JP2018500755A - 放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品に関する。本半導体部品は、本半導体部品の動作時に生成される光（Ｒ）が通過する放射通過面（Ｓ）と、放射通過面（Ｓ）の上面に配置されており、かつ少なくともいくつかの位置において放射通過面（Ｓ）に直接接触している第１の障壁層（１）と、放射通過面（Ｓ）とは反対側の第１の障壁層（１）の上面に配置されている変換要素（３）と、第１の障壁層（１）とは反対側の変換要素（３）の上面と第１の障壁層（１）の上面とに配置されている第２の障壁層（２）と、を備えており、第１の障壁層（１）および第２の障壁層（２）が協働して変換要素（３）を完全に囲んでおり、第１の障壁層（１）および第２の障壁層（２）がいくつかの位置において互いに直接接触している。【選択図】 図１Ａ

Description

放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を提供する。さらに、放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を製造する方法を提供する。

特許文献１には、放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品が記載されている。

独国特許第１０２０１２１１０６６８号明細書 独国特許公開第１０２００７０４９００５号明細書 独国特許第１０２０１２２１５５２４号明細書

本発明の１つの目的は、長い耐用年数を有する放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を提供することである。本発明のさらなる目的は、放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を特に低コストで製造することのできる方法を提供することである。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品は、本半導体部品の動作時に生成される光が通過する放射通過面を備えている。本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品は、例えば発光ダイオードとすることができる。生成される光は、紫外線のスペクトル領域から赤外線のスペクトル領域までの光とすることができる。本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の放射通過面は、例えば本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の１つの構成要素の外面によって形成されている面であり、本半導体部品の動作時に生成される光の少なくとも一部分がこの面を通過する。例えば、生成された光の少なくとも５０％、特に少なくとも７５％、好ましくは少なくとも９５％が、放射通過面を通過する。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、本半導体部品は、第１の障壁層を備えており、この第１の障壁層は、放射通過面の上に配置されており、少なくとも部分的に放射通過面に直接接触している。言い換えれば、第１の障壁層を、放射通過面に、したがって例えば本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の構成要素に、結合手段なしに結合することができる。障壁層は、好ましくは放射透過性である。「放射透過性」とは、本明細書においては、放射通過面から第１の障壁層に入射する光の少なくとも５０％、特に少なくとも７５％、好ましくは少なくとも９５％が、このプロセスにおいて吸収されることなく障壁層を通り抜けることを意味する。第１の障壁層は、例えば透明である。障壁層は、大気中の気体や湿気に対するバリアを構成する。したがって第１の障壁層は、空気および／または水に対して製造公差の範囲内で不浸透性である。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、本半導体部品は、放射通過面とは反対側の第１の障壁層の上面、に配置されている変換要素、を備えている。この変換要素は、例えば、第１の障壁層に直接接触していることができる。この場合、変換要素を、結合手段なしに第１の障壁層に結合することができる。変換要素は、例えば、少なくとも１種類の変換材料の粒子と、これら変換材料の粒子が中に導入されているマトリックス材料とを備えている。さらには、変換要素が変換材料からなりマトリックス材料を含まないこともできる。

変換要素は、放射通過面から第１の障壁層を通って変換要素に入射する光の少なくとも一部分を、特に、より長い波長の光に変換するように構成されている。この場合、変換要素は二次放射を放出し、この二次放射は、本半導体部品の動作時に生成されて放射通過面を通過する光（すなわち一次放射）との混合放射を形成することができ、混合放射は例えば白色光である。これに代えて、二次放射のみが放出されるように、変換要素が、入射する光を（製造公差の範囲内で）完全に変換することも可能である。

本放射放出半導体部品の少なくとも一実施形態によると、本半導体部品は、第１の障壁層とは反対側の変換要素の上面と、第１の障壁層の上面とに配置されている第２の障壁層、を備えている。第２の障壁層は、変換要素に直接接触していることができ、すなわちこの場合には、第２の障壁層を結合手段なしに変換要素に結合することができる。第２の障壁層は、第１の障壁層と同様に、放射透過性とすることができ、この場合、変換要素および第１の障壁層から入射する電磁放射の少なくとも５０％、特に少なくとも７５％、好ましくは少なくとも９５％が、第２の障壁層を、この層によって吸収されることなく通過する。この目的のため、第２の障壁層を例えば透明な構造とすることができる。

第２の障壁層は、第１の障壁層と同様に、大気中の気体や湿気に対するバリアを構成し、この目的のため第２の障壁層は、空気および／または水に対して不浸透性とすることができる。

本放射放出半導体部品の少なくとも一実施形態によると、第１の障壁層および第２の障壁層は、協働して変換要素を完全に囲んでいる。言い換えれば、変換要素は２つの障壁層によって完全に封止されており、変換要素の外面には、２つの障壁層の一方によって封止されていない領域が存在しない。この場合、２つの障壁層が変換要素の外面を（製造公差の範囲内で）完全に覆っており、かつ変換要素の外面の（製造公差の範囲内で）全体にわたり変換要素に直接接触していることも可能であり、この場合、第１の障壁層または第２の障壁層は、その一部分が変換要素に直接接触している。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、第１の障壁層および第２の障壁層は、部分的に互いに直接接触している。言い換えれば、第１の障壁層および第２の障壁層の向かい合う表面は、一部分が変換要素に直接接触しており、一部分が互いに直接接触している。したがって変換要素は、２つの障壁層によって囲まれている（いわば）空洞内に配置されている。

