(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１層（１１０）と第２層（１２０）とからなるスタックを備える半導体構成素子であって、
・少なくとも１つの放射方向に電磁ビーム（１３０）を放射するための少なくとも１つの第１光学的アクティブ領域（１１２）を含む前記第１層（１１０）と、
・前記少なくとも１つの放射方向に電磁ビーム（１３０）を放射するための少なくとも１つの第２光学的アクティブ領域（１２２）を含む前記第２層（１２０）と
を有する形式の半導体構成素子において、
・前記第１領域（１１２）は第１層（１１０）に配置されており、前記第２領域（１２２）は第２層（１２０）に配置されており、
前記第２層（１２０）は、前記第１領域（１１２）の電磁ビーム（１３０）が放射される放射方向において前記第１層（１１０）の上に配置されており、前記第１領域（１１２）に割り当てられた第１透過領域（１２４）を有しており、
該第１透過領域は、前記第１領域（１１２）の前記電磁ビーム（１３０）に対して少なくとも部分的に透過性であり、
前記第１層と前記第２層（１１０，１２０）との間に、少なくとも１つの金属製材料からなる層が配置されており、
該層は、前記第１領域（１１２）に割り当てられた第２透過領域において少なくとも１つの切欠部を有する
ことを特徴とする半導体構成素子。
【請求項２】
前記第２層（１２０）は、前記第１透過領域（１２４）において、前記第１層（１１０）の前記電磁ビーム（１３０）を透過するための少なくとも１つの切欠部を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体構成素子。
【請求項３】
前記第２層（１２０）は、前記第１透過領域（１２４）において、少なくとも１つの切欠部を備える金属製材料を含む、
ことを特徴とする請求項２記載の半導体構成素子。
【請求項４】
前記第２層（１２０）は、前記第１透過領域（１２４）において、前記第１層（１１０）の前記電磁ビーム（１３０）を透過するための少なくとも１つの透明または不透明な材料を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体構成素子。
【請求項５】
前記金属製材料は、前記第１領域（１１２）および／または第２領域（１２２）から熱を排出するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体構成素子。
【請求項６】
前記第１透過領域（１２４）および前記第２領域（１２２）は、空間的に隣接しており、かつ空間的につながった１つの放射領域を形成している、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の半導体構成素子。
【請求項７】
少なくとも前記第１層および第２層（１１０，１２０）は、共通の１つのケーシングボディ（５７０）の中に配置されており、
該ケーシングボディ（５７０）は光学素子を含み、
該光学素子は、第１領域および／または第２領域（１１２，１２２）から放射される電磁ビーム（１３０）を、所定の方式で、とりわけ周波数変換、回折、屈折、および／またはフィルタリングによって変換する、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の半導体構成素子。
【請求項８】
前記第１領域および／または前記第２領域（１１２，１２２）は、基板レスの半導体構造として、とりわけダイオード構造（２１０）として構成されている、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の半導体構成素子。
【請求項９】
前記第１層（１１０）および前記第２層（１２０）は、それぞれ半導体基板であり、
前記ダイオード構造（２１０）は、前記半導体基板の半導体材料にドープすることによって形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の半導体構成素子。
【請求項１０】
前記第１領域および／または前記第２領域（１１２，１２２）のうちの少なくともいずれか、電磁ビーム（１３０）を、第１の放射方向および該第１の放射方向とは反対の第２の放射方向に放射するように構成されている、
ことを特徴とする請求項８または９記載の半導体構成素子。
【請求項１１】
前記第１層と前記第２層（１１０，１２０）との間に、前記第１領域および／または前記第２領域（１１２，１２２）の熱を排出するための少なくとも１つの冷却層（５２０）が配置されており、
該冷却層は、少なくとも前記第１領域（１１２）に割り当てられた第２透過領域において、部分的に透明に構成されている、
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の半導体構成素子。
【請求項１２】
前記冷却層は、少なくとも部分的に冷却液によって充填された空洞を含む、
ことを特徴とする請求項１１記載の半導体構成素子。
【請求項１３】
前記第１領域および前記第２領域（１１２，１２２）は、放射方向において上下に重なり合って配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項記載の半導体構成素子。
【請求項１４】
