特許 6231112 セラミック変換素子、オプトエレクトロニクス半導体デバイス、及び、セラミック変換素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6231112

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】セラミック変換素子、オプトエレクトロニクス半導体デバイス、及び、セラミック変換素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/50 20100101AFI20171106BHJP

   C09K 11/80 20060101ALI20171106BHJP

   C09K 11/08 20060101ALI20171106BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/50

   C09K11/80CPM

   C09K11/08 J

【請求項の数】13

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-536097(P2015-536097)

(86)(22)【出願日】2013年10月8日

(65)【公表番号】特表2015-534277(P2015-534277A)

(43)【公表日】2015年11月26日

(86)【国際出願番号】EP2013070933

(87)【国際公開番号】WO2014056903

(87)【国際公開日】20140417

【審査請求日】2015年4月10日

(31)【優先権主張番号】102012109650.3

(32)【優先日】2012年10月10日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】599133716

【氏名又は名称】オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｏｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100099483

【弁理士】

【氏名又は名称】久野 琢也

(72)【発明者】

【氏名】ドミニク アイザート

(72)【発明者】

【氏名】イオーン シュトル

【審査官】 高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２２７４７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１１７８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２５３３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３１３４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１１２４９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１６１８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０１２３５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／１３１４０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００９８０１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１２９６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１４７７７８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｃ０９Ｋ １１／００−１１／８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミック変換素子（１）において、
・第１波長領域の電磁放射を第２波長領域の電磁放射に変換する第１発光材料（３）を有する第１セラミック層（２）と、
・第１波長領域の電磁放射を第３波長領域の電磁放射に変換する第２発光材料（５）を有する第２セラミック層（４）と
を備えており、
前記第１発光材料（３）は、(Gd,Y)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺とTb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺とを含むグループから選択されており、及び前記第２発光材料（５）は、Sc₃Al₅O₁₂:Ce³⁺であり、
前記第１セラミック層（２）の厚さは、５０μｍ以上３００μｍ以下であり、
前記第２セラミック層（４）の厚さは、３０μｍ以上１００μｍ以下であり、
前記第１波長領域は青色光を含み、前記第２波長領域は黄色光及び／又は赤色光を含み、前記第３波長領域は緑色光を含み、
前記セラミック変換素子は、中性白色の光の生成に適している、
ことを特徴とするセラミック変換素子（１）。

【請求項2】

前記第１セラミック層（２）の主延在平面と、前記第２セラミック層（４）の主延在平面とは、前記セラミック変換素子（１）の主平面に対して平行に配置されている、
ことを特徴とする請求項１記載のセラミック変換素子（１）。

【請求項3】

前記第１セラミック層（２）と前記第２セラミック層（４）とが、１つの共通の界面を形成している、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のセラミック変換素子（１）。

【請求項4】

前記第１セラミック層（２）と前記第２セラミック層（４）との間に、前記第１波長領域の電磁放射を第４波長領域の電磁放射に変換し、かつ、少なくとも１つの酸素含有無機化合物をベースにした第３発光材料（７）を有する第３セラミック層（６）が配置されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のセラミック変換素子（１）。

【請求項5】

前記第１セラミック層（２）及び／又は前記第２セラミック層（４）は、完全にセラミックから形成されている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のセラミック変換素子（１）。

【請求項6】

前記変換素子（１）の前記セラミック層（２、４、６）は、接着層を用いることなく、機械的に安定的に素材結合によって互いに結合されている、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のセラミック変換素子（１）。

【請求項7】

前記第１セラミック層（２）には、前記第２発光材料および場合により前記第３発光材料が含まれていない、
ことを特徴とする請求項４、又は、請求項４を引用する請求項５又は６記載のセラミック変換素子（１）。

【請求項8】

前記第２セラミック層（４）には、前記第１発光材料および場合により前記第３発光材料が含まれていない、
ことを特徴とする請求項４、又は、請求項４を引用する請求項５又は６、又は、請求項７記載のセラミック変換素子（１）。

