DE102011012264A1 - Optoelectronic semiconductor component for use as flash light source in e.g. camera, has wavelength conversion element converting parts of UV light into conversion light with spectral components in specific wavelength range - Google Patents

Optoelectronic semiconductor component for use as flash light source in e.g. camera, has wavelength conversion element converting parts of UV light into conversion light with spectral components in specific wavelength range Download PDF

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Abstract

The component (10) has a light emitting semiconductor chip (1) provided downstream of a wavelength conversion element (2) that converts a part of UV light from the chip into conversion light with spectral components in a wavelength range of greater than or equal to 500 nm. Another wavelength conversion element (3) is provided downstream of another wavelength conversion element that converts another part of UV light into another conversion light i.e. blue light, with spectral components in the wavelength range of less than 500nm, where superposition of the conversion lights yields white light.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben.An optoelectronic semiconductor component is specified.

Da das Umgebungslicht für fotografische Aufnahmen oft nicht ausreichend ist, werden Blitzlichteinheiten benutzt, um das zu fotografierende Objekt aufzuhellen.Since the ambient light is often insufficient for taking photographs, flash units are used to lighten the subject to be photographed.

Übliche Blitzlichteinheiten weisen beispielsweise Gasentladungslampen auf, die Weißlicht mit einem hohen Farbwiedergabeindex abstrahlen können. Übliche Geräte mit Gasentladungslampen haben jedoch eine relativ lange Ladezeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Blitzen im Bereich von einer bis zu mehreren Sekunden und weisen darüber hinaus eine kurze Entladungszeit und einen hohen Energieverbrauch auf.Conventional flash units include, for example, gas discharge lamps capable of emitting white light having a high color rendering index. However, conventional devices with gas discharge lamps have a relatively long charging time between two consecutive flashes in the range of one to several seconds and also have a short discharge time and high energy consumption.

Demgegenüber bieten Licht emittierende Dioden den Vorteil, dass Licht mit einer wählbaren Zeitdauer bis hin zu einem kontinuierlichen Betrieb abgestrahlt werden kann und keine Ladezeiten nötig sind. Darüber hinaus können Licht emittierende Dioden einen geringeren Energiebedarf aufweisen. Um weißes Licht abzustrahlen, werden üblicherweise blau emittierende Leuchtdiodenchips verwendet, deren Licht teilweise in gelbes Licht mittels eines Farbstoffes umgewandelt wird. Während im Betrieb durch die Überlagerung des konvertierten und des unkonvertierten Lichts weißes Licht abgestrahlt werden kann, erscheinen solche LEDs im ausgeschalteten Zustand gelblich, da der Farbstoff, der sich von einem externen Betrachter aus gesehen über dem Leuchtdiodenchip befindet, auch blaues Licht aus der Umgebung konvertiert und dadurch gelblich erscheint. Ein solcher Farbeindruck im ausgeschalteten Zustand kann jedoch beispielsweise aus ästhetischen Gründen unerwünscht sein.In contrast, light-emitting diodes have the advantage that light can be emitted with a selectable period of time up to a continuous operation and no charging times are necessary. In addition, light-emitting diodes can have a lower energy requirement. In order to emit white light, blue-emitting light-emitting diode chips are usually used, the light of which is partly converted into yellow light by means of a dye. While in operation by the superposition of the converted and the unconverted light white light can be emitted, such LEDs appear yellowish when switched off, since the dye, which is seen from an external viewer from the LED chip, also converted blue light from the environment and thereby appears yellowish. Such a color impression in the off state, however, may be undesirable for aesthetic reasons, for example.

Um den gelblichen Farbeindruck zu verringern, ist bei bekannten LEDs dem Leuchtdiodenchip und dem Farbstoff eine dicke Diffusorschicht nachgeordnet, die einen Licht streuenden Stoff beziehungsweise Licht streuende Partikel enthält, sodass das Umgebungslicht möglichst von der Diffusorschicht zurückgeworfen wird und so die Farbstoffschicht nicht durchscheint. Eine solche Diffusorschicht bedeutet aber einen zusätzlichen Material- und Platzaufwand und kann auch eine Verringerung der im Betrieb abgestrahlten Lichtleistung bewirken.In order to reduce the yellowish color impression, the LED chip and the dye is downstream of a thick diffuser layer containing a light-scattering substance or light-scattering particles in known LEDs, so that the ambient light is reflected as possible from the diffuser layer and so does not shine through the dye layer. However, such a diffuser layer means an additional material and space and can also cause a reduction in the radiated during operation light output.

Zumindest eine Aufgabe von einigen Ausführungsformen ist es, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das im Betrieb weißes Licht abstrahlen kann.At least one object of some embodiments is to provide an optoelectronic semiconductor device that can emit white light during operation.

Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.This object is achieved by an object having the features of the independent claim. Advantageous embodiments and further developments of the subject matter are characterized in the dependent claims and will become apparent from the following description and the drawings.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen Licht emittierenden Halbleiterchip auf. Der Licht emittierende Halbleiterchip kann im Betrieb insbesondere Licht mit spektralen Komponenten abstrahlen, die in einem ultravioletten Wellenlängenbereich liegen. Besonders bevorzugt ist das gesamte vom Halbleiterchip abgestrahlte Licht ultraviolettes Licht.In accordance with at least one embodiment, an optoelectronic semiconductor component has a light-emitting semiconductor chip. In operation, the light-emitting semiconductor chip can, in particular, emit light with spectral components which lie in an ultraviolet wavelength range. Particularly preferably, the entire light emitted by the semiconductor chip is ultraviolet light.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Licht emittierende Halbleiterchip zumindest eine Schicht oder eine Schichtenfolge aus einem Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial auf. Insbesondere ist die zumindest eine Schicht oder die Schichtenfolge als epitaktisch gewachsene Schicht oder Schichtenfolge ausgebildet. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InGaAlN ausgeführt sein. Unter InGaAlN-basierte Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1 und x + y ≤ 1 aufweist.According to a further embodiment, the light-emitting semiconductor chip has at least one layer or a layer sequence of a nitride compound semiconductor material. In particular, the at least one layer or the layer sequence is formed as an epitaxially grown layer or layer sequence. In this case, the semiconductor layer sequence can be embodied, for example, on the basis of InGaAlN. InGaAlN-based semiconductor chips and semiconductor layer sequences are in particular those in which the epitaxially produced semiconductor layer sequence generally has a layer sequence of different individual layers which contains at least one single layer comprising a material of the III-V compound semiconductor material system In x Al y Ga 1. xy N with 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y <1 and x + y ≤ 1.

Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) aufweisen. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung insbesondere jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (”confinement”) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte Halbleiterschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement-, Cladding- oder Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Weiterhin können beispielsweise eine oder mehrere Spiegelschichten zwischen der Halbleiterschichtenfolge und einem Trägersubstrat angeordnet sein. Die hier beschriebenen Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funktionalen Schichten und Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.The semiconductor layer sequence can have as active region, for example, a conventional pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure). In the context of the application, the term quantum well structure encompasses in particular any structure in which charge carriers can undergo quantization of their energy states by confinement. In particular, the term quantum well structure does not include information about the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures. The semiconductor layer sequence may comprise, in addition to the active region, further functional layers and functional regions, such as p- or n-doped semiconductor layers, undoped or p- or n-doped confinement, cladding or waveguide layers, barrier layers, planarization layers, buffer layers, protective layers and / or Electrodes and combinations thereof. Furthermore, for example, one or more mirror layers may be arranged between the semiconductor layer sequence and a carrier substrate. The structures described here relate to the active region or the further functional layers and regions are known to those skilled in particular with regard to structure, function and structure and are therefore not explained in detail at this point.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauelement ein erstes Wellenlängenkonversionselement auf. Das erste Wellenlängenkonversionselement kann dem Halbleiterchip insbesondere in Abstrahlrichtung nachgeordnet sein. Das kann insbesondere bedeuten, dass die vom Halbleiterchip im Betrieb emittierte Strahlung direkt auf das erste Wellenlängenkonversionselement oder zumindest teilweise direkt auf das erste Wellenlängenkonversionselement eingestrahlt werden kann. Dazu kann das erste Wellenlängenkonversionselement beispielsweise direkt und unmittelbar auf dem Halbleiterchip aufgebracht sein. Das kann bedeuten, dass der Halbleiterchip eine Strahlungsauskoppelfläche aufweist, auf der das erste Wellenlängenkonversionselement direkt aufgebracht ist.According to a further embodiment, the optoelectronic semiconductor component has a first wavelength conversion element. The first wavelength conversion element may be arranged downstream of the semiconductor chip, in particular in the emission direction. This may mean, in particular, that the radiation emitted by the semiconductor chip during operation can be radiated directly onto the first wavelength conversion element or at least partially directly onto the first wavelength conversion element. For this purpose, the first wavelength conversion element can for example be applied directly and directly on the semiconductor chip. This may mean that the semiconductor chip has a radiation output surface on which the first wavelength conversion element is directly applied.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauelement ein zweites Wellenlängenkonversionselement auf, das dem ersten Wellenlängenkonversionselement nachgeordnet ist. Es kann insbesondere bedeuten, dass vom ersten Wellenlängenkonversionselement erzeugtes erstes Konversionslicht nicht direkt aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement austreten kann, sondern in das zweite Wellenlängenkonversionselement eingestrahlt wird. Weiterhin ist das zweite Wellenlängenkonversionselement auch dem Licht emittierenden Halbleiterchip nachgeordnet. Das erste Wellenlängenkonversionselement wandelt zumindest einen Teil des vom Licht emittierenden Halbleiterchip erzeugten Lichts in ein erstes Konversionslicht um, während das zweite Wellenlängenkonversionselement zumindest einen weiteren Teil des vom Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahlten Lichts in ein zweites Konversionslicht umwandelt. Das zweite Konversionslicht kann insbesondere eine kürzere Wellenlänge aufweisen als das erste Konversionslicht.According to a further embodiment, the optoelectronic semiconductor component has a second wavelength conversion element, which is arranged downstream of the first wavelength conversion element. In particular, it may mean that the first conversion light generated by the first wavelength conversion element can not emerge directly from the optoelectronic semiconductor component but is radiated into the second wavelength conversion element. Furthermore, the second wavelength conversion element is also arranged downstream of the light-emitting semiconductor chip. The first wavelength conversion element converts at least a portion of the light generated by the light-emitting semiconductor chip into a first conversion light, while the second wavelength conversion element converts at least one further portion of the light emitted by the light-emitting semiconductor chip into a second conversion light. The second conversion light may in particular have a shorter wavelength than the first conversion light.

