CN103190003B - 光电半导体芯片及其制造的方法 - Google Patents

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Abstract

说明了一种光电半导体芯片（10），其包括半导体层堆叠（2）和转换层（3）。半导体层堆叠（2）具有用于产生辐射的有源层（2a）。转换层（3）布置在半导体层堆叠（2）的辐射出射侧（21）上，其中转换层（3）适于将由有源层（2a）发射的辐射中的至少一部分转换成另一波长的辐射。半导体层序列（2）的辐射出射侧（21）具有第一纳米结构化部，其中转换层（3）布置在第一纳米结构化部（4）中。此外，说明了一种制造这种半导体芯片（10）的方法。

Description

光电半导体芯片及其制造的方法
技术领域
本发明涉及一种光电半导体芯片，其具有半导体层堆叠和转换层，以及涉及一种制造光电半导体芯片的方法。
背景技术
根据现有技术已知了带有布置在其上的转换层的半导体芯片，其中在传统半导体芯片中通常转换层与半导体层堆叠的层相比具有更低的折射率。例如，传统上已知的转换层由基质材料（例如硅树脂（Silikon）或树脂(Harz)）和布置在其上的转换元件组成。转换层例如作为独立的层施加到半导体芯片上或作为体积填料围绕半导体芯片布置。可替选地，已知了，陶瓷磷板借助例如硅树脂粘合剂粘合到半导体芯片上。
然而，这种转换层由于散射和转换过的光而不利地提高损耗，该散射和转换过的光被壳体或半导体芯片本身不完全地反射。此外，通过树脂或硅树脂之类的材料将转换层热连结到半导体芯片上并非最优的，使得会出现额外的效率损失。此外，效率损失由于老化效应（譬如基质材料的龟裂形式）而出现。
发明内容
本申请的任务是提出了一种半导体芯片，其中该转换层在光学上和在热学上改进地耦合到半导体芯片上并且该半导体芯片同时具有辐射耦合输出的效率提升。此外，本申请的任务是说明一种用于这种半导体芯片的制造方法。
该任务尤其通过半导体芯片和用于制造这种半导体芯片的方法来解决。
在一种改进方案中，光电半导体芯片具有半导体层堆叠，该层堆叠具有设置用于产生辐射的有源层和辐射出射侧。此外，该半导体芯片具有转换层，该转换层布置在半导体层堆叠的辐射出侧上并且适于将由有源层发射的辐射中的至少一部分转换成另一波长的辐射。该半导体层堆叠的辐射出射侧具有第一纳米结构化部。该转换层布置在该第一纳米结构化部中。
光电半导体芯片尤其是如下半导体芯片，其能够实现将电子产生的数据或能量转换成光发射或相反。例如，该光电半导体芯片是发射辐射的半导体芯片。
纳米结构化部尤其是是三维的结构，即空间构建的结构。例如，纳米结构化部通过在层或层序列中的沟槽或凹进部形成。纳米结构化部尤其不能理解为辐射出射侧的单纯粗糙化。在本申请的意义下的纳米结构化部因此必须与平坦的面相比于该面的单纯粗糙化具有更大的空间差异。
转换层在此布置在第一纳米结构化部中。这暗示着：该转换层直接布置在该辐射出射侧之后，使得由有源层产生的所发射的辐射在从半导体芯片出射时穿过转换层或在转换层中转换成另一波长的辐射。
该半导体层堆叠的辐射出射侧于是具有空间结构，其中以转换层至少局部地填充由于纳米结构化部而构建的凹进部、加深部或沟槽。优选地，完全以转换层的材料填充第一纳米结构化部的加深部、凹进部或沟槽。
由于半导体层堆叠的第一纳米结构化部，在转换层与半导体层堆叠之间产生了大面积的接触面。由此有利地能够实现在转换层与半导体层堆叠之间的大相互作用面，由此产生了转换层在光学和热学上改进地耦合到半导体层堆叠上。转换层于是大面积地与半导体层堆叠尤其是辐射出射侧直接接触。由于该大的表面接触可以有利地提高转换效率。在此，同时可以实现改善转换的可控制性。
这种半导体芯片有利地降低了在转换方面的散射损耗、关于由有源层发射的辐射的入射角度的更好颜色均匀性、转换层至半导体层堆叠的良好热连结以及能够实现完全转换的可能性。完全转换尤其可以理解为如下辐射转换，在辐射转换时几乎所有由有源层发射的辐射在转换层中都被转换成另一波长的辐射。
