Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deut schen Patentanmeldung Nr. 10 2018 118 962.1, die am 03. August 2018 beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht wurde. Der Offenbarungsgehalt der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2018 118 962.1 wird hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegen den Anmeldung aufgenommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement und ein Verfahren zum Auf- bringen einer Konverterschicht auf ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement.

Leuchtstoffe für hohe Leuchtdichten, die zudem Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, müssen speziellen Anforderungen genügen.

Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich eine Konverter schicht auf ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bau element in effizienter Weise aufbringen lässt. Ferner soll ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement mit einer vorteilhaften Konverterschicht geschaffen werden.

Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Aufbringen einer Konverterschicht auf ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement mit den Merkmalen des An spruchs 1. Eine Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen An sprüchen angegeben. Ein Verfahren zum Aufbringen einer Konverterschicht , auch Kon versionsschicht genannt, auf ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement gemäß einer Ausgestaltung sieht vor, dass Konverterelemente, auch Konversionselemente genannt, auf ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement auf gebracht werden und dass eine Konverterschicht auf dem elekt romagnetische Strahlung emittierenden Bauelement ausgebildet wird, indem mehrere dünne Schichten auf den Konverterelementen mittels eines Atomlagenabscheidungsverfahrens (atomic layer de- position, ALD) abgeschieden werden.

Die dünnen Schichten umgeben bzw. beschichten die auf dem elekt romagnetische Strahlung emittierenden Bauelement aufgebrachten Konverterelemente. Durch die Abscheidung der dünnen Schichten werden die Konverterelemente auf dem elektromagnetische Strah lung emittierenden Bauelement fixiert. Zusammen mit den Konver terelementen bilden die dünnen Schichten die Konverterschicht aus .

In das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement kann ein elektromagnetische Strahlung emittierender Halbleiter chip integriert sein.

Die von dem Bauelement bzw. dem Halbleiterchip emittierte elekt romagnetische Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, Ultraviolett (UV) -Licht und/oder Infrarot-Licht sein. In diesem Zusammenhang kann der elektromagnetische Strahlung emittierende Halbleiterchip beispielsweise als Licht emittie rende Diode (light emitting diode, LED) als organische Licht emittierende Diode (organic light emitting diode, OLED) , als Licht emittierender Transistor oder als organischer Licht emit tierender Transistor ausgebildet sein. Das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement bzw. der Halbleiterchip kön nen in verschiedenen Ausführungsformen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von elektromagne tische Strahlung emittierenden Bauelementen bzw. Halbleiter chips vorgesehen sein. Als Halbleiterchip können unterschiedlichste Typen eingesetzt werden, beispielsweise Halbleiterchips vom Typ SFC (sapphire flip Chip), Saphirchip und SMT (surface mounting technology) .

Neben dem elektromagnetische Strahlung emittierenden Halb leiterchip kann das Bauelement auch weitere Halbleiterchips und/oder andere Komponenten enthalten.

Das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement kann ein Gehäuse umfassen, in dem beispielsweise der Halbleiterchip untergebracht ist. Der Halbleiterchip kann beispielsweise mit rein anorganischem Material in einer dünnen Schicht verkapselt sein. Es können alle bekannten Bauformen eines Gehäuses einge setzt werden. Beispielsweise kann ein so genanntes Chip Size Package oder Chip Scale Package eingesetzt werden, bei dem die Größe des Gehäuses in der Größenordnung der Größe des Halb leiterchips liegt.

Die Konverterschicht und die darin enthaltenen Konverterele mente sind dazu ausgebildet, die von dem Bauelement bzw. dem Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung in eine elektromagnetische Strahlung mit anderer Wellenlänge umzuwan deln bzw. zu konvertieren. Mit anderen Worten sind die Konver terschicht und die Konverterelemente zur Konversion einer von dem Bauelement bzw. dem Halbleiterchip erzeugten Primärstrah- lung ausgebildet. Primärstrahlung, die in die Konverterschicht eintritt, wird von der Konverterschicht zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umgewandelt. Dabei umfasst die Sekundär strahlung Wellenlängen, die sich von den Wellenlängen der Pri märstrahlung unterscheiden, d. h., die größer oder kleiner als die Wellenlängen der Primärstrahlung sind.

Die Konverterschicht kann, muss aber nicht direkt auf der die elektromagnetische Strahlung erzeugenden aktiven Schicht des Bauelements bzw. Halbleiterchips abgeschieden werden. Es kann durchaus vorgesehen sein, dass sich eine oder mehrere andere Schichten zwischen der aktiven Schicht und der Konverterschicht befinden .

Weiterhin kann das Bauelement genau eine oder mehr als eine Konverterschicht enthalten.

Es sei darauf hingewiesen, dass das elektromagnetische Strah lung emittierende Bauelement beim Aufbringen der Konverter schicht bereits aus einem Waferverbund durch Vereinzeln gelöst sein kann oder sich in einem Waferverbund befinden kann. Falls gewünscht kann der Wafer in letzterem Fall in einem Verfahrens schritt nach dem Aufbringen der Konverterschicht vereinzelt werden .

Das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement kann beispielsweise eingesetzt werden in jeglicher Art von Displays, d. h. optischen Anzeigegeräten, insbesondere in industriellen oder medizinischen Anwendungen zur Darstellung von Daten oder Simulationen, oder in Videowänden, in Head-Up-Displays (HUD) und Head-Mounted-Displays (HMD) in Automobil-, luftgestützten oder Verteidigungsanwendungen und in industriellen Projektions anwendungen, beispielsweise in Streifen/Muster-Projektionen in der Messtechnik, 3D-Sensoren, schnellen Prototypenbauverfahren, Lithographieverfahren und IR-Proj ektionen .

