(57)【要約】  発光半導体デバイス（１００）が特定されており、これは、動作中に第１の波長域の第１の光（９１）が放出される、放射出力結合表面を備える主表面（１０）を有する発光半導体チップ（１）を備える。第１の光の少なくとも一部を第１の波長域とは異なる第２の波長域の第２の光（９２）に変換する波長変換層（２）が、主表面の第１のサブ領域（１１）上に適用される。第１のサブ領域に隣接する主表面の第２のサブ領域（１２）に、光学フィードバック素子（３）が直接適用され、光学フィードバック素子は、第２のサブ領域から放出された第１の光を、放射出力結合表面の方向および／または波長変換層の方向に偏向させる。【選択図】  図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光半導体デバイス（１００）であって、
−動作中に第１の波長域の第１の光（９１）が放出される放射出力結合表面を備える主表面（１０）を有する発光半導体チップ（１）と、
−前記主表面の第１のサブ領域（１１）上で、前記第１の光の少なくとも一部を前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の第２の光（９２）に変換するための波長変換層（２）と、
−前記第１のサブ領域に隣接する前記主表面の第２のサブ領域（１２）直上の光学フィードバック素子（３）と、を備え、
前記光学フィードバック素子が、前記第２のサブ領域から放出された前記第１の光を、前記放射出力結合表面に向かって、および／または前記波長変換層に向かって偏向させ、
前記光学フィードバック素子が、勾配光学系または反射光学素子を備え、前記反射光学素子が、前記主表面の表面法線に対して傾斜している、および／または湾曲している反射層（３１）を備える、発光半導体デバイス（１００）。
【請求項２】
前記第２のサブ領域が、前記主表面の縁領域である、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記第２のサブ領域が、前記第１のサブ領域を完全に取り囲む、請求項１または２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記第１および第２のサブ領域が、前記主表面を形成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記波長変換層が、前記主表面の前記第１のサブ領域上に直接堆積される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記波長変換層が、前記光学フィードバック素子に横方向に直接隣接している、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記反射光学素子が、前記反射層が配設されている透明な材料（３３）を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記主表面が、２ｍｍ２以下の面積を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記波長変換層および前記光学フィードバック素子が、前記主表面を越えて横方向に突出しない、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体発光デバイスが特定されている。
【背景技術】
【０００２】
本特許出願は、ドイツ特許出願第１０  ２０１７  １２９  ６２３．９号の優先権を主張し、その開示内容は参照により本明細書に援用される。
【０００３】
発光ダイオードチップによって白色光を生成するために、青色光などの短波光を生成する発光ダイオードチップに、通常、短波光の一部を長波光に変換する変換材料が適用される。しかしながら、そのような配設の発光密度分布は、発光ダイオードチップの通常のランバート放射特性と組み合わされた変換材料のランダムな指向性放射によって負の影響を受ける。特に、この組み合わせは、不均一な、したがって好ましくない発光密度分布を有する白色光をもたらす。発光密度分布を均一にするために、通常、変換器上の開口または反射器が使用されて、白色光の角度分布を狭める。
【発明の概要】
【０００４】
特定の実施形態の少なくとも１つの目的は、発光半導体デバイスを提供することである。
【０００５】
この目的は、独立請求項による主題によって達成される。主題の優れた実施形態および展開は、従属請求項において特徴付けられ、以下の説明および図面によっても開示される。
【０００６】
