(57)【要約】【課題】特定の用途により適している、光学活性層内で生成された熱を導出する択一的な構造を有する半導体構成素子を提供すること【解決手段】光学活性層を有する半導体構成素子であって、・光学活性層によって生成された熱を蓄積または排出するための少なくとも１つの冷却部材と、・光学活性層を冷却部材と接続させ、少なくとも１つの中空空間を備えた少なくとも１つの結合部材を有しており、当該中空空間は部分的にまたは完全に流体状の冷却媒体によって満たされている、ことを特徴とする半導体構成素子。【選択図】図３Ａ
2008193086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学活性層（２）を有する半導体構成素子（１１、１９、３０、４０）であって、
・当該光学活性層（２）によって生成された熱を蓄積または排出するための少なくとも１つの冷却部材（７）と、
・前記光学活性層（２）を冷却部材（７）と接続させ、少なくとも１つの中空空間（９）を備えた少なくとも１つの結合部材（１０）を有しており、当該中空空間（９）は部分的にまたは完全に流体状の冷却媒体（８）によって満たされている、
ことを特徴とする半導体構成素子。
【請求項２】
前記光学活性層（２）は有利には少なくとも１つの放射方向において電磁ビームを放射し、
前記少なくとも１つの冷却部材（７）は当該放射方向に対して垂直の面に配置されている、請求項１記載の半導体構成素子（１１、１９、３０、４０）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの冷却部材（７）は前記光学活性層（２）を前記垂直の面において少なくとも部分的に取り囲む、請求項２記載の半導体構成素子（１１、１９、３０、４０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの結合部材（１０）は少なくとも部分的に透明に構成されており、放射方向において前記光学活性層（２）上に配置されている、請求項２または３記載の半導体構成素子（１１、１９、３０）。
【請求項５】
前記半導体構成素子（１１）は、電磁ビームを相互に反対の２つの放射方向で放出するように構成されている、請求項４記載の半導体構成素子（１１）。
【請求項６】
透明な結合部材（１０）が前記光学活性層（２）の相互に対向する２つの面に、前記２つの放射方向の各放射方向にそれぞれ１つ配置されている、請求項５記載の半導体構成素子（１１）。
【請求項７】
前記光学活性層（２）は基板（２０）上に配置されており、電磁ビームは有利には当該基板（２０）の表面に対して垂直に放射される、請求項１から４までのいずれか１項記載の半導体構成素子（１９、３０、４０）。
【請求項８】
前記結合部材（１０）は少なくとも１つの透明薄膜（１２、１８）を含み、当該薄膜は前記光学活性層（２）上に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体構成素子（１１、１９）。
【請求項９】
前記冷却部材（７）は環状に構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体構成素子（１１、１９、３０、４０）。
【請求項１０】
前記冷却部材（７）は金属製および／またはセラミック製の材料を含んでいる、請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体構成素子（１１、１９、３０、４０）。
【請求項１１】
前記半導体構成素子（１１、１９、３０、４０）は能動的な冷却回路を含み、流体状の冷却媒体（８）を少なくとも１つの中空空間（９）内で気化させるのに適している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の半導体構成素子（１１、１９、３０、４０）。
【請求項１２】
前記結合部材（１０）は少なくとも１つの微少空洞（３１）を含み、当該微少空洞は流体状の冷却媒体（８）が貫流するのに適している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の半導体構成素子（３０、４０）。
【請求項１３】
