(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクス半導体チップ（２）上に変換材（３）を設ける方法であって、
前記方法は、
・放射主面（２０）を有する前記オプトエレクトロニクス半導体チップ（２）を準備するステップと、
・変換材（３）を準備し、当該変換材（３）を支持体（４）の支持体主面（４０）に設けるステップと、
・前記変換材（３）が前記放射主面（２０）の側に来るように、かつ、当該放射主面（２０）との間に間隔（Ｄ）を空けるように、当該変換材（３）を配置するステップと、
・前記支持体（４）を透過するパルス状のレーザ光（６）を、
前記変換材（３）の吸収体成分（３６）に照射し加熱することにより、前記変換材（３）を前記支持体（４）から剥離して前記放射主面（２０）に被着するステップと
を有し、
前記レーザ光（６）は、前記支持体主面（４０）近傍の薄い領域において、前記吸収体成分（３６）によって完全またはほぼ完全に吸収され、
前記変換材（３）の吸収体成分（３６）は、前記レーザ光（６）によって熱分解または光分解され、
前記領域の厚さは２０ｎｍ〜２００ｎｍであり、
前記変換材（３）は母材を有し、該母材中に、変換物質粒子（３３）と吸収体成分（３６）の粒子とが含まれており、該吸収体成分（３６）の粒子密度は、前記変換材（３）の粒子密度よりも高く、
前記変換材（３）は、前記母材としてシリコーンを含み、
前記シリコーンは不完全に架橋または硬化された状態で前記支持体（４）に設けられ、前記半導体チップ（２）上に被着した後に初めて完全に硬化または架橋される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記吸収体成分（３６）の粒子の平均粒径は５ｎｍ〜２０ｎｍである、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記変換材（３）を順次、複数の連続する層（７）を成すように前記半導体チップ（２）上に被着し、
前記複数の層（７）のうち少なくとも１つを被着した後、前記半導体チップ（２）と、前記半導体チップ（２）上にすでに被着した前記変換材（３）とによって放出される放射の色座標を求め、
前記色座標に依存して、前記変換材（３）のさらに別の層（７）を前記半導体チップ（２）上に被着する、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記変換材（３）における前記吸収体成分（３６）の質量割合は、５質量％〜３５質量％である、
請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記レーザ光（６）は最大４１０ｎｍの波長を有し、
前記変換材（３）、または、当該変換材（３）の少なくとも前記吸収体成分（３６）は、前記レーザ光（６）の波長を吸収する作用を有する、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
剥離の際の前記レーザ光（６）のエネルギー密度は、０．２Ｊ／ｃｍ2〜５Ｊ／ｃｍ2であり、
前記レーザ光（６）のパルス時間は最大１０ｎｓである、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記支持体主面（４０）を上から見た場合、前記レーザ光（６）が照射される領域は線状であり、
前記変換材（３）を列ごとに、前記放射主面（２０）上に被着する、
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記変換物質粒子（３３）は、粒径が１μｍ〜５μｍであるＣｅ：ＹＡＧ粒子である、
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記剥離は、ＺｎＯである前記吸収体成分（３６）を用いて行われ、
ただし、前記母材内に前記吸収体成分（３６）の粒子が均質に分布している、
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明では、オプトエレクトロニクス半導体チップ上に変換材を被着する方法を開示する。本発明ではさらに、これに対応するオプトエレクトロニクス素子も開示する。
【０００２】
本発明の解決すべき課題は、所定の色座標に相当する全厚さで変換材をオプトエレクトロニクス半導体チップ上に設けることができる方法と、当該方法により製造することができるオプトエレクトロニクス素子とを実現することである。
【０００３】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、この方法は、オプトエレクトロニクス半導体チップ上に変換材を設けるのに使用される。前記変換材は、前記オプトエレクトロニクス半導体チップによって放出された放射の一部または全部を別の波長の放射に変換するように構成された変換物質を含む。たとえば、前記変換材は母材を有し、この母材に前記変換物質が埋め込まれている。この母材は、有利にはポリマーであるか、または、ポリマーの少なくとも１つの初期材料である。前記変換物質はとりわけ、希土類がドープされたガーネットを含むか、または、希土類がドープされたガーネットから成る。これはたとえば、Ｃｅ：ＹＡＧまたはＥｕ：ＹＡＧである。前記半導体チップは、有利には発光ダイオードである。
