專利名稱：發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件、尤其是具有發(fā)光轉(zhuǎn)換層的LED。本申請要求德國專利申請10 2009 059 878. 2和10 2010 005 169. I的優(yōu)先權(quán)，所述申請的公開內(nèi)容通過回引并入本申請。
背景技術(shù)：
基于發(fā)光轉(zhuǎn)換原理的LED可以通過將發(fā)光轉(zhuǎn)換層施加到發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片上來制造，由所述半導(dǎo)體芯片發(fā)射的第一波長的輻射的一部分被轉(zhuǎn)換成大于第一波長的第ニ波長的輻射。發(fā)光轉(zhuǎn)換層例如可以包含發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)把由半導(dǎo)體芯片發(fā)射的紫外光或藍光至少部分地轉(zhuǎn)換成黃光，使得通過所發(fā)射的紫外輻射或藍輻射和經(jīng) 轉(zhuǎn)換的黃輻射的疊加而得到白混合光。例如從文獻WO 97/50132中公知了基于發(fā)光轉(zhuǎn)換原理的LED以及合適的發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)。該發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)通常被結(jié)合到有機材料、例如環(huán)氧樹脂或硅樹脂中，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換層作為澆注料被施加到半導(dǎo)體芯片上。在基于發(fā)光轉(zhuǎn)換原理的LED的情況下，可能出現(xiàn)色點(Farbort)的不期望的角度依賴性。這所基于的是，以大出射角發(fā)射的輻射經(jīng)歷穿過發(fā)光轉(zhuǎn)換層的較長路程，并且因此所發(fā)射的紫外輻射或藍輻射的較大部分被轉(zhuǎn)換成黃光。用于確定應(yīng)用的另ー不希望的效應(yīng)是，發(fā)光轉(zhuǎn)換層在LED的關(guān)閉狀態(tài)下提供不期望的黃色顏色印象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務(wù)是，說明ー種具有發(fā)光轉(zhuǎn)換層的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件的特點是經(jīng)改善的輻射輸出耦合、經(jīng)改善的顔色混合、和/或所發(fā)射的輻射的方向性。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求I的特征的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件來解決。本發(fā)明的有利的構(gòu)型和改進方案是從屬權(quán)利要求的主題。根據(jù)至少一個實施方式，發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件具有半導(dǎo)體本體，所述半導(dǎo)體本體包含活性層，所述活性層在運行中在主輻射方向上發(fā)射第一波長X1的電磁輻射。發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件尤其可以是LED?；钚詫永缈梢员粯?gòu)造成pn結(jié)、耦合異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單重量子阱結(jié)構(gòu)或多重量子阱結(jié)構(gòu)。在此，術(shù)語“量子阱結(jié)構(gòu)”包括任何如下結(jié)構(gòu)在所述結(jié)構(gòu)的情況下，電荷由于約束(Confinement)而經(jīng)歷其能量狀態(tài)的量子化。術(shù)語“量子阱結(jié)構(gòu)”尤其是未包括關(guān)于量子化維度的說明。該術(shù)語因此尤其是包括量子阱、量子線和量子點以及這些結(jié)構(gòu)的每種組合。該半導(dǎo)體本體尤其是基于氮化物半導(dǎo)體。在此情形下，“基于氮化物半導(dǎo)體”是指，半導(dǎo)體層序列或其至少ー個層包括III族氮化物半導(dǎo)體材料、優(yōu)選InxAlyGa1IyN,其中0 <X ^ I, O ^ y ^ I并且X + y ( I。在此，該材料不必一定具有根據(jù)上述公式的數(shù)學(xué)上精確的組成。更具體而言，其可以具有基本上不改變InxAlyGanyN材料的物理特性的ー種或多種摻雜材料和附加組分。但是為簡單起見，上述公式僅僅包含了晶格的基本組分(In，Al，Ga，N)，即使這些組分可能部分地被少量其他材料代替。半導(dǎo)體本體的活性層在半導(dǎo)體器件的運行中優(yōu)選地發(fā)射紫外輻射或藍輻射。