言い換えれば、２つの障壁層を少なくとも部分的に互いに接合することができる。「接合結合」は、本明細書においては、結合部品が原子間力および／または分子間力によって互いに保持される結合である。接合結合は、特に、２つの結合部品の間の空間を気密封止することができる。接合結合は、例えばファンデルワールス結合である。接合結合は、特に、破壊を伴わずに元に戻すことはできない。言い換えれば、結合部品は、化学溶剤を使用するおよび／または破壊することによってのみ、分離することができる。

本放射放出半導体部品の少なくとも一実施形態によると、本半導体部品は、本半導体部品の動作時に生成される光が通過する放射通過面と、放射通過面の上に配置されておりかつ少なくとも部分的に放射通過面に直接接触している第１の障壁層と、放射通過面とは反対側の第１の障壁層の上面に配置されている変換要素と、第１の障壁層とは反対側の変換要素の上面と第１の障壁層の上面とに配置されている第２の障壁層と、を備えており、第１の障壁層および第２の障壁層が協働して変換要素を完全に囲んでおり、第１の障壁層と第２の障壁層が部分的に互いに直接接触している。

本発明の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の場合には、変換要素が２つの障壁層の間に配置されており、これらの障壁層は、大気中の気体および湿気など外部の影響から変換要素を保護することができる。この場合、第１の障壁層は、本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の構成要素に直接接触しており、この構成要素の上に例えば直接作製することができる。次いで、この第１の障壁層の上に変換要素を例えば直接作製することができ、第１の障壁層および変換要素の上に第２の障壁層を直接作製することができる。

すなわち、変換要素を半導体部品とは個別に製造する必要がない。したがって変換要素は自立性でなくてもよく、障壁層を、本半導体部品の動作時にたとえ周期的に負荷がかかる状態下でも大気中の気体や湿気に対して保護する特性を保持する柔軟かつ弾性の密封層とすることができる。

したがって本明細書に記載されている半導体部品は、とりわけ、特に長い耐用年数を特徴とする。さらには、環境の影響を受けやすい変換材料（例えば有機変換材料や「量子ドット変換体（quantum dot converters）」など）を変換要素において使用することができ、これらの変換材料は、大気中の気体や湿気に対する、障壁層によって提供される高い保護力の恩恵を受け、これにより本半導体部品において長い耐用年数を有する。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、第１の障壁層および第２の障壁層は、接触領域において互いに直接接触しており、接触領域は、横方向において変換要素を完全に囲んでいる。接触領域は、例えば枠の形式で変換要素を囲んでおり、このとき接触領域の輪郭は矩形である必要はない。

したがって変換要素は、第１の障壁層の上面のうち自身に面している部分のみを覆っており、かつ変換要素は、第２の障壁層の下面のうち自身に面している部分のみを覆っている。したがって第１の障壁層および第２の障壁層は、変換要素よりも大きい面積を有する。第１の障壁層の上面および第２の障壁層の下面のうち変換要素に接触していない領域においては、第１の障壁層と第２の障壁層は互いに直接接触しており、これら直接接触している領域において、２つの障壁層の間に接触領域が形成されている。

本放射放出半導体部品の少なくとも一実施形態によると、変換要素は、第１の障壁層と第２の障壁層とに直接接触している。言い換えれば、変換要素と２つの障壁層それぞれとの間に、さらなる層は配置されておらず、特に、障壁層と変換要素との間に、例えば空気の入った気体含有物が含まれないようにすることが可能である。

特に、接触領域では２つの障壁層が互いに直接隣接しており、接触領域以外の領域では各障壁層が変換要素に直接隣接していることが可能である。これにより、何らの結合手段も使用することなく障壁層と変換要素を結合し、本半導体部品のこれらの構成要素を機械的に特に良好に互いに結合することが可能となる。この場合、障壁層と変換要素は、特に、破壊を伴わずに互いに分離することはできず、すなわち障壁層と変換要素のアセンブリは、これらの構成要素の少なくとも一方を破壊することによってのみ壊すことができる。これに加えて、第１の障壁層を、本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品のさらなる構成要素に、破壊を伴わずに分離できないように結合することが可能である。したがって本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品は、その全体にわたり特に堅牢な構造である。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、変換要素の中への水蒸気透過率は、最大で１×１０^−３ｇ／ｍ^２／日、好ましくは最大で３×１０^−４ｇ／ｍ^２／日である。言い換えれば、変換要素は、障壁層によって外側に対して密封されている。障壁層と、障壁層の間の接触領域は、水蒸気透過率が特に低いように構成されている。このことは、障壁層の材料の選択と、障壁層が接触領域において互いに直接隣接して配置される結果として、可能である。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、第１の障壁層および第２の障壁層は、同じ材料を使用して形成されている、または同じ材料からなる。言い換えれば、第１の障壁層および第２の障壁層は、少なくとも１種類の構成材料を共有している、または同じ材料からなる。これにより、第１の障壁層と第２の障壁層が接触領域において特に良好に互いに接着することが可能となり、したがって上記の低い水蒸気透過率が可能となる。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、第１の障壁層および／または第２の障壁層は、特に、次の材料のうちの１種類を使用して形成されている。言い換えれば、第１の障壁層および／または第２の障壁層は、次の材料、すなわち、パリレン、ＰＶＣ、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリシラザン、ＯＲＭＯＣＥＲ、エポキシド、のうちの少なくとも１種類を含む、または少なくとも１種類からなる。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、第１の障壁層および／または第２の障壁層は、最大で５．０ＧＰａの弾性率を有する。言い換えれば、障壁層は、特に弾性の密封層を備えている。障壁層は、従来の封止材料（ガラス、二酸化ケイ素、シリコン窒化物、アルミニウム酸化物など）と比較して、特に弾性である。したがって本半導体部品においては、高コストの材料および工程を使用することなく障壁層を作製および形成することが可能である。