【請求項9】

前記第３セラミック層（６）には、前記第１発光材料および場合により前記第２発光材料が含まれていない、
ことを特徴とする請求項４、又は、請求項４を引用する請求項５又は６、又は、請求項７又は８記載のセラミック変換素子（１）。

【請求項10】

オプトエレクトロニクス半導体デバイスにおいて、
・動作中に出射面（１２）から第１波長領域の電磁放射を放射する半導体本体（１０）と、
・前記第１波長領域の電磁放射を少なくとも部分的に第２波長領域の放射と第３波長領域の放射とに変換する、請求項１から７のいずれか一項記載のセラミック変換素子（１）とを備えており、
前記オプトエレクトロニクス半導体デバイスは、前記第１波長領域の電磁放射と、前記第２波長領域の電磁放射と、前記第３波長領域の電磁放射とを放射する、
ことを特徴とするオプトエレクトロニクス半導体デバイス。

【請求項11】

前記セラミック変換素子（１）は、前記第１波長領域の光を最も長い波長の光に変換する発光材料（３，５，７）を有するセラミック層（２，４，６）が、前記半導体本体（１０）の前記出射面（１２）を向くように配置されている、
ことを特徴とする請求項１０記載のオプトエレクトロニクス半導体デバイス。

【請求項12】

セラミック変換素子（１）の製造方法において、
・第１波長領域の電磁放射を第２波長領域の電磁放射に変換するために適した第１発光材料（３）を有する第１グリーンシート（１５）を用意するステップと、
・第１波長領域の電磁放射を第３波長領域の電磁放射に変換するために適した第２発光材料（５）を有する第２グリーンシート（１６）を用意するステップと、
・前記第１グリーンシート（１５）と前記第２グリーンシート（１６）とを積層させるステップと、
・前記第１グリーンシート（１５）と前記第２グリーンシート（１６）とを有する積層体を焼結して、請求項１〜９のいずれか一項記載のセラミック変換素子（１）を形成するステップと、
を有することを特徴とする製造方法。

【請求項13】

前記積層体の焼結を、単一の焼結ステップにおいて実施する、
ことを特徴とする請求項１２記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

セラミック変換素子と、セラミック変換素子を有するオプトエレクトロニクス半導体デバイスと、セラミック変換素子の製造方法とに関する。

【0002】

セラミック変換素子は、例えば文献DE 10 2011 010 118、DE 10 2011 113 962、及び、DE 10 2011 116 229に記載されている。文献DE 100 65 381には、積層された樹脂ベースの変換素子が例として記載されている。

【0003】

本発明の課題は、２つの異なる発光材料を有する、容易に製造可能なセラミック変換素子を提供することである。さらには、セラミック変換素子を有するオプトエレクトロニクス半導体デバイスと、このようなセラミック変換素子の製造方法とを提供したい。

【0004】

これらの課題は、請求項１に記載の特徴を有するセラミック変換素子と、請求項１１に記載の特徴を有するオプトエレクトロニクス半導体デバイスと、請求項１４に記載のステップを有する製造方法と、によって解決される。

【0005】

セラミック変換素子、オプトエレクトロニクス半導体デバイス、及び、セラミック変換素子の製造方法の、各好ましい実施形態及び発展形態は、それぞれ従属請求項に記載されている。

【0006】

セラミック変換素子は、特に、第１波長領域の電磁放射を第２波長領域の電磁放射に変換する第１発光材料を有する第１セラミック層を含む。セラミック変換素子はさらに、第１波長領域の電磁放射を第３波長領域の電磁放射に変換する第２発光材料を有する第２セラミック層を含む。第１発光材料と第２発光材料とは、互いに異なっており、かつ、それぞれ少なくとも１つの酸素含有無機化合物をベースにしている。

