(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
・電磁波（６）を放射する少なくとも１つの半導体チップ（１）と、
・電磁波透過性である少なくとも１つの偏向部材（７）と
を有するオプトエレクトロニクス半導体部品であって、
前記半導体チップ（１）は少なくとも１つの側面（４）を有し、
前記半導体チップ（１）の動作中、前記電磁波（６）の一部が前記側面（４）を通って出射し、
前記偏向部材（７）および半導体チップ（１）は、互いに隣接して配置されており、
前記偏向部材（７）は前記半導体チップ（１）の側面（４）に配置されており、かつ当該半導体チップ（１）の前記少なくとも１つの側面（４）を覆い、
前記偏向部材（７）は、前記半導体チップ（１）によって生成され、かつ、当該半導体チップ（１）の、当該偏向部材（７）側に位置する側面から出射した電磁波（６）を偏向するように構成されており、
前記偏向部材（７）は、前記半導体チップ（１）の半導体材料の平均屈折率より屈折率が高い材料を有し、
前記偏向部材（７）は、
前記半導体チップ（１）の前記側面（４）側に設けられた第１の側面（８Ａ）と、
前記第１の側面（８Ａ）と反対側に位置する第２の側面（８Ｂ）と
を有し、
前記電磁波（６）のうち、前記半導体チップ（１）の前記側面（４）から出射した一部が、前記偏向部材（７）の第１の側面（８Ａ）を介して当該偏向部材（７）内に入射するように、当該半導体チップ（１）は構成されており、
・前記偏向部材（７）に入射した電磁波（６）が当該偏向部材（７）の第２の側面（８Ｂ）から出射するのを低減または防止するように、当該偏向部材（７）は構成および配置されており、
前記偏向部材（７）は、支持体（１１）とは反対側の上面（９）を有し、
前記半導体チップ（１）から放出されて前記偏向部材（７）内に入射した電磁波（６）が、当該偏向部材（７）の上面（９）において取り出されるように、前記偏向部材（７）は構成および配置されており、
前記偏向部材（７）の上面（９）はテクスチャを有し、
前記偏向部材（７）の側面（８Ａ，８Ｂ）は、前記上面（９）より平滑に形成されており、
前記偏向部材（７）の縦方向の寸法は、前記半導体チップ（１）の縦方向の寸法にほぼ等しいか、または等しい
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項２】
前記偏向部材（７）は一体形であり、
前記偏向部材（７）は、前記半導体チップ（１）の前記側面（４）を囲うように配置されている、
請求項１記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項３】
前記オプトエレクトロニクス半導体部品はさらに、波長変換部材（５）を有し、
前記波長変換部材（５）は、前記半導体チップ（１）の上面（２）から出射した電磁波（６）と、前記偏向部材（７）の上面（９）から出射した電磁波（６）とを、少なくとも部分的に、２次電磁波に変換するように構成および配置されており、
前記波長変換部材（５）は、前記偏向部材（７）および半導体チップ（１）に直接接するように配置されている、
請求項１または２記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項４】
前記半導体チップ（１）は、支持体（１１）とは反対側の上面（２）を有し、
前記半導体チップ（１）から放出される電磁波（６）の別の一部が、当該半導体チップ（１）の上面（２）において取り出されるように、前記半導体チップ（１）は構成されており、
前記半導体チップ（１）の上面（２）はテクスチャを有する、
請求項１から３までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項５】
前記オプトエレクトロニクス半導体部品はさらに、少なくとも１つの波長変換部材（５）を有し、
前記波長変換部材（５）は、前記半導体チップ（１）の上面（２）から出射した電磁波（６）と、前記偏向部材（７）の上面（９）から出射した電磁波（６）とを、少なくとも部分的に、２次電磁波に変換するように構成および配置されている、
請求項４記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項６】
前記偏向部材（７）は、前記半導体チップ（１）の側面（４）に直接接するように配置されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項７】
前記偏向部材（７）と半導体チップ（１）との間に接合層（１２）が配置されており、
前記接合層（１２）は、屈折率が前記半導体チップ（１）の材料の屈折率以下である材料を有し、
前記接合層（１２）の材料の屈折率は、前記偏向部材（７）の材料の屈折率より低い、
請求項１から５までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項８】
前記偏向部材（７）の下面は、支持体（１１）側に配置されており、
前記偏向部材（７）の下面と前記支持体（１１）との間に、および／または、当該偏向部材（７）の第２の側面（８Ｂ）に、鏡面層（１００）が配置されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項９】
前記半導体チップ（１）はＧａＮを有し、
前記偏向部材（７）は、ＴｉＯ２、ＴｅＯ２またはＩｎＧａＮを有する、
請求項１から８までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法であって、
・支持体（１１）を準備するステップと、
・前記半導体チップ（１）を準備するステップと、
・前記偏向部材（７）を準備するステップと、
・前記偏向部材（７）の第１の側面（８Ａ）が、前記半導体チップ（１）の側面（４）の側に来るように、前記半導体チップ（１）および偏向部材（７）を前記支持体（１１）上に配置するステップと
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１１】
前記偏向部材（７）を枠状とし、
ｉ）前記偏向部材（７）と前記半導体チップ（１）とが形状接続するように、当該半導体チップ（１）を当該偏向部材（７）に嵌め込むか、
または、
ii）前記偏向部材（７）と前記半導体チップ（１）との間に前記接合層（１２）を配置し、当該偏向部材（７）と当該半導体チップ（１）とが材料接続するように、当該半導体チップ（１）を当該偏向部材（７）に嵌め込む、
請求項１０記載の製造方法。