少なくとも１つの実施形態によれば、発光半導体デバイスは、発光半導体チップを備える。発光半導体チップは、特に、光を生成するための活性領域を備える半導体積層体を備える。活性領域は、特に、動作中に光が生成される活性層を有することができる。動作中に発光半導体チップによって生成された光は、本明細書および以下では、第１の光と称され得る。半導体積層体は、特に好ましくは、例えば有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）などのエピタキシプロセスによって製造することができる。したがって、半導体積層体は、成長方向によって与えられる垂直方向の配設方向に沿って上下に配設される半導体層を備える。垂直方向に直立して、半導体積層体は各々、主延長平面を有する。以下、半導体層の主延長平面に平行な方向を横方向として参照する。
【０００７】
発光半導体チップは、横方向の主延長平面を備えた半導体積層体の成長方向に直立して配設することができ、動作中に半導体チップで生成された第１の光がそれを介して放出される放射出力結合表面を備える主表面を備える。特に、放射出力結合表面は、半導体チップの主表面であり得る。さらに、発光半導体チップは、主表面の反対側、したがって放射出力結合表面の反対側の裏側を備える。主面および裏側は、半導体チップを横方向に区切るチップ側面で接続することができる。裏側面または一方の側面は、例えば、半導体チップをキャリア上に配設することができる実装面を形成することができる。主表面は、側面と共に、主表面を横方向に区切る縁を形成することができる。主表面の縁の少なくとも一部を備える主表面の領域は、本明細書および以下では縁領域と呼ばれ得る。
【０００８】
生成される第１の光に依存して、発光半導体チップは、異なる半導体材料系に基づく半導体積層体を有することができる。長波長の赤外線から赤色の放射には、例えばＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡｓに基づく半導体積層体が好適であり、赤から緑色の放射には、例えばＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−Ｙｐに基づく半導体積層体が好適であり、かつ短波長可視放射、すなわち特に緑から青の放射の場合の可視光放射、つまり特に緑から青の放射には、および／またはＵＶ放射には、例えばＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮに基づく半導体積層体が好適であり、式中、０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１がいずれの場合にも適用される。電気的コンタクトのために、発光半導体チップはコンタクト層を有することができ、それによって、光生成のための電流を、動作中に半導体積層体に注入することができる。加えて、さらなる層および素子、例えば、半導体積層体が適用される基板、パッシベーション層および／またはミラー層が存在し得る。発光半導体チップは、例えば、いわゆるボリュームエミッタ、薄膜半導体チップまたはフリップチップとして具現化することができる。発光半導体チップの設計、構造、および機能は専門家に知られているため、ここでは詳細に説明しない。
【０００９】
さらなる実施形態によれば、発光半導体デバイスは、発光半導体チップの主表面上に配設される波長変換層を備える。特に、波長変換層は、放射出力結合表面上に配設される。波長変換層が主表面上および放射出力結合表面上に配設されるという事実は、波長変換層が半導体チップの主表面上に直接、特に放射出力結合表面上にも直接適用されることを意味し得る。この目的のために、波長変換層は、例えば、接着剤層などの好適な接着層によって、発光半導体チップの放射出力結合表面に取り付けられるか、または主面上に直接形成されてもよい。発光半導体チップが、放射出力結合表面上に、例えば、ボンドワイヤ接続によって電気的に接触される電極層を備える場合、波長変換層は、この位置に凹部を有することができる。さらに、波長変換層が、主表面から離れて、特に、放射出力結合表面から離れて配設されることも可能であり得る。この場合、半導体チップ、特に、以下に記載する光学フィードバック素子の主表面上に、さらなる素子または層を配設することができ、波長変換層は、さらなる素子または層上に配設される。
【００１０】
波長変換層は、発光半導体チップの放射出力結合表面に面する底面、底面の反対側の上面、および底面を上面に接続する側面を有することができる。したがって、波長変換層は、第１の光のビーム経路において発光半導体チップの垂直方向下流に配設され、側面によって横方向に区切られる。
【００１１】
波長変換層は、動作中に発光半導体チップによって放出された第１の光を、以下、第２の光とも称される異なる波長の光に少なくとも部分的に変換するのに好適な少なくとも１つ以上の波長変換材料を含むことができ、その結果、発光半導体デバイスは、主に半導体チップによって放出される第１の光と、変換された第２の光、または、半導体チップによって放出される第１の光の完全な変換の場合、実質的に変換された第２の光との混合光を放出することができる。
