OPTOELEKTRONISCHES KONVERTERELEMENT , OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS

Oberflächenemittierende Halbleiterlaser oder VCSELs ( "Vertical Cavity Surface Emitting Laser" ) werden in zunehmendem Maße für Beleuchtungs zwecke eingesetzt . Aufgrund der bei oberflächenemittierenden Lasern auftretenden höheren Leucht- und Energiedichten ist es erforderlich, neuartige Konverterelemente zu entwickeln .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein verbessertes optoelektronisches Konverterelement sowie ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements zur Verfügung zu stellen . Gemäß Aus führungs formen wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst . Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert .

Ein optoelektronisches Konverterelement umfasst einen Träger, der ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 25 W/ (m*K) aufweist , wobei Öf fnungen in dem Träger ausgebildet sind, und einen Leuchtstof f , der in den Öf fnungen angeordnet ist , wodurch Konverterbereiche definiert werden . Gemäß weiteren Aus führungs formen kann der Träger ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 50 W/ (m*K) aufweisen .

Das optoelektronisches Konverterelement kann ferner eine reflektierende Schicht zwischen dem Träger und dem Leuchtstof f aufweisen . Alternativ oder zusätzlich kann das Material des Trägers reflektierend sein . Das Material des Trägers kann reflektierend sein und zum Beispiel an einer Grenz fläche zwischen dem Träger und dem Leuchtstof f eine Ref lektivität für eine von dem Konverterelement konvertierte Strahlung von mindestens mindestens 75 % , mindestens 80 % oder mindestens 90 Prozent aufweisen .

Die zuvor erwähnte optionale reflektierende Schicht zwischen dem Träger und dem Leuchtstof f kann zum Beispiel eine Reflek- tivität für eine von dem Konverterelement konvertierte Strahlung von mindestens mindestens 75 % , mindestens 80 % oder mindestens 90 Prozent aufweisen .

Eine Dicke des Trägers kann mehr als 5 pm betragen . Gemäß weiteren Aus führungs formen kann die Dicke auch mehr als 10 pm betragen .

Beispielsweise können die Konverterbereiche entlang von Reihen und Spalten oder gemäß einem hexagonalen Muster angeordnet sein .

Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfasst das optoelektronische Konverterelement wie vorstehend beschrieben und eine Halbleitervorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung . Dabei ist das optoelektronische Konverterelement geeignet , eine Wellenlänge von von der Halbleitervorrichtung emittierter elektromagnetischer Strahlung zu verändern .

Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaserelement umfassen . Gemäß weiteren Aus führungs formen kann die Halbleitervorrichtung auch eine lichtemittierende Diode ( LED) umfassen .

Beispielsweise weist die Halbleitervorrichtung eine Anordnung von lichtemittierenden Elementen auf . Die Konverterbereiche des optoelektronischen Konverterelements sind j eweils an Positionen angeordnet , die den Positionen der lichtemittierenden Elemente entsprechen .

Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner einen Lotrahmen zwischen der Halbleitervorrichtung und dem optoelektronischen Konverterelement enthalten .

Gemäß Aus führungs formen kann ein Luftspalt zwischen der Halbleitervorrichtung und dem optoelektronischen Konverterelement angeordnet sein .

Beispielsweise kann das optoelektronische Halbleiterbauelement aus einer Breitband-Lichtquelle für spektroskopische Anwendungen, einem Blitzlicht , einer Kf Z-Beleuchtungsvorrichtung, einem Smartphone oder einem tragbaren elektronischen Gerät (wearable ) ausgewählt sein .

Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Ausbilden von Öf fnungen in einem Träger, der ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 25 W/ (m*K) aufweist , das Einbringen eines Leuchtstof fs in die Öf fnungen, wodurch Konverterbereiche definiert werden und das Zusammenfügen des Trägers mit einer Halbleitervorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung . Beispielsweise kann der Träger auch ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 50 W/ (m*K) aufweisen .

Beispielsweise werden die Konverterbereiche entlang von Reihen und Spalten oder gemäß einem hexagonalen Muster ausgebildet .

