WO2014019988A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur seiner herstellung - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur seiner herstellung Download PDF

Info

Publication number
WO2014019988A1
WO2014019988A1 PCT/EP2013/065916 EP2013065916W WO2014019988A1 WO 2014019988 A1 WO2014019988 A1 WO 2014019988A1 EP 2013065916 W EP2013065916 W EP 2013065916W WO 2014019988 A1 WO2014019988 A1 WO 2014019988A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
potting compound
radiation
nanoparticles
semiconductor chip
refractive index
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/065916
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ion Stoll
Kathy SCHMIDTKE
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
Publication of WO2014019988A1 publication Critical patent/WO2014019988A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52—Encapsulations
    • H01L33/56—Materials, e.g. epoxy or silicone resin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/005—Processes relating to semiconductor body packages relating to encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0091—Scattering means in or on the semiconductor body or semiconductor body package

Definitions

  • the semiconductor component has at least one semiconductor chip.
  • the semiconductor device may comprise two, three or more semiconductor chips.
  • Semiconductor chip is preferably a based on a III-V semiconductor material semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is preferably a light-emitting diode (LED) chip.
  • the semiconductor chip is for radiation electromagnetic radiation, in particular of light
  • the semiconductor chip preferably emits colored, multicolored or white light.
  • the semiconductor chip can also radiate ultraviolet (UV) radiation. All semiconductor chips of the semiconductor component can be identical in construction. Alternatively, it is possible that the
  • semiconductor chips which are preferably designed for emission in different spectral ranges.
  • the semiconductor device further comprises a potting compound.
  • the potting compound surrounds the at least one semiconductor chip on its exposed outer surface at least partially, preferably completely.
  • the potting compound is in
  • Beam path of the emitted radiation arranged.
  • Potting compound has a radiation-transmissive or optically transparent material, such as a silicone and / or epoxy material, on.
  • the potting compound may be a solvent, e.g. Acetone, benzene or tetramethylsilane, or residues of a solvent.
  • the solvent is in this case in
  • the potting compound may also be free of solvent.
  • the addition of a solvent can have a positive effect on certain process properties of the potting compound.
  • an addition of solvent increases the flowability of the potting compound.
  • Potting compound for example on subsequently arranged optical elements, can be improved by adding a solvent.
  • the potting compound further comprises a filler.
  • Filler is preferably inorganic.
  • the filler is a metal oxide.
  • the filler may be, for example, zirconia (ZrO 2) or titania
  • the inorganic filler is formed and arranged in the radiation-transmissive material such that the
  • Total refractive index of the potting compound is not constant but dependent on the location in the potting compound. There are imaginary curves in the potting along which the total refractive index gradually, for example, gradually changes. For example, the total refractive index along certain imaginary curves present in the potting compound
  • the change in the total refractive index can be particularly quasi-continuous.
  • the changes in the total refractive index can be particularly quasi-continuous.
  • Total refractive index by about 0.015 within a range of about 0.1 mm in the potting compound.
  • the total refractive index decreases within a range of 0.1 mm in the potting compound by about 0.015.
  • the range of about 0.1 mm is in the vertical direction so starting from the semiconductor chip in the direction of a decoupling surface of the
  • At interfaces of two materials e.g., at the interface between semiconductor die and potting compound or between
  • Semiconductor device have the radiation-transmissive
  • the refractive index of the inorganic filler is higher than the refractive index of the inorganic filler
  • the refractive index of the inorganic filler may be twice as high as the refractive index of the radiation-transmissive one
  • the refractive index of the inorganic filler is preferably about as high as the refractive index of the inorganic filler
  • the inorganic compound is silicon.
  • the inorganic compound is silicon.
  • Filler has a refractive index between 1.5 and 3.0, with the limits included.
  • Ii is the refractive index of the filler at 2.0.
  • the refractive index of the radiation-transmissive material is preferably approximately as high as the refractive index of the air surrounding the component. Preferably, this has
  • the radiation-transmissive material has a refractive index between 1.0 and 2.0, with the limits included.
  • the refractive index of the radiation-transmissive material is preferably between 1.4 and 1.6, for example between 1.41 and 1.54.
  • the total refractive index of the potting compound results from the combination of the refractive index of the radiation-transmissive material and the inorganic filler.
  • Total refractive index varies depending on the location of the
  • the total refractive index of the potting compound is between 1.0 and 3.0, with the limits included. According to at least one embodiment of the
  • the device has at least one outcoupling surface.
  • the decoupling surface adjoins the air surrounding the component.
  • the radiation generated by the component is emitted to the environment.
  • the decoupling surface may be on a semiconductor chip
  • the side surfaces of the casting compound can each represent coupling surfaces of the component.
  • the inorganic filler is formed and arranged in the radiation-transmissive material such that the
  • Semiconductor chip towards the decoupling surface targeted gradually or gradually reduced.
  • a layer of potting compound which directly to the
  • Potting compound which is directly adjacent to the semiconductor chip, has a higher refractive index than the layer of
  • Potting compound which is formed by the decoupling surface.
  • the decoupling surface is free of the
  • the inorganic filler comprises a multiplicity of nanoparticles.
  • Nanoparticles are generally particles with one
  • the nanoparticles have a size such that a scattering of the radiation emitted by the semiconductor chip through the nanoparticles is substantially completely prevented.
  • the nanoparticles preferably have a diameter of less than or equal to 40 nm.
  • the nanoparticles particularly preferably have a diameter of 30 nm to 40 nm, for example 35 nm.
  • the nanoparticles have a very small dimension compared to a wavelength of the radiation emitted by the semiconductor chip. A scatter of emitted visible
  • Filler does not substantially reduce a radiation intensity of the radiation generated by the device.
  • the radiation passes substantially without scattering from the semiconductor chip to the decoupling surface.
  • the nanoparticles also have only a very low degree of absorption.
  • the nanoparticles have no absorption in the visible wavelength range. This contributes to increasing the light extraction and thus to
  • a density of the nanoparticles increases starting from the semiconductor chip
  • Potting compound may for example be between 40 and 100% by weight.
  • the proportion of nanoparticles in the layer adjacent to the semiconductor chip is
  • Potting compound at least 50% by weight, for example 60% by weight or 70% by weight.
  • the proportion of nanoparticles in a layer of the potting compound adjoining the ambient air, that is to say on the layer of the potting compound formed by the coupling-out surface, may for example be between 0 and 10% by weight,
  • the proportion of nanoparticles in the adjacent to the ambient air for example, 5% by weight.
  • the proportion of nanoparticles in the adjacent to the ambient air for example, 5% by weight.
  • Radiation-permeable material can be the
  • Total refractive index of the casting compound can be adjusted specifically and gradually.
  • the weighting of the casting compound can be adjusted specifically and gradually.
  • Total refractive index can be adjusted to the refractive index of the respective materials of the boundary layer. Differences in the refractive indices of the materials at interfaces can thus be reduced or even avoided.
  • the nanoparticles are surface-functionalized. A functionalization of
  • Nanoparticles can be made, for example, by interaction with the abovementioned solvent.
  • the nanoparticles can be functionalized with silane bearing polymerizable groups (vinyltriethoxysilane).
  • the functionalization can also with the help of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane or
  • the surface functionalization prevents the nanoparticles from aggregating through van der Waals interaction, which would lead to a scattering of the emitted radiation at the aggregates and thus to a loss of brightness. Furthermore, through the Surface functionalization the formability of
  • the nanoparticles carry charges on their surface.
  • the number of charge carriers can be designed differently, whereby the distribution of the nanoparticles in the radiation-transmissive material, for example by applying an electric field, is facilitated.
  • the component has a wavelength conversion element.
  • Wavelength conversion element is at least partially arranged in the beam path of the radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the wavelength conversion element is preferably arranged on a surface of the semiconductor chip facing the potting compound.
  • the wavelength conversion element is arranged directly on the semiconductor chip.
  • the wavelength conversion element is designed to convert the radiation emitted by the semiconductor chip partially or completely into a further radiation having a different wavelength from the emitted radiation.
  • a semiconductor chip emitting in the blue region of the spectrum for example, an LED chip comprising InGaN, and a wavelength conversion element having a mixture of green and red
  • emitting converter materials are used to provide a white semiconductor emitting device.
  • the semiconductor component produced thereby preferably corresponds to the semiconductor component described here. All features disclosed for the semiconductor device are thus also disclosed for the method and vice versa.
  • the method comprises the following steps:
  • the semiconductor chip is a semiconductor chip.
  • the radiation-transmissive or optically transparent material is provided.
  • Radiation-permeable material serves as a base material for the formation of the potting compound.
  • the inorganic filler is introduced into the radiation-permeable material, in particular mixed with the radiation-transmissive material.
  • the nanoparticles can be mixed with a solvent, for example.
  • the mixture of solvent and nanoparticles is then introduced into the radiation-transmissive material.
  • the inorganic filler comprises, as described above, a plurality of nanoparticles.
  • the number of nanoparticles is preferably adapted to a desired gradient range of the total refractive index of the potting compound.
  • inorganic filler is initially homogeneous in the
  • the distributed radiation permeable material in particular mixed with the radiation-transmissive material.
  • a particularly effective homogeneous distribution of the nanoparticles in the radiation-transmissive material can be achieved.
  • the potting compound is around the
  • the potting compound is arranged around the semiconductor chip such that the semiconductor chip
  • the semiconductor chip is protected against external influences and thus damage.
  • the inorganic filler is distributed in the radiation-transmissive material.
  • the filler is distributed in such a way that the concentration or the density of the filler in the radiation-permeable material decreases starting from the semiconductor chip to the outcoupling surface. In this way, the potting compound has a targeted gradual
  • adjusted total refractive index which is composed of the refractive index of the filler and the refractive index of the radiation-transmissive material.
  • the total refractive index of the potting compound in a layer adjacent to the semiconductor chip is higher than the total refractive index of one to the ambient air
  • the total refractive index of the potting compound is gradually increased by reducing the concentration of
  • the distribution of the inorganic filler is carried out, for example, by centrifuging the inorganic filler
  • the centrifuging leads to an accumulation of the filler in the lower layers of the potting compound, ie the layers which are directly adjacent to the semiconductor chip.
  • the filler within the radiation-transmissive material migrates toward the semiconductor chip, so that the concentration of filler in layers of the
  • Potting material which are located in the immediate vicinity of the semiconductor chip is greater than in layers of the potting compound, which are further removed from the semiconductor chip (upper layers of the potting compound).
  • Radiation-permeable material can also through
  • Total refractive index of the casting compound can be achieved.
