WO2016174236A1 - Strahlungsemittierendes optoelektronisches bauelement - Google Patents

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WO2016174236A1
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emitting optoelectronic
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Sonja Tragl
Dominik Eisert
Stefan Lange
Nils KAUFMANN
Alexander Martin
Krister Bergenek
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Ams Osram International GmbH
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Osram Opto Semiconductors GmbH
Osram GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a radiation-emitting element
  • Optoelectronic component comprising a conversion ⁇ element, a use of a radiation-emitting optoelectronic device in a spectrometer and in an endoscope and a method for producing a
  • Radiation-emitting optoelectronic component comprising a conversion element.
  • One common method for analyzing the composition of organic substances, for example foods or polymers is the recording of the reflection or transmission of infrared or near infrared radiation.
  • Infrared radiation or near infrared radiation excites vibrational modes in the material to be examined, resulting in characteristic absorption bands.
  • light sources having a broad continuous emission spectrum in the desired spectral range are needed.
  • the demand for a small, handy and portable analyzer / spectrometer is high, which also requires a small light source.
  • a compact broadband infrared light source is needed.
  • tungsten halogen lamps are often used for the near infrared range. These lamps are cheap and provide a continuous emission with high intensity in the near infrared range.
  • tungsten halogen lamps have many features that make them disadvantageous for small, portable and portable spectrometers. For example, they generate a lot of heat, which makes them unattractive for portable spectrometers and the emission wavelength changes with time, so that tungsten halogen lamps, in comparison to LEDs, for example, only have short lifetimes.
  • a certain proportion of emitted radiation lies outside the desired wavelength range, as a result of which this energy is lost. Furthermore, they need a lot
  • Laser diodes can only be used for the detection of known substances, such as water, carbon dioxide or volatile organic substances. If unknown substances or mixtures are to be analyzed, a broad emission spectrum of the light source is needed.
  • Intensity of a given wavelength position In order to cover broader wavelength ranges, several infrared LEDs would have to be used, which have to be electronically controlled individually to change the wavelength of the
  • quantum dots meet the necessary
  • Endoscopes also use infrared light sources.
  • 300W xenon lamps with a filter are used to emit infrared radiation with a peak Wavelength of 785 nm +/- 20 nm.
  • a disadvantage of this solution are heavy losses through the filter and a strong heat and rapid aging of the lamp.
  • the xenon lamp can not immediately deploy the full beam power after they are switched on, so that
  • Optoelectronic component comprising a
  • Component specified This comprises a semiconductor chip which emits a primary radiation during operation of the component and a conversion element comprising a conversion material.
  • the conversion element is arranged in the beam path of the primary radiation of the semiconductor chip.
  • this includes
  • Radiation-emitting optoelectronic component two or more semiconductor chips that emit a primary radiation during operation of the device.
  • the distance between the semiconductor chips can be between chip edge to chip edge between 50 ym and 250 ym.
  • this converts
  • the secondary radiation in the near infrared range.
  • the secondary radiation preferably has a wavelength between 700 nm and 2000 nm, in particular between 700 nm and 1100 nm.
  • the wavelength may in particular also be less than 1000 nm, ie between 700 and 1000 nm.
  • Secondary radiation in a range of at least 100 nm at over 20% of the maximum intensity of the secondary radiation.
  • the secondary radiation is a broadband radiation. This can be a broad
  • Emission spectrum in the near infrared spectral range can be achieved by the device.
  • the intensity of the secondary radiation is preferably in a range of at least 150 nm, particularly preferably of at least 200 nm, very particularly preferably at least 250 nm at more than 20% of the maximum intensity of the secondary radiation.
  • Emission spectrum it is possible, for example, unknown substances or mixtures by means of a spectrometer, which is the radiation-emitting optoelectronic
  • Component includes analyzing.
  • Secondary radiation in a range of at least 100 nm at over 30% of the maximum intensity of the secondary radiation.
  • the secondary radiation is a broadband radiation. This can be a broad
  • the intensity of the secondary radiation is preferably in a range of at least 150 nm, particularly preferably of at least 200 nm, very particularly preferably of at least 250 nm at more than 30% of the maximum intensity of the secondary radiation. In one embodiment, the intensity of the
  • Secondary radiation in a range of at least 40 nm, preferably in a range of at least 60 nm, more preferably in a range of at least 80 nm and most preferably in a range of at least 100 nm by not more than 5 percent per nm, preferably not more as 3 percent per nm, more preferably not more than 2 percent per nm.
  • Areas may vary by not more than 0.1 to 5 percent per nm, preferably by not more than 0.1 to 3 percent per nm, more preferably by not more than 0.1 to 2 percent per nm. Overall, this can ensure that the intensity per
  • the conversion material comprises Cr and / or Ni ions and a host material, preferably Cr 3+ and / or Ni 2+ ions, and a host material.
  • the conversion materials according to the invention have a much lower toxicity, which is why an industrial application of the
  • the conversion element is set up during operation of the component that is emitted by the semiconductor chip
  • Secondary radiation has a wavelength between 700 nm and 2000 nm, in particular between 700 nm and 1100 nm.
  • the wavelength may also be less than 1000 nm, that is to say between 700 and 1000 nm.
  • the wavelength may in particular be the peak wavelength.
  • Peak wavelength is used herein to denote the wavelength of a peak at which the maximum intensity of the peak is located.
  • Halogen lamps for IR applications usually have a diameter of 20 mm and a length of 101 mm. This is suitable
  • the host material is selected from a group of compounds comprising metal oxides,
  • Metal halides metal nitrides, metal oxynitrides and
  • the host material is a metal oxide.
  • the semiconductor chip comprises an active
  • the semiconductor chip emits a primary radiation in the blue, green or red spectral range.
  • the semiconductor chip emits a primary radiation in the blue or red spectral range.
  • the conversion material can be stimulated particularly efficiently.
  • Epitaxial layer sequence for example a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well or more preferably a multiple quantum well structure.
  • quantum well structure does not contain any information about the dimensionality. It thus includes, among others
  • Quantum wells Quantum wires and quantum dots and each
  • the dominant wavelength is the monochromatic wavelength which produces the same color impression as a polychromatic light source.
  • the line connecting a point for a particular color and the point for the color of a light source can be extrapolated to meet the outline of the space in a maximum of two points.
  • Wavelength perceived by the human eye In general, the dominant wavelength differs from one
  • Wavelength of maximum intensity In particular, the dominant wavelength in the red spectral range is at smaller wavelengths than the wavelength of maximum intensity.
  • Primary radiation of wavelength between 580 and 700 nm is based on gallium arsenide phosphide or aluminum indium gallium phosphide. Particularly when used in an endoscope, the dominant wavelength of the primary radiation is preferably between 615 nm and 650 nm,
  • the semiconductor chip or the semiconductor chips are on a board, for example one Metal core board, A1N or a layer structure of A1N and metal applied.
  • the semiconductor chip or the semiconductor chips are surface mountable and on one
  • Carrier applied based on a ceramic or a lead frame carrier applied based on a ceramic or a lead frame.
  • surface-mountable means that the semiconductor chip does not have any wire connections, but is soldered directly to a carrier, for example a printed circuit board, via solderable connection surfaces
  • a carrier for example a printed circuit board
  • solderable connection surfaces solderable connection surfaces
  • Luminance achieved which is particularly advantageous in endoscopes. Examples of surface emitting
  • Semiconductor chips are ThinGaN, Thinfilm or UX3.
  • the conversion material preferably converts over 20%, more preferably over 40%, most preferably over 50% of the primary radiation in
  • Primary radiation converted to secondary radiation It is also possible for primary radiation, that is to say radiation in the blue or red spectral range, to be emitted to the outside into the surroundings of the radiation-emitting optoelectronic component. This proves to be advantageous if it is to be precisely located on which point of the environment the radiation in the near infrared range is to strike. For example, when using the device in a spectrometer, it is possible to precisely focus the region of the sample to be analyzed. Even when used in an endoscope, the tissue to be treated, for example a tumor, can be precisely localized.
  • a filter is arranged above the conversion element. This can prevent that
  • a material can be used which absorbs blue, green or red primary radiation, but is permeable to the secondary radiation.
  • Schott glass filters can be used, but there are also other filters known in the art
  • dielectric mirrors which selectively reflect blue, green or red primary radiation. This can, for example, on a cover
  • the cover can be a
  • the cover comprises a glass or glass.
  • a layer or an element is arranged or applied "on” or “above” another layer or another element can mean here and below that the one layer or the one element directly in direct mechanical and / or electrical contact is arranged on the other layer or the other element. Furthermore, it can also mean that the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element. In this case, then further layers and / or elements or a clear distance between the one or the other layer
  • the radiation-emitting optoelectronic component may be a light-emitting diode, or LED for short.
  • the device then emits incoherent radiation during operation.
  • the LED can as
  • the Cr and / or Ni ions preferably Cr 3+ and / or Ni 2+ ions, replace the metals of the
  • the Cr and / or Ni ions preferably Cr 3+ and / or the Ni 2+ ions, replace 0.01 to 10 mol%, preferably 0.1 to 5 mol%, particularly preferably 0 , 3 to 3 mol%, for example 0, 5 or 1.0 mol% of a metal of the
  • the conversion material has no or only very few defects. Under defect spots become predominantly unoccupied lattice sites and foreign ions in the host lattice or ions
  • Defects in the host lattice can cause the quantum efficiency of a phosphor to be lowered or persistence to occur, that is, the luminescence decay time is in the millisecond range. If the conversion material has no or only very few defect points, a short cooldown in the range of microseconds can be achieved and thus the afterglow largely
  • a long afterglow is for example for applications of materials that
  • Ligand field for example Al 2 O 3
  • a spin-forbidden 2 E ⁇ 4 A 2 transition Due to the spin-forbidden transition these transitions are very slow and it comes increasingly to a persistence.
  • host materials with a weak ligand field are used, so that the first excited state is a 4 T2 state, with a spin-allowed transition 4 T 2 ⁇ 4 A 2 , which leads to a broadband emission with wavelengths above 700 nm. Since this is a spin-allowed transition, the transitions after the excitation are done very quickly, so that afterglow of the conversion material avoided
  • Ni 2+ ions often have a multi-band spectrum since the emission transitions are made up of several excited states.
  • Mgi_ x Ni x SI03 shown with x 0, 0001-0, 1 two emission bands at about 850 nm and 1500 nm.
  • the host material may be crystalline and / or amorphous, ie glassy compounds. amorphous
  • Compounds may be advantageous to achieve broadband emission.
  • an amorphous compound the environment and thus the ligand field around each metal atom and activator ion, such as Cr or Ni ion, are slightly different, while in crystalline compounds the number of molecules differs
  • Environments is determined by the number of crystallographic layers available to the activator ions, such as Cr or Ni ions, and the position of an emission band shifts depending on the ligand field, so that it is at
  • oxygen and metal ions can be arranged so that rather weak interactions between the d orbitals of a central metal ion and the surrounding metal ions
  • Oxygen ions occur. Activator ions such as Cr 3+ or Ni 2+ , which partially replace the metal atoms, are then surrounded by a so-called weak ligand field
  • a broad, continuous emission spectrum in the near infrared spectral range.
  • a continuous emission spectrum is meant that the intensity does not abruptly decrease or increase over the emitted wavelength range, that is, the intensity varies by not more than 0.1 to 5 percent per nm.
  • the broad, continuous emission spectrum can be maintained over the life of the device, for example over a period of 5 to 1000 hours.
  • EA Sr and / or Ba
  • A Na and / or K
  • AE Ca and / or Sr
  • Ln La
  • D Nb.
  • the host material is a compound that has small deviations in the empirical formulas EAGai 2 0i 9 ,
  • the host material Ln 3 may include or consist of GasGeOi 4 and Ga 2 Ü 3 , preferably ⁇ -Ga 2 Ü 3 .
  • the host material Ln 3 comprises or consists of GasGeOi 4 and Ga 2 Ü 3 .
  • the weight fraction of Ga 2 Ü 3 can be between 5 and 20
  • the conversion material is selected from a group of compounds which Mgi_ x Ni x SI03, A y (Ga x Ni x) 5O [(15 + y) / 2] -2, 5x, AE 3 (Ga x Ni x ) 2Ge40i4- x ,
  • y 0.9-1.9
  • A Li, Na, K and / or Rb
  • AE Mg, Ca, Sr and / or Ba
  • Ln La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and / or Lu
  • D Nb and / or Ta.
  • A Na and / or K
  • AE Ca and / or Sr
  • Ln La
  • D Nb.
  • A Na and / or K
  • AE Ca and / or Sr
  • Ln La
  • D Nb
  • the conversion material is selected from a group of compounds which A y (Gai x Ni x ) 5 0 [(i5 + y > / 2] -2, 5x, AE 3 (Ga x Ni x ) 2 Ge 4 0i4- x , Ln 3 (Gai_ x Ni x) 5 GeO (28-5x) / 2, Ln 6 (Gai_ x Ni x) ND0 28 -5, 5x, (Mgi_ x Ni x) 4 D2O 9 and combinations thereof.
  • the conversion material is selected from a group of compounds which A y (Gai_ x Ni x ) 5 0 [(i5 + y > / 2] -2, 5x, AE 3 (Gai_ x Ni x )
  • Ln 3 (Gai_ x Ni x ) 5 GeO (28-5x) / 2 and (Gai_ x Ni x ) 2 0 3 _ x include or consist of. It is or arises (Gai_ x Ni x ) 2 0 3 _ x preferably as a minor phase.
  • the conversion material is selected from a group of compounds that
  • EA Mg, Ca, Sr and / or Ba
  • A Li, Na, K and / or Rb
  • AE Mg, Ca, Sr and / or Ba
  • Ln La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and / or Lu
  • D Nb and / or Ta.
  • A Na and / or K
  • AE Ca and / or Sr
  • the conversion material is selected from a group of compounds which
  • EA (Gai_ x .Cr x . ) 12 0i9, A y ⁇ (Gai_ x .Cr x .) 5 0 ( i 5 + y ) 12, AE 3 (Gai_ x .Cr x .) 2 Ge 4 0i 4 , Ln 3 (Gai_ .cr x x.) sGeOi4, Ln IID0 6 28 8 / (2 (x Gai_ -Cr x.) (Mgi_ .cr x x.) - x -> D 2 0 9 and combinations thereof particularly.
  • the conversion material is from a group of compounds
  • the conversion material 8 sCr 0 , 12O19, La 3 Ga 4 , 97 5 Cr 0 , 0 2sGeOi 4 , La 3 Ga 4 , 95Cro, 05GeOi 4 , Ca 3 Gai, 9sCro, 02Ge 4 Oi 4 or ai, 4 Ga 4 , 9sCro, osOs, 2.
  • Ln 3 (Gai- X ' Cr X' ) 5 GeOi 4 and (Gai_ X ' Cr x .) 2 0 3 include or consist of. It is or arises (Gai_ X ' Cr x .) 2 0 3 preferably as a minor phase.
  • the conversion material AE 3 (Gai- X ' Cr X' ) 2Ge 4 0i 4 contains a secondary phase of Cr-doped
  • the secondary phase that is to say the Cr-doped Ga 2 O 3, emits secondary radiation in the range from 650 nm to 850 nm.
  • the peak wavelength of the Cr-doped Ga 2+ 3 is in the range from 700 to 750 nm.
  • x and / or ⁇ is ⁇ for every
  • the conversion material may also be a combination of one or more Ni 2+ -doped ones
  • a combination of conversion materials results in a more uniform distribution of the intensity of the radiation.
  • a y ⁇ (Gai- X ' Cr X' ) 5 0 ( i5 + y) / 2 and Ln 3 (Gai- X ' Cr x .) 5 GeOi 4 are used.
  • Lri3 (Gai- X ' Cr X' ) 5 GeOi 4 can contain 2O 3 as a minor phase (Gai_ X ' Cr x .).
  • this includes
  • the conversion material can be prepared from weighs of the starting materials that the
  • Conversion material around a powder can be Conversion material around a powder.
  • the powder can be any suitable material.
  • the converter particles have a particle diameter of from 1 to 50 .mu.m, preferably from 3 to 20 .mu.m, particularly preferably from 5 to 15 .mu.m.
  • Particle size can be determined by laser diffraction methods.
  • the conversion element comprises a conversion material and a matrix material or consists of a conversion material and a matrix material.
  • Conversion material may be embedded in the matrix material.
  • converter particles are in the
  • the Conversion material is homogeneously distributed in the matrix material. But it is also possible that the conversion material is distributed with a concentration gradient in the matrix material.
  • the matrix material comprises or consists of one of the following materials: Silicone, a polysilazane, an epoxy, a polyurethane, an acrylate, a polycarbonate, a glass, a ceramic. If a semiconductor chip is used which emits blue radiation, preferably a silicone is used, since this matrix material is particularly stable with respect to blue
  • Radiation is, i. that it is over the life of the
  • Semiconductor chip used which emits red radiation preferably an epoxide is used, since this matrix material is particularly inexpensive and has a low permeability to moisture, so that the semiconductor chip in this embodiment particularly well opposite
  • One possible embodiment of the conversion element is the embodiment in the form of a potting, wherein the encapsulation encloses the semiconductor chip in a form-fitting manner. Furthermore, the encapsulation on the side walls, which surrounds the semiconductor chip in a form-fitting manner, can be stabilized, for example, by a housing and is located, for example, in a recess of such a housing.
  • the side walls of the recess are formed reflecting. As a result, a narrower radiation can be achieved and thus the intensity in the
  • Beam angle of +/- 40 ° to +/- 60 ° can be increased.
  • the secondary radiation is radiated focused outwards.
  • the radiation in the near infrared range can be applied locally to small objects or small ones
  • regions of an object to be examined may be directed by a spectrometer comprising the radiation-emitting optoelectronic component.