此外，具有集成转换层的这种半导体芯片使得没有体积填料或包装地构建的器件工作而进行转换。这种半导体芯片因此可以直接焊接到例如印刷电路板上。这导致成本的降低，同时辐射效率最佳。转换层热学和光学地耦合到半导体层堆叠上尤其对于需要高发光密度（譬如投影应用、大灯和聚光灯）的应用而言是有利的。
半导体层堆叠尤其有源层包含至少一种III/V族半导体材料，例如由材料系InxGayAl1-x-yP、InxGayAl1-x-yN或InxGayAl1-x-yAs构成的材料，其中分别有0≤x，y≤1并且x+y≤1。III/V族半导体材料适于产生紫外（InxGayAl1-x-yN）光谱范围、在可见（InxGayAl1-x-yN（尤其针对蓝色至绿色辐射）或InxGayAl1-x-yP（尤其针对黄色至红色辐射））光谱范围直至红外（InxGayAl1-x-yAs）光谱范围的辐射。
转换层例如是具有基质材料和嵌入基质材料中的转换元件的层，该转换元件适于将由有源层发射的辐射中的至少一部分转换成另一波长的辐射。合适的转换层对于本领域技术人员而言是已知的并且因此在此并未进一步讨论。基质材料例如具有硅树脂或树脂。转换元件优选均匀地引入基质材料中，使得能够实现关于耦合输出角度的均匀辐射耦合输出并且能够实现均匀的辐射转换。
在一种改进方案中，第一纳米结构化部构建为多个纳米棒。尤其是棒状或柱状结构称作纳米棒，该棒状或柱状结构具有相比于横向伸展更大的高度。对于本领域技术人员而言已知了例如在术语“纳米杆”或“纳米线”之下的所谓纳米棒。在此，纳米棒可以具有圆形、椭圆形或多边形的横截面。
纳米棒在此优选具有均匀的加深部。在各个纳米棒之间在此布置有中间区域，尤其是间距，中间区域优选分别等大地构建。
纳米棒尤其是构建在半导体层堆叠中，使得纳米棒包括半导体层堆叠的材料。在半导体芯片的俯视图中纳米棒的矩阵状布置是有利的。
在一种改进方案中，转换层填充纳米结构化部，使得构建平整的面。在此情况下，转换层完全填充半导体层堆叠的第一纳米结构化部的加深部、中间空间、凹进部或沟槽，使得半导体层堆叠与转换层组合平整地构建。尤其是，转换层的与半导体层堆叠背离的侧和半导体层堆叠的辐射出射侧无缝地融合。
在一种改进方案中，转换层构建为第二纳米结构化部，该第二纳米结构化部包括多个纳米棒。第一纳米结构化部的纳米棒和第二纳米结构化部的纳米棒在此优选在横向方向上并排地布置。第二纳米结构化部的纳米棒在此布置在第一结构化部的纳米棒的中间空间中。在第二纳米结构化部与第二纳米结构化部之间优选未布置间距，使得它们彼此紧紧邻接。
在一种改进方案中，第一纳米结构化部和第二纳米结构化部相对彼此布置为使得它们嵌接。如果第一纳米结构化部和第二纳米结构化部因此构建为纳米棒，则第一纳米结构化部的纳米棒和第二纳米结构化部的棒相对彼此错开，使得第一纳米结构化部的纳米棒布置在第二纳米结构化部的纳米棒的中间空间中，反之亦然。
在一种改进方案中，第一纳米结构化部和第二纳米结构化部相对彼此梳状地构建。尤其是，第一纳米结构化部和第二纳米结构化部梳妆地嵌接。
在一种改进方案中，第一纳米结构化部和第二纳米结构化部彼此邻接，使得在横向方向上构建具有多个第一层和多个第二层的层序列。
在横向方向上尤其表示与半导体芯片的主发射方向垂直。尤其是，半导体芯片优选是表面发射的半导体芯片，该半导体芯片的主发射方向垂直于半导体层堆叠的层的横向伸展。也就是说，在横向方向上在此表示与半导体层堆叠的层的伸展平面垂直。在横向方向上在此尤其表示与半导体层堆叠的层的生长方向垂直。
在一种改进方案中，转化层附加地布置在第一纳米结构化部上。在此情况下，转换层因此不仅布置在第一纳米结构化部的加深部、凹进部或沟槽中并将它们完全填充，而且伸出第一纳米结构化部的加深部。在此情况下，转换层例如可以划分成两个不同的区域。在第一区域中结构化地构建有转换层，优选构建为纳米棒。而在第二区域中转换层整面地施加到半导体层堆叠上。在第二区域中的结构化部因此并不存在。
