專利名稱：具有半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件的發(fā)射輻射的器件和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件的發(fā)射輻射的器件。此外，本發(fā)明涉及一種用于制造發(fā)射輻射的器件的方法。
背景技術(shù)：
具有轉(zhuǎn)換元件的發(fā)射輻射的器件例如從參考文獻(xiàn)WO 97/50132中已知。所述器件包含在工作中發(fā)射光(初級光)的半導(dǎo)體本體和具有發(fā)光材料的轉(zhuǎn)換元件，所述發(fā)光材料將 初級光的一部分轉(zhuǎn)換到另一波長范圍內(nèi)(次級光)。由這種半導(dǎo)體器件發(fā)射的光的色彩印象通過由初級光和次級光組成的相加的色彩混合來得出。轉(zhuǎn)換元件能夠以不同的方式設(shè)置在半導(dǎo)體本體下游。例如，轉(zhuǎn)換元件由包圍半導(dǎo)體本體的澆注材料制成，發(fā)光材料嵌入到所述澆注材料中。此外已知的是，具有至少一種發(fā)光材料的轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在半導(dǎo)體本體下游。在此，以傳統(tǒng)的方式應(yīng)用轉(zhuǎn)換元件，其具有硅樹脂作為基體材料，其中將發(fā)光材料引入到基體材料中。在此，轉(zhuǎn)換元件借助于例如有機(jī)粘結(jié)劑的增附層固定在半導(dǎo)體芯片的表面上。然而，硅樹脂具有差的導(dǎo)熱性，這能夠?qū)е掳l(fā)光材料在器件工作時變熱，由此器件的效率不利地受到損失。此外，從參考文獻(xiàn)US 2009/0309125中已知一種用于發(fā)光裝置的玻璃封裝件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種發(fā)射輻射的器件，所述器件的特征在于，通過基體材料將在器件工作中產(chǎn)生的熱量的更好地散熱、由此改進(jìn)器件效率和同時具有高的基體材料折射率。這些目的通過具有權(quán)利要求I的特征的發(fā)射輻射的器件并且通過具有權(quán)利要求15的特征的用于所述器件的制造的方法來實現(xiàn)。所述器件和方法的有利改進(jìn)形式是從屬權(quán)利要求的主題。根據(jù)本發(fā)明提出一種發(fā)射輻射的器件，其具有半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件。半導(dǎo)體芯片包括適合于產(chǎn)生電磁福射的有源層和福射出射面。轉(zhuǎn)換兀件包括發(fā)光材料和由含締玻璃制成的基體材料。轉(zhuǎn)換元件設(shè)置在半導(dǎo)體芯片的輻射出射面下游。優(yōu)選地，通過半導(dǎo)體芯片的主面形成出射面。尤其優(yōu)選的是，轉(zhuǎn)換元件至少施加在半導(dǎo)體芯片的所述主面上。優(yōu)選地，半導(dǎo)體芯片是LED芯片，所述LED芯片具有由多個不同的層組成的層序列，所述層序列包含有源層。有源層優(yōu)選在器件工作中發(fā)射至少一種輻射，例如紫外、藍(lán)色或者綠色的輻射。有源層例如能夠具有Pn結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu)(SQW結(jié)構(gòu))或者多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW結(jié)構(gòu))。這種結(jié)構(gòu)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的并且因此關(guān)于此點不詳細(xì)進(jìn)行闡述。半導(dǎo)體芯片優(yōu)選基于氮化物化合物半導(dǎo)體、磷化物化合物半導(dǎo)體和/或砷化物化合物半導(dǎo)體。這在當(dāng)前的上下文中表示有源外延層序列或者其中至少一層包括氮化物、磷化物和/或砷化物的III/V族化合物材料。在此，化合物材料能夠具有一種或多種摻雜材料以及附加的組分，所述組分基本上沒有改變化合物材料的表征的物理特性。優(yōu)選地，半導(dǎo)體芯片發(fā)射具有波長的初級輻射。優(yōu)選地，大部分由半導(dǎo)體芯片發(fā)射的輻射穿過輻射出射面從半導(dǎo)體芯片中射出。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換元件在輻射方向上設(shè)置在半導(dǎo)體芯片下游，所述轉(zhuǎn)換元件包含至少一種發(fā)光材料，所述發(fā)光材料在借助波長、0進(jìn)行激發(fā)時發(fā)射另一波長的次級輻射。因此，尤其優(yōu)選的是器件發(fā)射混合輻射，所述混合輻射包含半導(dǎo)體芯片的初級輻射和轉(zhuǎn)換元件的次級輻射。
