CN105190920A - 光电子半导体器件和用于制造光电子半导体器件的方法 - Google Patents
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Abstract
提出一种光电子半导体器件，所述光电子半导体器件具有至少一个半导体芯片(1)以放射电磁辐射(6)，其中半导体芯片(1)具有至少一个侧面(4)，并且其中电磁辐射(6)的一部分在半导体芯片(1)运行时通过侧面(4)射出。半导体器件还具有至少一个转向元件(7)，其中转向元件(7)构成为是辐射可穿透的。转向元件(7)和半导体芯片(1)并排(11)设置，转向元件(7)设置在半导体芯片(1)的侧面(4)上并且转向元件(7)具有下述材料，所述材料的折射率大于半导体芯片(1)的半导体材料的平均折射率。此外，提出一种用于制造光电子半导体器件的方法。
Description
技术领域
提出一种光电子半导体器件。此外，提出一种用于制造光电子半导体器件的方法。
背景技术
出版物WO2011/015449A1和US8,148,734B2描述一种光电子半导体器件。
发明内容
本申请的要解决的目的是，提出一种光电子半导体器件、简称器件，所述光电子半导体器件是特别高效的并且尤其具有非常高的光耦合输出。此外，本申请的要解决的目的是，提出一种简单的用于制造特别高效的光电子半导体器件的方法。
根据一个方面，提出一种光电子半导体器件、简称器件。器件构成为用于放射电磁辐射、优选光。器件在运行中放射红外辐射、UV辐射、彩色的或白色的光。
器件具有至少一个半导体芯片。器件也可以具有多于一个的半导体芯片、例如两个或更多个半导体芯片。
半导体芯片优选为III-V族半导体材料、尤其为基于氮化物化合物半导体材料或磷化物化合物半导体材料或砷化物化合物半导体材料的半导体芯片。优选地，半导体芯片是发光二极管(LED)芯片。
半导体芯片例如具有小的厚度、即小的竖直伸展。优选地，无衬底的半导体芯片具有小于15μm、优选小于7μm、例如为5μm或6μm的厚度。
半导体芯片例如可以为薄膜芯片，其中将生长衬底移除。半导体芯片此外为表面发射器，其中从芯片射出的辐射的大部分通过半导体芯片的主面射出。
此外，半导体芯片可以为具有生长衬底、尤其具有辐射可穿透的蓝宝石衬底的半导体芯片。在该情况下，半导体芯片可以为体积发射器，其中射出的辐射的非常大的部分通过垂直于或横向于芯片的主面伸展的侧面射出。
半导体芯片具有有源区以产生电磁辐射、尤其光。半导体芯片优选具有主发射方向，所述主发射方向例如垂直于半导体芯片的发射面伸展。沿主发射方向可以放射大于50％的所产生的辐射、优选大于70％的由半导体芯片产生的辐射。主放射方向的所述限定尤其涉及为表面发射器的半导体芯片。
此外，可能的是，主发射方向通过平行于半导体芯片的外延沉积的层的生长方向伸展的方向限定，与辐射的哪些份额沿所述方向发射无关。主放射方向的所述限定尤其涉及为体积发射器的半导体芯片。
半导体芯片具有至少一个侧面。所述侧面优选环绕半导体芯片地延伸并且沿横向方向对所述半导体芯片限界。侧面横向于或垂直于器件的或半导体芯片的横向的主延伸方向延伸。半导体芯片还具有上侧和下侧。上侧和下侧横向于或垂直于半导体芯片的侧面延伸。上侧和下侧平行于器件的或半导体芯片的横向的主延伸方向延伸。
器件还可以具有载体。半导体芯片因此设置在载体上。尤其，半导体芯片的下侧固定在载体上，例如焊接。载体用于半导体芯片的机械稳定。
由半导体芯片产生的电磁辐射的一部分在半导体芯片运行时穿过半导体芯片的侧面射出。换言之，辐射的一部分并不沿主发射方向、垂直于横向的主延伸方向放射。例如，直至50％的产生的辐射通过侧面射出。优选地，20％至30％、例如25％的由半导体芯片在运行中放射的辐射通过半导体芯片的侧面射出。辐射的其余部分、即优选直至80％的辐射、例如60％或70％的由半导体芯片在运行时放射的辐射通过半导体芯片的上侧射出。