  • Radiation-permeable material with a solvent may be mixed in an additional
  • the solvent is at least partially removed from the potting compound again, for example by evaporation, by means of heat or negative pressure.
  • the solvent may also be completely in the
  • the semiconductor component produced thereby preferably corresponds to the semiconductor component described above. All features disclosed for the semiconductor device are thus also disclosed for the method and vice versa.
  • the method comprises the following steps:
  • the radiation-transmissive or optically transparent material is provided for forming the potting compound.
  • the inorganic filler is introduced into the radiation-transmissive material.
  • the inorganic filler comprises a plurality of nanoparticles as described above. Alternatively, as described above, the nanoparticles may be pre-loaded into the
  • Potting compound arranged around the semiconductor chip By the first layer of the semiconductor chip is preferably already completely encapsulated by potting compound. In a next step at least one more
  • a previously arranged layer of potting compound has a higher concentration or density of inorganic filler than any other subsequently arranged
  • Potting compound which directly adjacent to the semiconductor chip is higher than in any other layer of the potting compound.
  • Potting compound which is directly adjacent to the ambient air, so the top layer of the potting compound, is lower than in any other layer of the potting compound.
  • the potting compound has a targeted gradually adjusted total refractive index. Differences in the refractive indices of the different materials can thus be reduced or avoided altogether. Scattering at the interfaces of different materials due to large differences in the refractive indices of the materials are thus avoided and the efficiency and light extraction of the semiconductor device is thereby increased.
  • the optoelectronic component and the method with reference to exemplary embodiments and the
  • FIG. 1 shows a cross section of an optoelectronic semiconductor component.
  • FIG. 2 shows the optoelectronic semiconductor component from FIG. 1 prior to distributing the inorganic filler in the radiation-transmissive material.
  • FIG. 3 shows a further view of the optoelectronic semiconductor component from FIG. 1 before distributing the inorganic filler in the radiation-transmissive one
  • FIG. 1 shows an optoelectronic semiconductor component 1 which has a semiconductor chip 2.
  • the semiconductor device 1 may also be two, three or more
  • Semiconductor chips 2 have.
  • the semiconductor chip 2 radiates visible radiation or light.
  • the semiconductor chip 2 emits colored, multicolored or white light.
  • the semiconductor chip 2 emits radiation in the blue region of the spectrum.
  • the semiconductor chip 2 is preferably an LED chip.
  • the semiconductor chip 2 has a refractive index.
  • the refractive index of the semiconductor chip 2 is greater than 2.0.
  • the refractive index of the semiconductor chip is between 2.5 and 3.5.
  • the semiconductor chip 2 is arranged in a housing 10.
  • the housing 10 is preferably formed from a plastic.
  • the housing 10 may be formed as a reflector for
  • the inner walls of the housing 10 may have a reflective surface.
  • the inner walls are coated with reflective pigments such as TiO 2 or with metal (not explicitly shown).
  • the semiconductor chip 2 is arranged on a support 9.
  • the carrier 9 is connected to the housing 10.
  • a wavelength conversion element 8 is arranged on a side facing away from the carrier 9 surface of the semiconductor chip 2.
  • Wavelength conversion element 8 is arranged in the beam path of the radiation emitted by the semiconductor chip 2.
  • Wavelength conversion element 8 may be formed by a printed layer of a phosphor paste in a silicone.
  • the wavelength conversion element 8 may comprise a ceramic material.
  • the wavelength conversion element 8 converts the
  • Wavelength conversion element 8 a mixture of green and red emitting converter materials to a white-emitting semiconductor device 1
  • the semiconductor chip 2 is completely surrounded by a potting compound 3.
  • the potting compound 3 completely fills the housing 10.
  • the potting compound 3 protects the
  • the semiconductor device 1 has a decoupling surface 7. At the decoupling 7 of the
  • the decoupling surface 7 is formed by a layer of potting compound 3, which is directly adjacent to the surrounding the semiconductor device 1 air.
  • the potting compound 3 has a radiation-transmissive or optically transparent material 4.
  • Radiation-permeable material 4 may comprise a silicone potting material.
  • the radiation-transparent material 4 an epoxy potting material. Both silicone and epoxy potting materials have high optical transparency and high material stability.
  • the radiation-transmissive material 4 has a
  • the refractive index is smaller than the refractive index of the semiconductor chip 2.
  • the refractive index is higher than or equal to the refractive index of the air surrounding the semiconductor device 1.
  • the radiation-transmissive material 4 is preferably between 1.0 and 2.0, with the limits included.
  • the refractive index of the radiation-transmissive material 4 is preferably between 1.4 and 1.6, for example between 1.41 and 1.54.
  • the potting compound 3 may further comprise a solvent or residues of a solvent (not explicitly shown).
  • the solvent has little or no effect on an overall refractive index of the potting compound 3 described below.
  • the potting compound 3 also has an inorganic filler 5.
  • the inorganic filler consists of a large number of nanoparticles.
  • the nanoparticles may comprise, for example, SiO 2, ZrO 2 or TiO 2.
  • the nanoparticles are arranged in the radiation-permeable material 4.
  • the nanoparticles are in the
  • the distribution of the nanoparticles in the radiation-transmissive material 4 is not random and also not homogeneous. Rather, that is
  • Potting compound 3 (upper layers of potting compound 3).
  • the proportion of nanoparticles in the potting compound 3 is in the layer of the potting compound 3, directly to the
  • Semiconductor chip 2 is adjacent at 40 to 100% by weight
  • a layer of the potting compound 3 which is arranged downstream of the layer in the direction of the outcoupling surface 7, which layer directly adjoins the semiconductor chip 2, has a smaller concentration of nanoparticles than the one directly adjacent to the semiconductor chip 2 Layer.
  • the layer of potting compound 3 arranged downstream in the direction of the outcoupling surface 7 has a proportion of nanoparticles of 35 or 40% by weight. The concentration of nanoparticles decreases
  • Decoupling surface 7 of the semiconductor device 2 is formed.
  • Potting compound 3 which is directly adjacent to the ambient air at less than 1% by weight, preferably at 0% by weight.
  • the nanoparticles carry charges on their surface.
  • the number of charge carriers can be adjusted during the synthesis or functionalization, or subsequently, for example by adjusting the pH or the addition of a salt. Different nanoparticles can have different numbers of charge carriers, resulting in a targeted distribution of the nanoparticles in the
  • radiation-permeable material 4 may contribute, as will be described in detail later.
  • the nanoparticles have a diameter of less than or equal to 40 nm.
  • the nanoparticles preferably have a diameter of 30 nm to 40 nm, for example 35 nm, 36 nm or 37 nm.
  • the nanoparticles have, compared to the wavelength of the emitted radiation from the semiconductor chip 2, a very small extension. As a result, a scattering of the radiation emitted by the semiconductor chip 2 by the
  • the nanoparticles have a very low degree of absorption.
  • the nanoparticles preferably have no absorption in the visible wavelength range. This also contributes to increasing the light output and thus to the efficiency of the semiconductor device.
  • the nanoparticles have a surface functionalization.
  • the surface functionalization can be achieved, for example, by the nanoparticles interacting with the abovementioned solvent.
  • the nanoparticles may, for example, be functionalized with silane which carries polymerizable groups (vinyltriethoxysilane).
  • silane is particularly well suited as surface functionalization for the use of nanoparticles in silicone as
  • Aminopropyltrimethoxysilane take place. 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane or
  • Aminopropyltrimethoxysilane is particularly well suited as surface functionalization for the use of
  • the surface functionalization prevents the nanoparticles from becoming spatially close enough to aggregate. The formation of aggregates would increase to an
  • the nanoparticles have a refractive index.
  • Refractive index is less than or equal to the refractive index of the semiconductor chip 2.
  • the refractive index is higher than that
  • the refractive index of the nanoparticles is
  • the nanoparticles have a refractive index greater than 2.0.
  • the potting compound 3 has an overall refractive index.
  • the total refractive index is made up of the
  • the total refractive index has a
  • Potting compound 3 is between 1.0 and 3.0, with the limits included.
  • the total refractive index of the potting compound 3 is increased locally by the high refractive index of the nanoparticles.
  • the potting material 3 has a targeted gradually adjusted by the targeted distribution of the nanoparticles in the radiation-transparent material 4
  • the total refractive index of the potting compound 3 is particularly high there.
  • Semiconductor chip 2 adjacent layer of the potting compound 3 equal to the refractive index of the semiconductor chip.
  • the total refractive index of the potting compound 3 In the adjoining layers of the potting compound 3, in particular in the located between the bottom layer and the top layer of the potting compound 3 layers, the total refractive index of the potting compound 3 to
  • Potting compound 3 which is directly adjacent to the ambient air (top layer of the potting compound 3), is the
  • Total refractive index of the potting compound 3 there particularly low is the total refractive index of the potting compound 3 there particularly low.
  • the total refractive index is the
  • Layer of potting compound 3 equal to the refractive index of the ambient air.
  • the optoelectronic component 1 described above is produced as follows (see FIGS. 2 and 3): First, the above-described housing 10 and the carrier 9 are provided. Furthermore, the above-described semiconductor chip 2 is provided. The semiconductor chip 2 is arranged on the carrier 9 and in the housing 10.
  • the wavelength conversion element 8 is placed on the
  • Semiconductor chip 2 applied. This can be done for example by electrophoresis. Alternatively, the
  • Wavelength conversion element 8 but also from a
  • printed layer can be formed from a phosphor paste in a silicone.
  • the inorganic filler 5 which comprises a plurality of nanoparticles, in the
  • the radiation-permeable material 4 introduced.
  • the radiation-transmissive material 4 and the radiation-transmissive material 4 are the radiation-transmissive material 4 and the radiation-transmissive material 4
  • the nanoparticles are initially distributed homogeneously in the radiation-permeable material 4 (FIGS. 2 and 3). Radiation-permeable material 4 and
  • Nanoparticles together form the potting compound 3.
  • the nanoparticles can be introduced into a solvent before being added to the radiation-pervious material 4.
  • the nanoparticles are in the
  • Solvent homogeneously distributed The solvent can be used, for example, for surface functionalization of
  • Nanoparticles be formed. In other words, through the interaction with the solvent one can
  • the mixture is made Solvent and nanoparticles the radiation-permeable material 4 attached.
  • the solvent has the advantage that it effectively prevents aggregation of the nanoparticles in the radiation-transmissive material 4. Rather, the mixture is off
  • the solvent improves the flowability of the
  • be attached to the decoupling surface of the device 1, can be improved by the solvent.
  • the potting compound 3 is arranged in the housing 10 around the semiconductor chip 2 around. After placing the potting compound 3 in the housing 10 is the
  • the nanoparticles are distributed in the radiation-transmissive material 4.