適合的發(fā)光材料對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可從參考文獻(xiàn)W098/12757和參考文獻(xiàn)WO 01/65613 Al中已知，其公開內(nèi)容分別就此而言通過引用合并于此。在一個實施形式中，轉(zhuǎn)換元件直接地設(shè)置在半導(dǎo)體芯片的輻射出射面上。因此，在半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件之間不存在間隔。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換元件固定在半導(dǎo)體芯片的輻射出射面上。因此，轉(zhuǎn)換元件直接地固定在半導(dǎo)體芯片的主面上，其中在轉(zhuǎn)換元件和半導(dǎo)體芯片之間未設(shè)有間隔和/或其他層或者材料。直接地設(shè)置在例如兩個層之間在本申請的范圍內(nèi)理解為下述設(shè)置其中層直接彼此鄰接地設(shè)置或者固定，其中不需要考慮由制造所決定的少量的空氣夾雜物或者異物夾雜物，例如灰塵夾雜物。在另一實施形式中，在轉(zhuǎn)換元件和半導(dǎo)體芯片的輻射出射面之間設(shè)有間隔。優(yōu)選地，在轉(zhuǎn)換元件和輻射出射面之間構(gòu)造有具有例如空氣的氣體的間隙。在另一實施形式中，在芯片表面和基體之間設(shè)置有特意引入的中間層，由此形成一定間隔。中間層為0 i! m和10 i! m之間厚，優(yōu)選為在原子層厚和0. 5 i! m之間，理想地在Inm和IOOnm之間。中間層例如能夠以防反射的方式作用為阻擋層或者濾光器。在防反射的中間層中，折射率位于芯片和基體的折射率之間。轉(zhuǎn)換元件的基體材料優(yōu)選為含締玻璃。優(yōu)選地,基體材料包括至少40重量％的締氧化物(TeO2)15尤其優(yōu)選的是，基體材料包括至少75重量％的碲氧化物。在尤其優(yōu)選的實施形式中，基體材料包括至少90重量％的碲氧化物。例如，基體材料由TeO2組成，發(fā)光材料嵌入在所述基體材料中。替選地，基體材料具有超過75重量％的TeO2和9重量％至24重量％的ZnO。轉(zhuǎn)換元件的發(fā)光材料嵌入在由含碲玻璃制成的基體材料中。玻璃有利地具有與傳統(tǒng)使用的硅樹脂相比改進(jìn)的導(dǎo)熱性，由此，借助于基體材料有利地提高在工作中形成的熱量的散熱。由此，在工作中形成的熱量、尤其在轉(zhuǎn)換元件中的發(fā)光材料在工作中出現(xiàn)的變熱有效地經(jīng)由基體材料引出，由此有利地提高發(fā)光材料的效率并且由此提高器件的效率。此外有利的是，含碲玻璃的特征在于高折射的特性，使得這種轉(zhuǎn)換元件、尤其是基體材料的特征在于高的折射率。因此，例如在與玻璃基體中的碲含量有關(guān)的情況下，折射率n彡2是可能的。
在一個優(yōu)選的實施形式中，將磷碲酸鹽玻璃用作基體材料。尤其優(yōu)選的是，將銀磷碲酸鹽用作基體材料。在此，根據(jù)器件所設(shè)計的應(yīng)用，基體材料的各個成分彼此間的組成是可變的。由例如磷碲酸鹽玻璃制成的基體材料的組成對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言例如從參考文獻(xiàn)DE 2222771A1中已知，其公開內(nèi)容在此明確地通過引用合并由于此。替選地，在由銀磷碲酸鹽玻璃制成的基體材料的應(yīng)用中，完全地或者部分地通過例如堿金屬材料或者堿土金屬材料代替銀。此外，基體材料中的磷可以完全地或者部分地通過其他本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的玻璃形成材料，例如Sb2O3和/或SiO2和/或WO3和/或MoO3和/或Bi2O3和/或Mn2O7和/或PbO來取代。同樣可能的是，基體材料的碲氧化物部分地通過其他玻璃形成材料來代替。優(yōu)選地，基體材料符合RoHS (關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令)并且沒有Pb、As、Cd、U、Tm。在另一優(yōu)選的實施形式中，基體材料對于由半導(dǎo)體芯片發(fā)射的輻射是至少部分透 明的。優(yōu)選地，基體材料在由半導(dǎo)體芯片發(fā)射的輻射的波長范圍內(nèi)具有大于60%的、尤其優(yōu)選大于80%的、優(yōu)選大于95%的透明度。在另一優(yōu)選的實施形式中，基體材料沒有三氧化二硼和/或鍺氧化物。具有包含在其中的硼氧化物和/或鍺氧化物的基體材料由于分解特性而不利地趨向于結(jié)晶，由此，轉(zhuǎn)換元件不再具有透明的特性。這能夠有利地通過沒有三氧化二硼和/或鍺氧化物的基體材料來抑制。例如，分解特性例如通過TeO2和P2O5的熔融物組合、即通過銀磷碲酸鹽玻璃來抑制。尤其通過銀磷碲酸鹽玻璃和碲酸鹽玻璃主要包含容積要求相對類似的鏈組分來實現(xiàn)良好的可混合性，由此能夠?qū)崿F(xiàn)近乎均勻的結(jié)構(gòu)。在另一優(yōu)選的實施形式中，基體材料包括至少一種附加的元件，所述元件提高基體材料的折射率。例如能夠?qū)τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員而言已知的提高折射率的化合物，例如La2O3添加給玻璃。