  • a spectrometer comprising the radiation-emitting optoelectronic component.
  • the conversion element can be designed as a conversion layer.
  • the conversion layer has direct contact between the conversion layer and
  • the thickness of the conversion layer for example, is smaller than the thickness of the semiconductor chip and, for example, may be formed constant at all radiation exit surfaces.
  • Conversion layer is done in particular by the following
  • the conversion material is present at 1-60 weight percent, preferably at 5-40 weight percent, more preferably at 10-40 weight percent, based on the total mass of conversion material and matrix material.
  • the conversion element may also take the form of a plate or a foil.
  • the plate or foil is disposed over the semiconductor chip.
  • Semiconductor chip can exist a distance.
  • the conversion element is arranged downstream of the semiconductor chip and is illuminated by the primary radiation.
  • Pouring body or an air gap may be formed.
  • the plate or foil comprises or consists of silicone and the
  • the conversion element comprises thermally conductive materials.
  • the thermally conductive materials are selected from a group comprising Al 2 O 3 , AlN, SiO 2 and combinations thereof.
  • Heat accumulation in the conversion element and it can be a
  • thermally conductive materials advantageous.
  • the conversion element comprises phosphors which convert the primary radiation into a second one Convert secondary radiation in the blue, green or red region of the electromagnetic spectrum.
  • Secondary radiation is thus in the visible range and is in addition to the secondary radiation in the near infrared region to the outside in the environment of the radiation-emitting
  • the conversion element consists of the conversion material.
  • this may be a ceramic of the conversion material.
  • Conversion element as a plate around a plate consisting of a ceramic of the conversion material.
  • the plate has a low porosity. This can be undesirable
  • the device comprises an optical element, for example a wavelength-aligning element
  • Element such as a lens.
  • a narrower radiation can be achieved and thus the
  • Intensity in the illumination area in particular in the range of a radiation angle of +/- 40 ° to +/- 60 °, are increased. This makes it possible for the secondary radiation to be emitted in a focused manner to the outside.
  • Near-infrared range can be applied locally to small objects or small areas such as one of a kind Spectrometer that is the radiation-emitting
  • optoelectronic component comprises, to be examined
  • Embodiments for sensor applications specified.
  • Embodiments specified in a spectrometer Embodiments specified in a spectrometer.
  • the radiation-emitting optoelectronic component according to the invention has a broad, continuous emission spectrum in the near infrared spectral range
  • a radiation-emitting optoelectronic device is sufficient in a spectrometer. This makes it possible to have a spectrometer with only one light source
  • the spectrometer can be used for the analysis of organic substances such as food and polymers. In one embodiment, the use of the
  • the spectrometer comprises a sensor.
  • the sensor is a silicon detector. This sensor is preferred
  • Radiation-emitting optoelectronic component in a spectrometer can be ensured that the broad and continuous emission spectrum is maintained during the measurement time, ie over a period of about 25 ms to 10 s.
  • the measuring time is to be understood as meaning the time which is used for the actual measurement. This means that the measuring time starts as soon as the maximum
  • wavelength-dependent intensity changes do not occur abruptly, but at most in less than one-fifth of the measurement time vary by 1-20%.
  • the specified embodiments of the radiation-emitting optoelectronic component can thus be part of a spectrometer.
  • a spectrometer comprising
  • the spectrometer includes a
  • the senor is a silicon detector. This sensor is preferred
  • the radiation-emitting optoelectronic component which has a secondary radiation at a wavelength between 700 nm and 1100 nm, can be equipped with a silicon detector
  • Silicon detectors can be manufactured inexpensively compared to other sensors. This makes it possible to produce the spectrometer overall cost-effectively.
  • the spectrometer is suitable for installation in a smartphone. This is due to the small spatial dimensions of the radiation emitting
  • the spectrometer may be included in a smartphone.
  • Embodiments indicated in an endoscope Embodiments indicated in an endoscope.
  • Peak wavelengths between 780 and 790 nm, for example of 785 nm, for example, tumors can be detected and / or treated.
  • the endoscopes are therefore used in the
  • the radiation has a
  • Half width at half height of the maximum (FWHM, fill width at half maximum) of about 40 nm.
  • the endoscopes are suitable for distributing a fluorescent contrast agent such as
  • indocyanine green in a tissue to make visible so that, for example, lymph vessels or the
  • the near-infrared radiation thus serves as excitation radiation for the fluorescence contrast medium.
  • An endoscope is specified, comprising a
  • the radiation-emitting optoelectronic component preferably comprises one or more semiconductor chips, in particular the semiconductor chips emit during operation a primary radiation with a dominant wavelength between 615 nm and 650 nm or between 440 nm and 460 nm.
  • the spacing of the semiconductor chips can vary from chip edge to chip edge between 50 .mu.m and 250 ym lie.
  • the conversion element is designed as a plate and consists of or comprises the conversion material and, for example, silicone, ceramic or glass.
  • the conversion element is sprayed or dispersed as a layer with a layer thickness between 20 and 150 ⁇ m onto the semiconductor chip (s).
  • the layer can do that
  • Conversion material and silicone, polysilazane or glass include or consist of these materials.
  • radiation-emitting optoelectronic components with a high luminance can be provided.
  • the endoscope includes a filter to obtain the target wavelength.
  • the dimensions of the endoscope can be kept low by the use of a radiation-emitting device according to the invention, which requires little space. Further
  • the radiation-emitting components are characterized by a high luminance, which is very important for use in an endoscope to couple as much light into the fiber of the endoscope. To achieve high
  • Luminances are used in particular surface-emitting semiconductor chips.
  • the endoscope can be used directly after it has been switched on, since in contrast to previously used lamps, no warm-up time has to be waited for.
  • the specified embodiments of the radiation-emitting optoelectronic component can be produced according to the following methods. There will be a method of making a
  • the method includes the following
  • Host material is selected, wherein the host material is selected from a group of compounds, the metal oxides, metal halides, metal nitrides, metal oxynitrides and
  • the conversion materials according to the invention can be produced and handled without a protective gas atmosphere or enveloping protective layers, which is why an industrial, cost-effective production of the
  • the conversion material comprises Cr 3+ and / or Ni 2+ ions.
  • method step B) comprises a method step BB):
  • method step BB comprises the following method steps:
  • BB2 calcining the mixture obtained in BB1) at a temperature between 700 ° C and 1500 ° C.
  • the calcining takes place in the
  • process step BB1) comprises combining the starting materials and dissolving the starting materials in a mineral acid.
  • the mineral acid is one
  • Hydrochloric acid and nitric acid and combinations thereof By dissolving the educts in a mineral acid, homogeneous mixtures of the starting materials are formed, some of them too
  • oxides used become hydroxides
  • Reaction temperature during calcination in process step BB2) are lowered.
  • a method step BB3 takes place:
  • step BB3 milling and sieving the in step BB2)
  • Step BB5 follows:
  • step BB5 milling and sieving the in step BB4)
  • Process step after the powder has cooled to room temperature takes place after method step BB3) or after method step BB5):
  • step BB6 sintering in step BB3) or BB5)
  • sintering occurs in
  • Process step BB6) at a temperature between 700 and 1700 ° C, for example at 900 ° C.
  • sintering occurs in
  • Process step BB6) for one to fifteen, preferably one to eight, for example for six hours.
  • Step BB6 with binders.
  • the following method step BB7) takes place after method step BB3) or after method step BB5):
  • step BB7 mixing in step BB3) or BB5)
  • the starting materials in process step BB1) are selected from the group consisting of metal oxides,
  • Metal halides metal acetates, metal nitrides and
  • the starting materials are selected from a group comprising metal oxides, metal hydroxides, metal carbonates and combinations thereof.
  • Step BB1 added a flux.
  • This may, for example, be boric acid. This addition improves reactivity and crystal growth.
  • Figures 5 to 12 show the reflectance and the emission of various embodiments of the
  • FIG. 13 shows the emission performance of a
  • Figures 14 to 17 show the emission of various
  • Figure 18 shows the reflectance and the emission of a
  • the radiation-emitting optoelectronic component 1 has a semiconductor chip 2, a rear-side contact 15, a front-side contact 16 and an active epitaxial layer sequence 9, the active epitaxial layer sequence 9 emitting red or blue primary radiation during operation.
  • the semiconductor chip is based on aluminum indium gallium phosphide or indium gallium nitride.
  • the semiconductor chip 2 is fastened on a first terminal 4 by means of an electrically conductive connection means with the rear side contact 15.
  • an electrically conductive connection means for example, a metallic solder or an adhesive is used.
  • the front-side contact 16 is connected to a second electrical connection 5 by means of a bonding wire 17.
  • Basic housing 10 embedded with a recess 11 By “prefabricated” is meant that the base housing 10 already at the terminals 4, 5, for example by means
  • the base housing 10 comprises, for example, an opaque plastic and the recess 11 is in terms of their shape as
  • Reflector 18 is formed for the primary radiation and secondary radiation, wherein the reflection can optionally be realized by a suitable coating of the inner walls of the recess 11.
  • Such basic housing 10 are
  • Conductor strip for example by means of injection molding and / or
  • the conversion element 6 is formed in the embodiment of Figure 1 in the form of a potting and fills the recess 11, as shown in Figure 1, from.
  • the conversion element comprises a conversion material and a
  • the matrix material is for example a silicone.
  • the conversion material is in the form of converter particles and comprises or consists of La 3 Ga 4 , 97 5 Cr 0 , 02 sGeOi 4 and
  • the conversion material has here almost no defects in its crystal lattice, so that a
  • Primary radiation is at least partially of the
  • a further exemplary embodiment of a radiation-emitting optoelectronic component described here is described in conjunction with FIG.
  • the conversion element 6 is formed as a layer.
  • the conversion element 6 consists of a glass, in the converter particles, for example, a
  • Conversion material consisting of La3Ga4, 9 sCro, osGeOi4 and
  • the semiconductor chip 2 applied.
  • the semiconductor chip 2 and at least partial areas of the electrical connections 4, 5 are enclosed by a radiation-permeable enclosure 13, which does not cause any change in wavelength or frequency of the radiation passing through the conversion element 6.
  • the radiation-permeable enclosure can
  • Ports 4 and 5 at least partially and / or directly surrounded by a radiation-transmissive sheath 12. This radiation-permeable enclosure 12 causes no
  • Enclosure 12 consists for example of one of the above-mentioned radiation-transmissive materials or contains at least one of these materials. Furthermore, the recess 11 may be filled with a gas in this embodiment.
  • the recess 11 of Figure 3 is covered by a conversion element 6 consisting of the ceramic conversion material, wherein the conversion element 6 is a separately prepared and fixed to the base housing 10 plate 6. For example, it is a plate consisting of a CasGai, 9 sCr 0 , 02Ge 4 Oi 4 ceramic.
  • Lenticular cover 21 may be provided, the one
  • Cover 21 may in particular from a
  • Ports 4 and 5 at least partially and / or directly surrounded by a radiation-transmissive sheath 12. This radiation-permeable enclosure 12 causes no
  • Wavelength change at the of the semiconductor chip. 2 emitted primary radiation.
  • Enclosure 12 consists for example of one of the above-mentioned radiation-transmissive materials or contains at least one of these materials. Furthermore, the recess 11 may be filled with a gas in this embodiment. Directly on the semiconductor chip 2 is the
  • the Conversion element 6 is arranged.
  • the conversion element 6 is in the form of a plate and consists for example of a Nai, 4 Ga 4 , 9 5 Cr 0 , OsOs, 2 ceramic.
  • Conversion element 6 an adhesive layer (not shown here) may be attached.
  • the optoelectronic portion 6 the optoelectronic
  • Component 1 to an LED wherein the radiation in Figures 1 to 4 is coupled up via the conversion element 6.
  • Figures 5 to 12 show reflectance (dashed line) and relative emission intensities
  • the conversion material was introduced in the form of particles in a matrix material made of silicone and over a
  • FIG. 5 shows the reflectance (dashed line) and the relative intensity of the emission (solid line) of the conversion material La 3 Ga 4 , 97 sCro, 02 sGeOi 4 with a minor phase of (Ga, Cr) 2O3 at an excitation wavelength, ie a primary radiation of 450 nm.
  • the conversion material shows the lowest reflection at about 450 nm and 640 nm and is thus best excitable at about 450 nm and 620 nm, ie with a primary radiation in the blue and red spectral range.
  • the conversion material has a broad and continuous emission between 700 and 1050 nm, the relative
  • Intensity in the range of 700 nm to about 1000 nm is greater than 50%. At a wavelength of about 780 nm, the maximum emission is. The broad issue is based on the
  • the conversion material La 3 Ga 4, 97 scro, 0 2sGeOi 4 with the minor phase of (Ga, Cr) 2C> 3 was prepared as follows: 36, 27 mmol La2Ü 3, 105, 44 mmol Ga 2 P 3, 42.18 mmol GeÜ 2 , 2.11 mmol boric acid and 0.527 mmol Cr 2 Ü 3 are mixed in a mixer and a
  • a Speedmixer which is also referred to as dual asymmetric centrifuge, that is, a laboratory mixing system based on the double rotation of a mixing cup used.
  • the boric acid acts here as a flux through which
  • the sintered powder is ground and sieved and then subjected to a second annealing step at 1300 ° for four hours.
  • the obtained sintered material is pulverized with a mortar grinder and with a test sieve sieved with a mesh size of 30 ym to separate coarser particles (> 30 ym).
  • FIG. 6 shows the reflectance (dashed line) and the relative intensity of the emission (solid line) of FIG
  • the conversion material has a broad and continuous emission between 700 and 1050 nm, with the relative intensity in the range of about 780 nm to about 1000 nm being over 50%. At a wavelength of about 900 nm, the maximum emission is.
  • the broad emission is due to the superposition of two separate ones
  • Figure 7 shows the reflectance (dashed line) and the relative intensity of the emission (solid line) of the conversion material La 3 Ga 4 , 9 sCro, osGeOi 4 with the secondary phase of (Ga, Cr) 2O3 at an excitation wavelength, ie one
  • the conversion material exhibits the least reflection at about 450 nm and 640 nm, and is thus best excitable at about 450 nm and 620 nm, i. with a primary radiation in the blue and red spectral range.
  • the conversion material has a broad and continuous emission between 700 and 1050 nm, with the relative intensity in the range of 700 nm to about 1050 nm being over 50%. At a wavelength of about 780 nm to 920 nm, the maximum emission is.
  • the broad emission is based on the superposition of two separate emission bands of
  • the conversion material La 3 Ga 4, 9 scro, osGeOi 4 with the minor phase of (Ga, Cr) 2 0 3 was prepared as follows: 63.15 mmol La 2 P 3, 105, 26 mmol Ga 2 P 3, 42.10 mmol of GeÜ 2 , 2.11 mmol boric acid and 1.052 mmol Cr 2 Ü 3 are processed in a mixer and a mortar mill to a mixture.
  • a mixer is a
  • the powder thus produced is transferred to a corundum crucible and annealed at 950 ° for four hours. After cooling to room temperature, the sintered powder is ground and sieved and then subjected to a second annealing step at 1300 ° for four hours.
  • the obtained sintered material was pulverized with a mortar grinder and equipped with a test sieve
  • Figure 8 shows the reflectance (dashed line) and the relative intensity of the emission (solid line) of the conversion material La 3 Ga 4 , 9 sCro, osGeOi 4 with a minor phase of (Ga, Cr) 2O 3 at an excitation wavelength, ie a primary radiation of 637 nm.
  • the conversion material has a broad and continuous emission between 700 and 1050 nm, with the relative intensity in the range of about 800 nm to about 1050 nm being over 50%. At a wavelength of about 910 nm, the maximum emission is.
  • the broad emission is due to the superposition of two separate ones
  • FIG. 9 shows the reflectance (dashed line) and the relative intensity of the emission (solid line) of FIG Conversion material CasGai, 9 sCr 0 , 0 2Ge 4 Oi 4 at an excitation wavelength, ie a primary radiation of 450 nm.
  • the conversion material shows at 450 nm and 620 nm, the lowest reflection and is therefore best in this
  • Wavelength excitable i. with a primary radiation in the blue and red spectral range.
  • the conversion material has a broad and continuous emission between 700 and 900 nm, with the relative intensity ranging from 700 nm to about 850 nm being over 50%.
  • Wavelength of about 760 nm is the maximum emission.
  • the conversion material CasGai, gsCro, 0 2Ge 4 Oi 4 was prepared as follows: 49, 49 mmol CaC0 3, 0, 33 mmol CaF 2, 16.50 mmol Ga 2 P 3, 65, 99 mmol GeÜ2, and 0.165 mmol of Cr 2 Ü 3 are processed in a blender and a mortar mill to a mixture.
  • the mixer used is a speed mixer.
  • the powder thus produced is transferred to a corundum crucible and annealed at 1150 ° for four hours. After cooling to room temperature, the sintered powder is ground and sieved and then subjected to a second annealing step at 1200 ° for four hours.
  • the obtained sintered material was pulverized with a mortar grinder and equipped with a test sieve
  • Figure 10 shows the reflectance (dashed line) and the relative intensity of the emission (solid line) of the conversion material CasGai, gsCro, 0 2Ge 4 Oi 4 at a
  • Excitation wavelength ie a primary radiation of 637 nm.
  • the reflectance as a function of the wavelength corresponds to that shown in Figure 9.
  • Conversion material has a broad and continuous emission between 700 and 900 nm, the relative Intensity in the range of about 700 nm to about 860 nm is greater than 50%. At a wavelength of about 760 nm, the maximum emission is.