所發(fā)射輻射的一部分轉(zhuǎn)換成大于第一波長入，的第二波長X 2的輻射。發(fā)光轉(zhuǎn)換層尤其是可以具有發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)適于將藍光或紫外光至少部分地轉(zhuǎn)換成黃光。例如從開頭提到的文獻WO 97/50132中公知了合適的發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)，該文獻的此方面內(nèi)容通過回引并入本申請。發(fā)光轉(zhuǎn)換層可以具有至少ー種另外的發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)，所述至少ー種另外的發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)把由活性層發(fā)射的輻射轉(zhuǎn)換成至少ー個另外波長的輻射?？梢詫⒏嗟霓D(zhuǎn)換物質(zhì)用于有針對性地調(diào)節(jié)混合輻射的色點，例如以用于生成暖白光。此外，發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件包含用于改善所發(fā)射輻射的輻射輸出耦合、顔色混合和/或角度依賴性的功能層。所述功能層在主輻射方向上跟隨在活性層之后，并且優(yōu)選地包含玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或者藍寶石。由該材料制成的功能層尤其可以是自支承的層，其優(yōu)選地充當(dāng)另外的層的機械穩(wěn)定的載體。所述功能層優(yōu)選地是形狀穩(wěn)定的層，所述形狀穩(wěn)定的層可以與半導(dǎo)體本體無關(guān)地被制造和結(jié)構(gòu)化，以便事后將其與半導(dǎo)體本體和/或發(fā)光轉(zhuǎn)換層相連接。所述功能層優(yōu)選地在主輻射方向上跟隨在發(fā)光轉(zhuǎn)換層之后。所述功能層尤其是可以直接與發(fā)光轉(zhuǎn)換層接界。所述功能層優(yōu)選地具有發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的輻射輸出耦合面，也就是說，其有利地是發(fā)射輻射半導(dǎo)體器件的從主輻射方向上看最外部的層。根據(jù)ー個優(yōu)選的實施方式，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換層具有折射率Ii1并且功能層具有折射率n2,其中有n2 ( Ii1成立。在一個構(gòu)型中，將功能層的折射率n2與發(fā)光轉(zhuǎn)換層的折射率Ii1相匹配。在這種情況下，折射率Ii1和n2相等或者僅僅彼此稍微不同，有利地相差A(yù)n= I H2-Ii1 I く 0.3并且優(yōu)選相差A(yù)n <0.1。特別優(yōu)選A = Ii1 —ム]1,其中0 く An < 0. I,也就是說，n2等于或稍小于Ii1。通過這種方式，有利地避免了所發(fā)射輻射從發(fā)光轉(zhuǎn)換層到后續(xù)功能層過渡時的反射損耗。這尤其是在功能層在背向發(fā)光轉(zhuǎn)換層的表面處具有用于改善輻射輸出耦合的表面結(jié)構(gòu)時是有利的。在這種情況下，通過將功能層的折射率與發(fā)光轉(zhuǎn)換層的折射率相匹配來最小化發(fā)光轉(zhuǎn)換層與功能層之間的界面處的反射損耗，而功能層與環(huán)境介質(zhì)之間的界面處的反射損耗通過對功能層進行表面結(jié)構(gòu)化來減小。在一個可替代的構(gòu)型中，功能層的折射率n2小于發(fā)光轉(zhuǎn)換層的折射率ni。在這種情況下，功能層與環(huán)境介質(zhì)之間的界面處的反射損耗有利地小于從發(fā)光轉(zhuǎn)換層的折射率到環(huán)境介質(zhì)(比如尤其是空氣)的折射率直接過渡時將發(fā)生的反射損耗。還可能的是，功能層具有兩個或更多部分層，其中所述部分層的折射率在主輻射方向上從部分層到部分層地減小。此外還可以設(shè)想，功能層具有在主輻射方向上連續(xù)變化的材料組成，使得功能層具有如下的折射率梯度在所述折射率梯度下，折射率在主輻射方向上連續(xù)降低。在這些構(gòu)型中，通過折射率的跳變來減小反射損耗，并且因此改善發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的輸出耦合效率。在一個優(yōu)選的實施方式中，發(fā)光轉(zhuǎn)換層具有陶瓷。所述陶瓷尤其可以是YAG:Ce或者LuAG: Ce。此外合適的還有Eu摻雜的氮化物或氮氧化物。可替代地，發(fā)光轉(zhuǎn)換層還可以具有玻璃或玻璃陶瓷，在所述玻璃或玻璃陶瓷中結(jié)合發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)。用于功能層的合適陶瓷尤其是氧化鋁(n2=l. 76 — I. 77)、氮氧化鋁(n2=l. 77 —
I.80)、鎂招尖晶石(n2 = I. 73)、ニ氧化娃(n2 = I. 46)或者氮氧化娃(n2 = I. 47)。用于功能層的合適玻璃尤其是石英玻璃(n2 = I. 46)、非晶氧化鍺(GeO2, n2 = I. 61 )、鈉I丐玻璃( =I. 52)、硅酸鹽玻璃(n2 = I. 50)、或者硼硅酸鹽玻璃(n2 = I. 47)。所述陶瓷和玻璃分別具有與例如適用于發(fā)光轉(zhuǎn)換層的陶瓷YAG:Ce Cn1=LSl)的折射率近似相等或更小的折射率。該玻璃也可以是旋涂玻璃(Spin-on-Glas)。除了陶瓷和玻璃以外，玻璃陶瓷也適用于功能層。
發(fā)光轉(zhuǎn)換層和功能層尤其是可以通過燒結(jié)和/或熔化彼此連接。在這種情況下，該連接有利地以無粘合劑的方式進行，也就是說，在功能層與發(fā)光轉(zhuǎn)換層之間有利地不布置連接層、例如粘合劑層。通過這種方式有利地避免了由于布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層與功能層之間的粘合劑層的情況下可能出現(xiàn)的反射或散射造成的輻射損耗?？商娲兀l(fā)光轉(zhuǎn)換層和功能層也可以通過化學(xué)連接、尤其是利用連接層彼此連接，所述連接層由透明材料、例如硅橡膠或其他透明澆注樹脂制成。通過這種方式，例如也可以將發(fā)光轉(zhuǎn)換層與半導(dǎo)體本體相連接。根據(jù)ー個優(yōu)選的實施方式，功能層具有表面結(jié)構(gòu)化部。