DE112015002778B4 - Licht emittierende Halbleiterbauelemente - Google Patents

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Abstract

Licht emittierendes Halbleiterbauelement, aufweisend zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge, einer Lichtauskoppelfläche (10), einer der Lichtauskoppelfläche (10) gegenüberliegenden Rückseitenfläche (11) und Seitenflächen (12), die die Lichtauskoppelfläche (10) und die Rückseitenfläche (11) verbinden, undeinen Trägerkörper (3), der einen Formkörper (4) aufweist, der die Seitenflächen (12) des Licht emittierenden Halbleiterchips (1) formschlüssig und unmittelbar bedeckt,wobei der Trägerkörper (3) an der Lichtauskoppelfläche (10) des Licht emittierenden Halbleiterchips (1) eine Oberseite (30) aufweist, auf der ein dielektrischer Spiegel (5) aufgebracht ist, wobei die Lichtauskoppelfläche (10) zumindest teilweise unbedeckt vom dielektrischen Spiegel (5) ist undwobei der dielektrische Spiegel (5) als Bragg-Spiegel mit einer periodischen Abfolge von zumindest zwei dielektrischen Schichten (50, 51) mit unterschiedlichen Brechungsindices ausgebildet ist.

Description

  • Es wird ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement angegeben.
  • Ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement ist beispielsweise in der Druckschrift WO 2012 / 034 826 A1 beschrieben.
  • Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement mit einem Licht emittierenden Halbleiterchip anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibungen und Zeichnungen hervor.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement einen Licht emittierenden Halbleiterchip auf, der eine Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich zur Erzeugung von Licht aufweist. Besonders bevorzugt kann die Halbleiterschichtenfolge mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE), auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen werden. Die Halbleiterschichtenfolge weist hierdurch Halbleiterschichten auf, die entlang einer Anordnungsrichtung, die durch die Aufwachsrichtung gegeben ist, übereinander angeordnet sind. Senkrecht zur Anordnungsrichtung weisen die Schichten der Halbleiterschichtenfolge eine Haupterstreckungsebene auf. Richtungen parallel zur Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten werden im Folgenden als laterale Richtungen bezeichnet.
  • Der Licht emittierende Halbleiterchip weist insbesondere zwei Hauptoberflächen auf, die senkrecht zur Aufwachsrichtung angeordnet sind. Eine der Hauptoberflächen ist als Lichtauskoppelfläche ausgebildet, über die das im Betrieb des Halbleiterbauelements erzeugte Licht abgestrahlt wird. Weiterhin weist der Halbleiterchip eine der Lichtauskoppelfläche gegenüber liegende Rückseitenfläche auf, die die zweite Hauptoberfläche des Halbleiterchips bildet. Die Lichtauskoppelfläche und die Rückseitenfläche sind über Seitenflächen miteinander verbunden. Zusätzlich zur Abstrahlung von Licht durch die Lichtauskoppelfläche kann das im Betrieb in der aktiven Schicht erzeugte Licht zumindest teilweise auch über Seitenfläche und/oder die Rückseitenfläche abgestrahlt werden.
  • Der Licht emittierende Halbleiterchip kann je nach zu erzeugendem Licht eine Halbleiterschichtenfolge auf der Basis von verschiedenen Halbleitermaterialsystemen aufweisen. Für eine langwellige, infrarote bis rote Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAl1-x-yAs geeignet, für rote bis gelbe Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAl1-x-yP geeignet und für kurzwellige sichtbare, also insbesondere für grüne bis blaue, Strahlung und/oder für UV-Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAl1-x-yN geeignet, wobei jeweils 0 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 1 gilt. Weiterhin kann eine Halbleiterschichtenfolge basierend auf einem Antimonid, beispielsweise InSb, GaSb, AlSb oder eine Kombination daraus, geeignet sein für langwellige Infrarotstrahlung.
  • Die Halbleiterschichtenfolge des Licht emittierenden Halbleiterchips kann einen aktiven Bereich zur Erzeugung von Licht aufweisen, beispielsweise einen herkömmlichen pnÜbergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur). Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement-, Cladding- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Insbesondere kann der Licht emittierende Halbleiterchip zur elektrischen Kontaktierung auf der Lichtauskoppelfläche und der Rückseitenfläche jeweils ein elektrisches Kontaktelement, etwa in Form einer großflächigen oder strukturierten Elektrodenschicht, aufweisen. Die hier beschriebenen Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funktionellen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
  • Das Aufwachssubstrat kann ein Isolatormaterial oder ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterialsystem, umfassen oder sein. Insbesondere kann das Aufwachssubstrat Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si und/oder Ge umfassen oder aus einem solchen Material sein.
  • Der Aufwachsprozess kann insbesondere im Waferverbund stattfinden. Mit anderen Worten wird ein Aufwachssubstrat in Form eines Wafers bereitgestellt, auf den großflächig die Halbleiterschichtenfolge aufgewachsen wird. Die aufgewachsene Halbleiterschichtenfolge kann in einem weiteren Verfahrensschritt in einzelne Halbleiterchips vereinzelt werden, wobei durch die Vereinzelung die Seitenflächen der Halbleiterchips gebildet werden können.
  • Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge vor dem Vereinzeln auf ein Trägersubstrat übertragen werden und das Aufwachssubstrat kann gedünnt werden, also zumindest teilweise oder ganz entfernt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement einen Trägerkörper auf, der den Licht emittierenden Halbleiterchip trägt. Hierzu kann der Trägerkörper einen Formkörper aufweisen, der die Seitenflächen des Halbleiterchips formschlüssig und unmittelbar bedeckt. Der Formkörper ist insbesondere an den Licht emittierenden Halbleiterchip angeformt und umgibt den Licht emittierenden Halbleiterchip in einer lateralen Richtung. Mit anderen Worten ist der Formkörper in einer Aufsicht auf die Lichtauskoppelfläche des Halbleiterchips um den Halbleiterchip herum angeordnet und insbesondere an alle Seitenflächen des Licht emittierenden Halbleiterchips angeformt. Insbesondere kann der Formkörper so ausgebildet sein, dass die Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips nicht bedeckt ist. Die Seitenflächen des Licht emittierenden Halbleiterchips können ganz oder von der Rückseitenfläche aus gesehen bis zu einer gewissen Höhe in Richtung der Lichtauskoppelfläche bedeckt sein, sodass der Formkörper eine Oberseite aufweist, die beispielsweise zur Lichtauskoppelfläche zurückgesetzt ist. Besonders bevorzugt können die Seitenflächen ganz bedeckt sein, sodass der Formkörper eine Oberseite aufweist, die bündig mit der Lichtauskoppelfläche abschließt. Weiterhin kann auch die Rückseitenfläche, also insbesondere die der Halbleiterschichtenfolge gegenüber liegenden Flächen der Kontaktschichten elektrischen Kontaktschichten, frei vom Formkörper sein. Weiterhin kann der Formkörper mit seiner Oberseite auch die Lichtauskoppelfläche überragen ohne die Lichtauskoppelfläche zu überdecken. Dadurch kann die mechanische Stabilität des Trägerkörpers erhöht werden.
  • Der Formkörper kann insbesondere ein Kunststoffmaterial aufweisen, bevorzugt ein Silikon, ein Epoxid, ein Epoxid-Silikon-Hybridmaterial, einen Polyester, ein niederschmelzendes Glas oder eine niederschmelzende Glaskeramik. Mit „niederschmelzend“ werden hier solche Gläser und Glaskeramiken bezeichnet, die sich in einem Formprozess bei Temperaturen verarbeiten lassen, bei denen der Halbleiterchip nicht geschädigt wird. Weiterhin kann der Formkörper Zusatzstoffe wie beispielsweise Partikel im Kunststoffmaterial aufweisen. Beispielsweise kann der Formkörper ein mit Partikeln wie etwa SiO2-Partikeln gefülltes Epoxid aufweisen oder daraus sein. Insbesondere kann der Formkörper ein mechanisch stabilisierendes Element bilden, das die Stabilität des Trägerkörpers im Wesentlichen bewirkt. Der Halbleiterchip ist insbesondere im Formkörper und somit im Trägerkörper eingebettet.
  • Der Formkörper kann insbesondere in einem Formprozess („molding process“) erfolgen, beispielsweise mittels Spritzens, Gießens, Drückens, Auflaminierens einer Folie oder dergleichen. Besonders bevorzugt kann der Formkörper durch einen Spritzpress-Prozess („transfer molding“), beispielsweise einen Folien-Spritzpress-Prozess, oder einen Formpress-Prozess („compression molding“) gebildet werden. Weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement eine Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips auf, so können diese in einen gemeinsamen Trägerkörper eingebettet sein und somit mit einem gemeinsamen Formkörper in einem Verfahrensschritt umformt werden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines hier beschriebenen Formkörpers ist beispielsweise in der Druckschrift WO 2011 / 015 449 A1 beschrieben.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Formkörper zumindest teilweise lichtdurchlässig ausgebildet. Weiterhin ist es auch möglich, dass der Formkörper zumindest teilweise optisch reflektierend ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass optisch reflektierende Partikel in ein Matrixmaterial des Formkörpers, insbesondere eines der oben genannten Materialien für den Formkörper, eingebracht sind. Licht, das an den Seitenflächen des Licht emittierenden Halbleiterchips austritt, kann dann zumindest teilweise vom Formkörper reflektiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips ein Wellenlängenkonversionselement angeordnet. Das Wellenlängenkonversionselement kann dabei vor oder nach dem Umformen des Halbleiterchips mit dem Formkörper auf der Lichtauskoppelfläche angeordnet werden und insbesondere durch eine Schicht mit einem oder mehreren Wellenlängenkonversionsstoffen gebildet werden. Im Falle einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips im Trägerkörper kann den Halbleiterchips ein gemeinsames Wellenlängenkonversionselement nachgeordnet sein oder alternativ dazu jedem der Halbleiterchips ein eigens zugeordnetes Wellenlängenkonversionselement.
