JP2013520824A - 半導体チップおよび変換要素を備えた放射線放出装置ならびにその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、半導体チップ（１）および変換要素（２）を備えた放射線放出装置（１０）であって、半導体チップ（１）が、電磁放射線を生成するのに適している活性層と、放射線出口領域（１１）と、を備えている、放射線放出装置（１０）に関する。変換要素（２）は、マトリックス材料（２ａ）および蛍光体（２ｂ）を備えており、変換要素（２）は、半導体チップ（１）の放射線出口領域（１１）の下流に配置されている。マトリックス材料は、少なくとも４０重量％の酸化テルルを含んでおり、三酸化ホウ素もしくは酸化ゲルマニウムまたはその両方を含んでいない。さらには、このタイプの放射線放出装置（１０）の製造方法を開示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体チップおよび変換要素を備えた放射線放出装置に関する。さらに、本発明は、放射線放出装置の製造方法に関する。

［関連出願］
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１０００９４５６．０号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。

変換要素を有する放射線放出装置は、例えば、特許文献１から公知である。このタイプの部品は、動作時に光（一次光）を放出する半導体ボディと、この一次光の一部分を別の波長域（二次光）に変換するルミネセンス材料を有する変換要素とを含んでいる。このような半導体部品によって放出される光の見た目の色は、一次光と二次光の加法混色の結果である。

国際公開第９７／５０１３２号 米国特許出願第２００９／０３０９１２５号明細書 国際公開第９８／１２７５７号 国際公開第０１／６５６１３号 独国特許第２２２２７７１号明細書 独国特許第１０２００５０２３１３４号明細書

変換要素は、半導体ボディの下流に、さまざまな方法で配置することができる。例えば、変換要素は、半導体ボディを囲むポッティング化合物からなり、ポッティング化合物にルミネセンス材料が埋め込まれている。さらには、少なくとも１種類のルミネセンス材料を有する変換要素を、半導体ボディの下流に配置するタイプも知られている。

この場合、ルミネセンス材料が導入されるマトリックス材料としては、従来、シリコーンを含んだ変換要素が使用される。変換要素は、接着層（例えば有機接着剤）によって半導体チップの表面上に固定されている。しかしながら、シリコーンは熱伝導率が低く、結果として、部品の動作時にルミネセンス材料の温度が上昇することがあり、したがって部品の効率が低下し、これは不利である。

さらには、特許文献２には、発光装置のガラス封止体が開示されている。

本発明の目的は、放射線放出装置であって、部品の動作時に発生する熱がマトリックス材料によって良好に放散し、結果として部品の効率が向上し、それと同時に、マトリックス材料の屈折率が高いことを特徴とする、放射線放出装置、を提供することである。

上記の目的は、請求項１の特徴を有する放射線放出装置と、請求項１３の特徴を有する、その製造方法とによって達成される。本部品および本方法のさらなる有利な発展形態は、従属請求項の主題である。

本発明は、半導体チップおよび変換要素を備えた放射線放出装置、を提供する。半導体チップは、電磁放射線を生成するのに適している活性層と、放射線出口面とを備えている。変換要素は、テルル含有ガラスのマトリックス材料と、ルミネセンス材料とを備えている。変換要素は、半導体チップの放射線出口面の下流に配置されている。

放射線出口面は、半導体チップの主面によって形成されていることが好ましい。変換要素は、半導体チップの少なくともこの主面の上に形成されていることが特に好ましい。

半導体チップは、複数の異なる層からなり活性層を含んだ積層体を備えているＬＥＤチップであることが好ましい。本部品の動作時、活性層が少なくとも１種類の放射線（例えば、紫外放射線、青色放射線、または緑色放射線）を放出することが好ましい。活性層は、例えば、ｐｎ接合、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）、または多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を備えていることができる。このような構造は当業者に公知であり、したがって、ここではこれ以上詳しく説明しない。

半導体チップは、窒化物化合物半導体、リン化物化合物半導体、ヒ化物化合物半導体のうちの少なくとも１種類をベースとしていることが好ましい。このことは、本明細書においては、活性エピタキシャル積層体またはその少なくとも１層が、ＩＩＩ／Ｖ族窒化物化合物材料、ＩＩＩ／Ｖ族リン化物化合物材料、ＩＩＩ／Ｖ族ヒ化物化合物材料のうちの少なくとも１種類を含んでいることを意味する。この場合、これらの化合物材料は、１つまたは複数のドーパントと、化合物材料の特徴的な物理特性を実質的に変化させることのない追加の構成成分とを含んでいることができる。

半導体チップは、波長λ_０の一次放射線を放出することが好ましい。半導体チップによって放出される放射線の大部分が、放射線出口面を通じて半導体チップから放出されることが好ましい。変換要素は、放出方向において半導体チップの下流に配置されていることが好ましく、変換要素は、少なくとも１種類のルミネセンス材料を含んでおり、ルミネセンス材料は、波長λ_０によって励起されたとき別の波長の二次放射線を放出する。このようにして、本部品は、半導体チップからの一次放射線と、変換要素からの二次放射線とを含んでいる混合放射線を放出することが、特に好ましい。