在另一實施形式中，基體材料、尤其是含碲的玻璃是無鉛的。在另一優(yōu)選的實施形式中，基體材料包括至少一種其他附加成分，所述其他附加成分具有輻射吸收特性。優(yōu)選地，所述其他附加成分吸收在、< 380nm的波長范圍內(nèi)的輻射，優(yōu)選在、彡400nm波長范圍內(nèi)的輻射，尤其優(yōu)選在\彡420nm波長范圍內(nèi)的輻射。優(yōu)選地，所述其他附加成分吸收20%的、優(yōu)選40%的、尤其優(yōu)選60%的在所述波長范圍內(nèi)的輻射。所述成分能夠在另一基體材料中設(shè)置為在轉(zhuǎn)換元件之上的或在轉(zhuǎn)換元件旁邊的附加的層。例如，附加的層包括用作為UV濾光器的成分。在另一擴(kuò)展方案中，基體材料的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為最大350°C、尤其彡350°C。特別地，基體材料在最大350°C的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的情況下改變其熱膨脹。在另一優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，基體材料為低熔點材料。在本申請的范圍內(nèi)，下述材料視為低熔點材料所述材料在最大350°C溫度的情況下軟化。由此有利地實現(xiàn)，通過在最大350°C的情況下在轉(zhuǎn)換元件和半導(dǎo)體芯片之間進(jìn)行接合，轉(zhuǎn)換元件能夠直接地與半導(dǎo)體芯片連接，其中半導(dǎo)體芯在這種溫度的情況下并未在將轉(zhuǎn)換元件施加在半導(dǎo)體芯片的輻射出射面上時受到損壞。在此，能夠用于半導(dǎo)體芯片的電接觸的例如金線的接合線完全地或者部分地嵌入到轉(zhuǎn)換元件中。在另一優(yōu)選的實施形式中，基體材料或者轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成為增附層。例如，能夠通過以低熔點材料為特征的基體材料、其他轉(zhuǎn)換元件、例如光學(xué)裝置或者透鏡的輻射成形元件或者覆蓋件與半導(dǎo)體芯片在最大350°C的情況下粘接。因此，轉(zhuǎn)換元件在該情況下既以轉(zhuǎn)換輻射的特性為特征還以增附的特性為特征。在另一優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成為板形。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換元件為具有嵌入有發(fā)光材料的含締玻璃板。在另一實施形式中，轉(zhuǎn)換元件通過澆注材料形成，半導(dǎo)體芯片嵌入所述澆注材料中。在該情況下，轉(zhuǎn)換元件優(yōu)選完全地包圍半導(dǎo)體芯片。在澆注材料和半導(dǎo)體芯片之間優(yōu)選不存在間隔，其中，在此，能夠在澆注材料和半導(dǎo)體芯片之間出現(xiàn)少量的、由制造所決定的空氣夾雜物或者異物夾雜物，例如灰塵顆粒。在另一優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成為射束成形元件。在本申請的范圍內(nèi)，射束成形元件能夠理解成對由半導(dǎo)體芯片發(fā)射的輻射在其輻射方向上進(jìn)行改變和/或影響的元件。例如，具有例如包含的散射顆粒的覆蓋件、透鏡或者光學(xué)裝置能夠理解為射束成形 元件。射束成形元件優(yōu)選能夠通過在基體材料變熱時的適宜的造型或基體材料的表面張力來實現(xiàn)、形成。為此，低熔點的材料優(yōu)選適合作為基體材料。用于制造包括半導(dǎo)體芯片和轉(zhuǎn)換元件的發(fā)射輻射的元件的方法包括下述步驟-提供半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片包括適合于產(chǎn)生電磁輻射的有源層和輻射出射面，和-將轉(zhuǎn)換元件施加在半導(dǎo)體芯片的輻射出射面上，所述轉(zhuǎn)換元件包括發(fā)光材料和由含碲玻璃構(gòu)成的基體材料。類似于器件的有利改進(jìn)形式獲得該方法的有利的改進(jìn)形式并且反之亦然。特別的是，借助于該方法能夠制造在此描述的器件。優(yōu)選地，借助于燒結(jié)方法制造轉(zhuǎn)換元件，其中在此燒結(jié)、尤其擠壓發(fā)光材料和玻璃粉末的混合物，以便最少化空氣夾雜物。在此，應(yīng)用玻璃軟化點附近的溫度。在另一優(yōu)選的實施形式中，由具有懸浮于其中的發(fā)光材料的含締玻璃構(gòu)成基體材料的流體熔融物，其中接下來噴射流體熔融物，使得將轉(zhuǎn)換元件施加在半導(dǎo)體芯片的輻射出射面上。在另一優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，由發(fā)光材料和可選的另一單元在玻璃襯底上形成限定厚度的層，其中接下來以玻璃軟化溫度附近的溫度對所述層進(jìn)行燒結(jié)。