  • Das Wellenlängenkonversionselement weist insbesondere zumindest einen oder mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe auf, die geeignet sind, das von dem Licht emittierenden Halbleiterchip oder einer Mehrzahl von Licht emittierenden Halbleiterchips emittierte Licht zumindest teilweise in ein Licht mit einer anderen Wellenlänge umzuwandeln, sodass das Licht emittierende Halbleiterbauelement ein Mischlicht aus dem primär von dem Halbleiterchip emittierten Licht und dem umgewandelten sekundären Licht abstrahlen kann. Beispielsweise kann ein Licht emittierender Halbleiterchip blaues Licht emittieren, das von einem Wellenlängenkonversionselement zumindest teilweise in grünes und rotes und/oder gelbes Licht umgewandelt wird, sodass das Halbleiterbauelement im Betrieb weißes Licht abstrahlen kann. Das Wellenlängenkonversionselement kann beispielsweise in Form von Partikeln aufgebracht werden, die in einem Matrixmaterial wie beispielsweise einem Kunststoff, etwa Silikon, oder Keramik eingebettet sind. Das Wellenlängenkonversionselement kann hierbei beispielsweise als Folie aufgebracht werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass das Wellenlängenkonversionselement als Keramikplättchen ausgeführt ist, das den Wellenlängenkonversionsstoff enthält oder aus einem keramischen Wellenlängenkonversionsstoff besteht. Darüber hinaus kann das Wellenlängenkonversionselement auch ein Diffusormaterial aufweisen, beispielsweise Streupartikel, um die optischen oder elektrooptischen Eigenschaften einzustellen. Das Wellenlängenkonversionselement kann insbesondere unmittelbar auf die Lichtauskoppelfläche aufgebracht werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Trägerkörper an der Lichtauskoppelfläche des Halbleiterchips eine Oberseite auf, auf der ein dielektrischer Spiegel aufgebracht ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass auf der Oberseite des Trägerkörpers, also in einer lateralen Richtung neben der Lichtauskoppelfläche des Halbleiterchips, ein Material aufgebracht ist, das sowohl dielektrisch und damit elektrisch isolierend als auch für Licht reflektierend ausgebildet ist. Insbesondere ist der dielektrische Spiegel für das im Licht emittierenden Halbleiterchip im Betrieb erzeugte Licht reflektierend ausgebildet.
  • Dem hier beschriebenen Licht emittierenden Halbleiterbauelement liegt die Überlegung zugrunde, dass beim hier beschriebenen Aufbau mit dem Trägerkörper, der einen Formkörper aufweist, der an einen Licht emittierenden Halbleiterchip angeformt ist, eine verspiegelte Bauteiloberseite die Lichtauskopplung aus dem Licht emittierenden Halbleiterbauelement erhöhen kann. Werden jedoch metallische Spiegel verwendet, ist insbesondere an den Chipkanten im Bereich der Stromführung eine elektrische Isolation notwendig, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Im Falle von metallischen Spiegeln auf der Bauelementoberseite müssen somit zur elektrischen Isolierung dielektrische Materialien wie beispielsweise so genannte Spin-On-Dielektrika, also etwa organische dielektrische Materialien wie etwa Lack-basierte Dielektrika, verwendet werden. Zusätzlich ergeben sich bei einem metallischen Spiegel Alterungseffekte. Da bei dem hier beschriebenen Licht emittierenden Halbleiterbauelement ein dielektrischer Spiegel verwendet wird, kann auf einen metallischen Spiegel verzichtet werden, was die damit verbundenen Alterungsrisiken löst. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass auf eine Passivierung beispielsweise durch ein Lack-basiertes Dielektrikum verzichtet wird, was einen Kostenvorteil bietet, wobei in Kombination mit dem hier beschriebenen dielektrischen Spiegel auch ein Lack-basiertes Dielektrikum verwendet werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der dielektrische Spiegel zumindest ein anorganisches dielektrisches Material auf. Insbesondere kann der dielektrische Spiegel zumindest zwei dielektrische Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindices aufweisen. Der dielektrische Spiegel kann hierbei insbesondere als so genannter Bragg-Spiegel, auch als „Distributed Bragg Reflector“ (DBR) bezeichnet, ausgebildet sein, der eine periodische Abfolge von zumindest zwei dielektrischen Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindices aufweist. Beispielsweise können mehrere Paare einer ersten und zweiten Schicht mit unterschiedlichen Brechungsindices übereinander angeordnet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das anorganische dielektrische Material ein Oxid auf, das beispielsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung („chemical vapor deposition“, CVD), physikalischer Gasphasenabscheidung („physical vapor deposition“, PVD) oder Atomlagenabscheidung („atomic layer deposition“, ALD) auf der Oberseite des Trägerkörpers aufgebracht wird. Besonders bevorzugt weist das anorganische dielektrische Material eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und Tantaloxid auf. Die dielektrischen Schichten des dielektrischen Spiegels weisen eine Schichtdicke, insbesondere eine optische Schichtdicke, auf, die sich aus der zu reflektierenden Wellenlänge und dem