CN102656713A - 发射辐射的半导体器件 - Google Patents
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Abstract
说明了一种发射辐射的半导体器件，具有半导体本体（1），该半导体本体（1）具有活性层（3），所述活性层（3）在运行中在主辐射方向（13）上发射第一波长λ1的电磁辐射；以及具有发光转换层（5），其将所发射辐射的至少一部分转换成第二波长λ2的辐射，第二波长λ2大于第一波长λ1。在主辐射方向（13）上跟随活性层（3）之后的是功能层（6），该功能层（6）用于改善所发射辐射的辐射耦合输出、颜色混合和/或角度依赖性，其中功能层（6）包含玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或蓝宝石。
Description
技术领域
本发明涉及一种发射辐射的半导体器件、尤其是具有发光转换层的LED。
本申请要求德国专利申请10 2009 059 878.2和10
2010 005 169.1的优先权，所述申请的公开内容通过回引并入本申请。
背景技术
基于发光转换原理的LED可以通过将发光转换层施加到发射辐射的半导体芯片上来制造，由所述半导体芯片发射的第一波长的辐射的一部分被转换成大于第一波长的第二波长的辐射。发光转换层例如可以包含发光转换物质，所述发光转换物质把由半导体芯片发射的紫外光或蓝光至少部分地转换成黄光，使得通过所发射的紫外辐射或蓝辐射和经转换的黄辐射的叠加而得到白混合光。
例如从文献WO 97/50132中公知了基于发光转换原理的LED以及合适的发光转换物质。
该发光转换物质通常被结合到有机材料、例如环氧树脂或硅树脂中，其中发光转换层作为浇注料被施加到半导体芯片上。
在基于发光转换原理的LED的情况下，可能出现色点（Farbort）的不期望的角度依赖性。这所基于的是，以大出射角发射的辐射经历穿过发光转换层的较长路程，并且因此所发射的紫外辐射或蓝辐射的较大部分被转换成黄光。
用于确定应用的另一不希望的效应是，发光转换层在LED的关闭状态下提供不期望的黄色颜色印象。
发明内容
本发明所基于的任务是，说明一种具有发光转换层的发射辐射的半导体器件，所述半导体器件的特点是经改善的辐射输出耦合、经改善的颜色混合、和/或所发射的辐射的方向性。
该任务通过具有权利要求1的特征的发射辐射的半导体器件来解决。本发明的有利的构型和改进方案是从属权利要求的主题。
根据至少一个实施方式，发射辐射的半导体器件具有半导体本体，所述半导体本体包含活性层，所述活性层在运行中在主辐射方向上发射第一波长λ1的电磁辐射。发射辐射的半导体器件尤其可以是LED。活性层例如可以被构造成pn结、耦合异质结构、单重量子阱结构或多重量子阱结构。在此，术语“量子阱结构”包括任何如下结构：在所述结构的情况下，电荷由于约束（Confinement）而经历其能量状态的量子化。术语“量子阱结构”尤其是未包括关于量子化维度的说明。该术语因此尤其是包括量子阱、量子线和量子点以及这些结构的每种组合。
该半导体本体尤其是基于氮化物半导体。在此情形下，“基于氮化物半导体”是指，半导体层序列或其至少一个层包括III族氮化物半导体材料、优选InxAlyGa1-x-yN，其中 0≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1并且x + y ≤ 1。在此，该材料不必一定具有根据上述公式的数学上精确的组成。更具体而言，其可以具有基本上不改变InxAlyGa1-x-yN材料的物理特性的一种或多种掺杂材料和附加组分。但是为简单起见，上述公式仅仅包含了晶格的基本组分（In，Al，Ga，N），即使这些组分可能部分地被少量其他材料代替。