所述表面結(jié)構(gòu)化部有利地構(gòu)造在功能層的背向發(fā)光轉(zhuǎn)換層的表面處，所述表面尤其是發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的輻射出射面。通過表面結(jié)構(gòu)化部，尤其是可以避免功能層與環(huán)境介質(zhì)之間的界面處的反射損耗，由此改善輻射輸出耦合以及由此改善發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的效率。表面結(jié)構(gòu)化部優(yōu)選地具有IOOnm至IOiim之間的深度。例如，可以在功能層的表面處構(gòu)造凹陷，所述凹陷優(yōu)選地以IOOnm至IOiim之間的寬度延伸到功能層中。在一個優(yōu)選的變型方案中，表面結(jié)構(gòu)化部具有周期性結(jié)構(gòu)。所述周期性結(jié)構(gòu)可以具有ー維或ニ維的周期性，但是其中三維結(jié)構(gòu)也是可能的。周期性結(jié)構(gòu)尤其是可以具有處于所發(fā)射輻射的波長的數(shù)量級的周期d。在這種情況下，所述周期性結(jié)構(gòu)形成所謂的光子晶體。特別有利的是，所述周期性結(jié)構(gòu)具有周期d并且功能層具有折射率n2，其中成立的是,/X 2 < G < n2 2ji/A2。在此，是經(jīng)轉(zhuǎn)換的輻射的波長，并且在一維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的情況下G = 23i/d，并且在ニ維、尤其是六邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的情況下G=
4s/\3d。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在這樣選擇周期性結(jié)構(gòu)的周期d的情況下，可以實現(xiàn)與功能層的表面垂直的主輻射方向上的定向輻射?？商娲?，表面結(jié)構(gòu)化部也可以是粗糙化部。在這種情況下，表面結(jié)構(gòu)化部還具有非周期性結(jié)構(gòu)。在這種情況下，表面結(jié)構(gòu)化部尤其是可以通過刻蝕エ藝來生成。在另ー優(yōu)選的實施方式中，功能層具有散射顆?；蛘呖紫?。通過功能層中的散射顆?；蚩紫短幍墓馍⑸?，從半導(dǎo)體本體和轉(zhuǎn)換物質(zhì)發(fā)射的輻射之間的顏色混合得到改善，并且通過這種方式尤其是減少了色點的角度依賴性。
發(fā)光轉(zhuǎn)換層本身有利地不具有散射顆粒。在所期望的光散射的情況下，散射顆粒和/或光散射結(jié)構(gòu)因此優(yōu)選地僅僅布置或構(gòu)造在功能層中。這所具有的優(yōu)點是，發(fā)光轉(zhuǎn)換層中的發(fā)光轉(zhuǎn)換效率不受散射顆粒的影響。在一個優(yōu)選的構(gòu)型中，功能層具有兩個或更多部分層，其中所述部分層的散射顆?；蚩紫兜臐舛仍谥鬏椛浞较蛏蠌牟糠謱拥讲糠謱拥販p小。此外還可以設(shè)想，功能層具有在主輻射方向上連續(xù)減小的散射顆?；蚩紫稘舛取Ｔ诹愆`實施方式中，功能層是發(fā)光轉(zhuǎn)換層的部分層。在這種情況下，功能層優(yōu)選地構(gòu)造在發(fā)光轉(zhuǎn)換層的背向活性層的表面處。尤其是可以給發(fā)光轉(zhuǎn)換層的背向活性層的表面配備之前所述的表面結(jié)構(gòu)化部。與功能層是同發(fā)光轉(zhuǎn)換層不同的單獨層的之前所述的變型方案不同，將功能層構(gòu)造在發(fā)光轉(zhuǎn)換層的表面處所具有的優(yōu)點是，不必將兩個単獨的元件彼此連接。
而與發(fā)光轉(zhuǎn)換層不同的功能層所具有的優(yōu)點是，可以為功能層選擇與發(fā)光轉(zhuǎn)換層的材料不同的材料，使得可以有針對性地選擇材料參數(shù)、例如尤其是功能層的折射率。


下面根據(jù)結(jié)合圖I至13的實施例進ー步闡述本發(fā)明。圖I示出了根據(jù)第一實施例的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的截面的示意 圖2示出了另ー實施例中的功能層的截面的示意 圖3示出了另ー實施例中的功能層的截面的示意 圖4至13分別示出了根據(jù)另外的實施例的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的截面的示意圖。在附圖中相同或作用相同的組件配備相同的附圖標記。組件的大小以及組件彼此之間的大小關(guān)系不應(yīng)認為是比例正確的。
具體實施例方式發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的在圖I中所示的實施例具有半導(dǎo)體本體1，該半導(dǎo)體本體I包含發(fā)射輻射的活性層3。所述活性層3尤其可以是pn結(jié)、單重量子阱結(jié)果或者多重量子阱結(jié)構(gòu)?；钚詫佑绕涫强梢园l(fā)射紫外或藍光譜范圍中的輻射?；钚詫佑绕涫强梢杂傻衔锇雽?dǎo)體材料構(gòu)成?；钚詫永绮贾迷赑型半導(dǎo)體區(qū)域2與n型半導(dǎo)體區(qū)域4之間。半導(dǎo)體本體I是所謂的薄膜半導(dǎo)體本體，其中用于生長半導(dǎo)體層2、3、4的生長襯底已經(jīng)從半導(dǎo)體本體I脫落。在與原始生長襯底相對的側(cè)上,半導(dǎo)體本體I與載體本體10相連接。在半導(dǎo)體本體I與載體本體10之間優(yōu)選地布置鏡層9，所述鏡層9可以同時用于電接觸半導(dǎo)體本體I。鏡層9尤其是可以包含Ag或Al。另ー電接觸層(未示出)例如可以被施加到半導(dǎo)體本體I的背向載體本體10的表面12的部分區(qū)域上。在載體本體10與半導(dǎo)體本體I之間還可以布置另外的層(未示出)、尤其是焊劑層以用于將半導(dǎo)體本體I與載體本體10相連接。