(57)【要約】  光電半導体チップ（２）と当該半導体チップの光線通過面（２０）上に配置された光学素子（３）とを備える半導体構成素子（１）が記載される。光学素子（３）は高屈折率のポリマー材料をベースにする。さらに半導体構成素子の製造方法が記載される。
2013534728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電半導体チップ（２）と当該半導体チップの光線通過面（２０）上に配置された光学素子（３）とを備える半導体構成素子（１）であって、
前記光学素子は高屈折率のポリマー材料をベースにする半導体構成素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体構成素子であって、
前記光学素子は、シリコーン、エポキシドまたはハイブリッド材料を含む半導体構成素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体構成素子であって、
前記高屈折率のポリマー材料には、屈折率を高めるためにナノ粒子が埋め込まれている半導体構成素子。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の半導体構成素子であって、
前記光学素子は、前記半導体チップとは反対の側では当該半導体構成素子を上から見る方向で凸状に湾曲している半導体構成素子。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の半導体構成素子であって、
前記光学素子は、横方向には最大でも前記半導体チップの側面（２０１）までしか延在しない半導体構成素子。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の半導体構成素子であって、
前記光学素子に発光変換物質（３２）が埋め込まれている半導体構成素子。
【請求項７】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の半導体構成素子であって、
前記光学素子には発光変換物質（３２）が埋め込まれており、前記光学素子の前記半導体チップとは反対の側には別の光学素子（３５）が配置されており、該別の光学素子は高屈折率のポリマー材料をベースにし、凸状に湾曲している半導体構成素子。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体構成素子であって、
前記半導体チップと前記光学素子との間には高屈折率の接続層（３１）が配置されている半導体構成素子。
【請求項９】
ａ）光電半導体チップ（２）を準備するステップと、
ｂ）光学素子（３）用の成形材料（３０）を取り付けるステップと、ただし前記成形材料は高屈折率のポリマー材料をベースにし、
ｃ）前記成形材料を、高くても５０℃の温度で予硬化するステップと、
ｄ）前記成形材料を硬化するステップと、
を有する半導体構成素子（１）の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記予硬化を電磁光線によって誘発する方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記成形材料は前記ステップｃ）で、０．２Ｊ／ｃｍ２から２．０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー量を備える光線に晒される方法。
【請求項１２】
請求項９から１１までのいずれか１項に記載の方法であって、
前記成形材料は前記ステップｃ）で、当該成形材料の少なくとも２つの成分の混合によって活性化される方法。
【請求項１３】
請求項９から１２までのいずれか１項に記載の方法であって、
前記ステップｄ）は、前記ステップｃ）での温度よりも高い温度で実施される方法。
【請求項１４】
請求項９から１３までのいずれか１項に記載の方法であって、
前記ステップｄ）では熱的硬化が実施される方法。
【請求項１５】
請求項９から１４までのいずれか１項に記載の方法であって、
請求項１から８までのいずれか１項に記載の半導体構成素子が製造される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子および半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
本特許出願は、ドイツ特許出願第１０２０１００２４５４５．３号の優先権を主張するものであり、その開示内容を取り入れる。