Das hier beschriebene Verfahren ermöglicht es, das Bauelement kompakt zu gestalten. Die Konvertierungseigenschaften der Kon verterschicht können gezielt eingestellt werden und die Konver terschicht kann außerdem mit zusätzlichen Eigenschaften verse hen werden. Außerdem bietet die mit dem Atomlagenabscheidungs verfahren hergestellte Konverterschicht thermische Vorteile ge genüber herkömmlich hergestellten Konverterschichten . Weiterhin kann ein Vergilben bei Hochstrombetrieb vermieden oder zumin dest reduziert werden.

Das hier beschriebene Verfahren eröffnet ferner die Möglichkeit, eine RGB-LED aus rein anorganischem Material herzustellen. Es ist eine besonders feine Pixelung möglich, da die Abstände der Konverterelemente zueinander sehr klein gewählt werden können. Die Konverterschicht mit den darin enthaltenen Konverterelemen ten können die Auskoppeleigenschaften verbessern, indem bei spielsweise die Wahrscheinlichkeit für Totalreflexion beim Lichtaustritt reduziert ist.

Das Verfahren erlaubt außerdem die genaue Positionierung von lokalen Konversionsbereichen auf aktiven Schichten. Beispiels weise können RGB-LEDS mit feinen Substrukturen, die beispiels weise in Display-Komponenten eingesetzt werden, lokal mit Kon verterschichten belegt werden.

Zum Aufbringen der Konverterelemente auf das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement können die Konverterelemente zunächst in einer dünnen Schicht auf die Oberfläche eines Trä gers aufgebracht werden, beispielsweise mittels Sprüh- oder Oberflächenspannungsverfahren oder elektrostatischen Verfahren. Anschließend wird der Träger derart auf das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement aufgebracht, dass die Ober fläche des Trägers, an der die Konverterelemente befestigt sind, zu dem elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelement hin weist, d. h., dem Bauelement zugewandt ist. Insbesondere werden die Konverterelemente auf die aktive Schicht oder die Auskoppelschicht eines LED-Halbleiterchips aufgebracht.

Der Träger kann ein starrer Träger, beispielsweise ein Halb leiterwafer, oder ein flexibler bzw. biegsamer Träger, wie etwa eine Folie wie z. B. eine Kunststofffolie, oder ein Glasträger sein. Der Träger kann adhäsive Eigenschaften haben, damit die Konverterelemente an dem Träger zumindest zeitweise haften.

Der Träger kann Öffnungen aufweisen, durch die Reaktanten wäh rend der Durchführung des Atomlagenabscheidungsverfahrens zu den Konverterelementen geführt werden. Nach dem Aufbringen des Trägers auf das elektromagnetische Strahlung emittierende Bau element bildet sich ein Raum zwischen dem Träger und derjenigen Oberfläche des elektromagnetische Strahlung emittierenden Bau elements aus, auf welcher die Konverterschicht gebildet werden soll. In diesen Raum können die insbesondere gasförmigen Reak tanten durch die Öffnungen in dem Träger eingeleitet werden.

Die Öffnungen können in einem regelmäßigen Muster, insbesondere in einem regelmäßigen Raster, in dem Träger angeordnet sein. Der Abstand zweiter direkt benachbarter Öffnungen hängt von dem Abstand des Trägers von der zu beschichtenden Oberfläche ab. Sofern der Abstand des Trägers von der zu beschichtenden Ober fläche im Bereich von einigen gm liegt, dann kann der Abstand der Öffnungen in dem Träger im mm-Bereich liegen. Wenn jedoch der Abstand des Trägers von der zu beschichtenden Oberfläche kleiner als 1 gm ist, sollte der Abstand der Öffnungen in dem Träger kleiner sein, z. B. höchstens 100 gm betragen, um zu gewährleisten, dass die Reaktanten jede Stelle auf der zu be schichtenden Oberfläche erreichen.

Während der Durchführung des Atomlagenabscheidungsverfahrens können verschiedene Reaktanten abwechselnd und getrennt vonei nander, insbesondere durch die Öffnungen in dem Träger, zu den Konverterelementen geführt werden.

Die chemische Reaktion der Reaktanten bildet die dünnen Schich ten, in welche die Konverterelemente eingebettet werden und durch welche die Konverterelemente an der gewünschten Oberflä che des elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements fixiert werden.

Die Reaktanten werden auch als Vorläuferstoffe oder Prekursoren bezeichnet. Die Reaktanten werden zyklisch und nacheinander in den Reaktionsraum eingelassen. Zwischen den Gaseinlässen wird der Reaktionsraum üblicherweise mit einem Inertgas, z. B. Argon, gespült. Auf diese Weise werden die Teilreaktionen voneinander getrennt und auf die zu beschichtende Oberfläche begrenzt. Bei einem zweikomponentigen Atomlagenabscheidungsverfahren kön nen folgende Schritte durchgeführt werden:

1. Der erste Reaktant, z. B. ein Metallprekursor wie etwa Tri- methylaluminium (TMA) , wird in den Reaktionsraum eingelas sen und haftet an der Oberfläche.