  • Figure 11 shows the reflectance (dashed line) and the relative intensity of the emission (solid line) of the conversion material Nai, 4 Ga 4 , 9 5 Cr 0 , osOs, 2 at a
  • Excitation wavelength ie a primary radiation of 450 nm.
  • the conversion material shows at about 440 nm and 610 nm low reflections and is thus best in these
  • Wavelength excitable i. with a primary radiation in the blue and red spectral range.
  • the conversion material has a broad and continuous emission between 700 and 900 nm, with the relative intensity in the range of 700 nm to about 890 nm being over 50%.
  • Wavelength of about 790 nm is the maximum emission.
  • the conversion material ai, 4 Ga 4 , 9sCro, osOs, 2 was prepared as follows: 64, 03 mmol Na 2 C0 3 , 228, 69 mmol Ga 2 0 3 and 2.29 mmol Cr 2 O 3 are in a mixer and a Mörsermühle processed into a mixture.
  • the mixer used is a speed mixer.
  • the powder thus prepared is in a
  • the sintered powder is ground and sieved and then subjected to a second annealing step at 1250 ° for four hours.
  • the obtained sintered material was pulverized with a mortar grinder and equipped with a test sieve
  • Figure 12 shows the reflectance (dashed line) and the relative intensity of the emission (solid line) of the conversion material Nai, 4 Ga 4 , 9 5 Cr 0 , osOs, 2 at a
  • Excitation wavelength ie a primary radiation of 665 nm.
  • the reflectance as a function of the wavelength corresponds to that shown in Figure 11.
  • Conversion material has a broad and continuous emission between 700 and 900 nm, with the relative intensity ranging from 700 nm to about 890 nm being over 50%. At a wavelength of about 790 nm, the maximum emission is.
  • the wavelength ⁇ in nm is plotted on the x-axis and the relative intensity of the emission on the y-axis for the phosphor La3Ga 4 , 9 5 Cr 0 , osGeOi 4 , referred to as
  • the intensity of the emission in the range of 950 nm is two separate emission bands, one resulting from La3Ga 4 , 9 5 Cr 0 , osGeOi 4 and the other from
  • Figures 14 to 17 show relative intensities of
  • Infrared emitted Infrared emitted.
  • the wavelength ⁇ in nm is plotted on the x-axes and the relative intensity of the emission on the y-axes.
  • the conversion material was introduced in the form of particles in a matrix material made of silicone and placed over a semiconductor chip with a primary radiation in the blue and red spectral range.
  • FIG. 14 shows the relative intensity of the emission of the conversion material La 3 Ga 4 , 9 sCro, osGeOi 4 , which contains as secondary phase (Ga, Cr) 20 3 with an excitation with a
  • the curve labeled C shows the relative intensity of the emission of a conventional one
  • the intensity of the secondary radiation ie the emission
  • the intensity of the secondary radiation lies in a range from about 700 nm to about 1050 nm at more than 20% of the maximum intensity of the secondary radiation.
  • the maximum intensity is around 80%.
  • the intensity of the secondary radiation, ie the emission lies in a range from about 750 nm to about 1050 nm over 20% of the maximum intensity of the secondary radiation.
  • the maximum intensity is around 70%.
  • the intensity of Secondary radiation at curve A varies in a range from about 775 nm to 950 nm at most by 5 percent per nm, it is nearly constant in one region and at most about 5 percent per nm at curve B in a region from about 875 nm to 975 nm
  • the rashes in curves A and B are noise, not measurement points, but measurement artifacts that can be resolved by taking a longer measurement time. It can be seen that the conventional semiconductor chip in comparison to the inventive conversation material not for use in spectrometers or
  • Figure 15A shows the relative intensity of the emission of the conversion material La3Ga 4 , 97 5 Cr 0 , 0 2 sGeOi 4 containing as secondary phase (Ga, Cr) 20 3 in one excitation
  • the emission spectra are a superposition of the emission of La3Ga 4 , 97sCro, 0 2 sGeOi 4 and (Ga, Cr) 20 3 .
  • the curve labeled C shows the relative intensity of the emission of the conventional one
  • the intensity of the secondary radiation lies in a range from about 700 nm to about 1000 nm over 20% of the maximum
  • the maximum intensity here is about 90%.
  • the intensity of the secondary radiation ie the emission, lies in a range from about 750 nm to about 1050 nm over 20% of the maximum intensity of the secondary radiation.
  • the maximum intensity is around 70%.
  • the intensity of the emission lies only in a range from about 825 nm to 875 nm, ie a range of about 50 nm above 20% of the maximum intensity of the emission, which here is 100%.
  • Figure 15B shows the relative intensity of the emission of the conversion material (Ga, Cr) 2 0 3 (reference K)
  • the first column in each case the reference number is given and in the second and third column respectively the proportion of La 3 (Ga, Cr) 5 GeOi 4 and ß- (Ga, Cr) 2 0 3 in
  • the proportion of the minor phase ß (Ga, Cr) 2 0 3 was determined by X-ray. As can be seen, the ratio varies in the range of about 750 nm and in the range of about 920 nm depending on the amount of ⁇ - (Ga, Cr) 2O3 present. With increasing proportion by weight of ⁇ - (Ga, Cr) 20 3 decreases the relative intensity of the emission in the region of 920 nm and in
  • FIG. 16 shows the relative intensity of the emission of the
  • the curve labeled C shows the relative intensity of the emission of a conventional one
  • the intensity of the secondary radiation is in a range from about 700 nm to about 925 nm over 20% of the maximum
  • the intensity of the secondary radiation ie the emission, lies in a range from about 700 nm to about 925 nm over 20% of the maximum intensity of the secondary radiation.
  • the intensity of the secondary radiation of the curves G and F does not vary by more than 5 in a range of at least 40 nm
  • Spectrometers or sensor applications is suitable because the requirements for a broad and continuous
  • Emission in the range of 700 to 1050 nm are not met.
  • the intensity of the emission lies only in a range from about 825 nm to 875 nm, ie one Range of about 50 nm over 20% of the maximum intensity of the emission, which is here at 100%.
  • FIG. 17 shows the relative intensity of the emission of the
  • the intensity of the secondary radiation lies in a range from about 700 nm to about 850 nm over 20% of the maximum
  • Emission in a range from about 725 nm to about 950 nm, over 20% of the maximum intensity of the secondary radiation.
  • the maximum intensity is around 35%.
  • the intensity of the secondary radiation of the curves H and J does not vary by more than 5 in a range of at least 40 nm
  • Spectrometers or sensor applications is suitable because the requirements for a broad and continuous
  • Figure 18 shows the reflectance (dashed line) and the relative intensity of the emission (solid line) from SrGan, 88 Cro, 12O19 as conversion material at one
  • Excitation wavelength ie a primary radiation of 460 nm.
  • the wavelength ⁇ is plotted in nm and on the y-axis, the relative reflectance or the relative intensity of the emission.
  • the conversion material was introduced in the form of particles in a matrix material made of silicone with a primary radiation of 460 nm excited.
  • Conversion material shows the lowest reflection at about 460 nm and 600 nm, making it the best at these
  • Wavelength excitable i. with a primary radiation in the blue and red spectral range.
  • the conversion material has a broad and continuous emission between 720 and 780 nm with the relative intensity in the range of 700 nm to about 800 nm being over 50%.
  • Wavelength of about 770 nm is the maximum emission.
  • the conversion material SrGan, ssCro, 12O19 was prepared as follows: 14.96 mmol SrC0 3 , 0.78 mmol SrF 2 , 93.53 mmol Ga 2 O 3 and 0.94 mmol Cr 2 O 3 are mixed in a mixer processed.
  • the mixer used is a speed mixer.
  • the powder thus prepared is in a
  • Corundum crucible transferred and annealed at 1450 ° C for four hours. After cooling to room temperature, the obtained sintered material is pulverized with a mortar grinder and sieved with a sieve of analysis with a mesh size of 30 ym to separate coarser particles (> 30 ym).
  • FIG. 19 shows an emission spectrum of a
  • Radiation-emitting device On the x-axis is the wavelength ⁇ in nm and on the y-axis, the spectral
  • a blue emitting InGaN semiconductor chip with a dominant wavelength of 440 to 445 nm was thereby adhered to a carrier and electrically connected.
  • Semiconductor chip was potted with a mixture of SrGan, ssCro, 12O19 as conversion material and silicone.
  • the proportion of conversion material is 30 percent by weight based on the total amount of conversion material and silicone.
  • 40 mW of near-infrared radiation was emitted in the range of 760 nm +/- 50 nm.
  • the luminous flux was 20 mW.
  • FIG. 20 shows an emission spectrum of a
  • Radiation-emitting device On the x-axis is the wavelength ⁇ in nm and on the y-axis, the spectral
  • a red-emitting AlGalnP semiconductor chip with a dominant wavelength of 635 nm was glued to a carrier and electrically connected.
  • the semiconductor chip was coated with a mixture of SrGan, 8 sCr 0 , 12O19 as
  • Conversion material and silicone shed The proportion of conversion material is 30 percent by weight based on the total amount of conversion material and silicone.
  • 47 mW of near-infrared radiation was emitted in the range of 760 nm +/- 50 nm.
  • the luminous flux was 24 mW.
  • A, B, C, D, E, F, G, H, J, K, L, M, N are the relative intensity of the emission

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Abstract

Es wird ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement angegeben, umfassend: - einen Halbleiterchip, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung emittiert, - ein Konversionselement umfassend ein Konversionsmaterial, das Cr- und/oder Ni-Ionen und ein Wirtsmaterial umfasst und das die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements in eine Sekundärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 2000 nm konvertiert, wobei das Wirtsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt ist, die EAGa12O19, AyGa5O(15+y)/2, AE3Ga2Ge4O14, Ln3Ga5GeO14, Ga2O3, Ln3Ga5,5D0,5O14 und Mg4D2O9 umfasst, wobei EA = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, A = Li, Na, K und/oder Rb, AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu und D = Nb und/oder Ta und y = 0,9-1,9.

Description

Beschreibung
Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement Die Erfindung betrifft ein Strahlungsemittierendes
optoelektronisches Bauelement umfassend ein Konversions¬ element, eine Verwendung eines Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements in einem Spektrometer und in einem Endoskop und ein Verfahren zur Herstellung eines
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements umfassend ein Konversionselement.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 106 757.9, deren Offenbarungs- gehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Eine gängige Methode, um die Zusammensetzung von organischen Substanzen, beispielsweise Lebensmittel oder Polymere, zu analysieren, ist die Aufnahme der Reflexion oder Transmission von infraroter oder naher infraroter Strahlung. Infrarotstrahlung oder nahe Infrarotstrahlung regt Vibrationsmoden in dem zu untersuchenden Material an, was in charakteristischen Absorptionsbanden resultiert. Um die komplette Bandbreite der nahen Infrarotstrahlung nutzen zu können, werden Lichtquellen mit einem breiten kontinuierlichen Emissionsspektrum in dem gewünschten Spektralbereich benötigt. Speziell zur Analyse durch Endverbraucher ist die Nachfrage nach einem kleinen, handlichen und tragbarem Analysegerät/Spektrometer groß, wozu auch eine kleine Lichtquelle benötigt wird. Auch für Sensor- Anwendungen in portablen Geräten und Industriemaschinen wird eine kompakte breitbandige Infrarot-Lichtquelle benötigt. Insbesondere für Anwendungen im nahen Infrarotbereich werden Lichtquellen mit einem breiten kontinuierlichen Emissionsspektrum benötigt, da dieser Spektralbereich mit einem Silizium-Detektor abgedeckt werden kann, der günstig hergestellt werden kann. Bisher werden häufig Wolfram-Halogenlampen für den nahen Infrarotbereich verwendet. Diese Lampen sind billig und liefern eine kontinuierliche Emission mit hoher Intensität im nahen Infrarotbereich. Wolfram-Halogenlampen haben allerdings zahlreiche Eigenschaften, die sie für kleine, handliche und tragbare Spektrometer unvorteilhaft machen. Beispielsweise generieren sie viel Wärme, was sie für tragbare Spektrometer unattraktiv macht und die Emissionswellenlänge verändert sich mit der Zeit, so dass Wolfram-Halogenlampen, im Vergleich beispielsweise zu LEDs nur kurze Lebensdauern aufweisen. Zum anderem liegt ein gewisser Anteil an emittierter Strahlung außerhalb des gewünschten Wellenlängenbereichs, wodurch diese Energie verloren geht. Des Weiteren benötigen sie viel
Volumen aufgrund der Glasumhüllung. Für die Analyse von Materialien werden auch Laserdioden eingesetzt. Dort wird die Emissionswellenlänge der Laserdiode entsprechend einer spezifischen Absorptionsbande des
Materials gewählt. Mit dieser Methode kann somit nur eine Komponente detektiert werden, so dass Spektrometer mit
Laserdioden nur für die Detektion bekannter Substanzen, wie beispielsweise Wasser, Kohlenstoffdioxid oder flüchtige organische Stoffe eingesetzt werden können. Wenn unbekannte Substanzen oder Mischungen analysiert werden sollen, wird ein breites Emissionsspektrum der Lichtquelle benötigt.
Es besteht prinzipiell die Möglichkeit Halbleiterchips, die Strahlung im Infrarotbereich emittieren, zu verwenden. Da bisherige Strahlung im Infrarotbereich emittierende LEDs nur eine sehr schmale Emissionsbreite, typischerweise unterhalb von 50 nm, aufweisen und da das Spektrum üblicherweise Peak- artig verläuft, haben auch schon geringfügige Änderungen in der Emissionswellenlänge, beispielsweise durch
Temperatureinwirkungen, einen starken Einfluss auf die
Intensität einer gegebenen Wellenlängenposition. Um breitere Wellenlängenbereiche abzudecken, müssten mehrere infrarote LEDs verwendet werden, die elektronisch einzeln angesteuert werden müssen um Änderungen der Wellenlänge der
Emissionsbanden und der Intensität bei erhöhten Temperaturen entgegenwirken zu können. Zudem wären optische Elemente nötig um eine Mischung der Emission der Strahlung der verschiedenen LEDs zu erreichen. Bisherige Lichtquellen weisen häufig ein Breitbandspektrum mit zu abrupter beziehungsweise steiler Änderung der
Intensität oder mit einer starken Variation des Spektrums während einer Sensormessung beziehungsweise über die
Lebenszeit des Sensors auf, so dass keine zuverlässige
Sensormessung möglich ist. Zur genauen Analyse und Ermittlung eines spektralen Fingerabdrucks sind solche Lichtquellen somit nicht geeignet.
Bekannte Materialien wie Cd (Te, Se) -Materialsysteme,
beispielsweise Quantendots, erfüllen die notwendigen
Kriterien eines breiten und kontinuierlichen
Emissionsspektrums im nahen infraroten Bereich, sie sind für eine industrielle Anwendung aufgrund der Giftigkeit von
Cadmium allerdings nicht geeignet.
Auch in Endoskopen werden Infrarot-Lichtquellen eingesetzt. In herkömmlichen Endoskopen werden 300W-Xenon-Lampen mit einem Filter eingesetzt um Infrarotstrahlung mit einer Peak- Wellenlänge von 785 nm +/- 20 nm zu erhalten. Nachteilig an dieser Lösung sind starke Verluste durch den Filter und eine starke Wärmeentwicklung und schnelle Alterung der Lampe. Zudem kann die Xenon-Lampe nach deren Einschalten nicht sofort die volle Strahlenleistung entfalten, so dass
Wartezeiten entstehen bevor das Endoskop benutzt werden kann
Die Aufgabe zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, ein Strahlungsemittierendes
optoelektronisches Bauelement umfassend ein
Konversionselement mit einem breiten und kontinuierlichen Emissionsspektrum im nahen Infrarotbereich bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin ein
Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement zur Verwendung in einem Spektrometer und in einem Endoskop bereitzustellen und ein kostengünstiges und effizientes Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements anzugeben.
Die Aufgaben werden durch ein Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruch 1 und des Anspruchs 5, durch eine Verwendung eines
strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements in einem Spektrometer mit den Merkmalen des Anspruchs 12, durch eine Verwendung eines strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements in einem Endoskop mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements mit den Merkmalen des Anspruch 14 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen sowie Weiterbildungen der
vorliegenden Erfindung sind in den jeweils abhängigen
Ansprüchen angegeben. Es wird ein Strahlungsemittierendes optoelektronisches
Bauelement angegeben. Dieses umfasst einen Halbleiterchip, der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung emittiert und ein Konversionselement umfassend ein Konversionsmaterial. Insbesondere ist das Konversionselement im Strahlengang der Primärstrahlung des Halbleiterchips angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Strahlungsemittierende optoelektronische Bauelement zwei oder mehrere Halbleiterchips, die im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung emittieren. Der Abstand der Halbleiterchips kann von Chipkante zu Chipkante zwischen 50 ym und 250 ym liegen .
Gemäß einer Ausführungsform konvertiert das
Konversionsmaterial im Betrieb des Bauelements die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung in eine
Sekundärstrahlung im nahen Infrarotbereich. Bevorzugt weist die Sekundärstrahlung eine Wellenlänge zwischen 700 nm und 2000 nm, insbesondere zwischen 700 nm und 1100 nm auf. Die Wellenlänge kann insbesondere auch unter 1000 nm liegen, also zwischen 700 und 1000 nm. In einer Ausführungsform liegt die Intensität der
Sekundärstrahlung in einem Bereich von mindestens 100 nm bei über 20% der maximalen Intensität der Sekundärstrahlung.
