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Title:
OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT AND SCATTERING BODY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/022628
Kind Code:
A1
Abstract:
In at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component (1), the latter comprises an optoelectonic semiconductor chip (2). The semiconductor component (1) furthermore comprises at least one scattering body (34) comprising a radiation-transmissive matrix material (3) and scattering particles (4) composed of a particle material embedded therein. The scattering body (34) is disposed downstream of the semiconductor chip (2). In the event of a temperature change, a difference in refractive index between the matrix material (3) and the particle material changes. At a temperature of 300 K, the difference in refractive index between the matrix material (3) and the particle material is at most 0.15.

Inventors:
WIRTH, Ralph (Am Schlag 33, Lappersdorf, 93138, DE)
Application Number:
EP2011/063483
Publication Date:
February 23, 2012
Filing Date:
August 04, 2011
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH (Leibnizstraße 4, Regensburg, 93055, DE)
WIRTH, Ralph (Am Schlag 33, Lappersdorf, 93138, DE)
International Classes:
H01L33/56; H01L25/075; H01L33/44
Attorney, Agent or Firm:
EPPING HERMANN FISCHER PATENTANWALTSGESELLSCHAFT MBH (Ridlerstraße 55, München, 80339, DE)
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Claims:
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit

- einem oder mehreren optoelektronischen Halbleiterchip

( 2 ) , und

- mindestens einem Streukörper (34), der ein

strahlungsdurchlässiges Matrixmaterial (3) und darin eingebettete Streupartikel (4) aus einem

Partikelmaterial aufweist und der wenigstens einem der Halbleiterchips (2) nachgeordnet ist,

wobei sich bei einer Temperaturänderung ein

Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial

(3) und dem Partikelmaterial verändert, und

der Brechungsindexunterschied zwischen dem

Matrixmaterial (3) und dem Partikelmaterial bei einer Temperatur von 300 K höchsten 0,15 beträgt.

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,

bei dem das Partikelmaterial bei einer Temperatur von 300 K einen kleineren Brechungsindex aufweist als das Matrixmaterial .

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem, in einem Temperaturbereich von einschließlich 300 K bis 450 K, ein Brechungsindex des Matrixmaterials (3) mit steigender Temperatur abnimmt.

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem, in einem Temperaturbereich von einschließlich 300 K bis 450 K, der Brechungsindex des

Partikelmaterials (3) mit steigender Temperatur zunimmt Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem, in einem Temperaturbereich von einschließlich 300 K bis 375 K, der Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial (3) und dem Partikelmaterial mit steigender Temperatur abnimmt.

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem bei mindestens einer Temperatur, in einem

Temperaturbereich von einschließlich 375 K bis 450 K, ein mittlerer Streuquerschnitt der Streupartikel (4) für im Betrieb in dem Halbleiterchip (2) erzeugte Strahlung höchstens 25 % des mittleren Streuquerschnitts der

Streupartikel (4) bei einer Temperatur von 300 K

beträgt .

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem der Brechungsindexunterschied zwischen dem

Matrixmaterial (3) und dem Partikelmaterial bei einer Temperatur von 300 K mindestens 0,02 und/oder bei einer Temperatur von 400 K höchstens 0,01 beträgt.

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem das Matrixmaterial (3) eines der folgenden

Materialien oder eine Mischung aus zumindest zwei der folgenden Materialien beinhaltet oder ist: ein Silikon, ein Epoxid, ein Polyurethan, ein Acrylat, ein

Polycarbonat .

9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Partikelmaterial in einem Temperaturbereich von einschließlich 300 K bis 450 K transparent und klarsichtig ist.

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem das Partikelmaterial eines der folgenden

Materialien oder eine Mischung aus zumindest zwei der folgenden Materialien beinhaltet oder ist: ein

Siliziumoxid, ein Metallfluorid.

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem ein mittlerer Durchmesser der Streupartikel (4) zwischen einschließlich 0,15 μπι und 20 μπι liegt.

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem ein Gewichtsanteil der Streupartikel (4) an dem Streukörper (34) zwischen einschließlich 10 % und 50 % beträgt .

Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem

- das Matrixmaterial (3) ein Silikon oder ein Silikon- Epoxid-Hybridmaterial ist,

- das Partikelmaterial Glas, BaF2, LiF oder MgF2 ist,

- ein Gewichtsanteil der Streupartikel (4) an dem

Streukörper (34) zwischen einschließlich 20 % und 40 % beträgt,

- ein mittlerer Durchmesser der Streupartikel (4) zwischen einschließlich 0,2 μπι und 5 μπι liegt,

- der Streukörper (34) ein Plättchen mit einer Dicke von höchstens 500 μπι oder eine Sammellinse ist,

- das Halbleiterbauteil (1) wenigstens zwei in

voneinander verschiedenen Spektralbereichen emittierende Halbleiterchips (2) umfasst,

- zumindest einem der Halbleiterchips (2) kein

Streukörper (34) nachgeordnet ist oder zumindest zwei der Halbleiterchips (2) Streukörper (34) mit

unterschiedlichem temperaturabhängigem Streuverhalten nachgeordnet sind,

- sich bis zu einer Temperatur von mindestens 375 K, ausgehend von einer Temperatur von 300 K, sich der

Brechungsindex des Matrixmaterials (3) an den

Brechungsindex des Partikelmaterials angleicht, und

- wenigstens einer der Halbleiterchips (2) auf AlInGaN oder auf AlInGaP basiert.

Streukörper (34) für ein optoelektronisches

Halbleiterbauteil (1) mit

- einem strahlungsdurchlässigen Matrixmaterial (3), und

- Streupartikeln (4) aus einem Partikelmaterial, wobei

- die Streupartikel (3) in das Matrixmaterial (3) eingebettet sind,

- sich ein Brechungsindex des Matrixmaterials (3) bei einer Temperaturänderung anders verhält als ein

Brechungsindex des Partikelmaterials, und

- ein Brechungsindexunterschied zwischen dem

Matrixmaterial (3) und dem Partikelmaterial bei einer Temperatur von 300 K höchsten 0,15 beträgt.

Verfahren zum Betreiben eines Halbleiterbauteils (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

bei dem ein temperaturabhängiges Streuverhalten des Streukörpers (24) so eingestellt wird, dass ein

Streuquerschnitt mit steigender Temperatur abnimmt, wobei eine temperaturabhängige Effizienzabnahme des Halbleiterchips (2) ausgeglichen wird, sodass eine Strahlungsintensität des Halbleiterbauteils (1) mit einer Toleranz von höchstens 5 % temperaturunabhängig ist .

Description:
Beschreibung

Optoelektronisches Halbleiterbauteil und Streukörper Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Streukörper für ein

optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das eine näherungsweise stabile spektrale Abstrahlcharakteristik aufzeigt. Weiterhin besteht eine zu lösende Aufgabe darin, einen Streukörper für ein solches Halbleiterbauteil anzugeben. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses einen oder mehrere

optoelektronische Halbleiterchips. Bei den Halbleiterchips handelt es sich insbesondere um auf einem III-V- Halbleitermaterial basierende Halbleiterchips. Beispielsweise basieren die Halbleiterchips auf einem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie Al n In ] __ n Ga m N oder auf

Al n In ] __ n Ga m P, wobei jeweils 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 1. Dabei kann dieses Material einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des

Kristallgitters, also AI, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt sind die optoelektronischen Halbleiterchips dazu eingerichtet, im Betrieb des Halbleiterbauteils eine sichtbare Strahlung, beispielsweise im blauen, im grünen, im gelben und/oder im roten Spektralbereich, zu erzeugen. Die Strahlungserzeugung erfolgt bevorzugt in mindestens einer aktiven Zone, die mindestens eine Quantentopfstruktur und/oder mindestens einen pn-Übergang beinhaltet.

Es können alle Halbleiterchips des Halbleiterbauteils

baugleich sein. Alternativ ist es möglich, dass das

Halbleiterbauteil verschiedenartige, insbesondere auf verschiedenen Halbleitermaterialien basierende

Halbleiterchips beinhaltet, die bevorzugt zur Emission in verschiedenen Spektralbereichen eingerichtet sind.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das

optoelektronische Halbleiterbauteil eine Leuchtdiode, kurz LED. Mit anderen Worten emittiert das Halbleiterbauteil dann inkohärente Strahlung.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils umfasst dieses mindestens einen

Streukörper. Der Streukörper weist ein für Strahlung

durchlässiges, bevorzugt ein klarsichtiges und transparentes Matrixmaterial auf, in das Streupartikel eingebettet sind. Die Streupartikel bestehen aus einem Partikelmaterial. Das Partikelmaterial ist von dem Matrixmaterial verschieden.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Streukörpers ist dieser nicht oder näherungsweise nicht zu einer Änderung eines Spektrums der von dem Halbleiterchip emittierten

Strahlung eingerichtet. Insbesondere ist der Streukörper frei von einem Filtermittel und/oder frei von einem

Konversionsmittel, das zu einer teilweisen oder vollständigen Wellenlängenkonversion der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung eingerichtet ist. Es ist der Streukörper also dann ausschließlich oder im Wesentlichen zu einer Streuung

und/oder Reflexion und nicht zu einer Absorption oder spektralen Umwandlung der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung eingerichtet.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Streukörper wenigstens einem der Halbleiterchips nachgeordnet. Weist das Halbleiterbauteil mehrere baugleiche Halbleiterchips auf, so ist ein

gemeinsamer Streukörper den Halbleiterchips nachgeordnet oder es ist insbesondere jedem der Halbleiterchips ein eigener Streukörper nachgeordnet. Weist das Halbleiterbauteil voneinander verschiedene, nicht baugleiche Halbleiterchips auf, so ist es möglich, dass nur einem Teil der

Halbleiterchips ein Streukörper nachgeordnet ist.