2. Der Reaktionsraum wird mit einem Inertgas gespült, um den nicht gebundenen ersten Reaktanten auszuspülen.

3. Der zweite Reaktant, z. B. ein Sauerstofflieferant wie Was ser in der Form von Wasserdampf, wird in den Reaktionsraum eingelassen und reagiert mit dem an der Oberfläche haften den Trimethylaluminium, wodurch sich Aluminiumoxid ausbil det, das die Konverterelemente beschichtet.

4. Der Reaktionsraum wird mit einem Inertgas gespült.

Diese vier Schritte bilden zusammen einem Zyklus. Pro Zyklus wird eine dünne Schicht abgeschieden. Der beschriebene Zyklus muss im Verlauf des Beschichtungsprozesses mehrfach wiederholt werden, um die gewünschte Dicke der Konverterschicht zu errei chen .

Das Atomlagenabscheidungsverfahren ermöglicht es, die Konver terelemente uniform und konform zu beschichten und an dem Un tergrund zu fixieren.

Ferner können mit Hilfe des Atomlagenabscheidungsverfahrens zahlreiche anorganische transparente Materialien mit Brechungs indizes zwischen 1,45 und 2,4 hergestellt werden, z. B. MgF2, SiÜ2, AI2O3, Hf0 ₂ , ZrÜ2, Ta _2Ü5 , ZnS, PrTi03, und T1O2.

Nach dem Abscheiden der Konverterschicht kann der Träger an der Konverterschicht belassen werden. Alternativ kann der Träger von der Konverterschicht entfernt werden. Der Träger kann bei spielsweise mit einem UV-sensitiven Klebstoff zum Anhaften der Konverterelemente beschichtet sein. Nach dem Ausbilden der Kon verterschicht wird der Klebstoff mit UV-Licht bestrahlt, wodurch sich der Träger kraftlos entfernen lässt. Um die Ablösbarkeit des Trägers zu gewährleisten, kann es er forderlich sein, selektive Schritte bei der Durchführung des Atomlagenabscheidungsverfahrens zu verwenden. Beispielsweise brauchen viele wasserbasierte Atomlagenabscheidungsverfahren OH-Gruppen an der zu beschichtenden Oberfläche. Hydrophobe Ober flächen werden nur sehr selten beschichtet.

Zum Aufbringen des Trägers mit den daran haftenden Konverterele menten auf das elektromagnetische Strahlung emittierende Bau element kann ein Unterdrück in dem Raum zwischen dem Träger und dem elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelement er zeugt werden. Der Unterdrück bewirkt eine Kraft auf den Träger in Richtung des elektromagnetische Strahlung emittierenden Bau elements. Der Unterdrück kann beispielsweise mit einer Pumpe, insbesondere einer Vakuumpumpe, erzeugt werden.

Damit es möglich ist, trotz der Öffnungen in dem Träger einen Unterdrück zu erzeugen, kann eine Folie, die keine Öffnungen aufweist, auf diejenige Seite des Trägers gelegt werden, die dem elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelement ab gewandt ist. Alternativ können die Löcher in den Träger erst dann eingebracht werden, wenn der Träger bereits mittels des Unterdrucks an die zu beschichtende Oberfläche angelegt wurde.

Eine flexible Ausgestaltung des Trägers, insbesondere als Fo lie, gestattet es in vorteilhafter Weise, die Konverterschicht oder die weiter unten beschriebenen Reflektor- und Absorber schichten auf nicht planare Oberflächen des elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements aufzubringen. Aufgrund der Flexibilität des Trägers kann sich der Träger an die nicht planare Oberfläche anschmiegen und die Konverter-, Reflektor- und/oder Absorberschichten können damit dreidimensionale Struk turen überformen.

Neben der Konverterschicht kann das Atomabscheidungsverfahren auch dazu genutzt werden, eine oder mehrere Reflektorschichten und/oder eine oder mehrere Absorberschichten auf dem elektro magnetische Strahlung emittierenden Bauelement abzuscheiden. Dazu werden zunächst Reflektor- und/oder Absorberelemente auf das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement auf gebracht. Anschließend werden analog zur Herstellung der Kon verterschicht mehreren dünne Schichten auf den Reflektor- und/o- der Absorberelementen mittels eines Atomlagenabscheidungsver fahrens abgeschieden, um die Reflektor- und/oder Absorber schichten zu bilden.

Die Reflektorelemente und die Absorberelemente sind derart aus gebildet, dass sie die von dem Bauelement emittierte elektro magnetische Strahlung und/oder elektromagnetische Strahlung an derer Wellenlängen zumindest teilweise reflektieren bzw. absor bieren .

Die Reflektor- und/oder Absorberelemente können zunächst auf einen Träger und danach mit Hilfe des Trägers auf das elektro magnetische Strahlung emittierende Bauelement aufgebracht wer den. Insbesondere können die Reflektor- und/oder Absorberele mente auf denselben Träger wie die Konverterelemente aufgebracht werden, wobei die Bereiche, in denen die Konverter-, Reflektor- bzw. Absorberelemente aufgebracht sind, voneinander getrennt sind. Dies ermöglicht es, in ein- und demselben Schritt des Atomlagenabscheidungsverfahrens sowohl eine Konverterschicht als auch eine Reflektor- und/oder eine Absorberschicht zu er zeugen. Außerdem können dünnste Konverter-, Reflektor- und Ab sorberschichten nahtlos direkt nebeneinander angeordnet werden.

