陶瓷变换元件、具有它的半导体芯片及其制造方法
【专利说明】陶瓷变换元件、具有它的半导体芯片及其制造方法
[0001]本申请是申请日为2012-01-17、申请号为201280007472.9、发明名称为“陶瓷变换元件、具有陶瓷变换元件的半导体芯片和用于制造陶瓷变换元件的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]说明一种陶瓷变换元件、一种具有陶瓷变换元件的半导体芯片以及一种用于制造陶瓷变换元件的方法。
【发明内容】
[0003]本发明的任务是说明一种陶瓷变换元件，其可容易地和简单地操作。
[0004]此外本申请的任务是，说明一种用于制造这样的陶瓷变换元件的方法。
[0005]本发明的另一任务是，说明一种半导体芯片，其适于发出暖白色范围中的混色的白光。
[0006]该任务通过具有下述特征的陶瓷变换元件、发射辐射的半导体芯片以及通过具有下述步骤的方法来解决。
[0007]所述陶瓷变换元件、半导体芯片以及方法的优选扩展方案和实施方式分别在本申请下文中说明。
[0008]陶瓷变换元件，尤其是包括:
一活性的陶瓷层，其适于将第一波长范围的电磁辐射转换成与第一波长范围不同的第二波长范围的电磁辐射，
一载体层，其对于第一波长范围的辐射和/或第二波长范围的辐射来说是可透过的，其中载体层(3)具有颜料。
[0009]如果变换元件被设置用于发出例如白色的混合光一一该混合光包括经变换的和未经变换的辐射，则载体层优选发射至少75%、特别优选地至少90%的第一和第二波长范围的辐射。
[0010]如果变换元件被设置用于将第一波长范围的辐射尽可能完全地转换成第二波长范围的辐射，则载体层优选发射至少75%、特别优选地至少90%的第二波长范围的辐射并且优选吸收第一波长范围的辐射，使得该辐射的最多10%可以穿透变换原件。在该实施方式情况下，载体层特别优选地布置朝向半导体芯片的输出偶合侧。
[0011]载体层被设置用于在机械上稳定活性的陶瓷层。有利地，通过使用载体层可以将活性的陶瓷层用于波长变换，所述陶瓷层本身并不是无支撑的。因此可能的是，活性的陶瓷层被构造得如此薄，使得可以使用较高的活性剂浓度并且因此可以与预先给定的半导体本体相组合地实现要达到的色点的较宽范围。
[0012]因此可能的是，借助于活性的陶瓷层的厚度来调整变换元件的变换作用，其中可以实现任意薄的活性层并且因此可以与预先给定的半导体本体相组合地实现较宽的色点范围。特别的优点在于，变换作用的调整不通过发光物质中的活性剂含量进行，而是通过活性的陶瓷层的厚度来进行。因此可以使用具有比较高的活性剂浓度的发光物质，如其例如在变换薄片情况下所使用的那样，所述变换薄片的发光物质以颗粒形式置入到硅树脂基质中。通过这种方式可以避免发光物质光色的不期望的改变，所述改变常常通过活性剂浓度的变化而引起。此外借助于薄的活性的陶瓷层一般可以实现变换元件的效率提高和更均匀的颜色分布。
[0013]根据一个实施方式，变换元件具有唯一的活性层和唯一的载体层。变换元件也可以由唯一的活性的陶瓷层和唯一的载体层构成。
[0014]此外也可能的是，变换元件包括多个活性层和多个载体层。它们优选交替地布置。
[0015]根据一个实施方式，变换元件由分别被另一载体层封装的活性层构成，也就是说在活性层的每个主侧上分别施加一个载体层。活性的陶瓷层在此情况下分别优选地与相应的载体层构造了共同的界面。对在两个一般为惰性的载体层之间的活性层的封装可以有利地提高陶瓷变换元件的寿命。
[0016]活性的陶瓷层例如可以具有以下发光物质之一或者由以下发光物质之一构成:用稀土金属掺杂的石榴石、用稀土金属掺杂的碱土硫化物、用稀土金属掺杂的硫化镓、用稀土金属掺杂的铝酸盐、用稀土金属掺杂的硅酸盐、如正硅酸盐、用稀土金属掺杂的氯硅酸盐、用稀土金属掺杂的碱土氮化硅、用稀土金属掺杂的氮氧化物和用稀土金属掺杂的氮氧化招、用稀土金属掺杂的氮化娃、娃招氧氮陶瓷(Sialone )。
