專利名稱：光電半導體芯片及其制造的方法
技術領域：
本發明涉及一種光電半導體芯片，其具有半導體層堆疊和轉換層，以及涉及一種制造光電半導體芯片的方法。
背景技術：
根據現有技術已知了帶有布置在其上的轉換層的半導體芯片，其中在傳統半導體芯片中通常轉換層與半導體層堆疊的層相比具有更低的折射率。例如，傳統上已知的轉換層由基質材料(例如硅樹脂(Silikon)或樹脂(Harz))和布置在其上的轉換元件組成。轉換層例如作為獨立的層施加到半導體芯片上或作為體積填料圍繞半導體芯片布置。可替選地，已知了，陶瓷磷板借助例如硅樹脂粘合劑粘合到半導體芯片上。然而,這種轉換層由于散射和轉換過的光而不利地提高損耗,該散射和轉換過的光被殼體或半導體芯片本身不完全地反射。此外，通過樹脂或硅樹脂之類的材料將轉換層熱連結到半導體芯片上并非最優的，使得會出現額外的效率損失。此外，效率損失由于老化效應(譬如基質材料的龜裂形式)而出現。
發明內容
本申請的任務是提出了一種半導體芯片，其中該轉換層在光學上和在熱學上改進地耦合到半導體芯片上并且該半導體芯片同時具有輻射耦合輸出的效率提升。此外，本申請的任務是說明一種用于這種半導體芯片的制造方法。該任務尤其通過具有權利要求1的特征的半導體芯片和具有權利要求13的特征的用于制造這種半導體芯片的方法來解決。半導體芯片及其制造的方法的有利改進方案是從屬權利要求的主題。在一種改進方案中，光電半導體芯片具有半導體層堆疊，該層堆疊具有設置用于產生輻射的有源層和輻射出射側。此外，該半導體芯片具有轉換層，該轉換層布置在半導體層堆疊的輻射出側上并且適于將由有源層發射的輻射中的至少一部分轉換成另一波長的輻射。該半導體層堆疊的輻射出射側具有第一納米結構化部。該轉換層布置在該第一納米結構化部中。光電半導體芯片尤其是如下半導體芯片，其能夠實現將電子產生的數據或能量轉換成光發射或相反。例如，該光電半導體芯片是發射輻射的半導體芯片。納米結構化部尤其是是三維的結構，即空間構建的結構。例如,納米結構化部通過在層或層序列中的溝槽或凹進部形成。納米結構化部尤其不能理解為輻射出射側的單純粗糙化。在本申請的意義下的納米結構化部因此必須與平坦的面相比于該面的單純粗糙化具有更大的空間差異。轉換層在此布置在第一納米結構化部中。這暗示著:該轉換層直接布置在該輻射出射側之后，使得由有源層產生的所發射的輻射在從半導體芯片出射時穿過轉換層或在轉換層中轉換成另一波長的輻射。
該半導體層堆疊的輻射出射側于是具有空間結構，其中以轉換層至少局部地填充由于納米結構化部而構建的凹進部、加深部或溝槽。優選地，完全以轉換層的材料填充第一納米結構化部的加深部、凹進部或溝槽。由于半導體層堆疊的第一納米結構化部，在轉換層與半導體層堆疊之間產生了大面積的接觸面。由此有利地能夠實現在轉換層與半導體層堆疊之間的大相互作用面，由此產生了轉換層在光學和熱學上改進地耦合到半導體層堆疊上。轉換層于是大面積地與半導體層堆疊尤其是輻射出射側直接接觸。由于該大的表面接觸可以有利地提高轉換效率。在此，同時可以實現改善轉換的可控制性。這種半導體芯片有利地降低了在轉換方面的散射損耗、關于由有源層發射的輻射的入射角度的更好顏色均勻性、轉換層至半導體層堆疊的良好熱連結以及能夠實現完全轉換的可能性。完全轉換尤其可以理解為如下輻射轉換，在輻射轉換時幾乎所有由有源層發射的輻射在轉換層中都被轉換成另一波長的輻射。此外，具有集成轉換層的這種半導體芯片使得沒有體積填料或包裝地構建的器件工作而進行轉換。這種半導體芯片因此可以直接焊接到例如印刷電路板上。這導致成本的降低，同時輻射效率最佳。轉換層熱學和光學地耦合到半導體層堆疊上尤其對于需要高發光密度(譬如投影應用、大燈和聚光燈)的應用而言是有利的。半導體層堆疊尤其有源層包含至少一種III/V族半導體材料，例如由材料系InxGayAlh_yP、InxGayAlnyN或InxGayAlnyAs構成的材料，其中分別有O彡x，y彡I并且x+y ( I。