前記光学活性層（２）および結合部材（１０）は一体的に構成されており、前記少なくとも１つの微少空洞（３１）が光学活性層（２）内に配置されている、請求項１２記載の半導体構成素子（４０）。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの中空空間（９）は前記光学活性層（２）を、放射方向に垂直な面で、実質的に環状に取り囲んでいる、請求項１から１３までのいずれか１項記載の半導体構成素子（４０）。
【請求項１５】
前記結合部材（１０）は、部分的に流体状冷却媒体（８）で充填されている熱導出管を含む、請求項１から１４までのいずれか１項記載の半導体構成素子（１１、１９、３０、４０）。
【請求項１６】
前記流体状冷却媒体（８）は少なくとも１つの中空空間（９）を通るように圧送される、請求項１から１５までのいずれか１項記載の半導体構成素子（３０、４０）。
【請求項１７】
多数の光学活性層（２）を有する装置（１７）であって、
・当該多数の光学活性層（２）は、少なくとも１つの中空空間（９）を備えた少なくとも１つの結合部材（１０）と熱的に結合されており、
・前記光学活性層（２）によって生成された熱を蓄積または排出するための少なくとも１つの冷却部材（７）を含み、当該冷却部材は前記少なくとも１つの結合部材（１０）と熱的に結合されており、
・前記少なくとも１つの中空空間（９）は部分的にまたは完全に流体状の冷却媒体（８）によって満たされている、
ことを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記多数の光学活性層（２）はラスタ状に配置されている、請求項１７記載の装置（１７）。
【請求項１９】
前記多数の冷却部材（７）は、前記多数の光学活性層（２）を少なくとも部分的にラスタ状、またはストリップ状または環状に取り囲んでいる、請求項１７または１８記載の装置（１７）。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの結合部材（１０）は少なくとも部分的に透明に構成されている、請求項１７から１９までのいずれか１項記載の装置（１７）。
【請求項２１】
半導体構成素子（１１，１９、３０、４０）を製造する方法であって、当該方法は以下のステップを有しており：すなわち、
・少なくとも１つの光学活性層（２）を供給するステップと、
・当該少なくとも１つの光学活性層（２）を、少なくとも１つの中空空間（９）を備えた第１の結合部材（１０）に熱的に結合させるステップと、
・少なくとも１つの冷却部材（７）を当該第１の結合部材（１０）に熱的に結合させるステップと、
・前記中空空間（９）を流体状の冷却媒体（８）によって部分的にまたは完全に満たすステップとを有する、
ことを特徴とする、半導体構成素子を製造する方法。
【請求項２２】
前記第１の結合部材（１０）は第１の層および第２の層を有しており、少なくとも１つの光学活性層（２）および少なくとも１つの冷却部材（７）を前記第１の層上に被着させ、前記第１の層と第２の層の間に、流体状冷却媒体（８）のための中空空間（９）が生じるように前記第２の層を前記第１の層上に配置する、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
・前記少なくとも１つの光学活性層（２）を基板（２０）上に供給するステップと、
・前記第１の結合部材（１０）を少なくとも部分的に透明に構成するステップと、
・前記少なくとも１つの光学素子（２）を前記第１の結合部材（１０）上に被着した後に、前記基板（２０）を光学活性層（２）から剥がし、光学活性層（２）を通って前記第１の結合部材（１０）の方向および反対の方向に光が放出されるようにするステップを有する、請求項２１または２２記載の方法。
【請求項２４】
・少なくとも部分的に透明に構成された第２の結合部材（１０）を、該第１の結合部材（１０）と対向する、少なくとも１つの光学活性層（２）の面に被着する、付加的なステップを有する、請求項２３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願はドイツ特許出願第１０２００７００４８０５．１号および第１０２００７０１７１１３．９号に関する。これらの文献の開示内容は、参考として本願に取り入れられている。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、光学活性素子を有する半導体構成素子、殊に高出力の発光ダイオードに関する。さらに本発明は、多数の光学活性層を有する装置および半導体構成素子の製造方法に関する。
