光電子半導體器件和用于制造光電子半導體器件的方法
【技術領域】
[0001]提出一種光電子半導體器件。此外，提出一種用于制造光電子半導體器件的方法。
【背景技術】
[0002]出版物WO 2011/015449 Al和US 8，148，734 B2描述一種光電子半導體器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請的要解決的目的是，提出一種光電子半導體器件、簡稱器件，所述光電子半導體器件是特別高效的并且尤其具有非常高的光耦合輸出。此外，本申請的要解決的目的是，提出一種簡單的用于制造特別高效的光電子半導體器件的方法。
[0004]根據(jù)一個方面，提出一種光電子半導體器件、簡稱器件。器件構(gòu)成為用于放射電磁輻射、優(yōu)選光。器件在運行中放射紅外輻射、UV輻射、彩色的或白色的光。
[0005]器件具有至少一個半導體芯片。器件也可以具有多于一個的半導體芯片、例如兩個或更多個半導體芯片。
[0006]半導體芯片優(yōu)選為II1-V族半導體材料、尤其為基于氮化物化合物半導體材料或磷化物化合物半導體材料或砷化物化合物半導體材料的半導體芯片。優(yōu)選地，半導體芯片是發(fā)光二極管(LED)芯片。
[0007]半導體芯片例如具有小的厚度、即小的豎直伸展。優(yōu)選地，無襯底的半導體芯片具有小于15 μ m、優(yōu)選小于7 μ m、例如為5 μ m或6 μ m的厚度。
[0008]半導體芯片例如可以為薄膜芯片，其中將生長襯底移除。半導體芯片此外為表面發(fā)射器，其中從芯片射出的輻射的大部分通過半導體芯片的主面射出。
[0009]此外，半導體芯片可以為具有生長襯底、尤其具有輻射可穿透的藍寶石襯底的半導體芯片。在該情況下，半導體芯片可以為體積發(fā)射器，其中射出的輻射的非常大的部分通過垂直于或橫向于芯片的主面伸展的側(cè)面射出。
[0010]半導體芯片具有有源區(qū)以產(chǎn)生電磁輻射、尤其光。半導體芯片優(yōu)選具有主發(fā)射方向，所述主發(fā)射方向例如垂直于半導體芯片的發(fā)射面伸展。沿主發(fā)射方向可以放射大于50%的所產(chǎn)生的輻射、優(yōu)選大于70%的由半導體芯片產(chǎn)生的輻射。主放射方向的所述限定尤其涉及為表面發(fā)射器的半導體芯片。
[0011]此外，可能的是，主發(fā)射方向通過平行于半導體芯片的外延沉積的層的生長方向伸展的方向限定，與輻射的哪些份額沿所述方向發(fā)射無關。主放射方向的所述限定尤其涉及為體積發(fā)射器的半導體芯片。
[0012]半導體芯片具有至少一個側(cè)面。所述側(cè)面優(yōu)選環(huán)繞半導體芯片地延伸并且沿橫向方向?qū)λ霭雽w芯片限界。側(cè)面橫向于或垂直于器件的或半導體芯片的橫向的主延伸方向延伸。半導體芯片還具有上側(cè)和下側(cè)。上側(cè)和下側(cè)橫向于或垂直于半導體芯片的側(cè)面延伸。上側(cè)和下側(cè)平行于器件的或半導體芯片的橫向的主延伸方向延伸。
[0013]器件還可以具有載體。半導體芯片因此設置在載體上。尤其，半導體芯片的下側(cè)固定在載體上，例如焊接。載體用于半導體芯片的機械穩(wěn)定。
[0014]由半導體芯片產(chǎn)生的電磁輻射的一部分在半導體芯片運行時穿過半導體芯片的側(cè)面射出。換言之，輻射的一部分并不沿主發(fā)射方向、垂直于橫向的主延伸方向放射。例如，直至50%的產(chǎn)生的輻射通過側(cè)面射出。優(yōu)選地，20%至30%、例如25%的由半導體芯片在運行中放射的輻射通過半導體芯片的側(cè)面射出。輻射的其余部分、即優(yōu)選直至80 %的輻射、例如60%或70%的由半導體芯片在運行時放射的輻射通過半導體芯片的上側(cè)射出。