半导体本体的活性层在半导体器件的运行中优选地发射紫外辐射或蓝辐射。
此外，发射辐射的半导体器件具有发光转换层，所述发光转换层将第一波长λ1的所发射辐射的一部分转换成大于第一波长λ1的第二波长λ2的辐射。发光转换层尤其是可以具有发光转换物质，所述发光转换物质适于将蓝光或紫外光至少部分地转换成黄光。例如从开头提到的文献WO
97/50132中公知了合适的发光转换物质，该文献的此方面内容通过回引并入本申请。发光转换层可以具有至少一种另外的发光转换物质，所述至少一种另外的发光转换物质把由活性层发射的辐射转换成至少一个另外波长的辐射。可以将更多的转换物质用于有针对性地调节混合辐射的色点，例如以用于生成暖白光。
此外，发射辐射的半导体器件包含用于改善所发射辐射的辐射输出耦合、颜色混合和/或角度依赖性的功能层。所述功能层在主辐射方向上跟随在活性层之后，并且优选地包含玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或者蓝宝石。由该材料制成的功能层尤其可以是自支承的层，其优选地充当另外的层的机械稳定的载体。所述功能层优选地是形状稳定的层，所述形状稳定的层可以与半导体本体无关地被制造和结构化，以便事后将其与半导体本体和/ 或发光转换层相连接。
所述功能层优选地在主辐射方向上跟随在发光转换层之后。所述功能层尤其是可以直接与发光转换层接界。所述功能层优选地具有发射辐射的半导体器件的辐射输出耦合面，也就是说，其有利地是发射辐射半导体器件的从主辐射方向上看最外部的层。
根据一个优选的实施方式，所述发光转换层具有折射率n1并且功能层具有折射率n2，其中有n2
≤ n1成立。
在一个构型中，将功能层的折射率n2与发光转换层的折射率n1相匹配。在这种情况下，折射率n1和n2相等或者仅仅彼此稍微不同，有利地相差Δn＝| n2-n1
| ≤ 0.3并且优选相差Δn ≤ 0.1。特别优选n2＝n1－Δn，其中0 ≤ Δn ≤ 0.1，也就是说，n2等于或稍小于n1。
通过这种方式，有利地避免了所发射辐射从发光转换层到后续功能层过渡时的反射损耗。这尤其是在功能层在背向发光转换层的表面处具有用于改善辐射输出耦合的表面结构时是有利的。在这种情况下，通过将功能层的折射率与发光转换层的折射率相匹配来最小化发光转换层与功能层之间的界面处的反射损耗，而功能层与环境介质之间的界面处的反射损耗通过对功能层进行表面结构化来减小。
在一个可替代的构型中，功能层的折射率n2小于发光转换层的折射率n1。在这种情况下，功能层与环境介质之间的界面处的反射损耗有利地小于从发光转换层的折射率到环境介质（比如尤其是空气）的折射率直接过渡时将发生的反射损耗。
还可能的是，功能层具有两个或更多部分层，其中所述部分层的折射率在主辐射方向上从部分层到部分层地减小。此外还可以设想，功能层具有在主辐射方向上连续变化的材料组成，使得功能层具有如下的折射率梯度：在所述折射率梯度下，折射率在主辐射方向上连续降低。在这些构型中，通过折射率的跳变来减小反射损耗，并且因此改善发射辐射的半导体器件的输出耦合效率。
在一个优选的实施方式中，发光转换层具有陶瓷。所述陶瓷尤其可以是YAG:Ce或者LuAG:Ce。此外合适的还有Eu掺杂的氮化物或氮氧化物。可替代地，发光转换层还可以具有玻璃或玻璃陶瓷，在所述玻璃或玻璃陶瓷中结合发光转换物质。
用于功能层的合适陶瓷尤其是氧化铝（n2=1.76－1.77）、氮氧化铝（n2=1.77－1.80）、镁铝尖晶石（n2＝1.73）、二氧化硅（n2＝1.46）或者氮氧化硅（n2＝1.47）。用于功能层的合适玻璃尤其是石英玻璃（n2＝1.46）、非晶氧化锗（GeO2，n2＝1.61）、钠钙玻璃（n2＝1.52）、硅酸盐玻璃（n2＝1.50）、或者硼硅酸盐玻璃（n2＝1.47）。所述陶瓷和玻璃分别具有与例如适用于发光转换层的陶瓷YAG:Ce（n1=1.81）的折射率近似相等或更小的折射率。该玻璃也可以是旋涂玻璃（Spin-on-Glas）。除了陶瓷和玻璃以外，玻璃陶瓷也适用于功能层。
