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Title:
OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT, AND RADIATION SENSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/117970
Kind Code:
A1
Abstract:
In at least one embodiment, the optoelectronic semiconductor component (1) comprises an optoelectronic semiconductor chip (2) for the detection of radiation. In addition, the semiconductor component (1) contains a first filter element (31), which is a Bragg filter, and a second filter element (32), which is a metal plasmonic filter. The first and second filter elements (31, 32) are arranged in succession along a path (D) of radiation (R) that is to be detected and have different transmission spectra with at least one spectral transmission window each. The spectral transmission windows are delimited by absorption regions in such a way that the filter elements (31, 32) form band pass filters. The absorption regions of the first and second filter elements (31, 32) overlap and are situated on both sides of the at least one transmission window of each of the filter elements. Said filter arrangement produces a filter with a high contrast between radiation to be detected and radiation that is not to be detected.

Inventors:
HALBRITTER HUBERT (DE)
MÜLLER CHRISTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/050234
Publication Date:
August 07, 2014
Filing Date:
January 08, 2014
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH (DE)
International Classes:
H01L31/0232; G02B1/00; G02B5/00; G02B5/20; H01L27/146; H01L31/0203; H01L31/0216
Domestic Patent References:
WO2013080473A12013-06-06
WO2010051231A12010-05-06
Foreign References:
CA2838581A12012-12-13
EP2249136A22010-11-10
US4158133A1979-06-12
JPS55155306A1980-12-03
KR20130131913A2013-12-04
DE102009012755A12010-09-16
Other References:
LEROSE D ET AL: "CMOS-integrated geometrically tunable optical filter", ADVANCED SEMICONDUCTOR MANUFACTURING CONFERENCE (ASMC), 2012 23RD ANNUAL SEMI, IEEE, 15 May 2012 (2012-05-15), pages 97 - 101, XP032449357, ISBN: 978-1-4673-0350-7, DOI: 10.1109/ASMC.2012.6212876
KIRSTY WALLS ET AL: "Automated Design, Fabrication, and Characterization of Color Matching Plasmonic Filters", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 24, no. 7, 1 April 2012 (2012-04-01), pages 602 - 604, XP011434057, ISSN: 1041-1135, DOI: 10.1109/LPT.2012.2184531
INOUE ET AL.: "Polarization independent visible color filter comprising an aluminum film with surface-plasmon enhanced transmission through a subwavelength array of holes", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 98, 2011, pages 093113
LEE ET AL.: "Color filter based on a subwavelength patterned metal grating", OPTICS EXPRESS, vol. 15, 2007, pages 15457
Attorney, Agent or Firm:
EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit

- einem optoelektronischen Halbleiterchip (2), der zur Detektion von ultravioletter, sichtbarer und/oder nahinfraroter Strahlung (R) eingerichtet ist,

- einem ersten Filterelement (31), das ein Bragg-Filter ist, und

- einem zweiten Filterelement (32), das ein

metallischer plasmonischer Filter ist,

wobei

- das erste und das zweite Filterelement (31, 32) entlang eines Laufwegs der zu detektierenden Strahlung (R) aufeinander folgend angeordnet sind,

- das erste und das zweite Filterelement (31, 32) voneinander verschiedene Transmissionsspektren mit je zumindest einem spektralen Transmissionsfenster

aufweisen, und

- sich Absorptionsbereiche des ersten und des zweiten Filterelements (31, 32) beiderseits des zumindest einen

Transmissionsfensters spektral mindestens teilweise überlappen .

2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem

vorhergehenden Anspruch,

das ferner eine Haftvermittlerschicht (4) aufweist, wobei

- in Richtung weg von dem Halbleiterchip (2) die

Haftvermittlerschicht (4) direkt auf das erste Fil¬ terelement (31) und das zweite Filterelement (32) direkt auf die Haftvermittlerschicht (4) folgt,

- die Haftvermittlerschicht (4) aus einer

Metalllegierung oder aus einem oder mehreren Metallen besteht, und

- dem zweiten Filterelement (32), in Richtung weg von dem Halbleiterchip (2) und entlang des Laufwegs der zu detektierenden Strahlung (R) , unmittelbar eine niedrig brechende Schicht (6) mit einem Brechungsindex von höchstens 1,1 nachfolgt und die niedrig brechende

Schicht (6) stellenweise in die zweite Filterschicht (32) hineingreift.

