verschiedenen Perspektiven.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Ein ersten Ausführungsbeispiel für Halbleiterbauelement ist in den 1A bis 1D dargestellt. Das Halbleiterbauelement 1 erstreckt sich in einer vertikalen Richtung zwischen einer Montagefläche 11 und einer Vorderseite 13. Zwischen der Montagefläche und der Vorderseite verlaufen Seitenflächen 12, die das Halbleiterbauelement 1 in lateraler Richtung begrenzen. Die Seitenflächen verlaufen senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Montagefläche. An einer der Seitenflächen 12 ist eine Strahlungsaustrittsfläche 10 ausgebildet. Die Hauptabstrahlungsrichtung der vom Halbleiterbauelement abgestrahlten Strahlung verläuft senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche und parallel zur Montagefläche.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst exemplarisch zwei zur Erzeugung von Strahlung vorgesehene Halbleiterchips 2. Die Halbleiterchips erstrecken sich in vertikaler Richtung zwischen einer Rückseite 23 und einer Vorderseite 24. In lateraler Richtung sind die Halbleiterchips durch Seitenflächen 27 begrenzt. Die Halbleiterchips 2 weisen an der Vorderseite 24 jeweils eine erste Anschlussfläche 25 und eine zweite Anschlussfläche 26 auf. Die Halbleiterchips 2 weisen eine rechteckige, nicht quadratische, Grundfläche auf. Parallel zur Strahlungsaustrittsfläche ist die Ausdehnung der Halbleiterchips vorzugsweise um mindestens 20 % größer als in einer senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche verlaufenden Richtung. Eine verstärkte Strahlungsauskopplung in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche kann so im Vergleich zu Halbleiterchips mit quadratischer Grundfläche gefördert werden. Davon abweichend können aber auch Halbleiterchips mit quadratischer Grundfläche Anwendung finden. Details des Halbleiterchips, insbesondere der zur Erzeugung von Strahlung vorgesehene aktive Bereich, sind in den 1A bis 1D, insbesondere in der Schnittansicht in 1B entlang der Linie AA’, zur vereinfachten Darstellung nicht gezeigt. Der Halbleiterchip kann beispielsweise wie nachfolgend im Zusammenhang mit 2B beschrieben ausgeführt sein.
  • An der Montagefläche 11 weist das Halbleiterbauelement 1 einen ersten Kontakt 51 und einen zweiten Kontakt 52 auf. Der erste Kontakt 51 ist mit der ersten Anschlussfläche 25, der zweite Kontakt 52 mit der zweiten Anschlussfläche 26 elektrisch leitend verbunden. Durch Anlegen einer externen elektrischen Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt können Ladungsträger von verschiedenen Seiten in den aktiven Bereich des Halbleiterchips injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst weiterhin eine Strahlungsführungsschicht 3. Die Strahlungsführungsschicht grenzt entlang des gesamten Umfangs an die Halbleiterchips 2 an. Die Strahlungsführungsschicht ist beispielsweise mittels einer Formmasse gebildet, die bei der Herstellung an die Halbleiterchips 2 angeformt wird. Die Strahlungsführungsschicht 3 grenzt an die Halbleiterchips 2 an und bildet die Strahlungsaustrittsfläche 10. Im Halbleiterchip 2 im Betrieb erzeugte, durch eine Seitenfläche 27 ausgekoppelte Strahlung kann direkt über die Strahlungsführungsschicht 3 aus dem Halbleiterbauelement 1 ausgekoppelt werden, ohne eine weitere Grenzfläche zu durchlaufen. Auf der der Montagefläche 11 zugewandten Seite schließen die Strahlungsführungsschicht 3 und der Halbleiterchip 2 bündig ab.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst weiterhin einen Reflektorkörper 4. Wie in der perspektivischen Darstellung in 1C zu sehen, umläuft der Reflektorkörper 4 die Strahlungsführungsschicht 3 in einer Seitenansicht des Halbleiterbauelements entlang des gesamten Umfangs. Der Reflektorkörper 4 bildet also einen Rahmen um die Strahlungsführungsschicht 3. In Aufsicht auf das Halbleiterbauelement 1 überdeckt der Reflektorkörper 4 die Halbleiterchips 2 vollständig. Mittels des Reflektorkörpers wird so vermieden, dass Strahlung durch die Vorderseite 13 des Halbleiterbauelements 1 ausgekoppelt wird.