【0007】

さらに、第１波長領域と第２波長領域と第３波長領域も、互いに異なるように構成されている。この場合に、各々の波長領域が互いに重複するという可能性は排除されていない。

【0008】

特に好ましくは、第１セラミック層は、完全にセラミックから形成されている。特に好ましくは、第２セラミック層も、完全にセラミックから形成されている。

【0009】

特に好ましくは、セラミック変換素子全体が、完全にセラミック材料から形成されている。さらには、有利には、本発明のセラミック変換素子がモノリシックな変換素子であることが好ましい。つまり、変換素子の各セラミック層は、接着層を用いることなく、機械的に安定的に素材結合によって互いに結合されている。このことによって、例えば複数の各々異なる発光材料を有する単一の変換素子を使用する場合に比べて取り扱いが容易になるという利点が提供される。

【0010】

特に好ましくは、第１セラミック層の主延在平面と第２セラミック層の主延在平面とが、セラミック変換素子の主平面に対して平行に配置されている。換言すると、第１セラミック層と第２セラミック層とが１つの積層体を形成しており、当該積層体の積層方向は、セラミック変換素子の主平面に対して垂直になっている。

【0011】

セラミック変換素子の１つの実施形態によれば、第１セラミック層と第２セラミック層とが、１つの共通の界面を形成している。換言すると、第１セラミック層と第２セラミック層とを、互いに直接接触して配置することができる。

【0012】

特に好ましくは、第１発光材料及び第２発光材料は、酸素含有ガーネット発光材料である。

【0013】

例えば、第１発光材料及び第２発光材料は、Ln₃ (Al₅O₁₂):Ce³⁺の発光材料系をベースにしており、但し、Lnは、テチウム、イットリウム、スカンジウム、ガドリニウム、テルビウムの元素のうちの少なくとも１つを表す。

【0014】

特に好ましくは、第１発光材料は、(Gd,Y)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺とTb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺とを含むグループから選択されており、第２発光材料は、Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺とSc₃Al₅O₁₂:Ce³⁺とを含むグループから選択されている。

【0015】

第１セラミック層の厚さは、好ましくは５０μｍ以上３００μｍ以下である。第１セラミック層の厚さは、特に好ましくは８０μｍ以上１５０μｍ以下である。

【0016】

第２セラミック層の厚さは、特に好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下である。

【0017】

セラミック変換素子全体の厚さは、好ましくは８０μｍ以上２５０μｍ以下である。

【0018】

セラミック変換素子の１つの実施形態によれば、第１セラミック層と第２セラミック層との間に、第１波長領域の電磁放射を第４波長領域の電磁放射に変換する第３発光材料を有する第３セラミック層が配置されている。この場合には、第３発光材料は、特に好ましくは少なくとも１つの酸素含有無機化合物をベースにしている。第４波長領域はさらに、特に好ましくは第１波長領域とも、第２波長領域とも、第３波長領域とも異なっている。この場合に、第４波長領域と他の波長領域の１つとが互いに重複するという可能性は排除されていない。

【0019】

特に好ましくは、第１セラミック層には、第２発光材料も第３発光材料も含まれていない。同様にして特に好ましくは、第２セラミック層には、第１発光材料も第３発光材料も含まれていない。同様にして好ましくは、第３セラミック層には、第１発光材料も第２発光材料も含まれていない。しかしながらこれらの場合にも、例えば製造工程における許容公差に基づき、それぞれ他のセラミック層の各発光材料によって各セラミック層が汚染されるという可能性は排除されていない。換言すると、変換素子の複数の各々異なる発光材料は、特に好ましくは、技術的に実現可能な限りにおいて互いに異なる層の中に空間的に隔離されて配置されている。このようにすると、他の変換材料による既に変換された放射の再吸収を、有利には少なくとも低減することができる。

【0020】

第１波長領域は、特に好ましくは青色光を有するか、又は、青色光から形成されている。第２波長領域は、特に好ましくは黄色光及び／又は赤色光を有するか、又は、黄色光及び／又は赤色光から形成されている。第３波長領域は、特に好ましくは緑色光を有するか、又は、緑色光から形成されている。このような変換素子は基本的に、青色光を放射する光源と一緒に、青色又は黄色又は黄−赤色又は緑色の各放射成分を有する混合色の放射を放射するために適している。第１波長領域の青色光成分と、第２波長領域の黄色光成分又は黄赤色光成分と、第３波長領域の緑色光成分とを含む混合色の放射は、基本的に有利には、特にカメラのフラッシュとして使用するのに適した比較的広いスペクトルを有する。