【０００４】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、この方法は、放射主面を有するオプトエレクトロニクス半導体チップを準備するステップを含む。前記放射主面は、前記半導体チップにおいて生成された放射の大部分が当該半導体チップから出てくるときに通る、前記半導体チップの表面である。「大部分」との用語はとりわけ、５０％を上回る割合、または、７５％を上回る割合を意味する。前記放射主面の向きは有利には、たとえばエピタクシーにより作製される半導体チップの成長方向に対して垂直である。前記半導体チップはチップ基板上に設けることができる。このチップ基板は、前記半導体チップの成長基板とするか、または、この成長基板と異なる支持基板とすることができる。前記放射主面は有利には、前記チップ基板と反対側にある。
【０００５】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、この方法は、前記変換材を準備するステップを有する。この変換材は少なくとも１つの膜で、支持体の支持体主面に少なくとも間接的に設けられる。前記支持体は、機械的にフレキシブルな支持体とするか、または、機械的に剛性である支持体とすることができる。前記支持体は、紫外線および／または可視光線の少なくとも１つのスペクトル部分領域を透過する。
【０００６】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、この方法は、前記変換材を配置するステップを有する。前記変換材は、前記半導体チップの放射主面の側に来るように、前記支持体上に配置される。換言すると、前記変換材の膜は前記放射主面と前記支持体との間に設置される。前記変換材と前記放射主面との間の領域を真空化するか、または、この領域にガスを充填することができる。有利には、前記半導体チップの放射主面の側にある、当該変換材の変換材主面の向きが、前記放射主面に対して平行になるように、前記変換材の膜の向きが決定されている。有利には、前記放射主面の法線ベクトルはたとえば最大１５°の公差で垂直方向に下向きにされており、前記変換材主面の法線ベクトルは垂直方向に上向きにされている。ここで垂直方向に上向きとは、重力の方向と逆方向であることを意味し、垂直方向に下向きとは、重力の方向であることを意味する。
【０００７】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、この方法は、前記支持体から前記変換材を剥離するステップを有する。この変換材の剥離は、変換材の吸収体成分を加熱することにより、および／または、変換材と支持体との間にある剥離膜を加熱することにより行われる。このような加熱により、吸収体成分、または、変換材のうち吸収体成分を直接包囲する領域、または、剥離膜の剥離材料は、少なくとも部分的に気相に移行する。この気相に移行する材料は支持体の近傍に設けられるので、この材料は、変換材の、半導体チップの放射主面と反対側にあるということになる。気相に移行することによって体積が増大し、この体積の増大により、変換材は支持体から剥離する。この変換材の剥離はとりわけ、たとえば最大３０°の公差または最大１５°の公差で、支持体主面に対して垂直な方向に行われる。このような方向に定められた剥離により、変換材は放射主面上に被着される。
【０００８】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記変換材の吸収体成分は当該変換材と比較して変化している。とりわけ、前記変換材の吸収体成分は、波長変換に対して影響を与えないものである。有利には、前記吸収体成分は、動作中に半導体チップおよび／または変換材によって生成された光を吸収しないものであるか、または実質的に吸収しないものである。
【０００９】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、変換材の剥離および被着は、パルス状のレーザ光を用いて行われる。このパルスレーザ光は、当該パルスレーザ光に対して透明である支持体を透過する。透明とは、支持体によって吸収されるレーザ光の割合が１０％未満または１％未満であることを意味する。このレーザ光が吸収体成分または剥離膜によって吸収されることにより、吸収体成分または剥離層が加熱される。前記パルスレーザ光は有利には、動作中に半導体チップから放出される放射の波長未満である波長を有する。
【００１０】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記変換材を剥離して被着する間、前記放射主面は変換材主面から離れている。換言すると、変換材と放射主面とは接触しない。
【００１１】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、この方法は、オプトエレクトロニクス半導体チップ上に変換材を設けるのに使用される。前記方法は少なくとも以下のステップを含む。これらのステップはとりわけ、記載順に実施される。
・放射主面を有するオプトエレクトロニクス半導体チップを準備するステップ