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem das erste Filterelement (31) aus dielektrischen oder halbleitenden Materialien besteht, die in

mehreren, sich paarweise abwechselnden Schichten angeordnet sind,

wobei das erste Filterelement (31) zwischen dem

Halbleiterchip (2) und dem zweiten Filterelement (32) angeordnet ist, und

wobei eine gesamte Detektionsflache (20) des

Halbleiterchips (2) sowohl von dem ersten als auch von dem zweiten Filterelement (31, 32) bedeckt ist.

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem das zweite Filterelement (32) mindestens eine Metallschicht umfasst oder hieraus besteht,

wobei in die Metallschicht eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Löchern gefertigt ist, die die

Metallschicht vollständig durchdringen,

wobei ein mittlerer Durchmesser der Löcher kleiner ist als eine mittlere Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung (R) , und

wobei eine Dicke der Metallschicht um mindestens einen Faktor 1,5 eine Skin-Tiefe des Metalls, aus dem die Metallschicht gefertigt ist, bei der mittleren

Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung (R)

übersteigt . 5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

das die Haftvermittlerschicht (4) aufweist,

wobei in Richtung weg von dem Halbleiterchip (2) die Haftvermittlerschicht (4) direkt auf das erste

Filterelement (31) und das zweite Filterelement (32) direkt auf die Haftvermittlerschicht (4) folgt, und wobei die Haftvermittlerschicht (4) aus mindestens einem Metall besteht oder mindestens ein Metall

umfasst . 6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem das erste Filterelement (31) unmittelbar auf dem Halbleiterchip (2) aufgebracht ist.

7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem das erste und das zweite Filterelement (31, 32) jeweils genau ein spektrales Transmissionsfenster aufweisen, wobei diese Transmissionsfenster spektral überlappen oder spektral übereinander liegen. 8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem ein maximaler Transmissionsgrad des zweiten Filterelements (31) bei höchstens 0,6 liegt.

9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem das ersten und das zweite Filterelement (32) beabstandet voneinander angeordnet ist und sich ein Hohlraum zwischen dem ersten und dem zweiten

Filterelement (31, 32) befindet.

10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7,

bei dem das erste Filterelement (31) unmittelbar an dem zweiten Filterelement (32) angebracht ist.

11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem dem zweiten Filterelement (32), in Richtung weg von dem Halbleiterchip (2) und entlang des Laufwegs der zu detektierenden Strahlung (R) , unmittelbar eine niedrig brechende Schicht (6) mit einem Brechungsindex von höchstens 1,1 nachfolgt, wobei die niedrig

brechende Schicht (6) stellenweise in die zweite

Filterschicht (32) hineingreift.

12. Strahlungssensor (10) mit

- mindestens einem optoelektronischen Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, und

- einer Abdeckplatte (5), die das Halbleiterbauteil (1) entlang einer Detektionsrichtung (D) abdeckt,

wobei ein Transmissionsgrad der Abdeckplatte (5) für sichtbares Licht kleiner ist als für nahinfrarote

Strahlung, so dass das Halbleiterbauteil (1) von außerhalb des Strahlungssensors (10) für einen

Betrachter nicht sichtbar ist. Strahlungssensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem im nahinfraroten Spektralbereich ein

Transmissionsgrad des ersten und des zweiten

Filterelements (31, 32) zusammengenommen kleiner ist als ein Transmissionsgrad der Abdeckplatte (5) im sichtbaren Spektralbereich.

Strahlungssensor (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem im nahinfraroten Spektralbereich für den

Transmissionsgrad TIR des ersten und des zweiten

Filterelements (31, 32) zusammengenommen und für den Transmissionsgrad TVIS der Abdeckplatte (5) im

sichtbaren Spektralbereich gilt: TVIS / TIR > 3.

