(57)【要約】      （修正有）【課題】混合放射を高効率で得ることのできる半導体デバイスの提供。【解決手段】本発明は、第１のピーク波長を有する１次放射を形成するために設けられた半導体チップ２と、この半導体チップ上に設けられた放射変換素子３とを有する、半導体デバイス１に関する。放射変換素子３は、１次放射を少なくとも部分的に第２のピーク波長を有する２次放射へ変換する量子構造と、１次放射に対して透過性を有する基板とを有する。本発明はさらに、こうした形式の半導体デバイス１を有する照明装置に関する。【選択図】図３
2019062220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイス（１）であって、
第１のピーク波長を有する１次放射を形成するために設けられた半導体チップ（２）と、該半導体チップ上に設けられた放射変換素子（３）とを有し、
前記放射変換素子は、前記１次放射を、少なくとも部分的に、第２のピーク波長を有する２次放射へ変換する量子構造（３０）と、前記１次放射に対して透過性を有する基板（３５）とを有する、
半導体デバイス。
【請求項２】
前記放射変換素子は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、又は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＰ、又は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓを含む、
請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記第１のピーク波長は前記第２のピーク波長より短い、
請求項１又は２記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記半導体デバイスは、第３のピーク波長を有する放射を発光するエミッタ（４）を有する、
請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記エミッタと前記放射変換素子との間の光路にリフレクタ層（７）が設けられている、
請求項４記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記エミッタは別の放射変換素子（４１）である、
請求項４又は５記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記放射変換素子と前記別の放射変換素子とは、前記半導体チップ上に横方向又は上下方向に設けられている、
請求項６記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記半導体デバイスは別の半導体チップ（４４）を有しており、
前記別の放射変換素子は、前記別の半導体チップ上に設けられている、
請求項４又は５記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記別の放射変換素子は、前記半導体チップのカバー（６５）に埋め込まれた蛍光物質によって形成されている、
請求項４記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記エミッタは別の半導体チップ（４４）であり、
前記別の半導体チップは、第３のピーク波長を形成するための活性領域（４４０）を有する、
請求項４又は５記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記別の半導体チップと前記半導体チップとが１つのリフレクタ層（７）に埋め込まれており、
前記別の半導体チップ上に、第３のピーク波長の放射に対して透過性を有する基体（４８）が設けられており、
前記リフレクタ層は、前記放射に対して透過性を有する基体と前記放射変換素子とに接しており、
前記放射に対して透過性を有する基体及び前記放射変換素子は、前記半導体デバイスの放射面（１２）で、その少なくとも一部の領域を前記リフレクタ層から露出させている、
請求項１０記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記放射変換素子上に、波長選択性の透過率を有する誘電性コーティング（５）が設けられている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記放射変換素子上に散乱層（５５）が設けられている、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
前記量子構造は、前記基板の、前記半導体チップに向かう側の面に設けられている、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
前記放射変換素子は、出力構造（５８）を有する、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１６】
照明装置（１１）であって、
請求項１から１５までのいずれか１項記載の半導体デバイス（１）を少なくとも１つと、
前記半導体デバイスを上部に配置した接続支持体（１５）と
を有する、照明装置。
【請求項１７】
前記照明装置は、ディスプレイ装置のバックライト用、プロジェクション用、撮影フラッシュ用、又は、ヘッドランプ用の照明装置として構成されている、
請求項１６記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、半導体デバイス及び照明装置に関する。
【０００２】
照明装置、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト部では、発光ダイオードを放射源として使用可能である。ただし、こうした適用分野では、ヒトの眼が感知可能な色のできるだけ大きな成分を表示できるよう、大きな色域が要求される。例えば、青色スペクトル領域で発光するＬＥＤと黄色スペクトル領域で発光する蛍光物質とによって、ヒトの眼に白色に見える放射を高い効率で形成できるが、色域は低下してしまう。別の蛍光物質を添加すれば色域を改善できるが、そうすると効率は低下する。また、相互に異なる３つの発光ダイオードによって直接に赤色スペクトル領域、緑色スペクトル領域及び青色スペクトル領域を形成する場合には、比較的大きな色域を達成可能である。しかし、これは、３つの個別色を調整しなければならないため、複雑な電子制御を要する。
【０００３】
課題は、混合放射を高効率で得ることのできる半導体デバイスを提供することである。
【０００４】
この課題は、特に、請求項１記載の半導体デバイス及びこうした半導体デバイスを有する照明装置によって解決される。別の実施形態及び利点は、各従属請求項の対象となっている。
【０００５】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、当該半導体デバイスは、第１のピーク波長を有する１次放射を形成するために設けられた半導体チップを有する。第１のピーク波長は、例えば、紫外スペクトル領域又は青色スペクトル領域にある。例えば、半導体チップは、第１のピーク波長の形成のために設けられた活性領域を有する。活性領域は、例えば、成長基板上に例えばエピタキシャルに堆積された半導体積層体を含む半導体基体の一部である。例えば、半導体チップは支持体を有し、この支持体上に、活性領域を有する半導体積層体を含む半導体基体が設けられている。当該支持体は、半導体基体を機械的に安定化する。支持体は、半導体積層体に対する成長基板であってよい。これに代えて、支持体は、半導体積層体用の成長基板とは別のものであってもよい。
【０００６】
半導体チップは、好ましくは、その電気的接続のための第１の接続面及び第２の接続面を有する。第１の接続面及び第２の接続面は、半導体チップの同じ側の面、又は、半導体チップの反対側の面に配置可能である。