发光转换层和功能层尤其是可以通过烧结和/或熔化彼此连接。在这种情况下，该连接有利地以无粘合剂的方式进行，也就是说，在功能层与发光转换层之间有利地不布置连接层、例如粘合剂层。通过这种方式有利地避免了由于布置在发光转换层与功能层之间的粘合剂层的情况下可能出现的反射或散射造成的辐射损耗。
可替代地，发光转换层和功能层也可以通过化学连接、尤其是利用连接层彼此连接，所述连接层由透明材料、例如硅橡胶或其他透明浇注树脂制成。通过这种方式，例如也可以将发光转换层与半导体本体相连接。
根据一个优选的实施方式，功能层具有表面结构化部。所述表面结构化部有利地构造在功能层的背向发光转换层的表面处，所述表面尤其是发射辐射的半导体器件的辐射出射面。通过表面结构化部，尤其是可以避免功能层与环境介质之间的界面处的反射损耗，由此改善辐射输出耦合以及由此改善发射辐射的半导体器件的效率。
表面结构化部优选地具有100nm至10μm之间的深度。例如，可以在功能层的表面处构造凹陷，所述凹陷优选地以100nm至10μm之间的宽度延伸到功能层中。
在一个优选的变型方案中，表面结构化部具有周期性结构。所述周期性结构可以具有一维或二维的周期性，但是其中三维结构也是可能的。周期性结构尤其是可以具有处于所发射辐射的波长的数量级的周期d。在这种情况下，所述周期性结构形成所谓的光子晶体。
特别有利的是，所述周期性结构具有周期d并且功能层具有折射率n2，其中成立的是：π/λ2 <
G < n2 2π/λ2 。在此，λ2 是经转换的辐射的波长，并且在一维网格结构的情况下G＝2π/d ，并且在二维、尤其是六边形网格结构的情况下G=
。
已经发现，在这样选择周期性结构的周期d的情况下，可以实现与功能层的表面垂直的主辐射方向上的定向辐射。
可替代地，表面结构化部也可以是粗糙化部。在这种情况下，表面结构化部还具有非周期性结构。在这种情况下，表面结构化部尤其是可以通过刻蚀工艺来生成。
在另一优选的实施方式中，功能层具有散射颗粒或者孔隙。
通过功能层中的散射颗粒或孔隙处的光散射，从半导体本体和转换物质发射的辐射之间的颜色混合得到改善，并且通过这种方式尤其是减少了色点的角度依赖性。
发光转换层本身有利地不具有散射颗粒。在所期望的光散射的情况下，散射颗粒和/或光散射结构因此优选地仅仅布置或构造在功能层中。这所具有的优点是，发光转换层中的发光转换效率不受散射颗粒的影响。
在一个优选的构型中，功能层具有两个或更多部分层，其中所述部分层的散射颗粒或孔隙的浓度在主辐射方向上从部分层到部分层地减小。此外还可以设想，功能层具有在主辐射方向上连续减小的散射颗粒或孔隙浓度。
在另一实施方式中，功能层是发光转换层的部分层。在这种情况下，功能层优选地构造在发光转换层的背向活性层的表面处。尤其是可以给发光转换层的背向活性层的表面配备之前所述的表面结构化部。与功能层是同发光转换层不同的单独层的之前所述的变型方案不同，将功能层构造在发光转换层的表面处所具有的优点是，不必将两个单独的元件彼此连接。
而与发光转换层不同的功能层所具有的优点是，可以为功能层选择与发光转换层的材料不同的材料，使得可以有针对性地选择材料参数、例如尤其是功能层的折射率。
附图说明
下面根据结合图1至13的实施例进一步阐述本发明。
图1示出了根据第一实施例的发射辐射的半导体器件的截面的示意图；
图2示出了另一实施例中的功能层的截面的示意图；
图3示出了另一实施例中的功能层的截面的示意图；
图4至13分别示出了根据另外的实施例的发射辐射的半导体器件的截面的示意图。
在附图中相同或作用相同的组件配备相同的附图标记。组件的大小以及组件彼此之间的大小关系不应认为是比例正确的。