半導(dǎo)體本體I的背向載體本體10的表面12有利地具有表面結(jié)構(gòu)化部以用于改善從半導(dǎo)體本體I的輻射輸出耦合。從半導(dǎo)體本體I的活性層3在主輻射方向13上發(fā)射電磁輻射，該電磁輻射在波長入i具有強度最大值。在主輻射方向13上，在活性層之后布置有發(fā)光轉(zhuǎn)換層5，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換層5將所發(fā)射輻射的至少一部分轉(zhuǎn)換成在第二波長\ 2具有強度最大值的輻射，所述第ニ波長X2大于第一波長Xltj發(fā)光轉(zhuǎn)換層5尤其是可以把從活性層3發(fā)射的藍光或紫外光轉(zhuǎn)換成黃光，使得互補顏色的疊加得到白光。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5優(yōu)選地為自支承的層，所述層尤其是可以是由無機材料構(gòu)成。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5優(yōu)選地具有玻璃、陶瓷或者玻璃陶瓷。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5尤其是可以具有Ce摻雜的石榴石，例如YAG = Ce或者LuAG:Ce。此外合適的還有Eu摻雜的氮化物或者氮氧化物，例如Sr2Si5N8, Ba2Si5N8, Ca2Si5N8, Sr-SiON, Ba-SiON 或者 Ce- a -SiAlON。
發(fā)光轉(zhuǎn)換層5例如通過連接層11與半導(dǎo)體本體I連接。連接層11尤其可以是由硅樹脂或其他澆注樹脂(如環(huán)氧樹脂)制成的透明層。通過發(fā)光轉(zhuǎn)換層5是優(yōu)選由無機材料制成的自支承的層，發(fā)光轉(zhuǎn)換層5可以有利地充當(dāng)另外的層的載體。在主輻射方向13上，在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之后布置有功能層6。功能層6尤其是用于改善從發(fā)光轉(zhuǎn)換層5的福射輸出稱合。功能層6如發(fā)光轉(zhuǎn)換層5那樣有利地由無機材料、尤其是由陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷構(gòu)成。用于功能層6的合適材料例如有氧化鋁(A1203)、氮氧化鋁(A10N)、鎂鋁尖晶石(MgAl203)、ニ氧化硅(SiO2)或者氮氧化硅(SiON)。用于功能層6的合適玻璃尤其是石英玻璃、非晶氧化鍺(熔凝氧化鍺)、鈉鈣玻璃、硅酸鹽玻璃、或者硼硅酸鹽玻璃。這些陶瓷或者玻璃的特點尤其是，折射率小于YAG:Ce的折射率，其中YAG = Ce特別適于作為發(fā)光轉(zhuǎn)換層的材料。施加到發(fā)光轉(zhuǎn)換層5上的功能層6有利地小于100 U m厚、例如為10 ii m至100 ii m之間。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5和功能層6優(yōu)選地直接彼此接界，并且以無粘合劑的方式彼此連接，也就是說，在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5與功能層6之間有利地不包含連接層。在這種情況下，功能層6和發(fā)光轉(zhuǎn)換層5例如通過燒結(jié)或熔化彼此連接。有利的是，將功能層6的折射率n2與發(fā)光轉(zhuǎn)換層5的折射率Ii1相匹配，其中優(yōu)選地有An= I H2-Ii1 I彡0.3。特別優(yōu)選An彡0. I。如果發(fā)光轉(zhuǎn)換層5和功能層6的折射率至少近似地相等，則在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5與功能層6之間的交界面處不出現(xiàn)或僅出現(xiàn)輕微的反射損耗。在這種情況下，到環(huán)境介質(zhì)的折射率跳變基本上發(fā)生在功能層6與環(huán)境介質(zhì)、尤其是空氣之間的交界面處。為了減少反射損耗以及由此改善從功能層6的輻射輸出耦合，功能層6具有表面結(jié)構(gòu)化部7。表面結(jié)構(gòu)7優(yōu)選地具有IOOnm至10 y m之間的深度。表面結(jié)構(gòu)化部7可以是功能層6的表面的粗糙化部，所述粗糙化部例如是利用刻蝕エ藝生成的。在該構(gòu)型中，表面結(jié)構(gòu)化部7是非周期性的結(jié)構(gòu)。在ー個優(yōu)選構(gòu)型中，功能層6的表面結(jié)構(gòu)化部7是周期性結(jié)構(gòu)。在圖2和3中示出了具有這樣的周期性結(jié)構(gòu)7的功能層6的示例。周期性結(jié)構(gòu)7具有結(jié)構(gòu)元件8，所述結(jié)構(gòu)元件8以具有周期d的一維或多維網(wǎng)格來布置。結(jié)構(gòu)元件8例如可以是突起或凹陷，例如條、槽或者孔。結(jié)構(gòu)元件8例如可能借助于光刻在功能層6的表面處生成。結(jié)構(gòu)元件8優(yōu)選地具有IOOnm至10 ii m之間的高度h。周期性結(jié)構(gòu)7的周期d優(yōu)選地處于所發(fā)射福射的波長的數(shù)量級，使得周期性結(jié)構(gòu)7構(gòu)成所謂的光子晶體。特別有利的是，周期性結(jié)構(gòu)7具有周期d并且功能層6具有折射率n2，其中成立的是3i/入2 < G < n2 2ji/A2。在此，A2是經(jīng)轉(zhuǎn)換的輻射的波長并且在一維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的
