DE112014002703B4 - Optoelektronisches Halbleiterbauteil - Google Patents

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Abstract

Optoelektronisches Halbleiterbauteil mit- einem Lumineszenzdiodenchip (1), der eine Strahlungsdurchtrittsfläche (11) aufweist, durch die im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung den Lumineszenzdiodenchip (1) verlässt, wobei- die vom Lumineszenzdiodenchip (1) im Betrieb emittierte elektromagnetische Primärstrahlung eine Peakwellenlänge aufweist und- die Peakwellenlänge der vom Lumineszenzdiodenchip (1) im Betrieb emittierten elektromagnetischen Primärstrahlung im Wellenlängenbereich von blauem Licht liegt,- ein Filterelement (2), das die Strahlungsdurchtrittsfläche (11) des Lumineszenzdiodenchips (1) zumindest stellenweise bedeckt, wobei- das Filterelement (2) einen Teil der elektromagnetischen Primärstrahlung im UV-Bereich am Durchtritt hindert,- das Filterelement (2) aus einem II-VI Verbindungshalbleitermaterial besteht und- das II-VI-Verbindungshalbleitermaterial des Filterelements (2) nominell undotiert ist,- das Filterelement (2) einen im Wesentlichen homogenen Brechungsindex aufweist, und- das Filterelement (2) als Schicht gleichmäßiger Dicke ausgebildet ist, wobei die Dicke wenigstens 0,5 µm und höchstens 3,5 µm beträgt.

Description

  • Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
  • Die Druckschrift DE 10 112 542 A1 beschreibt ein optoelektronisches Halbleiterbauteil.
  • Aus der Druckschrift US 2003 / 0 218 180 A1 ist ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil mit einer Fluoreszenzplatte bekannt.
  • Aus der Druckschrift US 2006 / 0 220 053 A1 ist ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil mit einer Absorptionsschicht bekannt.
  • Aus der Druckschrift JP 2003- 298 116 A ist eine Leuchtdiode mit einem Fluoreszenzmaterial bekannt.
  • Aus der Druckschrift KR 10 2005 0 024 078 A ist ein ZnO basiertes lichtemittierendes Bauteil bekannt.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen Lumineszenzdiodenchip. Bei dem Lumineszenzdiodenchip kann es sich beispielsweise um einen Leuchtdiodenchip oder um einen Laserdiodenchip handeln. Der Lumineszenzdiodenchip weist eine Strahlungsdurchtrittsfläche auf. Im Betrieb des Lumineszenzdiodenchips verlässt zumindest ein Teil der im Lumineszenzdiodenchip erzeugten elektromagnetischen Primärstrahlung den Lumineszenzdiodenchip durch die Strahlungsdurchtrittsfläche. Der Lumineszenzdiodenchip erzeugt dabei im Betrieb beispielsweise elektromagnetische Primärstrahlung in einem Wellenlängenbereich von UV-Strahlung und blauem Licht.
  • Beispielsweise handelt es sich bei dem Lumineszenzdiodenchip um einen auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierenden Lumineszenzdiodenchip. Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass ein Halbleiterkörper des Lumineszenzdiodenchips oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n- mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
  • Der Bereich der maximalen Intensität, also zum Beispiel die Peakwellenlänge, der vom Lumineszenzdiodenchip im Betrieb abgestrahlten elektromagnetischen Primärstrahlung liegt im Bereich von blauem Licht. Bei der Peakwellenlänge weist die Intensität als Funktion der Wellenlänge zum Beispiel ein globales Maximum auf. Die Peakwellenlänge der Primärstrahlung liegt vorzugsweise bei einer Wellenlänge von wenigstens 420 nm. Die elektromagnetische Primärstrahlung kann insbesondere hochenergetische elektromagnetische Strahlung im Bereich von UV-Strahlung umfassen, die eine geringere Intensität als das vom Lumineszenzdiodenchip emittierte blaue Licht aufweisen.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst ein Filterelement, das die Strahlungsdurchtrittsfläche des Lumineszenzdiodenchips zumindest stellenweise bedeckt. Das Filterelement kann direkt auf der Strahlungsdurchtrittsfläche des Lumineszenzdiodenchips, also beispielsweise direkt auf einem Halbleiterkörper des Lumineszenzdiodenchips, angeordnet sein. Darüber hinaus ist es möglich, dass sich zwischen dem Filterelement und dem Lumineszenzdiodenchip weitere Schichten oder Elemente befinden, die weder dem Filterelement noch dem Lumineszenzdiodenchip zuzurechnen sind. Ferner ist es möglich, dass das Filterelement die gesamte Strahlungsdurchtrittsfläche des Lumineszenzdiodenchips bedeckt.
