(57)【要約】オプトエレクトロニクス半導体部品（１）の少なくとも一実施形態によると、この半導体部品（１）は、オプトエレクトロニクス半導体チップ（２）を備えている。さらに、半導体部品（１）は、放射に対して透過性のマトリックス材料（３）と、マトリックス材料（３）に埋め込まれており粒子材料からなる散乱粒子（４）と、を備えた少なくとも１つの散乱体（３４）を備えている。散乱体（３４）は、半導体チップ（２）の下流に配置されている。温度が変化する場合、マトリックス材料（３）の屈折率と粒子材料の屈折率との差が変化する。３００Ｋの温度では、マトリックス材料（３）の屈折率と粒子材料の屈折率との差は、最大で０．１５である。【選択図】  図１
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【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部品（１）であって、
−  １個または複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ（２）と、
−  前記半導体チップ（２）のうちの少なくとも１個の下流に配置されている少なくとも１つの散乱体（３４）であって、放射に対して透過性のマトリックス材料（３）と、前記マトリックス材料（３）に埋め込まれており粒子材料からなる散乱粒子（４）と、を備えている、前記散乱体（３４）と、
を備えており、
温度が変化する場合、前記マトリックス材料（３）の屈折率と前記粒子材料の屈折率との差が変化し、
３００Ｋの温度において、前記マトリックス材料（３）の屈折率と前記粒子材料の屈折率との前記差が、最大で０．１５である、
オプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項２】
３００Ｋの温度において、前記粒子材料が前記マトリックス材料よりも低い屈折率を有する、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項３】
３００Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲において、温度が上昇するにつれて、前記マトリックス材料（３）の屈折率が減少する、
請求項１または請求項２に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項４】
３００Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲において、温度が上昇するにつれて、前記粒子材料（４）の屈折率が増大する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項５】
３００Ｋ〜３７５Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲において、温度が上昇するにつれて、前記マトリックス材料（３）の屈折率と前記粒子材料の屈折率との前記差が減少する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項６】
３７５Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲内の少なくとも１つの温度において、動作時に前記半導体チップ（２）において生成される放射に対する、前記散乱粒子（４）の平均散乱断面積が、３００Ｋの温度における前記散乱粒子（４）の平均散乱断面積の最大で２５％である、
請求項１から請求項５のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項７】
前記マトリックス材料（３）の屈折率と前記粒子材料の屈折率との前記差が、３００Ｋの温度において少なくとも０．０２である、もしくは、４００Ｋの温度において最大で０．０１である、またはその両方である、
請求項１から請求項６のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項８】
前記マトリックス材料（３）が、次の材料、すなわち、シリコーン、エポキシド、ポリウレタン、アクリレート、ポリカーボネート、のうちの１種類を含んでいる、または１種類である、またはこれらの材料の少なくとも２種類の混合物を含んでいる、または混合物である、
請求項１から請求項７のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項９】
３００Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲において、前記粒子材料が透明である、
請求項１から請求項８のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１０】
前記粒子材料が、次の材料、すなわち、酸化ケイ素、金属フッ化物、のうちの１種類を含んでいる、または１種類である、またはこれらの材料の少なくとも２種類の混合物を含んでいる、または混合物である、
請求項１から請求項９のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１１】
前記散乱粒子（４）の平均直径が、０．１５μｍ〜２０μｍの範囲内（両端値を含む）である、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１２】
前記散乱体（３４）における前記散乱粒子（４）の重量比が、１０％〜５０％の範囲内（両端値を含む）である、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１３】
−  前記マトリックス材料（３）が、シリコーン、またはシリコーンおよびエポキシドのハイブリッド材料であり、
−  前記粒子材料が、ガラス、ＢａＦ２、ＬｉＦ、またはＭｇＦ２であり、
−  前記散乱体（３４）における前記散乱粒子（４）の重量比が、２０％〜４０％の範囲内（両端値を含む）であり、
−  前記散乱粒子（４）の平均直径が、０．２μｍ〜５μｍの範囲内（両端値を含む）であり、
