(57)【要約】  半導体ボディ（１）の前面（３）から放出される第１の波長の電磁放射を生成するのに適した活性半導体層列（２）を含む半導体ボディ（１）を備えたオプトエレクトロニクス素子を開示する。さらにオプトエレクトロニクス素子は、半導体ボディ（１）の放射方向で見て該半導体ボディ（１）に後置された第１の波長変換材料（６）を有し、さらに、活性半導体層列（２）と第１の波長変換材料（６）との間に設けられた第１の選択的反射性層（８）を有する。前記第１の波長変換材料（６）は第１の波長の放射を、該第１の波長と異なる第２の波長の放射に変換し、前記第１の選択的反射性層（８）は前記第２の波長の放射を選択的に反射し、前記第１の波長の放射に対しては透過性である。
2009510744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクス素子において、
・第１の波長の電磁放射を生成するのに適した活性半導体層列（２）を含む半導体ボディ（１）と、
・該半導体ボディ（１）の放射方向で見て該半導体ボディ（１）の下流に配置された第１の波長変換材料（６）と、
・該活性半導体層列（２）と該第１の波長変換材料（６）との間に設けられた第１の選択的反射性層（８）
とを有し、
該第１の波長の電磁放射は、該半導体ボディ（１）の前面（３）から放出され、
該第１の波長変換材料（６）は該第１の波長の電磁放射を、該第１の波長と異なる第２の波長の放射に変換し、
該第１の選択的反射性層（８）は、該第２の波長の放射を選択的に反射し、該第１の波長の放射に対して透過性である
ことを特徴とする、オプトエレクトロニクス素子。
【請求項２】
前記第１の選択的反射性層（８）は前記半導体ボディ（１）の放射放出前面（３）に接する、請求項１記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３】
前記第１の選択的反射性層（８）は、前記半導体ボディ（１）の前記放射放出前面（３）に対向する主面、および／または該半導体ボディ（１）のエッジを被覆する、請求項１または２記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項４】
前記第１の選択的反射性層（８）は前記半導体ボディ（１）の放射放出前面（３）にモノリシック集積されている、請求項１記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項５】
前記第１の選択的反射性層（８）は前記半導体ボディ（１）から離隔されている、請求項１記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項６】
前記第１の選択的反射性層（８）は前記半導体ボディ（１）の側方にも形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項７】
前記半導体ボディ（１）の側方に別の反射性層（９）が形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項８】
前記別の反射性層（９）は金属層である、請求項７記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項９】
前記第１の波長の放射と前記第２の波長の放射とを含む混合放射を送出する、請求項１から８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項１０】
前記第１の波長は青色スペクトル領域であり、前記第２の波長は黄色スペクトル領域である、請求項１から９までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項１１】
前記第１の波長の放射を該第１の波長および前記第２の波長と異なる第３の波長の放射に変換する第２の波長変換材料（１２）を含む、請求項１から１０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項１２】
前記第１の波長は紫外線スペクトル領域であり、前記第２の波長および第３の波長は可視スペクトル領域であり、
前記オプトエレクトロニクス素子は、該第２の波長および第３の波長の放射を含む混合放射を送出する、請求項１１記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項１３】
前記第１の波長と、前記第２の波長と、前記第３の波長とが可視スペクトル領域であり、
前記オプトエレクトロニクス素子は、該第１の波長と第２の波長と第３の波長との放射を含む混合放射を送出する、請求項１１記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項１４】
前記第１の波長は青色スペクトル領域であり、前記第２の波長は赤色スペクトル領域であり、前記第３の波長は緑色スペクトル領域である、請求項１３記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項１５】
前記第１の選択的反射性層（８）は、前記第２の波長の放射および前記第３の波長の放射を選択的に反射し、前記第１の波長の放射に対しては透過性である、請求項１１から１４までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項１６】
前記混合放射はＣＩＥ標準色度図の白色領域内に色位置を有している、請求項９から１５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項１７】
前記半導体ボディ（１）には、前記オプトエレクトロニクス素子の放射に対して透過性の被覆部（５）が設けられている、請求項１から１６までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項１８】
前記被覆部（５）は、前記第１の波長変換材料（６）および／または場合によっては第２の波長変換材料（１２）を含む、請求項１７記載のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１９】
前記被覆部（５）はマトリクス材料（７）を有し、
前記第１の波長変換材料（６）および／または場合によっては第２の波長変換材料（１２）は粒子を有し、該粒子は、該被覆部（５）のマトリクス材料（７）中に埋め込まれている、請求項１８記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項２０】
前記第１の波長変換材料（６）は第１の波長変換層（１０）に包含されている、請求項１から１９までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項２１】
前記第２の波長変換材料（１２）は、前記第１の波長変換層（１０）または第２の波長変換層（１４）に包含されている、請求項１１から２０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項２２】
前記第１の波長変換層（１０）または場合によっては前記第２の波長変換層（１４）は前記半導体ボディ（１）に接して配置されている、請求項２０または２１記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項２３】
前記第１の波長変換層（１０）、または場合によっては、該第１の波長変換層（１０）と前記第２の波長変換層（１４）とが、前記半導体ボディ（１）から離隔されて配置されている、請求項２０または２１記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項２４】
前記第１の波長変換層（１０）および／または場合によっては前記第２の波長変換層（１４）および／または前記第１の選択的反射性層（８）を含むカバーエレメント（１８）が設けられている、請求項２３記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項２５】
前記カバーエレメント（１８）は担体基板（１７）を含む、請求項２４記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項２６】
前記担体基板（１７）はガラスを含む、請求項２５記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項２７】