[0017]作为发光物质尤其是可以使用石榴石，如氧化钇铝(YAG)、氧化镥铝(LuAG)和氧化铽铝(TAG)。
[0018]发光物质例如用以下活性剂之一掺杂:铺、铕、铺、镨、钐、猛。
[0019]根据变换元件的一个实施方式，活性层具有小于或等于100 ym、优选小于或等于50 μ m、特别优选地小于或等于25 μ m的厚度。
[0020]根据一个实施方式，陶瓷的活性层具有发光物质，所述发光物质的活性剂具有在含2%和含5%之间的浓度。特别优选的，在该实施方式情况下使用YAG = Ce作为发光物质。
[0021]根据另一实施方式，陶瓷层的厚度和活性剂浓度的乘积大约处于恒定。特别优选的，陶瓷层的厚度和以百分比为单位的活性剂浓度的乘积为大约50 μπΓ 1O特别优选的，也在该实施方式情况下将YAG:Ce用作为发光物质。
[0022]根据变换元件的另一实施方式，载体层以及活性层由陶瓷材料构成。陶瓷载体层的材料适宜地被选择为，使得该材料在对于变换元件的制造所需的烧结温度情况下仅仅微弱地与活性层的发光材料起化学反应。例如发光物质的上面提到的材料中的一种适合作为陶瓷载体层的材料，但是该材料不具有活性剂。特别优选的，陶瓷载体层由没有活性剂的未掺杂的发光物质材料构成，该发光物质材料以用活性剂掺杂的方式用于活性层。此外，也可以将与所使用的发光物质相近的或兼容的物质用于载体层。
[0023]特别优选的，载体层基本上没有发光物质的活性剂离子。换句话说，载体层优选不具有或者仅仅具有可忽略的波长变换的特性。特别有利的，活性剂浓度除以载体层的总体积为活性的陶瓷层中的活性剂浓度的最大1/4。
[0024]特别有利的将石榴石发光物质、例如Y3Al5O12 = Ce (YAGiCe)用作为活性的陶瓷层的材料。具有由YAG:Ce构成的活性的陶瓷层的变换元件因此优选具有如下载体层，该载体层由没有活性剂的未掺杂的YAG构成。
[0025]此外，氧化铝也适合作为载体层的材料。氧化铝尤其是与YAG:Ce相近的或兼容的物质。
[0026]根据另一实施方式，陶瓷变换元件具有含50 μ m和含200 μ m之间的、优选80 μ m和200 μ m之间的厚度。
[0027]根据另一实施方式，陶瓷变换元件具有含50 μ m和含180 μ m之间的、优选80 μ m和180 μ m之间的厚度。
[0028]这样的陶瓷变换元件可以有利地特别简单地操作。
[0029]根据变换元件的一个实施方式，在活性层和载体层之间布置抑制层，该抑制层适于至少减少活性剂离子从活性的陶瓷层到载体层中的扩散。
[0030]特别有利地，抑制层被构造得非常薄。根据变换元件的一个实施方式，抑制层具有小于或等于5 μπι的厚度。
[0031 ] 特别优选的，抑制层由陶瓷材料构成。
[0032]抑制层例如可以由氧化铝构成或者包含氧化铝。氧化铝尤其是可以适于至少减少铈从包含YAG = Ce的活性的陶瓷层扩散到未掺杂的YAG载体层中。
[0033]根据变换元件的另一实施方式，载体层具有散射中心，所述散射中心适于散射第一波长范围和/或第二波长范围的电磁辐射。作为散射中心，例如在陶瓷载体层内设置孔或颗粒。所述散射中心优选具有含1.5μπι和含0.5μπι之间的直径。特别优选的，散射中心具有如下折射率，所述折射率与载体层材料的折射率至少偏离0.1 ο作为散射中心例如可以使用颗粒，所述颗粒具有陶瓷材料或者由陶瓷材料构成，其中散射中心的陶瓷材料与载体层的陶瓷材料不同。所述颗粒优选地具有以下材料之一或者由以下材料之一构成:氧化铝、氧化硅、氧化钛。这样的颗粒尤其适合与由未掺杂的YAG构成的载体层结合使用。通过有针对性地将散射中心置入到载体层中，变换元件的辐射特性的均匀性可以得到改善。此外可以借助于散射中心实现变换元件在非激活状态下的中性的颜色印象。
[0034]根据另一实施方式，载体层具有至少一种颜料，所述颜料适于赋予变换元件特定的色彩。由