STRAHLUNGSEMITTIERENDE HALBLEITERANORDNUNG UND VORRICHTUNG MIT EINER STRAHLUNGSEMITTIERENDEN HALBLEITERANORDNUNG

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine

Strahlungsemittierende Halbleiteranordnung sowie eine

Vorrichtung mit einer Strahlungsemittierenden

Halbleiteranordnung .

Zur Erzeugung von Mischlicht, das für das menschliche Auge weiß erscheint, können im blauen Spektralbereich emittierende Leuchtdioden oder Laser in Verbindung mit einem

Strahlungskonverter Anwendung finden. Dadurch ergibt sich jedoch eine Emission ähnlich einem Lambert ' sehen

Oberflächenstrahler und damit eine vergleichsweise große Etendue .

Eine Aufgabe ist es, eine Halbleiteranordnung anzugeben, die sich insbesondere auch bei einer spektral breiten Abstrahlung durch eine gerichtete Emission aus zeichnet .

Diese Aufgabe wird durch eine strahlungsemittierende

Halbleiteranordnung gemäß Patentanspruch 1 beziehungsweise durch eine Vorrichtung mit einer solchen

Strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Es wird eine strahlungsemittierende Halbleiteranordnung angegeben. Insbesondere ist die von der Halbleiteranordnung im Betrieb abgestrahlte Strahlung nicht vollständig kohärent. Beispielsweise sind mindestens 50% oder auch mindestens 90 % der abgestrahlten Strahlungsanteile bezogen auf die

Intensität inkohärent.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die

strahlungsemittierende Halbleiteranordnung zumindest einen Halbleiterkörper auf, der einen zur Erzeugung einer

Primärstrahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist. Der Halbleiterkörper kann zur Erzeugung von inkohärenter, kohärenter oder teilkohärenter Strahlung vorgesehen sein. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper ein Halbleiterlaser, etwa ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser oder ein kantenemittierender Halbleiterlaser, eine

Superlumineszenzdiode oder eine Leuchtdiode. Der Halbleiterkörper ist beispielsweise zur Erzeugung von

Strahlung im infraroten Spektralbereich vorgesehen, etwa mit einer Peak-Wellenlänge zwischen einschließlich 780 nm und einschließlich 980 nm. Die Peak-Wellenlänge kann jedoch auch kleiner als 780 nm sein, und beispielsweise mindestens 700 nm oder mehr

betragen .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

Strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung weist die

Halbleiteranordnung ein Strahlungskonversionselement auf, wobei das Strahlungskonversionselement im Betrieb der

Halbleiteranordnung dafür vorgesehen ist, die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umzuwandeln. Beispielsweise liegt die Sekundärstrahlung im sichtbaren Spektralbereich oder im infraroten Spektralbereich.

Insbesondere befindet sich das Strahlungskonversionselement nicht in einem Resonator. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

Strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung strahlt das

Strahlungskonversionselement die Sekundärstrahlung engwinklig ab. Das heißt, das Strahlungskonversionselement selbst, also bereits ohne ein nachgeordnetes optisches Element, strahlt engwinklig ab, insbesondere aufgrund des der

Strahlungskonversion zugrunde liegenden physikalischen

Prozesses. Als eine engwinklige Abstrahlung wird eine

Abstrahlung verstanden, die in einen kleineren projizierten Raumwinkel abstrahlt als ein Lambert ' scher

Oberflächenstrahler. Ein Lambert ' scher Oberflächenstrahler strahlt in einen Halbraum ab, so dass der projizierte

Raumwinkel π beträgt. Beispielsweise strahlt das

Strahlungskonversionselement in einen projizierten Raumwinkel von höchstens π/2 ab .

Es hat sich gezeigt, dass sich insbesondere ein

Strahlungskonversionselement eignet, bei dem die

Primärstrahlung im Konversionselement eine

Strahlungskonversion in Sekundärstrahlung basierend auf einem nicht-linear optischen Prozess bewirkt.

Als nicht-linear optischer Prozess wird allgemein ein Prozess verstanden, bei dem das auftreffende elektrische Feld der Primärstrahlung in dem Strahlungskonversionselement eine

Polarisation bewirkt, welche sich nicht mehr rein linear zum elektrischen Feld verhält.

Beispielsweise eignen sich Materialien, deren elektronischer Grundzustand ein anharmonisches Potenzial aufweist. Getrieben durch ein elektrisches Feld können höhere Harmonische

generiert werden. Beispielsweise ist in dem Artikel von N. W. Rosemann in Science, Vol. 352, Iss. 6291, 1301 - 1304 (2016) ein hocheffizienter molekularer Weißlichtemitter beschrieben. Der gesamte Offenbarungsgehalt dieses Artikels wird hiermit explizit durch Rückbezug in die vorliegende Anmeldung

aufgenommen .

Alternativ oder ergänzend kann ein nicht-linear optischer Prozess Anwendung finden, der zu einer Aufkonversion der anregenden Primärstrahlung führt. Solche Prozesse beinhalten beispielsweise eine Zweiphotonenabsorption, einen

Querrelaxations-Energietransfer (cross-relaxation energy transfer) oder eine Avalanche-Absorption . Eine

Zweiphotonenabsorption beinhaltet insbesondere eine

Absorption über einen virtuellen Zwischenzustand, eine

Absorption über einen resonanten Zwischenzustand oder eine Absorption über einen nicht-resonanten Zwischenzustand.

