(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電半導体素子であって、
凹陥部（１０２）を有するベースボディ（１００）と、
少なくとも第１の光電素子（１０４）および第２の光電素子（１０６）と、
前記凹陥部（１０２）内に設けられた表面パターニング素子と、
前記第１の光電素子（１０４）および前記第２の光電素子（１０６）を前記凹陥部内に埋め込むための充填材（１１２）と
を備え、
前記表面パターニング素子は、前記充填材（１１２）の表面に少なくとも２つの湾曲領域（１１４，１１６，１１８）を生じさせるように形成されている
ことを特徴とする光電半導体素子。
【請求項２】
前記表面パターニング素子は、前記ベースボディ（１００）のうち前記凹陥部（１０２）の内側面に設けられ、凹陥部（１０２）の深さ方向の少なくとも一部に延在する突出部（１１０，２００）によって形成されている、請求項１記載の光電半導体素子。
【請求項３】
前記突出部（１１０，２００）が、凹陥部（１０２）の深さ方向の全体にわたって延在し、前記凹陥部（１０２）と同じ高さを有する、請求項２記載の光電半導体素子。
【請求項４】
前記突出部（１１０，２００）が、前記凹陥部（１０２）よりも低い高さを有する、請求項２記載の光電半導体素子。
【請求項５】
前記突出部（１１０，２００）が、前記凹陥部（１０２）の前記内側面において、前記凹陥部内（１０２）に配置された第１の光電素子（１０４）と第２の光電素子（１０６）との間に配置されている、請求項２記載の光電半導体素子。
【請求項６】
前記突出部（１１０，２００）が、前記凹陥部（１０２）内に配置された第１の光電素子（１０４）又は第２の光電素子（１０６）に対して直列に配置されている、請求項２記載の光電半導体素子。
【請求項７】
前記表面パターニング素子は、前記凹陥部内に延在し、前記凹陥部の底面に接続されているスタブ（３００，３０２，３０４，３０６）によって形成されている、請求項１記載の光電半導体素子。
【請求項８】
前記スタブ（３００，３０２，３０４，３０６）は、前記凹陥部（１０２）を通じて、前記凹陥部（１０２）の一つの内側面から、対向する他の内側面へ延在している、請求項７記載の光電半導体素子。
【請求項９】
前記スタブ（３００，３０２，３０４，３０６）は、前記凹陥部（１０２）内に配置された第１の光電素子（１０４）と第２の光電素子（１０６）との間に配置されている、請求項７記載の光電半導体素子。
【請求項１０】
前記表面パターニング素子（４００，４０２）は前記凹陥部の開口端に掛け渡して設けられたブリッジ状に構成されている、請求項１記載の光電半導体素子。
【請求項１１】
ブリッジ状に構成された前記表面パターニング素子（４００，４０２）は、その両端に係止部（４０４）が設けられており、当該係止部（４０４）を介して前記ベースボディ（１００）に固定されている、請求項１０記載の光電半導体素子。
【請求項１２】
ブリッジ状に構成された前記表面パターニング素子（４００，４０２）が、前記ベースボディ（１００）と一体に構成されている、請求項１０記載の光電半導体素子。
【請求項１３】
前記少なくとも２つの湾曲領域（１１４，１１６，１１８）はそれぞれ凹状に湾曲している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の光電半導体素子。
【請求項１４】
前記第１の光電素子（１０４）および前記第２の光電素子（１０６）はそれぞれ光源として構成されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の光電半導体素子。
【請求項１５】
前記第１の光電素子（１０４）は前記第２の光電素子（１０６）とは異なる発光スペクトルを有する、請求項１４記載の光電半導体素子。
【請求項１６】
前記充填材（１１２）は注型成形材料である、請求項１から１５までのいずれか１項記載の光電半導体素子。
【請求項１７】
前記注型成形材料は、エポキシ樹脂およびアクリル樹脂およびシリコーン樹脂の材料グループのうち１つの材料を含む、請求項１６記載の光電半導体素子。