具体实施方式
发射辐射的半导体器件的在图1中所示的实施例具有半导体本体1，该半导体本体1包含发射辐射的活性层3。所述活性层3尤其可以是pn结、单重量子阱结果或者多重量子阱结构。活性层尤其是可以发射紫外或蓝光谱范围中的辐射。活性层尤其是可以由氮化合物半导体材料构成。活性层例如布置在p型半导体区域2与n型半导体区域4之间。
半导体本体1是所谓的薄膜半导体本体，其中用于生长半导体层2、3、4的生长衬底已经从半导体本体1脱落。在与原始生长衬底相对的侧上，半导体本体1与载体本体10相连接。
在半导体本体1与载体本体10之间优选地布置镜层9，所述镜层9可以同时用于电接触半导体本体1。镜层9尤其是可以包含Ag或Al。另一电接触层（未示出）例如可以被施加到半导体本体1的背向载体本体10的表面12的部分区域上。在载体本体10与半导体本体1之间还可以布置另外的层（未示出）、尤其是焊剂层以用于将半导体本体1与载体本体10相连接。
半导体本体1的背向载体本体10的表面12有利地具有表面结构化部以用于改善从半导体本体1的辐射输出耦合。
从半导体本体1的活性层3在主辐射方向13上发射电磁辐射，该电磁辐射在波长λ1具有强度最大值。在主辐射方向13上，在活性层之后布置有发光转换层5，所述发光转换层5将所发射辐射的至少一部分转换成在第二波长λ2具有强度最大值的辐射，所述第二波长λ2大于第一波长λ1。发光转换层5尤其是可以把从活性层3发射的蓝光或紫外光转换成黄光，使得互补颜色的叠加得到白光。
发光转换层5优选地为自支承的层，所述层尤其是可以是由无机材料构成。发光转换层5优选地具有玻璃、陶瓷或者玻璃陶瓷。发光转换层5尤其是可以具有Ce掺杂的石榴石，例如YAG:Ce或者LuAG:Ce。此外合适的还有Eu掺杂的氮化物或者氮氧化物，例如Sr2Si5N8、Ba2Si5N8、Ca2Si5N8、Sr-SiON、Ba-SiON或者Ce-α-SiAlON。
发光转换层5例如通过连接层11与半导体本体1连接。连接层11尤其可以是由硅树脂或其他浇注树脂（如环氧树脂）制成的透明层。
通过发光转换层5是优选由无机材料制成的自支承的层，发光转换层5可以有利地充当另外的层的载体。在主辐射方向13上，在发光转换层5之后布置有功能层6。功能层6尤其是用于改善从发光转换层5的辐射输出耦合。功能层6如发光转换层5那样有利地由无机材料、尤其是由陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷构成。用于功能层6的合适材料例如有氧化铝（Al2O3）、氮氧化铝（AlON）、镁铝尖晶石（MgAl2O3）、二氧化硅（SiO2）或者氮氧化硅（SiON）。用于功能层6的合适玻璃尤其是石英玻璃、非晶氧化锗（熔凝氧化锗）、钠钙玻璃、硅酸盐玻璃、或者硼硅酸盐玻璃。这些陶瓷或者玻璃的特点尤其是，折射率小于YAG:Ce的折射率，其中YAG:Ce特别适于作为发光转换层的材料。
施加到发光转换层5上的功能层6有利地小于100μm厚、例如为10μm至100μm之间。发光转换层5和功能层6优选地直接彼此接界，并且以无粘合剂的方式彼此连接，也就是说，在发光转换层5与功能层6之间有利地不包含连接层。在这种情况下，功能层6和发光转换层5例如通过烧结或熔化彼此连接。
有利的是，将功能层6的折射率n2与发光转换层5的折射率n1相匹配，其中优选地有Δn＝| n2-n1
| ≤ 0.3。特别优选Δn ≤ 0.1。如果发光转换层5和功能层6的折射率至少近似地相等，则在发光转换层5与功能层6之间的交界面处不出现或仅出现轻微的反射损耗。在这种情况下，到环境介质的折射率跳变基本上发生在功能层6与环境介质、尤其是空气之间的交界面处。为了减少反射损耗以及由此改善从功能层6的辐射输出耦合，功能层6具有表面结构化部7。表面结构7优选地具有100nm至10μm之间的深度。