  • the distribution takes place in such a way that the concentration of the nanoparticles in the radiation-permeable material 4, starting from the
  • the potting compound 3 after the completion of the semiconductor device 1 as described above on a targeted gradually adjusted total refractive index.
  • the distribution of the nanoparticles can take place, for example, by centrifuging the potting compound 3.
  • the nanoparticles within the radiation-transmissive material 4 are preferably moved in the direction of the semiconductor chip 2. This leads to an increase in the total refractive index of the potting compound 3 in the lower
  • the semiconductor device 1 is inserted between two electrodes 11 and 12.
  • a voltage is applied to the electrodes 11, 12 so that the electric field 13 is generated. Due to the charges on the surface of the nanoparticles they move in the electric field 13.
  • the nanoparticles migrate along the field lines of the electric field 13 in the direction of the semiconductor chip 2. Nanoparticles, which are already in the lower layers of the potting compound 3 migrate while, until they are in the layer of potting compound 3, which is directly adjacent to the semiconductor chip 2.
  • the duration of the applied electric field 13 is chosen so that the nanoparticles, which are located in the upper layers, have not yet reached the adjacent to the semiconductor chip 2 layer. This leads to a
  • Concentration of the nanoparticles starting from the semiconductor chip 2 starting to the decoupling surface 7 gradually decreases. In this way, an increase in the total refractive index of the potting compound 3 in the lower layers is achieved, while the upper layers have a lower overall refractive index. The change in the total refractive index is gradual.
  • the nanoparticles can also have the nanoparticles. As described above, the nanoparticles can also have the nanoparticles.
  • Number of carriers on the surface of the nanoparticles migrate faster with a higher number of carriers and thus accumulate in the lower layers of the potting compound 3.
  • concentration of charge carriers on the surface By selecting the concentration of charge carriers on the surface, the subsequent distribution of the nanoparticles can thus be controlled in a targeted manner.
  • the potting compound 2 is cured thermally or UV induced. If the nanoparticles were mixed with a solvent or after mixing nanoparticles and
  • the solvent can be completely evaporated in a final process step.
  • the solvent may also be at least partially removed by heat or vacuum.
  • the solvent may also be at least partially removed by heat or vacuum.
  • the above-described housing 10 and the carrier 9 are provided. Furthermore, the above-described semiconductor chip 2 is provided. The semiconductor chip 2 is arranged on the carrier 9 and in the housing 10 and the wavelength conversion element 8 is applied to the semiconductor chip 2 as described above.
  • the inorganic filler 5 comprising a plurality of nanoparticles is incorporated in the
  • the solvent may also remain completely in the potting compound, as described above.
  • Arranging the first layer is the semiconductor chip 2
  • potting compound 3 is arranged around the semiconductor chip 2.
  • the further layer is applied to the first layer of potting compound 3 arranged above.
  • Housing 10 is completely filled by the potting material 3.
  • a previously arranged layer of potting compound 3 in this case has a higher concentration of nanoparticles than any further subsequently arranged layer of
  • Semiconductor chip 2 is adjacent (bottom layer of potting compound 3) is therefore higher than in any other layer of the
  • Nanoparticles in this layer at least 40% by weight.
  • the proportion of nanoparticles in this layer is 0% by weight.
  • the change in concentration is gradual. Due to the targeted distribution of
  • the potting compound 3 a targeted gradually adjusted total refractive index.
  • the potting compound 2 is again cured thermally or UV induced.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) beschrieben, welches wenigstens einen Halbleiterchip (2) zur Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht, und eine den wenigstens einen Halbleiterchip (2) umgebende Vergussmasse (3) aufweist. Die Vergussmasse (3) ist im Strahlengang der emittierten Strahlung angeordnet. Die Vergussmasse (3) weist ein strahlungsdurchlässiges Material (4) und einen anorganischen Füllstoff (5) auf, wobei der anorganische Füllstoff (5) derart ausgebildet und im strahlungsdurchlässigen Material (4) angeordnet ist, dass die Vergussmasse (3) einen gezielt graduell eingestellten Gesamtbrechungsindex aufweist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR SEINER HERSTELLUNG
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement
angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelement angegeben. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 106 984.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Es ist eine zu lösende Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, kurz Bauelement, anzugeben, das besonders effizient ist und insbesondere eine sehr hohe Lichtauskopplung aufweist. Ferner ist es eine zu lösende Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit besonders hoher Lichtauskopplung abzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das optoelektronische
Halbleiterbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 13 und 15 gelöst.
Gemäß einem Aspekt weist das Halbleiterbauelement wenigstens einen Halbleiterchip auf. Das Halbleiterbauelement kann zwei, drei oder mehr Halbleiterchips aufweisen. Bei dem
Halbleiterchip handelt es sich vorzugsweise um einen auf einem III-V-Halbleitermaterial basierenden Halbleiterchip. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip ein Leuchtdioden (LED) Chip. Der Halbleiterchip ist zur Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von Licht
geeignet. Der Halbleiterchip strahlt vorzugsweise farbiges, mehrfarbiges oder weißes Licht ab. Der Halbleiterchip kann aber auch ultraviolette (UV) Strahlung abstrahlen. Es können alle Halbleiterchips des Halbleiterbauelements baugleich sein. Alternativ ist es möglich, dass das
Halbleiterbauelement verschiedenartige, insbesondere auf verschiedenen Halbleitermaterialien basierende
Halbleiterchips beinhaltet, die bevorzugt zur Emission in verschiedenen Spektralbereichen ausgebildet sind.
Das Halbleiterbauelement weist ferner eine Vergussmasse auf. Die Vergussmasse umgibt den wenigstens einen Halbleiterchip an seiner frei liegenden Außenfläche zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig. Die Vergussmasse ist im
Strahlengang der emittierten Strahlung angeordnet. Die
Vergussmasse weist ein strahlungsdurchlässiges oder optisch transparentes Material, beispielsweise ein Silikon- und/oder Epoxymaterial , auf.
Die Vergussmasse kann ein Lösungsmittel, z.B. Aceton, Benzol oder Tetramethylsilan, oder Reste eines Lösungsmittels aufweisen. Das Lösungsmittel ist in diesem Fall im
strahlungsdurchlässigen Material verteilt. Alternativ dazu kann die Vergussmasse auch frei von Lösungsmittel sein.
Die Zugabe eines Lösungsmittels kann sich positiv auf bestimmte Prozesseigenschaften der Vergussmasse auswirken. So erhöht eine Beigabe von Lösungsmittel beispielsweise die Verfließbarkeit der Vergussmasse. Auch eine Haftung der
Vergussmasse, beispielsweise an nachfolgend angeordneten optischen Elementen, kann durch Beigabe eines Lösungsmittels verbessert werden. Die Vergussmasse weist ferner einen Füllstoff auf. Der
Füllstoff ist vorzugsweise anorganisch. Zum Beispiel handelt es sich bei dem Füllstoff um ein Metalloxid. Der Füllstoff kann beispielsweise Zirkoniumoxid (Zr02) oder Titanoxid
(Ti02) aufweisen.
Der anorganische Füllstoff ist derart ausgebildet und im strahlungsdurchlässigen Material angeordnet, dass die
Vergussmasse einen gezielt graduell eingestellten
Gesamtbrechungsindex aufweist. Das heißt, der
Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse ist nicht konstant, sondern abhängig vom Ort in der Vergussmasse. Es gibt gedachte Kurven in der Vergussmasse entlang derer sich der Gesamtbrechungsindex allmählich, zum Beispiel stufenweise ändert. Zum Beispiel kann der Gesamtbrechungsindex entlang bestimmter gedachter Kurven, die in der Vergussmasse
verlaufen, einen Gradienten aufweisen. Die Änderung des Gesamtbrechungsindex kann dabei insbesondere quasi- kontinuierlich sein. Beispielsweise ändert sich der
Gesamtbrechungsindex um ca. 0.015 innerhalb eines Bereiches von ca. 0.1 mm in der Vergussmasse. Insbesondere verringert sich der Gesamtbrechungsindex innerhalb eines Bereiches von 0.1 mm in der Vergussmasse um ca. 0.015. Der Bereich von ca. 0.1 mm wird dabei in vertikaler Richtung also ausgehend vom Halbleiterchip in Richtung einer Auskoppelfläche des
Bauelements durchlaufen.
An Grenzflächen von zwei Materialen (z.B. an der Grenzfläche zwischen Halbleiterchip und Vergussmasse oder zwischen
Vergussmasse und Umgebungsluft) wird ein Teil der emittierten Strahlung auf Grund von unterschiedlichen Brechungsindices der Materialien reflektiert. Diese Reflektion erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Strahlung auf einen absorbierenden Bestandteil der Halbleiterbauelements trifft und somit nicht aus dem Bauelement auskoppelt, was zu einer verminderten Lichtauskopplung des Halbleiterbauelements führt .
Durch die gezielte Anpassung des Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse, so dass beispielsweise eine direkt an den
Halbleiterchip angrenzende Schicht der Vergussmasse einen besonders hohen Gesamtbrechungsindex (ähnlich zu dem
Brechungsindex des Halbleiterchips) und eine an die
Umgebungsluft angrenzende Schicht der Vergussmasse einen besonders niedrigen Gesamtbrechungsindex (ähnlich zu dem Brechungsindex der Luft) aufweist, wird eine Verringerung des Unterschieds der Brechungsindices der Materialien an den Grenzflächen herbeigeführt. Auf diese Weise wird die
Reflektion der Strahlung an den Grenzflächen vermindert und damit die Lichtauskopplung bzw. Helligkeitsausbeute des
Halbleiterbauelements gesteigert. Somit ist das
Halbleiterbauelement besonders effizient und weist
insbesondere eine besonders hohe Lichtauskopplung auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements weisen das strahlungsdurchlässige
Material und der anorganische Füllstoff jeweils einen
Brechungsindex auf. Der Brechungsindex des anorganischen Füllstoffs ist höher als der Brechungsindex des
strahlungsdurchlässigen Materials. Beispielsweise kann der Brechungsindex des anorganischen Füllstoffs doppelt so hoch sein wie der Brechungsindex des strahlungsdurchlässigen
Materials . Der Brechungsindex des anorganischen Füllstoffs ist vorzugsweise in etwa so hoch wie der Brechungsindex des
Halbleiterchips. Vorzugsweise weist der anorganische
Füllstoff einen Brechungsindex zwischen 1.5 und 3.0 auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Beispielsweise Ii der Brechungsindex des Füllstoffs bei 2.0.