前記第１層および／または前記第２層（１１０，１２０）は、電磁ビーム（１３０）を放射するための複数の光学的アクティブ領域（１１２，１２２）を有し、
前記第１層（１１０）の各光学的アクティブ領域（１１２）に、それぞれ前記第２層（１２０）の第１透過領域（１２４）が割り当てられている、
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項記載の半導体構成素子。
【請求項１５】
前記半導体構成素子は、電磁ビーム（１３０）を放射するためのそれぞれ少なくとも１つの光学的アクティブ領域（１１２，１２２，３３２，３４２，３５２）を備える、上下に重なり合って配置された複数の層（１１０，１２０，３３０，３４０，３５０）を有しており、
この際、それぞれ上に位置する各層（１２０，３３０，３４０，３５０）は、その下に位置する層（１１０，１２０，３３０，３４０）の電磁ビーム（１３０）に対する少なくとも１つの透過領域（１２４）を有する、
ことを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項記載の半導体構成素子。
【請求項１６】
少なくとも第１及び第２層からなるスタックを備える半導体構成素子の製造方法において、
・少なくとも１つの放射方向に電磁ビーム（１３０）を放射するための少なくとも１つの第１光学的アクティブ領域（１１２）を備える前記第１層（１１０）を製造し、
・該第１層（１１０）を、ケーシングボディ（５７０）の中、または支持材料（１４０）の上に配置し、
・電磁ビーム（１３０）を放射するための少なくとも１つの第２光学的アクティブ領域（１２２）と、少なくとも１つの透明または半透明の透過領域（１２４）とを備える前記第２層（１２０）を製造し、
・該第２層（１２０）を前記第１層（１１０）の上に配置し、
この際、当該第２層（１２０）を、前記第１領域（１１２）の電磁ビーム（１３０）が放射される方向において、第１層（１１０）の上に配置し、前記第２層（１２０）の前記透過領域（１２４）を、透過方向において、前記第１層（１１０）の前記第１領域（１１２）の上に配置し、
・前記第１層と前記第２層（１１０，１２０）との間に、少なくとも１つの切欠部を有する金属製材料からなる層を、該少なくとも１つの切欠部が前記第１領域（１１２）に割り当てられた第２透過領域に配置されるように配置する、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００７０４１８９６．７号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照によって本願に取り込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、少なくとも１つの放射方向に電磁ビームを放射するための少なくとも１つの第１光学的アクティブ領域と、前記少なくとも１つの放射方向に電磁ビームを放射するための少なくとも１つの第２光学的アクティブ領域とを有する半導体構成素子に関する。
【０００３】
本発明はさらに半導体構成素子の製造方法に関する。
【０００４】
光学的アクティブ領域を備える半導体構成素子は多方面において知られており、多数の適用において使用される。とりわけ半導体ダイオード構造を放射源として使用することが知られている。高出力かつ平坦な放射源を可能とするために、複数の光学的アクティブ領域を１つの共通のケーシング内または一つの共通の基板上に配置することが知られている。例えばＷＯ２００６／０１２４４２ Ａ２からは、複数の半導体チップが線形に配置されたケーシングボディを備える光電構成素子が公知である。ここでは隣り合う半導体チップが互いに間隔を有している。
【０００５】
本発明の課題は、高い光出力を供給する半導体構成素子を提供することである。この際、構成素子が高い実装密度または放射密度を有するようにしたい。さらにはこのような半導体構成素子のための製造方法を提供すべきである。
【０００６】
この課題は、独立請求項に記載された半導体構成素子および半導体構成素子の製造方法によって解決される。この半導体構成素子の実施形態および発展形態は、従属請求項に記載されている。特許請求の範囲の開示内容は、参照によって本明細書に明確に含まれるものとする。
【０００７】
本発明の基礎となる課題は、上述した形式の半導体構成素子であって、第１領域が第１層に配置されており、第２領域が第２層に配置されており、ここで前記第２層は、放射方向において前記第１層の上に配置されており、かつ前記第１領域に割り当てられた第１透過領域を有しており、該第１透過領域が、前記第１領域の電磁ビームに対して少なくとも部分的に透過性であることを特徴とする半導体構成素子よって解決される。とりわけこの放射方向という用語は、第１および／または第２領域の主延在面の面法線の方向であると解される。
【０００８】
第１光学的アクティブ領域を備える第１層と、第２光学的アクティブ領域および透過領域を備える第２層とを上下に重ね合わせて配置することによって、個々の光学的アクティブ領域を拡大することなく、電磁ビームを放射するために効果的に使用される平面が拡大される。
【０００９】