表面结构化部7可以是功能层6的表面的粗糙化部，所述粗糙化部例如是利用刻蚀工艺生成的。在该构型中，表面结构化部7是非周期性的结构。
在一个优选构型中，功能层6的表面结构化部7是周期性结构。在图2和3中示出了具有这样的周期性结构7的功能层6的示例。周期性结构7具有结构元件8，所述结构元件8以具有周期d的一维或多维网格来布置。结构元件8例如可以是突起或凹陷，例如条、槽或者孔。结构元件8例如可能借助于光刻在功能层6的表面处生成。结构元件8优选地具有100nm至10μm之间的高度h。周期性结构7的周期d优选地处于所发射辐射的波长的数量级，使得周期性结构7构成所谓的光子晶体。
特别有利的是，周期性结构7具有周期d并且功能层6具有折射率n2，其中成立的是：π/λ2 <
G < n2 2π/λ2 。在此，λ2 是经转换的辐射的波长并且在一维网格结构的情况下G＝2π/d，并且在二维、尤其是六边形网格结构的情况下G=
。
已经发现，利用该范围中的周期d，可以实现定向辐射，也就是说，所发射辐射的角度分布与例如在非周期性结构化的功能层6的情况下相比更高度地集中在主辐射方向13周围。
可替代地，表面结构化部7也可以由微棱镜或微透镜构成。在这种情况下，结构元件8通常大于所发射辐射的波长λ2 。
发射辐射的半导体器件的在图4中所示的实施例与图1所示实施例之间的区别在于，发光转换层5是借助于PVD（Physical Vapor Deposition（物理气相沉积））法制造的层。发光转换层5尤其可以是借助于激光束蒸发（Pulsed Laser Deposition（脉冲激光沉积），PLD）制造的层。发光转换层5尤其可以沉积到功能层6上，也就是说，功能层6充当借助于PVD法来施加发光转换层5的衬底。为此，功能层6由优选无机的材料构成，所述材料具有足够的机械稳定性，使得其可以用作自支承的衬底。功能层6尤其可以是蓝宝石衬底。可替代地还可能的是，功能层6如图1所述实施例中那样由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷构成。功能层6具有表面结构化部7，所述表面结构化部7尤其是用于改善辐射输出耦合并且可以如结合图1至3所述那样来构造。
在一种用于制造半导体器件的制造方法中，例如可以首先给功能层6的表面配备表面结构化部7，并且接着将发光转换层5沉积到与表面结构化部7相对的表面上。可替代地，这些方法步骤也可以以相反顺序来执行。通过这种方式单独制造的由功能层6和发光转换层5构成的组合例如可以在另一方法步骤中借助于连接层11与发射辐射的半导体器件的半导体本体1相连接。
图4中所示的实施例的另外的细节和有利的构型对应于图1中所示的实施例，并且因此不再进一步阐述。
在图5中所示的实施例中，如图1所示的实施例那样，发光转换层5借助于连接层11与发射辐射的半导体器件的半导体本体1连接。发光转换层5是自支承的层，其优选地由玻璃、陶瓷、或玻璃陶瓷构成。发光转换层5在其表面处具有表面结构化部7，所述表面结构化部7尤其是用于改善从发光转换层5的辐射输出耦合。在这种情况下，发光转换层5的表面结构化部7充当功能层6。因此在这种情况下，功能层6不是作为单独的层来制造，而是以发光转换层5中的表面结构化部7的形式来制造。
关于进一步的细节和有利构型，图5中所示的实施例对应于图1中所示的实施例。
图6中所示的发射辐射的半导体器件是具有半导体本体1的发光二极管，所述半导体本体包含发射辐射的活性层3。活性层3例如布置在n型半导体区域4与p型半导体区域2之间。半导体本体1的半导体层2、3、4可以生长在生长衬底14上。可替代地还可能的是，半导体本体1是薄膜半导体本体，其中生长衬底14脱落，并且半导体本体1替代地布置在与生长衬底14不同的载体本体上（如在图1的实施例中的情况那样）。