Derartige nicht-linear optische Prozesse sind im Zusammenhang mit Materialien für Festkörperlaser in dem Buch „Physics of solid-state laser materials" von R. C. Powell, ISBN 1-56396- 658-1 beschrieben. Diesbezüglich wird der gesamte

Offenbarungsgehalt hiermit explizit durch Rückbezug in die vorliegende Anmeldung aufgenommen. Es hat sich gezeigt, dass derartige Prozesse auch für eine Halbleiteranordnung geeignet sind, die im Unterschied zu Lasern nicht auf eine möglichst rein kohärente Abstrahlung abzielt.

Nach einer derartigen Aufkonversion kann das

Strahlungskonversionselement durch spontane oder stimulierte Emission Strahlung einer Wellenlänge abgeben, die kürzer ist als die Strahlung der anregenden Strahlung (Primärstrahlung) .

In mindestens einer Ausführungsform weist die

Strahlungsemittierende Halbleiteranordnung zumindest einen Halbleiterkörper, der einen zur Erzeugung einer

Primärstrahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist, auf. Weiterhin umfasst die Halbleiteranordnung ein

Strahlungskonversionselement, das im Betrieb der

Halbleiteranordnung die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umwandelt und das die

Sekundärstrahlung engwinklig abstrahlt.

Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise eine

Halbleiteranordnung realisiert werden kann, durch die

beispielsweise für das menschliche Auge weiß erscheinende Strahlung spektral breitbandig und mit einer niedrigen

Etendue erzeugt werden kann. Aufgrund der geringen Etendue kann die von der Halbleiteranordnung emittierte Strahlung vereinfacht weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann eine hocheffiziente Ausleuchtung eines Blickfelds (field of view) mit einer besonders kompakten Bauform der

Halbleiteranordnung realisiert werden. Zudem ergibt sich eine verbesserte Kosteneffizienz, da sich eine hocheffiziente Ausleuchtung des Blickfelds durch kleinere Lichtquellen und optische Elemente erzielen lässt.

Weiterhin kann der Halbleiterkörper beispielsweise als ein im infraroten Spektralbereich emittierender Halbleiterlaser ausgebildet sein. Diese Halbleiterlaser zeichnen sich durch eine hohe Effizienz aus, sodass sich in Kombination mit dem engwinklig abstrahlenden Strahlungskonversionselement eine hocheffiziente Strahlungsquelle ergibt, die weiße Strahlung im Vergleich zu einem Lambert ' sehen Oberflächenstrahler stärker gerichtet abstrahlt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

Strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung strahlt das Strahlungskonversionselement die Sekundärstrahlung in einen projizierten Raumwinkel von höchsten π/5 ab. Die abgestrahlte Strahlung ist also zu einem gesteigerten Grad engwinklig und zeichnet sich durch eine vereinfachte Weiterverarbeitbarkeit , beispielsweise mittels eines im Strahlengang nachgeordneten optischen Systems, aus.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung beträgt eine volle Halbwertsbreite der Sekundärstrahlung mindestens

100 nm, beispielsweise mindestens 200 nm oder mindestens 300 nm. Je größer die Halbwertsbreite der Sekundärstrahlung ist, desto mehr Strahlungsanteile mit unterschiedlichen

Wellenlängen enthält die Sekundärstrahlung zu einem

signifikanten Anteil.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung weist die

Halbleiteranordnung ein erstes optisches Element auf, das zwischen dem aktiven Bereich und dem

Strahlungskonversionselement angeordnet ist. Das erste optische Element ist insbesondere dafür vorgesehen, die vom aktiven Bereich emittierte Primärstrahlung in das Material des Strahlungskonversionselements zu bündeln und insbesondere zu fokussieren. Dadurch können höhere lokale Leistungsdichten im Material des Strahlungskonversionselements erzielt werden. Die Effizienz nicht-linear optischer Prozesse wird so erhöht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung weist die

Halbleiteranordnung ein zweites optisches Element auf, wobei das Strahlungskonversionselement im Strahlengang zwischen dem aktiven Bereich und dem zweiten optischen Element angeordnet ist. Das zweite optische Element ist insbesondere dafür vorgesehen, die vom Strahlungskonversionselement emittierte Sekundärstrahlung und gegebenenfalls auch durch das

Strahlungskonversionselement transmittierte Primärstrahlung gemäß einer vorgegebenen Abstrahlungscharakteristik zu beeinflussen, beispielsweise zu bündeln, zu kollimieren oder aufzuweiten .

Die Begriffe erstes optisches Element und zweites optisches Element dienen lediglich der vereinfachten Unterscheidung dieser Elemente. Der Begriff zweites optisches Element impliziert jedoch nicht, dass notwendigerweise auch ein erstes optisches Element vorhanden ist. Vielmehr kann das zweite optische Element auch das einzige optische Element der strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung sein.