III/V族半導體材料適于產生紫外(InxGayAU)光譜范圍、在可見(InxGayAU(尤其針對藍色至綠色輻射)或InxGayAl1^P (尤其針對黃色至紅色輻射))光譜范圍直至紅外(InxGayAlmAs)光譜范圍的輻射。轉換層例如是具有基質材料和嵌入基質材料中的轉換元件的層，該轉換元件適于將由有源層發射的輻射中的至少一部分轉換成另一波長的輻射。合適的轉換層對于本領域技術人員而言是已知的 并且因此在此并未進一步討論。基質材料例如具有硅樹脂或樹脂。轉換元件優選均勻地引入基質材料中，使得能夠實現關于耦合輸出角度的均勻輻射耦合輸出并且能夠實現均勻的輻射轉換。在一種改進方案中，第一納米結構化部構建為多個納米棒。尤其是棒狀或柱狀結構稱作納米棒，該棒狀或柱狀結構具有相比于橫向伸展更大的高度。對于本領域技術人員而言已知了例如在術語“納米桿”或“納米線”之下的所謂納米棒。在此，納米棒可以具有圓形、橢圓形或多邊形的橫截面。納米棒在此優選具有均勻的加深部。在各個納米棒之間在此布置有中間區域，尤其是間距，中間區域優選分別等大地構建。納米棒尤其是構建在半導體層堆疊中，使得納米棒包括半導體層堆疊的材料。在半導體芯片的俯視圖中納米棒的矩陣狀布置是有利的。在一種改進方案中，轉換層填充納米結構化部，使得構建平整的面。在此情況下，轉換層完全填充半導體層堆疊的第一納米結構化部的加深部、中間空間、凹進部或溝槽，使得半導體層堆疊與轉換層組合平整地構建。尤其是，轉換層的與半導體層堆疊背離的側和半導體層堆疊的輻射出射側無縫地融合。在一種改進方案中，轉換層構建為第二納米結構化部，該第二納米結構化部包括多個納米棒。第一納米結構化部的納米棒和第二納米結構化部的納米棒在此優選在橫向方向上并排地布置。第二納米結構化部的納米棒在此布置在第一結構化部的納米棒的中間空間中。在第二納米結構化部與第二納米結構化部之間優選未布置間距，使得它們彼此緊緊鄰接。在一種改進方案中，第一納米結構化部和第二納米結構化部相對彼此布置為使得它們嵌接。如果第一納米結構化部和第二納米結構化部因此構建為納米棒，則第一納米結構化部的納米棒和第二納米結構化部的棒相對彼此錯開，使得第一納米結構化部的納米棒布置在第二納米結構化部的納米棒的中間空間中，反之亦然。在一種改進方案中，第一納米結構化部和第二納米結構化部相對彼此梳狀地構建。尤其是，第一納米結構化部和第二納米結構化部梳妝地嵌接。在一種改進方案中，第一納米結構化部和第二納米結構化部彼此鄰接，使得在橫向方向上構建具有多個第一層和多個第二層的層序列。在橫向方向上尤其表示與半導體芯片的主發射方向垂直。尤其是，半導體芯片優選是表面發射的半導體芯片，該半導體芯片的主發射方向垂直于半導體層堆疊的層的橫向伸展。也就是說，在橫向方向上在此表示與半導體層堆疊的層的伸展平面垂直。在橫向方向上在此尤其表示與半導體層堆疊的層的生長方向垂直。在一種改進方案中，轉化層附加地布置在第一納米結構化部上。在此情況下，轉換層因此不僅布置在第一納米結構化部的加深部、凹進部或溝槽中并將它們完全填充，而且伸出第一納米結構化部的加深部。在此情況下，轉換層例如可以劃分成兩個不同的區域。在第一區域中結構化地構建有轉換層，優選構建為納米棒。而在第二區域中轉換層整面地施加到半導體層堆疊上。在第二區域中的結構化部因此并不存在。在一種改進方案中，第一納米結構化部和/或第二納米結構化部分別具有在IOOnm (包括本數)與Ιμπι (包括本數)之間的范圍中的高度。第一納米結構化部和第二納米結構化部的納米棒優選近似相同。特別優選地，第一納米結構化部的高度對應于第二納米結構化部的高度，使得能夠實現在轉換層與半導體層堆疊之間的無縫融合。納米棒在此具有在由有源層發射的輻射進入轉換層的侵入深度的量級中的高度。