CN104919607B - 光电子半导体芯片 - Google Patents

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Abstract

提出一种光电子半导体芯片，其包括：多个有源元件，所述有源元件彼此间隔开地设置；和载体，所述载体横向于有源元件设置，其中有源元件分别具有垂直于载体伸展的主轴线；主轴线彼此平行地定向；至少一种转换材料在侧表面上包围多个有源元件；转换材料包括转换物质或者包括转换物质和基体材料；有源元件分别具有中央的芯区域，所述芯区域被至少两层地包覆，其中有源层包覆芯区域并且覆盖层包覆有源层；其中芯区域由第一半导体材料形成；有源层包括发光材料；覆盖层由第二半导体材料形成；并且覆盖层具有0.1nm和100nm之间的层厚度。

Description

光电子半导体芯片
相关申请的交叉参引
本申请要求德国专利申请10 2013 100 291.9的优先权，其公开内容通过参考并入本文。
技术领域
本申请涉及一种光电子半导体芯片。光电子半导体芯片、例如发光二极管(LED)通常具有耦合输出元件，例如具有带有转换物质的囊封件。转换物质将由LED的有源层发射的辐射转换成具有改变的、例如更长的波长的辐射。在此，在有源层中形成激子，所述激子在发射辐射的条件下衰变。然而，激子的一部分在不发射光、即无辐射的情况下衰变。通过激子在有源层中无辐射的衰变过程，出现高的能量损失。因此，无辐射地衰变的激子不用于发光。此外，在常规的LED中，由于由有源层发射的辐射在转换器表面上的反射和由于发射的辐射通过转换物质和后续的光子生成引起的吸收而造成损失。
发明内容
本发明的至少一个实施方式的目的是：提供一种光电子半导体芯片，其中最小化或者近似完全防止通过激子的无辐射的衰变过程引起的损失，进而显著地提高光电子半导体芯片的光产量。
所述目的通过具有权利要求1的特征的光电子半导体芯片来实现，一种光电子半导体芯片，其包括：
-多个有源元件，所述有源元件彼此间隔开地设置，和
-载体，所述载体横向于所述有源元件设置，其中
-所述有源元件分别具有垂直于所述载体伸展的主轴线；
-所述主轴线彼此平行地定向；
-至少一种转换材料在侧表面上包围多个所述有源元件；
-所述转换材料包括转换物质或者包括转换物质和基体材料；
-所述有源元件分别具有中央的芯区域，所述芯区域被至少两层地包覆，其中有源层包覆所述芯区域并且覆盖层包覆所述有源层，
-其中所述芯区域由第一半导体材料形成；
-所述有源层包括发光材料；
-所述覆盖层由第二半导体材料形成，和
-所述覆盖层具有在0.1nm和100nm之间的层厚度；并且
其中所述覆盖层的层厚度相应于所述有源层距所述转换材料的间距。
本发明的有利的实施方案以及改进方案在从属权利要求中提出。
提出一种光电子半导体芯片。该光电子半导体芯片包括：多个有源元件，所述有源元件彼此间隔开地设置；和载体，所述载体横向于有源元件设置。有源元件分别具有垂直于载体伸展的主轴线。主轴线彼此平行地定向。有源元件具有侧表面，其中至少一种转换材料在侧表面上包围多个有源元件。转换材料包括转换物质或者包括转换物质和基体材料。有源元件分别具有中央的芯区域，所述芯区域被至少两层地包覆。有源层包覆芯区域并且覆盖层包覆有源层。芯区域由第一半导体材料形成并且有源层包括发光材料。覆盖层由第二半导体材料形成，并且具有0.1nm和100nm之间的层厚度。
有源元件的主轴线彼此平行地定向表示：有源元件的主轴线在制造公差的范围内彼此平行地定向。主轴线示出0至20％的、优选0至10％的、尤其优选0至5％的平行度偏差。
根据一个实施方式，有源元件沿着主轴线具有比横向于主轴线更大的扩展。这就是说，有源元件并非在每个空间方向上都延伸得同样远，而是有源元件平行于主轴线的扩展大于垂直于主轴线的扩展。
根据一个实施方式，平行于有源元件的主轴线的扩展为1至100μm，优选为1至50μm、尤其优选1至10μm。
优选地，覆盖层具有0.1nm和50nm之间的层厚度，尤其优选具有0.1nm和10nm之间的层厚度，并且更尤其优选具有0.1nm和4nm之间的层厚度。在制造公差的范围内，层厚度优选具有均匀的层厚度。
根据一个实施方式，有源层和覆盖层彼此直接接触。覆盖层的层厚度在该实施方式中对应于有源层距转换材料的间距。
根据一个实施方式，覆盖层能够部分地或完全地包覆有源层并且在此部分地或完全地覆盖有源层。