障壁層は、特に、複雑な方法（陽極接合、はんだ付け、溶接、光学的接触接合（optical contact bonding）など）を使用して互いに結合されるガラスまたは金属を含まない。障壁層の弾性により、硬い障壁層（例えばＡｌ_２Ｏ_３を使用してＡＬＤ（原子層堆積法）によって形成される）と比較して、障壁層にクラックが発生する危険性が減少する。放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の構成要素ごとに熱膨張係数がしばしば著しく異なるため、動作時に構成要素の熱膨張の程度が異なる。しかしながら、弾性的に構成されている障壁層により、周期的に負荷がかかる状態下でも、クラックが発生する危険性が大幅に低減する。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、変換要素は、波長を変換する量子ドットを備えている、または波長を変換する量子ドットからなる。

波長を変換する量子ドットは、環境の影響を受けやすい変換材料を備えている。量子ドットは、ナノ粒子（すなわちＱ_０で測定された粒径ｄ５０がナノメートルオーダーの大きさ（例えば少なくとも１ｎｍ〜最大で１０００ｎｍの間）である粒子）を備えていることが好ましい。量子ドットは、波長変換特性を有する半導体コア（semiconductor core）を備えている。半導体コアは、例えば、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＥＡＮＳ、および／またはＥＮＰを使用して形成することができる。半導体コアは、複数の層に収容することができる。言い換えれば、半導体コアは、その外面をさらなる層によって完全に、またはほぼ完全に覆うことができる。

量子ドットの第１の収容層は、例えば無機材料（例えばＺｎＳ、ＣｄＳ、および／またはＣｄＳｅなど）を使用して形成され、量子ドットの電位を発生させる役割を果たす。この第１の収容層および半導体コアは、露出している外面において、少なくとも１つの第２の収容層によってほぼ完全に囲まれている。第２の収容層は、例えば有機材料（例えばシスタミンまたはシステイン）を使用して形成することができ、例えばマトリックス材料および／または溶媒中の量子ドットの溶解度を向上させる役割を果たす。この場合、第２の収容層の結果として、マトリックス材料内の量子ドットの空間分布の均一性を向上させることが可能である。

マトリックス材料は、例えば、次の物質、すなわちアクリル酸エステル、シリコーン、ハイブリッド材料（ＯＲＭＯＣＥＲなど）、のうちの少なくとも１種類を使用して形成することができる。

この場合に発生する問題として、量子ドットの第２の収容層が、空気に触れると酸化し、それにより破壊されることがあり、したがって量子ドットの溶解度が低下する。これにより例えば、マトリックス材料内で量子ドットが凝集する（すなわち塊が形成される）。塊が形成される場合、マトリックス材料内で量子ドットが互いに接近しすぎて、放射を伴わずに量子ドット間で励起エネルギが交換されることがある。結果として波長変換時の効率が低下する。

第２の収容層の破壊は、変換要素の周囲の空気から量子ドットを気密封止することによって防止することができる。この気密封止は、本発明の場合には２つの障壁層の接合結合によって達成される。

変換要素は、変換材料としての量子ドットに代えて、またはこれに加えて、有機変換材料を含むことができる。有機変換材料は、例えば有機染料を含む。このような有機染料は、例えば特許文献２からも公知であり、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、本半導体部品は、放射放出半導体チップと、半導体チップを部分的に囲んでいる放射透過性の被覆体（radiation-transmissive enveloping body）とを備えており、半導体チップとは反対側の放射透過性被覆体の外面が、放射通過面を備えており、第１の障壁層が被覆体に直接接触している。したがって被覆体は、半導体チップと変換要素との間に配置することができる。特に、被覆体によって、変換要素を半導体チップから間隔をおいて配置することができる。被覆体は、例えば、射出成形や圧縮成形などの方法によって半導体チップの周囲に形成することができる。この場合、放射透過性の被覆体は、エポキシド、シリコーン、エポキシド−シリコーンハイブリッド材料などの材料を使用して形成することができる。放射透過性の被覆体には、散乱粒子および／または変換粒子を満たすことができる。第１の障壁層は、結合手段なしに被覆体に結合されているように、被覆体に直接接触した状態に配置されていることが好ましい。