Selbstverständlich kann auch das erste optische Element das einzige optische Element der strahlungsemittierenden

Halbleiteranordnung sein. Das erste optische Element und/oder das zweite optische

Element können insbesondere ein diffraktives optisches

Element, ein refraktives optisches Element oder ein

reflektives optisches Element aufweisen oder aus einem solchen Element bestehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung umfasst die

Sekundärstrahlung Wellenlängen, die kleiner sind als die Wellenlängen der Primärstrahlung. Beispielsweise liegt die Primärstrahlung im infraroten Spektralbereich und zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung im sichtbaren Spektralbereich. Alternativ können sowohl die Primärstrahlung als auch die Sekundärstrahlung im infraroten Spektralbereich oder im sichtbaren Spektralbereich liegen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung weist die

Halbleiteranordnung eine Mehrzahl von zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereiche auf. Beispielsweise trifft deren Strahlung jeweils auf das

Strahlungskonversionselement auf. Durch eine Erhöhung der Anzahl der aktiven Bereiche kann die Intensität der

Primärstrahlung erhöht werden. Beispielsweise kann die von zwei aktiven Bereichen emittierte Strahlung auf dem

Strahlungskonversionselement überlagert werden. Weiterhin können zumindest zwei aktive Bereiche auch eine voneinander verschiedene Primärstrahlung emittieren, beispielsweise verschieden im Hinblick auf die Peak-Wellenlänge .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung sind zumindest zwei der aktiven Bereiche in ein Halbleiterbauelement integriert. Beispielsweise ist das Halbleiterbauelement als ein eindimensionales oder zweidimensionales Array von kantenemittierenden Lasern oder ein eindimensionales oder zweidimensionales Array von oberflächenemittierenden Lasern ausgebildet. Mit oberflächenemittierenden Lasern kann eine besonders hohe Strahlqualität erzielt werden. Weiterhin ist eine matrixförmige zweidimensionale Anordnung von aktiven Bereichen mittels eines oberflächenemittierenden Lasers vereinfacht und besonders kompakt erzielbar. Mit

kantenemittierenden Halbleiterlasern sind typischerweise höhere Strahlungsintensitäten erzielbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

Strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung sind zumindest zwei der aktiven Bereiche in getrennten

Halbleiterbauelementen ausgebildet. Beispielsweise wird die von den Halbleiterbauelementen emittierte Strahlung auf dem Strahlungskonversionselement überlagert, etwa mittels eines Strahlteilers .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung ist dem

Strahlungskonversionselement in Abstrahlrichtung ein

Filterelement nachgeordnet, das die Primärstrahlung zumindest teilweise blockt. Beispielsweise ist das Filterelement derart ausgebildet, dass es Strahlung in einem Spektralbereich, beispielsweise im infraroten Spektralbereich, überwiegend blockt und Strahlung in einem zweiten Spektralbereich

überwiegend durchlässt. „Überwiegend blockt" bedeutet, dass die Transmission höchstens 30 % aufweist. „Überwiegend durchlässt" bedeutet entsprechend, dass die Transmission mindestens 70 % beträgt. Zum Beispiel reflektiert das

Filterelement die Primärstrahlung zumindest zum Teil zurück in Richtung des Strahlungskonversionselements und lässt die Sekundärstrahlung überwiegend durch. Das Filterelement kann auch in einem Spektralbereich, beispielsweise für die Peak- Wellenlänge der Primärstrahlung, eine Transmission von höchstens 5 % oder von höchstens 1 % aufweisen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

Strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung weist die

Halbleiteranordnung eine im Betrieb der Halbleiteranordnung bewegbare Umlenkoptik auf. Beispielsweise ist die Umlenkoptik als ein mikro (opto) elektromechanisches System ausgebildet (Micro Opto Electro Mechanical System, MOEMS oder Micro Electro Mechanical System, MEMS) . Im Betrieb der Halbleiteranordnung ist die Emission der Halbleiteranordnung mittels der bewegbaren Umlenkoptik steuerbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

Strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung ist die bewegbare Umlenkoptik in einem Strahlenpfad zwischen dem aktiven

Bereich und dem Strahlungskonversionselement angeordnet.

Mittels der bewegbaren Umlenkoptik ist insbesondere

einstellbar, an welcher Position die Primärstrahlung auf das Strahlungskonversionselement auftrifft. Beispielsweise wird die Primärstrahlung mittels der bewegbaren Umlenkoptik über das Strahlungskonversionselement gerastert, um ein

Ausbleichen des Strahlungskonversionselements oder eine

Schädigung oder Alterung aufgrund zu lange einwirkender hoher auftreffender Strahlungsintensität zu vermeiden.

Weiterhin kann das Strahlungskonversionselement zumindest zwei Segmente aufweisen, die für die Erzeugung von

Sekundärstrahlung mit voneinander verschiedenen Peak- Wellenlängen vorgesehen sind. Mittels der bewegbaren

Umlenkoptik ist beispielsweise einstellbar, auf welches Segment die Primärstrahlung auftrifft. Mittels der bewegbaren Umlenkoptik ist in diesem Fall also der Farbort der von der Halbleiteranordnung emittierten Strahlung einstellbar.