根据一个实施方式，有源层距转换材料的间距在0.1nm和100nm之间、优选在0.1nm和50nm之间、尤其优选在0.1nm和10nm之间、更尤其优选在0.1nm和4nm之间。
如果有源层距转换材料的间距位于0.1nm和100nm之间，那么在有源元件中并且在那里尤其在有源层的发光材料中形成的激子部分地在发射电磁初级辐射的条件下衰变并且所形成的激子部分地经由偶极-偶极交互作用传递到转换材料上。
在此和在下文中，转换材料的特性能够涉及转换物质、基体材料或这两者。
发光材料中的激子的无辐射的衰变能够完全地或几乎完全地被抑制，因为激子在其无辐射地衰变之前由于在转换材料附近而传递到所述转换材料上。如此传递的激子于是能够在转换材料中在发射电磁次级辐射的条件下以辐射的方式衰变。也可能的是，如此传递的激子部分地例如从基体材料传递到转换物质上并且随后才在发射电磁次级辐射的条件下衰变。因此，能量损失能够尽可能地被抑制，因为在常规的光电子器件中无辐射地衰变的激子能够用于在转换材料中发射次级辐射。
根据一个实施方式，激子传递到转换材料上比激子在发光材料中无辐射地衰变更快。因此，随后能够尽可能地抑制竞争性的损失过程。可能的是，传递在1ps至10ns的时间片之内、例如在1至20ps或1至10ns之内进行。激子直至无辐射地衰变的寿命通常为1μs。
可能的是，通过激子的快速传递，降低其在发光材料中的停留持续时间进而能够更快速地形成其他的激子。由此，在一定时间片之内提供更多的激子，所述激子能够用于发射电磁初级辐射和次级辐射。由此，光电子半导体芯片的光密度和光产量能够显著地提高。
根据半导体芯片的一个实施方式，转换材料和发光材料具有激发的被占据的能级。占据激发的能级的电子优选是激子的组成部分，所述激子由发光材料传递到转换材料上。发光材料的被占据的激发的能级在能量方面能够位于转换材料的被占据的激发的能级之上，其中所述发光材料的电子是待传递的激子的组成部分，其中所述转换材料的电子是已传递的激子的组成部分。也可能的是，发光材料的被占据的激发的能级的位置和转换材料的被占据的激发的能级的位置是相同的，其中所述发光材料的电子是待传递的激子的组成部分，其中所述转换材料的电子是已传递的激子的组成部分。相同的表示：能级的位置以最大2×kT eV不同。T是工作温度并且k是玻尔兹曼常数。特别地，发光材料的和转换材料的如此匹配的能级具有相同的倍数。因此，提高传递激子进而能量的概率。
因此，从有源层的发光材料到转换材料的有效的激子传递是可能的。优选地，发光材料的被占据的激发的能级在能量方面能够位于转换材料的被占据的激发的能级之上，其中所述发光材料的电子是待传递的激子的组成部分，其中所述转换材料的电子是已传递的激子的组成部分，因此因此激子从转换材料向回传递到发光材料上的可能性不那么大。
匹配的激发的能级能够是第一激发的单重态和/或三重态。但是也能够考虑的是：其他的能级参与能量或激子传递。
根据一个实施方式，转换材料将电磁初级辐射至部分地转换成电磁次级辐射。至少部分地表示：电磁初级辐射至少部分地由转换材料吸收并且作为具有与电磁初级辐射不同的波长范围的电磁次级辐射发射。电磁初级辐射和/或电磁次级辐射能够包括在红外至紫外波长范围中、尤其在可见波长范围中的一个或多个波长和/或波长范围。在此，初级辐射的和/或次级辐射的光谱能够是窄带的，这就是说，初级辐射和/或次级辐射于是能够具有单色的或近似单色的波长范围。初级辐射的光谱和/或次级辐射的光谱替选地也能够是宽带的，这就是说，初级辐射和/或次级辐射能够具有混合色的波长范围，其中混合色的波长范围能够具有一个连续的光谱或具有多个不同波长的分散的光谱分量。
初级辐射和次级辐射能够叠加地引起白色的发光印象。对此，初级辐射能够优选引起蓝色的发光印象并且次级辐射能够引起黄色的发光印象，所述黄色的发光印象能够通过次级辐射在黄色波长范围中的光谱分量和/或在绿色和红色波长范围中的光谱分量形成。
也可能的是，电磁初级辐射完全地或几乎完全地转换成电磁次级辐射。电磁初级辐射在此完全地或几乎完全地通过转换材料吸收并且以电磁次级辐射的形式发射。根据该实施方式的光电子器件的所发射的辐射因此完全地或几乎完全地对应于电磁次级辐射。将几乎完全的转换理解为超过90％、尤其超过95％的转换。
可能的是，初级辐射位于UV范围中并且次级辐射引起蓝色的和黄色的发光印象，所述发光印象能够通过次级辐射在蓝色和黄色波长范围中的光谱分量和/或在蓝色、绿色和红色波长范围中的光谱分量形成。在此，次级辐射能够引起白色的发光印象。