Weiterhin können die Reflektor- und/oder Absorberschichten auch auf Bereichen des elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements abgeschieden werden, die keine elektromagnetische Strahlung erzeugen, wie z. B. einer Oberfläche der Verkapselung oder eines Trägers des Halbleiterchips . Die ALD-Technik kann dazu genutzt werden, weitere Schichten, die optional auch Konverterelemente enthalten, auf dem elekt romagnetische Strahlung emittierenden Bauelement abzuscheiden. Gemäß einer Ausgestaltung wird neben der Konverterschicht min destens eine weitere Schicht auf das elektromagnetische Strah lung emittierende Bauelement aufgebracht. Falls die mindestens eine weitere Schicht mit Hilfe eines Atomlagenabscheidungsver fahrens abgeschieden wird, kann die mindestens eine weitere Schicht aus einer Vielzahl einzeln aufgebrachter dünner Schich ten bestehen. Die Konverterschicht und die mindestens eine wei tere Schicht können in einer gewünschten Reihenfolge übereinan der gestapelt werden und unterschiedliche Brechungsindizes auf weisen .

Weiterhin können neben der Konverterschicht mindestens zwei weitere Schichten auf das elektromagnetische Strahlung emittie rende Bauelement, insbesondere mittels eines Atomlagenabschei dungsverfahrens, aufgebracht werden. Die Konverterschicht und die mindestens zwei weiteren Schichten können unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Die Konverterschicht und die min destens zwei weiteren Schichten können derart übereinander ge stapelt werden, dass die Brechungsindizes der Konverterschicht und der mindestens zwei weiteren Schichten entlang der Strah lungsrichtung der von dem Bauelement emittierten elektromagne tischen Strahlung abfallen oder ansteigen.

Durch die Kombination der Konverterschicht mit mindestens einer bzw. mindestens zwei weiteren Schicht (en) mit unterschiedlichem Brechungsindex können Brechungsindexgradienten, kontinuierliche Brechungsindexanpassungen und Auskoppelschichten erzeugt wer den. Ferner können Bragg-Spiegel (distributed Bragg reflector, DBR) durch eine Stapelung von Schichten unterschiedlicher Bre chungsindizes hergestellt werden.

Die Konverterelemente können keramische Partikel, Nanostäbchen (nanorods), Mikrostäbchen (microrods) , Quantenpunkte (quantum dots) und/oder epitaktisch gewachsene Strukturen sein. Die Kon verterelemente können teilweise oder auch vollständig aus die sen Materialien gebildet sein. Es ist ebenfalls denkbar, die Konverterelemente aus anderen Materialien herzustellen.

Die mehreren dünnen Schichten der Konverterschicht sind vor zugsweise aus einem Material hergestellt, das zumindest für einen Teil der von dem Bauelement emittierten elektromagneti sche Strahlung im Wesentlichen transparent ist. Beispielsweise können die Schichten aus MgF ₂ , Si0 ₂ , AI2O3, Hf0 ₂ , Zr0 ₂ , Ta ₂ Os, PrTiCk, ZnS und/oder Ti0 ₂ hergestellt sein. Diese Materialien können auch für die Herstellung der weiteren Schichten verwendet werden, deren Brechungsindex sich von dem Brechungsindex der Konverterschicht unterscheidet.

In der folgenden Tabelle sind für die oben genannten, ausge wählten Schichtmaterialien die ungefähren Brechungsindizes an gegeben :

Das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement kann zum Teil aus einem Vergussmaterial hergestellt sein, welches mit einer oder mehreren Konverter-, Reflektor- und/oder Absor- berschichten unter Zuhilfenahme des hier beschriebenen Verfah rens beschichtet werden kann. Dazu werden Konverter-, Reflek tor- und/oder Absorberelemente auf das Vergussmaterial aufge bracht und die Konverter, Reflektor- und/oder Absorber schicht (en) wird/werden durch Abscheiden von mehreren dünnen Schichten auf den Konverter-, Reflektor- und/oder Absorberele menten mittels eines Atomlagenabscheidungsverfahrens ausgebil det. Ferner können auch andere Komponenten des elektromagneti sche Strahlung emittierenden Bauelements, beispielsweise ein Leiterrahmen (leadframe) , mit den Konverter-, Reflektor- und/o- der Absorberschichten beschichtet werden.

Das Vergussmaterial, auch Mold genannt, kann einen in das elekt romagnetische Strahlung emittierende Bauelement integrierten Halbleiterchip beispielsweise zumindest teilweise verkapseln, kann aber auch dazu ausgebildet sein, um die von dem Bauelement emittierte elektromagnetische Strahlung in eine bestimmte Rich tung zu lenken oder zu bündeln, insbesondere mittels einer auf dem Vergussmaterial aufgebrachten Reflektorschicht . Das Ver gussmaterial kann insbesondere ein thermoplastischer oder duro plastischer Kunststoff oder ein thermoplatisches Harz sein.

Ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement gemäß einer Ausführungsform umfasst einen elektromagnetische Strah lung emittierenden Halbleiterchip und mindestens eine auf den elektromagnetische Strahlung emittierenden Halbleiterchip auf gebrachte Konverterschicht. Die mindestens eine Konverter schicht weist mehrere dünne Schichten auf, in die Konverterele mente eingebettet sind. Die mehreren dünnen Schichten haben jeweils eine Dicke von höchstens 100 nm. Insbesondere beträgt die Dicke der Schichten jeweils höchstens 50 nm oder 40 nm oder 30 nm oder 20 nm oder 10 nm. Die Konverterschicht kann aus mindestens 10 oder 20 oder 50 oder 100 dieser Schichten gebildet sein. Die dünnen Schichten können beispielsweise mittels des oben beschriebenen Atomlagenabscheidungsverfahrens hergestellt sein .