１つの実施形態によれば、前記第２層は、前記第１透過領域において、前記第１層の電磁ビームを透過させるための切欠部を有する。透過領域に設けられた切欠部によって、第１層の電磁ビームは阻止されずに第２層を通り抜けて放射されるようになる。
【００１０】
択一的実施形態によれば、前記第２層は、前記第１透過領域において、前記第１層の電磁ビームを透過させるための少なくとも１つの光透過性の材料、例えば透明または半透明の材料を有する。透明または半透明の材料を使用することによって、第１層の電磁ビームは、第２層を少なくとも部分的に貫通する。この透明または半透明の材料は、例えばインジウム−錫−酸化物（ＩＴＯ）とすることができる。
【００１１】
別の実施形態によれば、第１層と第２層との間に少なくとも１つの金属製材料からなる中間層が配置されており、該中間層は、第１領域に割り当てられた第２透過領域において、少なくとも１つの切欠部を有する。１つの実施形態によれば、前記金属製材料は、第１層および／または第２層、とりわけ第１領域および／または第２領域から熱を排出するように構成されている。択一的または付加的に、前記金属製材料は、第１領域および／または第２領域との少なくとも１つの電気的コンタクトを形成するために使用することができる。半導体構成素子に金属製材料を使用することによって、光学的アクティブ領域の熱的または電気的コンタクトを簡単化することができる。
【００１２】
別の有利な実施形態によれば、前記第１透過領域および前記第２領域は、空間的に隣接しており、かつ空間的につながった１つの放射領域を形成する。第１透過領域と第２層の第２領域とを隣接配置することによって、放射方向において平坦な放射源の印象が生じる。
【００１３】
別の実施形態によれば、少なくとも第１層および第２層は、共通の１つのケーシングボディの中に配置されている。種々異なる実施形態によれば、ケーシングボディは第１層および／または第２層と熱的または電気的に結合されており、第１領域および／または第２領域に対するヒートシンクとして使用される。択一的または付加的に、ケーシングボディは、第１領域および／または第２領域に対する少なくとも１つの接続コンタクトとして使用することができる。
【００１４】
別の実施形態においては、ケーシングボディは光学素子を含み、該光学素子は、第１領域および／または第２領域から放射される電磁ビームを、所定の方式で、例えば周波数変換、回折、屈折、および／またはフィルタリングによって変換する。光学的アクティブ領域を光学素子と１つの共通のケーシングボディ内で組み合わせることによって、所定の光学特性を備える一体的な構成部品が提供される。
【００１５】
発展形態においては、ケーシングボディは、少なくとも部分的に光透過性、とりわけ少なくとも部分的に透明に構成されている。このようにしてケーシングボディ自体が光学素子として使用される。
【００１６】
別の有利な実施形態によれば、ケーシングボディは実装面に少なくとも１つの第１および第２コンタクトを有し、このように構成して表面実装技術によって支持材料の上に配置することができる。ケーシングボディの実装面に２つのコンタクトを使用することによって、半導体構成素子の表面実装が可能となる。
【００１７】
別の実施形態によれば、第１領域および／または第２領域は、基板レスの半導体構造として構成されている。光学的アクティブ領域を基板レスの半導体構造として構成することによって、とりわけ薄い層、ひいては特に薄い半導体構成素子が実現される。
【００１８】
基板レスの半導体構造にはとりわけ成長基板がない。この"成長基板がない"とは、場合によっては成長のために使用される成長基板が、半導体構造から除去されているか、または少なくとも非常に薄くされていることを意味する。とりわけこの成長基板は、自力で、または半導体構造のエピタキシ層列を伴っても、片持梁式に保持できないほど薄くされている。非常に薄くされた成長基板の残った残留物はとりわけ成長基板の機能のための基板としては不適当である。
【００１９】
基板レスの半導体構造の厚さはとりわけ２０μｍ以下の範囲、とりわけ１０μｍ以下の範囲である。
【００２０】
基板レスの半導体構造の実施例は、刊行物ＷＯ２００８／０１４７５０に記載されており、この開示内容は参照によって本発明に取り込まれるものとする。
【００２１】
別の実施形態によれば、第１層と第２層との間に、第１領域および／または第２領域の熱を排出するための少なくとも１つの冷却層が配置されており、該冷却層は、少なくとも第１領域に割り当てられた第２透過領域において、部分的に透明に構成されている。第１層と第２層との間に少なくとも部分的に透明な冷却層を配置することによって、光学的アクティブ領域の効果的な冷却が可能となる。
【００２２】
この実施形態の発展形態においては、前記冷却層は、少なくとも部分的に冷却液によって充填されている空洞を含む。有利な発展形態において冷却液は、空洞中でアクティブにポンピングされている。
【００２３】
別の有利な実施形態によれば、第１領域は第１波長の電磁ビームを放射するように構成されており、第２領域は第２波長の電磁ビームを放射するように構成されている。第１領域と第２領域とが異なる波長の電磁ビームを放射するように種々異なって構成することによって、半導体構成素子の放射特性が予め設定された要求に適合される。例えば構成素子を、種々異なる色の光を放射するように製造することも可能である。
【００２４】