Description:
Beschreibung

Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Strahlungssensor Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Strahlungssensor angegeben.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Strahlungssensor mit einem optoelektronischen Halbleiterbauteil anzugeben mit einem hohen Kontrast zwischen einer zu detektierenden und einer nicht zu detektierenden Strahlung.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und durch einen Strahlungssensor mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das

Halbleiterbauteil einen oder mehrere optoelektronische

Halbleiterchips, die zur Strahlungsdetektion eingerichtet sind. Insbesondere ist der mindestens eine Halbleiterchip zur Detektion von ultravioletter, sichtbarer und/oder

nahinfraroter Strahlung eingerichtet. Ultraviolette Strahlung ist insbesondere Strahlung im Spektralbereich zwischen einschließlich 200 nm und 420 nm oder zwischen einschließlich 350 nm und 420 nm. Sichtbare Strahlung meint insbesondere den Spektralbereich zwischen einschließlich 420 nm und 700 nm. Nahinfrarote Strahlung bezeichnet beispielsweise Wellenlängen im Bereich oberhalb von 700 nm und bis 1500 nm oder 1100 nm oder 950 nm. Bei dem strahlungsdetektierenden Halbleiterchip handelt es sich bevorzugt um eine Fotodiode. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauteil einen oder mehrere erste Filterelemente. Das mindestens eine erste Filterelement ist als Bragg-Filter gestaltet. Das bedeutet, eine Filterwirkung des ersten

Filterelements beruht zumindest teilweise oder vollständig auf Reflexion und Interferenz an einer Mehrzahl von Schichten mit abwechselnden Brechungsindices . Zum Beispiel ist das erste Filterelement gestaltet, wie in der Druckschrift

DE 10 2009 012 755 AI angegeben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift wird durch Rückbezug mit aufgenommen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das

Halbleiterbauteil einen oder mehrere zweite Filterelemente auf. Das mindestens eine zweite Filterelement ist ein

metallischer, plasmonischer Filter. Das bedeutet, dass das Filterelement aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht oder als eine wesentliche Komponente ein Metall oder eine Metalllegierung aufweist. Ferner bedeutet dies, dass eine Filterwirkung durch eine optische Anregung von Plasmonen zustande kommt und dieser plasmonische Filteranteil die

Filterwirkung dominiert. Beispielsweise ist der metallische plasmonische Filter aus einer strukturierten Metallschicht gebildet . Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgen das erste und das zweite Filterelement entlang eines Laufwegs der zu detektierenden Strahlung aufeinander. Mit anderen Worten durchläuft die zu detektierende Strahlung sowohl das erste als auch das zweite Filterelement, bevor diese Strahlung zu dem optoelektronischen Halbleiterchip gelangt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen das erste und das zweite Filterelement voneinander verschiedene Transmissionsspektren auf. Die Transmissionsspektren weisen je ein oder mehrere spektrale Transmissionsfenster auf. Ein spektrales Transmissionsfenster ist ein solcher

zusammenhängender Spektralbereich, in dem das entsprechende Filterelement Strahlung durchlässt, in Relation zu

Absorptionsbereichen, die eine geringere oder eine

vernachlässigbare Strahlungsdurchlässigkeit aufweisen. Eine Abweichung der Transmissionsspektren des ersten und des zweiten Filterelements voneinander besteht beispielsweise in einem maximalen Transmissionsgrad, in einer spektralen

Halbwertsbreite der Transmissionsfenster und/oder in einer Flankensteilheit an den Transmissionsfenstern. Eine

Flankensteilheit ist beispielsweise die spektrale Breite, innerhalb der der Transmissionsgrad sich um 80 % ändert, bezogen auf eine Differenz eines maximalen und eines

minimalen Transmissionsgrads des Filterelements im relevanten Spektralbereich .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen das erste und das zweite Filterelement jeweils einen Absorptionsbereich beiderseits des zumindest einen Transmissionsfensters auf. Mit anderen Worten nimmt im relevanten Spektralbereich sowohl zu kürzeren als auch zu längeren Wellenlängen hin die

Strahlungsdurchlässigkeit, ausgehend von dem

Transmissionsfenster, zu. Der relevante Spektralbereich meint hierbei ultraviolette, sichtbare und/oder nahinfrarote

Strahlung, insbesondere den Spektralbereich zwischen

einschließlich 380 nm und 1300 nm. Mit anderen Worten sind das erste und das zweite Filterelement dann Bandpassfilter und keine Tiefpassfilter oder Hochpassfilter, bezogen auf den relevanten Spektralbereich. In mindestens einer Ausführungsform umfasst das

optoelektronische Halbleiterbauteil einen optoelektronischen Halbleiterchip, der zur Detektion von ultravioletter,

sichtbarer und/oder nahinfraroter Strahlung eingerichtet ist. Ferner beinhaltet das Halbleiterbauteil ein erstes

Filterelement, das ein Bragg-Filter ist, und ein zweites Filterelement, das ein metallischer plasmonischer Filter ist. Das erste und das zweite Filterelement sind entlang eines Laufwegs einer zu detektierenden Strahlung aufeinander folgend angeordnet. Das erste und das zweite Filterelement weisen voneinander verschiedene Transmissionsspektren mit je zumindest einem spektralen Transmissionsfenster auf.

