光電子半導體芯片的制作方法
【專利說明】光電子半導體巧片
[0001] 相關申請的交叉參引
[0002] 本申請要求德國專利申請10 2013 100 291. 9的優先權,其公開內容通過參考并 入本文。
技術領域
[0003] 本申請設及一種光電子半導體巧片。光電子半導體巧片、例如發光二極管(LED) 通常具有禪合輸出元件,例如具有帶有轉換物質的囊封件。轉換物質將由led的有源層發 射的福射轉換成具有改變的、例如更長的波長的福射。在此,在有源層中形成激子,所述激 子在發射福射的條件下分解。然而,激子的一部分在不發射光、即無福射的情況下分解。通 過激子在有源層中無福射的分解過程,出現高的能量損失。因此,無福射地分解的激子不用 于發光。此外,在常規的L邸中,由于由有源層發射的福射在轉換器表面上的反射和由于發 射的福射通過轉換物質和后續的光子生成引起的吸收而造成損失。
【發明內容】
[0004] 本發明的至少一個實施方式的目的是;提供一種光電子半導體巧片,其中最小化 或者近似完全防止通過激子的無福射的分解過程引起的損失,進而顯著地提高光電子半導 體巧片的光產量。
[0005] 所述目的通過具有權利要求1的特征的光電子半導體巧片來實現。
[0006] 本發明的有利的實施方案W及改進方案在從屬權利要求中提出。
[0007] 提出一種光電子半導體巧片。該光電子半導體巧片包括;多個有源元件,所述有源 元件彼此間隔開地設置;和載體,所述載體橫向于有源元件設置。有源元件分別具有垂直于 載體伸展的主軸線。主軸線彼此平行地定向。有源元件具有側表面,其中至少一種轉換材 料在側表面上包圍多個有源元件。轉換材料包括轉換物質或者包括轉換物質和基體材料。 有源元件分別具有中央的巧區域,所述巧區域被至少兩層地包覆。有源層包覆巧區域并且 覆蓋層包覆有源層。巧區域由第一半導體材料形成并且有源層包括發光材料。覆蓋層由第 二半導體材料形成,并且具有0. 1皿和100皿之間的層厚度。
[000引有源元件的主軸線彼此平行地定向表示;有源元件的主軸線在制造公差的范圍內 彼此平行地定向。主軸線示出0至20 %的、優選0至10 %的、尤其優選0至5 %的平行度偏 差。
[0009] 根據一個實施方式,有源元件沿著主軸線具有比橫向于主軸線更大的擴展。該就 是說,有源元件并非在每個空間方向上都延伸得同樣遠,而是有源元件平行于主軸線的擴 展大于垂直于主軸線的擴展。
[0010] 根據一個實施方式,平行于有源元件的主軸線的擴展為1至100ym,優選為1至 50ym、尤其優選1至10ym。
[0011] 優選地,覆蓋層具有0.Inm和50nm之間的層厚度,尤其優選具有0.Inm和lOnm之 間的層厚度,并且更尤其優選具有0.Inm和4nm之間的層厚度。在制造公差的范圍內,層厚 度優選具有均勻的層厚度。
[0012] 根據一個實施方式,有源層和覆蓋層彼此直接接觸。覆蓋層的層厚度在該實施方 式中對應于有源層距轉換材料的間距。
[0013] 根據一個實施方式,覆蓋層能夠部分地或完全地包覆有源層并且在此部分地或完 全地覆蓋有源層。
[0014] 根據一個實施方式,有源層距轉換材料的間距在0. 1皿和100皿之間、優選在 0. 1皿和50皿之間、尤其優選在0. 1皿和10皿之間、更尤其優選在0. 1皿和4皿之間。
[0015] 如果有源層距轉換材料的間距位于0.Inm和lOOnm之間,那么在有源元件中并且 在那里尤其在有源層的發光材料中形成的激子部分地在發射電磁初級福射的條件下分解 并且所形成的激子部分地經由偶極-偶極交互作用傳遞到轉換材料上。
[0016] 在此和在下文中,轉換材料的特性能夠設及轉換物質、基體材料或該兩者。
[0017] 發光材料中的激子的無福射的分解能夠完全地或幾乎完全地被抑制,因為激子在 其無福射地分解之前由于在轉換材料附近而傳遞到所述轉換材料上。如此傳遞的激子于是 能夠在轉換材料中在發射電磁次級福射的條件下W福射的方式分解。也可能的是,如此傳 遞的激子部分地例如從基體材料傳遞到轉換物質上并且隨后才在發射電磁次級福射的條 件下分解。因此,能量損失能夠盡可能地被抑制,因為在常規的光電子器件中無福射地分解 的激子能夠用于在轉換材料中發射次級福射。
[001引根據一個實施方式,激子傳遞到轉換材料上比激子在發光材料中無福射地分解更 快。因此,隨后能夠盡可能地抑制競爭性的損失過程。可能的是,傳遞在Ips至10ns的時 間片之內、例如在1至20ps或1至10ns之內進行。激子直至無福射地分解的壽命通常為 1yS。