根据一个实施方式，电磁次级辐射位于蓝色至红外波长范围中。
根据一个实施方式，初级辐射能够位于电磁光谱的红外范围或红色范围中。次级辐射于是能够位于电磁光谱的红外范围中。
根据一个实施方式，通过激子在有源层的发光材料中以辐射的方式衰变，在电磁光谱的UV范围至绿色范围中、优选在UV范围至蓝色范围中发射电磁初级辐射。换而言之，有源层的发光材料在电磁光谱的UV范围至绿色范围中、优选在UV范围至蓝色范围中发射电磁初级辐射。有源层的发光材料也能够在电磁光谱的红色范围或红外范围中发射电磁初级辐射。
除了吸收电磁初级辐射和随后转换成电磁次级辐射之外，通过传递到转换材料上的激子的衰变，也发射下述电磁次级辐射，所述电磁次级辐射对应于上述辐射。
根据一个实施方式，发光材料是第三半导体材料。在半导体材料中形成的激子在其以辐射的方式衰变之前具有小的寿命。由此，能够更快地形成其他的激子，所述激子能够用于通过第三半导体材料或转换材料进行光发射。因此，光电子半导体芯片的发光密度提高。
根据一个实施方式，发光材料是具有高的振荡强度的材料。所述材料由此具有福斯特交互作用的更长的作用范围，即将更多的激子从发光材料传递到转换材料上。在此，其也能够为IIA和IIB金属族的混合氧化物、混合硒化物和硫化物。例如使用(Zn，Mg，Cd)O、(Zn，Cd)Se或者(Zn，Cd，Mg)S。
也可能的是，将InGaAlP或InGaAs用作为发光材料。
例如，发光材料也能够基于III/V族半导体材料体系或由其构成。例如，发光材料基于氮化物半导体材料体系或由其构成。特别地，发光材料能够基于GaN、InGaN、AlGaN或者AlInGaN或者由其构成。优选地，发光材料由AlInGaN构成。
根据一个实施方式，有源层的发光材料的激子和转换材料具有跃迁偶极矩，所述跃迁偶极矩彼此平行地定向。因此，将激子有效地传递到转换材料上是可能的。
根据一个实施方式，有源元件具有垂直于有源元件的主轴线的直径，其中有源元件彼此间的最小间距是其最大直径的双倍大。也可能的是，有源元件的间距是20或者10μm。
根据一个实施方式，有源元件在载体上的分布是均匀的。这表示：至少在制造公差的范围内，有源元件均匀地分布在载体上。
根据一个实施方式，有源元件例如根据规则格的类型设置，这就是说，有源元件以彼此间预设的间距设置，例如在有源元件的与载体相对置的一侧的俯视图中可见规则的格结构，即例如可见三角形格或矩形格的结构。然而，有源元件的随机分配也是可能的。
根据一个实施方式，转换材料完全地占据有源元件之间的中间空间。
根据一个实施方式，有源元件垂直于其主轴线的直径为1μm至2μm或者2μm至4μm。
根据一个实施方式，转换材料与覆盖层经由偶极-偶极交互作用、静电交互作用、氢键、范德华交互作用、空间交互作用、熵交互作用或者经由共价键彼此连接。
转换元件、尤其转换物质和/或基体材料能够包括UV硬化的聚合物、热硬化的聚合物和/或双组份聚合物或者由所述聚合物中的一种或多种构成。
根据一个实施方式，转换材料包括转换物质和基体材料，其中转换物质均匀地分布在基体材料中。也可能的是，转换物质在邻接于有源元件的区域中具有比在转换材料的距有源元件更远的区域中更高的浓度。
根据一个实施方式，基体材料选自下述组：硅树脂、含酯的聚合物、含环氧化物的聚合物、含胺的聚合物、含聚乙炔的聚合物、含乙烯基的聚合物、含咔唑的聚合物、含丙烯酸酯的聚合物、含苯乙烯的聚合物和无机的杂化材料或其组合。
根据一个实施方式，转换材料是发光聚合物、无机发光材料、有机分子或过渡金属络合物。
激光颜料和/或在有机发光二极管中应用的材料适合作为有机分子。
在一个实施方式中，有机分子能够选自激光颜料的组，所述组包括二萘嵌苯、香豆素和氧杂蒽或其组合。
氧杂蒽能够为若丹明。
在一个实施形式中，二萘嵌苯具有下述结构
其中R”选自下述组：H；饱和的和不饱和的烷基残基；完全或部分取代的饱和的和不饱和的烷基残基；芳香烃；完全或部分取代的芳香烃；缩合的芳香烃；完全或部分取代的缩合的芳香烃；杂环；完全或部分取代的杂环；缩合的杂环；完全或部分取代的缩合的杂环。
优选地，二萘嵌苯为：
在有机发光二极管中应用的有机分子的实例是：
也可能的是，转换材料包括多种转换物质。例如，转换材料能够包括发光聚合物和无机发光材料。
无机发光材料能够是量子点。量子点为例如由104个原子构成的材料结构。在此，能级能够通过材料选择、量子点的形状和大小来调节。因为量子点具有小的大小，有源元件能够以彼此间小的间距设置。