Absorptionsbereiche des ersten und des zweiten Filterelements überlappen und befinden sich je beiderseits des zumindest einen Transmissionsfensters des entsprechenden

Filterelements .

Durch die Kombination der beiden Filterelemente ist insgesamt ein Filter mit einer hohen Unterdrückung und mit einem hohen Kontrast bezüglich einer zu detektierenden und einer nicht zu detektierenden Strahlung realisierbar. Ein Sensor mit einem solchen Halbleiterbauteil ist einsetzbar etwa als Farbsensor oder als Umgebungslichtsensor, beispielsweise in

Mobiltelefonen .

Eine andere Möglichkeit, eine Unterdrückung von nicht

erwünschter Strahlung zu erreichen, besteht darin, einen Bragg-Spiegel mit einer großen Anzahl von Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex heranzuziehen. Ein solcher Bragg-Spiegel weist dann beispielsweise

mindestens 50 oder mindestens 100 Schichten auf. Jedoch ist ein solcher Bragg-Spiegel mit einem vergleichsweise hohen Fertigungsaufwand verbunden und unterliegt Limitationen insbesondere hinsichtlich von Seitenbändern eines Transmissionsfensters, speziell falls sich die zu

unterdrückende Strahlung über einen großen Spektralbereich erstreckt .

Ferner besteht eine Möglichkeit zur Unterdrückung von nicht erwünschter Strahlung darin, mehrere Fotodioden mit

unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit zu verwenden. Jedoch ist ein komplexerer Schaltungsaufbau bei dieser

Möglichkeit erforderlich und es sind komplexe

Berechnungsalgorithmen zu einer Auswertung der durch die Fotodioden gewonnenen Signale erforderlich.

Durch die Kombination des ersten und des zweiten

Filterelements sind der Herstellungsaufwand und der

Schaltungsaufwand reduzierbar und eine hohe Selektivität von zu detektierender Strahlung ist gegeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht das erste

Filterelement aus abwechselnden Schichten aus dielektrischen und/oder aus halbleitenden Materialien. Die Schichten weisen abwechselnd einen hohen und einen niedrigen Brechungsindex auf und sind bevorzugt paarweise angeordnet. Es ist möglich, dass die verwendeten Materialien im relevanten

Spektralbereich strahlungsdurchlässig sind oder in Teilen des relevanten Spektralbereichs absorbierend oder undurchlässig für Strahlung sind. Beispielsweise sind die Schichten des ersten Filterelements aus Siliziumdioxid, aus Siliziumnitrid, aus Titandioxid oder aus einem Halbleitermaterial,

insbesondere einem III-V-Halbleitermaterial wie

Galliumarsenid oder Aluminiumgalliumarsenid, hergestellt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste Filterelement zwischen dem Halbleiterchip und dem zweiten Filterelement angeordnet. Es ist möglich, dass das erste Filterelement unmittelbar auf einer Detektionsfläche des Halbleiterchips aufgebracht ist. Ferner ist es möglich, dass das erste Filterelement eine Passivierung oder einen Teil einer Passivierung für ein Halbleitermaterial des

Halbleiterchips darstellt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die gesamte

Detektionsfläche des Halbleiterchips sowohl von dem ersten als auch von dem zweiten Filterelement bedeckt. Mit anderen Worten gelangt dann keine Strahlung zu dem Halbleiterchip, die nicht beide Filterelemente durchlaufen hat. Die

Detektionsfläche ist beispielsweise eine Hauptfläche des

Halbleiterchips, die einen strahlungsundurchlässigen Träger abgewandt ist, wobei es sich bei dem Träger um eine

Leiterplatte und/oder um eine Platine handeln kann. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst oder besteht das zweite Filterelement aus mindestens einer Metallschicht. In die Metallschicht ist eine Vielzahl von Löchern gefertigt. Die Löcher sind bevorzugt in einem regelmäßigen Muster angeordnet .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchdringen die