  • Das Filterelement hindert einen Teil der elektromagnetischen Primärstrahlung am Durchtritt. Das heißt, ein Teil der elektromagnetischen Primärstrahlung wird vom Filterelement beispielsweise absorbiert oder reflektiert und kann daher das Filterelement an seiner der Strahlungsdurchtrittsfläche des Lumineszenzdiodenchips abgewandten Außenfläche nicht verlassen.
  • Das Filterelement besteht aus einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial. Ein II-VI-VerbindungsHalbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der zweiten Haupt- und/oder Nebengruppe, wie beispielsweise Zn, Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie beispielsweise O, S, Se auf. Insbesondere umfasst ein II-VI-Verbindungs-Halbleitermaterial eine binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung, die wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der sechsten Hauptgruppe umfasst. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Beispielsweise gehören zu den II-VI-VerbindungsHalbleitermaterialien: ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS, MgBeO.
  • Dabei ist es möglich, dass das Filterelement unterschiedliche II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien umfasst. Ferner ist es möglich, dass das Filterelement homogen aus einem einzigen II-VI-Verbindungshalbleitermaterial gebildet ist. Das Filterelement „besteht“ aus einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial, heißt insbesondere, dass das Filterelement keine Bereiche, insbesondere keine Schichten, eines weiteren, anderen Materials umfasst. Darüber hinaus umfasst das Filterelement kein Matrixmaterial, beispielsweise aus einem Kunststoff, in das Partikel eines II-VI-Verbindungshalbleitermaterials eingebracht sind.
  • Das Filterelement ist insbesondere dazu eingerichtet, elektromagnetische Primärstrahlung aus dem UV-Bereich, also zum Beispiel mit einer Wellenlänge von unterhalb 430 nm, insbesondere von unterhalb 425 nm, am Durchtritt zu hindern. Das heißt, das Filterelement ist dazu eingerichtet, einen Teil der elektromagnetischen Primärstrahlung aus diesem Wellenlängenbereich, beispielsweise wenigstens 30 % der Primärstrahlung aus diesem Wellenlängenbereich, am Durchtritt zu hindern. Beispielsweise wird dieser Anteil im Filterelement absorbiert.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen Lumineszenzdiodenchip, der eine Strahlungsdurchtrittsfläche aufweist, durch die im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung den Lumineszenzdiodenchip verlässt. Weiter umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil ein Filterelement, das die Strahlungsdurchtrittsfläche des Lumineszenzdiodenchips zumindest stellenweise bedeckt. Dabei hindert das Filterelement einen Teil der elektromagnetischen Primärstrahlung am Durchtritt und das Filterelement besteht aus einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial und hindert elektromagnetische Primärstrahlung im UV-Bereich, zum Beispiel mit einer Wellenlänge von unterhalb 430 nm, am Durchtritt.
  • Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass der UV-Anteil von in einem Lumineszenzdiodenchip erzeugter elektromagnetischer Primärstrahlung nachgeordnete, UVsensible Materialien schädigen kann. Bei diesen UV-sensiblen Materialien kann es sich beispielsweise um Kunststoffmaterialien, wie Epoxidharze, hochbrechende Silikone oder Polycarbonate handeln. Ferner kann es sich bei den UV-empfindlichen Materialien um Lumineszenzkonversionsmaterialien, beispielsweise um organische Lumineszenzkonversionsmaterialien, handeln. Bei einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil wird zumindest ein Teil der schädlichen UV-Strahlung durch das Filterelement am Durchtritt durch das Filterelement und damit am Erreichen der UV-empfindlichen Materialien gehindert. Das Filterelement besteht dabei aus einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial und kann besonders kostengünstig mit in der Halbleitertechnik üblichen Verfahren hergestellt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils besteht das Filterelement aus einem der folgenden II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien oder es besteht aus einer Kombination von zumindest zwei der folgenden II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien: ZnMgSe, ZnSeS, MgZnTe. Diese dreikomponentigen II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien zeichnen sich beispielsweise durch eine besonders steile Absorptionskante im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 430 bei Raumtemperatur, insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 405 und 425 nm bei Raumtemperatur aus. Für Wellenlängen unterhalb der Absorptionskante ist die Absorption durch diese Materialien besonders stark, für Wellenlängen oberhalb der Absorptionskante ist die Absorption vernachlässigbar gering.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils besteht das Filterelement aus Znxmg(1- x)Se. Dabei kann x beispielsweise im Rahmen der Herstellungstoleranz gleich 0,8 gewählt werden. Dies resultiert in einem Filterelement mit einer Bandlücke von circa 3 eV, was einer Absorptionskante von circa 413 nm entspricht. Handelt es sich bei dem Lumineszenzdiodenchip um einen blaues Licht emittierenden Lumineszenzdiodenchip mit der dominanten Wellenlänge Ldom - 445 nm, so beträgt der Verlust der Intensität durch ein derartiges Filterelement, das als 1 µm dicke Schicht ausgebildet ist, zirka 0,5 %, wobei der Anteil von elektromagnetischer Primärstrahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 400 nm stark reduziert ist, zirka um den Faktor 10.
  • Ein Filterelement aus einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere ein Filterelement aus einem der genannten II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien, zeichnet sich weiter dadurch aus, dass seine Filtereigenschaften ein ähnliches Temperaturverhalten wie ein Lumineszenzdiodenchip aufweist, der auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert. Zum Beispiel verschieben sich die Emissionswellenlängen der elektromagnetischen Primärstrahlung bei einer Temperatur von 100 °C für einen blaues Licht emittierenden Nitrid-basierten Lumineszenzdiodenchip um zirka 5 nm zu größeren Wellenlängen, gegenüber der Emission bei einer Temperatur von 25 °C. Ein Filterelement aus einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial weist eine Absorptionskante auf, die sich mit der Temperatur ähnlich verhält und ebenfalls bei höheren Temperaturen hin zu längeren Wellenlängen verschoben ist. Damit werden bei einer Betriebstemperatur von 100 °C unerwünschte Strahlungsanteile sogar schon bei größeren Wellenlängen abgeschnitten als dies bei 25 °C der Fall ist.
  • Ein hier beschriebenes Filterelement aus einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere aus einem der genannten Verbindungen, schützt daher bei hohen Temperaturen besonders gut gegen UV-Strahlung. Da bei hohen Temperaturen auch die Schädigung der genannten Kunststoffmaterialien aufgrund der erhöhten Temperatur vergrößert ist, wirkt sich die Temperaturabhängigkeit der Absorptionskante besonders vorteilhaft aus, da für diese hohen Betriebstemperaturen der Anteil an schädigender Strahlung besonderst stark reduziert ist. Insgesamt führt dies zu einer erhöhten Lebensdauer des optoelektronischen Halbleiterbauteils.
  • Dies ermöglicht weitere Freiheitsgrade in der Auswahl von Materialien für die dem Lumineszenzdiodenchip nachfolgenden Komponenten wie Umhüllungsmassen, Konversionselemente oder optische Bauteile wie Linsen, da mit den beschriebenen Filterelementen für hohe, potentiell schädigende Temperaturen der Anteil an UV-Strahlung reduziert ist, was in Kombination die Verwendung von Materialien erlaubt, die sonst aufgrund ihrer schnellen Alterung aufgrund ihrer Empfindlichkeit hinsichtlich Temperatur und UV-Strahlung nicht geeignet wären.
  • Das II-VI-Verbindungshalbleitermaterial des Filterelements ist nominell undotiert. Das heißt, das Filterelement weist keine oder nur eine sehr geringe Dotierung auf. Es hat sich gezeigt, dass jede ionisierte Verunreinigung des Materials des Filterelements zu einer Verbreiterung des Absorptionsspektrums und damit zu einer weniger steilen Absorptionskante führt. Ein nominell undotiertes II-VI-Verbindungshalbleitermaterial zur Verwendung im Filterelement zeichnet sich daher durch eine besonders steile Absorptionskante aus.
