CN102473717A - 发射辐射的半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发射辐射的半导体器件，其包括：发光二极管芯片(1)，其具有至少两个可彼此无关地工作的发射区域(2a、2b)；以不同方式构建的至少两个转换元件(31、32)，其中每个发射区域(2a、2b)设置用于在发光二极管芯片(1)工作时产生电磁初级辐射，每个发射区域(2a、2b)均具有发射面(21、22)，初级辐射的至少一部分通过所述发射面从发光二极管芯片(1)耦合输出，转换元件(31、32)设置用于吸收初级辐射的至少一部分并且再发射次级辐射，以不同方式构建的转换元件(31、32)设置在不同的发射面下游；电阻元件(4)，其与发射区域(2a、2b)中的至少一个串联或并联连接。
Description
本发明说明了一种发射辐射的半导体器件。
文献US 2007/0252512A1描述了一种发射辐射的半导体器件。
为了借助发光二极管芯片产生混合色的、特别是白色的光，可以在由发光二极管芯片发射的初级辐射的光路中使用转换元件，以便将一部分短波初级辐射转换为长波次级辐射。
初级辐射与次级辐射的强度关系确定所发射的光的发射色彩。在实际中，一方面，不同发光二极管芯片的初级辐射的波长有差别，即使这些发光二极管芯片一起制造并且例如来自同一个晶片；而且另一方面，转换元件的光学厚度也有差别，使得导致所形成的发射色彩不被希望的分布。
所述问题可以如此解决：在足够大的产量中，通过测量具有在确定的所希望的边界内的发射色彩的发光二极管芯片来将发光二极管芯片分类(所谓的Binning(分类))。由此产生不可使用的次品，导致这种方法只能有限经济性地施行。
本发明要达到的目的是提供一种发射辐射的半导体器件，其中所发射的光的色彩可以调节。
根据发射辐射的半导体器件的至少一个实施形式，半导体器件包括发光二极管芯片。该发光二极管芯片包括至少两个可彼此无关地工作的发射区域。
这就是说，该发光二极管芯片分离为至少两个发射区域，其可以彼此无关地工作。在发射区域内，可以同时或在不同的时间产生电磁辐射。此外，可以以不同的电流强度为所述发射区域供电，使得可以从发射区域中产生具有彼此不同的强度的电磁辐射。
根据发射辐射的半导体器件的至少一个实施形式，发光二极管芯片包括至少两个以不同方式构建的转换元件。“以不同方式构建”在此表示当以相同波长和相同强度的电磁辐射照透转换元件时，这些转换元件发射出彼此不同的次级辐射。例如，转换元件可以在其几何尺寸，例如其厚度、和/或其组成方面彼此区别。例如，第一转换元件可以包含第一发光材料，而第二转换元件包含第二发光材料。不同转换元件的发光材料的浓度也可以不同。
根据半导体器件的至少一个实施形式，发光二极管芯片的每个发射区域均设置用于在工作时产生电磁初级辐射。发射区域例如可以分别具有有源区，在其中当发光二极管芯片工作时，可以产生电磁辐射。发射区域可以具有以相同方式形成的有源区，使得在发射区域中产生的初级辐射分别具有相同的波长。
发射区域的产生例如可以通过发光二极管芯片的接触部的结构化来实现。优选地，在此具有较差横向导电能力的接触部被结构化。于是，发射区域可以包括共同的、延伸通过整个发射区域的有源层，使得发射区域的有源区以相同方式构建。
接触部的结构化可以通过在发射区域之间的部位上完全没有接触部来实现。此外在发射区域之间存在具有高接触阻抗的部位也是可能的，这些部位引起发射区域的电去耦。此外，为了将半导体芯片分离为多个发射区域而将发光二极管芯片的半导体本体自身结构化也是可能的，使得例如有源层被切断。
根据半导体器件的至少一个实施形式，发光二极管芯片的每个发射区域都具有发射面，至少一部分初级辐射通过这些发射面从发光二极管芯片耦合输出。这些发射面例如在发光二极管芯片的上侧设置在该发光二极管芯片的主面中。