Löcher, die in der Metallschicht gefertigt sind, die

Metallschicht vollständig. Mit anderen Worten befindet sich, in Draufsicht auf die Detektionsfläche gesehen, stellenweise kein Material der Metallschicht über der Detektionsfläche .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein mittlerer

Durchmesser der Löcher kleiner als eine mittlere Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung. Es ist möglich, dass, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, alle Löcher den gleichen mittleren Durchmesser aufweisen. Alternativ hierzu ist es möglich, dass Löcher zweier verschiedener Durchmesser oder von mehr als zwei verschiedenen Durchmessern eingesetzt werden, dass also beispielsweise kleine Löcher und große Löcher vorhanden sind.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Metallschicht des zweiten Filterelements eine Dicke auf, die um mindestens einen Faktor 1,5 oder um mindestens einen Faktor 2 oder um mindestens einen Faktor 3 eine Skin-Tiefe des Metalls, aus dem die Metallschicht gefertigt ist, übersteigt. Die Skin- Tiefe bezieht sich hierbei bevorzugt auf die mittlere

Wellenlänge der zu detektierenden Strahlung. Die Skin-Tiefe ist eine Eindringtiefe der Strahlung in die Metallschicht und bezeichnet die Tiefe, bei der eine Intensität der Strahlung auf 1/e abgefallen ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das

Halbleiterbauteil eine Haftvermittlerschicht. Durch die

Haftvermittlerschicht ist insbesondere eine Anhaftung des zweiten Filterelements an dem ersten Filterelement oder an dem Halbleiterchip verbessert. Insbesondere kann die

Haftvermittlerschicht direkt auf das erste Filterelement und das zweite Filterelement direkt auf die Haftvermittlerschicht folgen. Das erste Filterelement kann unmittelbar auf dem Halbleiterchip aufgebracht sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die

Haftvermittlerschicht aus mindestens einem Metall gebildet oder besteht aus mindestens einem Metall oder einer

Metalllegierung. Weiterhin kann die Haftvermittlerschicht aus einem Schichtenstapel aus mehreren Metallschichten gebildet sein, beispielsweise aus einer dünnen Titanschicht, einer Platinschicht, einer Goldschicht und/oder Kupferschicht.

Bevorzugt ist, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, in die Haftvermittlerschicht die gleiche Strukturierung geformt wie in der Metallschicht des zweiten Filterelements. Es ist also möglich, das Stellen der Detektionsflache, die nicht von dem Metall des zweiten Filterelements bedeckt sind, auch nicht von einem Material der Haftvermittlerschicht bedeckt sind. Die Haftvermittlerschicht und das zweite Filterelement können deckungsgleich sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen das erste und/oder das zweite Filterelement genau ein spektrales

Transmissionsfenster im relevanten Spektralbereich auf. Die Transmissionsfenster des ersten und des zweiten

Filterelements überlappen spektral oder liegen spektral übereinander. Es ist möglich, dass die Transmissionsfenster gleiche oder ähnliche spektrale Breiten aufweisen. Ähnlich kann bedeuten, dass die spektralen Breiten um höchstens 30 % oder um höchstens 15 % voneinander abweichen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein maximaler Transmissionsgrad des zweiten Filterelements in dem

spektralen Transmissionsfenster bei höchstens 0,6 oder bei höchstens 0,5 oder bei höchstens 0,4. Als Transmissionsgrad wird insbesondere der Quotient aus durchgelassener

Strahlungsintensität und ursprünglich auftreffender

Strahlungsintensität bei einer bestimmten Wellenlänge

verstanden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das erste

Filterelement und das zweite Filterelement beabstandet voneinander angeordnet. Es ist möglich, dass sich ein mit einem Gas gefüllter oder evakuierter Hohlraum zwischen dem ersten und dem zweiten Filterelement befindet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das erste

Filterelement unmittelbar an dem zweiten Filterelement angebracht. Dies kann bedeuten, dass sich die beiden

Filterelemente berühren.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt das zweite

Filterelement, entlang des Laufwegs der zu detektierenden Strahlung und in Richtung weg und/oder in Richtung hin zu dem Halbleiterchip, unmittelbar an eine optisch niedrig brechende Schicht. Die niedrig brechende Schicht weist bevorzugt einen Brechungsindex bei der mittleren zu detektierenden

