发射电磁辐射的半导体器件和器件壳体制造技术

公开了一种光电器件，它包括器件壳体（２）和具有支承衬底（１１）和发射辐射的层序列（１２）的本体（１）。本体（１）被设置在器件壳体（２）的反射槽（５）中，并且与器件壳体（２）的外部的电连接导体（４１，４２）导电连接。在此，反射槽（５）包括：具有内表面（５３）的反射区（５１），其横截面从发射辐射的本体（１）来看这样地向器件壳体（２）的正面扩大，使得层序列的、射在内表面（５３）上的辐射被有目的地向器件的一个希望的光轴（３）偏转，以及在底部设置在反射区（５１）之前的衬底凹穴（５２），在衬底凹穴中设置有发出辐射的本体（１），其中，衬底凹穴（５２）的深度被这样选择，使得支承衬底（１１）相对于反射区（５１）至少部分地下沉，并且衬底凹穴（５２）的长度和宽度这样适配本体（１）的长度和宽度，使得在本体（１）的边缘和衬底凹穴（５２）的边缘之间仅仅存在微小的空隙。在一种优选的实施形式中，器件壳体（２）此外还具有透镜（７），该透镜产生辐射锥的所希望的张角。此外还描述了该器件的应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及按照权利要求1前序部分的发射电磁辐射的半导体器件和按照权利要求14前序部分的器件壳体。尤其是在发光二极管领域中的新芯片工艺的越来越进步的发展要求将新的光学元件使用在壳体工艺中。所谓的薄膜-发光二极管芯片(更详细的描述见下面)由芯片表面、即由产生辐射的半导体层序列的背离支承体衬底的正面发射其辐射的大约85％。其余的15％通过半导体层序列的边缘向侧面发射。薄膜-发光二极管芯片的特色尤其在于下面的表现特点的特征-在产生辐射的外延层序列的向着支承体元件的第一主面上施加或者构造反射层，该反射层将在外延层序列中产生的电磁辐射的至少一部分回反射到其中；及-外延层序列具有在20μm或者更小的范围中、尤其是在10μm的范围中的厚度。外延层序列优选还包含至少一个具有至少一个面的半导体层，该面具有一种混匀结构(Durchmischungsstruktur)，它在理想情况下导致辐射在该外延的外延层序列中近似各态历经的分布，也就是说它具有尽可能各态历经地随机的散射特性。薄膜-发光二极管芯片的基本原理例如在1993年10月18日I.Schnitzer等人所著的Appl.Phys.Lett.63(16)，2174-2176中被描述，其中公开的内容通过参考结合于此。薄膜-发光二极管芯片良好近似于朗伯表面辐射体并且由此特别好地适于应用在聚光灯中。为了利用这种薄膜-发光二极管芯片实现具有限定地窄的辐射角和尽可能高的辐射功率的光电器件，从正面平地向侧面发出的辐射和通过半导体层序列的边缘侧面发射的辐射必须尽可能完全地向该器件的所希望的光轴偏转，并且进入该器件的所希望的辐射锥中，使得该辐射也以所希望的限定地窄的角从该器件发射。本专利技术的任务相应地是，提供一种器件壳体，其中可借助薄膜-发光二极管芯片或者具有类似发射特性的、发射电磁辐射的本体实现所希望的光电器件的限定的发射角。该任务借助具有权利要求1的特征的光电器件和借助具有权利要求14的特征的器件壳体被解决。该器件以及该器件壳体的有利的实施形式、改进方案和应用在从属权利要求中给出。对此，权利要求的公开内容明确地被包含在说明书中。按照本专利技术的、用于具有辐射发射体的光电器件的器件壳体特别是包括反射槽，它具有-带有内表面的反射区(51)，其横截面从发射辐射的本体(1)来看这样地向器件壳体(2)的正面扩大，使得层序列的射在内表面(53)上的辐射被有目的地向该器件的所希望的光轴偏转，以及-在底部设置在反射区(51)之前的衬底凹穴(52)，在该衬底凹穴中设置有发出辐射的本体(1)，其中，衬底凹穴的深度被这样选择，使得支承体衬底相对于反射区至少部分地下沉，并且衬底凹穴的长度和宽度这样适配于本体的长度和宽度，使得在该本体的边缘和该衬底凹穴的边缘之间仅仅存在微小的空隙。在下面，器件或者器件壳体的在工作中通过其发射所产生的辐射的大部分的面被称为该器件或者器件壳体的“正面”。器件或者器件壳体的与正面相对的面被称为该器件或者器件壳体的“底”。