CN102460745A - 光电子半导体器件 - Google Patents
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Abstract
在光电子半导体器件(1)的至少一个实施形式中,其具有壳体基体(2)和安置在壳体基体(2)上的至少一个光电子半导体芯片(3)。在工作中,光电子半导体芯片(3)发射初级辐射,其中初级辐射具有紫外的辐射部分。此外,半导体部件(1)包括滤光装置(4),滤光装置设置用于吸收初级辐射的紫外辐射部分,其中滤光装置(4)至少部分地位于在半导体芯片(3)和壳体基体(2)之间和/或在半导体芯片(3)和光学部件(7)之间。紫外的辐射部分相对于初级辐射的光学总功率为在0.1%和0.4%之间,其中包括边界值。
Description
提出了一种光电子半导体器件
参考文献US 2004/0238837A1涉及一种发射辐射的光学部件。
在参考文献US 2007/0018102A1中提出了一种具有发光转换元件的发光部件。
要实现的目的存在于,提供一种光电子半导体器件,其尤其是老化稳定的。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,其包括壳体基体。例如,壳体基体是由塑料、树脂或硅树脂组成的注塑件,所述注塑件能够一体式成形在导电框架上。同样可能的是,壳体基体包括电路板或由其组成。电路板能够具有陶瓷支承体或金属支承体,为了形成印制导线和/或连接位置而能够施加在电绝缘的和/或导电的涂层中和/或其上。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,其包括至少一个光电子半导体芯片,其安置在基体上。为此设置光电子半导体芯片以发射初级辐射,其中初级辐射包括缩写为UV辐射部分的紫外线辐射部分。例如,光电子半导体芯片是发光二极管或半导体激光芯片。UV辐射部分能够包括在200nm和400nm之间的波长,其中包括边界值。换而言之可以称作为紫外辐射,其具有在200nm和400nm之间的波长的辐射,其中包括边界值。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,其包括滤光装置,为此设置所述滤光装置以吸收初级辐射的UV辐射部分。也就是说,由于滤光装置,UV辐射部分在穿过滤光装置之后衰减了至少50%,优选至少80%,尤其优选至少95%。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置完全地或部分地位于在半导体芯片和壳体基体之间。因此,通过滤光装置阻止由半导体芯片发射的初级辐射的UV辐射部分的至少一部分到达壳体基体。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置部分地或完全地位于半导体芯片和光学部件之间。光学部件能够为透镜和/或反射器。可能的是,光学部件是半导体器件本身的组成部分。因此,相比较于没有这种滤光装置的半导体器件,通过滤光装置能够降低到达到光学部件的UV辐射部分。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,在初级辐射的光学总功率上的UV辐射部分总计为在0.1%和4.0%之间的部分,其中包括边界值。优选的是,UV辐射部分相对于光学总功率位于在0.2%和3.0%之间,尤其在0.25%和2.5%之间,其中包括边界值。例如仅具有大于400nm波长的剩余的辐射部分,优选位于可见的谱区域中。即,由半导体芯片发射的初级辐射的UV辐射部分总计仅占总辐射的小部分。
在光电子半导体器件的至少一个实施形式中,其具有壳体基体和安置在壳体基体上的至少一个光电子半导体芯片。在工作中,光电子半导体芯片发射初级辐射,其中初级辐射具有UV辐射部分。此外,半导体部件包括滤光装置,为此设置所述滤光装置,以吸收初级辐射的UV辐射部分,其中滤光装置至少部分地位于在半导体芯片和壳体基体之间和/或在半导体芯片和光学部件之间。UV辐射部分相对于初级辐射的光学总功率为在0.1%和4.0%之间,其中包括边界值。