【請求項１２】
成膜法を用いて、前記半導体チップ（１）の側面（４）に前記偏向部材（７）を直接被着することを特徴とする、
請求項１から９までのいずれか１項記載のオプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法。
【請求項１３】
・電磁波（６）を放射する少なくとも１つの半導体チップ（１）と、
・電磁波透過性である少なくとも１つの偏向部材（７）と
を有するオプトエレクトロニクス半導体部品であって、
前記半導体チップ（１）は少なくとも１つの側面（４）を有し、
前記半導体チップ（１）の動作中、前記電磁波（６）の一部が前記側面（４）を通って出射し、
前記偏向部材（７）および半導体チップ（１）は、互いに隣接して配置されており、
前記偏向部材（７）は前記半導体チップ（１）の側面（４）に配置されており、前記偏向部材（７）は、前記半導体チップ（１）の半導体材料の平均屈折率より屈折率が高い材料を有し、
前記偏向部材（７）の縦方向の寸法は、前記半導体チップ（１）の縦方向の寸法にほぼ一致するか、または等しく、
前記偏向部材（７）は、前記半導体チップ（１）によって生成され、かつ、当該半導体チップ（１）の、当該偏向部材（７）側に位置する側面（４）から出射した電磁波（６）を偏向するように構成されており、
前記偏向部材（７）は、前記半導体チップ（１）の少なくとも１つの側面（４）を覆い、
前記偏向部材（７）は、
前記半導体チップ（１）の前記側面（４）側に設けられた第１の側面（８Ａ）と、
前記第１の側面（８Ａ）と反対側に位置する第２の側面（８Ｂ）と
を有し、
前記第１の側面（８Ａ）と前記第２の側面（８Ｂ）とは、互いに平行に配置されており、
前記第１の側面（８Ａ）および前記第２の側面（８Ｂ）は、前記部品の主延在方向に対して直交し、
前記偏向部材（７）の側面（８Ａ，８Ｂ）は、前記偏向部材（７）の前記上面（９）より平滑に形成されている
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス半導体部品。
【請求項１４】
・電磁波（６）を放射する少なくとも１つの半導体チップ（１）と、
・電磁波透過性である少なくとも１つの偏向部材（７）と
を有するオプトエレクトロニクス半導体部品であって、
前記半導体チップ（１）は少なくとも１つの側面（４）を有し、
前記半導体チップ（１）の動作中、前記電磁波（６）の一部が前記側面（４）を通って出射し、
前記偏向部材（７）および半導体チップ（１）は、互いに隣接して配置されており、
前記偏向部材（７）は前記半導体チップ（１）の側面（４）に配置されており、前記偏向部材（７）は、前記半導体チップ（１）の半導体材料の平均屈折率より屈折率が高い材料を有し、
前記偏向部材（７）は、
前記半導体チップ（１）の前記側面（４）側に設けられた第１の側面（８Ａ）と、
前記第１の側面（８Ａ）と反対側に位置する第２の側面（８Ｂ）と
を有し、
前記電磁波（６）のうち、前記半導体チップ（１）の前記側面（４）から出射した一部が、前記偏向部材（７）の第１の側面（８Ａ）を介して当該偏向部材（７）内に入射するように、当該半導体チップ（１）は構成されており、
・前記偏向部材（７）に入射した電磁波（６）が当該偏向部材（７）の第２の側面（８Ｂ）から出射するのを低減または防止するように、当該偏向部材（７）は構成および配置されており、
前記偏向部材（７）は、支持体（１１）とは反対側の上面（９）を有し、
前記半導体チップ（１）から放出されて前記偏向部材（７）内に入射した電磁波（６）が、当該偏向部材（７）の上面（９）において取り出されるように、前記偏向部材（７）は構成および配置されており、
前記偏向部材（７）の上面（９）はテクスチャを有し、
前記偏向部材（７）の側面（８Ａ，８Ｂ）は、前記上面（９）より平滑に形成されており、
前記偏向部材（７）と半導体チップ（１）との間に接合層（１２）が配置されており、
前記接合層（１２）は、屈折率が前記半導体チップ（１）の材料の屈折率以下である材料を有し、
前記接合層（１２）の材料の屈折率は、前記偏向部材（７）の材料の屈折率より低い
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス半導体部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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の製造方法も開示する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２０１１／０１５４４９号および米国特許第８１４８７３４号明細書に、オプトエレクトロニクス半導体部品が記載されている。
【０００３】
本願の解決しようとする課題は、特に高効率であり、とりわけ光取り出し量が非常に多いオプトエレクトロニクス半導体部品、略して部品を、実現することである。また、本願の解決しようとする課題は、特に高効率のオプトエレクトロニクス半導体部品を製造する簡単な方法を実現することでもある。
【０００４】
本発明は、オプトエレクトロニクス半導体部品、略して部品を対象とする。当該部品は電磁波を、有利には光を放射するように構成されている。当該部品は動作中に赤外光、紫外光、有色光または白色光を放射する。
【０００５】
前記部品は少なくとも１つの半導体チップを有し、当該半導体チップは、１つより多くの半導体チップを、たとえば２つ以上の半導体チップを有することができる。
【０００６】
前記半導体チップは、好適には III-V 族半導体材料をベースとした半導体チップである。前記 III-V 族半導体材料は特に、窒化物化合物半導体材料またはリン化化合物半導体材料または砒化化合物半導体材料である。有利には、前記半導体チップは発光ダイオード（ＬＥＤ）チップである。
【０００７】
たとえば、前記半導体チップの厚さすなわち縦方向の寸法は小さい。有利には、前記半導体チップが基板レスである場合、１５μｍ未満の厚さを、有利には７μｍ未満の厚さを、たとえば５μｍまたは６μｍの厚さを有する。
【０００８】
前記半導体チップはたとえば、成長基板を除去した薄膜チップとすることができる。その際には前記半導体チップは、当該チップから出射する電磁波の大部分が当該半導体チップの主面から出射する面発光型となる。
【０００９】