・変換材を準備し、当該変換材を支持体の支持体主面に設けるステップ
・前記変換材が前記放射主面の側に来るように、かつ、当該放射主面との間に０を上回る間隔を空けるように、当該変換材を配置するステップ
・前記支持体を透過するパルス状のレーザ光を、前記変換材の吸収材成分に、および／または、前記変換材と前記支持体との間にある剥離膜に照射して、当該吸収材成分または剥離膜を加熱することにより、前記変換材を前記支持体から剥離して前記放射主面に被着するステップ。
【００１２】
このような方法により、前記変換材は１膜ごとに半導体チップの放射主面上に被着されて複数の連続する層を成すことができる。前記変換材の層の数により、半導体チップ上に被着すべき変換材の厚さを調整することができ、このように厚さを調整できることにより、動作中に半導体チップと変換材とによって生成される放射の色座標を所期のように調整することができる。
【００１３】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記変換材は、前記母材としてシリコーンおよび／またはエポキシドおよび／またはシリコーンエポキシ混成材料を含むか、またはこの材料から成る。この母材中に、有利には粒状の変換物質が埋め込まれる。
【００１４】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記変換材の母材は前記支持体に不完全に架橋および／または不完全に硬化された状態で設けられている。換言すると、たとえば露光によって、または熱を加えることによって、支持体における母材の硬さを上昇させることができる。その後、前記母材の完全な硬化および／または架橋は、半導体チップを被着した後に初めて行う。不完全に架橋および／または硬化した状態で前記母材を半導体チップ上に被着することにより、変換材と半導体チップとを高信頼性で機械的に結合し、かつ、当該半導体チップ上において変換材の複数の層を相互に高信頼性で機械的に結合することができる。
【００１５】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、複数の連続する膜を成すように順次、前記変換材を半導体チップ上に被着する。前記半導体チップ上に被着される前記複数の各層の厚さは、たとえば最大３０％の公差で、または最大１５％の公差で、前記支持体に設けられた変換材の１膜の膜厚に相当する厚さとすることができる。剥離時に前記変換材の僅かな一部が前記支持体に残るようにすることができる。したがって、前記複数の各層はそれぞれ、支持体に設けられた当該変換材の膜から剥がれた各部分領域である。相互に隣接する層間の境界領域における、特に前記吸収体成分の濃度、または前記剥離膜からの吸収体材料の濃度は、前記複数の各層の中心領域と比較して異なっている。
【００１６】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記複数の層のうち少なくとも１層を半導体チップ上に被着した後、この半導体チップと、当該半導体チップ上に被着されたこの変換材とによって放出される放射の色座標を求める。このことはたとえば、半導体チップを一時的に電気的に動作させることにより、または、既に被着された変換材を外部光源によって励起することにより行われる。
【００１７】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、求められた前記色座標に依存して、前記半導体チップ上に被着される前記変換材の層を１つまたは複数とする。このことにより、支持体に設けられた変換材の各１つの膜に含まれる変換物質の濃度のばらつきを補償すること、または、変換材の各１つの膜の厚さのばらつきを補償することができ、完成後の半導体素子の色座標を高精度で調整することができる。
【００１８】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記支持体と、当該支持体に設けられた前記変換材の膜との間の剥離膜は、当該変換材の剥離時にレーザ光によって少なくとも部分的に気相に移行する剥離材料を含む。さらに、気相に移行した後の前記剥離材料の少なくとも一部は、半導体チップ上にある変換材上に堆積し、および／または、半導体チップ上にある変換材中に侵入する。換言すると、前記剥離膜からの剥離材料は、半導体チップ上に設けられる変換材を構成する一成分となる。とりわけ、前記剥離材料は、前記半導体チップ上にある前記変換材の２つの連続する層間の境界領域内に埋め込まれる。
【００１９】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記レーザ光は最大４１０ｎｍの波長を有し、紫外線スペクトル領域の光である。この波長はとりわけ、最大３７０ｎｍである。レーザ光の波長はとりわけ、少なくとも２２０ｎｍである。前記剥離膜および／または当該剥離膜の剥離材料および／または前記変換材の吸収体成分は、レーザ光のこの波長の場合に吸収作用を有する。前記剥離膜または前記変換材の吸収体成分は、前記レーザ光によって加熱可能であるか、または、熱分解可能または光分解可能である。