[0019] 可能的是,通過激子的快速傳遞,降低其在發光材料中的停留持續時間進而能夠 更快速地形成其他的激子。由此,在一定時間片之內提供更多的激子,所述激子能夠用于發 射電磁初級福射和次級福射。由此,光電子半導體巧片的光密度和光產量能夠顯著地提高。
[0020] 根據半導體巧片的一個實施方式,轉換材料和發光材料具有激發的被占據的能 級。占據激發的能級的電子優選是激子的組成部分,所述激子由發光材料傳遞到轉換材料 上。發光材料的被占據的激發的能級在能量方面能夠位于轉換材料的被占據的激發的能級 之上,其中所述發光材料的電子是待傳遞的激子的組成部分,其中所述轉換材料的電子是 已傳遞的激子的組成部分。也可能的是,發光材料的被占據的激發的能級的位置和轉換材 料的被占據的激發的能級的位置是相同的,其中所述發光材料的電子是待傳遞的激子的組 成部分,其中所述轉換材料的電子是已傳遞的激子的組成部分。相同的表示:能級的位置W 最大2XkTeV不同。T是工作溫度并且k是玻爾茲曼常數。特別地,發光材料的和轉換材 料的如此匹配的能級具有相同的倍數。因此,提高傳遞激子進而能量的概率。
[0021] 因此,從有源層的發光材料到轉換材料的有效的激子傳遞是可能的。優選地,發光 材料的被占據的激發的能級在能量方面能夠位于轉換材料的被占據的激發的能級之上,其 中所述發光材料的電子是待傳遞的激子的組成部分,其中所述轉換材料的電子是已傳遞的 激子的組成部分,因此因此激子從轉換材料向回傳遞到發光材料上的可能性不那么大。
[0022] 匹配的激發的能級能夠是第一激發的單重態和/或S重態。但是也能夠考慮的 是;其他的能級參與能量或激子傳遞。
[0023] 根據一個實施方式,轉換材料將電磁初級福射至部分地轉換成電磁次級福射。至 少部分地表示:電磁初級福射至少部分地由轉換材料吸收并且作為具有與電磁初級福射不 同的波長范圍的電磁次級福射發射。電磁初級福射和/或電磁次級福射能夠包括在紅外至 紫外波長范圍中、尤其在可見波長范圍中的一個或多個波長和/或波長范圍。在此,初級福 射的和/或次級福射的光譜能夠是窄帶的,該就是說,初級福射和/或次級福射于是能夠具 有單色的或近似單色的波長范圍。初級福射的光譜和/或次級福射的光譜替選地也能夠是 寬帶的,該就是說,初級福射和/或次級福射能夠具有混合色的波長范圍,其中混合色的波 長范圍能夠具有一個連續的光譜或具有多個不同波長的分散的光譜分量。
[0024] 初級福射和次級福射能夠疊加地引起白色的發光印象。對此,初級福射能夠優選 引起藍色的發光印象并且次級福射能夠引起黃色的發光印象,所述黃色的發光印象能夠通 過次級福射在黃色波長范圍中的光譜分量和/或在綠色和紅色波長范圍中的光譜分量形 成。
[0025] 也可能的是,電磁初級福射完全地或幾乎完全地轉換成電磁次級福射。電磁初級 福射在此完全地或幾乎完全地通過轉換材料吸收并且W電磁次級福射的形式發射。根據該 實施方式的光電子器件的所發射的福射因此完全地或幾乎完全地對應于電磁次級福射。將 幾乎完全的轉換理解為超過90%、尤其超過95%的轉換。
[0026] 可能的是,初級福射位于UV范圍中并且次級福射引起藍色的和黃色的發光印象, 所述發光印象能夠通過次級福射在藍色和黃色波長范圍中的光譜分量和/或在藍色、綠色 和紅色波長范圍中的光譜分量形成。在此,次級福射能夠引起白色的發光印象。
[0027] 根據一個實施方式,電磁次級福射位于藍色至紅外波長范圍中。
[002引根據一個實施方式,初級福射能夠位于電磁光譜的紅外范圍或紅色范圍中。次級 福射于是能夠位于電磁光譜的紅外范圍中。
[0029] 根據一個實施方式,通過激子在有源層的發光材料中W福射的方式分解,在電磁 光譜的UV范圍至綠色范圍中、優選在UV范圍至藍色范圍中發射電磁初級福射。換而言之, 有源層的發光材料在電磁光譜的UV范圍至綠色范圍中、優選在UV范圍至藍色范圍中發射 電磁初級福射。有源層的發光材料也能夠在電磁光譜的紅色范圍或紅外范圍中發射電磁初 級福射。
[0030] 除了吸收電磁初級福射和隨后轉換成電磁次級福射之外,通過傳遞到轉換材料上 的激子的分解,也發射下述電磁次級福射,所述電磁次級福射對應于上述福射。
[0031] 根據一個實施方式,發光材料是第=半導體材料。在半導體材料中形成的激子在 其W福射的方式分解之前具有小的壽命。由此,能夠更快地形成其他的激子,所述激子能夠 用于通過第=半導體材料或轉換材料進行光發射。因此,光電子半導體巧片的發光密度提 局。
[0032] 根據一個實施方式,發光材料是具有高的振蕩強度的材料。所述材料由此具有福 斯特交互