Beispielsweise wird der Leuchtstof f durch Abscheideverfahren, Siebdruckverfahren, ein Tauchbad oder Gießen eingebracht . Gemäß Aus führungs formen umfasst das Verfahren weiterhin das Einbringen eines Lotrahmens zwischen dem Träger und der Halbleitervorrichtung .

Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung eine Viel zahl lichtemittierender Elemente aufweisen . Die Konverterbereiche können j eweils an Positionen, die denen der lichtemittierenden Elemente entsprechen, angeordnet werden .

Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung . Die Zeichnungen veranschaulichen Aus führungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung . Weitere Aus führungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung . Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt . Gleiche Bezugs zeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen .

Fig . 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Konverterelements gemäß Aus führungs formen .

Fig . 1B zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Konverterelements gemäß weiteren Aus führungs formen .

Fig . 2A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Aus führungs formen .

Fig . 2B veranschaulicht den Aufbau eines Beispiels eines ober- f ächenemittierenden Halbleiterlaserelements . Fig. 2C zeigt ein weiteres Beispiel eines lichtemittierenden Elements .

Fig. 3A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung .

Fig. 3B zeigt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.

Fig. 4A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Trägers zur Ausbildung eines Konverterelements.

Fig. 4B zeigt eine perspektivische Ansicht des Trägers mit Öffnungen und Konverterbereichen.

Fig. 4C zeigt vereinzelte optoelektronische Konverterelemente.

Fig. 5 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements .

Fig. 6 fasst ein Verfahren gemäß Aus führungs formen zusammen.

In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorderseite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend. Die Beschreibung der Aus führungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Aus führungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird . Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Aus führungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Aus führungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt .

Je nach Verwendungs zweck können im folgenden beschriebene Halbleitermaterialien auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren . Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere NitridHalbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes , blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AIN, AlGaN, AlGalnN, AlGalnBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs , AlGaAs , InGaAs , Al InGaAs , SiC, ZnSe , ZnO, Ga2Oa, Diamant , hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien . Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren . Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Sili zium, Sili zium- Germanium und Germanium umfassen . Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begri f f „Halbleiter" auch organische Halbleitermaterialien ein .

Der Begri f f „Substrat" umfasst generell isolierende , leitende oder Halbleitersubstrate .

Üblicherweise kann die Wellenlänge von einem LED-Chip emittierter elektromagnetischer Strahlung unter Verwendung eines Konvertermaterials, welches einen Leuchtstoff oder Phosphor enthält, konvertiert werden. Beispielsweise kann weißes Licht durch eine Kombination eines LED-Chips, der blaues Licht emittiert, mit einem geeigneten Leuchtstoff erzeugt werden. Beispielsweise kann der Leuchtstoff ein gelber Leuchtstoff sein, der, wenn er durch das Licht des blauen LED-Chips angeregt wird, geeignet ist, gelbes Licht zu emittieren. Der Leuchtstoff kann beispielsweise einen Teil der von dem LED-Chip emittierten elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Die Kombination von blauem und gelbem Licht wird als weißes Licht wahrgenommen. Durch Beimischen weiterer Leuchtstoffe, die geeignet sind, Licht einer weiteren, beispielsweise einer roten Wellenlänge, zu emittieren, kann die Farbtemperatur geändert werden. Gemäß weiteren Konzepten kann weißes Licht durch eine Kombination, die einen blauen LED-Chip und einen grünen und roten Leuchtstoff enthält, erzeugt werden. Es ist selbstverständlich, dass ein Konvertermaterial mehrere verschiedene Leuchtstoffe, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen emittieren, umfassen kann.