また、前記半導体チップは、成長基板を備えた半導体チップとすることができる。前記成長基板は特に、電磁波透過性のサファイア基板等である。この場合、半導体チップを、当該チップの主面に対して直交または横方向に延在する側面から出射する電磁波の割合が著しく多いバルク発光体とすることもできる。
【００１０】
前記半導体チップは、電磁波とりわけ光を生成する活性領域を有する。半導体チップの主発光方向は有利には、当該半導体チップの発光面に対してたとえば直交する方向である。前記主発光方向には、半導体チップによって生成された電磁波のうち５０％を上回る量を放射することができ、有利には７０％を上回る量を放射することができる。主発光方向のこの定義はとりわけ、面発光型の半導体チップに当てはまる。
【００１１】
さらに、前記主発光方向は、前記半導体チップのエピタキシャル成長層の成長方向に対して平行な方向に電磁波のどの程度の割合が放出されるかに依存することなく、当該平行な方向によって定義することも可能である。主発光方向のこの定義はとりわけ、バルク発光型の半導体チップに当てはまる。
【００１２】
半導体チップは少なくとも１つの側面を有し、当該側面は有利には、半導体チップを囲うように延在し、当該半導体チップを横方向に区切る。前記側面は、部品ないしは半導体チップの横方向の主延在方向に対して交差または直交する。前記半導体チップはさらに、上面および下面を有し、上面および下面は、半導体チップの前記側面に対して交差または直交する。上面および下面は、部品ないしは半導体チップの横方向の主延在方向に対して平行である。
【００１３】
前記部品はさらに支持体も有することができる。その際には、半導体チップは支持体上に配置される。とりわけ、半導体チップの下面が支持体上に固定され、たとえばはんだ付けされる。前記支持体は、半導体チップを機械的に固定するために機能する。
【００１４】
半導体チップの動作中、当該半導体チップによって生成された電磁波の一部は当該半導体チップの側面から出射する。換言すると、電磁波の一部は主発光方向には放射されずに、横方向の主延在方向に対して直交方向に放射される。たとえば、生成された電磁波の最大５０％が側面から出射する。有利には、動作中の半導体チップから放射された放射のうち２０％から３０％まで、たとえば２５％が、当該半導体チップの側面から出射する。残りの電磁波、すなわち有利には、動作中の半導体チップから放射された電磁波の最大８０％、たとえば６０％または７０％は、当該半導体チップの上面から出射する。
【００１５】
前記部品はさらに、少なくとも１つの偏向部材も有する。この偏向部材は有利には一体形に形成されている。偏向部材は、均質材料から形成することができる。具体的には、偏向部材の材料の機械的および／または電気的および／または光学的特性、とりわけ屈折率は、当該偏向部材の複数の異なる場所において同じである。その際には特に、偏向部材を積層構造としないことが可能である。つまりこの実施形態では、たとえばそれぞれ屈折率が異なる複数の層を用いて偏向部材を構成することなく、たとえば、１つの均質材料から成る１つの厚い層によって偏向部材を構成する。
【００１６】
前記偏向部材は、偏向層として形成することができる。とりわけ、偏向部材の横方向の寸法は有利には、半導体チップの横方向の寸法より小さい。偏向部材の縦方向の寸法は、半導体チップの縦方向の寸法にほぼ一致するか、または等しい。偏向部材は、半導体チップによって生成されて当該半導体チップの側面から出射する電磁波を偏向するように構成されている。偏向部材は、半導体チップの側面をたとえば完全に被覆する。
【００１７】
偏向部材は電磁波透過性に形成されている。とりわけ前記偏向部材は、動作中に半導体チップにおいて生成され当該半導体チップから側方に出射した電磁波の全部または少なくとも一部が、当該偏向部材を透過できるように構成されている。偏向部材および半導体チップは、横方向に互いに隣接して配置されている。偏向部材は半導体チップの側面に配置されている。その際には、偏向部材を半導体チップの側面の一部にのみ位置するように配置することができる。これに代えて択一的に、偏向部材が半導体チップの側面全部に位置するように配置することも可能である。換言すると、偏向部材が半導体チップを囲うように配置することができる。この場合、偏向部材は有利には枠状に形成されている。
【００１８】
前記偏向部材は、半導体チップの、当該偏向部材に接する半導体材料の平均屈折率より屈折率が高い材料を有する。たとえば、生成される電磁波の波長が予め定まった波長（たとえば４５０ｎｍ）である場合、偏向部材の材料の平均屈折率は、半導体チップの半導体材料の平均屈折率より２％高く、特に１０％高い。有利には、予め定まった波長の場合、偏向部材の材料の平均屈折率は、半導体チップの半導体材料の平均屈折率より１０％以上高く、たとえば１５％または２０％高い。
【００１９】
偏向部材の屈折率が高く、これに伴って半導体と偏向部材との間に屈折率の大きな差があることにより、半導体チップによって生成されて当該半導体チップの側面にて出射する電磁波の一部は、偏向部材によって半導体チップの主放射方向に向かって偏向される。偏向部材の側面に入射した電磁波の一部は全反射されて、半導体チップの主放射方向に偏向される。
【００２０】
全反射が生じない場合、つまり、側方に出射した電磁波の入射角が全反射の臨界角より小さい場合には、側方に出射する電磁波が側面において反射する確率を上昇させることも可能である。換言すると、偏向部材によって、半導体チップの側面から出射した電磁波が主放射方向に偏向する確率を、側方に出射した電磁波の入射角に依存せずに上昇させることができる、ということである。上記または下記において、前記入射角は、電磁波が半導体チップおよび／または偏向部材の側面の一点に入射する角度を、当該一点を通る、当該半導体チップおよび／または偏向部材の側面における接平面法線を基準として表した角度とすることができる。この入射角が、当該側面における全反射の臨界角より小さい場合、電磁波の部分反射のみが生じる。この反射率は、前記偏向部材を設けることによって拡大することができる。
【００２１】
偏向部材の前記側面はたとえば、当該偏向部材の、半導体チップとは反対側の面において、当該半導体チップの側面に対して平行に延在する側面である。このことにより、電磁波が半導体チップの側面から出射することによる放射損失を減少させるか、または完全に回避することができる。このことにより、部品の光取り出し量が増加する。よって、非常に高効率の部品が実現される。
【００２２】
