CN104737311A - 发光半导体器件 - Google Patents

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Abstract

说明了一种发光半导体器件，具有-带有活性区（11）的发光半导体芯片（1），该活性区在运行中辐射具有第一频谱的光（31），-波长转换元件（2），其远离半导体芯片（1）地放置并且在具有第一频谱的光（31）的光路中布置在该半导体芯片（1）之后，该波长转换元件至少部分地将具有第一频谱的光（31）转换为具有第二频谱的光（32），以及-滤波层（3），该滤波层将从外部入射到半导体器件上的光（33）的至少一部分（34）进行反射，其中从外部入射到半导体器件上的光（33）的被滤波层（3）反射的部分（34）具有可见波长范围，并且在半导体器件关断的状态下叠加由波长转换元件引起的色觉。

Description

发光半导体器件
技术领域
说明了一种发光半导体器件。
背景技术
为了借助发光二极管芯片来产生白光，可以例如在发射蓝光的发光二极管芯片之后布置荧光材料，该荧光材料将由发光二极管芯片发射的蓝光的一部分转换为黄光。由此具有荧光材料的发光二极管芯片在接通状态下显现为发白光，而该荧光材料在发光二极管芯片关断的情况下激发了黄色的色觉，这可能被感知为干扰。
发明内容
特定实施方式的至少一个任务是说明一种具有波长转换元件的半导体器件，其中在关断的状态下可以减小或避免不期望的色觉。
该任务通过具有独立权利要求的特征的主题加以解决。该主题的有利实施方式和扩展在从属权利要求中表征并且来自以下描述和附图。
根据至少一个实施方式，半导体器件具有带有活性区的半导体芯片，该活性区在运行中辐射具有第一频谱的光。在具有第一频谱的光的光路中，在该半导体芯片之后布置波长转换元件，该波长转换元件至少部分地将具有第一频谱的光转换为具有第二频谱的光。该波长转换元件尤其是远离半导体芯片地放置。此外半导体器件具有滤波层，该滤波层将从外部入射到半导体器件上的光的至少一部分进行反射。
根据另一实施方式，从外部入射到半导体器件上的光相应于不是从半导体芯片的活性区辐射的光。这可能意味着，从外部入射到半导体器件上的光是环境光，例如太阳光和/或由人工光源发射的光。
在此和下面，“频谱”或“子频谱”表示具有至少一个带有一个波长的频谱分量或者具有多个带有多个波长和/或波长范围的频谱分量的光的频谱分布。在下面当第一和第二频谱的频谱分量及其相对强度相同时，第一频谱和第二频谱是相同的，其中第一频谱的绝对强度可以不同于第二频谱的绝对强度。
此外特征“部分地”就吸收、转换和/或反射一种频谱来说涉及该频谱的子频谱，也就是涉及该频谱的一部分频谱分量，和/或涉及该频谱或该频谱的频谱分量的一部分强度。
此外，“转换”可能意味着，具有第一频谱的光的由波长转换元件至少部分地转换为具有第二频谱的光的子频谱不同于第二频谱。这尤其是可能意味着，第二频谱具有与具有第一频谱的光的所述子频谱的频谱分布不同的频谱分布。换句话说，波长转换元件可以具有吸收频谱和发射频谱，其中吸收频谱和发射频谱不相同。在此情况下，吸收频谱包括具有第一频谱的光的所述子频谱，而发射频谱包括第二频谱。此外，吸收频谱和发射频谱可以分别还包括其它未包含在具有第一频谱的光的所述子频谱或第二频谱中的频谱分量。
如果具有特定波长的光从外部或从半导体芯片的活性区落到波长转换元件上并且波长转换元件的吸收频谱包括具有所述特定波长的频谱分量，则具有所述特定波长的光被重新以具有一个或多个其它包含在发射频谱中的、与所述特定波长不同的波长的光辐射。由此尤其是在光从外部入射到半导体器件上的情况下还可能的是，波长转换元件在半导体器件的关断状态下在观察者那里可能根据吸收频谱和发射频谱激发起一种可能被认为是不期望的色觉。该色觉例如可能由于以下方式而是不期望的，即该色觉可能不同于在半导体器件的运行中发射的光的色觉。
根据一种特别优选的实施方式，从外部入射的光的被滤波层反射的部分具有可见波长范围。由此在半导体器件关断的状态下，从外部入射的光的被滤波层反射的部分可以叠加由波长转换元件引起的色觉。由此可能的是，外部观察者在观察具有滤波层的波长转换元件时将觉察到与其在单单观看该波长转换元件时所觉察的不同的色觉。
相反，在半导体器件运行中外部观察者尤其是可能察觉到这样的光，该光相应于具有第一频谱的光的未被波长转换元件转换的部分与具有第二频谱的光的叠加。
尤其是可能有利的是，从外部入射到半导体器件上的光的被滤波层反射的部分与单单由波长转换元件引起的色觉一起通过叠加在观察者那里实现了与从外部入射到半导体器件上的光的色觉和/或由运行中的半导体器件辐射的光的色觉相应的色觉。
根据另一优选的实施方式，滤波层在具有第一频谱的光的光路中布置在波长转换元件之后。尤其是，具有第二频谱的光的光路也可以与具有第一频谱的光的光路相应，使得优选滤波层也可以在具有第二频谱的光的光路中布置在波长转换元件之后。