[0015]此外，器件還具有至少一個轉(zhuǎn)向元件。轉(zhuǎn)向元件優(yōu)選一件式地構(gòu)成。轉(zhuǎn)向元件可以由均勻的材料形成。換言之，轉(zhuǎn)向元件的材料的機械的、電學的和/或光學的特性、尤其折射率在轉(zhuǎn)向元件的不同部位上是相同的。此外，尤其可能的是，轉(zhuǎn)向元件不具有層構(gòu)造。轉(zhuǎn)向元件在該實施例中因此例如不借助具有不同的折射率的層形成，而是例如通過唯一的、厚的由均勻的材料構(gòu)成的層形成。
[0016]轉(zhuǎn)向元件可以構(gòu)成為轉(zhuǎn)向?qū)?。尤其，轉(zhuǎn)向元件的橫向伸展優(yōu)選小于半導體芯片的橫向伸展。轉(zhuǎn)向元件的豎直伸展基本上對應于或等于半導體芯片的橫向伸展。轉(zhuǎn)向元件構(gòu)成為將由半導體產(chǎn)生的輻射轉(zhuǎn)向，所述輻射從半導體芯片的側(cè)面射出。轉(zhuǎn)向元件例如完全覆蓋半導體芯片的側(cè)面。
[0017]轉(zhuǎn)向元件構(gòu)成為是輻射可穿透的。尤其，轉(zhuǎn)向元件構(gòu)成為，使得側(cè)向地從半導體芯片射出的在運行時在半導體芯片中產(chǎn)生的輻射可以完全地或至少部分地穿過轉(zhuǎn)向元件。轉(zhuǎn)向元件和半導體芯片并排設置。轉(zhuǎn)向元件設置在半導體芯片的側(cè)面上。在此，轉(zhuǎn)向元件可以僅在半導體芯片的側(cè)面的一部分上設置。對此替選地，轉(zhuǎn)向元件但是也可以設置在半導體芯片的整個側(cè)面上。換言之，轉(zhuǎn)向元件可以環(huán)繞半導體芯片設置。在該情況下，轉(zhuǎn)向元件優(yōu)選框架式地構(gòu)成。
[0018]轉(zhuǎn)向元件具有下述材料，所述材料的折射率大于半導體芯片的半導體材料的平均折射率，轉(zhuǎn)向元件鄰接于所述半導體芯片。例如，轉(zhuǎn)向元件的材料的平均折射率在產(chǎn)生的輻射的預設的波長處(例如在450nm處)比半導體芯片的半導體材料的平均折射率大2%、尤其10%。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)向元件的材料的平均折射率在預設的波長處比半導體芯片的半導體材料的平均折射率大10%、例如15%或20%。
[0019]由于轉(zhuǎn)向元件的高的折射率和與此關聯(lián)的在半導體和轉(zhuǎn)向元件之間的折射率突變，由半導體芯片產(chǎn)生的在半導體芯片的側(cè)面上射出的輻射的一部分穿過轉(zhuǎn)向元件朝向半導體芯片的主放射方向偏轉(zhuǎn)。輻射的射到轉(zhuǎn)向元件的側(cè)面上的部分被全反射并且朝著半導體芯片的主放射方向轉(zhuǎn)向。
[0020]在不發(fā)生全反射的情況下，這就是說，在側(cè)向射出的輻射的入射角小于全反射的臨界角的情況下，此外可能的是，側(cè)向射出的輻射在側(cè)面上的反射概率增大。換言之，通過轉(zhuǎn)向元件，穿過半導體芯片的側(cè)面離開半導體芯片的輻射朝向主放射方向的方向偏轉(zhuǎn)的概率可以與側(cè)向射出的輻射的入射角無關地增大。入射角在此并且在下文中可以通過下述角給出，輻射以所述角射到半導體芯片的和/或轉(zhuǎn)向元件的側(cè)面的點上，關于穿過所述點對半導體芯片的和/或轉(zhuǎn)向元件的側(cè)面的切法線。對于小于在相應的側(cè)面上的全反射的臨界角的入射角，輻射僅部分地被反射。所述反射的程度可以通過安置轉(zhuǎn)向元件來提高。
[0021]轉(zhuǎn)向元件的側(cè)面在轉(zhuǎn)向元件的背離半導體芯片的一側(cè)上例如平行于半導體芯片的側(cè)面伸展。因此，由于通過側(cè)面離開半導體芯片的輻射造成的輻射損耗可以減小或者完全避免。器件的光耦合輸出由此提高。因此，提供非常高效的器件。