少なくとも１つの実施形態では、前記偏向部材は、半導体チップの側面の方に設けられた第１の側面を有する。偏向部材はさらに、前記第１の側面に対向する位置に配置された第２の側面も有する。第１の側面と第２の側面とは互いに平行に配置されている。第１の側面および第２の側面は、部品の主延在方向に対して直交する。
【００２３】
前記偏向部材の第１の側面は電磁波入射面となる。特に、前記半導体チップおよび／または偏向部材は、当該半導体チップの側面から出射した電磁波の一部が、当該偏向部材の第１の側面を介して当該偏向部材内に入射するように構成されている。
【００２４】
前記第１の側面ないしは電磁波入射面は、半導体チップと偏向部材との間の界面となる。電磁波入射面ないしは第１の側面は有利には、平坦またはプレーナ状に形成されている。電磁波入射面は有利には、半導体チップの側面に対して平行かつ対向する位置に配置されている。好適には、偏向部材の第２の側面も平坦またはプレーナ状に形成されている。
【００２５】
前記偏向部材は、当該偏向部材に入射した電磁波が当該偏向部材の第２の側面から出射するのを低減または防止するように構成および配置されている。たとえば、前記偏向部材に入射した電磁波のうち１０％未満が、たとえば５％または２％が、当該偏向部材の第２の側面において出射する。有利には、偏向部材に入射した電磁波の大部分、たとえば９０％以上が、当該偏向部材の第２の側面において全反射される。特に有利には、偏向部材に入射した電磁波のうち９５％以上、たとえば９８％または９９％が、第２の側面において全反射される。さらに、偏向部材の前記第２の側面に鏡面加工部を設けることも可能である。この鏡面加工部はたとえば、反射性の金属層を偏向部材の第２の側面にとりわけ直接設けたものとすることができる。
【００２６】
ここで「全反射」とは、第２の側面の一点を通る接平面法線を基準とした、電磁波が当該一点に入射する角度が、周辺媒質中における当該一点での全反射の臨界角より大きいことを意味する。この臨界角の測定には、上述の一点における接平面法線が重要である。
【００２７】
偏向部材の材料の屈折率が高く、かつ、第２の側面が平坦であることにより、電磁波が偏向部材から横方向に出射するのが格段に少なくなるか、または完全に阻止される。このようにして、半導体チップの側面から出射して偏向部材に入射した電磁波は、側方に失われることがほとんど無くなるか、または全く無くなる。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態では、前記偏向部材の上面は支持体とは反対側であり、当該上面は、偏向部材の第１の側面および第２の側面に対して直交または交差する。前記上面は、部品の横方向の主延在方向に対して実質的に平行である。
【００２９】
半導体チップから放出されて偏向部材に入射した電磁波が、当該偏向部材の上面において取り出されるように、当該偏向部材は構成および配置されている。たとえば、前記偏向部材の上面は前記電磁波の取り出しのために、テクスチャ（凹凸構造）を有する。この上面のテクスチャにより、順方向における電磁波の取り出しが容易になる。たとえば、偏向部材の上面を粗面加工することができる。この粗面加工を行うためには、偏向部材の上面をエッチング、ブラシ処理、研削またはサンドブラストすることができる。とりわけ、偏向部材の側面は、前記上面より平滑に形成されている。
【００３０】
偏向部材の側面および表面の上述の具体的な構成により、偏向部材の第２の側面において全反射された電磁波は上方向に、当該偏向部材の上面に向かって偏向され、当該上面において偏向部材から取り出される。具体的には、この電磁波は偏向部材から、半導体チップの主発光方向に取り出される。有利には、全反射した電磁波の９０％以上、特に有利には９５％以上、たとえば９８％が、偏向部材の上面において出射される。このようにして、部品の効率が上昇する。半導体チップおよび／または偏向部材から電磁波が側方に出射することによる放射損失は回避される。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態では、前記半導体チップの上面は支持体とは反対側であり、当該半導体チップから放出された電磁波の別の一部が、特に、当該半導体チップから主発光方向に放射された電磁波が、当該半導体チップの上面において取り出されるように、当該半導体チップは構成されている。好適には、半導体チップの前記上面はテクスチャを有する。半導体チップの前記上面はたとえば、エッチング、ブラシ処理、研削またはサンドブラストによって粗面加工することができる。前記上面は特に、半導体チップの下面および側面より粗くなっている。
【００３２】
好適には、半導体チップの側面から出射されない電磁波のうち８０％または９０％以上、特に有利には９５％、９８％または９９％が、当該半導体チップの上面において当該半導体チップから取り出される。このことにより、特に高効率の部品が実現される。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態では、前記部品は少なくとも１つの波長変換部材を有する。この波長変換部材は、半導体チップの上面から出射した電磁波の少なくとも一部を、２次電磁波に変換するように構成されている。前記波長変換部材はさらに、偏向部材の上面から出射した電磁波の少なくとも一部も、２次電磁波に変換するように構成および配置されている。
【００３４】
前記波長変換部材は、放射方向で見て前記偏向部材および半導体チップより下流に後置されている。波長変換部材を偏向部材および半導体チップから離隔して配置することもできる。これに代えて択一的に、波長変換部材を偏向部材および半導体チップに直接ないしは直に接するように配置することも可能である。
【００３５】
好適には、波長変換部材の横方向寸法は、偏向部材の横方向寸法と半導体チップの横方向寸法とを合わせた合計寸法に一致する。このことにより、偏向部材の上面から出射した電磁波と半導体チップの上面から出射した電磁波とが全て、波長変換部材に入射し、当該波長変換部材によって２次電磁波に変換することができる。
【００３６】
半導体チップから放出され側面から出射された電磁波が、偏向部材によって上方向に上面に向かって導かれることにより、通常は側方に失われてしまう光も、変換に使用することができる。また、半導体チップの延長線上に配置される波長変換部材の追加も不要となる。
【００３７】
少なくとも１つの実施形態では、前記偏向部材は、半導体チップの側面に直接接するように配置されている。具体的には、偏向部材の前記第１の側面が半導体チップの側面に直接接するように配置されている。この場合、偏向部材と半導体チップとの間に接合材料は存在せず、好適にはギャップも存在しない。このようにして、界面屈折による放射損失を回避することができ、部品の構成を非常に簡単に維持することができる。