在一种改进方案中，第一纳米结构化部和/或第二纳米结构化部分别具有在100nm（包括本数）与1μm（包括本数）之间的范围中的高度。第一纳米结构化部和第二纳米结构化部的纳米棒优选近似相同。特别优选地，第一纳米结构化部的高度对应于第二纳米结构化部的高度，使得能够实现在转换层与半导体层堆叠之间的无缝融合。
纳米棒在此具有在由有源层发射的辐射进入转换层的侵入深度的量级中的高度。尤其是，光波侵入其他尤其是低折射的材料中的长度理解为侵入深度，尽管光束实际被全反射。侵入深度在此与辐射至转换层与半导体层堆叠之间的界面上的入射角度有关。
在一种改进方案中，半导体层堆叠的有源层至少部分构建在第一纳米结构化部的区域中。可替选地，有源层可以构建在半导体层堆叠的没有第一纳米结构化部的区域中。
在有源层布置在第一纳米结构化部的区域中的情况下，例如有源层沿着各个纳米结构构建。因此，如果第一纳米结构化部由多个纳米棒和加深部组成，则有源层例如分别沿着加深部的侧面和底面构建并且分别一体式地包围加深部。例如，有源层包覆纳米棒。在此，在第一纳米结构化部的加深部与有源层之间附加地布置有半导体层堆叠的材料。
换言之，有源层可以通过如下各个区域形成，所述区域近似具有半圆柱体或半截顶锥体的外壳面形状，尤其是垂直于圆柱体或截顶锥体的纵轴线一分为二。可能的是，有源层在横截面上看类似于矩形锯齿图案地形成。同样，在此情况下可能的是，有源层并不通过单个独立区域而是通过连贯的层形成。
在一种改进方案中，转换层和半导体层堆叠以光学方式和热学方式彼此进行耦合。这种耦合例如通过半导体层堆叠和转换层的材料选择来实现。光学耦合例如通过材料的类似的或相折射率来实现。例如，转换层的材料半导体层堆叠的材料的折射率为大约2.4。
在一种改进方案中，半导体芯片是薄膜芯片。在本申请的范围中，如下半导体芯片视为薄膜芯片，在该半导体芯片的制造过程中其上外延地生长半导体层堆叠的生长衬底优选被完全去除。薄膜芯片在此例如可以具有用于以机械方式使半导体层堆叠的半导体层稳定的支承体衬底。
在一种改进方案中，半导体芯片是发射辐射的半导体芯片，尤其是LED、优选为薄膜LED。
在一种改进方案中，转换层包括高折射性材料。这尤其理解为：转换层的材料具有的折射率大于半导体层堆叠材料的折射率。例如，转换层的折射率在半导体层堆叠基于GaN的情况下高于大约2.4。
第二纳米结构化部在此可以构建为垂直层序列、在高折射性材料中嵌入的转换颗粒或嵌入的高折射性转换颗粒。
在GaN半导体芯片的情况下，例如TiO2用作可能的高折射性材料，TiO2具有大约2.9的折射率。通过合适地选择转换层的材料的体积比这样例如可以在转换颗粒的折射率为1.8的情况下实现了接近2.4的转换层的中等折射率。
在具有带有高折射性材料的结构化过的转换层并且同时优选在该区域中比有源层发射的辐射波长更小的结构大小的半导体芯片中，有源层发射的光进入转换层中的侵入深度得以改善。
用于制造光电半导体芯片的方法具有如下步骤：
-提供生长衬底，
-将半导体层堆叠生长到生长衬底上，该生长衬底包括有缘层和辐射出射侧，
-在辐射出射侧上构建第一纳米结构化部，以及
-将转换层引入第一纳米结构化部中。
与光电半导体芯片结合所述的特征也适用于该方法，反之亦然。
在该方法中，转换层因此在外延生长半导体层堆叠之后才施加。这能够实现更好的转换可控制性。
通过将转换层引入半导体层堆叠的纳米结构化部中，在转换层与半导体层堆叠之间形成增大的界面，使得能够实现转换层与半导体层堆叠更大的相互作用面。第一纳米结构化部尤其是构建为加深部、沟槽、凹进部等，在其中引入转换层。
在此，转换层可以引入半导体材料的第一纳米结构化部中，使得第一纳米结构化部的凹进部、加深部等的高度等于转换层的高度。在此情况下，转换层完全填充第一纳米结构化部的加深部，但并不伸出该加深部。