此外，器件还具有至少一个转向元件。转向元件优选一件式地构成。转向元件可以由均匀的材料形成。换言之，转向元件的材料的机械的、电学的和/或光学的特性、尤其折射率在转向元件的不同部位上是相同的。此外，尤其可能的是，转向元件不具有层构造。转向元件在该实施例中因此例如不借助具有不同的折射率的层形成，而是例如通过唯一的、厚的由均匀的材料构成的层形成。
转向元件可以构成为转向层。尤其，转向元件的横向伸展优选小于半导体芯片的横向伸展。转向元件的竖直伸展基本上对应于或等于半导体芯片的横向伸展。转向元件构成为将由半导体产生的辐射转向，所述辐射从半导体芯片的侧面射出。转向元件例如完全覆盖半导体芯片的侧面。
转向元件构成为是辐射可穿透的。尤其，转向元件构成为，使得侧向地从半导体芯片射出的在运行时在半导体芯片中产生的辐射可以完全地或至少部分地穿过转向元件。转向元件和半导体芯片并排设置。转向元件设置在半导体芯片的侧面上。在此，转向元件可以仅在半导体芯片的侧面的一部分上设置。对此替选地，转向元件但是也可以设置在半导体芯片的整个侧面上。换言之，转向元件可以环绕半导体芯片设置。在该情况下，转向元件优选框架式地构成。
转向元件具有下述材料，所述材料的折射率大于半导体芯片的半导体材料的平均折射率，转向元件邻接于所述半导体芯片。例如，转向元件的材料的平均折射率在产生的辐射的预设的波长处(例如在450nm处)比半导体芯片的半导体材料的平均折射率大2％、尤其10％。优选地，转向元件的材料的平均折射率在预设的波长处比半导体芯片的半导体材料的平均折射率大10％、例如15％或20％。
由于转向元件的高的折射率和与此关联的在半导体和转向元件之间的折射率突变，由半导体芯片产生的在半导体芯片的侧面上射出的辐射的一部分穿过转向元件朝向半导体芯片的主放射方向偏转。辐射的射到转向元件的侧面上的部分被全反射并且朝着半导体芯片的主放射方向转向。
在不发生全反射的情况下，这就是说，在侧向射出的辐射的入射角小于全反射的临界角的情况下，此外可能的是，侧向射出的辐射在侧面上的反射概率增大。换言之，通过转向元件，穿过半导体芯片的侧面离开半导体芯片的辐射朝向主放射方向的方向偏转的概率可以与侧向射出的辐射的入射角无关地增大。入射角在此并且在下文中可以通过下述角给出，辐射以所述角射到半导体芯片的和/或转向元件的侧面的点上，关于穿过所述点对半导体芯片的和/或转向元件的侧面的切法线。对于小于在相应的侧面上的全反射的临界角的入射角，辐射仅部分地被反射。所述反射的程度可以通过安置转向元件来提高。
转向元件的侧面在转向元件的背离半导体芯片的一侧上例如平行于半导体芯片的侧面伸展。因此，由于通过侧面离开半导体芯片的辐射造成的辐射损耗可以减小或者完全避免。器件的光耦合输出由此提高。因此，提供非常高效的器件。
根据至少一个实施方式，转向元件具有朝向半导体芯片的侧面的第一侧面。此外，转向元件还具有与第一侧面相对置地设置的第二侧面。第一侧面和第二侧面彼此平行地设置。第一侧面和第二侧面垂直于器件的主延伸方向伸展。
转向元件的第一侧面形成辐射出射面。尤其，半导体芯片和/或转向元件构成为，使得辐射的从半导体芯片的侧面射出的部分经由转向元件的第一侧面射入到转向元件中。
第一侧面或辐射入射面为半导体芯片和转向元件之间的边界面。辐射入射面或第一侧面优选平坦地或平面地构成。辐射入射面优选与半导体芯片的侧面平行地并且相对置地设置。转向元件的第二侧面也优选平坦地或平面地构成。