適切なルミネセンス材料は、例えば、特許文献３および特許文献４から当業者に公知であり、この点に関するこれらの文書の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれている。

一実施形態においては、変換要素は、半導体チップの放射線出口面に直接配置されている。したがって、半導体チップと変換要素との間に間隔は設けられていない。変換要素は、半導体チップの放射線出口面に固定されていることが好ましい。したがって、変換要素は、半導体チップの主面に直接固定されており、変換要素と半導体チップとの間には、間隔、もしくは別の層または別の材料、またはこれらの両方が配置されていない。

例えば、２つの層が直接配置されている、とは、本出願においては、これらの層が互いに直接隣接した状態に配置または固定されている構造を意味するものと理解されたい。この点において、製造工程時に層の間に生じる小さな空洞、あるいは混入する異物（例えばホコリ）は、無視するものとする。

さらなる実施形態においては、変換要素と、半導体チップの放射線出口面との間に、間隔が設けられている。気体（例えば空気）を含んでいる空間が、変換要素と放射線出口面との間に設けられていることが好ましい。

さらなる実施形態においては、チップの表面とマトリックス材料との間に、意図的に導入された中間層が配置されており、結果として間隔が形成されている。中間層の厚さは、０μｍ〜１０μｍの範囲内、好ましくは１原子層〜０．５μｍの範囲内、理想的には１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である。中間層は、例えば、反射防止作用、障壁作用、または光学フィルタ作用を有することができる。反射防止の中間層の場合、その屈折率は、チップの屈折率とマトリックス材料の屈折率との間である。

変換要素のマトリックス材料は、テルル含有ガラスであることが好ましい。マトリックス材料は、少なくとも４０重量％の酸化テルル（ＴｅＯ_２）を含んでいることが好ましい。マトリックス材料は、少なくとも７５重量％の酸化テルルを含んでいることが特に好ましい。特に好ましい一実施形態においては、マトリックス材料は、少なくとも９０重量％の酸化テルルを含んでいる。

例えば、マトリックス材料はＴｅＯ_２からなり、ルミネセンス材料が埋め込まれている。これに代えて、マトリックス材料は、７５重量％以上のＴｅＯ_２と、９〜２４重量％のＺｎＯとを含んでいる。

変換要素のルミネセンス材料は、テルル含有ガラスのマトリックス材料に埋め込まれている。ガラスは、従来使用されているシリコーンよりも良好な熱伝導率を示し、これは有利であり、動作時に発生する熱の、マトリックス材料による放散が増大し、これは有利である。このようにすることで、動作時に発生する熱、特に、変換要素中のルミネセンス材料の温度上昇によって動作時に発生する熱を、マトリックス材料を介して効率的に放散させることができ、したがって、ルミネセンス材料の効率、および結果として本部品の効率が高まり、これは有利である。

さらには、テルル含有ガラスは、高い屈折率特性を特徴としており、これは有利であり、したがって、このような変換要素（特に、マトリックス材料）は、高い屈折率を特徴とする。したがって、ガラスマトリックス中のテルルの含有量によっては、例えばｎ≧２の屈折率が可能である。

好ましい一実施形態においては、マトリックス材料としてリン−テルル・ガラス（phospho-tellurite glass）が使用される。マトリックス材料として銀−リン−テルル・ガラス（silver phospho-tellurite glass）が使用されることが、特に好ましい。この場合、本部品の目的の用途に応じて、マトリックス材料の個々の成分の組成を変えることができる。

例えばリン−テルル・ガラスから作製されるマトリックス材料の組成は、例えば特許文献５から当業者に公知であり、この文書の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれている。

これに代えて、銀−リン−テルル・ガラスから作製されるマトリックス材料が使用されるとき、銀を、完全に、または部分的に、例えばアルカリ金属材料またはアルカリ土類金属材料に置き換えることができる。さらには、マトリックス材料のリンを、完全に、または部分的に、当業者に公知である別のガラス形成剤（例えば、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＷＯ_３、ＭｏＯ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｍｎ_２Ｏ_７、ＰｂＯのうちの少なくとも１種類）に置き換えることができる。同様に、マトリックス材料の酸化テルルの一部を別のガラス形成剤に置き換えることが可能である。マトリックス材料は、ＲｏＨＳ準拠であり、Ｐｂ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｕ、Ｔｍを含んでいないことが好ましい。

さらなる好ましい実施形態においては、マトリックス材料は、半導体チップによって放出される放射線の少なくとも一部分に対して透過性である。半導体チップによって放出される放射線の波長域において、マトリックス材料は、好ましくは６０％以上、特に好ましくは８０％以上、好ましくは９５％以上の透過性を示すことが好ましい。