尤其是，光波侵入其他尤其是低折射的材料中的長度理解為侵入深度，盡管光束實際被全反射。侵入深度在此與輻射至轉換層與半導體層堆疊之間的界面上的入射角度有關。在一種改進方案中，半導體層堆疊的有源層至少部分構建在第一納米結構化部的區域中。可替選地，有源層可以構建在半導體層堆疊的沒有第一納米結構化部的區域中。在有源層布置在第一納米結構化部的區域中的情況下，例如有源層沿著各個納米結構構建。因此，如果第一納米結構化部由多個納米棒和加深部組成，則有源層例如分別沿著加深部的側面和底面構建并且分別一體式地包圍加深部。例如，有源層包覆納米棒。在此，在第一納米結構化部的加深部與有源層之間附加地布置有半導體層堆疊的材料。換言之，有源層可以通過如下各個區域形成，所述區域近似具有半圓柱體或半截頂錐體的外殼面形狀，尤其是垂直于圓柱體或截頂錐體的縱軸線一分為二。可能的是，有源層在橫截面上看類似于矩形鋸齒圖案地形成。同樣，在此情況下可能的是，有源層并不通過單個獨立區域而是通過連貫的層形成。在一種改進方案中，轉換層和半導體層堆疊以光學方式和熱學方式彼此進行耦合。這種耦合例如通過半導體層堆疊和轉換層的材料選擇來實現。光學耦合例如通過材料的類似的或相折射率來實現。例如，轉換層的材料半導體層堆疊的材料的折射率為大約
2.4。在一種改進方案中，半導體芯片是薄膜芯片。在本申請的范圍中，如下半導體芯片視為薄膜芯片，在該半導體芯片的制造過程中其上外延地生長半導體層堆疊的生長襯底優選被完全去除。薄膜芯片在此例如可以具有用于以機械方式使半導體層堆疊的半導體層穩定的支承體襯底。在一種改進方案中，半導體芯片是發射輻射的半導體芯片，尤其是LED、優選為薄膜 LED。在一種改進方案中，轉換層包括高折射性材料。這尤其理解為:轉換層的材料具有的折射率大于半導體層堆疊材料的折射率。例如，轉換層的折射率在半導體層堆疊基于GaN的情況下高于大約2.4。第二納米結構化部在此可以構建為垂直層序列、在高折射性材料中嵌入的轉換顆粒或嵌入的高折射性轉換顆粒。在GaN半導體芯片的情況下，例如TiO2用作可能的高折射性材料，TiO2具有大約2.9的折射率。通過合適地選擇轉換層的材料的體積比這樣例如可以在轉換顆粒的折射率為1.8的情況下實現了接近2.4的轉換層的中等折射率。在具有帶有高折射性材料的結構化過的轉換層并且同時優選在該區域中比有源層發射的輻射波長更小的結構大小的半導體芯片中，有源層發射的光進入轉換層中的侵入深度得以改善。用于制造光電半導體芯片的方法具有如下步驟:
-提供生長襯底，
-將半導體層堆疊生長到生長襯底上，該生長襯底包括有緣層和輻射出射側，
-在輻射出射側上構建第一納米結構化部，以及 -將轉換層引入第一納米結構化部中。與光電半導體芯片結合所述的特征也適用于該方法，反之亦然。在該方法中，轉換層因此在外延生長半導體層堆疊之后才施加。這能夠實現更好的轉換可控制性。通過將轉換層引入半導體層堆疊的納米結構化部中，在轉換層與半導體層堆疊之間形成增大的界面，使得能夠實現轉換層與半導體層堆疊更大的相互作用面。第一納米結構化部尤其是構建為加深部、溝槽、凹進部等，在其中引入轉換層。在此，轉換層可以引入半導體材料的第一納米結構化部中，使得第一納米結構化部的凹進部、加深部等的高度等于轉換層的高度。在此情況下，轉換層完全填充第一納米結構化部的加深部，但并不伸出該加深部。可替選地，轉換層可以附加地布置在半導體層堆疊的納米結構化部上，使得轉換層伸出半導體層堆疊的納米結構化部。在半導體層堆疊的第一納米結構化部之上在此情況下整面地施加轉換層。在將轉換層施加到半導體層堆疊上之后，可以將生長襯底與半導體層堆疊分離或完全移除。半導體層堆疊的其上曾布置有生長襯底的側尤其是半導體芯片的與輻射出射側對置的側。在一種改進方案中，半導體層堆疊的生長和第一納米結構化部的構建包括如下步驟:
-將半導體層堆疊的第一層整面地生長到生長襯底上，以及 -借助掩膜層生長半導體層堆疊的結構化過的第二層。半導體層堆疊的第一納米結構化部于是可以通過兩種不同的方法來制造。一方面，半導體層堆疊可以整面地生長在生長襯底上并且接著結構化。可替選地，半導體層堆疊的未被結構化的部分可以整面地生長并且接著半導體層堆疊的被結構化的區域借助例如掩膜層直接結構化地生長，使得不需要事后的結構化。在一種改進方案中，轉換層的轉換元件被弓丨入到第一納米結構化部中并且接著將轉換層的基質材料添加到第一納米結構化部中。因此首先將轉換元件例如轉換顆粒引入到第一納米結構化部的加深部中，其中接著轉換顆粒被用轉換層的基質材料圍繞澆注。可替選地，轉換層借助例如激光束蒸發方法來施加。在該情況下，基質材料和其中所包含的轉換元件一起被施加到第一納米結構化部的加深部中和第一納米結構化部上。這種方法對于本領域技術人員公知為術語PLD方法(PLD:脈沖式激光沉積(pulsed laserdeposition))而已知。在該方法的一種改進方案中，第一納米結構化部的大小構建為使得該大小在由有源層發射的輻射進入轉換層中的侵入深度的范圍中。由此，可以使轉換效率在盡可能大的表面上優化。
本發明的其他優點和有利的改進方案從如下結合圖1至6所描述的實施例中得至IJ。其中:
圖1A至ID分別示出了在根據本發明的制造方法中的半導體芯片的示意性橫截面，
圖2A至2C分別示出了在根據本方法的制造方法中的半導體芯片的另一實施例的示意性橫截面，
圖3A至3D分別示出了在根據本發明的制造方法中的半導體芯片的另一實施例的示意性橫截面，
圖4A、5A分別示出了根據本發明的半導體芯片的另一實施例的示意性橫截面，
圖4B、5B、6A至6C分別示出了根據本發明的半導體芯片的實施例的示意性俯視圖，
圖7A示出了現有技術的半導體芯片的示意性橫截面，以及
圖7B、8A至SE分別示出了根據本發明的半導體芯片的另一實施例的示意性橫截面。
具體實施例方式在這些圖中，相同的或作用相同的組成部分分別設置有相同的附圖標記。所示的組成部分及其彼此間的大小關系原則上不能視為合乎比例的。更確切地說，各組成部分譬如層、結構、部件和區域為了更好的可示性和/或為了更好的理解而在維度上夸厚地或夸大地示出。在圖1A至ID中示出了半導體芯片10，該半導體芯片10處于制造方法的不同階段中。在圖1A中示出了半導體層堆疊2，該半導體層堆疊2生長到生長襯底I上。在該生長襯底I上布置有半導體層堆疊2。該半導體層堆疊2具有輻射出射側21，該輻射出射側21與生長襯底I對置地布置。此外，半導體層堆疊2具有有源層2a，該有源層2a適于在半導體芯片工作中產生電磁輻射。在有源層2a中產生的電磁輻射優選大部分經由輻射出射側21從半導體芯片出射。半導體層堆疊的層(其布置在有源層2a與生長襯底I之間)優選P摻雜。例如，層包括p-GaN。半導體層堆疊2的布置在有源層2a的與生長襯底I對置的側上的層優選η摻雜，例如n-GaN。在接下來的方法步驟中如在圖1B中所示，半導體層堆疊從η側被結構化。尤其是，從輻射出射側21朝著有源層2a在半導體層堆疊中構建加深部6。這樣，形成了第一納米結構化部4,第一納米結構化部4包括多個納米棒。納米棒4彼此通過加深部6分離。優選地，納米棒4基本上具有相同高度。在半導體層堆疊2的η側中的加深部6優選并不延伸穿過有源層2a。半導體層堆疊2因此由兩個區域2b、2c組成。第一區域2b包括整面布置的半導體層，半導體層包括有源層2，其中有源層2整面地構建。第二區域2c包括多個半導體層，所述多個半導體層具有納米結構化部，即被結構化地構建。在第二區域2c中于是構建層序列，該層序列包括納米棒4和加深部6，其中每個加深部與一納米棒4鄰接，使得納米棒4和加深部6交替。該層序列在此在橫向方向R1上布置。