別の有利な実施形態によれば、第１領域と第２領域とは放射方向において上下に重なり合って配置されている。第１領域と第２領域を放射方向において上下に重なり合って配置することによって、放射される電磁ビームの強度またはスペクトル組成が、混合によって、存在する要求に適合される。
【００２５】
別の有利な実施形態によれば、第１層および／または第２層は、電磁ビームを放射するための複数の光学的アクティブ領域を有し、第１層の各光学的アクティブ領域には、それぞれ第２層の透過領域が割り当てられている。１つの層に多数の光学的アクティブ領域を設けることによって半導体構成素子の放射出力は格段に高められる。
【００２６】
別の有利な実施形態によれば、半導体構成素子は、それぞれ電磁ビームを放射するための少なくとも１つの光学的アクティブ領域を備える、上下に重なり合って配置された多数の層を有し、この際それぞれ上に位置する層は、その下に位置する層の電磁ビームに対する少なくとも１つの透過領域を有する。光学的アクティブ領域と、その下に位置する光学的アクティブ領域に割り当てられた透過領域とを備える上下に重なり合って配置された複数の層を、上下に重なり合って配置することによって、半導体構成素子の放射出力は格段に高められる。
【００２７】
本発明の基礎となる課題は、半導体構成素子の製造方法によっても同じように解決される。方法は、以下のステップを含む：
・少なくとも１つの放射方向に電磁ビームを放射するための少なくとも１つの第１光学的アクティブ領域を備える第１層を製造する。
・前記第１層を、ケーシングの中、または支持材料の上に配置する。
・電磁ビームを放射するための少なくとも１つの第２光学的アクティブ領域と、少なくとも１つの透明または半透明の透過領域とを備える第２層を製造する。
・前記第２層を、前記第１層の上に配置する。この際前記第２層の前記透過領域は、前記第１層の第１領域の上に配置される。
【００２８】
本発明のさらなる利点および詳細は、従属請求項に記載されている。本発明を以下、概略図に対応する参照符号を使用して、実施例に基づいて詳細に説明する。ここでは、種々異なる実施形態の同じ特徴には同じ参照符号が使用される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、２つの層を備える半導体構成素子の断面図および平面図である。
【図２】図２は、従来技術による、電磁ビームを放射するための半導体ダイオード構造を示す図である。
【図３】図３は、種々異なる平面における光学的アクティブ領域を備える第１層スタックを示す図である。
【図４】図４は、種々異なる平面における光学的アクティブ領域を備える第２層スタックを示す図である。
【図５】図５は、複数の層を備える半導体構成素子の断面図および平面図である。
【図６】図６は、２つのフィルムの上に複数の光学的アクティブ領域を含む配置を示す図である。
【図７】図７は、第１実施例のコンタクトを備える半導体構成素子を示す図である。
【図８】図８は、第２実施例のコンタクトを備える半導体構成素子を示す図である。
【図９】図９は、上下に重なり合って配置された複数の光学的アクティブ領域を備える配置を示す図である。
【図１０】図１０は、半導体構成素子の製造方法のフローチャートである。
【００３０】
図１は、本発明の１つの実施形態による半導体構成素子１００を示す。図１の上側は、半導体構成素子１００の断面図を示す。図１の下側は、半導体構成素子１００の平面図を示す。
【００３１】
断面図からは、半導体構成素子１００が第１層１１０および第２層１２０を含むことが見て取れる。第１層１１０には、第１光学的アクティブ領域１１２が配置されている。第２層１２０は、第２光学的アクティブ領域１２２、ならびに、第１透過領域１２４を含む。第１層１１０は、支持材料１４０、例えばプリント基板または半導体基板の上に配置されている。
【００３２】
第２層１２０の第１透過領域１２４は、第１光学的アクティブ領域１２０の上に配置されている。図１から明らかなように、第１光学的アクティブ領域１１２ならびに第２光学的アクティブ領域１２２も１つの共通の放射方向の電磁ビーム１３０を放射する。この放射方向は、図面に図示した実施例においては、支持材料１４０から上方に向かっている。
【００３３】
第１層１１０および第２層１２０は例えば半導体基板からなる層とすることができる。半導体層はダイオード構造を含み、該ダイオード構造は半導体材料に正ないし負のドーピング物質をドープすることによって形成されており、第１および第２光学的アクティブ領域１１２ないし１２２として作用する。
【００３４】
図１に図示された平面図では、半導体構成素子１００の第１層１１０は、半導体構成素子の第２層によって広範囲にわたって被覆されている。この際、第１光学的アクティブ領域１１２および第２光学的アクティブ領域１２２がまるで同じ平面に設けられているかのような印象が生じる。換言すれば、光学的にアクティブな構成素子１００は、１つの共通の層に２つの光学的アクティブ領域１１２および１２２を備える構成素子のように作用するのである。
【００３５】
しかしながら第１光学的アクティブ領域１１２と第２光学的アクティブ領域１２２は、実際には第１層１１０ないし第２層１２０に設けられているので、この構成および機能を簡単化することが可能である。とりわけ第１または第２光学的領域１１２ないし１２２によって生成された熱を簡単に排出することが可能となる。