さらなる好ましい実施形態においては、マトリックス材料は、酸化ホウ素もしくは酸化ゲルマニウムまたはその両方を含んでいない。

酸化ホウ素および酸化ゲルマニウムの少なくとも一方を含んでいるマトリックス材料は、不利な傾向として、偏析挙動（segregation behaviour）に起因して結晶化し、これにより、変換要素は透過特性をもはや示さない。このことは、酸化ホウ素および酸化ゲルマニウムを含んでいないマトリックス材料によって対処することができ、これは有利である。偏析挙動は、例えば、ＴｅＯ_２およびＰ_２Ｏ_５の溶融した組合せ（melt combination）（したがってリン−テルル・ガラス）によって打ち消される。リン酸塩ガラスおよびテルライトガラスは、バルク状態において比較的類似する鎖状構造要素を含んでおり、これによりほぼ一様な構造を達成できることにより、特に、良好な混和性が達成される。

さらなる好ましい実施形態においては、マトリックス材料は、マトリックス材料の屈折率を高める少なくとも１種類の追加の要素を含んでいる。例えば、当業者に公知である、屈折率を高める化合物（例えばＬａ_２Ｏ_３）を、ガラスに加えることができる。

さらなる実施形態においては、マトリックス材料、特に、テルル含有ガラスは、鉛を含んでいない。

さらなる好ましい発展形態においては、マトリックス材料は、放射線吸収特性を示す少なくとも１種類のさらなる追加成分を含んでいる。このさらなる追加成分は、波長域λ≦３８０ｎｍの放射線、好ましくは波長域λ≦４００ｎｍの放射線、特に好ましくは波長域λ≦４２０ｎｍの放射線を吸収することが好ましい。さらなる追加成分は、上記の波長域の波長の２０％、好ましくは４０％、特に好ましくは６０％を吸収することが好ましい。この成分は、変換要素の上または変換要素の下の追加の層としてのさらなるマトリックス材料の中に配置することができる。追加の層は、例えば、ＵＶフィルタとして作用する成分を含んでいる。

さらなる発展形態においては、マトリックス材料のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）は、最高で３５０℃、特に、≦３５０℃である。特に、マトリックス材料の熱膨張率は、最高で３５０℃のガラス転移温度（Ｔ_ｇ）において変化する。

さらなる好ましい発展形態においては、マトリックス材料は、低融点材料である。低融点材料とは、本出願においては、最高で３５０℃の温度で柔らかくなる材料であるものとする。これにより、最高で３５０℃において変換要素と半導体チップとの間に形成される接合性によって、変換要素を半導体チップに直接接合することが可能になり、このような温度では、半導体チップの放射線出口面の上に変換要素を形成するときに半導体チップが損傷せず、これは有利である。半導体チップとの電気的接触を形成するために使用されるボンディングワイヤ（例えば金のワイヤ）を、完全に、または部分的に、変換要素の中に埋め込むことができる。

さらなる好ましい実施形態においては、マトリックス材料または変換要素は、接着層の形をとる。低融点材料であるマトリックス材料を使用することで、例えば、さらなる変換要素、放射線成形要素（例：光学系またはレンズ）、またはカバーを、最高で３５０℃の温度において半導体チップに接着接合することができる。この場合、変換要素は、放射線変換特性と接着特性の両方を特徴とする。

さらなる好ましい発展形態においては、変換要素は、ウェハの形をとる（板状形とも称される）。変換要素は、ルミネセンス材料が埋め込まれたテルル含有ガラスのウェハであることが好ましい。

さらなる実施形態においては、変換要素は、半導体チップが埋め込まれたポッティング化合物の形をとる。この場合、変換要素は、半導体チップを完全に囲んでいることが好ましい。ポッティング化合物と半導体チップとの間には間隔が存在しないことが好ましく、ただし、ポッティング化合物と半導体チップとの間には製造工程において小さな空洞が生じたり異物（例えばホコリの粒子）が混入することがある。

さらなる好ましい発展形態においては、変換要素は、ビーム形成要素の形をとる。ビーム形成要素とは、本出願においては、半導体チップによって放出される放射線の放出方向を修正する、もしくは放出方向に影響を及ぼす、またはその両方である要素を意味するものと理解されたい。ビーム形成要素は、例えば、レンズ、光学系、または（例えば散乱粒子を含んだ）カバーを意味するものと理解されたい。ビーム形成要素は、意図的に成形することによって、またはマトリックス材料を加熱したときのマトリックス材料における表面張力によって、形成されることが好ましい。この目的には、マトリックス材料として低融点材料が適している。

半導体チップおよび変換要素を備えた放射線放出装置の製造方法であって、
− 半導体チップを形成するステップであって、半導体チップが、電磁放射線を生成するのに適している活性層と、放射線出口面とを備えている、半導体チップ形成ステップと、
− 半導体チップの放射線出口面の上に変換要素を形成するステップであって、変換要素が、テルル含有ガラスのマトリックス材料と、ルミネセンス材料とを備えている、変換要素形成ステップと、
を含んでいる、方法。

本方法の有利なさらなる発展形態は、本部品の有利なさらなる発展形態と同様にして創案され、逆も同様である。本明細書に記載されている部品は、特に、本方法によって製造することができる。変換要素は、焼結法によって形成されることが好ましく、ルミネセンス材料とガラス粉末の混合物を焼結し、特に、空洞を最小にする目的で加圧する。この場合、ガラスの軟化点に近い温度を使用する。