可替选地，转换层可以附加地布置在半导体层堆叠的纳米结构化部上，使得转换层伸出半导体层堆叠的纳米结构化部。在半导体层堆叠的第一纳米结构化部之上在此情况下整面地施加转换层。
在将转换层施加到半导体层堆叠上之后，可以将生长衬底与半导体层堆叠分离或完全移除。半导体层堆叠的其上曾布置有生长衬底的侧尤其是半导体芯片的与辐射出射侧对置的侧。
在一种改进方案中，半导体层堆叠的生长和第一纳米结构化部的构建包括如下步骤：
-将半导体层堆叠的第一层整面地生长到生长衬底上，以及
-借助掩模层生长半导体层堆叠的结构化过的第二层。
半导体层堆叠的第一纳米结构化部于是可以通过两种不同的方法来制造。一方面，半导体层堆叠可以整面地生长在生长衬底上并且接着结构化。可替选地，半导体层堆叠的未被结构化的部分可以整面地生长并且接着半导体层堆叠的被结构化的区域借助例如掩模层直接结构化地生长，使得不需要事后的结构化。
在一种改进方案中，转换层的转换元件被引入到第一纳米结构化部中并且接着将转换层的基质材料添加到第一纳米结构化部中。因此首先将转换元件例如转换颗粒引入到第一纳米结构化部的加深部中，其中接着转换颗粒被用转换层的基质材料围绕浇注。
可替选地，转换层借助例如激光束蒸发方法来施加。在该情况下，基质材料和其中所包含的转换元件一起被施加到第一纳米结构化部的加深部中和第一纳米结构化部上。这种方法对于本领域技术人员公知为术语PLD方法（PLD：脉冲式激光沉积（pulsed laserdeposition））而已知。
在该方法的一种改进方案中，第一纳米结构化部的大小构建为使得该大小在由有源层发射的辐射进入转换层中的侵入深度的范围中。由此，可以使转换效率在尽可能大的表面上优化。
附图说明
本发明的其他优点和有利的改进方案从如下结合图1至6所描述的实施例中得到。其中：
图1A至1D分别示出了在根据本发明的制造方法中的半导体芯片的示意性横截面，
图2A至2C分别示出了在根据本方法的制造方法中的半导体芯片的另一实施例的示意性横截面，
图3A至3D分别示出了在根据本发明的制造方法中的半导体芯片的另一实施例的示意性横截面，
图4A、5A分别示出了根据本发明的半导体芯片的另一实施例的示意性横截面，
图4B、5B、6A至6C分别示出了根据本发明的半导体芯片的实施例的示意性俯视图，
图7A示出了现有技术的半导体芯片的示意性横截面，以及
图7B、8A至8E分别示出了根据本发明的半导体芯片的另一实施例的示意性横截面。
具体实施方式
在这些图中，相同的或作用相同的组成部分分别设置有相同的附图标记。所示的组成部分及其彼此间的大小关系原则上不能视为合乎比例的。更确切地说，各组成部分譬如层、结构、部件和区域为了更好的可示性和/或为了更好的理解而在维度上夸厚地或夸大地示出。
在图1A至1D中示出了半导体芯片10，该半导体芯片10处于制造方法的不同阶段中。
在图1A中示出了半导体层堆叠2，该半导体层堆叠2生长到生长衬底1上。在该生长衬底1上布置有半导体层堆叠2。该半导体层堆叠2具有辐射出射侧21，该辐射出射侧21与生长衬底1对置地布置。此外，半导体层堆叠2具有有源层2a，该有源层2a适于在半导体芯片工作中产生电磁辐射。在有源层2a中产生的电磁辐射优选大部分经由辐射出射侧21从半导体芯片出射。
半导体层堆叠的层（其布置在有源层2a与生长衬底1之间）优选p掺杂。例如，层包括p-GaN。半导体层堆叠2的布置在有源层2a的与生长衬底1对置的侧上的层优选n掺杂，例如n-GaN。
在接下来的方法步骤中如在图1B中所示，半导体层堆叠从n侧被结构化。尤其是，从辐射出射侧21朝着有源层2a在半导体层堆叠中构建加深部6。这样，形成了第一纳米结构化部4，第一纳米结构化部4包括多个纳米棒。纳米棒4彼此通过加深部6分离。优选地，纳米棒4基本上具有相同高度。