Nachgeordnet bedeutet insbesondere, dass entlang einer

Hauptabstrahlrichtung den Halbleiterchips der Streukörper nachfolgt. Der Streukörper kann unmittelbar an oder auf dem Halbleiterchip angebracht sein.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils verändert sich ein

Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial bei einer Temperaturänderung. Mit anderen Worten ist ein temperaturabhängiger Verlauf des

Brechungsindexes des Matrixmaterials von einem

temperaturabhängigen Verlauf des Brechungsindexes des

Partikelmaterials verschieden.

Beispielsweise kann der Brechungsindex gegenüber der

Temperatur im relevanten Temperaturbereich sowohl für das Matrixmaterial als auch für das Partikelmaterial

näherungsweise durch eine Gerade beschreibbar sein. Die

Geraden, die den temperaturabhängigen Brechungsindex des Matrixmaterials und des Partikelmaterials beschreiben, können dann voneinander verschiedene Steigungen aufweisen. Die Steigungen können gleiche oder auch unterschiedliche

Vorzeichen aufweisen.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt der Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial bei einer Temperatur von 300 K höchstens 0,15, bevorzugt

höchstens 0,10, insbesondere höchstens 0,07 oder höchstens 0,05. Das heißt, bei Raumtemperatur ist der

Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial vergleichsweise klein. Jedoch unterscheiden sich die Brechungsindices bevorzugt voneinander, sodass der Brechungsindexunterschied ungleich Null ist.

In mindestens einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist dieses einen oder mehrere

optoelektronische Halbleiterchips auf, die insbesondere zu einer Emission von sichtbarem Licht vorgesehen sind.

Weiterhin umfasst das Halbleiterbauteil mindestens einen Streukörper, der ein strahlungsdurchlässiges, bevorzugt ein transparentes, Matrixmaterial und darin eingebettete

Streupartikel aus einem Partikelmaterial beinhaltet. Der Streukörper ist wenigstens einem der Halbleiterchips, insbesondere entlang einer Hauptabstrahlrichtung des

Halbleiterchips, diesem nachgeordnet. Bei einer

Temperaturänderung verändert sich ein

Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial. Bei einer Temperatur von 300 K beträgt der Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial höchstens 0,15. Optoelektronische Halbleiterbauteile wie Leuchtdioden werden bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben. Beim Anschalten hat zum Beispiel eine aktive Zone des Halbleiterchips in etwa Umgebungstemperatur, beispielsweise Raumtemperatur. Während einer Aufwärmphase, deren Dauer insbesondere abhängig ist von thermischen Widerständen des Halbleiterchips sowie des

Halbleiterbauteils und abhängig ist von einer Ankopplung an eine Wärmesenke, steigt eine Temperatur der aktiven Zone an, bis typischerweise eine stabile Temperatur in einem

stationären Arbeitspunkt erreicht ist. Dieser Vorgang spielt sich im Regelfall in einem Zeitraum der ersten 10 min bis 30 min nach dem Einschalten ab. Nach der Aufwärmphase liegt die Temperatur beispielsweise zwischen circa 75° C und 125° C, wobei in dem stationären Arbeitspunkt die Temperatur auch bei über 150° C liegen kann.

Bei für optoelektronische Halbleiterchips verwendeten

Materialsystemen ändert sich ein Lichtstrom oder ein

Strahlungsfluss typischerweise in Abhängigkeit von der

Temperatur, insbesondere bei Vorliegen eines konstanten, temperaturunabhängigen Stroms. Höhere Arbeitstemperaturen führen in der Regel zu einem Abnehmen des Lichtstroms.