さらなる好ましい実施形態においては、テルル含有ガラスから作製されるマトリックス材料の溶融液体（liquid melt）にルミネセンス材料を懸濁させ、この溶融液体を、半導体チップの放射線出口面に噴霧して変換要素を形成する。

さらなる好ましい発展形態においては、ルミネセンス材料と、オプションとしてさらなる要素とを含んだ所定の厚さの層を、ガラス基板上に形成することができ、次いで、ガラスの軟化点に近い温度において焼結を行う。

さらなる好ましい発展形態においては、ルミネセンス材料の粒子のルミネセンス材料層を、半導体チップの放射線出口面の上に塗布し、次いで、ルミネセンス材料の粒子の間の空間に、テルル含有ガラスを気相から堆積させる。

さらなる好ましい発展形態においては、マトリックス材料の薄層をチップの上に直接形成する、または、３５０℃以上の比較的高い温度において個別のウェハを形成する。この温度においては、ガラスの粘度は、１０^７．６ｄＰａ・ｓ≧η≧１０^−２ｄＰａ・ｓ、特に、１０^４ｄＰａ・ｓ≧η≧１０^−２ｄＰａ・ｓ、理想的には１０^２ｄＰａ・ｓ≧η≧１０^−２ｄＰａ・ｓ、であることが好ましい。このようにすることで、わずかな気泡のみが含まれる極めて密なガラス層が形成される。次いで、当業者に公知の方法を使用して、この層をルミネセンス材料（例：ＹＡＧ：Ｃｅ）によってコーティングする。次いで、３５０℃以下の低い温度において、ルミネセンス材料の粒子をガラス中に沈める。言い換えれば、ルミネセンス材料によってコーティングされたマトリックス材料を、ガラスがわずかに軟化する程度まで加熱し、これによりルミネセンス材料がガラス層の中に沈み、ガラス層によって囲まれる。沈める温度は、好ましくは、室温≦沈める温度≦ガラスの半球温度（hemisphere temperature）、より良好には、ガラスのＴｇ≦沈める温度≦ガラスの半球温度、より良好には、ガラスの軟化温度≦沈める温度≦ガラスの半球温度である。沈める方法の利点として、必要な温度が低く、この工程によってルミネセンス材料が損傷しない。例えば、マトリックス材料が低融点材料である場合、沈める温度は３５０℃以下である。

個別のウェハの場合、チップの上にウェハを配置した後にルミネセンス材料を沈めることで、沈み工程時に同時にウェハをチップに接着接合することが可能である。この場合、ルミネセンス材料によってコーティングされた面は、チップ面の側または反対側とすることができる。同一または異なるルミネセンス材料によって両面をコーティングする、および端面をコーティングすることも可能である。

沈める方法では、例えば、放出角度に対するモジュールの色位置（colour location）の均一性を改善する目的で、ルミネセンス材料を意図的に不均一に塗布することもできる。白色ＬＥＤにおいてしばしば発生する「黄色リング」現象は、例えば、ルミネセンス材料を水平または横方向に意図的に不均一に塗布することによって低減することができる。マトリックス材料（例えばガラス層）の厚さは、好ましくは２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、特に５０μｍ以下、ただし少なくとも、最大のルミネセンス材料粒子の直径以上である。

ガラス中にルミネセンス材料を埋め込む方法は、例えば、特許文献６から当業者に公知であり、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。

本部品および本方法のさらなる特徴、利点、好ましい発展形態、および有利な態様は、図１〜図７を参照しながら以下に説明する例示的な実施形態によって明らかになるであろう。

本発明による部品の例示的な実施形態の概略断面図を示している。 本発明による部品の例示的な実施形態の概略断面図を示している。 本発明による部品の例示的な実施形態の概略断面図を示している。 本発明による部品の例示的な実施形態の概略断面図を示している。 本発明による部品の例示的な実施形態の概略断面図を示している。 本発明による部品の例示的な実施形態の概略断面図を示している。 本発明による部品の例示的な実施形態の概略断面図を示している。

同一の要素または機能が同じである要素には、同じ参照数字を付してある。図に示した要素と、要素間のサイズの比率は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。

図１は、半導体チップ１および変換要素２を備えた放射線放出装置１０を示している。

放射線放出装置とは、動作時に放射線を放出するのに適している部品を実質的に意味するものと理解されたい。特に、このような部品において、動作時における放射線の放出は、部品の電気的接触を形成することによって達成される。

半導体チップ１は、ＬＥＤチップ（ＬＥＤ：発光ダイオード）であることが好ましい。半導体チップ１は、薄膜ＬＥＤであることが好ましい。薄膜ＬＥＤにおいては、半導体チップ１の積層体が上に形成された（特に、堆積した）製造基板が、部分的または完全に除去されている。

半導体チップ１は、電磁放射線を生成するのに適している活性層を備えている。半導体チップ１の活性層は、放射線を生成するためのｐｎ接合、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）、または多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を備えている。この場合、用語「量子井戸構造」は、量子化の次元に関して何らかの指定を行うものではない。したがって、量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せが含まれる。