−  前記散乱体（３４）が、最大で５００μｍの厚さを有する薄層、または凸レンズであり、
−  前記半導体部品（１）が、互いに異なるスペクトル領域において発光する少なくとも２個の半導体チップ（２）を備えており、
−  前記半導体チップ（２）の少なくとも一方の下流に散乱体（３４）が配置されていない、または、前記半導体チップ（２）の少なくとも２個の下流に、温度に依存する異なる散乱挙動を有する散乱体（３４）が配置されており、
−  前記マトリックス材料（３）の前記屈折率が、３００Ｋの温度を起点として、少なくとも３７５Ｋの温度までの間に前記粒子材料の前記屈折率に一致し、
−  前記半導体チップ（２）の少なくとも一方が、ＡｌＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＰをベースとしている、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１４】
オプトエレクトロニクス半導体部品（１）における散乱体（３４）であって、
−  放射に対して透過性のマトリックス材料（３）と、
−  粒子材料からなる散乱粒子（４）と、
を備えており、
−  前記散乱粒子（４）が前記マトリックス材料（３）の中に埋め込まれており、
−  温度が変化する場合、前記マトリックス材料（３）の屈折率が、前記粒子材料の屈折率とは異なる挙動をとり、
−  ３００Ｋの温度において、前記マトリックス材料（３）の屈折率と前記粒子材料の屈折率との差が、最大で０．１５である、
散乱体（３４）。
【請求項１５】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の半導体部品（１）を動作させる方法であって、
温度が上昇するにつれて散乱断面積が減少するように、温度に依存する前記散乱体（３４）の散乱挙動が設定され、前記半導体部品（１）の放射の強さが、最大で５％の許容差で温度に関係なく一定であるように、温度に依存する前記半導体チップ（２）の効率の減少が、補正される、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
オプトエレクトロニクス半導体部品を開示する。さらに、オプトエレクトロニクス半導体部品における散乱体を開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明の目的は、ほぼ安定的なスペクトル放射特性を示すオプトエレクトロニクス半導体部品を開示することである。さらに、本発明の目的は、このような半導体部品の散乱体を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体部品は、１個または複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを備えている。これらの半導体チップは、特に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料をベースとする半導体チップである。これらの半導体チップは、一例として、窒化物化合物半導体材料（例えばＡｌｎＩｎ１−ｎＧａｍＮまたはＡｌｎＩｎ１−ｎＧａｍＰ（いずれも０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１））をベースとしている。この場合、これらの材料は、１種類または複数種類のドーパントおよび追加の構成成分を含んでいることができる。しかしながら、説明を簡潔にする目的で、結晶格子の本質的な構成成分（すなわちＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、ＮまたはＰ）のみを示しており、これらの構成成分は、その一部分を少量のさらなる物質によって置き換える、またはさらなる物質によって補う、またはその両方を行うことができる。オプトエレクトロニクス半導体チップは、半導体部品の動作時に、可視放射（例えば、青色、緑色、黄色、赤色のうちの少なくとも１つのスペクトル領域における放射）を生成するように設計されていることが好ましい。放射の生成は、少なくとも１つの量子井戸構造もしくは少なくとも１つのｐｎ接合またはその両方を備えた少なくとも１つの活性ゾーンにおいて行われることが好ましい。
【０００４】
本半導体部品のすべての半導体チップは、構造的に同一とすることができる。これに代えて、本半導体部品は、複数の異なるタイプの半導体チップ、特に、異なる半導体材料をベースとしており、好ましくは異なるスペクトル領域において発光するように設計されている半導体チップを備えていることが可能である。
【０００５】
少なくとも一実施形態によると、本オプトエレクトロニクス半導体部品は、発光ダイオード（略してＬＥＤ）である。言い換えれば、本半導体部品は、インコヒーレントな放射を放出する。
【０００６】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体部品は、少なくとも１つの散乱体を備えている。散乱体は、放射に対して透過性である、好ましくは透明なマトリックス材料を含んでおり、マトリックス材料に散乱粒子が埋め込まれている。散乱粒子は粒子材料からなる。粒子材料は、マトリックス材料とは異なる。
【０００７】
散乱体の少なくとも一実施形態によると、散乱体は、半導体チップによって放出される放射のスペクトルを変化させるようには設計されていない。特に、散乱体は、半導体チップによって放出される放射の波長を部分的または完全に変換するように設計された変換手段あるいはフィルタ手段を備えていない。したがって、散乱体は、半導体チップによって放出される放射の散乱もしくは反射またはその両方のみを行うように（あるいは実質的に散乱・反射のみを行うように）設計されており、放射を吸収したりスペクトルを変換するようには設計されていない。