【背景技術】
【０００３】
たとえば発光ダイオードのような発光半導体素子から放射される光出力を向上させるために、半導体チップの層構造または幾何形状を変形することができる。しかしこのことには手間とコストが掛かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ドイツ特許出願第１０２０１００２４５４５．３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、動作時に放射する光出力が高められた半導体素子を提供することである。さらにこのような半導体素子を簡単かつ確実に製造することのできる半導体素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、独立請求項による半導体素子および製造方法によって解決される。さらなる構成および有利な形態は従属請求項の対象である。
【０００７】
実施形態によれば、半導体素子は、光電半導体チップと、この半導体チップの光線通過面上に配置された光学素子とを有する。光学素子は高屈折率のポリマー材料をベースにする。
【０００８】
光学素子が高屈折特性を有するので、この光学素子は半導体チップと周囲との間の屈折率変化の低減に寄与することができる。
【０００９】
この関連で「高屈折率のポリマー材料をベースにする」とは、高屈折率のポリマー材料がこの光学素子に対する基本材料を形成することを意味する。基本材料としての高屈折率のポリマー材料には、別の材料、たとえば半導体チップで形成された光線を変換するための発光変換物質および／または拡散物質を添加することができる。
【００１０】
好ましくは光学素子は、高屈折率のポリマー材料を少なくとも８０重量％で含む。
【００１１】
改善形態では、高屈折率のポリマー材料に、屈折率を上昇させるためにナノ粒子が施与される。ナノ粒子は有利には、高屈折率のポリマー材料の屈折率よりも高い屈折率を有する。ナノ粒子の平均サイズは、半導体素子により形成および／または受光される光線がナノ粒子によって吸収されないよう、または少なくとも格段に吸収されないよう選定されている。
【００１２】
高屈折率の材料とは、本願の枠内では、少なくとも１．５０の屈折率を有する材料であると理解される。
【００１３】
光学素子、とりわけ光学素子のポリマー材料の屈折率は、好ましくは少なくとも１．５２、とくに有利には１．５４である。さらに光学素子の屈折率は、好ましくは光学素子に向いた側の半導体素子の半導体材料の屈折率よりも小さい。
【００１４】
有利な構成では、光学素子がシリコーン、エポキシドまたはハイブリッド材料を含む。たとえばジフェニルシロキサンは１．５４の比較的高い屈折率を特徴とする。
【００１５】
光学素子は、半導体チップの光線通過面を通過する光線の整形に用いられる。光線の整形とは、とりわけ空間的および／またはスペクトル的な照射特性に該当することができる。
【００１６】
実施例で光学素子は、半導体チップとは反対の側で少なくとも部分的に湾曲しており、とりわけ半導体素子を上から見て凸状に湾曲している。したがって光学素子は、集束レンズの機能を満たすことができる。
【００１７】
側方では光学素子が、好ましくは最大でも半導体チップを側方に制限する半導体チップの側面までにしか伸長していない。したがって光学素子は側方では半導体チップを超えて突き出ない。側方とは、半導体チップの半導体層の主伸長方向に沿って延在する方向であると理解されたい。
【００１８】
したがって半導体チップを側方に制限する側面には、光学素子のための材料は存在しない。
【００１９】
変形実施例では、光学素子が有利には半導体チップに直接当接する。とりわけ光学素子は、半導体素子の製造時に半導体チップに成形される。
【００２０】
択一的な変形実施例では、光学素子が前もって製造され、好ましくは接続層によって半導体チップに固定される。
【００２１】
好ましい改善形態では、光学素子に発光変換物質が埋め込まれている。発光変換物質は、動作時に半導体チップ内で形成された光線を少なくとも部分的に吸収し、他の波長の光線に変換するために設けられている。
【００２２】
別の有利な改善形態では、半導体チップとは反対側の光学素子の上に別の光学素子が配置されており、この別の光学素子は高屈折率のポリマー材料をベースにし、さらに好ましくは凸状に湾曲されている。
【００２３】
この場合、光学素子をスペクトル的なビーム形成に、別の光学素子を空間的なビーム形成に用いることができる。
【００２４】