[0022]根據(jù)至少一個實施方式，轉(zhuǎn)向元件具有朝向半導體芯片的側(cè)面的第一側(cè)面。此外，轉(zhuǎn)向元件還具有與第一側(cè)面相對置地設置的第二側(cè)面。第一側(cè)面和第二側(cè)面彼此平行地設置。第一側(cè)面和第二側(cè)面垂直于器件的主延伸方向伸展。
[0023]轉(zhuǎn)向元件的第一側(cè)面形成輻射出射面。尤其，半導體芯片和/或轉(zhuǎn)向元件構(gòu)成為，使得輻射的從半導體芯片的側(cè)面射出的部分經(jīng)由轉(zhuǎn)向元件的第一側(cè)面射入到轉(zhuǎn)向元件中。
[0024]第一側(cè)面或輻射入射面為半導體芯片和轉(zhuǎn)向元件之間的邊界面。輻射入射面或第一側(cè)面優(yōu)選平坦地或平面地構(gòu)成。輻射入射面優(yōu)選與半導體芯片的側(cè)面平行地并且相對置地設置。轉(zhuǎn)向元件的第二側(cè)面也優(yōu)選平坦地或平面地構(gòu)成。
[0025]轉(zhuǎn)向元件構(gòu)成和設置成，使得減少或防止射入到轉(zhuǎn)向元件中的輻射從轉(zhuǎn)向元件的第二側(cè)面射出。例如，小于10%、例如為5%或2%的射入到轉(zhuǎn)向元件中的輻射在轉(zhuǎn)向元件的第二側(cè)面上再次射出。優(yōu)選地，射入到轉(zhuǎn)向元件中的輻射的大部分、例如90%或更多在轉(zhuǎn)向元件的第二側(cè)面上全反射。特別優(yōu)選地，射入到轉(zhuǎn)向元件中的福射的95 %或更多、例如98%或99%在第二側(cè)面上全反射。附加地，在轉(zhuǎn)向元件的第二側(cè)面上可以存在鏡，所述鏡例如為用于反射的金屬層，所述金屬層尤其直接在第二側(cè)面上施加到轉(zhuǎn)向元件上。
[0026]在本文中將全反射理解成，輻射關于穿過第二側(cè)面的一點的切法線射到所述點的角度大于在所述點在相應的周圍介質(zhì)中的全反射的臨界角。對于設計所述臨界角而言，在所述點的切法線分別是決定性的。
[0027]由于轉(zhuǎn)向元件的材料的高的折射率以及第二側(cè)面的平面的設計方案，因此極大地減少或甚至完全防止輻射從轉(zhuǎn)向元件側(cè)向射出。從半導體芯片的側(cè)面射出的并且射入到轉(zhuǎn)向元件中的輻射因此可以幾乎不或甚至不側(cè)向地損失。
[0028]根據(jù)至少一個實施方式，轉(zhuǎn)向元件具有背離載體的上側(cè)。上側(cè)垂直于或橫向于轉(zhuǎn)向元件的第一和第二側(cè)面延伸。上側(cè)基本上平行于器件的橫向的主延伸方向延伸。
[0029]轉(zhuǎn)向元件構(gòu)成和設置成，使得由半導體芯片發(fā)射的并且射入到轉(zhuǎn)向元件中的輻射在轉(zhuǎn)向元件的上側(cè)上耦合輸出。例如，轉(zhuǎn)向元件的上側(cè)對此具有結(jié)構(gòu)化部。通過上側(cè)的結(jié)構(gòu)化部，使輻射沿前進方向的耦合輸出變得容易。轉(zhuǎn)向元件的上側(cè)例如可以是粗糙化的。為了所述目的，轉(zhuǎn)向元件的上側(cè)可以被刻蝕、刷理、研磨或噴砂。尤其，轉(zhuǎn)向元件的側(cè)面與上側(cè)比更光滑地構(gòu)成。
[0030]通過轉(zhuǎn)向元件的側(cè)面和上側(cè)的特殊的設計方案，在轉(zhuǎn)向元件的第二側(cè)面上全反射的輻射向上偏轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)向元件的上側(cè)并且在那里從轉(zhuǎn)向元件耦合輸出。換言之，輻射從轉(zhuǎn)向元件沿半導體芯片的主發(fā)射方向耦合輸出。優(yōu)選地