【０００８】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、散乱体は、半導体チップのうちの少なくとも１個の下流に配置されている。本半導体部品が、構造的に同一の複数の半導体チップを備えている場合、これらの半導体チップの下流に共通の散乱体を配置する、または特に、半導体チップそれぞれの下流に、専用の散乱体を配置する。本半導体部品が、構造的に同一ではない互いに異なる複数の半導体チップを備えている場合、これらの半導体チップの一部のみの下流に散乱体を配置することが可能である。「下流に配置される」とは、特に、主放射方向に沿って半導体チップの後ろに散乱体が続いていることを意味する。散乱体は、半導体チップに直接取り付けることができる。
【０００９】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、温度が変化する場合、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差が変化する。言い換えれば、温度に依存するマトリックス材料の屈折率のプロファイルは、温度に依存する粒子材料の屈折率のプロファイルと異なる。
【００１０】
一例として、マトリックス材料および粒子材料のいずれも、関連する温度範囲内において、温度に対する屈折率をほぼ直線によって表すことができる。この場合、温度に依存するマトリックス材料の屈折率を表す直線と、温度に依存する粒子材料の屈折率を表す直線は、互いに異なる傾きを有することができる。傾きは、同じ符号または異なる符号を有することができる。
【００１１】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、温度３００Ｋにおける、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差は、最大で０．１５、好ましくは最大で０．１０、特に、最大で０．０７、または最大で０．０５である。すなわち、室温においては、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差は、比較的小さい。しかしながら、屈折率の差が０に等しくないように、屈折率は互いに異なることが好ましい。
【００１２】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体部品は、特に、可視光を放出するように設けられている１個または複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを備えている。さらには、本半導体部品は、少なくとも１つの散乱体を備えており、この散乱体は、放射に対して透過性の、好ましくは透明なマトリックス材料と、マトリックス材料に埋め込まれており粒子材料からなる散乱粒子と、を備えている。散乱体は、半導体チップのうちの少なくとも１個の下流、特に、半導体チップの主放射方向に沿ってチップの下流に配置されている。温度が変化する場合、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差が変化する。マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差は、３００Ｋの温度において最大で０．１５である。
【００１３】
発光ダイオードなどのオプトエレクトロニクス半導体部品は、さまざまな温度で動作する。例えば、スイッチをオンにしたとき、半導体チップの活性ゾーンは、ほぼ周囲温度（例えば室温）である。ウォームアップ段階では（その時間長は、特に、半導体チップおよび半導体部品の熱抵抗と、ヒートシンクへの結合状態によって決まる）、活性ゾーンの温度は、一般には定常状態動作点における安定温度に達するまで、上昇する。このプロセスは、一般的にはスイッチをオンにした後、最初の１０分〜３０分の時間において進行する。ウォームアップ段階の後、温度は、例えば約７５℃〜１２５℃の範囲内であるが、定常状態動作点における温度は１５０℃を超えることもある。
【００１４】
オプトエレクトロニクス半導体チップに使用される材料系の場合、特に、電流が温度に関係なく一定であるとき、光束または放射束は一般に温度に依存して変化する。一般的には、動作温度が高いほど光束が減少する。例えば、ＩｎＧａＮをベースとする半導体チップの場合、１００℃における光束は、２５℃における光束の約８５％である。ＩｎＧａＡｌＰをベースとする半導体チップの場合、この効果はさらに顕著であり、なぜなら、特に、発光波長が、比較的高い目の感度の範囲外にずれるためである。したがって、ＩｎＧａＡｌＰをベースとし、黄色のスペクトル領域において発光する半導体チップの場合、１００℃における明るさは、２５℃における値の約４０％まで低下することがあり、赤色の波長域において発光する場合、１００℃における明るさは、人の目によって知覚される明るさにおいて約５０％低下することがある。
【００１５】
このように光束が温度に依存することは、用途分野において問題となりうる。例えば、自動車業界におけるインジケータライトやテールライトの場合、あらかじめ決められた特定の光束を達成しなければならない。発光ダイオードがほぼ室温程度に冷えている場合、発光ダイオードが放出する光は明るすぎる。作業空間や居住空間の一般的な照明の場合には、特に、緑色を帯びた白色を放出する半導体チップと赤色の半導体チップとが組み合わされる、あるいは赤色、緑色、青色、黄色の半導体チップが互いに組み合わされる。このように異なる色を放出する半導体チップが組み合わされている場合、赤色ＬＥＤおよび黄色ＬＥＤ（使用時）の光束が（温度の上昇に伴って）比較的大きく減少すると、色が大きく変動することがある。一例として、相関色温度は、室温における約２４００Ｋから、半導体チップの定常状態動作点である約１００℃における３０００Ｋまで、６００Ｋ変化する。したがって、スイッチをオンにしてから約１０分〜３０分後に所望の色の光が得られるまでは、赤味を帯びた光が放出される。さらには、例えば液晶ディスプレイのバックライト装置の場合、このように温度に依存する色の変化が比較的長時間にわたって続くことは問題となりうる。
【００１６】