【０００７】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、この半導体デバイスは、１次放射を少なくとも部分的に第２のピーク波長を有する２次放射へ変換する放射変換素子を有する。２次放射は特に、１次放射のピーク波長よりも大きなピーク波長を有する。例えば、第２のピーク波長は、緑色スペクトル領域もしくは黄色スペクトル領域もしくは赤色スペクトル領域に位置する。
【０００８】
特に、放射変換素子は、半導体チップの１次放射の一部のみを変換するので、半導体デバイスは全体で１次放射及び２次放射を含む混合放射を放射する。例えば、当該混合放射は、ヒトの眼に白色の印象を与える光である。
【０００９】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、放射変換素子は、１次放射を少なくとも部分的に第２のピーク波長を有する２次放射へ変換する量子構造を有する。
【００１０】
量子構造なる概念は、本願においては特に、電荷担体が閉じ込め（「コンファインメント」）によってそのエネルギ状態を量子化させうる構造を含む。特に、量子構造なる概念は、量子化の次元に関する情報を含まない。よって、量子構造は、特に量子井戸、量子ワイヤ、量子ドット及びこれらの構造のあらゆる組み合わせを含む。
【００１１】
例えば、量子構造は、中間にそれぞれバリア層を配置した複数の量子層を含む。例えば、量子層とバリア層とは、多重量子井戸（Multi Quantum Well, MQW）構造を形成している。放射変換素子は、例えば、１次放射に対して透過性を有する基板を有する。当該基板は特に、量子構造の機械的安定化に用いられる。例えば、基板は、量子井戸構造の少なくとも５倍の厚さを有する。基板は、例えば量子構造をエピタキシャルに堆積させるための成長基板であってよい。これに代えて、基板は量子構造の成長基板とは別のものであってもよい。半導体デバイスは２つ以上のこうした放射変換素子を有することもできる。例えば、同じピーク波長の放射を発光する２つ以上の放射変換素子を上下方向に配置可能である。このようにして放射変換の効率を増大させることができる。
【００１２】
放射変換素子の基板は、半導体チップを特には大面積で、例えば半導体チップの上面から見て少なくとも２０％まで又は少なくとも５０％まで覆う。当該基板は、半導体チップを完全に覆うことができる。
【００１３】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態では、この半導体デバイスは、第１のピーク波長を有する１次放射を形成するために設けられた半導体チップと、この半導体チップ上に設けられた放射変換素子とを有する。放射変換素子は、１次放射を少なくとも部分的に第２のピーク波長を有する２次放射へ変換する量子構造を有する。放射変換素子はさらに、１次放射に対して透過性を有する基板を有する。
【００１４】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、放射変換素子は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、又は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＰ、又は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓを含む。ここではそれぞれ［０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１］が該当する。当該材料では、緑色もしくは黄色もしくは赤色のスペクトル領域の放射を効率的に形成できる。基本的には、形成すべき第２のピーク波長の２次放射の発生に適するバンドギャップを有するものであれば、あらゆる半導体材料が当該放射変換素子に適する。
【００１５】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、第１のピーク波長は第２のピーク波長よりも短い。例えば、第１のピーク波長は青色スペクトル領域にあり、第２のピーク波長は緑色スペクトル領域もしくは赤色スペクトル領域もしくは黄色スペクトル領域にある。例えば、第１のピーク波長は青色スペクトル領域にあり、第２のピーク波長は緑色スペクトル領域にある。緑色スペクトル領域の放射は、緑色スペクトル領域において発光される半導体チップによってではなく放射変換によって形成される。
【００１６】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、半導体デバイスは、第３のピーク波長を放射するエミッタを有する。「エミッタ」なる概念は、一般に、励起の際に放射を発光するエレメントをいう。励起は、例えば、電気的もしくは光学的に行うことができる。
【００１７】
第１のピーク波長、第２のピーク波長及び場合により第３のピーク波長は、好ましくはそれぞれ相互に異なる。例えば、ピーク波長間の差はそれぞれ少なくとも５０ｎｍである。
【００１８】
例えば、第１のピーク波長及び第２のピーク波長及び第３のピーク波長のそれぞれは、青色スペクトル領域及び緑色スペクトル領域及び赤色スペクトル領域に位置する。第１のピーク波長が青色スペクトル領域にあり、かつ、第２のピーク波長が緑色スペクトル領域にある場合、第３のピーク波長は例えば赤色スペクトル領域に位置する。
【００１９】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、半導体デバイスはリフレクタ層を有する。リフレクタ層は、例えば、反射性粒子が充填されたポリマー材料を含む。例えば、粒子は、二酸化チタン、酸化ジルコニウム又は酸化アルミニウムを含む。リフレクタ層は、例えば、１次放射のピーク波長に対して少なくとも８０％の反射性を有する。
【００２０】
例えば、リフレクタ層は、半導体チップ及び／又は放射変換素子に一体に成形される。例えば、リフレクタ層は、少なくとも一部の領域で半導体チップ及び／又は放射変換素子に直接に接する。リフレクタ層は、例えば成形プロセスによって製造可能である。成形プロセスとは、一般に、成形材料を定められた形状にしたがって成形し、必要に応じて硬化することのできるプロセスであると理解されたい。特に、成形プロセスなる概念は、鋳込成形（casting）、射出成形（injection molding）、トランスファ成形（transfer molding）、圧縮成形（compression molding）及びフォイルアシスト成形（foil assisted molding）を含む。
【００２１】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、リフレクタ層は、エミッタと放射変換素子との間の光路に配置される。つまり、リフレクタ層は、エミッタと放射変換素子との間の直接の光路を阻止する。半導体デバイス内の吸光損失、例えばエミッタでの第２のピーク波長の放射及び／又は放射変換素子での第３のピーク波長の放射の吸光による吸光損失は、回避されるか又は少なくとも低減される。
【００２２】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、エミッタは別の放射変換素子である。例えば、当該別の放射変換素子は、第３のピーク波長の放射を形成する発光物質を有する。これに代えて、エミッタが、第３のピーク波長の放射を形成する別の量子井戸を有してもよい。別の量子井戸は、特には、上記量子井戸に関連して説明したものと同様であってよく、量子井戸及び別の量子井戸は好ましくは相互に異なるスペクトル領域で発光を行う。
【００２３】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、放射変換素子と別の放射変換素子とが半導体チップ上に並ぶように配置される。放射変換素子は特に、重畳部分なしに半導体チップ上に配置される。放射変換素子と別の放射変換素子とは、相互に接して又は相互に間隔を置いて、配置できる。例えばリフレクタ層は、放射変換素子と別の放射変換素子との間に配置される。