在另一優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，將由發(fā)光材料顆粒構(gòu)成的發(fā)光材料層施加在半導(dǎo)體芯片的輻射出射面上，其中接下來將含碲玻璃從氣相沉積到在發(fā)光材料之間的間隙中。在另一優(yōu)選的實施形式中，在超過350°C的更高的溫度的情況下由基體材料直接在芯片上制造薄層或者制造單獨的板。玻璃在所述溫度的情況下優(yōu)選具有107 6dPas*s彡n彡l(T2dPas*s的粘性、尤其是104dPas*s彡n彡l(T2dPas*s的粘性、理想地為102dPas*s彡n彡10_2dPas*s的粘性。由此，產(chǎn)生極其緊湊并且氣泡很少的玻璃層。所述玻璃層接下來借助例如YAG:Ce的發(fā)光材料以對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言已知的方法覆層。接下來，發(fā)光材料顆粒在低于350°C的低的溫度的情況下沉入到玻璃層中。這就是說，因此，借助發(fā)光材料覆層的基體材料被加熱到高至使得玻璃僅稍微軟化并且發(fā)光材料沉入到玻璃層中并且由其包住。用于沉入的溫度優(yōu)選位于> 奶至<玻璃的半球材料，優(yōu)選>玻璃的Tg至<玻璃的半球材料、更好地>玻璃的軟化溫度至<玻璃的半球材料。沉入的優(yōu)點是，為此僅需要低的溫度并且由此沒有損壞發(fā)光材料。當(dāng)例如基體材料是低熔點材料時，用于沉入的溫度彡350°C。在單獨的板的情況下可能的是，將板在沉入之前定位在芯片上并且因此在沉入過程期間同時地與芯片粘接。在此，借助發(fā)光材料覆層的一側(cè)能夠朝向或者背離芯片表面。借助相同的或者不同的發(fā)光材料進(jìn)行雙側(cè)的覆層以及端面的覆層也是可能的。對于沉入方法而言，還能夠目的明確地、不均勻地施加發(fā)光材料，以便例如通過輻射角度改進(jìn)模塊的色度坐標(biāo)均勻性。因此，例如能夠?qū)⒃诎咨獿ED中經(jīng)常出現(xiàn)的、所謂的“黃環(huán)”通過在水平方向或者橫向方向上目的明確地、不均勻地施加發(fā)光材料來減弱。例如玻璃層的基體材料的厚度優(yōu)選小于或者等于200 u m、優(yōu)選小于或者等于100 u m、尤其小于或者等于50 u m，然而至少與最大的發(fā)光材料顆粒一樣大。用于將發(fā)光材料嵌入玻璃中的方法對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言例如從參考文獻(xiàn)DE102005023134 Al中已知，其公開內(nèi)容在此明確地通過引用結(jié)合到本申請中。


從下面結(jié)合圖I至5闡明的實施例中得出器件和方法的其他的特征、優(yōu)點、優(yōu)選的擴(kuò)展方案和適合性。圖I至7分別示出根據(jù)本發(fā)明的器件的實施例的示意橫截面。相同的或者起相同作用的組件分別設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。示出的組件以及組件彼此的大小比例不視為是按照尺寸的。
具體實施例方式圖I中示出發(fā)射輻射的器件10，所述器件包括半導(dǎo)體芯片I和轉(zhuǎn)換元件2。發(fā)射輻射的器件基本上理解成適合在工作中發(fā)射輻射的器件。特別地，在這種器件中借助于器件的電接觸而在工作中進(jìn)行輻射發(fā)射。半導(dǎo)體芯片I優(yōu)選為LED芯片(LED :發(fā)光二極管)。優(yōu)選地，半導(dǎo)體芯片I為薄膜LED。在薄膜LED中局部地或者完全地移除制造襯底，在所述制造襯底上制造、尤其是沉積用于半導(dǎo)體芯片I的層堆疊。半導(dǎo)體芯片I具有適合于產(chǎn)生電磁輻射的有源層。半導(dǎo)體芯片I的有源層具有pn結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu)(SQW)或者多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)以用于產(chǎn)生輻射。在此，術(shù)語量子阱結(jié)構(gòu)并不具有量子化的維度方面的含義。因此，所述有源層尤其包括量子槽、量子線和量子點以及這些結(jié)構(gòu)的任意組合。半導(dǎo)體芯片I優(yōu)選基于氮化物、磷化物或砷化物化合物半導(dǎo)體。基于氮化物、磷化物或砷化物化合物半導(dǎo)體在當(dāng)前的上下文中表示有源外延層序列或者其中至少一層包括具有組成InxGayAl^PUnxGayAl1IyN或InxGayAlmAs的III/V族半導(dǎo)體材料，其中分別地0 ^ x> y ^ I 和 x+y ^ I。半導(dǎo)體芯片I具有輻射出射面11。輻射出射面11優(yōu)選通過半導(dǎo)體芯片I的主面形成。主面例如能夠理解為半導(dǎo)體芯片I的上側(cè)。在半導(dǎo)體芯片I的輻射出射面11上優(yōu)選設(shè)有用于改進(jìn)在有源層中產(chǎn)生的輻射的率禹合輸出的機(jī)構(gòu)(沒有不出)。用于改進(jìn)I禹合輸出的機(jī)構(gòu)基本上能夠理解為表面結(jié)構(gòu)化部。