【0021】

セラミック変換素子が第３セラミック層を有する場合には、第１波長領域は、好ましくは青色光を有するか、又は、青色光から形成されている。第２波長領域は、特に好ましくは黄−赤色光を有するか、又は、黄−赤色光から形成されている。第３波長領域は、特に好ましくは緑色光を有するか、又は、緑色光から形成されている。第４波長領域は、特に好ましくは黄色光を有するか、又は、黄色光から形成されている。

【0022】

第３発光材料は、好ましくはこの場合にも、第１材料及び第２材料と同じ発光材料系から選択されている。特に好ましくは、第３発光材料も、Ln₃ (Al₅O₁₂):Ce³⁺の発光材料系から選択されており但し、Lnは、ルテチウム、イットリウム、スカンジウム、ガドリニウム、テルビウムの元素のうちの少なくとも１つを表す。第３発光材料は、例えば(Gd,Y)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺である。

【0023】

セラミック変換素子は、特に好ましくは、発光ダイオードのようなオプトエレクトロニクス半導体デバイスにおいて使用するために設けられている。

【0024】

オプトエレクトロニクス半導体デバイスは、特に、動作中に出射面から第１波長領域の電磁放射を放射する半導体本体を含む。さらに、オプトエレクトロニクス半導体デバイスは、第１波長領域の電磁放射を少なくとも部分的に第２波長領域の放射と、第３波長領域の放射とに変換するセラミック変換素子を含み、これによってオプトエレクトロニクス半導体デバイスは、第１波長領域の電磁放射と、第２波長領域の電磁放射と、第３波長領域の電磁放射とを放射する。

【0025】

このためにセラミック変換素子は、特に好ましくは、半導体本体の放射経路内に配置されている。例えばセラミック変換素子を、半導体本体の出射面に直接接触して配置することができる。このようにすると、半導体デバイスの動作中における変換素子の特に良好な冷却が可能となる。セラミック変換素子は、例えばシリコーンを用いて出射面の上に接着することができる。

【0026】

セラミック変換素子は、特に好ましくは、半導体本体の電磁放射を部分的にのみ第２波長領域の電磁放射と、第３波長領域からの電磁放射とに変換するように構成されており、その一方で、半導体本体から放射される第１波長領域の電磁放射の所定の部分は、変換されずにセラミック変換素子を通過する。このようにして、オプトエレクトロニクス半導体デバイスは、第１波長領域の放射と第２波長領域の放射と第３波長領域の放射とを有する混合色の放射、又は、第１波長領域の放射と第２波長領域の放射と第３波長領域の放射とからなる混合色の放射を放射することができる。

【0027】

特に好ましくは、混合色の放射は、ＣＩＥ標準表色系の白色の範囲内、特に中性白色の範囲内の色度を有する。

【0028】

特に好ましくは、セラミック変換素子は、第１波長領域の放射を最も長い波長の放射に変換する発光材料を有するセラミック層が、半導体本体の出射面を向くように配置されている。換言すると、第１波長領域の光を最も長い波長の光に変換する発光材料を有するセラミック層は、当該セラミック層が半導体本体を向くように、かつ、半導体本体の光がまず当該セラミック層を通過するように、配置されている。このようにすると、他の発光材料の１つによる既に変換された光の再吸収を、少なくとも低減することができる。

【0029】

セラミック変換素子が、各々異なる発光材料を有する３つ以上のセラミック層を含む場合には、これら３つのセラミック層は、特に好ましくは、これらの各セラミック層によって第１波長領域からそれぞれ変換される各波長領域が、半導体本体からの距離が増加するにつれてより短い波長を有するように、配置されている。