前記担体基板（１７）はフィルムである、請求項２５記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項２８】
前記第１の波長変換層（１０）および／または場合によっては前記第２の波長変換層（１４）は一定の厚さを有する、請求項２０から２７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項２９】
前記第１の波長変換層（１０）および／または場合によっては前記第２の波長変換層（１４）はマトリクス材料（１１，１３）を有し、
前記第１の波長変換材料（６）および／または場合によっては前記第２の波長変換材料（１２）は粒子を有し、該粒子は該第１の波長変換層（１０）／第２の波長変換層（１４）のマトリクス材料（１１，１３）に埋め込まれている、請求項２０から２８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３０】
前記第１の波長変換材料（６）および／または場合によっては第２の波長変換材料（１２）の粒子は、前記被覆部（５）のマトリクス材料（７）中または前記第１の波長変換層（１０）および／または第２の波長変換層（１４）のマトリクス材料（１１，１３）中に、実質的に均質に分布されている、請求項１９から２９までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３１】
前記第１の波長変換材料（６）および第２の波長変換材料（１２）は、空間的に相互に分離された２つの領域に配置されている、請求項１１から３０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３２】
前記第１の波長変換材料（６）を含む領域と、前記第２の波長変換材料（１２）を含む領域とは、前記半導体ボディ（１）の放射方向で見て該半導体ボディ（１）の放射放出前面（３）の下流に配置され、前記第１の波長の放射が各波長変換材料（６，１２）によって変換されて形成される波長が、前記半導体ボディ（１）から見て該半導体ボディ（１）の放射方向にそれぞれ、該半導体ボディ（１）の放射方向で見て先行の波長変換材料（６，１２）が該第１の波長の放射を変換して形成される波長より短い、請求項３１記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３３】
前記第１の波長変換材料（６）と場合によっては前記第２の波長変換材料（１２）とに、前記半導体ボディ（１）の放射方向で見て、第２の選択的反射性層が後置されており、
該第２の選択的反射層は、所定の割合の該第１の波長の放射を選択的に反射し、該第１の波長の放射の他の部分と該第２の波長の放射と、場合によっては前記第３の波長の放射とに対しては透過性である、請求項１から３２までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３４】
前記活性半導体層列（２）によって動作中に放出された電磁放射の大部分は、該活性半導体層列の主延在面に対して垂直に放出される、請求項１から３３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３５】
前記半導体ボディ（１）は薄膜発光ダイオードチップである、請求項３４記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３６】
前記第１の選択的反射性層（８）および／または場合によっては前記第２の選択的反射性層（１６）は、交互に高い屈折率と低い屈折率とを有する誘電体層を有する層列を備えている、請求項１から３５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３７】
前記第１の選択的反射性層（８）は、限界波長λＧ以下の波長を有する電磁放射に対しては高い透過度を有し、該限界波長λＧ以上の波長を有する電磁放射に対しては高い反射度を有する、請求項３６記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３８】
前記限界波長λＧは、前記第１の選択的反射性層（８）に対する前記電磁放射の入射角とともに変化する、請求項３７記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項３９】
前記限界波長λＧは、前記第１の選択的反射性層（８）に対する前記電磁放射の入射角の拡大とともに低減する、請求項３８記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項４０】
前記限界波長λＧは、入射角４５°で前記第１の選択的反射性層（８）に入射する電磁放射の場合には、該第１の選択的反射性層に垂直入射する電磁放射の場合の限界波長λＧより２０ｎｍ以上小さい、請求項３９記載のオプトエレクトロニクス素子。
【請求項４１】
・動作中に前記活性半導体層列（２）から該活性半導体層列の主延在面に対して垂直に前記半導体ボディ（１）の前面（３）の方向に放出された前記第１の波長の電磁放射は、前記第１の選択的反射性層（８）によって透過され、
・該第１の選択的反射性層に角度をなして入射した第１の波長の電磁放射は、該第１の選択的反射性層によって反射される、請求項３８から４０までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換材料を有するオプトエレクトロニクス素子に関する。
【０００２】
波長変換材料を有する放射放出オプトエレクトロニクス素子は例えばＷＯ９７/５０１３２号に記載されている。このようなオプトエレクトロニクス素子は、電磁放射を放出する半導体ボディと、該電磁放射の一部を別の波長の放射に変換する波長変換材料とを有する。この別の波長は、通常はより長い。
【０００３】
たとえばＤＥ１０１４２００９Ａ１に記載されているように、半導体ボディの放射は、短波長の紫外線スペクトル領域とすることができる。紫外線放射は通常は人間の眼を損傷するので、ＤＥ１０１４２００９Ａ１では、半導体ボディの放射方向で見て波長変換材料より下流にＵＶ非透過性層を配置することが提案されている。これは有利には、片面または両面でＵＶ放射に対して反射性に形成されている。
【０００４】
本発明の課題は、高い効率を有する、波長変換材料を有するオプトエレクトロニクス素子を提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１記載の特徴を備えたオプトエレクトロニクス素子により解決される。従属請求項に、オプトエレクトロニクス素子の有利な実施形態および実施態様が記載されている。
【０００６】
高効率のオプトエレクトロニクス素子はとりわけ、
・第１の波長の電磁放射を生成するのに適した活性半導体層列を含む半導体ボディと、
・該半導体ボディの放射方向で見て該半導体ボディの下流に配置された第１の波長変換材料と、
・該活性半導体層列と該第１の波長変換材料との間に設けられた第１の選択的反射性層
とを有し、
該第１の波長の電磁放射は、半導体ボディの前面から放出され、
該第１の波長変換材料は該第１の波長の電磁放射を、該第１の波長と異なる第２の波長の放射に変換し、
該第１の選択的反射性層は、該第２の波長の放射を選択的に反射し、該第１の波長の放射に対して透過性である
ことを特徴とする。
【０００７】
活性半導体層列と第１の波長変換材料との間に配置された第１の選択的反射性層によって、素子の効率は有利に上昇する。というのもこれによって、変換された第２の波長の放射が半導体ボディの活性半導体層列に戻り反射され、ここで吸収されるからである。
【０００８】
１つの有利な実施形態では、第１の選択的反射性層は半導体ボディに接しており、とりわけ該半導体ボディの放射放出前面に接している。１つの実施形態では、第１の選択的反射性層は、半導体ボディの面のうち放射放出前面に対向する面を少なくとも部分的に被覆し、有利には完全に被覆する。別の実施形態では、第１の選択的反射性層は付加的に、半導体ボディのエッジも部分的または完全に被覆する。換言すると、放射放出前面に対して垂直に形成されるかまたは少なくとも角度をなして形成された半導体ボディの面を、部分的または完全に被覆する。
【０００９】
有利には、第１の選択的反射性層は半導体ボディの放射放出前面にモノリシック集積される。この実施形態では、第１の選択的反射性層は通常、半導体ボディの形成にも使用される工程によって形成されるか、またはこの工程と良好に両立する工程によって形成され、たとえばスパッタリングまたはエピタキシャル成長によって形成される。このようにして有利には、技術的に簡単な製造プロセスが可能になる。