Damit handelt es sich bei der Sekundärstrahlung um eine breitbandige Strahlung. Damit kann ein breites
Emissionsspektrum im nahen infraroten Spektralbereich durch das Bauelement erzielt werden. Bevorzugt liegt die Intensität der Sekundärstrahlung in einem Bereich von mindestens 150 nm, besonders bevorzugt von mindestens 200 nm, ganz besonders bevorzugt von mindestens 250 nm bei über 20% der maximalen Intensität der Sekundärstrahlung. Durch ein so breites
Emissionsspektrum ist es beispielsweise möglich unbekannte Substanzen oder Mischungen mittels eines Spektrometers , welches das strahlungsemittierende optoelektronische
Bauelement umfasst zu analysieren.
In einer Ausführungsform liegt die Intensität der
Sekundärstrahlung in einem Bereich von mindestens 100 nm bei über 30% der maximalen Intensität der Sekundärstrahlung.
Damit handelt es sich bei der Sekundärstrahlung um eine breitbandige Strahlung. Damit kann ein breites
Emissionsspektrum im nahen infraroten Spektralbereich durch das Bauelement erzielt werden. Bevorzugt liegt die Intensität der Sekundärstrahlung in einem Bereich von mindestens 150 nm, besonders bevorzugt von mindestens 200 nm, ganz besonders bevorzugt von mindestens 250 nm bei über 30% der maximalen Intensität der Sekundärstrahlung. In einer Ausführungsform variiert die Intensität der
Sekundärstrahlung in einem Bereich von mindestens 40 nm, bevorzugt in einem Bereich von mindestens 60 nm, besonders bevorzugt in einem Bereich von mindestens 80 nm und ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von mindestens 100 nm um nicht mehr als 5 Prozent pro nm, bevorzugt nicht mehr als 3 Prozent pro nm, besonders bevorzugt nicht mehr 2 Prozent pro nm. Beispielsweise kann die Intensität in den genannten
Bereichen um maximal 0,1 bis 5 Prozent pro nm, bevorzugt um maximal 0,1 bis 3 Prozent pro nm, besonders bevorzugt um maximal 0,1 bis 2 Prozent pro nm variieren. Insgesamt kann damit sichergestellt werden, dass die Intensität pro
Nanometer über einen beispielsweise für die Sensorik
relevanten breiten Spektralbereich homogen genug bleibt, so dass ein Sensor einen spektralen Fingerprint reproduzierbar und über die Lebensdauer zuverlässig erfassen kann. Es kann somit sichergestellt werden, dass ein geeignetes und stabiles Signal den Sensor erreicht.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Konversionsmaterial Cr- und/oder Ni-Ionen und ein Wirtsmaterial, bevorzugt Cr3+- und/oder Ni2+-Ionen und ein Wirtsmaterial. Im Vergleich zu cadmiumhaltigen Quantendots weisen die erfindungsgemäßen Konversionsmaterialien eine viel geringere Toxizität auf, weshalb eine industrielle Anwendung des
Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement möglich ist . Das Konversionselement ist dazu eingerichtet, im Betrieb des Bauelements die von dem Halbleiterchip emittierte
Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung im nahen
Infrarotbereich zu konvertieren. Bevorzugt weist die
Sekundärstrahlung eine Wellenlänge zwischen 700 nm und 2000 nm, insbesondere zwischen 700 nm und 1100 nm auf. Die
Wellenlänge kann insbesondere auch unter 1000 nm liegen, also zwischen 700 und 1000 nm. Bei der Wellenlänge kann es sich insbesondere um die Peakwellenlänge handeln. Als
„Peakwellenlänge" wird vorliegend die Wellenlänge eines Peaks bezeichnet, bei der die maximale Intensität des Peaks liegt.
Im Vergleich zu Wolfram-Halogenlampen weist das
strahlungsemittierende optoelektronische Bauelement eine längere Lebensdauer auf und es können viel kleinere räumliche Ausmaße erreicht werden. Halogenlampen für IR-Anwendungen weisen üblicherweise einen Durchmesser von 20 mm und eine Länge von 101 mm auf. Damit eignet sich das
strahlungsemittierende optoelektronische Bauelement für die Verwendung in einem kleinen, handlichen und tragbarem
Spektrometer .
In einer Ausführungsform ist das Wirtsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt, die Metalloxide,
Metallhalogenide, Metallnitride, Metalloxynitride und
Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt ist das Wirtsmaterial ein Metalloxid. Der Halbleiterchip umfasst eine aktive
Epitaxieschichtenfolge, die geeignet ist, im Betrieb des Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements eine Primärstrahlung zu emittieren. Gemäß einer Ausführungsform emittiert der Halbleiterchip eine Primärstrahlung im blauen, grünen oder roten Spektralbereich. Bevorzugt emittiert der Halbleiterchip eine Primärstrahlung im blauen oder roten Spektralbereich. Im roten und blauen Spektralbereich kann das Konversionsmaterial besonders effizient angeregt werden. Zur Erzeugung der Primärstrahlung kann die
Epitaxieschichtenfolge beispielsweise ein pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopf- oder besonders bevorzugt eine Mehrfachquantentopfstruktur aufweisen. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur beinhaltet keine Angabe über die Dimensionalität . Sie umfasst somit unter anderem
Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede
Kombination dieser Strukturen.
Ein Halbleiterchip, der geeignet ist, im Betrieb blaue
Primärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 400 und 500 nm zu emittieren, basiert beispielsweise auf Galliumnitrid oder Indiumgalliumnitrid. Insbesondere bei der Anwendung in einem Endoskop liegt die Dominanzwellenlänge der Primärstrahlung bevorzugt zwischen 440 nm und 460 nm.
Die Dominanzwellenlänge ist die monochromatische Wellenlänge, die denselben Farbeindruck erzeugt, wie eine polychromatische Lichtquelle. Im CIE-Farbraum kann die Linie, die einen Punkt für eine bestimmte Farbe und den Punkt für die Farbe einer Lichtquelle verbindet, so extrapoliert werden, dass sie den Umriss des Raums in maximal zwei Punkten trifft. Der
Schnittpunkt, der näher an der besagten Farbe liegt,
repräsentiert die Dominanzwellenlänge der Farbe als
Wellenlänge der reinen spektralen Farbe an diesem
Schnittpunkt. Die Dominanzwellenlänge ist also die
Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Im Allgemeinen weicht die Dominanzwellenlänge von einer
Wellenlänge maximaler Intensität ab. Insbesondere liegt die Dominanzwellenlänge im roten Spektralbereich bei kleineren Wellenlängen als die Wellenlänge maximaler Intensität. Ein Halbleiterchip, der geeignet ist, im Betrieb rote
Primärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 580 und 700 nm zu emittieren, basiert beispielsweise auf Galliumarsenidphosphid oder Aluminiumindiumgalliumphosphid . Insbesondere bei der Anwendung in einem Endoskop liegt die Dominanzwellenlänge der Primärstrahlung bevorzugt zwischen 615 nm und 650 nm,
besonders bevorzugt über 630 nm. Durch die Anregung des
Konversionsmaterials mit roter Primärstrahlung treten weniger Stokesverluste auf als bei einer Anregung mit blauer
Primärstrahlung, wodurch weniger Wärme entwickelt wird und so die Lebensdauer des Bauelements verlängert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip oder sind die Halbleiterchips auf einer Platine zum Beispiel einer Metallkernplatine, A1N oder einem Schichtaufbau aus A1N und Metall aufgebracht.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip oder sind die Halbleiterchips oberflächenmontierbar und auf einem
Träger basierend auf einer Keramik oder einem Leiterrahmen aufgebracht. „Oberflächenmontierbar" bedeutet hier und im Folgenden, dass der Halbleiterchip keine Drahtanschlüsse aufweist, sondern über lötfähige Anschlussflächen direkt auf einen Träger, beispielsweise eine Leiterplatte, gelötet ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, viele Halbleiterchips auf einer geringen Fläche dicht nebeneinander anzuordnen. Vorteilhafterweise kann damit auf einer kleinen Fläche viel Strahlung erzeugt werden, was insbesondere bei der Anwendung in Endoskopen vorteilhaft ist. Insbesondere wird oder werden dabei ein Halbleiterchip oder mehrere Halbleiterchips eingesetzt, die Strahlung nur aus einer Fläche abstrahlen, sogenannte oberflächenemittierende Halbleiterchips. Im
Vergleich zu volumenemittierenden Halbleiterchips, die
Strahlung aus 5 Flächen abstrahlen, wird bei
oberflächenemittierenden Halbleiterchips eine höhere
Leuchtdichte erzielt, was insbesondere bei Endoskopen vorteilhaft ist. Beispiele für oberflächenemittierende
Halbleiterchips sind ThinGaN, Thinfilm oder UX3.
In einer Ausführungsform konvertiert das Konversionsmaterial bevorzugt über 20 %, besonders bevorzugt über 40 %, ganz besonders bevorzugt über 50 % der Primärstrahlung in
Sekundärstrahlung. Möglich ist auch, dass das
Konversionsmaterial über 90 % oder über 95 % der
Primärstrahlung in Sekundärstrahlung konvertiert. Es ist möglich, dass auch Primärstrahlung, also Strahlung im blauen oder roten Spektralbereich nach außen in die Umgebung des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements abgestrahlt wird. Dies erweist sich als vorteilhaft, wenn genau lokalisiert werden soll, auf welche Stelle der Umgebung die Strahlung im nahen Infrarotbereich auftreffen soll. So ist es beispielsweise bei einer Verwendung des Bauelements in einem Spektrometer möglich, den zu analysierenden Bereich der Probe genau zu fokussieren. Auch bei der Verwendung in einem Endoskop kann das zu behandelnde Gewebe, beispielsweise ein Tumor, genau lokalisiert werden.
In einer Ausführungsform ist über dem Konversionselement ein Filter angeordnet. So kann verhindert werden, dass
Primärstrahlung an die Umgebung abgestrahlt wird, wenn dies unerwünscht ist. Beispielsweise kann als Filter ein Material verwendet werden, das blaue, grüne oder rote Primärstrahlung absorbiert, aber für die Sekundärstrahlung durchlässig ist. Beispielsweise können Schott Glasfilter eingesetzt werden, es sind aber auch andere dem Fachmann bekannte Filter
einsetzbar. Möglich sind auch dielektrische Spiegel, die selektiv blaue, grüne oder rote Primärstrahlung reflektieren. Dieser kann beispielsweise auf einer Abdeckscheibe
angeordnet sein. Die Abdeckscheibe kann eine
wellenlängenabhängige Transmission aufweisen. Beispielsweise umfasst die Abdeckscheibe ein Glas oder besteht aus Glas.
Dass eine Schicht oder ein Element "auf" oder "über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiter kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente oder ein lichter Abstand zwischen der einen oder der anderen Schicht
beziehungsweise zwischen dem einen oder dem anderen Element angeordnet sein.
Beispielsweise kann es sich bei dem Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED, handeln. Mit anderen Worten emittiert das Bauelement dann im Betrieb inkohärente Strahlung. Die LED kann als
oberflächenmontiertes Bauelement ausgeführt sein. In einer Ausführungsform ersetzen die Cr- und/oder Ni-Ionen, bevorzugt Cr3+- und/oder Ni2+-Ionen die Metalle des
Wirtsmaterials teilweise. Dies bedeutet, dass die Cr- und/oder Ni-Ionen, bevorzugt Cr3+- und/oder Ni2+-Ionen
teilweise die Gitterplätze der Metalle des Wirtsmaterials einnehmen.
In einer Ausführungsform ersetzen die Cr- und/oder Ni-Ionen, bevorzugt Cr3+- und/oder die Ni2+-Ionen 0,01 bis 10 mol-%, bevorzugt 0,1 bis 5 mol-%, besonders bevorzugt 0,3 bis 3 mol- %, beispielsweise 0, 5 oder 1,0 mol % eines Metalls des
Wirtsmaterials. Durch eine so hohe Konzentration an Cr- und/oder Ni-Ionen, bevorzugt Cr3+- und/oder die Ni2+-Ionen verbessern sich die Absorption und damit der Konversionsgrad. Dadurch wird eine höhere Strahlungsleistung im
Nahinfrarotbereich erreicht.
In einer Ausführungsform weist das Konversionsmaterial keine oder nur sehr wenige Defektstellen auf. Unter Defektstellen werden vorwiegend unbesetzte Gitterplätze und Fremdionen in dem Wirtsgitter beziehungsweise Ionen auf
Zwischengitterplätzen des Wirtsmaterials verstanden.
Defektstellen in dem Wirtsgitter können dazu führen, dass die Quanteneffizienz eines Leuchtstoffs herabgesetzt wird oder Nachleuchten auftritt, das heißt, dass die Abklingzeit der Lumineszenz im Bereich von Millisekunden liegt. Weist das Konversionsmaterial keine oder nur sehr wenige Defektstellen auf kann eine kurze Abklingzeit im Bereich von Mikrosekunden erreicht werden und somit das Nachleuchten weitgehend
vermieden werden. Unter Nachleuchten ist zu verstehen, dass das Konversionsmaterial nach Abstellen des Stroms, also mit Beenden des Betriebs des Bauelements, weiter
Sekundärstrahlung emittiert. Ein langes Nachleuchten ist beispielsweise für Anwendungen von Materialien, die
nahinfrarote Strahlung emittieren im Medizin-, Sicherheitsund Militärbereich, oder zu Kennzeichnungszwecken erwünscht. Gerade aber für die Verwendung in Spektrometern ist ein
Nachleuchten unerwünscht.
Die Emission von Cr3+-Ionen ist stark abhängig von der Stärke des sie umgebenden Ligandenfelds . In einem starken
Ligandenfeld, beispielsweise AI2O3, ist der niedrigste besetzbare, energetisch angeregte Zustand 2E mit einem spinverbotenen 2E -> 4A2-Übergang, der zu einer Emission einer schmalen Emissionsbande bei zirka 700 nm führt. Durch den spinverbotenen Übergang sind diese Übergänge sehr langsam und es kommt vermehrt zu einem Nachleuchten. Erfindungsgemäß werden Wirtsmaterialien mit einem schwachen Ligandenfeld verwendet, sodass der erste angeregte Zustand ein 4T2~Zustand ist, mit einem spinerlaubten Übergang 4T2 -> 4A2, der zu einer breitbandigen Emission mit Wellenlängen über 700 nm führt. Da es sich hierbei um einen spinerlaubten Übergang handelt, erfolgen die Übergänge nach der Anregung sehr schnell, sodass ein Nachleuchten des Konversionsmaterials vermieden
beziehungsweise nahezu vermieden werden kann. Ni2+-Ionen haben oft einen Mehrbandspektrum, da die Emissionsübergänge aus mehreren angeregten Zuständen erfolgen. Beispielsweise zeigt Mgi_xNixSi03 mit x = 0, 0001-0, 1 zwei Emissionsbanden bei etwa 850 nm und 1500 nm.
Bei dem Wirtsmaterial kann es sich um kristalline und/oder amorphe, also glasartige Verbindungen handeln. Amorphe
Verbindungen können vorteilhaft sein, um eine breitbandige Emission zu erzielen. In einer amorphen Verbindung ist die Umgebung und damit das Ligandenfeld um jedes Metallatom und Aktivatorion, wie Cr- oder Ni-Ion leicht unterschiedlich, während in kristallinen Verbindungen die Anzahl der
„Umgebungen" durch die Anzahl der den Aktivatorionen, wie Cr- oder Ni-Ionen zur Verfügung stehenden kristallographischen Lagen bestimmt wird. Die Lage einer Emissionsbande verschiebt sich in Abhängigkeit vom Ligandenfeld, so dass es bei
amorphen Verbindungen zu einer Überlagerung leicht
unterschiedlicher Emissionsbanden und damit zu einer
Verbreiterung des Emissionsspektrums kommt.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem
Konversionsmaterial um Cr3+- und/oder Ni2+-dotierte Silikate, Aluminate, Gallate, Niobate und/oder Germanate. In diesen Wirtsmaterialien können sich Sauerstoff- und Metallionen so anordnen, dass eher schwache Wechselwirkungen zwischen den d- Orbitalen eines zentralen Metallions und den umgebenden
Sauerstoffionen auftreten. Aktivatorionen wie Cr3+ oder Ni2+, die die Metallatome teilweise ersetzen, sind dann von einem sogenannten schwachen Ligandenfeld umgeben, was eine
breitbandige Emission begünstigt. Mit einem solchen Konversionsmaterial liefert das optoelektronische Bauelement ein breites, kontinuierliches Emissionsspektrum im nahen infraroten Spektralbereich. Unter einem kontinuierlichen Emissionsspektrum ist zu verstehen, dass die Intensität über dem emittierten Wellenlängenbereich nicht abrupt abfällt oder ansteigt, das heißt, dass die Intensität um nicht mehr als 0,1 bis 5 Prozent pro nm variiert. Zudem kann das breite, kontinuierliche Emissionsspektrum über die Lebensdauer des Bauelements, beispielsweise über einen Zeitraum von 5 bis 1000 Stunden erhalten bleiben.
In einer Ausführungsform ist das Wirtsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt, die EAGai2<0i9, MgSi03, AyGa50(i5+y) i2, AE3Ga2Ge40i4, Ln3Ga5GeOi4, Ln3Ga5, 5D0, 50i4, Ga203 und Mg4D209 umfasst, wobei EA = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, A = Li, Na, K und/oder Rb, AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu und D= Nb und/oder Ta. Bevorzugt ist EA = Sr und/oder Ba, A = Na und/oder K, AE = Ca und/oder Sr, Ln = La und D = Nb . Es ist auch möglich, dass das Wirtsmaterial eine Verbindung ist, die kleine Abweichungen in den Summenformeln EAGai20i9,
MgSi03, AyGa50(i5+y) /2, AE3Ga2Ge40i4, Ln3Ga5GeOi4, Ln3Ga5, 5Nb0, 50i4, Ga2Ü3 oder Mg4Ü209 aufweist. Beispielsweise kann eine geringe Menge an Fremdatomen in den Wirtsmaterialien vorhanden sein. Insbesondere kann das Wirtsmaterial Ln3GasGeOi4 und Ga2Ü3, bevorzugt ß-Ga2Ü3 umfassen oder daraus bestehen.