此外，半导体器件可以在具有第一频谱和第二频谱的光的光路中具有光辐射面。从外部入射到半导体器件上的光尤其是可以入射到该光辐射面上。光辐射面尤其是可以布置在滤波层之后。光辐射面例如可以由滤波层的主表面形成，该主表面形成半导体器件的外表面。对此替换地，在所发射的光的光路中可以在滤波层之后布置光学元件，例如可透射光的保护层、窗和/或透镜，该光学元件具有半导体器件的外表面，于是该外表面形成光辐射面。
根据另一优选实施方式，滤波层对于具有第一频谱的光的一部分是可透射的。尤其是于是具有第一频谱的、未被波长转换元件转换为具有第二频谱的光的光可以由半导体器件辐射。
第一元件与第二元件“远离地放置”尤其是意味着，第一和第二元件彼此有间隔并且由此在空间上是分离的。在波长转换元件与半导体芯片远离地放置的情况下，这尤其是意味着，波长转换元件没有直接施加在半导体芯片上并且例如没有形成半导体芯片的涂层。此外这意味着，波长转换元件没有例如借助粘接层或其它连接层间接施加在半导体芯片上，以便波长转换元件以小的距离作为涂层施加在半导体芯片上。
尤其是，当波长转换元件根据优选实施方式与半导体芯片之间具有与半导体芯片的横向伸展的数倍相应的距离时，波长转换元件没有形成半导体芯片的涂层并且与半导体芯片远离地放置。半导体芯片的横向伸展在此优选可以通过半导体芯片的垂直于生长方向并且沿着半导体芯片的层的主延伸方向的棱边长度来给出。尤其是，半导体芯片的横向伸展的数倍可以意味着半导体芯片的横向伸展的至少两倍、至少三倍或至少五倍。半导体芯片与波长转换元件之间的空隙可以没有材料或者可以用气态介质——例如惰性气体或空气——或者用胶状或固体材料——例如用于半导体芯片的浇注材料、尤其是透明塑料如硅、环氧树脂、丙烯酸酯、聚酰胺、碳酸酯、烯烃或其衍生物填充。波长转换元件与半导体芯片之间的材料厚度——该厚度在半导体芯片上方与波长转换元件与半导体芯片之间的距离相应——根据前面的实施被构造为半导体芯片的横向伸展的数倍，使得在波长转换元件与半导体芯片之间布置的材料不形成连接层，借助该连接层波长转换元件以小的距离作为涂层施加在半导体芯片上。更确切地说，波长转换元件和半导体芯片形成发光半导体器件的两个可相互独立施加和布置的元件。波长转换元件相对于半导体芯片的这种有间隔的布置也可以称为所谓的“远程荧光体概念”，而未远离半导体芯片放置的波长转换元件落入“芯片级涂层”的概念，不过未远离半导体芯片放置的波长转换元件不是在此描述的发光半导体器件的主题。
根据另一实施方式，发光半导体器件具有载体，在该载体上布置半导体芯片。所述载体例如可以构造为壳体或载体板，并且优选基于塑料或陶瓷材料。例如，载体可以构造为具有塑料材料作为壳体材料的壳体，在该塑料材料中例如通过成型过程来布置引线框。引线框用于安装和电接触半导体芯片。半导体芯片例如可以布置在壳体的凹穴中。在该凹穴中例如可以布置前面提到的浇注材料。此外还可能的是，壳体材料包围引线框连同半导体芯片。为此半导体芯片可以安装在引线框上并且被电接触，接着可以用壳体材料对具有半导体芯片的引线框成型。
波长转换元件被构造为壳体的载体承载地可以布置在壳体中或壳体上。尤其是，波长转换元件可以被支撑在载体材料上并由此被保持在半导体芯片上方并且与该半导体芯片远离放置地由载体保持。
此外，载体例如可以被构造为塑料板或陶瓷板，在该塑料板或陶瓷板上存在印制导体和/或贯通接触部形式的电接触元件，这些电接触元件用于安装和/或电接触半导体芯片。远离半导体芯片放置的波长转换元件例如可以被构造为自承的波长转换元件，其作为保护层、例如作为碗状保护层布置在载体上的半导体芯片上方。此外，载体可以具有支承元件，该支承元件例如框架状地围绕半导体芯片构造或者构造为半导体芯片的边框，并且波长转换元件远离半导体芯片放置地布置在该支承元件上或在该支承元件中。
例如，载体可以构造为包围半导体芯片的壳体，其中波长转换元件和滤波层布置在该壳体的外侧上。对此替换地，还可能的是波长转换元件和滤波层或者仅仅波长转换元件被壳体材料包围。如果载体具有带有凹穴的壳体，半导体芯片布置在该凹穴中，则波长转换元件或波长转换元件和滤波层可以与半导体芯片有间隔地布置在凹穴中或凹穴上。尤其是，波长转换元件布置在半导体芯片和滤波层之间。例如，波长转换元件分别与半导体芯片和滤波层空间上有间隔地布置。
根据另一实施方式，波长转换元件构造为在半导体芯片上方的保护层或窗。波长转换元件在此可以圆片状或板状或者弯曲地，即碗状地构造。此外还可能的是，波长转换元件和滤波层一起构造为半导体芯片上方的保护层或窗。
尤其是，在这里描述的实施方式中波长转换元件没有构造为半导体芯片的通过沉淀方法、通过电泳方法、通过溅射、喷射、涂抹、喷墨或类似方法施加的涂层。此外，在这里描述的实施方式中，波长转换元件也不是通过半导体芯片的浇注体形成的，该浇注体直接包围和封装半导体芯片并且包含波长转换物质。