【0030】

セラミック変換素子の製造方法は、特に好ましくは以下のステップを含む：
・第１波長領域の電磁放射を第２波長領域の電磁放射に変換するために適した第１発光材料を有する第１グリーンシートを用意するステップと、
・第１波長領域の電磁放射を第３波長領域の電磁放射に変換するために適した第２発光材料を有する第２グリーンシートを用意するステップと、
・第１グリーンシートと第２グリーンシートとを積層させるステップと、
・第１グリーンシートと第２グリーンシートとを有する積層体を焼結して、上述したようなセラミック変換素子を形成するステップ。

【0031】

特に好ましくは、積層体の焼結は、単一の焼結ステップにおいて実施される。こうすることにより、セラミック変換素子の製造がより簡単になる。

【0032】

それぞれのグリーンシート自体を、複数の互いに積層されたグリーンシートから形成することができる。このようにすると、より厚いセラミック層を形成することができる。

【0033】

基本的には、グリーンシートを製造するために有機マトリクス材料の中にそれぞれの発光材料が粒子形態で導入され、この有機マトリクス材料が、引き延ばされてグリーンシートとなる。セラミック変換素子の製造方法は、例えば文献DE 10 2012 104 274に記載されており、この文献の開示内容は参照によって本願に組み込まれる。

【0034】

グリーンシートの厚さは、好ましくは２０μｍ以上５０μｍ以下である。

【0035】

第１グリーンシートと第２グリーンシートとを有する積層体の焼結工程において、有機マトリクス材料は、特に好ましくは完全に灰化される。

【0036】

とりわけセラミック変換素子は、第１発光材料及び第２発光材料を、本発明によれば好ましくは酸素含有性の、１つの共通の発光材料系から選択するという技術思想に基づいている。このようにすると、２つの異なる発光材料を一緒に焼結することができ、それでもなお、焼結に必要な高温によるこれら２つの発光材料の劣化を引き起こすことはなくなる。この劣化の問題は、基本的には特に、―例えば赤色光を形成するための―窒化物発光材料と、―例えば黄色光を形成するための―酸化物含有発光材料とを組み合わせた場合に生じる。このような発光材料の組み合わせは、例えば、青色光を放射する半導体本体によって励起した場合に、白色光を形成するために使用することができる。

【0037】

さらに、各々異なってはいるが、全て酸素含有無機化合物をベースにしている複数の発光材料を使用することによって、有利には、これらの発光材料を有するセラミック層同士を互いに直接接触して配置することが可能となる。

【0038】

本発明のさらなる好ましい実施形態及び発展形態は、図面に関連して以下に説明する実施例から明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】１つの実施例に基づくセラミック変換素子の概略断面図である。

【図2】１つの実施例に基づくセラミック変換素子の概略断面図である。

【図3】１つの実施例に基づくセラミック変換素子の概略断面図である。

【図4】１つの実施例に基づくオプトエレクトロニクス半導体デバイスの概略断面図である。

【図5】セラミック変換素子の製造方法の１つの実施例を説明するための図である。

【図6】セラミック変換素子の製造方法の１つの実施例を説明するための図である。

【図7】セラミック変換素子の製造方法の１つの実施例を説明するための図である。

【図8】セラミック変換素子の製造方法の１つの実施例を説明するための図である。

【図9】セラミック変換素子の製造方法の１つの実施例を説明するための図である。

【図10】従来のオプトエレクトロニクス半導体デバイスの放射スペクトル（曲線Ａ）と、図４に基づくオプトエレクトロニクス半導体デバイスの放射スペクトル（曲線Ｂ）とを概略的に示す図である。

【0040】

図面において、同一の要素、類似の要素、又は同一の機能を有する要素には同一の参照符号が付されている。図面と、図面に図示された要素との寸法比は、縮尺通りであるとみなすべきではない。むしろ個々の要素、特に層の厚さは、見やすくするため及び／又は理解しやすくするために誇張して大きく図示されていることもある。

【0041】

図１の実施例に基づくセラミック変換素子１は、第１波長領域の青色光を黄色光に変換するために適した第１発光材料３を有する第１セラミック層２を有している。換言すると、図１の実施例の場合、第２波長領域は黄色光を含む。第１発光材料３は、例えばY₃Al₅O₁₂:Ce³⁺である。

