SABATHIL MATTHIAS (DE)
KOCUR SIMON (DE)
EBERHARD FRANZ (DE)
GROETSCH STEFAN (DE)
SABATHIL MATTHIAS (DE)
KOCUR SIMON (DE)
EBERHARD FRANZ (DE)
WO2002075819A2 | 2002-09-26 |
US20080251799A1 | 2008-10-16 |
Patentansprüche 1. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement mit - einem ersten Halbleiterkörper (10), der im Betrieb eine erste elektromagnetische Strahlung (11) in einem ersten Wellenlängenbereich emittiert, - einem zweiten Halbleiterkörper (20), der im Betrieb eine zweite elektromagnetische Strahlung (21) in einem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, - einem dritten Halbleiterkörper (30), der im Betrieb eine dritte elektromagnetische Strahlung (31) in einem dritten Wellenlängenbereich emittiert, - einem ersten Kantenfilter (41), der zwischen dem ersten Halbleiterkörper (10) und dem zweiten Hableiterkörper (20) angeordnet ist, und - einem Spiegel (50), der an der dem zweiten Halbeiterkörper (20) abgewandten Seite des ersten Halbleiterkörpers (10) angeordnet ist, wobei - erster, zweiter und dritter Halbleiterkörper übereinander gestapelt angeordnet sind, - der zweite Halbleiterkörper (20) zwischen dem ersten (10) und dem dritten Halbleiterkörper (30) angeordnet ist, - sich die erste, zweite und dritte elektromagnetische Strahlung zu weißem Licht mischt, - der erste Kantenfilter (41) für die erste elektromagnetische Strahlung überwiegend durchlässig und für die zweite und/oder dritte elektromagnetische Strahlung überwiegend reflektierend ist, und - der Spiegel (50) für die erste elektromagnetische Strahlung überwiegend reflektierend ist. 2. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem ein zweiter Kantenfilter (42) zwischen dem zweiten und dritten Halbleiterkörper angeordnet ist, wobei der zweite Kantenfilter (42) für die erste (11) und die zweite elektromagnetische Strahlung (21) überwiegend durchlässig und für die dritte elektromagnetische Strahlung (31) überwiegend reflektierend ist. 3. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der erste Kantenfilter (41) frei von einem Halbleitermaterial ist. 4. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Kantenfilter (42) frei von einem Halbleitermaterial ist. 5. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem erster (41) und/oder zweiter Kantenfilter (42) zumindest zwei erste Schichten (43) aus einem ersten Material und zumindest zwei zweite Schichten (44) aus einem zweiten Material umfassen, wobei das erste und das zweite Material unterschiedliche optische Brechungsindices aufweisen und erste und zweite Schichten alternierend übereinander gestapelt angeordnet sind. 6. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem erster (41) und/oder zweiter Kantenfilter (42) wenigstens zehn erste (43) und wenigstens zehn zweite Schichten (44) aufweisen. 7. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der beiden vorherigen Ansprüche, bei dem die ersten Schichten (43) einen optischen Brechungsindex zwischen 1,4 und 1,5 aufweisen und die zweiten Schichten (44) einen optischen Brechungsindex zwischen 2,3 und 2,5 aufweisen. 8. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der drei vorherigen Ansprüche, bei dem die ersten Schichten (43) physikalische Dicken zwischen wenigstens 40 nm und höchstens 400 nm aufweisen und die zweiten Schichten (44) physikalische Dicken zwischen wenigstens 10 nm und höchstens 65 nm aufweisen. 9. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem erster und/oder zweiter Kantenfilter (41, 42) auf einem strahlungsdurchlässigen Träger (45) angeordnet sind. 10. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem erster (41) und/oder zweiter Kantenfilter (42) in direktem Kontakt mit zumindest einem der Halbleiterkörper stehen . 11. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem erster und/oder zweiter Kantenfilter epitaktisch auf einem der Halbleiterkörper abgeschieden sind. 12. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der erste Kantenfilter (41) die folgenden Schichten mit den folgenden physikalischen Dicken aufweist: eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 390 nm +/-10%, eine Schicht aus TiO2 mit einer Dicke von 26,56 nm +/-10%, eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 299,35 nm +/-10%, eine Schicht aus TiO2 mit einer Dicke von 15,22 nm +/-10%, eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 235,03 nm +/-10%, eine Schicht aus TiO2 mit einer Dicke von 52,99 nm +/-10%, eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 45,86 nm +/-10%, eine Schicht aus TiO2 mit einer Dicke von 52,61 nm +/-10%, eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 86,38 nm +/-10%, eine Schicht aus TiO2 mit einer Dicke von 59,86 nm +/-10%, eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 65, 66 nm +/-10%, eine Schicht aus TiO2 mit einer Dicke von 54,62 nm +/-10%, eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 79,12 nm +/-10%, eine Schicht aus TiO2 mit einer Dicke von 43,72 nm +/-10%, eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 305,42 nm +/-10%, eine Schicht aus TiO2 mit einer Dicke von 52,03 nm +/-10%, eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 265,35 nm +/-10%, eine Schicht aus TiO2 mit einer Dicke von 56,56 nm +/-10%, eine Schicht aus SiO2 mit einer Dicke von 281,42 nm +/-10%, und eine Schicht aus TiO2 mit einer Dicke von 22,41 nm +/-10%. 13. Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem die Schichten direkt aufeinander abfolgen, wobei die erste Schicht aus SiO2 an Luft grenzt und die letzte Schicht aus TiO2 auf einen strahlungsdurchlässigen Träger (45) aus Glas aufgebracht ist. |
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement
Es wird ein Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement angegeben. Bei dem Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelement handelt es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umfasst das Halbleiterbauelement einen ersten Halbleiterkörper. Der erste Halbleiterkörper ist vorgesehen, im Betrieb eine erste
elektromagnetische Strahlung in einem ersten
Wellenlängenbereich zu emittieren. Das heißt, im Betrieb wird beispielsweise in einer aktiven Zone des ersten
Halbleiterkörpers elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich emittiert, welcher die erste
elektromagnetische Strahlung umfasst. Bei dem ersten
Wellenlängenbereich handelt es sich beispielsweise um den Wellenlängenbereich von rotem Licht. Bei der ersten
elektromagnetischen Strahlung handelt es sich dann um rotes Licht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umfasst das Halbleiterbauelement einen zweiten Halbleiterkörper. Der zweite Halbleiterkörper ist vorgesehen, im Betrieb eine zweite elektromagnetische Strahlung in einem zweiten
Wellenlängenbereich zu emittieren. Bei dem zweiten
Wellenlängenbereich handelt es sich beispielsweise um den Wellenlängenbereich von grünem Licht, die zweite elektromagnetische Strahlung ist dann grünes Licht.
Beispielsweise wird in einer aktiven Zone des zweiten
Halbleiterkörpers im Betrieb des Halbleiterkörpers die
elektromagnetische Strahlung im zweiten Wellenlängenbereich emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umfasst das Halbleiterbauelement einen dritten Halbleiterkörper. Der dritte Halbleiterkörper ist vorgesehen, im Betrieb eine dritte elektromagnetische Strahlung in einem dritten
Wellenlängenbereich zu emittieren. Bei dem dritten
Wellenlängenbereich handelt es sich beispielsweise um den Wellenlängenbereich von blauem Licht, die dritte
elektromagnetische Strahlung ist dann blaues Licht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umfasst das Halbleiterbauelement einen ersten optischen Kantenfilter. Der erste optische Kantenfilter ist vorzugsweise zwischen dem ersten Halbleiterkörper und dem zweiten Halbleiterkörper angeordnet. Der erste Kantenfilter ist dabei derart
angeordnet, dass im Betrieb vom ersten Halbleiterkörper und vom zweiten Halbleiterkörper erzeugte elektromagnetische
Strahlung auf den ersten Kantenfilter treffen kann. Der
Kantenfilter besitzt bevorzugt zwei scharf voneinander getrennte Spektralbereiche. Im ersten Spektralbereich ist der Kantenfilter durchlässig, im zweiten Spektralbereich ist der Kantenfilter undurchlässig. Bei dem ersten Kantenfilter handelt es sich vorzugsweise um einen Langpassfilter, bei dem langwellige Spektralanteile durchgelassen und kurzwellige Spektralanteile unterdrückt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umfasst das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement einen Spiegel, der an der dem zweiten Halbleiterkörper abgewandten Seite des ersten Halbleiterkörpers angeordnet ist. Der Spiegel kann beispielsweise ein oder mehrere dielektrische Materialien und/oder metallische Materialien enthalten oder aus diesen Materialien bestehen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements sind erster, zweiter und dritter Halbleiterkörper übereinander gestapelt angeordnet. Zwischen zwei unterschiedlichen Halbleiterkörpern kann sich beispielsweise jeweils ein Verbindungsmaterial befinden, das die beiden Halbleiterkörper mechanisch fest miteinander verbindet. Vorzugsweise ist der zweite