特別地，通過輻射出射面11的粗糙度提高或者微棱鏡結(jié)構(gòu)化部實現(xiàn)改進(jìn)的光耦合輸出。如果例如對輻射出射面11進(jìn)行粗化，那么由此形成不規(guī)則的表面，所述表面改進(jìn)出自器件的光的耦合輸出，由此有利地提高半導(dǎo)體芯片I的效率。在半導(dǎo)體芯片I的輻射出射面11上設(shè)有轉(zhuǎn)換元件2。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換元件2直接地設(shè)置在半導(dǎo)體芯片I的輻射出射面11上。特別地，轉(zhuǎn)換元件2固定在輻射出射面11上，尤其與輻射出射面11機(jī)械地并且形狀接合地連接。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換元件2至少部分地掩蓋半導(dǎo)體芯片I的光出射面11。尤其優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換元件2完全地掩蓋半導(dǎo)體芯片I的輻射出射面11。轉(zhuǎn)換元件2包括發(fā)光材料2b和由含碲玻璃制成的基體材料2a。發(fā)光材料2b優(yōu)選基本上均勻地分布在基體材料2a中。由此，能夠通過由器件發(fā)射的輻射的輻射角度來降低顏色的不均勻性，由此有利地實現(xiàn)由器件發(fā)射的輻射的均勻的輻射特性。半導(dǎo)體芯片I優(yōu)選發(fā)射具有波長\ ^的初級輻射。在轉(zhuǎn)換元件2中的發(fā)光材料2b 優(yōu)選至少部分地吸收波長X ^的輻射并且發(fā)射另一波長的次級輻射。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射混合輻射的器件，所述混合輻射不僅包含半導(dǎo)體芯片I的初級輻射而且包含發(fā)光材料2b的次級輻射。通過在半導(dǎo)體芯片I的輻射出射面11上設(shè)置轉(zhuǎn)換元件2能夠變化由半導(dǎo)體芯片2發(fā)射的輻射的色度坐標(biāo)，尤其能夠目的明確地進(jìn)行調(diào)整。色度坐標(biāo)基本上理解為下述數(shù)值，所述數(shù)值在CIE (國際照明委員會)色彩空間中描述器件發(fā)射的輻射的顏色。通過目的明確地選擇發(fā)光材料2b能夠獲得由半導(dǎo)體芯片I發(fā)射的輻射的色度坐標(biāo)的目的明確的校正，由此有利地獲得由器件10發(fā)射的輻射的期望的色度坐標(biāo)。轉(zhuǎn)換元件2能夠包含多于一種的發(fā)光材料2b。通過應(yīng)用多于一種的發(fā)光材料2b能夠進(jìn)行由器件發(fā)射的輻射的色度坐標(biāo)的精確的顏色選擇，由此尤其能夠?qū)崿F(xiàn)由器件發(fā)射的混合輻射的期望的色度坐標(biāo)。優(yōu)選地，由器件發(fā)射的輻射的混合輻射位于白色色度坐標(biāo)范圍內(nèi)。能夠應(yīng)用在這種轉(zhuǎn)換元件中的適當(dāng)?shù)陌l(fā)光材料對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言例如從參考文獻(xiàn)WO 98/12757和參考文獻(xiàn)WO 01/65613 Al中已知，其公開內(nèi)容分別關(guān)于此點通過引用結(jié)合到本說明書中。轉(zhuǎn)換元件2的基體材料2a優(yōu)選具有含碲玻璃。優(yōu)選地，基體材料包含至少40重量％的碲氧化物、優(yōu)選至少75重量％的碲氧化物、尤其優(yōu)選至少90重量％的碲氧化物。由玻璃制成的基體材料2a有利地具有與由硅樹脂制成的、傳統(tǒng)應(yīng)用的基體材料相比改進(jìn)的導(dǎo)熱性。通過基體材料的改進(jìn)的導(dǎo)熱性有利地能夠降低在工作中發(fā)光材料2b的變熱，因為在工作中形成的熱量能夠通過基體材料目的明確地從發(fā)光材料2b中引出。由此，發(fā)光材料在工作中具有提高的效率，由此有利地改進(jìn)器件的效率。含碲玻璃用作優(yōu)選的基體材料2a，因為所述玻璃是高折射的。由此能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)換元件2，特別地，所述轉(zhuǎn)換元件的特征在于基體材料2a的高的折射率。因此，根據(jù)在基體材料中的碲含量能夠?qū)崿F(xiàn)n > 2的折射率。優(yōu)選地，基體材料2a包括磷碲酸鹽玻璃。尤其優(yōu)選的是，基體材料2a包含銀磷碲酸鹽玻璃。在此，轉(zhuǎn)換元件的各個成分的組成優(yōu)選是可變的。此外，銀能夠完全地或者部分地通過例如堿金屬或者堿土金屬來替代和/或磷能夠完全地或者部分地通過如SbO2或SiO2的其他對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言已知的玻璃形成材料取代。替選地，可能的是，碲氧化物部分地通過其他玻璃形成材料代替。優(yōu)選地，基體材料2a對于由半導(dǎo)體芯片I發(fā)射的輻射是透明的。優(yōu)選地，基體材料2a沒有硼氧化物和/或鍺氧化物。