In einer Ausführungsform umfasst das Wirtsmaterial Ln3GasGeOi4 und Ga2Ü3 oder besteht aus diesen Verbindungen. Insbesondere kann der Gewichtsanteil an Ga2Ü3 zwischen 5 und 20
Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht aus Ln3GasGeOi4 und Ga2Ü3 betragen. In einer Ausführungsform ist das Konversionsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt, die Mgi_xNixSi03, Ay (Gai-xNix) 5O [ (15+y) /2] -2, 5x, AE3 (Gai-xNix) 2Ge40i4-x,
Ln3 (Gai_xNix) 5GeO (28-5x) 12, (Gai_xNix) 203-x, Ln6 (Gai_xNix) nD028-5,5x, (Mgi_xNix) 4D2O9 und Kombinationen daraus umfasst, wobei x =
0,0001-0,1, y = 0,9-1,9, A = Li, Na, K und/oder Rb, AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu und D = Nb und/oder Ta.
Bevorzugt ist A = Na und/oder K, AE = Ca und/oder Sr, Ln = La und D = Nb . Beispielsweise handelt es sich bei dem
Konversionsmaterial um Mgi_xNixSi03 mit x = 0, 0001-0, 1.
Bevorzugt ist das Konversionsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt, die Ay (Gai_xNix) 50[ (i5+y> /2] -2, 5x, AE3 (Gai- xNix) 2Ge40i4-x, Ln3 (Gai_xNix) 5GeO(28-5x)/2, Ln6 (Gai_xNix) nD028-5, 5x, (Mgi_ xNix) 4D2O9 und Kombinationen daraus umfasst. Besonders
bevorzugt ist das Konversionsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt, die Ay (Gai_xNix) 50[ (i5+y> /2] -2, 5x, AE3 (Gai-
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Ln3 (Gai_xNix) 5GeO (28-5x) /2 und Kombinationen daraus umfasst.
Insbesondere kann das Konversionsmaterial
Ln3 (Gai_xNix) 5GeO (28-5x) /2 und (Gai_xNix) 203_x umfassen oder daraus bestehen. Dabei ist beziehungsweise entsteht (Gai_xNix) 203_x bevorzugt als Nebenphase. In einer Ausführungsform ist das Konversionsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt, die
EA(Gai_x.Crx.) 12O19, (Mgi_x.Crx. ) Si (4-x /403,
Ay- (Gai_x-Crx.) 50(i5+y)/2, AE3 (Gai_x-Crx. ) 2Ge40i4, Ln3 (Gai_x-Crx. ) 5GeOi4, (Gai_x-Crx. ) 203, Ln6 (Gai_x-Crx. ) nD028, (Mgi_x.Crx. ) 8/ <2-x- > D209 und Kombinationen daraus umfasst, wobei x' = 0,0001-0,1, yx =
0,9-1,9, EA = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, A = Li, Na, K und/oder Rb, AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu und D= Nb und/oder Ta. Bevorzugt ist A = Na und/oder K, AE = Ca und/oder Sr, Ln = La und D = Nb . Bevorzugt ist das Konversionsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt, die
EA(Gai_x.Crx.)120i9, Ay< (Gai_x.Crx. ) 50(i5+y) 12, AE3 (Gai_x.Crx. ) 2Ge40i4, Ln3 (Gai_x.Crx. ) sGeOi4, Ln6 (Gai_x-Crx. ) iiD028, (Mgi_x.Crx. ) 8/ (2-x- > D209 und Kombinationen daraus umfasst. Besonders bevorzugt ist das Konversionsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen
ausgewählt, die EA (Gai-X-Crx- > 12O19, Ay> (Gai-X-Crx. ) 50(i5+y) 12, AE3 (Gai- X'CrX') 2Ge40i4, Ln3 (Gai_X'Crx.) 5GeOi4, und Kombinationen daraus umfasst. Beispielsweise handelt es sich bei dem
Konversionsmaterial um SrGan, 8sCr0, 12O19, La3Ga4, 975Cr0, 02sGeOi4 , La3Ga4, 95Cro , 05GeOi4 , Ca3Gai, 9sCro , 02Ge4Oi4 oder ai, 4Ga4, 9sCro , osOs, 2 . Insbesondere kann das Konversionsmaterial
Ln3 (Gai-X'CrX' ) 5GeOi4 und (Gai_X'Crx.) 203 umfassen oder daraus bestehen. Dabei ist beziehungsweise entsteht (Gai_X'Crx.) 203 bevorzugt als Nebenphase.
In einer Ausführungsform enthält das Konversionsmaterial AE3 (Gai-X'CrX' ) 2Ge40i4 eine Nebenphase aus Cr-dotiertem
Galliumoxid, (Gai_X'Crx.) 203. Die Nebenphase, also das Cr- dotierte Ga2Ü3 emittiert eine Sekundärstrahlung im Bereich von 650 nm bis 850 nm. Insbesondere liegt die Peakwellenlänge des Cr-dotierten Ga2Ü3 im Bereich von 700 bis 750 nm. In einer Ausführungsform ist x und/oder χλ für jede
Verbindung unabhängig wählbar. Bevorzugt ist x, χλ = 0,001- 0,05, besonders bevorzugt 0,003-0,025, beispielsweise 0,005 oder 0,01. In einer Ausführungsform kann das Konversionsmaterial auch eine Kombination von einer oder mehreren Ni2+-dotierten
Verbindungen und einer oder mehreren Cr3+-dotierten
Verbindungen sein. Eine Kombination an Konversionsmaterialien führt zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Intensität der Strahlung.
Beispielsweise kann eine Kombination der Leuchtstoffe
Ay< (Gai-X'CrX' ) 50(i5+y)/2 und Ln3 (Gai-X'Crx.) 5GeOi4 eingesetzt werden. Lri3 (Gai-X'CrX' ) 5GeOi4 kann dabei als Nebenphase (Gai_X'Crx.) 2O3 enthalten .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Konversionsmaterial La3 (Gai_X'Crx.) 5GeOi4 und (Gai_X'Crx.) 2O3 oder besteht aus diesen Verbindungen. Das Konversionsmaterial kann aus Einwaagen der Edukte hergestellt werden, die der
Summenformel La3 (Gai_X'Crx.) 5GeOi4 entspricht. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem
Konversionsmaterial um ein Pulver. Das Pulver kann
Konverterpartikel aufweisen. Die Konverterpartikel weisen einen Partikeldurchmesser von 1 bis 50 ym, bevorzugt 3 bis 20 ym, besonders bevorzugt von 5 bis 15 ym auf. Die
Partikelgröße kann durch Laserbeugungsverfahren bestimmt werden .
In einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement ein Konversionsmaterial und ein Matrixmaterial oder besteht aus einem Konversionsmaterial und einem Matrixmaterial. Das
Konversionsmaterial kann in dem Matrixmaterial eingebettet sein. Beispielsweise sind Konverterpartikel in dem
Matrixmaterial eingebettet. Es ist möglich, dass das
Konversionsmaterial homogen in dem Matrixmaterial verteilt ist. Es ist aber auch möglich, dass das Konversionsmaterial mit einem Konzentrationsgradienten in dem Matrixmaterial verteilt ist. Das Matrixmaterial weist insbesondere eines der folgenden Materialien auf oder besteht hieraus: Einem Silikon, einem Polysilazan, einem Epoxid, einem Polyurethan, einem Acrylat, einem Polycarbonat , einem Glas, einer Keramik. Wird ein Halbleiterchip eingesetzt, der blaue Strahlung emittiert, wird vorzugsweise ein Silikon eingesetzt, da dieses Matrixmaterial besonders stabil gegenüber blauer
Strahlung ist, d.h. dass es über die Betriebsdauer des
Bauelements nicht vergilbt oder eintrübt. Wird ein
Halbleiterchip eingesetzt, der rote Strahlung emittiert, wird vorzugsweise ein Epoxid eingesetzt, da dieses Matrixmaterial besonders kostengünstig ist und eine niedrige Permeabilität gegenüber Feuchtigkeit aufweist, so dass der Halbleiterchip in dieser Ausführungsform besonders gut gegenüber
Feuchtigkeit geschützt ist, was zu einer verlängerten
Lebensdauer des Bauelements führt.
Da neben der Sekundärstrahlung durch das Konversionselement auch Wärme erzeugt wird, ist es besonders vorteilhaft als Matrixmaterial ein Glas zu verwenden, das eine erhöhte
Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Eine mögliche Ausführung des Konversionselements ist die Ausführung in Form eines Vergusses, wobei der Verguss den Halbleiterchip formschlüssig umhüllt. Des Weiteren kann der dem Halbleiterchip formschlüssig umhüllende Verguss an den Seitenwänden zum Beispiel durch ein Gehäuse stabilisiert werden und befindet sich beispielsweise in einer Ausnehmung eines solchen Gehäuses.
In einer Ausführungsform sind die Seitenwände der Ausnehmung reflektierend ausgebildet. Dadurch kann eine engwinkligere Abstrahlung erreicht werden und somit die Intensität im
Beleuchtungsbereich, insbesondere im Bereich einer
Abstrahlwinkel von +/- 40° bis +/- 60°, erhöht werden. Damit ist es möglich, dass die Sekundärstrahlung fokussiert nach außen abgestrahlt wird. Die Strahlung im Nahinfrarotbereich kann so lokal auch auf kleine Gegenstände oder kleine
Bereiche beispielsweise eines von einem Spektrometer, das das strahlungsemittierende optoelektronisches Bauelement umfasst, zu untersuchenden Gegenstands gerichtet werden. Bei einer Verwendung des Bauelements in einem Spektrometer ist es daher möglich, den zu analysierenden Bereich der Probe genau zu fokussieren .
Weiter kann das Konversionselement als Konversionsschicht ausgeführt sein. Bei der Konversionsschicht besteht ein direkter Kontakt zwischen Konversionsschicht und
Halbleiterchip, wobei die Dicke der Konversionsschicht beispielsweise kleiner ist als die Dicke des Halbleiterchips und zum Beispiel konstant an allen Strahlungsaustrittsflächen ausgebildet sein kann. Das Aufbringen einer solchen
Konversionsschicht erfolgt insbesondere durch folgende
Verfahren: Spraycoating, Spritzgießen, Spritzpressen, Jetten, Dispensen oder Elektrophorese.
In einer Ausführungsform liegt das Konversionsmaterial zu 1- 60 Gewichtsprozent, bevorzugt zu 5-40 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt zu 10 - 40 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmasse an Konversionsmaterial und Matrixmaterial vor .
Das Konversionselement kann ferner die Form einer Platte, oder einer Folie annehmen. Die Platte oder die Folie ist über dem Halbleiterchip angeordnet. Bei diesen weiteren Varianten der Ausführung des Konversionselements besteht nicht
notwendigerweise ein direkter und/oder formschlüssiger
Kontakt des Konversionselements mit dem Halbleiterchip. Das heißt, dass zwischen dem Konversionselement und dem
Halbleiterchip ein Abstand bestehen kann. Mit anderen Worten ist das Konversionselement dem Halbleiterchip nachgeordnet und wird von der Primärstrahlung angestrahlt. Zwischen
Konversionselement und Halbleiterchip kann dann ein
Vergusskörper oder ein Luftspalt ausgebildet sein.
Vorteilhaft bei dieser geometrischen Anordnung ist, dass es insbesondere aufgrund des Abstands zwischen
Konversionselement und Halbleiterchip zu einer reduzierten Erwärmung des Konversionselements durch Abwärme des
Halbleiterchips kommt. Beispielsweise umfasst oder besteht die Platte oder Folie aus Silikon und dem
Konversionsmaterial .
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement thermisch leitfähige Materialien. Die thermisch leitfähigen Materialien sind aus einer Gruppe ausgewählt, die AI2O3, A1N, S1O2 und Kombinationen daraus umfasst.
Durch thermisch leitfähige Materialien entsteht kein
Wärmestau in dem Konversionselement und es kann eine
konstante Leuchtstärke und ein konstanter Farbort über die Länge der Betriebsdauer des optoelektronischen Bauelements garantiert werden. Somit kann einem frühzeitigen Ausfall des optoelektronischen Bauelements vorgebeugt werden und die Lebensdauer des optoelektronischen Bauelements verlängert werden. Insbesondere wenn die Quanteneffizienz des
Konversionsmaterials nicht sehr hoch ist und neben der
Sekundärstrahlung Wärme entsteht, ist die Zugabe von
thermisch leitfähigen Materialien vorteilhaft.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Konversionselement Leuchtstoffe, die die Primärstrahlung in eine zweite Sekundärstrahlung im blauen, grünen oder roten Bereich des elektromagnetischen Spektrums konvertieren. Die zweite
Sekundärstrahlung liegt damit im sichtbaren Bereich und wird neben der Sekundärstrahlung im Nahinfrarotbereich nach außen in die Umgebung des Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements abgestrahlt. Dies erweist sich als vorteilhaft, wenn genau lokalisiert werden soll, auf welche Stelle der Umgebung die Sekundärstrahlung im nahen Infrarotbereich auftreffen soll. So ist es beispielsweise bei einer Verwendung des Bauelements in einem Spektrometer möglich, den zu analysierenden Bereich der Probe genau zu fokussieren .
In einer Ausführungsform besteht das Konversionselement aus dem Konversionsmaterial. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Keramik des Konversionsmaterials handeln.
Beispielsweise handelt es sich bei der Ausführungsform des
Konversionselements als Platte um eine Platte bestehend aus einer Keramik des Konversionsmaterials. Bevorzugt weist die Platte eine niedrige Porosität auf. Damit kann unerwünschte
Lichtstreuung verhindert oder nahezu verhindert werden und es erfolgt eine gute Wärmeabfuhr.
In einer Ausführungsform umfasst das Bauelement ein optisches Element, beispielsweise ein wellenlängenausrichtendes
Element, wie beispielsweise eine Linse. Dadurch kann eine engwinkligere Abstrahlung erreicht werden und somit die
Intensität im Beleuchtungsbereich, insbesondere im Bereich eines Abstrahlwinkels von +/- 40° bis +/- 60°, erhöht werden. Damit ist es möglich, dass die Sekundärstrahlung fokussiert nach außen abgestrahlt wird. Die Strahlung im
Nahinfrarotbereich kann so lokal auch auf kleine Gegenstände oder kleine Bereiche beispielsweise eines von einem Spektrometer, das das Strahlungsemittierende
optoelektronische Bauelement umfasst, zu untersuchenden
Gegenstands gerichtet werden. Bei einer Verwendung des
Bauelements in einem Spektrometer ist es daher möglich, den zu analysierenden Bereich der Probe genau zu fokussieren.
Die angegebenen Ausführungsformen des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements können für nachfolgend
genannte Verwendungen eingesetzt werden.
Es wird eine Verwendung des strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements gemäß den oben genannten
Ausführungsformen für Sensoranwendungen angegeben.
Es wird eine Verwendung des strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements gemäß den oben genannten
Ausführungsformen in einem Spektrometer angegeben.
Dadurch, dass das erfindungsgemäße Strahlungsemittierende optoelektronische Bauelement ein breites, kontinuierliches Emissionsspektrum im nahen infraroten Spektralbereich
liefert, ist ein Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement in einem Spektrometer ausreichend. Damit ist es möglich ein Spektrometer mit nur einer Lichtquelle
bereitzustellen und trotzdem eine Emission in der gewünschten Breite zu erhalten. Daher ist es möglich ein leicht
handhabbares und tragbares Spektrometer bereitzustellen. Dies ist insbesondere für den täglichen Gebrauch bei
Endverbrauchern einsetzbar.
Das Spektrometer kann der Analyse von organischen Substanzen, wie Lebensmitteln und Polymeren dienen. In einer Ausführungsform der Verwendung des
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements umfasst das Spektrometer einen Sensor. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Sensor um einen Silizium-Detektor. Bevorzugt wird dieser Sensor
eingesetzt, wenn die Sekundärstrahlung bei einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 1100 nm liegt. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements in einem Spektrometer kann sichergestellt werden, dass das breite und kontinuierliche Emissionsspektrum während der Messzeit, also über eine Dauer von etwa 25 ms bis 10 s erhalten bleibt. Unter der Messzeit ist vorliegend die Zeit zu verstehen, die der tatsächlichen Messung dient. Das bedeutet, dass die Messzeit beginnt sobald die maximale
Intensität der Emission des Bauelements erreicht ist.
Insbesondere sind der Anschaltvorgang sowie der
Ausschaltvorgang von der Messzeit nicht umfasst. Dass das breite und kontinuierliche Emissionsspektrum während der Messzeit erhalten bleibt, bedeutet, dass
wellenlängenabhängige Intensitätsänderungen nicht abrupt erfolgen, sondern höchstens in weniger als einem Fünftel der Messzeit um 1-20 % variieren. Zudem kann das breite,
kontinuierliche Emissionsspektrum über die Lebensdauer des Sensors, beispielsweise über einen Zeitraum von 5 bis 1000 Stunden erhalten bleiben. Insgesamt kann damit sichergestellt werden, dass die Intensität pro Nanometer über einen für die Sensorik relevanten breiten Spektralbereich homogen genug bleibt, so dass der Sensor einen typischen spektralen
Fingerprint reproduzierbar und über die Lebensdauer
zuverlässig erfassen kann. Es kann somit sichergestellt werden, dass ein geeignetes und stabiles Signal den Sensor erreicht .
Die angegebenen Ausführungsformen des Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements können damit Bestandteil eines Spektrometers sein.