半導体チップ１は、窒化物化合物半導体、リン化物化合物半導体、またはヒ化物化合物半導体をベースとしていることが好ましい。窒化物化合物半導体、リン化物化合物半導体、またはヒ化物化合物半導体をベースとしているとは、本明細書においては、活性エピタキシャル積層体またはその少なくとも１層が、組成Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ、組成Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、または組成Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ａｓ（いずれの場合も０≦ｘ、ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を有するＩＩＩ／Ｖ族半導体材料を含んでいることを意味する。

半導体チップ１は、放射線出口面１１を備えている。放射線出口面１１は、半導体チップ１の主面によって形成されていることが好ましい。主面とは、例えば、半導体チップ１の上面を意味するものと理解されたい。

半導体チップ１の放射線出口面１１には、活性層において生成される放射線の取り出しを改善する手段（図示していない）を設けることができる。取り出しを改善する手段とは、本質的には、表面のパターニングを意味するもの理解されたい。特に、マイクロプリズム・パターニングによって、または放射線出口面１１の粗さを増大させることによって、光の取り出しを改善することができる。例えば、放射線出口面１１を粗面化すると、結果として不規則な表面が形成され、これにより部品からの光の取り出しが改善されることで、半導体チップ１の効率が高まり、これは有利である。

半導体チップ１の放射線出口面１１には変換要素２が配置されている。変換要素２は、半導体チップ１の放射線出口面１１に直接配置されていることが好ましい。特に、変換要素２は放射線出口面１１に固定されており、特に、放射線出口面１１の表面形状に密着して機械的に接合されている。変換要素２は、半導体チップ１の放射線出口面１１の少なくとも一部分を覆っていることが好ましい。変換要素２は、半導体チップ１の放射線出口面１１を完全に覆っていることが特に好ましい。

変換要素２は、テルル含有ガラスから作製されているマトリックス材料２ａと、ルミネセンス材料２ｂとを備えている。ルミネセンス材料２ｂは、マトリックス材料２ａの中に実質的に均一に分布していることが好ましい。このようにすることで、本部品によって放出される放射線の放出角度に対する色の不均一性が減少し、結果として、本部品によって放出される放射線の放出パターンが均一になり、これは有利である。

半導体チップ１は、波長λ_０の一次放射線を放出することが好ましい。変換要素２の中のルミネセンス材料２ｂは、波長λ_０の放射線の少なくとも一部分を吸収し、別の波長の二次放射線を放出することが好ましい。このようにして、半導体チップ１からの一次放射線と、ルミネセンス材料２ｂからの二次放射線の両方を含んだ混合放射線を放出する部品を得ることができる。

半導体チップ１の放射線出口面１１に配置されている変換要素２によって、半導体チップ２によって放出される放射線の色位置を修正する、特に、意図的に調整することが可能である。色位置とは、本質的には、部品によって放出される放射線の、ＣＩＥ色空間における色を記述する数値を意味するものと理解されたい。

ルミネセンス材料２ｂを意図的に選択することによって、半導体チップ１によって放出される放射線の色位置を、意図的に補正することができ、結果として、装置１０によって放出される放射線の所望の色位置が得られ、これは有利である。

変換要素２は、２種類以上のルミネセンス材料２ｂを含んでいることができる。２種類以上のルミネセンス材料２ｂを使用することによって、部品によって放出される放射線の色位置を正確に選択することができ、したがって特に、部品によって放出される混合放射線の所望の色位置を意図的に達成することが可能になる。部品によって放出される混合放射線は、色空間の白色領域に位置することが好ましい。

このような変換要素において使用することのできる適切なルミネセンス材料は、特許文献３および特許文献４から当業者に公知であり、この点に関するこれらの文書の内容は、参照によって本明細書に組み込まれている。

変換要素２のマトリックス材料２ａは、テルル含有ガラスを含んでいることが好ましい。マトリックス材料は、少なくとも４０重量％の酸化テルル、好ましくは少なくとも７５重量％の酸化テルル、特に好ましくは少なくとも９０重量％の酸化テルルを含んでいることが好ましい。

ガラスのマトリックス材料２ａは、従来使用されているシリコーンのマトリックス材料と比較して、高い熱伝導率を示し、これは有利である。マトリックス材料の熱伝導率が高いことで、動作時に発生する熱をマトリックス材料によってルミネセンス材料２ｂから意図的に放散させることができるため、動作時におけるルミネセンス材料２ｂの温度上昇を低減することができ、これは有利である。動作時、ルミネセンス材料は高い効率を示し、これにより部品の効率が向上し、これは有利である。

マトリックス材料２ａとしてはテルル含有ガラスを使用することが好ましく、なぜなら屈折率が高いためである。このようにして、特に、マトリックス材料２ａの屈折率が高いことを特徴とする変換要素２を得ることができる。このようにして、マトリックス材料中のテルルの含有量によっては、ｎ≧２の屈折率が可能である。