【請求項１８】
前記充填材（１１２）は拡散材料を含む、請求項１から１７までのいずれか１項記載の光電半導体素子。
【請求項１９】
前記充填材（１１２）は吸収材料を含む、請求項１から１８までのいずれか１項記載の光電半導体素子。
【請求項２０】
光電半導体素子の製造方法であって、
凹陥部（１０２）を有するベースボディ（１００）と、該凹陥部（１０２）内に配置される表面パターニング素子とを準備するステップと、
第１の光電素子（１０４）および第２の光電素子（１０６）を前記凹陥部（１０２）内に配置するステップと、
前記凹陥部（１０２）を充填材（１１２）によって充填し、前記表面パターニング素子によって該充填材（１１２）の表面に少なくとも２つの湾曲領域（１１４，１１６，１１８）を形成するステップと
を含む
ことを特徴とする光電半導体素子の製造方法。
【請求項２１】
さらに、前記充填材（１１２）の表面を硬化するステップを含む、請求項２０記載の光電半導体素子の製造方法。
【請求項２２】
前記充填材を冷却またはガラス転移によって硬化する、請求項２０または２１記載の光電半導体素子の製造方法。
【請求項２３】
さらに、前記充填材（１１２）を注封によって前記凹陥部（１０２）内に封入するステップを含む、請求項２０から２２までのいずれか１項記載の光電半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電半導体素子、特に、凹陥部を有するベースボディと第１の光電素子および第２の光電素子とを有する光電半導体素子に関する。また、本発明は、光電半導体素子の製造方法にも関する。
【０００２】
こうした光電半導体素子の例は、複数の光電素子、例えば発光ダイオードを個別の半導体チップとしてケーシング内にまとめたモジュールである。各光電素子はベースボディの凹陥部内に配置され、注型成形材料によって封止される。この場合、ケーシング内に収容された複数のダイオードの放射主方向が相互に僅かずつ異なることがしばしば問題となる。特に、多色ＬＥＤでは、観察角度が異なる場合に個々のダイオードからの光放出がそれぞれ異なる強さで作用するので、離れた場所においては可視の色差が大きな角度領域で生じる。このため、例えば光混合による白色光の形成に必要な、すべてのダイオードにおいて一定の光成分が、全角度領域へは達しない。このような色差は、特に大画面の壁掛け式ビデオ装置やプロジェクタなどの典型的な適用分野において、望ましくない。
【０００３】
本発明の基礎とする課題は、上述した効果を低減できる光電半導体素子を提供することである。
【０００４】
この課題は、独立請求項１に記載された光電半導体素子、および、独立請求項１２に記載された光電半導体素子の製造方法によって解決される。
【０００５】
本発明の光電半導体素子の有利な実施形態ならびに光電半導体素子の製造方法の有利な実施形態は従属請求項の対象となっている。
【０００６】
本発明の実施形態
本発明の種々の実施形態では、光電半導体素子が、凹陥部を備えたベースボディを有する。光電半導体素子はさらに、それぞれ１つずつ、第１の光電素子と第２の光電素子と表面パターニング素子とを備えている。第１の光電素子および第２の光電素子は充填材によって凹陥部内に埋め込まれている。表面パターニング素子によって、充填材の表面に少なくとも２つの湾曲領域が形成されている。
【０００７】
また、本発明の種々の実施形態では、光電半導体素子の製造方法が、
凹陥部および表面パターニング素子を有するベースボディを準備するステップと、
第１の光電素子および第２の光電素子を凹陥部内に配置するステップと、
凹陥部を充填材によって充填し、表面パターニング素子によって充填材の表面に少なくとも２つの湾曲領域を形成するステップと
を含む。
【０００８】