Brechungsindex des jeweils verwendeten Materials ergibt. Insbesondere können die dielektrischen Schichten eine optische Dicke von einem Viertel oder einem Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge des im Licht emittierenden Halbleiterchip im Betrieb erzeugten Lichts aufweisen. Für eine breitbandig reflektierende Wirkung des dielektrischen Spiegels kann dieser auch kompliziertere Schichtstrukturen aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement ein elektrisches Halbleiterbauteil auf. Das elektrische Halbleiterbauteil kann insbesondere in lateraler Richtung neben dem Licht emittierenden Halbleiterchip im Trägerkörper angeordnet sein. Insbesondere kann das elektrische Halbleiterbauteil zusammen mit dem Licht emittierenden Halbleiterchip im Formkörper des Trägerkörpers angeordnet sein. Hierbei kann das elektrische Halbleiterbauteil, das Seitenflächen aufweist, wie der Licht emittierende Halbleiterchip mit dem Formkörper umformt sein, so dass der Formkörper an die Seitenflächen des elektrischen Halbleiterbauteils formschlüssig und unmittelbar anschließt und diese formschlüssig und unmittelbar bedeckt, wie oben für den Licht emittierenden Halbleiterchip beschrieben ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elektrische Halbleiterbauteil als Diode, insbesondere als Schutzdiode, ausgebildet. Insbesondere kann das elektrische Halbleiterbauteil zum Schutz des Licht emittierenden Halbleiterbauelements und insbesondere zum Schutz des Licht emittierenden Halbleiterchips vor elektrostatischen Entladungen („electrostatic discharge“, ESD) dienen und somit als ESD-Schutzdiode ausgebildet sein. Eine solche ESD-Schutzdiode ist antiparallel zum Licht emittierenden Halbleiterchip verschaltet, um den Licht emittierenden Halbleiterchip vor Überspannungen in Sperrrichtung des Licht emittierenden Halbleiterchips zu schützen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elektrische Halbleiterbauteil unterhalb des dielektrischen Spiegels angeordnet. Das bedeutet mit anderen Worten, dass das elektrische Halbleiterbauteil unter dem dielektrischen Spiegel und somit von diesem bedeckt im Formkörper angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der dielektrische Spiegel auf der gesamten Oberseite des Licht emittierenden Halbleiterbauelements, also auf der gesamten Oberseite des Trägerkörpers, angeordnet, wobei lediglich die Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips oder ein Teil der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips frei vom dielektrischen Spiegel ist. Der dielektrische Spiegel kann somit bei einer Aufsicht auf die Oberseite des Trägerkörpers und die Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips den Licht emittierenden Halbleiterchip in lateraler Richtung zumindest teilweise oder gänzlich umschließen. Weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement auf der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips ein Wellenlängenkonversionselement auf, so kann der dielektrische Spiegel entsprechend das Wellenlängenkonversionselement in lateraler Richtung zumindest teilweise oder gänzlich umschließen. Mit anderen Worten kann die Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips zumindest teilweise unbedeckt vom dielektrischen Spiegel sein. Der dielektrische Spiegel kann somit eine Öffnung aufweisen, die über der Lichtauskoppelfläche angeordnet ist und durch die hindurch die Lichtauskoppelfläche bei einem Blick auf diese zumindest teilweise erkennbar ist. Weiterhin kann auch die gesamte Lichtauskoppelfläche frei vom dielektrischen Spiegel sein, so dass die Öffnung im dielektrischen Spiegel mindestens denselben oder einen größeren Querschnitt wie die Lichtauskoppelfläche hat. Der Querschnitt ist hierbei die Form der Lichtauskoppelfläche beziehungsweise der Öffnung im dielektrischen Spiegel bei einer Aufsicht auf die Lichtauskoppelfläche beziehungsweise den Spiegel.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf der Oberseite des Trägerkörpers ein elektrisches Anschlusselement angeordnet, das die Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips und eine Oberseite des elektrischen Halbleiterbauteils elektrisch leitend verbindet. Das elektrische Anschlusselement kann insbesondere eine metallische Schicht sein, die einen elektrischen Kontakt zwischen einem elektrischen Kontaktelement auf der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips und der Oberseite des Halbleiterbauteils herstellt. Das elektrische Halbleiterbauteil kann hierzu ebenfalls ein elektrisches Kontaktelement, beispielsweise in Form einer Elektrodenschicht, aufweisen oder unmittelbar durch das elektrische Anschlusselement kontaktiert sein. Insbesondere können der Licht emittierende Halbleiterchip auf der Lichtauskoppelfläche und das elektrische Halbleiterbauteil auf der Oberseite jeweils ein elektrisches Kontaktelement aufweisen, wobei die Kontaktelemente mittels des elektrischen Anschlusselements elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Das elektrische Anschlusselement kann beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Kupfer, Nickel, Silber, Gold, Palladium, Titan, Aluminium.