Der Brechungsindex des strahlungsdurchlässige Materials ist vorzugsweise in etwa so hoch wie der Brechungsindex der das Bauteil umgebenden Luft. Vorzugsweise weist das
strahlungsdurchlässige Material einen Brechungsindex zwischen 1.0 und 2.0 auf, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Der Brechungsindex des strahlungsdurchlässigen Materials liegt vorzugsweise zwischen 1.4 und 1.6, beispielsweise zwischen 1.41 und 1.54.
Der Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse ergibt sich aus der Kombination des Brechungsindex des strahlungsdurchlässigen Materials und des anorganischen Füllstoffs. Der
Gesamtbrechungsindex variiert abhängig von der Lage der
Schicht des Vergussmaterials in Bezug auf den Halbleiterchip. Vorzugsweise liegt der Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse zwischen 1.0 und 3.0, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Halbleiterbauelements weist das Bauelement wenigstens eine Auskoppelfläche auf. Die Auskoppelfläche grenzt an die das Bauelement umgebende Luft an. An der Auskoppelfläche wird die vom Bauelement erzeugte Strahlung an die Umgebung abgegeben. Die Auskoppelfläche kann an einer dem Halbleiterchip
abgewandten Oberfläche der Vergussmasse angeordnet sein.
Zusätzlich können auch die Seitenflächen der Vergussmasse jeweils Auskoppelflächen des Bauelements darstellen. Der anorganische Füllstoff ist derart ausgebildet und im strahlungsdurchlässigen Material angeordnet, dass der
Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse ausgehend vom
Halbleiterchip hin zu der Auskoppelfläche gezielt graduell bzw. schrittweise verringert wird. Vorzugsweise befindet sich in einer Schicht der Vergussmasse, welche direkt an den
Halbleiterchip angrenzt, mehr anorganischer Füllstoff als in der Schicht der Vergussmasse, welche von der Auskoppelfläche gebildet wird. Mit anderen Worten, die Schicht der
Vergussmasse, welche direkt an den Halbleiterchip angrenzt, hat einen höheren Brechungsindex als die Schicht der
Vergussmasse, welche von der Auskoppelfläche gebildet wird. Vorzugsweise ist die Auskoppelfläche frei von dem
anorganischen Füllstoff. In diesem Fall ist der
Gesamtberechungsindex der Schicht der Vergussmasse, welche von der Auskoppelfläche gebildet wird, gleich dem
Brechungsindex des strahlungsdurchlässigen Materials. Auf diese Weise wird eine Verringerung des Unterschieds der Brechungsindices der Materialien an den Grenzflächen
Halbleiterchip - Vergussmasse und Vergussmasse - Umgebungsluft erzielt. Die Verringerung des Brechungsindex von Halbleiterchip ausgehend bis hin zur Umgebungsluft erfolgt dabei graduell und insbesondere durch einen gezielten Einsatz des anorganischen Füllstoffs. Eine Reflektion der Strahlung an den Grenzflächen kann somit verringert oder ganz verhindert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der anorganische Füllstoff eine Vielzahl von Nanopartikeln auf. Unter
Nanopartikeln sind im allgemeinen Partikel mit einem
mittleren Partikeldurchmesser von größer oder gleich 0,1 nm und kleiner oder gleich 100 nm zu verstehen. Die Nanopartikel weisen eine derartige Größe auf, dass eine Streuung der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung durch die Nanopartikel im Wesentlichen vollständig verhindert wird. Die Nanopartikel weisen vorzugsweise einen Durchmesser von kleiner oder gleich 40 nm auf. Besonders bevorzugt weisen die Nanopartikel einen Durchmesser von 30 nm bis 40 nm, beispielsweise 35 nm auf.
Die Nanopartikel haben, verglichen mit einer Wellenlänge der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung, eine sehr kleine Ausdehnung. Eine Streuung der emittierten sichtbaren
Strahlung kann somit vollständig oder zumindest größtenteils verhindert werden. Somit wird durch den anorganischen
Füllstoff eine Strahlungsintensität der von dem Bauelement erzeugten Strahlung im Wesentlichen nicht verringert. Mit anderen Worten, die Strahlung gelangt im Wesentlichen ohne zu streuen von dem Halbleiterchip bis hin zur Auskoppelfläche.
Ferner weisen die Nanopartikel auch nur einen sehr geringen Absorptionsgrad auf. Vorzugsweise besitzen die Nanopartikel im sichtbaren Wellenlängenbereich keine Absorption. Dies trägt zur Steigerung der Lichtauskopplung und damit zur
Effizienz des Halbleiterbauelements bei. Gemäß zumindest einer Ausführungsform nimmt eine Dichte der Nanopartikel ausgehend vom Halbleiterchip hin zur
Auskoppelfläche graduell ab. Der Anteil an Nanopartikeln in einer an den Halbleiterchip angrenzenden Schicht der
Vergussmasse kann beispielsweise zwischen 40 und 100 Gew-% betragen. Vorzugsweise beträgt der Anteil an Nanopartikeln in der an den Halbleiterchip angrenzenden Schicht der
Vergussmasse wenigstens 50 Gew-%, beispielsweise 60 Gew-% oder 70 Gew-%. Der Anteil an Nanopartikeln in einer an die Umgebungsluft angrenzenden Schicht der Vergussmasse, also an der durch die Auskoppelfläche gebildete Schicht der Vergussmasse, kann beispielsweise zwischen 0 und 10 Gew-% betragen,
beispielsweise 5 Gew-%. Vorzugsweise beträgt der Anteil an Nanopartikeln in der an die Umgebungsluft angrenzenden
Schicht kleiner 5 Gew-%, beispielsweise 0, 1 oder 2 Gew-%. Durch Variieren der Konzentration der Nanopartikel im
strahlungsdurchlässigen Material kann der
Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse gezielt und graduell eingestellt werden. Insbesondere kann der
Gesamtbrechungsindex an den Brechungsindex der jeweiligen Materialien der Grenzschicht angepasst werden. Unterschiede in den Brechungsindices der Materialien an Grenzflächen können so verringert oder gar vermieden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Nanopartikel oberflächenfunktionalisiert . Eine Funktionalisierung der
Nanopartikel kann beispielsweise durch Wechselwirkung mit dem oben erwähnten Lösungsmittel erfolgen. Beispielsweise können die Nanopartikel mit Silan funktionalisiert werden, welches polymerisierbare Gruppen trägt (Vinyltriethoxysilan) .
Alternativ dazu kann die Funktionalisierung auch mit Hilfe von 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan oder
Aminopropyltrimethoxysilan erfolgen .
Durch die Oberflächenfunktionalisierung wird verhindert, dass sich die Nanopartikel durch Van-der-Waals Wechselwirkung aggregieren, was zu einer Streuung der emittierten Strahlung an den Aggregaten und damit zu einem Helligkeitsverlust führen würde. Ferner kann durch die Oberflächenfunktionalisierung die Formulierbarkeit der
Nanopartikel in dem strahlungsdurchlässigen Material
verbessert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform tragen die Nanopartikel Ladungen auf ihrer Oberfläche. Die Ladungsträgerzahl kann dabei unterschiedlich gestaltet sein, wodurch die Verteilung der Nanopartikel in dem strahlungsdurchlässigen Material, beispielsweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes, erleichtert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein Wellenlängenkonversionselement auf. Das
Wellenlängenkonversionselement ist zumindest teilweise im Strahlengang der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung angeordnet. Vorzugsweise ist das Wellenlängenkonversions¬ element auf einer der Vergussmasse zugewandten Oberfläche des Halbleiterchips angeordnet. Das Wellenlängenkonversions¬ element ist unmittelbar auf dem Halbleiterchip angeordnet.
Das Wellenlängenkonversionselement ist dazu ausgebildet die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung teilweise oder vollständig in eine weitere Strahlung mit einer von der emittierten Strahlung unterschiedlichen Wellenlänge zu konvertieren. Zum Beispiel können ein im blauen Bereich des Spektrums emittierender Halbleiterchip, zum Beispiel ein LED Chip umfassend InGaN, und ein Wellenlängenkonversionselement mit einer Mischung aus im grünen und roten Bereich
emittierenden Konvertermaterialien verwendet werden, um ein weiß emittierendes Halbleiterbauelement bereitzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, vorzugsweise des oben beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauelements, beschrieben. Insbesondere entspricht das dabei hergestellte Halbleiterbauelement vorzugsweise dem hier beschriebenen Halbleiterbauelement. Sämtliche für das Halbleiterbauelement offenbarten Merkmale sind demnach auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
In einem ersten Schritt wird der wenigstens eine
Halbleiterchip bereitgestellt. Der Halbleitchip ist
vorzugsweise ein LED Chip.
In einem zweiten Schritt wird das strahlungsdurchlässige oder optisch transparente Material bereitgestellt. Das
strahlungsdurchlässige Material dient als Grundmaterial zur Ausbildung der Vergussmasse.
In einem weiteren Schritt wird der anorganische Füllstoff in das strahlungsdurchlässige Material eingebracht, insbesondere mit dem strahlungsdurchlässigen Material gemischt. Vor dem
Einbringen in das strahlungsdurchlässige Material können die Nanopartikel beispielsweise mit einem Lösungsmittel vermischt werden. Das Gemisch aus Lösungsmittel und Nanopartikel wird dann in das strahlungsdurchlässige Material eingebracht.
Der anorganische Füllstoff umfasst, wie oben beschrieben, eine Vielzahl von Nanopartikeln . Die Zahl der Nanopartikel ist vorzugsweise an einen gewünschten Gradientenbereich des Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse angepasst. Der
anorganische Füllstoff ist zunächst homogen im
strahlungsdurchlässigen Material verteilt, insbesondere mit dem strahlungsdurchlässigen Material durchmischt. Durch ein Mischen der Nanopartikel mit einem Lösungsmittel vor dem Einbringen in das strahlungsdurchlässige Material kann beispielsweise eine besonders effektive homogene Verteilung der Nanopartikel im strahlungsdurchlässigen Material erzielt werden .
In einem weiteren Schritt wird die Vergussmasse um den
Halbleiterchip angeordnet. Die Vergussmasse wird so um den Halbleiterchip angeordnet, dass der Halbleiterchip
vorzugsweise vollständig von der Vergussmasse umhüllt ist. Dadurch ist der Halbleiterchip vor äußeren Einflüssen und damit Beschädigungen geschützt.
In einem weiteren Schritt wird der anorganische Füllstoff im strahlungsdurchlässigen Material verteilt. Der Füllstoff wird derart verteilt, dass die Konzentration bzw. die Dichte des Füllstoffs im strahlungsdurchlässigen Material ausgehend vom Halbleiterchip hin zur Auskoppelfläche abnimmt. Auf diese Weise weist die Vergussmasse einen gezielt graduell
eingestellten Gesamtbrechungsindex auf, welcher sich aus dem Brechungsindex des Füllstoffs und dem Brechungsindex des strahlungsdurchlässigen Materials zusammensetzt.