種々の実施形態の基本となる着想は、少なくとも２つの光電素子、例えば少なくとも２つの発光ダイオードを含む光電半導体素子を形成することである。各光電素子は典型的には透明な充填材によって包囲されている。充填材は各光電素子から放出された放射を出力する１つの表面を有する。表面パターニング素子を設けることにより、当該の表面はそれぞれ湾曲した２つの領域へ分割される。こうして、個々の光電素子から見て近似に均等な表面が形成される。個々の光電素子はそれぞれほぼ同様にすべての空間方向に放射を出力する。光電半導体素子の大きな角度領域で特に良好な色均一性が得られる。これは、光電半導体素子が、それぞれ別個の色スペクトルを放出する複数の光電素子によって発光された光放射を重畳して白色光を形成するように構成されている場合に、特に有利である。こうして、典型的な適用分野、例えば壁掛け式ビデオ装置またはプロジェクタにおける色差が低減される。
【０００９】
光電半導体素子の１つの実施形態では、表面パターニング素子が、ベースボディのうち凹陥部内へ延在する突出部によって形成される。この場合、凹陥部の狭隘部が生じる。凹陥部を充填材によって充填する際に、狭隘部での充填材の表面張力に基づいて、充填材の表面のパターニングが生じ、２つの領域がそれぞれ１つずつ湾曲した表面プロフィルを有するようになる。つまり、突出部を設けることにより、充填材の表面が２つの領域へ分割されるのである。
【００１０】
光電半導体素子の別の実施形態では、表面パターニング素子は、凹陥部内に延在するスタブによって形成される。スタブには充填材とスタブ材料とのあいだの接触応力がかかる。こうして、両側に、表面張力に基づいて湾曲したそれぞれの表面領域が形成される。スタブは例えば当該の表面に接触するので、スタブ高さによって、湾曲部の曲率およびその向きを調整することができる。
【００１１】
光電半導体素子の別の実施形態では、表面パターニング素子は凹陥部内でブリッジ状に構成される。これにより、各光電素子から放出される放射の光路が最短となるよう制御される。
【００１２】
光電半導体素子の別の実施形態では、２つの湾曲領域はそれぞれ凹状に湾曲される。こうして各光電素子から放出された放射の光特性が制御されることにより、大きな空間角度にわたって重畳されたスペクトルの特に良好な色再現性が得られる。
【００１３】
光電半導体素子の別の実施形態では、第１の光電素子および第２の光電素子はそれぞれ光源として構成されている。この場合、スペクトルは不可視光領域にあっても可視光領域にあってもよい。
【００１４】
光電半導体素子の別の実施形態では、第１の光電素子は第２の光電素子とは異なる発光スペクトルを有する。各光電素子のそれぞれのスペクトルを重畳することにより、光電半導体素子全体から放出される光放射の種々の色スペクトルが得られる。
【００１５】
光電半導体素子の別の実施形態では、充填材は注型成形材料である。これにより、特に簡単に光電半導体素子を製造することができる。また、各光電素子は、注型成形後、コンタクト面を除き、充填材によって包囲される。
【００１６】
光電半導体素子の別の実施形態では、注型成形材料は、エポキシド樹脂およびアクリル樹脂およびシリコーンおよびシリコーン樹脂の材料グループのうちいずれかの材料を含む。これらの材料は、特に、可視光領域における透過性と、光電半導体素子の製造時の処理の簡便性とを特徴としている。注型成形材料として、１つまたは複数の上記材料をベースとしたハイブリッド材料や相応の混合物なども適している。
【００１７】
光電半導体素子の製造方法の１つの実施形態では、充填材の表面が硬化される。これにより、表面パターニング素子によって形成される充填材の表面構造を持続的に固定することができる。
【００１８】
光電半導体素子の製造方法の別の実施形態では、充填材は冷却またはガラス転移によって硬化される。
【００１９】
光電半導体素子の製造方法の別の実施形態では、充填材は注封によって凹陥部内に封入される。
【００２０】
以下に、本発明の手段の種々の実施例を、図を参照しながら詳細に説明する。図中、参照番号の１桁目は、その要素の初出の図番号を表している。全図にわたって、同一の要素ないし同様の作用もしくは特性を有する要素には、同じ参照番号を付してある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１ａ】第１の実施例による光電半導体素子の概略的な上面図である。