Beispiele für Leuchtstoffe sind Metalloxide, Metallhalide, Metallsulfide, Metallnitride und andere. Diese Verbindungen können darüber hinaus Zusätze enthalten, die dazu führen, dass spezielle Wellenlängen emittiert werden. Beispielsweise können die Zusätze Seltenerdmaterialien umfassen. Als Beispiel für einen gelben Leuchtstoff kann YAG:Ce ³⁺ (mit Cer aktivierter Yttrium Aluminium Granat (Y3AI5O12) ) oder (Sri. ₇ Bao.2Euo.i) SiO ₄ verwendet werden. Weitere Leuchtstoffe können auf MSiO4:Eu ²⁺ , worin M Ca, Sr oder Ba sein kann, basieren. Durch Auswahl der Kationen mit einer angemessenen Konzentration kann eine erwünschte Konversionswellenlänge ausgewählt werden. Viele weitere Beispiele von geeigneten Leuchtstoffen sind bekannt. Gemäß Anwendungen kann das Leuchtstof fmaterial , beispielsweise ein Leuchtstof fpulver, in ein geeignetes Matrixmaterial eingebettet sein . Beispielsweise kann das Matrixmaterial eine Harzoder Polymerzusammenset zung wie beispielsweise ein Silikonoder ein Epoxidharz umfassen . Die Größe der Leuchtstof f teil- chen kann beispielsweise in einem Mikrometer- oder Nanometerbereich liegen .

Gemäß weiteren Aus führungen kann das Matrixmaterial ein Glas umfassen . Beispielsweise kann das Konvertermaterial durch Sintern des Glases , beispielsweise SiCt mit weiteren Zusätzen und Leuchtstof fpulver gebildet werden, unter Bildung eines Leuchtstof fs im Glas ( PiG) .

Gemäß weiteren Aus führungen kann das Leuchtstof fmaterial selbst unter Ausbildung einer Keramik gesintert werden . Beispielsweise kann als Ergebnis des Sinterprozesses der keramische Leuchtstof f eine polykristalline Struktur haben .

Gemäß weiteren Aus führungen kann das Leuchtstof fmaterial unter Ausbildung eines einkristallinen Leuchtstof fs gewachsen werden, beispielsweise unter Verwendung des Czochralski ( Gz- ) Verfahrens .

Gemäß weiteren Aus führungen kann das Leuchtstof fmaterial selbst ein Halbleitermaterial sein, das im Volumen oder in Schichten eine geeignete Bandlücke zur Absorption des von der LED emittierten Lichtes und zur und der Emission der gewünschten Konversionswellenlänge aufweist . Insbesondere kann es sich hierbei um ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial handeln . Beispielsweise kann das epitaktisch gewachsene Halbleitermaterial eine Bandlücke haben, die einer geringeren Energie als der des primär emittierten Lichts entspricht . Weiterhin können mehrere geeignete Halbleiterschichten, die j e- wells Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, übereinander gestapelt sein . Ein oder mehrere Quantentröge bzw . Quantentöpfe , Quantenpunkte oder Quantendrähte können in dem Halbleitermaterial gebildet sein .

Der Begri f f "vertikal" , wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft . Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen .

Die Begri f fe " lateral" und "hori zontal" , wie in dieser Beschreibung verwendet , sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft . Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips ( Die ) sein .

Die hori zontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen .

Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begri f f „elektrisch verbunden" eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen . Die elektrisch verbundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein . Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein .

Der Begri f f „elektrisch verbunden" umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen . Fig . 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Konverterelements 100 gemäß Aus führungs formen . Das optoelektronische Konverterelement 100 umfasst einen Träger 110 , der ein Trägermaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 50 W/ (m*K) aufweist . In dem Träger 110 sind Öf fnungen 112 ausgebildet . Die Öf fnungen 112 erstrecken sich von einer ersten Hauptoberfläche 111 des Trägers 110 bis zu einer der ersten Hauptoberfläche 111 gegenüberliegenden Oberfläche des Trägers 110 . Ein Leuchtstof f 115 ist in den Öf fnungen 112 angeordnet . Dadurch werden Konverterbereiche 117 definiert . Der Leuchtstof f 115 erstreckt sich innerhalb der Konverterbereiche 117 von der ersten Hauptoberfläche 111 bis zu der der ersten Hauptoberfläche 111 gegenüberliegenden Oberfläche des Trägers 110 .

Beispiele für das Trägermaterial umfassen Metalle wie beispielsweise Cu, Al , Ag, Au, Metalllegierungen, sowie Keramiken wie beispielsweise AIN, AI2O3, TiÖ2 , Diamant oder SiC . Weitere Beispiele für das Material des Trägers umfassen Kohlenstof f oder andere Kompositmaterialien . Gemäß weiteren Aus führungsformen können auch andere Materialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet werden .