在半导体层堆叠2的n侧中的加深部6优选并不延伸穿过有源层2a。半导体层堆叠2因此由两个区域2b、2c组成。第一区域2b包括整面布置的半导体层，半导体层包括有源层2，其中有源层2整面地构建。第二区域2c包括多个半导体层，所述多个半导体层具有纳米结构化部，即被结构化地构建。在第二区域2c中于是构建层序列，该层序列包括纳米棒4和加深部6，其中每个加深部与一纳米棒4邻接，使得纳米棒4和加深部6交替。该层序列在此在横向方向R1上布置。在横向方向R1上在此尤其意味着沿着生长衬底的伸展并且因此也沿着半导体层堆叠的半导体层的伸展。该层序列因此垂直于半导体层序列的主发射方向布置或垂直于半导体层序列的层至生长衬底上的生长方向地布置。
第一纳米结构化部的纳米棒4在此在其大小方面适配使得大小在由有源层发射的辐射的波长的范围中或大于该波长。加深部6同样具有该大小量级。例如，纳米棒是直径在10nm到200nm的范围中的圆形或多边形的柱。加深部在此具有几十纳米到200纳米的直径。这些结构即纳米棒和加深部的高度在几百纳米到几微米的范围中。
第一纳米结构化部例如可以通过如下方式来制造，半导体层堆叠的半导体层在区域2d中整面地生长并且接着被结构化，例如借助激光结构化方法。这样，加深部6可以在原始整面构建的半导体层中制造。
可替选地，第一纳米结构化部的制造可以包括：首先在第一区域2b中整面地将层生长到生长衬底上并且紧接着在区域2c中生长被结构化的层。结构化的生长例如可以借助掩模层来实现。
为了电接触，n接触部整面地布置在半导体层堆叠的n侧（未示出）上。p接触部在此可以借助纳米棒的合适重塑例如借助所谓的芯层/壳层来实现，其对于本领域技术人员而言是已知的并且因此在此不再予以详细阐述。由于由芯层/壳层，即使在p接触的情况下也存在大的面可用。尤其是在将半导体曾堆叠的n掺杂和p掺杂调换的情况下得到在电流扩展方面优化过的结构。
如在图1C中所示，随后将转换元件3b引入加深部6中。转换元件例如是转换颗粒，转换颗粒适于将由有源层2a发射的辐射中的至少一部分转换成另一波长的辐射。转换元件3b在此单独地引入。这意味着：转换元件3b并不被基质材料包围或嵌入在基质材料中。因为加深部6在本实施例中并不伸至有源层2a，所以在加深部6中的转换元件3b一仅此并未直至接近有源层2a地布置。在转换元件3b与有源层2a之间因此布置有半导体层堆叠2的材料。
在后续的制造步骤中，如在图1D中所示，接着基质材料3c被引入加深部3c中。该基质材料3c优选高折射性，例如Al2O3、TiO2。优选基质材料3c包括折射率大于1.5的耐辐射的并且耐热的透明材料。
基质材料3c在此被引入半导体层堆叠2的加深部6中，使得基质材料完全填充加深部6。由此，基质材料3c将半导体层堆叠2的辐射出射侧21平整地封闭，尤其是这样可以产生辐射出射面的平整面。基质材料3c尤其并不布置在半导体层堆叠2的辐射出射侧21上。
转换元件3b和基质材料3c一起组成转换层3。在半导体层堆叠2的第一纳米结构化部4的区域中因此布置包括转换层3的区域和仅包括半导体层堆叠的材料的区域，在此情况下即纳米棒4。
由于转换层3仅侵入半导体层堆叠2的第一纳米结构化部4的加深部6中，所以产生转换层3。第二纳米结构化部5在此包括多个纳米棒。在此，第一纳米结构化部4和第二纳米结构化部5散布彼此间。尤其是，第一纳米结构化部4和第二纳米结构化部5梳状地构建。
在半导体层堆叠2的第二区域中因此构建有带有彼此紧紧邻接的第一纳米结构化部4和第二纳米结构化部5的垂直层序列。该层序列尤其具有第一纳米结构化部的多个第一层和第二纳米结构化部的多个第二层4a，它们在横向方向R1上构建。
第一纳米结构化部4和第二纳米结构化部5分别优选具有相同高度，尤其是在100nm（包括本数）与1μm（包括本数）之间的范围中。
由于第一纳米结构化部4在转换层3与半导体层堆叠2之间产生了尽可能大的接触面。这样，可以实现在转换层3与半导体层堆叠2之间尽可能大的相互作用面。由此能够实现了，转换层3和半导体层堆叠2在光学上和在热学上最佳地耦合。这尤其也能够实现转换率的改善的可控性，因为转换层3在半导体层堆叠2的制造过程之后才被施加。