【００２４】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、放射変換素子と別の放射変換素子とは、半導体チップ上に上下方向に配置される。
【００２５】
別の放射変換素子が別の量子構造を有する実施形態では、放射変換素子は別の基板を有することもできる。すなわち、放射変換素子と別の放射変換素子とは、製造の際には相互に独立に製造され、続いて縦方向もしくは横方向に配置される。これに代えて、放射変換素子と別の放射変換素子とが共通の基板を有してもよい。例えば、量子井戸及び別の量子井戸は、共通の半導体積層体内に集積可能であるか、又は、少なくとも共通の基板上に並ぶようにエピタキシャルに堆積可能である。
【００２６】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態では、半導体デバイスが別の半導体チップを有する。例えば、別の放射変換素子は、別の半導体チップ上に配置される。別の半導体チップから形成される放射は、半導体チップの１次放射と同じであってよい。これに代えて、別の放射のピーク波長が１次放射の第１のピーク波長とは異なっていてもよい。
【００２７】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、上記別の放射変換素子は半導体チップのカバー内に埋め込まれた蛍光物質によって形成される。カバーは例えば１次放射に対して透過性を有するポリマー材料、例えばエポキシド又はシリコーンを含む。
【００２８】
半導体デバイスの製造時には、カバーが、例えば、特には既に電気的な接続部を有する半導体チップに一体に成形された成形材料によって構成される。
【００２９】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、エミッタは別の半導体チップである。例えば、当該別の半導体チップは、第３のピーク波長を形成する活性領域を有する。例えば、当該別の半導体チップの活性領域は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＰ又はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓであり、それぞれ［０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１］を含む。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記別の半導体チップ及び上記半導体チップが１つのリフレクタ層内に埋め込まれる。上記別の半導体チップ上には、第３のピーク波長の放射に対して透過性を有する基体が設けられる。リフレクタ層は、放射透過性の基体と放射変換素子とに接する。半導体デバイスの放射面では、放射透過性の基体と放射変換素子の少なくとも一部の領域とがリフレクタ層から露出する。垂直方向で見ると、半導体チップの活性領域の主延在平面に対して垂直に延在する方向で、放射変換素子と放射透過性の基体とが、例えば同じ高さ、又は、例えば最大５０μｍの差のほぼ同じ高さで終端する。リフレクタ層の構成はこれにより簡単化される。
【００３１】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、放射変換素子には誘電性コーティングが設けられる。当該誘電性コーティングは、例えば、互いに接する層がそれぞれ異なる屈折率を有する複数の誘電層を有する。誘電性コーティングは例えば波長選択性の透過率を有する。よって、当該透過率は、他のスペクトル領域の透過率よりも大きい。例えば、少なくとも１つの放射成分、例えば１次放射又はその一部のための誘電性コーティングは、反射性を有するように構成される。これに代えてもしくはこれに加えて、誘電性コーティングを用いて、例えば顧客の特別な要求に関して、発光スペクトルを予めフィルタリングすることもできる。
【００３２】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、放射変換素子上に散乱層が設けられる。例えば、散乱層は、放射変換素子の、半導体チップとは反対側の面に設けられる。散乱層は、例えば、１０重量％以上３０重量％以下の濃度、例えば１５重量％以上２５重量％以下の濃度の散乱粒子を含む。散乱層の層厚さは、例えば１０μｍ以上３０μｍ以下である。当該散乱粒子は、例えば二酸化チタン、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムを含む。
【００３３】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、量子構造は、基板の、半導体チップに向かう側の面に設けられる。量子構造で発生する損失熱は、半導体チップを介して放出できる。また、これとは異なって、量子構造を、基板の、半導体チップとは反対側の面に設けることもできる。
【００３４】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、放射変換素子は出力構造を有する。当該出力構造は、放射変換素子からの放射出力を高めるために設けられる。例えば、出力構造は、基板の、量子構造に向かう側の面に設けられる。例えば、当該出力構造は、基板の、パターニングされた成長面によって形成される。さらに、出力構造は、量子構造の、基板とは反対側の面に設けることもできる。これに代えて、出力構造を、基板の、量子構造とは反対側の面に設けることもできる。例えば、出力構造は、基板の粗面部の形態で形成される。
【００３５】
半導体デバイスの少なくとも１つの実施形態によれば、半導体デバイスは、表面実装可能デバイス（surface mount device，ＳＭＤ）として構成される。当該半導体デバイスは特に、放射変換素子とは反対側の実装面に、半導体デバイスを外部に電気的に接続するための少なくとも２つのコンタクトを有する。
【００３６】
少なくとも１つの実施形態によれば、照明装置は、少なくとも１つの半導体デバイスとこの半導体デバイスを上部に配置した接続支持体とを有する。接続支持体は例えばプリント回路板であってよい。半導体デバイスは、１つもしくは複数の上述した特徴を有することができる。
【００３７】
照明装置の少なくとも１つの実施形態によれば、この照明装置は、ディスプレイ装置のバックライト用、プロジェクション用、撮影フラッシュ用、又は、ヘッドランプ用の照明装置として構成される。
【００３８】
上述した半導体デバイス及び照明装置により、特に、次の効果を達成できる。
【００３９】
特にエピタキシャルに成長される量子井戸を有する放射変換素子は、高い温度安定性を特徴とすることができる。例えば、赤色スペクトル領域もしくは緑色スペクトル領域にある２次放射は、窒化物半導体材料、特にＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮをベースとした発光ダイオードの高い温度安定性を有する。さらに、こうした放射変換素子では、特に層厚さ及び量子井戸の材料を変化させることによって、発光波長を容易に調整できる。変換率は、量子層の数によって簡単かつ確実に調整可能である。エピタキシャルな堆積に代えて、例えばスパッタリングなどの他の堆積プロセスも可能である。フォトルミネセンス構造は、特に低コストに製造可能である。
【００４０】
さらに、緑色スペクトル領域で発光する量子構造、例えばＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮをベースとした量子構造の光励起は、電気的励起でのこうした量子構造における直接の放射形成よりも効率が高いことが判明している。