Weiterhin kann das zweite Wellenlängenkonversionselement derart ausgebildet sein, dass es erstes Konversionslicht nicht absorbieren beziehungsweise konvertieren kann. Mit anderen Worten kann das zweite Wellenlängenkonversionselement für das erste Konversionslicht transparent oder transluzent sein, das bedeutet, dass das erste Konversionslicht durch das zweite Wellenlängenkonversionselement ungehindert hindurchtreten kann oder aber vom Material des zweiten Wellenlängenkonversionselements gestreut werden kann. Dadurch, dass das vom Licht emittierenden Halbleiterbauelement abgestrahlte Licht bevorzugt zuerst durch das Wellenlängenkonversionselement hindurch gestrahlt wird, der erste Teil des vom Halbleiterchips abgestrahlten Lichts in das erste Konversionslicht umgewandelt wird und das zweite Wellenlängenkonversionselement derart ausgeführt ist, dass es das erste Konversionslicht nicht absorbieren kann, kann eine Licht-Reabsorption des ersten Konversionslichts im zweiten Wellenlängenkonversionselement vermieden werden, wodurch die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements im Vergleich zu bekannten Leuchtdioden mit verschiedenen Wellenlängenkonversionsstoffen beziehungsweise Farbstoffen erhöht werden kann.Furthermore, the second wavelength conversion element can be designed such that it can not absorb or convert first conversion light. In other words, the second wavelength conversion element for the first conversion light can be transparent or translucent, which means that the first conversion light can pass unhindered through the second wavelength conversion element or else can be scattered by the material of the second wavelength conversion element. By preferably irradiating the light emitted from the semiconductor light emitting device through the wavelength conversion element, the first portion of the light emitted from the semiconductor chip is converted into the first conversion light, and the second wavelength conversion element is configured so as not to absorb the first conversion light; a light reabsorption of the first conversion light in the second wavelength conversion element can be avoided, whereby the efficiency of the optoelectronic semiconductor device can be increased compared to known light-emitting diodes with different wavelength conversion substances or dyes.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wandelt das erste Wellenlängenkonversionselement einen ersten Teil des ultravioletten Lichts, das vom Licht emittierenden Halbleiterchip im Betrieb abgestrahlt wird, in ein erstes Konversionslicht mit spektralen Komponenten in einem Wellenlängenbereich von größer oder gleich 500 nm um.According to a further embodiment, the first wavelength conversion element converts a first part of the ultraviolet light, which is emitted by the light-emitting semiconductor chip during operation, into a first conversion light with spectral components in a wavelength range of greater than or equal to 500 nm.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wandelt das zweite Wellenlängenkonversionselement einen zweiten Teil des vom Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahlten ultravioletten Lichts in ein zweites Konversionslicht mit spektralen Komponenten in einem Wellenlängenbereich von kleiner als 500 nm um.According to a further embodiment, the second wavelength conversion element converts a second part of the ultraviolet light emitted by the light-emitting semiconductor chip into a second conversion light with spectral components in a wavelength range of less than 500 nm.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste Konversionslicht einen gelben Wellenlängenbereich und/oder einen grünen und einen roten Wellenlängenbereich auf. Das erste Konversionslicht kann insbesondere gelbes Licht sein und/oder eine Überlagerung aus grünem und rotem Licht. Weiterhin kann das zweite Konversionslicht einen blauen Wellenlängenbereich aufweisen oder blau sein.According to a further embodiment, the first conversion light has a yellow wavelength range and / or a green and a red wavelength range. The first conversion light may in particular be yellow light and / or a superposition of green and red light. Furthermore, the second conversion light may have a blue wavelength range or be blue.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht die Summe aus dem ersten und dem zweiten Teil des vom ersten und zweiten Wellenlängenkonversionselement jeweils absorbierten Lichts dem gesamten vom Halbleiterchip abgestrahlten Licht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass insbesondere im Falle eines ultraviolett emittierenden Halbleiterchips kein ultraviolettes Licht vom optoelektronischen Halbleiterbauelement abgestrahlt wird und möglicherweise schädigend auf einen Betrachter wirken kann.According to a further embodiment, the sum of the first and the second part of the light respectively absorbed by the first and second wavelength conversion element corresponds to the total light emitted by the semiconductor chip. As a result, it can be ensured that, in particular in the case of an ultraviolet-emitting semiconductor chip, no ultraviolet light is emitted by the optoelectronic semiconductor component and may possibly have a damaging effect on a viewer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ergibt die Überlagerung des ersten und zweiten Konversionslichts weißes Licht. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der erste Teil und der zweite Teil des vom Halbleiterchip abgestrahlten Lichts, der vom ersten und vom zweiten Wellenlängenkonversionselement in das erste und das zweite Konversionslicht umgewandelt wird, jeweils derart bemessen sind, dass die Überlagerung der Konversionslichter Mischlicht mit einem Farbort ergibt, der zumindest in der Nähe der dem Fachmann bekannten Weißkurve eines Planck'schen Schwarzkörperstrahlers liegt. Besonders bevorzugt kann das vom optoelektronischen Halbleiterbauelement abgestrahlte Licht eine Farbtemperatur oder zumindest eine korrelierte Farbtemperatur im Bereich von etwa 2700 K bis etwa 9000 K, beispielsweise etwa 5000 K bis etwa 7000 K aufweisen. Derartige Farbtemperaturen eignen sich zum Beispiel insbesondere für Blitzlichtanwendungen.According to a further embodiment, the superposition of the first and second conversion light produces white light. In other words, this means that the first part and the second part of the light emitted by the semiconductor chip, which is converted by the first and the second wavelength conversion element in the first and the second conversion light, each dimensioned such that the superposition of the conversion lights mixed light with a Color location results, at least in the Near the white curve known to those skilled in a Planck'sche Schwarzkörperstrahlers lies. Particularly preferably, the light emitted by the optoelectronic semiconductor component may have a color temperature or at least a correlated color temperature in the range of about 2700 K to about 9000 K, for example about 5000 K to about 7000 K. Such color temperatures are particularly suitable, for example, for flash applications.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zweite Wellenlängenkonversionselement im Umgebungslicht, also besonders bevorzugt im Sonnenlicht und/oder unter einer Raumbeleuchtung, eine weiße Erscheinungsform beziehungsweise einen weißen Farbeindruck auf. Dabei kann das zweite Wellenlängenkonversionselement insbesondere auch Licht streuend ausgebildet sein, beispielsweise durch einen im zweiten Wellenlängenkonversionselement enthaltenen Wellenlängenkonversionsstoff, der für zumindest einen Teil des Umgebungslichts streuend wirkt. Dadurch und aufgrund der Ausführungen des zweiten Wellenlängenkonversionselements als bevorzugt ins Blaue konvertierenden Wellenlängenkonversionselements kann das zweite Wellenlängenkonversionselement im Umgebungslicht einen milchig-weißen oder schneeweißen Farbeindruck erwecken, da das gestreute Umgebungslicht durch das zweite Wellenlängenkonversionselement lediglich einen etwas höheren Blauanteil erhält, was bei einem Betrachter eine Verstärkung eines weißen Farbeindrucks verstärken kann.According to a further embodiment, the second wavelength conversion element in the ambient light, that is, particularly preferably in sunlight and / or under room lighting, has a white appearance or a white color impression. In this case, the second wavelength conversion element may in particular also be designed to be light-scattering, for example by a wavelength conversion substance contained in the second wavelength conversion element, which has a scattering effect on at least part of the ambient light. As a result of this and because of the embodiments of the second wavelength conversion element as blue conversion wavelength conversion element, the second wavelength conversion element can produce a milky-white or snow-white color impression in the ambient light, because the scattered ambient light receives only a slightly higher proportion of blue due to the second wavelength conversion element, which is a gain for a viewer can enhance a white color impression.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauelement keinen dem ersten und/oder zweiten Wellenlängenkonversionselement nachgeordneten Diffusor, beispielsweise in Form einer Streuschicht oder einer Streuscheibe, auf. Dies kann insbesondere dadurch möglich sein, dass das zweite Wellenlängenkonversionselement einen weißen, insbesondere einen milchig-weißen oder schneeweißen Farbeindruck im Umgebungslicht erwecken kann.According to a further embodiment, the optoelectronic semiconductor component does not have a diffuser arranged downstream of the first and / or second wavelength conversion element, for example in the form of a scattering layer or a diffusing screen. This can be possible, in particular, in that the second wavelength conversion element can bring about a white, in particular a milky-white or snow-white color impression in the ambient light.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform bildet das zweite Wellenlängenkonversionselement zumindest eine Oberseite des optoelektronischen Bauelements, die weiterhin auf einer dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Bauelements liegen kann. Weiterhin kann das zweite Wellenlängenkonversionselement auch Seitenflächen des Halbleiterbauelements bilden, die an die Oberseite angrenzen. Insbesondere kann das zweite Wellenlängenkonversionselement derart ausgebildet sein, dass es das erste Wellenlängenkonversionselement zusammen mit dem Halbleiterchip allseitig umschließt, sodass das erste Wellenlängenkonversionselement von außen nicht direkt sichtbar ist. Dazu kann die Dicke des zweiten Wellenlängenkonversionselements derart dick ausgebildet sein, dass das erste Wellenlängenkonversionselement bei einer Beleuchtung durch das Umgebungslicht nicht durchscheint.According to a further embodiment, the second wavelength conversion element forms at least one upper side of the optoelectronic component, which may furthermore lie on a side of the component facing away from the semiconductor chip. Furthermore, the second wavelength conversion element can also form side surfaces of the semiconductor component that adjoin the top side. In particular, the second wavelength conversion element can be designed such that it encloses the first wavelength conversion element on all sides together with the semiconductor chip, so that the first wavelength conversion element is not directly visible from the outside. For this purpose, the thickness of the second wavelength conversion element may be formed so thick that the first wavelength conversion element does not shine through when illuminated by the ambient light.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste Wellenlängenkonversionselement einen gelben und/oder einen grünen und/oder einen roten Wellenlängenkonversionsstoff auf. Als farbiger Wellenlängenkonversionsstoff wird hier und im Folgenden ein Wellenlängenkonversionsstoff beschrieben, der ultraviolettes Licht in diese Farbe umwandeln kann, sodass bei einer Bestrahlung mit ultraviolettem Licht der Wellenlängenkonversionsstoff in der entsprechenden Farbe leuchtet. Insbesondere kann das erste Wellenlängenkonversionselement einen gelben Wellenlängenkonversionsstoff und/oder einen grünen und einen roten Wellenlängenkonversionsstoff aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Wellenlängenkonversionselement (LunY1-n)3(GamAl1-m)5O12:Ce3+ (0 ≤ n ≤ 1, m > 0,1) und/oder (Ba, Sr)Si2O2N2 als gelben Wellenlängenkonversionsstoff und/oder einen Eu2+-dotierten Wellenlängenkonversionsstoff, ein Orthosilikat, ein Nitrido-Orthosilikat, (Ba, Sr)Si2O2N2, ein β-Sialon, CaAlSiN3 und/oder (Ba, Sr, Ca)2Si5N8 als grünen und/oder roten Wellenlängenkonversionsstoff auf.According to a further embodiment, the first wavelength conversion element has a yellow and / or a green and / or a red wavelength conversion substance. As a colored wavelength conversion substance, a wavelength conversion substance is described here and below which can convert ultraviolet light into this color, such that upon irradiation with ultraviolet light, the wavelength conversion substance in the corresponding color illuminates. In particular, the first wavelength conversion element can have a yellow wavelength conversion substance and / or a green and a red wavelength conversion substance. According to a preferred embodiment, the first wavelength conversion element (Lu n Y 1-n ) 3 (Ga m Al 1-m ) 5 O 12 : Ce 3+ (0 ≦ n ≦ 1, m> 0.1) and / or (Ba , Sr) Si 2 O 2 N 2 as a yellow wavelength conversion substance and / or an Eu 2+ -doped wavelength conversion substance, an orthosilicate, a nitrido-orthosilicate, (Ba, Sr) Si 2 O 2 N 2 , a β-sialon, CaAlSiN 3 and / or (Ba, Sr, Ca) 2 Si 5 N 8 as green and / or red wavelength conversion substance.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das zweite Wellenlängenkonversionselement einen blauen Wellenlängenkonversionsstoff auf. Besonders bevorzugt weist das zweite Wellenlängenkonversionselement Barium-Magnesium-Aluminat (BAM) und/oder Strontium-Calcium-Halophosphat (SCAP) als blauen Wellenlängenkonversionsstoff auf.According to a further embodiment, the second wavelength conversion element has a blue wavelength conversion substance. The second wavelength conversion element particularly preferably has barium magnesium aluminate (BAM) and / or strontium calcium halophosphate (SCAP) as the blue wavelength conversion substance.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform strahlt das optoelektronische Halbleiterbauelement lediglich Konversionslicht ab. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass das vom Licht emittierenden Halbleiterchip abgestrahlte ultraviolette Licht nicht direkt vom optoelektronischen Halbleiterbauelement abgestrahlt werden kann. Dadurch kann es möglich sein, dass sich Wellenlängendriften, die sich beispielsweise durch eine Alterung oder temperaturbedingte Driften des Halbleiterchips ergeben, nicht auf den Farbort des vom optoelektronischen Halbleiterbauelement abgestrahlten Mischlichts aus dem ersten und zweiten Konversionslicht auswirken. Dadurch kann eine höhere Farbortstabilität im Vergleich zu bekannten Licht emittierenden Dioden mit Farbstoffen erreicht werden, bei denen ein farbiger Leuchtdiodenchip eingesetzt wird.According to a further embodiment, the optoelectronic semiconductor component only radiates conversion light. In other words, this means that the ultraviolet light emitted from the light-emitting semiconductor chip can not be directly emitted from the optoelectronic semiconductor device. As a result, it may be possible that wavelength drifts, which result, for example, from aging or temperature-induced drifting of the semiconductor chip, do not affect the color locus of the mixed light emitted by the optoelectronic semiconductor component from the first and second conversion light. As a result, a higher color stability in comparison to known light-emitting diodes can be achieved with dyes in which a colored light-emitting diode chip is used.