转换层3的折射率在此优选与半导体层堆叠的材料的折射率适配。这意味着，这些材料的折射率尽可能相似或相同。例如，这两种材料的折射率为2.4。
在图2A至2C的实施例中，示出了根据本发明的半导体芯片的可替选的制造方法。图2A在此基本上对应于图1A、图2B基本上对应于图1B。
而在图2C的实施例中同时实施图1C和1D的方法步骤。尤其是，转换层3在一个方法步骤中被引入第一纳米结构化部中。这意味着：转换层3的基质材料和转换元件已在施加到半导体层堆叠2上之前被混合并且一起施加到半导体层堆叠2上。这样的施加例如可以借助转换层的直接沉积例如经由脉冲式激光沉积（PLD）来实现。
转换层3在图2C的实施例中在纳米结构化部4的区域中尤其被引入半导体层堆叠2的加深部中。此外，转换层附加地布置在半导体层堆叠2的辐射出射侧21上。转换层因此可以划分成两个区域。在第一区域中，转换层构建为第二纳米结构化部并且因此仅布置在第一纳米结构化部的纳米棒4之间的中间空间中。在第二区域中，转换层3整面地施加到半导体层堆叠2上。在该区域中，转换层3因此正面地施加到半导体层堆叠2的纳米棒4和转换层3的纳米棒5上。
另外，图2C的实施例与图1D的实施例相一致。
在图3A至3D中，示出了用于制造根据本发明的半导体芯片10的另一实施例。
如在图3A中所示，半导体层堆叠2b的层正面地外延生长到生长衬底上。这些层构建半导体层堆叠的第一区域2b。尤其，该区域2b并不具有半导体层堆叠的有源层。
接着，如在图3B中所示，半导体层堆叠的第二区域2c施加到整面施加的区域2b上并且结构化。在产生纳米结构化部尤其是构建加深部6使得形成纳米棒4之后，生长有源层2c，该有源层2c例如包含InGaN多量子阱（MQW），其遮盖加深部6的所有侧面和底面。接着将p掺杂的层或p掺杂的数个层沉积到有源层上，使得有源层2a完全被该层的材料覆盖。
为了改进半导体层堆叠的p层中的电流扩展，接着可选地可以将透明的氧化物例如ITO或ZNO施加到侧面上（未示出）。
有源层2a因此处于第二区域中而并不仅仅沿着生长衬底1布置，而是也在主发射方向上沿加深部6的侧面延伸。
接着，如图3C中所示，将转换元件3b引入第一纳米结构化部的中间空间中。该方法步骤基本上对应于图1C中的实施例的方法步骤。
接着，如图3D中所示，基质材料3C被引入第一纳米结构化部的加深部中。该方法步骤尤其基本上对应于图1D的实施例的方法步骤。
为了电接触半导体芯片10可以从上面即从辐射出射侧21进行p接触和n接触（未示出）。
在图4A中示出了根据本发明的半导体芯片的实施例的横截面。在例如包含银的镜层上布置有半导体层堆叠2b的第一区域和半导体层堆叠2c的第二区域。在第二区域2c中构建第一纳米结构化部4。第一纳米结构化部4的中间空间以转换层3填充。在半导体芯片的辐射出射侧之后可以布置遮盖层8，例如硅树脂层。
另外，图4A的实施例与图1D的实施例相一致。
在图4B中示出了这样构造的半导体芯片的俯视图。第一纳米结构化部的纳米棒4矩阵状地布置。在纳米棒4之间的中间空间以转换层3填充，使得构建平整的面。纳米棒4在本实施例中不含转换层3的材料。纳米棒4的最优尺寸设置为使得该尺寸在由有源层发射的辐射的范围中或大于该辐射。在侵入深度的范围中，第一纳米结构化部尤其是纳米棒4混杂有转换层3。这样可以实现转换层对半导体层堆叠的最佳热学和光学耦合。此外，这样实现了转换率的改善的可控性。
而在图5A中，相对于图4A的实施例，第一纳米结构化部4和第二纳米结构化部5在其大小量级上不同地构建。第一纳米结构化部4和第二纳米结构化部5尤其具有比图4A的实施例中更大的横截面。
另外，图5A的实施例与图4A的实施例相一致。