  • Das Filterelement weist einen im Wesentlichen homogenen Brechungsindex auf. Das heißt, das Filterelement ist beispielsweise nicht als Filterelement mit mehreren Schichten mit voneinander unterschiedlichen Brechungsindizes aufgebaut, sondern das Filterelement ist mit einem im Rahmen der Herstellungstoleranz homogenen Brechungsindex ausgeführt. Die filternden Eigenschaften des Filterelements gehen dann auf eine Absorption aufgrund der Bandlücke des verwendeten Verbindungshalbleitermaterials und nicht auf seine Eigenschaften als Interferenzfilter zurück. Insbesondere handelt es sich bei dem Filterelement in dieser Ausführungsform nicht um einen Bragg-Spiegel oder einen Interferenzkantenfilter. Aufgrund der Tatsache, dass das Filterelement mit einem homogenen Brechungsindex ausgeführt werden kann, ist das Filterelement besonders einfach herstellbar. Ferner ist es möglich, das Filterelement aus einem einzigen Verbindungshalbleitermaterial zu bilden, was die Herstellung des Filterelements weiter vereinfacht.
  • Das Filterelement ist als Schicht gleichmäßiger Dicke ausgebildet. Die Dicke des Filterelements beträgt dabei insbesondere wenigstens 0,5 µm und insbesondere höchstens 3,5 µm. Wenn man davon ausgeht, dass das Filterelement einen Absorptionskoeffizienten von zirka 1000/cm aufweist, so werden in einer Schicht der Dicke von 1 µm zirka 10 % der Intensität der schädlichen Strahlung bei einem Durchtritt durch das Filterelement senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Schicht absorbiert. Summiert über sämtliche Winkel, in denen Primärstrahlung durch das Filterelement tritt, und unter Einbeziehung der Mehrfachdurchtritte aufgrund von Totalreflexion an den Strahlungsdurchtrittsflächen des Filterelements ergibt sich eine Absorption von zirka wenigstens 30 %. Falls eine größere Absorption von schädlicher elektromagnetischer Strahlung gewünscht ist, kann diese auf einfache Weise durch Erhöhung der Dicke des Filterelements eingestellt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bedeckt das Filterelement die Strahlungsdurchtrittsfläche des Lumineszenzdiodenchips vollständig. In diesem Fall tritt die gesamte vom Lumineszenzdiodenchip im Betrieb emittierte Primärstrahlung durch das Filterelement. Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass das Filterelement die Strahlungsdurchtrittsfläche, beispielsweise als Schicht, vollständig bedeckt. Ferner kann das Filterelement, beispielsweise als Schicht, direkt auf der Strahlungsdurchtrittsfläche angeordnet sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bedeckt das Filterelement die freie Außenfläche des Lumineszenzdiodenchips vollständig. Die freie Außenfläche des Lumineszenzdiodenchips ist beispielsweise derjenige Teil der Außenfläche des Lumineszenzdiodenchips, der nicht einem Träger oder einem Anschlussträger zugewandt ist und/oder der nicht von Kontaktstrukturen bedeckt ist. Beispielsweise ist die freie Außenfläche durch die dem Träger abgewandte Hauptfläche sowie die Seitenflächen des Lumineszenzdiodenchips gebildet. Auch in diesem Fall kann das Filterelement beispielsweise als Schicht ausgeführt sein und insbesondere direkt auf der freien Außenfläche des Lumineszenzdiodenchips aufgebracht sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist das Filterelement elektrisch isolierend ausgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht sein, dass die für das Filterelement verwendeten II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien nominell undotiert sind. Das Filterelement kann in diesem Fall eine Doppelfunktion wahrnehmen: Zum einen weist das Filterelement seine optischen Eigenschaften zur Filterung schädlicher elektromagnetischer Primärstrahlung auf. Zum anderen kann das Filterelement als Passivierungsschicht des Halbleiterkörpers des Lumineszenzdiodenchips Verwendung finden. In diesem Fall ist es insbesondere möglich, dass auf weitere Passivierungsschichten, die üblicherweise mit Materialien wie Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid gebildet sind, verzichtet wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil ein