【００４１】
また特に、蛍光物質を含む放射変換素子とは異なり、狭帯域のスペクトル領域での発光、例えば約３０ｎｍの半値全幅（Full Width at Half Maximum, ＦＷＨＭ）の領域での発光を行うこともでき、一方、蛍光物質は、典型的には、約５０ｎｍから１００ｎｍまでの半値全幅の放射を形成する。こうしてより大きな色単位を達成でき、よって、大きな色域を高い効率で得ることができる。
【００４２】
なお、放射変換素子では、放射変換と放射散乱との空間的分離が、例えば放射変換を量子構造で、放射散乱を基板、例えば放射面の出力構造によって行うことで、達成される。
【００４３】
また、量子構造を有する放射変換素子は、小さな層厚さを特徴とすることができる。蛍光物質を含む放射変換素子が典型的には約１００μｍの層厚さを有するのに対して、量子構造を有する放射変換素子では、１μｍを下回る層厚さ、例えば１００ｎｍから１μｍまでの層厚さを達成することができる。したがって、動作中に発生する熱損失を効率的に放出させることができる。
【００４４】
さらに、開発フェーズにおいて新たな半導体デバイスを製造する際の反復サイクルを、特に放射変換素子のフレキシブルな適応可能性によって短縮できる。
【００４５】
基板の、量子構造とは反対側の面は、さらに、付加的な光学機能、例えば、特に波長選択性の鏡もしくはフィルタの機能、及び／又は、出力構造の機能、例えば粗面化機能を満たすことができる。
【００４６】
半導体デバイスはさらに、特に蛍光物質をベースとする変換素子に比べて狭帯域で発光する少なくとも２つの放射源、すなわち、半導体チップと量子構造を有する変換素子とを有する。このため大きな色域を簡単に達成できる。さらに、半導体デバイスの放射スペクトルを、放射変換素子の適応化のみによって、例えば積層順序及び／又は各層厚さの適応化のみによって、顧客専用の要求に簡単かつ確実に適応化可能である。
【００４７】
さらに、空間的に配向される発光を形成するために、放射特性を簡単に修正できる。
【００４８】
また、半導体デバイスの散乱層又は散乱構造は、効率的な色混合を生じさせる。誘電性コーティングにより、例えば、波長選択性の出力、及び／又は、形成された放射のための共振キャビティの形成、及び／又は、半導体デバイスのスペクトルの予めのフィルタリングなどを簡単かつ確実に達成できる。
【００４９】
なお、例えば基板に形成される、屈折率勾配を生じさせる構造によって、放射変換素子への効率的な入力及び／又は半導体デバイスからの効率的な出力も簡単に達成可能である。
【００５０】
別の実施形態及び利点は、図に関連した以下の説明から得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】半導体デバイスの一実施形態を示す概略的な断面図である。
【図１Ｂ】半導体チップの一実施形態を示す図である。
【図１Ｃ】放射変換素子の一実施形態を示す図である。
【図１Ｄ】放射変換素子の一実施形態を示す図である。
【図１Ｅ】放射変換素子の一実施形態を示す図である。
【図１Ｆ】放射変換素子の一実施形態を示す図である。
【図１Ｇ】放射変換素子の一実施形態を示す図である。
【図２】Ａは半導体デバイスの一実施形態を示す図であり、Ｂは半導体チップの一実施形態を示す図である。
【図３】半導体デバイスの一実施形態を示す図である。
【図４】半導体デバイスの一実施形態を示す図である。
【図５】半導体デバイスの一実施形態を示す図である。
【図６】半導体デバイスの一実施形態を示す図である。
【図７】半導体デバイスの一実施形態を示す図である。
【図８】半導体デバイスの一実施形態を示す図である。
【図９】照明装置の一実施形態を示す図である。
【図１０】半導体デバイスの一実施形態を示す図である。
【図１１】半導体デバイスの一実施形態を示す図である。
【図１２】半導体デバイスの一実施形態を示す図である。
【００５２】
図中、同じ要素もしくは同種の要素又は同様の機能を有する要素には、同じ参照番号を付してある。
【００５３】
各図は、概略的な図示であって、必ずしも縮尺通りに描かれていない。むしろ、比較的小さな要素、特に層厚さなどを、わかりやすくするために拡大して示したところがある。
【００５４】
図１Ａには、半導体デバイスの一実施形態が概略的な断面図で示されている。半導体デバイス１は、第１のピーク波長を有する１次放射を形成するために設けられた半導体チップ２を有する。第１のピーク波長は青色スペクトル領域にある。半導体チップ２上には、半導体デバイスの動作中に半導体デバイス２で形成される１次放射を部分的に第２のピーク波長を有する２次放射に変換する放射変換素子３が設けられている。したがって、半導体デバイス１は、１次放射と２次放射とを含む混合放射を発光する。
【００５５】
半導体デバイス１はさらに、第１のコンタクト６１と第２のコンタクト６２とを有する。第１のコンタクト６１及び第２のコンタクト６２は、１つのリードフレームの各部分領域である。リードフレームは一部の位置でケーシングボディ６に埋め込まれている。半導体チップ２は、ケーシングボディ６のキャビティ６７内に配置されている。
【００５６】
半導体チップ２上には、量子構造を含む放射変換素子３が設けられている。放射変換素子の種々の構成については、図１Ｃから図１Ｇに即して説明する。
【００５７】
さらに、同種の２つ以上の放射変換素子３、例えば同種の３つの放射変換素子３を上下方向に配置することもできる。「同種」とは、ここでは、放射変換素子のピーク波長が相互に全く異ならないか又は僅かしか異ならないこと、例えば最大で２０ｎｍしか異ならないことを意味する。変換率は、放射変換素子の個数によって簡単に調整可能である。
【００５８】
放射変換素子３は、固定層８によって半導体チップに固定されている。当該固定層８は、１次放射に対して透過性を有する材料によって形成されると好都合である。例えば、固定層８は、ポリマー材料、例えばシリコーンを含む。好ましくは、屈折率は１．５から、当該固定層に接する半導体チップ材料の屈折率までの間の値となる。固定層８の屈折率が大きくなるにつれて、半導体チップ２と固定層８との界面で反射される放射の割合は小さくなる。こうした固定層は、図示の簡単化のために全ての図に示されていない場合であっても、以下の各実施形態にも同様に適する。
【００５９】
半導体チップ２及び放射変換素子３は、リフレクタ層７によって包囲されている。リフレクタ層は、特に、半導体チップ２及び放射変換素子３に直接に接する。
【００６０】
リフレクタ層７は、例えば、反射性の粒子を含むポリマー材料によって形成されている。例えばリフレクタ層は、シリコーン又はエポキシドを含む。粒子は例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム又は酸化アルミニウムを含む。
【００６１】
リフレクタ層７により、放射が半導体チップ２又は放射変換素子３から側方で放出されてしまうおそれが回避される。よって、形成される放射は、ケーシングボディ６へは入射しない。したがって、ケーシングボディの材料は、一貫して、光学特性から独立に、例えば高い機械的安定性又は高い温度安定性の観点で選択可能である。半導体材料１の固定は、例えばはんだ付けによって簡単化される。
【００６２】
垂直方向では、半導体デバイス１は、自身の放射面１２とその向かい側の自身の実装面１３との間に延在している。
【００６３】
半導体デバイス１の放射面１２では、放射変換素子３が少なくとも一部の位置で、好ましくは完全に又はほぼ完全に、例えば放射変換素子の面積の少なくとも９０％まで、リフレクタ層７の材料から露出されている。
【００６４】
第１のコンタクト６１及び第２のコンタクト６２は、半導体デバイスの実装面１３に構成され、半導体チップ２に導電接続される。半導体デバイスは表面実装可能デバイスとして構成される。
【００６５】