Halbleiterkörper dabei zwischen dem ersten und dem dritten Halbleiterkörper angeordnet. Das heißt, die Abfolge von
Komponenten des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements kann beispielsweise wie folgt sein: An einer Oberseite des
Spiegels ist der erste Halbleiterkörper angeordnet, an einer dem Spiegel abgewandten Seite des ersten Halbeiterkörpers ist der erste Kantenfilter angeordnet, an einer dem ersten
Halbleiterkörper abgewandten Seite des ersten Kantenfilters ist der zweite Halbleiterkörper angeordnet und an einer dem Kantenfilter abgewandten Seite des zweiten Halbleiterkörpers ist der dritte Halbleiterkörper angeordnet. Erster, zweiter und dritter Halbleiterkörper können dabei direkt übereinander angeordnet sein, ohne dass sie in lateraler Richtung
zueinander versetzt sind. Die laterale Richtung ist dabei diejenige Richtung, die quer zur Stapelrichtung des Stapels aus erstem, zweitem und dritten Halbleiterkörper verläuft. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements kann sich die erste, zweite und dritte elektromagnetische Strahlung zu weißem Licht mischen. Das heißt, erste, zweite und dritte elektromagnetische Strahlung sind derart gewählt, dass bei gleichzeitigem Betrieb von erstem, zweitem und drittem
Halbleiterkörper ein resultierendes Mischlicht weißes Licht ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der erste Kantenfilter für die erste elektromagnetische Strahlung überwiegend durchlässig. Überwiegend durchlässig heißt dabei, dass wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 75 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 % der ersten elektromagnetischen
Strahlung, die auf den Kantenfilter trifft, vom Kantenfilter transmittiert wird. Für die zweite und/oder die dritte elektromagnetische Strahlung ist der erste Kantenfilter dann vorzugsweise überwiegend reflektierend ausgebildet.
Überwiegend reflektierend heißt dabei, dass wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 75 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 % der auftreffenden zweiten und/oder dritten
elektromagnetischen Strahlung vom ersten Kantenfilter
reflektiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der Spiegel für die erste elektromagnetische Strahlung überwiegend reflektierend. Das heißt, vorzugsweise wenigstens 50 %, besonders bevorzugt wenigstens 75 % beispielsweise wenigstens 90 % der auftreffenden ersten elektromagnetischen Strahlung wird vom Spiegel reflektiert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umfasst das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement einen ersten
Halbleiterkörper, der im Betrieb eine erste elektromagnetische Strahlung in einem ersten Wellenlängenbereich emittiert, einen zweiten Halbleiterkörper, der im Betrieb eine zweite
elektromagnetische Strahlung in einem zweiten
Wellenlängenbereich emittiert, und einen dritten
Halbleiterkörper, der im Betrieb eine dritte
elektromagnetische Strahlung in einem dritten
Wellenlängenbereich emittiert. Ferner umfasst das
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement in dieser
Ausführungsform einen ersten Kantenfilter, der zwischen dem ersten Halbleiterkörper und dem zweiten Halbleiterkörper angeordnet ist und einen Spiegel, der an der dem zweiten
Halbleiterkörper abgewandten Seite des ersten
Halbleiterkörpers angeordnet ist. Erster, zweiter und dritter Halbleiterkörper sind dabei übereinander gestapelt angeordnet, der zweite Halbleiterkörper ist zwischen dem ersten und dem dritten Halbleiterkörper angeordnet, die erste, zweite und dritte elektromagnetische Strahlung mischt sich zu weißem Licht, der erste Kantenfilter ist für die erste
elektromagnetische Strahlung überwiegend durchlässig und für die zweite und/oder dritte elektromagnetische Strahlung überwiegend reflektierend und der Spiegel ist für die erste elektromagnetische Strahlung überwiegend reflektierend.