  • Weiterhin können auf der Rückseite des Licht emittierenden Halbleiterbauelements, die der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips und der Oberseite des Trägerkörpers gegenüberliegt, elektrische Kontaktelemente und/oder Anschlusselemente zur Kontaktierung des Licht emittierenden Halbleiterchips und des elektrischen Halbleiterbauteils vorhanden sein. Beispielsweise kann auf der der Lichtauskoppelfläche gegenüber liegenden Rückseitenfläche des Licht emittierenden Halbleiterchips ein elektrisches Kontaktelement und/oder ein elektrisches Anschlusselement vorhanden sein, das sich auch teilweise über den Formkörper des Trägerkörpers erstrecken kann. Auf der der Oberseite des elektrischen Halbleiterbauteils gegenüber liegenden Rückseite kann ebenfalls ein elektrisches Kontaktelement und/oder ein elektrisches Anschlusselement vorhanden sein, das sich ebenfalls zumindest teilweise über die Unterseite des Trägerkörpers erstrecken kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elektrische Anschlusselement zwischen dem dielektrischen Spiegel und dem Trägerkörper angeordnet. Insbesondere kann das elektrische Anschlusselement als metallische Schicht ausgebildet sein, die zumindest teilweise unmittelbar auf dem Trägerkörper, also insbesondere unmittelbar auf dem Formkörper, angeordnet ist. Hierbei kann es weiterhin besonders vorteilhaft sein, wenn das elektrische Anschlusselement den Licht emittierenden Halbleiterchip in lateraler Richtung umschließt. Besonders bevorzugt kann das elektrische Anschlusselement hierbei eine möglichst große Fläche des Trägerkörpers bedecken, beispielsweise mindestens 70% oder mindestens 80% oder mindestens 90%, da die reflektierende Wirkung des dielektrischen Spiegels durch das elektrische Anschlusselement zusätzlich erhöht werden kann. Darüber hinaus kann das elektrische Anschlusselement vollständig vom dielektrischen Spiegel bedeckt sein, so dass das elektrische Anschlusselement keinen Kontakt zur Umgebung hat und vom dielektrischen Spiegel zusammen mit dem Trägerkörper verkapselt wird. Hierdurch kann es möglich sein, Materialien für das elektrische Anschlusselement zu verwenden, die mit Stoffen aus der Umgebung, beispielsweise Sauerstoff, Feuchtigkeit oder anderen schädigenden Materialien, reagieren und dadurch degenerieren kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elektrische Anschlusselement vom Trägerkörper aus gesehen auf dem dielektrischen Spiegel angeordnet. In diesem Fall kann es besonders vorteilhaft sein, wenn das elektrische Anschlusselement möglichst wenig Fläche auf dem dielektrischen Spiegel bedeckt. Das elektrische Anschlusselement kann sich insbesondere zwischen zwei Durchkontaktierungen erstrecken, die über entsprechenden elektrischen Kontaktelementen des Licht emittierenden Halbleiterchips und des elektrischen Halbleiterbauteils angeordnet sind. Die elektrischen Durchkontaktierungen können insbesondere durch den dielektrischen Spiegel reichen und mit der Oberseite des elektrischen Halbleiterbauteils und mit der Lichtauskoppelfläche des Licht emittierenden Halbleiterchip, insbesondere mit elektrischen Kontaktelementen auf diesem, elektrisch leitend verbunden sein.
  • Die elektrischen Durchkontaktierungen können beispielsweise eines oder mehrere der weiter oben für das elektrische Anschlusselement beschriebenen Materialien aufweisen oder daraus sein.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
    • 1A und 1B schematische Darstellungen von Ansichten eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel und
    • 2A und 2B schematische Darstellungen von Ansichten eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • In den 1A und 1B ist ein Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 101 gezeigt. Die 1A stellt dabei eine Schnittdarstellung durch das Licht emittierende Halbleiterbauelement 101 dar, während in der 1B eine Aufsicht auf einen Teil des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 101 gezeigt ist.
  • Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 101 weist zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip 1 auf, der dazu eingerichtet ist, im Betrieb Licht zu erzeugen. Hierzu weist der Licht emittierende Halbleiterchip 1 eine Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich auf, in dem bei Stromeinprägung in den Licht emittierenden Halbleiterchip Licht erzeugt wird. Weiterhin weist der Licht emittierende Halbleiterchip 1 eine Lichtauskoppelfläche 10 auf, über die das im Betrieb erzeugte Licht abgestrahlt wird. Der Lichtauskoppelfläche 10 gegenüberliegend ist eine Rückseitenfläche 11 des Licht emittierenden Halbleiterchips 1 angeordnet. Die Lichtauskoppelfläche 10 und die Rückseitenfläche 11 bilden zwei Hauptoberflächen des Licht emittierenden Halbleiterchips 1, die über Seitenflächen 12 miteinander verbunden sind. Der Licht emittierende Halbleiterchip 1 kann im Hinblick auf die Halbleiterschichtenfolge sowie beispielsweise auch im Hinblick auf ein Substrat wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist ausgebildet sein.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf der Lichtauskoppelfläche 10 des Licht emittierenden Halbleiterchips 1 ein Wellenlängenkonversionselement 2 angeordnet, das dazu eingerichtet ist, einen Teil des im Betrieb im Licht emittierenden Halbleiterchip 1 erzeugten Lichts in Licht mit einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. Hierdurch kann das Licht emittierende Halbleiterbauelement 101 im Betrieb mischfarbiges Licht wie beispielsweise weißes Licht abstrahlen. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Lichtauskoppelfläche 10 auch frei von einem Wellenlängenkonversionselement sein. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass zusätzlich oder alternativ zu einem Wellenlängenkonversionselement 2 ein oder mehrere optische Elemente wie beispielsweise eine Diffusorschicht oder eine Linse auf der Lichtauskoppelfläche angeordnet sind.