在橫向方向R1上在此尤其意味著沿著生長襯底的伸展并且因此也沿著半導體層堆疊的半導體層的伸展。該層序列因此垂直于半導體層序列的主發射方向布置或垂直于半導體層序列的層至生長襯底上的生長方向地布置。第一納米結構化部的納米棒4在此在其大小方面適配使得大小在由有源層發射的輻射的波長的范圍中或大于該波長。加深部6同樣具有該大小量級。例如，納米棒是直徑在IOnm到200nm的范圍中的圓形或多邊形的柱。加深部在此具有幾十納米到200納米的直徑。這些結構即納米棒和加深部的高度在幾百納米到幾微米的范圍中。第一納米結構化部例如可以通過如下方式來制造，半導體層堆疊的半導體層在區域2d中整面地生長并且接著被結構化，例如借助激光結構化方法。這樣，加深部6可以在原始整面構建的半導體層中制造。可替選地，第一納米結構化部的制造可以包括:首先在第一區域2b中整面地將層生長到生長襯底上并且緊接著在區域2c中生長被結構化的層。結構化的生長例如可以借助掩膜層來實現。為了電接觸，η接觸部整面地布置在半導體層堆疊的η側(未示出)上。ρ接觸部在此可以借助納米棒的合適重塑例如借助所謂的芯層/殼層來實現，其對于本領域技術人員而言是已知的并且因此在此不再予以詳細闡述。由于由芯層/殼層，即使在P接觸的情況下也存在大的面可用。尤其是在將半導體曾堆疊的η摻雜和P摻雜調換的情況下得到在電流擴展方面優化過的結構。如在圖1C中所示，隨后將轉換元件3b引入加深部6中。轉換元件例如是轉換顆粒，轉換顆粒適于將由有源層2a發射的輻射中的至少一部分轉換成另一波長的輻射。轉換元件3b在此單獨地引入。這意味著:轉換元件3b并不被基質材料包圍或嵌入在基質材料中。因為加深部6在本實施例中并不伸至有源層2a，所以在加深部6中的轉換元件3b —僅此并未直至接近有源層2a地布置。在轉換元件3b與有源層2a之間因此布置有半導體層堆疊2的材料。在后續的制造步驟中，如在圖1D中所不，接著基質材料3c被引入加深部3c中。該基質材料3c優選高折射性，例如A1203、Ti02。優選基質材料3c包括折射率大于1.5的耐輻射的并且耐熱的透明材料。基質材料3c在此被引入半導體層堆疊2的加深部6中，使得基質材料完全填充加深部6。由此，基質材料3c將半導體層堆疊2的輻射出射側21平整地封閉，尤其是這樣可以產生輻射出射面的平整面。基質材料3c尤其并不布置在半導體層堆疊2的輻射出射側21上。轉換元件3b和基質材料3c —起組成轉換層3。在半導體層堆疊2的第一納米結構化部4的區域中因此布置包括轉換層3的區域和僅包括半導體層堆疊的材料的區域，在此情況下即納米棒4。由于轉換層3僅侵入半導體層堆疊2的第一納米結構化部4的加深部6中，所以產生轉換層3。第二納米結構化部5在此包括多個納米棒。在此，第一納米結構化部4和第二納米結構化部5散布彼此間。尤其是，第一納米結構化部4和第二納米結構化部5梳狀地構建。在半導體層堆疊2的第二區域中因此構建有帶有彼此緊緊鄰接的第一納米結構化部4和第二納米結構化部5的垂直層序列。該層序列尤其具有第一納米結構化部的多個第一層和第二納米結構化部的多個第二層4a，它們在橫向方向R1上構建。第一納米結構化部4和第二納米結構化部5分別優選具有相同高度，尤其是在IOOnm (包括本數)與Iym (包括本數)之間的范圍中。由于第一納米結構化部4在轉換層3與半導體層堆疊2之間產生了盡可能大的接觸面。這樣，可以實現在轉換層3與半導體層堆疊2之間盡可能大的相互作用面。由此能夠實現了，轉換層3和半導體層堆疊2在光學上和在熱學上最佳地耦合。這尤其也能夠實現轉換率的改善的可控性，因為轉換層3在半導體層堆疊2的制造過程之后才被施加。轉換層3的折射率在此優選與半導體層堆疊的材料的折射率適配。這意味著，這些材料的折射率盡可能相似或相同。例如，這兩種材料的折射率為2.4。在圖2A至2C的實施例中，示出了根據本發明的半導體芯片的可替選的制造方法。