半導体チップと光学素子との間に配置された接続層は好ましくは高屈折率に構成されている。とりわけ接続層の屈折率は、隣接する光学素子の屈折率より大きいかまたは等しい。接続層は高屈折率のポリマー材料、たとえば高屈折率のシリコーンをベースにすることができる。
【００２５】
別の有利な構成では半導体構成素子がカバーを有し、このカバーに半導体チップが埋め込まれている。好ましくはカバーは光学素子を少なくとも部分的に、とくに好ましくは完全に覆う。カバーは好ましくは少なくとも部分的に光学素子に直接隣接する。
【００２６】
カバーは好ましくは、光学素子の屈折率および場合により別の光学素子の屈折率より小さい屈折率を有する。
【００２７】
さらに好ましくはカバーは、半導体チップとは反対の側で少なくとも部分的にレンズ状に形成されている。カバーの形状によって半導体構成素子の空間的照射特性を調整することができる。
【００２８】
半導体構成素子の製造方法の実施形態では、光電半導体チップが提供される。半導体チップ上には光学素子用の成形材料が施与され、この成形材料は高屈折率のポリマー材料をベースにする。この成形材料は最高でも５０℃の温度であらかじめ硬化される。それから成形材料が硬化する。
【００２９】
予硬化することにより成形材料が予硬化の後でも十分な形状安定性を有することが達成できる。予硬化はとりわけ１０℃から３０℃の温度で、ほぼ室温で行うことができる。
【００３０】
硬化ステップ中に成形材料が潮解する危険性が予硬化することによって減少する。予硬化は好ましくは、成形材料が半導体チップの側面を超えて延在しないように行われる。光学素子の形状が成形材料の完全な硬化の前に不所望に変化すること、およびこれに結びついた光学素子の品質劣化を十分に回避することができる。
【００３１】
一実施形態では、予硬化が電磁光線によって誘発される。好ましくは予硬化は紫外線光線によって行われる。しかし別のスペクトル領域の光線、たとえばマイクロ波ビームも使用することができる。
【００３２】
光線誘発性硬化は成形材料の急速なゲル化に作用することが判明した。成形材料が潮解する危険性がこれにより十分に減少する。これに対して純粋な熱的硬化では、発生する温度変化が潮解に作用し、または潮解を助長する。
【００３３】
好ましい実施形態では、成形材料が予硬化の際に、０．２Ｊ／ｃｍ２から２．０Ｊ／ｃｍ２のエネルギー量を備える光線に晒される。この範囲が光学的に高品質の光学素子の製造にとくに適していることが判明した。
【００３４】
択一的にまたは補充的に、予硬化用の成形材料は少なくとも２つの成形材料の混合によって活性化することができる。この場合、成形材料の活性化は外部の作用によって簡単に行うことができ、予硬化に作用する。しかしこのことは電磁光線によって付加的に開始または促進することができる。
【００３５】
別の有利な実施形態では、成形材料の硬化の際に熱的硬化が実行される。硬化は好ましくは予硬化よりも高温で行われる。成形材料が予硬化の際に予架橋することにより、熱的硬化の間に熱的に誘発される潮解が、温度が比較的に高くても回避される。
【００３６】
熱的硬化の際の温度が高ければ高いほど、硬化ステップの持続時間は短くなる。好ましくは温度は室温と２００℃の間であり、とくに好ましくは５０℃から１５０℃の間である。
【００３７】
成形材料を光電半導体チップの上に直接施与することができる。択一的に成形材料の施与の前に別の層または別の素子、たとえば発光変換物質を含むプレートを施与することができる。
【００３８】
前記方法はとりわけ上記半導体構成素子の製造に適する。したがって半導体構成素子に関連して説明した特徴は方法にも当てはまり、逆もまた当てはまる。
【００３９】
さらなる構成および利点は、図面に関連した以下の実施例の説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】半導体構成素子の第１実施例の概略的断面図である。
【図２】図１に示した第１実施例の半導体チップと光学素子の拡大図である。
【図３】光学素子を有する半導体チップの第２実施例の概略的断面図である。
【図４】光学素子の５つの実施例のそれぞれ断面図である。
【図５】半導体構成素子から放射される光出力Ｐ（任意の単位）を光学素子の重量に依存して所定の材料量の倍数ｉで示した線図である。
【図６】半導体構成素子の製造方法に対する実施例の中間ステップを示す概略的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