Es kann neben der Konverterschicht mindestens eine weitere Schicht auf das elektromagnetische Strahlung emittierende Bau element aufgebracht sein, in die optional Konverterelemente eingebettet sein können. Die Konverterschicht und die mindes tens eine weitere Schicht können unterschiedliche Brechungsin dizes aufweisen.

Weiterhin können neben der Konverterschicht mindestens zwei weitere Schichten auf das elektromagnetische Strahlung emittie rende Bauelement aufgebracht sein, und die Brechungsindizes der Konverterschicht und der mindestens zwei weiteren Schichten können entlang der Strahlungsrichtung der von dem Halbleiter chip emittierten elektromagnetischen Strahlung abfallen oder ansteigen .

Weiterhin kann der elektromagnetische Strahlung emittierende Halbleiterchip zumindest teilweise von einem Vergussmaterial umgeben sein. Mindestens eine Konverter-, Reflektor- und/oder Absorberschicht kann auf dem Vergussmaterial aufgebracht sein. Die mindestens eine Konverter-, Reflektor- und/oder Absorber schicht kann mehrere dünne Schichten, in die Konverter-, Re flektor- und/oder Absorberelemente eingebettet sind, aufweisen, und die mehreren dünnen Schichten können jeweils eine Dicke von höchstens 100 nm oder weniger aufweisen und beispielsweise mit Hilfe des oben beschriebenen Atomlagenabscheidungsverfahrens hergestellt sein.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Ausführungs beispiels eines elektromagnetische Strah lung emittierenden Bauelements;

Fig. 2A bis 2D eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Aufbringen einer Kon verterschicht auf ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement; Fig. 3A bis 3C eine Darstellung eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels eines Verfahrens zum Auf bringen einer Konverterschicht auf ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement ;

Fig . 4 eine Schnittdarstellung eines weiteren Aus führungsbeispiels eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements;

Fig . 5 Schnittdarstellungen von epitaktisch ge wachsene 3D-Konverterelementen;

Fig. 6A bis 6C Darstellungen von Trägern mit Konverterele menten;

Fig. 7A und 7B Darstellungen einer Folie ohne bzw. it Kon verterelementen;

Fig. 8 und 9 Darstellungen von Spektren unterschiedli cher Konverter-Mikrostäbchen;

Fig. 10A und 10B Schnittdarstellungen von Ausführungsbei spielen eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements mit Antireflexbe schichtungen;

Fig. 11A bis 11G Schnittdarstellungen von Ausführungsbei spielen eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements mit unterschied lichen Halbleiterchiptypen;

Fig. 12 eine Schnittdarstellung eines weiteren Aus führungsbeispiels eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements mit in eine Schicht eingebetteten Nanostrukturen; Fig. 13A und 13B eine Darstellung von Titan ( IV) oxid und eine

Schnittdarstellung eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements mit ei ner Titan ( IV) oxid enthaltenden Reflektor schicht; und

Fig. 14 eine Darstellung der Durchlässigkeit einer

Titan ( IV) oxidschicht gegen die Schichtdi cke .

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die bei gefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser Be schreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifi sche Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert wer den können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschauli chung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merk male der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbei spiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spe zifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschrei bung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identi schen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausfüh rungsbeispiels eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements 10.

Das Bauelement 10 enthält einen elektromagnetische Strahlung emittierenden Halbleiterchip 11, beispielsweise einen LED-Halb- leiterchip, und eine auf den Halbleiterchip 11 aufgebrachte Konverterschicht 12. Die Konverterschicht 12 weist mehrere ein zeln hergestellte dünne Schichten 13 auf, in die Konverterele mente 14 eingebettet sind. Die Schichten 13 haben jeweils eine Dicke di von höchstens 100 nm. Insbesondere beträgt die Dicke di der Schichten 13 jeweils höchstens 50 nm oder 40 nm oder 30 nm oder 20 nm oder 10 nm. Die Konverterschicht 12 kann aus mindestens 10 oder 20 oder 50 oder 100 Schichten 13 gebildet sein .

Zum Aufbringen der Konverterschicht 12 auf den Halbleiterchip 11 werden zunächst die Konverterelemente 14 auf eine oder meh rere Oberflächen des Halbleiterchips 11 aufgebracht. Danach werden sukzessive die dünnen Schichten 13 auf der bzw. den Oberflächen des Halbleiterchips 11 sowie den darauf befindli chen Konverterelementen 14 mittels eines Atomlagenabscheidungs verfahrens abgeschieden, um die Konverterschicht 12 auszubil den. Durch das Abscheiden der dünnen Schichten 13 werden die Konverterelemente 14 in die Konverterschicht 12 eingebettet und an dem Halbleiterchip 11 fixiert.

Fig. 2A bis 2D zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Aufbringen einer Konverterschicht auf ein elektromagneti sche Strahlung emittierendes Bauelement.

In Fig. 2A werden Konverterelemente 14 auf einen Träger 20 aufgebracht. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Träger 20 eine flexible Folie, die auch als Transferfolie be zeichnet wird. Beispielhaft sind in Fig. 2A keramische Partikel 141, Nano- bzw. Mikrostäbchen 142 und Quantenpunkte 143 als unterschiedliche Arten von Konverterelementen 14 dargestellt. Ferner ist in der untersten Darstellung von Fig. 2A gezeigt, dass auch Reflektorelemente 21, beispielsweise aus TiO, auf den Träger 20 aufgebracht werden können. Dies wird detaillierter weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 3A bis 30 erläutert.