【図１ｂ】図１ａの光電半導体素子をＡ−Ａ線で切断した概略的な断面図である。
【図１ｃ】図１ａの光電半導体素子の第１の形態をＢ−Ｂ線で切断した概略的な断面図である。
【図１ｄ】図１ａの光電半導体素子の第２の形態をＢ−Ｂ線で切断した概略的な断面図である。
【図２ａ】第２の実施例による光電半導体素子の概略的な上面図である。
【図２ｂ】図２ａの光電半導体素子をＡ−Ａ線で切断した概略的な断面図である。
【図３ａ】第３の実施例による光電半導体素子の概略的な上面図である。
【図３ｂ】図３ａの光電半導体素子をＡ−Ａ線で切断した概略的な断面図である。
【図３ｃ】図３ａの光電半導体素子の別の形態の概略的な上面図である。
【図４ａ】第４の実施例による光電半導体素子の概略的な上面図である。
【図４ｂ】図４ａの光電半導体素子をＡ−Ａ線で切断した概略的な断面図である。
【図５】本発明の実施例による光電半導体素子の製造方法のフローチャートである。
【００２２】
光電半導体素子の実施例
図１ａには、光電半導体素子の第１の実施例の上面図が示されている。光電半導体素子はベースボディ１００を備えている。ベースボディ１００には凹陥部１０２が設けられている。凹陥部１０２には、第１の光電素子１０４と、第２の光電素子１０６と、第３の光電素子１０８とが配置されている。ベースボディ１００は、凹陥部１０２内へ延在してこの凹陥部の狭隘部を形成する複数の突出部１１０を備えている。凹陥部１０２には、第１の光電素子１０４および第２の光電素子１０６および第３の光電素子１０８を埋め込み、これらをカバーする充填材も封入されている。
【００２３】
ベースボディ１００は各光電素子に対する支持体に相当し、各光電素子を保護するケーシングを備えている。ベースボディ１００は一体として構成することもできるし、複数のユニットから構成することもできる。例えば、ベースボディ１００は、支持体またはリードフレームにプラスティック材料を押出成形することによって形成される。この場合、ベースボディの材料は、半導体製造技術において公知の適切な複数の材料から選択できる。例えば、光電半導体素子の動作温度に対する温度領域を考慮して選定してもよいし、高い反射係数を有する適切な材料を選定してもよい。このようにすることにより、光電半導体素子の放射出力が高められる。ここで、ベースボディ１００は例えば凹陥部１０２内に配置されたリフレクタを支持する支持体を備えることができる。また、ベースボディ１００またはその一部を射出成形プロセスによって形成することもできる。
【００２４】
ベースボディ１００はそれぞれの適切な材料から成っていてよい。リフレクタに代えて、ベースボディ１００に吸収部材、例えば黒色ケーシングを設けてもよい。上述した構成により、吸収部材でケーシング材料での散乱がなくなるので、色均一性が増大し、色均一性のいちじるしい改善が達成される。
【００２５】
凹陥部１０２はベースボディ１００内の凹陥部として形成される。この凹陥部は、例えば、ベースボディ１００の形成時にすでに形成されていてもよいし、後からベースボディ１００内に形成されてもよい。凹陥部１０２は平滑な内面を有することができるが、例えば光電半導体素子の良好な放射出力を得るために当該の内面をパターニングすることもできる。凹陥部の内側面はベースボディ１００内に垂直に形成することができるが、内側面を斜めに、例えば凹陥部１０２が開口ヘ向かって拡大するような形状に形成してもよい。このようにして形成された斜めの形状は例えば凹陥部１０２の底面に対する垂線に対して４゜より大きな角度で傾斜する。このようにすることにより、同様に、光電半導体素子の放射出力を改善することができる。
【００２６】