转向元件构成和设置成，使得减少或防止射入到转向元件中的辐射从转向元件的第二侧面射出。例如，小于10％、例如为5％或2％的射入到转向元件中的辐射在转向元件的第二侧面上再次射出。优选地，射入到转向元件中的辐射的大部分、例如90％或更多在转向元件的第二侧面上全反射。特别优选地，射入到转向元件中的辐射的95％或更多、例如98％或99％在第二侧面上全反射。附加地，在转向元件的第二侧面上可以存在镜，所述镜例如为用于反射的金属层，所述金属层尤其直接在第二侧面上施加到转向元件上。
在本文中将全反射理解成，辐射关于穿过第二侧面的一点的切法线射到所述点的角度大于在所述点在相应的周围介质中的全反射的临界角。对于设计所述临界角而言，在所述点的切法线分别是决定性的。
由于转向元件的材料的高的折射率以及第二侧面的平面的设计方案，因此极大地减少或甚至完全防止辐射从转向元件侧向射出。从半导体芯片的侧面射出的并且射入到转向元件中的辐射因此可以几乎不或甚至不侧向地损失。
根据至少一个实施方式，转向元件具有背离载体的上侧。上侧垂直于或横向于转向元件的第一和第二侧面延伸。上侧基本上平行于器件的横向的主延伸方向延伸。
转向元件构成和设置成，使得由半导体芯片发射的并且射入到转向元件中的辐射在转向元件的上侧上耦合输出。例如，转向元件的上侧对此具有结构化部。通过上侧的结构化部，使辐射沿前进方向的耦合输出变得容易。转向元件的上侧例如可以是粗糙化的。为了所述目的，转向元件的上侧可以被刻蚀、刷理、研磨或喷砂。尤其，转向元件的侧面与上侧比更光滑地构成。
通过转向元件的侧面和上侧的特殊的设计方案，在转向元件的第二侧面上全反射的辐射向上偏转至转向元件的上侧并且在那里从转向元件耦合输出。换言之，辐射从转向元件沿半导体芯片的主发射方向耦合输出。优选地，90％的或更多的全反射的辐射、特别优选大于95％、例如98％的被全反射的辐射在转向元件的上侧上耦合输出。借此，器件的光产出得到提升。避免由于侧向地从半导体芯片和/或转向元件射出的辐射造成的辐射损耗。
根据至少一个实施方式，半导体芯片具有背离载体的上侧。半导体芯片构成为，使得由半导体芯片发射的辐射的其他部分、尤其沿半导体芯片的主发射方向放射的辐射在半导体芯片的上侧上耦合输出。优选地，半导体芯片的上侧具有结构化部。半导体芯片的上侧例如可以借助于刻蚀、刷理、研磨或喷砂而粗糙化。上侧尤其比半导体芯片的侧面和下侧更粗糙。
优选地，80％、90％或更多的、特别优选95％、98％或99％的没有通过半导体芯片的侧面射出的辐射在半导体芯片的上侧上从半导体芯片耦合输出。由此，提供特别高效的器件。
根据至少一个实施方式，器件具有至少一个波长转换元件。波长转换元件构成为用于将从半导体芯片的上侧射出的辐射至少部分地转换成电磁次级辐射。此外，波长转换元件构成和设置成用于将从转向元件的上侧射出的辐射至少部分地转换成电磁次级辐射。
波长转换元件沿放射方向设置在转向元件和半导体芯片下游。波长转换元件可以与转向元件和半导体芯片在此间隔开地设置。对此替选地，波长转换元件但是也可以直接地或间接地邻接于转向元件和半导体芯片设置。
波长转换元件的横向伸展优选对应于转换元件的和半导体芯片一起的总横向伸展。因此，所有从转换元件的上侧和半导体芯片的上侧射出的辐射射到波长转换元件上并且通过所述波长转换元件转换成次级辐射。
通过由半导体芯片发射的并且通过侧面射出的辐射借助于转向元件向上导向到上侧，通常侧向损耗的光也可以有助于转换。附加的沿半导体芯片的侧面的延长部设置的波长转换元件是多余的。
根据至少一个实施方式，转向元件直接地邻接于半导体芯片的侧面设置。换言之，转向元件的第一侧面直接邻接于半导体芯片的侧面设置。在该情况下，在转向元件和半导体芯片之间不存在连接材料并且优选也不存在空气间隙。通过边界面折射造成的辐射损耗因此可以避免并且器件的构造保持得非常简单。