放出される放射のこのような明るさの変化または分光組成の変化は、いわゆる完全変換型の発光ダイオードを使用することによって低減または回避することができる。これらの発光ダイオード（特に、ＩｎＧａＮ材料系をベースとしている）の場合、半導体チップにおいて放出される放射が、異なる波長を有する放射に、変換材料によって完全に変換される。しかしながら、このような発光ダイオードは比較的高価である。さらには、明るさもしくは分光組成またはその両方を、例えば温度センサや光学センサと組み合わせて例えばパルス幅変調により電子的に駆動することで、電子的に再調整することが可能である。しかしながら、このように再調整する方法は比較的複雑であり、比較的コストもかかる。
【００１７】
これに代えて、またはこれに加えて、開示するオプトエレクトロニクス半導体部品の場合、光束の温度挙動が散乱体によって影響を受ける。マトリックス材料の屈折率の温度挙動と粒子材料の屈折率の温度挙動とが異なる結果として、室温における屈折率の差が、定常状態動作点（例えば約１００℃）における屈折率の差と比較して異なる。屈折率の差が変化する結果として、散乱体の光散乱特性も変化する。これにより、室温においては散乱体によって大きな散乱がもたらされ、より高い温度においては散乱挙動が減少するようにすることが可能である。言い換えれば、半導体チップの効率が温度に依存することに起因する光束の減少を、散乱体によって補正することが可能である。結果として、散乱体および半導体チップを備えたシステムは、温度が変化する場合にも比較的一定である発光を達成することができる。
【００１８】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、温度３００Ｋにおける粒子材料の屈折率は、マトリックス材料の屈折率よりも小さい。
【００１９】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、マトリックス材料の屈折率は、温度が上昇するにつれて減少する。この状況は、特に、３００Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲においてあてはまる。これに代えて、またはこれに加えて、粒子材料の屈折率が、この温度範囲内において、温度が上昇するにつれて増大する。
【００２０】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差は、温度が上昇するにつれて減少する。この状況は、特に、３００Ｋ〜３７５Ｋの範囲内（両端値を含む）もしくは３７５Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）またはその両方の温度範囲においてあてはまる。
【００２１】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差は、少なくとも、３００Ｋ〜３７５Ｋの範囲内（両端値を含む）もしくは３７５Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）またはその両方の温度範囲において、増大する。
【００２２】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率は、３００Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲において、温度が上昇するにつれて最初に一致し、さらに高い温度、または上記の温度範囲の外側では、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差が再び増大する。
【００２３】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、３７５Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲における散乱粒子の平均散乱断面積（average scattering cross section）は、３００Ｋの温度における散乱粒子の平均散乱断面積の最大で５０％、または最大で２５％、または最大で１０％である。平均散乱断面積は、特に、粒子材料の屈折率とマトリックス材料の屈折率との差に依存する。さらには、散乱粒子の幾何学的特性、特に、散乱粒子の形状およびサイズは、散乱断面積に影響する。
【００２４】
言い換えれば、この実施形態によると、半導体チップの定常状態動作温度の範囲（すなわち例えば３７５Ｋ〜４５０Ｋ（両端値を含む）の温度）では、散乱粒子の散乱断面積が室温における散乱断面積と比較して小さいかまたは無視できる場合、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率は、ほぼ同じである。したがって、散乱粒子は、室温では散乱効果を有するのに対して、より高い、半導体チップの定常状態動作温度では、マトリックス材料の屈折率（および場合によっては粒子材料の屈折率）が変化することにより、散乱効果を有さない、または大きな散乱効果を有さない。
【００２５】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、温度３００Ｋにおけるマトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差は、少なくとも０．０２、または少なくとも０．０２５、または少なくとも０．０３である。
【００２６】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、定常状態動作温度における、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差は、最大で０．０１５、好ましくは最大で０．０１０、または最大で０．００５である。特に、約４００Ｋの温度、またはそれを超える半導体チップの定常状態動作温度における屈折率の差は、無視できる、または０に等しい。
【００２７】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、マトリックス材料は、次の材料、すなわち、シリコーン、エポキシド、ポリウレタン、アクリレート、ポリカーボネート、のうちの少なくとも１種類を含んでいる、または少なくとも１種類からなる、またはこれらの材料の少なくとも２種類の混合物からなる。