根据一个实施方式，无机发光材料选自下述组：硒化镉、硫化镉、磷化铟、磷化铜铟、氧化镉、氧化铟、氧化铜铟。发光材料能够借助硫化锌或硒化锌来包覆。
能够将具有作为一个中心原子/多个中心原子的过渡金属的单核的或多核的过渡金属络合物选作为过渡金属络合物。优选地，使用单核的铱络合物或铂络合物。优选的过渡金属络合物是铱络合物。尤其优选的是铱络合物。铱络合物能够具有如下结构：
如下转换物质是可能的，所述转换物质基于磷光性和/或荧光性而发射电磁次级辐射。
根据一个实施方式，发光聚合物具有在蓝色光谱范围中发射的基架和在红色和/或绿色和/或黄色和/或橙色光谱范围中发射的侧链。例如，发光聚合物能够吸收在UV范围中或在UV范围至蓝色光谱范围中的电磁初级辐射并且通过蓝色的基架发射蓝光，所述蓝光又完全地或部分地由侧链以在红色和/或绿色和/或黄色和/或橙色光谱范围中的次级辐射发射。也能够将有源层的发光材料的激子传递到蓝色的基架上，所述激子又传递到聚合物的侧链上并且在那里在发射在红色和/或绿色和/或黄色和/或橙色光谱范围中的电磁次级辐射的条件下衰变。
根据一个实施方式，发光聚合物包括含芴的或含对苯乙炔的聚合物。
根据一个实施方式，含对苯乙炔的聚合物具有下式：
其中R1、R2、R3、R4、R5和R6能够选择为是相同的或不同的并且选自下述组：H；饱和的和不饱和的烷基残基；完全或部分取代的饱和的和不饱和的烷基残基；烷氧基；胺；酰胺；酯；芳香烃；完全或部分取代的芳香烃；缩合的芳香烃；完全或部分取代的缩合的芳香烃；杂环；完全或部分取代的杂环；缩合的杂环；完全或部分取代的缩合的杂环。x、y、z能够选择为是相同的或不同的并且1≤x、y、z≤1000。
根据一个实施方式，含对苯乙炔的聚合物具有下式
其中R1’、R3’、R5’和R6’能够选择为是相同的或不同的并且选自下述组：H；饱和的和不饱和的烷基残基；完全或部分取代的饱和的和不饱和的烷基残基；芳香烃；完全或部分取代的芳香烃；缩合的芳香烃；完全或部分取代的缩合的芳香烃；杂环；完全或部分取代的杂环；缩合的杂环；完全或部分取代的缩合的杂环。
x、y、z能够选择为是相同的或不同的并且1≤x、y、z≤1000。
根据一个实施方式，含对苯乙炔的聚合物发射电磁光谱的在黄色范围中的电磁次级辐射。
优选地，残基R1’、R3’、R5’和R6'选自下述组：杂环；完全或部分取代的杂环；缩合的杂环；完全或部分取代的缩合的杂环。尤其优选地，其为含硫的、含氮的和/或含氧的杂环。更尤其优选地，其为含硫的或含氮的杂环。
根据一个实施方式，含对苯乙炔的聚合物具有下式
其中x、y、z能够选择为是相同的或不同的并且1≤x、y、z≤1000。
可能的是，转换材料、即转换物质和/或基体材料是导电的。如果覆盖层由p型传导的氮化物化合物半导体材料形成，那么其具有相对小的横向电导率。有源元件的p侧的接触借助于导电的转换材料是可能的。通过导电的转换材料，可以对有源元件的有源层均匀地通电。
根据一个实施方式，载体是光电子半导体芯片的如下元件，所述元件机械地承载和支撑多个有源元件。因此，载体例如也能够是光电子半导体芯片的将多个有源元件彼此连接的元件。
载体例如能够为用于至少部分有源元件的生长衬底。载体对此例如能够由GaAs、硅、玻璃或蓝宝石形成。此外，可能的是，载体包含上述材料中的至少一种。如果载体为生长衬底，那么生长衬底保留在半导体芯片中。生长衬底的打薄、即通过磨削、刻蚀或化学机械抛光减小生长衬底的厚度是可能的。
根据一个实施方式，载体能够至少部分地以辐射不可穿透、辐射可穿透、反射辐射或者漫散射的方式构成。这就是说，在有源元件中在半导体芯片运行时产生的初级辐射和/或在转换材料中产生的电磁次级辐射能够穿过载体或者不穿过载体，或者在所述载体上反射或散射。
根据一个实施方式，有源元件以柱的、截锥的、规则的截棱锥的、规则的具有六边形基本面的棱锥的形状或以棱柱的形状、尤其以具有六角形或三角形基本面的棱柱的形状构成。因此，主轴线是如下方向，沿所述方向确定柱、截锥、规则的截棱锥、规则的具有六边形基本面的棱锥或棱柱的高度。换而言之，多个有源元件通过长形延伸的三维体部形成并且例如不具有平面的层的形状。此外，有源元件不为连续的未结构化的层。
根据一个实施方式，第一半导体材料构成为是n型传导的。第一半导体材料例如能够基于n型掺杂的III/V族半导体材料体系。例如，第一半导体材料基于n型掺杂的氮化物半导体材料体系。特别地，第一半导体材料能够基于n型传导的GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。可能的是，第一半导体材料基于n型传导的InGaAlP或InGaAs。