Es wird ein Spektrometer angegeben, umfassend ein
strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen.
In einer Ausführungsform umfasst das Spektrometer ein
strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen und einen Sensor.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Sensor um einen Silizium-Detektor. Bevorzugt wird dieser Sensor
eingesetzt, wenn die Sekundärstrahlung bei einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 1100 nm liegt. Vorteilhafterweise lässt sich das strahlungsemittierende optoelektronische Bauelement, das eine Sekundärstrahlung bei einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 1100 nm aufweist, mit einem Silizium-Detektor
kombinieren. Silizium-Detektoren können im Vergleich zu anderen Sensoren kostengünstig hergestellt werden. So lässt sich das Spektrometer insgesamt kostengünstig herstellen.
In einer Ausführungsform ist das Spektrometer zum Einbau in ein Smartphone geeignet. Dies ist aufgrund der geringen räumlichen Ausmaße des Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements möglich. Damit ist es möglich mit Smartphones beispielsweise schnell und zuverlässig Aufschluss über die Inhaltsstoffe von Lebensmitteln,
beispielsweise den Zuckergehalt zu erhalten.
Damit kann das Spektrometer in einer Ausführungsform von einem Smartphone umfasst sein.
Es wird eine Verwendung des strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements gemäß den oben genannten
Ausführungsformen in einem Endoskop angegeben.
Dadurch, dass das erfindungsgemäße Strahlungsemittierende optoelektronische Bauelement im Betrieb Strahlung im
Nahinfrarotbereich emittiert, beispielsweise mit einer
Peakwellenlänge zwischen 780 und 790 nm, beispielsweise von 785 nm können zum Beispiel Tumore erkannt und/oder behandelt werden. Die Endoskope sind also zum Einsatz in der
photodynamischen Diagnostik und/oder photodynamischen
Therapie geeignet. Bevorzugt weist die Strahlung eine
Halbwertsbreite auf halber Höhe des Maximums (FWHM, füll width at half maximum) von etwa 40 nm auf.
In einer Ausführungsform sind die Endoskope geeignet die Verteilung eines Fluoreszenzkontrastmittels wie
beispielsweise Indocyangrün in einem Gewebe sichtbar zu machen, so dass zum Beispiel Lymphgefäße oder die
Durchblutung eines Organbereiches visualisiert werden können. Die Nahinfrarotstrahlung dient also als Anregungsstrahlung für das Fluoreszenzkontrastmittel. In einer Ausführungsform weist das Strahlungsemittierende optoelektronische Bauelement in dem Endoskop SrGan, ssCro, 12O19 oder Nai, 4Ga4, 95Cr0, 05O8, 2 als Konversionsmaterial auf. Es wird ein Endoskop angegeben, umfassend ein
Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen. Das Strahlungsemittierende optoelektronische Bauelement umfasst bevorzugt einen oder mehrere Halbleiterchips, insbesondere emittieren die Halbleiterchips im Betrieb eine Primärstrahlung mit einer Dominanzwellenlänge zwischen 615 nm und 650 nm oder zwischen 440 nm und 460 nm. Der Abstand der Halbleiterchips kann von Chipkante zu Chipkante zwischen 50 ym und 250 ym liegen. Das Konversionselement ist als Platte ausgebildet und besteht oder umfasst das Konversionsmaterial und beispielsweise Silikon, Keramik oder Glas. Alternativ ist das Konversionselement als Schicht mit einer Schichtdicke zwischen 20 und 150 ym auf den oder die Halbleiterchips gesprüht oder dispergiert. Die Schicht kann das
Konversionsmaterial und Silikon, Polysilazan oder Glas umfassen oder aus diesen Materialien bestehen. So können Strahlungsemittierende optoelektronische Bauelemente mit einer hohen Leuchtdichte bereitgestellt werden. Zudem ist es möglich, die Strahlungsemittierenden optoelektronischen
Bauelemente mit hohen Stromdichten, beispielweise mit bis zu 4A/mm2 Chipfläche zu betreiben. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Endoskop einen Filter um die Zielwellenlänge zu erhalten.
Die Endoskope zeichnen sich dadurch aus, dass die
Wärmeentwicklung sehr gering ist und nur geringe Verluste beim Filtern zur Erreichung der Zielwellenlänge entstehen
Die Ausmaße des Endoskops können durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Strahlungsemittierenden Bauelements, das nur wenig Platz benötigt, gering gehalten werden. Ferner zeichnen sich die strahlungsemittierenden Bauelemente durch eine hohe Leuchtdichte aus, was für den Einsatz in einem Endoskop sehr wichtig ist um möglichst viel Licht in die Faser des Endoskops einzukoppeln . Zur Erzielung hoher
Leuchtdichten werden insbesondere oberflächenemittierende Halbleiterchips verwendet. Das Endoskop kann zudem direkt nach dessen Einschalten eingesetzt werden, da im Gegensatz zu bisher eingesetzten Lampen keine Warmlaufzeit abgewartet werden muss.
Die angegebenen Ausführungsformen des strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements können gemäß nachfolgend angegebenen Verfahren hergestellt werden. Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines
strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren umfasst die folgenden
Verfahrensschritte :
A) Bereitstellen eines Halbleiterchips, der dazu eingerichtet ist im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung zu emittieren,
B) Herstellen eines Konversionselements umfassend ein
Konversionsmaterial, das Cr- und/oder Ni-Ionen und ein
Wirtsmaterial umfasst, wobei das Wirtsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt ist, die Metalloxide, Metallhalogenide, Metallnitride, Metalloxynitride und
Kombinationen daraus umfasst,
C) Aufbringen des Konversionselements über dem
Halbleiterchip, wobei das Konversionselement dazu
eingerichtet ist, die von dem Halbleiterchip emittierte
Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements in
Sekundärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 1100 nm zu konvertieren. Im Vergleich zu Quantendots lassen sich die erfindungsgemäßen Konversionsmaterialien ohne Schutzgasatmosphäre oder auch umhüllende Schutzschichten herstellen und handhaben, weshalb eine industrielle, kostengünstige Herstellung des
Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement möglich ist .
In einer Ausführungsform umfasst das Konversionsmaterial Cr3+- und/oder Ni2+-Ionen.
In einer Ausführungsform umfasst Verfahrensschritt B) einen Verfahrensschritt BB) :
BB) Herstellen des Konversionsmaterials.
In einer Ausführungsform umfasst Verfahrensschritt BB) folgende Verfahrensschritte:
BB1) Mischen der Edukte,
BB2) Kalzinieren der in BB1) erhaltenen Mischung bei einer Temperatur zwischen 700 °C und 1500 °C.
Das Mischen der Edukte in Verfahrensschritt BB1) kann
beispielsweise mithilfe eines Mischers und/oder einer
Mörsermühle erfolgen.
In einer Ausführungsform erfolgt das Kalzinieren im
Verfahrensschritt BB2) für ein bis zehn, bevorzugt ein bis fünf, beispielsweise für vier Stunden. In einer Ausführungsform umfasst Verfahrensschritt BB1) das Zusammengeben der Edukte und das Lösen der Edukte in einer Mineralsäure . In einer Ausführungsform ist die Mineralsäure aus einer
Gruppe ausgewählt, die Schwefelsäure, Phosphorsäure,
Salzsäure und Salpetersäure und Kombinationen daraus umfasst. Durch das Lösen der Edukte in einer Mineralsäure bilden sich homogene Mischungen der Edukte, die teilweise zu
reaktionsfreudigeren Edukten hydrolysiert werden.
Beispielsweise werden eingesetzte Oxide zu Hydroxiden
hydrolysiert. Damit kann die Reaktionszeit und/oder die
Reaktionstemperatur beim Kalzinieren in Verfahrensschritt BB2) erniedrigt werden.
In einer Ausführungsform erfolgt nach Verfahrensschritt BB2) ein Verfahrensschritt BB3 :
BB3) Mahlen und Sieben des in Verfahrensschritt BB2)
erhaltenen Pulvers. Vorzugsweise erfolgt dieser
Verfahrensschritt nachdem das Pulver auf Raumtemperatur abgekühlt ist. Nach Verfahrensschritt BB3) kann ein weiterer
Verfahrensschritt BB4 folgen:
BB4) Kalzinieren des in BB3) erhaltenen Pulvers bei einer Temperatur zwischen 700 °C und 1500 °C. Nach Verfahrensschritt BB4) kann ein weiterer
Verfahrensschritt BB5 folgen:
BB5) Mahlen und Sieben des in Verfahrensschritt BB4)
erhaltenen Pulvers. Vorzugsweise erfolgt dieser
Verfahrensschritt nachdem das Pulver auf Raumtemperatur abgekühlt ist. In einer Ausführungsform findet nach Verfahrensschritt BB3) oder nach Verfahrensschritt BB5) folgender Verfahrensschritt statt :
BB6) Sintern des in Verfahrensschritt BB3) oder BB5)
erhaltenen Pulvers zu einer Keramik, insbesondere einer
Platte bestehend aus dem Konversionsmaterial.
In einer Ausführungsform erfolgt das Sintern in
Verfahrensschritt BB6) bei einer Temperatur zwischen 700 und 1700 °C, beispielsweise bei 900 °C.
In einer Ausführungsform erfolgt das Sintern in
Verfahrensschritt BB6) für ein bis fünfzehn, bevorzugt ein bis acht, beispielsweise für sechs Stunden.
In einer Ausführungsform wird das in Verfahrensschritt BB3) oder BB5) erhaltene Pulver vor dem Sintern in
Verfahrensschritt BB6) mit Bindemitteln versetzt. In einer Ausführungsform findet nach Verfahrensschritt BB3) oder nach Verfahrensschritt BB5) folgender Verfahrensschritt BB7) statt:
BB7) Mischen des in Verfahrensschritt BB3) oder BB5)
erhaltenen Pulvers mit einem Matrixmaterial.
In einer Ausführungsform sind die Edukte im Verfahrensschritt BB1) aus einer Gruppe ausgewählt, die Metalloxide,
Metallhydroxide, Metallcarbonate, Metallnitrate,
Metallhalogenide, Metallacetate, Metallnitride und
Kombinationen daraus umfasst. Bevorzugt sind die Edukte aus einer Gruppe ausgewählt, die Metalloxide, Metallhydroxide, Metallcarbonate und Kombinationen daraus umfasst. In einer Ausführungsform wird den Edukten in
Verfahrensschritt BB1) ein Schmelzmittel zugefügt. Dabei kann es sich beispielsweise um Borsäure handelt. Diese Zugabe verbessert die Reaktivität und das Kristallwachstum.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Figuren 1 bis 4 zeigen schematische Seitenansichten
verschiedener Ausführungsformen von
strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelementen, Figuren 5 bis 12 zeigen den Reflexionsgrad und die Emission verschiedener Ausführungsformen des
Konversionsmaterials ,
Figur 13 zeigt die Emissionsleistung eines
Konversionsmaterials in Abhängigkeit zur
Stromstärke, mit der der Halbleiterchip, der die Primärstrahlung erzeugt, betrieben wird,
Figuren 14 bis 17 zeigen die Emission verschiedener
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Konversionsmaterials im Vergleich zu einem herkömmlichen Halbleiterchip, der Primärstrahlung im Infrarotbereich emittiert, Figur 18 zeigt den Reflexionsgrad und die Emission einer
Ausführungsform des Konversionsmaterials, Figuren 19 und 20 zeigen Emissionsspektren von
erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden Bauelementen.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines
Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements 1 weist einen Halbleiterchip 2, einen Rückseitenkontakt 15, einen Vorderseitenkontakt 16 und eine aktive Epitaxie- Schichtenfolge 9 auf, wobei die aktive Epitaxie- Schichtenfolge 9 im Betrieb rote oder blaue Primärstrahlung emittiert. Beispielsweise basiert der Halbleiterchip auf Aluminiumindiumgalliumphosphid oder Indiumgalliumnitrid.
Der Halbleiterchip 2 ist mittels eines elektrisch leitenden Verbindungsmittels mit dem Rückseitenkontakt 15 auf einem ersten Anschluss 4 befestigt. Bei dem elektrisch leitenden Verbindungsmittel wird zum Beispiel ein metallisches Lot oder ein Klebstoff verwendet. Der Vorderseitenkontakt 16 ist mittels eines Bonddrahts 17 mit einem zweiten elektrischen Anschluss 5 verbunden.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste und zweite elektrische Anschluss 4, 5 in ein
lichtundurchlässiges, zum Beispiel vorgefertigtes
Grundgehäuse 10 mit einer Ausnehmung 11 eingebettet. Unter "vorgefertigt" ist zu verstehen, dass das Grundgehäuse 10 bereits an den Anschlüssen 4, 5 beispielsweise mittels
Spritzguss fertig gebildet ist, bevor der Halbleiterchip 2 auf den Anschluss 4 montiert wird. Das Grundgehäuse 10 umfasst zum Beispiel einen lichtundurchlässigen Kunststoff und die Ausnehmung 11 ist hinsichtlich ihrer Form als
Reflektor 18 für die Primärstrahlung und Sekundärstrahlung ausgebildet, wobei die Reflexion gegebenenfalls durch eine geeignete Beschichtung der Innenwände der Ausnehmung 11 realisiert werden kann. Solche Grundgehäuse 10 werden
insbesondere bei oberflächenmontierbaren Leuchtdioden
verwendet. Sie werden vor der Montage des Halbleiterchips 2 auf ein die elektrische Anschlüsse 4, 5 aufweisendes
Leiterband zum Beispiel mittels Spritzgießen und/oder
Spritzpressen aufgebracht.
Das Konversionselement 6 ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 in Form eines Vergusses ausgebildet und füllt die Ausnehmung 11, wie in Figur 1 gezeigt, aus. Dabei umfasst das Konversionselement ein Konversionsmaterial und ein
Matrixmaterial, in das das Konversionsmaterial eingebettet ist. Das Matrixmaterial ist beispielsweise ein Silikon. Das Konversionsmaterial liegt in Form von Konverterpartikeln vor und umfasst oder besteht aus La3Ga4, 975Cr0, 02sGeOi4 und
(Ga,Cr)203. Das Konversionsmaterial weist hier fast keine Defektstellen in seinem Kristallgitter auf, so dass ein
Nachleuchten des Konversionsmaterials bei Abschaltung des Stroms nicht bzw. nur über eine sehr kurze Zeitspanne
erfolgt. Die von dem Halbleiterchip 2 emittierte
Primärstrahlung wird zumindest teilweise von dem
Konversionsmaterial in Sekundärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 700 nm bis 1050 nm konvertiert. Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements ist in Verbindung mit Figur 2 beschrieben. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist das Konversionselement 6 als eine Schicht ausgebildet. Das Konversionselement 6 besteht aus einem Glas, in dem Konverterpartikel beispielsweise eines
Konversionsmaterials bestehend aus La3Ga4 , 9sCro, osGeOi4 und
(Ga, Cr) 2O3 homogen verteilt sind. Das Konversionselement 6 ist unmittelbar auf den
Halbleiterchip 2 aufgebracht. Der Halbleiterchip 2 und zumindest Teilbereiche der elektrischen Anschlüsse 4, 5 sind von einer strahlungsdurchlässigen Umhüllung 13 umschlossen, die keine Wellenlängenänderung oder Frequenzänderung der durch das Konversionselement 6 hindurch tretenden Strahlung bewirkt. Die strahlungsdurchlässige Umhüllung kann
beispielsweise aus zumindest einem der folgenden Materialien bestehen und/oder zumindest eines der folgenden Materialien enthalten: Silikon, Epoxid, Polyurethan oder Glas.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste und zweite elektrische Anschluss 4, 5 in ein
lichtundurchlässiges, möglicherweise vorgefertigtes
Grundgehäuse 10 mit einer Ausnehmung 11 eingebettet. Wie aus der Figur 3 ersichtlich, sind die freien Oberflächen des Halbleiterchips 2 und Teilbereiche der elektrischen
Anschlüsse 4 und 5 zumindest teilweise und/oder unmittelbar von einer strahlungsdurchlässigen Umhüllung 12 umgeben. Diese strahlungsdurchlässige Umhüllung 12 bewirkt keine
Wellenlängenänderung an der von dem Halbleiterchip 2
emittierten Primärstrahlung. Die strahlungsdurchlässige
Umhüllung 12 besteht beispielsweise aus einem der bereits oben genannten strahlungsdurchlässigen Materialien oder enthält zumindest eines dieser Materialien. Des Weiteren kann die Ausnehmung 11 in dieser Ausführungsform mit einem Gas gefüllt sein. Die Ausnehmung 11 der Figur 3 ist von einem Konversionselement 6 bestehend aus dem keramischen Konversionsmaterial abgedeckt, wobei das Konversionselement 6 eine separat hergestellte und auf dem Grundgehäuse 10 befestigte Platte 6 ist. Beispielweise handelt es sich um eine Platte bestehend aus einer CasGai, 9sCr0, 02Ge4Oi4 Keramik.