具有包含在其中的硼氧化物和/或鍺氧化物的基體材料2a由于分解特性而不利地趨向于結(jié)晶，由此，轉(zhuǎn)換元件2a不再具有透明的特性。這能夠有利地通過沒有硼氧化物和/或鍺氧化物的基體材料來解決。優(yōu)選地，基體材料2a是無鉛的。優(yōu)選地，基體材料2a為低熔點材料、尤其是低熔點的含碲玻璃。由此，轉(zhuǎn)換元件2能夠直接地在制造器件10時與半導(dǎo)體芯片I的輻射出射面11形狀接合地連接。在此，具有包含在其中的發(fā)光材料的基體材料低溫地進(jìn)行軟化，使得在最大350°C的情況下實現(xiàn)轉(zhuǎn) 換元件2和半導(dǎo)體芯片I之間的接合。由此，能夠有利地避免在將轉(zhuǎn)化元件施加在芯片上的過程期間半導(dǎo)體芯片的損壞。在此，例如用于電接觸半導(dǎo)體芯片2的接合線能夠完全地或者部分完全地順帶嵌入到轉(zhuǎn)換元件2中。在圖I的實施例中，轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成為板形。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換元件2具有在優(yōu)選Iiim和200 ii m之間的、更好地在5 ii m和100 y m之間的、優(yōu)選在10 y m至50 y m之間的、更優(yōu)選在25iim至30iim之間的范圍內(nèi)、理想地基本上30 的厚度。板形的轉(zhuǎn)換元件2有利地掩蓋半導(dǎo)體芯片I的輻射出射面11的至少80%。尤其優(yōu)選的是，板形的轉(zhuǎn)換元件2的尺寸匹配于轉(zhuǎn)換元件I的尺寸。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換元件2的基面與半導(dǎo)體芯片I的基面相同或者將近是相同的。優(yōu)選借助于熔融工藝和/或燒結(jié)工藝進(jìn)行將發(fā)光材料2b嵌入在基體材料2a中。例如，發(fā)光材料2b例如懸浮在基體材料2a中并且接下來進(jìn)行絲網(wǎng)印刷。用于將發(fā)光材料嵌入在基體材料中、尤其嵌入在玻璃中的方法對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言例如從參考文獻(xiàn)DE102005023134 Al中已知，其公開內(nèi)容在此明確地通過引用結(jié)合到本申請中。用于制造根據(jù)圖I的實施例的發(fā)射輻射的器件的方法例如包括下述方法步驟-提供半導(dǎo)體芯片1，所述半導(dǎo)體芯片包括有源層和輻射出射面11，和-將轉(zhuǎn)換元件2施加在輻射出射面上11上，其中轉(zhuǎn)換元件2包括發(fā)光材料2b和由含碲玻璃制成的基體材料2a，所述發(fā)光材料優(yōu)選嵌入在基體材料2a中。圖2的實施例與圖I的實施例的區(qū)別在于，轉(zhuǎn)換元件2構(gòu)成為射束成形元件。特別地，轉(zhuǎn)換元件2具有凸形的透鏡形狀。因此，轉(zhuǎn)換元件2已經(jīng)構(gòu)成為集成的透鏡，其中透鏡例如能夠通過在基體材料2變熱的情況下目的明確的造型或者通過玻璃的表面張力形成。通過作為透鏡或者作為射束成形元件的這種成形的轉(zhuǎn)換元件2能夠目的明確地引導(dǎo)由半導(dǎo)體芯片I發(fā)射的輻射。因此，特別地，能夠目的明確地改變和/或校正由半導(dǎo)體芯片I發(fā)射的輻射的輻射角度。因此，轉(zhuǎn)換元件尤其影響由器件發(fā)射的輻射的輻射特性和方向性以及色度坐標(biāo)。特別地，通過在轉(zhuǎn)換元件2中嵌入的發(fā)光材料2b來目的明確地改變色度坐標(biāo)，而借助于轉(zhuǎn)換元件2的造形來影響輻射特性和方向性。此外，不同于圖I的實施例，圖2的實施例的轉(zhuǎn)換元件具有附加元件2c，所述附加元件同樣優(yōu)選均勻地嵌入和分布在轉(zhuǎn)換元件2的基體材料2a中。優(yōu)選地，附加元件2c提高基體材料2a的折射率。提高折射率的元件例如為添加給基體材料2a的La203。
此外，圖2的實施例基本上相當(dāng)于圖I的實施例。在圖3中示出器件10的另一實施例，所述器件包括半導(dǎo)體芯片I和轉(zhuǎn)換元件2。不同于在圖I中示出的實施例，圖3的轉(zhuǎn)換元件2通過澆注材料制成，半導(dǎo)體芯片I嵌入到所述澆注材料中。特別地，半導(dǎo)體芯片I有利地完全由轉(zhuǎn)換元件2包圍。僅僅優(yōu)選位于半導(dǎo)體芯片I的對置于輻射出射面11的一側(cè)上的固定側(cè)沒有轉(zhuǎn)換元件2。由此，器件10例如能夠設(shè)置在支承體、電路板或者PCB (印刷電路板)上并且被以電和機(jī)械方式進(jìn)行連接。不同于圖I中示出的實施例，在圖3的實施例中，將附加的層3設(shè)置在轉(zhuǎn)換元件2下游，其中附加的層3優(yōu)選包括均勻地嵌入在附加的層3中的成分。該成分在附加的層3中的分布優(yōu)選基本上是均勻的。該成分優(yōu)選具有輻射吸收特性。尤其優(yōu)選的是，該成分吸收在入彡380nm的波長范圍內(nèi)的輻射，優(yōu)選在入彡400nm波長范圍內(nèi)的輻射，理想地在入(420nm波長范圍內(nèi)的輻射。由此，能夠保護(hù)例如塑料殼體的發(fā)射輻射的器件10的有機(jī)成分免于短波的輻射并且可能由此造成的損害，例如變色。