Bei einem solchen Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement können erster, zweiter und dritter Halbleiterkörper getrennt voneinander gefertigt sein. Die Halbleiterkörper werden dann beispielsweise mittels eines Verbindungsmittels mechanisch miteinander verbunden. Die erste elektromagnetische Strahlung, die beispielsweise die Peakwellenlänge des ersten Wellenlängenbereichs ist, ist dabei größer als die zweite elektromagnetische Strahlung, welche die Peakwellenlänge des zweiten Wellenlängenbereichs ist. Die zweite
elektromagnetische Strahlung wiederum ist größer als die dritte elektromagnetische Strahlung, welche die
Peakwellenlänge des dritten Wellenlängenbereichs ist. Der dritte Halbleiterkörper ist überwiegend durchlässig für die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung. Der zweite Halbleiterkörper ist überwiegend durchlässig für die erste elektromagnetische Strahlung. Überwiegend durchlässig heißt, dass wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 75 %, besonders bevorzugt wenigstens 90 % der auftreffenden
elektromagnetischen Strahlung durch den jeweiligen
Halbleiterkörper transmittiert wird.
Dem Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement liegt dabei unter anderem die folgende Erkenntnis zugrunde. Werden
beispielsweise ein strahlungsdurchlässiger, grün emittierender und ein strahlungsdurchlässiger, blau emittierender
Halbleiterkörper auf einen rotes Licht emittierenden
Halbleiterkörper aufgebracht, so wird beispielsweise das vom zweiten Halbleiterkörper hin zum ersten Halbleiterkörper emittierte grüne Licht sowie das vom dritten Halbleiterkörper in Richtung vom ersten und zweiten Halbleiterkörper emittierte blaue Licht größtenteils vom ersten Halbleiterkörper
absorbiert und steht für die Anwendung nicht zur Verfügung. Einem hier beschriebenen Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelement liegt die Idee zugrunde, einen
wellenlängenselektiven Kantenfilter in das
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement zu integrieren, der zum Beispiel für das rote Licht des ersten
Halbleiterkörpers überwiegend durchlässig und für das grüne und blaue Licht des zweiten und dritten Halbleiterkörpers überwiegend reflektierend ausgebildet ist. Auf diese Weise können das blaue und das grüne Licht nicht in den ersten
Halbleiterkörper oder kaum in den ersten Halbleiterkörper gelangen und werden auf diese Weise nicht vom ersten
Halbleiterkörper absorbiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der erste Kantenfilter frei von einem Halbleitermaterial. Das heißt, der erste Kantenfilter ist nicht mit einem
Verbindungshalbleitermaterial gebildet und/oder der erste Kantenfilter weist keine halbleitenden Eigenschaften auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist ein zweiter Kantenfilter zwischen dem zweiten und dem dritten
Halbleiterkörper angeordnet. Der zweite Halbleiterkörper ist dabei für die erste und die zweite elektromagnetische
Strahlung überwiegend durchlässig und für die dritte
elektromagnetische Strahlung überwiegend reflektierend. Das heißt, beispielsweise das blaue Licht des dritten
Halbleiterkörpers kann aufgrund des zweiten Kantenfilters kaum oder gar nicht in den zweiten Halbleiterkörper gelangen und wird daher nicht in diesem absorbiert, sondern steht für die Anwendung zur Verfügung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der zweite Kantenfilter frei von einem Halbleitermaterial. Das heißt, der zweite Kantenfilter ist nicht mit einem
Verbindungshalbleitermaterial gebildet und/oder der zweite Kantenfilter weist keine halbleitenden Eigenschaften auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umfasst der erste und/oder der zweite Kantenfilter zumindest zwei erste Schichten aus einem ersten Material und zumindest zwei zweite Schichten aus einem zweiten Material, wobei das erste und das zweite Material unterschiedliche optische Brechungsindices aufweisen und erste und zweite Schichten alternierend
übereinander gestapelt angeordnet sind. Das heißt, die Abfolge von ersten und zweiten Schichten im ersten und/oder zweiten Kantenfilter ist beispielsweise wie folgt: Erste Schicht, zweite Schicht, erste Schicht, zweite Schicht. Auf diese Weise ist der Kantenfilter als Mehrschicht-Kantenfilter ausgebildet, der erste und zweite Schichten mit unterschiedlichen
Brechungsindices aufweist. Neben den unterschiedlichen
Brechungsindices können sich die ersten und zweiten Schichten beispielsweise auch durch unterschiedliche optische und physikalische Dicken voneinander unterscheiden. Dabei können auch zwei erste Schichten unterschiedliche optische oder physikalische Dicken aufweisen. Das Gleiche gilt für zwei zweite Schichten. Das heißt, die Dicke der ersten und der zweiten Schichten muss nicht gleichmäßig gewählt sein.