根据另一实施方式，第一频谱具有来自紫外波长范围至红外波长范围的至少一个频谱分量。优选地，第一频谱包括可见波长范围。这尤其是可能意味着，半导体芯片在运行中辐射可见光。在此，“可见”尤其是可能意味着对于观察者的人眼可觉察，并且包括大约380nm至大约800nm的波长范围。优选地，第一频谱包括蓝色至绿色的波长范围并且特别优选地包括蓝色波长范围。
特别有利地可能是，从外部入射到半导体器件上的光的被滤波层反射的部分至少部分地相应于具有第一频谱的光的由波长转换元件转换的子频谱。这尤其是还可以意味着，从外部入射到半导体器件上的光的被滤波层反射的部分的频谱包括所述子频谱或者与该子频谱一致。
因此还可能的是，滤波层至少部分地朝着波长转换元件的方向反射回未被波长转换元件转换为具有第二频谱的光的光部分。对于被反射回的光，又可能存在至少部分地被波长转换元件转换的可能性。尤其是因此滤波层还可以适用于提高具有第一频谱的光的被波长转换元件转换的子频谱部分。但是尤其是可能有利的是，滤波层对于具有第一频谱的光的至少一部分是透明的，从而该部分可以由半导体器件辐射。
此外，从外部入射到半导体器件上的光的被滤波层反射的部分的频谱例如具有波长转换元件的吸收频谱的其它频谱分量或者包括吸收频谱或者与该吸收频谱一致。
在一种特别优选的实施方式中，第一频谱具有蓝色波长范围，而第二频谱具有黄色波长范围。具有第一频谱的光的被波长转换元件转换为具有第二频谱的光的部分在此优选可以被选择为，使得半导体器件在运行中在观察者那里激发白色的发光印象，其中为此具有第一频谱的光的另一部分也可以被半导体器件辐射。尤其是与此对应地合适的波长转换元件在观察者那里在半导体器件的关断状态下对于从外部入射到半导体器件上的光可以激发黄色的色觉。因此滤波层恰好可以适于反射从外部入射到半导体器件的光辐射面上的光的一部分，使得半导体器件的光辐射面在关断状态下在观察者那里激发非黄色的色觉，而是例如白色的色觉。这是可能的，因为滤波层可以至少部分地反射从外部入射到半导体器件上的光的蓝色频谱范围。
尤其是所述特征和实施方式可以有利地用于以下应用：其中发光半导体器件例如被用作闪光灯，例如在具有照相机的移动电话应用中。例如半导体器件可以具有至少一个发射蓝光的半导体芯片，在该半导体芯片之后布置黄光转换的波长转换物质。在此可能的是，当发光半导体器件没有运行时，该波长转换物质可以通过透明的盖子或可以形成半导体器件的光辐射面的透镜从外部看见，如果没有滤波层这将会导致例如由于美学原因而不期望的色觉。这种不期望的色觉虽然也可能通过菲涅尔光学元件或微透镜阵列减小，但是在这样的解决方案中通常都会保留引起干扰的色觉。
除了在关断状态下减小波长转换元件的不期望的、尤其是黄色的色觉之外，不仅反射环境光的一定部分而且还反射半导体芯片在运行中发射的光、尤其是蓝光的一定部分的滤波层还可以被用于事后对发光半导体器件在运行中辐射的光的色度坐标进行匹配。这尤其是在以下情况下是可能的，即由发光半导体芯片发射的光和被波长转换元件转换的光得到的原始色度坐标以不期望的方式朝着由半导体芯片发射的光的第一频谱的方向移动。在半导体芯片发射蓝光以及波长转换元件转换为黄色的情况下，这在以下情况下成立，即由半导体器件辐射的色度坐标以不期望的方式朝着蓝色并由此朝着冷光移动。滤波层可以被构造为，使得透射通过波长转换元件的具有第一频谱的未转换光的期望部分又被反射回到波长转换元件中。由此提高了针对该光的转换概率，并且由半导体器件辐射的光的色度坐标朝着第二频谱的方向移动，在波长转换元件转换为黄色的情况下也就是朝着黄色或朝着暖白色光的方向移动。
替换或附加的，第一频谱也可以例如具有绿色波长范围，而第二频谱也可以例如具有红色波长范围，从而半导体器件在运行中同样可以在观察者那里实现白色的发光印象。尤其是也可以根据其它期望的色觉而分别在半导体器件运行中以及在半导体器件的关断状态下选择第一频谱、第二频谱、子频谱和从外部入射到半导体器件上的光的被滤波层反射的部分。
在另一实施方式中，半导体芯片具有半导体层序列，该半导体层序列作为外延层序列、也就是作为外延生长的半导体层序列实施。在此，半导体层序列例如可以基于无机材料、例如InGaAlN实施。基于InGaAlN的半导体层序列尤其是指以下半导体层序列：其中外延制造的、一般具有由不同单层组成的层序列的半导体层序列包含至少一个具有来自III-V-化合物半导体材料系统InxAlyGa1-x-yN的材料的单层，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及x+y≤1。