【００１２】
例えば、波長変換材料（１つまたは複数）は、以下のうちの１つ以上を含むことができる：希土類金属およびアルカリ土類金属、窒化物、窒化ケイ酸塩、シオン、サイアロン、アルミン酸塩、酸化物、ハロリン酸塩、オルトケイ酸塩、硫化物、バナジン酸塩、ならびにクロロケイ酸塩。さらに、波長変換材料（複数を含む）は、追加的または代替的に、ペリレン、ベンゾピレン、クマリン、ローダミン、およびアゾ染料を含む群から選択することができる有機材料を含むことができる。例えば、波長変換材料（複数を含む）は、シリコーンなどのプラスチックによって、ガラスによって、セラミック材料によって、またはそれらの組み合わせによって形成することができる透明なマトリックス材料に含めることができる。これは、波長変換層としていわゆる蛍光体プレートレットを形成することができ、これは事前製造することができ、したがって自立することができ、またはそれを主表面に適用することによって形成することができる。さらに、波長変換材料（複数を含む）は、ガラスまたはセラミック基板などの透明基板上に堆積させることができる。加えて、セラミック波長変換材料は、波長変換層を形成する自立セラミック部品であることもできる。
【００１３】
さらなる実施形態によれば、波長変換層は、主表面全体、特に発光半導体チップの放射出力結合表面全体を被覆しない。むしろ、波長変換層は、特に好ましくは、特に放射出力結合表面のサブ領域である主表面の第１のサブ領域上に配設される。第１のサブ領域の上方に垂直方向に配設される波長変換層の部分は、特に好ましくは、第１の光で直接照明され、半導体チップに面する波長変換層の側上の第１のサブ領域の投影であり得る。第１のサブ領域は、好ましくは、主表面のいずれの縁領域も備えなくてもよい。言い換えれば、第１のサブ領域は、すべての側上で第１の主表面の縁から離間することができる。
【００１４】
さらなる実施形態によれば、発光半導体デバイスは、光学フィードバック素子を備える。光学フィードバック素子は、特に主表面に、好ましくはその上に直接適用される。特に、光学フィードバック素子は、放射出力結合表面に、好ましくはこの表面上に直接適用することができる。さらに、光学フィードバック素子は、発光半導体チップの主表面、特に放射出力結合表面を完全には被覆しない。むしろ、光学フィードバック素子は、第１のサブ領域に隣接しかつ第１のサブ領域とは少なくとも部分的に異なる主表面の第２のサブ領域上に配設される。第１および第２のサブ領域は、横方向に部分的に重なり合うことができ、または重なり合うことなく互いに直接隣接することもできる。
【００１５】
さらなる実施形態によれば、光学フィードバック素子は、第２のサブ領域から放出された第１の光を、放射出力結合表面に向けて、および／または波長変換層に向けて偏向する。さらに、光学フィードバック素子は、第２の領域の垂直上方の領域内の第１のサブ領域から放射された光を、放射出力結合表面および／または波長変換層に向けて偏向させることもできる。例えば、光学フィードバック素子が存在しない場合に第１の光が波長変換層から外れる、または第１の光が望ましくない大きな角度で放射される、方向に放射された第１の光は、放射出力結合表面および／または波長変換層に向かって偏向され得る。
【００１６】
さらに、第２のサブ領域は、主表面の縁領域とすることができ、第２のサブ領域は、横方向で第１のサブ領域を完全に囲むこともできる。言い換えれば、主表面を垂直方向に沿って見たとき、第２のサブ領域は、第１のサブ領域の周りにフレームを形成することができる。
【００１７】
第１および第２のサブ領域は、特に好ましくは主表面を形成することができる。特に、主表面は、第１および第２のサブ領域によって完全に形成することができるので、主表面は、波長変換層または光学フィードバック素子の組み合わせによって完全に被覆される。特に、波長変換層およびフィードバック素子は、発光半導体チップの主表面を越えて横方向に突出しないか、またはわずかに突出しているだけである。「わずかに突出しているだけ」は、特に、波長変換層および／もしくは光学フィードバック素子が、主表面の最大横方向延長よりも少ないか、または主表面を越えた横方向における主表面の最大横方向延長の１０％未満だけ横方向に突出していることを意味し得る。
【００１８】
特に好ましくは、発光半導体チップ、波長変換層および光学フィードバック素子は、必要に応じて、例えば接続層などのさらなる層または素子と共に、横方向延長が、少なくとも実質的に、すなわち上に記される方法で発光半導体チップの横方向延長によって、決定される自立コヒーレント部品を形成する。特に、波長変換層および光学フィードバック素子は、発光半導体チップに取り付けられた発光半導体デバイスの素子であることができ、その結果、発光半導体チップは、波長変換層および光学フィードバック素子と共に、発光半導体チップの裏側で、ハウジングなどの外部キャリア上の１つのコヒーレント部品として実装することができる。