Vielmehr ist es möglich, dass der Kantenfilter eine Vielzahl erster Schichten und eine Vielzahl zweiter Schichten umfasst, wobei jede Schicht eine von einer anderen Schicht des
Kantenfilters unterschiedliche optische oder physikalische Dicke aufweisen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements umfasst der erste und/oder zweite Kantenfilter wenigstens zehn erste und wenigstens zehn zweite Schichten. Eine solch relativ große Anzahl von ersten und zweiten Schichten für den ersten
und/oder zweiten Kantenfilter hat sich dabei als besonders vorteilhaft für die Abstimmung des Kantenfilters auf die ersten, zweiten und dritten Wellenlängen erwiesen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weisen die ersten Schichten einen optischen Brechungsindex zwischen 1,4 und 1,5 und die zweiten Schichten einen optischen
Brechungsindex zwischen 2,3 und 2,5 auf. Beispielsweise sind die ersten Schichten des ersten und/oder des zweiten
Kantenfilters mit einem Siliziumoxid, wie zum Beispiel
Siliziumdioxid gebildet und die zweiten Schichten des ersten und/oder zweiten Kantenfilters sind mit einem Titanoxid wie beispielsweise Titandioxid gebildet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements weisen die ersten Schichten des ersten und/oder des zweiten Kantenfilters physikalische Dicken zwischen wenigstens 40 nm und höchstens 400 nm auf und die zweiten Schichten weisen physikalische Dicken zwischen wenigstens 10 nm und höchstens 65 nm auf. Eine Auswahl der physikalischen Dicken für die ersten und die zweiten Schichten von erstem und/oder zweitem Kantenfilter aus den angegebenen Bereichen hat sich wiederum als besonders vorteilhaft für eine besonders genaue Anpassung von erstem und/oder zweitem Kantenfilter an die ersten, zweiten und dritten Wellenlängen erwiesen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements ist der erste und/oder der zweite Kantenfilter auf einem
strahlungsdurchlässigen Träger angeordnet. Bei dem
strahlungsdurchlässigen Träger kann es sich beispielsweise um eine Glasscheibe handeln, auf welche die ersten und zweiten Schichten des Kantenfilters abgeschieden sind. Erster und/oder zweiter Kantenfilter mit zugehörigem strahlungsdurchlässigen Träger können dann beispielsweise mittels eines
Verbindungsmittels mit den Halbleiterkörpern des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements verbunden werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements stehen der erste und/oder der zweite Kantenfilter in direktem Kontakt mit zumindest einem der Halbleiterkörper. Beispielsweise kann der Kantenfilter dabei epitaktisch auf den Halbleiterkörper abgeschieden sein. In diesem Fall kann das
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement frei von einem strahlungsdurchlässigen Träger für den Kantenfilter sein.
Vielmehr bildet zumindest einer der Halbleiterkörper des Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements selbst den
Träger für die Schichten des Kantenfilters und damit für den Kantenfilter. Der Kantenfilter kann beispielsweise auf einen der Halbleiterkörper epitaktisch abgeschieden sein. Dabei ist es auch möglich, dass auf zwei der Halbleiterkörper zwei unterschiedliche Kantenfilter epitaktisch abgeschieden sind. Der Verzicht auf einen strahlungsdurchlässigen Träger kann zwar die Herstellung des Kantenfilters komplizieren, jedoch ergibt sich auf diese Weise ein besonders kompakter Aufbau für das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement.