通过短波辐射、即尤其是具有小于等于400nm的波长的紫外辐射的作用会导致壳体基体、由半导体芯片围绕的浇注体或光学元件的变色,其中所述光学元件由塑料形成。由于这种变色,例如降低壳体基体的反射度并且因此同样降低从半导体器件出来的光输出耦合效率。变色可以被阻止或明显延缓,其中避免:紫外的辐射到达例如壳体基体或光学元件。这能够通过滤光装置实现,所述滤光装置优选与半导体芯片在空间上接近。换而言之,尤其在芯片附近吸收初级辐射的UV辐射部分或者至少将其强烈地降低,使得UV辐射部分例如没有到达壳体基体。因为UV辐射部分相对小,所以通过滤光装置本身没有显著地使得半导体器件的效率变差。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,在至少一个层中的滤光装置外延地沉积在半导体芯片上。因此,滤光装置能够由外延生长的层组成。滤光装置优选具有不同于半导体芯片的其他的材料成分。例如,因而滤光装置包括一个或多个外延地施加到半导体芯片上的InGaN层,所述层优选显出大约400nm的吸收边界。滤光装置可以直接地在半导体芯片的半导体材料上生长,或者通过例如导电层的中间层与半导体芯片的半导体材料分离。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置具有如二氧化钛的氧化钛、和/或氧化锌或由其中一种组成。例如,氧化钛或氧化锌嵌入到滤光装置的基体材料中。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式,滤光装置以层的形式安置在半导体芯片上。优选的是,滤光装置的层完全地或者局部地直接与半导体芯片接触。例如,由滤光装置覆盖半导体芯片的整个的、暴露的外表面。半导体芯片可以完全地由滤光装置和壳体基体所围绕。
根据光电半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置在含硅的层的背离半导体芯片的侧上封闭。例如,因而滤光装置具有粗糙或者多孔的、背离半导体芯片的表面,所述表面是易受氧化影响的。通过含硅的、例如借助玻璃、硅树脂或环氧化物-硅树脂-混合材料形成的或由其组成的层能够保护滤光装置免于环境影响。层的材料尤其不同于浇注体的材料。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置与半导体芯片直接接触。即,滤光装置至少局部地与半导体芯片的半导体材料成直接的物理接触。优选外延生长与滤光装置直接接触的半导体材料。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,将滤光装置形成为薄片。薄片优选是以机械方式自支承的,即薄片在半导体芯片的棱边长度的长度尺度上不弯曲或不显著弯曲。优选的是,薄片包括至少一种发光材料。薄片能够具有硅树脂或硅树脂-环氧化物作为用于滤光装置的滤光颗粒和/或用于发光材料颗粒的基体材料。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置位于其中嵌入有发光材料的材料和半导体芯片之间。具有发光材料的材料能够与滤光装置处于直接的接触并且滤光装置能够与半导体芯片处于直接的接触。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,薄片借助滤光颗粒安置在半导体芯片上并且在此优选与所述半导体芯片直接接触。例如,薄片完全地覆盖半导体芯片的背离壳体基体的上侧。增附剂能够位于薄片和半导体芯片之间。薄片优选具有5μm和100μm之间、尤其在10μm和60μm之间的厚度,其中包括边界值。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,将滤光装置附给浇注体,其中浇注体部分地或完全地围绕半导体芯片。特别的是,半导体芯片完全地被壳体基体和浇注体所封闭。例如,浇注体充满壳体基体的凹槽,半导体芯片安置在所述凹槽中。优选的是,滤光装置均匀地分布在浇注体中。同样还可能的是,滤光装置不均匀地分布在浇注体中。浇注体可以成型为光学部件。浇注体的材料例如是硅树脂、环氧化物和/或塑料。