  • Der Reflektorkörper 4 bildet bereichsweise die Montagefläche 11 des Halbleiterbauelements. Weiterhin bildet der Reflektorkörper die Vorderseite 13 und die Seitenflächen 12 vollständig oder zumindest bereichsweise. Der Reflektorkörper 4 bildet also alle Außenflächen des Halbleiterbauelements zumindest zum Teil.
  • Der Reflektorkörper 4 weist vorzugsweise für die im Halbleiterchip 1 erzeugte Strahlung eine Reflektivität von mindestens 80%, besonders bevorzugt von mindestens 90% auf. Beispielsweise eignet sich für die Reflektorschicht ein Polymermaterial wie Silikon, das mit reflektierenden Partikeln, beispielsweise Titanoxid-Partikeln, gefüllt ist.
  • Die Strahlungsführungsschicht 3 enthält ein Strahlungskonversionsmaterial, das dafür vorgesehen ist, im Halbleiterchip 2 erzeugte Primärstrahlung vollständig oder zumindest teilweise in Sekundärstrahlung umzuwandeln. Beispielsweise können der Halbleiterchip und das Strahlungskonversionsmaterial so ausgebildet sein, dass das Halbleiterbauelement insgesamt die Strahlung im roten, grünen und blauen Spektralbereich emittiert. Ein derartiges Halbleiterbauelement ist für eine Hinterleuchtungseinheit für eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige, besonders geeignet.
  • Abhängig von der Anwendung des Halbleiterbauelements 1 ist jedoch auch denkbar, dass die Strahlungsführungsschicht 3 frei von Strahlungskonversionsmaterial ist und das Halbleiterbauelement lediglich die im Halbleiterchip 2 erzeugte Primärstrahlung, beispielsweise Primärstrahlung im blauen Spektralbereich, emittiert. In der Strahlungsführungsschicht 3 sind Aussparungen 31 ausgebildet, die sich in vertikaler Richtung vollständig durch die Strahlungsführungsschicht hindurch erstrecken. Durch diese Aussparungen hindurch sind die Anschlussflächen 25, 26 der Halbleiterchips 2 mit den jeweils zugeordneten Kontakten 51, 52 elektrisch leitend verbunden. Die Aussparungen 31 sind in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement derart angeordnet, dass der Strahlengang zwischen der der Strahlungsaustrittsfläche 10 zugewandten Seitenfläche der Halbleiterchips 2 und der Strahlungsaustrittsfläche frei von den Aussparungen ist. Die Gefahr einer Abschattung der Strahlungsaustrittsfläche durch die Aussparung wird so vermieden. Alternativ zu Aussparungen durch die Strahlungsführungsschicht kann die elektrische Kontaktierung auch im Reflektorkörper 4 erfolgen. Dies wird im Zusammenhang mit 2B näher erläutert.
  • Auf der Strahlungsführungsschicht 3 sind Kontaktbahnen 55 ausgebildet, die sich in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement von den Anschlussflächen 25, 26 der Halbleiterchips zu den Aussparungen 31 erstrecken. Die Kontaktbahnen sind zwischen der Strahlungsführungsschicht und dem Reflektorkörper 4 angeordnet und somit in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement nicht zu sehen.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Strahlungsauskopplung aus den Halbleiterchips insbesondere über die Seitenflächen 27. Für den Halbleiterchip eignet sich daher insbesondere ein als Volumenemitter ausgebildeter Halbleiterchip. Bei einem Volumenemitter erfolgt die Strahlungsauskopplung auch über die Seitenflächen des Halbleiterchips, beispielsweise durch die Seitenflächen des Aufwachssubstrats für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips.