Im Folgenden wird das hier beschrieben Halbleiterbauelement gemäß von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelements . Anhand der graphischen Auftragung der Figur 5 ist ein
Kantenfilter für ein hier beschriebenes
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement näher erläutert.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu
betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figur IA zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement umfasst einen ersten Halbleiterkörper 10, einen zweiten Halbleiterkörper 20 und einen dritten Halbleiterkörper 30. Bei dem ersten
Halbleiterkörper 10 handelt es sich beispielsweise um einen rotes Licht emittierenden Dünnfilmhalbleiterchip, der auf einen Träger 60 aufgebracht ist. Zwischen dem Träger 60 und dem ersten Halbleiterkörper 10 ist ein Spiegel 50 angeordnet. Bei dem Spiegel 50 handelt es sich beispielsweise um einen dielektrischen Spiegel, der Schichten aus Siliziumdioxid und Silber umfasst. Der erste Halbleiterkörper 10 emittiert im Betrieb erste elektromagnetische Strahlung 11 aus dem
Spektralbereich von rotem Licht. Der zweite Halbleiterköper 20 ist ein epitaktisch
hergestellter substratloser Halbleiterchip. Der zweite
Halbleiterkörper 20 ist dabei frei von einem Träger oder einem Aufwachssubstrat und umfasst lediglich epitaktisch
abgeschiedene Schichten. Der zweite Halbleiterkörper 20 erzeugt im Betrieb zweite elektromagnetische Strahlung 21, beispielsweise aus dem Spektralbereich von grünem Licht.
Der dritte Halbleiterkörper 30 ist ebenfalls ein substratloser Halbleiterchip, der frei von einem Träger oder einem
Aufwachssubstrat ist und lediglich epitaktisch abgeschiedene Schichten umfasst. Im Betrieb erzeugt der dritte
Halbleiterkörper 30 dritte elektromagnetische Strahlung 31 aus dem Spektralbereich von blauem Licht.
Der zweite Halbleiterkörper 20 ist für die erste
elektromagnetische Strahlung 11 durchlässig. Der dritte
Halbleiterkörper 30 ist für die erste elektromagnetische
Strahlung 11 und die zweite elektromagnetische Strahlung 21 durchlässig.
Zwischen dem ersten Halbleiterkörper 10 und dem zweiten
Halbleiterkörper 20 ist der erste Kantenfilter 41 angeordnet. Der erste Kantenfilter 41 umfasst einen
strahlungsdurchlässigen Träger 45, der beispielsweise aus Glas gebildet ist. Auf den strahlungsdurchlässigen Träger 45 sind eine Vielzahl erster Schichten 43 und zweiter Schichten 44 aufgebracht, die sich in ihrem Brechungsindex jeweils
voneinander unterscheiden. Der erste Kantenfilter 41 ist für die erste elektromagnetische Strahlung 11 durchlässig und für die zweite elektromagnetische Strahlung 21 und die dritte elektromagnetische Strahlung 31 jeweils reflektierend
ausgebildet . Die Figur IB zeigt eine idealisierte Übertragungskennlinie des ersten Kantenfilters 41. Die Transmittivität steigt ab zirka 580 nm Wellenlänge plötzlich an und wechselt von 0 % auf 100 %. Das heißt, der Kantenfilter 41 ist für langwelliges Licht durchlässig, für kurzwelliges Licht hingegen undurchlässig und reflektierend. Im Ausführungsbeispiel der Figur IA ist der erste Kantenfilter 41 ein separates Element, das auf einen eigenen, strahlungsdurchlässigen Träger 45 aufgebracht ist.
Im Unterschied dazu zeigt die Figur 2A anhand einer
schematischen Schnittdarstellung ein weiteres
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements, bei dem der erste Kantenfilter 41 direkt auf den ersten Halbleiterkörper
10 abgeschieden ist. Beispielsweise ist der erste Kantenfilter 41 epitaktisch auf die dem Träger 60 abgewandte Oberseite des ersten Halbleiterkörpers 10 abgeschieden. Die Figur 2B zeigt wiederum eine idealisierte Übertragungskennlinie des ersten Kantenfilters 41.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3A umfasst das
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement den ersten
Kantenfilter 41, der direkt auf die dem ersten
Halbleiterkörper 10 zugewandte Außenfläche des zweiten
Halbleiterkörpers 20 abgeschieden ist.