Konversionselement, das an der dem Lumineszenzdiodenchip abgewandten Seite des Filterelements angeordnet ist, wobei das Konversionselement zumindest einen Teil der elektromagnetischen Primärstrahlung, die vom Filterelement durchgelassen wird, in elektromagnetische Sekundärstrahlung einer anderen Wellenlänge umwandelt. Das Konversionselement umfasst dazu zumindest ein Lumineszenzkonversionsmaterial. Beispielsweise ist das Konversionselement dazu geeignet, höherenergetische Primärstrahlung in niederenergetischere Sekundärstrahlung umzuwandeln. Auf diese Weise kann vom optoelektronischen Halbleiterbauteil beispielsweise farbiges Licht oder weiße Mischstrahlung emittiert werden. Da das Filterelement zwischen dem Lumineszenzdiodenchip und dem Konversionselement angeordnet ist, wird zumindest ein Teil der schädlichen UV-Strahlung der elektromagnetischen Primärstrahlung vom Konversionselement ferngehalten. Für das Konversionselement können daher auch Lumineszenzkonversionsmaterialien Verwendung finden, die durch UV-Strahlung geschädigt werden können. Insbesondere eignet sich das optoelektronische Halbleiterbauteil dann auch zur Verwendung mit organischen Lumineszenzkonversionsmaterialien.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils steht das Filterelement in direktem Kontakt mit dem Lumineszenzdiodenchip und/oder mit dem Konversionselement. Das heißt, das Filterelement kann direkt auf dem Lumineszenzdiodenchip angeordnet sein und sich beispielsweise mit einem Verbindungshalbleitermaterial des Lumineszenzdiodenchips in direktem Kontakt befinden. In diesem Fall kann das Filterelement auch besonders gut als elektrische und/oder chemische Passivierungsschicht für den Lumineszenzdiodenchip Verwendung finden. Ferner ist es alternativ oder zusätzlich möglich, dass sich das Filterelement mit dem Konversionselement in direktem Kontakt befindet. Beispielsweise kann zunächst das Filterelement auf die Außenfläche des Lumineszenzdiodenchips abgeschieden werden. Nachfolgend wird das Konversionselement auf die dem Lumineszenzdiodenchip abgewandte Außenfläche des Filterelements abgeschieden. Auf diese Weise ist eine besonders einfache und damit kostengünstige Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils ermöglicht. Ferner kann auf diese Weise ein besonders kompaktes optoelektronisches Halbleiterbauteil gefertigt werden. Insbesondere aufgrund des Filterelements ist es nicht notwendig, das Konversionselement in großem Abstand zum Lumineszenzdiodenchip anzuordnen, da schädliche UV-Strahlung bereits durch das Filterelement absorbiert wird. Das Konversionselement kann daher besonders nah am Lumineszenzdiodenchip, beispielsweise als dünne Schicht, angeordnet werden, was die Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils besonders geringer Bauhöhe erlaubt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist das Konversionselement als Schicht gleichmäßiger Dicke ausgebildet. Beispielsweise ist dann auch das Filterelement als Schicht gleichmäßiger Dicke ausgebildet. In diesem Fall ist es möglich, dass das Filterelement konform auf die Außenfläche des Lumineszenzdiodenchips als Schicht abgeschieden ist und das Konversionselement konform als Schicht auf das Filterelement abgeschieden ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil einen Anschlussträger. Bei dem Anschlussträger kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte, eine bedruckte Leiterplatte, eine Metallkernplatine, einen Leiterrahmen (englisch: Leadframe), ein QFN-Gehäuse (engl.: Quad Flat No Leads Package) oder dergleichen handeln. Der Lumineszenzdiodenchip ist an einer Montagefläche des Anschlussträgers angeordnet. Dabei ist es möglich, dass Bereiche der Montagefläche, die vom Lumineszenzdiodenchip unbedeckt sind, vom Filterelement bedeckt sind. Das Filterelement kann auf diese Weise auch einen Schutz für den Anschlussträger darstellen. Beispielsweise kann der Anschlussträger stellenweise mit einem Kunststoff gebildet sein, der unter der Einwirkung von UV-Strahlung vergilbt. Der Anschlussträger kann auch weitere Gehäuseteile, wie zum Beispiel eine Reflektorkavität