【0042】

第１セラミック層２に直接接触して第２セラミック層４が配置されている。第２セラミック層４は、第１波長領域の青色光を緑色光に変換するために適した第２発光材料５を有している。第２発光材料５は、例えばLu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺である。

【0043】

図１の実施例に基づくセラミック変換素子１の場合、第１セラミック層２及び第２セラミック層４は、完全にセラミックから形成されており、かつ、互いに直接接触して配置されており、従って第１セラミック層２と第２セラミック層４とは、１つの共通の界面を形成している。

【0044】

図１のセラミック変換素子１は、モノリシックに形成されている、つまり、第１セラミック層２と第２セラミック層４とは、別個の接着層を用いることなく例えば焼結工程により、機械的に安定的に素材結合によって互いに結合されている。特に好ましくは、セラミック変換素子１は、第１セラミック層２と第２セラミック層４とからなる。

【0045】

変換素子１のセラミック層２，４は２つの異なる発光材料３，５を含むが、これら２つの発光材料３，５は両方とも、酸素含有無機化合物をベースにしており、１つの共通の発光材料系から選択されている。

【0046】

図２の実施例に基づくセラミック変換素子１も、２つの異なる発光材料３，５を有する２つのセラミック層２，４を含む。しかしながら、図１の実施例に基づくセラミック変換素子１とは異なり、第１セラミック層２は、第１波長領域の青色光を赤−黄色光に変換するために適した第１発光材料３を有している。第１発光材料３は、例えばTb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺である。図２のセラミック変換素子１は、その他の点については図１のセラミック変換素子１と同様に構成されている。

【0047】

図３の実施例に基づくセラミック変換素子１は、図１及び図２のセラミック変換素子１とは異なり、３つのセラミック層を有する。第１セラミック層２は、第１波長領域の青色光を黄−赤色光に変換するために適した第１発光材料３を有している。第１発光材料３は、例えばTb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺である。

【0048】

第２セラミック層４は、第１波長領域の青色光を第２波長領域の緑色光に変換するために適した第２発光材料５を有している。第２発光材料５は、例えばLu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺である。

【0049】

第１セラミック層２と第２セラミック層４との間には、第３セラミック層６が配置されている。第３セラミック層６は、第１波長領域の放射を第３波長領域の放射に変換するために適した第３発光材料７を有している。この実施例の場合、第３波長領域は黄色光を含む。第３発光材料７は、例えばY₃Al₅O₁₂:Ce³⁺である。

【0050】

３つのセラミック層２，４，６は、それぞれ互いに直接接触して配置されている。特に好ましくは、セラミック変換素子１は、これら３つのセラミック層２，４，６からなる。

【0051】

セラミック変換素子１は、第１波長領域の放射がまず第１セラミック層２を通過し、次いで第２セラミック層４を通過し、次いで第３セラミック層６を通過するように配置されている。このようにして第１波長領域の放射は、部分的にまず赤−黄色光に変換され、その後部分的に黄色光に変換され、最後に部分的に緑色光に変換される。換言すると、各セラミック層２，４，６は、各セラミック層２，４，６によって第１波長領域からそれぞれ変換される各波長領域が、光源からの距離が増加するにつれてより短い波長を含むように、配置されている。

【0052】

図４の実施例に基づくオプトエレクトロニクス半導体デバイスは、凹部９を備えたデバイスハウジング８を有する。デバイスハウジング８の底部には、半導体本体１０が取り付けられており、半導体本体１０は、表側がボンディングワイヤ１１を介して電気的にコンタクトされている。

【0053】

半導体本体１０は、動作中に第１波長領域の電磁放射を放射するために適しており、この電磁放射は、出射面１２から放射される。この実施例の場合、第１波長領域は青色放射からなる。

【0054】

半導体本体１０の出射面１２の上には、図１又は図２に基づいて既に説明したようなセラミック変換素子１が載置されている。例えば図３に基づく別の変換素子１を、出射面１２の上に配置することも可能である。