【００１９】
さらなる実施形態によれば、波長変換層は、光学フィードバック素子に直接隣接している。これは、光学フィードバック素子が波長変換層の１つの側面、好ましくはすべての側面に直接隣接していることを意味し得る。波長変換層および光学フィードバック素子は、一緒に製造して、事前に提供された発光半導体チップの主表面上に共通部品として配設することもできる。
【００２０】
発光半導体デバイスは、特に化合物で製造することができる。この目的のために、半導体ウェハは、まだ個片化されていない複数の半導体チップを備えることができる。複数の波長変換層および複数の光学フィードバック素子を半導体ウェハに適用することができ、複数の波長変換層および／または複数の光学フィードバック素子は、個別にまたはコヒーレント化合物として適用することができる。続いて、適用された波長変換層および光学フィードバック素子を有する半導体ウェハを分割することによって、単一の発光半導体デバイスにおける個片化を実行することができる。
【００２１】
さらなる実施形態によれば、光学フィードバック素子は、光、特に第１の光を偏向させることが可能な１つ以上の素子を備える。特に好ましくは、光学フィードバック素子は、回折光学素子、勾配光学系、フォトニック結晶および反射光学素子から選択される１つ以上の素子を備えることができる。上述の素子とそれらの光学特性の組み合わせも可能である。例えば、光学フィードバック素子は、主表面の表面法線に対して傾斜している、および／または湾曲している反射層を有する反射光学素子を備えることができる。反射層は、例えば、金属および／もしくは誘電体積層体を、特にブラッグミラーの形態で備えることができ、またはそれから形成することができる。反射層が湾曲している場合、湾曲部は、例えば、放物線、双曲線、楕円形、またはそれらの組み合わせであり得る。さらに、光学フィードバック素子は、反射層が堆積される透明な材料を含むことができる。透明な材料は、例えば、エポキシなどのプラスチックおよび／もしくはガラスを含むか、またはそれらから作製することができる。
【００２２】
上述の実施形態による角度選択的フィードバック素子であり得る光学フィードバック素子によって、発光半導体チップの放射特性を変更および最適化することができる。光学フィードバック素子は、波長変換層を有するサブ領域と少なくとも部分的に異なる主表面のサブ領域、特に縁領域上に配設することができるので、主表面全体と比較して小さい、波長変換層を備える面積は、光学的にポンピングすることができ、これは、光学フィードバック素子なしでは不可能であるが、その面積はより高い発光密度でポンピングされる。その結果、発光半導体デバイスは、有効面積あたりの総発光密度がより高い第１および第２の光を放出することができる。この効果は、システムレベルでのより高い集積密度によって、特に従来のソリューションと比較してより小さく、かつよりコンパクトな光学系を使用することによって達成することができる。
【００２３】
さらなる利点、有利な実施形態、およびさらなる展開は、図面に関連して以下に記載される実施形態によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】実施形態による発光半導体デバイスの概略図を示す。
【図１Ｂ】実施形態による発光半導体デバイスの概略図を示す。
【図２】さらなる実施形態による発光半導体デバイスの概略図を示す。
【図３】さらなる実施形態による発光半導体デバイスの概略図を示す。
【図４】さらなる実施形態による発光半導体デバイスの概略図を示す。
【図５】さらなる実施形態による発光半導体デバイスの概略図を示す。
【図６】さらなる実施形態による発光半導体デバイスの概略図を示す。
【図７】さらなる実施形態による発光半導体デバイスの概略図を示す。
【００２５】
実施形態および図において、同一、類似、または同一に作用する要素は、それぞれの場合に同じ参照番号で提供される。示されている要素およびそれらのサイズ比は、縮尺どおりではなく、層、部品、デバイス、および領域など個々の要素は、それらをより良好に説明するため、および／または理解を助けるために、誇張して大きくされている場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ、発光半導体デバイス１００の実施形態の断面図を示す。図１Ｂは、いくつかの特徴を示すために、図１Ａの発光半導体デバイス１００の断面を示す。以下の説明では、図１Ａおよび１Ｂを等しく参照する。
【００２７】
発光半導体デバイス１００は、発光半導体チップ１を備える。発光半導体チップ１は、第１の光９１を生成するための活性領域を有する半導体積層体を備える。発光半導体チップ１は主表面１０をさらに備え、主表面１０は、半導体積層体の成長方向に直立して配設され、かつ、半導体チップ１での動作中に生成される、第１の光９１が放出される放射出力結合表面を備える。主表面１０、したがって半導体チップ１は、好ましくは、０．１ｍｍ２以上および２ｍｍ２以下の面積を有することができる。