Beispielsweise für auf InGaN basierende Halbleiterchips beträgt der Lichtstrom bei 100° C circa 85 % des Lichtstroms bei 25° C. Bei auf InGaAlP basierenden Halbleiterchips ist dieser Effekt stärker ausgeprägt, insbesondere auch, da sich die Emissionswellenlänge aus einem Bereich höherer

Augenempfindlichkeit herausschiebt. So kann bei einem auf InGaAlP basierenden, im gelben Spektralbereich emittierenden Halbleiterchip die Helligkeit bei 100° C auf circa 40 % des Werts bei 25° C abfallen, bei einer Emission im roten

Wellenlängenbereich kann dieser Abfall etwa 50 %, bezogen auf die vom menschlichen Auge empfundene Helligkeit, betragen. Diese Temperaturabhängigkeit des Lichtstromes kann in

Anwendungen Probleme verursachen. Beispielsweise bei

Blinklichtern oder Rücklichtern im Automobilbereich ist ein bestimmter, vorgegebener Lichtstrom zu erreichen. Sind die verwendeten Leuchtdioden kalt, nahe Raumtemperatur, so leuchten diese zu hell. Bei der Allgemeinbeleuchtung von Arbeitsräumen oder von Wohnräumen werden insbesondere

grünlich-weiß emittierende Halbleiterchips mit roten

Halbleiterchips oder rote, grüne, blaue und/oder gelbe

Halbleiterchips miteinander kombiniert. Bei einer derartigen Kombination von verschiedenartig emittierenden

Halbleiterchips und dem mit steigender Temperatur

einhergehenden, vergleichsweise starken Abfall des

Lichtstromes der roten und gegebenenfalls gelben LEDs kann es zu starken Farbveränderungen kommen. Beispielsweise ändert sich die korrelierte Farbtemperatur um 600 K von circa 2400 K bei Raumtemperatur hin zu 3000 K am stationären Arbeitspunkt des Halbleiterchips bei circa 100° C. Es wird also nach dem Einschalten rotstichiges Licht emittiert, bevor erst nach circa 10 min bis 30 min die gewünschte Lichtfarbe erreicht ist. Weiterhin können derartige, temperaturabhängige und sich über vergleichsweise lange Zeiträume erstreckende

Farbänderungen bei Hinterleuchtungen etwa für

Flüssigkristallanzeigen Probleme bereiten.

Eine derartige Helligkeitsänderung oder Änderung der

spektralen Zusammensetzung der emittierenden Strahlung kann reduziert oder vermieden werden, in dem so genannte

Vollkonversionsleuchtdioden eingesetzt werden. Bei diesen Leuchtdioden, die insbesondere auf dem InGaN-Materialsystem beruhen, wird eine im Halbleiterchip emittierte Strahlung vollständig durch ein Konversionsmaterial in eine Strahlung anderer Wellenlänge umgewandelt. Derartige Leuchtdioden sind aber vergleichsweise teuer. Weiterhin ist es möglich, die Helligkeit und/oder die spektrale Zusammensetzung

elektronisch nachzuregeln, beispielsweise in Verbindung mit Temperatursensoren und/oder optischen Sensoren und

nachfolgender elektronischer Ansteuerung, beispielsweise über Pulsweitenmodulation. Jedoch sind diese Verfahren zur

Nachregelung vergleichsweise aufwändig und kompliziert sowie relativ kostenintensiv.

Bei dem angegebenen optoelektronischen Halbleiterbauteil wird alternativ oder zusätzlich das Temperaturverhalten des

Lichtstromes durch den Streukörper beeinflusst. Durch das unterschiedliche Temperaturverhalten der Brechungsindices von Matrixmaterial und Partikelmaterial ändert sich der

Brechungsindexunterschied bei Raumtemperatur im Vergleich zum Brechungsindexunterschied beim stationären Arbeitspunkt, der zum Beispiel bei circa 100° C liegt. Durch eine Änderung des Brechungsindexunterschieds ändern sich die Licht streuenden Eigenschaften des Streukörpers. Hierdurch ist es möglich, dass der Streukörper bei Raumtemperatur stärker streut und bei höheren Temperaturen das Streuverhalten abnimmt. Mit anderen Worten ist über den Streukörper eine Abnahme des Lichtstromes aufgrund der temperaturabhängigen Effizienz des Halbleiterchips ausgleichbar. Hierdurch kann das System aus Streukörper und Halbleiterchip eine bei Temperaturänderung vergleichsweise konstante Lichtabstrahlung erzielen.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Brechungsindex des

Partikelmaterials bei einer Temperatur von 300 K kleiner als der Brechungsindex des Matrixmaterials. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils nimmt der Brechungsindex des