【０００３】
複数の光学活性層を有する半導体構成素子は良く知られている。殊に発光ダイオード（英語ではlight emitting diode、略してLED)は多くの用途で使用されており、作動状態を表示する装置および一般的な照明装置においてもますます使用されている。さらに光学活性層を有する別の半導体装置、例えば活性マトリクスディスプレイおよびレーザダイオードの薄膜トランジスタ（英語ではthin film transistor、略してTFT）も公知である。
【０００４】
ＬＥＤおよび活性光学層を有する他の半導体構成素子は、白熱電球またはハロゲンランプ等の従来の発光手段と比べて比較的高い効率を有しているが、光学活性層内ではホトエネルギーの他に、熱も放たれる。この熱は構成素子の妨害または破壊を生じさせる恐れがある。この問題を除去するために、殊に高出力構成素子の出力は著しく抑えられなければならないか、または相当の冷却がされなければならない。
【０００５】
ＵＳ２００４／００７５１００Ａ１号から、ＬＥＤに適しているハウジングが公知である。このハウジングは、リードフレームおよび、チップ取り付け領域を有する別個に製造された熱的な接続部分を含む。
【特許文献１】米国特許出願第２００４／００７５１００Ａ１号
【特許文献２】国際公開第０１／３９２８２号
【特許文献３】米国特許出願第６１７２３８２号
【特許文献４】米国特許出願第５８３１２７７号
【特許文献５】米国特許出願第５６８４３０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、特定の用途により適している、光学活性層内で生成された熱を導出する択一的な構造を有する半導体構成素子を開発することである。さらに、このような半導体構成素子を多数有している装置並びにこの装置を製造する方法も記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題は光学活性層を有する半導体構成素子であって、・光学活性層によって生成された熱を蓄積または排出するための少なくとも１つの冷却部材と、・光学活性層を冷却部材と接続させ、少なくとも１つの中空空間を備えた少なくとも１つの結合部材を有しており、当該中空空間は部分的にまたは完全に流体状の冷却媒体によって満たされている、ことを特徴とする半導体構成素子によって解決される。さらに上述の課題は、多数の光学活性層を有する装置であって、・当該多数の光学活性層は、少なくとも１つの中空空間を備えた少なくとも１つの結合部材と熱的に結合されており、・光学活性層によって生成された熱を蓄積または排出するための少なくとも１つの冷却部材を含み、当該冷却部材は前記少なくとも１つの結合部材と熱的に結合されており、・前記少なくとも１つの中空空間は部分的にまたは完全に流体状の冷却媒体によって満たされている、ことを特徴とする装置によって解決される。さらに上述の課題は、半導体構成素子を製造する方法であって、当該方法は以下のステップを有しており：すなわち、・少なくとも１つの光学活性層を供給するステップと、・当該少なくとも１つの光学活性層を、少なくとも１つの中空空間を備えた第１の結合部材に熱的に結合させるステップと、・少なくとも１つの冷却部材を当該第１の結合部材に熱的に結合させるステップと、・前記中空空間を流体状の冷却媒体によって部分的にまたは完全に満たすステップとを有する、ことを特徴とする、半導体構成素子を製造する方法によって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
光学活性層によって生成された熱を蓄積するまたは導出するための冷却部材および少なくとも１つの結合部材を特徴とする、光学活性層を有する半導体構成素子を記載する。ここでこの結合部材は光学活性層を冷却部材と間接的または直接的に接続する。
【０００９】
冷却部材を光学活性層と熱的に結合させることによって、光学活性層によって生成された熱が導出されるまたは蓄積される。
【００１０】