Weiterhin können sich auch Farbortdriften, die durch unterschiedliche Betriebsspannungen des Halbleiterchips entstehen können, nicht auf das vom Halbleiterbauelement abgestrahlte Mischlicht auswirken. Dadurch kann eine hohe Farbortstabilität auch bei unterschiedlichen Betriebsspannungen und damit unterschiedlichen Helligkeiten des abgestrahlten Lichts erreicht werden. Dadurch kann es auch möglich sein, das optoelektronische Halbleiterbauelement in verschiedenen Endgeräten als Beleuchtungsquelle, insbesondere als Blitzlichtquelle, zu betreiben und dabei die vom Endgerät bereitgestellte Spannung zu nutzen, ohne dass eine aufwändige Spannungsanpassung nötig ist. Insbesondere kann es beispielsweise im Falle eines Mobiltelefons als Endgerät möglich sein, das optoelektronische Bauelement mit der vom Mobiltelefon bereitgestellten Spannung zu betreiben.Furthermore, color locus drifts, which can arise due to different operating voltages of the semiconductor chip, can not affect the mixed light emitted by the semiconductor component. This allows a high color stability even at different operating voltages and thus different brightnesses of the radiated light can be achieved. As a result, it may also be possible to operate the optoelectronic semiconductor component in various terminal devices as an illumination source, in particular as a flash light source, and thereby to utilize the voltage provided by the terminal, without the need for a complex voltage adjustment. In particular, it may be possible, for example in the case of a mobile phone as a terminal, to operate the optoelectronic component with the voltage provided by the mobile phone.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können der Farbort und die Helligkeit des vom ersten Wellenlängenkonversionselement erzeugten ersten Konversionslichts direkt nach dem Aufbringen des ersten Wellenlängenkonversionselements gemessen werden. Dadurch kann das zweite Wellenlängenkonversionselement hinsichtlich seiner Zusammensetzung und/oder seinen Abmessungen und/oder der Konzentration des Wellenlängenkonversionsstoffs im zweiten Wellenlängenkonversionselement gezielt eingestellt werden, sodass das optoelektronische Halbleiterbauelement Mischlicht mit einem sehr präzise definierbaren Farbort abstrahlen kann. Dadurch kann bei der Massenproduktion eine breite Streuung durch beispielsweise fertigungsbedingte Variationen vermieden werden.According to a further embodiment, the color location and the brightness of the first conversion light generated by the first wavelength conversion element can be measured directly after the application of the first wavelength conversion element. As a result, the second wavelength conversion element can be selectively adjusted with regard to its composition and / or its dimensions and / or the concentration of the wavelength conversion substance in the second wavelength conversion element, so that the optoelectronic semiconductor component can emit mixed light with a very precisely definable color locus. As a result, in mass production, a wide spread by, for example, production-related variations can be avoided.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das erste Wellenlängenkonversionselement mittels Aufdruckens („printing”), mittels eines Umformprozesses (”molding”) und/oder mittels eines Sedimentationsverfahrens auf dem Halbleiterchip aufgebracht. Dabei kann das erste Wellenlängenkonversionselement auf einer Strahlungsauskoppelfläche, insbesondere auf einer Hauptoberfläche, des Halbleiterchips in Form einer Schicht aufgebracht werden. Weiterhin kann das erste Wellenlängenkonversionselement durch eines der vorgenannten Verfahren auch zusätzlich auf Seitenflächen des Halbleiterchips aufgebracht werden.According to a further embodiment, the first wavelength conversion element is applied to the semiconductor chip by means of printing, by means of a molding process and / or by means of a sedimentation process. In this case, the first wavelength conversion element can be applied to a radiation outcoupling surface, in particular on a main surface, of the semiconductor chip in the form of a layer. Furthermore, the first wavelength conversion element can also be additionally applied to side surfaces of the semiconductor chip by one of the aforementioned methods.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das zweite Wellenlängenkonversionselement durch ein Volumenvergussverfahren (”volume casting) hergestellt. Insbesondere kann das zweite Wellenlängenkonversionselement durch Vergießen (”dispensing”) oder Verspritzen (”jetting”) hergestellt werden. Weiterhin kann das zweite Wellenlängenkonversionselement auch durch eine Umformung („molding”) hergestellt werden. Volumenvergusstechniken eignen sich insbesondere in Verbindung mit Bauelementen, bei denen der Halbleiterchip bereits in einem vorgefertigen Gehäuse, etwa einem Kunststoff- oder einem Keramikgehäuse mit einer Vertiefung angeordnet ist, in der das zweite Wellenlängenkonversionselement aufgebracht wird. Ist der Halbleiterchip auf einem Leiterrahmen aufgebracht, so kann beispielsweise auch ein Umformen des Halbleiterchips zusammen mit dem Leiterrahmen oder Teilen des Leiterrahmens vorteilhaft sein. Weiterhin ist es auch möglich, das zweite Wellenlängenkonversionselement mittels elektrophoretischer Abscheidung aufzubringen.According to a further embodiment, the second wavelength conversion element is produced by a volume casting method. In particular, the second wavelength conversion element can be produced by dispensing or jetting. Furthermore, the second wavelength conversion element can also be produced by a molding. Volumenvergusstechniken are particularly suitable in connection with components in which the semiconductor chip is already arranged in a prefabricated housing, such as a plastic or a ceramic housing with a recess in which the second wavelength conversion element is applied. If the semiconductor chip is applied to a leadframe, then, for example, reshaping of the semiconductor chip together with the leadframe or parts of the leadframe may also be advantageous. Furthermore, it is also possible to apply the second wavelength conversion element by means of electrophoretic deposition.

Das erste und/oder zweite Wellenlängenkonversionselement kann jeweils ein transparentes Matrixmaterial aufweisen, das den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe umgibt oder enthält oder das an der oder die Wellenlängenkonversionsstoffe chemisch gebunden sind. Das transparente Matrixmaterial kann beispielsweise Siloxane, Epoxide, Acrylate, Methylmethacrylate, Imide, Carbonate, Olefine, Styrole, Urethane oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren und weiterhin auch Mischungen, Copolymere oder Verbindungen damit aufweisen. Beispielsweise kann das Matrixmaterial ein Epoxidharz, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol, Polycarbonat, Polyacrylat, Polyurethan oder ein Silikonharz wie etwa Polysiloxan oder Mischungen daraus umfassen oder sein.The first and / or second wavelength conversion element may each comprise a transparent matrix material which surrounds or contains the wavelength conversion substance (s) or which is chemically bonded to the wavelength conversion substance (s). The transparent matrix material may comprise, for example, siloxanes, epoxides, acrylates, methyl methacrylates, imides, carbonates, olefins, styrenes, urethanes or derivatives thereof in the form of monomers, oligomers or polymers and furthermore also mixtures, copolymers or compounds therewith. For example, the matrix material may comprise or be an epoxy resin, polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene, polycarbonate, polyacrylate, polyurethane or a silicone resin such as polysiloxane or mixtures thereof.