被覆体は、湾曲した形状とすることができる。特に、被覆体は、湾曲したポッティング化合物を備えていることができる。被覆体は、半導体チップから離れる方向、または半導体チップに向かって湾曲していることができる。言い換えれば被覆体は、半導体ボディの領域において、被覆体の側方の縁部領域とは異なる厚さを有することができる。被覆体が湾曲していることによって、特に、被覆体から電磁放射が出射する確率が高まる。さらに、変換要素における過度な放射輝度（radiance）が回避するように、湾曲によって、放射放出半導体チップと変換要素との間の距離を増大させることが可能となる。

この点において、特に、放射透過性被覆体の材料が第１の障壁層の材料とは異なることが可能である。言い換えれば、この場合には放射透過性被覆体と第１の障壁層が異なる材料によって形成されている。したがって、放射透過性被覆体の材料を、オプトエレクトロニクス半導体部品の光学的要件に特に良好に適合させることができ、第１の障壁層の材料は、湿気および／または大気中の気体に対する保護を提供する特性に基づいて選択する。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品は、放射放出半導体チップを備えており、放射放出半導体チップの外面が放射通過面を備えており、第１の障壁層が放射放出半導体チップに直接接触している。言い換えれば、この実施形態においては、放射放出半導体チップは少なくとも部分的には放射透過性被覆体によって囲まれておらず、第１の障壁層が少なくとも部分的に放射放出半導体チップに直接隣接している。このようにすることで、変換要素を放射放出半導体チップの特に近くに配置することが可能である。

放射放出半導体チップは、例えば発光ダイオードチップを備えており、この発光ダイオードチップは、動作時に紫外線のスペクトル領域から可視光のスペクトル領域までの電磁放射（例えば青色光）を放出する。本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品は、複数の放射放出半導体チップを備えていることができ、これらの放射放出半導体チップは、同一に具体化する、または異なって具体化することができる。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、本半導体部品はパッケージ体（package body）を備えており、このパッケージ体は、放射放出半導体チップが中に配置される空洞を備えている。さらに、本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品は、放射放出半導体チップ（例えば発光ダイオードチップなど）を備えていることができる。この場合、パッケージ体が、放射放出半導体チップを例えば横方向において（すなわち側面を）囲むことができる。放射放出半導体チップに面しているパッケージ体の外面は、放射放出半導体チップにおいて生成される電磁放射に対して反射性とすることができる。パッケージ体は、放射放出半導体チップから間隔をおいて配置することができ、またはパッケージ体は、放射放出半導体チップの側面において放射放出半導体チップに直接隣接している。第１の障壁層は、例えば部分的に空洞内に配置されている。これにより、第１の障壁層を機械的損傷から保護することができる。

本放射放出半導体部品の少なくとも一実施形態によると、第１の障壁層は、少なくとも部分的に空洞内に配置されている、および／または、パッケージ体に直接接触している。言い換えれば、少なくとも第１の障壁層も、部分的にパッケージ体によって横方向に囲むことが可能である。これによって、第１の障壁層を少なくとも部分的にパッケージ体によって機械的に保護することができる。これに加えて、またはこれに代えて、第１の障壁層が部分的にパッケージ体に直接接触していることが可能である。言い換えれば、この場合、第１の障壁層とパッケージ体は結合手段なしに互いに結合されている。この場合に第１の障壁層は、本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品のさらなる構成要素（例えば放射透過性の被覆体および／または放射放出半導体チップ）に直接接触している。第１の障壁層と、本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の複数の構成要素とが接触している結果として、第１の障壁層が特に良好に接着し、このようにすることで本放射放出半導体部品の機械的安定性が高まる。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、空洞は、放射放出半導体チップから離れている開口部を備えており、この開口部は、その面積の少なくとも９５％にわたり変換要素によって覆われている。言い換えれば、開口部の面積の実質的に全体が変換要素によって満たされており、このようにすることで、本オプトエレクトロニクス半導体部品において生成される電磁放射のほぼすべてが、オプトエレクトロニクス半導体部品から出射するためには変換要素を通過しなければならない。このようにすることで、変換されていない光のかなりの割合が、パッケージ体と変換要素の間の領域において（例えば第１の障壁層を介して）本半導体部品から放出されることを防止することが可能である。したがって、例えば青色の変換されていない光の漏れが減少する。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも一実施形態によると、本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品は、放射通過面とは反対側の第２の障壁層の上面、に配置されている少なくとも１つのさらなる変換要素と、第２の障壁層とは反対側のさらなる変換要素の上面と、第２の障壁層の上面とに配置されている少なくとも１層のさらなる障壁層と、を備えており、第２の障壁層およびさらなる障壁層が、協働してさらなる変換要素を完全に囲んでおり、第２の障壁層とさらなる障壁層が、部分的に互いに直接接触している。