有利な実施形態では、結合部材は少なくとも１つの中空空間を有している。ここでこの中空空間は部分的にまたは完全に、流体の冷却媒体によって満たされている。
【００１１】
少なくとも部分的に中空の結合部材を、その内部にある流体状の冷却媒体と組み合わせることによって、光学活性層内で生成された熱が流れによって冷却媒体内に排出される。これは例えば半導体構成素子の冷却部材での対流、熱搬送または蒸発と圧縮の組み合わせである。熱導出の代わりに対流を用いることによって、並びに流体状の冷却媒体を用いることによって、結合部材および冷却部材を柔軟に構成し、位置付けすることが可能になるであろう。
【００１２】
有利な実施形態では、光学活性層は電磁ビームを有利には少なくとも１つの放射方向で放出する。ここで冷却部材は、放射方向に対して垂直な面に配置されている。冷却部材を、放射方向に対して垂直に配置することによって半導体構成素子は妨害されずに放射することが可能になる。
【００１３】
別の構成では、結合部材および冷却部材は少なくとも部分的に透明に構成され、放射方向において、光学活性層上に配置される。少なくとも部分的に透明な結合部材および冷却部材を用いることによって、結合部材を放射方向において光学活性層上に配置することができ、これによって、熱を直接的に発生箇所で排出することが可能になる。しかもここで電磁ビームの放出は実質的に妨害されない。
【００１４】
別の有利な構成では、半導体構成素子は、電磁ビームを相互に反対の２つの放射方向において放出するように設けられている。ここでそれぞれ１つの少なくとも部分的に透明な結合部材は、相互に対向する２つの光学活性層面に配置される。このようにして高出力の、二面放出型半導体構成素子が構成される。
【００１５】
多数の光学活性層を有する装置が提示される。この装置は、多数の光学活性層が熱的に、少なくとも１つの中空空間を有する少なくとも１つの結合部材と結合され、少なくとも１つの冷却部材が、光学活性層によって形成された熱を蓄積または導出するために、少なくとも１つの結合部材と結合されていることを特徴とし、ここで少なくとも１つの中空空間は部分的にまたは完全に、流体状の冷却媒体によって満たされている。
【００１６】
別の有利な構成では、多数の光学活性層がラスター状に配置されている。光学活性層をラスター状に配置することによって、面状の表示ないし照明システムが可能になる。
【００１７】
別の有利な構成では、多数の冷却部材が多数の光学活性層を少なくとも部分的にラスター状、ストリップ状または環状に取り囲む。多数の光学活性層を少なくとも部分的に取り囲む多数の冷却部材を使用することによって、面状の表示および照明システムを効果的に冷却することが可能になる。
【００１８】
さらに、以下のステップを有する、半導体構成素子製造方法を記載する：すなわち、
・少なくとも１つの光学活性層を供給し、
・当該少なくとも１つの光学活性層を、中空空間を有する第１の結合部材に結合させ、
・少なくとも１つの冷却部材を当該第１の結合部材に結合させ、
・前記中空空間を流体状の冷却媒体で部分的にまたは完全に満たす、ステップを有する方法である。
【００１９】
上述したステップによって半導体構成素子、および上述した様式の半導体構成素子を有する装置が製造される。
【００２０】
この方法の別の有利な実施形態では、少なくとも１つの光学活性層を基板上に供給し、第１の結合部材を少なくとも部分的に透明に構成し、少なくとも１つの光学活性層を第１の結合部材上に載置した後に、基板を光学活性層からはがす。これによって、光が光学活性層を通って第１の結合部材の方向および反対の方向で放出可能になる。
【００２１】
このようにさらに改善された方法によって、両面で発光する半導体構成素子を製造することが可能になる。
【００２２】
本発明のさらなる詳細および構成を従属請求項に記載する。
【実施例】
【００２３】
本発明を以下で実施例に基づいて、以降の図面を用いてより詳細に説明する。
【００２４】