【００２０】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記支持体と前記変換材との間の剥離膜は、プラスチックまたはポリマーを含むか、または、プラスチックまたはポリマーから成る。とりわけ、前記剥離膜はＺｎＯを含むか、またはＺｎＯから成る。ＺｎＯは、約３６５ｎｍ〜３８７ｎｍを下回る波長を吸収する。それゆえ、周波数が３倍である約３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いてＺｎＯの分解を行うことができる。ＺｎＯの分解時には、とりわけ金属の亜鉛が生じ、この亜鉛は、分解時に細かく分散することができる。この亜鉛は、空気中の酸素にさらされると酸化してＺｎＯとなり、再び透明または透光性に戻る。また、前記亜鉛は変換材の構成成分と、たとえばシリコーンと反応することも可能である。ＺｎＯはさらに、物理蒸着法または化学蒸着法、略してＰＶＤ法またはＣＶＤ法によって、薄膜になるように支持体に堆積させることもできる。
【００２１】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記剥離膜の厚さは１０ｎｍ〜７５ｎｍであり、とりわけ２０ｎｍ〜５０ｎｍである。前記レーザ光に対する剥離膜の光学密度は、少なくとも０．５であるか、または少なくとも０．６５である。とりわけ、前記剥離膜の光学密度は０．７５〜１．０であるか、または１．５０〜４．０である。その代わりに択一的に、またはそれと組み合わせて、前記剥離膜の光学密度は少なくとも２．０である。
【００２２】
換言すると、一実施例では、前記剥離膜は前記レーザ光の比較的大きな割合を透過させることができる。このことにより、前記剥離層が完全またはほぼ完全に剥離または蒸発するのが保証される。このことに代えて択一的に、前記剥離膜が前記レーザ光の全部または実質的に全部を吸収することにより、前記変換材に達するレーザ光がなくなるかまたは実質的になくなるようにすることもできる。このことにより、前記変換材、特に変換物質をレーザ光から保護することができる。その際には、前記半導体チップに被着された前記変換材に、剥離膜の部分領域を残すことができる。
【００２３】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記レーザ光が照射される前記変換材の領域は、支持体主面に線状に形成されている。支持体主面を上から見たときの、変換材におけるレーザ光の長さと幅との商は、たとえば少なくとも５であるか、または少なくとも１０であるか、または少なくとも２０である。
【００２４】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記変換材は列ごとに前記放射主面上に設けられる。したがって、前記放射主面に被着した後の変換材は有利には、順次被着された多数の個々のストリップによって形成される。
【００２５】
前記方法の少なくとも１つの実施形態では、前記レーザ光が照射される支持体主面の領域は、前記半導体チップの横方向の寸法の最大２５％の公差、または最大１０％の公差で、当該半導体チップの放射主面の形状を有する。したがって、この照射される領域と放射主面とはほぼ合同である。このことにより、前記変換材の有利には一続きである１つの層が設けられた放射主面全体を、前記レーザ光の１つのパルスによってカバーすることができる。
【００２６】
さらに、オプトエレクトロニクス半導体チップと、当該オプトエレクトロニクス半導体チップ上に設けられた変換材とを有するオプトエレクトロニクス素子を開示する。たとえば前記オプトエレクトロニクス素子は、上述の実施形態のうち１つまたは複数を参照して説明した方法を用いて製造されたものである。それゆえ、オプトエレクトロニクス素子の特徴は、本願にて開示した方法の特徴に対応し、また、方法の特徴は、本願で開示した素子の特徴に対応するものである。
【００２７】
前記オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態では、前記変換材は、半導体チップの動作中に生成された放射に対して吸収作用を有さない添加成分を含む。この添加成分はとりわけ、吸収体成分および／または吸収材料である。前記添加成分は少なくとも、２２０ｎｍ〜４１０ｎｍの少なくとも１つの波長領域を吸収し、とりわけ、有利には半導体チップが動作中に生成する４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長領域の放射を透過および／または反射する。
【００２８】
前記オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態では、このオプトエレクトロニクス素子は前記放射主面に、少なくとも部分的に重なり合った連続する少なくとも２つの層を有する。有利には、これら少なくとも２つの各層は同様の層である。「重なり合う」という用語は、前記変換材の層のうち少なくとも２つが、前記放射主面に対して垂直な方向に重なり合うことを意味する。これらの層は有利には、相互に直接接触する。前記複数の各層が同様の層であるとの表現は、前記変換材の複数の各層の平均組成が同じであることを意味することができる。
【００２９】