情況下G = 2 /d，并且在ニ維、尤其是六邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的情況下G= 4w/^3d。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用該范圍中的周期山可以實現(xiàn)定向輻射，也就是說，所發(fā)射輻射的角度分布與例如在非周期性結(jié)構(gòu)化的功能層6的情況下相比更高度地集中在主輻射方向13周圍?？商娲兀砻娼Y(jié)構(gòu)化部7也可以由微棱鏡或微透鏡構(gòu)成。在這種情況下，結(jié)構(gòu)元件8通常大于所發(fā)射輻射的波長A2。發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的在圖4中所示的實施例與圖I所示實施例之間的區(qū)別在于，發(fā)光轉(zhuǎn)換層5是借助于PVD (Physical Vapor Deposition (物理氣相沉積))法制造的層。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5尤其可以是借助于激光束蒸發(fā)(Pulsed Laser Deposition (脈沖激光沉積)，PLD)制造的層。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5尤其可以沉積到功能層6上，也就是說，功能層6充當(dāng)借 助于PVD法來施加發(fā)光轉(zhuǎn)換層5的襯底。為此,功能層6由優(yōu)選無機的材料構(gòu)成,所述材料具有足夠的機械穩(wěn)定性，使得其可以用作自支承的襯底。功能層6尤其可以是藍寶石襯底。可替代地還可能的是，功能層6如圖I所述實施例中那樣由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷構(gòu)成。功能層6具有表面結(jié)構(gòu)化部7，所述表面結(jié)構(gòu)化部7尤其是用于改善輻射輸出耦合并且可以如結(jié)合圖I至3所述那樣來構(gòu)造。在一種用于制造半導(dǎo)體器件的制造方法中，例如可以首先給功能層6的表面配備表面結(jié)構(gòu)化部7，并且接著將發(fā)光轉(zhuǎn)換層5沉積到與表面結(jié)構(gòu)化部7相対的表面上?？商娲?，這些方法步驟也可以以相反順序來執(zhí)行。通過這種方式単獨制造的由功能層6和發(fā)光轉(zhuǎn)換層5構(gòu)成的組合例如可以在另一方法步驟中借助于連接層11與發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體I相連接。圖4中所示的實施例的另外的細節(jié)和有利的構(gòu)型對應(yīng)于圖I中所示的實施例，并且因此不再進一歩闡述。在圖5中所示的實施例中，如圖I所示的實施例那樣，發(fā)光轉(zhuǎn)換層5借助于連接層11與發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體本體I連接。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5是自支承的層，其優(yōu)選地由玻璃、陶瓷、或玻璃陶瓷構(gòu)成。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5在其表面處具有表面結(jié)構(gòu)化部7，所述表面結(jié)構(gòu)化部7尤其是用于改善從發(fā)光轉(zhuǎn)換層5的輻射輸出耦合。在這種情況下，發(fā)光轉(zhuǎn)換層5的表面結(jié)構(gòu)化部7充當(dāng)功能層6。因此在這種情況下，功能層6不是作為單獨的層來制造，而是以發(fā)光轉(zhuǎn)換層5中的表面結(jié)構(gòu)化部7的形式來制造。關(guān)于進ー步的細節(jié)和有利構(gòu)型，圖5中所示的實施例對應(yīng)于圖I中所示的實施例。圖6中所示的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件是具有半導(dǎo)體本體I的發(fā)光二極管，所述半導(dǎo)體本體包含發(fā)射輻射的活性層3。活性層3例如布置在n型半導(dǎo)體區(qū)域4與p型半導(dǎo)體區(qū)域2之間。半導(dǎo)體本體I的半導(dǎo)體層2、3、4可以生長在生長襯底14上?？商娲剡€可能的是，半導(dǎo)體本體I是薄膜半導(dǎo)體本體，其中生長襯底14脫落，并且半導(dǎo)體本體I替代地布置在與生長襯底14不同的載體本體上(如在圖I的實施例中的情況那樣)。在主福射方向13上,在發(fā)射福射的活性層3之后布置有發(fā)光轉(zhuǎn)換層5。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5有利地由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷構(gòu)成。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5具有發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)，所述發(fā)光轉(zhuǎn)換物質(zhì)將從活性層3發(fā)射的在第一波長\ x具有強度最大值的輻射的一部分轉(zhuǎn)換成在第二波長入2具有強度最大值的輻射，其中波長入2大于波長Xltj發(fā)光轉(zhuǎn)換層尤其可以是Ce摻雜的石榴石，如YAG: Ce、LuAGiCe或者Eu摻雜的氮化物或氮氧化物。發(fā)光轉(zhuǎn)換層5優(yōu)選是自支承的層，其例如可以利用連接層11與半導(dǎo)體本體I連接。