基本上，圖3的實施例在其他方面與圖I的實施例一致。圖4示出發(fā)射輻射的器件10的另一實施例，所述器件不同于在圖3中示出的實施例而具有構(gòu)成為澆注材料的轉(zhuǎn)換元件2，其中澆注材料附加地構(gòu)成為射束成形元件。特別地，澆注材料2具有凸形的透鏡形狀。由此，能夠?qū)⒂砂雽?dǎo)體芯片I發(fā)射的輻射目的明確地在其輻射特性和方向性中進(jìn)行改變或者校正。此外，在轉(zhuǎn)換元件2的基體材料2a中嵌入發(fā)光材料2b和提高基體材料2a的折射率的附加元件2c。優(yōu)選地，嵌入在基體材料2a中的成分基本上均勻地分布在基體材料2a中。優(yōu)選地，附加的層3設(shè)置在轉(zhuǎn)換元件2下游，所述附加的層3包括具有輻射吸收特性的成分。附加的層3優(yōu)選構(gòu)成為澆注材料，其中澆注材料同樣如轉(zhuǎn)換元件2附加地構(gòu)成為射束成形元件。在其他方面，圖4的實施例基本上與圖3的實施例一致。在圖5的實施例中，不同于在圖3中示出的實施例而將射束成形元件4設(shè)置在轉(zhuǎn)換元件2上。因此，轉(zhuǎn)換元件2當(dāng)前沒有單獨地構(gòu)成為射束成形元件，而是應(yīng)用附加的射束成形元件4。特別地，射束成形元件4設(shè)置在轉(zhuǎn)換元件2的背離半導(dǎo)體芯片I的側(cè)上。因此，射束成形元件4設(shè)置在半導(dǎo)體芯片I的輻射出射面11下游。優(yōu)選地，射束成形元件4為光學(xué)裝置、透鏡和/或覆蓋件。在此，射束成形元件4例如能夠借助于轉(zhuǎn)換元件2與半導(dǎo)體芯片I粘接。在該情況下，轉(zhuǎn)換元件2優(yōu)選具有低熔點的玻璃，使得在基體材料2a變熱時射束成形元件4能夠機(jī)械地并且形狀接合地與轉(zhuǎn)換元件2連接。由此可能的是，半導(dǎo)體芯片I與基體材料2并且與射束成形元件4形狀接合地連接。因此，轉(zhuǎn)換元件2a當(dāng)前用作為增附層，使得有利地是，附加的增附層不是必需的。射束成形元件4還能夠為另一轉(zhuǎn)換元件,所述轉(zhuǎn)換元件例如具有由玻璃、玻璃陶瓷或者陶瓷制成的基體材料。在此，另一轉(zhuǎn)換元件能夠具有發(fā)光材料，所述發(fā)光材料適合于將一定波長的由半導(dǎo)體芯片發(fā)射的輻射轉(zhuǎn)換成另一波長的輻射。由此，能夠有利地實現(xiàn)發(fā)射混合輻射的器件，其中混合輻射由至少三個不同的波長范圍組成，即由半導(dǎo)體芯片I發(fā)射的輻射的波長范圍、由轉(zhuǎn)換元件2轉(zhuǎn)換的輻射的波長范圍和由另一轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換的輻射的波長范圍。在其他方面，圖5的實施例基本上與圖3的實施例一致。在圖6的實施例中，不同于圖I中示出的實施例，轉(zhuǎn)換元件2構(gòu)成為多層的元件。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換元件2包括第一層21和第二層22。第一層21優(yōu)選夠構(gòu)成為增附層。例如，第一層21包括不嵌入有發(fā)光材料的基體材料。第二層22優(yōu)選具有基體材料2a和嵌入基體材料中的發(fā)光材料2b。替選地，第二層22還能夠為例如具有發(fā)光材料的玻璃陶瓷的外部轉(zhuǎn)換元件。在此，第二層22能夠借助于第一層21與半導(dǎo)體芯片I粘接。在該情況下，第二層22優(yōu)選具有低熔點的玻璃，使得在第二層22變熱時第一層21能夠機(jī)械地并且形狀接合地與半導(dǎo)體芯片I連接。在其他方面，圖6的實施例基本上與圖I的實施例一致。
在圖7的實施例中，不同于圖I中示出的實施例，在轉(zhuǎn)換元件2和半導(dǎo)體芯片I之間設(shè)有間隔，使得在轉(zhuǎn)換元件2和半導(dǎo)體芯片I之間構(gòu)成間隙5。在間隙5中優(yōu)選設(shè)有例如空氣的氣體。例如，半導(dǎo)體芯片I和轉(zhuǎn)換元件2設(shè)置在支承體6上。在此，轉(zhuǎn)換元件2能夠間隔地包圍半導(dǎo)體芯片I。替選地，半導(dǎo)體芯片I能夠設(shè)置在殼體中(沒有示出)，其中，例如殼體的區(qū)域用作為轉(zhuǎn)換元件2的接觸面，使得在此能夠在轉(zhuǎn)換元件2和半導(dǎo)體芯片I之間實現(xiàn)
一定間隔。在其他方面，圖7的實施例基本上與圖I的實施例一致。本發(fā)明沒有由于借助實施例進(jìn)行的描述而限制于此，而是包括任何新的特征以及特征的任意的組合，這尤其是包括在權(quán)利要求中的特征的任意的組合，即使這些特征或者這些組合本身沒有明確地在權(quán)利要求或者實施例中說明。
權(quán)利要求