  • Die Kontakte 51, 52 sind als eine Beschichtung der Halbleiterchips 2 ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Kontakte eine Dicke von mindestens 10 µm, besonders bevorzugt eine Dicke von mindestens 25 µm auf. Dadurch ist gewährleistet, dass der seitlich der Kontakte angeordnete Teil des Reflektorkörpers 4 hinreichend dick ist, um in Richtung der Montagefläche 11 abgestrahlte Strahlung umzulenken. Alternativ ist denkbar, seitens der Montagefläche eine Spiegelbeschichtung zur Verbesserung der Effizienz vorzusehen. In diesem Fall können die Kontakte auch eine geringere Dicke aufweisen.
  • Die vertikale Ausdehnung der Strahlungsführungsschicht 3 entspricht im Wesentlichen der vertikalen Ausdehnung der Halbleiterchips 2. Die gesamte Bauhöhe des Halbleiterbauelements ergibt sich durch die Summen der vertikalen Ausdehnung der Strahlungsführungsschicht 3 und der vertikalen Ausdehnungen des Reflektorkörpers 4 oberhalb und unterhalb der Strahlungsführungsschicht. Mit diesem Aufbau können besonders kleine Bauhöhen erreicht werden. Zudem eignet sich ein solches Halbleiterbauelement besonders für die seitliche Einkopplung in vergleichsweise dünne Lichtleiter. Vorzugsweise weist das Halbleiterbauelement 1 eine Bauhöhe, also eine vertikale Ausdehnung, von höchstens 500 µm, bevorzugt zwischen einschließlich 100 µm und einschließlich 300 µm, beispielsweise 200 µm auf.
  • Das in 2A in Aufsicht und in zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie BB’ in 2B gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1D beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die Strahlungsführungsschicht 3 in vertikaler Richtung zwischen den Halbleiterchips 2 und der Vorderseite 13 des Halbleiterbauelements 1 angeordnet. Die Strahlungseinkopplung in die Strahlungsführungsschicht erfolgt also durch die Vorderseite 24 des Halbleiterchips 2.
  • Der Reflektorkörper 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Teilkörper 42 und einen weiteren Teilkörper 43 gebildet. Bei der Herstellung des Halbleiterbauelements werden der Teilkörper und der weitere Teilkörper jeweils durch ein Reflektormaterial gebildet, etwa mittels Gießens. Der Teilkörper und der weitere Teilkörper können bezüglich des Materials gleichartig oder voneinander verschieden ausgeführt sein. Der Teilkörper 42 umläuft die Halbleiterchips 2 in lateraler Richtung vollständig. Eine seitliche Strahlungsauskopplung aus den Halbleiterchips wird also mittels des Teilkörpers 42 vermieden. Der weitere Teilkörper 43 ist auf der der Montagefläche 11 abgewandten Seite des Teilkörpers 42 angeordnet. In vertikaler Richtung verläuft die Strahlungsführungsschicht 3 also bereichsweise zwischen zwei Teilkörpern des Reflektorkörpers. In einer Seitenansicht umläuft der durch den Teilkörper 42 und den weiteren Teilkörper 43 gebildete Reflektorkörper 4 die durch die Strahlungsführungsschicht 3 gebildete Strahlungsaustrittsfläche wie im Zusammenhang mit 1C beschrieben rahmenartig.
  • In dem Teilkörper 42 sind Öffnungen 41 ausgebildet, durch die der Halbleiterchip 2 mit den Kontakten 51, 52 elektrisch leitend kontaktiert ist. Aussparungen in der Strahlungsführungsschicht sind also nicht erforderlich.