前記オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態では、各２つの相互に隣接する層間の境界領域における前記添加成分の濃度は、層の中心領域における濃度と比較して変化している。前記各中心領域における添加成分の各濃度は、ほぼ一定である。前記層間の境界領域の平均厚さは、中心領域の平均厚さよりも小さく、たとえば、少なくとも１／２、または少なくとも１／５、または少なくとも１／１５である。換言すると、前記添加成分の濃度を変えることにより、相互に隣接する層は相互に分離されている。前記放射主面に対して垂直に切断したときの当該層の断面では、前記添加成分の濃度分布は周期的に繰り返すようになっている。この周期長は有利には、前記層の厚さによって決定される。
【００３０】
前記オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態では、このオプトエレクトロニクス素子は、放射主面を有するオプトエレクトロニクス半導体チップを有し、オプトエレクトロニクス素子はさらに、少なくとも部分的に重なり合う少なくとも２つの連続した同様の層を成すように前記放射主面上に被着された変換材を含む。この変換材は、半導体チップの動作中に生成された光に対して吸収作用を有さない添加材料を含む。前記放射主面から離れていく方向で見ると、２つの相互に隣接する層間の境界領域における添加成分の濃度は、各層の中心領域における濃度と比較して変化している。
【００３１】
前記オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態では、前記各層のそれぞれの厚さは少なくとも１μｍであるか、または少なくとも２μｍである。この実施形態に代えて択一的に、またはこの実施形態と組み合わせて、前記各層の平均厚さは最大１５μｍであるか、または最大１０μｍであるか、または最大８μｍであるか、または最大６μｍである。
【００３２】
前記オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態では、複数の層を含みかつ前記放射主面に設けられた前記変換材全体の平均厚さは、少なくとも１５μｍまたは少なくとも４０μｍである。この実施形態に代えて択一的に、またはこの実施形態と組み合わせて、前記変換材の平均厚さは最大２００μｍまたは最大１５０μｍまたは最大１００μｍである。
【００３３】
前記オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態では、相互に隣接する前記層間の境界領域の平均厚さは１０ｎｍ〜５００ｎｍであり、とりわけ１５ｎｍ〜２５０ｎｍまたは２０ｎｍ〜１００ｎｍである。したがって、前記層の境界領域の厚さは、各層の中心領域の厚さと比較して薄い。
【００３４】
前記オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態では、前記境界領域における前記添加成分の濃度は、前記中心領域における濃度より高くされている。この実施形態に代えて択一的に、前記中心領域において前記添加成分の濃度を低くすることもできる。
【００３５】
前記オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態では、前記境界領域における添加成分の濃度は、放射主面から離れていく方向にＳ字の特性曲線を成す。すなわち、前記境界領域では、前記添加成分の濃度はまず最初に下降し、その後に上昇していくか、または、まず最初に上昇した後に下降していく。
【００３６】
前記オプトエレクトロニクス素子の少なくとも１つの実施形態では、前記変換材の複数の層のうち少なくとも２つが、横方向に相互に重なり合い、かつ、前記放射主面に対して垂直な方向にも相互に重なり合う。前記変換材の層のうち少なくとも１つの層の、前記放射主面と反対側の境界面を、凸状に湾曲させることができる。換言すると、前記層のうち少なくとも１つの、前記放射主面と反対側の境界面は、集光レンズ状に成形されている。
【００３７】
以下、実施例に基づき、図面を参照して、本発明にて開示するオプトエレクトロニクス素子と製造方法とを詳細に説明する。各図において符号が同じ場合には、この符号が表す構成要素は同一である。しかし、図面中に示した構成要素の比率は実寸通りでなく、むしろ、より分かりやすくするために各構成要素を過度に大きく示している場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本願にて開示するオプトエレクトロニクス素子の本発明の製造方法の実施例を示す概略図である。
【図２】本願にて開示するオプトエレクトロニクス素子の本発明の製造方法の実施例を示す概略図である。
【図３】本願にて開示するオプトエレクトロニクス素子の本発明の製造方法の実施例を示す概略図である。
【図４】本願にて開示するオプトエレクトロニクス素子の実施例の概略的な断面図である。
【図５】本願にて開示するオプトエレクトロニクス素子の実施例の概略的な断面図である。
【図６】本願にて開示するオプトエレクトロニクス素子の変換材中における添加成分の濃度分布曲線を示す概略図である。
【図７】本願にて開示するオプトエレクトロニクス素子の変換材中における添加成分の濃度分布曲線を示す概略図である。