在图5B中示出了根据图5A的实施例的半导体芯片。第一纳米结构化部的纳米棒4在此彼此间具有更大的间距。因此，转换层3填充了在纳米棒4之间更大的空间。总之，因此更多的转换层材料3布置在半导体层堆叠上。
另外，图5的实施例与图4B的实施例相一致。
在图6A至6C中从上侧示出了半导体芯片的每个扩展方案的其他实施例。在图6A的实施例中与图5B的实施例相比，第一纳米结构化部的纳米棒4的直径更大地构建。由此，半导体芯片的其上布置有转换层3的面缩小。
在图6B的实施例中，与图5B的实施例相比，纳米棒4矩形地而非圆形地实施。保持纳米棒4的矩阵状的布置。
另外，图6B的实施例与图5B的实施例相一致。
在图6C的实施例中，纳米棒4的直径与图6B的实施例相比增大。这样，类似于图6A的实施例，半导体层堆叠的其上布置有转换层3的面缩小。
根据所期望的转换率，可以设置纳米棒4的尺寸并且由此视条件而定地用转换层材料4遮盖的半导体层堆叠的面。
在图7A中示出了现有技术的包括用于产生辐射的有源层的半导体层10的实施例，其中在半导体层堆叠2上施加有转换层3。半导体层堆叠2和转换层3在此都不具有纳米结构化部，即平面层地构建。
在图7A中将由有源层发射的辐射的可能的光路S1、S2、S3作为箭头示出。
在这种构建的半导体芯片中由于在半导体层堆叠与转换层之间的界面上的全反射而可以使大部分光并不侵入转换层中或从半导体芯片耦合输出，如借助光路S2和S3中示出。
在结构尺寸在有源层所发射的辐射波长的范围中或者小于该辐射波长的情况下，这种效应也会出现在被结构化的转换层中（未示出），因为这样并不能解决光波的结构化并且因此出现结构化的层如中等折射率的层（对于本领域技术人员而言也以术语超常介质而已知）。
在图7B中示出了根据本发明的包括用于产生辐射的有源层的半导体芯片的实施例。在图7B中同样借助箭头示出了由有源层发射的辐射的可能的光路S1、S2、S3。
半导体芯片10具有半导体层堆叠2，该半导体层堆叠2例如根据图2D的实施例构建。在半导体层堆叠上布置有转换层3，该转换层3作为结构化部具有横向层序列。尤其，转换层的包括高折射性材料譬如TiO2的区域（其不含转换颗粒）和转换层的包括转换颗粒的区域（其并不一定包括高折射性材料）在横向方向上交替。
如借助光路S1、S2、S3示出，由有源层发射的辐射的较大部分可以侵入转换层中。尤其，借助局部使用转换层的具有较高折射率的材料设置转换层的中等折射率，使得该折射率大致对应于半导体材料的折射率，以致辐射在很大程度上可以不受妨碍地侵入转换层中。
图8A的实施例与图1D的实施例不同在于，转换层的与半导体层堆叠背离的侧具有其他结构化部尤其是粗化部。由此，在转换层与周围环境的界面上全反射的辐射部分可以减小，使得有利地进一步提高了辐射耦合输出效率。这尤其通过图8A中所示的光路S1、S2、S3来表示。
图8B的实施例与图7B的实施例不同在于，转换层的与半导体层堆叠背离的侧具有其他结构化部尤其粗化部。由此可以进一步减小在转换层与周围环境的界面上全反射的辐射部分，使得有利地进一步提高辐射耦合输出效率。
图8C的实施例与图8B的实施例不同在于，转换层代替横向的层序列包括垂直层序列。尤其是，具有高折射性材料的层和具有转换颗粒的层交替地相叠布置或堆叠。
图8D的实施例与图7B的实施例不同在于，转换层3作为结构化部具有在高折射性材料中嵌入的转换颗粒。图8E的实施例的转换层3作为结构化部具有在不一定高折射性材料中嵌入的高折射性颗粒。
本发明并不由于借助实施例的描述而限于这些实施例。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，尤其是包含改进方案中的特征的任意组合，即使这些特征或者这些组合本身未明确地在改进方案或实施例中予以说明。
本专利申请要求德国专利申请10 2010 051 286.9的优先权，其公开内容就此通过引用结合于此。

Claims (14)

1.一种光电半导体芯片（10），其具有：