根据至少一个实施方式，在转向元件和半导体芯片之间设置有连接层。转向元件的第一侧面在该情况下直接邻接于连接层。此外，半导体芯片的侧面也邻接于连接层。连接层例如可以是粘接层。连接层用于，将转向元件和半导体固定地并且优选持久地连接。借此，可以提供非常稳定的器件。
连接层具有下述材料，所述材料的折射率小于或等于半导体芯片的材料的折射率。连接层例如可以由至少一种下述材料形成或者由一种下述材料构成：低折射率的硅树脂粘接剂、SiO2、AlON、Al2O3、AlN、SiN、ZnO、ZrO2。
连接层的材料的折射率优选小于转向元件的材料的折射率。此外，连接层的材料的折射率可以大于、小于或等于半导体芯片的所邻接的材料。如果连接层的折射率大致等于半导体芯片的所邻接的材料的折射率，那么在辐射从半导体芯片转移到连接层中时，辐射由于材料的近似相等的折射率不会折射或远离入射地点地折射。在辐射从连接层转移到转向元件中时，辐射朝向入射地点折射。射入到转向元件中的辐射射到第二侧面上的角度由此增大。因此，在第二侧面上全反射的程度增大并且器件的效率进一步提高。此外，通过连接层，在第二侧面上的反射概率可以更进一步提高，对于小于全反射的临界角的入射角也如此。
根据至少一个实施方式，转向元件具有朝向载体的下侧。在转向元件的下侧和载体之间设置有镜层。镜层优选粘贴和/或蒸镀和/或溅镀在载体和/或转向元件上。镜层可以附加地或替选地也位于转向元件的第二侧面上。镜层因此例如可以沿着转向元件的整个下侧和整个第二侧面延伸。
镜层用于，将射在转向元件的下侧上的散射光朝向转向元件的第二侧面或上侧反射并进而提高器件的光产出。
根据至少一个实施方式，半导体芯片具有氮化镓(GaN)。转向元件例如可以具有二氧化钛(TiO2)、二氧化碲、高折射率的硅树脂或铟镓氮化物(InGaN)。
这些材料的特征在于高的机械稳定性。此外，用于转向元件的材料具有非常高的折射率，所述折射率尤其对于为发射的辐射的波长的预设值而言与GaN的折射率相比分别更高。由于转向元件的和半导体芯片的材料的折射率的差异，通过半导体芯片发射的辐射的侧向的耦合输出可以减小或防止。
根据另一个方面，提出一种用于制造光电子半导体器件、优选在上文中描述的光电子半导体器件的方法。尤其，在此制造的半导体器件优选对应于在此描述的半导体器件。所有对器件公开的特征因此也对方法公开并且反之亦然。方法具有下述步骤：
首先提供载体。载体适合作为用于半导体芯片和转向元件的载体结构。载体用作为用于半导体芯片和转向元件的稳定元件。
在另一个步骤中，提供至少一个半导体芯片。半导体芯片优选是LED芯片。
在另一个步骤中，提供至少一个转向元件。转向元件的材料与半导体芯片的材料相比具有更高的折射率。
在另一个步骤中，半导体芯片和转向元件设置成，使得转向元件的第一侧面朝向半导体芯片的侧面。
在另一个可选的步骤中，可以再次移除载体。
在另一个步骤中，将波长转换元件沿放射方向设置在转向元件和半导体芯片下游。换言之，将波长转换元件跟随转向元件和半导体芯片的上侧设置。
通过半导体芯片和转向元件的特殊的布置和设计方案，从半导体芯片的侧面射出的辐射可以由转向元件转向并且在转向元件的上侧上从转向元件耦合输出。因此，由半导体芯片发射的辐射的大部分、优选多于90％、特别优选多于95％、例如98％的辐射射到波长转换元件上并进而有助于转换。辐射损耗以所述方式减小或完全避免。因此，提供特别高效的器件。
根据至少一个实施方式，转向元件框架形地构成。尤其，转向元件优选完全包围半导体芯片。半导体芯片和转向元件固定地、优选持久地彼此连接。
为了将半导体芯片和转向元件连接，将半导体芯片引入到转向元件中，以在转向元件和半导体芯片之间建立形状配合的连接。在转向元件和半导体芯片之间的连接材料在此是多余的。因此，以简单的方式提供在上文中描述的半导体器件。