【００２８】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、粒子材料は、３００Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲において、透明である。粒子材料は、一例として、次の材料、すなわち、酸化ケイ素（例えばガラス）、金属フッ化物（例えばフッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム）、のうちの１種類を含んでいる、または１種類である。
【００２９】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、散乱粒子の平均直径は、少なくとも０．１５μｍ、または少なくとも０．２μｍ、または少なくとも１．５μｍ、または少なくとも２μｍ、または少なくとも５μｍである。これに代えて、またはこれに加えて、平均直径は、最大で２０μｍ、特に、最大で１５μｍ、または最大で１０μｍ、または最大で５μｍである。この場合、平均直径とは、特に、Ｑ０における直径ｄ５０である。
【００３０】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、散乱体全体における散乱粒子の重量比は、１０％〜５０％の範囲内（両端値を含む）、特に、２０％〜４０％の範囲内（両端値を含む）、または２５％〜３５％の範囲内（両端値を含む）、または１５％〜３０％の範囲内（両端値を含む）である。これに代えて、またはこれに加えて、散乱粒子の体積比は、３０％未満、または２５％未満、または２０％未満である。
【００３１】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、散乱体は、薄層状または円盤状に成形されている。散乱体は、一例として、半導体チップの主放射領域の上に、一定または実質的に一定の厚さで延在しており、半導体チップの側面も同様に散乱体によって覆うことができる。この層または薄層の厚さは、好ましくは最大で５００μｍ、または最大で１００μｍである。
【００３２】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、散乱体は、レンズ状に成形されている。一例として、散乱体は、凸レンズの形を有する。したがって、散乱体は、球状または楕円体状に具体化することができる。
【００３３】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、マトリックス材料の屈折率は、３００Ｋの温度を起点として、少なくとも３７５Ｋの温度までの間に粒子材料の屈折率に一致する。言い換えれば、マトリックス材料の屈折率は、粒子材料の屈折率よりも大きく変化する。一例として、粒子材料の屈折率はほぼ一定のままであり、概略的には、マトリックス材料の屈折率のみが変化する。一例として、温度に依存する粒子材料の屈折率の変化は、同じ温度範囲におけるマトリックス材料の屈折率の変化の、１／１０以下、または１／５０以下である。この場合、該当する温度範囲は、特に、３００Ｋ〜３７５Ｋの範囲内（両端値を含む）もしくは３７５Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）またはその両方である。
【００３４】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、半導体部品の光束は、特に、３００Ｋ〜３７５Ｋの範囲内（両端値を含む）もしくは３７５Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）またはその両方において、一定または実質的に一定である。一例として、３００Ｋにおける半導体部品の光束を基準としたとき、示した温度範囲における光束の変化量は、最大で２５％、または最大で１５％、または最大で５％である。
【００３５】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、散乱体は、スイッチをオンにして短時間の後に、例えば、室温においてスイッチをオンにしてから少なくとも１分以内、または少なくとも５分以内に、散乱効果を有する。言い換えれば、観察者から散乱体は不透明に見え、したがって、散乱体の下に位置する構造（具体的には例えば半導体チップの電流拡散構造）は、ぼやけて見える。
【００３６】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、散乱体は、特に、半導体部品の意図される使用状態において、透明である。散乱体は観察者から不透明には見えない。
【００３７】
本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、散乱体は、スイッチをオンにしてから比較的長時間の後（例えば、１０分後または３０分後）、または定常状態動作温度に達した後には、もはや散乱効果を有さない。言い換えれば、観察者からは散乱体が透明に見える。
【００３８】
さらには、オプトエレクトロニクス半導体部品の散乱体を開示する。一例として、上記の複数の実施形態のうちの少なくとも１つに記載した半導体部品は、このような散乱体を備えている。したがって、散乱体の特徴は、オプトエレクトロニクス半導体部品にもあてはまり、逆も同様である。
【００３９】
散乱体の少なくとも一実施形態においては、散乱体は、放射に対して透過性のマトリックス材料を含んでいる。マトリックス材料の中に、粒子材料からなる散乱粒子が埋め込まれている。温度が変化する場合、マトリックス材料の屈折率は、粒子材料の屈折率とは異なる挙動をとる。３００Ｋの温度において、マトリックス材料の屈折率と粒子材料の屈折率との差は、最大で０．１５である。
【００４０】
さらには、オプトエレクトロニクス半導体部品、特に、上に提示した複数の例示的な実施形態の少なくとも１つによる半導体部品を動作させる方法を開示する。したがって、散乱体の特徴およびオプトエレクトロニクス半導体部品の特徴は、この方法にもあてはまり、逆も同様である。
【００４１】