Beispielsweise liegt ein Brennpunkt des zweiten optischen Elements in einer Umlenkebene der bewegbaren Umlenkoptik. Mittels des zweiten optischen Elements kann so eine Änderung der Emissionsrichtung der Sekundärstrahlung aufgrund der bewegbaren Umlenkoptik vollständig oder zumindest teilweise kompensiert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

Strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung ist das

Strahlungskonversionselement in einem Strahlenpfad zwischen dem aktiven Bereich und der bewegbaren Umlenkoptik

angeordnet. Die bewegbare Umlenkoptik dient also der

Umlenkung der Sekundärstrahlung und gegebenenfalls auch der durch das Strahlungskonversionselement hindurchtretenden PrimärStrahlung . Gemäß zumindest einer Ausführungsform der

Strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung emittiert der aktive Bereich im Betrieb der Halbleiteranordnung kohärente oder teilkohärente Primärstrahlung im infraroten

Spektralbereich. Die Primärstrahlung bewirkt im

Strahlungskonversionselement eine Strahlungskonversion in

Sekundärstrahlung, basierend auf einem nicht-linear optischen Prozess. Die Sekundärstrahlung weist eine volle

Halbwertsbreite von mindestens 100 nm auf und die

Sekundärstrahlung umfasst Wellenlängen, die kleiner sind als die Wellenlänge der Primärstrahlung. Das

Strahlungskonversionselement strahlt die Sekundärstrahlung in einen projizierten Raumwinkel von höchstens π/5 ab.

Eine solche Halbleiteranordnung stellt eine spektral

breitbandige Strahlungsquelle, beispielsweise eine

Weißlichtquelle, dar, die Strahlung gerichtet abstrahlt und weiterhin insbesondere aufgrund des im infraroten

Spektralbereich liegenden Primärlichts eine besonders hohe Effizienz und gleichzeitig eine kompakte Bauweise aufweisen kann.

Weiterhin wird eine Vorrichtung mit einer Halbleiteranordnung angegeben, wobei die Halbleiteranordnung mindestens eines der vorgenannten Merkmale aufweist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die Vorrichtung eine Halbleiteranordnung und ein Spektrometer auf, auf das im Betrieb der Vorrichtung zumindest ein Teil der Sekundärstrahlung auftrifft. Insbesondere sind die

Halbleiteranordnung und das Spektrometer in eine gemeinsame Vorrichtung integriert und etwa in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Das Spektrometer ist beispielsweise dafür

vorgesehen, mittels einer Spektralanalyse Eigenschaften eines in Wechselwirkung mit der Strahlung der Halbleiteranordnung stehenden Mediums, etwa eines Gases oder eines Festkörpers, zu detektieren.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die Anordnung ein Halbleiterbauelement, einen ersten

Strahlungsempfänger mit einer Mehrzahl von ersten Bildpunkten und einen zweiten Strahlungsempfänger mit einer Mehrzahl von zweiten Bildpunkten auf. Der erste Strahlungsempfänger und der zweite Strahlungsempfänger sind insbesondere zur

Strahlungsdetektion in unterschiedlichen Spektralbereichen vorgesehen. Beispielsweise umfasst der erste

Strahlungsempfänger Bildpunkte, die im roten, grünen und blauen Spektralbereich empfindlich sind.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung sind der erste Strahlungsempfänger im sichtbaren Spektralbereich und der zweite Strahlungsempfänger im infraroten

Spektralbereich empfindlich. Beispielsweise detektiert der zweite Strahlungsempfänger einen Teil der Primärstrahlung und/oder einen Teil der Sekundärstrahlung. Mittels des zweiten Strahlungsempfängers können Informationen gewonnen werden, die über die Informationen im sichtbaren Spektralbereich hinausgehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die Halbleiteranordnung in einem Empfindlichkeitsbereich des menschlichen Auges eine gezielt verringerte Intensität auf und die Vorrichtung weist eine Auswerteeinheit auf, die ein vom ersten Strahlungsempfänger in dem Empfindlichkeitsbereich verringertes Signal mittels eines Signals des zweiten

Strahlungsempfängers kompensiert. Beispielsweise emittiert die Halbleiteranordnung im Empfindlichkeitsmaximum des menschlichen Auges, etwa im grünen Spektralbereich, zu einem verringerten Anteil. Bei Verwendung einer derartigen

Halbleiteranordnung als Blitzlicht wird so eine Blendwirkung des menschlichen Auges verringert. Negative Einflüsse der Bildqualität der durch den ersten Strahlungsempfänger

aufgenommenen Information können mittels des zusätzlichen Signals im infraroten Spektralbereich kompensiert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung ist der zweite Strahlungsempfänger zur LaufZeitmessung der von der Halbleiteranordnung abgestrahlten Primärstrahlung und/oder Sekundärstrahlung vorgesehen. Anhand der durch die

LaufZeitmessung erhaltenen Information kann den Bildpunkten des ersten Strahlungsempfängers eine Information über den Abstand der aufgenommenen Szene zugeordnet werden. Dies ermöglicht die Erzeugung von dreidimensionalen Aufnahmen einer Szene. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in

Verbindung mit den Figuren. Es zeigen:

Figur 1A ein Ausführungsbeispiel für eine

Halbleiteranordnung in schematischer Darstellung;

Figur 1B eine schematische Darstellung eines Verlaufs der

Intensität I einer Primärstrahlung und einer

Sekundärstrahlung in beliebigen Einheiten (arbitrary units, a.u.) in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ;

Figuren 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 jeweils ein

Ausführungsbeispiel für eine Halbleiteranordnung; und

Figuren 10, 11 und 12 jeweils ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung mit einer Halbleiteranordnung.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können

vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere

Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein .

In Figur 1A ist schematisch ein Funktionsprinzip der

Halbleiteranordnung 1 dargestellt. Die Halbleiteranordnung 1 weist einen Halbleiterkörper 2 mit einem zur Erzeugung einer Primärstrahlung 91 vorgesehenen aktiven Bereich 20 auf. Die Halbleiteranordnung weist weiterhin ein

Strahlungskonversionselement 3 auf, das im Betrieb der

Halbleiteranordnung zumindest einen Teil der Primärstrahlung 91 in eine Sekundärstrahlung 92 umwandelt und diese

Sekundärstrahlung engwinklig abstrahlt.

Die Abstrahlungscharakteristik ist in Figur 1A schematisch anhand von Emissionskeulen dargestellt. Im Unterschied zu einem Lambert ' sehen Flächenstrahlung erstreckt sich die

Abstrahlung der Sekundärstrahlung in einem Schnitt durch die dreidimensionale Emissionskeule nicht in einen projizierten Raumwinkel von π, sondern ist im Vergleich hierzu engwinklig. Beispielsweise strahlt die Sekundärstrahlung in einen

projizierten Raumwinkel von höchstens π/5 ab.

Zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem

Strahlungskonversionselement 3 ist optional ein erstes optisches Element 41 angeordnet. Das erste optische Element 41 ist insbesondere dafür vorgesehen, die Leistungsdichte der Primärstrahlung im Strahlungskonversionselement 3 lokal zu erhöhen. Für das erste optische Element 41 eignet sich ein diffraktives optisches Element, etwa ein Beugungsgitter oder eine Fresnel-Zonenplatte besonders, da die Primärstrahlung 91 typischerweise vergleichsweise schmalbanding ist und mit einem diffraktiven Element besonders platzsparend eine effiziente Strahlformung erzielt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann das erste optische Element jedoch auch ein refraktives optisches Element, etwa eine Linse, oder ein reflektives optisches Element, etwa einen gekrümmten Spiegel, aufweisen.

Dem Strahlungskonversionselement 3 ist weiterhin optional ein Filterelement 45 in Abstrahlrichtung des Halbleiterkörpers 2 gesehen nachgeordnet. Das Filterelement 45 ist insbesondere dafür vorgesehen, die durch das Strahlungskonversionselement transmittierte Primärstrahlung 910 zumindest teilweise zu blockieren. Beispielsweise ist das Filterelement 45 für die Primärstrahlung überwiegend reflektierend und für die

Sekundärstrahlung 92 überwiegend transmittierend ausgebildet.

Emissionsspektren für die Primärstrahlung 91 und die

Sekundärstrahlung 92 sind in Figur 1B schematisch in

beliebigen Einheiten in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ dargestellt. Die Sekundärstrahlung 92 ist insbesondere spektral breitbandig im Vergleich zur Primärstrahlung.

Beispielsweise beträgt eine volle Halbwertsbreite der

Sekundärstrahlung mindestens 100 nm oder mindestens 200 nm oder mindestens 300 nm. Die volle Halbwertsbreite der

Sekundärstrahlung ist beispielsweise mindestens doppelt, mindestens dreimal oder mindestens fünfmal so groß wie eine volle Halbwertsbreite der Primärstrahlung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die

Sekundärstrahlung 92 Wellenlängen, die größer sind als die Wellenlängen der Primärstrahlung 91, und Wellenlängen, die kleiner sind als die Wellenlängen der Primärstrahlung, auf. Die Wellenlängen der Sekundärstrahlung 92 können jedoch auch vollständig kleiner sein als die Wellenlängen der

Primärstrahlung 91. Beispielsweise liegt die Primärstrahlung 91 im infraroten Spektralbereich und die Sekundärstrahlung zumindest überwiegend, also mit einem Anteil von mindestens 60 %, im sichtbaren Spektralbereich.

Als Material für das Strahlungskonversionselement 3 eignet sich insbesondere ein Material, bei dem die Primärstrahlung im Strahlungskonversionselement , basierend auf einem nicht ^¬ linear optischen Prozess, eine Strahlungskonversion bewirkt.

Beispielsweise weist das Strahlungskonversionsmaterial halbleiterbasierte Clustermoleküle auf, die mit kovalent gebundenen organischen Liganden versehen sind. Diese

organischen Liganden können delokalisierte Elektronenzustände bereitstellen . Beispielsweise basieren die Moleküle auf Zinnsulfid mit einer diamantartigen Struktur (diamondoids ) . Diese weisen aufgrund ihrer tetraedrischen Struktur keine Inversionssymmetrie auf. Die organischen Liganden R weisen beispielsweise die Struktur R = 4- (CH ₂ =CH) -C ₆ H ₄ auf.

Dieses Material weist beispielsweise bei einer Anregung mit einer Wellenlänge von 980 nm ein breites Emissionsspektrum im sichtbaren Spektralbereich auf. In einem Anregungs- Wellenlängenbereich von 725 nm bis 1050 nm ist die spektrale Verteilung des erzeugten weißen Lichts weitgehend gleich.

Grundsätzlich eignen sich aber alle Materialien, bei denen nicht-linear optische Prozesse, insbesondere die im

allgemeinen Teil der Beschreibung genannten Prozesse wie beispielsweise eine Aufkonversion, mit einer hohen Effizienz auftreten .