圖2A在此基本上對應于圖1A、圖2B基本上對應于圖1B。而在圖2C的實施例中同時實施圖1C和ID的方法步驟。尤其是，轉換層3在一個方法步驟中被引入第一納米結構化部中。這意味著:轉換層3的基質材料和轉換元件已在施加到半導體層堆疊2上之前被混合并且一起施加到半導體層堆疊2上。這樣的施加例如可以借助轉換層的直接沉積例如經由脈沖式激光沉積(PLD)來實現。轉換層3在圖2C的實施例中在納米結構化部4的區域中尤其被引入半導體層堆疊2的加深部中。此外，轉換層附加地布置在半導體層堆疊2的輻射出射側21上。轉換層因此可以劃分成兩個區域。在第一區域中，轉換層構建為第二納米結構化部并且因此僅布置在第一納米結構化部的納米棒4之間的中間空間中。在第二區域中，轉換層3整面地施加到半導體層堆疊2上。在該區域中，轉換層3因此正面地施加到半導體層堆疊2的納米棒4和轉換層3的納米棒5上。另外，圖2C的實施例與圖1D的實施例相一致。在圖3A至3D中，示出了用于制造根據本發明的半導體芯片10的另一實施例。如在圖3A中所示，半導體層堆疊2b的層正面地外延生長到生長襯底上。這些層構建半導體層堆疊的第一區域2b。尤其，該區域2b并不具有半導體層堆疊的有源層。接著，如在圖3B中所示，半導體層堆疊的第二區域2c施加到整面施加的區域2b上并且結構化。在產生納米結構化部尤其是構建加深部6使得形成納米棒4之后，生長有源層2c，該有源層2c例如包含InGaN多量子阱(MQW)，其遮蓋加深部6的所有側面和底面。接著將P摻雜的層或P摻雜的數個層沉積到有源層上，使得有源層2a完全被該層的材料覆
至JHL ο為了改進半導體層堆疊的P層中的電流擴展，接著可選地可以將透明的氧化物例如ITO或ZNO施加到側面上(未示出)。有源層2a因此處于第二區域中而并不僅僅沿著生長襯底I布置，而是也在主發射方向上沿加深部6的側面延伸。接著，如圖3C中所示，將轉換元件3b引入第一納米結構化部的中間空間中。該方法步驟基本上對應于圖1C中的實施例的方法步驟。接著，如圖3D中所示，基質材料3C被引入第一納米結構化部的加深部中。該方法步驟尤其基本上對應于圖1D的實施例的方法步驟。為了電接觸半導體芯片10可以從上面即從輻射出射側21進行ρ接觸和η接觸(未示出)。在圖4Α中示出了根據本發明的半導體芯片的實施例的橫截面。在例如包含銀的鏡層上布置有半導體層堆疊2b的第一區域和半導體層堆疊2c的第二區域。在第二區域2c中構建第一納米結構化部4。第一納米結構化部4的中間空間以轉換層3填充。在半導體芯片的輻射出射側之后可以布置遮蓋層8，例如硅樹脂層。另外，圖4A的實施例與圖1D的實施例相一致。在圖4B中示出了這樣構造的半導體芯片的俯視圖。第一納米結構化部的納米棒4矩陣狀地布置。在納米棒4之間的中間空間以轉換層3填充，使得構建平整的面。納米棒4在本實施例中不含轉換層3的材料。納米棒4的最優尺寸設置為使得該尺寸在由有源層發射的輻射的范圍中或大于該輻射。在侵入深度的范圍中，第一納米結構化部尤其是納米棒4混雜有轉換層3。這樣可以實現轉換層對半導體層堆疊的最佳熱學和光學耦合。此夕卜，這樣實現了轉換率的改善的可控性。而在圖5A中，相對于圖4A的實施例，第一納米結構化部4和第二納米結構化部5在其大小量級上不同地構建。第一納米結構化部4和第二納米結構化部5尤其具有比圖4A的實施例中更大的橫截面。另外，圖5A的實施例與圖4A的實施例相一致。在圖5B中示出了根據圖5A的實施例的半導體芯片。第一納米結構化部的納米棒4在此彼此間具有更大的間距。因此，轉換層3填充了在納米棒4之間更大的空間。總之，因此更多的轉換層材料3布置在半導體層堆疊上。另外，圖5的實施例與圖4B的實施例相一致。