同じ素子、同種の素子または同じに作用する素子には図面中で同じ参照符号が付してある。
【００４２】
図面および図面に示した素子の大きさの相互関係は縮尺通りではない。個々の素子は見やすくするため、および／または分かりやすくするために誇張して図示されている。
【００４３】
半導体構成素子の第１実施例が図１の概略的断面図に示されている。半導体構成素子１は例として表面実装型構成素子（ＳＭＤ）として構成されており、たとえば発光ダイオード素子である。
【００４４】
半導体構成素子１は光電半導体チップ２と光学素子３とを有し、光学素子は半導体チップ２の光線通過面２０上に配置されている。
【００４５】
半導体構成素子はさらにハウジング体５を有し、ハウジング体は第１の接点５１と第２の接点５２を備える導体路フレームに形成されている。さらにハウジング体の中には熱的接点５３が形成されている。第１および第２の接点とは異なり熱的接点は電気接続に用いられるのではなく、動作中に半導体チップ内に形成される熱を排熱するために用いられる。
【００４６】
第１の接点と第２の接点は半導体チップ２の動作中に、電荷担体を半導体チップ２に注入するために、とりわけ光線を形成するために設けられた半導体チップの活性領域に注入するために用いられる。半導体チップ２は接続線路６，たとえばボンディングワイヤを介して第２の接点と導電的に接続されている。接続線路は少なくとも部分的に光学素子３の外側に延在している。接続線路は完全に光学素子３の外側に延在しても良い。
【００４７】
半導体構成素子１はさらにカバー４を有する。半導体チップ２と場合により接続線路６はこのカバーによってカプセル化されており、したがって外部の影響、たとえば湿気、ほこりまたは機械的負荷から保護されている。
【００４８】
さらにカバーは光学素子３を半導体チップ２の反対側で完全に変形する。
【００４９】
カバー４はたとえばエポキシド、シリコーンまたはエポキシドとシリコーンの混合体を含むか、それらの材料からなる。
【００５０】
光学素子３は高屈折率のポリマー材料をベースにし、好ましくは少なくとも１．５２、とくに有利には少なくとも１．５４の屈折率を有する。とりわけポリマー材料は少なくとも１．５２、好ましくは少なくとも１．５４の屈性率を有する。ポリマー材料は好ましくは高屈折率のシリコーンを含む。たとえばジフェニルシロキサンは１．５４の比較的高い屈折率を特徴とする。択一的にまたは補充的に他のポリマー材料、たとえばエポキシドまたはハイブリッド材料、たとえばポリウレタンを使用することもできる。
【００５１】
ポリマー材料中には屈折率を上昇させるために、ポリマー材料よりも大きな屈折率を有するナノ粒子を含ませることができる。これにより光学素子の屈折率を十分に高くすることができる。好ましくはナノ粒子の大きさは、半導体チップの動作中に形成される光線が吸収されない、または少なくとも格段に吸収されない大きさに形成される。
【００５２】
半導体チップ２の反対側には光学素子が半導体構成素子１を上から見る方向で凸状に湾曲して形成されており、半導体チップ内で形成された光線を集束するために用いられる。
【００５３】
横方向に、すなわち半導体本体２の半導体層の主伸長方向に延在する方向に沿って、光学素子３は半導体本体を横方向に制限する側面２０１を超えて伸長している。したがって側面２０１には光学素子３のための材料はない。
【００５４】
半導体チップ２は好ましくはＩＩＩ−Ｖ化合物半導体材料を含む。ＩＩＩ−Ｖ半導体材料は、紫外線スペクトル領域（ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ）で、可視（とりわけ青色から緑色の光線に対してＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、またはとりわけ黄色から赤色の光線に対してＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＰ（リン化合物半導体材料）から赤外線（ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓ、（ヒ化合物半導体材料））スペクトル領域で光線を形成するのに適する。ここではそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１，ただしｘ≠１，ｙ≠１，ｘ≠０および／またはｙ≠０が当てはまる。ＩＩＩ−Ｖ半導体材料により、とりわけ前記の材料システムにより、光線形成の際に高い内部量子効率を達成することができる。