【００２８】
特に、発光半導体チップ１の半導体積層体は、複数の半導体積層の形態で、エピタキシプロセス、例えば有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）または分子線エピタキシ（ＭＢＥ）によって成長基板上に成長させ、電気的コンタクトを備えることができる。成長基板を成長した半導体積層体で個別化することにより、複数の半導体チップを提供することができる。さらに、半導体積層体は、個別化の前にキャリア基板に転送することができ、成長基板を薄くするか、完全に除去することができる。基板として成長基板の代わりにキャリア基板を有するこのような半導体チップは、薄膜半導体チップと呼ばれ得る。半導体チップ１に適用され、以下に記載する素子は、個片化の前または後に適用することができる。
【００２９】
半導体層は、成長方向によって与えられる垂直方向の配設方向に沿って互いの上部上に配設される。半導体積層体の層は、垂直方向に直立して、各々、主表面１０の主延長平平面に対応する主延長平平面を有する。主表面１０の主延長平面に平行であり、したがって垂直方向に直立した方向は、以下、横方向と称される。
【００３０】
示された実施形態では、発光半導体チップ１の放射出力結合表面は、１つ以上の電気的コンタクトを除いて適用可能である場合、特に好ましくは、発光半導体チップ１の主表面１０全体である。さらに、半導体チップ１は、主表面１０とは反対側、したがって放射出力結合表面とは反対側の裏側を備え、これにより、例えば、発光半導体チップ１をキャリア上に配設することができる実装面を形成することができる。主表面１０および裏側は、発光半導体チップ１を横方向に区切るチップ側面を介して接続することができる。主表面１０は、側面と共に、主表面１０を横方向に区切る縁を形成する。主表面１０の縁の少なくとも一部を備える主表面１０の領域はまた、本明細書および以下では縁領域と呼ばれ得る。
【００３１】
発光半導体チップ１の電気的コンタクトは、半導体積層体の異なる側上に、または同じ側上にさえ配置することができる。例えば、発光半導体チップ１は、基板の半導体積層体とは反対側に、はんだ付け可能または接着可能な接触面の形態の電気的コンタクトを備えることができる。そのような基板の反対側の半導体積層体の側に、例えば、ボンドワイヤによって接触するための、いわゆるボンドパッドの形態で、さらなる接触面を形成することができる。さらに、発光半導体チップ１は、例えば、はんだ付け可能または接着可能な接触面と同じ側上に、電気的接触面を有することができ、キャリア、例えば回路基板、プリント回路基板、または発光ダイオードハウジング上の接触面と共に実装することができる、いわゆるフリップチップとして具現化することができる。加えて、発光半導体チップ１は、半導体積層体の同じ側上にボンドパッドとして形成された、２つの接触面を有することもできる。
【００３２】
特に、活性領域は、動作中に光が生成される活性層を備えることができる。半導体積層体は、例えば従来のｐｎ接合部、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）または多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を活性領域として有することができる。活性領域に加えて、半導体積層体は、例えば、ｐまたはｎドープ電荷キャリア輸送層、すなわち電子または正孔輸送層、非ドープまたはｐもしくはｎドープの閉じ込め、クラッドまたは導波路層、障壁層、平坦化層、バッファ層、保護層および／または電極、ならびにそれらの組み合わせなどのさらなる機能層、および機能領域を備えることができる。加えて、１つ以上のミラー層を、成長基板から外側に向く半導体積層体の側上に堆積させることができる。さらに、バッファ層、バリア層、および／または保護層などの追加の層を、半導体積層体の成長方向に直立して、例えば、半導体積層体の周囲に、すなわち半導体積層体の側面上に配設することもできる。
【００３３】
上記の一般的な欄で記載した半導体積層体の材料の選択に依存して、発光半導体チップ１は、例えば、可視スペクトル領域内にあり得る動作中に、所望の第１の波長域で第１の光を放出することができる。純粋に一例として、ここに示される半導体チップ１は、動作中に青色波長域の第１の光を生成する。
【００３４】
ここで説明する発光半導体チップ、特に半導体積層体、活性領域ならびに他の機能層および領域に関して、ここで記載する構造は、特にそれらの構成、機能および構造に関して専門家に知られており、したがって、ここでは、明確にするために詳細には示さず、説明しない。