変換要素ならびに第１の障壁層および第２の障壁層についても開示されている特徴が、さらなる障壁層およびさらなる変換要素に対してあてはまる。

この場合、特に、変換要素の変換材料よりも、例えば電磁放射（特に紫外線）の影響を受けやすい、および／または、高温の影響を受けやすい、変換材料、を使用して、さらなる変換要素を形成することが可能である。特に、本半導体部品は、説明した様式において互いに積層状態に配置された多数の変換要素および障壁層を備えていることが可能である。この場合、異なる変換要素が異なる変換材料を含むことが可能であり、変換要素が放射通過面から離れているほど、その変換要素には、より環境の影響を受けやすい変換材料が使用される。これに代えて、すべての変換要素を同じ構造とすることが可能である。さらには、隣り合う障壁層それぞれが接触領域において互いに直接接触していることが可能であり、この場合、接触領域は、隣接する障壁層の間に包囲されている変換要素を横方向に完全に囲んでいる。この場合、囲まれている変換要素それぞれが、隣接する障壁層に直接隣接していることができる。

さらに、放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を製造する方法を提供する。本方法は、特に、本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体部品を製造する目的に使用することができ、したがって本オプトエレクトロニクス半導体部品に関して開示されている特徴は、本方法にもあてはまり、逆も同様である。

放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を製造する方法の少なくとも一実施形態によると、本方法は、放射通過面に第１の障壁層を形成する方法ステップ、を含む。この第１の障壁層は、製造される多数の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の放射通過面に、並列プロセスにおいて形成される。形成は、本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の構成要素のうち放射通過面を備える構成要素の表面全体への例えば真空蒸着または広範囲噴霧（large-area spraying）によって、実行することができる。この結果として、第１の障壁層が上に配置される、オプトエレクトロニクス半導体部品の１つまたは複数の構成要素と、第１の障壁層とが、直接結合される。

本方法の少なくとも一実施形態によると、さらなる方法ステップにおいて、放射通過面とは反対側の第１の障壁層の上面、に変換材料をパターン状に塗布して変換要素を形成し、したがって第１の障壁層は、部分的に変換要素によって覆われないままである。言い換えれば、それに続く変換要素に面する第１の障壁層の外面の表面全体に変換材料が塗布されるのではなく、第１の障壁層の一部分は変換材料によって覆われないままである。さらに、変換材料のパターン状の塗布は、第１の障壁層の上に変換材料が特定のパターンに配置されるように実行することが可能である。パターン状の塗布は、例えば、マスクを使用してのディスペンシング、スクリーン印刷、孔版印刷、噴射、または噴霧によって実行することができる。この場合には特に、変換材料（したがって作製する変換要素）が、第１の障壁層に部分的に直接隣接し、結合手段なしに第１の障壁層に結合される。

本方法の少なくとも一実施形態によると、さらなる方法ステップにおいて、第１の障壁層とは反対側の変換要素の上面の上と、第１の障壁層のうち変換要素によって覆われていない領域の上とに、第２の障壁層を形成する。この場合にも、例えば真空蒸着または広範囲噴霧による第２の障壁層の形成は、並列プロセスにおいて実行することができ、製造する多数のオプトエレクトロニクス半導体部品において第２の障壁層の材料を塗布する。

放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を製造する方法の少なくとも一実施形態によると、本方法は以下のステップ、すなわち、
− 放射通過面に第１の障壁層を形成するステップと、
− 第１の障壁層が部分的に変換要素によって覆われないままであるように、放射通過面とは反対側の第１の障壁層の上面に変換材料をパターン状に塗布するステップと、
− 第１の障壁層とは反対側の変換要素の上面と、第１の障壁層のうち変換要素によって覆われていない領域とに、第２の障壁層を形成するステップと、
を含む。

本方法は、特に、記載した順序で実行することができ、すなわち完成後の変換要素は、本オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの構成要素の上に直接作製される。本オプトエレクトロニクス半導体部品の変換要素以外の構成要素とは個別に作製して例えば結合手段によってそれらの構成要素に結合するのではない。

放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を製造する方法の少なくとも一実施形態によると、本方法は、本半導体部品の動作時に放射放出半導体チップおよび変換要素によって生成される混合光の光特性曲線の実際の値を決定するステップ、を含む。光特性曲線は、例えば、動作時に放射放出半導体チップおよび変換要素によって生成される混合光の色度座標（color location）および／または色温度とすることができる。

次いで、さらなる方法ステップにおいて、この実際の値を設定点と比較し、次の方法ステップにおいて、この設定点が達成されるように、さらなる変換材料をパターン状に塗布する。

これらの方法ステップを、測定される実際の値が所定の許容誤差の範囲内で設定点に一致するまで繰り返すことができる。

したがって、例えば最終的な混合光の色度座標または色温度の制御は、デバイスを第２の障壁層によって密封する前のさらなるディスペンシングまたはさらなる噴霧によって実行される。これにより、所望の色度座標を特に簡単に意図的に確立することが可能である。