Zur besseren Auskopplung des Lichtes aus dem Konversions¬ element 6 von Figur 3 kann auf einer Seitenfläche des
Bauelements, an der Strahlungsaustrittsfläche eine
linsenförmige Abdeckung 21 vorgesehen sein, die eine
Totalreflexion der Strahlung innerhalb des
Konversionselements 6 reduziert. Diese linsenförmige
Abdeckung 21 kann insbesondere aus einem
strahlungsdurchlässigen Kunststoff oder einem Glas bestehen und auf das Konversionselement 6 beispielsweise aufgeklebt oder direkt als Bestandteil des Konversionselements 6 ausgebildet sein.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste und zweite elektrische Anschluss 4, 5 in ein
lichtundurchlässiges, möglicherweise vorgefertigtes
Grundgehäuse 10 mit einer Ausnehmung 11 eingebettet. Wie aus der Figur 4 ersichtlich, sind die freien Oberflächen des Halbleiterchips 2 und Teilbereiche der elektrischen
Anschlüsse 4 und 5 zumindest teilweise und/oder unmittelbar von einer strahlungsdurchlässigen Umhüllung 12 umgeben. Diese strahlungsdurchlässige Umhüllung 12 bewirkt keine
Wellenlängenänderung an der von dem Halbleiterchip 2 emittierten Primärstrahlung. Die strahlungsdurchlässige
Umhüllung 12 besteht beispielsweise aus einem der bereits oben genannten strahlungsdurchlässigen Materialien oder enthält zumindest eines dieser Materialien. Des Weiteren kann die Ausnehmung 11 in dieser Ausführungsform mit einem Gas gefüllt sein. Direkt auf dem Halbleiterchip 2 ist das
Konversionselement 6 angeordnet. Das Konversionselement 6 ist in Form einer Platte ausgebildet und besteht beispielweise aus einer Nai, 4Ga4, 95Cr0, osOs, 2 Keramik .
Zusätzlich kann zwischen dem Halbleiterchip 2 und dem
Konversionselement 6 eine Haftschicht (hier nicht gezeigt) angebracht sein. Vorzugsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen
Bauelement 1 um eine LED, wobei die Strahlung in den Figuren 1 bis 4 nach oben über das Konversionselement 6 ausgekoppelt wird . Die Figuren 5 bis 12 zeigen Reflexionsgrade (gestrichelte Linie) und relative Intensitäten der Emission bei
unterschiedlicher Primärstrahlung (durchgezogene Linie) unterschiedlicher Ausführungsbeispiele des
Konversionsmaterials. Auf den x-Achsen ist jeweils die
Wellenlänge λ in nm aufgetragen und auf den y-Achsen der relative Reflexionsgrad beziehungsweise die relative
Intensität der Emission. Zur Messung der Emissionsspektren wurde das Konversionsmaterial in Form von Partikeln in ein Matrixmaterial aus Silikon eingebracht und über einem
Halbleiterchip mit einer Primärstrahlung von 450 nm oder 637 nm angeordnet. Figur 5 zeigt den Reflexionsgrad (gestrichelte Linie) und die relative Intensität der Emission (durchgezogene Linie) des Konversionsmaterials La3Ga4, 97sCro , 02sGeOi4 mit einer Nebenphase aus (Ga, Cr ) 2O3 bei einer Anregungswellenlänge, also einer Primärstrahlung von 450 nm. Das Konversionsmaterial zeigt bei etwa 450 nm und 640 nm die geringste Reflexion und ist damit am besten bei etwa 450 nm und 620 nm anregbar, d.h. mit einer Primärstrahlung im blauen und roten Spektralbereich. Das Konversionsmaterial weist eine breite und kontinuierliche Emission zwischen 700 und 1050 nm auf, wobei die relative
Intensität im Bereich von 700 nm bis etwa 1000 nm bei über 50 % liegt. Bei einer Wellenlänge von etwa 780 nm liegt die maximale Emission. Die breite Emission beruht auf der
Überlagerung von zwei separaten Emissionsbanden von
La3Ga4, 975Cr0, 025GeOi4 und (Ga,Cr) 203 und der Art des verwendeten Wirtsgitters .
Das Konversionsmaterial La3Ga4 , 97sCro , 02sGeOi4 mit der Nebenphase aus ( Ga,Cr)2C>3 wurde wie folgt hergestellt: 36, 27 mmol La2Ü3 , 105, 44 mmol Ga2Ü3, 42,18 mmol GeÜ2, 2,11 mmol Borsäure und 0,527 mmol Cr2Ü3 werden in einem Mischer und einer
Mörsermühle zu einer Mischung verarbeitet Als Mischer wird ein Speedmixer der auch als duale asymmetrische Zentrifuge bezeichnet wird, das heißt ein Labormischsystem, das auf der doppelten Rotation eines Mischbechers beruht, verwendet. Die Borsäure fungiert hier als Schmelzmittel, durch das
Reaktivität /Kristallwachstum verbessert wird. Das so
hergestellte Pulver wird in einen Korundtiegel überführt und bei 950° für vier Stunden geglüht. Nach Abkühlung auf
Raumtemperatur wird das gesinterte Pulver gemahlen und gesiebt und dann einem zweiten Glühschritt bei 1300° für vier Stunden unterzogen. Das erhaltene gesinterte Material wird mit einer Mörsermühle pulverisiert und mit einem Analysensieb mit einer Maschenweite von 30 ym gesiebt, um gröbere Partikel (> 30 ym) abzutrennen.
Figur 6 zeigt den Reflexionsgrad (gestrichelte Linie) und die relative Intensität der Emission (durchgezogene Linie) des
Konversionsmaterials La3Ga4, 97sCro , 02sGeOi4 mit der Nebenphase aus (Ga, Cr ) 2O3 bei einer Anregungswellenlänge, also einer
Primärstrahlung von 637 nm. Der Reflexionsgrad in
Abhängigkeit von der Wellenlänge entspricht dem in Figur 5 abgebildeten. Das Konversionsmaterial weist eine breite und kontinuierliche Emission zwischen 700 und 1050 nm auf, wobei die relative Intensität im Bereich von etwa 780 nm bis etwa 1000 nm bei über 50 % liegt. Bei einer Wellenlänge von etwa 900 nm liegt die maximale Emission. Die breite Emission beruht auf der Überlagerung von zwei separaten
Emissionsbanden von La3Ga4, 975Cr0, 02sGeOi4 und (Ga,Cr) 203.
Figur 7 zeigt den Reflexionsgrad (gestrichelte Linie) und die relative Intensität der Emission (durchgezogene Linie) des Konversionsmaterials La3Ga4, 9sCro , osGeOi4 mit der Nebenphase aus (Ga, Cr ) 2O3 bei einer Anregungswellenlänge, also einer
Primärstrahlung von 450 nm. Das Konversionsmaterial zeigt bei etwa 450 nm und 640 nm die geringste Reflexion und ist damit am besten bei etwa 450 nm und 620 nm anregbar, d.h. mit einer Primärstrahlung im blauen und roten Spektralbereich. Das Konversionsmaterial weist eine breite und kontinuierliche Emission zwischen 700 und 1050 nm auf, wobei die relative Intensität im Bereich von 700 nm bis etwa 1050 nm bei über 50 % liegt. Bei einer Wellenlänge von etwa 780 nm bis 920 nm liegt die maximale Emission. Die breite Emission beruht auf der Überlagerung von zwei separaten Emissionsbanden von
La3Ga4, 975Cr0, 025GeOi4 und (Ga,Cr) 203 und der Art des verwendeten Wirtsgitters . Das Konversionsmaterial La3Ga4 , 9sCro, osGeOi4 mit der Nebenphase aus (Ga,Cr)203 wurde wie folgt hergestellt: 63,15 mmol La2Ü3, 105, 26 mmol Ga2Ü3, 42,10 mmol GeÜ2, 2,11 mmol Borsäure und 1,052 mmol Cr2Ü3 werden in einem Mixer und einer Mörsermühle zu einer Mischung verarbeitet. Als Mischer wird ein
Speedmixer verwendet. Das so hergestellte Pulver wird in einen Korrundtiegel überführt und bei 950° für vier Stunden ausgeglüht. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird das gesinterte Pulver gemahlen und gesiebt und dann einem zweiten Glühschritt bei 1300° für vier Stunden unterzogen. Das erhaltene gesinterte Material wurde mit einer Mörsermühle pulverisiert und mit einem Analysensieb mit einer
Maschenweite von 30 ym gesiebt, um gröbere Partikel (> 30 ym) abzutrennen.
Figur 8 zeigt den Reflexionsgrad (gestrichelte Linie) und die relative Intensität der Emission (durchgezogene Linie) des Konversionsmaterials La3Ga4, 9sCro, osGeOi4 mit einer Nebenphase aus (Ga, Cr ) 2O3 bei einer Anregungswellenlänge, also einer Primärstrahlung von 637 nm. Der Reflexionsgrad in
Abhängigkeit von der Wellenlänge entspricht dem in Figur 7 abgebildeten. Das Konversionsmaterial weist eine breite und kontinuierliche Emission zwischen 700 und 1050 nm auf, wobei die relative Intensität im Bereich von etwa 800 nm bis etwa 1050 nm bei über 50 % liegt. Bei einer Wellenlänge von etwa 910 nm liegt die maximale Emission. Die breite Emission beruht auf der Überlagerung von zwei separaten
Emissionsbanden von La3Ga4, 975Cr0, 02sGeOi4 und (Ga, Cr ) 2O3 und der Art des verwendeten Wirtsgitters.
Figur 9 zeigt den Reflexionsgrad (gestrichelte Linie) und die relative Intensität der Emission (durchgezogene Linie) des Konversionsmaterials CasGai, 9sCr0, 02Ge4Oi4 bei einer Anregungswellenlänge, also einer Primärstrahlung von 450 nm. Das Konversionsmaterial zeigt bei etwa 450 nm und 620 nm die geringste Reflexion und ist damit am besten bei diesen
Wellenlängen anregbar, d.h. mit einer Primärstrahlung im blauen und roten Spektralbereich. Das Konversionsmaterial weist eine breite und kontinuierliche Emission zwischen 700 und 900 nm auf, wobei die relative Intensität im Bereich von 700 nm bis etwa 850 nm bei über 50 % liegt. Bei einer
Wellenlänge von etwa 760 nm liegt die maximale Emission.
Das Konversionsmaterial CasGai, gsCro, 02Ge4Oi4 wurde wie folgt hergestellt: 49, 49 mmol CaC03, 0, 33 mmol CaF2, 16,50 mmol Ga2Ü3, 65, 99 mmol GeÜ2 , und 0,165 mmol Cr2Ü3 werden in einem Mixer und einer Mörsermühle zu einer Mischung verarbeitet.
Als Mischer wird ein Speedmixer verwendet. Da so hergestellte Pulver wird in einen Korundtiegel überführt und bei 1150° für vier Stunden geglüht. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird das gesinterte Pulver gemahlen und gesiebt und dann einem zweiten Glühschritt bei 1200° für vier Stunden unterzogen.
Das erhaltene gesinterte Material wurde mit einer Mörsermühle pulverisiert und mit einem Analysensieb mit einer
Maschenweite von 30 ym gesiebt, um gröbere Partikel (> 30 ym) abzutrennen .
Figur 10 zeigt den Reflexionsgrad (gestrichelte Linie) und die relative Intensität der Emission (durchgezogene Linie) des Konversionsmaterials CasGai, gsCro, 02Ge4Oi4 bei einer
Anregungswellenlänge, also einer Primärstrahlung von 637 nm. Der Reflexionsgrad in Abhängigkeit von der Wellenlänge entspricht dem in Figur 9 abgebildeten. Das
Konversionsmaterial weist eine breite und kontinuierliche Emission zwischen 700 und 900 nm auf, wobei die relative Intensität im Bereich von etwa 700 nm bis etwa 860 nm bei über 50 % liegt. Bei einer Wellenlänge von etwa 760 nm liegt die maximale Emission. Figur 11 zeigt den Reflexionsgrad (gestrichelte Linie) und die relative Intensität der Emission (durchgezogene Linie) des Konversionsmaterials Nai, 4Ga4, 95Cr0, osOs, 2 bei einer
Anregungswellenlänge, also einer Primärstrahlung von 450 nm. Das Konversionsmaterial zeigt bei etwa 440 nm und 610 nm geringe Reflexionen und ist damit am besten bei diesen
Wellenlängen anregbar, d.h. mit einer Primärstrahlung im blauen und roten Spektralbereich. Das Konversionsmaterial weist eine breite und kontinuierliche Emission zwischen 700 und 900 nm auf, wobei die relative Intensität im Bereich von 700 nm bis etwa 890 nm bei über 50 % liegt. Bei einer
Wellenlänge von etwa 790 nm liegt die maximale Emission.
Das Konversionsmaterial ai, 4Ga4, 9sCro, osOs, 2 wurde wie folgt hergestellt: 64, 03 mmol Na2C03, 228, 69 mmol Ga203 und 2,29 mmol Cr2Ü3 werden in einem Mixer und einer Mörsermühle zu einer Mischung verarbeitet. Als Mischer wird ein Speedmixer verwendet. Das so hergestellte Pulver wird in einen
Korundtiegel überführt und bei 1250° für vier Stunden
ausgeglüht. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird das gesinterte Pulver gemahlen und gesiebt und dann einem zweiten Glühschritt bei 1250° für vier Stunden unterzogen. Das erhaltene gesinterte Material wurde mit einer Mörsermühle pulverisiert und mit einem Analysensieb mit einer
Maschenweite von 30 ym gesiebt, um gröbere Partikel (> 30 ym) abzutrennen.
Figur 12 zeigt den Reflexionsgrad (gestrichelte Linie) und die relative Intensität der Emission (durchgezogene Linie) des Konversionsmaterials Nai, 4Ga4, 95Cr0, osOs , 2 bei einer
Anregungswellenlänge, also einer Primärstrahlung von 665 nm. Der Reflexionsgrad in Abhängigkeit von der Wellenlänge entspricht dem in Figur 11 abgebildeten. Das
Konversionsmaterial weist eine breite und kontinuierliche Emission zwischen 700 und 900 nm auf, wobei die relative Intensität im Bereich von 700 nm bis etwa 890 nm bei über 50 % liegt. Bei einer Wellenlänge von etwa 790 nm liegt die maximale Emission.
In Figur 13 ist auf der x-Achse die Wellenlänge λ in nm aufgetragen und auf der y-Achse die relative Intensität der Emission für den Leuchtstoff La3Ga4, 95Cr0, osGeOi4 , das als
Nebenphase (Ga,Cr) 203 enthält. Die relative Intensität der Emission wurde bei verschiedenen Stromstärken aufgenommen, wobei die mit dem Bezugszeichen I versehene Kurve die
relative Intensität bei einer Stromstärke von 5 mA und die mit dem Bezugszeichen II versehenen Kurve die relative
Intensität bei einer Stromstärke von 1000 mA wiedergibt. Man erkennt, dass die Intensität der Emission im Bereich von 780 nm bei zunehmender Stromstärke mehr abnimmt als die
Intensität der Emission im Bereich von 950 nm. Daraus erkennt man, dass es sich um zwei separate Emissionsbanden handelt, eine resultiert von La3Ga4, 95Cr0, osGeOi4 und die andere von
(Ga,Cr) 203 . Diese Emissionsbanden weisen unterschiedliche Quanteneffizienzen je nach Intensität der Primärstrahlung auf. Um diesem Abfall der Emissionsintensität bei zunehmenden Stromstärken entgegenzuwirken kann ein zweites oder weiteres Konversionsmaterial zugeben werden, wie beispielsweise
ai, 4Ga4, 95Cro, 05O8, 2, das nur eine Emissionsbande aufweist und dessen Maximum, wie aus den Figuren 11 und 12 ersichtlich gerade bei 780 nm liegt. Damit wird durch eine solche Kombination an Konversionsmaterialien eine stabile und breite Emission erzielt.
Die Figuren 14 bis 17 zeigen relative Intensitäten der
Emission unterschiedlicher Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Konversionsmaterials im Vergleich zu einem herkömmlichen Halbleiterchip, der Primärstrahlung im
Infrarotbereich emittiert. Auf den x-Achsen ist jeweils die Wellenlänge λ in nm aufgetragen und auf den y-Achsen die relative Intensität der Emission. Zur Messung der
Emissionsspektren wurde das Konversionsmaterial in Form von Partikeln in ein Matrixmaterial aus Silikon eingebracht und über einem Halbleiterchip mit einer Primärstrahlung im blauen und roten Spektralbereich angeordnet.
Figur 14 zeigt die relative Intensität der Emission des Konversionsmaterials La3Ga4 , 9sCro, osGeOi4 , das als Nebenphase (Ga,Cr)203 enthält bei einer Anregung mit einer
Primärstrahlung im blauen Spektralbereich (Kurve mit dem Bezugszeichen A) und bei einer Anregung mit einer
Primärstrahlung im roten Spektralbereich (Kurve mit dem
Bezugszeichen B) . Die Kurve mit dem Bezugszeichen C zeigt die relative Intensität der Emission eines herkömmlichen
Halbleiterchips, der Primärstrahlung im Infrarotbereich emittiert. Wie aus Kurve A ersichtlich liegt die Intensität der Sekundärstrahlung, also der Emission, in einem Bereich von etwa 700 nm bis etwa 1050 nm bei über 20% der maximalen Intensität der Sekundärstrahlung. Die maximale Intensität liegt hier bei etwa 80%. Wie aus Kurve B ersichtlich liegt die Intensität der Sekundärstrahlung, also der Emission, in einem Bereich von etwa 750 nm bis etwa 1050 nm über 20% der maximalen Intensität der Sekundärstrahlung. Die maximale Intensität liegt hier bei etwa 70%. Die Intensität der Sekundärstrahlung variiert bei Kurve A in einem Bereich von etwa 775 nm bis 950 nm höchstens um 5 Prozent pro nm, sie ist in einem Bereich nahezu konstant und bei Kurve B in einem Bereich von etwa 875 nm bis 975 nm um höchstens um 5 Prozent pro nm. Bei den Ausschlägen in den Kurven A und B handelt es sich um ein Rauschen, also nicht um Messpunkte, sondern um Messartefakte, die durch eine längere Messzeit behoben werden können. Man erkennt, dass der herkömmliche Halbleiterchip im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Konversationsmaterial nicht für die Anwendung in Spektrometern beziehungsweise
Sensoranwendungen geeignet ist, da die Anforderungen an eine breite und kontinuierliche Emission im Bereich von 700 bis 1050 nm nicht erfüllt sind. Wie aus Kurve C ersichtlich liegt die Intensität der Emission nur in einem Bereich von etwa 825 nm bis 875 nm, also einem Bereich von etwa 50 nm über 20% der maximalen Intensität der Emission, die hier bei 100% liegt. Es handelt sich damit um eine schmalbandige Emission.