aus einem Kunststoffmaterial umfassen, die ebenfalls durch das Filterelement vor schädlicher UV-Strahlung geschützt werden kann. Das Filterelement bedeckt dann auch Bereiche des Anschlussträgers, die nicht vom Lumineszenzdiodenchip abgedeckt sind und schützt daher diese Bereiche des Anschlussträgers vor schädlicher UV-Strahlung. Dabei erfolgt ein Schutz nicht nur gegenüber der vom Lumineszenzdiodenchip im Betrieb emittierten Primärstrahlung, sondern beispielsweise auch ein Schutz vor Sonnenlicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bedeckt das Konversionselement die freie Außenfläche des Filterelements vollständig. Das heißt, sämtliche Außenflächen des Filterelements, die unbedeckt sind, können vom Konversionselement bedeckt sein. Dies ist insbesondere auch in Bereichen des Filterelements möglich, die zum Beispiel direkt auf einer Montagefläche des Anschlussträgers des optoelektronischen Halbleiterbauteils angeordnet sind. Beispielsweise kann bei der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauteils zunächst der Anschlussträger mit darauf angeordnetem Lumineszenzdiodenchip mit dem Material des Filterelements beschichtet werden. Nachfolgend wird, ohne Verwendung einer zusätzlichen Maske, das Lumineszenzkonversionsmaterial des Konversionselements zur Bildung des Konversionselements abgeschieden. Auf diese Weise befindet sich Material des Konversionselements dann auch außerhalb des Lumineszenzdiodenchips. Beispielsweise aus nicht bedeckten Seitenflächen des Lumineszenzdiodenchips austretende elektromagnetische Primärstrahlung, die das Konversionselement sonst nicht durchlaufen würde, kann auf seitlich vom Lumineszenzdiodenchip angeordnetes Lumineszenzkonversionsmaterial des Konversionselements treffen und wird daher teilweise auch konvertiert. Auf diese Weise kann das sogenannte Bluepiping, also ein ungewollter Austritt von blauem Licht insbesondere an vom Konversionselement nicht bedeckten Seitenkanten des Lumineszenzdiodenchips, kompensiert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils wird das Filterelement durch Sputtern abgeschieden. Dabei kann auch eine Maske zur Abscheidung des Materials des Filterelements Verwendung finden. Ein Abscheiden durch Sputtern erweist sich als besonders vorteilhaft, da das Filterelement auf diese Weise in einer gleichmäßigen Schichtdicke besonders homogen und kostengünstig hergestellt werden kann.
  • Ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass bei der Abscheidung des Filterelements, zum Beispiel durch Sputtern, nur niedrige Prozesstemperaturen notwendig sind, sodass die Herstellung des Filterelements auch nach dem Aufbringen von Metallisierungen oder nach Verfahrensschritten wie Kleben, Sintern, Drahtkontaktierung (englisch: Wirebonding) oder eutektischem Waferbonden erfolgen kann, ohne dass eine Beschädigung der vorher hergestellten Verbindungen und Strukturen bei der Herstellung des Filterelements erfolgt. Beispielsweise kann das Filterelement bei Temperaturen unterhalb von 150 °C auf den Lumineszenzdiodenchip aufgebracht werden.
    Ein weiterer Vorteil eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils besteht darin, dass beispielsweise zum Umhüllen des Lumineszenzdiodenchips Materialien wie Epoxidharze, hochbrechende Silikone oder Polycarbonate zum Einsatz kommen können, die UV-empfindlich sind. Dadurch kann auch die Emissionseffizienz des optoelektronischen Halbleiterbauteils gegenüber üblichen optoelektronischen Halbleiterbauteilen gesteigert werden, da diese Materialien einen hohen Brechungsindex aufweisen und damit eine effiziente Lichtauskopplung aus dem Chip erlauben. Bei der Verwendung von herkömmlichen Materialien, beispielsweise für das Umhüllungsmaterial des Lumineszenzdiodenchips, wird deren Alterung reduziert und die Lebensdauer weiter erhöhter. Ferner erlaubt es das Filterelement, andere Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauteils, wie beispielsweise Linsen oder andere optische Elemente, besonders nah am Lumineszenzdiodenchip anzuordnen. Dies erlaubt ein besonders kompaktes optoelektronisches Halbleiterbauteil.