【００３６】
図２は、電磁ビームを両側で放射する従来技術による装置２００を示す。装置２００は、ダイオード構造２１０ならびに第１支持層２２０および第２支持層２３０を含む。
【００３７】
図示した実施例においては、ダイオード構造２１０は、電磁ビーム１３０を両側で放射するように構成されている。したがって第１支持層２２０も第２支持層２３０も、透明または半透明の材料から形成されている。例えば、第１支持層２２０および第２支持層２３０を製造するために、透明なフィルムまたは透明な成形材料を使用することができる。
【００３８】
ダイオード構造２１０は、負にドープされた第１領域２１２と、正にドープされた第２領域２１４とを含む。ｎドープされた第１領域２１２とｐドープされた第２領域２１４との間の境界面にはｎｐ移行部２１６が生じる。ダイオード構造２１０を通って電流が流れると、ｎｐ移行部において多数派電荷キャリアと少数派電荷キャリアとが互いに再結合し、電磁ビーム１３０を放射する。電磁ビーム１３０は、可視領域の光、または可視領域外の光、すなわちとりわけ紫外線または赤外線ビームとすることができる。
【００３９】
ｎドープされた第１領域２１２の上に第１コンタクト２２２が配置されている。ｐドープされた第２領域の上には第２コンタクト２３２が配置されている。第１コンタクト２２２および第２コンタクト２３２は、ダイオード構造２１０へ動作電流を供給するために使用される。このために第１コンタクト２２２は第１導体路２２４と接続されており、第２コンタクト２３２は第２導体路２３４と接続されている。第１導体路２２４は、第１支持層２２０の中または上に配置されている。第２導体路２３４は、第２支持層２３０の中または下に配置されている。例えば、導体路２２４および２３４は、金属製材料とすることができる。
【００４０】
ｎドープされた第１領域２１２およびｐドープされた第２領域２１４は、この実施例においては、半導体材料、例えばインジウム−ガリウム−窒化物（ＩｎＧａＮ）を含む。図２に図示したダイオード構造２１０は付加的な基板を有していないので、該ダイオード構造２１０は、比較的薄い厚さｄ、例えば５〜１０μｍ範囲の厚さを有する。層厚さｄが薄いので、比較的コンパクトな層スタックを備える多層の半導体構成素子１００の構造が可能となる。
【００４１】
図３は層スタック３００を示す。層スタック３００は５つの層１１０，１２０，３３０，３４０，３５０を含む。各層１１０，１２０，３３０，３４０，３５０はそれぞれ１つの光学的アクティブ領域１１２，１２２，３３２，３４２，３５２を含む。各層１１０，１２０，３３０，３４０，３５０はさらに、中間層３１４，３２４，３３４，３４４，３５４を含み、これらの中間層はそれぞれ光学的アクティブ領域の下に配置されている。
【００４２】
各光学的アクティブ領域１１２，１２２，３３２，３４２，３５２は、それぞれ図２に図示されているようなダイオード構造２１０によって形成されている。中間層３１４，３２４，３３４，３４４，３５４に正および負の電圧Ｖ＋ないしＶ−を交番的に印加することによって、各ダイオード構造２１０に動作電圧が供給される。
【００４３】
例えば、中間層３１４，３２４，３３４，３４４，３５４は、金属製材料からなる層とすることができる。この際中間層には、上または下に配置されている半導体ダイオード構造２１０の電磁ビーム１３０を透過させるために、図３には図示されていない透過領域を配置することができる。択一的に、中間層３１４，３２４，３３４，３４４，３５４のために透明または不透明の材料を使用することも可能である。例えばこのためにはインジウム−錫−窒化物（ＩＴＯ）が適当である。もちろん中間層３１４，３２４，３３４，３４４，３５４を、非導電性の透明なプラスチック材料から構成することもでき、このプラスチック材料の上には、動作電圧を供給するための比較的薄い導体路が載置されている。このような導体路は、例えばいわゆるレーザ照射による立体回路形成技術（Laser-Direct-Structuring - LDS）によって載置することができる。この際導体路は、レーザによって構成素子に直接的に描かれ、レーザ光によってプラスチック材料中の金属複合体が活性化される。
【００４４】
図４は、３つの層１１０，１２０，３３０の中に１０個のダイオード構造２１０が配置された別の層スタック４００を示す。各層１１０，１２０，３３０はそれぞれ中間層３１４，３２４，３３４を含む。ダイオード構造２１０は、図４の層スタック４００の中に空間的に並んで次々に配置されている。このようにして、図示した放射方向における電磁ビーム１３０の平坦な放射が形成される。
【００４５】
図５は、本発明の別の実施例による半導体構成素子５００の断面図を示す。図５は、半導体構成素子の平面図も示す。
【００４６】
半導体構成素子５００は第１層１００、第２層１２０、および第３層３３０を含む。第１層１１０は、第１光学的アクティブ領域１１２を含む。第２層１２０は、３つの第２光学的アクティブ領域１２２ａ〜１２２ｃを含む。第３層３３０は、２つの第３光学的アクティブ領域３３２ａおよび３３２ｂを含む。光学的アクティブ領域１１２，１２２，３３２は、例えば図２によるダイオード構造とすることができる。
【００４７】