Die Figur 3C zeigt die idealisierte Übertragungskennlinie des ersten Kantenfilters 41, der rotes Licht durchlässt und grünes Licht reflektiert.
Der zweite Kantenfilter 42 ist direkt auf die dem zweiten Halbleiterkörper 20 zugewandte Außenfläche des dritten Halbleiterkörpers 30 abgeschieden. Der zweite Kantenfilter 42 ist für grünes und rotes Licht durchlässig und für blaues Licht reflektierend ausgebildet, siehe dazu auch die
idealisierte Übertragungskennlinie der Figur 3B für den zweiten Kantenfilter 42. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3A ist es alternativ zum direkten Abscheiden von erstem
Kantenfilter 41 und zweitem Kantenfilter 42 auf
unterschiedliche Halbleiterkörper auch möglich, dass beide Kantenfilter auf gegenüberliegende Oberflächen des zweiten Halbleiterköpers 20 direkt abgeschieden werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass zumindest einer der Kantenfilter, wie in Verbindung mit der Figur IA gezeigt, auf einen
separaten, strahlungsdurchlässigen Träger 45 aufgebracht ist. Das direkte Abscheiden des Kantenfilters auf zumindest einen der Halbleiterköper kann die Herstellung des Kantenfilters komplizierter machen, ermöglicht jedoch einen besonders kompakten Aufbau des Strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelements . In Verbindung mit der Figur 4A ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Kantenfilter 41, wie er in Verbindung mit der Figur IA beschrieben ist, zwischen dem ersten Halbleiterkörper 10 und dem zweiten Halbleiterkörper 20 angeordnet. Die Halbleiterkörper 10, 20, 30 sind jeweils durch ein Verbindungsmittel 80 mechanisch miteinander verbunden. Bei dem Verbindungsmittel 80 kann es sich beispielsweise um ein Silikon und/oder ein Epoxidharz handeln.
Jeder der Halbleiterkörper weist eine aufgeraute Oberfläche auf, durch die Auskoppelstrukturen 12, 22, 32 gebildet sind, welche die Wahrscheinlichkeit für Totalreflexion an der Außenfläche des jeweiligen Halbleiterkörpers reduzieren.
Zwischen den Halbleiterkörpern sind jeweils Kontaktschichten 71, 72, 73 angeordnet, die ein unabhängiges elektrisches Kontaktieren der Halbleiterköper erlauben. Das heißt, jeder Halbleiterkörper 10, 20, 30 kann unabhängig vom anderen
Halbleiterkörper betrieben werden. Der Stapel aus
Halbleiterkörpern kann auf diese Weise rotes, grünes und blaues Licht erzeugen. Bei einem gleichzeitigen Betrieb aller Halbleiterkörper wird weißes Mischlicht erzeugt.
Erste Kontaktschicht 71, zweite Kontaktschicht 72 und dritte Kontaktschicht 73 sind beispielsweise mit einem transparenten Material, wie einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO - Transparent Conductive Oxide) -Material gebildet. Die
Kontaktschichten können dabei zum Beispiel ITO (Indium Tin Oxide) oder IZO (Indium Zinc Oxide) umfassen.
Die Figur 4B zeigt die Extraktionswahrscheinlichkeit E relativ zu der des jeweiligen einzelnen Halbleiterkörpers, der nicht in einem Stapel angeordnet ist. Die Messpunkte bei A beziehen sich dabei auf einen Luftspalt jeweils zwischen erstem
Halbleiterkörper 10 und zweitem Halbleiterkörper 20 und zwischen zweitem Halbleiterköper 20 und drittem
Halbleiterkörper 30. Die Messpunkte bei B sind für ein
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement, wie es in der Figur 4A gezeigt ist, berechnet. Das heißt, zwischen erstem Halbleiterkörper 10 und zweitem Halbleiterkörper 20 befindet sich der erste Kantenfilter 41, die Halbleiterkörper sind jeweils mittels eines Verbindungsmittels 80 mechanisch
miteinander verbunden. Bei den Verbindungsmitteln 80 handelt es sich um ein Epoxidharz. Die Messpunkte bei C zeigen die Situation ohne einen ersten Kantenfilter 41. Die Kurve a zeigt die Extraktion für blaues Licht, die Kurve b für grünes Licht und die Kurve c für rotes Licht. Die Kurve d zeigt die
Gesamtextraktion .