第１の光電素子１０４および第２の光電素子１０６および第３の光電素子１０８はそれぞれ個別の半導体チップとして構成されている。この場合、無機半導体、例えばＧａＡｓ半導体もしくはＧａＮ半導体などのＩＩＩ族−Ｖ族半導体が用いられてもよいし、有機半導体が用いられてもよい。半導体として、基板上に成長されるエピタキシ層も可能である。基板は、ＳｉＣ，サファイア，Ｇｅ，Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＧａＮもしくはＧａＰの材料のうち少なくとも１つの材料を含む。エピタキシ層は、例えば、可視領域の青色または緑色の発光スペクトルに対してＡｌＩｎＧａＮなどの４元素半導体を含むか、または、可視領域の赤色の発光スペクトルに対してＡｌＩｎＧａＰなどの４元素半導体を含む。同様に、エピタキシ層が５元素半導体を含んでいてもよい。５元素半導体の例として、赤外領域の光放射の発光に用いることのできるＡｌＧａＩｎＡｓＰが挙げられる。
【００２７】
各光電素子は凹陥部１０２の開放面を通る法線として延在する光軸に対して配置されるので、各光電素子の発光する放射は主として凹陥部の開放部を通る。各光電素子は光センサであっても光源であってもよい。ここでは、発光ダイオードおよび有機発光ダイオードの双方を考察する。
【００２８】
複数の突出部１１０がベースボディから凹陥部１０２内へ突出している。各突出部１１０はベースボディと同じ材料から成り、ベースボディと一体に形成されている。少なくとも、凹陥部１０２の内部形状全体につき射出成形プロセスを適用することができる。当該の内部形状に基づいて、ワークツールに対する型芯の適切な設計が可能である。また、各突出部をベースボディに取り付けたり、および／または、他の材料から形成したりすることもできる。すべての突出部１１０が凹陥部１０２の内側面の深さ全体にわたって延在してもよいし、または、深さの一部のみに延在するのであってもよい。ここでは、突出部によって充填材の表面がパターニングされていさえすれば、突出部の形状および配置形態につき種々のバリエーションが可能である。
【００２９】
突出部１１０は種々の大きさを有する。突出部１１０によって形成された凹陥部１０２内の狭隘部は、有利な実施例では、１００μｍを上回る幅を有する。
【００３０】
充填材は各光電素子の被覆に用いられる透明材料である。充填材として、カチオン重合によるＵＶ硬化特性もしくは光硬化特性を有する透明材料が用いられる。こうした充填材に対して、例えば、シリコーンまたはエポキシド樹脂が考察される。ＰＭＭＡなどのアクリル樹脂もしくはシリコーン樹脂を用いることもできる。また、充填材は、光学素子内で形成された光放射の拡散性の放射出力を可能にするディフューザ材料を含んでいてもよい。このために、充填材は、充填材内に分散されたディフューザ粒子を含む。ディフューザ粒子は、生じる放射、例えば光を、拡散させるために用いられる。ディフューザ粒子の分散度はできるかぎり均等であるべきだが、これを、適切な製造プロセスによって、充填材の特別の光学特性が達成されるように選定してもよい。充填材中のディフューザ粒子の割合により、充填材の吸収特性および拡散特性が制御される。当該の充填材中のディフューザ粒子の割合は例えば約０．１５％から約２．０％までの値である。ただし、充填材の所望の光学特性にしたがって、この値を増減して選定してもよい。ディフューザ粒子の使用は例えば文献［１］から公知である。当該の文献は引用により本願に組み込まれるものとする。
【００３１】
同様に、充填材は光電半導体素子の光学特性を必要に応じて制御するための吸収材料を含むことができる。
【００３２】
光電半導体素子の第１の実施例の構造は図１ｂに示されている。図１ｂには図１ａの光電半導体素子をＡ−Ａ線に沿って切断した断面図が示されている。第１の光電素子１０４および第２の光電素子１０６および第３の光電素子１０８はベースボディ１００内の凹陥部の底部に配置されている。凹陥部は充填材１１２によって充填されており、これにより、各光電素子が埋め込まれている。ここで、充填材１１２は凹陥部の底部に向かう表面を有する。当該の表面は、複数の突出部によって、第１の領域１１４および第２の領域１１６および第３の領域１１８としてパターニングされる。これらの領域は個々の光電素子の光出射面での局所的な充填材形状を形成する。
【００３３】