Die Wärmeleitfähigkeit des Trägermaterials kann beispielsweise größer als 50 oder größer als 100 W/ (m*K) sein . Die Öf fnungen 112 können beispielsweise konisch ausgebildet sein, so dass der Durchmesser der Öf fnungen 112 auf der Seite , die den lichtemittierenden Elementen (nicht gezeigt in Fig . 1A) gegenüberliegen, kleiner ist als der Durchmesser der Öf fnungen 112 auf einer von den lichtemittierenden Elementen abgewandten Seite .

Der Leuchtstof f kann in einem Matrixmaterial , beispielsweise einem Polymer oder einem Glas eingebettet sein . Gemäß Aus füh- rungs formen kann eine reflektierende Schicht 114 mit einem hohen Reflexionsvermögen zwischen dem Träger 110 und dem Leuchtstof f 115 angeordnet sein . Beispielsweise kann die reflektierende Schicht 114 auf den Seitenwänden der Öf fnungen 113 und über der ersten Hauptoberfläche 111 des Trägers 110 angeordnet sein . Die reflektierende Schicht kann beispielsweise Au oder Ag enthalten oder aus diesen Materialien bestehen . Auf diese Weise wird eine Rückreflexion erzeugter Strahlung in Richtung der Halbleitervorrichtung verringert und die gesamte Lichtausbeute kann erhöht werden . Weiterhin wird eine Erwärmung des Konverterelements verringert . Beispielsweise kann eine Schichtdicke des Trägers 100 größer als 10 pm sein . Beispielsweise kann eine Schichtdicke des Trägers 100 kleiner als 100 pm sein . Generell kann eine Schichtdicke des Leuchtstof fs 115 in den Öf fnungen ungefähr der Schichtdicke des Trägers 100 entsprechen . Genauer gesagt gilt 0 , 9* s < d d l , l * s , wobei d die Schichtdicke des Leuchtstof fs 115 bezeichnet und s die Schichtdicke des Trägers 100 angibt .

Fig . 1B zeigt eine Querschnittsansicht des optoelektronischen Konverterelements 100 gemäß weiteren Aus führungs formen . Wie zu sehen ist , sind hier die Öf fnungen - anders als in Fig . 1A dargestellt - zylindrisch ausgebildet . Die weiteren Elemente des optoelektronischen Konverterelements entsprechen denen, die in Fig . 1A dargestellt sind . Auch hier ist die reflektierende Schicht 114 optional und kann weggelassen werden .

Durch die spezielle Ausgestaltung des optoelektronischen Konverterelements 100 kann in den einzelnen Konverterbereichen 117 erzeugte Wärme besonders ef fi zient abgeführt werden . Als Ergebnis werden negative Ef fekte , die mit einer Aufhei zung des Konverterelement verbunden sind, vermieden oder unterdrückt werden . Insbesondere können Schädigungen des Konverterelements vermieden werden, wodurch ihre Lebensdauer erhöht wird . Fig . 2A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß Aus führungsformen . Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 umfasst ein optoelektronisches Konverterelement 100 sowie eine Halbleitervorrichtung 125 zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung . Das optoelektronische Konverterelement 100 kann wie vorstehend beschrieben ausgestaltet sein . Das optoelektronische Konverterelement 100 ist geeignet , eine Wellenlänge von emittierter elektromagnetischer Strahlung 15 , die von der Halbleitervorrichtung emittiert worden ist , zu verändern .

Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 125 ein oberflächenemittierendes Laserelement 130 umfassen . Die Halbleitervorrichtung kann gemäß Aus führungs formen eine Viel zahl von lichtemittierenden Elementen 127 umfassen . Dabei können diese lichtemittierenden Elemente 127 beispielsweise oberf ächenemit- tierende Halbleiterlaserelemente 130 sein . Gemäß weiteren Ausführungs formen können die lichtemittierenden Elemente 127 aber auch in anderer Weise ausgeführt sein .

Bei Verwendung einer Viel zahl von lichtemittierenden Elementen 127 können die Konverterbereiche 117 des optoelektronischen Konverterelements 100 Positionen angeordnet sein, die den Positionen der lichtemittierenden Elemente 127 entsprechen . Auf diese Weise kann elektromagnetische Strahlung 15 , die von den einzelnen lichtemittierenden Elementen 127 emittiert worden ist , direkt durch einen zugeordneten Konverterbereich 117 konvertiert werden . Auf diese Weise kann Leuchtstof fmaterial gespart werden, wodurch die Kosten des optoelektronischen Halbleiterbauelements verringert werden .