【００３８】
少なくとも１つの実施形態では、前記偏向部材と半導体チップとの間に接合層が配置されている。この場合、偏向部材の第１の側面はこの接合層に直接接する。さらに、前記半導体チップの側面も接合層に直接接する。前記接合層は、たとえば接着層とすることができる。接合層は、偏向部材と半導体チップとを固定的に接合し、有利には永久接合するように機能する。このようにして、非常に安定的な部品を実現することができる。
【００３９】
前記接合層は、屈折率が半導体チップの材料の屈折率以下である材料を有する。接合層はたとえば、低屈折率シリコーン系接着剤、ＳｉＯ２、ＡｌＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２のうち少なくとも１つの材料を含むか、または少なくとも１つの材料から構成することができる。
【００４０】
好適には、接合層の材料の屈折率は偏向部材の材料の屈折率より小さい。また、接合層の材料の屈折率を、半導体チップの、これに接する材料の屈折率より大きくするか、または小さくするか、または等しくすることができる。接合層の屈折率が、半導体チップの、これに隣接する材料の屈折率にほぼ等しい場合、両材料の屈折率がほぼ等しいことにより、電磁波は半導体チップから接合層内へ移行するときに屈折することなく、ないしは、入射垂線から離れていく方向に屈折する。電磁波が接合層から偏向部材内へ移行するときには、入射垂線に向かう方向に屈折される。このようにして、偏向部材に入射した電磁波が第２の側面に入射する角度が大きくなる。このことにより、第２の側面における全反射率が上昇し、部品の効率がさらに上昇する。また、前記接合層によって、入射角が全反射の臨界角より小さくても、第２の側面における反射確率を一層上昇させることもできる。
【００４１】
少なくとも１つの実施形態では、前記偏向部材の下面は支持体を向いており、偏向部材の当該下面と支持体との間に鏡面層が配置されている。この鏡面層は好適には、支持体および／または偏向部材上に接着および／または蒸着および／またはスパッタ成膜されている。これと併用して、またはこれに代えて択一的に、鏡面層を偏向部材の第２の側面に設けることも可能である。その際には、前記鏡面層はたとえば、偏向部材の下面全体に沿って、かつ当該偏向部材の第２の側面全体に沿って延在することができる。
【００４２】
前記鏡面層は、偏向部材の下面に入射した散乱光を、当該偏向部材の第２の側面または上面に向かう方向に反射させることにより、部品の効率を向上させるために機能する。
【００４３】
少なくとも１つの実施形態では、前記半導体チップは窒化ガリウム（ＧａＮ）を有する。偏向部材はたとえば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化テルル、高屈折率シリコーンまたは窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を有することができる。
【００４４】
上述の材料は、機械的安定性が高いことを特徴とする。また、偏向部材の上述の材料は非常に高い屈折率を有し、特に、放出される電磁波の波長が予め定められた値である場合、その屈折率はいずれも、ＧａＮの屈折率より高い。偏向部材の材料と半導体チップの材料とで屈折率が異なることにより、半導体チップにより放出された電磁波の横方向での取り出しを減少または阻止することができる。
【００４５】
本発明はさらに、オプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法も対象としており、有利には、上述のオプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法を対象としている。特に、当該製造方法において製造される半導体部品は好適には、本発明の半導体部品に相当するものである。よって、部品に関して開示した構成はすべて、製造方法について開示した特徴でもあり、またその逆でもある。当該製造方法は以下のステップを有する。
【００４６】
まず最初に、支持体を準備する。この支持体は、前記半導体チップおよび偏向部材を支持するための支持構造体として適したものである。当該支持体は、半導体チップおよび偏向部材を固定するための固定部材として用いられる。
【００４７】
別のステップにおいて、前記少なくとも１つの半導体チップを準備する。この半導体チップは、有利にはＬＥＤチップである。
【００４８】
別のステップにおいて、前記少なくとも１つの偏向部材を準備する。偏向部材の材料は、半導体チップの材料の屈折率より大きい屈折率を有する。
【００４９】
別のステップにおいて、偏向部材の第１の側面が半導体チップの側面の側に来るように、当該半導体チップと偏向部材とを配置する。
【００５０】
オプションである別のステップにおいて、前記支持体を除去することができる。
【００５１】
別のステップにおいて、放射方向で見て前記偏向部材および半導体チップに波長変換部材を後置する。換言すると、半導体チップおよび偏向部材の次に波長変換部材を、当該半導体チップおよび偏向部材の上面に配置する。
【００５２】
半導体チップおよび偏向部材の上述のような具体的な配置および構成によって、半導体チップの側面から出射した電磁波を当該偏向部材によって偏向し、当該偏向部材の上面において当該偏向部材から取り出すことができる。このことにより、半導体チップから放出された電磁波の大部分が、有利には９０％を上回る電磁波が、特に有利には９５％を上回る電磁波が、たとえば９８％の電磁波が、波長変換部材に入射し、これによって当該大部分を変換に使用することができる。このようにして、放射損失を低減または完全に回避することができ、特に高効率の部品が実現される。
【００５３】
少なくとも１つの実施形態では、前記偏向部材は枠状である。特に、前記偏向部材は半導体チップを有利には完全に包囲する。半導体チップと偏向部材とは互いに固定的に接合され、有利には永久接合される。
【００５４】
半導体チップと偏向部材とを接合するためには、当該偏向部材と半導体チップとが形状接続するように、当該半導体チップを偏向部材に嵌め込む。このことにより、偏向部材と半導体チップとの間に設けられる接合材料は不要となる。よって、上述の半導体部品を簡単に製造することができる。
【００５５】