局所的な充填材形状は特に凹陥部内への充填材１１２の封入の際に形成される。当該の形状は、例えば、液相の充填材１１２の表面張力、すなわち、材料の自由表面エネルギに依存して定まり、充填材とベースボディ１００との接触面が生じ、ひいては、当該の接触面での界面張力が生じる。材料を適切に選択および／または処理することにより、適切な局所的充填材形状の生じる物理特性が調整される。この場合、図示されているように、表面には３つの凹状領域が成形される。また、これらの領域が他の形状に（例えば凸状湾曲面として）湾曲していてもよい。さらに、これらの領域の各表面が相互に異なる局所的湾曲形状を有していてもよい。例えば、第１の領域１１４が凸状に湾曲し、第２の領域１１６が凹状に湾曲していてもよい。
【００３４】
図１ｃには図１ａの光電半導体素子をＢ−Ｂ線で切断した場合の第１の形態の断面図が示されている。Ｂ−Ｂ線は図１ｂのＡ−Ａ線に対して平行にずれて延在している。
【００３５】
ここには、２つの突出部１１０を備えたベースボディ１００が示されている。各突出部１１０はベースボディ１００内の凹陥部と同じ高さを有している。当該の凹陥部は充填材１０２によって充填されている。充填材は突出部１１０の側壁を濡らしている。充填材１０２の表面は各突出部１１０によって第１の領域１１４および第２の領域１１６および第３の領域１１８へ分割されている。突出部１１０の側壁と凹陥部に面するベースボディ１００の内壁とが濡らされていること、および、充填材１０２の表面張力が生じることにより、各領域はそれぞれ１つずつ湾曲形状を有する。湾曲形状はここでは図１ｂと同様に定められている。なお、図１ｂ，図１ｃの形状は例示である。
【００３６】
図１ｄには図１ａの光電半導体素子をＢ−Ｂ線で切断した場合の第２の形態の断面図が示されている。
【００３７】
図１ｄの第２の実施形態は、各突出部１１０がベースボディ１００内の凹陥部よりも低い高さを有する点で、図１ｃの第１の形態と異なる。これにより例えば小さな充填高さが可能となる。このように、充填材１１２の表面領域の形状を各突出部１１０の高さによって調整することができる。
【００３８】
同様に、充填材１１２の表面領域の形状を、各光電素子の配置に対する各突出部１１０の配置によって調整することもできる。このことを以下に図２ａを参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
図２ａには、光電半導体素子の第２の実施例の上面図が示されている。当該の第２の実施例は、図１ａ−図１ｄの第１の実施例とおおよそ同じ構造を有するので、上述したような第１の実施例に対する変更ないし修正を行うことができる。第２の実施例の大きな相違点は、ベースボディ１００に形成されている突出部２００，２０２が、１つの光電素子（ここでは第２の光電素子１１６）に対して直列に配置されていることである。これにより、図１ａ−図１ｄの第１の実施例とは異なる充填材の表面形状が実現される。さらに、図２ｂには、当該の第２の実施例の素子をＡ−Ａ線で切断した断面図が示されている。充填材１１２の表面は第１の突出部２００を設けることにより第１の領域２０２および第２の領域２０４および第３の領域２０６へ分割されている。第２の領域２０４は、第１の領域２０２および第３の領域２０６よりも小さい表面積を有する。なお、この場合、各領域は湾曲している。第２の領域２０４は他の２つの領域よりも小さい表面積を有するため、湾曲形状の曲率半径も他の２つの領域とは異なっている。この図から、各突出部の位置および厚さを定めることにより、充填材の表面パターンを制御できることが明らかである。
【００４０】
図３ａには、光電半導体素子の第３の実施例の上面図が示されている。第３の実施例は図１ａ−図１ｄの第１の実施例および図２ａ−図２ｂの第２の実施例と同様の構造を有しおり、第１の実施例および第２の実施例の可能な変形形態に応じて構成できる。大きな相違点は、ベースボディ１００に構成された第１のスタブ３００と同様にベースボディ１００に構成された第２のスタブ３０２とが凹陥部１０２を通して延在しているということである。第１のスタブ３００は第１の光電素子１０４と第２の光電素子１０６とのあいだに配置されている。第２のスタブ３０２は第２の光電素子１０６と第３の光電素子１０８とのあいだに配置されている。これにより凹陥部１０２は３つの領域に分割されている。また、これにより、充填材の表面は、図３ｂに示されているように、第１の領域１１４と第２の領域１１６と第３の領域１１８とに分割される。