したがって本発明の場合、変換要素は、本半導体部品の他の構成要素とは個別に複雑な方法で作製されるのではなく、半導体部品の上に直接作製され、これにより、たとえ製造中にも、生成される混合光の光特性曲線を決定することができる。第２の障壁層によって変換要素を囲むステップは、所望の光特性曲線が達成された時点でのみ実行されるため、変換要素の後調整を、変換材料のさらなる塗布によって特に簡単に行うことが可能である。

本明細書に記載されている方法を使用することで、電磁放射の変換がオプトエレクトロニクス半導体チップのすぐ近傍において半導体部品の中で直接行われる放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を製造することができ、したがってシステムが単純化され、コストが低減する。

以下では、本発明の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品および本発明の方法について、例示的な実施形態および関連する図面を参照しながらさらに詳しく説明する。

図１Ａの概略断面図は、本明細書に記載されている放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の例示的な実施形態を示している。 図１Ｂの概略断面図は、本明細書に記載されている放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の例示的な実施形態を示している。 図２の概略断面図は、本明細書に記載されている放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の例示的な実施形態を示している。 図３の概略断面図は、本明細書に記載されている放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の例示的な実施形態を示している。

図面において、同じ要素、類似する要素、または同じ機能の要素には、同じ参照数字を付してある。図面と、図面に示した要素の互いの大きさの比率は、正しい縮尺とみなされるべきではない。むしろ、便宜上、および／または本発明をより深く理解できるようにする目的で、個々の要素を誇張して大きな縮尺で示してあることがある。

本発明のオプトエレクトロニクス半導体部品の原理について、図１Ａの概略断面図を参照しながら説明する。本オプトエレクトロニクス半導体部品は、放射通過面Ｓを備えている。放射通過面Ｓは、例えば、放射放出半導体チップ４の外面および／または放射透過性被覆体５の外面とすることができる。放射通過面Ｓに第１の障壁層１が形成されており、この第１の障壁層１は、放射通過面Ｓに直接隣接しており、放射通過面Ｓを備えた対応する構成要素に、結合手段なしに、特に接合によって結合されている。第１の障壁層１は、例えば本明細書に記載されている方法によって形成される。

次いで、放射通過面Ｓとは反対側の第１の障壁層１の上面の一部分に、変換要素３を形成するための変換材料を塗布し、したがって第１の障壁層１は変換材料によって完全には覆われない。変換要素３の適切な厚さを確立するため、本明細書に記載されている方法を使用することができ、この場合、変換材料を塗布している間、光特性曲線の実際の値を設定点と比較し、実際の値が所定の許容誤差の範囲内で設定点に一致した時点で、ただちに変換材料の塗布を停止する。

さらなる方法ステップにおいて、放射通過面Ｓとは反対側の第１の障壁層１の自由面（free surface）および変換要素３の自由面に、第２の障壁層２を形成する。

これにより、半導体デバイスは、第１の障壁層１（放射通過面に直接形成されている）と変換要素３を備えており、変換要素３は第１の障壁層１と第２の障壁層２との間に配置されている。これによって２つの障壁層それぞれを互いに接合し、かつ変換要素３に接合することができる。

放射通過面Ｓとは反対側の第１の障壁層１の上面のうち変換要素３によって覆われていない領域には、第１の障壁層１と第２の障壁層２との間に接触領域１２が形成されており、この接触領域１２においては２つの障壁層が互いに直接隣接している。接触領域１２は、変換要素３を横方向において（すなわち側面を）完全に囲んでいる。

本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品の図１Ｂの概略断面図においては、本放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品は、少なくとも１つのさらなる変換要素３’（放射通過面とは反対側の第２の障壁層２の上面に配置されている）と、少なくとも１層のさらなる障壁層２’（第２の障壁層２とは反対側のさらなる変換要素３’の上面と、第２の障壁層２の上面とに配置されている）と、を備えており、第２の障壁層２およびさらなる障壁層２’は、協働してさらなる変換要素３’を完全に囲んでおり、第２の障壁層２およびさらなる障壁層２’は、部分的に互いに直接接触している。

この場合、特に、変換要素３の変換材料よりも、例えば電磁放射（特に紫外線）の影響を受けやすい、および／または、高温の影響を受けやすい変換材料、を使用して、さらなる変換要素３’を形成することが可能である。互いに隣接する障壁層２，２’は、さらなる接触領域１２’において互いに直接接触しており、この接触領域は、隣り合う障壁層２，２’の間のさらなる変換要素３’を横方向に完全に囲んでいる。この場合、囲まれているさらなる変換要素３’は、隣接する障壁層２，２’それぞれに直接接触していることができる。

図２の概略断面図は、「チップインフレーム（chip in frame）」（ＣＩＦ）構造である放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を示している。

このような部品は、例えば特許文献３に別の文脈において記載されており、「チップインフレーム」構造の部品の構造に関するこの文書の開示内容は、参照によって本明細書に明示的に組み込まれている。「チップインフレーム」部品は、特に、パッケージ体６としての成形体を備えており、このパッケージ体６は、例えばシリコーンおよび／またはエポキシ樹脂を使用して形成することができる。このような材料は、その欠点として気密封止されておらず、したがって空気や湿気が成形体を通り抜けることができる。したがって、気密封止されていない変換要素がこのような「チップインフレーム」部品において使用される場合、環境の影響を受けやすい変換材料の使用時に変換材料の破壊が起こることがある。