【００１０】
択一的に、第１の選択的反射性層を懸濁塗布、遠心塗布および／または噴霧塗布することができる。
【００１１】
さらに別の有利な実施形態では、第１の選択的反射性層は半導体ボディの側方にも形成され、たとえば、半導体ボディが取り付けられる素子ケーシングまたは担体の底面に形成される。半導体ボディが、側面を有する素子ケーシングの切欠部内に取り付けられる場合、有利には該切欠部の境界を成す半導体ケーシングの側面にも第１の選択的反射性層が設けられる。第１の選択的反射性層を半導体ボディの側方に形成することにより、有利には、変換された放射は素子の前面に反射され、そうでなければ素子ケーシングによって吸収される。
【００１２】
別の有利な実施形態では半導体ボディの側方に、第１の選択的反射性層に対して択一的に、別の平滑反射性層または拡散反射性層が形成される。このような層は有利には、変換された放射と未変換の放射とを含む格段に大きな波長領域の放射を反射するように形成される。このようにして有利には、未変換の放射の吸収量、たとえば半導体ボディが取り付けられる素子ケーシングまたは担体の材料による未変換の放射の吸収量が低減される。別の反射性層として有利には、たとえば金または銀を有する金属層が使用される。第１の選択的反射性層と比較して、この別の反射性層は通常、格段に簡単に製造することができる。というのも、このような反射性層の反射率の要件の方が小さいからである。
【００１３】
択一的な有利な実施形態では、第１の選択的反射性層は半導体ボディに接しておらず、該半導体ボディから離隔されている。とりわけ第１の選択的反射性層は、半導体ボディの放射放出前面から離隔されており、放射方向で見て該放射放出前面の下流に配置されている。
【００１４】
放射方向とはとりわけ、活性半導体層列の主延在面から半導体ボディの放射放出前面へ方向づけされた距離ベクトルによって規定された方向を指す。
【００１５】
有利な実施形態では、第１の波長は紫外線スペクトル領域、青色スペクトル領域または緑色スペクトル領域である。波長変換材料は放射を、通常はより大きな波長の放射に変換するので、波長変換材料との用途と関連すると、可視スペクトル領域の短波長側の波長と、紫外線スペクトル領域の短波長側の波長が特に適している。
【００１６】
紫外線放射、青色放射および／または緑色放射を放出するのに適した半導体ボディは、通常、窒化化合物半導体材料またはリン化化合物半導体材料をベースとする活性層列を含む。
【００１７】
「窒化化合物半導体材料をベースとする活性層列」という概念はここでは、窒化物III化合物半導体材料を含む活性層列を指し、有利にはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮを含む活性層列を指す。ここでは、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１である。その際、この材料は必ずしも上述の式に従った数学的に正確な組成を有していなくてもよい。むしろ、この材料はとりわけ、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ材料に特徴的な物理的特性を実質的に変化させない１つまたは複数のドーパントならびに付加的な成分を含有していてよい。ただし簡略化するため、部分的に微量の他の材料によって置換可能であるにしても、上述の式には結晶格子の主要な構成要素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ）だけを含む。
【００１８】
また、「リン化物化合物半導体材料をベースとする活性層列」という概念はここでは、リン化物III化合物半導体材料を含む活性層列を指し、有利にはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＰを含む活性層列を指す。ここでは、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１である。その際、この材料は必ずしも上述の式に従った数学的に正確な組成を有していなくてもよい。むしろ、この材料はとりわけ、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＰ材料に特徴的な物理的特性を実質的に変化させない１つまたは複数のドーパントならびに付加的な成分を含有していてよい。ただし簡略化するため、部分的に微量の他の材料によって置換可能であるにしても、上述の式は結晶格子の主要な構成要素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐ）だけを含む。
【００１９】
半導体ボディの活性層列は例えばエピタキシャル成長されており、有利にはｐｎ接合部、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造または特に有利には多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を放射生成のために有している。量子井戸構造という語は量子化の次元に関する限定を含まない。したがって量子井戸構造には、例えば、量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造のあらゆる組み合わせが含まれるのである。例えばそのような多重量子井戸構造の例としては、国際公開第０１／３９２８２号パンフレット、米国特許第５８３１２７７号明細書、米国特許第６１７２３８２Ｂ１号明細書および米国特許第５６８４３０９号明細書に説明があり、これらの刊行物を本願の参考文献とする。
【００２０】
半導体ボディとして、たとえば発光ダイオードチップ（略して「ＬＥＤチップ」）を使用することができる。
【００２１】
第１の波長が可視スペクトル領域である場合、たとえば青色スペクトル領域または緑色スペクトル領域である場合には、素子は有利には、第１の波長の放射と第２の波長の放射とを含む混合放射を放出する。波長変換材料の選択および濃度によって、幅広い領域で色位置を調整できる素子を製造することができる。特に有利には前記混合放射は、該混合放射の色位置がＣＩＥ標準色度図の白色領域内になるように異なる色の放射を含む。
【００２２】
特に有利には、青色スペクトル領域の第１の波長の放射を放出する半導体ボディが、この青色放射を黄色スペクトル領域の第２の波長の放射に変換する波長変換材料とともに使用される。このようにして有利には、ＣＩＥ標準表色系の白色領域内に色位置を有する混合放射を送出するオプトエレクトロニクス素子が、技術的に簡単に実現される。
【００２３】
しかし、使用される半導体ボディが、例えばＵＶ領域の不可視スペクトル領域の第１の波長の放射のみを放出する場合、この放射はできるだけ完全に変換されるべきである。なぜならこのような放射は、素子の輝度に関与しないからである。ＵＶ放射のような短波長の放射の場合には、この放射は人間の目を損傷する可能性さえある。
【００２４】
このような理由から、このような素子の場合には有利には次のような措置がとられる。すなわち、素子が短波長の放射を送出することを阻止する措置がとられる。このような措置は例えば吸収粒子または反射性素子であってよい。これらは半導体ボディの放射方向で見て第１の波長変換材料の下流に設けられており、不所望な短波長の放射を吸収するか、またはこれを反射して、波長変換材料に戻す。
【００２５】
１つの有利な実施形態ではオプトエレクトロニクス素子は、第１の波長の放射を第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の放射に変換する第２の波長変換材料を含む。
【００２６】
上記ですでに述べたように、不可視スペクトル領域の第１の波長の放射のみを放出する半導体ボディが使用される場合、たとえば紫外線放射のみを放出する半導体ボディが使用される場合、通常は、この放射の可能な限り完全な変換が実現されるように努力が払われる。第１の波長の放射を第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の放射に変換する第２の波長変換材料を使用することによって、有利には、第２の波長の放射と第３の波長の放射とから成る混合放射を送出する素子を実現することができる。第１の波長が紫外線スペクトル領域である場合には、第１の波長の放射の一部を黄色スペクトル領域の第２の波長の放射に変換する第１の波長変換材料と、第１の波長の放射の残りの部分を青色スペクトル領域の第３の波長の放射に変換する第２の波長変換材料とを選択するのが有利である。