図１は、光の両面発光に適した半導体構成素子１を示している。これは光学活性層２を含む。ここでこの光学活性層は図示の実施例において、下方の部分層２ａおよび上方の部分層２ｂから成る。下方の部分層２ａはネガティブにドーピングされたインジウムガリウム窒化層のことであり、上方の部分層２ｂは例えばポジティブにドーピングされたインジウムガリウム窒化層である。上方の部分層２ｂと下方の部分層２ａは共同でｐｎ接合部を構成する。ここでこのｐｎ接合部は、青色光を生成するのに適したバンドギャップを有しているので、光学活性層２は全体的に発光ダイオードとして作用する。
【００２５】
当然ながら当業者には、別の波長の電磁ビームを（可視スペクトル外の波長の電磁ビームも）を生成する様々な別の半導体材料および半導体構造が公知である。一般的に光学活性層は、電磁ビームを生成するのに適している少なくとも１つの活性領域を有している。
【００２６】
窒化合物半導体材料は、例えばシステムＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ここで０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である）からの上述した材料である窒素を含有している化合物半導体材料である。窒化化合物半導体材料に基づく、ビーム放出半導体チップおよび／またはビーム検出半導体チップのグループには、有利には殊に、次のような半導体チップが属する。すなわち、通常、種々異なる個別層から成る層列を有しているエピタキシャル成長した半導体層が、窒化化合物半導体材料システムからの材料を有している少なくとも１つの個別層を含む半導体チップである。半導体層は例えば従来のｐｎ接合部、ダブルへテロ構造、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）を有している。このような構造体は当業者には公知であり、従って、ここでは詳細に説明しない。このようなＭＱＷ構造の例は、文献ＷＯ０１／３９２８２号、ＵＳ６１７２３８２号、ＵＳ５８３１２７７号およびＵＳ５６８４３０９号に記載されている。これらの文献の開示内容は本願に参照として組み込まれている。
【００２７】
作動電流を案内するために、下方の部分層２ａおよび上方の部分層２ｂにはそれぞれコンタクト３およびリード線４が設けられている。光学活性層２を損傷から保護するために、および場合によっては支持体と接続するために、光学活性層は２つの透明薄膜５の間に挿入されている。これらの透明薄膜は光学活性層２の上面ないし下面に配置されている。光透過性の基板上に載置されている従来の発光ダイオードとは異なり、これによって、光が光学活性層２から、上方からも下方からも放出されるという利点が生じる。
【００２８】
図１に示された半導体構成素子１では、光学活性層２内で生成された熱は透明薄膜５を介して排出される。
【００２９】
光学活性層２によって生成された熱の排出は、図１に示されているような両面発光式半導体構成素子においてのみ、有利なのではない。むしろ基本的には、改善された性能に対する、あらゆる別の半導体構成素子においても有利である。殊に、空間的に狭く制限された領域上で比較的多くの熱を生成する半導体構成素子においてこれは有利である。これは殊にいわゆるチップアレイ、すなわち、後述するような多数の半導体構成素子を有する装置にも適する。
【００３０】
図２は、光学活性層２内で生成された熱を排出する、半導体構成素子６の改善された構成を示している。このために、例えば図１に示された光学活性層２と同じように構成されている光学活性層２がリング状冷却部材７によって取り囲まれている。冷却部材７は実施例では実質的に、高い熱容量および良好な熱伝導率を有する金属から構成されている。しかし金属の代わりに、セラミック材料または適切な熱特性を有する他のあらゆる材料を使用することも可能である。
【００３１】
光学活性層２から冷却部材７への熱伝送のめに、２つの透明膜５が、光学活性層２ないし冷却部材７の上方および下方のそれぞれで使用される。
【００３２】
光学活性層から冷却部材７への熱伝導を改善するために、図３Ａおよび３Ｂに示されている別の改善された実施例では流体の冷却媒体８が使用され、この冷却媒体は結合部材１０の中空空間９内に封入されている。
【００３３】
図３Ａに示された、実施例の横断面では半導体構成素子１１は光学活性層２を含む。ここでこの光学活性層は２つの結合部材１０の間に封入される。ここで各結合部材１０は、光学活性層２の方を向いている第１の薄膜１２と、光学活性層２と反対の方を向いている結合部材面上にある第２の薄膜１３とを有している。第１の薄膜１２と第２の薄膜１３との間にはそれぞれ１つの冷却部材７が挿入されている。これは同時に中空空間９の外側境界を形成している。