在主輻射方向13上跟隨在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之后是功能層6。功能層6優(yōu)選地具有小于發(fā)光轉(zhuǎn)換層5的折射率Ii1的折射率n2。通過這種方式，將從發(fā)光轉(zhuǎn)換層5的折射率Ii1到環(huán)境介質(zhì)的折射率突變減小了至少ー個中間級，并且通過這種方式改善了從發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的輻射輸出耦合。在ー個有利的構(gòu)型中，功能層6具有散射顆粒15。替代于尤其是比功能層6的周圍材料具有更高折射率的散射顆粒15，功能層6也可以具有孔隙，所述孔隙比功能層的周圍材料具有更低的折射率。通過功能層6中的散射顆粒15或孔隙，實現(xiàn)了光散射，通過所述光散射有利地減小了所發(fā)射輻射的色點的角度依賴性。此外，散射顆粒也可以散射從外部落到發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件上的輻射并且通過這種方式有利地導(dǎo)致發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的表面在關(guān)閉狀態(tài)下顯現(xiàn)為白色的。通過這種方式減小了發(fā)光轉(zhuǎn)換層5在發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的關(guān)閉狀態(tài)下可能為干擾性的黃色顔色印象。功能層6優(yōu)選地具有為玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷的基本材料，其中在所述基本材料中例如嵌入散射顆粒15。功能層6尤其是可以通過燒結(jié)或熔化與發(fā)光轉(zhuǎn)換層5連接。在這種情況下，有利地在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5與功能層6之間不包含附加的連接層，例如粘合劑層。通 過這種方式減小了可能不利地影響輻射輸出耦合的光學(xué)有效界面的數(shù)目。但是可替代地還可以設(shè)想，利用透明的連接層11將功能層6與發(fā)光轉(zhuǎn)換層5相連接。圖7中示出了該構(gòu)型。在這種情況下，功能層6與發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之間的連接層11例如可以是硅樹脂或環(huán)氧樹脂層。借助于同樣可以是硅樹脂層或環(huán)氧樹脂層的另一連接層11，發(fā)光轉(zhuǎn)換層5與半導(dǎo)體本體I連接。除此之外，圖7中所示的實施例對應(yīng)于圖6中所示的實施例。在之前所述的實施例中，功能層6分別布置在發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的輻射輸出耦合面處。但是還可以設(shè)想發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的變型方案，其中功能層6未布置在、或者不僅布置在發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的輻射輸出耦合面處。在圖8中示意性示出的實施例中，功能層6布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層的第一部分層5a與第二部分層5b之間。在這種情況下，功能層6尤其可以包含散射顆粒15，所述散射顆粒15散射從活性層3和發(fā)光轉(zhuǎn)換層的第一部分層5a發(fā)射的光井且因此導(dǎo)致經(jīng)改善的顔色混合和色點的減小的角度依賴性。除此之外，圖8中所示的實施例對應(yīng)于圖6中所示的實施例。在發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的在圖9中示意性示出的實施例中，功能層6布置在半導(dǎo)體本體I與發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之間。在該構(gòu)型中，功能層6優(yōu)選地具有處于半導(dǎo)體本體I的折射率與發(fā)光轉(zhuǎn)換層5的折射率之間的折射率。通過這種方式，通過功能層6有利地減小了輻射從半導(dǎo)體本體I到發(fā)光轉(zhuǎn)換層5過渡時的反射損耗。如在之前的實施例中那樣，功能層6可以包含散射顆粒15，以便例如改變從活性層3發(fā)射額輻射的角度分布。在圖10中所示的實施例中，功能層6在主輻射方向13上來看布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之上以及發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之下。通過在主輻射方向13上布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之上的功能層6，有利地改善從發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件中的輻射輸出耦合，以及通過優(yōu)選包含在其中的散射顆粒15實現(xiàn)色點的角度依賴性的減小、以及發(fā)光轉(zhuǎn)換層5在發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的關(guān)閉狀態(tài)下的白色顯現(xiàn)圖像。因此，布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之上的功能層6的有利特性和效果對應(yīng)于圖6中所不的實施例。在主福射方向13上布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之下的功能層6如在圖9中所示的實施例中那樣尤其是用于減少半導(dǎo)體本體I與發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之間的界面處的反射損耗。