半導体構成素子５００は付加的に２つの冷却層５１０および５２０を含み、これらの冷却層は、光学的アクティブ領域１１２ないし１２２が動作中に生成する熱を放出するために使用される。冷却層５１０は、光学的アクティブ層１１２の熱を排出するために使用される。２つの部分からなる冷却層５２０ａおよび５２０ｂは、光学的アクティブ領域１２２ａないし１２２ｂおよび１２２ｃの熱を排出するために使用される。
【００４８】
この実施例においては、冷却層５１０および５２０は、ヒートシンク５３０と熱的に接続されている。ヒートシンク５３０は、半導体構成素子５００のケーシングボディか、半導体構成素子５００に付加的に配置された冷却体か、または熱を排出または放散するためのその他の適当な装置とすることができる。
【００４９】
冷却層５１０および５２０は例えば金属製材料またはセラミック材料から形成することができる。金属製材料もセラミック材料も熱伝導のために良好に適している。金属製材料の場合には、冷却層５１０または５２０は、付加的に光学的アクティブ領域への動作電圧を供給するためにも使用することができる。
【００５０】
半導体構成素子５００が特に高出力に構成されている場合は、冷却層５１０または冷却層５２０は、少なくとも部分的に冷却液によって充填された空洞を含む。空洞内の冷却液の対流によって熱排出をより良好に行うことができる。別の実施形態においては、冷却液は、冷却層５１０または５２０の空洞中でアクティブにポンピングされる。
【００５１】
半導体構成素子５００はさらに反射層５４０を含む。反射層５４０は、例えば、下から半導体構成素子５００へと蒸着された金属層とすることができ、該金属層は、光学的アクティブ素子１１２，１２２，３３２の電磁ビーム１３０を反射する。このようにして、光学的アクティブ領域１１２，１２２，３３２から放射方向とは反対方向に放射された電磁ビーム１３０が反射される。
【００５２】
最後に、半導体構成素子５００は変換層５５０を含む。変換層５５０は、光学的アクティブ領域１１２，１２２，３３２の１つから放射された少なくとも１つの第１波長λ１の電磁ビームを、少なくとも１つの第２波長λ２の電磁ビームに変換する。例えばダイオード構造２１０から放射された青色光を、適当な変換層５５０によって白色光に変換することが可能であり、この際、電磁ビーム１３０の一部が透過され、電磁ビームのその他の部分が吸収され、より大きな波長によって改めて変換層５５０から放射される。
【００５３】
変換層とは択一的または付加的に、別の光学素子、例えばレンズ、プリズム、またはマイクロ構造化された表面なども層スタックに配置することができ、半導体構成素子５００のビーム路は所期のように要求プロフィールに適合される。半導体構成素子５００のケーシング自体を透明に構成して、半導体構成素子自体を光学素子として機能するようにすることも可能である。
【００５４】
さらにケーシングには、半導体構成素子５００の接続のための１つまたは複数のコンタクトを設けることができる。この１つまたは複数のコンタクトがケーシングの裏側に、すなわち放射方向とは反対側に配置されている場合には、半導体構成素子５００をいわゆる表面実装技術（surface mount technology - SMT）によって固定することができる。金属製ケーシングを使用する場合には、ケーシング自体を、接続コンタクト、とりわけアースコンタクトとして使用することができる。
【００５５】
図５は、半導体構成素子の平面図も示す。図５においては、所定の放射方向の方向から見て、種々の層１１０，１２０，３３０に配置された光学的アクティブ領域１１２，１２２，３３２が均質な発光面５６０を形成していることが見て取れる。発光面５６０は、ケーシングボディ５７０によって発光面の縁部が境界付けられている。ケーシングボディ５７０には、電磁ビームの出力結合を所定の空間方向へのみ行うために透明な出力結合構造を部分的に設けることもできる。
【００５６】
図６は、第1プラスチックフィルム６１０および第２プラスチックフィルム６２０を示す。第１プラスチックフィルム６１０および第２プラスチックフィルム６２０の上には、金属被覆６１２ないし６２２が配置されている。金属被覆６１２および６２２、ならびにプラスチックフィルム６１０および６２０には、貫通孔６１４および６２４が規則的なラスタ構造にて配置されている。第１光学的アクティブ領域１１２および第２光学的アクティブ領域１２２も、第１プラスチックフィルム６１０ないし第２プラスチックフィルム６２４の上に配置されている。光学的アクティブ領域１１２および１２２も規則的なラスタ構造にて配置されている。このラスタ構造の網目幅は、孔６１４および６２４の網目幅に一致している。
【００５７】
第１プラスチックフィルム６１０と第２プラスチックフィルム６２０とを上下に重ね合って配置することによって、以下のような構成素子６００が製造される。すなわち、各プラスチックフィルム６１０および６２０がそれぞれ１つのみの場合の濃度と比べて２倍の濃度であるかのように見える光学的アクティブ領域１１２，１２２の配置を有する構成素子６００が製造されるのである。このために、第２プラスチックフィルム６２０は、以下のように第１プラスチックフィルム６１０の上に配置される。すなわち、第１プラスチックフィルム６１０の光学的アクティブエレメント１１２が、プラスチックフィルム６２０の孔６２４を通して輝いて見えるように配置される。２つのプラスチックフィルム６１０および６２０には、給電線６１６ないし６２６によって動作電圧が供給される。この際、個々の光学的アクティブ領域１１２ないし１２２には、金属被覆６１２および６２２によって動作電圧が供給される。個々の光学的アクティブ領域１１２および１２２、ならびにプラスチックフィルム６１０および６２０は、直列にも並列にも接続することができる。