有源元件的芯区域能够具有与有源元件相同类型的空间形状。如果有源元件例如以柱或棱柱的形式构成，那么芯区域也能够具有柱或棱柱的形状。因此，芯区域尤其能够构成为实心体，所述实心体由第一半导体材料构成。
芯区域能够具有垂直于有源元件的主轴线的为1nm至5μm、优选1nm至1μm、更优选1nm至300nm的直径。芯区域例如能够具有垂直于有源元件的主轴线的为40nm至100nm、为40nm至80nm或为40nm至60nm的直径。
根据一个实施方式，芯区域具有侧表面，所述侧表面由有源层部分地或优选完全地覆盖。芯区域的端面也能够至少局部地被覆盖。芯区域在此能够直接地邻接于有源层。在制造公差的范围内，有源层优选具有均匀的层厚度。层厚度位于1至30nm、优选1至10nm中。
第二半导体材料能够是基于与第一半导体材料相同的半导体材料体系的半导体材料，然而在此具有不同的掺杂。第二半导体材料能够以p传导的方式形成，例如第二半导体材料基于GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN或者基于由两个或更多个上述材料构成的两个或更多个层的层堆。
多个有源元件能够相同类型地构成。这表示：至少在制造公差的范围内，有源元件相同地构成。但是也可能的是，光电子半导体芯片包括多个有源元件，所述有源元件至少部分不同地构成。例如，有源元件关于其平行于和横向于主轴线的扩展彼此不同。
尤其基于氮化镓的发光二极管的效率在工作电流条件下通过所谓的“光效下降效应(DROOP-Effekt)”是受限的。该效应表示随着电流或载流子密度提高，效率显著地下降。因此，典型的工作电流明显远离效率曲线的最大值。为了在电流保持相同的情况下朝向更高的效率推进，因此降低局部的载流子密度是有利的。这例如能够通过增大光电子半导体芯片的横截面或通过提高有源层的数量来实现。然而，这两个方案都有问题。
因此，横截面的增大对于多种应用例如是不实用的，因为所述增大伴随着集光率的提高。此外，该解决方案也总是与成本提高联系在一起，所述成本提高通常与半导体横截面的提高成过大比例。
在此处描述的光电子半导体芯片中，有源元件例如构成为“Core Shell Nano-或Microrods”、即芯壳纳米或微米棒。通过将光电子半导体芯片的发射辐射的区域划分成多个有源元件、即例如多个芯壳棒，有源体积相对于具有唯一的有源区域、例如有源层并且例如未结构化的光电子半导体芯片提高，其中在所述有源体积中在运行时产生电磁辐射。以该方式提高半导体芯片的效率。
由于在此描述的光电子半导体芯片具有多个有源元件的事实，在载流子密度降低的情况下在工作电流条件下实现有源面积的显著扩大进而实现效率的提高。此外，在彼此间隔开的有源元件外延生长的情况下，相对于闭合的二维层，在有源元件的半导体材料中能够实现张力的降低。
尤其可能的是，在此描述的光电子半导体芯片构成有两个、多于两个、多于100个、优选多于1000个、尤其多于10000个或多于100000个有源元件。
根据一个实施方式，有源元件的有源层的面积增大。有源层能够具有空腔。有源层的表面也能够是粗糙化的或设有三维的拓扑。有源面积的增大在载流子密度降低的情况下在工作电流条件下引起效率提高。有源层的和/或位于其中的空腔的分形的表面造型是可能的。在此，从有源层的纳米或微米结构中在纳米或微米结构的侧向生长类似的结构。从该结构中随后又生长类似的结构，使得获得分形的表面。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式，中央的芯区域被三层地包覆。可能的是，借助第一接触层包覆覆盖层。覆盖层在此部分地或完全地由第一接触层覆盖。覆盖层和第一接触层尤其彼此直接接触。第一接触层在运行时对于在有源层中产生的电磁初级辐射是透明的。如果覆盖层由p型传导的氮化物化合物半导体材料形成，那么其具有相对小的横向电导率。设置第一接触层引起对有源元件的有源层进行更均匀的通电。第一接触层例如作为在制造公差的范围内能够具有均匀的厚度的层覆盖覆盖层。第一接触层的厚度为1至30nm、优选为1至10nm。在该实施方式中，转换材料优选构成为是不导电的。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式，第一接触层由具有大的带隙Eg的材料形成。