【００３５】
発光半導体デバイス１００はまた、主表面１０上に配置されている波長変換層２を含む。波長変換層２は、主表面の第１のサブ領域１１、特に、動作中に発光半導体チップ１によって生成された第１の光９１が、波長変換層２上に直接放射されることができるように、放射出力結合表面に適用される。言い換えれば、波長変換層２は、第１のサブ領域１１上に配設されている。本実施形態に示されるように、波長変換層２は、主表面１０から距離を置いて、したがって放射出力結合表面から距離を置いて配設することができる。
【００３６】
一般的な部分において上に記載したように、波長変換層２は、１つ以上の波長変換材料を含み、第１の光９１の少なくとも一部を、第１の光の第１の波長域とは異なる第２の波長域の第２の光９２に変換するように具現化および意図されている。特に、第２の波長域は、第１の波長域よりも長い波長のスペクトル成分を含むことができる。純粋に例として、第２の光はまた、赤から緑の波長域のスペクトル成分を有することができ、その結果、動作中に発光半導体デバイス１００によって放出される第１および第２の光９１、９２の混合物は、好ましくは白色光になる。
【００３７】
波長変換層２は、シリコーンなどのプラスチック、ガラス、セラミック材料またはそれらの組み合わせによって形成することができる透明なマトリックス材料を含むことができ、その中に波長変換材料が埋め込まれている。このようにして形成されたいわゆる蛍光体プレートレットは、事前製造することができ、したがって自立することができる。さらに、波長変換材料（複数を含む）は、例えば、ガラスおよび／もしくはプラスチックを含むか、またはガラスおよび／もしくはプラスチックで作製されている透明基板に適用することができる。１つ以上のセラミック波長変換材料の場合、波長変換層２は、自立セラミック部品であることもできる。
【００３８】
図１Ａおよび図１Ｂに見られるように、波長変換層２は、主表面１０全体、特に発光半導体チップ１の放射出力結合表面全体を被覆しない。むしろ、波長変換層２によって被覆され、そこから発光半導体チップ１が第１の光９１を波長変換層２上に直接放出することができる第１のサブ領域１１は、主表面１０の縁部から離間され、したがって、主表面１０の縁領域を備えない。
【００３９】
発光半導体デバイス１００はまた、主表面１０に適用される光学フィードバック素子３を備える。特に、光学フィードバック素子３は、例えば、接着剤層のような好適な接着層によって、主表面１０に直接適用することができ、したがって、放射出力結合表面にも直接適用することができる。光学フィードバック素子３は、主表面１０の、特に、第１のサブ領域１１とは少なくとも部分的に異なる放射出力結合表面の第２のサブ領域１２に適用され、その結果、第２のサブ領域１２、したがって、光学フィードバック素子３も主表面１０を完全には被覆しない。
【００４０】
特に、第２のサブ領域１２は、第１のサブ領域１１に隣接することができ、主表面１０の、したがって、第１の光が波長変換層２上に直接放射され得ない放射出力結合表面のその部分であり得る。第２のサブ領域１２は、図１Ａおよび図１Ｂに見られるように、主表面１０の縁領域であることが特に好ましく、第２のサブ領域１２は、示された実施形態において第１のサブ領域１１を完全に取り囲む。主表面１０を垂直方向に沿って見た場合、第２のサブ領域１２および対応する光学フィードバック素子３は、第１のサブ領域１１の周りにフレームを形成する。特に好ましくは、第１および第２のサブ領域９１、９２は共に、主表面１０を形成することができる。したがって、主表面１０は、第１および第２のサブ領域１１、１２によって完全に形成され得、その結果、主表面１０は、波長変換層２および光学フィードバック素子３の組み合わせによって完全に被覆される。
【００４１】
特に、波長変換層２およびフィードバック素子３は、発光半導体チップ１の主表面１０を越えて横方向に突出しないか、またはわずかに突出するだけである。発光半導体チップ１、波長変換層２、および光学フィードバック素子３は、任意選択的に、例えば、接続層などのさらなる層または素子と共に、その横方向延長が、発光半導体チップ１の横方向延長によって少なくとも実質的に決定される自立コヒーレント部品を形成する。
【００４２】
光学フィードバック素子３は、第２のサブ領域１２から、または第１のサブ領域１１から、波長変換層２ではなく光学フィードバック素子３に放出される第１の光９１が、偏向された第１の光の形態の矢印９３で図１Ｂに示されるように、放射出力結合表面の方向および／または波長変換層２の方向に偏向されるように具現化される。したがって、第１の光は、変換または光子のリサイクルに利用可能である。同時に、全主表面１０よりも小さい第１のサブ領域１１において輝度が増加する。したがって、発光半導体デバイス１００は、従来の変換発光ダイオードチップと比較して、より高い発光密度およびより均一な発光密度分布を有するより小さな発光表面を備える。