替换或附加的，半导体层序列也可以基于InGaAlP，也就是说，半导体层序列具有不同的单层，其中至少一个单层具有来自III-V-化合物半导体材料系统InxAlyGa1-x-yP的材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1，以及x+y≤1。替换或附加的，半导体层序列也可以具有其它III-V-化合物半导体材料系统，例如基于AlGaAs的材料，或者具有II-VI化合物半导体材料系统。
半导体层序列可以具有常规的pn结、双异质结构、单重量子阱结构（SQW结构）或多重量子阱结构（MQW结构）作为活性区。半导体层序列除了活性区之外还可以包括其它功能层和功能区，例如p或n掺杂的载流子传输层（即电子或空穴传输层）、p或n掺杂的限制层或覆层、缓冲层和/或电极以及它们的组合。这样的涉及活性区或其它功能层和功能区的结构是专业人员已知的。尤其是在构建、功能和结构方面，因此在此不再详细阐述。
半导体芯片此外还可以具有衬底，半导体层序列在该衬底上生长或者半导体层序列在生长于生长衬底上之后被移植到该衬底上。
例如，半导体芯片可以被构造为薄膜半导体芯片。薄膜半导体芯片尤其是可以通过以下特征性特征而显得突出：
-在产生光的半导体层序列的朝向载体衬底的第一主表面上施加或构造反射层，该反射层将在半导体层序列中产生的光的至少一部分反射回到该半导体层序列中；
-半导体层序列具有在20μm或更小的范围、尤其是在10μm范围内的厚度；以及
-半导体层序列包含至少一个半导体层，该半导体层带有至少一个具有混匀结构的面，该混匀结构在理想情况下导致光在外延的外延层序列中近似遍历性分布，也就是说，该混匀结构具有尽可能遍历性的随机散射特性。
薄层半导体芯片的基本原理例如在文献I.Schnitzer等人，Appl.Phys.Lett.63(16)，1993年10月18日，2174-2176中加以描述，其公开内容由此通过回引完全包含于此。
此外还可能的是，半导体芯片具有其它构建，并且例如被构造为专业人员已知的倒装芯片或体积发射器。此外还可能的是，半导体芯片被构造为有机半导体芯片，尤其是有机发光二极管。
根据另一实施方式，波长转换元件具有至少一种波长转换物质。波长转换物质在此例如可以具有来自铈掺杂的石榴石族的颗粒，在此尤其是铈掺杂的钇铝石榴石（Y3Al5O12:Ce，YAG:Ce）、铈掺杂的铽铝石榴石（TAG:Ce）、铈掺杂的铽钇铝石榴石（TbYAG:Ce）、铈掺杂的钆钇铝石榴石（GdYAG:Ce）以及铈掺杂的钆铽钇铝石榴石（GdTbYAG:Ce）。其它可能的波长转换物质例如可以是：
-稀土和碱土金属的石榴石，例如在文献US2004/062699A1中描述的，其涉及于此的公开内容通过回引包含于此，
-氮化物、氮氧化硅和硅铝氧氮，例如在文献DE10147040A1中描述的，其涉及于此的公开内容通过回引包含于此，
-正硅酸盐、硫化物和钒酸盐，例如在文献WO00/33390A1中描述的，其涉及于此的公开内容通过回引包含于此，
-氯硅酸盐，例如在文献DE10036940A1中描述的，其涉及于此的公开内容通过回引包含于此，以及
-铝酸盐、氧化物、卤化磷酸盐，例如在文献US6616862B2中描述的，其涉及于此的公开内容通过回引包含于此。
此外波长转换元件也可以包括所提到的波长转换物质的合适的混合物和组合。
此外，波长转换元件可以包括透明基质材料，其中波长转换物质可以嵌入该基质材料中或者与该基质材料化学结合。透明基质材料例如可以具有透明塑料，例如硅酮、环氧树脂、丙烯酸酯、聚酰胺、碳酸酯、烯烃或其衍生物。波长转换元件例如可以实施为自承薄膜。
此外波长转换元件还可以具有可透射光的载体元件，该载体元件例如具有板、薄膜、保护片、外罩或窗形式的玻璃或透明塑料，并且在该载体元件上施加波长转换物质。
此外，波长转换元件可以构造为陶瓷波长转换元件，其由上面提到的波长转换物质中的一种或多种形成或者在陶瓷基质材料中具有上面提到的波长转换物质中的一种或多种。陶瓷波长转换元件尤其是可以自承重，例如构造为陶瓷小板或陶瓷板，并且具有片材或保护层形式的平坦或弯曲的形状。
根据另一实施方式，滤波层被构造为二向反射镜。尤其是滤波层可以为此具有第一和第二层的周期性序列。为此这些层可以具有介电材料，例如氧化物、氮化物和/或硫化物。第一层在此可以具有第一折射率，而第二层可以具有第二折射率，其中第一折射率不同于第二折射率。例如，第一层可以具有低于第二层的折射率，并且例如具有二氧化硅。第二层还可以具有带有更高折射率的材料，例如二氧化钛、二氧化锆、五氧化钽。其它合适的材料例如可以是氧化铝或氮化硅。第一和第二层的厚度在此例如可以约为待反射的频谱分量的波长的四分之一。尤其是，“厚度”可以意味着光在第一或第二层中的光学行程长度。不同的第一层或不同的第二层的厚度在此可以相同。替换或附加的，不同的第一层或不同的第二层的厚度也可以不同。根据滤波层的要实现的反射率，该滤波层可以包括由第一和第二层组成的一对或多对。