带隙Eg大于或等于有源区域的所发射的最短波的初级辐射。例如，Eg对于在电磁光谱的红色范围中的初级辐射等于2.2eV或对于在电磁光谱的红外范围中的初级辐射为1.5eV。带隙Eg在处于电磁光谱的蓝色范围中的初级辐射的情况下大于或等于4eV、优选大于或等于3eV、尤其优选大于或等于2.8eV。因此能够确保：激子从发光材料到转化材料的过渡能够不受阻碍地进行。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式，第一接触层由透明导电氧化物形成。例如，其由ITO和/或Al1-x-yGaxInyN：Mg形成，其中0≤x≤1且0≤y≤1并且x+y＝1。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式，第二接触层与至少大部分的芯区域、尤其光电子半导体芯片的全部有源元件的芯区域直接接触，这就是说全部芯区域或全部芯区域的至少大部分经由唯一的共同的第二接触层导电地连接。如果芯区域构成为是n型传导的，那么有源元件的n侧的接触借助于导电的第二接触层是可能的。
第二接触层在此尤其能够至少局部地在一个平面中延伸，所述平面平行于或基本上平行于载体伸展。有源元件于是设置在载体和第二接触层之间。
有源元件的至少大部分在此表示光电子半导体芯片的有源元件的至少75％、优选至少85％、尤其至少95％。基本上平行表示，第二接触层至少局部地在如下平面中延伸，所述平面在制造公差的范围内平行于载体伸展。
为了抑制短路或电流泄漏路径，覆盖层和第一接触层或覆盖层和转换材料通过钝化部与导电的第二接触层分开。钝化部在此能够与有源元件的芯区域直接接触并且于是在有源元件的背离载体的一侧上在其侧表面上例如与覆盖层和第一接触层或者覆盖层和转换材料直接接触。钝化部能够与芯区域的背离载体的一侧齐平并且在其背离载体的一侧上与第二接触层直接接触。
钝化例如能够通过用电绝缘的材料覆盖覆盖层和必要时第一接触层或转换材料或者通过覆盖层的半导体材料的钝化、例如通过离子注入或通过例如在氢等离子步骤期间将嵌入半导体材料中的掺杂剂电学去激活、或通过借助向回溅射步骤产生表面缺陷来进行。
根据光电子半导体芯片的至少一个实施方式，第二接触层对于在运行期间在有源元件中产生的初级辐射和/或对于通过转换材料产生的电磁次级辐射而言构成为是可穿透的或反射的。这就是说，产生的初级辐射和/或次级辐射能够穿过接触层或者在其上反射。可穿透的第二接触层例如能够借助透明导电氧化物形成。例如，适合的是如ITO或ZnO的材料。反射的第二接触层能够以金属的方式、例如借助反射金属、如银、金、钛、铂、钯、钨、锇和/或铝形成。在反射的第二接触层的情况下，载体优选构成为是辐射可穿透的。由光电子半导体芯片在运行时放射的电磁辐射的至少大部分于是穿过载体放射。
根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片包括反射层，所述反射层在与多个有源元件相同的一侧上设置在载体之上。在此可能的是，光电子半导体芯片包括唯一的反射层，所述反射层将光电子半导体芯片的全部有源元件彼此连接。在此，有源元件能够至少局部地直接邻接于反射层。
半导体芯片能够尤其节约成本地制成，因为用于制造具有三维晶体结构、例如三维的芯壳结构的光电子半导体芯片所需要的工艺步骤和工艺是可能的。此外，三维晶体结构的接触能够通过标准化的工艺进行，因为接触本身不需要在纳米范围中的分辨率，而是借助于接触层和/或转换材料是可能的，所述接触层和/或转换材料在全部有源元件之上延伸。因为为了制造在此描述的元件不需要平面的外延结构，所以也能够外延地生长到不常见的和/或大面积的异质衬底上。特别地，能够使用电绝缘的生长衬底。此外，也能够使用沿端跨方向(Endfeldrichtung)生长的基于氮化镓的半导体材料作为半导体材料。有源元件沿主轴线的方向的长度的差异能够通过平坦化步骤补偿，而在此没有损坏用于与p型侧进行接触的p型传导的区域的特性。但是，也可能的是，弃用平坦化，以便尤其有效地利用每个有源元件的可用的有源面积。
本发明的其他的有利的实施方式和改进方案从下面结合附图描述的实施例中得出。
附图说明
在实施例和附图中，相同的或起相同作用的组成部分分别设有相同的附图标记。所示出的元件和其彼此间的大小关系不视为是符合比例的，更确切地说，为了更好的理解能够夸张大地示出个别元件、尤其是层厚度。