この場合、本半導体部品は、チップ用の空洞６１を備えたパッケージ体６に埋め込まれている放射放出半導体チップ４を備えている。放射放出半導体チップ４の側面はパッケージ体６に直接隣接していることができ、パッケージ体６は例えば放射に対して反射性とすることができる。放射放出半導体チップ４は、その上面において接続要素４１に結合されており、接続要素４１は例えば放射透過性であり、この目的のため透明導電性酸化物を含むことができる。接続要素４１は、コンタクト要素（例えばボンドパッド４６）を介して接続要素４５に導電接続されており、接続要素４５は、放射放出半導体チップ４からパッケージ体６の上を貫通ビア４４まで延びている。

接続要素４１に面する放射放出半導体チップ４の上面に、放射透過性被覆体５が形成されており、放射透過性被覆体５は、この場合には湾曲したポッティング化合物の形をとる。ポッティング化合物が湾曲しているため、電磁放射が出射する確率が高まる。被覆体５とは反対側の放射放出半導体チップの下面と、貫通ビア４４の下面には、本半導体部品を表面実装するための接続点４２，４３が配置されている。

さらに、湾曲構造の被覆体５によって、放射放出半導体チップ４と変換要素３との間の距離が増大し、したがって変換要素３における過度な放射輝度が回避される。このようにすることで、説明した設計は、例えば量子ドット変換体など環境の影響を受けやすい変換材料を使用する場合に特に適している。さらに、湾曲構造の被覆体５により、見る角度に対して、放出される混合光を均一化することができる。

第１の障壁層１は、放射透過性被覆体５の領域と、パッケージ体６の領域と、接続要素４５の領域とに、直接接触している。特に、第１の障壁層１は、半導体デバイスの上面を完全に覆っており、したがって第１の障壁層１は、本半導体部品の構成要素との特に大きい接触面積を有し、したがってこれらの構成要素に機械的に特に強固に結合されている。さらに、弾性材料を使用して第１の障壁層１および第２の障壁層２を形成することにより、変換要素を被覆体５の湾曲に従った形状とすることができる。

本発明の半導体部品のさらなる例示的な実施形態について、図３の概略断面図を参照しながらさらに詳しく説明する。この例示的な実施形態においては、図２の例示的な実施形態とは異なり、パッケージ体６が横方向に放射放出半導体チップ４から隔てられており、パッケージ体６の空洞が部分的に放射透過性被覆体５によって満たされている。

第１の障壁層１は、一部分がこの空洞内に位置しており、このようにすることで機械的損傷から特に良好に保護されている。これに加えて、第２の障壁層２を平面状の構造とすることができる。言い換えれば、第２の障壁層２の外面を、製造公差の範囲内で凸部、凹部、くぼみ、隆起部のいずれも含まない平面状の面とすることが可能である。第１の障壁層１は被覆体５に沿って延在しており、半導体チップ４とは反対側の被覆体５の外面が放射通過面Ｓを形成している。さらに、第１の障壁層１はパッケージ体６に直接接触している。変換要素３は、放射放出半導体チップ４の上方に特に大きい面積にわたり配置されており、パッケージ体６の空洞６１の開口部６２の少なくとも９５％を覆っている。

この例示的な実施形態においても、半導体デバイスは、その上面において第１の障壁層１の材料によって完全に覆われている。第１の障壁層１と第２の障壁層２の間の接触領域１２（変換要素３を横方向において完全に囲んでいる）は、パッケージ体６の上方の領域に位置している。

ここまで、本発明について例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項、実施形態、および例示的な実施形態における特徴の任意の組合せを含む。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項、実施形態、および例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１４１１７７６４．９号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。

１ 第１の障壁層
２ 第２の障壁層
２’ さらなる障壁層
１２ 接触領域
１２’ さらなる接触領域
３ 変換要素
３’ さらなる変換要素
４ 放射放出半導体チップ
４１ 接続要素
４２ 接続点
４３ 接続点
４４ 貫通ビア
４５ 接続要素
４６ コンタクト要素
４７ 保護要素
５ 被覆体
６ パッケージ体
６１ 空洞
６２ 開口部
Ｓ 放射通過面
Ｒ 光

Claims (16)