【００５８】
光学的アクティブエレメント１１２および１２２が、例えばダイオード構造２１０における場合のように両側から放射するように構成されている場合には、構成素子６００は２つの逆向きの空間方向への電磁ビームを放出する。さらに図６の構成は、相応にフレキシブルなプラスチックフィルム６１０および６２０が選択される場合に、曲げ可能な半導体構成素子６００のために適している。
【００５９】
図７は、本発明の別の実施形態による半導体構成素子７００を示す。半導体構成素子７００は、第１層１１０および第２層１２０を含む。
【００６０】
第１層１１０は、第１光学的アクティブ領域１１２を有する。第２層１２０は、第２光学的アクティブ領域１２２を有する。さらに第１層１１０は、動作電流の供給ないし導通のための２つの金属フィルム７１０ａおよび７１０ｂを有する。金属フィルム７１０はプラスチックフィルム７１２の上に配置されており、該プラスチックフィルムは、金属フィルム７１０ａおよび７１０ｂ、ならびに第１光学的アクティブ領域１１２のための支持材料として使用される。
【００６１】
光学的アクティブ領域１１２は、例えば基板７１６とダイオード構造２１０とを含む半導体チップ７１４を含む。図示した実施例においては、ダイオード構造２１０への第１コンタクトは、金属フィルム７１０ａと基板７１６によって製造される。第２コンタクトは、第２金属フィルム７１０ｂを介してコンタクト７１８によって製造される。コンタクト７１８は、いわゆるボンディングワイヤまたはコンタクトばねとすることができる。
【００６２】
第２層１２０は第１層１１０と同様に構成されている。とりわけ層１２０も、第１および第２金属フィルム７２０ａおよび７２０ｂと、プラスチックフィルム７２２と、半導体チップ７２４とを含む。半導体チップ７２４には、半導体チップ７１４に相応して、基板７２６ないしコンタクト７２８によって動作電圧が供給される。
【００６３】
付加的に第２層１２０は透過領域１２４を有し、該透過領域は、空間的に第１光学的アクティブ領域１１２の上に配置されている。第２層１２０は、この領域においては、第１光学的アクティブ領域１１２の電磁ビーム１３０の放射を妨害し得る金属フィルム７２０もプラスチックフィルム７２２も含まない。最後に、第２層１２０はスペースホルダ７３０を含み、該スペースホルダは、第１層１１０の成型材料７４０を、第２層１２０の成型材料１２０から分離する。成型材料７４０ないし７５０は、例えば、透明なプラスチック材料またはプラスチック樹脂とすることができる。成型材料７４０または７５０には、第１光学的アクティブ領域１１２ないし１２２の電磁ビーム１３０を所期のように変換する変換材料も嵌め込むことができる。
【００６４】
図８は、本発明の別の実施形態による半導体構成素子８００を示す。半導体構成素子８００は、第１層１１０および第２層１２０を含む。
【００６５】
第１層１００は、３つの光学的アクティブ領域１１２ａ〜１１２ｃを含む。第２層１２０は、２つの第２光学的アクティブ領域１２２ａ，１２２ｂを含む。各光学的アクティブ領域１１２および１２２はそれぞれ半導体構造８３０を含む。ここでは約１００μｍの層厚さを有するダイオード構造である。図８の実施例による半導体構造８３０は、左ないし右の領域においてコンタクトされる。このために、光学的アクティブ領域１１２ａ〜１１２ｃが断続的な金属層８１０の上に配置されている。断続的な金属層８１０によって光学的アクティブ領域１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃの直列接続が製造される。
【００６６】
光学的アクティブ領域１２２ａおよび１２２ｂは透明な支持層８２６の上に配置されており、該支持層は、光学的アクティブ領域１１２ａ〜１１２ｃの電磁ビームの少なくとも一部を透過する。支持層８２６は断続的な第２金属層８２０を含む。金属層８２０は、光学的アクティブ領域１２２ａおよび１２２ｂのコンタクトのために使用される。
【００６７】
断続的な金属層８２０は切欠部８２２ａおよび８２２ｂを有しており、これらの切欠部は透過領域１２４ａないし１２４ｂとして使用される。切欠部８２２ａおよび８２２ｂは、ブリッジ８２４ａないし８２４ｂによって橋絡されている。ブリッジは、例えば、断続的な金属層８２４自体の、空間的に切欠８２２の前または後に配置されている部分とすることができる。択一的に、電磁ビーム１３０の出射を全く阻害しないか殆ど阻害しない、比較的薄い電気的コンタクトを使用することもできる。この場合、例えばボンディングワイヤか、または付加的な層に配置された薄い導体路とすることができる。
【００６８】
図９は、本発明の別の実施形態による光学的半導体構成素子９００を示す。半導体構成素子９００は、第１層１１０および第２層１２０を含む。
【００６９】