Erste, zweite und dritte Kontaktschichten sind jeweils aus einer 100 nm dicken Lage aus IZO gebildet.
Wie der graphischen Auftragung der Figur 4B zu entnehmen ist, wäre die Effizienz im Falle eines Lufteinschlusses zwischen den Halbleiterkörpern (Messpunkt A) am besten. Sind die
Halbleiterkörper mittels eines Verbindungsmittels 80
mechanisch miteinander verbunden, erweist sich der erste
Kantenfilter 41 als besonders vorteilhaft.
Die Figur 4C zeigt die mittlere Extraktion relativ zu einem einzelnen Chip für vier unterschiedliche Situationen. Die
Balken bei a zeigen die mittlere Extraktion für die oben beschriebenen Situationen A, B, C für ein
Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement, bei dem erste, zweite und dritte Kontaktschichten jeweils aus IZO mit einer Dicke von jeweils 250 nm bestehen, wobei auf die dem dritten
Halbleiterkörper 30 abgewandte Oberseite der dritten
Kontaktschicht 73 eine Linse aufgebracht ist, die aus Silikon besteht . Die Balken bei b zeigen die mittlere Extraktion für das gleiche Strahlungsemittierende Halbleiterbauelement ohne
Linse, also an Luft.
Die Balken bei c zeigen die mittlere Extraktion für erste, zweite und dritte Kontaktschichten aus IZO mit einer Dicke von jeweils 100 nm und einer Silikonlinse. Die Balken bei d zeigen die Situation für das Strahlungsemittierende
Halbleiterbauelement wie in c, jedoch ohne Silikonlinse. Insgesamt ist aus der Figur 4C ersichtlich, dass mit einer Linse, die beispielsweise aus Silikon besteht, die mittlere Extraktion stark verbessert werden kann.
Anhand der graphischen Auftragung der Figur 5 ist ein hier beschriebener Kantenfilter, beispielsweise ein erster
Kantenfilter 41, näher erläutert. Dabei ist die
Durchlässigkeit T in Prozent gegen die Wellenlänge λ in
Nanometer aufgetragen. Die Kurve a zeigt die Durchlässigkeit für einen Einfallwinkel von 0°, die Kurve b für einen
Einfallwinkel von 30° für p-polarisiertes Licht, die Kurve c für einen Einfallwinkel von 30° für s-polarisiertes Licht, die Kurve d für einen Einfallwinkel von 60° für p-polarisiertes Licht und die Kurve e für einen Einfallwinkel von 60° für s- polarisiertes Licht.
Erste und zweite Schichten des Kantenfilters sind dabei auf einen transparenten Träger 45 aufgebracht, der beispielsweise aus Saphir, Dünnglas, Diamant oder einem anderen
strahlungsdurchlässigen Material bestehen kann. Die ersten Schichten sind dabei aus einem Siliziumdioxid gebildet, die zweiten Schichten aus einem Titandioxid. Das heißt, die ersten und die zweiten Schichten sind frei von einem
Halbleitermaterial. Diese Schichten sind also weder mit einem Verbindungshalbleitermaterial gebildet oder bestehen aus einem solchen, noch weisen sie halbleitende Eigenschaften auf. Die Abfolge der Schichten kann beispielsweise wie folgt sein:
Dabei handelt es sich um einen Kantenfilter 41, der zur Reflexion von grünem und blauem Licht besonders gut geeignet ist. Ein solcher Kantenfilter kann beispielsweise in den in Verbindung mit den Figuren IA und 4A beschriebenen
Ausführungsbeispielen Verwendung finden. Die in der Tabelle angegebenen Werte für die physikalische Dicke sind dabei bevorzugt, können aber um 10 % größer oder kleiner als der jeweils angegebene Wert sein. Entsprechendes gilt für die optischen Dicken. Die Schichten sind bevorzugt direkt übereinander angeordnet. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2009 031 147.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.