Matrixmaterials mit steigender Temperatur ab. Dies gilt insbesondere für einen Temperaturbereich zwischen

einschließlich 300 K und 450 K. Alternativ oder zusätzlich steigt der Brechungsindex des Partikelmaterials mit

steigender Temperatur in diesem Temperaturbereich an.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils nimmt der Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial mit steigender Temperatur ab. Insbesondere gilt dies in einem Temperaturbereich zwischen einschließlich 300 K und 375 K und/oder zwischen einschließlich 375 K und 450 K.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils nimmt ein Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial

zumindest in einem Temperaturbereich zwischen einschließlich 300 K und 375 K und/oder zwischen einschließlich 375 K und 450 K zu.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils gleichen sich die Brechungsindices von Matrixmaterial und Partikelmaterial in einen

Temperaturbereich zwischen einschließlich 300 K und 450 K mit zunehmender Temperatur zuerst an und nachfolgend, bei noch höheren Temperaturen in oder außerhalb des genannten

Temperaturbereichs, nimmt ein Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial wieder zu . Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt ein mittlerer Streuquerschnitt der Streupartikel im Temperaturbereich zwischen einschließlich 375 K und 450 K höchstens 50 % oder höchstens 25 % oder höchstens 10 % des mittleren Streuquerschnitts der

Streupartikel bei einer Temperatur von 300 K. Der mittlere Streuquerschnitt ist unter anderem abhängig von dem

Brechungsindexunterschied zwischen dem Partikelmaterial und dem Matrixmaterial. Weiterhin gehen in den Streuquerschnitt geometrische Eigenschaften der Streupartikel, insbesondere die Form der Streupartikel und deren Größe, ein.

Mit anderen Worten nähern sich gemäß dieser Aus führungs form die Brechungsindices des Matrixmaterials und des

Partikelmaterials soweit an, dass der Streuquerschnitt im Bereich der stationären Arbeitstemperatur des

Halbleiterchips, also beispielsweise bei einer Temperatur zwischen einschließlich 375 K und 450 K, im Vergleich zum Streuquerschnitt der Streupartikel bei Raumtemperatur gering ist oder vernachlässigbar ist. Es wirken die Streupartikel bei Raumtemperatur also streuend, wohingegen bei der höheren stationären Arbeitstemperatur des Halbleiterchips die

Streupartikel nicht oder nicht signifikant streuend wirken, aufgrund der Änderungen der Brechungsindices des

Matrixmaterials und gegebenenfalls des Partikelmaterials.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt der Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial bei einer Temperatur von 300 K mindestens 0,02 oder mindestens 0,025 oder mindestens 0,03. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt bei der stationären

Arbeitstemperatur der Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial höchstens 0,015, bevorzugt höchstens 0,010 oder höchstens 0,005. Insbesondere ist der Brechungsindexunterschied bei einer Temperatur von circa 400 K, oder bei einer davon abweichenden stationären Arbeitstemperatur des Halbleiterchips, vernachlässigbar oder gleich Null.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist das Matrixmaterial wenigstens eines der folgenden Materialen auf oder besteht hieraus oder aus einer Mischung aus zumindest zwei der folgenden Materialien: einem Silikon, einem Epoxid, einem Polyurethan, einem

Acrylat, einem Polycarbonat .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist das Partikelmaterial in einem

Temperaturbereich von einschließlich 300 K bis 450 K

transparent und klarsichtig. Zum Beispiel beinhaltet oder ist das Partikelmaterial eines der folgenden Materialien: ein Siliziumoxid wie Glas oder ein Metallfluorid wie

Kalziumfluorid, Bariumfluorid, Lithiumfluorid oder

Magnesiumfluorid .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils liegt ein mittlerer Durchmesser der

Streupartikel bei mindestens 0,15 μπι oder mindestens 0,2 μπι oder mindestens 1,5 μπι oder mindestens 2 μπι oder mindestens 5 μπι. Alternativ oder zusätzlich beträgt der mittlere

Durchmesser höchstens 20 μπι, insbesondere höchstens 15 μπι oder höchstens 10 μπι oder höchstens 5 μπι. Der mittlere Durchmesser ist hierbei insbesondere der Durchmesser d5 Q über

Qo-

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt ein Gewichtsanteil der

Streupartikel an dem gesamten Streukörper zwischen

einschließlich 10 % und 50 %, insbesondere zwischen

einschließlich 20 % und 40 % oder zwischen einschließlich 25 % und 35 % oder zwischen einschließlich 15 % und 30 %. Alternativ oder zusätzlich liegt ein Volumenanteil der

Streupartikel unterhalb von 30 % oder unterhalb von 25 % oder unterhalb von 20 %.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Streukörper plättchenartig oder scheibenartig geformt. Beispielsweise erstreckt sich der Streukörper dann über eine Strahlungshauptfläche des

Halbleiterchips mit konstanter oder im Wesentlichen

konstanter Dicke, wobei Flanken des Halbleiterchips ebenfalls von dem Streukörper bedeckt sein können. Eine Dicke der