- 半导体层堆叠（2），其具有设置用于产生辐射的有源层（2a）和辐射出射侧（21），以及
- 转换层（3），其布置在半导体层堆叠（2）的辐射出射侧（21）上，其中
- 转换层（3）适于将由有源层（2a）发射的辐射中的至少一部分转换成另一波长的辐射，
- 半导体层堆叠（2）的辐射出射侧（21）具有第一纳米结构化部（4），
- 将转换层（3）仅布置在第一纳米结构化部（4）中，
- 第一纳米结构化部（4）由多个纳米棒和加深部组成，以及
- 有源层（2a）分别仅沿着加深部的侧面和底面布置，使得半导体层堆叠（2）的背离底面的上侧无转换层（3）并且无有源层（2a）。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片，其中
半导体层堆叠（2）的有源层（2a）构建在第一纳米结构化部（4）的区域中，
其中第一纳米结构化部（4）由多个纳米棒和加深部组成并且有源层（2a）沿着第一纳米结构化部（4）构建，使得有源层（2a）分别沿着加深部的侧面和底面构建并且分别一体式地包围所述加深部，以及有源层（2a）在横截面上看如矩形锯齿图案地形成。
3.根据权利要求1所述的半导体芯片，其中第一纳米结构化部（4）构建为多个纳米棒，其中所述纳米棒是直径在10nm到200nm的范围中的圆形或有角的GaN柱。
4.根据权利要求1至3之一所述的半导体芯片，其中转换层（3）完全填充第一纳米结构化部（4）使得构建平整的面。
5.根据权利要求1至3之一所述的半导体芯片，其中转换层构建为第二纳米结构化部（5），所述第二纳米结构化部（5）包括多个纳米棒。
6.根据权利要求5所述的半导体芯片，其中第一纳米结构化部（4）和第二纳米结构化部（5）彼此布置为使得第一纳米结构化部（4）和第二纳米结构化部（5）彼此嵌接，和其中第一纳米结构化部（4）和第二纳米结构化部（5）在横截面上看梳状地构建。
7.根据权利要求1所述的半导体芯片，其中有源层（2a）通过各区域形成，使得各个区域具有半圆柱体或半截顶锥体的外壳面形状。
8.根据权利要求5所述的半导体芯片，其中第一纳米结构化部（4）和第二纳米结构化部（5）分别具有在100nm与1μm之间的范围中的高度，其中该范围包括100nm与1μm在内。
9.根据权利要求1、2、3或7之一所述的半导体芯片，其中半导体层堆叠（2）的有源层（2a）部分地构建在第一纳米结构化部（4）的区域中。
10.根据权利要求1、2、3或7之一所述的半导体芯片，其中转换层（3）和半导体层堆叠（2）以光学方式和热学方式进行耦合。
11.根据权利要求1、2、3或7之一所述的半导体芯片，其中半导体芯片（10）是薄膜芯片，其中薄膜芯片是如下半导体芯片，该半导体芯片的生长衬底完全被去除并且该半导体芯片具有用于以机械方式使半导体层堆叠稳定的支承体衬底。
12.一种用于制造根据权利要求1所述的半导体芯片（10）的方法，具有如下方法步骤：
- 提供生长衬底（1），
- 将半导体层堆叠（2）生长到生长衬底（1）上，该半导体层堆叠（2）包括有源层（2a）和辐射出射侧（21），
- 在辐射出射侧（21）上构建第一纳米结构化部（4），以及
- 将转换层（3）引入第一纳米结构化部（4）。
13.根据权利要求12所述的方法，其中
生长半导体层堆叠（2）和构建第一纳米结构化部（4）包括如下步骤：
- 将半导体层堆叠（2）的第一层（2b）整面地生长到生长衬底（1），以及
- 借助掩模层生长半导体层堆叠（2）的被结构化的第二层（2c）。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中施加转换层（3）包括：
- 将转换元件（3b）引入第一纳米结构化部（4）中并且接着将基质材料（3c）添加到第一纳米结构化部（4）中，和/或
- 借助激光束蒸发施加转换层（3）。
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