【００４３】
光学フィードバック素子３は、角度選択反射のために、例えば、回折光学素子および／もしくはフォトニック結晶として具現化することができ、またはそのような光学素子を備えることができる。
【００４４】
図１Ａおよび図１Ｂに示された、したがって主表面１０から離間された光学フィードバック素子３上の波長変換層２の配設の代替として、波長変換層２はまた、主表面１０上に直接、したがって、図２の発光半導体デバイス１００のさらなる実施形態に示されるように、主表面１０の第１のサブ領域１１における放射出力結合表面上にも直接配設され得る。「直接配置された」は、例えば接着剤層の形態の、好適な接着層による配設および取り付けも含み得る。代替的に、波長変換層２は、主表面１０上の第１のサブ領域１１に、キャスティングの形態で、または別の適用方法によって形成することもできる。
【００４５】
以下の図は、発光半導体デバイス１００のさらなる実施形態を、図１Ｂに対応する断面図で示す。これらの実施形態の説明は、本質的に、それぞれの前の実施形態との違いに限定される。
【００４６】
図３に示された実施形態の発光半導体デバイス１００の光学フィードバック素子３は、いわゆるＧＲＩＮレンズ（ＧＲＩＮ：「勾配屈折率」）の形態の勾配光学部品として具現化され、ここで、第１の光９１は、変化する屈折率によって偏向される。
【００４７】
図４では、光学フィードバック素子３は、主表面１０の表面法線に対して傾斜した反射層３１を備える反射光学素子を含む。この目的のために、波長変換層２は、反射層３１が配設される、対応して傾斜した側面を備える。コーティングの形態で波長変換層２の側面に適用することができる反射層３１は、例えば、特にブラッグミラーの形態の金属および／もしくは誘電体積層体を備えることができるか、またはそれから形成することができる。
【００４８】
図５は、さらなる実施形態による発光半導体デバイス１００を示し、ここで、光学フィードバック素子３を形成する反射層３１は、平面状ではなく、前の実施形態と比較して湾曲している。したがって、波長変換層２の側面も対応して湾曲している。湾曲部は、放物線、双曲線、楕円、またはそれらの組み合わせであることができる。所望の放射特性に依存して、湾曲部も局所的に変化し得る。
【００４９】
図４および図５の実施形態と比較して、図６に示されるさらなる実施形態による発光半導体デバイス１００は、波長変換層２から外側に向く反射層３１の側上に、例えば、プラスチック、セラミック、および／もしくはガラスを含むか、またはそれらであり得る材料３２を含む、光学フィードバック素子３を備える。反射層３１が、材料３２と波長変換層２との間に配置されているので、材料３２は、その光学特性とは無関係に選択することができる。例えば、反射層３１は、材料３２に適用および固定され得る。このようにして形成された光学フィードバック素子３は、半導体チップ１上、および波長変換層２上で横方向に、自立フレーム状素子として事前製造し、定置および固定することができる。
【００５０】
図７は、発光半導体デバイス１００のさらなる実施形態を示し、その中で、波長変換層２は、図１Ａ〜３の実施形態のように垂直側面を備え、一方、光学フィードバック素子３は、図４〜６に関連して説明したように、反射層３１を備える。純粋に例として図７に示されたような反射層３１の傾斜した配向を得るために、光学フィードバック素子３は、反射層３１が上に堆積される波長変換層２の側面に隣接する透明な材料３３を含む。透明な材料は、例えば、エポキシなどのプラスチックおよび／もしくはガラスを含み得るか、またはそれらであり得る。代替的に、透明な材料の代わりに、例えば、図３に関連して記載された勾配光学、または前の実施形態に関連して記載された別の光学素子を形成する好適な形状の光学素子も存在し得る。
【００５１】
図に関連して記載された特徴および実施形態はまた、そのような組み合わせのすべてが明示的に記載されていなくても、さらなる実施形態に従って互いに組み合わせることができる。さらに、図に関連して記載された実施形態は、代替的または追加的に、一般的な部分の説明に従ってさらなる特徴を有することができる。
【００５２】
本発明は、実施形態に基づく説明によって、これらの実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は、この特徴またはこの組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施形態で明確に説明されていない場合でも、特許請求の範囲の特徴の各組み合わせを特に含む各新しい特徴および特徴の各組み合わせを含む。
【符号の説明】
【００５３】
１      発光半導体チップ
１０    主表面
１１    第１のサブ領域
１２    第２のサブ領域