根据半导体器件的至少一个实施形式，转换元件设置用于吸收初级辐射的至少一部分，并用于再发射次级辐射。例如，初级辐射涉及蓝光波长范围的电磁辐射。于是转换元件可以设置用于再发射黄光作为次级辐射。初级辐射和次级辐射可以混合成白光。
根据半导体器件的至少一个实施形式，以不同方式构建的转换元件设置在发光二极管芯片的不同发射面下游。这就是说，发光二极管芯片的发射区域中的至少两个分别具有发射面，其中每个发射面下游均设置有转换元件并且转换元件在其构造方面彼此不同。以该方式，从两个发射面发射的混合光彼此不同。
根据发射辐射的半导体器件的至少一个实施形式，发射辐射的半导体器件包括电阻元件。电阻元件为具有可预先给定的、优选可调节的电阻的器件。该电阻元件至少与发射区域的其中之一串联或并联连接。该半导体器件在此也可以具有多个电阻元件，其可以与不同的发射区域相关。
例如，发光二极管芯片的发射区域可以串联或并联连接。为了可以调节从发射区域发射的初级辐射的强度关系，在串联的情况下可以将电阻元件与发射区域并联连接，而在并联的情况下，可以将电阻元件与发射区域串联连接。在此，发射区域的并联连接提供的优点为共同的负极或正极，如此可以减少半导体器件的发光二极管芯片的制造费用。
例如，发射辐射的半导体器件在工作时设置为发射白光，其中在发射区域中产生的例如蓝光被转换元件至少部分地波长转换为使得形成白光。发射区域在此情况下优选彼此并联连接，阻抗元件串联连接。在此证明为特别有利的是：阻抗元件串联连接在发射区域之前，该阻抗元件的发射区域下游连接有转换元件，与在半导体器件中存在的其他转换元件相比，该转换元件将在该发射区域中产生的电磁辐射较不强烈地转换。例如，该转换元件为此较薄地构成或者发光材料的浓度在该转换元件中小于在其他的转换元件中。换言之，阻抗元件与如下发射区域串联连接，与半导体器件中的其他发射区域与转换元件对相比，或者与半导体器件中的所有其他发射区域与转换元件对相比，所述发射区域与其转换元件一起例如发射较蓝的光。现在表明，通过该措施可以至少部分地补偿转换元件随着温度升高的效率变化。此外，该措施在对器件调光时使得色温朝着暖白色偏移，这使半导体器件的用户觉得舒适。
提供一种发射辐射的半导体器件，其具有发光二极管芯片和电阻元件。发光二极管芯片包括至少两个可彼此无关地工作的发射区域，电阻元件与发射区域中的至少一个串联或并联连接。此外，该发光二极管芯片包括至少两个以不同方式构建的转换元件。发光二极管芯片的每个发射区域均设置用于在工作时产生电磁初级辐射，并且每个发射区域均具有发射面，至少一部分初级辐射通过该发射面从发光二极管芯片耦合输出。转换元件设置用于吸收至少一部分初级辐射并且再发射次级辐射，其中以不同方式构建的转换元件设置在不同的发射面下游。
因此，根据至少一个实施形式提出了如下半导体器件，该半导体器件包括带有至少两个发射区域的、划分过的发光二极管芯片，其发射区域可以被彼此独立地电激励。用于发射区域的转换元件可以具有不同的发射波长和/或不同的发射强度。根据第一测量可以借助电阻元件调节在发射区域中产生的初级辐射的强度。总的来说，以这种方式提出了一种可以调节限定总发射的色彩的半导体器件。
此外，尤其也可能的是在发射区域的至少一个发射面下游未设置转换元件。于是，在工作时由该相关的发射面发射例如未转换的、例如蓝色的光。于是，其余发射面可以包括稍许过转换的转换元件。这就是说从这些带有发射面的发射区域与转换元件的对发射的混合光稍微朝着从所述转换元件发射的光的色彩偏移。以这种方式，一方面可以借助小的阻抗变化实现大的色彩变化，而且另一方面可以借助串联电阻的高阻值工作，这引起半导体器件的效率改进。
在前述的发射辐射的半导体器件中，根据至少一个实施形式，电阻元件也可以是与发光二极管芯片在空间上分离的部件。例如发光二极管芯片对于每个发射区域可以包括至少一个接触部位，在所述接触部位上可以连接外部的电阻元件。于是，该电阻元件例如可以具有可调节的阻抗，使得发射辐射的半导体器件为可调整色彩的光源。