  • Weiterhin weist das Licht emittierende Halbleiterbauelement 101 einen Trägerkörper 3 auf, der einen Formkörper 4 aufweist, der die Seitenflächen 12 des Licht emittierten Halbleiterchips 1 formschlüssig und unmittelbar bedeckt. Der Formkörper 4 kann durch einen oben im allgemeinen Teil beschriebenen Formprozess an den Licht emittierenden Halbleiterchip 1 angeformt werden und beispielsweise ein Silikon, ein Epoxid oder ein anderes oben im allgemeinen Teil genanntes Material aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Formkörper 4 und damit der Trägerkörper 3 eine Höhe auf, die der Höhe des Licht emittierten Halbleiterchips 1 entspricht, so dass eine Oberseite 30 des Trägerkörpers 3 an der Lichtauskoppelfläche 10 des Licht emittierenden Halbleiterchips 1 bündig mit dieser abschließt. Alternativ hierzu kann die Oberseite 30 des Trägerkörpers 3 auch über oder unter der Lichtauskoppelfläche 10 des Licht emittierten Halbleiterchips 1 angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der Trägerkörper 3 eine größere oder kleinere Höhe als der Licht emittierende Halbleiterchip 1 aufweisen, wobei der Formkörper 4 die Lichtauskoppelfläche 10 nicht bedeckt.
  • Auf der Oberseite 30 des Trägerkörpers 3 ist ein dielektrischer Spiegel 5 aufgebracht, der ein anorganisches dielektrisches Material aufweist. Insbesondere weist der dielektrische Spiegel 5 zumindest zwei dielektrische Schichten 50, 51 und im gezeigten Ausführungsbeispiel eine periodische Abfolge von zumindest zwei dielektrischen Schichten 50, 51 mit unterschiedlichen Brechungsindices auf. Damit ist der dielektrische Spiegel 5 als so genannter Bragg-Spiegel ausgebildet, wobei die einzelnen dielektrischen Schichten 50, 51 hinsichtlich ihrer Dicke und ihres Materials so ausgewählt sind, dass sie zusammen eine möglichst hohe Reflektivität für das im Betrieb im Licht emittierenden Halbleiterchip 1 erzeugte Licht bewirken. Die dielektrischen Schichten 50, 51 des dielektrischen Spiegels 5 können beispielsweise eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und Tantaloxid aufweisen.
  • Der dielektrische Spiegel 5 ist insbesondere großflächig auf der Oberseite 30 des Trägerkörpers 3 angeordnet und umschließt die Lichtauskoppelfläche 10 des Licht emittierenden Halbleiterchips 1 in lateraler Richtung. Insbesondere kann der dielektrische Spiegel 5 sogar, wie in 1A gezeigt ist, bis an das Wellenlängenkonversionselement 2 heranreichen und dieses in einer lateralen Richtung umgeben. Die Lichtauskoppelfläche 10 des Licht emittierenden Halbleiterchips 1 ist somit zumindest teilweise frei und unbedeckt vom dielektrischen Spiegel 5. Der dielektrische Spiegel 5 weist eine Öffnung auf, die über der Lichtauskoppelfläche 10 angeordnet ist und durch die hindurch die Lichtauskoppelfläche 10 oder, sofern vorhanden, das Wellenlängenkonversionselement 2 bei einem Blick auf diese zumindest teilweise erkennbar ist. Weiterhin kann auch die gesamte Lichtauskoppelfläche 10 oder das gesamte Wellenlängenkonversionselement 2 frei vom dielektrischen Spiegel 5 sein, so dass die Öffnung im dielektrischen Spiegel 5 mindestens denselben oder einen größeren Querschnitt wie die Lichtauskoppelfläche 10 oder das Wellenlängenkonversionselement 2 hat.
  • Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 101 weist weiterhin ein elektrisches Halbleiterbauteil 6 im Trägerkörper 3 auf, das wie der Licht emittierende Halbleiterchip 1 vom Formkörper 4 des Trägerkörpers 3 umschlossen ist. Hierzu ist der Formkörper 4 an das elektrische Halbleiterbauteil 6 wie auch an den Licht emittierenden Halbleiterchip 1 angeformt und bedeckt die Seitenflächen 62 des elektrischen Halbleiterbauteils 6 formschlüssig und unmittelbar. Das elektrische Halbleiterbauteil 6 ist insbesondere als Schutzdiode, vorzugsweise als ESD-Schutzdiode, ausgebildet.