在主辐射方向13上，在发射辐射的活性层3之后布置有发光转换层5。发光转换层5有利地由玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷构成。发光转换层5具有发光转换物质，所述发光转换物质将从活性层3发射的在第一波长λ1具有强度最大值的辐射的一部分转换成在第二波长λ2具有强度最大值的辐射，其中波长λ2大于波长λ1。发光转换层尤其可以是Ce掺杂的石榴石，如YAG:Ce、LuAG:Ce或者Eu掺杂的氮化物或氮氧化物。发光转换层5优选是自支承的层，其例如可以利用连接层11与半导体本体1连接。
在主辐射方向13上跟随在发光转换层5之后是功能层6。功能层6优选地具有小于发光转换层5的折射率n1的折射率n2。通过这种方式，将从发光转换层5的折射率n1到环境介质的折射率突变减小了至少一个中间级，并且通过这种方式改善了从发射辐射的半导体器件的辐射输出耦合。
在一个有利的构型中，功能层6具有散射颗粒15。替代于尤其是比功能层6的周围材料具有更高折射率的散射颗粒15，功能层6也可以具有孔隙，所述孔隙比功能层的周围材料具有更低的折射率。通过功能层6中的散射颗粒15或孔隙，实现了光散射，通过所述光散射有利地减小了所发射辐射的色点的角度依赖性。此外，散射颗粒也可以散射从外部落到发射辐射的半导体器件上的辐射并且通过这种方式有利地导致：发射辐射的半导体器件的表面在关闭状态下显现为白色的。通过这种方式减小了发光转换层5在发射辐射的半导体器件的关闭状态下可能为干扰性的黄色颜色印象。
功能层6优选地具有为玻璃、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颗粒15。功能层6尤其是可以通过烧结或熔化与发光转换层5连接。在这种情况下，有利地在发光转换层5与功能层6之间不包含附加的连接层，例如粘合剂层。通过这种方式减小了可能不利地影响辐射输出耦合的光学有效界面的数目。
但是可替代地还可以设想，利用透明的连接层11将功能层6与发光转换层5相连接。图7中示出了该构型。在这种情况下，功能层6与发光转换层5之间的连接层11例如可以是硅树脂或环氧树脂层。借助于同样可以是硅树脂层或环氧树脂层的另一连接层11，发光转换层5与半导体本体1连接。除此之外，图7中所示的实施例对应于图6中所示的实施例。
在之前所述的实施例中，功能层6分别布置在发射辐射的半导体器件的辐射输出耦合面处。但是还可以设想发射辐射的半导体器件的变型方案，其中功能层6未布置在、或者不仅布置在发射辐射的半导体器件的辐射输出耦合面处。
在图8中示意性示出的实施例中，功能层6布置在发光转换层的第一部分层5a与第二部分层5b之间。在这种情况下，功能层6尤其可以包含散射颗粒15，所述散射颗粒15散射从活性层3和发光转换层的第一部分层5a发射的光并且因此导致经改善的颜色混合和色点的减小的角度依赖性。除此之外，图8中所示的实施例对应于图6中所示的实施例。
在发射辐射的半导体器件的在图9中示意性示出的实施例中，功能层6布置在半导体本体1与发光转换层5之间。在该构型中，功能层6优选地具有处于半导体本体1的折射率与发光转换层5的折射率之间的折射率。通过这种方式，通过功能层6有利地减小了辐射从半导体本体1到发光转换层5过渡时的反射损耗。如在之前的实施例中那样，功能层6可以包含散射颗粒15，以便例如改变从活性层3发射额辐射的角度分布。
在图10中所示的实施例中，功能层6在主辐射方向13上来看布置在发光转换层5之上以及发光转换层5之下。通过在主辐射方向13上布置在发光转换层5之上的功能层6，有利地改善从发射辐射的半导体器件中的辐射输出耦合，以及通过优选包含在其中的散射颗粒15实现色点的角度依赖性的减小、以及发光转换层5在发射辐射的半导体器件的关闭状态下的白色显现图像。因此，布置在发光转换层5之上的功能层6的有利特性和效果对应于图6中所示的实施例。在主辐射方向13上布置在发光转换层5之下的功能层6如在图9中所示的实施例中那样尤其是用于减少半导体本体1与发光转换层5之间的界面处的反射损耗。布置在发光转换层5之下的功能层6为此有利地具有处于半导体材料的折射率与发光转换层5的折射率之间的折射率。因此在图10的实施例中，一起实现了发光转换层5之上的功能层和发光转换层5之下的功能层6的优点。