Insbesondere ist der Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse in einer an den Halbleiterchip angrenzenden Schicht höher, als der Gesamtbrechungsindex einer an die Umgebungsluft
angrenzenden Schicht der Vergussmasse. Zwischen der Schicht der Vergussmasse, welche an den Halbleiterchip angrenzt, und der Schicht der Vergussmasse, welche an die Umgebungsluft angrenzt, wird der Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse schrittweise durch Verringerung der Konzentration des
Füllstoffs verringert. Unterschiede in den Brechungsindices der Materialien an den Grenzflächen Halbleiterchip - Vergussmasse sowie Vergussmasse - Umgebungsluft können so verringert oder ganz vermieden werden. Dadurch werden die Effizienz bzw. die Lichtauskopplung des Halbleiterbauelements gesteigert .
Das Verteilen des anorganischen Füllstoffs erfolgt dabei beispielsweise durch ein Zentrifugieren des
Halbleiterbauelements und insbesondere der Vergussmasse. Das Zentrifugieren führt zu einer Anreicherung des Füllstoffs in den unteren Schichten der Vergussmasse, also den Schichten, welche direkt an den Halbleiterchip angrenzen. Insbesondere wandert durch das Zentrifiguieren der Füllstoff innerhalb des strahlungsdurchlässigen Materials zum Halbleiterchip hin, so dass die Konzentration an Füllstoff in Schichten des
Vergussmaterials, die sich in unmittelbarer Umgebung zum Halbleiterchip befinden, größer ist, als in Schichten der Vergussmasse, die weiter vom Halbleiterchip entfernt sind (obere Schichten der Vergussmasse) .
Das Verteilen des anorganischen Füllstoffs in dem
strahlungsdurchlässigen Material kann auch durch
Anlegen eines elektrischen Feldes an dem Bauelement erfolgen. Der Füllstoff und insbesondere die Nanopartikel wandern dann entlang der Feldlinien des erzeugten Feldes. Füllstoff, welcher sich bereits in einer Schicht der Vergussmasse nahe zum Halbleiterchip befindet, wandert dabei bis in die an den Halbleiterchip direkt angrenzende Schicht der Vergussmasse. Füllstoff, welcher sich in Schichten der Vergussmasse
befindet, die weiter vom Halbleiterchip entfernt sind (obere Schichten), bewegt sich in Richtung des Halbleiterchips. Auf diese Weise kann ein gezielt eingestellter
Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse erzielt werden.
Sofern die Nanopartikel vor dem Einbringen in das
strahlungsdurchlässige Material mit einem Lösungsmittel vermischt wurden, kann in einem zusätzlichen
Verfahrensschritt das Lösungsmittel zumindest teilweise wieder aus der Vergussmasse entfernt werden, beispielsweise durch Verdampfen, mittels Wärme oder Unterdruck. Alternativ dazu kann das Lösungsmittel auch vollständig in der
Vergussmasse verbleiben.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, vorzugsweise eines hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauelements, beschrieben. Insbesondere entspricht das dabei hergestellte Halbleiterbauelement vorzugsweise dem oben beschriebenen Halbleiterbauelement. Sämtliche für das Halbleiterbauelement offenbarten Merkmale sind demnach auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
In einem ersten Schritt wird der oben beschriebene
Halbleiterchip bereitgestellt. In einem zweiten Schritt wird das strahlungsdurchlässige oder optisch transparente Material zur Ausbildung der Vergussmasse bereitgestellt. In einem weiteren Schritt wird der anorganische Füllstoff in das strahlungsdurchlässige Material eingebracht. Der anorganische Füllstoff umfasst eine Vielzahl von Nanopartikeln, wie oben beschrieben. Alternativ dazu können, wie oben beschrieben, die Nanopartikel vor dem Einbringen in das
strahlungsdurchlässige Material mit einem Lösungsmittel vermischt werden. In einem weiteren Schritt wird eine erste Schicht der
Vergussmasse um den Halbleiterchip angeordnet. Durch die erste Schicht ist der Halbleiterchip vorzugsweise bereits vollständig von Vergussmasse umhüllt. In einem nächsten Schritt wird wenigstens eine weitere
Schicht der Vergussmasse sukzessive um den Halbleiterchip angeordnet. Die weitere Schicht der Vergussmasse wird auf die erste bereits den Halbleiterchip umgebende Schicht
angeordnet. Bis zur vollständigen Ausbildung der Vergussmasse können noch weitere Schichten auf die jeweils vorhergehend angeordnete Schicht der Vergussmasse aufgebracht werden. Eine vorhergehend angeordnete Schicht der Vergussmasse weist dabei eine höhere Konzentration bzw. Dichte an anorganischem Füllstoff auf, als jede weitere nachfolgend angeordnete
Schicht der Vergussmasse. Mit anderen Worten, die
Konzentration des Füllstoffs in einer Schicht der
Vergussmasse, welche direkt an den Halbleiterchip angrenzt (in der ersten bzw. untersten Schicht der Vergussmasse) ist höher als in jeder anderen Schicht der Vergussmasse. Die Konzentration des Füllstoffs in einer Schicht der
Vergussmasse, welche direkt an die Umgebungsluft angrenzt, also die oberste Schicht der Vergussmasse, ist niedriger als in jeder anderen Schicht der Vergussmasse.
Auf diese Weise weist die Vergussmasse einen gezielt graduell eingestellten Gesamtbrechungsindex auf. Unterschiede in den Brechungsindices der verschiedenen Materialien können somit verringert oder ganz vermieden werden. Streuungen an den Grenzflächen verschiedener Materialien auf Grund von starken Unterschieden in den Brechungsindices der Materialien werden folglich vermieden und die Effizienz und Lichtauskopplung des Halbleiterbauelements wird dadurch erhöht. Im Folgenden werden das optoelektronische Bauelement und das Verfahren an Hand von Ausführungsbeispielen und den
dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt eines optoelektronischen Halbleiterbauelements .
Die Figur 2 zeigt das optoelektronische Halbleiterbauelement aus Figur 1 vor dem Verteilen des anorganischen Füllstoffs in dem strahlungsdurchlässigen Material.
Die Figur 3 zeigt eine weitere Ansicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements aus Figur 1 vor dem Verteilen des anorganischen Füllstoffs in dem strahlungsdurchlässigen
Material.
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. Figur 1 zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1, das einen Halbleiterchip 2 aufweist. Alternativ kann das Halbleiterbauelement 1 auch zwei, drei oder mehr
Halbleiterchips 2 aufweisen. Der Halbleiterchip 2 strahlt sichtbare Strahlung bzw. Licht ab. Der Halbleiterchip 2 strahlt farbiges, mehrfarbiges oder weißes Licht ab.
Vorzugsweise emittiert der Halbleiterchip 2 Strahlung im blauen Bereich des Spektrums. Der Halbleiterchip 2 ist vorzugsweise ein LED Chip. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Halbleiterchip 2 auch nicht sichtbare Strahlung, beispielsweise UV Strahlung abstrahlen.
Der Halbleiterchip 2 weist einen Brechungsindex auf. Der Brechungsindex des Halbleiterchips 2 ist größer als 2.0.
Beispielsweise liegt der Brechungsindex des Halbleiterchips zwischen 2.5 und 3.5.
Der Halbleiterchip 2 ist in einem Gehäuse 10 angeordnet. Das Gehäuse 10 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff ausgebildet. Das Gehäuse 10 kann als Reflektor ausgebildet sein zur
Reflexion der im Betrieb des Halbleiterchips 2 erzeugten Strahlung. Zu diesem Zweck können die Innenwände des Gehäuses 10 eine reflektierende Oberfläche aufweisen. Beispielsweise sind die Innenwände mit reflektierenden Pigmenten wie Ti02 oder mit Metall beschichtet (nicht explizit dargestellt) . Der Halbleiterchip 2 ist auf einem Träger 9 angeordnet. Der Träger 9 ist mit dem Gehäuse 10 verbunden. Auf einer dem Träger 9 abgewandten Oberfläche des Halbleiterchips 2 ist ein Wellenlängenkonversionselement 8 angeordnet. Das
Wellenlängenkonversionselement 8 ist im Strahlengang der vom Halbleiterchip 2 emittierten Strahlung angeordnet. Das
Wellenlängenkonversionselement 8 kann durch eine gedruckte Lage aus einer Phosphorpaste in einem Silikon gebildet werden. Alternativ kann das Wellenlängenkonversionselement 8 ein keramisches Material aufweisen.
Das Wellenlängenkonversionselement 8 konvertiert die
emittierte Strahlung zumindest teilweise in eine weitere Strahlung mit einer von der emittierten Strahlung
unterschiedlichen Wellenlänge. Vorzugsweise weist das
Wellenlängenkonversionselement 8 eine Mischung aus im grünen und roten Bereich emittierenden Konvertermaterialien auf, um ein weiß emittierendes Halbleiterbauelement 1
bereitzustellen.
Der Halbleiterchip 2 ist von einer Vergussmasse 3 vollständig umgeben. Insbesondere füllt die Vergussmasse 3 das Gehäuse 10 vollständig aus. Die Vergussmasse 3 schützt den
Halbleiterchip 2 vor äußeren Einflüssen.
Das Halbleiterbauelement 1 weist eine Auskoppelfläche 7 auf. An der Auskoppelfläche 7 wird die von dem
Halbleiterbauelement 1 bzw. dem Halbleiterchip 2 emittierte Strahlung an die Umgebung abgegeben. Die Auskoppelfläche 7 wird von einer Schicht der Vergussmasse 3 gebildet, welche direkt an die das Halbleiterbauelement 1 umgebende Luft angrenzt.
Die Vergussmasse 3 weist ein strahlungsdurchlässiges oder optisch transparentes Material 4 auf. Das
strahlungsdurchlässige Material 4 kann ein Silikon- Vergussmaterial aufweisen. In einem alternativen
Ausführungsbeispiel weist das strahlungsdurchlässige Material 4 ein Epoxy-Vergussmaterial auf. Sowohl Silikon-, als auch Epoxy-Vergussmaterial weisen eine hohe optische Transparenz und eine große Materialstabilität auf.