Insbesondere kann durch das Herstellungsverfahren für das zweite Wellenlängenkonversionselement das erste Wellenlängenkonversionselement auf dem Halbleiterchip allseitig vom zweiten Wellenlängenkonversionselement umschlossen werden.In particular, the first wavelength conversion element on the semiconductor chip can be enclosed on all sides by the second wavelength conversion element by the production method for the second wavelength conversion element.

Dadurch kann das zweite Wellenlängenkonversionselement das erste Wellenlängenkonversionselement und den Halbleiterchip umschließen. Insbesondere können dabei Kontaktflächen des Halbleiterchips, mittels derer der Halbleiterchip elektrisch kontaktiert wird, und/oder eine Montagefläche des Halbleiterchips, mittels derer der Halbleiterchip auf einem Träger montiert werden kann, frei vom ersten und zweiten Wellenlängenkonversionselement bleiben.As a result, the second wavelength conversion element can enclose the first wavelength conversion element and the semiconductor chip. In particular, contact surfaces of the semiconductor chip, by means of which the semiconductor chip is electrically contacted, and / or a mounting surface of the semiconductor chip, by means of which the semiconductor chip can be mounted on a support, remain free from the first and second wavelength conversion element.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Träger auf, auf dem der Halbleiterchip montiert ist. Insbesondere kann der Halbleiterchip auf dem Träger sowohl mechanisch als auch elektrisch angeschlossen sein. Der Träger kann insbesondere einen Leiterrahmen und/oder ein Gehäuse, beispielsweise ein Keramikgehäuse aufweisen oder aus einem solchen sein.According to a further embodiment, the optoelectronic semiconductor component has a carrier on which the semiconductor chip is mounted. In particular, the semiconductor chip may be connected to the carrier both mechanically and electrically. The support may in particular comprise a leadframe and / or a housing, for example a ceramic housing, or be made of such a housing.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements der Licht emittierende Halbleiterchip bereitgestellt, das erste Wellenlängenkonversionselement auf dem Halbleiterchip und das zweite Wellenlängenkonversionselement auf dem ersten Wellenlängenkonversionselement angeordnet.According to a further embodiment, in a method for producing an optoelectronic semiconductor component, the light-emitting semiconductor chip is provided, the first wavelength conversion element is arranged on the semiconductor chip and the second wavelength conversion element is arranged on the first wavelength conversion element.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Träger bereitgestellt, auf dem der Licht emittierende Halbleiterchip montiert wird. Auf dem Halbleiterchip wird vor oder nach dem Montieren das erste Wellenlängenkonversionselement aufgebracht. Nach dem Montieren des Halbleiterchips wird auf das erste Wellenlängenkonversionselement das zweite Wellenlängenkonversionselement aufgebracht. Insbesondere kann das zweite Wellenlängenkonversionselement alle nach dem Montieren des Halbleiterchips noch freiliegenden Oberflächen des Halbleiterchips und des ersten Wellenlängenkonversionselements bedecken und weiterhin zumindest eine Oberfläche des Halbleiterbauelements bilden. According to a further embodiment, a carrier is provided on which the light-emitting semiconductor chip is mounted. On the semiconductor chip, the first wavelength conversion element is applied before or after mounting. After mounting the semiconductor chip, the second wavelength conversion element is applied to the first wavelength conversion element. In particular, the second wavelength conversion element can cover all the surfaces of the semiconductor chip and the first wavelength conversion element which are still exposed after mounting the semiconductor chip and furthermore form at least one surface of the semiconductor component.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das optoelektronische Halbleiterbauelement für Blitzlichtanwendungen verwendet. Das kann insbesondere bedeuten, dass das optoelektronische Halbleiterbauelement als Blitzlichtquelle in einem Bildaufnahmegerät, beispielsweise einer Kamera oder einem Mobiltelefon, verwendet wird.According to another embodiment, the optoelectronic semiconductor device is used for flash applications. This may mean in particular that the optoelectronic semiconductor component is used as a flash light source in an image recording device, for example a camera or a mobile telephone.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Bildaufnahmegerät, insbesondere eine Kamera oder ein Mobiltelefon, ein optoelektronische Halbleiterbauelement gemäß den vorgenannten Ausführungsformen auf.According to a further embodiment, an image recording device, in particular a camera or a mobile telephone, has an optoelectronic semiconductor component according to the aforementioned embodiments.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsformen.Further advantages and advantageous embodiments and developments emerge from the embodiments described below in conjunction with the figures.

1 bis 3 zeigen schematische Darstellungen von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß mehreren Ausführungsbeispielen. 1 to 3 show schematic representations of optoelectronic semiconductor devices according to several embodiments.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen; vielmehr können einzelne Elemente, wie z. B. Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.In the exemplary embodiments and figures, identical or identically acting components may each be provided with the same reference numerals. The illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be considered as true to scale; Rather, individual elements, such. As layers, components, components and areas, for better representability and / or better understanding exaggerated be shown thick or large.

In 1 ist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt.In 1 is an optoelectronic semiconductor device 10 shown according to an embodiment.

Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 weist einen Licht emittierenden Halbleiterchip 1 auf, der im Betrieb ultraviolettes Licht emittiert. Der Halbleiterchip 1 weist dazu eine epitaktisch gewachsene Schichtenfolge aus Halbleiterschichten aus einem Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial auf, wie im allgemeinen Teil beschrieben ist. Weiterhin weist der Halbleiterchip 1 Elektroden zur Kontaktierung der Schichtenfolge auf, die der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind.The optoelectronic semiconductor component 10 has a light-emitting semiconductor chip 1 which emits ultraviolet light during operation. The semiconductor chip 1 for this purpose has an epitaxially grown layer sequence of semiconductor layers of a nitride compound semiconductor material, as described in the general part. Furthermore, the semiconductor chip 1 Electrodes for contacting the layer sequence, which are not shown for clarity.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Licht emittierende Halbleiterchip 1 beispielsweise auch als Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the light-emitting semiconductor chip 1 for example, be designed as a thin-film LED chip.

Ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip zeichnet sich durch mindestens eines der folgenden charakteristischen Merkmale aus:

  • – an einer zu einem Chipträgerelement, insbesondere einem Trägersubstrat, hingewandten Hauptfläche der strahlungserzeugenden Halbleiterschichtenfolge, bei der es sich insbesondere um eine strahlungserzeugende Epitaxie-Schichtenfolge handelt, ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
  • – der Dünnfilm-Leuchtdiodenchip weist ein Chipträgerelement auf, bei dem es sich nicht um das Wachstumssubstrat handelt, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde, sondern um ein separates Trägerelement, das nachträglich an der Halbleiterschichtenfolge befestigt wurde;
  • – die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm oder weniger auf;
  • – die Halbleiterschichtenfolge ist frei von einem Aufwachssubstrat. Vorliegend bedeutet „frei von einem Aufwachssubstrat, dass ein gegebenenfalls zum Aufwachsen benutztes Aufwachssubstrat von der Halbleiterschichtenfolge entfernt oder zumindest stark gedünnt ist. Insbesondere ist es derart gedünnt, dass es für sich oder zusammen mit der Epitaxie-Schichtenfolge alleine nicht freitragend ist. Der verbleibende Rest des stark gedünnten Aufwachssubstrats ist insbesondere als solches für die Funktion eines Aufwachssubstrates ungeeignet; und
  • – die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der Halbleiterschichtenfolge führt, das heißt, sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
A thin-film light-emitting diode chip is characterized by at least one of the following characteristic features:
  • On a main surface of the radiation-generating semiconductor layer sequence facing a chip carrier element, in particular a carrier substrate, which is in particular a radiation-generating epitaxial layer sequence, a reflective layer is applied or formed which forms at least part of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor layer sequence this reflects back;
  • - The thin-film light-emitting diode chip has a chip carrier element, which is not the growth substrate on which the semiconductor layer sequence was epitaxially grown, but to a separate support member which was subsequently attached to the semiconductor layer sequence;
  • The semiconductor layer sequence has a thickness in the range of 20 μm or less, in particular in the range of 10 μm or less;
  • - The semiconductor layer sequence is free of a growth substrate. In the present context, "free from a growth substrate means that a growth substrate which may be used for growth is removed from the semiconductor layer sequence or at least heavily thinned. In particular, it is thinned so that it alone or together with the epitaxial layer sequence is not self-supporting. The remainder of the highly thinned growth substrate is in particular unsuitable as such for the function of a growth substrate; and
  • - The semiconductor layer sequence contains at least one semiconductor layer having at least one surface having a mixing structure, which leads in the ideal case to an approximately ergodic distribution of light in the semiconductor layer sequence, that is, it has the most ergodisch stochastic scattering behavior.

Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16) 18. Oktober 1993, Seiten 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Beispiele für Dünnfilm-Leuchtdiodenchips sind in den Druckschriften EP 0905797 A2 und WO 02/13281 A1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit ebenfalls durch Rückbezug aufgenommen wird.A basic principle of a thin-film light-emitting diode chip is, for example, in the document I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16) 18 October 1993, pages 2174-2176 described, the disclosure of which is hereby incorporated by reference. Examples of thin-film light-emitting diode chips are in the documents EP 0905797 A2 and WO 02/13281 A1 described, whose Revelation content in so far as this is also included by reference.

Dem Halbleiterchip 1 ist ein erstes Wellenlängenkonversionselement 2 nachgeordnet, das einen ersten Teil des vom Licht emittierenden Halbleiterchip 1 abgestrahlten ultravioletten Lichts in ein erstes Konversionslicht mit spektralen Komponenten in einem Wellenlängenbereich von größer oder gleich 500 nm umwandelt. Insbesondere ist das erste Wellenlängenkonversionselement 2 derart ausgeführt, dass der erste Teil des vom Halbleiterchip 1 abgestrahlten ultravioletten Lichts in gelbes Licht und/oder in eine Überlagerung aus grünem und rotem Licht umgewandelt wird. Hierzu weist das erste Wellenlängenkonversionselement beispielsweise (LunY1-n)3(GamAl1-m)5O12:Ce3+ (0 ≤ n ≤ 1, m > 0,1) und/oder (Ba, Sr)Si2O2N2 als gelben Wellenlängenkonversionsstoff und/oder einen Eu2 +-dotierten Wellenlängenkonversionsstoff, ein Orthosilikat, ein Nitrido-Orthosilikat, (Ba, Sr)Si2O2N2, ein β-Sialon, CaAlSiN3 und/oder (Ba, Sr, Ca)2Si5N8 als grünen und/oder roten Wellenlängenkonversionsstoff auf.The semiconductor chip 1 is a first wavelength conversion element 2 downstream, which is a first part of the light-emitting semiconductor chip 1 emitted ultraviolet light into a first conversion light with spectral components in a wavelength range greater than or equal to 500 nm. In particular, the first wavelength conversion element 2 executed such that the first part of the semiconductor chip 1 radiated ultraviolet light is converted into yellow light and / or in a superposition of green and red light. For this purpose, the first wavelength conversion element has, for example, (Lu n Y 1-n ) 3 (Ga m Al 1-m ) 5 O 12 : Ce 3+ (0≤n≤1, m> 0.1) and / or (Ba, Sr ) Si 2 O 2 N 2 as a yellow wavelength conversion substance and / or an Eu 2 + -doped wavelength conversion substance, an orthosilicate, a nitrido-orthosilicate, (Ba, Sr) Si 2 O 2 N 2 , a β-sialon, CaAlSiN 3 and / or (Ba, Sr, Ca) 2 Si 5 N 8 as green and / or red wavelength conversion substance.

Das erste Wellenlängenkonversionselement 2 ist auf einer Hauptoberfläche des Halbleiterchips 1, insbesondere auf der Oberseite des Halbleiterchips 1, aufgebracht. Alternativ dazu kann sich das erste Wellenlängenkonversionselement auch über die Seitenflächen des Halbleiterchips 1 erstrecken.The first wavelength conversion element 2 is on a main surface of the semiconductor chip 1 , in particular on the upper side of the semiconductor chip 1 , applied. Alternatively, the first wavelength conversion element may also extend over the side surfaces of the semiconductor chip 1 extend.

Das erste Wellenlängenkonversionselement 2 wird mittels Aufdruckens, Umformens oder Sedimentation auf dem Halbleiterchip aufgebracht. Je nach verwendetem Herstellungsverfahren kann das erste Wellenlängenkonversionselement 2 auch ein Matrixmaterial wie im allgemeinen Teil beschrieben, beispielsweise ein Silikon und/oder ein Epoxid, aufweisen.The first wavelength conversion element 2 is applied by means of printing, forming or sedimentation on the semiconductor chip. Depending on the manufacturing method used, the first wavelength conversion element 2 also a matrix material as described in the general part, for example a silicone and / or an epoxide.

Der Halbleiterchip 1 und das erste Wellenlängenkonversionselement 2 sind von einem zweiten Wellenlängenkonversionselement 3 umformt. Das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 ist derart ausgebildet, dass ein zweiter Teil des vom Licht emittierenden Halbleiterchip 1 emittierten ultravioletten Lichts in ein zweites Konversionslicht umgewandelt wird, das spektrale Komponenten in einem Wellenlängenbereich von kleiner als 500 nm aufweist. Insbesondere ist das zweite Konversionslicht blaues Licht.The semiconductor chip 1 and the first wavelength conversion element 2 are of a second wavelength conversion element 3 reshapes. The second wavelength conversion element 3 is formed such that a second part of the light-emitting semiconductor chip 1 emitted ultraviolet light is converted into a second conversion light having spectral components in a wavelength range of less than 500 nm. In particular, the second conversion light is blue light.

Das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 weist insbesondere Barium-Magnesium-Aluminat und/oder Strontium-Calcium-Halophosphat als blauen Wellenlängenkonversionsstoff auf.The second wavelength conversion element 3 In particular, it has barium magnesium aluminate and / or strontium calcium halophosphate as the blue wavelength conversion substance.

Die Schichtdicken, Konzentrationen und Materialzusammensetzungen des ersten und zweiten Wellenlängenkonversionselements 2, 3 sind derart gewählt, dass die Überlagerung des ersten und zweiten Konversionslichts weißes Licht ergibt. Insbesondere entspricht die Summe des ersten Teils und des zweiten Teils des ultravioletten Lichts, das von den beiden Wellenlängenkonversionselementen absorbiert und in das jeweilige Konversionslicht umgewandelt wird, dem gesamten vom Licht emittierenden Halbleiterchip 1 abgestrahlten ultravioletten Licht. Dadurch wird verhindert, dass das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 ultraviolettes Licht abstrahlt, was sich beispielsweise schädigend auf einen Betrachter auswirken könnte.The layer thicknesses, concentrations, and material compositions of the first and second wavelength conversion elements 2 . 3 are chosen such that the superimposition of the first and second conversion light gives white light. In particular, the sum of the first part and the second part of the ultraviolet light, which is absorbed by the two wavelength conversion elements and converted into the respective conversion light, corresponds to the whole of the light emitting semiconductor chip 1 radiated ultraviolet light. This prevents the optoelectronic semiconductor component 10 ultraviolet light, which could be detrimental to a viewer, for example.