1. 放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品であって、
   − 前記半導体部品が動作しているときに生成される光（Ｒ）が通過する放射通過面（Ｓ）と、
   − 前記放射通過面（Ｓ）の上面に配置されており、かつ少なくとも部分的に前記放射通過面（Ｓ）に直接接触している第１の障壁層（１）と、
   − 前記放射通過面（Ｓ）とは反対側の前記第１の障壁層（１）の上面、に配置されている変換要素（３）と、
   − 前記第１の障壁層（１）とは反対側の前記変換要素（３）の上面と、前記第１の障壁層（１）の前記上面とに配置されている第２の障壁層（２）と、
   を備えており、
   − 前記第１の障壁層（１）および前記第２の障壁層（２）が協働して前記変換要素（３）を完全に囲んでおり、
   − 前記第１の障壁層（１）および前記第２の障壁層（２）が部分的に互いに直接接触しており、
   − 前記変換要素（３）が、波長を変換する量子ドットを備えている、または波長を変換する量子ドットからなる、
   放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
2. − 前記量子ドットが、波長変換特性を有する半導体コアを備えており、
   − 前記半導体コアが、無機材料を使用して形成されている第１の収容層によって囲まれており、
   − 前記第１の収容層が、有機材料を使用して形成されている第２の収容層によって囲まれている、
   請求項１に記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
3. 前記第１の障壁層（１）および前記第２の障壁層（２）が、接触領域（１２）において互いに直接接触しており、前記接触領域（１２）が、横方向（Ｌ）において前記変換要素（３）を完全に囲んでいる、
   請求項１または請求項２のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
4. 前記変換要素（３）が、前記第１の障壁層（１）と前記第２の障壁層（２）とに直接接触している、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
5. 前記変換要素（３）の中への水蒸気透過率が、最大で１×１０^−３ｇ／ｍ^２／日、好ましくは最大で３×１０^−４ｇ／ｍ^２／日である、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
6. 前記第１の障壁層（１）および前記第２の障壁層（２）が、同じ材料を使用して形成されている、または同じ材料からなる、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
7. 前記第１の障壁層（１）および／または前記第２の障壁層（２）が、最大で５．０ＧＰａの弾性率を有する、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
8. − 放射放出半導体チップ（４）と、
   − 前記半導体チップ（４）を部分的に囲んでいる放射透過性被覆体（５）と、
   を備えており、
   − 前記半導体チップ（４）とは反対側の前記放射透過性被覆体（５）の外面が、前記放射通過面（Ｓ）を備えており、
   − 前記第１の障壁層（１）が、前記被覆体（５）に直接接触している、
   請求項１から請求項７のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
9. 前記被覆体（５）が、湾曲した形状である、
   請求項８に記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
10. − 放射放出半導体チップ（４）、
    を備えており、
    − 前記放射放出半導体チップの外面が前記放射通過面（Ｓ）を備えており、
    − 前記第１の障壁層（１）が、前記放射放出半導体チップ（４）に直接接触している、
    請求項１から請求項９のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
11. − 放射放出半導体チップ（４）と、
    − 空洞（６１）を備えているパッケージ体（６）であって、前記空洞（６１）の中に前記放射放出半導体チップ（４）が配置されている、前記パッケージ体（６）と、
    を備えており、
    − 前記第１の障壁層（１）が、少なくとも部分的に前記空洞（６１）の中に配置されている、および／または、前記パッケージ体（６）に直接接触している、
    請求項１から請求項１０のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
12. 前記空洞（６１）が、前記放射放出半導体チップ（４）から離れている開口部（６２）を備えており、前記開口部（６２）が、その面積の少なくとも９５％にわたり前記変換要素（３）によって覆われている、
    請求項１１に記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
13. 前記第１の障壁層（１）が、少なくとも部分的に前記空洞（６１）の中に配置されている、
    請求項１１または請求項１２のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
14. − 前記放射通過面（Ｓ）とは反対側の前記第２の障壁層（２）の上面、に配置されているさらなる変換要素（３’）と、
    − 前記第２の障壁層（２）とは反対側の前記さらなる変換要素（３’）の上面と、前記第２の障壁層（２）の上面とに配置されているさらなる障壁層（２’）と、
    を備えており、
    − 前記第２の障壁層（２）および前記さらなる障壁層（２’）が、協働して前記さらなる変換要素（３’）を完全に囲んでおり、
    − 前記第２の障壁層（２）と前記さらなる障壁層（２’）が、部分的に互いに直接接触している、
    請求項１から請求項１３のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品。
15. 請求項１から請求項１４のいずれかに記載の放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を製造する方法であって、以下の方法ステップ、すなわち、
    − 前記放射通過面（Ｓ）に前記第１の障壁層（１）を形成するステップと、
    − 前記第１の障壁層（１）が、部分的に前記変換要素（３）によって覆われないままであるように、前記放射通過面（Ｓ）とは反対側の前記第１の障壁層（１）の上面、に変換材料（３）をパターン状に塗布して前記変換要素（３）を形成するステップと、
    − 前記第１の障壁層（１）とは反対側の前記変換要素（３）の上面と、前記第１の障壁層（１）のうち前記変換要素（３）によって覆われていない領域とに、前記第２の障壁層（２）を形成するステップと、
    を含む、方法。
16. 前記第２の障壁層を形成する前に、以下のステップ、すなわち、
    − 前記半導体チップ（５）が動作しているときに前記放射放出半導体チップ（４）および前記変換要素（３）によって生成される混合光の光特性曲線の実際の値を決定するステップと、
    − 前記実際の値を設定点と比較するステップと、
    − さらなる変換材料をパターン状に塗布して前記設定点を達成するステップと、
    を含む、請求項１５に記載の、放射放出オプトエレクトロニクス半導体部品を製造する方法。

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