Schicht oder des Plättchens beträgt bevorzugt höchstens

500 μπι oder höchstens 100 μπι.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Streukörper linsenartig geformt. Beispielsweise weist der Streukörper die Form einer

Sammellinse auf. Der Streukörper kann also sphärisch oder ellipsoid ausgebildet sein. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils gleicht sich, ausgehend von einer

Temperatur von 300 K, der Brechungsindex des Matrixmaterials an den Brechungsindex des Partikelmaterials an, mindestens bis zu einer Temperatur von 375 K. Mit anderen Worten ändert sich der Brechungsindex des Matrixmaterials stärker als der Brechungsindex des Partikelmaterials. Beispielsweise bleibt der Brechungsindex des Partikelmaterials näherungsweise konstant und es ändert sich näherungsweise nur der

Brechungsindex des Matrixmaterials. Zum Beispiel liegt eine temperaturabhängige Brechungsindexänderung des

Partikelmaterials um mindestens einen Faktor 10 oder um mindestens einen Faktor 50 unterhalb der

Brechungsindexänderung des Matrixmaterials, bezogen auf denselben Temperaturbereich. Der relevante Temperaturbereich liegt hierbei insbesondere zwischen einschließlich 300 K und 375 K und/oder zwischen einschließlich 375 K und 450 K. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist dessen Lichtstrom insbesondere

zwischen einschließlich 300 K und 375 K und/oder zwischen einschließlich 375 K und 450 K konstant oder nahezu konstant. Zum Beispiel ändert sich der Lichtstrom in den angegebenen Temperaturbereichen höchstens um 25 % oder höchstens um 15 % oder höchstens um 5 %, bezogen auf einen Lichtstrom des

Halbleiterbauteils bei 300 K.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils wirkt der Streukörper kurz nach dem

Einschalten, zum Beispiel mindestens bis zu 1 min oder mindestens bis zu 5 min nach dem Einschalten bei

Raumtemperatur, streuend. Mit anderen Worten erscheint einem Betrachter der Streukörper dann als trüb, so dass

insbesondere unter dem Streukörper befindliche Strukturen, zum Beispiel einer Stromaufweitungsstruktur des

Halbleiterchips, verschwommen erscheinen können. Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der Streukörper, insbesondere im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils,

klarsichtig und/oder transparent. Einem Betrachter erscheint der Streukörper dann nicht als trüb.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form des optoelektronischen Halbleiterbauteils wirkt der Streukörper längere Zeit nach dem Einschalten, zum Beispiel nach 10 min oder nach 30 min oder nach dem Einstellen einer stationären Arbeitstemperatur, nicht mehr streuend. Mit anderen Worten erscheint einem

Betrachter der Streukörper dann als klarsichtig.

Darüber hinaus wird ein Streukörper für ein

optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Zum Beispiel beinhaltet das Halbleiterbauteil, wie in mindestens einer der vorangegangenen Aus führungs formen beschrieben, einen solchen Streukörper. Merkmale des Streukörpers sind daher auch für das optoelektronische Halbleiterbauteil offenbart und

umgekehrt .

In mindestens einer Aus führungs form des Streukörpers weist dieser ein strahlungsdurchlässiges Matrixmaterial auf. In das Matrixmaterial sind Streupartikel aus einem Partikelmaterial eingebettet. Ein Brechungsindex des Matrixmaterials verhält sich bei einer Temperaturänderung anders als ein

Brechungsindex des Partikelmaterials. Bei einer Temperatur von 300 K beträgt der Brechungsindexunterschied zwischen dem Matrixmaterial und dem Partikelmaterial höchstens 0,15.

Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines

optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben, insbesondere für ein Halbleiterbauteil, wie in Verbindung mit einem oder mit mehreren oben aufgeführten Ausführungsbeispielen.

Merkmale des Streukörpers sowie des optoelektronischen

Halbleiterbauteil sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.

In mindestens einer Aus führungs form des Verfahrens wird das Halbleiterbauteil derart betrieben, dass ein

temperaturabhängiges Streuverhalten des Streukörpers so eingestellt wird, dass ein Streuquerschnitt mit steigender Temperatur abnimmt, wobei eine temperaturabhängige

Effizienzabnahme des Halbleiterchips ausgeglichen wird, sodass eine Strahlungsintensität des Halbleiterbauteils mit einer Toleranz von höchstens 5 % temperaturunabhängig ist.

Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein hier beschriebener Streukörper 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 4 schematische Schnittdarstellungen von

Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen mit hier beschriebenen Streukörpern. In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Auf einem Träger 5 ist ein optoelektronischer Halbleiterchip 2 angebracht. An einer dem Träger 5 abgewandten Strahlungshauptfläche 20 des Halbleiterchips 2 befindet sich ein Streukörper 34. Der

Streukörper 34 weist ein Matrixmaterial 3 auf, das

klarsichtig und transparent für eine von dem Halbleiterchip 2 zu emittierende Strahlung ist und in das Streupartikel 4 eingebettet sind. Der Streukörper 34 ist plättchenartig geformt und beispielsweise auf die Strahlungshauptfläche 20 aufgeklebt oder unmittelbar aufgedruckt. Das Matrixmaterial 3 ist zum Beispiel ein Silikon oder ein Silikon-Epoxid-Hybridmaterial , insbesondere beinhaltend ein phenylisiertes Silikon. Ein Brechungsindex des

Matrixmaterials 3 bei Raumtemperatur beträgt zum Beispiel circa 1,49. Die Streupartikel 4 sind beispielsweise

Glaskugeln mit einem mittleren Durchmesser von circa 0,5 μπι und einem Brechungsindex von 1,46 bei Raumtemperatur. Ein Gewichtsanteil der Streupartikel 4 an den Streukörper 34 liegt bei circa 30 %. Der Halbleiterchip 2, der insbesondere auf InGaAlP basiert, weist eine stationäre Arbeitstemperatur im Dauerbetrieb zum Beispiel bei 100° C auf. Gegenüber Raumtemperatur von circa 25° C bedeutet dies einen Temperaturunterschied von 75° C. Eine Brechungsindexänderung des Silikons beträgt im

relevanten Temperaturbereich circa -4 x 10 -4 K -l. Ein

Brechungsindex des Silikons nimmt also mit steigender

Temperatur ab. Eine Brechungsindexänderung der Streupartikel 3 liegt bei ungefähr 0,1 x 10 ~ R-1 bj_ s x io ~ unc [ ist, im Vergleich zur Brechungsindexänderung des Matrixmaterials 3, klein und kann als näherungsweise konstant angesehen werden . Aufgrund des Brechungsindexunterschieds zwischen dem

Matrixmaterial 3 und den Streupartikeln 4 von circa 0,03 bei Raumtemperatur wirkt der Streukörper 34 bei Raumtemperatur streuend. Dies führt zu einer Rückstreuung von Licht aus dem Halbleiterchip 2. Das rückgestreute Licht wird beispielsweise an dem Träger 5 oder in dem Halbleiterchip 2 absorbiert. Bei Raumtemperatur ist eine Auskoppeleffizienz von in dem

Halbleiterchip 2 erzeugter Strahlung aus dem gesamten

Halbleiterbauteil 1 heraus also gezielt reduziert.

Hin zu der stationären Arbeitstemperatur nähert sich der Brechungsindex des Matrixmaterials 3 an dem Brechungsindex der Streupartikel 4 an und beide Brechungsindices betragen dann circa 1,46. Hierdurch wirkt der Streukörper 34, bei der stationären Arbeitstemperatur von circa 100° C, nicht mehr oder näherungsweise nicht mehr streuend und eine

Auskoppeleffizienz ist bei dieser Temperatur erhöht. Durch den temperaturabhängigen Verlauf der Auskoppeleffizienz aufgrund der Brechungsindexänderung des Matrixmaterials 3 relativ zu den Streupartikeln 4 ist ein gegenüber

Temperaturänderungen vergleichsweise unempfindlicher, stabiler Lichtstrom erzielbar.

Gemäß Figur 1 sind die Streupartikel 4 in etwa sphärisch. Alternativ oder zusätzlich hierzu können Streupartikel 4 kantige Formen, beispielsweise quaderartig oder würfelartig oder pyramidenartig, aufweisen, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen. Nicht sphärische Streupartikel 4 weisen einen größeren Streuquerschnitt auf als kugelartige Streupartikel 4 mit gleichem mittlerem Durchmesser. Auch über den Durchmesser der Streupartikel 4 lässt sich der

Streuquerschnitt anpassen. So kann der mittlere Durchmesser der Streupartikel 4 im Bereich der Wellenlänge der vom Halbleiterchip 2 emittierten Strahlung liegen, also zum

Beispiel zwischen einschließlich 400 nm und 700 nm.

Im Vergleich zu herkömmlichen Streukörpern weisen die

Streupartikel 4 gegenüber dem Matrixmaterial 3 bei

Raumtemperatur einen kleinen Brechungsindexunterschied auf. Bei herkömmlichen Streukörpern sind die Streupartikel insbesondere mit einem Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder Titanoxid gebildet und ein Brechungsindexunterschied zwischen einem Matrixmaterial und derartigen Partikeln ist im

Regelfall größer als 0,3.