Durch die Anordnung des zweiten Wellenlängenkonversionselements 3, das einen blauen Wellenlängenkonversionsstoff aufweist, auf dem ersten Wellenlängenkonversionselement 2, das einen gelben und/oder einen grünen und roten Wellenlängenkonversionsstoff aufweist, kann eine Reabsorption von erstem Konversionslicht durch das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 vermieden werden. Dadurch kann das erste Konversionslicht direkt oder auch gestreut durch das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 hindurch treten. So kann eine hohe Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 erreicht werden.By the arrangement of the second wavelength conversion element 3 having a blue wavelength conversion substance on the first wavelength conversion element 2 having a yellow and / or a green and red wavelength conversion substance, a reabsorption of first conversion light by the second wavelength conversion element 3 be avoided. As a result, the first conversion light can be directly or also scattered by the second wavelength conversion element 3 pass through. Thus, a high efficiency of the optoelectronic semiconductor component 10 be achieved.

Das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 kann beispielsweise durch einen Formprozess als Umformung des Halbleiterchips 1 und des ersten Wellenlängenkonversionselements 2 hergestellt werden. Alternativ dazu ist auch ein Volumengussverfahren wie etwa Vergießen oder Verspritzen möglich. Weiterhin ist es auch möglich, das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 mittels elektrophoretischer Abscheidung aufzubringen.The second wavelength conversion element 3 For example, by a molding process as reshaping of the semiconductor chip 1 and the first wavelength conversion element 2 getting produced. Alternatively, a volume casting process such as potting or spraying is possible. Furthermore, it is also possible, the second wavelength conversion element 3 applied by electrophoretic deposition.

Wie in 1 gezeigt, umschließt das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 das erste Wellenlängenkonversionselement 2 und den Halbleiterchip 1, wobei eine dem ersten und zweiten Wellenlängenkonversionselement 2, 3 abgewandte Montageseite des Halbleiterchips 1 frei bleibt, sodass das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 beispielsweise auf einem Träger montiert werden kann.As in 1 shown encloses the second wavelength conversion element 3 the first wavelength conversion element 2 and the semiconductor chip 1 wherein one of the first and second wavelength conversion elements 2 . 3 remote mounting side of the semiconductor chip 1 remains free, so that the optoelectronic semiconductor device 10 for example, can be mounted on a support.

Insbesondere ist das erste Wellenlängenkonversionselement 2 vom Halbleiterchip 1 und vom zweiten Wellenlängenkonversionselement 3 eingeschlossen, sodass von außen auf das Halbleiterbauelement 10 eingestrahltes Umgebungslicht nicht direkt auf das erste Wellenlängenkonversionselement 2 fallen kann und dieses dadurch nicht direkt sichtbar ist. Die Dicke, die Materialzusammensetzung und die Form des zweiten Wellenlängenkonversionselements 3 sind dabei derart gwählt, dass das Umgebungslicht im Wesentlichen am zweiten Wellenlängenkonversionselement 3 gestreut wird, das dadurch im Umgebungslicht milchig-weiß oder schneeweiß erscheint. Dies liegt daran, dass das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 einen Wellenlängenkonversionsstoff enthält, der lediglich das ultraviolette Licht des Umgebungslichts in blaues Licht konvertieren kann. Für farbiges Licht hingegen wirkt das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 lediglich Licht streuend. Dadurch wird in einem ausgeschalteten Zustand des Halbleiterbauelements 10 durch das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 lediglich der Blauanteil des gestreuten Umgebungslichts etwas erhöht, wodurch sich ein strahlend-weißer beziehungsweise kalt-weißer Farbeindruck und damit eine entsprechende, auch als ultraweiß bezeichnete, Erscheinungsform ergeben kann. Dadurch kann die Verwendung eines zusätzlichen Diffusors, der beispielsweise einen gelblich wirkenden Farbstoff abdecken soll, vermieden werden.In particular, the first wavelength conversion element 2 from the semiconductor chip 1 and the second wavelength conversion element 3 enclosed, so externally on the semiconductor device 10 incident ambient light not directly on the first wavelength conversion element 2 can fall and this is not directly visible. The thickness, material composition and shape of the second wavelength conversion element 3 are selected such that the ambient light substantially at the second wavelength conversion element 3 is scattered, which thereby appears in the ambient light milky white or snow white. This is because the second wavelength conversion element 3 one Contains wavelength conversion substance that can only convert the ultraviolet light of the ambient light into blue light. For colored light, on the other hand, the second wavelength conversion element acts 3 only light scattering. Thereby, in an off state of the semiconductor device 10 by the second wavelength conversion element 3 only the blue portion of the scattered ambient light increases slightly, which may result in a bright white or cold white color impression and thus a corresponding, also referred to as ultra white, appearance. As a result, the use of an additional diffuser to cover, for example, a yellowish dye can be avoided.

In den 2 und 3 sind weitere Ausführungsbeispiele für optoelektronische Halbleiterbauelemente 11, 12 gezeigt, die Modifikationen des im Ausführungsbeispiel der 1 gezeigten optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 sind. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich daher im Wesentlichen auf die Erläuterung der zusätzlichen Merkmale.In the 2 and 3 are further embodiments of optoelectronic semiconductor devices 11 . 12 shown the modifications of the embodiment of the 1 shown optoelectronic semiconductor device 10 are. The following description is therefore essentially limited to the explanation of the additional features.

Das optoelektronische Halbleiterbauelement 11 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 2 weist einen Träger 4 auf, der als Keramikträger ausgebildet ist. Der Keramikträger ist dabei als Gehäuse mit einer Vertiefung ausgebildet, in der der Licht emittierende Halbleiterchip 1 angeordnet ist. Der Halbleiterchip 1 ist auf dem Keramikträger 4 montiert und an diesem elektrisch angeschlossen. Dazu weist der Keramikträger elektrische Kontaktflächen 41, 42 auf, über die auch das optoelektronische Halbleiterbauelement elektrisch kontaktiert werden kann.The optoelectronic semiconductor component 11 according to the embodiment in 2 has a carrier 4 on, which is designed as a ceramic carrier. The ceramic carrier is designed as a housing with a recess in which the light-emitting semiconductor chip 1 is arranged. The semiconductor chip 1 is on the ceramic carrier 4 mounted and electrically connected to this. For this purpose, the ceramic carrier has electrical contact surfaces 41 . 42 via which the optoelectronic semiconductor component can also be electrically contacted.

Wie in 2 angedeutet ist, kann zumindest eine Seite des Halbleiterchips 1 mittels eines Bonddrahts 5 an elektrische Kontaktfläche 42 des Keramikträgers 1 angeschlossen sein, wobei das erste Wellenlängenkonversionselement 2 eine entsprechende Öffnung oder Aussparung (nicht gezeigt) aufweist, durch die der Bonddraht 5 mit dem Halbleiterchip 1 verbunden sein kann.As in 2 is indicated, at least one side of the semiconductor chip 1 by means of a bonding wire 5 to electrical contact surface 42 of the ceramic carrier 1 be connected, wherein the first wavelength conversion element 2 a corresponding opening or recess (not shown) through which the bonding wire 5 with the semiconductor chip 1 can be connected.

Die Herstellung des zweiten Wellenlängenkonversionselements 3 kann nach dem Aufbringen des Halbleiterchips 1 und des ersten Wellenlängenkonversionselements 2 insbesondere durch ein Volumenvergussverfahren erfolgen, bei dem eine Vergussmasse, die das Wellenlängenkonversionselement 3 bildet, in die Vertiefung des Trägers 4 durch Vergießen oder Verspritzen aufgebracht wird.The production of the second wavelength conversion element 3 can after the application of the semiconductor chip 1 and the first wavelength conversion element 2 in particular by a Volumenvergussverfahren, in which a potting compound, the wavelength conversion element 3 forms into the depression of the carrier 4 is applied by casting or spraying.