  • Der in 2B dargestellte Halbleiterchip ist als ein Volumenemitter ausgebildet, bei dem eine Halbleiterschichtenfolge 200 auf einem Träger 29 angeordnet ist. Der Träger ist beispielsweise das Aufwachssubstrat für die epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichtenfolge 200. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen aktiven Bereich 20, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 eines ersten Leitungstyps, beispielsweise n-leitend, und einer zweiten Halbleiterschicht 22 eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps, beispielsweise p-leitend, angeordnet ist. Die Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge verläuft parallel zur Montagefläche 11. Für die Halbleiterschichtenfolge 200 eignet sich beispielsweise ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Für nitridisches Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere AlxInyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, x + y ≤ 1, eignet sich als Aufwachssubstrat beispielsweise Saphir oder Siliziumkarbid. Die Strahlungsauskopplung erfolgt insbesondere auch durch die Seitenflächen des Trägers 29.
  • Das in den 3A und 3B in Aufsicht und in zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie CC‘ dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem anhand der 2A und 2B beschriebenen Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass der Halbleiterchip 2 als ein Dünnfilm-Halbleiterchip ausgebildet ist. In diesem Fall ist der Träger 29 vom Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge verschieden. Die Halbleiterschichtenfolge 200 ist mittels einer Verbindungsschicht 28, etwa einer Lotschicht oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht, an dem Träger 29 befestigt.
  • Der Halbleiterchip weist an der Rückseite 23 die erste Anschlussfläche 25 und an der Vorderseite 24 die zweite Anschlussfläche 26 auf. Die elektrische Kontaktierung erfolgt also durch den Träger 29 hindurch. Die zweite Halbleiterschicht 22 ist über eine zweite Anschlussschicht 260 mit der zweiten Anschlussfläche 26 elektrisch leitend verbunden. Die zweite Anschlussschicht dient als eine Spiegelschicht für die im aktiven Bereich 20 erzeugte Strahlung. Ein solcher Dünnfilm-Halbleiterchip stellt in guter Näherung einen Oberflächenemitter dar. In der Halbleiterschichtenfolge 200 sind Ausnehmungen 251 ausgebildet, die sich von der dem Träger 29 zugewandten Seite her durch die zweite Halbleiterschicht 22 und den aktiven Bereich 20 hindurch in die erste Halbleiterschicht 21 hinein erstrecken. In diesen Ausnehmungen ist die erste Halbleiterschicht 21 elektrisch leitend mit einer ersten Anschlussschicht 250 verbunden. Die zweite Anschlussschicht verläuft stellenweise zwischen der ersten Anschlussschicht und der Halbleiterschichtenfolge. Die zweite Anschlussfläche 26 ist seitlich der Halbleiterschichtenfolge 200 angeordnet, so dass eine Abschattung des aktiven Bereichs 20 vermieden werden kann.
  • Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann der Halbleiterchip 2 auch so ausgebildet sein, dass die erste Anschlussfläche 25 und die zweite Anschlussfläche 26 auf der Vorderseite 24 des Halbleiterchips, insbesondere seitlich der Halbleiterschichtenfolge 200, angeordnet sind.
  • Das in den 4A und 4B in Aufsicht und in zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie DD‘ dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den 1A bis 1D beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der Halbleiterchip 2 auf einem Leiterrahmen 5 angeordnet und mittels einer Befestigungsschicht 53, etwa einer Lotschicht oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht, an dem Leiterrahmen befestigt. Der Leiterrahmen 5 bildet den ersten Kontakt 51 und den zweiten Kontakt 52. An den Leiterrahmen 5 grenzt bereichsweise eine Gehäuseschicht 44 an.
  • Die Gehäuseschicht 44 verbindet den ersten Kontakt 51 und den zweiten Kontakt 52 mechanisch stabil miteinander. Die Gehäuseschicht 44 bildet eine Kavität 45, in der der Halbleiterchip 2 angeordnet ist. In der Kavität ist die Strahlungsführungsschicht 3 angeordnet. Bei der Herstellung des Halbleiterbauelements 1 wird die Kavität zumindest teilweise mit dem Material der Strahlungsführungsschicht 3 befüllt.
  • Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität weist der Leiterrahmen 5 eine Hinterschneidung 56 auf. Die Verzahnung zwischen der Gehäuseschicht 44 und dem Leiterrahmen 5 wird dadurch erhöht.
  • Der Leiterrahmen 5 kann zur Erhöhung der Reflektivität mit einer Beschichtung versehen sein, beispielsweise einer Silberbeschichtung. Durch die Verwendung eines Leiterrahmens wird zudem die Wärmeabfuhr aus dem Halbleiterchip 2 verbessert. Der Leiterrahmen führt jedoch auch zu einer größeren Bauhöhe des Halbleiterbauelements.
  • Die Gehäuseschicht 44 ist mittels einer reflektierenden Formmasse gebildet. Die Kontaktbahnen 55 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Bond-Drähte ausgebildet, die die Anschlussflächen 25, 26 des Halbleiterchips 2 mit dem ersten Kontakt 51 beziehungsweise dem zweiten Kontakt 52 elektrisch leitend verbinden. Auf der der Montagefläche 11 abgewandten Seite der Strahlungsführungsschicht 3 ist der Reflektorkörper 4 ausgebildet. Die Kontaktbahnen 55 verlaufen innerhalb des Reflektorkörpers 4.
  • Weiterhin umfasst das Halbleiterbauelement 1 ein elektrisches Bauelement 6. Das elektrische Bauelement ist beispielsweise als ein ESD-Schutzelement, etwa als eine Zener-Diode, ausgebildet und schützt den Halbleiterchip vor elektrostatischer Entladung. Das elektronische Bauelement 6 ist in den Reflektorkörper 4 eingebettet.
  • Das in den 5A und 5B in Aufsicht und in zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie EE‘ gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass die Strahlungsführungsschicht 3 wie im Zusammenhang mit den 2A und 2B beschrieben in vertikaler Richtung zwischen dem Halbleiterchip 2 und der Vorderseite 13 des Halbleiterbauelements angeordnet ist. Die Strahlungseinkopplung in die Strahlungsführungsschicht 3 erfolgt also lediglich über die Vorderseite 24 des Halbleiterchips. Zur Vermeidung einer seitlichen Auskopplung aus dem Halbleiterchip sind die Seitenflächen 27 des Halbleiterchips mit einer reflektierenden Beschichtung 7 versehen. Für die Beschichtung 7 eignet sich beispielsweise eine metallische Schicht oder eine dielektrische Spiegelstruktur. Eine solche Beschichtung kann auch bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen an den Außenflächen des Halbleiterchips 2 ausgebildet sein, durch die keine Strahlung austreten soll. Selbstverständlich eignet sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Dünnfilm-Halbleiterchip (vergleiche 3B).
  • Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist in den 6A bis 6J gezeigt, wobei exemplarisch ein Halbleiterbauelement hergestellt wird, das wie im Zusammenhang mit den 1A bis 1D beschrieben ausgeführt ist.
  • Die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchips 2 werden auf einem Hilfsträger 8 platziert(6A). Als Hilfsträger eignet sich beispielsweise ein temporärer starrer Träger oder eine Folie. Die Beschreibung erfolgt exemplarisch für ein Halbleiterbauelement, das zwei Halbleiterchips aufweist. Das Halbleiterbauelement kann jedoch auch nur einen Halbleiterchip oder mehr als zwei Halbleiterchips aufweisen. Weiterhin kann ein Halbleiterchip auch mehrere, insbesondere lateral voneinander beabstandete, Emissionsbereiche aufweisen, die zumindest teilweise elektrisch in Serie verschaltet sind. Ein solcher Halbleiterchip kann bei höheren Betriebsspannungen betrieben werden. Beispielsweise kann ein Halbleiterchip mit doppelter Länge und zumindest zwei Emissionsbereichen eine Anordnung mit zwei nebeneinander angeordneten Halbleiterchips ersetzen. Dadurch wird die Anzahl der erforderlichen Anschlussflächen verringert, was zu einer reduzierten Strahlungsabsorption führen kann.