Beispielsweise können die einzelnen lichtemittierenden Elemente 127 in oder über einem Substrat 140 angeordnet sein . Gemäß Aus führungs formen kann ein Lotrahmen zwischen dem Substrat 140 und dem Konverterelement 100 angeordnet sein . Auf diese Weise kann ein vorbestimmter Abstand zwischen der Emissionsoberfläche der lichtemittierenden Element 127 und den Konverterbereichen 117 bereitgestellt werden . Der Lotrahmen 120 kann in einem Randbereich der Halbleitervorrichtung 125 angeordnet sein . Beispielsweise ist ein Luftspalt zwischen der Emissionsoberfläche und dem Konverterbereich 117 angeordnet . Der Luftspalt hat eine andere Brechzahl und führt somit zu einer verbesserten Strahl formung . Der Luftspalt ist beispielsweise in einem Bereich angeordnet , der von dem Randbereich der Halbleitervorrichtung und des Konverterelements 100 verschieden ist .

Beispielsweise kann ein Material des Lotrahmens 120 Au oder eine Legierung, die Cu, Ni und/oder Au enthält sowie weitere geeignete Materialien aufweisen . Beispielsweise kann eine Dicke des Lotrahmens 120 , die in y-Richtung gemessen ist , größer als 2 pm sein . Gemäß weiteren Aus führungs formen kann die Dicke des Lotrahmens 120 kleiner als 10 pm sein . Anordnungsmuster, in denen sowohl die lichtemittierenden Elemente 127 als auch die Konverterbereiche 117 in der x- z-Ebene angeordnet sein können, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig . 3A und 3B näher beschrieben werden .

Fig . 2B zeigt ein Beispiel eines Aufbaus eines oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelements 130 , das gemäß Aus führungs formen ein lichtemittierendes Element 127 , das in Fig . 2A dargestellt ist , darstellen kann . Das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement 130 umfasst einen ersten Resonatorspiegel 131 und einen zweiten Resonatorspiegel 132 sowie eine aktive Zone 134 zur Strahlungserzeugung . Die aktive Zone kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur ( SQW, single quantum well ) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well ) zur Strahlungserzeugung aufweisen . Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung . Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge , Quantendrähte und Quantenpunkte sowie j ede Kombination dieser Schichten .

Der erste Resonatorspiegel 131 und der zweite Resonatorspiegel 132 können j eweils als DBR-Schichtstapel ( „distributed bragg reflector" ) ausgebildet sein und eine Viel zahl alternierende dünne Schichten unterschiedlicher Brechungsindi zes aufweisen . Die dünnen Schichten können j eweils aus einem Halbleitermaterial oder auch aus einem dielektrischen Material aufgebaut sein . Beispielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (n > vorgegebener Brechungsindex ) und einen niedrigen Brechungsindex (n< vorgegebener Brechungsindex ) haben . Beispielweise kann die Schichtdicke X/ 4 oder ein Mehrfaches von X/ 4 betragen, wobei X die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem entsprechenden Medium angibt . Der erste oder der zweite Resonatorspiegel kann beispielweise 2 bis 50 Einzelschichten aufweisen . Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 150 nm, beispielweise 50 nm betragen . Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind . Entsprechend wird zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel 131 , 132 ein optischer Resonator 137 ausgebildet .