【００２７】
素子が、不可視スペクトル領域である紫外線スペクトル領域の第１の波長の放射のみを送出する半導体ボディを有する場合には、素子が短波長放射を送出するのを阻止する手段が、有利には半導体ボディの放射方向で見てすべての波長変換材料より下流に配置される。
【００２８】
半導体ボディが可視スペクトル領域の第１の波長の放射を放出する場合、第２の波長変換材料が使用される場合には、オプトエレクトロニクス素子は有利には、第１の波長と第２の波長と第３の波長とを有する混合放射を放出する。このような部品の場合、有利には混合放射の色位置は、ＣＩＥ標準色度図の特に大きな領域で調整することができる。有利な実施形態では、半導体ボディと第１の波長変換材料と第２の波長変換材料とは次のように相互に適合される。すなわち、第１の波長は青色スペクトル領域であり、第２の波長は赤色スペクトル領域であり、第３の波長は緑色スペクトル領域であるように整合される。このようにして、ＣＩＥ標準色度図の白色領域にある色位置を有する混合放射が生成される。
【００２９】
第２の波長変換材料が使用される場合、第１の選択的反射性層は有利には次のように形成される。すなわち、第１の選択的反射性層が、第２の波長の放射の他に第３の波長の放射も選択的に反射することにより、第２の波長変換材料によって変換された放射も有利には半導体ボディの活性半導体層列に吸収されないように形成される。
【００３０】
特に有利にはオプトエレクトロニクス素子は、ＣＩＥ標準色度図の白色領域にある色位置を有する混合放射を放出する。というのも、このような混合放射は多岐にわたって利用することができ、たとえばディスプレイの後方照明または車両の照明で利用できるからである。
【００３１】
有利な実施形態では半導体ボディには、素子の放射に対して透過性である被覆部が設けられる。この被覆部は半導体ボディを、たとえば機械的または化学的な環境作用から保護する。
【００３２】
別の目的に適った実施形態では、第１の波長変換材料は前記被覆部に包含される。択一的に、第１の波長変換材料を波長変換層に包含することもできる。波長変換層は、簡単に再現可能に製造することができ、さらに、素子の色印象を十分に均質にするのに寄与するという利点を有する。その理由は、波長変換層中の放射の経路は被覆部中の経路と比較して、簡単に画一化されるからである。特に有利には、波長変換層は一定の厚さを有する。というのも、この作用は有利には特に効果を発揮するからである。
【００３３】
第２の波長変換材料が使用される場合、被覆部または第１の波長変換層は、第１の波長変換材料の他に付加的に、第２の波長変換材料も含むことができる。さらに、第２の波長変換材料を第２の波長変換層に包含することもできる。第２の波長変換層も、上記の理由から有利には、一定の厚さを有する。
【００３４】
有利な実施形態では、波長変換層のうち１つは半導体ボディに接して配置される。このことはとりわけ、第１の選択的反射性層が後者にモノリシック集積されている場合に当てはまる。
【００３５】
第１の選択的反射性層が半導体ボディにモノリシック集積されることなく該半導体ボディに接している場合、または、該第１の選択的反射性層が該半導体ボディから離隔されている場合、別の実施形態では、波長変換層のうち１つは第１の選択的反射性層に接して配置される。ここでは波長変換層は、第１の選択的反射性層の面のうち半導体ボディと反対側の面に接して配置されるのが目的に適っている。
【００３６】
択一的に、第１の波長変換層、ないしは第１の波長変換層および第２の波長変換層は、半導体ボディと第１の選択的反射性層とから離隔される。
【００３７】
１つの実施形態ではたとえば、オプトエレクトロニクス素子は、第１の波長変換層および／または第２の波長変換層を含むカバーエレメントを有する。
【００３８】
択一的または付加的に、カバーエレメントが第１の選択的反射性層を包括することもできる。有利には、このカバーエレメントは担体基板を有する。この担体基板はたとえばガラスを含むかまたはガラスから成り、該カバーエレメント上に、第１の波長変換層および／または第２の波長変換層および／または第１の選択的反射性層が設けられている。目的に適った実施形態では担体基板は、半導体ボディに対向する主面および／または半導体ボディと反対側の主面を有する。その際に有利には、第１の選択的反射性層は、半導体ボディに対向する担体基板の主面上に設けられ、かつ／または、第１の波長変換層は、半導体ボディと反対側の担体基板の主面に設けられる。
【００３９】
有利には、オプトエレクトロニクス素子はこのようなカバーエレメントとともに、特に簡単に製造することができる。たとえば、第１の波長変換層は担体基板上に特に簡単に製造することができる。
【００４０】
とりわけ第１の選択的反射性層と第１の波長変換層と場合によっては第２の波長変換層とを含むカバーエレメントは、有利には次のようなオプトエレクトロニクス素子で使用される。すなわち、たとえば素子ケーシングの一部である切欠部内に、たとえば反射槽内に半導体ボディが取り付けられているオプトエレクトロニクス素子で使用される。１つの実施形態では、この切欠部は被覆部によって少なくとも部分的に充填される。通常、半導体ボディはたとえばボンディングワイヤによって放射放出前面に電気的にコンタクトされる。
【００４１】
有利にはこの実施形態では、カバーエレメントの第１の選択的反射性層によって、第１の波長変換層および／または第２の波長変換層で放出された蛍光放射が切欠部の壁とボンディングワイヤとに当たるのが阻止される。このようにして、第１の選択的反射性層を有するカバーエレメントは有利には、半導体ボディにおける吸収損失の他に、オプトエレクトロニクス素子におけるたとえば反射槽および／またはボンディングワイヤで生じる別の吸収損失を阻止する。このようにして素子は特に高効率になる。
【００４２】
第１の選択的反射性層によって、素子における吸収損失に関しては、第１の波長変換層および／または第２の波長変換層を有するカバーエレメントが半導体チップからどの程度離れているか、とりわけ素子からどの程度離れているかは、重要でなくなる。有利には、吸収損失を低減するための大きな距離を設けなくてもよい。有利な実施形態ではカバーエレメントは、反射槽および／または被覆部のすぐ下流に配置されている。たとえばカバーエレメントは、反射槽および／または被覆部に接着される。このようにして有利には、カバーエレメントの放射放出面は特に小さくなり、素子は、良好に光学的に再現可能な小さい寸法を有する光源となる。
【００４３】
特に有利には、被覆部はマトリクス材料を有し、第１の波長変換材料および／または第２の波長変換材料は粒子を有し、この粒子は被覆部のマトリクス材料に埋め込まれる。特に有利には、第１の波長変換材料の粒子と場合によっては第２の波長変換材料の粒子とは、マトリクス材料中に均質に分布される。というのもこのようにして、素子の色印象の均質化が簡略的になるからである。
【００４４】
１つの目的に適った素子の実施形態では、第１の波長変換層および／または場合によっては第２の波長変換層はマトリクス材料を有し、第１の波長変換材料および／または第２の波長変換材料は粒子を有し、該粒子は第１の波長変換層および／または場合によっては第２の波長変換層のマトリクス材料に埋め込まれ、特に有利には均質に分布される。
【００４５】
２つの波長変換材料が素子中で使用される場合、１つの実施形態ではこれらは空間的に分離されて配置されることにより、素子は２つの相互に異なる領域を有し、これらの領域はそれぞれ、両波長変換材料のうち１つのみを有するようにされる。たとえば、第１の波長変換材料を半導体ボディの被覆部に包含し、第２の波長変換材料を、該半導体ボディに隣接する第２の波長変換層に包含することにより、両波長変換材料を空間的に相互に分離して配置することができる。さらに、これら２つの波長変換材料を２つの異なる波長変換層に包括し、これらの波長変換層のうち１つをたとえば半導体ボディに接して配置し、他方を半導体ボディの放射方向で見てこれの下流に配置することにより、これらの波長変換材料を空間的に分離して配置することもできる。
【００４６】
両波長変換材料が空間的に分離して配置される場合、第１の波長変換材料を含む領域と、第２の波長変換材料を含む領域とが、特に有利には半導体ボディの放射放出前面の下流に配置されることにより、波長は各波長変換材料によって第１の波長の放射に変換され、半導体ボディから見て放射方向にそれぞれ、該半導体ボディの放射方向で見て先行する波長変換材料が第１の波長の放射を変換して形成する波長より短くなるようにされる。波長変換材料がこのように空間的に分離して配置されることにより、一方の波長変換材料によって変換された放射が他方の波長変換材料によって吸収される量が特に高効率で低減されるという利点が得られる。