布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之下的功能層6為此有利地具有處于半導(dǎo)體材料的折射率與發(fā)光轉(zhuǎn)換層5的折射率之間的折射率。因此在圖10的實施例中，一起實現(xiàn)了發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之上的功能層和發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之下的功能層6的優(yōu)點。在圖11中示意性示出的實施例中，在主輻射方向13上在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之后布置有具有第一部分層6a和第二部分層6b的功能層6。功能層6的在主福射方向13上跟隨在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之后的第一部分層6a具有小于發(fā)光轉(zhuǎn)換層的折射率Ii1的折射率n2。功能層6的在主福射方向13上跟隨在功能層6的第一部分層6a之后的第二部分層6b具有小于第一部分層6a的折射率n2的折射率n3。因此，發(fā)光轉(zhuǎn)化層5的折射率Ii1到環(huán)境介質(zhì)的折射率的過渡有利地不是突變地進行，而是以多級形式進行。通過這種方式，可以特別有效地減小發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的輻射輸出耦合側(cè)的發(fā)射損耗。功能層6的第一部分層6a和/或第二部分層6b可以具有散射顆粒15，以便改善從活性層3發(fā)射的輻射以及被發(fā)光轉(zhuǎn)化層5轉(zhuǎn)換的輻射的顔色混合和/或使發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件在關(guān)閉狀態(tài)下從外部觀察顯現(xiàn)為白色。 在功能層的第一部分層6a中，散射顆粒15的濃度有利地比第二部分層6b中更小。因此，散射顆粒15的濃度在主輻射方向13上隨著功能層6的部分層而減小，或者在功能層6之內(nèi)具有在主輻射方向13上連續(xù)下降的梯度。半導(dǎo)體本體I和發(fā)光轉(zhuǎn)換層5附近的較小散射顆粒濃度具有對所發(fā)射輻射的較小后向散射這ー優(yōu)點，由此改善發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的效率。發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的在圖12中所示的實施例中，如圖6中所示實施例中那樣，具有折射率n2的功能層6在主輻射方向13上布置在具有折射率Ii1的發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之后，其中n2 ^ n”不同于圖6中所不的實施例，功能層6在背向發(fā)光轉(zhuǎn)換層5的表面處配備有表面結(jié)構(gòu)化部7。通過表面結(jié)構(gòu)化部7，尤其是可以進ー步減小發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的輻射輸出耦合面處的反射損耗。表面結(jié)構(gòu)化部7尤其是可以利用刻蝕エ藝來生成。在這種情況下，功能層6有利地由如下材料制成該材料在所使用刻蝕方法中比發(fā)光轉(zhuǎn)化層5具有更高的刻蝕率(Atzrate)0發(fā)光轉(zhuǎn)換層5有利地相對于刻蝕方法為基本穩(wěn)定的。表面結(jié)構(gòu)化部7可以是非周期性結(jié)構(gòu)或者是周期性結(jié)構(gòu)。在周期性結(jié)構(gòu)的情況下，表面結(jié)構(gòu)化部可以構(gòu)成光子晶體，例如結(jié)合圖2和3所闡述的那樣。功能層6可以具有散射顆粒15，以便減小色點的角度依賴性和/或使發(fā)光轉(zhuǎn)化層5在發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件處于關(guān)閉狀態(tài)時從外部看顯現(xiàn)為白色。此外，表面結(jié)構(gòu)化部7也可以具有光散射特性，使得必要時也可以放棄散射顆粒15。發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件的在圖13中所示的實施例如圖12所示的半導(dǎo)體器件那樣具有擁有表面結(jié)構(gòu)化部7的功能層6b，所述功能層6b在主輻射方向13上布置在發(fā)光轉(zhuǎn)化層5之后。與圖12中所示的實施例之間的區(qū)別在于，附加地從主輻射方向13上看在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之下布置功能層的另一部分層6a。布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之下的第二部分層6a如圖9和10中所示的實施例那樣基本上用于減小輻射從半導(dǎo)體本體I轉(zhuǎn)移到發(fā)光轉(zhuǎn)化層5中時的反射損耗。功能層的布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之下的部分層6a為此優(yōu)選地具有處于半導(dǎo)體本體I和發(fā)光轉(zhuǎn)化層5的折射率之間的折射率。功能層6的布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之下的第一部分層6a以及布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層5之上的第二部分層6b可以分別具有散射顆粒。在這種情況下有利的是，第一部分層6a比第二部分層6b具有更小的散射顆粒15濃度。尤其可能的是，僅僅功能層的第二部分層6a具有散射顆粒15。通過這種方式有利地實現(xiàn)輻射在布置在發(fā)光轉(zhuǎn)換層6之下的第一部分層6b中的后向散射為小的。 本發(fā)明不受根據(jù)實施例的描述限制。更確切而言，本發(fā)明包括每個新的特征以及特征的每個組合、尤其是包括權(quán)利要求書中的每個特征組合，即使該特征或組合本身未明確在權(quán)利要求中或?qū)嵤├忻鞔_說明。