  • Im Folgenden werden hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
  • Die 1 und 2 zeigen hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile gemäß zweier unterschiedlicher Ausführungsbeispiele in schematischen Schnittdarstellungen.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
  • Die schematische Schnittdarstellung der 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils. Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst einen Anschlussträger 5. Bei dem Anschlussträger 5 kann es sich beispielsweise um den Teil eines Gehäuses handeln, bei dem elektrisch leitende Strukturen durch Leiterbahnen oder einen Leiterrahmen gebildet sind. Ferner kann es sich bei dem Anschlussträger 5 um eine Leiterplatte, zum Beispiel um eine bedruckte Leiterplatte handeln.
  • Der Anschlussträger 5 umfasst eine Montagefläche 5a, auf der ein Lumineszenzdiodenchip 1 aufgebracht ist.
  • Der Lumineszenzdiodenchip 1 ist beispielsweise ein Leuchtdiodenchip, der auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert und der im Betrieb blaues Licht emittiert. Der Lumineszenzdiodenchip 1 umfasst eine Strahlungsdurchtrittsfläche 11, durch die im Betrieb im Lumineszenzdiodenchip 1 erzeugte elektromagnetische Primärstrahlung diesen zumindest zum Teil verlässt.
  • Auf der Strahlungsdurchtrittsfläche 11 in direktem Kontakt angeordnet befindet sich ein Filterelement 2. Das Filterelement 2 besteht aus einem II-VI-Verbindungshalbleitermaterial. Beispielsweise ist das Filterelement 2 vorliegend mit einem undotierten Zn0,8Mg0,2Se gebildet. Das Filterelement 2 kann auf dem Lumineszenzdiodenchip 1 aufgesputtert sein. Dazu kann beispielsweise eine Maske Verwendung finden, um den Kontaktbereich 7 zum elektrischen Anschließen des Lumineszenzdiodenchips vom Material des Filterelements 2 freizuhalten. Im Ausführungsbeispiel der 1 weist das Filterelement 2 eine gleichmäßige Dicke von beispielsweise 1 µm auf.
  • Das derart ausgebildete Filterelement 2 reduziert einen Anteil der elektromagnetischen Primärstrahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von zirka 400 nm ungefähr um den Faktor 10. Insgesamt wird die Intensität des vom Lumineszenzdiodenchip im Betrieb abgestrahlten Lichts jedoch nur um zirka 0,5 % verringert.
  • An der dem Lumineszenzdiodenchip 1 abgewandten Seite des Filterelements 2 ist auf der freien Außenfläche 21 des Filterelements 2 das Konversionselement 3 angeordnet, das die dem Lumineszenzdiodenchip abgewandte Fläche des Filterelements 2 vollständig bedeckt. Das Konversionselement 3 wandelt einen Teil der durch das Filterelement 2 tretenden elektromagnetischen Primärstrahlung in Sekundärstrahlung um, sodass das optoelektronische Halbleiterbauteil beispielsweise weißes Mischlicht emittiert.
  • Der Lumineszenzdiodenchip 1 ist am Kontaktbereich 7 über einen Kontaktdraht 6 mit dem Anschlussträger 5 elektrisch leitend verbunden. Sämtliche beschriebenen Komponenten sind vom Umhüllungsmaterial 4 umgeben, bei dem es sich beispielsweise um ein UV-empfindliches hochbrechendes Silikon handeln kann.
  • In Verbindung mit der 2 ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils näher erläutert. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 ist bei der Herstellung dieses optoelektronischen Halbleiterbauteils bei der Abscheidung des Filterelements und des Konversionselements keine Masken zum Einsatz gekommen.