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置具有纳米颗粒或由其组成。纳米颗粒优选具有在0.5nm和100nm之间的平均直径,其中包括边界值。例如,如在参考文献US 2004/0007169A1中提出的那样构成纳米颗粒,其关于纳米颗粒的公开内容通过引用结合于此。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置施加在壳体基体的和/或能够是半导体器件的组成部分的光学部件的至少一个边界面上。滤光装置因此能够作为具有优选最高50μm厚度的层位于基体壳体的至少一侧和/或光学部件的至少一侧上。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,光学部件局部地与壳体基体和/或滤光装置直接接触。也就是说,壳体基体的材料能够与光学部件的材料直接接触。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,壳体基体由透明的或白色的塑料形成。在壳体基体的材料中,由于紫外辐射、因此尤其由于具有200nm和400nm之间的波长的辐射会引起光损害,其中所述波长包括边界值。因此,由于紫外辐射作用,壳体基体能够变色,例如变黄。通过滤光装置的应用,能够实现将这种材料用于壳体基体,由此能够降低制造费用。
特别的是,通过滤光装置的应用能够将耐高温材料用于壳体基体。在此,耐高温优选表示,壳体基体在焊接中产生的例如至少245℃的温度中无破坏地经受住至少10s的时段。这种材料例如是聚酰胺、尤其是聚邻苯二甲酰胺或简称PPA,或设有填充材料和/或稳定剂的聚酰胺,其相对于紫外的或蓝色的辐射仅显出相对低的稳定性。还能够通过滤光装置的应用至少部分地省去提高成本的、推迟形成光损害的填充材料。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置构成为膜。膜的层厚度优选为10μm和100μm之间,尤其在25μm和75μm之间,其中包括边界值。滤光装置是膜能够表示滤光装置机械柔性地构成。换而言之,滤光装置能够在符合例如光电子半导体芯片的棱边长度的长度尺度上弯曲。可能的是,构成为膜的滤光装置不是机械自承的。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置包括散射装置,其中散射装置优选对于可见的辐射透明地或者反射地构成。例如,散射装置以颗粒形构成并且引入到滤光装置的基体材料中。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式,滤光装置对于可见光是透射的、尤其透视。换而言之,相对于紫外的辐射,可见辐射没有或者没有显著地损害滤光装置。
下面,根据实施例结合附图详细阐明在此说明的半导体器件。在此,相同的附图标记在各个附图中说明相同的元件。然而在此,不示为按照比例关系的,相反地,为了更好的理解,能够夸张大地示出各个元件。
其中
图1至6示出在此说明的光电子半导体器件的实施例的示意剖视图,和
图7示出二氧化钛的反射度与波长的相关性的示意图。
在图1中示出光电子半导体器件1的实施例。例如通过反射的、白色的、注塑的塑料材料形成的壳体基体2具有凹槽10。在凹槽10中安置例如发光二极管的光电子半导体芯片3。为了简化示图,在图中没有示出其上安置有半导体芯片3的导体框架。
用浇注体6优选完全地填入壳体基体2的凹槽10,使得半导体芯片3完全地被浇注体6和壳体基体2围绕。浇注体6优选均匀地混有可以处于滤光颗粒形式的滤光装置4。滤光装置4吸收由半导体芯片3发射的初级辐射的紫外辐射部分,简称UV辐射部分。由此避免初级辐射的UV辐射部分达到壳体基体2,或者至少显著地降低到达到壳体基体2的初级辐射的该UV辐射部分。经此,例如避免或者延缓了壳体基体2的塑料材料的变色。在此,UV辐射部分总计仅为由半导体芯片3发射的总辐射的一小部分。尤其可见的、由半导体芯片3发射的辐射部分优选能够未受影响或者基本未受影响地穿过具有滤光装置4的浇注体6。