  • Die Halbleiterchips können weiterhin an der Vorderseite und/oder an der Rückseite eine reflektierende Beschichtung aufweisen. Auch die Seitenflächen der Halbleiterchips können abgesehen von der Seitenfläche, die im fertig gestellten Halbleiterbauelement der Strahlungsaustrittsfläche zugewandt ist, eine solche Beschichtung aufweisen.
  • Nachfolgend werden die Halbleiterchips wie in 6B in perspektivischer Schnittansicht dargestellt mit einer Formmasse, beispielsweise einem mit Strahlungskonversionsmaterial versetzten Silikon, zur Ausbildung einer Strahlungsführungsschicht 3 umformt. Die Vorderseite 24 der Halbleiterchips 2 bleibt zumindest teilweise frei von Material der Strahlungsführungsschicht, so dass die Anschlussflächen 25, 26 für die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips zugänglich sind. Die dem Hilfsträger 8 zugewandte Rückseite 23 bleibt ebenfalls frei von der Formmasse.
  • In der Strahlungsführungsschicht 3 werden, wie in 6C dargestellt, Aussparungen 31 ausgebildet, beispielsweise mittels eines Lasers oder mittels eines Ätz-Verfahrens. Davon abweichend kann die Strahlungsführungsschicht 3 auch bereits so ausgebildet werden, dass sie die Aussparungen aufweist, beispielsweise mittels eines geeigneten Formwerkzeugs für das Gießverfahren.
  • Eine zugehörige perspektivische Schnittansicht, in der ein Schnitt durch die Aussparungen 31 zu sehen ist, ist in 6D dargestellt. Eine rückseitige Ansicht dieses Verfahrensstadiums ist in 6E gezeigt.
  • Nachfolgend werden, wie in 6F gezeigt, Kontaktbahnen 55 zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Anschlussflächen 25, 26 der Halbleiterchips und den zugehörigen Aussparungen 31 ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die jeweils zu einem Halbleiterbauelement gehörigen Halbleiterchips 2 elektrisch zueinander in Serie verschaltet.
  • Zum Ausbilden der Kontaktbahnen 55 kann eine Keimschicht vollflächig abgeschieden, beispielsweise mittels Sputterns, und nachfolgend stellenweise verstärkt werden, beispielsweise galvanisch. Die nicht zu verstärkenden Bereiche können durch einen Schutzlack abgedeckt werden. Nach dem Entfernen des Schutzlacks können die nicht verstärkten Bereiche der Keimschicht entfernt werden.
  • Wie in 6G gezeigt, werden auf der Rückseite der späteren Halbleiterbauelemente die ersten Kontakte 51 und zweiten Kontakte 52 aufgebracht. Die Kontakte überlappen jeweils mit einem Halbleiterchip und mit einer Aussparung 31.
  • Optional kann die Strahlungsführungsschicht 3 auf der Vorderseite und/oder auf der Rückseite mit einer reflektierenden Beschichtung versehen werden. Zur elektrischen Isolation zwischen der Beschichtung und den Kontakten oder den Kontaktbahnen können diese bei der Beschichtung ausgespart werden. Alternativ kann eine elektrische Isolierung durch eine Isolationsschicht erfolgen. Mittels einer solchen Beschichtung können die optischen und thermischen Eigenschaften der Halbleiterbauelemente verbessert werden.
  • Zwischen den Halbleiterchips, die nach dem späteren Vereinzeln verschiedenen Halbleiterbauelementen angehören, werden jeweils Trenngräben 35 ausgebildet, die die Strahlungsführungsschicht 3 in einzelne voneinander beabstandete Segmente zerteilen. Die Trenngräben laufen entlang zweier zueinander senkrechter Richtungen (6H).