图1示出在此描述的光电子半导体芯片的示意剖面图。
图2示出另一个在此描述的光电子半导体芯片的示意剖面图。
具体实施方式
图1示出具有载体2的光电子半导体芯片，其中其例如为辐射可穿透的、电绝缘的生长衬底，如蓝宝石或玻璃。在载体2上设置有有源元件1。有源元件1当前例如具有柱的形状。有源元件1例如设置在规则格、当前例如矩形格的格点上。
每个有源元件1包括芯区域10。芯区域10当前由n型掺杂的基于GaN的第一半导体材料形成。芯区域10同样具有柱的形状。所述芯区域10的侧表面完全地由有源层11覆盖，在所述有源层中在光电子半导体芯片运行时产生电磁初级辐射。
有源层11具有空心柱的形状，所述空心柱的内面完全由芯区域10的第一半导体材料覆盖。有源层11由极化的例如GaN的第三半导体材料构成。有源层11完全地由覆盖层12包覆，所述覆盖层由p型掺杂的基于GaN的第二半导体材料形成。
有源元件1之间的中间空间借助导电的转换材料4填充。转换材料4例如包括具有在蓝色光谱范围中发射的基架和在黄色光谱范围中发射的侧链的发光导电聚合物。有源层11距转换材料4的间距为4nm。
第二接触层6在背离载体2的一侧上设置在有源元件1上并且平行于载体2设置。第二接触层6与光电子半导体芯片的全部有源元件1的芯区域10直接接触，使得全部芯区域10经由唯一的共同的第二接触层6导电连接。第二接触层6由反射金属、例如银形成。
有源元件1的接触经由转换材料4的导电聚合物和经由第二接触层6进行。
通过钝化部3将转换材料4、覆盖层12和有源层11相对于导电的第二接触层6绝缘。钝化部3位于有源元件1的和转换材料4的背离载体2的一侧之上。
由于钝化部3，防止第二接触层6和p型传导的覆盖层12和转换材料4之间接触。
图2示出具有载体2的光电子半导体芯片，所述载体例如构成为是反射辐射的。在载体2上设置有源元件1。有源元件1当前例如具有带有六边形基本面的柱的形状。有源元件1例如设置在规则格、当前例如三角形格的格点上。
每个有源元件1包括芯区域10。芯区域10当前由n型掺杂的基于GaN的第一半导体材料形成。芯区域10同样具有柱的形状。所述芯区域10的侧表面完全地由有源层11覆盖，在所述有源层中在光电子半导体芯片运行时产生电磁初级辐射。
有源层11具有空心柱的形状，所述空心柱的内面完全由芯区域10的第一半导体材料覆盖。有源层11由极化的如GaN的第三半导体材料构成。有源层11完全地由覆盖层12包覆，所述覆盖层由p型掺杂的基于GaN的第二半导体材料形成。
覆盖层12由第一接触层13完全地包覆。第一接触层13在运行中对于在有源层11中产生的电磁初级辐射是透明的。
有源元件1之间的中间空间借助不导电的转换材料4填充。转换材料4例如包括具有在蓝色光谱范围中发射的基架和在红色和绿色光谱范围中发射的侧链的发光聚合物。有源层11距转换材料4的间距为15nm。
第二接触层6在背离载体2的一侧上设置在有源元件1上并且平行于载体2设置。第二接触层6与光电子半导体芯片的全部有源元件1的芯区域10直接接触，使得全部芯区域10经由唯一的共同的第二接触层6导电地连接。第二接触层6对于在运行中在有源元件1中产生的初级辐射和通过转换材料4产生的次级辐射构成为是可穿透的。例如第二接触层6由ITO形成。
有源元件1的接触经由第一接触层13和第二接触层6进行。
通过钝化部3将有源层、覆盖层12和第一接触层13与导电的第二接触层6分开。因此，钝化部3位于有源元件1的背离载体2的一侧上。
由于钝化部3，防止通过接触层6的接触引起第二接触层6和p型传导的覆盖层12和转换层13之间的接触。
本发明不局限于根据实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。

Claims (16)

1.一种光电子半导体芯片，其包括：
-多个有源元件(1)，所述有源元件彼此间隔开地设置，和
-载体(2)，所述载体横向于所述有源元件(1)设置，其中
-所述有源元件(1)分别具有垂直于所述载体(2)伸展的主轴线；
-所述主轴线彼此平行地定向；
-至少一种转换材料(4)在侧表面上包围多个所述有源元件(1)；
-所述转换材料(4)包括转换物质或者包括转换物质和基体材料；
-所述有源元件(1)分别具有中央的芯区域(10)，所述芯区域被至少两层地包覆，其中有源层(11)包覆所述芯区域(10)并且覆盖层(12)包覆所述有源层(11)，
-其中所述芯区域(10)由第一半导体材料形成；