在另一实施方式中，滤波层可以具有主表面，其中滤波层的主表面可以是滤波层的背离半导体芯片和波长转换元件的表面。主表面例如可以是半导体器件的光辐射面。从外部入射到半导体器件上的光可以例如与该主表面成一角度。在此可能的是，从外部入射到半导体器件上的光的一部分被滤波层取决于角度地反射。
滤波层例如可以具有衬底，该衬底包括玻璃或塑料。此外滤波层可以被施加在波长转换元件上，例如以涂层的形式或借助粘接层。为此尤其是可能有利的是，波长转换元件为此被构造为自承的，例如构造为平坦或弯曲形状的薄膜或板。替换或附加的，波长转换元件可以是包括带有两个相互背离的主表面的载体元件的层布置的组成部分，其中在一个主表面上可以施加波长转换物质作为波长转换元件，而在另一个主表面上可以施加滤波层。
此外滤波层可以与波长转换元件在空间上分离地布置。
根据另一实施方式，半导体器件具有光学构件，该光学构件在所发射的光的光路中布置在滤波层之后。例如该滤波层可以布置在该光学构件上。光学构件例如可以是散射的、聚焦的、准直的、或衍射的光学构件，例如透镜或透镜系统、保护层、扩散器或微棱镜结构或它们的组合。此外，光学构件可以与波长转换元件空间上分离地布置。
本发明主题的其它优点和有利实施方式及扩展由下面结合附图描述的实施例得出。
附图说明
图1A和1B示出根据实施例的发光半导体器件在运行中以及在关断状态下的示意图，
图2示出根据另一实施例的发光半导体器件的示意图，
图3示出根据另一实施例的发光半导体器件的示意图，
图4示出根据另一实施例的发光半导体器件的示意图，以及
图5示出根据另一实施例的发光半导体器件的示意图。
在实施例和附图中，相同或作用相同的组成部分分别具有相同的附图标记。所示出的元件及其相互间的大小关系原则上不能被视作合乎比例的，而是各个元件、例如层可以为了更好的显示和/或为了更好的理解而过分厚实地示出。
具体实施方式
在图1A和1B中示出发光半导体器件100的实施例。在此在图1A中示出发光半导体器件100在运行中，也就是在接通的、发光的状态下，而在图1B中示出发光半导体器件100在关断的状态下。只要没有明确地另外表述，下面的描述同等地涉及图1A和1B。
发光半导体器件100具有带有活性区11的发光半导体芯片1。半导体芯片1在此如在本说明书的发明内容中所阐述的那样具有在衬底上的半导体层序列。该半导体层序列具有如上面在发明内容中描述的功能层或功能层序列，并且尤其是可以具有所提到的化合物半导体材料中的一种或多种，或者也可以实施为有机发光半导体芯片。尤其是半导体芯片1的活性区11适于在运行中发射具有第一频谱的光31，如在图1A中表明的。
在具有第一频谱的光31的光路中布置波长转换元件2，该波长转换元件具有波长转换物质22。如在所示出的实施例中所表明的，波长转换物质22例如可以嵌入在基质材料21中。波长转换元件2例如可以构造为自承薄膜。此外还可能的是，波长转换元件2构造为陶瓷波长转换元件，也就是例如构造为陶瓷小板，该陶瓷波长转换元件具有在陶瓷基质材料21中的陶瓷波长转换物质22。替换于此的，波长转换元件2例如还可以仅通过陶瓷波长转换物质22形成。
波长转换物质22适于至少部分地将具有第一频谱的光31的子频谱转换为具有第二频谱的光32。在此情况下尤其是具有以下吸收频谱的材料适于作为波长转换物质22，该吸收频谱包含至少一个也包含在第一频谱中的频谱分量、尤其是波长范围。被吸收的光于是优选可以带有不同于具有第一频谱的光31的波长地被波长转换物质22发射。
波长转换元件2远离发光半导体芯片1地放置。如上面在发明内容中描述的，这尤其是意味着，波长转换元件2与半导体芯片1之间具有距离，从而波长转换元件2不在半导体芯片1上形成涂层或直接粘接或层叠的层，而是在空间分离地并且没有直接布置在半导体芯片1上或半导体芯片1旁。尤其是发光半导体芯片1可以具有例如相应于半导体芯片1在与半导体芯片1的层的主延伸平面平行并且与半导体芯片1的层的生长和布置方向垂直的方向上的棱边长度的横向伸展。波长转换元件2优选布置在与半导体芯片1之间的以下距离处，该距离相应于半导体芯片1的横向伸展的数倍，尤其是至少两倍、至少三倍或至少五倍。波长转换元件2的横向伸展、也就是波长转换元件2沿着其主延伸方向的伸展尤其是可以大于半导体芯片1的横向伸展，以便至少大部分地或者完全地布置在通常以宽的角度范围辐射的具有第一频谱的光31的光路中。
在具有第一频谱的光31和具有第二频谱的光32的光路中，在波长转换元件2的上方布置滤波层3。滤波层3在此在运行中可以如同在发光半导体器件100的关断状态下那样适于反射从外部入射到发光半导体器件100上的光33的一部分34，如在图1B中表明的。尤其是从外部入射到发光半导体器件100上的光33可以入射到滤波层3的背离波长转换元件2的主表面4上。主表面4例如可以形成发光半导体器件100的光辐射面。