マトリックス材料２ａは、リン−テルル・ガラスを含んでいることが好ましい。マトリックス材料２ａは、銀−リン−テルル・ガラスを含んでいることが特に好ましい。この場合、変換要素の個々の成分の組成は、さまざまな割合とすることができる。さらには、銀を、完全に、または一部分を、例えばアルカリ金属材料またはアルカリ土類金属材料に置き換える、もしくは、リンを、完全に、または部分的に、当業者に公知である別のガラス形成剤（例えば、ＳｂＯ₂またはＳｉＯ_２）に置き換える、またはこれらの両方を行うことができる。これに代えて、テルル酸化物の一部分を別のガラス形成剤に置き換えることが可能である。

マトリックス材料２ａは、半導体チップ１によって放出される放射線に対して透過性であることが好ましい。マトリックス材料２ａは、酸化ホウ素および酸化ゲルマニウムを含んでいないことが好ましい。

酸化ホウ素および酸化ゲルマニウムの少なくとも一方を含んでいるマトリックス材料２ａは、不利な傾向として、偏析挙動に起因して結晶化し、これにより、変換要素２ａは透過特性をもはや示さない。このことは、酸化ホウ素および酸化ゲルマニウムを含んでいないマトリックス材料によって対処することができ、これは有利である。

マトリックス材料２ａは、鉛を含んでいないことが好ましい。

マトリックス材料２ａは、低融点材料、特に、低融点のテルル含有ガラスであることが好ましい。結果として、装置１０の製造時、変換要素２を半導体チップ１の放射線出口面１１の表面形状に密着するように直接接合することができる。ルミネセンス材料が含まれているマトリックス材料は低い温度において柔らかくなり、最高でも３５０℃において変換要素２と半導体チップ１との間の接合が形成される。結果として、チップ上に変換要素を形成する工程において、半導体チップの損傷を回避することができる。この場合、ボンディングワイヤ（例えば半導体チップ２の電気的接触を形成するのに使用される）を、完全に、または一部分を変換要素２に埋め込むこともできる。

図１の例示的な実施形態においては、変換要素２はウェハの形である。変換要素２の厚さは、好ましくは１μｍ〜２００μｍの範囲内、より良好には５μｍ〜１００μｍの範囲内、好ましくは１０μｍ〜５０μｍの範囲内、好ましくは２５μｍ〜３０μｍの範囲内、理想的には実質的に３０μｍであることが好ましい。

ウェハの形の変換要素２は、半導体チップ１の放射線出口面１１の少なくとも８０％を覆っていることが有利である。ウェハの形の変換要素２の範囲は、変換要素１の範囲に基づいて設計されていることが好ましい。変換要素２のベース領域（base area）は、半導体チップ１のベース領域と同じである、またはほぼ同じであることが好ましい。

ルミネセンス材料２ｂは、溶融工程もしくは焼結工程またはその両方によって、マトリックス材料２ａに埋め込まれていることが好ましい。例えば、ルミネセンス材料２ｂをマトリックス材料２ａの中に懸濁させ、スクリーン印刷を行う。ルミネセンス材料をマトリックス材料に（特にガラスに）埋め込む方法は、例えば、特許文献６から当業者に公知であり、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。

図１の例示的な実施形態による放射線放出装置を製造する方法であって、例えば、
− 半導体チップ１を形成するステップであって、半導体チップが活性層および放射線出口面１１を備えている、半導体チップ形成ステップと、
− 放射線出口面１１の上に変換要素２を形成するステップであって、変換要素２が、テルル含有ガラスのマトリックス材料２ａと、好ましくはマトリックス材料２ａに埋め込まれているルミネセンス材料２ｂと、を備えている、変換要素形成ステップと、
を含んでいる、方法。

図２の例示的な実施形態は、図１の例示的な実施形態と異なる点として、変換要素２がビーム形成要素の形をとっている。特に、変換要素２は凸レンズの形状を有する。したがって、変換要素２は、すでに一体型レンズの形をとっており、この場合にレンズは、例えば、意図的に成形することによって、または変換要素２を加熱したときのガラスの表面張力によって、形成することができる。

半導体チップ１によって放出される放射線は、レンズまたはビーム形成要素として成形された変換要素２によって、意図的に導くことができる。このようにすることで、特に、半導体チップ１によって放出される放射線の放出角度を、意図的に修正する、もしくは補正する、またはその両方を行うことができる。このようにすることで、変換要素２は、特に、本部品によって放出される放射線の放出パターンおよび方向性、ならびに色位置に影響を及ぼす。特に、色位置は、変換要素２に埋め込まれているルミネセンス材料２ｂによって意図的に修正され、放出パターンおよび方向性は、変換要素２の形状の影響を受ける。

さらには、図２の例示的な実施形態の変換要素は、図１の例示的な実施形態とは異なり、追加の要素２ｃを含んでおり、この要素２ｃも同様に変換要素２のマトリックス材料２ａの中に好ましくは均一に埋め込まれて分布している。追加の要素２ｃは、マトリックス材料２ａの屈折率を高めることが好ましい。マトリックス材料２ａに加えられる、屈折率を高める要素は、例えばＬａ_２Ｏ_３である。