半導体チップ２の構成が、図１Ｂに概略的に示されている。半導体チップ２は、実装面１３に向かう側の後面に第１の接続面２５と第２の接続面２６とを有する。半導体チップ２は、１次放射の放射形成のために設けられた活性領域２０を有する半導体積層体２００を含む半導体基体を有する。活性領域２０は、第１の半導体層２１と第２の半導体層２２との間に位置し、ここで、第１の半導体層及び第２の半導体層は少なくとも一部の位置においてその導電型の点で相互に異なり、これにより活性領域２０がｐｎ接合部に位置する。半導体チップ２の、特にエピタキシャルに堆積される各半導体層は、支持体２９上に配置されている。図示の実施形態では、支持体は半導体チップの半導体積層体のための成長基板である。例えば、支持体はサファイア又は炭化ケイ素を含む。
【００６６】
図１Ａに示されている実施形態では、半導体チップ２はいわゆるフリップチップ装置として実装されるので、第１の接続面２５及び第２の接続面２６は、半導体デバイスの、実装面１３に向かう側に配置される。半導体デバイスを上から見ると、それぞれ、第１のコンタクト６１と第１の接続面２５とが重なっており、第２のコンタクト６２と第２の接続面２６とが重なっている。
【００６７】
半導体デバイス１を製造する際には、第１のコンタクト６１及び第２のコンタクト６２を備えたリードフレームを複数の半導体デバイスのためのリードフレーム複合体に設けることができる。半導体チップ２は当該リードフレーム複合体に実装される。半導体チップの実装の前後、リードフレーム複合体にはケーシングボディ６を成形するための材料が施与される。半導体チップ２上には放射変換素子３が形成される。これは、半導体チップ２をリードフレーム複合体に固定する前後で行うことができる。リードフレーム複合体に固定された半導体チップは、リフレクタ層のための成形材料によって包囲される。個々の半導体デバイス１は、リードフレーム複合体及びケーシングボディのための材料の双方を分断する個別化ステップによって生じる。よって、ケーシングボディ６は、半導体デバイス１の個別化の際にはじめて生じる。したがって、半導体デバイス１を横方向で画定するケーシングボディ６の各側面は、少なくとも一部の位置に、個別化トラック、例えばソートラックもしくはレーザーカットプロセストラックを有することができる。こうした半導体デバイス１は、特に低コストかつコンパクトに製造可能である。
【００６８】
放射変換素子３の実施形態が、図１Ｃから図１Ｇに拡大図で示されている。放射変換素子３は量子構造３０を有する。量子構造は、各バリア層３２間に設けられた量子層３１を含む。
【００６９】
量子層３１及びバリア層３２は、多重量子井戸構造を形成する。こうした量子構造においては、量子層内部で正確に１つの空間方向に沿って量子化が行われる。ここでの量子構造は、特に確実に製造可能であり、高い効率を特徴とする。ただし、先に述べた量子構造のうち別のものを適用することもできる。
【００７０】
量子層３１の個数は、広い範囲を限界として種々であってよい。例えば、量子構造３０は２個以上１００個以下、例えば５０個の量子層を有する。
【００７１】
量子層の層厚さは、好ましくは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲にある。バリア層３２の層厚さは、好ましくは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲にあり、例えば１５ｎｍである。各バリア層は好ましくは、公称上は非ドープで形成される。またこれとは異なり、バリア層にドープを行ってもよい。
【００７２】
緑色の２次放射を形成するために、量子層３１は好ましくはＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含む。インジウム成分を増大することにより及び／又は量子層３１を拡大することにより、２次放射のピーク波長を高めることができる。
【００７３】
インジウム成分をさらに増大することにより、黄色もしくは赤色のスペクトル領域にピーク波長を有する２次放射を得ることもできる。さらに、赤色スペクトル領域の２次放射に対しては、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＰの材料系も適する。
【００７４】
１００ｎｍ以上のピーク波長のために、各量子層は、好ましくはアルミニウムを含まないか、又は、アルミニウムをほとんど含まず、例えばｘ≦０．０５である。さらに、インジウム含有量ｙは好ましくは約５０％であり、例えば０．４５以上０．５５以下、特に０．４４以上０．５２以下である。このような材料は、ヒ化ガリウムに基づく高い結晶品質でエピタキシャルに堆積可能である。
【００７５】
放射変換素子３は、さらに基板３５を有する。基板３５は、量子構造３０をエピタキシャルに堆積させるための成長基板であってよい。特に、１次放射に対して放射透過性を有さない成長基板、例えばヒ化ガリウムの基板では、量子構造３０は、成長基板とは別の基板へ、例えばガラス基板へ移し替えることもできる。この場合、基板は量子構造３０のための成長基板とは異なり、量子構造を機械的に安定化する。このため成長基板は必要なく、これを除去でき、これにより放射変換素子は成長基板を有さない。
【００７６】
基板３５の主延在平面は、半導体チップの主延在平面に対して平行に、特に半導体チップの活性領域の主延在平面に対して平行に延在する。基板３５は、図示の実施形態では、半導体チップ２を全面で覆う。これとは異なり、被覆面積をより小さくしても好都合となりうる。好ましくは、基板は、半導体チップを大きな面積で、特に少なくとも２０％までもしくは少なくとも５０％までの面積で、覆う。
【００７７】
量子構造３０は、基板３５の、半導体チップ２とは反対側の面（図１Ｃ）又は半導体チップ２に向かう側の面（図１Ｄ）に設けることができる。
【００７８】
図１Ｅに示されている実施形態では、放射変換素子３上、特に基板３５の特に量子構造３０とは反対側に、誘電性コーティング５が構成されている。当該誘電性コーティングは、複数の層を含む多層構造で構成することができ、この場合、誘電性コーティングの隣接する層どうしは、屈折率に関して相互に異なっている。当該誘電性コーティング５は、例えば、１次放射が少なくとも部分的に放射変換素子３へ反射され、２次放射がほとんど阻止されずに出射されるように構成される。さらに、誘電性コーティング５によって、少なくとも１つの放射成分用の共振キャビティ、すなわち、１次放射及び／又は２次放射のための共振キャビティを形成することができる。
【００７９】
誘電性コーティング５に代えてもしくはこれに加えて、図１Ｆに示されているように、放射変換素子３上に散乱層５５を配置することもできる。例えば、散乱層５５は、散乱粒子が設けられたポリマー材料を含む。例えば、厚さが１０μｍ以上３０μｍ以下、散乱粒子の割合が１０重量％以上３０重量％以下、好ましくは１５重量％以上２５重量％以下の層が適する。散乱層により、放出される放射の色座標の角度依存性に関する均一性を改善できる。また、散乱層５５での散乱は、量子構造３０での放射変換から空間的に間隔を置いて行われる。放射変換及び散乱は、一貫して相互に独立に調整可能である。さらに、放射変換素子３、特に基板３５は、図１Ｇに示されているように、出力構造５８を有する。図示の実施形態では、出力構造は、基板３５の、量子構造３０とは反対側の面に構成される。出力構造は、例えば粗面化部によって、不規則に形成することができる。
【００８０】
これに代えてもしくはこれに加えて、基板３５は量子構造３０に向かう側に出力構造を有してもよい。例えば、基板３５は、予めパターニングされた基板、例えば予め定められたサファイア基板であってよい。
【００８１】
こうした出力構造に加え、放射変換素子は、図１Ｅから図１Ｆに示されているように、散乱層５５及び／又は誘電性コーティング５を有することができる。
【００８２】
放射変換素子３の上述した構成は、半導体デバイス１の後述する実施形態に対しても適用可能である。図示の簡単化のために、放射変換素子３の詳細は以降の図には示していない。