Wenn der erste Resonatorspiegel 131 nur aus dielektrischen Schichten aufgebaut ist , umfasst der Halbleiterschichtstapel 123 ferner eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leit- f ähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ, die angrenzend an die aktive Zone 134 angeordnet sind . Wenn der zweite Resonatorspiegel 132 nur aus dielektrischen Schichten aufgebaut ist , weist der Halbleiterschichtstapel 123 ferner eine zweite Halbleiter- schicht von einem zweiten Leit f ähigkeitstyp, die in Kontakt mit der aktiven Zone 134 ausgebildet ist , auf . Das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement 130 weist ferner ein erstes Kontaktelement 135 und ein zweites Kontaktelement 136 zum Anlegen einer Spannung an das Laserelement auf . In Fig . 2B sind das erste und das zweite Kontaktelement 135 , 136 an gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterschichtstapels 133 angeordnet . Gemäß weiteren Aus führungs formen können das erste und das zweite Kontaktelement 135 , 136 auf einer Seite des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelements 130 , beispielsweise auf der Seite des Substrats 140 angeordnet sein . Auf diese Weise werden Abschattungsef fekte durch die Kontaktelemente 135 , 136 vermieden . Das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement 130 kann ferner eine Apertur 138 zum Einschnüren und Begrenzen des Stromflusses auf den mittleren Bereich des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelements 130 aufweisen . Ein Durchmesser k der Apertur 138 kann größer als 6 pm sein . Der Durchmesser k der Apertur 138 kann kleiner als 20 pm sein .

Gemäß weiteren Aus führungs formen kann das lichtemittierende Element 127 auch in anderer Weise ausgeführt sein . Fig . 2C zeigt ein weiteres Beispiel eines lichtemittierenden Elements 127 , welches als eine lichtemittierende Diode ( LED) ausgeführt ist . Die lichtemittierende Diode weist eine erste Halbleiterschicht 142 von einem ersten Leit f ähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ, und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leit f ähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ auf . Eine aktive Zone 134 ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 142 und der zweiten Halbleiterschicht 143 angeordnet . Das lichtemittierende Element 127 umfasst ferner ein erstes Kontaktelement 135 und ein zweites Kontaktelement 136 zum Anlegen einer Spannung an das lichtemittierende Element 127 . Fig . 3A zeigt ein Beispiel einer perspektivischen Ansicht einer Halbleitervorrichtung 125 mit einem darüber aufgebrachten Lotrahmen 120 . Die Halbleitervorrichtung 125 umfasst ein Substrat 140 und eine Viel zahl von lichtemittierenden Elementen 127 , die entsprechend einem vorgegebenen Muster, beispielsweise in Reihen und Spalten oder beispielsweise in einem hexagonalen Muster angeordnet sein können .

Fig . 3B zeigt eine perspektivische Ansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß Aus führungs formen . Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 kann beispielsweise eine Kombination aus der Halbleitervorrichtung 125 , die in Fig . 3A gezeigt ist , und dem zuvor beschriebenen optoelektronischen Konverterelement 100 aufweisen . Die einzelnen Konverterbereiche 117 können in einem Muster angeordnet sein, das dem Muster, das die einzelnen lichtemittierenden Elemente 127 bilden, entspricht . Beispielsweise können die Konverterbereiche 117 in einem hexagonalen Muster oder in Reihen oder in Spalten angeordnet sein . Entspricht das Anordnungsmuster der Konverterbereiche 117 dem Anordnungsmuster der lichtemittierenden Elemente 127 , so liegen Konverterbereiche 117 an den Stellen vor, an denen elektromagnetische Strahlung auf das optoelektronische Konverterelement 100 auf . Entsprechend kann Leuchtstof f eingespart werden .

Wie in Fig . 3B erkennbar ist , können die Öf fnungen 112 in x- z- Ebene einen runden Querschnitt haben . Gemäß weiteren Aus führungs formen kann der Durchmesser der Öf fnung 112 auch hexagonal oder mehreckig sein . Gemäß Aus führungs formen ist der Querschnitt der Öf fnungen 112 an die Form der Apertur 138 der oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelemente 130 angepasst . Der Leuchtstof f 115 ist j eweils in den Öf fnungen 112 , die in dem Träger 110 ausgebildet sind, angeordnet . Ein Durchmesser f der Öf fnungen 112 , der in der x- z-Ebene gemessen ist , ist beispielsweise größer als der Durchmesser k der Apertur 138 der oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelemente 130 . Auf diese Weise können optische Verluste minimiert werden . Beispielsweise kann der Durchmesser f der Öf fnungen 112 , größer als das 1 , 5- fache oder größer als das 2- fache des Durchmessers k der Apertur 138 sein . Bei einer konischen Ausbildung der Öf fnungen 112 wie in Fig . 2A gezeigt , kann der Durchmesser f der Öf fnungen 112 auf der Seite , die den lichtemittierenden Elementen 127 zugewandt sein, ungefähr gleich dem Durchmesser k der Aperturen 138 der lichtemittierenden Elemente 127 sein . Auf der Seite , die den lichtemittierenden Elementen 127 abgewandt ist , kann der Durchmesser f der Öf fnungen 112 größer als der Durchmesser k der Aperturen 138 der lichtemittierenden Elemente 127 sein .