本方法の少なくとも一実施形態においては、半導体を以下のように動作させる。すなわち、温度が上昇するにつれて散乱断面積が減少するように、温度に依存する散乱体の散乱挙動が設定され、半導体部品の放射の強さが、最大で５％の許容差で温度に関係なく一定であるように、温度に依存する半導体チップの効率の減少が補正される。
【００４２】
以下では、本発明のオプトエレクトロニクス半導体部品および本発明の散乱体について、例示的な実施形態に基づいて図面を参照しながらさらに詳しく説明する。この場合、個々の図面において、同じ参照記号は同じ要素を示している。しかしながら、互いの大きさの関係は正しい縮尺ではなく、理解を助ける目的で、個々の要素を誇張した大きさで描いてある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の散乱体を有する本発明のオプトエレクトロニクス半導体部品の例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。
【図２】本発明の散乱体を有する本発明のオプトエレクトロニクス半導体部品の例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。
【図３】本発明の散乱体を有する本発明のオプトエレクトロニクス半導体部品の例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。
【図４】本発明の散乱体を有する本発明のオプトエレクトロニクス半導体部品の例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１は、オプトエレクトロニクス半導体部品１の例示的な実施形態を示している。キャリア５の上にオプトエレクトロニクス半導体チップ２が取り付けられている。散乱体３４は、キャリア５とは反対側の半導体チップ２の主放射領域２０に位置している。散乱体３４はマトリックス材料３を含んでおり、マトリックス材料３は、半導体チップ２によって放出される放射に対して透明であり、中に散乱粒子４が埋め込まれている。散乱体３４は、薄層状に成形されており、例えば、主放射領域２０の上に接着剤によって接合されている、または直接印刷されている。
【００４５】
マトリックス材料３は、例えば、シリコーン、またはシリコーンおよびエポキシドのハイブリッド材料であり、特に、フェニル化シリコーンを含んでいる。室温におけるマトリックス材料３の屈折率は、例えば約１．４９である。散乱粒子４は、例えば、約０．５μｍの平均直径および室温における屈折率１．４６を有するガラスビーズである。散乱体３４における散乱粒子４の重量比は、約３０％である。
【００４６】
半導体チップ２は、特に、ＩｎＧａＡｌＰをベースとしており、連続動作時の定常状態動作温度が例えば約１００℃である。すなわち、約２５℃の室温に対して、温度差は７５℃である。この温度範囲におけるシリコーンの屈折率の変化は、約−４×１０−４Ｋ−１である。したがって、シリコーンの屈折率は、温度が上昇するにつれて減少する。散乱粒子４の屈折率の変化は、約０．１×１０−５Ｋ−１〜１×１０−５Ｋ−１であり、マトリックス材料３の屈折率の変化との比較において小さく、ほぼ一定であるとみなすことができる。
【００４７】
室温におけるマトリックス材料３の屈折率と散乱粒子４の屈折率との差が約０．０３であることにより、散乱体３４は室温において散乱効果を有する。これにより、半導体チップからの光の後方散乱が生じる。後方散乱した光は、例えば、キャリア５あるいは半導体チップ２において吸収される。したがって、室温においては、半導体チップ２において生成されて半導体部品１全体から放出される放射の取り出し効率が、意図的に低下する。
【００４８】
定常状態動作温度の付近では、マトリックス材料３の屈折率は、散乱粒子４の屈折率に近づき、両方の屈折率が約１．４６である。結果として、約１００℃の定常状態動作温度では、散乱体３４は散乱効果をまったく有さない、または実質的に有さず、この温度においては取り出し効率が増大する。マトリックス材料３の屈折率が散乱粒子４に対して変化するため、取り出し効率のプロファイルが温度に依存することで、温度変化による影響が比較的小さい安定的な光束を得ることができる。
【００４９】
図１によると、散乱粒子４はほぼ球形である。これに代えて、またはこれに加えて、散乱粒子４は、角度のついた形状（例えば、平行六面体、立方体、角錐）を有することができ、他の例示的な実施形態においても同様である。球状ではない散乱粒子４は、同じ平均直径を有する球状の散乱粒子４よりも大きい散乱断面積を有する。散乱断面積は、散乱粒子４の直径によって調整することもできる。したがって、散乱粒子４の平均直径は、半導体チップ２によって放出される放射の波長の範囲内、すなわち、例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内（両端値を含む）とすることができる。
【００５０】
従来の散乱体と比較すると、室温における散乱粒子４の屈折率とマトリックス材料３の屈折率との差が小さい。従来の散乱体の場合、散乱粒子は、特に、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、または酸化チタンによって形成されており、このような粒子の屈折率とマトリックス材料の屈折率との差は一般的に０．３より大きい。
【００５１】
オプションとして、薄層状の散乱体３４は、さらなるポッティング体６によって囲まれている。ポッティング体６は、レンズ状の形状（例えば凸レンズの形）に成形されていることが好ましい。さらには、オプションとして、半導体チップ２において生成される放射の波長の一部分を変化させる変換手段７を、ポッティング体６に混合することができる。
【００５２】
図２Ａ以降では、散乱粒子４およびマトリックス材料３を描いておらず、散乱体３４の全体のみを簡略的に示してある。
【００５３】
図２Ａおよび図２Ｂは、半導体部品１のさらなる例示的な実施形態を示している。図２Ａによると、散乱体３４は半導体チップ２の主放射領域２０のみを覆っている。したがって、散乱体３４は、半導体チップ２が取り付けられているキャリア５のキャリア上面５０に接触していない。