尤其是滤波层3可以具有由介电材料构成的第一和第二层的周期性序列，其中第一层具有第一折射率，而第二层具有第二折射率，并且第一和第二折射率是不同的，如上面在发明内容中所讲述的。
此外，滤波层3还可以适于反射具有第一频谱的光31的至少一部分312。具有第一频谱的光31的被滤波层3反射的部分312在此优选可以被反射回到波长转换元件2中并且在那里被波长转换物质21转换为具有第二频谱的光32。
滤波层3直接布置在波长转换元件2上或至少靠近波长转换元件2的布置可能是有利的，尤其是在发光半导体器件100的紧凑构造方面以及在发光半导体器件100无论是在运行中还是在关断状态下的均匀色觉方面。
发光半导体器件100在运行中在观察者那里激发的色觉是由光辐射面所辐射的光得到的。该光尤其可以是具有第一频谱的光31的部分311和具有第二频谱的光32的叠加，该部分311可以未转换地从发光半导体器件100发出，而光32由波长转换元件2发射。尤其是，所实现的色觉取决于具有第一频谱的光31的部分311以及具有第二频谱的光32的相对强度。
在发光半导体器件100的关断状态下，如在图1B中所示的，在半导体芯片1的活性层11中不产生具有第一频谱的光31。尽管如此仍可能的是，发光半导体器件100在观察者那里可以激发色觉，尤其是在观察光辐射面时。这由于以下原因是可能的，即从外部入射到发光半导体器件100上的光33的至少一部分可以在波长转换元件2、滤波层3和/或半导体芯片1上被反射。如在图1B中所表明的，具有相应于波长转换元件2的吸收频谱的频谱的光33的至少一部分在波长转换元件2中转换为具有第二频谱的光32，并且可以作为被转换的光32向外辐射。这可能导致在发光半导体器件100的关断状态下对波长转换元件2的不期望的色觉。
如上所述，滤波层3适于反射从外部入射到发光半导体器件100上的光33的一部分34。尤其是该部分34的频谱可以被选择为，使得通过该部分34与由波长转换元件2转换的光32的叠加可以避免可能单单通过波长转换元件2引起的不期望的色觉。尤其是滤波层3可以被构造为，使得从外部入射到发光半导体器件100上的光33的被反射的所述部分34具有以下频谱，该频谱包含一个或多个包含在波长转换物质22的吸收频谱中的频谱分量。尤其是这样的频谱分量还可以包含在运行时由半导体芯片1的活性区11产生的光31的第一频谱中。
此外还可能有利的是，从外部入射到发光半导体器件100上的光33的被滤波层3反射的部分34以及具有第一频谱的光31的被滤波层3反射的部分312（也就是滤波层3的反射率）取决于在滤波层3的主表面4与以下方向之间的角度9，各自的光从该方向入射到滤波层3上。从而例如可能有利的是，反射率对于小角度9来说更小，使得以小角度9入射到滤波层3上的具有第一频谱的光31或从外部到发光半导体器件100上而以小角度9入射到滤波层3的光33比以更大角度入射的——例如在垂直入射的情况下——更容易被透射。
纯示例性的，在所示实施例中具有第一频谱的光31例如具有在蓝色波长范围内的频谱分量。波长转换元件22的波长转换物质22可以适合于将具有第一频谱的光31的至少一部分、尤其是来自蓝色波长范围的频谱分量转换为具有在黄色波长范围内的第二频谱的光32。由此通过发光半导体器件100的光辐射面辐射出在观察者那里例如实现白色色觉的光。
由此在关断状态下，波长转换元件2自己单独在外部入射的光33、例如太阳辐射或类似自然光的室内照明的情况下可能激发黄色色觉，该黄色色觉可能是不期望的。因此滤波层3可以适合于尤其是反射从外部入射到发光半导体器件100上的光33的具有在蓝色波长范围的频谱分量的部分34，使得在观察者那里又通过波长转换元件2的黄色色觉和滤波层3的蓝色色觉的叠加可以激发发光半导体器件100的光辐射面的白色色觉。
例如可能的是，滤波层3还向波长转换元件2的方向反射回具有第一频谱的光31的至少一部分，例如50%。但是由于人眼的取决于波长的感觉，也就是由于光度权重，可能的是在从发光半导体器件100辐射的具有在蓝色波长范围中的第一频谱的光31通过滤波层3上的反射以及在波长转换元件2中被转换为具有第二频谱的光32而减少甚至达100%的情况下，所察觉的亮度仅减少大约3%。
发光半导体器件100例如可以适合作为由于具有照相机的移动电话应用的闪光灯的部件。此外发光半导体器件100还可以适用于照明设备。
下面描述其它实施例，它们的原理性作用方式与根据图1A和1B的实施例相应。
在图2中示出根据另一实施例的发光半导体器件101，其具有在构造为壳体的载体6上的发光半导体芯片1。载体6具有引线框60，在该引线框60上安装或电连接了半导体芯片1。引线框60是用塑料材料61成型的，该塑料材料形成壳体主体并且具有凹穴，半导体芯片1就布置在该凹穴中。载体6例如可以构造为所谓的“预成型包”。