【００４１】
別の実施形態が図３ｃに示されている。図３ａ，図３ｂの実施形態との相違点は、第１のスタブ３００および第２のスタブ３０２に代えて、第１のスタブ３０４および第２のスタブ３０６を備えることである。第１のスタブ３０４および第２のスタブ３０６は、凹陥部の内側面でなく底面に接続されており、これらによって支持されていることを特徴としている。ここで、第１のスタブ３０４および第２のスタブ３０６は凹陥部１０２の一部を通って延在している。第１のスタブ３０４および第２のスタブ３０６は少なくとも部分的に凹陥部２の底面に接触してこれにより支持されている。内側面と各スタブとのあいだに存在する空隙により、光電素子を製造する際に、凹陥部を充填材によって良好に充填することができる。また、配置のしかたによっては、表面のパターニングを別様のものとし、光電半導体素子の別の放射特性を達成することもできる。
【００４２】
図４ａには、光電半導体素子の第４の実施例の上面図が示されている。第４の実施例は、図１ａ−図１ｄの第１の実施例、図２ａ−図２ｂの第２の実施例、図３ａ−図３ｃの実施例と類似した構造を有している。上述の実施例との大きな相違点は、突出部またはスタブに代えて、第１のブリッジ４００および第２のブリッジ４０２が設けられていることである。第１のブリッジ４００および第２のブリッジ４０２はそれぞれの係止部（例えば係止部４０４）を介してベースボディ１００に固定されている。ただし、これらのブリッジをベースボディ１００と一体に構成することもできる。第１のブリッジ４００および第２のブリッジ４０２は充填材の表面上を延在しているかまたは表面に接している。さらに、図４ａの光電半導体素子をＡ−Ａ線で切断した断面図が図４ｂに示されている。
【００４３】
第１のブリッジ４００および第２のブリッジ４０２は種々の材料から形成することができる。これらは、ベースボディ１００内に存在する材料を含んでいてもよい。可能な実施形態として、各ブリッジが、理想的には各光電素子から放出される光放射のスペクトルに透過性を有するファイバを含むこともできる。有利には、薄いガラスファイバが用いられる。適切な材料を選択することにより、充填材の表面に対する接触応力が調整され、ひいては、当該の充填材の表面の所定の領域の湾曲形状が制御される。
【００４４】
図１ａ−図４ｂの実施例のすべてを３つの光電素子に関連する実施例として説明したが、少なくとも２つの光電素子が存在するかぎり、光電素子の数が別様であってもよい。光電素子を３つ設けることにより、例えば、各スペクトルが赤・青・緑の色を有する光電半導体素子が形成される。同様に、４つの光電素子を設け、例えば、そのうちの２つを特に緑色のスペクトルで放射を形成する光電素子とすることにより、重畳によって白色スペクトルの放射を形成する光電半導体素子を実現することができる。こうしたスペクトルは太陽光のスペクトルにきわめて近似する。光電素子の数および種類を選択することにより、放射光の放射強度および色温度の双方を必要に応じて調整することができる。
【００４５】
光電半導体素子の製造方法の実施例
図５には、光電半導体素子の製造方法の実施例のフローチャートが示されている。
【００４６】
第１のステップ５００で、凹陥部および表面パターニング素子を備えるベースボディが準備される。ベースボディは各光電素子のための支持体に相当し、各光電素子を保護するためのケーシングを備える。このことは図１ａ−図４ｂの実施例に関連して説明した。凹陥部はベースボディ内に設けられている。当該の凹陥部は、例えば、相応のケーシングを支持体に取り付けることによって、もしくは、相応の処理、例えばエッチングプロセスでベースボディを切り欠くことによって、ベースボディの形成時に既に形成されていてよい。表面パターニング素子はベースボディに取り付けられている。表面パターニング素子の機能および形状は、図１ａ−図４ｂの実施例に関連して説明した表面パターニング素子に対応する。表面パターニング素子は、ベースボディの形成時に一緒に形成されてもよいし、後から取り付けられたり成形されたりしてもよい。