1.發(fā)射輻射的器件(10)，具有半導(dǎo)體芯片(I)和轉(zhuǎn)換元件(2)，其中 -所述半導(dǎo)體芯片(I)包括適合于產(chǎn)生電磁輻射的有源層和輻射出射面(11 )， -所述轉(zhuǎn)換元件(2)包括基體材料(2a)和發(fā)光材料(2b)，其中所述基體材料(2a)包括至少40重量％的碲氧化物并且沒有三氧化二硼和/或鍺氧化物，并且 -所述轉(zhuǎn)換元件(2 )設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片(I)的所述輻射出射面(11)下游。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中所述轉(zhuǎn)換元件(2)直接地設(shè)置在所述半導(dǎo)體芯片(I)的所述輻射出射面(11)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中在所述轉(zhuǎn)換元件(2)和所述半導(dǎo)體芯片(I)的所述輻射出射面(11)之間設(shè)有間隔。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述基體材料(2a)包括至少75重量％的碲氧化物。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述基體材料(2a)包括磷碲酸鹽和/或銀磷碲酸鹽。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述基體材料(2a)包括至少一個附加元件(2c)，所述附加元件提高所述基體材料(2a)的折射率。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述基體材料(2a)具有大于2的折射率(n)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的器件，其中在所述轉(zhuǎn)換元件(2)下游設(shè)置有至少一個具有輻射吸收特性的附加層(3 )。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述基體材料(2a)的軟化溫度小于或者等于350°C。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述轉(zhuǎn)換元件(2)或者所述基體材料構(gòu)成為增附層。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述轉(zhuǎn)換元件(2)構(gòu)成為板形或者所述轉(zhuǎn)換元件(2)通過澆注材料制成，所述半導(dǎo)體芯片(I)嵌入到所述澆注材料中。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的器件，其中所述轉(zhuǎn)換元件(2)構(gòu)成為射束成形元件。
13.用于制造發(fā)射輻射的器件(10)的方法，具有下述步驟 -提供半導(dǎo)體芯片(1)，所述半導(dǎo)體芯片包括適合于產(chǎn)生電磁輻射的有源層和輻射出射面(11),和 -將轉(zhuǎn)換元件(2 )施加在所述半導(dǎo)體芯片(I)的所述輻射出射面(11)上，所述轉(zhuǎn)換元件包括基體材料(2a)和發(fā)光材料(2b)， 其中所述基體材料(2a)包括至少40重量％的碲氧化物并且沒有三氧化二硼和/或鍺氧化物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述施加包括將所述基體材料(2a)直接地施加在所述半導(dǎo)體芯片(I)的所述輻射出射面(11)上，并且接下來以所述發(fā)光材料(2b)將所述基體材料覆層，并且所述發(fā)光材料(2b)沉入到所述基體材料(2a)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述基體材料(2a)目的明確地、不均勻地用所述發(fā)光材料(2b )覆層，使得能夠產(chǎn)生均勻的輻射特性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有半導(dǎo)體芯片(1)和轉(zhuǎn)換元件(2)的發(fā)射輻射的器件(10)，其中半導(dǎo)體芯片(1)包括適合于產(chǎn)生電磁輻射的有源層和輻射出射面(11)。轉(zhuǎn)換元件(2)包括基體材料(2a)和發(fā)光材料(2b)，其中轉(zhuǎn)換元件(2)設(shè)置在半導(dǎo)體芯片(1)的輻射出射面(11)下游?；w材料包括40重量%的碲氧化物并且沒有三氧化二硼和/或鍺氧化物。此外提出一種用于制造這種發(fā)射輻射的器件(10)的方法。
文檔編號H01L33/50GK102782888SQ201180011327
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者埃瓦爾德·珀斯?fàn)? 安杰拉·埃貝哈特, 約阿基姆·維特-舍恩 申請人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司, 歐司朗股份有限公司