【００５４】
図２Ｂによると、散乱体３４は、横方向において半導体チップ２と実質的に同じ寸法を有する。この場合、「実質的に」とは、横方向における散乱体３４の寸法が、同じ方向に沿っての半導体チップ２の寸法よりも、最大で３０％、特に、最大で２０％、または最大で１５％大きいことを意味する。図２Ｂによると、散乱体３４（半導体チップ２よりも横方向に大きい範囲を有する）が半導体チップの側面２５を覆っており、側面２５は、半導体チップ２の横方向の境界領域を形成している。
【００５５】
図３Ａおよび図３Ｂによる例示的な実施形態においては、散乱体３４がボリュームポッティング（volume potting）として形成されている。図３Ａにおいては、散乱体３４は球状またはレンズ状に具体化されており、散乱体３４の横方向の範囲は、半導体チップ２の横方向の範囲よりも、例えば１．５倍以上、または２倍以上大きい。キャリア上面５０に垂直な方向における散乱体３４の高さは、例えば、半導体チップ２の平均辺長よりも大きい。
【００５６】
図３Ｂによる例示的な実施形態においては、キャリア５は切欠き５５を有し、この切欠き５５の中に半導体チップ２が取り付けられている。切欠き５５は散乱体３４によって満たされている。
【００５７】
図４は、さらなる例示的な実施形態を示している。図４によると、オプトエレクトロニクス半導体部品１は複数の半導体チップ２ａ，２ｂを備えている。一例として、半導体チップ２ａは、ＩｎＡｌＧａＰをベースとしており、黄色または赤色のスペクトル領域における放射を放出する。半導体チップ２ｂは、特に、ＡｌＩｎＧａＮをベースとしており、青色のスペクトル領域における放射を放出する。両方の半導体チップ２ａ，２ｂは、キャリア５のオプションとしての切欠き５５の中、キャリア上面５０に取り付けられている。
【００５８】
半導体チップ２ａの下流、主放射領域２０ａには、薄層状の散乱体３４が配置されている。半導体チップ２ｂには散乱体が存在しない。オプションとして、変換手段７（例えば散乱体３４と同様に層状に具体化されている）が、半導体チップ２ｂの主放射領域２０ｂに取り付けられている。
【００５９】
図４による半導体部品１は、動作時、白色光を放出することができ、この場合、例えば、半導体チップ２ｂの緑色を帯びた白色光と半導体チップ２ａの赤色光とが混ざる。半導体チップ２ａの光束の温度依存性は、散乱体３４によって補正することができ、したがって、半導体部品１は、スイッチをオンにした直後、定常状態動作温度に達する前においても、所望の色温度の放射を放出する。
【００６０】
オプションとして、半導体チップ２ａ，２ｂの下流にカバープレート８が配置されている。カバープレート８は、さらなる散乱手段（例えば、半導体チップ２ａ，２ｂによって放出される放射の混合を改善することができる）を備えている。
【００６１】
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【００６２】
(関連出願)
本出願は、独国特許出願第１０２０１００３４９１５．１号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
【図１】
2013529842.tif 000003
【図２】
2013529842.tif 000004
【図３】
2013529842.tif 000005
【図４】
2013529842.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月18日(2012.12.18)
【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】
発光ダイオード（１）であって、
−  １個または複数のオプトエレクトロニクス半導体チップ（２）と、
−  前記半導体チップ（２）のうちの少なくとも１個の下流に配置されている少なくとも１つの散乱体（３４）であって、放射に対して透過性のマトリックス材料（３）と、前記マトリックス材料（３）に埋め込まれており粒子材料からなる散乱粒子（４）と、を備えている、前記散乱体（３４）と、
を備えており、
温度が変化する場合、前記マトリックス材料（３）の屈折率と前記粒子材料の屈折率との差が変化し、
３００Ｋの温度において、前記マトリックス材料（３）の屈折率と前記粒子材料の屈折率との前記差が、最大で０．１５であり、
３００Ｋ〜３７５Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲において、温度が上昇するにつれて、前記マトリックス材料（３）の屈折率と前記粒子材料の屈折率との前記差が減少し、
３７５Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲内の少なくとも１つの温度において、動作時に前記半導体チップ（２）において生成される放射に対する、前記散乱粒子（４）の平均散乱断面積が、３００Ｋの温度における前記散乱粒子（４）の平均散乱断面積の最大で２５％であり、
前記マトリックス材料（３）は、フェニル化シリコーンを含み、
前記粒子材料は、酸化ケイ素、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、またはフッ化マグネシウムであり、
前記散乱粒子（４）の平均直径は、少なくとも０．１５μｍであり、平均直径は、最大で５μｍである、
発光ダイオード（１）。
【請求項２】
３００Ｋの温度において、前記粒子材料が前記マトリックス材料よりも低い屈折率を有する、
請求項１に記載の発光ダイオード（１）。
【請求項３】
３００Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲において、温度が上昇するにつれて、前記マトリックス材料（３）の屈折率が減少する、
請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード（１）。
【請求項４】