【００４７】
第２のステップ５０２では、凹陥部内に第１の光電素子および第２の光電素子が配置される。第１の光電素子および第２の光電素子はそれぞれ個々の半導体チップとして構成されている。この場合、無機半導体、例えばＧａＡｓ半導体などのＩＩＩ族‐Ｖ族半導体、もしくは、有機半導体を利用可能である。これらはケーシングを備えていない半導体小片（ベアダイ）として凹陥部内に配置できる。また、１つまたは複数の半導体小片の活性側面に、ルミネセンス変換層を被着することもできる。ルミネセンス変換層では、半導体小片から放出される１次放射の一部が他の波長の放射へ変換される。一般に、ルミネセンス変換層は、放射透過性のマトリクス材料とこのマトリクス材料内に埋め込まれた蛍光物質とを含む。マトリクス材料内に埋め込まれた蛍光物質は、半導体小片から放出される放射の少なくとも一部を吸収し、別の波長領域の放射を放出する。蛍光物質として、例えば、希土類がドープされたガーネットなど、無機蛍光物質が用いられる。同様に、ペリレンなどの有機蛍光物質、または、種々の蛍光物質の混合物なども使用可能である。可能な蛍光物質の種々の例は文献［２］から公知であり、この文献の内容は引用により本発明に含まれるものとする。各光電素子は、凹陥部の開放部を通る法線として延在する光軸に関して配置され、これにより、各光電素子から主として凹陥部の開放部を通る放射が発光される。
【００４８】
第３のステップ５０４では、凹陥部に充填材が充填される。充填材としては、図１ａ−図４ｂの実施例に関連して説明した物質が用いられる。一般には、充填材は、アモルファス状の固体であり、液相で凹陥部内に封入される。この場合、各光電素子が完全に覆われる。充填材の表面張力とベースボディおよび表面パターニング素子の接触応力とに基づいて、充填材の表面は２つの湾曲領域にパターニングされる。当該のパターン、特に２つの湾曲領域としてパターニングされた充填材の表面は、第４のステップ５０６で、充填材を例えば硬化もしくは冷却もしくはガラス転移などによって凝固させることにより、固化される。
【００４９】
結び
光電半導体素子およびその製造方法を、基礎となる着想を理解してもらうために、幾つかの実施例に則して説明した。ただし、上述した実施例は、種々の特徴を所定の組み合わせへ限定するものではない。各特徴ないし各態様を特定ないし個別の実施例に関連して説明したが、これらはそれぞれ他の実施例の特徴と組み合わせることもできる。また、一般的な技術的教説が実現されるかぎり、個別ないし特定の特徴もしくは態様を各実施例に追加したりそこから除去したりすることも可能である。
【００５０】
光電半導体素子の製造方法の各ステップは、所定の順序で説明したが、もちろん、開示されている本発明の方法において、有意な他の順序で実行することもできる。上述した技術的教説の基本的思想から逸脱しないかぎり、各方法ステップの追加もしくは除去も可能である。
【００５１】
文献
本明細書では次の文献を引用している。
【００５２】
［１］独国公開第１０２４１９８９号
［２］国際公開第９８／１２７５７号
【符号の説明】
【００５３】
１００  ベースボディ、  １０２  凹陥部、  １０４  第１の光電素子、  １０６  第２の光電素子、  １０８  第３の光電素子、  １１０，２００  突出部、  １１２  充填材、  １１４，２０２  表面の第１の領域、  １１６，２０４  表面の第２の領域、  １１８，２０６  表面の第３の領域、  ３００  第１のウェブ、  ３０２  第２のウェブ、  ３０４  第３のウェブ、  ３０６  第４のウェブ、  ４００  第１のブリッジ、  ４０２  第２のブリッジ、  ４０４  係止部
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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