【００８３】
図２のＡに示されている実施形態は、図１Ａに関連して説明した実施形態にほぼ対応する。図１Ａとは異なり、半導体チップ２は、一方の接続面を前面に、もう一方の接続面を後面に配置した半導体チップとして構成されている。前面とは、半導体チップの、放射面に向かう側の面をいうものとする。
【００８４】
図２のＢには、こうした半導体チップ２の実施形態が示されている。図１Ｂに示されている半導体チップとは異なり、支持体２９は半導体層のための成長基板ではない。こうした半導体チップは、薄膜半導体チップとも称される。支持体２９が半導体層の機械的な安定化に用いられるので、成長基板はこのためにはもはや不要であり、製造時に除去可能である。第１の半導体層２１の電気的接続のために、半導体チップ２は、第２の半導体層及び活性領域２０を通って延在する複数の凹部２３を有する。凹部２３には、第１の接続層２５０が配置されており、第１の半導体層２１に電気的に接続されている。半導体積層体２００を有する半導体基体は、接続層２８によって、例えば導電性のはんだ層もしくは接着層によって、支持体２９に固定される。第１の半導体層の電気的接続は、第１の接続層２５０及び接続層２８及び支持体２９を通して、第１の接続面２５によって行われる。第２の半導体層の電気的接続は、第２の接続層２６０と前面側の第２の接続面２６とによって行われる。第２の接続面２６が半導体基体２００の側方に配置されているので、活性領域２０のシェーディングは接続のための放射不透過層、例えば金属層によって回避される。第２の接続面２６は、接続線６９を介して、例えばワイヤボンディング接続によって、第２のコンタクト６２に電気的に接続される。第２の接続層２６０は特には鏡面層として構成される。第２の接続層２６０は特に、活性領域で形成される放射に対する鏡面層として構成されている。こうした半導体チップ２では、側方での放射出力は、前面での放射出力を高めるために低減される。半導体チップに接する反射層が側方に存在しなくても、１次放射は主として放射変換素子に向かう側から出射される。
【００８５】
後述する各実施形態では、図１Ｂに関連して説明した半導体チップ及び図２のＢに関連して説明した半導体チップの双方を使用可能である。
【００８６】
図３のＡに示されている実施形態は、主として図１Ａに関連して説明した実施形態に対応する。
【００８７】
相違点は、半導体チップ２がカバー６５に埋め込まれている点である。カバー６５は、１次放射及び２次放射に対して放射透過性を有するように構成されており、これにより半導体チップ２と放射面１２との間の光路にもカバーを配置可能である。
【００８８】
この実施形態では、ケーシングボディ６、特にキャビティ６７の内面が反射性を有するように構成することもできる。
【００８９】
半導体デバイス１はさらに、半導体チップ２及び放射変換素子３に加えて、エミッタ４を有する。エミッタ４は、この実施形態では、別の放射変換素子４１として構成されている。例えば、放射変換素子３は緑色スペクトル領域の２次放射の形成のために設けられており、別の放射変換素子４１は赤色スペクトル領域の放射の形成のために設けられている。よって、半導体チップ２の１次放射とともに、半導体デバイス１は、赤色及び緑色及び青色のスペクトル領域の各ピーク波長を有する放射を発光する。
【００９０】
図示の実施形態では、放射変換素子３と別の放射変換素子４１とが半導体チップ２上に並ぶように配置される。放射変換素子３と放射変換素子４１とは、特には相互に接していてもよい。
【００９１】
別の放射変換素子４１は、第３のピーク波長を有する放射を形成する蛍光物質を有する。当該蛍光物質は、例えばマトリクス材料、例えばシリコーン又はエポキシドに埋め込むことができる。これに代えて、別の放射変換素子は、蛍光物質を含むセラミックとして形成可能である。２次放射、例えば赤色スペクトル領域の放射を形成するための蛍光物質自体は公知であるので、ここではこれ以上立ち入らない。
【００９２】
狭帯域で発光する半導体チップ２及び狭帯域で発光する放射変換素子４１に加えて、半導体デバイス１は、比較的広帯域で、例えば半値全幅５０ｎｍから１００ｎｍまでの帯域で発光するエミッタを有する。
【００９３】
図３のＢに示されている実施形態は、図３Ａに関連して説明した実施形態に対応する。図３のＡの実施形態とは異なり、ケーシングボディ６は、半導体チップ２及び放射変換素子３及びエミッタ４に接するリフレクタ層７によって形成されている。半導体デバイスの製造時、ケーシングボディは、半導体チップ２が放射変換素子３及びエミッタ４によって第１のコンタクト６１及び第２のコンタクト６２に固定された後にはじめて、成形材料によって形成される。こうした半導体デバイス１は、特に小さな構造高さを有することができ、ここで、ケーシングボディ６は、放射面１２では、放射変換素子３を超えて延在しないか又は超えて延在したとしても少なくとも僅かのみである。こうしたケーシング形状はもちろん、図１Ａに関連して説明したような、半導体チップ２及び放射変換素子３のほかエミッタ４を有さない半導体デバイス１にも適する。
【００９４】
図４のＡ，Ｂに示されている実施形態は、図３のＡ又はＢに関連して説明した実施形態にほぼ対応する。図３のＡ又はＢの実施形態とは異なり、エミッタ４はそれぞれ、別の基板４３上に形成された別の量子構造４２を有する別の放射変換素子によって形成されている。別の量子構造４２及び別の基板４３は、図１Ｃから図１Ｇに関連して放射変換素子３について説明したように構成可能である。よって、こうした半導体デバイスは、それぞれ特に狭帯域の、例えば半値全幅２５ｎｍから４０ｎｍまでの、相互に異なるピーク波長を有する３つの放射成分で発光する。
【００９５】
図５のＡ，Ｂに示されている実施形態は、図３のＢ又は図４のＢに関連して説明した実施形態にほぼ対応する。
【００９６】
ただし、図３のＢ又は図４のＢの実施形態とは異なり、エミッタ４は、図５のＡでは蛍光物質を含む別の放射変換素子４１であり、図５のＢでは、リフレクタ層７によって放射変換素子３から光学的に分離された、別の基板４３を有する別の量子構造４２である。こうして、光クロストーク及びこれにともなう望ましくない放射吸収、又は、放射変換素子３とエミッタ４との間での放射の移行による、隣接する放射変換素子の励起を回避できる。リフレクタ層７は、半導体デバイス１を上から見たとき、その一部の領域が、放射面１２に向かう側の半導体チップ２の前面を覆う。
【００９７】
図６に示されている実施形態は、図３のＡに関連して説明した実施形態にほぼ対応する。図３のＡの実施形態とは異なり、エミッタ４は、カバー６５に埋め込まれた蛍光物質によって形成される。つまり、エミッタ４は、特に赤色のスペクトル領域で放射を発光するボリュームコンバータとして構成されている。放射面１２では、放射変換素子３はカバー６５から露出されている。エミッタ４の放射変換素子３で形成された２次放射の望ましくない吸収は、このようにして低減される。蛍光物質を含むカバーの形態のエミッタ４は半導体チップ２と放射変換素子３との双方に接する。
【００９８】
また、半導体チップ２は、前面側に２つの接続面を有する半導体チップとして構成される。半導体チップ２の電気的接続は、それぞれ接続線６９を介して行われる。もちろんこれとは異なり、図１Ｂ又は図２のＢに関連して説明したような半導体チップを使用することもできる。さらに、図６に示されている半導体チップは別の実施形態にも適する。
【００９９】
図７のＡ，Ｂに示されている実施形態は、図５のＡに関連して説明した実施形態にほぼ対応する。ただし、図５Ａの実施形態と異なり、半導体デバイス１はリードフレームから露出されている。第１のコンタクト６１及び第２のコンタクト６２は半導体チップ２上に直接に形成されている。ケーシングボディ６は、半導体チップ２及び放射変換素子３及びエミッタ４と一体に成形されたリフレクタ層７によって構成されている。こうした半導体デバイスを製造する際には、半導体チップを補助支持体上、例えばシート上に形成し、続いてリフレクタ層７の材料を成形することができる。このために特には、成形プロセス、例えばフォイルアシスト成形が適する。
