光电子半导体器件和用于制造光电子半导体器件的方法
【技术领域】
[0001]提出一种光电子半导体器件。此外，提出一种用于制造光电子半导体器件的方法。
【背景技术】
[0002]出版物WO 2011/015449 Al和US 8，148，734 B2描述一种光电子半导体器件。
【发明内容】
[0003]本申请的要解决的目的是，提出一种光电子半导体器件、简称器件，所述光电子半导体器件是特别高效的并且尤其具有非常高的光耦合输出。此外，本申请的要解决的目的是，提出一种简单的用于制造特别高效的光电子半导体器件的方法。
[0004]根据一个方面，提出一种光电子半导体器件、简称器件。器件构成为用于放射电磁辐射、优选光。器件在运行中放射红外辐射、UV辐射、彩色的或白色的光。
[0005]器件具有至少一个半导体芯片。器件也可以具有多于一个的半导体芯片、例如两个或更多个半导体芯片。
[0006]半导体芯片优选为II1-V族半导体材料、尤其为基于氮化物化合物半导体材料或磷化物化合物半导体材料或砷化物化合物半导体材料的半导体芯片。优选地，半导体芯片是发光二极管(LED)芯片。
[0007]半导体芯片例如具有小的厚度、即小的竖直伸展。优选地，无衬底的半导体芯片具有小于15 μ m、优选小于7 μ m、例如为5 μ m或6 μ m的厚度。
[0008]半导体芯片例如可以为薄膜芯片，其中将生长衬底移除。半导体芯片此外为表面发射器，其中从芯片射出的辐射的大部分通过半导体芯片的主面射出。
[0009]此外，半导体芯片可以为具有生长衬底、尤其具有辐射可穿透的蓝宝石衬底的半导体芯片。在该情况下，半导体芯片可以为体积发射器，其中射出的辐射的非常大的部分通过垂直于或横向于芯片的主面伸展的侧面射出。
[0010]半导体芯片具有有源区以产生电磁辐射、尤其光。半导体芯片优选具有主发射方向，所述主发射方向例如垂直于半导体芯片的发射面伸展。沿主发射方向可以放射大于50%的所产生的辐射、优选大于70%的由半导体芯片产生的辐射。主放射方向的所述限定尤其涉及为表面发射器的半导体芯片。
[0011]此外，可能的是，主发射方向通过平行于半导体芯片的外延沉积的层的生长方向伸展的方向限定，与辐射的哪些份额沿所述方向发射无关。主放射方向的所述限定尤其涉及为体积发射器的半导体芯片。
[0012]半导体芯片具有至少一个侧面。所述侧面优选环绕半导体芯片地延伸并且沿横向方向对所述半导体芯片限界。侧面横向于或垂直于器件的或半导体芯片的横向的主延伸方向延伸。半导体芯片还具有上侧和下侧。上侧和下侧横向于或垂直于半导体芯片的侧面延伸。上侧和下侧平行于器件的或半导体芯片的横向的主延伸方向延伸。
[0013]器件还可以具有载体。半导体芯片因此设置在载体上。尤其，半导体芯片的下侧固定在载体上，例如焊接。载体用于半导体芯片的机械稳定。
[0014]由半导体芯片产生的电磁辐射的一部分在半导体芯片运行时穿过半导体芯片的侧面射出。换言之，辐射的一部分并不沿主发射方向、垂直于横向的主延伸方向放射。例如，直至50%的产生的辐射通过侧面射出。优选地，20%至30%、例如25%的由半导体芯片在运行中放射的辐射通过半导体芯片的侧面射出。辐射的其余部分、即优选直至80 %的辐射、例如60%或70%的由半导体芯片在运行时放射的辐射通过半导体芯片的上侧射出。
[0015]此外，器件还具有至少一个转向元件。转向元件优选一件式地构成。转向元件可以由均匀的材料形成。换言之，转向元件的材料的机械的、电学的和/或光学的特性、尤其折射率在转向元件的不同部位上是相同的。此外，尤其可能的是，转向元件不具有层构造。转向元件在该实施例中因此例如不借助具有不同的折射率的层形成，而是例如通过唯一的、厚的由均匀的材料构成的层形成。
[0016]转向元件可以构成为转向层。尤其，转向元件的横向伸展优选小于半导体芯片的横向伸展。转向元件的竖直伸展基本上对应于或等于半导体芯片的横向伸展。转向元件构成为将由半导体产生的辐射转向，所述辐射从半导体芯片的侧面射出。转向元件例如完全覆盖半导体芯片的侧面。
[0017]转向元件构成为是辐射可穿透的。尤其，转向元件构成为，使得侧向地从半导体芯片射出的在运行时在半导体芯片中产生的辐射可以完全地或至少部分地穿过转向元件。转向元件和半导体芯片并排设置。转向元件设置在半导体芯片的侧面上。在此，转向元件可以仅在半导体芯片的侧面的一部分上设置。对此替选地，转向元件但是也可以设置在半导体芯片的整个侧面上。换言之，转向元件可以环绕半导体芯片设置。在该情况下，转向元件优选框架式地构成。