Das strahlungsdurchlässige Material 4 weist einen
Brechungsindex auf. Der Brechungsindex ist kleiner als der Brechungsindex des Halbleiterchips 2. Der Brechungsindex ist höher oder gleich zu dem Brechungsindex der Luft, welche das Halbleiterbauelement 1 umgibt. Der Brechungsindex des
strahlungsdurchlässigen Materials 4 liegt vorzugsweise zwischen 1.0 und 2.0, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Der Brechungsindex des strahlungsdurchlässigen Materials 4 liegt vorzugsweise zwischen 1.4 und 1.6, beispielsweise zwischen 1.41 und 1.54.
Die Vergussmasse 3 kann ferner ein Lösungsmittel oder Reste eines Lösungsmittels aufweisen (nicht explizit dargestellt) . Das Lösungsmittel hat keinen oder nur geringen Einfluss auf einen weiter unten beschriebenen Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse 3. Die Vergussmasse 3 weist ferner einen anorganischen Füllstoff 5 auf. Vorliegend besteht der anorganische Füllstoff aus einer Vielzahl von Nanopartikeln . Die Nanopartikel können beispielsweise Si02, Zr02 oder Ti02 aufweisen. Die Nanopartikel sind in dem strahlungsdurchlässigen Material 4 angeordnet. Die Nanopartikel sind in dem
strahlungsdurchlässigen Material 4 verteilt. Die Verteilung der Nanopartikel im strahlungsdurchlässigen Material 4 ist nicht zufällig und auch nicht homogen. Vielmehr ist die
Konzentration oder Dichte der Nanopartikel in einer Schicht der Vergussmasse 3, die direkt an den Halbleiterchip 2 angrenzt, größer als die Konzentration der Nanopartikel in weiter vom Halbleiterchip 2 entfernten Schichten der
Vergussmasse 3 (obere Schichten der Vergussmasse 3) .
Der Anteil der Nanopartikel in der Vergussmasse 3 liegt in der Schicht der Vergussmasse 3, die direkt an den
Halbleiterchip 2 angrenzt bei 40 bis 100 Gew-%,
beispielsweise 50 Gew-%. Eine Schicht der Vergussmasse 3 die in Richtung zur Auskoppelfläche 7 hin derjenigen Schicht nachgeordnet ist, welche direkt an den Halbleiterchip 2 angrenzt, weist eine kleinere Konzentration an Nanopartikeln auf, als die direkt an den Halbleiterchip 2 angrenzende Schicht. Beispielsweise weist die in Richtung zur Auskoppelfläche 7 hin nachgeordnete Schicht der Vergussmasse 3 einen Anteil an Nanopartikeln von 35 oder 40 Gew-% auf. Die Konzentration der Nanopartikel verringert sich
schrittweise oder graduell ausgehend von der Schicht des Vergussmaterials 3, die direkt an den Halbleiterchip 2 angrenzt (unterste Schicht der Vergussmasse 3) bis hin zu der Schicht des Vergussmaterials 3, die direkt an die
Umgebungsluft angrenzt (oberste Schicht der Vergussmasse 3) . Letztere Schicht wird - wie oben beschrieben - von der
Auskoppelfläche 7 des Halbleiterbauelements 2 gebildet. Die Schicht der Vergussmasse 3, welche direkt an die
Umgebungsluft angrenzt, ist frei von Nanopartikeln. Folglich liegt der Anteil der Nanopartikel in der Schicht der
Vergussmasse 3, die direkt an die Umgebungsluft angrenzt bei kleiner 1 Gew-%, vorzugsweise bei 0 Gew-%.
Die Nanopartikel tragen Ladungen auf ihrer Oberfläche. Die Anzahl der Ladungsträger kann dabei während der Synthese oder Funktionalisierung, oder auch anschließend, beispielsweise durch Einstellen des ph-Werts oder die Zugabe eines Salzes, eingestellt werden. Unterschiedliche Nanopartikel können dabei unterschiedliche Ladungsträgerzahlen aufweisen, was zu einer gezielten Verteilung der Nanopartikel in dem
strahlungsdurchlässigen Material 4 beitragen kann, wie später im Detail beschrieben wird.
Die Nanopartikel weisen einen Durchmesser von kleiner oder gleich 40 nm auf. Vorzugsweise weisen die Nanopartikel einen Durchmesser von 30 nm bis 40 nm, beispielsweise 35 nm, 36 nm, oder 37 nm auf. Die Nanopartikel haben, verglichen mit der Wellenlänge der vom Halbleiterchip 2 emittierten Strahlung, eine sehr kleine Ausdehnung. Dadurch wird eine Streuung der vom Halbleiterchip 2 emittierten Strahlung durch die
Nanopartikel verhindert. Dies trägt zu einer hohen Effizienz bzw. Lichtauskopplung des Halbleiterbauelements 1 bei.
Die Nanopartikel weisen einen sehr geringen Absorptionsgrad auf. Vorzugsweise besitzen die Nanopartikel im sichtbaren Wellenlängenbereich gar keine Absorption. Auch dies trägt zur Steigerung der Lichtauskopplung und damit zur Effizienz des Halbleiterbauelements bei.
Die Nanopartikel weisen eine Oberflächenfunktionalisierung auf. Die Oberflächenfunktionalisierung kann beispielsweise dadurch erwirkt werden, dass die Nanopartikel mit dem oben erwähnten Lösungsmittel wechselwirken.
Zur Oberflächenfunktionalisierung können die Nanopartikel beispielsweise mit Silan funktionalisiert sein, welches polymerisierbare Gruppen trägt (Vinyltriethoxysilan) . Silan eignet sich besonders gut als Oberflächenfunktionalisierung für die Verwendung der Nanopartikel in Silikon als
strahlungsdurchlässigem Material 4. Alternativ dazu kann die Funktionalisierung auch mit Hilfe von 3- Glycidoxypropyltrimethoxysilan oder
Aminopropyltrimethoxysilan erfolgen. 3- Glycidoxypropyltrimethoxysilan oder
Aminopropyltrimethoxysilan eignet sich besonders gut als Oberflächenfunktionalisierung für die Verwendung der
Nanopartikel in Epoxid als strahlungsdurchlässigem Material 4.
Die Oberflächenfunktionalisierung verhindert, dass sich die Nanopartikel räumlich nahe genug kommen, um zu aggregieren. Die Ausbildung von Aggregaten würde zu einer vermehrten
Streuung der emittierten Strahlung an den Aggregaten und damit zu einem Helligkeitsverlust führen würde. Die
Oberflächenfunktionalisierung trägt ferner zu einer
verbesserten Formulierbarkeit der Nanopartikel in dem
strahlungsdurchlässigen Material 4 bei.
Die Nanopartikel weisen einen Brechungsindex auf. Der
Brechungsindex ist kleiner oder gleich zum Brechungsindex des Halbleiterchips 2. Der Brechungsindex ist höher als der
Brechungsindex der Luft, welche das Halbleiterbauelement 1 umgibt. Der Brechungsindex der Nanopartikel liegt
vorzugsweise zwischen 1.5 und 3.0, wobei die Grenzen
eingeschlossen sind. Beispielsweise weisen die Nanopartikel einen Brechungsindex von größer 2.0 auf.
Die Vergussmasse 3 weist einen Gesamtbrechungsindex auf. Der Gesamtbrechungsindex setzt sich zusammen aus dem
Brechungsindex des strahlungsdurchlässigen Materials 4 und der Nanopartikel. Der Gesamtbrechungsindex weist einen
Gradientenbereich auf. Der Gesamtbrechungsindex der
Vergussmasse 3 liegt zwischen 1.0 und 3.0, wobei die Grenzen eingeschlossen sind. Der Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse 3 ist durch den hohen Brechungsindex der Nanopartikel lokal erhöht.
Insbesondere weist das Vergussmaterial 3 durch die gezielte Verteilung der Nanopartikel in dem strahlungsdurchlässigen Material 4 einen gezielt graduell eingestellten
Gesamtbrechungsindex auf.
Durch die hohe Konzentration der Nanopartikel in der Schicht der Vergussmasse 3, die direkt an den Halbleiterchip 2 angrenzt (unterste Schicht) , ist der Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse 3 dort besonders hoch. Vorzugsweise ist der Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse 3 in der an den
Halbleiterchip 2 angrenzenden Schicht der Vergussmasse 3 gleich dem Brechungsindex des Halbleiterchips.
In den daran angrenzenden Schichten der Vergussmasse 3, insbesondere in den zwischen der untersten Schicht und der obersten Schicht der Vergussmasse 3 gelegenen Schichten, wird der Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse 3 zur
Auskoppelfläche 7 hin durch gezielte Verringerung der
Konzentration der Nanopartikel immer kleiner.
Durch das Fehlen der Nanopartikel in der Schicht der
Vergussmasse 3, die direkt an die Umgebungsluft angrenzt (oberste Schicht der Vergussmasse 3) , ist der
Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse 3 dort besonders gering. Vorzugsweise ist der Gesamtbrechungsindex der
Vergussmasse 3 in der an die Umgebungsluft angrenzenden
Schicht der Vergussmasse 3 gleich dem Brechungsindex der Umgebungsluft .
Unterschiede in den Brechungsindices an den Grenzflächen zwischen Halbleiterchip 2 und Vergussmasse 3 bzw. zwischen Vergussmasse 3 und Umgebungsluft können somit weitgehend vermieden oder massiv verringert werden. Somit wird der
Anteil an Totalreflexion der emittierten Strahlung an den Materialgrenzen auf ein Minimum reduziert oder ganz
verhindert. Dies führt zu einer besonders hohen
Lichtauskopplung des Halbleiterbauelements 1.
Das oben beschriebene optoelektronische Bauelement 1 wird wie folgt hergestellt (siehe hierzu Figuren 2 und 3) : Zunächst werden das oben beschriebene Gehäuse 10 und der Träger 9 bereitgestellt. Weiterhin wird der oben beschriebene Halbleiterchip 2 bereitgestellt. Der Halbleiterchip 2 wird auf dem Träger 9 und in dem Gehäuse 10 angeordnet.
Das Wellenlängenkonversionselement 8 wird auf dem
Halbleiterchip 2 aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch Elektrophorese erfolgen. Alternativ dazu kann das
Wellenlängenkonversionselement 8 aber auch aus einer
gedruckten Lage aus einer Phosphorpaste in einem Silikon gebildet werden.