【００５５】
この種の半導体材料、とりわけリン化合物半導体材料およびヒ化合物半導体材料は比較的高い屈折率を有する。
【００５６】
光学素子３の屈折率が高いので、光線通過面２０を通って発する光線に対する屈折率の跳躍的変化が、このような光学素子を備えない構成素子と比較して低下する。これにより光線通過面２０での全反射のため、半導体本体内に留まって出力されない光線の割合が低下する。リン化物半導体チップ２の場合には、構成素子１から放射される光出力を、光学素子によって１６％まで高めることができることが判明している。
【００５７】
図２には、図１に関連して説明した実施例の半導体チップ２と光学素子３の拡大図が示されている。
【００５８】
半導体チップ２は、半導体層列を備える半導体本体２１を有する。有利にはエピタクシャル析出された半導体層列が半導体本体を形成し、光線を形成するために設けられた活性領域２２を有する。この活性領域は、第１の導電形式の第１の半導体領域２３と、第１の導電形式とは異なる第２の導電形式の第２の半導体領域２４との間に配置されている。たとえば第１の半導体領域２３はｐ導電性に、第２の半導体領域２４はｎ導電性に構成することができ、その反対も可能である。
【００５９】
半導体本体２１は支持体２７の上に配置されており、支持体はたとえば半導体層列用の成長基板とすることができる。支持体の半導体本体２１とは反対の側に第２の接点層２８が形成されている。半導体本体２１の支持体２７とは反対の側には第２の接点層２９が形成されている。接点層２８，２９は、種々異なる側から活性領域に電荷担体を注入するために設けられている。
【００６０】
屈折率の高い光学素子３は、半導体チップ２の光線通過面２０上に形成されている。光学素子は第２の接点層２９の少なくとも一部も覆い、さらにこの図には明示的に図示されていない接続線路６の一部も覆う。
【００６１】
前記実施例とは異なり、２つの接点層２８，２９を半導体本体の同じ側に形成することもできる。たとえば半導体チップをフリップチップとして構成することができ、この場合、半導体チップは光学素子３の側に接点を有しない。２つの接点が光学素子に向いた側に配置された半導体チップを使用することもできる。この場合、２つの接続線路は少なくとも部分的に光学素子内に延在する。
【００６２】
さらに前記光学素子３は、光検知器として構成された半導体チップにも適する。
【００６３】
半導体構成素子１に対する第２実施例が図３に断面図で概略的に示されている。この実施例は、図１と２に関連して説明した第１実施例に実質的に対応する。とりわけ半導体チップ２は、図１に関連して説明したように、表面実装構成素子のハウジング体の中に配置することができる。
【００６４】
もちろん半導体チップを、図２に示した半導体チップのような他のハウジング形状、たとえばラジアル幾何形状のハウジング内に配置することもできる。
【００６５】
第１実施例とは異なり、光学素子３はプレートとして構成されており、このプレートに発光変換物質３２が埋め込まれている。
【００６６】
光学素子３と半導体チップ２との間には接続層３１が配置されており、光学素子３がこの接続層と半導体チップで固定されている。したがって光学素子はこの実施例では前もって作製されている。
【００６７】
接続層３１も好ましくは同様に高屈折性に構成されている。とりわけ好ましくは、接続層３１の屈折率は光学素子３の屈折率より大きいかまたはそれに等しい。さらに好ましくは、接続層３１は高屈折率のポリマー材料、たとえば高屈折率のシリコーンをベースにする。
【００６８】
光学素子３の半導体チップ２とは反対の側には別の光学素子３５が形成されている。別の光学素子３５も好ましくは同様に高屈折率のポリマー材料、たとえばシリコーンをベースにし、半導体チップ２から出射する光線のビーム整形に用いられる。
【００６９】
接続層３１と光学素子３により、半導体チップ２から出射する構成に対する屈折率の跳躍的変化が減少し、これにより半導体チップから出射する光出力を増大することができる。別の光学素子３５は光出力のさらなる向上と空間的な光線整形に用いられる。しかしこの別の光学素子３５は省略することもできる。
【００７０】
光学素子３内の発光変換物質は、半導体本体２１の活性領域２２で動作中に形成された光線を少なくとも部分的に変換するために設けられている。
【００７１】
接続層３１を備える前記光学素子３は、図２に関連して説明した半導体チップに第１実施例でも使用することができる。
【００７２】