  • Die einzelnen Segmente der Strahlungsführungsschicht 3 können nun in einem neuen Rastermaß auf einem weiteren Hilfsträger 85 platziert werden, beispielsweise matrixförmig. Auf dem Hilfsträger 85 werden die einzelnen Segmente der Strahlungsführungsschicht 3 mit einer Formmasse, beispielsweise ein mit Titanoxid-Partikeln gefülltes Silikon, zur Ausbildung des Reflektorkörpers 4 umformt (6I). Dabei füllt die Formmasse auch die seitlich der Kontakte 51, 52 ausgebildeten Zwischenräume zwischen der Strahlungsführungsschicht 3 und dem Hilfsträger 85. In lateraler Richtung sind die einzelnen Segmente der Strahlungsführungsschicht 3 vollständig von dem Material des Reflektorkörpers 4 umgeben.
  • Schließlich wird der Reflektorkörper 4, wie in 6J gezeigt, in einem Vereinzelungsschritt durchtrennt, so dass die einzelnen Halbleiterbauelemente entstehen. Bei dem Vereinzelungsschritt wird die zuvor vergrabene Strahlungsführungsschicht 3 an genau einer Seitenfläche des Halbleiterbauelements frei gelegt, so dass beim Vereinzeln die Strahlungsaustrittsfläche 10 entsteht. Senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche verlaufen die Vereinzelungsschnitte vollständig innerhalb des Reflektorkörpers.
  • Das Vereinzeln in Halbleiterbauelemente (6J) sowie das Ausbilden der Trenngräben 35 kann mechanisch (beispielsweise mittels Sägens), chemisch (beispielsweise mittels Ätzens) oder mittels kohärenter Strahlung (beispielsweise in einem Lasertrennprozess) erfolgen.
  • Mit dem beschriebenen Verfahren können auf einfache und zuverlässige Weise Halbleiterbauelemente hergestellt werden, bei denen die Strahlungsaustrittsfläche schräg oder senkrecht zur Montagefläche der Halbleiterbauelemente verläuft. Insbesondere können sich die Halbleiterbauelemente durch eine besonders geringe Bauhöhe auszeichnen. Gleichzeitig können die Halbleiterbauelemente im Betrieb hohe Strahlungsleistungen zur Verfügung stellen und eignen sich besonders für die Einkopplung in flache Lichtleiter zur Hinterleuchtung von Anzeigevorrichtungen.
  • Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend kann das Verfahren auch derart modifiziert werden, dass die Halbleiterchips 2 in lateraler Richtung zunächst von einer reflektierenden Formmasse zur Ausbildung eines Teilkörpers des Reflektorkörpers 4 umformt werden, bevor die Strahlungsführungsschicht 3 ausgebildet wird. Dadurch lässt sich ein Halbleiterbauelement herstellen, das wie im Zusammenhang mit den 2A und 2B beschrieben ausgeführt ist.
  • Bei einer Strahlungsführungsschicht 3, in die ein Strahlungskonversionsmaterial eingebettet ist, ist der Farbort unter anderem durch den Abstand zwischen der Strahlungsaustrittsfläche 10 und der der Strahlungsaustrittsfläche 10 nächstgelegenen Seitenfläche 27 des Halbleiterchips bestimmt. Zur Einstellung des Farborts kann von der Strahlungsaustrittsfläche 10 her Material der Strahlungsführungsschicht vollfächig oder nur bereichsweise, beispielsweise durch Ausbilden von Kerben, entfernt werden. Fertigungsbedingte Farbortschwankungen aufgrund von Justagetoleranzen bei der Ausbildung der Vereinzelungsschnitte relativ zu den Halbleiterchips, können so auf einfache und zuverlässige Weise kompensiert werden.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (18)

  1. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit – zumindest einem Halbleiterchip (2) mit einer Halbleiterschichtenfolge (200), die einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist; – einer Montagefläche (11), an der zumindest ein elektrischer Kontakt (51, 52) für die externe Kontaktierung des Halbleiterchips ausgebildet ist, wobei die Montagefläche parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge verläuft; – einer Strahlungsaustrittsfläche (10), die schräg oder senkrecht zur Montagefläche verläuft; – einer Strahlungsführungsschicht (3), die im Strahlengang zwischen dem Halbleiterchip und der Strahlungsaustrittsfläche angeordnet ist; und – einem Reflektorkörper (4), der bereichsweise an die Strahlungsführungsschicht angrenzt und den Halbleiterchip in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement überdeckt.