Figur 15A zeigt die relative Intensität der Emission des Konversionsmaterials La3Ga4, 975Cr0, 02sGeOi4, das als Nebenphase (Ga,Cr)203 enthält bei einer Anregung mit einer
Primärstrahlung im blauen Spektralbereich (Kurve mit dem Bezugszeichen D) und bei einer Anregung mit einer
Primärstrahlung im roten Spektralbereich (Kurve mit dem
Bezugszeichen E) . Bei den Emissionsspektren handelt es sich um eine Überlagerung der Emission von La3Ga4, 97sCro, 02sGeOi4 und (Ga,Cr)203. Die Kurve mit dem Bezugszeichen C zeigt die relative Intensität der Emission des herkömmlichen
Halbleiterchips, der Primärstrahlung im Infrarotbereich emittiert. Wie aus Kurve D ersichtlich liegt die Intensität der Sekundärstrahlung, also der Emission, in einem Bereich von etwa 700 nm bis etwa 1000 nm über 20% der maximalen
Intensität der Sekundärstrahlung. Die maximale Intensität liegt hier bei etwa 90 %. Wie aus Kurve E ersichtlich liegt die Intensität der Sekundärstrahlung, also der Emission, in einem Bereich von etwa 750 nm bis etwa 1050 nm über 20% der maximalen Intensität der Sekundärstrahlung. Die maximale Intensität liegt hier bei etwa 70%. Zudem variiert die
Intensität der Sekundärstrahlung der Kurven D und E in einem Bereich von mindestens 40 nm um nicht mehr als 5 Prozent pro nm. Bei den Ausschlägen in den Kurven D und E handelt es sich um ein Rauschen, also nicht um Messpunkte, sondern um
Messartefakte, die durch eine längere Messzeit behoben werden können. Man erkennt, dass der herkömmliche Halbleiterchip im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Konversationsmaterial nicht für die Anwendung in Spektrometern beziehungsweise Sensoranwendungen geeignet ist, da die Anforderungen an eine breite und kontinuierliche Emission im Bereich von 700 bis
1050 nm nicht erfüllt sind. Wie aus Kurve C ersichtlich liegt die Intensität der Emission nur in einem Bereich von etwa 825 nm bis 875 nm, also einem Bereich von etwa 50 nm über 20% der maximalen Intensität der Emission, die hier bei 100% liegt.
Figur 15B zeigt die relative Intensität der Emission des Konversionsmaterials (Ga,Cr) 203 (Bezugszeichen K) und
La3 (Ga, Cr) 5GeOi4, das als Nebenphase (Ga,Cr) 203 enthält
(Bezugszeichen L, M, N) bei einer Anregung mit einer
Primärstrahlung im blauen Spektralbereich. Die Tabelle der Figur 15B zeigt die jeweilige Zusammensetzung des
Konversionsmaterials. In der ersten Spalte ist jeweils das Bezugszeichen angeben und in der zweiten und dritten Spalte jeweils der Anteil an La3 (Ga, Cr) 5GeOi4 und ß-(Ga,Cr) 203 in
Gewichtsprozent. Der Anteil an der Nebenphase ß-(Ga,Cr) 203 wurde röntgengraphisch bestimmt. Wie ersichtlich variiert das Verhältnis im Bereich von etwa 750 nm und im Bereich von etwa 920 nm je nach vorliegenden Anteil an ß- (Ga, Cr) 2O3. Mit steigendem Gewichtsanteil an ß-(Ga,Cr)203 nimmt die relative Intensität der Emission im Bereich von 920 nm ab und im
Bereich von 750 nm zu. Figur 16 zeigt die relative Intensität der Emission des
Konversionsmaterials Nai , 4Ga4 , gsCro, os08,2 bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung im blauen Spektralbereich (Kurve mit dem Bezugszeichen F) und bei einer Anregung mit einer
Primärstrahlung im roten Spektralbereich (Kurve mit dem
Bezugszeichen G ) . Die Kurve mit dem Bezugszeichen C zeigt die relative Intensität der Emission eines herkömmlichen
Halbleiterchips, der Primärstrahlung im Infrarotbereich emittiert. Wie aus Kurve G ersichtlich liegt die Intensität der Sekundärstrahlung, also der Emission, in einem Bereich von etwa 700 nm bis etwa 925 nm über 20% der maximalen
Intensität der Sekundärstrahlung. Die maximale Intensität liegt hier bei etwa 100%. Wie aus Kurve F ersichtlich liegt die Intensität der Sekundärstrahlung, also der Emission, in einem Bereich von etwa 700 nm bis etwa 925 nm über 20% der maximalen Intensität der Sekundärstrahlung. Zudem variiert die Intensität der Sekundärstrahlung der Kurven G und F in einem Bereich von mindestens 40 nm um nicht mehr als 5
Prozent pro nm. Bei den Ausschlägen in den Kurven G und F handelt es sich um ein Rauschen, also nicht um Messpunkte, sondern um Messartefakte, die durch eine längere Messzeit behoben werden können. Man erkennt, dass der herkömmliche Halbleiterchip im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen
Konversationsmaterial nicht für die Anwendung in
Spektrometern beziehungsweise Sensoranwendungen geeignet ist, da die Anforderungen an eine breite und kontinuierliche
Emission im Bereich von 700 bis 1050 nm nicht erfüllt sind. Wie aus Kurve C ersichtlich liegt die Intensität der Emission nur in einem Bereich von etwa 825 nm bis 875 nm, also einem Bereich von etwa 50 nm über 20% der maximalen Intensität der Emission, die hier bei 100% liegt.
Figur 17 zeigt die relative Intensität der Emission des
Konversionsmaterials CasGai , gsCro , 02Ge4Oi4 bei einer Anregung mit einer Primärstrahlung blauen Spektralbereich (Kurve mit dem Bezugszeichen H) und bei einer Anregung mit einer
Primärstrahlung im roten Spektralbereich (Kurve mit dem
Bezugszeichen J) . Die Kurve mit dem Bezugszeichen C zeigt die relative Intensität der Emission des herkömmlichen
Halbleiterchips, der Primärstrahlung im Infrarotbereich emittiert. Wie aus Kurve H ersichtlich liegt die Intensität der Sekundärstrahlung, also der Emission, in einem Bereich von etwa 700 nm bis etwa 850 nm über 20% der maximalen
Intensität der Sekundärstrahlung. Wie aus Kurve J ersichtlich liegt die Intensität der Sekundärstrahlung, also der
Emission, in einem Bereich von etwa 725 nm bis etwa 950 nm über 20% der maximalen Intensität der Sekundärstrahlung. Die maximale Intensität liegt hier bei etwa 35%. Zudem variiert die Intensität der Sekundärstrahlung der Kurven H und J in einem Bereich von mindestens 40 nm um nicht mehr als 5
Prozent pro nm. Bei den Ausschlägen in den Kurven H und J handelt es sich um ein Rauschen, also nicht um Messpunkte, sondern um Messartefakte, die durch eine längere Messzeit behoben werden können. Man erkennt, dass der herkömmliche Halbleiterchip im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen
Konversationsmaterial nicht für die Anwendung in
Spektrometern beziehungsweise Sensoranwendungen geeignet ist, da die Anforderungen an eine breite und kontinuierliche
Emission im Bereich von 700 bis 1050 nm nicht erfüllt sind.
Figur 18 zeigt den Reflexionsgrad (gestrichelte Linie) und die relative Intensität der Emission (durchgezogene Linie) von SrGan, 88Cro, 12O19 als Konversionsmaterial bei einer
Anregungswellenlänge, also einer Primärstrahlung von 460 nm. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge λ in nm aufgetragen und auf der y-Achse der relative Reflexionsgrad beziehungsweise die relative Intensität der Emission. Zur Messung des
Emissionsspektrums wurde das Konversionsmaterial in Form von Partikeln in ein Matrixmaterial aus Silikon eingebracht mit einer Primärstrahlung von 460 nm angeregt. Das
Konversionsmaterial zeigt bei etwa 460 nm und 600 nm die geringste Reflexion und ist damit am besten bei diesen
Wellenlängen anregbar, d.h. mit einer Primärstrahlung im blauen und roten Spektralbereich. Das Konversionsmaterial weist eine breite und kontinuierliche Emission zwischen 720 und 780 nm auf, wobei die relative Intensität im Bereich von 700 nm bis etwa 800 nm bei über 50 % liegt. Bei einer
Wellenlänge von etwa 770 nm liegt die maximale Emission.
Das Konversionsmaterial SrGan, ssCro, 12O19 wurde wie folgt hergestellt: 14,96 mmol SrC03, 0,78 mmol SrF2, 93,53 mmol Ga2Ü3 und 0,94 mmol Cr2Ü3 werden in einem Mischer zu einer Mischung verarbeitet. Als Mischer wird ein Speedmixer verwendet. Das so hergestellte Pulver wird in einen
Korundtiegel überführt und bei 1450 °C für vier Stunden geglüht. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird das erhaltene gesinterte Material mit einer Mörsermühle pulverisiert und mit einem Analysensieb mit einer Maschenweite von 30 ym gesiebt, um gröbere Partikel (> 30 ym) abzutrennen.
Figur 19 zeigt ein Emissionsspektrum eines
Strahlungsemittierenden Bauelements. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge λ in nm und auf der y-Achse die spektrale
Leistungsdichte SLD in W/nm bei 700 mA Betriebsstrom
angegeben. Ein blau emittierender InGaN Halbleiterchip mit einer Dominanzwellenlänge von 440 bis 445 nm wurde dabei auf einen Träger geklebt und elektrisch verbunden. Der
Halbleiterchip wurde mit einer Mischung aus SrGan, ssCro, 12O19 als Konversionsmaterial und Silikon vergossen. Der Anteil an Konversionsmaterial beträgt dabei 30 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmenge aus Konversionsmaterial und Silikon. Bei 700 mA Betriebsstrom wurde im Bereich von 760 nm +/-50 nm 40mW nahinfrarote Strahlung emittiert. Im Bereich von 760 nm +/-20 nm betrug der Lichtstrom 20 mW.
Figur 20 zeigt ein Emissionsspektrum eines
Strahlungsemittierenden Bauelements. Auf der x-Achse ist die Wellenlänge λ in nm und auf der y-Achse die spektrale
Leistungsdichte SLD in W/nm bei 700 mA Betriebsstrom
angegeben. Ein rot emittierender AlGalnP Halbleiterchip mit einer Dominanzwellenlänge von 635 nm wurde dabei auf einen Träger geklebt und elektrisch verbunden. Der Halbleiterchip wurde mit einer Mischung aus SrGan, 8sCr0, 12O19 als
Konversionsmaterial und Silikon vergossen. Der Anteil an Konversionsmaterial beträgt dabei 30 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmenge aus Konversionsmaterial und Silikon. Bei 700 mA Betriebsstrom wurde im Bereich von 760 nm +/-50 nm 47 mW nahinfrarote Strahlung emittiert. Im Bereich von 760 nm +/-20 nm betrug der Lichtstrom 24 mW.
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. Bezugs zeichenliste
1 Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement
2 Halbleiterchip
4 erster Anschluss
5 zweiter elektrischer Anschluss
6 Konversionselement
9 aktive Epitaxie-Schichtenfolge
10 Grundgehäuse
11 Ausnehmung
12,13 strahlungsdurchlässige Umhüllung
15 Rückseitenkontakt
16 Vorderseitenkontakt
17 Bonddraht
18 Reflektor
21 linsenförmige Abdeckung
λ Wellenlänge
nm Nanometer
ym Mikrometer
I relative Intensität bei einer Stromstärke von 5 mA
II relative Intensität bei einer Stromstärke von 1000 mA
A, B, C, D, E, F, G, H, J, K, L, M, N relative Intensität der Emission
SLD spektrale Leistungsdichte
wt% Gewichtsprozent

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) umfassend
- einen Halbleiterchip (2), der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung emittiert,
- ein Konversionselement (6) umfassend ein
Konversionsmaterial, das Cr- und/oder Ni-Ionen und ein
Wirtsmaterial umfasst und das die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements in eine Sekundärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 2000 nm konvertiert, wobei das Wirtsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt ist, die EAGai20i9, AyGasO(i5+y) /2,
AE3Ga2Ge40i4, Ln3Ga5GeOi4, Ga203, Ln3Ga5, 5D0, 50i4 und Mg4D209 umfasst, wobei EA = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, A = Li, Na, K und/oder Rb, AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu und D = Nb und/oder Ta und y = 0,9-1,9.
2. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei das Konversionsmaterial Cr3+- und/oder Ni2+-Ionen umfasst.
3. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Cr- und/oder Ni-Ionen Metalle des Wirtsmaterials teilweise ersetzen .
4. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) nach Anspruch 3, wobei die Cr- und/oder Ni- Ionen 0,01 bis 10 mol% eines Metalls des Wirtsmaterials ersetzen.
5. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) umfassend
- einen Halbleiterchip (2), der im Betrieb des Bauelements eine Primärstrahlung zwischen 400 und 500 nm emittiert,
- ein Konversionselement (6) umfassend ein
Konversionsmaterial, das die von dem Halbleiterchip (2) emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements in eine Sekundärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 2000 nm konvertiert, wobei das Wirtsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt ist, die Metalloxide,
Metallhalogenide, Metallnitride, Metalloxynitride und
Kombinationen daraus umfasst.
6. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Konversionsmaterial die von dem Halbleiterchip emittierte Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements in eine
Sekundärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 1100 nm konvertiert.
7. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Konversionsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen
ausgewählt ist, die Ay ( Gai-xNix) 5O t ( i5+y) / 2 ] -2, 5x, AE3 ( Gai_
xNix) 2Ge40i4-x, Ln3 ( Gai_xNix) 5GeO(28-5x)/2, ( Gai_xNix) 203-x,
Ln6 ( Gai_xNix) 11DO28-5, 5x, (Mgi_xNix) 4D2O9 und Kombinationen daraus umfasst, wobei x = 0,0001-0,1, y = 0,9-1,9, A = Li, Na, K und/oder Rb, AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu und D = Nb und/oder Ta.
8. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das
Konversionsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen
ausgewählt ist, die EA (Gai-X-Crx- > 12O19, Ay (Gai-X-Crx. ) 50(i5+y) 12, AE3 (Gai_x.Crx.) 2Ge40i4, Ln3 (Gai_x.Crx. ) 5GeOi4, (Gai_x.Crx. ) 203, Ln6 (Gai- X'CrX') 11DO28, (Mgi_XiCrXi) 8/(2-x')D209 und Kombinationen daraus umfasst, wobei x' = 0,0001-0,1, y = 0,9-1,9, EA = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, A = Li, Na, K und/oder Rb, AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu und D = Nb und/oder Ta.
9. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Konversionselement (6) Teil eines Vergusses des Halbleiterchips (2) ist oder das Konversionselement (6) den Verguss bildet.
10. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement (1) nach dem vorherigen Anspruch,
bei dem das Konversionselement (6) als eine Schicht
ausgebildet und direkt auf den Halbleiterchip (2) aufgebracht ist .
11. Strahlungsemittierendes optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem das Konversionselement (6) als eine Platte oder Folie ausgebildet ist, die über dem Halbleiterchip (2) aufgebracht ist .
12. Verwendung eines Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Spektrometer .
13. Verwendung eines Strahlungsemittierenden
optoelektronischen Bauelements (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Endoskop.
14. Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsemittierenden optoelektronischen Bauelements (1) umfassend die
Verfahrensschritte :
A) Bereitstellen eines Halbleiterchips (2), der dazu
eingerichtet ist im Betrieb des Bauelements eine
Primärstrahlung zu emittieren,
B) Herstellen eines Konversionselements (6) umfassend ein Konversionsmaterial, das Cr- und/oder Ni-Ionen und ein
Wirtsmaterial umfasst, wobei das Wirtsmaterial aus einer Gruppe von Verbindungen ausgewählt ist, die EAGai20i9,
AyGa50(i5+y) /2, AE3Ga2Ge40i4, Ln3Ga5GeOi4, Ga203, Ln3Ga5, 5D0, 50i4 und Mg4D209 umfasst, wobei EA = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, A = Li, Na, K und/oder Rb, AE = Mg, Ca, Sr und/oder Ba, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und/oder Lu und D = Nb und/oder Ta und y = 0,9-1,9,
C) Aufbringen des Konversionselements (6) über dem
Halbleiterchip (2), wobei das Konversionselement dazu
eingerichtet ist, die von dem Halbleiterchip emittierte
Primärstrahlung im Betrieb des Bauelements in
Sekundärstrahlung einer Wellenlänge zwischen 700 nm und 2000 nm zu konvertieren.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei Verfahrensschritt B) einen Verfahrensschritt BB) umfasst:
BB) Herstellen des Konversionsmaterials,
und wobei Verfahrensschritt BB) folgende Verfahrensschritte umfasst :
BB1) Mischen der Edukte, BB2) Kalzinieren der in BBl) erhaltenen Mischung bei einer Temperatur zwischen 700 °C und 1500 °C zur Bildung des
Konversionsmaterials .
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei die Edukte in Verfahrensschritt BBl) aus einer Gruppe ausgewählt sind, die Metalloxide, Metallhydroxide, Metallcarbonate, Metallnitrate, Metallhalogenide, Metallacetate, Metallnitride und Kombinationen daraus umfasst.
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