【図８】本願にて開示するオプトエレクトロニクス素子の変換材中における添加成分の濃度分布曲線を示す概略図である。
【００３９】
図１に、オプトエレクトロニクス素子１の製造方法の一実施例を、概略的な断面図で示す。図１Ａでは、上方に複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ２が設けられたチップ基板８を準備する。このオプトエレクトロニクス半導体チップ２はとりわけ、動作中に青色スペクトル領域を放出する発光ダイオードである。さらに、支持体主面４０を有する、機械的に剛性な支持体４を準備する。図面中、支持体４の電気的接続手段は示していない。前記支持体主面４０に、変換材３の１つの膜が設けられている。変換材主面３０は、前記オプトエレクトロニクス半導体チップ２の放射主面２０の側にある。前記変換材３と前記半導体チップ２との間の間隔Ｄはとりわけ、１μｍ〜５００μｍであり、有利には２μｍ〜５０μｍまたは５μｍ〜５０μｍである。前記変換材３と前記半導体チップ２との間のスペースに、窒素または空気等であるガスを充填するか、または、このスペースを真空化することができる。
【００４０】
図１Ｂでは、前記変換材３の一部領域にレーザ光６を照射する。このレーザ光６はパルスレーザ光であり、このパルスレーザ光のパルス時間は、とりわけ最大５０ｎｓまたは最大１０ｎｓである。レーザ光６は、このレーザ光６に対して透過性である支持体４を透過する。このレーザ光６により、変換材３に含まれる吸収体成分が加熱される。この吸収体成分は図１には示されていない。したがって、変換材３の一部は前記吸収体成分によって、レーザ光６を吸収することにより気相に移行し、この気相への移行により、変換材３の照射された領域は支持体４から剥離する。
【００４１】
支持体４はたとえば、石英ガラスから成る機械的に剛性のプレートである。レーザ光６はとりわけエキシマレーザによって生成され、約２４８ｎｍの波長を有することができる。レーザ光６のエネルギー密度は、たとえば０．２Ｊ／ｃｍ２〜５Ｊ／ｃｍ２である。変換材３の照射される領域は、前記半導体チップ２の放射主面２０の輪郭を有する。図１Ｃに示しているように、支持体４に設けられた変換材３の膜から一部３が剥離し、この一部３は放射主面２０に直接被着し、ここで、変換材の１層７を形成する。図１Ｄを参照されたい。
【００４２】
図１Ｅおよび図１Ｆでは、さらに前記変換材３の別の１層７が、前記半導体チップ２上に被着される。２つの層７は相互に直接接触し、放射主面２０を上から見たとき、両層７は相互に重なり合う。図１Ｅおよび１Ｆにおいて被着される層７はとりわけ、図１Ａ〜１Ｄにおいて被着されたのと同じ変換材３である。その代わりに択一的に別の変換材とすることもでき、この別の変換材はたとえば、別の波長の光を放射するように構成された変換材である。
【００４３】
オプションとして、動作時に放出される光の色座標を確認するため、前記２つの層７を被着する合間に前記半導体チップ２を短時間動作させることができる。この確認した色座標に基づいて、とりわけ、さらに被着すべき層の数を求めることができる。
【００４４】
前記支持体４に設けられる前記変換材３は、有利には、前記支持体４にあるときと前記半導体チップ２に被着する間においては硬化および／または架橋が未だ不完全な状態である母材を、たとえばシリコーン等を含む。図１Ｇでは、前記半導体チップ２に被着した変換材３を、すなわちすべての層７を共に、完全に架橋または硬化させる。したがって、前記変換材３のすべての層７が相互に結合されるように、かつ前記半導体チップ２に結合されるように、前記変換材３のすべての層７が前記半導体チップ２に被着されるまでは、前記完全な架橋および／または硬化は行わない。前記硬化および／または架橋は、熱を与えることにより、または照射により、または気体の硬化剤に接触させることにより行うことができる。
【００４５】
図中に示した実施形態と異なり、支持体８上には前記複数の半導体チップ２のうち１つだけを被着させるか、または、前記複数の半導体チップ２を横方向に相互に直接突き合わせることもできる。オプションとして、前記チップ基板８を、それぞれ１つの半導体チップ２を有する複数の部分に分離することができる。
【００４６】
図２に示した実施例では、前記変換材３と支持体４との間に剥離膜５が設けられる。この剥離膜５は、前記レーザ光６を吸収する。前記剥離膜５中の剥離材料５６の一部または全部が、気相に移行する。このように気相に移行することによって体積が増大し、この体積増大により、変換材３の一部が前記剥離膜５と前記支持体４とから剥離し、前記半導体チップ２の放射主面２０の方向に移動していく。
【００４７】
支持体４を上から見ると、前記レーザ光６は前記変換材３の１つのストリップに照射される。図２Ｃの上面図を参照されたい。前記複数の個々の層７はストリップとして成形されている。さらに、前記複数の各層７は順次、空間的に相互に隣接するように、前記放射主面２０上に被着される。図２Ｂを参照されたい。複数の個々のストリップを成すように前記変換材３を前記支持体４から剥離することは、剥離膜を用いない図１の方法でも行うことができる。
【００４８】