図２に示した半導体チップとは異なり、図３に示した第２実施例の半導体チップは、半導体本体２１の半導体層列のための成長基板から析出された支持体２７を有する。この支持体２７はたとえばケイ素、ガリウムヒ素もしくはゲルマニウムのような半導体材料、または窒化アルミニウムまたは窒化ボロンのようなセラミックを含むことができ、またはそれらの材料からなる。半導体本体２１は取り付け層２６によって支持体に固定されている。たとえば取り付け層には接着層またはハンダ層が適する。
【００７３】
支持体２７は半導体本体２１を機械的に安定させる。そのために成長基板はもはや必要なく、少なくとも部分的にまたは完全に薄片化されるか、または除去することができる。成長基板が除去された半導体チップは薄膜半導体チップとも称される。
【００７４】
半導体チップの光線通過面２０とは反対側に半導体本体２１はミラー層２５を有する。このミラー層は放射された光線を支持体２７から光線通過面の方向に反射する。ミラー層２５は好ましくは、活性領域２２に形成された光線に対して高反射性に形成されており、光線の出射角にほぼ依存しない高い反射性を有する。ミラー層は好ましくは金属、たとえば銀、ロジウム、アルミニウムもしくはクロム、または前記材料の少なくとも１つとの金属合金を含む。
【００７５】
さらに半導体本体２１と第２の接点層２９との間には分配層２９ａが形成されている。分配層２９ａは、第１の半導体領域２３を介して活性領域２２へ電荷担体を側方に均等に注入するために設けられている。
【００７６】
しかし第１の半導体領域２３の横方向導電率が十分に高い場合には、分配層２９ａを省略することができる。
【００７７】
分配層２９ａは好ましくは、活性領域２２で形成された光線に対して透明であるか、または少なくとも半透明に構成されている。たとえば分配層２９ａは、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、たとえば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むことができる。択一的にまたは補充的に、光線を少なくとも部分的に透過させることのできる薄い金属層を使用することもできる。
【００７８】
半導体本体２１、とりわけ活性領域２２はたとえば窒化半導体材料をベースにすることができ、青色または紫外線光線を形成するために設けられる。したがって光学素子３中の発光変換物質３２によって変換された光線と相俟って、集積混合光源、たとえば白色光源を形成することができる。このような半導体チップを備える構成素子については、光学素子３により約５％の光出力の上昇が観察された。
【００７９】
図４Ａから４Ｅには、半導体チップ２上にある光学素子３に対する種々の実施例が示されている。これらの光学素子は、製造の際に使用される材料量の点で異なる。使用された材料量は、４材料単位（図４Ａ）、５材料単位（図４Ｂ）、７材料単位（図４Ｃ）、１０材料単位（図４Ｄ）、そして１３材料単位（図４Ｅ）である。
【００８０】
これらの図は材料量の増大とともに光学素子３の高さ、すなわち半導体チップに対して垂直方向の広がりが増大することを示す。これらの実施例で高さは、１５７μｍ、１７５μｍ、２４１μｍ、３０１μｍ、そして３６５μｍである。
【００８１】
さらにこれら図面は、製造の際に使用された光学素子３用の成形材料が半導体チップ２の光通過面上に完全に残っており、半導体チップの側面を超えて延在していないことを示している。したがって、半導体チップとは反対の側がほぼ球面状に湾曲した形状を有する光学素子が実現される。
【００８２】
図４Ａから図４Ｅに示された実施例での光学素子３の大きさの影響が図５に示されている。ここで放射される光出力Ｐは任意の単位であり、使用される材料量の関数として所定の量単位の倍数ｉで示されている。
【００８３】
ｉ＝０に対する測定値は、高屈折率の光学素子を備えない構造の同じ構成素子に対する基準測定である。
【００８４】
曲線７は測定値への多項式適合である。測定は、光出力Ｐが光学素子３の大きさの増大とともにまずは上昇することを示している。光出力の最大値にはｉ＝１０のときに達し、出力曲線は比較的平坦な最大値を有する。したがってｉ＝７からｉ＝１３までの範囲では同じように高い出力が達成される。量単位ｉの数が大きければ大きいほど、光学素子の形状は球面状に湾曲した曲線形状により強く近似する。とりわけ量単位数が上昇すると必要な材料量も増大し、このことは製造コストの上昇につながる。
【００８５】