  2. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsführungsschicht ein Strahlungskonversionsmaterial enthält.
  3. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strahlungsführungsschicht die Strahlungsaustrittsfläche bildet und der Reflektorkörper in Seitenansicht die Strahlungsaustrittsfläche entlang des gesamten Umfangs umläuft.
  4. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip mittels einer Kontaktbahn (55) mit dem Kontakt verbunden ist und wobei die Kontaktbahn bereichsweise zwischen der Strahlungsführungsschicht und der Reflektorschicht angeordnet ist.
  5. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlungsführungsschicht den Halbleiterchip in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement vollständig umläuft.
  6. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, wobei eine von der Montagefläche abgewandte Vorderseite (24) des Halbleiterchips in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement frei von der Strahlungsführungsschicht ist.
  7. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Strahlungsführungsschicht zumindest eine Aussparung (31) aufweist, durch die der Halbleiterchip mit dem Kontakt elektrisch verbunden ist.
  8. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Strahlungsführungsschicht in einer senkrecht zur Montagefläche verlaufenden Richtung zwischen dem Halbleiterkörper und dem Reflektorkörper angeordnet ist und wobei der Reflektorkörper den Halbleiterchip in lateraler Richtung vollständig umläuft.
  9. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip an zumindest zwei Außenflächen mit einer Spiegelschicht versehen ist.
  10. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip auf einem Leiterrahmen (5) angeordnet ist und der Leiterrahmen den Kontakt bildet.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterbauelementen mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Mehrzahl von Halbleiterchips (2), die jeweils eine Halbleiterschichtenfolge (200) mit einem zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweisen; b) Ausbilden einer Strahlungsführungsschicht (3), die an die Halbleiterchips angrenzt; c) zumindest bereichsweises Umformen der Strahlungsführungsschicht mit einem Reflektormaterial zum Ausbilden eines Reflektorkörpers (4); und d) Vereinzeln in die strahlungsemittierenden Halbleiterbauelemente (1), wobei jedes Halbleiterbauelement zumindest einen Halbleiterchip aufweist und wobei beim Vereinzeln die Strahlungsführungsschicht und der Reflektorkörper so durchtrennt werden, dass die Strahlungsführungsschicht eine Strahlungsaustrittsfläche der vereinzelten Halbleiterbauelemente bildet.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Strahlungsführungsschicht vor Schritt d) in lateraler Richtung vollständig von dem Reflektorkörper umgeben ist und in Schritt d) freigelegt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei vor Schritt c) zwischen benachbarten Halbleiterchips Trenngräben (35) in der Strahlungsführungsschicht ausgebildet werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Halbleiterchips nach Schritt b) elektrisch kontaktiert werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Halbleiterchips durch Aussparungen (31) in der Strahlungsführungsschicht elektrisch kontaktiert werden.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Strahlungsführungsschicht in Schritt b) an die Seitenflächen (27) der Halbleiterchips angeformt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Seitenflächen der Halbleiterchips vor dem Ausbilden der Strahlungsführungsschicht mit einem weiteren Reflektormaterial versehen werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die Strahlungsführungsschicht ein Strahlungskonversionsmaterial enthält und ein Farbort der vom Halbleiterbauelement abgestrahlten Strahlung nach Schritt d) durch Materialabtrag der Strahlungsführungsschicht eingestellt wird.
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