【００４７】
別の有利な実施形態では、第１の波長変換材料と場合によっては第２の波長変換材料とに、半導体ボディの放射方向で見て、第２の選択的反射性層が後置されている。この第２の選択的反射層は、所定の割合の第１の波長の放射を選択的に反射し、該第１の波長の放射の他の部分と第２の波長の放射と、場合によっては第３の波長の放射とに対しては透過性である。このような第２の選択的反射性層によって、第１の波長の放射は第１の波長変換材料によって変換されるか、または場合によっては、第２の波長変換材料によって変換される確率が上昇する。このようにして、変換される放射の割合を所期のように上昇することができ、有利には、第２の選択的反射性層を使用しない素子と比較して少量の波長変換材料を有する素子を実現することができる。
【００４８】
１つの有利な実施形態では、活性半導体層列は素子の動作中、第１の波長を有する電磁放射の大部分を主延在面に対して垂直に放出する。換言すると、活性半導体層列から放出された第１の波長の電磁放射は事実上完全に指向性であるかまたは少なくとも大部分が指向性であり、しかも有利には、活性半導体層列の主延在面に対する面法線に対して平行な方向になる。
【００４９】
このような指向性の放射はたとえば、薄膜発光ダイオードチップである半導体ボディによって実現される。薄膜発光ダイオードチップは、非常に近似的にランベルト表面放射器である。
【００５０】
とりわけ、放出される電磁放射の放射強度は、非常に近似的に、活性半導体層列に対する面法線と放射が放出される方向との間の角度の余弦とともに低減する。
【００５１】
薄膜発光ダイオードチップはとりわけ、以下の特徴を有する：
・担体エレメントに対向する半導体ボディの第１の主面に、換言すると、放射放出前面に対向する半導体ボディの裏面に、活性半導体層列で生成された電磁放射の少なくとも一部を該半導体ボディに反射し戻す反射層が被着されているかまたは形成されている。前記半導体ボディは、とりわけエピタキシャル成長によって形成される。
・半導体ボディは２０μｍ以下の領域の厚さを有し、とりわけ１０μｍの領域の厚さを有する。
・半導体ボディは、理想的には半導体ボディにおいて近似的に光のエルゴード分布を実現する混合構造を有する少なくとも１つの面を備えた少なくとも１つの半導体層を有する。すなわち半導体ボディは、可能な限りエルゴード確率的な散乱特性を有する。
【００５２】
この種の薄層発光ダイオードチップの基本的原理は、たとえば I. Schnitzer 等による Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176 に記載されており、その点に関してはこの開示内容を本願の参考文献とする。ＥＰ０９０５７９７Ａ２およびＷＯ０２／１３２８１Ａ１に、薄層発光ダイオードチップの例が記載されている。その点に関しては、これらの開示内容は引用によって本発明に含まれるものとする。
【００５３】
目的に適った実施形態では、第１の選択的反射性層および／または場合によっては第２の選択的反射性層は、交互に高い屈折率と低い屈折率とを有する誘電体層を含む層列を有する。特に有利には、交互に高い屈折率と低い屈折率とを有する誘電体層から成る層列を有する第１の選択的反射性層および／または場合によって第２の選択的反射性層はブラッグ反射器である。その理由は、反射される放射をブラッグ反射器が吸収する量は、たとえば金属層等である別の反射性層より通常は小さいからである。ブラッグ反射器は当業者に周知であるから、ここではこれ以上詳しくは説明しない。
【００５４】
１つの有利な実施形態では第１の選択的反射性層は、限界波長λＧより小さい波長を有する電磁放射に対して高い透過度を有し、とりわけ低い反射度を有する。この実施形態において、第１の選択的反射性層は有利には、交互に高い屈折率と低い屈折率とを有する誘電体層を有する層列として構成され、とりわけブラッグ反射器である層列として構成される。
【００５５】
それに対し、第１の選択的反射性層は、限界波長λＧより大きい波長を有する電磁放射に対しては高い反射度を有し、とりわけ低い透過度を有する。選択的反射性層が高い反射度を有する波長領域と、選択的反射性層が高い透過度を有する波長領域との間の移行は可能な限り鮮鋭に行われ、たとえば限界波長λＧから１０ｎｍ以下の波長領域内で、有利には５ｎｍ以下の波長領域内で、たとえば約３ｎｍの波長領域内で行われる。
【００５６】
この実施形態において有利には、選択的反射性層は、限界波長λＧを有するショートパスフィルタを成す。ショートパスフィルタはしばしば、ハイパスフィルタとも称される。すなわち、第１の選択的反射性層は基本的に、該第１の選択的反射性層が高い透過度を有する電磁放射に対して透過性であり、該該第１の選択的反射性層が高い反射度を有する電磁放射を、実質的に完全に反射する。換言すると、選択的反射性層は有利には、限界波長λＧより小さい波長を有する放射を事実上完全に透過し、有利には、該限界波長λＧより小さい波長を有する放射を事実上完全に反射する。
【００５７】
別の有利な実施形態では、放射の入射が入射角０°に相応し垂直である場合には、限界波長λＧは最大に変化し、入射角が拡大するとともに低減する。たとえば限界波長λＧは、入射角４５°を有する放射の場合には、入射角０°を有する放射の場合の限界波長λＧより２０ｎｍ以上小さくなり、有利には約５０ｎｍ以上小さくなる。この特性はたとえばブラッグ反射器によって、当業者に公知のように実現することができるので、ここでは詳細に説明しない。
【００５８】
限界波長はここでは、素子の動作中に活性半導体層列から該活性半導体層列の主延在面に対して垂直に放出された第１の波長の電磁放射が第１の選択的反射性層によって透過されるように選択されるのが有利である。それに対して、角度を成して第１の選択的反射性層に入射される第１の波長の電磁放射は、該第１の選択的反射性層によって反射される。特に有利には、垂直入射される電磁放射の限界波長λＧは、第１の波長より僅かに大きいだけである。たとえば、垂直入射される電磁放射の限界波長λＧは、第１の波長より５ｎｍ〜１００ｎｍ大きく、有利には１０ｎｍ〜５０ｎｍ大きく、特に有利には２０ｎｍ〜５０ｎｍ大きい。これらの範囲には、それぞれ境界値も含まれる。
【００５９】
有利にはこのようにして、たとえば第１の波長変換層および／または第２の波長変換層または被覆部で波長変換なしで半導体ボディに散乱し戻された第１の波長の電磁放射、または変換なしで半導体ボディに異なって散乱し戻された電磁放射、または第１の選択的反射性層に垂直でなく角度をなして当たった電磁放射も、半導体ボディに吸収されることはない。散乱された第１の波長の放射も素子の放出に寄与する。さらに、半導体ボディから活性半導体層列の主延在面に垂直または近似的に垂直に放出された第１の波長の放射は、第１の選択的反射性層を事実上完全に透過する。このようにしてとりわけ、動作中に第１の波長の電磁放射の大部分を活性半導体層列の主延在面に垂直に放出する薄膜発光ダイオードチップでは、素子の放射効率が、有利にはさらに上昇される。
【００６０】
半導体ボディは通常、１つの第１の波長の放射のみを送出するのではなく、複数の異なる第１の波長の放射を放出することに留意されたい。これらの異なる第１の波長は、有利には１つの共通の第１の波長領域に含まれる。第１の波長変換材料または場合によっては第２の波長変換材料は、少なくとも１つの第１の波長の放射のみを少なくとも１つの別の第２の波長または第３の波長の放射に変換する。通常、第１の波長変換材料または場合によっては第２の波長変換材料は、有利には１つの波長領域に含まれる複数の第１の波長の放射を、別の複数の第２の波長または第３の波長の放射に変換する。これらの波長もまた、有利には１つの共通の別の第２の波長領域または第３の波長領域に含まれる。
【００６１】
第１の波長変換材料ないしは第２の波長変換材料は、第１の波長の放射を吸収することによって励起状態に遷移し、より大きな波長の放射の再放出によって再び基本状態に戻ることにより、第２の波長ないしは第３の波長の放射に変換する。
【００６２】
以下に図１Ａ〜５と関連して詳細に記載された５つの実施例に、本発明の別の利点と有利な実施形態と有利な発展形態とが記載されている。
【００６３】
図面