３００Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲において、温度が上昇するにつれて、前記粒子材料（４）の屈折率が増大する、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の発光ダイオード（１）。
【請求項５】
前記散乱粒子（４）の形状は、平行六面体、立方体、または角錐である、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の発光ダイオード（１）。
【請求項６】
前記散乱体（３４）は、前記半導体チップ（２）の主放射領域（２０）のみを覆っており、したがって前記散乱体（３４）は、前記半導体チップ（２）が取り付けられているキャリア（５）のキャリア上面（５０）に接触していない、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の発光ダイオード（１）。
【請求項７】
前記マトリックス材料（３）の屈折率と前記粒子材料の屈折率との前記差が、３００Ｋの温度において少なくとも０．０２であり、４００Ｋの温度において最大で０．０１である、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の発光ダイオード（１）。
【請求項８】
前記散乱体（３４）は、薄層状または円盤状に成形されており、前記半導体チップ（２）の前記主放射領域（２０）の上に、一定の厚さで延在している、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の発光ダイオード（１）。
【請求項９】
３００Ｋ〜４５０Ｋの範囲内（両端値を含む）の温度範囲において、前記粒子材料が透明である、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の発光ダイオード（１）。
【請求項１０】
オプトエレクトロニクス半導体部品（１）は，複数の半導体チップ（２ａ、２ｂ）を備えており、
第１の半導体チップ（２ａ）は、ＩｎＡｌＧａＰをベースとしており、黄色または赤色のスペクトル領域における放射を放出し、第２の半導体チップ（２ｂ）は、ＡｌＩｎＧａＮをベースとしており、青色のスペクトル領域における放射を放出し、
前記半導体チップ（２ａ、２ｂ）は、キャリア（５）のキャリア上面（５０）に取り付けられており、
前記散乱体（３４）は、前記第１の半導体チップ（２ａ）の下流、主放射領域（２０ａ）に、配置されており、
前記第２の半導体チップ（２ｂ）には散乱体が存在せず、
変換手段（７）が、前記第２の半導体チップ（２ｂ）の主放射領域（２０ｂ）に取り付けられており、
さらなる散乱手段を備えるカバープレート（８）が前記半導体チップ（２ａ、２ｂ）の下流に配置されている、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の発光ダイオード（１）。
【請求項１１】
前記散乱体（３４）は、前記主放射領域（２０ａ）と平行であり、横方向における前記散乱体（３４）の寸法が、同じ方向に沿っての前記半導体チップ（２）の寸法よりも、最大で１５％大きい、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の発光ダイオード（１）。
【請求項１２】
前記散乱体（３４）における前記散乱粒子（４）の重量比が、１０％〜５０％の範囲内（両端値を含む）である、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の発光ダイオード（１）。
【請求項１３】
−  前記マトリックス材料（３）が、シリコーンであり、
−  前記粒子材料が、ガラス、ＢａＦ２、ＬｉＦ、またはＭｇＦ２であり、
−  前記散乱体（３４）における前記散乱粒子（４）の重量比が、２０％〜４０％の範囲内（両端値を含む）であり、
−  前記散乱粒子（４）の平均直径が、２μｍ〜５μｍの範囲内（両端値を含む）であり、
−  前記散乱体（３４）が、最大で５００μｍの厚さを有する薄層であり、
−  前記発光ダイオード（１）が、互いに異なるスペクトル領域において発光する少なくとも２個の半導体チップ（２）を備えており、
−  前記半導体チップ（２）の少なくとも一方の下流に前記散乱体（３４）が配置されていない、または、前記半導体チップ（２）の少なくとも２個の下流に、温度に依存する異なる散乱挙動を有する前記散乱体（３４）が配置されており、
−  前記マトリックス材料（３）の前記屈折率が、３００Ｋの温度を起点として、少なくとも３７５Ｋの温度までの間に前記粒子材料の前記屈折率に一致し、
−  前記半導体チップ（２）の少なくとも一方が、ＡｌＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＰをベースとしている、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の発光ダイオード（１）。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の発光ダイオード（１）を動作させる方法であって、
温度が上昇するにつれて散乱断面積が減少するように、温度に依存する前記散乱体（３４）の散乱挙動が設定され、前記発光ダイオード（１）の放射の強さが、最大で５％の許容差で温度に関係なく一定であるように、温度に依存する前記半導体チップ（２）の効率の減少が、補正される、
方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記散乱体（３４）は、室温においてスイッチをオンにしてから少なくとも少なくとも５分以内に、散乱効果を有し、したがって観察者から前記散乱体（３４）は不透明に見え、
前記散乱体（３４）は、定常状態動作温度に達した後には、もはや散乱効果を有さず、観察者からは前記散乱体（３４）が透明に見える、方法。
【国際調査報告】
2013529842.tif 000007
2013529842.tif 000008
2013529842.tif 000009
2013529842.tif 000010
2013529842.tif 000011
2013529842.tif 000012