-所述有源层(11)包括发光材料；
-所述覆盖层(12)由第二半导体材料形成，和
-所述覆盖层(12)具有在0.1nm和100nm之间的层厚度；并且
其中所述覆盖层(12)的层厚度相应于所述有源层(11)距所述转换材料(4)的间距。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片，其中在所述有源层(11)的所述发光材料中形成激子，所述激子部分地以辐射的方式衰变以发射电磁初级辐射并且部分地能够经由偶极-偶极交互作用传递到所述转换材料(4)上。
3.根据权利要求2所述的半导体芯片，其中通过所述有源层(11)的所述发光材料的所述激子以辐射的方式衰变，在电磁光谱的UV范围至绿色范围中、在电磁光谱的红色范围或红外范围中发射电磁初级辐射。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体芯片，其中所述发光材料是第三半导体材料。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体芯片，其中所述发光材料基于GaN、InGaN、AlGaN或者AlInGaN或者由它们构成。
6.根据权利要求2所述的半导体芯片，其中所述有源层(11)的所述发光材料的所述激子和所述转换材料(4)具有彼此平行地定向的跃迁偶极矩。
7.根据权利要求1至3和6中任一项所述的半导体芯片，其中所述有源元件(1)具有垂直于所述有源元件(1)的主轴线的直径，并且其中所述有源元件(1)彼此间的最小间距是其最大直径的双倍大。
8.根据权利要求1至3和6中任一项所述的半导体芯片，其中所述转换材料(4)完全地占据所述有源元件(1)之间的中间空间。
9.根据权利要求1至3和6中任一项所述的半导体芯片，其中所述转换材料(4)和所述覆盖层(12)经由偶极-偶极交互作用、静电交互作用、氢键、范德华交互作用、空间交互作用、熵交互作用或者经由共价键彼此连接。
10.根据权利要求1至3和6中任一项所述的半导体芯片，其中所述基体材料选自下述组：硅树脂、含酯的聚合物、含环氧化物的聚合物、含胺的聚合物、含聚乙炔的聚合物、含乙烯基的聚合物、含咔唑的聚合物、含丙烯酸酯的聚合物、含苯乙烯的聚合物和无机的杂化材料或它们的组合。
11.根据权利要求1至3和6中任一项所述的半导体芯片，其中所述转换物质是发光聚合物、无机发光材料、有机分子或过渡金属络合物。
12.根据权利要求11所述的半导体芯片，其中所述发光聚合物具有在蓝色光谱范围中发射的基架和在红色和/或绿色和/或黄色和/或橙色光谱范围中发射的侧链。
13.根据权利要求11所述的半导体芯片，其中所述发光聚合物包括含芴的或含对苯乙炔的聚合物。
14.根据权利要求13所述的半导体芯片，其中所述含对苯乙炔的聚合物具有下式：
其中
-R1、R2、R3、R4、R5和R6能够选择为是相同的或不同的并且选自下述组：H；饱和的和不饱和的烷基残基；完全或部分取代的饱和的和不饱和的烷基残基；烷氧基；胺；酰胺；酯；芳香烃；完全或部分取代的芳香烃；缩合的芳香烃；完全或部分取代的缩合的芳香烃；杂环；完全或部分取代的杂环；缩合的杂环；完全或部分取代的缩合的杂环；和
-x、y、z能够选择为是相同的或不同的并且1≤x、y、z≤1000。
15.根据权利要求13所述的半导体芯片，其中所述含对苯乙炔的聚合物具有下式：
其中
-R1’、R3’、R5’和R6’能够选择为是相同的或不同的并且选自下述组：H；饱和的和不饱和的烷基残基；完全或部分取代的饱和的和不饱和的烷基残基；芳香烃；完全或部分取代的芳香烃；缩合的芳香烃；完全或部分取代的缩合的芳香烃；杂环；完全或部分取代的杂环；缩合的杂环；完全或部分取代的缩合的杂环；和
-x、y、z能够选择为是相同的或不同的并且1≤x、y、z≤1000。
16.根据权利要求14所述的半导体芯片，其中所述含对苯乙炔的聚合物具有下式：
其中
-R1’、R3’、R5’和R6’能够选择为是相同的或不同的并且选自下述组：H；饱和的和不饱和的烷基残基；完全或部分取代的饱和的和不饱和的烷基残基；芳香烃；完全或部分取代的芳香烃；缩合的芳香烃；完全或部分取代的缩合的芳香烃；杂环；完全或部分取代的杂环；缩合的杂环；完全或部分取代的缩合的杂环；和
-x、y、z能够选择为是相同的或不同的并且1≤x、y、z≤1000。
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