Optional ist der plättchenartige Streukörper 34 von einem weiteren Vergusskörper 6 umgeben. Der Vergusskörper 6 ist bevorzugt linsenartig, beispielsweise in Form einer

Sammellinse, ausgeformt. Weiterhin optional kann dem

Vergusskörper 6 ein Konversionsmittel 7 zur teilweisen

Wellenlängenänderung von im Halbleiterchip 2 erzeugter

Strahlung beigegeben sein.

In den folgenden Figuren sind die Streupartikel 4 sowie das Matrixmaterial 3 nicht gezeichnet, sondern nur vereinfacht der Streukörper 34 als Ganzes. In Figur 2A und Figur 2B sind weitere Ausführungsbeispiele des Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Gemäß Figur 2A bedeckt der Streukörper 34 ausschließlich die Strahlungshauptfläche 20 des Halbleiterchips 2. Der Streukörper 34 steht also nicht in Kontakt zu einer Trägeroberseite 50 des Trägers 5, wobei der Halbleiterchip 2 an der Trägeroberseite 50 angebracht ist . Gemäß Figur 2B weist der Streukörper 34 in laterale Richtung im Wesentlichen gleiche Abmessungen auf wie der

Halbleiterchip 2. Im Wesentlichen kann hierbei bedeuten, dass in lateraler Richtung eine Abmessung des Streukörpers 34 eine Abmessung des Halbleiterchips 2 entlang derselben Richtung höchstens um 30 %, insbesondere höchstens um 20 % oder höchstens um 15 % übersteigt. Gemäß Figur 2B bedeckt der Streukörper 34, der eine lateral größere Ausdehnung aufweist als der Halbleiterchip 2, Flanken 25 des Halbleiterchips 2, wobei die Flanken 25 laterale Begrenzungsflächen des

Halbleiterchips 2 bilden.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 3A und 3B ist der Streukörper 34 als Volumenverguss gestaltet. In Figur 3A ist der Streukörper 34 sphärisch oder linsenartig

ausgebildet, wobei eine laterale Ausdehnung des Streukörpers 34 eine laterale Ausdehnung des Halbleiterchips 2

beispielsweise um mehr als einen Faktor 1,5 oder um mehr als einen Faktor 2 übersteigt. Eine Höhe des Streukörpers 34, in eine Richtung senkrecht zu der Trägeroberseite 50, übersteigt zum Beispiel eine mittlere Kantenlänge des Halbleiterchips 2.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3B weist der Träger 5 eine Ausnehmung 55 auf, in der der Halbleiterchip 2

angebracht ist. Die Ausnehmung 55 ist mit dem Streukörper 34 ausgefüllt .

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 4 illustriert. Gemäß Figur 4 weist das optoelektronische Halbleiterbauteil 1 mehrere Halbleiterchips 2a, 2b auf. Zum Beispiel basiert der Halbleiterchip 2a auf InAlGaP und emittiert Strahlung im gelben oder im roten Spektralbereich. Der Halbleiterchip 2b basiert insbesondere auf AlInGaN und emittiert Strahlung im blauen Spektralbereich. Beide Halbleiterchips 2a, 2b sind auf der Trägeroberseite 50 in der optionalen Ausnehmung 55 des Trägers 5 angebracht. Dem Halbleiterchip 2a ist der plättchenartige Streukörper 34 an der Strahlungshauptfläche 20a nachgeordnet. Der

Halbleiterchip 2b ist frei von einem Streukörper. Optional ist an der Strahlungshauptfläche 20b des Halbleiterchips 2b ein Konversionsmittel 7, beispielsweise ebenfalls

schichtartig ausgebildet wie der Strahlkörper 34, angebracht.

Das Halbleiterbauteil 1 gemäß Figur 4 kann im Betrieb weißes Licht emittieren, wobei sich zum Beispiel grünlich-weißes Licht des Halbleiterchips 2b mit rotem Licht des

Halbleiterchips 2a mischt. Eine Temperaturabhängigkeit des

Lichtstromes des Halbleiterchips 2a ist durch den Streukörper 34 ausgleichbar, so dass das Halbleiterbauteil 1 auch

unmittelbar nach dem Einschalten und vor Erreichen der stationären Arbeitstemperatur bereits die Strahlung der gewünschten Farbtemperatur emittiert.

Optional ist den Halbleiterchips 2a, 2b eine Abdeckplatte 8 nachgeordnet. Die Abdeckplatte 8 beinhaltet zum Beispiel ein weiteres Streumittel, über das eine Mischung der von den Halbleiterchips 2a, 2b emittierten Strahlung verbesserbar ist .

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die

Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.

Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmale 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 2010 034 915.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.