Die Fig . 4A bis 4C veranschaulichen Schritte zur Herstellung des beschriebenen optoelektronischen Konverterelements . Ausgangspunkt kann beispielsweise der in Fig . 4A dargestellte Träger sein . Obwohl in Fig . 4A eine rechteckige Form des Trägers 110 dargestellt ist , ist of fensichtlich, dass der Träger 110 beispielsweise die Form eines Wafers oder eines Waferteils haben kann . Der Träger kann beispielsweise eines der vorstehend erwähnten Trägermaterialien enthalten oder aus diesen hergestellt sein . In dem in Fig . 4A dargestellten Träger 110 werden sodann Öf fnungen 112 wie vorstehend beschrieben ausgebildet . Dies kann beispielsweise durch Laserdrilling oder durch Ätzen, beispielsweise in Verbindung mit einem lithographischen Verfahren erfolgen .

Fig . 4B zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 16 . Nachfolgend kann optional ein hochref lektives Material aufgebracht werden, um die reflektierende Schicht 114 wie vorstehend beschrieben aus zubilden . Beispielsweise kann, wenn die konvertierte Strahlung sichtbares Licht oder IR-Strahlung ist , Ag als Material der reflektierenden Schicht 114 verwendet werden . Gemäß weiteren Aus führungs formen kann, wenn die konvertierte Strahlung IR-Strahlung ist , Au als Material der reflektierenden Schicht 114 verwendet werden . Nachfolgend wird der Leuchtstof f 115 in den einzelnen Öf fnungen 112 eingebracht . Dies kann beispielsweise durch Abscheideverfahren, Siebdruckverfahren, ein Tauchbad, Gießen oder anderes erfolgen . Optional kann daraufhin das sich ergebende Werkstück 16 zurückgeschli f fen oder planarisiert werden . Danach kann gemäß Aus führungs formen eine Vereinzelung durchgeführt werden, wodurch einzelne optoelektronische Konverterelemente 100 erhalten werden . Dies ist schematisch in Fig . 4G veranschaulicht .

Zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements werden nachfolgend entweder die vereinzelten einzelnen Konverterelemente 100 oder der Verbund aus mehreren Konverterelementen, der vor der Vereinzelung vorliegt , über einer Anordnung von lichtemittierenden Elementen 127 aufgebracht . Beispielsweise kann das Zusammenfügen über Waferbonding-Prozesse , beispielsweise unter Verwendung von Zinn oder einer Au/Sn- Legierung erfolgen . Ein Lotrahmen 120 wie vorstehend beschrieben kann zuvor auf der Anordnung von lichtemittierenden Elementen 127 aufgebracht werden .

Fig . 5 ( a ) zeigt einen Verbund von optoelektronischen Konverterelementen 100 . Fig . 5 (b ) zeigt einen Verbund von Halbleitervorrichtungen 125 , die j eweils eine Anordnung von lichtemittierenden Elementen 127 aufweisen . Der Verbund von Halbleitervorrichtungen ist über einem Substrat 140 angeordnet . Nach Zusammenfügen des Verbunds aus Konverterelementen 100 mit dem Verbund von Halbleitervorrichtungen 125 wird das in Fig . 5 ( c ) dargestellte Werkstück 26 erhalten . Das Zusammenfügen kann beispielsweise ein Waferbondverfahren, beispielsweise durch Sn/AuSn beinhalten . Das sich ergebende Werkstück 26 weist beispielsweise eine Viel zahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10 auf . Sodann kann durch Sägen eine Vereinzelung des Werkstücks in einzelne optoelektronische Halbleiterbauelemente 10 erfolgen, wie in Fig . 5 ( d) dargestellt ist . Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 sind somit in der CSP-Technologie ( „chip si ze package" ) gefertigt . Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 haben also eine Größe des Halbleiterchips . Als Ergebnis wird ein hohes Maß an Miniaturisierung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente erreicht .