在根据图2的实施例中,滤光装置4实施为外延层13。滤光装置4能够与半导体芯片3一体地形成,其在图2中通过虚线表示。一体地可以表示,滤光装置4与半导体芯片3机械固定地并且无连接剂地连接。例如,滤光装置4与半导体芯片3的外延生长的半导体材料直接接触。
还根据图2,具有滤光装置4的半导体芯片3位于壳体基体2的凹槽10中。相反于图2,其中在剖切图中凹槽10的横向的边界面示为直部段,凹槽10的根据图2的横向边界面是弯曲的。凹槽10的横向的边界面能够作用为反射器,其有目的地反射由半导体芯片3发射的辐射。
在图3中示出,层形式的滤光装置4位于半导体芯片3上。滤光装置4优选具有二氧化钛或由其组成。例如,滤光装置4通过溅射或通过气相淀积产生。此外,滤光装置4和半导体芯片3被含硅的层8所封闭。通过含硅的层8,例如二氧化硅、氮化硅、硅树脂或玻璃,能够抑制滤光装置4的光反应性,因此尤其是二氧化钛的光反应性。通过突出于凹槽10的浇注体6,形成例如聚光透镜形式的光学部件。不同于在图3中示出的,光学部件7还能够菲涅尔透镜形地构成。
在根据图4A的实施例中,在壳体基体2和半导体芯片3之间存在镜11,其对于由半导体芯片3发射的初级辐射起反射作用。凹槽10的横向边界面由作为层施加到横向边界面上的滤光装置4所覆盖。例如压印、气相淀积或溅射所述层。在此,滤光装置4优选对于由半导体芯片3发射的初级辐射的、具有在可见谱区域中的波长的部分起反射作用。
不同于在根据图4B的实施例中,在图4A中,凹槽10的底面没有或者基本没有被滤光装置4所覆盖,半导体芯片3和镜11安置在所述底面上。此外,根据图4B,半导体芯片3具有到凹槽10的底面的相对较大的距离。在半导体芯片3和凹槽10的底面之间存在中间支承体12,所述支承体例如实施为连接垫座。由于这个实施形式,尤其有效地阻止初级辐射的UV辐射部分达到壳体基体2。
根据图5,壳体基体2通过具有没有示出的印制导线的电路板形成,半导体芯片3施加到所述电路板上。通过优选机械自承的薄片5形成滤光装置4,所述薄片例如具有10μm和100μm之间的厚度。通过滤光装置4阻止初级辐射的UV辐射部分到达到构成为光学部件7的浇注体6,所述浇注体连同平坦形成的壳体基体2一起完全地围绕半导体芯片3。
代替作为机械自承的薄片5的滤光装置4的构型,不同于例如在图3至5中说明的,滤光装置4能够形成为机械柔性的膜。同样可能的是,将硅树脂膏形式的滤光装置施加到半导体芯片上或还施加到凹槽10或壳体基体2的边界面上,所述硅树脂膏尤其混有氧化钛或氧化锌。膏接下来尤其能够以热学方式完全硬化。
在根据图6的实施例中,滤光装置4连同壳体基体2一起完全地围绕半导体芯片3。在半导体芯片3和壳体基体2之间能够可选地存在图6中没有示出的镜11。
不同于图6示出的,滤光装置4还能够以透镜形的形式围绕半导体芯片3。这种形式例如通过以点滴工艺施加滤光装置4来形成。例如,滤光装置4的基体材料能够匹配浇注体6的材料,使得这些材料显出彼此间良好的附着特性。
在图7中,对于二氧化钛根据波长λ示出了反射性R的变化曲线。二氧化钛的反射性在大约400nm之下显著地降低。尤其在多重反射中,例如当反射装置4具有大量反射颗粒时,能够有效地通过这种滤光装置4从初级辐射中滤除具有低于400nm的波长的UV辐射部分,其中在所述滤光颗粒上多次地反射初级辐射。尤其通过二氧化钛来吸收没有反射的UV辐射部分。
可能的是,滤光装置的滤光颗粒同时作为散射颗粒使用。浇注体和/或滤光装置还能够分别添加有例如基于钇-铝-石榴石:Cer的发光材料,为此设置所述发光材料,以将初级辐射的蓝色的辐射部分完全地或部分地转换为长波辐射。
例如,半导体芯片3在大约444nm波长处显示最大辐射发射,其中光学总功率大约为0.4105W并且在400nm之下的辐射功率位于最高0.0064W。这符合在光学总功率上为大约1.6%的紫外的辐射部分。在大约450nm的波长中,光学总功率大约为0.3902W并且UV部分的为大约0.0047W,在大约457nm的波长和大约0.3956W的光学总功率中,光学功率在UV方面大约为0.0025W,并且在大约465nm的波长和大约0.3353W的光学总功率的情况下在紫外光谱区域中为大约0.0013W。