【０１００】
リフレクタ層７の材料としては、上述したように、例えば反射性を有するように形成されたエポキシド又はシリコーンが適する。
【０１０１】
また、当該半導体デバイス１においても、その側面は、個々の半導体デバイスへの個別化が行われる際にはじめて生じる。
【０１０２】
こうした半導体デバイスは特にコンパクトに製造可能であり、横方向の広がりでは半導体チップよりも少しだけ大きい。したがって、こうしたケーシング形状は、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）とも称される。
【０１０３】
図７のＡでは、エミッタ４は蛍光物質を含む別の放射変換素子によって形成される。図７のＢでは、放射変換素子は別の量子構造４２を有する。
【０１０４】
図８のＡからＤに示されている実施形態は、放射変換素子３とエミッタ４とが特に別の放射変換素子の形態で半導体チップ２の上方に垂直方向に設けられる点で、先行の実施形態とは異なっている。放射変換素子３及びエミッタ４は、双方とも、半導体チップ２を全面でもしくはほぼ全面で覆うことができる。
【０１０５】
また、図８のＡに示されている実施形態は、図３のＡに関連して説明した実施形態に対応する。さらに、図８のＢに示されている実施形態は、図４のＢに関連して説明した実施形態に対応する。特に、エミッタ４は別の量子構造４２を有する。図示の実施形態では、別の量子構造４２は別の基板４３上に設けられる。したがって、別の量子構造４２と放射変換素子３の量子構造３０とは相互に独立に製造可能であり、連続して並ぶように設けられる。これとは異なり、別の量子構造４２及び量子構造３０を共通の半導体積層体として共通の基板上にエピタキシャルに堆積することもできる。つまりこの場合、量子構造３０及び別の量子構造４２は、モノリシックに共通の半導体積層体に集積され、特に共通のエピタキシャル製造プロセスで製造される。
【０１０６】
さらに、図８のＣに示されている実施形態は、おおよそ、図３のＢに関連して説明した実施形態に対応する。
【０１０７】
さらに、図８のＤに示されている実施形態は、放射変換素子３上に設けられているエミッタ４を除き、図２のＡに関連して説明した実施形態に対応する。
【０１０８】
図８のＣ，Ｄに示されている実施形態においても、エミッタ４は蛍光物質もしくは別の量子構造を有することができる。
【０１０９】
図９には、照明装置１１の実施形態が示されている。照明装置１１は、接続支持体１５、例えばプリント回路板上に設けられた複数の半導体デバイス１を有する。半導体デバイス１は、単に例示にすぎないが、図７のＡに関連して説明したデバイスとして構成されている。半導体デバイス１の別の実施形態も利用可能である。図示の実施形態では、照明装置１１は、光ファイバ１９への放射入力のために構成されている。例えば、照明装置１１は、ディスプレイ装置、例えばＬＣＤのバックライトに用いられる。
【０１１０】
これとは異なり、照明装置１１を、ヘッドランプ用又は撮影フラッシュ用又はプロジェクション用に構成することもできる。本願で説明した半導体デバイス１の実施形態によれば、大きな色域と同時に高い効率を達成可能である。したがって、半導体デバイス１はこうした照明装置１１に特に適する。
【０１１１】
図１０のＡに示されている実施形態は図３のＡに関連して説明した実施形態にほぼ対応する。ただし、図３のＡの実施形態とは異なり、エミッタ４は、別の半導体チップ４４として構成されている。別の半導体チップは、第３のピーク波長を有する放射を形成するために設けられた活性領域４４０を有する。この実施形態では、別の半導体チップは、赤色スペクトル領域での放射を発光する。例えば、別の半導体チップ４４の活性領域は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＰ又はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓを含む。
【０１１２】
半導体デバイス１はさらに、第１のコンタクト６１及び第２のコンタクト６２に加え、第３のコンタクト６３を有する。第１のコンタクト６１は半導体チップ２と別の半導体チップ４４との共通のコンタクトとして用いられる。半導体デバイス１の動作中、半導体チップ２と別の半導体チップ４４とは相互に独立に駆動可能である。
【０１１３】
図１０のＢに示されている実施形態は、図５のＢに関連して説明した実施形態にほぼ対応する。ただし、図５のＢの実施形態とは異なり、半導体デバイス１は、図１０のＡに関連して説明したような別の半導体チップ４４の形態のエミッタ４を含んでいる。別の半導体チップ４４上には、放射透過性を有する基体４８が形成される。例えば、放射透過性の基体はガラスを含む。リフレクタ層７は、別の半導体チップ４４、放射透過性の基体４８、半導体チップ２及び放射変換素子３に接している。特に、別の半導体チップ４４及び放射透過性の基体４８が半導体チップ２及び放射変換素子３からリフレクタ層７によって光学的に相互に分離されている。放射透過性の基体４８により、別の半導体チップ４４がリフレクタ層７によって覆われないよう、リフレクタ層７は簡単に製造可能である。特に、放射透過性の基体４８及び放射変換素子３は、放射面１２において、同じ高さもしくはほぼ同じ高さで終端する。
【０１１４】
言い換えれば、放射透過性の基体４８及び放射変換素子３の、放射面１２に向かう側の表面は一平面に延在する。
【０１１５】
図１１のＡに示されている実施形態は、図５のＡに関連して説明した実施形態にほぼ対応する。ただし、図５のＡの実施形態とは異なり、別の放射変換素子４１として構成されたエミッタ４を半導体チップ２上でなく、別の半導体チップ４４上に配置することもできる。別の半導体チップ４４は特に、半導体チップ２と同じピーク波長の放射を発光できる。半導体デバイスの動作中、エミッタ４から放出された放射と放射変換素子３から放出された放射との比は、図５のＡに示されている実施形態とは異なり、半導体チップ２及び別の半導体チップ４４を種々に駆動することによって調整可能である。別の半導体チップ４４及びエミッタ４は、半導体チップ２及び放射変換素子３からリフレクタ層７によって光学的に分離されている。
【０１１６】
図１１のＡに示されている実施形態に代えて、エミッタ４を、図１１のＢに示されているように、別の量子構造４２によって別の基板４３上に形成してもよい。
【０１１７】
図１２に示されている実施形態は、図１０のＡに関連して説明した実施形態にほぼ対応する。ただし、図１０のＡの実施形態とは異なり、放射変換素子３が半導体デバイス１を上から見て、半導体チップ２上にも別の半導体チップ４４上にも延在している。よって、別の半導体チップ４４上の放射透過性の基体４８は不要である。好ましくは、別の半導体チップ４４のピーク波長は、発光された放射が放射変換素子３を通過する際に吸収されないか又は少なくとも大幅には吸収されない程度の大きさに定められる。例えば、放射変換素子３は、青色スペクトル領域での放射の吸収のため、及び、緑色スペクトル領域での発光のために設けられる。したがって、別の半導体チップ４４から赤色スペクトル領域で発光された放射は、放射変換素子３を通って吸収はされない。
【０１１８】
さらに、図１０のＡとは異なって、別の半導体チップ４４をフリップチップとして構成でき、半導体チップの前面側での接続が不要となる。こうして、半導体チップ２上及び別の半導体チップ４４上での放射変換素子の大面積での配設が簡単化される。
【０１１９】
本願は、独国特許出願公開第１０２０１４１０７４７２．６号（Deutsche Patentanmeldung １０２０１４１０７４７２．６）の優先権を主張し、その開示内容は引用により本願に含まれるものとする。