在构造为壳体的载体6的凹穴上方，波长转换元件2和滤波层3被构造为载体6的保护层并且形成窗并由此形成发光半导体器件101的光辐射面。
与结合图1A和1B描述的一样，波长转换元件2与半导体芯片1远离地放置并且由此与半导体芯片1空间上有间隔地布置。在载体6的凹穴中的半导体芯片1与波长转换元件2之间的空隙例如可以没有材料或者用气体——例如空气——或者惰性气体填充。此外还可能的是，载体6在凹穴中具有用于半导体芯片1的浇注体形式的另一塑料材料，例如硅。该浇注体被构造为透明的并且不具有波长转换物质。
在图3中示出根据另一实施例的发光半导体器件102，其中与图2的实施例相比波长转换元件2和滤波层3彼此分离地布置。尤其是波长转换元件2在载体6的凹穴内与半导体芯片1远离地布置。波长转换元件布置在半导体芯片与滤波层之间。此外波长转换元件既与半导体芯片又与滤波层空间上有间隔地布置。波长转换元件2例如可以被构造在用于发光半导体芯片1的浇注体内，例如以波长转换层的形式，该波长转换层通过引入波长转换物质而与半导体芯片1有间隔并且空间上分离。浇注材料在这种情况下也可以形成用于波长转换元件2的波长转换物质的基质材料。对此替换地，还可以将波长转换元件2自承地构造并且例如以薄膜或陶瓷小板的形式引入到载体6的凹穴中。
滤波层3形成载体6的保护层并且例如可以作为布拉格反射器构造于载体元件上。
替换图2和图3的实施例中具有凹穴的构造为壳体的载体6，载体6也可以具有全面包围半导体芯片的壳体，其中滤波层3和波长转换元件2可以与图2的实施例相应地布置在载体6的外侧上，或者根据图3的实施例至少部分地布置在壳体内。
在图4中示出根据另一实施例的发光半导体器件103，其与前面两个实施例相比具有通过陶瓷衬底62形成的载体6，在该陶瓷衬底上布置透明的塑料材料63以用于封装施加在陶瓷衬底62上的半导体芯片1。陶瓷衬底2可以具有印制导线和/或穿通接触部以用于电连接发光半导体芯片1。
波长转换元件2和滤波层3被施加在载体6的通过塑料材料63的外侧形成的一个外侧上。替换仅将波长转换元件2和滤波层3布置在载体6的一个表面上，还可以将波长转换元件2和滤波层3施加在载体6的多个表面上并且尤其是施加在塑料材料63的多个表面上，也就是除了所示上侧之外还施加在塑料材料63的侧面上。
在图5中示出根据另一实施例的发光半导体器件104，其具有载体6，例如塑料衬底或陶瓷衬底，在该载体6上布置和电接触发光半导体芯片1。与半导体芯片1有间隔并由此与半导体芯片1远离放置的，发光半导体器件104具有碗状载体元件5，例如以玻璃圆拱顶或塑料圆拱顶的形式，该载体元件纯示例地布置在波长转换元件2的朝向半导体芯片1的内侧上，例如以具有波长转换物质的涂层的形式，并且在外侧上具有滤波层3。在载体6与波长转换元件2之间构造空腔，该空腔可以是空的或者可以被填充有气体。此外还可以在该空腔中布置浇注材料。替换所示的实施例，还可能的是，波长转换元件2没有载体元件5地自承地由具有波长转换物质的塑料材料或陶瓷材料构造而成并且圆拱顶地布置在半导体芯片1上方。
在图中示出的实施例示出所有根据所谓的“远程荧光体概念”具有波长转换元件2的发光半导体器件，该波长转换元件与发光半导体芯片1远离地放置。波长转换元件2在此如前所述例如实施为片材、外罩或保护层。为了在所示发光半导体器件的关断状态下避免波长转换元件2的不期望的、例如黄色的色觉——该色觉可能被感觉为干扰性的，分别直接在波长转换元件2上或与波长转换元件2有间隔地布置滤波层3，该滤波层反射从外部入射到发光半导体器件上的光33的至少一部分34，以便在半导体器件的关断状态下叠加分别由波长转换元件2引起的色觉并由此修改该色觉。使用例如白色扩散器作为波长转换元件2上方的保护层以避免波长转换元件2的干扰性色觉的已知措施在这里描述的发光半导体器件中不是必须的，从而可以避免与这种附加的扩散器关联的缺点，例如显著的光损失。
根据其它实施例，结合图描述的实施例的特征可以相互组合，即使这样的组合未明确结合图得到描述。此外，结合图描述的实施例可以具有根据在发明内容中的实施例的附加或替换特征。
本发明并不由于借助实施例的描述而限于所述描述。而是本发明包括每个新特征以及特征的每个组合，尤其是包含权利要求中的每个特征组合，即使该特征或该组合本身并未明确地在权利要求或实施例中加以说明。
本专利申请要求德国专利申请10 2012 109 109.9和10 2012 111 123.5的优先权，在此通过回引将它们的公开内容包含于此。

Claims (19)

1.发光半导体器件，具有
-带有活性区（11）的发光半导体芯片（1），该活性区在运行中辐射具有第一频谱的光（31），
-波长转换元件（2），其远离半导体芯片（1）地放置并且在具有第一频谱的光（31）的光路中布置在该半导体芯片（1）之后，该波长转换元件至少部分地将具有第一频谱的光（31）转换为具有第二频谱的光（32），以及