[0018]转向元件具有下述材料，所述材料的折射率大于半导体芯片的半导体材料的平均折射率，转向元件邻接于所述半导体芯片。例如，转向元件的材料的平均折射率在产生的辐射的预设的波长处(例如在450nm处)比半导体芯片的半导体材料的平均折射率大2%、尤其10%。优选地，转向元件的材料的平均折射率在预设的波长处比半导体芯片的半导体材料的平均折射率大10%、例如15%或20%。
[0019]由于转向元件的高的折射率和与此关联的在半导体和转向元件之间的折射率突变，由半导体芯片产生的在半导体芯片的侧面上射出的辐射的一部分穿过转向元件朝向半导体芯片的主放射方向偏转。辐射的射到转向元件的侧面上的部分被全反射并且朝着半导体芯片的主放射方向转向。
[0020]在不发生全反射的情况下，这就是说，在侧向射出的辐射的入射角小于全反射的临界角的情况下，此外可能的是，侧向射出的辐射在侧面上的反射概率增大。换言之，通过转向元件，穿过半导体芯片的侧面离开半导体芯片的辐射朝向主放射方向的方向偏转的概率可以与侧向射出的辐射的入射角无关地增大。入射角在此并且在下文中可以通过下述角给出，辐射以所述角射到半导体芯片的和/或转向元件的侧面的点上，关于穿过所述点对半导体芯片的和/或转向元件的侧面的切法线。对于小于在相应的侧面上的全反射的临界角的入射角，辐射仅部分地被反射。所述反射的程度可以通过安置转向元件来提高。
[0021]转向元件的侧面在转向元件的背离半导体芯片的一侧上例如平行于半导体芯片的侧面伸展。因此，由于通过侧面离开半导体芯片的辐射造成的辐射损耗可以减小或者完全避免。器件的光耦合输出由此提高。因此，提供非常高效的器件。
[0022]根据至少一个实施方式，转向元件具有朝向半导体芯片的侧面的第一侧面。此外，转向元件还具有与第一侧面相对置地设置的第二侧面。第一侧面和第二侧面彼此平行地设置。第一侧面和第二侧面垂直于器件的主延伸方向伸展。
[0023]转向元件的第一侧面形成辐射出射面。尤其，半导体芯片和/或转向元件构成为，使得辐射的从半导体芯片的侧面射出的部分经由转向元件的第一侧面射入到转向元件中。
[0024]第一侧面或辐射入射面为半导体芯片和转向元件之间的边界面。辐射入射面或第一侧面优选平坦地或平面地构成。辐射入射面优选与半导体芯片的侧面平行地并且相对置地设置。转向元件的第二侧面也优选平坦地或平面地构成。
[0025]转向元件构成和设置成，使得减少或防止射入到转向元件中的辐射从转向元件的第二侧面射出。例如，小于10%、例如为5%或2%的射入到转向元件中的辐射在转向元件的第二侧面上再次射出。优选地，射入到转向元件中的辐射的大部分、例如90%或更多在转向元件的第二侧面上全反射。特别优选地，射入到转向元件中的福射的95 %或更多、例如98%或99%在第二侧面上全反射。附加地，在转向元件的第二侧面上可以存在镜，所述镜例如为用于反射的金属层，所述金属层尤其直接在第二侧面上施加到转向元件上。
[0026]在本文中将全反射理解成，辐射关于穿过第二侧面的一点的切法线射到所述点的角度大于在所述点在相应的周围介质中的全反射的临界角。对于设计所述临界角而言，在所述点的切法线分别是决定性的。
[0027]由于转向元件的材料的高的折射率以及第二侧面的平面的设计方案，因此极大地减少或甚至完全防止辐射从转向元件侧向射出。从半导体芯片的侧面射出的并且射入到转向元件中的辐射因此可以几乎不或甚至不侧向地损失。
[0028]根据至少一个实施方式，转向元件具有背离载体的上侧。上侧垂直于或横向于转向元件的第一和第二侧面延伸。上侧基本上平行于器件的横向的主延伸方向延伸。
[0029]转向元件构成和设置成，使得由半导体芯片发射的并且射入到转向元件中的辐射在转向元件的上侧上耦合输出。例如，转向元件的上侧对此具有结构化部。通过上侧的结构化部，使辐射沿前进方向的耦合输出变得容易。转向元件的上侧例如可以是粗糙化的。为了所述目的，转向元件的上侧可以被刻蚀、刷理、研磨或喷砂。尤其，转向元件的侧面与上侧比更光滑地构成。
[0030]通过转向元件的侧面和上侧的特殊的设计方案，在转向元件的第二侧面上全反射的辐射向上偏转至转向元件的上侧并且在那里从转向元件耦合输出。换言之，辐射从转向元件沿半导体芯片的主发射方向耦合输出。优选地