例如，在该实施形式中电阻元件可以设置在发光二极管芯片和电阻元件的共同支承体上。这种支承体例如可以为电路板，在该电路板上也设置了其他的电子部件，例如电子存储单元。发射区域所产生的初级辐射的不同的激励模式和强度关系可以借助存储单元来存储，并且其对于发射辐射的半导体器件的工作是可调用的。
根据发射辐射的半导体器件的至少一个实施形式，阻抗元件集成在发光二极管芯片中。为此，阻抗元件例如可以集成在发光二极管芯片的发射区域的支承体中。此外，可以将阻抗元件设置在发光二极管芯片的外表面上。两种情况均允许特别紧凑构造的发射辐射的半导体器件。
根据发射辐射半导体器件的至少一个实施形式，阻抗元件构成为层，其施加在发光二极管芯片的外表面上。所述层例如可以构成为金属层或由掺杂的半导体材料制成的层。所述层例如可以直接施加在发光二极管芯片的半导体本体上。例如，将该层施加在也包括各个发射区域的发射面的主面上。这就是说，所述层例如在发光二极管芯片的上侧设置在该发光二极管芯片上。
此外，可以将阻抗元件设置在发射面之下。该阻抗元件例如可以设置在发光二极管芯片和支承体之间。
根据发射辐射半导体器件的至少一个实施形式，形成阻抗元件的层具有多个导电区段。所述导电区段例如构成为带状的并且至少局部地彼此连接。例如，所述层的区段可以形成网状的格栅。这些区段中的至少一个可以为了调节阻抗元件的阻抗而被切断。在发光二极管芯片工作时于是可以没有电流流过这些区段。通过切断所述导电区段中的至少一个减小了阻抗元件的两个连接部位之间的导电连接部的数量，使得阻抗元件的电阻可以通过所述切断变大。
可替代地，也可以通过将预先给定的导电的子结构至少部分地彼此连接来改变阻抗。所述导电连接例如可以通过粘合材料或电镀来施加。
根据发射辐射的半导体器件的至少一个实施形式，在发光二极管芯片的每个发射面下游均设置有转换元件，其中初级辐射和次级辐射分别混合为白色的混合光。这就是说，在此实施形式中发光二极管芯片从每个发射面发射白色的混合光。各个发射面的混合光对于观察者又混合为总体光。在此，不同发射面的混合光可以在其色度坐标和/或其色温和/或其亮度方面彼此区别。
根据发射辐射的半导体器件的至少一种实施形式，以不同方式构建的转换元件在其厚度方面彼此区别。在此，转换元件的厚度例如在垂直于发光二极管芯片的第一主面的方向上测量，发光二极管芯片的发射面也位于该方向上。为了制造以不同方式构建的转换元件，例如可以在所有的发射面上施加相同的转换元件，其中例如可以通过如下方式调节转换元件的厚度：分级形式的注塑，或者发射面之上的材料去除-例如借助分级工具进行磨削或锯割，或者借助刻蚀或消融进行位置选择性的去除。
对于使用不同厚度的转换元件可替代地或者额外地，也可以应用不同材料组成的转换元件。此外，也可以使用多层的转换元件，其中例如转换元件的不同层可以包括不同的发光材料。还有在这样的转换元件中，可以通过调节转换元件的各个层的厚度来调节所形成的混合光的色度坐标。例如，转换元件可以是层压在一起的、多层的转换元件，该转换元件在不同的发射面之上具有其层的不同厚度。可替代地，可以在不同的发射面上安放彼此不同的转换元件，所述转换元件例如以可以由陶瓷发光材料组成的陶瓷薄片的形式存在。
根据发射辐射的半导体器件的至少一种实施形式，至少一个发射面在横向方向上被至少一个其他发射面围绕。在此，该横向方向是与发光二极管芯片的包括发射面的第一主面平行的方向。
例如，发光二极管芯片包括设置在第一主面中间的发射面。其他的发射面围绕着所述第一发射面设置。发射面这种布置可以促使发光二极管芯片的总体光的混合光混合在芯片层面上已经发生，使得在发光二极管芯片的远场中显示为均匀发射的。于是可以省去用于光混合的附加的光学元件，例如以漫射方式散射的板。由于通过至少一个其他发射面在横向方向上围绕至少一个发射面而实现了如下发射辐射的半导体器件，与例如在沿着直线布置发射面的情况下相比，在该半导体器件的情况下更为均质地发射混合光。