第１層１１０および第２層１２０は、それぞれ透明な支持層９１０ないし９２０、ならびに導電性の接続層９１２ないし９２２を含む。第１層１００は、２つの光学的アクティブ領域１１２ａおよび１１２ｂを含む。第２層１２０は、２つの第２光学的アクティブ領域１２２ａおよび１２２ｂを含む。図９に図示した実施例においては、光学的アクティブ領域１１２および１２２は、導電性の接続層９１２ないし９２２に嵌め込まれている。例えば、接続層９１２および９２２は、適当なドーピングによって接続領域およびダイオード構造が取り付けられた半導体基板とすることができる。
【００７０】
光学的アクティブ領域１２２ａおよび１２２ｂは、放射された電磁ビーム１３０の方向において、光学的アクティブ領域１１２ないし１１２ｂの上に配置されている。光学的アクティブ領域１２２ａおよび１２２ｂは部分的に透明に構成されており、したがって自ら、下に位置する領域１１２ａおよび１１２ｂのための透過領域１２４として機能する。光学的アクティブ領域１１２と１２２が放射方向において一致している配置によって、第１光学的アクティブ領域１１２ａおよび１１２ｂの電磁ビーム１３０ａを、第２光学的アクティブ領域１２２ａおよび１２２ｂの電磁ビーム１３０ｂと混合することができる。例えば、第１色、例えば緑色を有する第１波長λ１の光を、光学的アクティブ領域１１２ｂおよび１１２ｂによって放射することができる。光学的アクティブ領域１２２ａおよび１２２ｂは、第２色、例えば赤色を有する第２波長λ２の光を放射することができる。光学的アクティブ領域１１２ａ，１１２ｂ，１２２ａ，１２２ｂが同時に活性化することによって、半導体構成素子９００の観察者には、第３の色、例えば黄色の光が放射されているかのような印象が生じる。
【００７１】
図９においては、第１層１１０と第２層１２０とが間隔を置いて配置されている。これらの層が閉じられたケーシングボディの中に組み込まれる場合、特に高出力の光学的アクティブ領域１１２および１２２を冷却するために、中間空間９３０に冷却液を流し込むことができる。有利には、例えば水またはアルコールなどのような高い比熱容量を有する冷却液か、もしくは、例えば炭化水素化合物のような特別な冷却剤が使用される。
【００７２】
図１０は、半導体構成素子の製造方法のフローチャートである。
【００７３】
第１ステップＳ１０において、少なくとも１つの放射方向に電磁ビーム１３０を放射するための第１光学的アクティブ領域１１２を備える第１層１１０が製造される。例えば、ダイオード構造２１０を半導体材料のドーピングによって製造することができる。
【００７４】
第２ステップＳ２０において、前記第１層１１０が、ケーシングボディ５７０の中、または支持材料１４０の上に配置される。第１層１１０を支持材料１４０の上、またはケーシングボディ５７０の中に配置することによって、光学的かつ電気的な接続、または第１領域１１２によって生成された熱に対する熱的な接続を製造することができる。
【００７５】
さらなるステップＳ３０において、電磁ビーム１３０を放射するための少なくとも１つの光学的アクティブ領域１２２を備える第２層１２０が製造される。前記第２層１２０には少なくとも１つの第１透過領域１２４が嵌め込まれる。透過領域１２４は、第２層１２０に例えば切欠部を製造することによって、または、透明または半透明の材料を取り付けることによって製造することができる。
【００７６】
さらなるステップＳ４０において、前記第２層１２０が前記第１層１１０の上に配置され、この際少なくとも１つの前記透過領域１２４は、前記第１層１１０の少なくとも１つの光学的アクティブ領域１１２の上に配置される。例えば、所定のラスタ構造に基づいた配向が可能である。第２層を直接第１層の上に成長させることも可能であり、この際当業者にはこれに関して公知の全てのリソグラフィ方法を使用することができる。
【００７７】
選択的に、所期の層スタック３００または４００が製造されるまで、さらなる層３３０，３４０，または３５０のために、ステップＳ３０とＳ４０を繰り返すことができる。
【００７８】
付加的に、選択的な別の層、例えば冷却層５１０または５２０、反射層５４０、変換層５５０、または接続層９１２または９２２を、製造中に層スタック３００または４００に嵌め込むことができる。
【００７９】
上に説明したフローチャートは単に図示した製造方法を説明するためだけに使用される。しかしながらプロセスに基づいて、ステップの別の順番やステップの並行も可能である。
【００８０】
同様にして、個々の実施例に開示された全ての特徴は、別の実施形態を得るために多岐にわたって互いに組み合わせることができる。本発明は実施例に基づく上記の説明によってそれらの実施例に限定されるものではない。
【００８１】
むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のあらゆる組み合わせが含まれる。このことはこのような特徴またはこのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていない場合であっても当てはまる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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