權(quán)利要求
1.ー種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，具有 一半導(dǎo)體本體(1)，其具有活性層(3)，所述活性層(3)在運行中在主輻射方向(13)上發(fā)射第一波長ん的電磁輻射， ー發(fā)光轉(zhuǎn)換層(5)，其將所發(fā)射輻射的至少一部分轉(zhuǎn)換成第二波長X2的輻射，第二波長、2大于第一波長、1 以及 一功能層(6)，其用于改善所發(fā)射輻射的輻射耦合輸出、顔色混合和/或角度依賴性，其中功能層(6)在主輻射方向(13)上跟隨在活性層(3)之后并且包含玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或藍寶石。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中功能層(6)在主輻射方向(13)上跟隨在發(fā)光轉(zhuǎn)換層(5)之后。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換層(5)具有折射率Ii1并且功能層(6)具有折射率n2，其中有n2 ^ H1成立。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換層(5)具有折射率Ii1并且功能層(6)具有折射率n2，其中有An= | H2-H1 |彡0. 3成立。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換層(5)具有陶瓷。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中功能層(6)具有氧化鋁、氮氧化鋁、鎂鋁尖晶石、ニ氧化硅、氮氧化硅、石英玻璃、非晶氧化鍺(GeO2)、鈉鈣玻璃、硅酸鹽玻璃、硼硅酸鹽玻璃、或者旋涂玻璃。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中在功能層(6)與發(fā)光轉(zhuǎn)換層(5)之間不布置連接層。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中功能層(6)具有表面結(jié)構(gòu)化部(7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中表面結(jié)構(gòu)化部(7)具有IOOnm至IOiim之間的深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中表面結(jié)構(gòu)化部(7)具有周期性結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中所述周期性結(jié)構(gòu)具有周期d并且功能層(6)具有折射率n2，其中有下式成立n /入 2 < G < n2 2ji /入 2 , 其中在ー維周期性結(jié)構(gòu)的情況下G = 2^1/d，并且在ニ維、尤其是六邊形周期性結(jié)構(gòu)的情況下G=4n/V3d。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中功能層(6)具有孔隙或散射顆粒(15)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中發(fā)光轉(zhuǎn)換層(5)既不具有孔隙也不具有散射顆粒。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中功能層(6)具有至少兩個部分層(6a，6b)，其中部分層(6a，6b)中的散射顆粒(15)的濃度在主輻射方向(13)上從部分層到部分層地減小。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，其中功能層(6)具有至少兩個部分層(6a，6b)，其中部分層(6a，6b)中的折射率在主輻射方向(13)上從部分層到部分層地減小。
全文摘要
說明了一種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體器件，具有半導(dǎo)體本體(1)，該半導(dǎo)體本體(1)具有活性層(3)，所述活性層(3)在運行中在主輻射方向(13)上發(fā)射第一波長λ1的電磁輻射；以及具有發(fā)光轉(zhuǎn)換層(5)，其將所發(fā)射輻射的至少一部分轉(zhuǎn)換成第二波長λ2的輻射，第二波長λ2大于第一波長λ1。在主輻射方向(13)上跟隨活性層(3)之后的是功能層(6)，該功能層(6)用于改善所發(fā)射輻射的輻射耦合輸出、顏色混合和/或角度依賴性，其中功能層(6)包含玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或藍寶石。
文檔編號H01L33/50GK102656713SQ201080058843
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者貝格內(nèi)克 K., 阿爾斯泰特 M., 利波爾德 U. 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司