  • Zur elektrischen Kontaktierung der Rückseiten 11, 61 des Licht emittierenden Halbleiterchips 1 und des elektrischen Halbleiterbauteils 6 sind elektrische Kontaktelemente 13, 63 auf diesen aufgebracht, die weiterhin auch Teile des Trägerkörpers 3 bedecken können. Auf der Lichtauskoppelfläche 10 sowie auf einer Oberseite 60 des elektrischen Halbleiterbauteils 6 sind weitere elektrische Kontaktelemente 13, 63 vorhanden. Diese werden mittels eines elektrischen Anschlusselements 7 elektrisch leitend verbunden, das auf der Oberseite 30 des Trägerkörpers 3 angeordnet ist. Insbesondere ist im gezeigten Ausführungsbeispiel das elektrische Anschlusselement 7, das als metallische Schicht ausgebildet ist, unterhalb des dielektrischen Spiegels 5, also zwischen dem Trägerkörper 3 und dem dielektrischen Spiegel 5, angeordnet. In 1B ist hierzu eine Aufsicht auf die Lichtauskoppelfläche 10 des Licht emittierenden Halbleiterchips 1 und die Oberseite 30 des Trägerkörpers 3 gezeigt, in der der dielektrische Spiegel 5 nicht dargestellt ist, so dass das elektrische Anschlusselement 7 als oberste Schicht sichtbar ist. Unterhalb des elektrischen 7 Anschlusselements liegende und damit nicht sichtbare Elemente sind mit gestrichelten Linien angedeutet.
  • Wie insbesondere in 1B erkennbar ist, bedeckt das elektrische Anschlusselement 7 vorzugsweise eine möglichst große Fläche der Oberseite 30 des Trägerkörpers 3, wodurch die Gesamtreflektivität zusammen mit dem dielektrischen Spiegel 5 weiter erhöht werden kann. Das elektrische Anschlusselement 7 kann insbesondere vollständig unterhalb des dielektrischen Spiegels 5 angeordnet sein und dabei, wie in 1B zu erkennen ist, beispielsweise von einem Randbereich des Trägerkörpers 3 zurückgezogen sein, so dass das elektrische Anschlusselement 7 vom dielektrischen Spiegel 5 vor Umgebungsgasen geschützt werden kann.
  • Zur elektrischen Kontaktierung der Oberseite des Licht emittierenden Halbleiterbauelements, also insbesondere des elektrischen Kontaktelements 7 auf der Lichtauskoppelfläche 10 des Licht emittierenden Halbleiterchips 1, kann das elektrische Anschlusselement 7 auch in einem Teilbereich unter dem dielektrischen Spiegel 5 hervorragen. Weiterhin kann beispielsweise auf dem dielektrischen Spiegel 5 ein weiteres elektrisches Kontaktelement vorhanden sein, das über eine Durchkontaktierung durch den dielektrischen Spiegel 5 mit dem elektrischen Anschlusselement 7 elektrisch leitend verbunden ist.
  • In den 2A und 2B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 102 gezeigt, dass eine Modifikation des Ausführungsbeispiels der 1A und 1B darstellt. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich daher im Wesentlichen auf die Unterschiede zum vorherigen Ausführungsbeispiel.
  • Das Licht emittierende Halbleiterbauelement 102 des Ausführungsbeispiels der 2A und 2B weist im Gegensatz zum Licht emittierenden Halbleiterbauelement 101 des vorherigen Ausführungsbeispiels ein elektrisches Anschlusselement 7 auf, das auf dem dielektrischen Spiegel 5 angeordnet ist, so dass der dielektrische Spiegel 5 zwischen dem Trägerkörper 3 und dem elektrischen Anschlusselement 7 ausgebildet ist. Zur elektrischen Kontaktierung des Licht emittierenden Halbleiterchips 1 und des elektrischen Halbleiterbauteils 6 sind elektrische Durchkontaktierungen 8 vorhanden, die durch den dielektrischen Spiegel 5 hindurch ragen und die zusammen mit dem elektrischen Anschlusselement 7 die elektrischen Kontaktelemente 13, 63 auf der Lichtauskoppelfläche 10 des Licht emittierenden Halbleiterchips 1 und der Oberseite 60 des elektrischen Halbleiterbauteils 6 miteinander elektrisch verbinden. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn das elektrische Anschlusselement 7 in Form einer metallischen Schicht eine möglichst geringe Flächenausdehnung aufweist, wie insbesondere in der Aufsicht in 2B gezeigt ist, die anders als die Aufsicht in 1B eine Aufsicht auf das Licht emittierende Halbleiterbauelement 102 mit dielektrischem Spiegel 5 zeigt. Besonders gut ist hierbei zu erkennen, dass der dielektrische Spiegel 5 das Wellenlängenkonversionselement 2 in lateraler Richtung umschließt und eine möglichst große Fläche auf dem Trägerkörper 3 bedeckt.
  • Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele können alternativ oder zusätzlich weitere oben im allgemeinen Teil beschriebene Merkmale aufweisen.