図３に示した方法の実施例では、図１および２と異なり、支持体４はフレキシブル支持体である。このフレキシブル支持体はたとえば、前記レーザ光６に対して透明なプラスチック膜である。レーザ光６はたとえばＹＡＧレーザによって生成され、約３５５ｎｍの波長を有する。その際には、前記支持体４の、前記半導体チップ２の側の面を湾曲させることができる。つまり、前記支持体４全体にわたって、前記変換材３と前記半導体チップ２との間の間隔Ｄは変化することができる。
【００４９】
オプションとして、前記変換材３と前記半導体チップ２との間に遮蔽部９が設けられる。前記遮蔽部９は、前記レーザ光６によって剥離される前記変換材３の領域に対応する開口を有し、この遮蔽部９を用いることにより、前記剥離膜５の、気相に移行した剥離材料の一部を捉え、剥離材料のこの一部が半導体チップ２に達して当該半導体チップ２にある変換材３中に侵入しないように阻止することができる。
【００５０】
図４Ａ〜４Ｃに、複数の実施例のオプトエレクトロニクス素子１の断面を示す。図４Ａでは、放射主面２０上に層７ａ，７ｂ，７ｃが複数被着されており、これらの層７ａ，７ｂ，７ｃは相互に近似的に合同に重なり合っており、半導体チップ２上にて前記変換材３を構成する。前記複数の各層７ａ，７ｂ，７ｃの厚さＴ７は、たとえば２μｍ〜５μｍである。変換材３全体の厚さＴ３は、たとえば１５μｍ〜２００μｍである。図４中の各図における層７ａ，７ｂ，７ｃの数は、概略的に示したに過ぎない。たとえば、放射主面２０における前記変換材３に含まれる層の数は２〜５０個であり、とりわけ３〜２５個または１０〜２５個である。
【００５１】
図４Ｂに示したオプトエレクトロニクス素子１の実施例では、前記層７ａ，７ｂ，７ｃは、半導体チップ２の放射主面２０全体と、当該半導体チップ２の側面の表面全体とに延在する。したがって前記半導体チップ２は、チップ基板８と変換材３とによって完全に、または実質的に完全に包囲される。図４Ａおよび図４Ｂでは、前記層７ａ，７ｂ，７ｃの各層は、放射主面２０全体にわたって延在する一続きの層である。それに対して図４Ｃには、前記層７ａ，７ｂ，７ｃの各層が繋がらないように形成することができ、一層が他層に貫通し、および／または重なっている構成が示されている。前記層のこのような構成は、支持体４に設けられた変換材３の照射される領域が、当該支持体４から放射主面２０まで行く途中で分割されて、変換材３のこの照射領域が放射主面２０上に当たったときに一続きの膜にならない場合や、放射主面２０に当たったときに複数の部分に分かれる場合に当てはまる。
【００５２】
図５Ａおよび５Ｂに、各層７がストリップ状に被着されたオプトエレクトロニクス素子１の実施例を示す。図２Ｃを参照されたい。図５Ａでは、各層７は横方向には、相互に僅かにのみ重なり合っており、放射主面２０に対して垂直な方向には規則的に相互に積層されている。前記層７のうち少なくとも幾つかの層７の、半導体チップ２と反対側にある境界面７８は、凸型の形状を有する。
【００５３】
図５Ｂでは、ストリップ状の層７ａ，７ｂ，７ｃが相互に横方向にずらされて配置されている。たとえば、１つのレイヤに含まれる複数の各層７ａは、横方向に相互に間隔を置いている。層７ａ間の各ギャップは層７ｂによって塞がれており、層７ｂ間の各ギャップは層７ｃによって塞がれており、層７ｃおよびそれ以降の層も同様になされる。
【００５４】
図６Ａに、オプトエレクトロニクス素子１の別の実施例を示しており、図６Ｂに、剥離膜５からの剥離材料５６の濃度ｃの分布を示す。図６Ａに示したオプトエレクトロニクス素子１は、剥離膜５を用いて図２に示した製造方法によって製造されたものである。厚さＴ６を有する各境界領域７０では、剥離膜５に含まれていた剥離材料５６の濃度ｃ、または、レーザ光６によって剥離膜５から生成された分解生成物の濃度ｃが高くなっている。中央領域７５では、剥離材料５６は存在しないか、または実質的に存在しない。したがって、各層７における剥離材料５６の濃度ｃの各分布は同様になっている。よって、放射主面２０に対して垂直な方向ｚに沿った濃度分布ｃは周期的になっており、その周期長は、各層７の厚さＴ７に相当する。各層の全厚さＴ７は、境界領域７０のみの各厚さＴ６より格段に大きい。
【００５５】
図７に、たとえば剥離膜を用いない図１の方法の場合の、支持体４に直接設けられた変換材３を示す。この変換材３は母材を有し、この母材中に、変換物質粒子３３と吸収体成分３６の粒子とが均質に分布している。半導体チップ２において動作中に生成された放射に対する、前記吸収体成分３６の吸収率は、有利には最大２０％または１０％または５％である。剥離膜を用いた図２のような方法においても、前記レーザ光６から前記変換物質粒子３３を保護するためにオプションとして、上述のような吸収体成分３６を変換材３に添加することができる。
【００５６】
前記変換物質粒子３３はたとえば、粒径が１μｍ〜５μｍであるＣｅ：ＹＡＧ粒子であるか、または、たとえばセレン化亜鉛を含むかまたはセレン化亜鉛から成る、粒径が１ｎｍ〜１００ｎｍであるナノ粒子である。
【００５７】
有利には、前記吸収体成分３６の粒子密度はより高くされている。有利には、前記レーザ光６が完全またはほぼ完全に、支持体主面４０近傍の薄い領域に吸収されるように、前記吸収体成分３６によって、前記レーザ光６に対する前記変換材３の光学密度は高くされている。この薄い領域の厚さは、たとえば２０ｎｍ〜２００ｎｍである。このことにより、レーザ光６は前記変換物質材料３３から有効に遠くにおかれる。