在圖6A至6C中從上側示出了半導體芯片的每個擴展方案的其他實施例。在圖6A的實施例中與圖5B的實施例相比，第一納米結構化部的納米棒4的直徑更大地構建。由此，半導體芯片的其上布置有轉換層3的面縮小。在圖6B的實施例中，與圖5B的實施例相比，納米棒4矩形地而非圓形地實施。保持納米棒4的矩陣狀的布置。另外，圖6B的實施例與圖5B的實施例相一致。在圖6C的實施例中，納米棒4的直徑與圖6B的實施例相比增大。這樣，類似于圖6A的實施例，半導體層堆疊的其上布置有轉換層3的面縮小。根據所期望的轉換率，可以設置納米棒4的尺寸并且由此視條件而定地用轉換層材料4遮蓋的半導體層堆疊的面。在圖7A中示出了現有技術的包括用于產生輻射的有源層的半導體層10的實施例，其中在半導體層堆疊2上施加有轉換層3。半導體層堆疊2和轉換層3在此都不具有納米結構化部，即平面層地構建。在圖7A中將由有源層發射的輻射的可能的光路S1、S2、S3作為箭頭示出。在這種構建的半導體芯片中由于在半導體層堆疊與轉換層之間的界面上的全反射而可以使大部分光并不侵入轉換層中或從半導體芯片I禹合輸出，如借助光路S2和S3中示出。在結構尺寸在有源層所發射的輻射波長的范圍中或者小于該輻射波長的情況下，這種效應也會出現在被結構化的轉換層中(未示出)，因為這樣并不能解決光波的結構化并且因此出現結構化的層如中等折射率的層(對于本領域技術人員而言也以術語超常介質而已知)。在圖7B中示出了根據本發明的包括用于產生輻射的有源層的半導體芯片的實施例。在圖7B中同樣借助箭頭示出了由有源層發射的輻射的可能的光路S1、S2、S3。半導體芯片10具有半導體層堆疊2，該半導體層堆疊2例如根據圖2D的實施例構建。在半導體層堆疊上布置有轉換層3，該轉換層3作為結構化部具有橫向層序列。尤其，轉換層的包括高折射性材料譬如TiO2的區域(其不含轉換顆粒)和轉換層的包括轉換顆粒的區域(其并不一定包括高折射性材料)在橫向方向上交替。如借助光路S1、S2、S3示出，由有源層發射的輻射的較大部分可以侵入轉換層中。尤其，借助局部使用轉換層的具有較高折射率的材料設置轉換層的中等折射率，使得該折射率大致對應于半導體材料的折射率，以致輻射在很大程度上可以不受妨礙地侵入轉換層中。圖8A的實施例與圖1D的實施例不同在于，轉換層的與半導體層堆疊背離的側具有其他結構化部尤其是粗化部。由此，在轉換層與周圍環境的界面上全反射的輻射部分可以減小，使得有利地進一步提高了輻射耦合輸出效率。這尤其通過圖8A中所示的光路S1、S2、S3來表示。圖8B的實施例與圖7B的實施例不同在于，轉換層的與半導體層堆疊背離的側具有其他結構化部尤其粗化部。由此可以進一步減小在轉換層與周圍環境的界面上全反射的輻射部分，使得有利地進一步提高輻射耦合輸出效率。圖8C的實施例與圖8B的實施例不同在于，轉換層代替橫向的層序列包括垂直層序列。尤其是，具有高折射性材料的層和具有轉換顆粒的層交替地相疊布置或堆疊。圖8D的實施例與圖7B的實施例不同在于，轉換層3作為結構化部具有在高折射性材料中嵌入的轉換顆粒。圖8E的實施例的轉換層3作為結構化部具有在不一定高折射性材料中嵌入的高折射性顆粒。本發明并不由于借助實施例的描述而限于這些實施例。更確切地說，本發明包括任意新特征以及特征的任意組合，尤其是包含權利要求中的特征的任意組合，即使這些特征或者這些組合本身未明確地在權利要求或實施例中予以說明。本專利申請要求德國專利申請10 2010 051 286.9的優先權，其公開內容就此通
過引用結合于此。
權利要求
1.一種光電半導體芯片(10),其具有: -半導體層堆疊(2)，其具有設置用于產生輻射的有源層(2a)和輻射出射側(21)，以及 -轉換層(3)，其布置在半導體層堆疊(2)的輻射出射側(21)上，其中 -轉換層(3)適于將由有源層(2a)發射的輻射中的至少一部分轉換成另一波長的輻射， -半導體層序列(2)的輻射出射側(21)具有第一納米結構化部(4)，以及 -轉換層(3)布置在第一納米結構化部(4)中。