【0055】

半導体本体１０の出射面１２から放射された第１波長領域の青色放射は、セラミック変換素子１を通過する。この際に、青色放射の一部が、第１セラミック層２の第１発光材料３によって黄色光又は赤−黄色光に変換される。その後、青色放射は第２セラミック層４を通過し、第２発光材料５によって部分的に緑色光に変換される。半導体本体１０の青色光の残りの部分は、変換されずに変換素子１を通過する。このようにして、図４の実施例に基づくオプトエレクトロニクス半導体デバイスは、第１波長領域の青色放射と、第２波長領域の赤黄色放射と、第３波長領域の緑色放射とを含んだ、白色範囲内の色度を有する混合色の白色放射を放射する。

【0056】

この実施例の場合、デバイスハウジング８の凹部９はさらに、半導体本体１０を取り囲んで保護している。

【0057】

図５〜図９の実施例に基づく製造方法においては、第１ステップにおいて、グリーンシート用のベース材料１４が製造される（図示せず）。このために、有機マトリクス材料の中に、無機の第１発光材料３が粒子形態で導入される。次いで、ベース材料１４が引き延ばされてグリーンシート１５となる（図５）。同様にして、第２発光材料５を有する別のグリーンシート１６が製造される（図示せず）。

【0058】

そうして、第１グリーンシート１５と第２グリーンシート１６とが用意される（図６）。第１グリーンシート１５は、第１波長領域の電磁放射を第２波長領域の電磁放射に変換するために適した第１発光材料３を有する。第２グリーンシート１６は、第１波長領域の電磁放射を第３波長領域の電磁放射に変換するために適した第２発光材料５を有する。

【0059】

次のステップにおいて、２つのグリーンシート１５，１６が上下に積層される（図７）。これら２つのグリーンシート１５，１６は、互いに直接接触している。最後に、第１グリーンシート１５と第２グリーンシート１６とを有する積層体が焼結され、これによってプレート形状のセラミック素子１７が形成される。

【0060】

プレート形状のセラミック素子１７は、さらなるステップにおいて、複数の分割線１８に沿って複数の個々のセラミック変換素子１に分割される（図８）。こうして、例えば図１及び図２に基づいて既に説明したようなセラミック変換素子１が、複数提供される（図９）。

【0061】

３つの異なるセラミック層２，４，６を有するセラミック変換素子１を形成するためには、同様にして３つの異なるグリーンシートが用意され、互いに積層され、焼結される。

【0062】

図１０の実線の曲線Ａは、従来のオプトエレクトロニクス半導体デバイスによって放射される波長λに依存した相対強度Ｉを図示しており、この場合には、第１発光材料３と第２発光材料５とが、粒子形態で注型材料１３の中に含まれている。第１発光材料３はY₃Al₅O₁₂:Ce³⁺であり、第２発光材料５はLu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺である。

【0063】

図１０はさらに、図１に基づいて既に説明したような変換素子１を含むオプトエレクトロニクス半導体デバイスによって放射される波長λに依存した相対強度Ｉを図示している（曲線Ｂ、破線）。この場合には、第１発光材料３と第２発光材料５とが、２つの異なるセラミック層２，４の中に互いに空間的に隔離されて配置されている。この場合にも、第１発光材料３はY₃Al₅O₁₂:Ce³⁺であり、第２発光材料５はLu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺である。２つの曲線を比較すると、２つの発光材料３，５を２つの別々のセラミック層２，４の中に配置することによって、変換効率を改善することができ、さらには、再吸収による所定の波長領域の放射の損失が低減されることが分かる。

【0064】

本願は、ドイツ国特許出願第DE 10 2012 109 650.3号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照によって本明細書に組み込まれる。

【0065】

以上、実施例に基づいて記載してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるわけではない。むしろ本発明は、たとえ請求項又は実施例に明示的に記載されていなくとも、如何なる新しい特徴並びに各特徴の組み合わせをも含むものであり、特に、請求項に記載の各特徴の如何なる組み合わせをも含むものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】