此外，辐射发射体的、由其在工作中发射辐射的大部分的面还被称为正面或者前面。该本体的背面是与正面相对的面。在这里，“在该本体的边缘和该衬底凹穴的边缘之间仅仅存在微小的空隙”被理解为，衬底凹穴的内部净宽合乎目的地仅仅略微大于该芯片的横向尺寸，使得该芯片例如虽然仍可以借助传统的辅助工具例如Pick-and-Place装置被置入衬底凹穴中并安装，然而不占用更多的位置。在一种有利的实施形式中，衬底凹穴侧壁到发射辐射的本体的边缘的距离在大约0.05和0.3mm，优选在0.1和0.15mm之间，其中边界各被包括在内。特别优选的是，该空隙的大小为大约100μm。基于反射槽(衬底凹穴的处于深处的底部，其具有适配于芯片的尺寸和在辐射发射体的发射方向上设置在后面的反射区)的形状，可能的是，将反射区的内表面导向到极靠近本体的辐射发射区，即靠近辐射发射的层序列。衬底凹穴的侧壁只必须被设置得足够地靠近芯片边缘，使得在该芯片的边缘和衬底凹穴的边缘之间仅仅存在微小的空隙。由此，能够实现，平地由发射体的表面发出的辐射可借助紧挨在芯片上的反射槽向前朝辐射方向被偏转。在一种优选的实施形式中，反射区的内表面具有含有例如银的反射层。该反射层有利地提高了内表面的反射性。根据本体发射的辐射的波长范围，也可适用其他的材料来提高反射区的内表面的反射性。优选地，作为辐射源的薄膜发光二极管芯片被安装入器件壳体中。薄膜发光二极管芯片在此被这样地设置在衬底凹穴中，使得其支承体衬底朝着器件壳体的底部。反射区的内表面可有利地被构造为抛物面。由此可改善反射槽的有效性。具有抛物线状的内表面的反射区当前尤其是将由辐射发射体表面平地发出的辐射的特别大的部分向光轴的方向偏转，并且由此特别适于使辐射成束。在本上下文中，“平”意味着，辐射与辐射发射体的正面一起包围一个小的角α。此外，反射区的内表面也可以截锥状地被构造。相对于抛物线状的内表面，截锥状的反射区内表面可更简单地实现。此外，具有截锥状内表面的反射区尤其适于产生具有均匀的辐射密度的照射场。在另一种实施形式中，反射区具有球形的内表面。具有被球形地成型的内表面的反射区特别适于，实现在15°至30°之间的辐射角。在一种特别优选的实施形式中，器件壳体具有透镜，该透镜从器件壳体的底部来观察被设置在反射区之后。透镜引起直接的前面辐射和通过反射区发射的平的表面辐射的聚束。借助透镜，具有器件壳体的光电器件的辐射特性可被有目的地适配。透镜例如可以这样设计，即有目的地实现光电器件的辐射锥的所希望的张角。在一种实施形式中，透镜是非球透镜，优选具有椭球片段(Ellipsoid-Segment)的形状，因为借助这种透镜通常也可将远离轴的辐射很好地聚束。远离轴的辐射当前被理解为不在光电器件光轴的直接附近的辐射。与球形透镜相比，这能够实现透镜尺寸的进一步减小。然而，也可想到，透镜具有另外的形状，例如通过将任意的曲线围绕光轴旋转而产生的形状。有利的是，透镜形状和反射区的形状彼此这样地适配，使得由器件发射的辐射在所希望的角区中均匀地被发射，使得形成具有限定的尺寸的、均匀地被照亮的照射区。按照本专利技术的反射槽和非球透镜的组合允许在具有高辐射强度的近场中一个非常小的面积的非常均匀的照亮。为此，在附图说明图1A中，以距透镜2mm的距离将具有非球透镜和带截锥状内表面的反射区的器件的相对辐射强度(以％)的模拟值的横向分布进行比较。“相对辐射强度”被理解为被标准化到辐射强度的最大值上的辐射强度。在图1B中，还在X轴上以度数绘出辐射锥的半张角并且在Y轴上相应于图1A地绘出相对辐射强度。如图1B可看出的那样，借助透镜和带有截锥状内表面的反射区的组合可以实现8.4°的半角。半角被理解为辐射锥的这样的张角，在该张角中辐射强度为在发射辐射的本体的正面上的值的50％。构造和随后的测量表明，可实现7°的半角和46mW/sr(20mA)的辐射强度Ie，以及7.6mW(20mA)的辐射功率PhiE。在另一种实施形式中，所述透镜是菲涅耳透镜(Fresnellinse)。菲涅耳透镜能够有利地实现器件或者器件壳体的极其平的构型。此外，透镜还可具有非旋转对称的椭球片段的形状。