【００３４】
図３Ａの結合部材１０内の矢印によって示されているように、光学活性層２の領域内の流体状冷却媒体８は加熱され、冷却部材７の領域において再び冷却される。これによって、光学活性層２から冷却部材７への効果的な熱搬送を行う対流１４が生じる。
【００３５】
用途によって、冷却部材８として、例えばエタノールおよびエタノールと水の混合物が適している。アルコールは無毒であり、粘性が低く、透明であり、比較的高い熱容量を有しており、低い凍結点を有している。従って、例えば外部領域および自動車領域での使用に適している。グリコール添加物、エチルグリコール添加物およびグリセリン添加物も同じように使用可能である。水単独は高い熱容量を有するが、融点が比較的高く、変則（Anomalie)であるので、むしろ内部領域内での使用に適している。
【００３６】
実施例では、リード線４は外部コンタクト面１５へ導出されている。ここでこのコンタクト面は半導体構成素子１１の電気的接続に用いられる。光学活性層２は、半導体構成素子１１内での光学活性層２の位置付け、および保護のために用いられる固体１６によって取り囲まれている。従って結合部材１０および冷却部材７に作用する機械的な負荷は光学活性層２ではなく、固体１６に伝わる。
【００３７】
図３Ｂには、半導体構成素子１１の平面図が示されている。ここでは冷却部材７が光学活性層２を中心としたリングとして構成されていることがわかる。当然ながら冷却部材７に対して他の幾何学的形状、例えば正方形の封入体を選択することも可能である。
【００３８】
図３Ａおよび３Ｂに示されているように個々の半導体構成素子１１では、環状の冷却部材７は特に有利な構造対称性を実現するために用いられる。しかし他の半導体構成素子、殊にラスター状に配置された光学活性層２の場合には、１つまたは複数の冷却部材７をラスター形状または冷却ストリップ形状または冷却リブ形状で構成するのも有利である。図４には、多数の光学活性層２を伴う装置１７が示されている。個々の光学活性層２はここで例えば、図１に示された光学活性層２に相当する。装置１７内には９つの光学活性層２がコンタクト３およびリード線４並びに冷却部材７を伴って、２つの共通の薄膜１８の間に入れられている。ここでこの薄膜は結合部材１０として作用する。従って装置１７は面状にも、薄膜１８の両面でも光を放出し、周囲の空間を特に有利に照明することが可能である。
【００３９】
冷却を改善するために、中空空間９は薄膜１８の間で冷却媒体８によって満たされている。冷却媒体８が導電性であり、直接的に光学活性層２、コンタクト３またはリード線４と接触接続している場合には、これらは適切な措置によって電気的に絶縁されなければならない。例えば光学活性層２の上に、透明な酸化層、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を被着することができる。
【００４０】
択一的な実施形態では、薄膜１８内での個々の光学活性層２の領域内に、１つまたは複数の中空空間９を設けることができる。ここでこの中空空間は光学活性層２を冷却することができる。別の実施形態では、全光学活性層２を共同で冷却する、１つまたは複数の中空空間９が薄膜１８上に配置される。
【００４１】
当然ながら、上述した冷却コンセプトを、光学活性層を有する別の半導体構成素子内で使用することも可能である。図５は半導体構成素子１９の別の例を示している。この半導体構成素子は、一面放射にのみ適している。この実施例では、半導体構成素子１９は自動車領域からの特に高出力のＬＥＤである。
【００４２】
基板２０上には、下方層２ａと上方層２ｂから成る光学活性層２が構成されている。これらは合わせてダイオード構造体である。下方の部分層２ａおよび上方の部分層２ｂには、コンタクト３を介して動作電圧が供給される。
【００４３】