半導体構成素子の製造方法に対する実施例が図６Ａから６Ｃに、中間ステップの概略的断面図に基づいて示されている。この方法は、図１と２に関連して説明した第１実施例による半導体構成素子の製造方法の単なる例示である。
【００８６】
図６Ａに示すように、光電半導体チップが用意される。光電半導体チップは、表面実装構成素子用の接続担体上に、またはハウジング内にすでに固定しておくことができる。
【００８７】
半導体チップ２上には光学素子のための成形材料３０が取り付けられ、この成形材料は高屈折率のシリコーンをベースにする。この成形材料は高くても５０℃で、有利には１０℃から３０℃の間の温度で硬化する。硬化はこの実施例では電磁光線、とりわけ紫外線スペクトル領域の光線によって行われる。比較的低い温度で予硬化させることにより、成形材料は、少なくとも一時的に十分な形状安定性を得るように予架橋される。
【００８８】
成形材料はさらに好ましくは自己粘着性に構成されている。これにより成形材料を確実に取り付けることが簡単になる。
【００８９】
続いて成形材料の硬化が行われる。硬化はたとえば熱硬化として行われ、温度は好ましくは予硬化の際の温度より高い。熱硬化はすでに室温で生じることができる。温度が高ければ高いほど、硬化プロセスは急速に生じる。とりわけ５０℃から硬化プロセスは有意に加速する。温度は好ましくは５０℃から１５０℃の間である。この硬化ステップで、製造すべき光学素子の特性、たとえば架橋度、弾性および／または硬度を調整することができる。
【００９０】
純粋な熱硬化とは異なり、硬化の前に行われる電磁光線による予硬化は潮解に作用せず、または少なくとも成形材料３０の潮解を強く抑制し、これにより光学素子を高い再現性を持って高品質に製造することができる。光学素子３の幾何的形状付与を広い範囲で変化させることができる。とりわけ高いアスペクト比、すなわち大きな高さ対幅比を有する光学素子を製造することができる。
【００９１】
光線のエネルギー量は、予硬化の場合には好ましくは０．２Ｊ／ｃｍ２から２．０Ｊ／ｃｍ２の間である。
【００９２】
紫外線スペクトル領域の電磁光線の付与が図６Ｂに矢印８によって示されている。しかし択一的に他のスペクトル領域の光線、たとえばマイクロ波ビームを使用することもできる。
【００９３】
前記の実施例とは異なり、成形材料３０の少なくとも２つの成分の混合によって予硬化を誘発することもできる。この場合、別の外部パルスなしで予硬化を誘発することができる。
【００９４】
さらに高屈折率のシリコーンの代わりに他の高屈折率のポリマー材料、たとえばエポキシドまたはハイブリッド材料を使用することもできる。
【００９５】
成形材料３０はこの実施例では、半導体チップ２を接続線路６によってすでに電気的に接続した後に取り付けられる。したがって成形材料３０は接続線路６の一部も形成する。
【００９６】
前記の方法によって光学素子を備える半導体構成素子を製造することができ、この光学素子は屈折率が高いので半導体チップからの出力効率の向上に作用し、同時にその形状をとくに信頼性をもって製造することができ、光学素子のための材料が半導体チップ２の側面を超えて延在することがない。
【００９７】
これにより半導体チップから発する光出力を全体に向上させることができることに加えて、幾何的な光線の整形を調整可能に、かつ高い信頼性と再現性をもって達成することもできる。
【００９８】
とりわけこの方法は、成形材料３０を半導体材料に直接取り付ける場合だけでなく、従来の方法では困難であったが、光学素子を施与すべき表面、とりわけシリコーン層に取り付ける場合での高い信頼性を特徴とする。
【００９９】
本発明は実施例に基づく説明により限定されるものではない。むしろ本発明は、新たな特徴およびこれら特徴の組み合わせを含むものであり、これらの特徴または組み合わせ事態が特許請求の範囲または実施例に明示的に記載されていなくても、特許請求の範囲における特徴の各組み合わせを含むものである。
【図１】
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【図２】
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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４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【国際調査報告】
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