これに代えて択一的に、半導体チップと偏向部材とを接合するために、当該偏向部材と半導体チップとの間に接合層を設けて、当該偏向部材と半導体チップとが材料接続するように当該半導体チップを偏向部材に嵌め込む。その際には、半導体チップを偏向部材に嵌め込む前に、まず最初に、前記接合層を偏向部材の第１の側面および／または半導体チップの側面に設ける。これに代えて択一的に、まず最初に半導体チップを偏向部材に嵌め入れ、その後で初めて、半導体チップと偏向部材との間に接合層を設け、たとえば注入することも可能である。このようにして、半導体チップと偏向部材とを非常に安定的に接合することができ、これにより、非常に安定的な部品を実現することができる。
【００５６】
さらに、リソグラフィ法を用いて前記偏向部材を生成することも可能である。その際には、前記半導体チップの製造中に前記偏向部材を、たとえばスパッタリングまたはＣＶＤ等の成膜法によって設け、その次に、たとえば半導体チップの電磁波出射面と共にテクスチャ加工する。このようにして、偏向部材と半導体チップとを直接結合し、特に固定的に結合することができる。
【００５７】
以下、実施例と、これに関連する図面とを参照して、本部品および方法について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来技術の部品の側面図である。
【図２】部品の側面図である。
【図３】他の１つの実施例の部品の側面図である。
【図４】本発明の他の１つの実施例のオプトエレクトロニクス半導体部品の側面における反射確率例を示す図である。
【実施例】
【００５９】
図面中、同一、同様または同一機能作用の構成要素には、同一の符号を付している。図面と、当該図面中に示した各構成要素相互のサイズ比率は、実寸通りでないと捉えるべきである。むしろ見やすくするために、および／または理解しやすくするために、各構成要素を過度に大きく図示している場合がある。
【００６０】
図２に、オプトエレクトロニクス半導体部品、略して部品を示している。当該部品は半導体チップ１を、たとえばＬＥＤチップを有している。半導体チップ１は、たとえばＧａＮ等の半導体材料を有している。半導体チップ１は、電磁波６を放射する活性領域（明示的には示していない）を有する。好適には、前記半導体チップ１は有色光を放射し、たとえば青色光を放射する。
【００６１】
半導体チップ１は、当該半導体チップ１を囲うように延在する１つの側面４を有する。ここではもちろん、１つの側面４が囲うと捉えない場合、半導体チップ１の側面４は４つであると考えることも可能である。側面４は、部品ないしは半導体チップ１の主延在方向に対して垂直に延在する。
【００６２】
半導体チップ１はさらに、相互に対向した位置にある上面２と下面３とを有する。半導体チップ１の上面２は、当該半導体チップ１が電磁波６を主に放出する方向、または電磁波６の大部分を放出する方向にある、当該半導体チップの側面である。換言すると、上面２は半導体チップ１の主な光取り出し面である。
【００６３】
上面２はテクスチャ加工されており、たとえば粗面加工されている。このテクスチャ加工は、上面２をエッチング、サンドブラスト、ブラシ処理または研削することによって実現することができる。上面２は特に、半導体チップ１の下面３および側面４より粗くなっている。このようなテクスチャは、半導体チップ１からの光取り出しを改善するのに貢献する。とりわけ、上面２が上述のようにテクスチャ加工されていることにより、電磁波６が半導体チップ１の上面２からより出射しやすくなる。
【００６４】
半導体チップ１は電磁波６の大部分すなわち少なくとも５０％を、有利には８０％以上を、たとえば９０％を、当該半導体チップ１の上面２の方向に放射する。半導体チップ１はまた、電磁波６の一部を横方向にも放射し、電磁波６の当該一部は半導体チップ１の側面４も通って出射する。たとえば、半導体チップ１は電磁波６の５０％以下、たとえば２０％または３０％を、側方へ放射する。側面４は、半導体チップ１の副次的な光取り出し面である。
【００６５】
しかし、図１に示した部品のような慣用されている部品の場合、主放射方向で見て半導体チップ１に後置された光学部材、たとえば波長変換部材５等に、側方に放出された電磁波が当たることはない。換言すると、半導体チップ１の側面４から出射した電磁波６は、通常の部品の場合、変換に寄与することがない。上面２から出射した電磁波６のみが、変換に寄与することができる（図１参照）。半導体チップ１から側方に出射した電磁波は特に、通常の部品の効率に寄与することもない。このことは、図１（従来技術）に示された部品の効率低下の原因となる。
【００６６】
電磁波６が半導体チップ１から側方に出射することによる放射損失を減少または防止するため、図２の部品は偏向部材７を有する。この偏向部材７は、半導体チップ１によって生成された電磁波６のうち、当該半導体チップ１の側面４から出射する一部分を偏向し、特に、当該半導体チップ１の主放射方向（順方向）に戻すように構成および配置されている。このような構成により、半導体チップ１から側方に出射する電磁波６を、後置された光学部材（波長変換部材５）へ偏向し、これによって、部品の効率に寄与することができる。
【００６７】
偏向部材７および半導体チップ１は、固定用の支持体１１上に配置することができる（図３参照）。偏向部材７は、少なくとも部分的に電磁波透過性に形成されている。偏向部材７は第１の側面８Ａおよび第２の側面８Ｂを有し、両側面は互いに対向する位置に配置されている。第１の側面８Ａおよび第２の側面８Ｂは、半導体チップ１の側面４に対して平行に配置されている。第１の側面８Ａおよび第２の側面８Ｂは、部品ないしは半導体チップ１の主延在方向に対して垂直に延在する。
【００６８】
前記偏向部材７はさらに、上面９を有し、この上面９は、波長変換部材５と対向するように設けられている。上面９はテクスチャを有し、上面９は粗面加工されている。とりわけ、前記上面９は側面８Ａ，８Ｂより粗く、かつ、偏向部材７の下面より粗い。上面９は、サンドブラスト、エッチング、ブラシ処理および／または研削することができる。
【００６９】
偏向部材７および半導体チップ１は、横方向に互いに隣接して配置されている。本実施例では、偏向部材７と半導体チップ１とは互いに直接接するように配置されている。具体的には、偏向部材７の第１の側面８Ａが半導体チップ１の側面に直接接している。とりわけ、偏向部材７と半導体チップ１との間には接合材料が存在しない。
【００７０】