光学活性層２はこの実施例では、特に高出力のダイオード構造体である。これは基板２０を介した熱伝導だけでは冷却されない。従って基板２０上には付加的に間隔保持部２１が配置されており、これらはカバーガラス２２とともに中空空間９を光学活性層２の領域内に形成する。中空空間９は透明な、流体状の冷却媒体８によって満たされているので、半導体構成素子１９の作動時には、流体状冷却媒体８内に対流１４が生じる。これによって、光学活性層２内で生成された熱はまずは間隔保持部２１およびカバーガラス２２で導出される。基板２０、間隔保持部２１および内部に中空空間９および冷却流体８を伴うカバーガラス２２は共同で結合部材１０を形成する。
【００４４】
しかし、全面での熱排出を保証するために、光学活性層２が完全に、冷却部材１０または流体冷却媒体８によって取り囲まれてもよい。
【００４５】
間隔保持部２１の外面には、冷却能力を改善するために、別の冷却部材７が配置される。これは間隔保持部２１で放出された熱をさらに排出させる。例えば、冷却部材７はハウジング壁部または構成素子１９の冷却リブであってよい。
【００４６】
光学性能を改善するために、殊に光学活性層２から放射される光を束化するために、カバーガラス２２上に光学素子２３が配置されている。例えばこれは、用途に限定されたビームプロファイル（例えば車のヘッドライトの発光円錐）を生成するレンズ光学系またはプリズム光学系である。
【００４７】
図５に示されているように、冷却部材７は、それが通常は基板２０の背面に配置されている従来の装置と比べて、格段に柔軟に位置づけ可能である。別の利点としては基板２０および半導体構成素子１９の、場合によっては存在する別のコンポーネントまたは層の熱負荷が少ないことである。従ってその寿命は長くなる。
【００４８】
冷却能力をさらに高めるために、流体状の冷却媒体８が、外部の力を作用させることによって中空空間９内を流されてもよい。殊に装置が比較的大きい場合には、流量を高めるためのポンプを用いた強制的な冷却が可能である。
【００４９】
図６Ａおよび６Ｂは、半導体構成素子３０の別の構成を示している。
【００５０】
半導体構成素子３０は２つの光学活性層２を有している。これらはそれぞれ下方および上方の部分層２ａないし２ｂを含む。光学活性層２は基板２０上に配置されており、コンタクト３を介して動作電圧が供給される。
【００５１】
さらに、光学活性層２は共通の結合部材１０を介して、（実施例では構造化された、透明な層およびその内部に含まれている微少空洞３１を介して）、環状の冷却部材７と接続されている。先述の実施例とは異なり、流体状の冷却媒体８は、中空空間９を結合部材１０内で構成する微少空洞３１のみを貫流する。流体状冷却媒体８と光学活性層２との間には直接的な接触接続は生じない。
【００５２】
図６Ｂは、２つの光学活性層２を有する半導体構成素子３０の平面図を示している。この平面図では、微少空洞３１が光学活性層２の領域内で冷却蛇行部３２を形成していることが見て取れる。微少ポンプ３３によって、流体状の冷却媒体８は、冷却蛇行部３２内を圧送され、その後冷却部材７の領域内で微少空洞３１の継続部分内を圧送される。同じように冷却部材７の領域内に補償管３４が配置されている。これは過度の加熱ないしは冷却時の冷却回路の圧力軽減のために用いられる。
【００５３】
図７は半導体構成素子４０の別の構成を示している。
【００５４】
この半導体構成素子４０では、微少空洞３１が直接的に基板２０または半導体構成素子４０の光学活性層２内に組み込まれている。これは殊に次のような場合に有利である。すなわち、光学活性層２の一部分のみしか実際に光を送出せず、光学活性層２の他の部分が別の半導体コンポーネントを含んでいるような場合である。
【００５５】
図７に示された実施例では、光学活性層２の第１の領域４１が、例えば適切なドーピング、エッチングまたは別の半導体処理技術によって、電磁ビームを送出するように設けられている。この第１の領域４１内では同時に微少空洞３１の形で冷却回旋４２が配置されている。これは熱を直接的に発生箇所から導出することができる。
【００５６】
光学活性層２の第２の領域４３内には、微少ポンプ３３が配置されている。これは冷却回旋４２内に流体状冷却媒体８を圧送する。流体状冷却媒体８が冷却回旋４２を貫流した後、これは、光学活性層２を環状に取り囲んでいる冷却部材７の領域内で微少空洞３１を通って戻り、光学活性層２によって収容されている熱を放出する。