  • Aus diesem Grund ist die gesamte freie Außenfläche 12 des Lumineszenzdiodenchips 1 von Material des Filterelements 2 und Material des Konversionselements 3 bedeckt.
  • Das heißt, der Lumineszenzdiodenchip 1 ist von einer einzigen konformen Filterbeschichtung umschlossen. Das Konversionselement 3 folgt als Schicht dem Filterelement 2 konform nach.
  • Ebenso sind auch die vom Lumineszenzdiodenchip 1 unbedeckten Bereiche der Montagefläche 5a des Anschlussträgers 5 mit dem Filterelement 2 und dem Konversionselement 3 bedeckt. Auf diese Weise werden auch diese Bereiche des Anschlussträgers vor schädlicher UV-Strahlung geschützt. Das Material des Filterelements 2 bedeckt zudem auch Den Kontaktdraht 6 und den Kontaktbereich 7 zum elektrischen Anschließen des Lumineszenzdiodenchips 1. Das Material des Filterelements 2 ist vom Material des Konversionselements 3 vollständig bedeckt.
  • Das Filterelement kann dabei insbesondere auch elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen, sodass es eine Passivierung für den Lumineszenzdiodenchip und im Ausführungsbeispiel der 2 auch für den Anschlussträger darstellt.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (11)

  1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil mit - einem Lumineszenzdiodenchip (1), der eine Strahlungsdurchtrittsfläche (11) aufweist, durch die im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung den Lumineszenzdiodenchip (1) verlässt, wobei - die vom Lumineszenzdiodenchip (1) im Betrieb emittierte elektromagnetische Primärstrahlung eine Peakwellenlänge aufweist und - die Peakwellenlänge der vom Lumineszenzdiodenchip (1) im Betrieb emittierten elektromagnetischen Primärstrahlung im Wellenlängenbereich von blauem Licht liegt, - ein Filterelement (2), das die Strahlungsdurchtrittsfläche (11) des Lumineszenzdiodenchips (1) zumindest stellenweise bedeckt, wobei - das Filterelement (2) einen Teil der elektromagnetischen Primärstrahlung im UV-Bereich am Durchtritt hindert, - das Filterelement (2) aus einem II-VI Verbindungshalbleitermaterial besteht und - das II-VI-Verbindungshalbleitermaterial des Filterelements (2) nominell undotiert ist, - das Filterelement (2) einen im Wesentlichen homogenen Brechungsindex aufweist, und - das Filterelement (2) als Schicht gleichmäßiger Dicke ausgebildet ist, wobei die Dicke wenigstens 0,5 µm und höchstens 3,5 µm beträgt.
  2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Filterelement (2) aus einem der folgenden II-VI Verbindungshalbleitermaterialien besteht oder aus einer Kombination von zumindest zwei der folgenden II-VI Verbindungshalbleitermaterialien besteht: ZnMgSe, ZnSeS, MgZnTe.
  3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Filterelement (2) die Strahlungsdurchtrittsfläche (11) vollständig bedeckt.
  4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Filterelement (2) die freie Außenfläche (12) des Lumineszenzdiodenchips (1) vollständig bedeckt.
  5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Filterelement (2) elektrisch isolierend ist.
  6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche mit einem Konversionselement (3), das an der dem Lumineszenzdiodenchip (1) abgewandten Seite des Filterelements angeordnet ist, wobei das Konversionselement (3) zumindest einen Teil der elektromagnetischen Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung einer anderen Wellenlänge umgewandelt.
  7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 6, bei dem das Filterelement (2) in direktem Kontakt mit dem Lumineszenzdiodenchip (1) und/oder dem Konversionselement (3) steht.
  8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das Konversionselement (3) als Schicht gleichmäßiger Dicke ausgebildet ist.
  9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche mit einem Anschlussträger (5), auf dem der Lumineszenzdiodenchip (1) an einer Montagefläche (5a) angeordnet ist, wobei Bereiche der Montagefläche (5a), die vom Lumineszenzdiodenchip (1) unbedeckt sind, vom Filterelement (2) bedeckt sind.
  10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 8, bei dem das Konversionselement (3) die freie Außenfläche (21) des Filterelements (2) vollständig bedeckt.
  11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Filterelement (2) durch Sputtern abgeschieden ist.
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