-滤波层（3），该滤波层将从外部入射到半导体器件上的光（33）的至少一部分（34）进行反射，其中从外部入射到半导体器件上的光（33）的被滤波层（3）反射的部分（34）具有可见波长范围，并且在半导体器件关断的状态下叠加由波长转换元件引起的色觉。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中波长转换元件(2)与滤波层（2）空间上有间隔地布置。
3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，具有构造为壳体的载体（6），其中
-该壳体具有凹穴，
-半导体芯片（1）和波长转换元件（2）布置在该凹穴内，以及
-滤波层（3）作为载体的保护层布置在该凹穴上方。
4.根据权利要求1至3之一所述的半导体器件，其中波长转换元件（2）与半导体芯片（1）之间具有距离，该距离与半导体芯片（1）的横向伸展的数倍相应。
5.根据权利要求1至4之一所述的半导体器件，其中该半导体器件具有载体（6），在该载体上布置半导体芯片（1）并且该载体承载远离半导体芯片（1）布置的波长转换元件（2）。
6.根据权利要求5所述的半导体器件，其中波长转换元件（2）或者波长转换元件（2）以及滤波层（3）被构造为半导体芯片（1）上方的保护层、窗或外罩。
7.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中滤波层（3）在具有第一频谱的光（31）的光路中布置在波长转换元件（2）之后。
8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中
-半导体器件具有布置在滤波层（3）之后的光辐射面（4），以及
-从外部入射到半导体器件上的光（33）被入射到光辐射面（4）上。
9.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中第一频谱具有可见波长范围。
10.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中从外部入射到半导体器件上的光（33）的被滤波层（3）反射的部分（34）至少部分地相应于具有第一频谱的光（31）的被波长转换元件（2）转换的子频谱。
11.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中滤波层（3）对于具有第一频谱的光（31）的一部分是透明的。
12.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中
-第一频谱具有蓝色波长范围，而第二频谱具有黄色波长范围，
-半导体器件具有布置在滤波层（3）之后的光辐射面（4），以及
- 该光辐射面（4）在关断状态下在观察者那里激发非黄色的色觉。
13.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中波长转换元件（2）被构造为陶瓷波长转换元件。
14.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中波长转换元件（2）具有在基质材料（21）中的波长转换物质（22），并且基质材料（21）具有透明塑料。
15.根据权利要求14所述的半导体器件，其中波长转换元件（2）被构造为自承薄膜。
16.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中波长转换元件（2）具有载体元件（5），在该载体元件上施加波长转换物质，并且该载体元件（5）具有玻璃或塑料。
17.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中
-滤波层（3）被构造为二向反射镜，该二向反射镜具有第一层和第二层的周期性序列，
-第一层具有第一折射率，而第二层具有不同于第一折射率的第二折射率，以及
-滤波层（3）的第一层和第二层分别包括氧化物或氮化物。
18.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中滤波层（3）被施加在波长转换元件（2）上。
19.根据上述权利要求之一所述的半导体器件，其中
-滤波层（3）具有至少一个背离波长转换元件（2）的主表面（4），
-从外部入射到半导体器件上的光（33）以角度（9）入射到该主表面（4）上，以及
-从外部入射到半导体器件上的光（33）的所述部分（34）被滤波层（3）取决于所述角度地反射。
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