Wellenlänge von höchstens 1,1 auf. Beispielsweise ist die niedrig brechende Schicht durch eine Gasschicht oder durch einen evakuierten Bereich gebildet. Ebenso ist es möglich, dass die niedrig brechende Schicht durch etwa ein

aufgeschäumtes Polymer gebildet ist. Bevorzugt ist mindestens eine Hauptseite des zweiten Filterelements vollständig von der niedrig brechenden Schicht unmittelbar bedeckt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform greift die niedrig brechende Schicht in die zweite Filterschicht hinein, insbesondere in die Löcher oder Öffnungen in der zweiten Filterschicht. Es ist möglich, dass die niedrig brechende Schicht durch die Löcher hindurch Kontakt zu der ersten

Filterschicht und/oder zu dem Halbleiterchip hat.

Darüber hinaus wird ein Strahlungssensor angegeben. Der

Strahlungssensor umfasst mindestens ein optoelektronisches Halbleiterbauteil, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Strahlungssensors sind daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der

Strahlungssensor eine Abdeckplatte . Die Abdeckplatte deckt das optoelektronische Halbleiterbauteil entlang einer

Detektionsrichtung ab. Durch die Abdeckplatte ist erreichbar, dass das Halbleiterbauteil von außerhalb des

Strahlungssensors im bestimmungsgemäßen Gebrauch für einen Betrachter nicht sichtbar ist. Beispielsweise ist die

Abdeckplatte in ein Gehäuse des Strahlungssensors integriert und hinsichtlich eines optischen Erscheinungsbildes an das Gehäuse angepasst.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Abdeckplatte für sichtbares Licht einen kleineren Transmissionsgrad auf als für nahinfrarote Strahlung. Insbesondere erscheint die Abdeckplatte einem Betrachter dunkel oder schwarz. Es ist möglich, dass die Abdeckplatte im nahinfraroten

Spektralbereich transparent oder im Wesentlichen transparent ist .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist im nahinfraroten Spektralbereich ein Transmissionsgrad des ersten und des zweiten Filterelements zusammengenommen kleiner als ein

Transmissionsgrad der Abdeckplatte im sichtbaren

Spektralbereich. Der Strahlungssensor ist dann beispielsweise als Umgebungslichtsensor ausgestaltet und sensitiv für sichtbares Licht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt für den

Transmissionsgrad TIR des ersten und des zweiten Filterelements zusammengenommen im nahinfraroten Spektralbereich und für den Transmissionsgrad TVIS der

Abdeckplatte im sichtbaren Spektralbereich: TVIS/TIR > 3 oder TVIS/TIR > 5. Mit anderen Worten ist ein Transmissionsgrad der Abdeckplatte im sichtbaren Spektralbereich groß gegenüber dem Transmissionsgrad des ersten und des zweiten

Filterelements zusammengenommen im nahinfraroten

Spektralbereich . Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein hier beschriebener

Strahlungssensor unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche

Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Es zeigen:

Figuren 1 bis 3 schematische Schnittdarstellungen von

Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,

Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines

Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen

Strahlungssensors mit einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil, und

Figuren 5 und 6 schematische Darstellungen von Spektren von Filterelementen. In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines

optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Auf einem Träger 7, bei dem es sich um eine Leiterplatte oder um eine Platine handeln kann, ist ein optoelektronischer

Halbleiterchip 2 mit einer dem Träger 7 abgewandten

Detektionsfläche 20 aufgebracht. Bei dem Halbleiterchip 2 handelt es sich bevorzugt um eine Fotodiode, insbesondere um eine Silizium-Fotodiode. In Richtung weg von dem Träger 7 folgt dem Halbleiterchip 2 ein erstes Filterelement 31 unmittelbar nach. Bei dem ersten Filterelement 31 handelt es sich um einen Bragg-Filter mit einer Vielzahl von Schichten mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex, etwa aus strahlungsdurchlässigen Materialien. Ebenso können einzelne Schichten des ersten Filterelements 31 aus einem Halbleitermaterial wie

Indiumphosphid gebildet sein, so dass eine Filterwirkung auch über eine Strahlungsabsorption unterhalb einer Bandkante dieses Halbleitermaterials erfolgen kann. Die einzelnen Schichten weisen bevorzugt eine optische Dicke auf, die jeweils halb so groß ist wie eine Wellenlänge der zu

detektierenden Strahlung. Die einzelnen Schichten des ersten Filterelements 31 sind nicht dargestellt. Beispielsweise umfasst das erste Filterelement 31 höchstens 20 oder 10 oder 6 solche Schichten.