Die Peak-Wellenlänge der Primärstrahlung 91 liegt

beispielsweise zwischen einschließlich 780 nm und

einschließlich 980 nm. Eine Peak-Wellenlänge der Sekundärstrahlung 92 liegt

beispielsweise zwischen einschließlich 400 nm und

einschließlich 800 nm. Abhängig von der Anwendung kann die Sekundärstrahlung 92 auch im infraroten Spektralbereich liegen, beispielsweise zwischen einschließlich 700 nm und einschließlich 1100 nm oder zwischen einschließlich 700 nm und einschließlich 1600 nm. Weiterhin kann die Peak-Wellenlänge der Primärstrahlung 91 auch kleiner sein als die Peak-Wellenlänge der insbesondere breitbandigen Sekundärstrahlung. Beispielsweise kann die Peak-Wellenlänge der Primärstrahlung bei 660 nm liegen und die Sekundärstrahlung breitbandige Strahlung mit einer unteren Grenzwellenlänge von 700 nm sein.

Die Halbleiteranordnung 1 stellt also eine spektral

breitbandige Lichtquelle bereit, die sich zusätzlich durch eine geringe Etendue auszeichnet. Die weitere Verarbeitung der von der Strahlungsemittierenden Halbleiteranordnung emittierten Strahlung ist dadurch vereinfacht.

In Figur 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Strahlungsemittierende Halbleiteranordnung in Schnittansicht gezeigt. Der Halbleiterkörper 2 ist Teil eines

Halbleiterbauelements 21, welches eine Mehrzahl von aktiven Bereichen 20 aufweist. Beispielsweise ist das

Halbleiterbauelement 21 ein eindimensionales oder

zweidimensionales Array von oberflächenemittierenden

Halbleiterlasern (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) .

Das Strahlungskonversionselement 3 liegt beispielsweise in Form eines Plättchens auf dem Halbleiterbauelement 21 auf. Beispielsweise überdeckt das Strahlungskonversionselement 3 mehrere aktive Bereiche 20.

Die Halbleiteranordnung 1 ist beispielsweise als ein

oberflächenmontierbares Bauelement (Surface Mounted Device, SMD) ausgebildet. Ein Gehäuse 5 der Halbleiteranordnung 1 weist an einer Montagefläche 50 für die externe elektrische Kontaktierung der Halbleiteranordnung vorgesehene Kontakte 51 auf. Die im Betrieb von der Halbleiteranordnung 1 emittierte Strahlung tritt beispielsweise an der der Montagefläche 50 gegenüberliegenden Seite aus.

In Abstrahlrichtung ist dem Strahlungskonversionselement 3 ein zweites optisches Element 42 nachgeordnet. Das zweite optische Element 42 dient der Strahlformung der

Sekundärstrahlung und gegebenenfalls der durch das

Strahlungskonversionselement 3 hindurchtretenden

PrimärStrahlung . Selbstverständlich kann auch in diesem Ausführungsbeispiel, wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben, ein erstes optisches Element und/oder ein Filterelement zusätzlich vorgesehen sein. Weiterhin eignet sich das zweite optische Element 42 auch für die übrigen Ausführungsbeispiele, sofern nicht explizit anderes angegeben ist.

Auch in den übrigen Ausführungsbeispielen kann die

Halbleiteranordnung 1 ein Gehäuse, das die

Halbleiteranordnung zur Umgebung hin abschließt, aufweisen und insbesondere als ein oberflächenmontierbares Bauelement ausgebildet sein. Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 1A beschriebenen Ausführungsbeispiel . Im Unterschied hierzu weist die Halbleiteranordnung 1 eine Umlenkoptik 47 auf. Die Umlenkoptik ist beweglich und dafür vorgesehen, die Sekundärstrahlung und gegebenenfalls die Primärstrahlung im Betrieb der Halbleiteranordnung um einen zeitlich veränderlichen Winkel umzulenken. Beispielsweise ist die Umlenkoptik ein mikro (opto) elektromechanisches System.

Der Halbleiterkörper 2 ist beispielsweise Teil eines

Halbleiterbauelements, das einen einzelnen Emitter aufweist, beispielsweise ein als Kantenemitter ausgeführter

Halbleiterlaser.

Das erste optische Element 41, das zweite optische Element 42 und das Filterelement 45 sind jeweils optional. Das in Figur 4 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die

Umlenkoptik 47 im Strahlengang zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem Strahlungskonversionselement 3 angeordnet. Mittels der Umlenkoptik 47 ist die Position, an der die

Primärstrahlung des Halbleiterkörpers 2 auf das

Strahlungskonversionselement 3 trifft, im Betrieb der

Halbleiteranordnung 1 einstellbar. Effekte, die im

Strahlungskonversionsmaterial die Konversionseffizienz reduzieren, beispielsweise ein Ausbleichen oder Quenchen, können so verhindert oder zumindest reduziert werden. Optional kann dem Strahlungskonversionselement 3 ein zweites optisches Element 42 und/oder ein Filterelement 45

nachgeordnet sein. Beispielsweise befindet sich eine

Umlenkebene der Umlenkoptik 47 im Brennpunkt des zweiten optischen Elements 42. Eine Veränderung der Position des Auftreffpunkts der Primärstrahlung auf das

Strahlungskonversionselement bewirkt somit keine oder

zumindest nur eine vernachlässigbare Änderung der räumlichen Abstrahlungscharakteristik der Halbleiteranordnung 1 nach dem Hindurchtreten durch das zweite optische Element 42.