Fig. 2B zeigt mehrere elektromagnetische Strahlung emittierende Halbleiterchips 11 mit elektrischen Kontaktelementen 22, die auf einem Träger 23 fixiert wurden. Der Träger 20 mit den darauf befindlichen Konverterelementen 14 wird derart auf die Oberflä che der Halbleiterchips 11 aufgebracht, dass die Konverterele mente 14 an den Halbleiterchips 11 anliegen.

Zum Aufbringen des Trägers 20 wird ein Unterdrück in dem Raum zwischen dem Träger 23 bzw. den Halbleiterchips 11 und dem Träger 20 erzeugt. Da der Träger 20 flexibel ist, bewirkt der Unterdrück, dass sich der Träger 20 an die Oberflächenkontur des Trägers 23 mit den darauf befindlichen Halbleiterchips 11 anschmiegt .

Der Träger 20 enthält Öffnungen 25, durch die Reaktanten während des anschließend durchgeführten Atomlagenabscheidungsverfahrens zu den Konverterelementen 14 geführt werden. Die Öffnungen 25 können sich oberhalb der Halbleiterchips 11 befinden, können jedoch auch an anderen Stellen in dem Träger 20 angeordnet sein.

Während der Durchführung des Atomlagenabscheidungsverfahrens werden verschiedene Reaktanten abwechselnd und getrennt vonei nander durch die Öffnungen 25 in dem Träger 20 in den Raum zwischen dem Träger 23 bzw. den Halbleiterchips 11 und dem Träger 20 eingeleitet.

Die chemische Reaktion der Reaktanten bildet die dünnen Schich ten 13, in welche die Konverterelemente 14 eingebettet werden und durch welche die Konverterelemente 14 an den Oberflächen der Halbleiterchips 11 befestigt werden. Die dünnen Schichten können aus anorganischen transparenten Materialien, z. B. MgF2, SiÜ2, AI2O3, Hf0 ₂ , ZrÜ2, Ta2Ü5, ZnS, PrTiÜ ₃ und T1O2, gebildet werden .

Die aus der Mehrzahl der dünnen Schichten 13 sowie den darin eingebetteten Konverterelementen 14 gebildete Konverterschicht 12 ist in Fig. 2C gezeigt. Aus Gründen der grafischen Darstel lung sind die einzelnen Schichten 13 in Fig. 2C nicht gezeigt. Fig. 2C zeigt, dass der Träger 20 nach der Herstellung der Konverterschicht 12 entfernt wird.

Danach werden die Halbleiterchips 11 vereinzelt und der Träger 23 wird entfernt, um die in Fig. 2D dargestellten Bauelemente 10 zu erhalten.

Fig. 3A bis 3C zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Aufbringen einer Konverterschicht auf ein elekt romagnetische Strahlung emittierendes Bauelement, welches eine Weiterbildung des in den Fig. 2A bis 2D gezeigten Verfahrens darstellt .

In diesem Ausführungsbeispiel ist der die elektromagnetische Strahlung emittierende Halbleiterchips 11 von einem Vergussma terial 28 umgeben. Der Halbleiterchip 11 ist in einer von dem Vergussmaterial 28 gebildeten Vertiefung platziert. Das Ver gussmaterial 28 bildet seitlich von dem Halbleiterchip 11 Wände 30 aus, die gegenüber den Seitenflächen des Halbleiterchips 11 geneigt sind und die mit reflektierendem Material beschichtet werden sollen. Der Träger 20 ist so beschichtet, dass diejenigen Bereiche, die an dem Halbleiterchip 11 abgeformt werden sollen, mit Konverterelementen 14 beschichtet sind, während diejenigen Bereiche, die an den Wänden 30 des Vergussmaterials 28 abgeformt werden sollen, mit Reflektorelementen 21 beschichtet sind. Die flexiblen Eigenschaften des Trägers 20 erlauben es, den Träger 20 wie in Fig. 3A gezeigt an dem Halbleiterchip 11 und dem Vergussmaterial 28 abzuformen.

Weiterhin kann der Träger 20 auch mit Absorberelementen be schichtet werden, um an bestimmten Stellen des Bauelements 10 Absorberschichten zu erzeugen. Beispielhaft ist in Fig. 3B ein Ausschnitt eines Trägers 10 in einer Draufsicht gezeigt, auf dem in bestimmten Bereichen Konverterelemente 14, Reflektorel emente 21 bzw. Absorberelemente 31 abgeschieden sind. Die in Fig. 3B dargestellte Struktur kann sich in regelmäßigen Abstän den auf dem Träger wiederholen. Wie oben beschrieben werden durch die Öffnungen 25 in dem Träger 20 die Reaktanten für das Atomlagenabscheidungsverfahren ein geleitet, wodurch die dünnen Schichten 13 erzeugt werden, die die Konverterelemente 14 und die Reflektorelemente 21 beschich ten. Dadurch können gleichzeitig sowohl die Konverterschicht 12 auf dem Halbleiterchip 11 als auch eine Reflektorschicht 32 auf den aus dem Vergussmaterial 28 gebildeten Wänden 30 hergestellt werden. Anschließend kann der Träger 20 entfernt werden.

Fig. 3C zeigt das fertiggestellte Bauelement 10 mit der Konver terschicht 12 sowie der Reflektorschicht 32.

Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weite ren Ausführungsbeispiels eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements 10.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind auf der Konverter schicht 12 weitere transparente Schichten 40, 41 mittels des beschriebenen Atomlagenabscheidungsverfahrens oder eines ande ren Verfahrens abgeschieden worden. Die Schichten 40, 41 können optional ebenfalls Konverterelemente enthalten. Die Gesamtdicke der drei Schichten 12, 40, 41 kann im pm-Bereich liegen. Die Schichten 12, 40, 41 können in der in Fig. 4 gezeigten Reihen folge oder einer anderen Reihenfolge übereinander gestapelt sein .

Jede der Schichten 12, 40, 41 kann einen unterschiedlichen Bre chungsindex aufweisen. Entlang einer Strahlungsrichtung 42 der von dem Halbleiterchip 11 emittierten Strahlung kann der Bre chungsindex der von der Strahlung durchdrungenen Schichten 12, 40, 41 beispielsweise abfallen oder ansteigen.

Fig. 5 zeigt epitaktisch gewachsene 3D-Konverterelemente mit unterschiedlichen Konverterstrukturen. Die 3D-Konverterelemente können auf einem LED-Epitaxie-Wafer mittels selektiver Epitaxie lokal strukturiert abgeschieden worden sein. In der oberen Reihe von Fig. 5 sind Konverterelemente für grünes Licht und in der unteren Reihe sind Konverterelemente für rotes Licht gezeigt. Die dunkel dargestellten Bereiche sind die Licht emittierenden Bereiche. Die Konverterelemente für grünes Licht können bei spielsweise aus GaN und InGaN hergestellt werden, während die Konverterelemente für rotes Licht aus GaP und GaAsP hergestellt sein können. 3D-Konverterelemente mit anderen Farben, wie bei spielsweise gelb, können ebenso hergestellt werden.

Die 3D-Konverterelemente können mittels eines Trägers 20, wie er in Fig. 2A gezeigt ist, auf einen Halbleiterchip 10 übertra gen werden. Optional können die 3D-Konverterelemente mit einer Wachstumspassivierung 45, d. h. einem Teil der Passivierungs struktur des Wachstumssubstrats, auf den Halbleiterchip 10 über tragen werden.

Beispielsweise können die 3D-Konverterelemente auf den Träger 20 in einem Array mit regelmäßigen Abständen aufgebracht sein, wie beispielhaft in Fig. 6A gezeigt ist. Die Abstände zwischen den 3D-Konverterelementen können auch in zufälliger Weise va riieren, beispielsweise in einem Bereich von ± 20%, oder es können einzelne 3D-Konverterelemente in dem Array fehlen, wie beispielhaft in Fig. 6B gezeigt ist.

Ein Array mit zufällig fehlenden 3D-Konverterelementen kann durch mehrfaches Abziehen auf einer Folie erzielt werden. Fig. 6C zeigt beispielhaft ein derartiges Array.

Fig. 7A zeigt eine klare Folie ohne 3D-Konverterelemente . Fig. 7B zeigt eine Folie mit zufällig abgelagerten Mikrostäbchen als 3D-Konverterelemente .

Fig. 8 zeigt das Spektrum von Konverter-Mikrostäbchen, die blaues Licht bei einer Wellenlänge von ca. 460 nm emittieren. Ferner ist das Spektrum einer UV-LED dargestellt und das Ge samtspektrum, das sich ergibt, wenn das von der UV-LED emit- tierte Licht eine Konverterschicht mit den Mikrostäbchen durch läuft. Weiterhin sind die laterale Photolumineszenz und die Photolumineszenz von oben der Konverter-Mikrostäbchen gezeigt.

Fig. 9 zeigt das Spektrum von Konverter-Mikrostäbchen, die blaues Licht bei einer Wellenlänge von ca. 460 nm und grünes Licht bei einer Wellenlänge von ca. 530 nm emittieren. Das Gesamtspektrum des Lichts einer UV-LED, die eine Konverter schicht mit den Mikrostäbchen durchlaufen hat, ist ebenfalls dargestellt. Ferner sind die laterale Photolumineszenz und die Photolumineszenz der Konverter-Mikrostäbchen von oben gezeigt.

Fig. 10A zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines wei teren Ausführungsbeispiels eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelements 10. In diesem Ausführungsbeispiel ist auf der Konverterschicht 12 eine Schicht 50 aus Magnesiumfluorid (MgF2> mit einem Brechungsindex von 1,38 und einer Dicke d auf gebracht. Beispielsweise kann die Schicht 50 mit dem oben be schriebenen Atomlagenabscheidungsverfahren abgeschieden werden. Mit der Schicht 50 lässt sich der Reflexionsgrad der Oberfläche des Bauelements 10 senken.

Bereits eine Einfachbeschichtung ermöglicht eine Antireflexbe schichtung für optische Elemente aus Glas. Beispielweise kann eine dünne Schicht aus Magnesiumfluorid auf Glas den Reflexi onsgrad gemäß der Fresnel-Gleichung für Reflektivität von etwa 4,25 % auf etwa 1,25 % senken. Durch eine Kombination verschie dener Materialien, wie z. B. MgF2, S1O2, AI2O3, Hf0 ₂ , ZrÜ2, Ta _2Ü5 , ZnS, PrTiÜ ₃ , und T1O2, in zum Teil komplexen Schichtsystemen lassen sich Oberflächen mit definiertem Brechungsindex in einem bestimmten Spektralbereich hersteilen. Auf diese Weise kann eine Reflexminderung durch eine Einfachschicht, die stark von der Wellenlänge und dem Einfallswinkel des Lichts abhängt, deutlich verbessert werden. Häufig reicht eine Dreifachschichtung aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes und Dicken, die über den ganzen sichtbaren Bereich funktionieren. Fig. 10B zeigt ein Ausführungsbeispiel eines derartig aufgebauten Bau elements 10 mit der Konverterschicht 12 sowie zwei weiteren Schichten 51, 52 mit unterschiedlichen Brechungsindizes, wobei die Schicht 51 zwischen dem Halbleiterchip 11 und der Konver terschicht 12 und die Schicht 52 oberhalb der Konverterschicht 12 angeordnet ist.