Entlang einer Detektionsrichtung D der zu detektierenden Strahlung R ist, in Richtung weg von dem Halbleiterchip 2, dem ersten Filterelement 31 ein zweites Filterelement 32 nachgeordnet. Bei dem zweiten Filterelement 32 handelt es sich um einen metallischen plasmonischen Filter. Das zweite Filterelement ist aus einer Metallschicht gebildet, in die eine Vielzahl von Löchern in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind. Die Löcher sind zur Vereinfachung der

Darstellung nicht dargestellt. Beispielsweise besteht das zweite Filterelement 32 aus einer Aluminiumschicht oder aus einer Silberschicht, in die die Löcher geformt sind.

Solche metallischen plasmonischen Filter sind beschrieben insbesondere in der Druckschrift INOUE et al . , Polarization independent visible color filter comprising an aluminum film with surface-plasmon enhanced transmission through a

subwavelength array of holes in Applied Physics Letters 98, 093113 aus dem Jahr 2011 oder aus der Druckschrift LEE et al . , Color filter based on a subwavelength patterned metal grating in Optics Express 15, 15457 aus dem Jahr 2007. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften zu dem zweiten Filterelement wird durch Rückbezug aufgenommen.

Optional befindet sich, wie auch in allen anderen

Ausführungsbeispielen, zwischen dem ersten Filterelement 31 und dem zweiten Filterelement 32 eine Haftvermittlerschicht 4. Die Haftvermittlerschicht 4 ist aus einem oder aus mehreren Metallen geformt. Die Löcher in dem zweiten

Filterelement 32 reichen bevorzugt auch durch die

Haftvermittlerschicht 4 hindurch, nicht dargestellt.

Bevorzugt ist die Haftvermittlerschicht 4 dünner als die das zweite Filterelement 32 bildende Metallschicht.

Beispielsweise liegt eine Dicke der Haftvermittlerschicht 4 bei höchstens 30 nm oder 20 nm oder 10 nm oder 5 nm.

Die Dicke der das zweite Filterelement 32 bildenden

Metallschicht ist so groß, dass ohne die Löcher in dem zweiten Filterelement 32 keine oder im Wesentlichen keine Strahlung durch das zweite Filterelement 32 hindurch zu dem Halbleiterchip 2 gelangen würde. Durch die in die Metallschicht des zweiten Filterelements 32 geformten Löcher ist eine Strahlungsdurchlässigkeit in einem bestimmten

Spektralbereich ermöglicht. In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des

Halbleiterbauteils 1 illustriert. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst den ersten Träger 7a und einen weiteren Träger 7b. Das zweite Filterelement 32 ist mittelbar oder unmittelbar an dem Halbleiterchip 2 angebracht. Es ist möglich, dass das zweite Filterelement 32 zu einer Stromaufweitung über den

Halbleiterchip 2 hinweg dient. Das erste Filterelement 31 ist an dem weiteren Träger 7b an einer dem Halbleiterchip 2 zugewandten Seite aufgebracht. Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass die Positionen der Filterelemente 31, 32 miteinander vertauscht sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel des Halbleiterbauteils 1, wie in Figur 3 illustriert, folgt dem zweiten Filterelement 32 in Richtung weg von dem ersten Filterelement 31 und dem

Halbleiterchip 2 eine niedrig brechende Schicht 6 nach, symbolisiert durch eine Strich-Linie. Beispielsweise ist die niedrig brechende Schicht 6 eine Gasschicht oder ein

evakuierter Bereich. Ein Material der Schicht 6, wobei in diesem Zusammenhang auch der Begriff Vakuum als ein Material verstanden wird, kann durch die nicht dargestellten Löcher in dem zweiten Filterelement 32 bis zu dem ersten Filterelement 31 hin reichen.

In Figur 4 ist ein Strahlungssensor 10 dargestellt. Der

Strahlungssensor 10 umfasst ein Halbleiterbauteil 1, etwa wie in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 dargestellt.