Die Umlenkoptik 47 und der Halbleiterkörper 2 sind

beispielsweise auf einem gemeinsamen Träger 55 angeordnet. Das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das

Strahlungskonversionselement 3 eine Mehrzahl von Segmenten 31 auf. Beispielsweise unterscheiden sich die Segmente 31 hinsichtlich der Peak-Wellenlänge, etwa um mindestens 10 nm, und/oder der spektralen Breite, etwa um mindestens 10 nm in der vollen Halbwertsbreite, der von den jeweiligen Segmenten 31 emittierten Sekundärstrahlung voneinander. Mittels der Umlenkoptik 47 ist im Betrieb der

Halbleiteranordnung 1 also die spektrale

Abstrahlungscharakteristik der Halbleiteranordnung 1

einstellbar . Die im Zusammenhang mit Figur 4 weiter ausgeführten

strukturellen Merkmale der Halbleiteranordnung 1 sind auch für dieses Ausführungsbeispiel anwendbar. In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Halbleiteranordnung 1 gezeigt. Dieses entspricht im

Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 1A beschriebenen Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist die

Halbleiteranordnung 1 eine Mehrzahl von

Halbleiterbauelementen 21 auf. In dem gezeigten

Ausführungsbeispiel weisen die Halbleiterbauelemente 21 jeweils eine Mehrzahl von aktiven Bereichen 20 auf. Die von den Halbleiterbauelementen 21 emittierte Primärstrahlung wird mittels einer Überlagerungsoptik 49, etwa eines

Strahlteilers, auf dem Strahlungskonversionselement 3

überlagert. Durch die Überlagerung der von mehreren

Halbleiterbauelementen 21 emittierten Primärstrahlung kann die Leistungsdichte auf dem Strahlungskonversionselement 3 erhöht werden. Aufgrund der im Strahlungskonversionselement 3 auftretenden nicht-linear optischen Prozesse führt eine erhöhte Leistungsdichte im Strahlungskonversionselement zumindest für Leistungsdichten, die deutlich kleiner sind als die Zerstörschwelle des Strahlungskonversionselements , zu einer erhöhten Strahlungskonversionseffizienz .

Die aktiven Bereiche 20 der einzelnen Halbleiterbauelemente 21 können sich auch bezüglich der Peak-Wellenlänge der

Primärstrahlung voneinander unterscheiden, beispielsweise um mindestens 10 nm.

Das in Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel .

Im Unterschied hierzu ist zumindest zwei

Halbleiterbauelementen 21 jeweils ein

Strahlungskonversionselement 3 zugeordnet. Die Überlagerungsoptik 49 ist den Strahlungskonversionselementen 3 in Abstrahlrichtung jeweils nachgeordnet. Durch diesen Aufbau lässt sich eine höhere Leuchtdichte der abgestrahlten Strahlung erzielen, ohne die Leuchtdichte an der Position der Strahlungskonversionselemente 3 zu erhöhen. Ein derartiger Aufbau eignet sich insbesondere, wenn eine Erhöhung der

Leuchtdichte im Strahlungskonversionselement 3 keine

signifikante Steigerung der Intensität der Sekundärstrahlung mehr bewirkt oder eine verstärkte Alterung des Materials des Strahlungskonversionselements 3 eintreten würde. Weiterhin können auch Strahlungskonversionselemente 3 Anwendung finden, die sich hinsichtlich ihrer spektralen

Abstrahlungscharakteristik voneinander unterscheiden. Das in Figur 8 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht im

Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 1A beschriebenen Ausführungsbeispiel .

Die Halbleiteranordnung 1 ist insbesondere dafür vorgesehen, einen Zielbereich, etwa einen von einer Kamera eines

Mobiltelefons aufzunehmenden Bereich, homogen auszuleuchten. Vorzugsweise ist die Halbleiteranordnung 1 als ein Modul ausgebildet, das besonders flach ist und beispielsweise eine Dicke von höchstens 2 mm oder höchstens 1 mm aufweist. Eine derartige Halbleiteranordnung eignet sich beispielsweise auch für die Verwendung in einer Spielekonsole oder als

Lichtquelle für eine Überwachungskamera. Für die Erzeugung der Primärstrahlung eignet sich beispielsweise ein

oberflächenemittierender Halbleiterlaser oder ein

Halbleiterbauelement mit einem Array oberflächenemittierender Halbleiterlaser. In Figur 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Halbleiteranordnung 1 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 1A beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Halbleiteranordnung 1 weist zusätzlich ein Spektrometer 63 auf. Das Spektrometer 63 ist dafür vorgesehen, eine auftreffende Strahlung 95 spektral zu analysieren. Die auftreffende Strahlung 95 stammt

beispielsweise von einem Objekt 99, das von der

Sekundärstrahlung 92 und gegebenenfalls auch von der

Primärstrahlung 91 beleuchtet wird. Die Halbleiteranordnung 1 stellt ein kompaktes Modul dar, das anhand des detektierten Spektrums der auftreffenden Strahlung 95 Informationen über das Objekt 99 liefern kann. Beispielsweise ist das Objekt 99 ein Lebensmittel, dessen Frischezustand anhand der

auftreffenden Strahlung 95 analysierbar ist. Alternativ kann das Objekt 99 beispielsweise auch ein Teil eines menschlichen Körpers, beispielsweise eine Hautpartie, sein. Weiterhin kann das zu analysierende Objekt 99 auch ein Gas sein, wobei das Spektrometer 63 beispielsweise nicht die von dem Objekt 99 reflektierte Strahlung, sondern die durch das Gas

transmittierte Strahlung analysiert.