各个发射面的、其中发射面分别构建为例如彼此平行地设置的带状物的带状布置可以形成特别均质地发射混合光的发射辐射的半导体器件。
根据发射辐射的半导体器件的至少一个实施形式，用于接触发光二极管芯片的发射区域中至少其中之一的至少一个印制导线设置在至少一个发射面之下。这种实施形式具有的优点尤其为发光二极管芯片的第一主面可以特别有效地用于耦合输出电磁辐射，因为所述发射面并不通过在第一主面上的印制导线而减小。于是发光二极管芯片的接触也可以只从一侧，例如从下侧或上侧实现。
接下来，借助实施例和附图进一步阐明在此描述的发射辐射的半导体器件。
借助图1A、1B、1C、2A、2B、2C、2D与3的示意图详细描述在此描述的发射辐射的半导体器件的不同实施例。
相同的、同类的或作用相同的元件在附图中设有相同的附图标记。附图以及附图中示出的元件彼此间的大小关系视不应视为合乎比例的。相反地，可以为了更好的可示出性和/或为了更好的理解夸大地示出各个元件。
图1A以示意性俯视图示出了在此描述的发射辐射的半导体器件。
该发射辐射的半导体器件包括发光二极管芯片1。在该实施例中，发光二极管芯片1具有两个发射面21、22。第一发射面21在发光二极管芯片1的上侧设置在第一主面1a中间。第一发射面21在横向方向上至少局部地被第二发射面22围绕。
每个发射面下游均设置有转换元件31、32，其中两个转换元件彼此不同。例如所述转换元件厚度不同地构成。在发光二极管芯片1工作时，可以从发射面21、22同时发射混合光，该混合光由相应的初级辐射和相应的次级辐射组成。
此外，发射辐射的半导体器件包括电阻元件4。在此，电阻元件4集成在发光二极管芯片中，其方式为将该电阻元件设置在发光二极管芯片的外表面上，即第一主面1a上。该阻抗元件4构成为具有格栅状设置的多个导电区段41的金属层。金属层例如由沉积在发光二极管芯片1的半导体本体上的金、镍或铂组成。此外，阻抗元件4具有切断部42，这些切断部将导电区段41中的一些切断，使得在发光二极管芯片工作时，没有电流通过这些区段。区段41的切断例如可以通过所述区段41的熔融或热分解实现。所述区段的切断也可以例如通过注入高电流或通过激光照射实现。
此外，可以如下调节阻抗元件的阻抗：首先，在半导体芯片的第一测量之后以光刻胶对还在晶片复合物中的发光二极管芯片1进行涂层。在此，优选地以光刻胶对晶片复合物中的所有发光二极管芯片1进行涂层。其后，芯片选择性地，即对于每个发光二极管芯片1单独地例如在导电区段41的要分离或连接的部位进行光刻胶的曝光，例如借助激光直写来进行。随后，通过刻蚀或连接和随后去除光刻胶进行所限定的阻抗元件的分离，所述连接通过金属的电镀生长(galvanischesAufwachsen)或者通过例如借助金属蒸镀来进行成面的涂层。
在一个可替代的方法中，可以借助金属涂层将膜放置在晶片之上，然后该金属涂层在阻抗元件的待连接的部位上通过激光脉冲传输到晶片上。这就是说，该连接借助激光诱导的金属过渡来建立。
对于用于形成阻抗元件的区段的金属可替代地，也可以使用半导体材料。以半导体材料形成的阻抗元件的电阻也可以通过半导体材料的相应的掺杂，例如通过离子轰击来实现。例如，这样的阻抗元件也可以集成在发光二极管芯片的发射区域的支承体中。
借助图1B和1C的示意性电路布置示出了发光二极管芯片1的发射区域2a、2b与阻抗元件4连接的不同可能性。在两种情况中，发射区域2a、2b都通过接触部位5a、5b被接触。在图1B的实施例中，发射区域并联连接，阻抗元件与发射区域之一串联连接。在此，阻抗元件4也可以与另一个发射区域串联连接。
在图1C的实施例中，发射区域2a、2b串联连接，并且阻抗元件4与发射区域之一2a并联连接。
图2A至2D以示意性的俯视图示出在此描述的发射辐射的半导体器件的其他实施例。