Insbesondere umfasst der Strahlungssensor 10 genau ein

Halbleiterbauteil 1. Es ist möglich, dass der Strahlungssensor 10 nicht gezeichnete weitere Halbleiterchips etwa zu einer Signalauswertung oder zum Schutz vor Schäden durch elektrostatische Entladungen umfasst. Das Halbleiterbauteil 1 ist in dem Träger 7, der als Gehäuse ausgeformt ist, untergebracht. In Richtung weg von dem Träger 7 folgt dem Halbleiterbauteil 1 eine Abdeckplatte 5 nach, die an dem Träger 7 befestigt ist. Bei der Abdeckplatte 5 handelt es sich bevorzugt um ein dunkles oder um ein schwarzes Glas, das einen niedrigen Transmissionsgrad T im sichtbaren

Spektralbereich VIS und einen hohen Transmissionsgrad T im nahinfraroten Spektralbereich NIR aufweist, vergleiche auch Figur 5B. Durch die Abdeckplatte 5 hindurch ist das

Halbleiterbauteil 1 für einen Betrachter im

bestimmungsgemäßen Gebrauch nicht erkennbar.

In Figur 5A ist der Transmissionsgrad T in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ des ersten Filterelements 31 und des zweiten Filterelements 32 dargestellt, für den relevanten Spektralbereich im Sichtbaren VIS sowie im Nahinfraroten NIR. In Figur 5B ist, wie bereits angegeben, der Transmissionsgrad T in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ gezeigt.

Der kombinierte Transmissionsgrad T aus dem ersten

Filterelement 31, dem zweiten Filterelement 32 und der

Abdeckplatte 5 ist in Figur 5C gezeigt und bezieht sich beispielsweise auf das Ausführungsbeispiels des

Strahlungssensors 10, wie in Figur 4 illustriert. Der

Transmissionsgrad in Figur 5C ist anders skaliert als in den Figuren 5A und 5B.

Durch die Verwendung der beiden Filterelemente 31, 32 ist erreichbar, dass im sichtbaren Spektralbereich VIS ein vergleichsweise großer Transmissionsgrad T erzielbar ist, während im nahinfraroten Spektralbereich NIR der

Transmissionsgrad T relativ klein ist. Ein Kontrast zwischen dem maximalen Transmissionsgrad im sichtbaren Spektralbereich VIS und im nahinfraroten Spektralbereich NIR liegt bevorzugt bei mindestens 10 und/oder bei höchstens 40.

Transmissionsfenster der Filterelemente 31, 32 liegen gemäß Figur 5A übereinander und liegen jeweils im sichtbaren

Spektralbereich VIS, beispielsweise im Bereich zwischen

550 nm und 700 nm. Hierdurch lässt sich ein Tageslichtsensor realisieren. Anders als dargestellt ist es auch möglich, dass durch die Filterelemente 31, 32 eine schmalbandige

Transmission lediglich im roten oder grünen oder blauen

Spektralbereich realisiert ist, so dass ein so genannter RGB- Sensor aufbaubar ist, der dann beispielsweise drei der

Halbleiterbauteile 1 mit verschiedenen Detektionsspektren umfasst . Abweichend von der Darstellung gemäß Figur 5 ist es auch möglich, dass die Transmissionsfenster im nahinfraroten

Spektralbereich liegen, beispielsweise bei mindestens 850 nm oder 880 nm oder 950 nm und/oder bei höchstens 1100 nm, entsprechend der Bandlücke einer Silizium-Fotodiode.

Durch die Kombination des plasmonischen Filters 32 mit dem Bragg-Filter 31 ist optional auch eine größere

Flankensteilheit an einem Transmissionsfenster erreichbar. Eine Abhängigkeit des Transmissionsgrads T von der

Wellenlänge λ für einen herkömmlichen Sensor ist in Figur 6 illustriert, vergleiche die Spektren einer Abdeckplatte 5 und eines normalen Bragg-Filters in Figur 6A sowie das Summenspektrum in der anders skalierten Figur 6B . Ein

maximaler Transmissionsgrad T ist im sichtbaren

Spektralbereich VIS vergleichbar mit einem maximalen

Transmissionsgrad T im nahinfraroten Spektralbereich NIR. Hierdurch erfolgt nur eine vergleichsweise schwache

Unterdrückung etwa von nahinfraroter Strahlung im Vergleich zu sichtbarer Strahlung. Durch die Kombination der

Filterelemente 31, 32 ist ein Kontrast deutlich verbesserbar und eine gewünschte Empfangscharakteristik der zu

detektierenden Strahlung gezielt einstellbar.

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die

Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.

Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 101 001.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.