在图11中示意性示出的实施例中，在主辐射方向13上在发光转换层5之后布置有具有第一部分层6a和第二部分层6b的功能层6。功能层6的在主辐射方向13上跟随在发光转换层5之后的第一部分层6a具有小于发光转换层的折射率n1的折射率n2。功能层6的在主辐射方向13上跟随在功能层6的第一部分层6a之后的第二部分层6b具有小于第一部分层6a的折射率n2的折射率n3。因此，发光转化层5的折射率n1到环境介质的折射率的过渡有利地不是突变地进行，而是以多级形式进行。通过这种方式，可以特别有效地减小发射辐射的半导体器件的辐射输出耦合侧的发射损耗。
功能层6的第一部分层6a和/或第二部分层6b可以具有散射颗粒15，以便改善从活性层3发射的辐射以及被发光转化层5转换的辐射的颜色混合和/或使发射辐射的半导体器件在关闭状态下从外部观察显现为白色。
在功能层的第一部分层6a中，散射颗粒15的浓度有利地比第二部分层6b中更小。因此，散射颗粒15的浓度在主辐射方向13上随着功能层6的部分层而减小，或者在功能层6之内具有在主辐射方向13上连续下降的梯度。半导体本体1和发光转换层5附近的较小散射颗粒浓度具有对所发射辐射的较小后向散射这一优点，由此改善发射辐射的半导体器件的效率。
发射辐射的半导体器件的在图12中所示的实施例中，如图6中所示实施例中那样，具有折射率n2的功能层6在主辐射方向13上布置在具有折射率n1的发光转换层5之后，其中n2≤n1。不同于图6中所示的实施例，功能层6在背向发光转换层5的表面处配备有表面结构化部7。通过表面结构化部7，尤其是可以进一步减小发射辐射的半导体器件的辐射输出耦合面处的反射损耗。
表面结构化部7尤其是可以利用刻蚀工艺来生成。在这种情况下，功能层6有利地由如下材料制成：该材料在所使用刻蚀方法中比发光转化层5具有更高的刻蚀率（Ätzrate）。发光转换层5有利地相对于刻蚀方法为基本稳定的。表面结构化部7可以是非周期性结构或者是周期性结构。在周期性结构的情况下，表面结构化部可以构成光子晶体，例如结合图2和3所阐述的那样。
功能层6可以具有散射颗粒15，以便减小色点的角度依赖性和/或使发光转化层5在发射辐射的半导体器件处于关闭状态时从外部看显现为白色。此外，表面结构化部7也可以具有光散射特性，使得必要时也可以放弃散射颗粒15。
发射辐射的半导体器件的在图13中所示的实施例如图12所示的半导体器件那样具有拥有表面结构化部7的功能层6b，所述功能层6b在主辐射方向13上布置在发光转化层5之后。与图12中所示的实施例之间的区别在于，附加地从主辐射方向13上看在发光转换层5之下布置功能层的另一部分层6a。布置在发光转换层5之下的第二部分层6a如图9和10中所示的实施例那样基本上用于减小辐射从半导体本体1转移到发光转化层5中时的反射损耗。功能层的布置在发光转换层5之下的部分层6a为此优选地具有处于半导体本体1和发光转化层5的折射率之间的折射率。
功能层6的布置在发光转换层5之下的第一部分层6a以及布置在发光转换层5之上的第二部分层6b可以分别具有散射颗粒。在这种情况下有利的是，第一部分层6a比第二部分层6b具有更小的散射颗粒15浓度。尤其可能的是，仅仅功能层的第二部分层6a具有散射颗粒15。通过这种方式有利地实现：辐射在布置在发光转换层6之下的第一部分层6b中的后向散射为小的。