In Figur 10 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 10 gezeigt. Die Vorrichtung 10 weise eine Halbleiteranordnung 1 auf, die insbesondere wie im Zusammenhang mit den

vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben ausgebildet sein kann. Insbesondere ist die Halbleiteranordnung 1 als ein flaches Modul ausgebildet, das breitbandige Strahlung, etwa im Spektralbereich zwischen einschließlich 450 nm und

einschließlich 800 nm zur Verfügung stellt.

Die Vorrichtung 10 weist weiterhin einen ersten

Strahlungsempfänger 61 mit einer Mehrzahl von ersten Bildpunkten 610 und einen zweiten Strahlungsempfänger 62 mit einer Mehrzahl von zweiten Bildpunkten 620 auf.

Der erste Strahlungsempfänger 61 und der zweite

Strahlungsempfänger 62 unterscheiden sich bezüglich ihrer spektralen Empfindlichkeit. Beispielsweise ist der erste Strahlungsempfänger für den sichtbaren Spektralbereich vorgesehen und weist für jeden räumlichen Bildpunkt ein

Tripel von Bildpunkten zur Detektion von Strahlung im roten, grünen und blauen Spektralbereich auf (RGB-Kamera) .

Der zweite Strahlungsempfänger 62 ist beispielsweise im infraroten Spektralbereich empfindlich. Da im Unterschied zu einem RGB-Kamera keine Farbfilter erforderlich sind, kann der zweite Strahlungsempfänger 62 bei gleicher Größe eine höhere räumliche Auflösung oder bei gleicher räumlicher Auflösung eine höhere Effizienz aufgrund einer größeren

Detektionsfläche pro räumlichen Bildpunkt erzielt werden. Die Signale des ersten Strahlungsempfängers 61 und zweiten Strahlungsempfängers 62 können einer Auswerteeinheit 65 zugeführt werden, welcher beispielsweise zusätzlich zur spektralen Information im sichtbaren Spektralbereich weitere Informationen im infraroten Spektralbereich zur Verfügung stehen. Dadurch kann die Auflösung der Farbbilder virtuell erhöht werden.

Das in Figur 11 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 10

beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Im Unterschied hierzu weist die Halbleiteranordnung 1 in einem Empfindlichkeitsbereich des menschlichen Auges eine gezielt verringerte Intensität auf. Bei Verwendung einer derartigen Halbleiteranordnung 1 als Blitzlicht bewirkt dies eine geringere Blendung des menschlichen Auges. Im Signal des ersten Strahlungsempfängers 61 würde dies zu einer

ungewollten Verfälschung des aufgenommenen Bildes führen. Mittels des durch den zweiten Strahlungsempfänger 62

ermittelten Signals kann dies durch die Auswerteeinheit 65 jedoch kompensiert werden, sodass die gesamte Vorrichtung ein Kamerasystem mit einer guten Farbdarstellung und einem integrierten blendfreien Blitzlicht darstellt. Eine derartige Vorrichtung 10 kann beispielsweise in einem handgehaltenen Elektronikgerät, beispielsweise einem handgehaltenen

elektronischen Gerät, beispielsweise einem

Kommunikationsgerät wie einem Mobiltelefon, Anwendung finden.

In Figur 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 10 gezeigt. Dieses entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 10 beschriebenen

Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der zweite Strahlungsempfänger 62 zur ortsaufgelösten Bestimmung der Laufzeit der von der Halbleiteranordnung emittierten

Sekundärstrahlung und/oder Primärstrahlung vorgesehen. In Verbindung mit dem Signal des ersten Strahlungsempfängers 61 können mittels der Auswerteeinheit 65 dreidimensionale

Farbbilder aufgenommen werden. Für die LaufZeitmessung emittiert die Halbleiteranordnung 1 zweckmäßigerweise

gepulste Strahlung. Der zweite Strahlungsempfänger 62 kann insbesondere die von der Halbleiteranordnung emittierte

Primärstrahlung detektieren. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere, wenn die Abklingzeiten im Material des

Strahlungskonversionselements 3 zu groß für eine effiziente Ermittlung der Laufzeit sind. Bei hinreichend kurzen

Abklingzeiten, beispielsweise bei Abklingzeiten von kleiner oder gleich 10 ns, kann auch die Sekundärstrahlung für die LaufZeitbestimmung herangezogen werden.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 101 363.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Bezugs zeichenliste

1 Halbleiteranordnung

10 Vorrichtung

2 Halbleiterkörper

20 aktiver Bereich

21 Halbleiterbauelement

3 Strahlungskonversionselement

31 Segment

41 erstes optisches Element

42 zweites optisches Element

45 Filterelement

47 Umlenkoptik

49 Überlägerungsoptik

5 Gehäuse

50 Montagefläche

51 Kontakt

55 Träger

61 erster Strahlungsempfänger

610 erster Bildpunkt

62 zweiter Strahlungsempfänger

620 zweiter Bildpunkt

63 Spektrometer

65 Auswerteeinheit

91 PrimärStrahlung

910 transmittierte Primärstrahlung

92 SekundärStrahlung

95 auftreffende Strahlung

99 Objekt