２      波長変換層
３      光学フィードバック素子
３１    反射層
３２    材料
３３    透明な材料
９１    第１の光
９２    第２の光
９３    偏向した第１の光
１００  発光半導体デバイス
【図１Ａ】
2021504951.tif 000003
【図１Ｂ】
2021504951.tif 000004
【図２】
2021504951.tif 000005
【図３】
2021504951.tif 000006
【図４】
2021504951.tif 000007
【図５】
2021504951.tif 000008
【図６】
2021504951.tif 000009
【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月22日(2020.5.22)
【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】
発光半導体デバイス（１００）であって、
−動作中に第１の波長域の第１の光（９１）が放出される放射出力結合表面を備える主表面（１０）を有する発光半導体チップ（１）と、
−前記主表面の第１のサブ領域（１１）上で、前記第１の光の少なくとも一部を前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の第２の光（９２）に変換するための波長変換層（２）と、
−前記第１のサブ領域に隣接する前記主表面の第２のサブ領域（１２）直上の光学フィードバック素子（３）と、を備え、
前記光学フィードバック素子が、前記第２のサブ領域から放出された前記第１の光を、前記放射出力結合表面に向かって、および／または前記波長変換層に向かって偏向させ、
前記光学フィードバック素子が、勾配光学系または反射光学素子を備え、前記反射光学素子が、前記主表面の表面法線に対して傾斜している、および／または湾曲している反射層（３１）を備える、発光半導体デバイス（１００）。
【請求項２】
前記第２のサブ領域が、前記主表面の縁領域である、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記第１のサブ領域は、前記主表面の縁から離間されており、前記主表面の縁領域を備えていない、請求項１または２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記第２のサブ領域が、前記第１のサブ領域を完全に取り囲む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記第１および第２のサブ領域が、前記主表面を形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記波長変換層が、前記主表面の前記第１のサブ領域上に直接堆積される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記波長変換層が、前記光学フィードバック素子に横方向に直接隣接している、請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記反射光学素子が、前記反射層が配設されている透明な材料（３３）を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記透明な材料は、プラスチックおよび／またはガラスを含む、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記反射層は、放物線、双曲線、楕円形、またはそれらの組み合わせである、湾曲部を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記反射層は、金属を備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記反射層は、誘電体積層体を備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記主表面が、２ｍｍ２以下の面積を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
前記波長変換層および前記光学フィードバック素子は、前記主表面を越えた前記主表面の最大横方向延長の１０％未満だけ横方向に突出している、請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
前記波長変換層および前記光学フィードバック素子が、前記主表面を越えて横方向に突出しない、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【国際調査報告】
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