それ以外に関しては、図２の例示的な実施形態は、図１の例示的な実施形態と実質的に同一である。

図３は、半導体チップ１および変換要素２を備えた装置１０の、さらなる例示的な実施形態を示している。図３の変換要素２は、図１に示した例示的な実施形態とは異なり、ポッティング化合物によって形成されており、ポッティング化合物に半導体チップ１が埋め込まれている。特に、半導体チップ１は、変換要素２によって完全に囲まれていることが有利である。固定面（放射線出口面１１とは反対側の半導体チップ１の面であることが好ましい）のみ、変換要素２が存在していない。結果として、装置１０を、例えばキャリア、回路基板、またはプリント基板（ＰＣＢ）上に配置して電気的かつ機械的に結合することができる。

図１に示した例示的な実施形態とは異なり、図３の例示的な実施形態においては、変換要素２の下流に追加の層３が配置されており、この追加の層３は、均一に埋め込まれた成分を備えていることが好ましい。追加の層３における成分の分布は、実質的に均一であることが好ましい。この成分は、放射線吸収特性を示すことが好ましい。この成分は、波長域λ≦３８０ｎｍの放射線、好ましくは波長域λ≦４００ｎｍの放射線、理想的には波長域λ≦４２０ｎｍの放射線を吸収することが特に好ましい。このようにすることで、放射線放出装置１０の有機要素（例えばプラスチックのハウジング）を、短い波長の放射線、および結果としての損傷（例えば変色）から、保護することができる。

それ以外に関しては、図３の例示的な実施形態は、図１の例示的な実施形態と実質的に同一である。

図４は、放射線放出装置１０のさらなる例示的な実施形態を示しており、図３に示した例示的な実施形態とは異なり、ポッティング化合物の形をとる変換要素２を備えており、さらに、ポッティング化合物はビーム形成要素の形をとっている。特に、ポッティング化合物２は、凸レンズの形状を有する。このようにすることで、半導体チップ１によって放出される放射線を、その放出パターンおよび方向性に関して意図的に修正または補正することができる。

さらに、変換要素２のマトリックス材料２ａには、ルミネセンス材料２ｂと、追加の要素２ｃ（マトリックス材料２ａの屈折率を高める）が埋め込まれている。マトリックス材料２ａに埋め込まれている成分は、マトリックス材料２ａの中に実質的に均一に分布していることが好ましい。

放射線吸収特性を示す成分を含んでいる追加の層３は、変換要素２の下流に配置されていることが好ましい。追加の層３は、ポッティング化合物の形をとることが好ましく、この場合、ポッティング化合物は、変換要素２と同様にさらなるビーム形成要素の形をとる。

それ以外に関しては、図４の例示的な実施形態は、図３の例示的な実施形態と実質的に同一である。

図５の例示的な実施形態においては、図３に示した例示的な実施形態とは異なり、変換要素２の上にビーム形成要素４が配置されている。したがってこの実施形態の場合、変換要素２自体はビーム形成要素の形をとらず、代わりに追加のビーム形成要素４が使用されている。ビーム形成要素４は、特に、半導体チップ１とは反対側の変換要素２の面に配置されている。したがって、ビーム形成要素４は、半導体チップ１の放射線出口面１１に配置されている。ビーム形成要素４は、光学系、レンズ、カバーのうちの少なくとも１つであることが好ましい。

ビーム形成要素４は、例えば変換要素２によって、半導体チップ１に接着接合することができる。この場合、変換要素２が低融点ガラスを含んでいることが好ましく、マトリックス材料２ａを加熱したとき、ビーム形成要素４を変換要素２の表面形状に密着するように機械的に接合することができる。

このようにすることで、半導体チップ１を、マトリックス材料２およびビーム形成要素４の表面形状に密着するように接合することができる。この実施形態の場合、変換要素２ａが接着層として使用されており、したがって追加の接着層が要求されず、これは有利である。

さらに、ビーム形成要素４は、例えばガラス、ガラス質セラミック、またはセラミックから作製されるマトリックス材料を備えたさらなる変換要素とすることができる。このさらなる変換要素は、半導体チップによって放出される、１つの波長の放射線を、別の波長の放射線に変換するのに適しているルミネセンス材料を備えていることができる。このようにすることで、混合放射線を放出する部品を得ることができ、この場合、混合放射線は少なくとも３つの異なる波長域、すなわち、半導体チップ１によって放出される放射線の波長域と、変換要素２によって変換された放射線の波長域と、さらなる変換要素によって変換された放射線の波長域、からなる。

それ以外に関しては、図５の例示的な実施形態は、図３の例示的な実施形態と実質的に同一である。

図６の例示的な実施形態においては、図１に示した例示的な実施形態とは異なり、変換要素２が多層要素の形をとっている。変換要素２は、第１の層２１および第２の層２２を備えていることが好ましい。第１の層２１は、接着層の形をとることが好ましい。例えば、第１の層２１は、ルミネセンス材料が埋め込まれていないマトリックス材料を備えている。第２の層２２は、マトリックス材料２ａと、その中に埋め込まれているルミネセンス材料２ｂとを備えていることが好ましい。これに代えて、第２の層２２は、外側の変換要素（例えばルミネセンス材料を有するガラス質セラミック）とすることもできる。