図１Ａ  第１の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【００６４】
図１Ｂ  第１の実施例による半導体ボディの放出スペクトルである。
【００６５】
図１Ｃ  第１の実施例による波長変換材料の放出スペクトルである。
【００６６】
図１Ｄ  第１の実施例による選択的反射性層の層列の表である。
【００６７】
図１Ｅ  図１Ｄの層列における層厚さに依存する屈折率経過を示す。
【００６８】
図１Ｆ  図１Ｄおよび１Ｅの選択的反射性層の反射率を示す。
【００６９】
図１Ｇ  第１の実施例の１つの変形形態によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【００７０】
図２    第２の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【００７１】
図３    第３の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【００７２】
図４    第４の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【００７３】
図５    第５の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【００７４】
図６    第６の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【００７５】
実施例および図面において、同じ構成要素または同機能の構成要素にはそれぞれ同じ参照符号を付してある。図中の要素およびこれらの要素のサイズ比は基本的に、拡大縮尺どおりであると考えるべきではなく、むしろ個々の要素、たとえば層厚さまたは粒子サイズ等は、より理解しやすくかつ／またはより見やすくするために、過度に大きく示されている場合がある。
【００７６】
図１Ａに示されたオプトエレクトロニクス素子の実施例では、放射放出性の半導体ボディ１として発光ダイオードチップ（略して「ＬＥＤチップ」）が使用される。これは活性半導体層列２を含み、この活性半導体層列２はここでは窒化化合物半導体材料をベースとする。半導体層列２は動作中に、青色スペクトル領域の第１の波長の放射を生成し、この放射は動作中に、半導体ボディ１の前面３から放出される。図１Ｂに一例として、青色スペクトル領域の第１の波長の放射を放出する活性半導体層列２の放出スペクトルが示されている。ここで示されているように、半導体ボディが放出する第１の波長は、約４６０ｎｍで最大強度を有する第１の波長領域２１に包含される。
【００７７】
半導体ボディ１はここでは担体４上に、たとえばプリント基板上に取り付けられ、被覆部５によって包囲されており、この被覆部５は第１の波長変換材料６とマトリクス材料７とを有する。第１の波長変換材料６は第１の波長の放射を、該第１の波長と異なる第２の波長の放射に変換する。この第２の波長は、ここではたとえば黄色スペクトル領域である。
【００７８】
たとえば図１Ｂに示されたように青色スペクトル領域の第１の波長の放射を黄色スペクトル領域の第２の波長の放射に変換する第１の発光変換材料６として、たとえばＹＡＧ：Ｃｅまたは別の適切なガーネット蛍光体を使用することができ、たとえば（ＹａＬｕｂＧｄｃＴｂｄ）３（ＡｌｘＧａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅを使用することができる。有利には割合ａ，ｂ，ｃおよびｄは０以上かつ１以下であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１が適用される。これに相応してｘおよびｙは有利には０以上かつ１以下であり、ｘ＋１＝１が適用される。このような蛍光体には、たとえばＣｅｒドーピングされたＴｂＡｌ‐ガーネット蛍光体と、Ｃｅｒドーピングされた（Ｙ，Ｇｄ）Ａｌガーネット蛍光体が挙げられる。
【００７９】
とりわけ黄色波長領域の放射を放出する別の適切な蛍光体に、たとえば、希土類金属ドーピングされたオルトシリケート蛍光体があり、たとえばＡ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋と、たとえば（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ等の酸窒化物蛍光体がある。ここではＡはＳｒおよび／またはＢａを表す。
【００８０】
択一的または付加的に、たとえば色適合のために、一例として図１Ｂに示されているようにたとえば青色スペクトル領域の第１の波長の放射を赤色スペクトル領域の第２の波長の放射に変換する蛍光体を使用することができる。このような蛍光体には、たとえば（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ等である硫化物系と、たとえば（Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：ＥｕまたはＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ等である窒化物蛍光体と、このような系に化学的に類似する蛍光体とが挙げられる。
【００８１】
青色スペクトル領域の第１の波長の放射を黄色スペクトル領域の第２の波長の放射に変換する波長変換材料６の放出スペクトルが一例として図１Ｃに示されている。ここで見て分かるように、第１の波長変換材料６が放出する第２の波長も第２の波長領域６１に包含される。この放出スペクトルの最大強度は約５６０ｎｍである。
【００８２】
図１Ａに示された実施例では、第１の波長変換材料６は粒子の形態であり、被覆部５のマトリクス材料７に、有利には実質的に均質に分布される。
【００８３】
「実質的に均質に分布される」はここでは、波長変換材料６の粒子がマトリクス材料７の少なくとも部分体積中に十分に均質に分布されていることを意味する。とりわけ、粒子の凝塊が可能な限り生じていないかまたは無視できる程度であることを意味する。しかしここでは、マトリクス材料７の硬化中にたとえば粒子の沈殿のために、該マトリクス材料７中の粒子の配置が理想的な均質分布から僅かにずれることは排除されない。
【００８４】
第１の選択的反射性層８はここでは、半導体ボディ１の放射放出前面３に対向する面とエッジ１００１を被覆する（図１Ａを参照）。第１の選択的反射性層８は第２の波長の放射を選択的に被覆部５へ反射し、第１の波長の放射に対しては透過性である。
【００８５】
第１の選択的反射性層８はたとえば、低い屈折率と高い屈折率とを交互に有する誘電体層から成る系列を含む。有利には、これらの材料間の屈折率差は高くされる。このことにより、層数は小さくなる。さらに、この使用される誘電体層が第１の波長の放射および第２の波長の放射を吸収する量は、有利には僅かのみである。図１Ａ〜１Ｃに示された第１の実施例で第１の選択的反射性層８として使用するのに適した層列が、図１Ｄに表で挙げられている。
低い屈折率の材料として、ここでは約１．５の屈折率を有する二酸化シリコン（ＳｉＣ２）が使用される。このような低い屈折率のＳｉＣ２層は、たとえば約２．９の屈折率を有する二酸化チタン（ＴｉＣ２）を含む高い屈折率の層と交互に入れ替わる。
二酸化チタンの代わりに、たとえばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化タンタル（ＴａＯ）または二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を高屈折率材料として使用することもできる。
このような層は通常、たとえば熱蒸着法および／または電子ビームによる蒸着法によって蒸着するか、または化学的な手法（chemical vapour deposition、略して「ＣＶＤ」）によって蒸着し、被着することができる。
【００８６】
さらに第１の選択的反射性層８として、エピタキシャル成長層から成る層列を被着することもできる。この層はたとえば、交互にＧａＮ層とＡｌｘＧａ１−ｘＮ層とから構成され、アルミニウム割合の選択によって層間の屈折率差が適切に調整される。
【００８７】
別の択一的手段として、選択的反射性層８を懸濁塗布するか、遠心塗布するか、または噴霧塗布することができる。たとえばＳｉＣ２層およびＴｉＯ２層等である層の系列を、ゾルゲル法によって被着する。有利には、フォトレジスト層またはポリマー層、とりわけ交互に高屈折率と低屈折率とを有するフォトレジストおよび／またはポリマー層の系列を噴霧塗布または遠心塗布する。