非旋转对称的椭球片段在此理解为这样的椭球的片断，即其三个轴具有不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有本体（１）的光电器件，所述本体适于在所述器件工作中发出电磁辐射，所述本体包括支承衬底（１１）和设置在该支承衬底（１１）上的发出辐射的层序列（１２），并且所述本体被设置在器件壳体（２）的反射槽（５）中，并且与所述器件壳体（２）的外部的电连接导体（４１，４２）导电连接，　　　　其特征在于，所述反射槽（５）包括：　　　　具有内表面（５３）的反射区（５１），其横截面从发射辐射的本体（１）来看这样地向所述器件壳体（２）的正面扩大，使得所述层序列的、射在所述内表面（５３）上的辐射被有目的地向所述器件的所希望的光轴（３）偏转，及　　　　在底部设置在所述反射区（５１）之前的衬底凹穴（５２），在所述衬底凹穴中设置有发出辐射的本体（１），其中，所述衬底凹穴（５２）的深度被这样选择，使得所述支承衬底（１１）相对于所述反射区（５１）至少部分地下沉，并且所述衬底凹穴（５２）的长度和宽度这样适配所述本体（１）的长度和宽度，使得在所述本体（１）的边缘和所述衬底凹穴（５２）的边缘之间仅仅存在微小的空隙。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2004-10-25 10 2004 051 921.8;DE 2005-6-21 10 201.一种具有本体(1)的光电器件，所述本体适于在所述器件工作中发出电磁辐射，所述本体包括支承衬底(11)和设置在该支承衬底(11)上的发出辐射的层序列(12)，并且所述本体被设置在器件壳体(2)的反射槽(5)中，并且与所述器件壳体(2)的外部的电连接导体(41，42)导电连接，其特征在于，所述反射槽(5)包括具有内表面(53)的反射区(51)，其横截面从发射辐射的本体(1)来看这样地向所述器件壳体(2)的正面扩大，使得所述层序列的、射在所述内表面(53)上的辐射被有目的地向所述器件的所希望的光轴(3)偏转，及在底部设置在所述反射区(51)之前的衬底凹穴(52)，在所述衬底凹穴中设置有发出辐射的本体(1)，其中，所述衬底凹穴(52)的深度被这样选择，使得所述支承衬底(11)相对于所述反射区(51)至少部分地下沉，并且所述衬底凹穴(52)的长度和宽度这样适配所述本体(1)的长度和宽度，使得在所述本体(1)的边缘和所述衬底凹穴(52)的边缘之间仅仅存在微小的空隙。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述器件壳体(2)具有透镜(7)，所述光轴(3)延伸穿过所述透镜，并且在所述光轴(3)与所述透镜(7)的表面相交的区域中，所述透镜具有最小曲率半径，并且随着离所述光轴(3)的距离的增长而具有逐渐变大的曲率半径。3.根据权利要求2所述的器件，其特征在于，所述透镜(7)是菲涅耳透镜。4.根据权利要求2所述的器件，其特征在于，所述透镜是具有椭球片段的形状的非球透镜。5.根据权利要求2所述的器件，其特征在于，所述透镜具有非旋转对称的椭球片段。6.根据权利要求1至5中任一项所述的器件，其特征在于，所述衬底凹穴(52)的侧壁(521)与所述衬底凹穴(52)的底面(522)的法线一起包围大约1°的角β。7.根据权利要求2至6中任一项所述的器件，其特征在于，所述器件壳体(2)包括基座区(8)，所述透镜(7)连接在其上。8.根据权利要求7所述的器件，其特征在于，所述透镜(7)相切地过渡到所述基座区(8)中。9.根据权利要求7所述的器件，其特征在于，所述透镜(7)这样地相对于所述基座区(8)向后缩进，使得形成肩部。10.根据上述权利要求中任一项所述的器件，其特征在于，所述反射区(51)的内表面(53)具有提高所述内表面(53)的反射性的层(54)。11.根据权利要求10所述的器件，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克伯尔纳，弗兰克默尔梅尔，
申请(专利权)人：奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]