【００５８】
他のすべての実施例と同様、前記吸収体成分３６はたとえば、約３．２ｅＶ〜３．４ｅＶの領域のバンドギャップを有する酸化亜鉛または略してＺｎＯを含むか、またはこの酸化亜鉛から成る。前記吸収体成分３６が粒子状である場合、有利には、この粒子の平均粒径は最大１００ｎｍであり、特に５ｎｍ〜２０ｎｍである。前記変換材３中の吸収体成分３６の質量割合は、有利には５質量％〜３５質量％であり、とりわけ１０質量％〜２０質量％である。
【００５９】
図８では、放射主面２０から離れていく方向にｚ方向に沿った添加成分の濃度ｃの別の分布を示す。すべての濃度分布曲線が、各層ごとに繰り返し周期的になっている。図６Ｂも参照されたい。図８に示した濃度分布はとりわけ、図１に示した、吸収層を使用しない方法の場合に生じる。図７も参照されたい。
【００６０】
図８Ａでは、添加成分の濃度ｃは各境界領域７０において低下している。前記吸収体成分３６がレーザ光によって分解されるか、または、変換材３の母材よりも吸収体成分３６が気相に移行することにより、図８Ａのように濃度ｃを低下させることができる。
【００６１】
図８Ｂでは、前記吸収体成分３６の濃度ｃは境界領域７０において上昇している。このように濃度ｃが上昇するのは、とりわけ、吸収体成分３６がレーザ光６を吸収して熱に変換され、この熱が母材に伝わる場合である。その後は基本的に母材が蒸発し、吸収体成分３６は蒸発しないか、または母材と比較して蒸発しない。したがって、変換材３が半導体チップ２上に移されるときに、当該変換材３の母材の一部が失われる。
【００６２】
図８Ｃでは、境界領域７０において、吸収体成分３６の濃度ｃの分布曲線がＳ字状になっている。たとえば、前記支持体４から剥離するときに前記吸収体成分３６が比較的より蒸発し、このことにより、この吸収体成分３６の比較的大きな割合が変換材３の層から消えていって前記変換材３に戻って堆積する場合に、濃度ｃの分布曲線は上述のような形状になる。
【００６３】
本願にて開示した発明は、実施例を参照した上記記載によって限定されることはなく、むしろ本発明は、新規のすべての特徴と、これら各特徴のすべての組み合わせとを含んでおり、これにはとりわけ、各請求項に記載された各特徴のすべての組み合わせが含まれる。このことは、すべての各特徴またはすべての各組み合わせ自体が請求項や実施例に明示的に記載されていない場合にも当てはまる。
【００６４】
本願は、独国特許出願第１０２０１００４４９８５．７号の優先権を主張するものであり、これを引用することにより、その開示内容は本願の開示内容に含まれるものとする。
【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１Ｅ）】
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【図１Ｆ）】
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【図１Ｇ）】
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【図２Ａ）】
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【図２Ｂ）】
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【図２Ｃ）】
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【図３】
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【図４Ａ）】
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【図４Ｂ）】
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【図４Ｃ）】
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【図５Ａ）】
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【図５Ｂ）】
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【図６Ａ）】
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【図６Ｂ）】
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【図７】
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【図８Ａ）】
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【図８Ｂ）】
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【図８Ｃ）】
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