在图2A的实施例中，设置在中间的发射面21与相关的转换元件32被四个另外的发射面22、23、24、25环绕，在这些另外的发射面下游设置有相应的转换元件32、33、34、35。因此，这样的发射辐射的半导体器件包括具有不同转换元件的五个不同的发射区域。从每个发射面均可以发射白色的混合光，其中不同发射面的混合光可以在色度坐标、色温和/或亮度方面彼此区别。
在图2B的实施例中，带有相关的转换元件31的发射面21被带有相关的转换元件32的另一发射面22横向地围绕。
在图2C的实施例中，发射辐射的半导体器件的发光二极管芯片1具有带有相关的转换元件的三个不同的发射面。
在图2C的实施例中，发射辐射的半导体器件的发光二极管芯片1具有带有相关的转换元件31、32的两个不同的发射面21、22，其分别构成为带状的。在此，各个带状物彼此平行，并且交替地设置。从发射面21、22中的每个均可以发射白色的混合光，其中不同发射面的混合光可以在色度坐标、色温和/或亮度方面相区别。此外，该带状布置可以实现所发射的光的特别良好的混合。
总的来说，在这里描述的发射辐射的半导体器件的发光二极管芯片可以在其发射区域、相关的发射面以及相关的转换元件方面非常灵活地来构成。多个不同的发射面可以安放在较小的空间上，使得在没有其他光学元件的情况下在远场中形成所发射的总体光的均匀的色彩印象，所述总体光为各个发射面的混合光的叠加。
结合图3的示意性的剖面图详细阐述了在这里描述的发射辐射的半导体器件的实施例，其中用于接触发光二极管芯片1的发射区域2a、2b的印制导线65设置在发射面21、22之下。
在该实施例中，发光二极管芯片1包括两个发射区域2a、2b。发射区域2a、2b通过电绝缘的分离层61彼此电去耦。
接触部位5a与印制导线65导电地连接，该印制导线在发射区域2a的发射面21之下延伸。接触部位5b与印制导线65导电地连接，该印制导线在发射区域2b的发射面22之下延伸。
例如，电流经过电流扩展层62从印制导线65注入到发射区域2a、2b的有源区64中。
发射面21、22例如可以包括粗化部63，其提高了电磁辐射的出射概率。
此外，发射区域分别可以包括反射器68，其设置用于将电磁辐射向发射面21、22反射。
此外，发光二极管芯片1在此包括支承体67，其借助连接材料66与发光二极管芯片1的其他区域连接。该支承体可以构成为电绝缘的。
其中印制导线在发射面之下延伸的类似接触方案例如在文献DE 102007 022 947A1中进一步阐述，其公开内容通过引用结合与此。
阻抗元件4设置在发射面21、22之下。阻抗元件4设置在发光二极管芯片1和支承体67之间。在此，电阻元件4集成在发光二极管芯片中，其方式为将电阻元件设置在发光二极管芯片的外表面上，即在发光二极管芯片1的下侧设置在第二主面1b上。阻抗元件4构成为金属层，其具有格栅状设置的多个导电区段41(为此也参见图1A)。
可替代地，发光二极管芯片1之下的阻抗元件4也可以集成在支承体67中。此外，无论如何阻抗元件4都被发光二极管芯片覆盖，并且不会导致发光二极管芯片1的发射面减小。于是，阻抗元件4设置在发光二极管芯片1的发射面21、22之下。
本专利申请要求德国专利申请10 2009 037 186.9的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
本发明不通过借助实施例的描述而限于这些实施例。更确切而言，本发明包括任意新的特征以及特征的任意组合，这尤其包括在权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身并未在权利要求或者实施例中明确说明。
Claims (15)
1.发射辐射的半导体器件，所述半导体器件包括
-发光二极管芯片(1)，所述发光二极管芯片具有
-至少两个可彼此无关地工作的发射区域(2a、2b)，
-至少两个以不同方式构建的转换元件(31、32)，其中
-每个所述发射区域(2a、2b)均设置用于在所述发光二极管芯片(1)工作时产生电磁初级辐射，