Fig . 6 fasst ein Verfahren gemäß Aus führungs formen zusammen . Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Ausbilden ( S 100 ) von Öf fnungen in einem Träger, der ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer als 50 W/ (m*K) aufweist , das Einbringen ( S 110 ) eines Leuchtstof fs in die Öf fnungen, wodurch Konverterbereiche definiert werden, und das Zusammenfügen ( S 120 ) des Trägers mit einer Halbleitervorrichtung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung .

Wie beschrieben worden ist , wird durch die vorliegende Erfindung ein optoelektronisches Konverterelement 100 bereitgestellt , durch das einerseits die Wellenlänge des von der optoelektronischen Halbleitervorrichtung emittierten elektromagnetischen Strahlung konvertiert werden kann . Durch den speziellen Aufbau des optoelektronischen Konverterelement 100 mit einem Träger 100 , der aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit aufgebaut ist , kann eine Erwärmung des Konverters wirkungsvoll verringert werden . Als Ergebnis ist es möglich, die Halbleitervorrichtung bei höheren Strömen und somit höheren Leistungen und Leuchtdichten zu betreiben, ohne dass eine Beeinträchtigung des optoelektronischen Halbleiter- bauelements aufgrund von Wärmeentwicklung auf tritt . Somit wird die Lebensdauer des Konverters und auch des optoelektronischen Halbleiterbauelements verlängert . Aufgrund dieser Wirkungsweise ist das optoelektronische Konverterelement insbesondere in Verbindung mit einem oberflächenemittierenden Laserelement sehr ef fektiv . Anwendungsbereiche der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 , welche die Halbleitervorrichtung sowie das optoelektronische Konverterelement aufweisen, umfassen Beleuchtungsvorrichtungen mit hoher Leuchtdichte , beispielsweise für spezielle Anwendungen, Breitband-Lichtquellen für die Spektrometrie , Blitzlicht für Smartphone , welches sehr hohe Lichtströme aufweist oder für professionelle Kameras . Ein weiterer Anwendungsbereich stellt die Beleuchtung im Kf z-Bereich dar . Aufgrund der speziellen Gestaltung des beschriebenen Konverterelements kann das optoelektronische Halbleiterbauelement weiterhin sehr kompakt gestaltet werden . Ein weiterer Anwendungsbereich sind sogenannte Wearables oder tragbare elektronische Geräte wie beispielsweise Smart Watches , Tracking Armbänder oder Fitness Armbänder . Derartige Geräte weisen beispielsweise einen Sensor und eine Lichtquelle auf . Der Sensor kann beispielsweise Vital funktionen eines Benutzers überwachen . Bei Aus führung der Lichtquelle beispielsweise als optoelektronisches Bauelement wie vorstehend beschrieben oder mit dem hier beschriebenen Konverterelement kann eine Erwärmung des Geräts und somit eine Beeinträchtigung seiner Leistungs fähigkeit vermieden werden .

Obwohl hierin spezi fische Aus führungs formen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezi fischen Aus führungs formen durch eine Viel zahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen . Die Anmeldung soll j egliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezi fischen Aus führungs formen abdecken . Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt .

BEZUGSZEICHENLISTE

10 optoelektronisches Halbleiterbauelement

15 emittierte elektromagnetische Strahlung

16 Werkstück

100 optoelektronisches Konverterelement

110 Träger

111 erste Hauptoberfläche des Trägers

112 Öf fnung

114 reflektierende Schicht

115 Leuchtstof f

117 Konverterbereich

120 Lotrahmen

122 Luftspalt

125 Halbleitervorrichtung

127 lichtemittierendes Element

130 oberflächenemittierendes Halbleiterlaserelement

131 erster Resonatorspiegel

132 zweiter Resonatorspiegel

133 Halbleiterschichtstapel

134 aktive Zone

135 erstes Kontaktelement

136 zweites Kontaktelement

137 optischer Resonator

138 Apertur

140 Substrat

141 erste Hauptoberfläche

142 erste Halbleiterschicht

143 zweite Halbleiterschicht