【０１２０】
本発明は各実施形態の説明に限定されない。むしろ本発明は、新規の全ての特徴又はその全ての組み合わせを含む。特に、これらの特徴又はその組み合わせがそれ自体で特許請求の範囲及び発明の実施形態に明示されていなくても、特許請求の範囲の特徴の全ての組み合わせが含まれる。
【図１Ａ】
2019062220.tif 000003
【図１Ｂ】
2019062220.tif 000004
【図１Ｃ】
2019062220.tif 000005
【図１Ｄ】
2019062220.tif 000006
【図１Ｅ】
2019062220.tif 000007
【図１Ｆ】
2019062220.tif 000008
【図１Ｇ】
2019062220.tif 000009
【図２】
2019062220.tif 000010
【図３】
2019062220.tif 000011
【図４】
2019062220.tif 000012
【図５】
2019062220.tif 000013
【図６】
2019062220.tif 000014
【図７】
2019062220.tif 000015
【図８】
2019062220.tif 000016
【図９】
2019062220.tif 000017
【図１０】
2019062220.tif 000018
【図１１】
2019062220.tif 000019
【図１２】
2019062220.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月14日(2018.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイス（１）であって、
第１のピーク波長を有する１次放射を形成するために設けられた半導体チップ（２）と、該半導体チップ（２）上に配置された放射変換素子（３）とを有し、
前記放射変換素子（３）は、前記１次放射を、少なくとも部分的に、第２のピーク波長を有する２次放射へ変換する量子構造（３０）と、前記１次放射に対して透過性を有する基板（３５）とを有し、
前記半導体デバイスは、第３のピーク波長を有する放射を発するエミッタ（４）を有し、
前記エミッタは別の放射変換素子（４１）であり、
前記放射変換素子（３）と前記別の放射変換素子（４１）とは、前記半導体チップ（２）上に相並んで配置されており、
前記エミッタ（４）と前記放射変換素子（３）との間の光路にリフレクタ層（７）が配置されている、
半導体デバイス。
【請求項２】
前記放射変換素子（３）は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＰ、又は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓを含む、
請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記第１のピーク波長は前記第２のピーク波長より短い、
請求項１又は２記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記リフレクタ層（７）は、前記半導体チップ（２）と前記放射変換素子（３）とに接している、
請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記半導体デバイスのケーシングボディは、リフレクタ層（７）によって形成されている、
請求項４記載の半導体デバイス。
【請求項６】
半導体デバイス（１）であって、
第１のピーク波長を有する１次放射を形成するために設けられた半導体チップ（２）と、該半導体チップ（２）上に設けられた放射変換素子（３）とを有し、
前記放射変換素子は、前記１次放射を、少なくとも部分的に、第２のピーク波長を有する２次放射へ変換する量子構造（３０）と、前記１次放射に対して透過性を有する基板（３５）とを有し、
前記半導体デバイスは、第３のピーク波長を有する放射を発するエミッタ（４）を有し、
前記エミッタ（４）は別の半導体チップ（４４）であり、第３のピーク波長を形成するための活性領域（４４０）を有し、
前記別の半導体チップ（４４）と前記半導体チップ（２）とが１つのリフレクタ層（７）に埋め込まれており、
前記別の半導体チップ（４４）上に、第３のピーク波長の放射に対して透過性を有する基体（４８）が設けられており、
前記リフレクタ層（７）は、前記透過性を有する基体（４８）と前記放射変換素子（３）とに接しており、
前記放射に対して透過性を有する基体（４８）及び前記放射変換素子（３）は、前記半導体デバイスの放射面（１２）で、その少なくとも一部の領域を前記リフレクタ層（７）から露出させている、
半導体デバイス。
【請求項７】
前記放射変換素子（３）上に、波長選択性の透過率を有する誘電性コーティング（５）が設けられている、
請求項１から６までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記放射変換素子（３）上に散乱層（５５）が配置されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記量子構造（３０）は、前記基板（３５）の、前記半導体チップ（２）に向かう側の面に配置されている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記放射変換素子（３）は、出力構造（５８）を有する、
請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記出力構造（５８）は、前記基板（３５）の、前記量子構造（３０）に向かう側の面に配置されている、請求項１０記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記出力構造（５８）は、前記基板（３５）の、パターニングされた成長面によって形成される、請求項１０又は請求項１１記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記出力構造（５８）は、前記基板（３５）の、前記量子構造（３０）とは反対側の面に配置されている、請求項１０記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
前記半導体デバイスは、相互に異なるピーク波長を有する３つの放射成分を発し、該放射成分は、２５ｎｍから４０ｎｍまでの半値全幅を有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
前記放射変換素子（３）の前記基板（３５）は、半導体チップ（２）を少なくとも２０％覆う、請求項１から１４までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１６】
前記放射変換素子（３）は、固定層（８）によって半導体チップ（２）に固定されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１７】
前記量子構造（３０）は、複数の量子層（３１）を有し、
前記複数の量子層（３１）の間にバリア層（３２）が配置され、
前記量子構造（３０）は、電荷担体が閉じ込めによってそのエネルギ状態を量子化させうる構造を構成する、
請求項１から１６までのいずれか１項記載の半導体デバイス。
【請求項１８】
照明装置（１１）であって、
請求項１から１７までのいずれか１項記載の半導体デバイス（１）を少なくとも１つと、
前記半導体デバイスを上部に配置した接続支持体（１５）と
を有する、照明装置。
【請求項１９】
前記照明装置は、ディスプレイ装置のバックライト用、プロジェクション用、フラッシュライト用、又は、ヘッドランプ用の照明装置として構成されている、
請求項１８記載の照明装置。
【外国語明細書】
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