2.根據權利要求1所述的半導體芯片,其中 半導體層堆疊(2)的有源層(2a)構建在第一納米結構化部(4)的區域中， 其中第一納米結構化部(4)由多個納米棒和加深部組成并且有源層(2a)沿著第一納米結構化部(4)構建，使得有源層(2a)分別沿著加深部的側面和底面構建并且分別一體式地包圍所述加深部。
3.根據上述權利要求之一所述的半導體芯片，其中第一納米結構化部(4)構建為多個納米棒。
4.根據上述權利要求之一所述的半導體芯片，其中轉換層(3)完全填充第一納米結構化部(4)使得構建平整的面。
5.根據上述權利要求之一所述的半導體芯片，其中轉換層構建為第二納米結構化部(5)，所述第二結構化部包括多個納米棒。
6.根據權利要求5所述的半導體芯片，其中第一納米結構化部(4)和第二納米結構化部(5)彼此布置為使得第一納米結構化部(4)和第二納米結構化部(5)彼此嵌接，和/或其中第一納米結構化部(4)和第二納米結構化部(5)梳狀地構建。
7.根據上述權利要求4至6之一所述的半導體芯片，其中第一納米結構化部(4)和第二納米結構化部(5)彼此緊緊鄰接，使得第一納米結構化部(4)和第二納米結構化部(5)在橫向方向(R1)上構建層序列，該層序列具有多個第一層(3a)和多個第二層(4a)。
8.根據上述權利要求之一所述的半導體芯片，其中轉換層(3)附加地布置在第一納米結構化部(4)上。
9.根據上述權利要求之一所述的半導體芯片，其中第一納米結構化部(4)和/或第二納米結構化部(5)分別具有在IOOnm與Iym之間的范圍中的高度，其中包括本數。
10.根據上述權利要求之一所述的半導體芯片，其中半導體層堆疊(2)的有源層(2a)部分地構建在第一納米結構化部(4)的區域中。
11.根據上述權利要求之一所述的半導體芯片，其中轉換層(3)和半導體層堆疊(2)以光學方式和熱學方式進行耦合。
12.根據上述權利要求之一所述的半導體芯片，其中半導體芯片(10)是薄膜芯片。
13.一種用于制造半導體芯片(10)的方法，具有如下方法步驟: -提供生長襯底(I)， -將半導體層堆疊(2)生長到生長襯底(I)上，該半導體層堆疊(2)包括有源層(2a)和輻射出射側(21)， -在輻射出射側(21)上構建第一納米結構化部(4)，以及-將轉換層(3)引入第一納米結構化部(4)。
14.根據權利要求13所述的方法，其中 生長半導體層堆疊(2)和構建第一納米結構化部(4)包括如下步驟: -將半導體層堆疊(2 )的第一層(2b )整面地生長到生長襯底(I)，以及 -借助掩膜層生長半導體層堆疊(2)的被結構化的第二層(2c)。
15.根據權利要求13或14所述的方法，其中施加轉換層(3)包括: -將轉換層(3b)引入第一納米結構化部(4)中并且接著將基質材料(3c)添加到第一納米結構化部(4)中，或 -借助激光束蒸發施加轉換層(3)`。
全文摘要
說明了一種光電半導體芯片(10)，其包括半導體層堆疊(2)和轉換層(3)。半導體層堆疊(2)具有用于產生輻射的有源層(2a)。轉換層(3)布置在半導體層堆疊(2)的輻射出射側(21)上，其中轉換層(3)適于將由有源層(2a)發射的輻射中的至少一部分轉換成另一波長的輻射。半導體層序列(2)的輻射出射側(21)具有第一納米結構化部，其中轉換層(3)布置在第一納米結構化部(4)中。此外，說明了一種制造這種半導體芯片(10)的方法。
文檔編號H01L33/20GK103190003SQ201180054262
公開日2013年7月3日 申請日期2011年11月2日 優先權日2010年11月12日
發明者M.扎巴蒂爾, A.林科夫, C.克爾佩爾, M.施特拉斯堡, N.馮馬爾姆 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司