In einem weiteren Schritt wird das oben beschriebene
strahlungsdurchlässige Material 4 bereitgestellt. In einem nächsten Schritt wird der anorganische Füllstoff 5, der eine Vielzahl von Nanopartikeln umfasst, in das
strahlungsdurchlässige Material 4 eingebracht. Insbesondere werden das strahlungsdurchlässige Material 4 und die
Nanopartikel vermischt. Dabei sind die Nanopartikel zunächst homogen in dem strahlungsdurchlässigen Material 4 verteilt (Figur 2 und 3) . Strahlungsdurchlässiges Material 4 und
Nanopartikel bilden zusammen die Vergussmasse 3. Alternativ dazu können die Nanopartikel vor dem Hinzufügen zu dem strahlungsdurchlässigen Material 4 in ein Lösungsmittel eingebracht werden. Die Nanopartikel sind in dem
Lösungsmittel homogen verteilt. Das Lösungsmittel kann beispielsweise zur Oberflächenfunktionalisierung der
Nanopartikel ausgebildet sein. Mit anderen Worten, durch die Wechselwirkung mit dem Lösungsmittel kann eine
Oberflächenfunktionalisierung der Nanopartikel erwirkt werden. In einem anschließenden Schritt wird das Gemisch aus Lösungsmittel und Nanopartikel dem strahlungsdurchlässigen Material 4 beigefügt.
Das Lösungsmittel hat den Vorteil, dass es ein Aggregieren der Nanopartikel in dem strahlungsdurchlässigen Material 4 wirkungsvoll verhindert. Vielmehr ist das Gemisch aus
Lösungsmittel und Nanopartikel homogen in dem
strahlungsdurchlässigen Material 4 verteilt. Ferner
verbessert das Lösungsmittel die Verfließbarkeit des
strahlungsdurchlässigen Materials 4. Auch eine Haftung des strahlungsdurchlässigen Materials 4 an den Seitenwänden des Gehäuses 10 oder an weiteren optischen Elementen, die
beispielsweise an der Auskoppelfläche des Bauelements 1 angebracht werden, kann durch das Lösungsmittel verbessert werden.
In einem nächsten Schritt wird die Vergussmasse 3 in dem Gehäuse 10 um den Halbleiterchip 2 herum angeordnet. Nach dem Anordnen der Vergussmasse 3 in dem Gehäuse 10 ist der
Halbleiterchip 2 vollständig von der Vergussmasse 3 umgeben. Da die Nanopartikel homogen in dem strahlungsdurchlässigen Material 4 angeordnet sind, ist zu diesem Zeitpunkt die
Konzentration der Nanopartikel in allen Schichten der
Vergussmasse 3 annähernd gleich (siehe Figuren 2 und 3) .
In einem weiteren Schritt werden die Nanopartikel in dem strahlungsdurchlässigen Material 4 verteilt. Die Verteilung erfolgt dabei derart, dass die Konzentration der Nanopartikel im strahlungsdurchlässigen Material 4 ausgehend vom
Halbleiterchip 2 hin zur Auskoppelfläche 7 abnimmt. Auf diese Weise weist die Vergussmasse 3 nach der Fertigstellung des Halbleiterbauelements 1 wie oben beschrieben einen gezielt graduell eingestellten Gesamtbrechungsindex auf. Das Verteilen der Nanopartikel kann dabei beispielsweise durch ein Zentrifugieren der Vergussmasse 3 erfolgen. Durch das Zentrifugieren werden die Nanopartikel innerhalb des strahlungsdurchlässigen Materials 4 bevorzugt in Richtung des Halbleiterchips 2 bewegt. Dies führt zu einer Erhöhung des Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse 3 in den unteren
Schichten, während die oberen Schichten einen geringeren Gesamtbrechungsindex aufweisen.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel erfolgt das
Verteilen der Nanopartikel durch Anlegen eines elektrischen Feldes 13 an dem Bauelement 1 (siehe Figur 3) . Dabei wird das Halbleiterbauelement 1 zwischen zwei Elektroden 11 und 12 eingebracht. Eine Spannung wird an die Elektroden 11, 12 angelegt, so dass das elektrische Feld 13 erzeugt wird. Auf Grund der Ladungen an der Oberfläche der Nanopartikel bewegen sich diese im elektrischen Feld 13. Die Nanopartikel wandern entlang der Feldlinien des elektrischen Feldes 13 in Richtung des Halbleiterchips 2. Nanopartikel, die sich bereits in den unteren Schichten der Vergussmasse 3 befinden wandern dabei solange, bis sie sich in der Schicht der Vergussmasse 3 befinden, die direkt an den Halbleiterchip 2 angrenzt.
Dadurch reichern sich die Nanopartikel in den unteren
Schichten der Vergussmasse 3 an.
Die Zeitdauer des angelegten elektrischen Feldes 13 wird dabei so gewählt, das Nanopartikel, welche sich in den oberen Schichten befinden, noch nicht die an den Halbleiterchip 2 angrenzende Schicht erreicht haben. Dies führt zu einer
Konzentration der Nanopartikel die vom Halbleiterchip 2 ausgehend bis hin zur Auskoppelfläche 7 schrittweise abnimmt. Auf diese Weise wird eine Erhöhung des Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse 3 in den unteren Schichten erreicht, während die oberen Schichten einen geringeren Gesamtbrechungsindex aufweisen. Der Änderung des Gesamtbrechungsindex verläuft dabei graduell.
Wie oben beschrieben können die Nanopartikel auch
unterschiedliche Ladungsträgerzahlen aufweisen.
Bei Nanopartikeln mit einer unterschiedlichen
Ladungsträgerzahl auf der Oberfläche wandern die Nanopartikel mit einer höheren Ladungsträgerzahl schneller und reichern sich damit in den unteren Schichten der Vergussmasse 3 an. Über die Wahl der Konzentration von Ladungsträgern an der Oberfläche kann die spätere Verteilung der Nanopartikel somit gezielt gesteuert werden.
In einem weiteren Schritt wird die Vergussmasse 2 thermisch oder UV induziert ausgehärtet. Sofern die Nanopartikel mit einem Lösungsmittel vermischt wurden oder nach dem Mischen von Nanopartikeln und
strahlungsdurchlässigem Material 4 ein Lösungsmittel
beigegeben wurde, kann das Lösungsmittel in einem finalen Prozessschritt vollständig verdampft werden. Alternativ kann das Lösungsmittel auch durch Wärme oder Unterdruck zumindest teilweise entfernt werden. Alternativ dazu kann das
Lösungsmittel auch nach der Fertigstellung vollständig in der Vergussmasse 3 verbleiben. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird das
beschriebene optoelektronische Bauelement 1 wie folgt
hergestellt (nicht explizit in den Figuren dargestellt) : Wiederum werden das oben beschriebene Gehäuse 10 und der Träger 9 bereitgestellt. Weiterhin wird der oben beschriebene Halbleiterchip 2 bereitgestellt. Der Halbleiterchip 2 wird auf dem Träger 9 und in dem Gehäuse 10 angeordnet und das Wellenlängenkonversionselement 8 wird wie oben beschrieben auf dem Halbleiterchip 2 aufgebracht.
Weiterhin wird das oben beschriebene strahlungsdurchlässige Material 4 bereitgestellt. Der anorganische Füllstoff 5, der eine Vielzahl von Nanopartikeln umfasst, wird in das
strahlungsdurchlässige Material 4 eingebracht.
Strahlungsdurchlässiges Material 4 und Nanopartikel bilden zusammen die Vergussmasse 3. Alternativ dazu können die Nanopartikel, wie oben
beschrieben, mit einem Lösungsmittel vermischt werden, bevor sie in das strahlungsdurchlässige Material eingebracht werden. Das Lösungsmittel wird in einem späteren
Verfahrensschritt vollständig oder teilweise entfernt.
Alternativ dazu kann das Lösungsmittel aber auch vollständig in der Vergussmasse verbleiben, wie oben beschrieben.
In einem weiteren Schritt wird eine erste Schicht der
Vergussmasse 3 um den Halbleiterchip 2 angeordnet. Nach
Anordnen der ersten Schicht ist der Halbleiterchip 2
vorzugsweise bereits komplett von Vergussmasse 3 umgeben. In einem weiteren Schritt wird wenigstens eine weitere Schicht der Vergussmasse 3 um den Halbleiterchip 2 angeordnet. Die weitere Schicht wird auf die erste vorangehend angeordnete Schicht der Vergussmasse 3 aufgebracht. Das sukzessive
Anordnen von Schichten erfolgt dabei so lange, bis das
Gehäuse 10 komplett von dem Vergussmaterial 3 ausgefüllt ist. Eine vorhergehend angeordnete Schicht der Vergussmasse 3 weist dabei eine höhere Konzentration an Nanopartikel auf, als jede weitere nachfolgend angeordnete Schicht der
Vergussmasse. Die Konzentration der Nanopartikel in der ersten Schicht der Vergussmasse 3, welche direkt an den
Halbleiterchip 2 angrenzt (unterste Schicht der Vergussmasse 3) ist folglich höher als in jeder anderen Schicht der
Vergussmasse 3. Beispielsweise beträgt der Anteil der
Nanopartikel in dieser Schicht wenigstens 40 Gew-%. Die
Konzentration der Nanopartikel in der Schicht der
Vergussmasse 3, welche direkt an die Umgebungsluft angrenzt, also die oberste Schicht der Vergussmasse 3, ist niedriger als in jeder anderen Schicht der Vergussmasse 3.
Beispielsweise beträgt der Anteil der Nanopartikel in dieser Schicht 0 Gew-%. Die Änderung der Konzentration verläuft dabei graduell. Auf Grund der gezielten Verteilung der
Nanopartikel weist die Vergussmasse 3 einen gezielt graduell eingestellten Gesamtbrechungsindex auf. In einem letzten Schritt wird die Vergussmasse 2 wiederum thermisch oder UV induziert ausgehärtet.
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

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) aufweisend
- wenigstens einen Halbleiterchip (2) zur Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht,
- eine den wenigstens einen Halbleiterchip (2) umgebende Vergussmasse (3) , wobei die Vergussmasse (3) im Strahlengang der emittierten Strahlung angeordnet ist,
wobei die Vergussmasse (3) ein strahlungsdurchlässiges
Material (4) und einen anorganischen Füllstoff (5) aufweist, und wobei der anorganische Füllstoff (5) derart ausgebildet und im strahlungsdurchlässigen Material (4) angeordnet ist, dass die Vergussmasse (3) einen gezielt graduell
eingestellten Gesamtbrechungsindex aufweist.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1,
wobei das Bauelement (1) wenigstens eine Auskoppelfläche (7) aufweist die an die das Bauelement (1) umgebende Luft (6) angrenzt, und wobei der anorganische Füllstoff (5) derart ausgebildet und im strahlungsdurchlässigen Material (4) angeordnet ist, dass der Gesamtbrechungsindex der
Vergussmasse (3) ausgehend vom Halbleiterchip (2) hin zu der Auskoppelfläche (7) gezielt graduell verringert wird.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das strahlungsdurchlässige Material (4) und der anorganische Füllstoff (5) jeweils einen Brechungsindex aufweisen, und wobei der Brechungsindex des anorganischen Füllstoffs (5) höher ist als der Brechungsindex des
strahlungsdurchlässigen Materials (4).