【００８８】
図１Ｅに、第１の選択的反射性層８の層列の屈折率が、図１Ｄの表に示された層厚さに依存して示されている。図１Ｄおよび１Ｅに示された層列は、約１．５の低屈折率を有するＳｉＣ２層と約２．９の高屈折率を有するＴｉＯ２層とをそれぞれ有する１０個の層対の系列を有する。さらに、この層列は次のように構成されている。すなわち層対が、ＳｉＣ２層ないしはＴｉＯ２層がそれぞれ同様の厚さを有する層パッケージにまとめられるように構成されている。
【００８９】
図１Ｄおよび１Ｅから理解できるように、第１の層パッケージは層１〜６を有し、すなわちそれぞれ１つのＴｉＯ２層（約２．９の高屈折率）と１つのＳｉＯ２層（約１．５の低屈折率）とを有する３つの層対を有し、ＴｉＯ２層の層厚さは約６０ｎｍ〜約８０ｎｍの間であり、ＳｉＣ２層の層厚さは約１２８ｎｍ〜約２００ｎｍの間である。第２の層パッケージは層７〜１４を有し、すなわちそれぞれ１つのＴｉＯ２層と１つのＳｉＯ２層とから成る４つの層対を有し、ＴｉＯ２層の厚さは約６０ｎｍ〜約８０ｎｍの間であり、ＳｉＣ２層の厚さは約６０ｎｍ〜約９５ｎｍの間である。第３の層パッケージは第１の層対と同様に構成されている。この層パッケージは層１５〜２０を有し、ＴｉＯ２層の厚さは約６０ｎｍ〜約８０ｎｍの間であり、ＳｉＣ２層の厚さは約１１０ｎｍ〜約２００ｎｍの間である。したがって層対の低屈折率のＳｉＣ２層と高屈折率のＴｉＯ２層との厚さ差は、第１の層パッケージと第３の層パッケージとにおいての方が、第２の層パッケージより格段に大きい。
【００９０】
図１Ｄおよび１Ｅの層列は放射を選択的に反射する。このことは、図１Ｆの反射スペクトルに示されている。限界波長λＧが５００ｎｍとすると、この層列の反射率は、波長λ＜λＧでは小さく、波長λ＞λＧではほぼ１００％である。比較的大きい波長領域（約５００ｎｍ〜約８００ｎｍ）にわたって高い屈折率はとりわけ、高屈折率の層の厚さと低屈折率の層の厚さとが異なる上記のような構成によって実現される。
【００９１】
図１Ａの素子では、青色スペクトル領域の第１の波長の放射が活性半導体層列２内で生成され、半導体ボディ１のエッジ１００１から送出される放射の最大で小さい割合が、前面３から放射される。第１の選択的反射性層８は第１の波長の放射に対して透過性であるから、該放射は該選択的反射性層８をほぼ阻止されずに透過し、第１の波長変換材料６を含む被覆部５に侵入する。第１の波長の放射が第１の波長変換材料６の粒子に当たると、黄色スペクトル領域の第２の波長の放射に変換される。このようにして、被覆部５の透過時に第１の波長の放射の一部が第２の波長の放射に変換され、第１の波長の放射の他の部分は被覆部５を変換なしで透過し、素子は、ＣＩＥ標準色度図の白色領域にある色位置を有する混合放射を送出し、該混合放射は、青色スペクトル領域の第１の波長の放射と黄色スペクトル領域の第２の波長の放射とを有する。変換後の第２の波長の放射が第１の選択的反射性層８に当たると、該第１の選択的反射性層８によって被覆部５へ反射され、有利には半導体ボディ１によって吸収されない。
【００９２】
図１Ｇに示された第１の実施例の変形形態では、限界波長λＧは、第１の選択的反射性層８に入射する電磁放射２０１，２０２，６０１と面法線１９との間の入射角αに依存する。ここでは限界波長λＧは、入射角αの拡大とともに低減する。
【００９３】
たとえば活性半導体層列２は動作中に、たとえば波長λ＝４７０ｎｍを有する第１の波長２０１の電磁放射を、実質的に該活性半導体層列２の主延在面に対して垂直に放出する。この電磁放射２０１は、第１の選択的反射性層８に実質的に垂直（α＝０°）に入射する。この選択的反射性層８の限界波長は、放射λＧが垂直に入射する場合（α＝０°）、ここでは４９０ｎｍであるから、放出された放射２０１は第１の選択的反射性層８を透過する。
【００９４】
第１の波長２０１の電磁放射の一部は波長変換材料６によって長波長の電磁放射６０１に変換され、たとえば黄色スペクトル領域の波長を有する電磁放射６０１に、たとえば約６００ｎｍの波長を有する電磁放射６０１に変換される。変換された電磁放射６０１は第１の選択的反射性層８によって、とりわけすべての入射角αで反射される。
【００９５】
第１の波長２０１の電磁放射の別の部分２０２は、たとえばマトリクス材料７によって波長変換なしで散乱され、α＞０°の角度で、たとえばα＝４５°で第１の選択的反射性層８に入射する。入射角α＝４５°で第１の選択的反射性層に入射する放射に対する限界波長λＧ（α＝４５°）はたとえば４５０ｎｍであり、波長変換なしで散乱された放射２０２は第１の選択的反射性層８によって反射され、素子の放出に寄与する。
【００９６】
選択的反射性層８は、図１Ｇに示された実施例では半導体ボディ１の前面３にモノリシック集積されている。たとえば選択的反射性層８は、エピタキシャル成長で形成されたＧａＮ層とＡｌｘＧａ１−ｘＮ層とから交互に構成され、ブラッグ反射器を形成する。図１Ａの実施例と異なり、半導体ボディ１のエッジ１００１には選択的反射性層８は設けられていない。
【００９７】
半導体ボディ１はここでは、２０μｍ以下の厚さを有する薄膜発光ダイオードチップであり、とりわけ１０μｍの厚さを有する薄膜発光ダイオードチップである。薄膜発光ダイオードチップ１は窒化化合物半導体材料をベースとし、ｎドーピング層１０１と、活性層または活性半導体層列２と、ｐドーピングされた電荷担体閉じ込め層１０２とを有する。前記ｎドーピング層１０１はここでは、ｎドーピングされた電荷担体閉じ込め層（「confinement layer」）である。
【００９８】
薄膜発光ダイオードチップの製造は、半導体ボディ１を成長基板上にエピタキシャル成長させるステップを有する。ここでは、ｎドーピング電荷担体閉じ込め層１０１は成長基板に隣接し、ｐドーピング電荷担体閉じ込め層は成長基板と反対側である。
【００９９】
薄膜発光ダイオードチップ１は補助担体４０に固定されている。補助担体４０と半導体ボディ１との間、すなわち、ｐドーピング電荷担体閉じ込め層１０２に隣接する半導体ボディ１の主面上に、反射層４１が配置されている。ｎドーピング電荷担体閉じ込め層１０１に隣接する成長基板は、薄化されるかまたは除去される。
【０１００】
薄膜発光ダイオードチップ１、たとえばｎドーピング電荷担体閉じ込め層１０１および／またはｐドーピング電荷担体閉じ込め層１０２は、半導体ボディ内に近似的に光のエルゴード分布を発生させる混合構造を有する面または層を有する。半導体ボディ１は近似的なランバート放射特性を有し、光の大部分は活性半導体層列２の主延在面に対して垂直に放出される。
【０１０１】
図２の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の場合、図１Ａおよび１Ｇによる実施例と異なる点として、第１の選択的反射性層８は、担体４の底部に半導体ボディ１の側方に形成されている。第１の選択的反射性層８に対して択一的に、半導体ボディ１の側方に、可視光の幅広い波長領域において平滑反射または拡散反射する層、すなわち非選択的反射性層９を形成することができ、たとえば、金または銀を有する金属層を形成することができる。
【０１０２】
図１Ａ、１Ｇおよび２による実施例と異なり、図３のオプトエレクトロニクス素子では第１の波長変換材料６は被覆部５に含まれず、第１の波長変換層１０に包含される。この波長変換層１０は半導体ボディ１の前面３に、第１の選択的反射性層８に接して設けられている。被覆部５のように、第１の波長変換層１０はマトリクス材料１１を有し、このマトリクス材料１１中に、第１の波長変換材料６の粒子が有利には実質的に均質に分布されている。
【０１０３】
図１Ａ、１Ｇ、２および３の実施例と異なる点として、図４のオプトエレクトロニクス素子は、第１の波長の放射の一部を該第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長の放射に変換する第２の波長変換材料１２を有する。第２の波長変換材料１２はここでも粒子を有し、この粒子は第２の波長変換層１４のマトリクス材料１３中で、有利には実質的に均質に分布されている。第２の波長変換層１４は、図３の実施例における第１の波長変換層１０のように、半導体ボディ１の前面３に包括される第１の選択的反射性層８に接して配置される。
【０１０４】