本发明不受根据实施例的描述限制。更确切而言，本发明包括每个新的特征以及特征的每个组合、尤其是包括权利要求书中的每个特征组合，即使该特征或组合本身未明确在权利要求中或实施例中明确说明。
Claims (15)
1.一种发射辐射的半导体器件，具有
－半导体本体（1），其具有活性层（3），所述活性层（3）在运行中在主辐射方向（13）上发射第一波长λ1的电磁辐射，
－发光转换层（5），其将所发射辐射的至少一部分转换成第二波长λ2的辐射，第二波长λ2大于第一波长λ1，以及
－功能层（6），其用于改善所发射辐射的辐射耦合输出、颜色混合和/或角度依赖性，
其中功能层（6）在主辐射方向(13)上跟随在活性层（3）之后并且包含玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或蓝宝石。
2.根据权利要求1所述的发射辐射的半导体器件，其中功能层（6）在主辐射方向（13）上跟随在发光转换层（5）之后。
3.根据权利要求1或2所述的发射辐射的半导体器件，其中发光转换层（5）具有折射率n1并且功能层（6）具有折射率n2，其中有n2≤n1成立。
4.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，其中发光转换层（5）具有折射率n1并且功能层（6）具有折射率n2，其中有Δn＝| n2-n1 | ≤ 0.3成立。
5.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，其中发光转换层（5）具有陶瓷。
6.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，其中功能层（6）具有氧化铝、氮氧化铝、镁铝尖晶石、二氧化硅、氮氧化硅、石英玻璃、非晶氧化锗（GeO2）、钠钙玻璃、硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、或者旋涂玻璃。
7.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，其中在功能层（6）与发光转换层（5）之间不布置连接层。
8.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，其中功能层（6）具有表面结构化部（7）。
9.根据权利要求8所述的发射辐射的半导体器件，其中表面结构化部（7）具有100nm至10μm之间的深度。
10.根据权利要求8或9所述的发射辐射的半导体器件，其中表面结构化部（7）具有周期性结构。
11.根据权利要求10所述的发射辐射的半导体器件，其中所述周期性结构具有周期d并且功能层（6）具有折射率n2，其中有下式成立：
π/λ2 < G < n2 2π/λ2 ，
其中在一维周期性结构的情况下G＝2π/d ，并且在二维、尤其是六边形周期性结构的情况下G=
。
12.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，其中功能层（6）具有孔隙或散射颗粒(15)。
13.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，其中发光转换层（5）既不具有孔隙也不具有散射颗粒。
14.根据权利要求12或13所述的发射辐射的半导体器件，其中功能层（6）具有至少两个部分层（6a，6b），其中部分层（6a，6b）中的散射颗粒（15）的浓度在主辐射方向（13）上从部分层到部分层地减小。
15.根据前述权利要求之一所述的发射辐射的半导体器件，其中功能层（6）具有至少两个部分层（6a，6b），其中部分层（6a，6b）中的折射率在主辐射方向（13）上从部分层到部分层地减小。
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