-每个发射区域(2a、2b)均具有发射面(21、22)，所述初级辐射的至少一部分通过所述发射面从所述发光二极管芯片(1)耦合输出，
-所述转换元件(31、32)设置用于吸收所述初级辐射的至少一部分并且再发射次级辐射，
-以不同方式构建的所述转换元件(31、32)设置在不同的发射面下游，
-电阻元件(4)，所述电阻元件与所述发射区域(2a、2b)中的至少一个串联或并联连接。
2.根据前一项权利要求所述的发射辐射的半导体器件，
-其中所述阻抗元件(4)集成在所述发光二极管芯片(1)中。
3.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中所述阻抗元件(4)施加在所述发光二极管芯片(1)的外表面上。
4.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中所述阻抗元件(4)设置在所述发光二极管芯片(1)的所述发射面(21、22)之下。
5.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中所述阻抗元件(4)构成为施加在所述发光二极管芯片的外表面上的层。
6.根据前一项权利要求所述的发射辐射的半导体器件，
-其中所述层具有多个导电区段(41)，其中为了调节所述阻抗元件(4)的阻抗而将所述区段中的至少一个切断，使得在所述发光二极管芯片(1)工作时没有电流流过该区段。
7.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中所述层设置在所述发光二极管芯片(1)的也包括所述发射面(21、22)的主面(1a)上。
8.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中所述层设置在所述发光二极管芯片(1)的与所述发射面(21、22)对置的主面(1b)上。
9.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中所述层由金属组成。
10.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中所述层由掺杂的半导体材料组成，其中对于所述区段(41)的切断(42)附加地或者可替选地借助掺杂调节所述阻抗元件(4)的阻抗。
11.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中每个发射区域(21、22)下游均设置有转换元件(31、32)，其中所述初级辐射和所述次级辐射相应地混合为白色的混合光。
12.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中以不同方式构建的所述转换元件(31、32)在其厚度(D)方面彼此区别。
13.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中在所述发光二极管芯片(1)工作时，从每个发射面(21、22)发射白色的混合光，其中至少两个不同的发射区域(2a、2b)的混合光在色度坐标和/或色温和/或亮度方面彼此区别。
14.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中至少一个发射面(21)在横向方向上被至少一个其他的发射面(22、23、24、25)围绕。
15.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，
-其中用于接触所述发光二极管芯片(1)的至少一个发射区域(2a、2b)的至少一个印制导线(65)设置在至少一个发射面(21、22)之下。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120523 |