第２の波長変換材料を有する第２の波長変換層１４はたとえば、活性半導体層列２が紫外線領域の第１の波長の電磁放射を生成する半導体ボディ１とともに使用される。この場合、第２の波長変換材料１２は有利には、半導体ボディ１の紫外線放射の一部を黄色スペクトル領域の第３の波長の放射に変換し、紫外線スペクトル領域の第１の波長の他の部分は有利には、第１の波長変換材料６によって青色スペクトル領域の第２の波長の放射に変換され、素子は、第１の波長の放射と第２の波長の放射とから成りＣＩＥ標準色度図の白色領域に色位置を有する混合放射を送出する。有利には、第１の波長の放射は第１の波長変換材料６と第２の波長変換材料１２とによって、ここでは第２の波長の放射と第３の波長の放射とに完全に変換される。
【０１０５】
また、たとえば図４のように第２の波長変換層１４に含まれている第２の波長変換材料１２は、可視スペクトル領域の第１の波長の放射、たとえば青色スペクトル領域の第１の波長の放射を送出する半導体ボディ１とともに使用することもできる。この場合、波長変換層１４中の第２の波長変換材料１２が、第１の波長の放射の一部を赤色スペクトル領域の第３の波長の放射に変換し、被覆部５中の第１の波長変換材料１０が青色スペクトル領域の第１の波長の他の部分を緑色スペクトル領域の第２の波長の放射に変換する。素子はこの場合も、青色スペクトル領域の第１の波長の放射と緑色スペクトル領域の第２の波長の放射と赤色スペクトル領域の第３の波長の放射とを含みＣＩＥ標準色度図の白色領域に色位置を有する混合放射を送出する。
【０１０６】
図１Ａ、１Ｇ、２、３および４に示された上記の実施例と異なり、図５の実施例による素子の場合、半導体ボディ１は担体４に取り付けられず、ビーム成形に使用される素子ケーシングの反射槽１５内に取り付けられる。図１Ａの実施例のように、半導体ボディ１は、第１の波長変換材料１０を包含する被覆部５によって包囲されている。さらに図５の素子は、上記で説明された実施例と異なる点として第２の選択的反射性層１６を有する。この第２の選択的反射性層１６は、半導体ボディ１の放射方向で見て第１の波長変換材料６に後置されており、半導体ボディ１によって放出された第１の波長の放射の定義された割合を、第１の波長変換材料６を含む被覆部５に反射し戻し、変換後の第２の波長の放射に対しては透過性である。第１の選択的反射性層８と同様に、第２の選択的反射性層１６もたとえば、高屈折率と低屈折率とを交互に有する誘電体層から構成される。半導体ボディ１の放射方向で見て、第２の選択的反射性層１６の次にさらに、被覆部５のマトリクス材料７が被着される。
【０１０７】
図６に示された第６の実施例によるオプトエレクトロニクス素子でも、半導体ボディ１は素子ケーシングの反射槽１５内に取り付けられており、ボンディングワイヤ（図示されていない）によって前面３に電気的にコンタクトされている。反射槽１５によって形成された切欠部には注入材料５が充填され、これは半導体ボディを被覆する。しかしここでは、被覆部５は波長変換材料を含まない。択一的に、被覆部５を完全に省略することもできる。
【０１０８】
その代わり素子は、担体基板１７を有するカバーエレメント１８を備えている。この担体基板１７は、たとえばガラス基板である。ガラス基板はたとえば１０〜３００μｍの間の厚さを有し、ここでは境界値も含まれる。ここでは、ガラス基板は約１００μｍの厚さを有する。択一的に、担体基板１７はフィルムとすることができ、たとえばニトロセルロースメンブレンとすることもできる。このようなフィルムは有利には、０．５μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有し、特に有利には１μｍ以上５μｍ以下の厚さを有する。ここではそれぞれ境界値も含まれる。たとえば、フィルムの厚さは約２μｍである。
【０１０９】
ガラス基板１７の半導体ボディ１に対向する主面１７１は、ここでは半導体ボディ１の前面３に平行であり、この主面１７１に第１の選択的反射性層８が配置されている。ガラス基板１７の半導体ボディ１と反対側の主面１７２も、ここでは半導体ボディ１の前面３に平行であり、この主面１７２に第１の波長変換層１０が配置されている。
【０１１０】
カバーエレメント１８は素子ケーシングに、とりわけ反射槽１５の縁部および／または被覆部５に、機械的に安定的に結合されており、たとえば接着されている。
【０１１１】
半導体ボディの側方および／または切欠部の底面および／または側面に付加的に、別の平滑反射層または拡散反射層を形成することもできる。この平滑反射層または拡散反射層は、半導体ボディによって放出された放射を素子の前面へ、とりわけカバーエレメントへ反射する。
【０１１２】
第１の波長変換材料６および第２の波長変換材料１２は、有利には以下の材料から成る群から選択される：
希土類の金属がドーピングされたガーネット
希土類の金属がドーピングされたアルカリ土類硫化物
希土類の金属がドーピングされたチオガレート
希土類の金属がドーピングされたアルミニウム酸塩
希土類の金属がドーピングされたオルトケイ酸塩
希土類の金属がドーピングされたクロロシリケート
希土類の金属がドーピングされたアルカリ土類ケイ素窒化物
希土類の金属がドーピングされた酸窒化物
希土類の金属がドーピングされた酸窒化アルミニウム
被覆部５、第１の波長変換層１０および第２の波長変換層１４用のマトリクス材料として適しているのは、有利には透明硬化性のポリマー材料であり、たとえば、エポキシド、アクリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリビニルクロライド、シリコーン、ポリシロキサン含有ポリマーであるか、またはこれらの材料の混合物である。
【０１１３】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００５０４６３６８．１号および１０２００５０６２５１４．２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り本願に含まれるものとする。
【０１１４】
本発明は、上述した実施例に基づく説明によって限定されるものではない。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。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１Ａ】第１の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【図１Ｂ】第１の実施例による半導体ボディの放出スペクトルである。
【図１Ｃ】第１の実施例による波長変換材料の放出スペクトルである。
【図１Ｄ】第１の実施例による選択的反射性層の層列の表である。
【図１Ｅ】図１Ｄの層列における層厚さに依存する屈折率経過を示す。
【図１Ｆ】図１Ｄおよび１Ｅの選択的反射性層の反射率を示す。
【図１Ｇ】第１の実施例の１つの変形形態によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【図２】第２の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【図３】第３の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【図４】第４の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【図５】第５の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【図６】第６の実施例によるオプトエレクトロニクス素子の概略的な断面図である。
【図１Ａ】
2009510744.tif 000003
【図１Ｂ】
2009510744.tif 000004
【図１Ｃ】
2009510744.tif 000005
【図１Ｄ】
2009510744.tif 000006
【図１Ｅ】
2009510744.tif 000007
【図１Ｆ】
2009510744.tif 000008
【図１Ｇ】
2009510744.tif 000009
【図２】
2009510744.tif 000010
【図３】
2009510744.tif 000011
【図４】
2009510744.tif 000012
【図５】
2009510744.tif 000013
【図６】
2009510744.tif 000014
【国際調査報告】
2009510744.tif 000015
2009510744.tif 000016
2009510744.tif 000017
2009510744.tif 000018
2009510744.tif 000019
2009510744.tif 000020