偏向部材７は一体形に形成されている。偏向部材７は、側面４の一部にのみ設けることが可能である。その際には特に、第１の側面８Ａは半導体チップ１の側面４の一部にのみ接している。この構成は特に、電磁波６が主に半導体チップ１の側面４の一部でのみ出射する場合に好適である。
【００７１】
上記構成に代わる択一的な実施例（概観しやすくするため、明示的には図示していない）では、前記偏向部材７は枠状とされている。当該実施例においても、偏向部材７は一体形に形成されている。この場合、偏向部材７は半導体チップ１を完全に包囲する。特に、半導体チップ１は偏向部材７に挿入されているかないしは差し込まれている。このようにして、半導体チップ１の側面４から出射した電磁波６をすべて、偏向部材７によって偏向することができる。
【００７２】
偏向部材７は高屈折率の部材とされている。偏向部材は特に、半導体チップ１の材料の平均屈折率より屈折率が高い材料を有する。たとえば、偏向部材７は材料として、ＴｉＯ２、ＴｅＯ２またはＩｎＧａＮを有する。放出される電磁波６の波長が予め定められた波長である場合（たとえば４００ｎｍ）、これらの材料はいずれも、半導体チップ１の材料、たとえばＧａＮ等の屈折率より高い屈折率を有する。
【００７３】
偏向部材７の材料の屈折率が高く、かつ、第２の側面８Ｂが平滑であり、かつ上面９がテクスチャ加工されていることにより、半導体チップ１の側面４から出射した電磁波６が偏向部材７によって、以下記載のように順方向に偏向される。
【００７４】
特に、側面４から放出された電磁波６は、偏向部材７の第１の側面８Ａに入射する。この電磁波６は、より低屈折率の媒質（半導体チップ１）からより高屈折率の媒質（偏向部材７）へ移行するときに入射垂線に向かって屈折する。電磁波６はその後、偏向部材７の第２の側面８Ｂ上の点１０に当たる。
【００７５】
点１０を通る接平面法線を基準とした、電磁波６が偏向部材７の第２の側面８Ｂの点１０に当たる角度は、当該点１０における全反射の臨界角より大きい。つまり、電磁波６は、入射した第２の側面８Ｂ上における点１０において全反射する、ということになる。有利には、第２の側面８Ｂに当たった電磁波の９０％以上が全反射する。このようにして、偏向部材７に入射した電磁波６の、第２の側面８Ｂにおける出射の大部分が阻止される。
【００７６】
電磁波６は点１０において、偏向部材７の上面９の方向に反射される。この上面９がテクスチャ加工されていることにより、上記全反射した電磁波の大部分は、偏向部材７のこの上面９から出射する。つまり上面９は、偏向部材７の光取り出し面である。有利には、全反射した電磁波の９０％以上、たとえば９５％、９８％または９９％が、偏向部材７の上面９から出射する。
【００７７】
さらに、偏向部材７の下面には、鏡面部材ないしは鏡面層１００を後置すること（つまり、たとえば偏向部材７と支持体１１との間に配置すること）も可能である。この鏡面層１００は、偏向部材７の下面に入射した電磁波６を反射することにより、当該偏向部材７の上面９の方向に偏向するように機能する。
【００７８】
このようにして偏向部材７の上面９から出射する電磁波６は、半導体チップ１の上面２から放出される電磁波６と全く同様に、主放射方向で見て半導体チップ１に後置された相応の構成の波長変換部材５に入射できるようになる。この波長変換部材５は、半導体チップ１の上面２に対向するように配置されている。偏向部材７の上面９から出射した電磁波６も波長変換部材５に入射できるようにするためには、波長変換部材５を、偏向部材７の上面９にも対向するように配置しなければならない。よって、波長変換部材５の幅または水平方向寸法は、図２に示されているように、半導体チップ１の幅と偏向部材７の幅とを合わせた全幅にほぼ一致するようにしなければならない。
【００７９】
上記偏向部材７を用いることにより、半導体チップ１によって生成された電磁波６の大部分、たとえば９０％、９５％または９９％を変換に使用することができる。半導体チップ１から側方に電磁波が出射することによる放射損失を減少または完全に回避することができる。よって、上述のようにして得られる部品は特に高効率となる。
【００８０】
図３は、他の１つの実施例の部品の側面図である。部品の一般的構成、特に半導体チップ１および偏向部材７の一般的構成の大部分については、図２についての説明を参照されたい。
【００８１】
同図では、図２に示した実施例との相違点として、偏向部材７は半導体チップ１に直接接していない。特に、第１の側面８Ａは半導体チップ１の側面４に直接接しておらず、半導体チップ１と偏向部材７との間には接合層１２が配置されている。
【００８２】
この接合層１２は、偏向部材７を半導体チップ１に固定的に接合するため、ないしは永久接合するために設けられている。接合層１２はたとえば接着層とすることができ、この接着層は偏向部材７と半導体チップ１との間に配置される。
【００８３】
前記接合層１２は、屈折率が半導体チップ１の材料（たとえばＧａＮ）の屈折率以下である材料を有する。さらに、接合層１２の材料の屈折率は、偏向部材７の材料の屈折率より低く、このことにより、図２の部品と同様、電磁波６が偏向部材７に入射するときに再び、より低屈折率の媒質からより高屈折率の媒質中に移行することとなる。
【００８４】
電磁波が半導体チップ１から接合層１２内に移行する際には、両材料の屈折率が等しいことにより、ないしは、当該接合層１２の屈折率の方が低いことにより、電磁波が屈折することはなく、もし屈折したとしても、入射垂線から離れていく方向に屈折する。電磁波が接合層１２から偏向部材７内に移行する際には、当該電磁波６は、より高屈折率の媒質内に移行するので、入射垂線に向かって屈折することとなる。その際、偏向部材７に入射した電磁波６が第２の側面８Ｂ上の点１０に入射するときの角度は、偏向部材７と半導体チップ１との間に配置された接合層１２によって拡大する。このようにして、第２の側面８Ｂ上の点１０における全反射率は上昇し、この全反射率の上昇により、部品の効率が上昇する。さらに、第２の側面における反射確率も上昇させることができる。
【００８５】
上述の部品は、以下のようにして製造される（特に図２および図３を参照されたい）。
【００８６】
第１のステップにおいて、上述の支持体を準備する。この支持体１１は、半導体チップ１および偏向部材７を機械的に固定するために用いられる。この支持体１１は、後で除去することが可能である。
【００８７】
別のステップにおいて、上述の半導体チップ１を設ける。次のステップにおいて、上述の偏向部材７を設ける。
【００８８】