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei der Gesamtbrechungsindex der Vergussmasse (3) zwischen 1.0 und 3.0 liegt .
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei die Auskoppelfläche (7) frei von dem anorganischen Füllstoff (5) ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei der anorganische Füllstoff (5) eine Vielzahl von
Nanopartikeln aufweist.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 6,
wobei die Nanopartikel eine derartige Größe aufweisen, dass eine Streuung der vom Halbleiterchip (2) emittierten
Strahlung durch die Nanopartikel verhindert wird.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 6 oder 7,
wobei die Nanopartikel einen Durchmesser von kleiner oder gleich 40 nm aufweisen.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
wobei eine Dichte der Nanopartikel ausgehend vom
Halbleiterchip (2) hin zur Auskoppelfläche (7) graduell abnimmt .
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
wobei der Anteil an Nanopartikeln in einer an den
Halbleiterchip (2) angrenzenden Schicht der Vergussmasse (3) wenigstens 40 Gew-% beträgt.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
wobei die Nanopartikel oberflächenfunktionalisiert sind und/oder wobei die Nanopartikel Ladungen auf ihrer Oberfläche tragen .
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorigen Ansprüche,
wobei das Bauelement (1) ein Wellenlängenkonversionselement (8) aufweist das zumindest teilweise im Strahlengang der vom Halbleiterchip (2) emittierten Strahlung angeordnet ist, und wobei das Wellenlängenkonversionselement (8) dazu ausgebildet ist die emittierte Strahlung zumindest teilweise in eine weitere Strahlung mit einer von der emittierten Strahlung unterschiedlichen Wellenlänge zu konvertieren.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) nach einem der vorigen Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen der Halbleiterchips (2);
- Bereitstellen des strahlungsdurchlässigen Materials (4) zur Ausbildung der Vergussmasse (3) ;
- Einbringen des anorganischen Füllstoffs (5) umfassend eine Vielzahl von Nanopartikeln in das strahlungsdurchlässige
Material (4), wobei der Füllstoff (5) homogen im
strahlungsdurchlässigen Material (4) verteilt ist; - Anordnen der Vergussmasse (3) um den Halbleiterchip (2), so dass der Halbleiterchip (2) vollständig von der Vergussmasse
( 3 ) umhü11t ist;
- Verteilen des anorganischen Füllstoffs (5) im
strahlungsdurchlässigen Material (4) derart, dass die
Konzentration des Füllstoffs (5) im strahlungsdurchlässigen Material (4) ausgehend vom Halbleiterchip (2) hin zur
Auskoppelfläche (7) abnimmt, so dass die Vergussmasse (3) einen gezielt graduell eingestellten Gesamtbrechungsindex aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei das Verteilen des anorganischen Füllstoffs (5) durch ein Zentrifugieren der Vergussmasse (3) oder durch
Anlegen eines elektrischen Feldes an dem Bauelement (1) erfolgt .
15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen der Halbleiterchips (2);
- Bereitstellen des strahlungsdurchlässigen Materials (4) zur Ausbildung der Vergussmasse (3) ;
- Einbringen des anorganischen Füllstoffs (5) umfassend eine Vielzahl von Nanopartikeln in das strahlungsdurchlässige
Material (4) ;
- Anordnen einer ersten Schicht der Vergussmasse (3) um den Halbleiterchip (2);
- Sukzessives Anordnen wenigstens einer weiteren Schicht der Vergussmasse (3) um den Halbleiterchip (2),
wobei eine vorhergehend angeordnete Schicht der Vergussmasse (3) eine höhere Konzentration an anorganischem Füllstoff (5) aufweist als jede weitere nachfolgend angeordnete Schicht der Vergussmasse (3) , so dass die Vergussmasse (3) einen gezielt graduell eingestellten Gesamtbrechungsindex aufweist.
PCT/EP2013/065916 2012-07-31 2013-07-29 Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur seiner herstellung WO2014019988A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012106984.0 2012-07-31
DE201210106984 DE102012106984A1 (de) 2012-07-31 2012-07-31 Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014019988A1 true WO2014019988A1 (de) 2014-02-06

Family

ID=48900985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/065916 WO2014019988A1 (de) 2012-07-31 2013-07-29 Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur seiner herstellung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012106984A1 (de)
WO (1) WO2014019988A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017117651A1 (de) * 2017-08-03 2019-02-07 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements
DE102019100646A1 (de) * 2019-01-11 2020-07-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden bauelements
DE102021113095A1 (de) 2021-05-20 2022-11-24 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Herstellen eines optoelektronisches Bauelements und optoelektronisches Bauelement
DE102021118490A1 (de) * 2021-07-16 2023-01-19 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur herstellung einer vielzahl von licht emittierenden bauelementen und bauteil
DE102022104625A1 (de) 2022-02-25 2023-08-31 Vermes Microdispensing GmbH Funktionselement mit einem Funktionsstoff

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001203392A (ja) * 2000-01-19 2001-07-27 Matsushita Electric Works Ltd 発光ダイオード
US6734465B1 (en) * 2001-11-19 2004-05-11 Nanocrystals Technology Lp Nanocrystalline based phosphors and photonic structures for solid state lighting
EP1760802A2 (de) * 2005-09-02 2007-03-07 Osram Opto Semiconductors GmbH Lichtemittierendes Element und Verfahren zu dessen Herstellung
US20070194338A1 (en) * 2006-02-21 2007-08-23 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Light emitting diode package
US20070280624A1 (en) * 2006-05-26 2007-12-06 Led Lighting Fixtures, Inc. Solid state light emitting device and method of making same
US20070287208A1 (en) * 2006-05-17 2007-12-13 3M Innovative Properties Company Method of Making Light Emitting Device With Multilayer Silicon-Containing Encapsulant
US20080230796A1 (en) * 2007-03-21 2008-09-25 Hsin-Hua Ho Surface mount type light-emitting diode package device and light-emitting element package device
US20090121190A1 (en) * 2004-01-15 2009-05-14 Nanosys, Inc. Nanocrystal Doped Matrixes
US20120132944A1 (en) * 2010-11-29 2012-05-31 Epistar Corporation Light-emitting device, light mixing device and manufacturing methods thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19947044B9 (de) * 1999-09-30 2007-09-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenmontierbares optoelektronisches Bauelement mit Reflektor und Verfahren zur Herstellung desselben
DE19964252A1 (de) * 1999-12-30 2002-06-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Oberflächenmontierbares Bauelement für eine LED-Weißlichtquelle
DE10214119A1 (de) * 2002-03-28 2003-10-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement
US8368106B2 (en) * 2010-11-04 2013-02-05 Industrial Technology Research Institute Gradient composite material and method of manufacturing the same
DE102010054280A1 (de) * 2010-12-13 2012-06-14 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zum Erzeugen einer Lumineszenzkonversionsstoffschicht, Zusammensetzung hierfür und Bauelement umfassend eine solche Lumineszenzkonversionsstoffschicht

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001203392A (ja) * 2000-01-19 2001-07-27 Matsushita Electric Works Ltd 発光ダイオード
US6734465B1 (en) * 2001-11-19 2004-05-11 Nanocrystals Technology Lp Nanocrystalline based phosphors and photonic structures for solid state lighting
US20090121190A1 (en) * 2004-01-15 2009-05-14 Nanosys, Inc. Nanocrystal Doped Matrixes
EP1760802A2 (de) * 2005-09-02 2007-03-07 Osram Opto Semiconductors GmbH Lichtemittierendes Element und Verfahren zu dessen Herstellung
US20070194338A1 (en) * 2006-02-21 2007-08-23 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Light emitting diode package
US20070287208A1 (en) * 2006-05-17 2007-12-13 3M Innovative Properties Company Method of Making Light Emitting Device With Multilayer Silicon-Containing Encapsulant
US20070280624A1 (en) * 2006-05-26 2007-12-06 Led Lighting Fixtures, Inc. Solid state light emitting device and method of making same
US20080230796A1 (en) * 2007-03-21 2008-09-25 Hsin-Hua Ho Surface mount type light-emitting diode package device and light-emitting element package device
US20120132944A1 (en) * 2010-11-29 2012-05-31 Epistar Corporation Light-emitting device, light mixing device and manufacturing methods thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MONT FRANK ET AL: "High-refractive-index TiO2-nanoparticle-loaded encapsulants for light-emitting diodes", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, vol. 103, no. 8, 25 April 2008 (2008-04-25), pages 83120 - 83120, XP012110505, ISSN: 0021-8979, DOI: 10.1063/1.2903484 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012106984A1 (de) 2014-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2132789B1 (de) Elektromagnetische strahlung emittierendes optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements
DE102010009456A1 (de) Strahlungsemittierendes Bauelement mit einem Halbleiterchip und einem Konversionselement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102014102258B4 (de) Optoelektronisches Bauelement
WO2007022741A1 (de) Verfahren zum herstellen eines lumineszenzdiodenchips und lumineszenzdiodenchip
DE102010045403A1 (de) Optoelektronisches Bauelement
WO2012160107A2 (de) Optisches element, optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung dieser
WO2009079990A1 (de) Beleuchtungseinrichtung
WO2014019988A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur seiner herstellung
WO2012080263A1 (de) Verfahren zum erzeugen einer lumineszenzkonversionsstoffschicht, zusammensetzung hierfür und bauelement umfassend eine solche lumineszenzkonversionsstoffschicht
DE102018111637A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip, verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements und optoelektronisches bauelement
DE102012110668A1 (de) Konvertermaterial, Verfahren zur Herstellung eines Konvertermaterials und optoelektronisches Bauelement
EP2989666B1 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zu seiner herstellung
DE112017002467B4 (de) Beleuchtungsvorrichtungen mit einer linse und einer kompositverkapselung und verfahren zur herstellung hiervon
DE10340271B4 (de) Dünnschicht-Leuchtdiodenchip und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102004052456B4 (de) Strahlungsemittierendes Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2024068590A1 (de) Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils und optoelektronisches bauteil
WO2017144680A1 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements
DE102008048653A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE102008044847A1 (de) Optoelektronisches Bauelement
DE112014002703B4 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauteil
WO2013127985A1 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen bauelements
DE102017117536A1 (de) Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
EP2586069B1 (de) Verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
DE102008021658A1 (de) Lichtemittierende Vorrichtung mit Volumenstrukturierung
WO2021052825A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13742450

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13742450

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1