微少ポンプ３３ないしはその駆動に必要な駆動制御電子回路が直接的に光学活性層２内に、またはその下に存在する基板２０内に組み込まれてもよい。
【００５７】
例えば図７に示されているように中空空間９ないしは流体状冷却媒体８が光学活性層の一部のみをカバーする場合または図７に示されているようにこれがビーム路の縁部にある場合、不透明の流体状冷却媒体８も使用可能である。この場合には中空空間９の内壁も透明材料から構成されなくてもない。
【００５８】
１つまたは複数の光学活性層を環状中空空間９によって取り囲むことも可能である。この中空空間には光学活性層を冷却するために、流体状の冷却媒体８が充填される。例えば図７に示されているように光学活性層２と冷却部材７との間の残りの中空空間は、同じように、冷却流を形成するために用いられる。
【００５９】
択一的にいわゆるヒートパイプ、すなわち熱パイプも結合部材１０として、熱の改善されかつ迅速な排出のために使用可能である。熱パイプは殊に、半導体構成素子と冷却部材７との間の間隔が比較的大きい装置内で適している。熱パイプは部分的に流体状冷却媒体８によって満たされている中空空間９を含む。熱パイプ内では、低い圧力が占有している。従って冷却媒体８は熱源の領域において、温度上昇が低いときにでも既に気化される。気体の冷却媒体８は熱パイプを通って冷却部材７の領域に達する。ここでこの冷却媒体は圧縮によって、収容されていた熱を再び放出する。次に流体状の冷却媒体８は、例えば芯、毛管または単に重力によって再び熱源の領域に戻る。
【００６０】
別の有利な構成では能動的な冷却のために冷却装置が使用される。これは例えば圧縮冷却装置の形状である。このためにまずは気体状の冷却部材８、例えば炭化水素化合物がコンプレッサを用いて圧縮され、冷却部材７の領域においてコンデンサ内を流れ、ここで熱が排出される。例えば毛管状の絞りを介して流体状の冷却媒体８が中空空間９内を案内され、ここでコンデンサ内の圧力は中空空間９内の圧力よりも高くなる。このようにして中空空間９は気化装置として作用し、光学活性層２を熱収容によって冷却する。その後、気体冷却媒体８は再び新たに圧縮され、このようにして閉じられた冷却回路が実現される。
【００６１】
本発明は、実施例に基づく本発明の説明によって、これに制限されるものではない。むしろ本発明はそれぞれの新しい特徴並びに特徴のそれぞれの組み合わせを含んでおり、このことは殊に請求項における特徴の組み合わせをいずれも、この特徴またはこの組み合わせそれ自体が明示的に特許請求の範囲または実施例に記載されていなくとも包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】両面発光に適している、光学活性層を有する、基板の無い半導体構成素子
【図２】光学活性層によって生成された熱を導出する環状の冷却部材によって取り囲まれた光学活性層
【図３Ａ】光学活性層、冷却部材および２つの結合部材を有する半導体構成素子の横断面
【図３Ｂ】図３Ａに示された半導体構成素子の平面図
【図４】多数の半導体構成素子を有する装置
【図５】基板上に配置されている光学活性層を有する半導体構成素子
【図６Ａ】半導体構成素子の別の構成の横断面
【図６Ｂ】図６Ａに示された半導体構成素子の平面図
【図７】半導体構成素子の別の構成の平面図
【符号の説明】
【００６３】
１、６、１１、１９、３０、４０  半導体構成素子、  ２  光学活性層、  ２ａ  下方層、  ２ｂ  上方層、  ３  コンタクト、  ４  リード線、  ５、１２、１３、１８  薄膜、  ７  冷却部材、  ８  冷却媒体、  ９  中空空間、  １０  結合部材、  １２、１３  薄膜、  １４  対流、  １５  コンタクト面、  １６  固体、  １７  装置、  ２０  基板、  ２１  間隔保持部、  ２２  カバーガラス、  ２３  光学素子、３１  微少空洞、  ３２  冷却蛇行部、  ３３  微少ポンプ、  ３４  補償管、  ４１  光学活性層の第１の領域、  ４２  冷却回旋、  ４３  光学活性層の第２の領域
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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