次のステップにおいて、上述の波長変換部材５を設ける。この波長変換部材５は、半導体チップ１および偏向部材７から放出された電磁波６の少なくとも一部を、当該放出された電磁波６の波長とは異なる波長の別の電磁波に変換するように構成されている。
【００８９】
さらに別の光学部材を、たとえばレンズ等（明示的に図示していない）を設けることも可能であり、この別の光学部材は、偏向部材７および半導体チップ１から放出された電磁波を集束する部材とすることができる。
【００９０】
別のステップにおいて、半導体チップ１および偏向部材７を前記支持体１１上に配置するか、ないしは当該半導体チップ１と偏向部材７とを互いに配列することができる。この配置は、偏向部材７の第１の側面８Ａが半導体チップ１の側面４側に来るように行われる。
【００９１】
こうするためには、枠状に形成された偏向部材７と半導体チップ１とが形状接続するように、当該半導体チップ１を偏向部材７に嵌めることが可能である。その際には、接合材を用いること、たとえば接着剤を用いることは不要となる。
【００９２】
これに代えて択一的に、枠状の偏向部材７と半導体チップ１との間に接合層１２を配置して、偏向部材７と半導体チップ１とが材料接続するように、半導体チップ１を偏向部材７に嵌め入れることも可能である。たとえば、半導体チップ１を偏向部材７に差し込む前ないしは挿入する前に、接合層１２を偏向部材７の第１の側面８Ａに、または半導体チップ１の側面４に設けることができる。たとえば、各側面８Ａ，４にそれぞれ接着剤を塗布することができる。また、半導体チップ１を偏向部材７に挿入した後に、接合層１２を半導体チップ１と偏向部材７との間に挿入することも可能である。
【００９３】
これに代えて択一的に、偏向部材７が枠状でない場合、接合層１２を用いて、当該接合層１２を第１の側面８Ａに、および／または、半導体チップ１の側面４の一部領域に設けることにより、当該偏向部材７を半導体チップ１に固定することができる。その後、側面８Ａと４とを互いに接触させる。
【００９４】
別のステップにおいて、半導体チップ１および偏向部材７から放出される電磁波６の光路上に、波長変換部材５を配置する。特に前記波長変換部材５は、偏向部材７の上面９と、半導体チップ１の上面２とに対向するように配置される。
【００９５】
図４に、オプトエレクトロニクス半導体部品の周辺の空気との界面における、本願にて説明した２つの実施例のオプトエレクトロニクス半導体部品の１次の第１，２の反射確率の計算結果６１１，６２２を、半導体チップの側面における入射角αの関数として示す。第１の反射確率６１１は、図１を参照して説明した実施例のオプトエレクトロニクス半導体部品の場合の反射確率の計算結果であり、第２の反射確率６２２は、図２を参照して説明した実施例の場合の反射確率の計算結果である。よって、第１の反射確率６１１は、偏向部材７が設けられていない半導体チップ１の側面４において、側方に出射する電磁波６が偏向する確率を示しており、第２の反射確率６２２は、側方に出射した電磁波６が偏向部材７の側面８Ｂにおいて偏向する確率を示している。
【００９６】
第２の反射確率６２２の計算に際しては、偏向部材７の側面８Ｂに鏡面層が配置されていないと仮定した。したがって、側方に出射した電磁波６は、大きな屈折率差の箇所を２つだけ通ることとなり、最初の第１の屈折率差は、半導体チップ１の側面４によって形成された、当該半導体チップ１から偏向部材７への界面において生じ、第２の屈折率差は、偏向部材７の側面８Ｂによって形成された、当該偏向部材７から周辺空気への界面において生じる。当該計算ではさらに、使用される材料は、電磁波の吸収が実質的に生じない誘電体であるとの仮定も立てた。半導体チップ１の材料の屈折率はｎ＝２．６であり、それに対して、偏向部材７の材料の屈折率は１０％高く選択したと仮定した。入射角αは最大２３°までしか記録しなかった。というのも、空気への移行部における屈折率がｎ＝２．６の場合、全反射は、入射角がα＝２３．５８°に達したときに生じるようになるからである。よって、入射角αがこの値を上回ると、反射確率６１１，６２２は１００％になる。上記計算は１次でのみ行った。このことは、側方に出射した電磁波６が偏向部材７の側面８Ｂおよび／または半導体チップ１の側面４において複数回反射することにより生じる作用は考慮しなかったことを意味する。この作用は、上記結果に実質的に影響を及ぼすことがない。
【００９７】
両反射確率６１１，６２２は、２つの誘電体間の界面における反射確率の典型的な推移を示している。しかし、第２の反射確率６２２は常に、第１の反射確率６１１より高い。入射角αが小さい場合、第１の反射確率６１１は第２の反射確率６２２より最大４０％上昇する。しかし、偏向部材７および／または半導体チップ１の材料の屈折率を変えることにより、この上昇は、上記計算値を格段に上回ることが可能である。
【００９８】
第２の反射確率６２２の方がより高いことは、以下のように説明できると考えられる。偏向部材７が存在しない場合、側方に出射した電磁波７は、全反射の臨界角より小さい入射角αで側面４に入射すると、側面において反射および透過され、側方に出射して透過された電磁波６の方は、もはや使用されることがなくなってしまう。偏向部材７を設けると、側方に出射した電磁波は、偏向部材７の側面８Ｂにおいても反射することができる。半導体チップ１の材料の屈折率より高い屈折率を有する材料から偏向部材７が形成されていることにより、半導体チップ１の側面４における比較的小さい屈折率差に起因して生じる、半導体チップ１の側面４における反射確率の低下は、偏向部材７の側面８Ｂにおける反射確率の上昇によって補償される。
【００９９】
本願は、独国特許出願第１０２０１３１０２６２１．４号の優先権を主張するものであり、これを引用することにより、その開示内容は本願の開示内容に含まれるものとする。
【０１００】
本発明は、実施例を参照した上記説明を以て、当該実施例に限定されることはない。むしろ本発明は、他のいかなる特徴も、また各特徴のいかなる組み合わせも包含しており、これには特に、請求項にて記載した各特徴のいかなる組み合わせも包含されている。このことは、他の特徴または他の組み合わせ自体が、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い場合にも同様に当てはまる。
【図１】
0006279623.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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