Claims (17)

  1. Licht emittierendes Halbleiterbauelement, aufweisend zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge, einer Lichtauskoppelfläche (10), einer der Lichtauskoppelfläche (10) gegenüberliegenden Rückseitenfläche (11) und Seitenflächen (12), die die Lichtauskoppelfläche (10) und die Rückseitenfläche (11) verbinden, und einen Trägerkörper (3), der einen Formkörper (4) aufweist, der die Seitenflächen (12) des Licht emittierenden Halbleiterchips (1) formschlüssig und unmittelbar bedeckt, wobei der Trägerkörper (3) an der Lichtauskoppelfläche (10) des Licht emittierenden Halbleiterchips (1) eine Oberseite (30) aufweist, auf der ein dielektrischer Spiegel (5) aufgebracht ist, wobei die Lichtauskoppelfläche (10) zumindest teilweise unbedeckt vom dielektrischen Spiegel (5) ist und wobei der dielektrische Spiegel (5) als Bragg-Spiegel mit einer periodischen Abfolge von zumindest zwei dielektrischen Schichten (50, 51) mit unterschiedlichen Brechungsindices ausgebildet ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei der dielektrische Spiegel (5) zumindest ein anorganisches dielektrisches Material aufweist.
  3. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei neben dem Licht emittierenden Halbleiterchip (1) im Trägerkörper (3) ein elektrisches Halbleiterbauteil (6) angeordnet ist, das Seitenflächen (62) aufweist, an die der Formkörper (4) formschlüssig und unmittelbar anschließt.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, wobei das elektrische Halbleiterbauteil (6) eine Schutzdiode ist.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3 oder 4, wobei das elektrische Halbleiterbauteil (6) unter dem dielektrischen Spiegel (5) angeordnet ist und vom dielektrischen Spiegel (5) bedeckt wird.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei auf der Oberseite (30) des Trägerkörpers (3) ein elektrisches Anschlusselement (7) angeordnet ist, das die Lichtauskoppelfläche (10) des Licht emittierenden Halbleiterchips (1) und eine Oberseite (60) des elektrischen Halbleiterbauteils (6) elektrisch leitend verbindet.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei das elektrische Anschlusselement (7) eine metallische Schicht ist.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Licht emittierende Halbleiterchip (1) auf der Lichtauskoppelfläche (10) und das elektrische Halbleiterbauteil (6) auf der Oberseite (60) jeweils ein elektrisches Kontaktelement (13, 63) aufweisen und die Kontaktelemente (13, 63) mittels des elektrischen Anschlusselements (7) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das elektrische Anschlusselement (7) zwischen dem dielektrischen Spiegel (5) und dem Trägerkörper (3) angeordnet ist.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, wobei das elektrische Anschlusselement (7) den Licht emittierenden Halbleiterchip (1) in lateraler Richtung umschließt.
  11. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das elektrische Anschlusselement (7) vom Trägerkörper (3) aus gesehen auf dem dielektrischen Spiegel (5) angeordnet ist.
  12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, wobei das elektrische Anschlusselement (7) mittels elektrischer Durchkontaktierungen (8) durch den dielektrischen Spiegel (5) mit der Oberseite (60) des elektrischen Halbleiterbauteils (6) und mit der Lichtauskoppelfläche (10) des Licht emittierenden Halbleiterchips (1) elektrisch leitend verbunden ist.
  13. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Formkörper (4) die Lichtauskoppelfläche (10) nicht bedeckt.
  14. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der dielektrische Spiegel (5) die gesamte Oberseite (30) des Trägerkörpers (3) bedeckt.
  15. Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf der Lichtauskoppelfläche (10) ein Wellenlängenkonversionselement (2) angeordnet ist.
  16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, wobei der dielektrische Spiegel (5) das Wellenlängenkonversionselement (2) in lateraler Richtung umschließt.
  17. Licht emittierendes Halbleiterbauelement, aufweisend zumindest einen Licht emittierenden Halbleiterchip (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge, einer Lichtauskoppelfläche (10), einer der Lichtauskoppelfläche (10) gegenüberliegenden Rückseitenfläche (11) und Seitenflächen (12), die die Lichtauskoppelfläche (10) und die Rückseitenfläche (11) verbinden, und einen Trägerkörper (3), der einen Formkörper (4) aufweist, der die Seitenflächen (12) des Licht emittierenden Halbleiterchips (1) formschlüssig und unmittelbar bedeckt, wobei der Trägerkörper (3) an der Lichtauskoppelfläche (10) des Licht emittierenden Halbleiterchips (1) eine Oberseite (30) aufweist, auf der ein dielektrischer Spiegel (5) aufgebracht ist, wobei die Lichtauskoppelfläche (10) zumindest teilweise unbedeckt vom dielektrischen Spiegel (5) ist, und wobei neben dem Licht emittierenden Halbleiterchip (1) im Trägerkörper (3) ein elektrisches Halbleiterbauteil (6) angeordnet ist, das Seitenflächen (62) aufweist, an die der Formkörper (4) formschlüssig und unmittelbar anschließt.
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