In 3 ist ein optoelektronisches Bauelement 12 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt, das einen Träger 4 aufweist, der als Leiterrahmen ausgebildet ist. Insbesondere kann der Leiterrahmen beispielsweise auf einer Kupferlegierung basieren. Der Leiterrahmen weist dabei verschiedene Kontaktbereiche auf, mittels derer der Halbleiterchip 1 direkt und über den Bonddraht 5 kontaktiert werden kann (nicht gezeigt).In 3 is an optoelectronic device 12 according to another embodiment, showing a carrier 4 has, which is designed as a lead frame. In particular, the leadframe may be based, for example, on a copper alloy. The lead frame has different contact areas, by means of which the semiconductor chip 1 directly and over the bonding wire 5 can be contacted (not shown).

Nach dem Aufbringen des Halbleiterchips 1 und des ersten Wellenlängenkonversionselements 2 und des elektrischen Anschlusses des Halbleiterchips 1 über den Bonddraht 5 wird der Träger 4 zusammen mit dem Halbleiterchip 1 und dem ersten Wellenlängenkonversionselement 2 mit dem zweiten Wellenlängenkonversionselement 3 umformt. Das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 kann dabei entsprechend der räumlichen und/oder optischen Anforderungen an das optoelektronische Halbleiterbauelement 12 ausgeformt sein und beispielsweise zumindest in einem Teilbereich als Linse oder anderes optisches Element ausgeformt werden.After the application of the semiconductor chip 1 and the first wavelength conversion element 2 and the electrical connection of the semiconductor chip 1 over the bonding wire 5 becomes the carrier 4 together with the semiconductor chip 1 and the first wavelength conversion element 2 with the second wavelength conversion element 3 reshapes. The second wavelength conversion element 3 can thereby according to the spatial and / or optical requirements of the optoelectronic semiconductor device 12 be formed and formed, for example, at least in a partial area as a lens or other optical element.

In allen gezeigten Ausführungsbeispielen kann insbesondere auch das zweite Wellenlängenkonversionselement 3 nach Vermessen des Farborts des ersten Konversionslichts, das durch das erste Wellenlängenkonversionselement 2 abgestrahlt wird, hinsichtlich seiner Zusammensetzung und/oder seiner Dicke und/oder hinsichtlich des verwendeten Wellenlängenkonversionsstoffs derart eingestellt werden, dass in einer Massenproduktion die optoelektronischen Bauelemente nur eine geringe Farbortstreuung aufweisen.In all embodiments shown, in particular, the second wavelength conversion element 3 after measuring the color locus of the first conversion light passing through the first wavelength conversion element 2 is emitted, are adjusted in terms of its composition and / or thickness and / or with respect to the wavelength conversion substance used such that in a mass production, the optoelectronic devices have only a small Farbortstreuung.

Die in den 1 bis 3 gezeigten optoelektronischen Halbleiterbauelemente können weitere oder alternative Merkmale aufweisen, die mit den Ausführungsformen im allgemeinen Teil beschrieben sind. Insbesondere sind die optoelektronischen Halbleiterbauelemente gemäß den gezeigten Ausführungsbeispielen nicht auf die dort gezeigten Merkmale beschränkt.The in the 1 to 3 shown optoelectronic semiconductor devices may have further or alternative features which are described with the embodiments in the general part. In particular, the optoelectronic semiconductor components according to the embodiments shown are not limited to the features shown there.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Licht emittierenden Halbleiterchip (1), der im Betrieb ultraviolettes Licht emittiert, einem dem Halbleiterchip (1) nachgeordneten ersten Wellenlängenkonversionselement (2), das einen ersten Teil des ultravioletten Lichts in ein erstes Konversionslicht mit spektralen Komponenten in einem Wellenlängenbereich von größer oder gleich 500 nm umwandelt, und einem dem ersten Wellenlängenkonversionselement (2) nachgeordneten zweiten Wellenlängenkonversionselement (3), das einen zweiten Teil des ultravioletten Lichts in ein zweites Konversionslicht mit spektralen Komponenten in einem Wellenlängenbereich von kleiner als 500 nm umwandelt, wobei eine Überlagerung des ersten und zweiten Konversionslichts weißes Licht ergibt.Optoelectronic semiconductor component with a light-emitting semiconductor chip ( 1 ), which emits ultraviolet light in operation, a the semiconductor chip ( 1 ) downstream first wavelength conversion element ( 2 ), which converts a first part of the ultraviolet light into a first conversion light having spectral components in a wavelength range greater than or equal to 500 nm, and a first wavelength conversion element (US Pat. 2 ) downstream second wavelength conversion element ( 3 ), which converts a second part of the ultraviolet light into a second conversion light having spectral components in a wavelength range of less than 500 nm, wherein an overlay of the first and second conversion lights gives white light. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei das erste Konversionslicht einen gelben Wellenlängenbereich und/oder eine grünen und roten Wellenlängenbereich aufweist.The optoelectronic semiconductor device according to claim 1, wherein the first conversion light has a yellow wavelength range and / or a green and red wavelength range. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Konversionslicht blau ist.Optoelectronic semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the second conversion light is blue. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Wellenlängenkonversionselement (2) (LunY1-n)3(GamAl1-m)5O12:Ce3+ (0 ≤ n ≤ 1, m > 0,1) und/oder (Ba, Sr)Si2O2N2 als gelben Wellenlängenkonversionsstoff und/oder einen Eu2 +-dotierten Wellenlängenkonversionsstoff, ein Orthosilikat, ein Nitrido-Orthosilikat, (Ba, Sr) Si2O2N2, ein β-Sialon, CaAlSiN3 und/oder (Ba, Sr, Ca)2Si5N8 als grünen und/oder roten Wellenlängenkonversionsstoff aufweist.Optoelectronic semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the first wavelength conversion element ( 2 ) (Lu n Y 1-n ) 3 (Ga m Al 1-m ) 5 O 12 : Ce 3+ (0 ≦ n ≦ 1, m> 0.1) and / or (Ba, Sr) Si 2 O 2 N 2 as a yellow wavelength conversion substance and / or an Eu 2 + -doped wavelength conversion substance, an orthosilicate, a nitrido-orthosilicate, (Ba, Sr) Si 2 O 2 N 2 , a β-sialon, CaAlSiN 3 and / or (Ba, Sr , Ca) 2 Si 5 N 8 as green and / or red wavelength conversion substance. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Wellenlängenkonversionselement (3) Barium-Magnesium-Aluminat und/oder Strontium-Calcium-Halophosphat als blauen Wellenlängenkonversionsstoff aufweist.Optoelectronic semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the second wavelength conversion element ( 3 ) Barium magnesium aluminate and / or strontium calcium halophosphate as a blue wavelength conversion substance. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Wellenlängenkonversionselement (2) durch Aufdrucken, Umformen oder Sedimentation auf dem Halbleiterchip (1) aufgebracht ist.Optoelectronic semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the first wavelength conversion element ( 2 ) by printing, forming or sedimentation on the semiconductor chip ( 1 ) is applied. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Wellenlängenkonversionselement (3) als Volumenverguss hergestellt durch Vergießen oder Verspritzen oder als Umformung oder mittels elektrophoretischer Abscheidung ausgebildet ist.Optoelectronic semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the second wavelength conversion element ( 3 ) is produced as a volume casting by casting or spraying or as forming or by means of electrophoretic deposition. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Wellenlängenkonversionselement (3) das erste Wellenlängenkonversionselement (2) und den Halbleiterchip (1) umschließt.Optoelectronic semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the second wavelength conversion element ( 3 ) the first wavelength conversion element ( 2 ) and the semiconductor chip ( 1 ) encloses. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin umfassend einen Träger (4), auf dem der Halbleiterchip (1) montiert ist.Optoelectronic semiconductor component according to one of the preceding claims, further comprising a carrier ( 4 ) on which the semiconductor chip ( 1 ) is mounted. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, wobei der Träger (4) einen Leiterrahmen und/oder einen Keramikträger aufweist.Optoelectronic semiconductor component according to claim 9, wherein the carrier ( 4 ) has a lead frame and / or a ceramic carrier.
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