Fig. 11A bis 11G zeigen beispielhaft, dass Halbleiterchips 11 unterschiedlichster Typen in dem Bauelement 10 eingesetzt wer den können.

In Fig. 11A ist der Halbleiterchip 11 vom Typ SFC (sapphire flip Chip) und enthält einen Metallspiegel 55. Die Konverterschicht 12 ist auf die Oberseite und die Seitenfläche des Halbleiterchip 11 aufgebracht und reicht bis zu dem Metallspiegel 55.

Das in Fig. 11B dargestellte Bauelement 10 enthält einen SFC- Halbleiterchip 11 mit einem Bragg-Spiegel (distributed Bragg reflector, DBR) 56. Die Konverterschicht 12 an den Seitenflächen reicht bis zu dem Bragg-Spiegel 56.

Fig. 11C zeigt einen TE (top emitting) -Saphirchip 11, dessen Seitenflächen mit der Konverterschicht 12 bedeckt sind.

Fig. HD zeigt einen Dünnfilm-Halbleiterchip 11 vom Typ MSC (mold supported Chip) . Fig. 11E zeigt einen weiteren Dünnfilm- Halbleiterchip. Die Konverterschicht 12 ist jeweils auf der Oberseite der Halbleiterchips 11 abgeschieden.

In Fig. 11F ist eine einzelne Dünnfilm-LED 10 mit einer Konver terschicht 12 dargestellt. In Fig. 11G ist eine Matrix-Pixel- LED 10 mit einer Konverterschicht 12 dargestellt.

Weiterhin ist es möglich, in die verschiedenen vorstehend be schriebenen Schichten Nanostrukturen, wie z. B. Fullerene oder Kohlenstoffnanoröhren, einzubetten, um dadurch die optischen Eigenschaften der Oberfläche, z. B. die Farbe, und/oder die Leitfähigkeit in einer gewünschten Weise anzupassen. Beispiel haft ist in Fig. 12 ein Bauelement 10 mit in eine Schicht 58 eingebetteten Nanostrukturen 59 dargestellt.

Fig. 13A zeigt Titan ( IV) oxid in der Modifikation Rutil als Bei spiel eines nanoskaligen Materials. Wie Fig. 13B zeigt, kann Titan ( IV) oxid in eine Reflektorschicht 60 eingebettet sein, welche die Seitenflächen eines SFC-Halbleiterchips 11 bedeckt. Die Reflektorschicht 60 kann beispielsweise mittels des oben beschriebenen Atomlagenabscheidungsverfahrens abgeschieden wer den .

Ein weiteres nanoskaliges Material ist das Weißpigment Titan dioxid, welches Partikel in der Größenordnung von etwa 300 nm bis etwa 500 nm enthält. Dünne Schichten aus nanoskaligem Ti tandioxid in der Größenordnung von etwa 10 nm bis etwa 15 nm erscheinen nicht mehr weiß, sondern transparent, wie sich dem Diagramm von Fig. 14 entnehmen lässt, in dem die Durchlässigkeit von Licht gegen die Dicke einer Schicht aus Titandioxid aufge tragen ist. Derartige dünne Schichten aus Titandioxid remittie ren kein sichtbares Licht mehr. Durch Variation der Dicke und in Kombination mit Glimmerschichten und anderen Pigmenten kann man Farbeffekte mit vielen verschiedenen Farbnuancen erzeugen. Auch Spezialeffekte wie Metallglanz oder eine Helligkeits- oder Farbänderung je nach Betrachtungswinkel sind möglich.

Bei einer Integration in ein Elektronikgehäuse kann mit den nanoskaligen Materialien, insbesondere mit Titandioxid, eine Farbabstimmung der Leuchtfläche an das Elektronikgehäuse er zielt werden. Weiterhin können die elektrischen Eigenschaften mit Hilfe des gleichen Verfahrens geändert werden.

Ein sanfter Übergang des Brechungsindex, d. h., ein kontinuier lich sich ändernder Brechungsindex, reduziert den Reflexions grad ohne starke Wellenlängen- und Winkelabhängigkeit. Für den Übergang auf einen Brechungsindex von 1 ist dafür allerdings ein Brechungsindex nahe bei 1 notwendig. Die Entspiegelung durch Nanostrukturen an der Oberfläche wird auch als Mottenaugen-Effekt bezeichnet.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Bauelement

11 Halbleiterchip

12 KonverterSchicht

13 dünne Schicht

14 Konverterelement

20 Träger

21 Reflektorelement

22 Kontaktelement

23 Träger

25 Öffnung

28 Vergussmaterial

30 Wand

31 Absorberelement

32 ReflektorSchicht

40 Schicht

41 Schicht

42 Strahlungsrichtung 45 Wachstumspassivierung

50 Schicht

51 Schicht

52 Schicht

55 MetallSpiegel

56 Bragg-Spiegel

58 Schicht

59 NanoStruktur

60 ReflektorSchicht

141 keramischer Partikel 142 Nano- bzw. Mikrostäbchen

143 Quantenpunkt