第２の層２２を第１の層２１によって半導体チップ１に接着接合することができる。この場合、第２の層２２は低融点ガラスを含んでいることが好ましく、第２の層２２を加熱したとき、第１の層２１を半導体チップ１の表面形状に密着するように機械的に接合することができる。

それ以外に関しては、図６の例示的な実施形態は、図１の例示的な実施形態と実質的に同一である。

図７の例示的な実施形態においては、図１に示した例示的な実施形態とは異なり、変換要素２と半導体チップ１との間に間隔が配置されており、変換要素２と半導体チップ１との間に空間５が形成されている。空間５の中には、気体（例えば空気）が配置されていることが好ましい。

半導体チップ１および変換要素２は、例えばキャリア６の上に配置されている。この場合、変換要素２は、隔置された状態で半導体チップ１を囲んでいることができる。これに代えて、半導体チップ１をハウジング（図示していない）の中に配置することができ、この場合、例えばハウジングの領域が変換要素２の座面（bearing surface）の役割を果たし、このようにして、変換要素２と半導体チップ１との間の間隔を達成することができる。

それ以外に関しては、図７の例示的な実施形態は、図１の例示的な実施形態と実質的に同一である。

ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に制限されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。

Claims (15)

1. 半導体チップ（１）および変換要素（２）を備えた放射線放出装置（１０）であって、
   前記半導体チップ（１）が、電磁放射線を生成するのに適している活性層と、放射線出口面（１１）と、を備えており、
   前記変換要素（２）が、マトリックス材料（２ａ）およびルミネセンス材料（２ｂ）を備えており、前記マトリックス材料（２ａ）が、少なくとも４０重量％の酸化テルルを含んでおり、三酸化ホウ素もしくは酸化ゲルマニウムまたはその両方を含んでおらず、
   前記変換要素（２）が、前記半導体チップ（１）の前記放射線出口面（１１）の下流に配置されている、
   放射線放出装置。
2. 前記変換要素（２）が、前記半導体チップ（１）の前記放射線出口面（１１）に直接配置されている、
   請求項１に記載の放射線放出装置。
3. 前記変換要素（２）と、前記半導体チップ（１）の前記放射線出口面（１１）との間に、間隔が配置されている、
   請求項１に記載の放射線放出装置。
4. 前記マトリックス材料（２ａ）が、少なくとも７５重量％の酸化テルルを含んでいる、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線放出装置。
5. 前記マトリックス材料（２ａ）が、リン−テルルもしくは銀−リン−テルルまたはその両方を含んでいる、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の放射線放出装置。
6. 前記マトリックス材料（２ａ）が、前記マトリックス材料（２ａ）の屈折率を増大させる少なくとも１種類の追加の要素（２ｃ）を備えている、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載の放射線放出装置。
7. 前記マトリックス材料（２ａ）が、２より大きい屈折率（ｎ）を示す、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載の放射線放出装置。
8. 放射線吸収特性を示す少なくとも１層の追加の層（３）が、前記変換要素（２）の下流に配置されている、
   請求項１から請求項７のいずれかに記載の放射線放出装置。
9. 前記マトリックス材料（２ａ）の軟化温度が３５０℃以下である、
   請求項１から請求項８のいずれかに記載の放射線放出装置。
10. 前記変換要素（２）または前記マトリックス材料が接着層の形をとる、
    請求項１から請求項９のいずれかに記載の放射線放出装置。
11. 前記変換要素（２）がウェハの形をとる、または、前記変換要素（２）が、前記半導体チップ（１）が埋め込まれたポッティング化合物によって形成されている、
    請求項１から請求項１０のいずれかに記載の放射線放出装置。
12. 前記変換要素（２）がビーム形成要素の形をとる、
    請求項１から請求項１１のいずれかに記載の放射線放出装置。
13. 放射線放出装置（１０）の製造方法であって、
    電磁放射線を生成するのに適している活性層と、放射線出口面（１１）とを備えている、半導体チップ（１）を形成するステップと、
    前記半導体チップ（１）の前記放射線出口面（１１）の上に変換要素（２）を形成するステップであって、前記変換要素が、マトリックス材料（２ａ）およびルミネセンス材料（２ｂ）を備えており、前記マトリックス材料（２ａ）が、少なくとも４０重量％の酸化テルルを含んでおり、三酸化ホウ素もしくは酸化ゲルマニウムまたはその両方を含んでいない、前記変換要素形成ステップと、
    を含んでいる、放射線放出装置の製造方法。
14. 前記変換要素形成ステップが、
    前記半導体チップ（１）の前記放射線出口面（１１）の上に前記マトリックス材料（２ａ）を直接塗布し、次いで、前記マトリックス材料（２ａ）を前記ルミネセンス材料（２ｂ）によってコーティングするステップであって、前記ルミネセンス材料（２ｂ）が前記マトリックス材料（２ａ）の中に沈む、前記ステップ、
    を含んでいる、請求項１３に記載の放射線放出装置の製造方法。
15. 均一な放出パターンが得られるように、前記マトリックス材料（２ａ）が前記ルミネセンス材料（２ｂ）によって意図的に不均一にコーティングされる、
    請求項１４に記載の放射線放出装置の製造方法。

Images