本发明不通过借助实施例的说明受限。相反地,本发明包括任意新的特征以及特征的任意组合,这尤其包括在专利权利要求中的特征的任意组合,即使所述特征或所述组合本身没有在专利权利要求或实施例中明确说明。
本专利申请要求德国专利申请102009025266.5的优先权,其公开内容通过引用结合于此。
Claims (14)
1.光电子半导体器件(1)具有
-壳体基体(2),
-至少一个光电子半导体芯片(3),其安置在所述壳体基体(2)上并且设置用于发射初级辐射,其中所述初级辐射包括紫外的辐射部分,以及
-滤光装置(4),其设置用于吸收所述初级辐射的紫外的辐射部分,其中所述滤光装置(4)至少部分地位于在所述半导体芯片(3)和所述壳体基体(2)之间或在所述半导体芯片(3)和光学部件(7)之间,
并且其中所述紫外辐射部分在所述初级辐射的光学总功率上共计为在0.1%和4.0%之间的部分,其中包括边界值。
2.根据上一权利要求所述的光电子半导体器件(1),其中所述紫外的辐射部分位于在200nm和400nm之间的光谱范围中,其中包括边界值。
3.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体器件(1),其中所述滤光装置(4)在至少一个层(13)外延地沉积在所述半导体芯片(3)上,其中所述滤光装置尤其包括InGaN。
4.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体器件(1),其中所述滤光装置(4)包括氧化钛和/或氧化锌或由此组成。
5.根据权利要求1、2或3所述的光电子半导体器件(1),其中所述滤光装置(4)由氧化钛和/或氧化锌组成并且作为层安置在所述半导体芯片(3)上,其中所述滤光装置(4)在含硅的层(8)的背离所述半导体芯片(3)的侧上被封闭。
6.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体器件(1),其中所述滤光装置(4)与所述半导体芯片(3)直接接触。
7.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体器件(1),其中所述滤光装置(4)通过包含发光材料的硅树脂薄片(5)或硅树脂环氧化物-薄片(5)形成,所述薄片附有滤光颗粒,其中将所述薄片(5)安置在所述半导体芯片(3)上。
8.根据上一权利要求所述的光电子半导体器件(1),其中所述薄片(5)具有在5μm和100μm之间的厚度(T),其中包括边界值。
9.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体器件(1),其中浇注体(6)附有所述滤光机装置(4),所述浇注体部分地或完全地围绕所述半导体芯片(3)。
10.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体器件(1),其中所述滤光装置(4)包括纳米颗粒或由其组成,其中所述纳米颗粒具有在0.5nm和100nm之间的平均直径,其中包括边界值。
11.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体器件(1),其中将所述滤光装置(4)施加在所述壳体基体(2)的和/或所述光学部件(7)的至少一个边界面上,其中所述光学部件(7)局部地与所述壳体基体(2)和/或所述滤光装置(4)直接接触。
12.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体器件(1),其中所述壳体基体(2)由透明的或白色塑料形成,通过紫外辐射能够在所述透明的或白色塑料中引起光损害。
13.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体器件(1),其中所述滤光装置(4)是膜。
14.根据上述权利要求之一所述的光电子半导体器件(1),其中所述滤光装置(4)包括散射装置(9),其中所述散射装置(9)对于可见辐射是透明的或起反射作用的。
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