对此替选地，为了连接半导体芯片和转向元件，将半导体芯片引入到转向元件中，其中将连接层设置在转向元件和半导体芯片之间，以在转向元件和半导体芯片之间建立材料配合的连接。在将半导体芯片引入到转向元件中之前，连接层在此可以首先安置在转向元件的第一侧面和/或半导体芯片的侧面上。对此替选地，也可以将半导体芯片首先引入到转向元件中并且随后才将连接层设置在半导体芯片和转向元件之间，例如注入。以所述方式，在半导体芯片和转向元件之间产生非常稳定的连接并进而提供非常稳定的器件。
此外，可能的是，转向元件借助于光刻法来产生。在此，转向元件在制造半导体芯片期间通过覆层法、例如溅镀、CVD等施加并且随后例如与半导体芯片的辐射出射面一起结构化。以所述方式，在转向元件和半导体芯片之间得到直接的并且特别固定的连接。
附图说明
在下文中根据实施例和所附的附图详细阐述器件和方法。
图1示出现有技术的器件的侧视图，
图2示出器件的侧视图，
图3示出根据另一个实施例的器件的侧视图，
图4示出在此处描述的光电子半导体器件的另一个实施例的侧面上的示例性反射概率。
具体实施方式
相同的、相同类型的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中示出的元件相互间的大小关系并不能视为符合比例的。更确切地说，为了更好的可视性和/或为了更好的理解可以夸大地示出个别元件。
在图2中示出光电子半导体器件、简称器件。器件具有半导体芯片1、例如LED芯片。半导体芯片1具有半导体材料、例如GaN。半导体芯片1具有有源区(没有详细示出)，以放射电磁辐射6。优选地，半导体芯片1放射彩色的、例如蓝色的光。
半导体芯片1具有侧面4，所述侧面环绕半导体芯片1延伸。当然，在本文中，当相应的侧面4不视作为环绕的时，也可以基于半导体芯片1的四个侧面4。侧面4垂直于器件的或半导体芯片1的主延伸方向伸展。
半导体芯片1还具有上侧2和下侧3，所述上侧和下侧彼此相对置地设置。半导体芯片1的上侧2在此是半导体芯片的下述侧面，沿所述侧面的方向，电磁辐射6初级地或主要由半导体芯片1发射。换言之，上侧2是半导体芯片1的初级的耦合输出面。
上侧2是结构化的、例如是粗糙化的。这能够通过刻蚀、喷砂、刷理或研磨上侧2实现。上侧2尤其比半导体芯片1的侧面4和下侧3更粗糙。结构化在此有助于改进从半导体芯片1的光耦合输出。尤其，由于结构化的上侧2，辐射6更容易从半导体芯片1的上侧2射出。
半导体芯片1主要地即至少以50％、优选至少以80％或更多、例如以90％的辐射6朝向半导体芯片1的上侧2的方向放射。半导体芯片1还沿侧向方向放射辐射6的一部分，使得辐射6的该部分通过半导体芯片1的侧面4射出。例如，半导体芯片1侧向地放射50％或更少、例如20％或30％的辐射6。侧面4为半导体芯片1的次级的耦合输出面。
沿初级的放射方向在半导体芯片1下游设置的光学元件、例如波长转换元件5可以在常见的器件、如在图1中示出的器件中然而不被侧向发射的辐射照射。换言之，从半导体芯片1的侧面4射出的辐射6在常见的器件中对转换无帮助。
只有从上侧2耦合输出的辐射6可以有助于转换(参见图1)。侧向地从半导体芯片1射出的辐射尤其也对常见的器件的光产出无帮助。这导致在图1中(现有技术)示出的器件的效率降低。
为了减小或避免通过侧向地从半导体芯片1射出的辐射6造成的辐射损耗，图2中的器件具有转向元件7。转向元件7构成和设置成用于，将由半导体芯片1产生的辐射6的通过半导体芯片1的侧面4射出的部分转向并且尤其向回偏转到半导体芯片1的初级的放射方向(前进方向)上。以所述方式，可以将侧向地从半导体芯片1射出的辐射6偏转到随后设置的光学元件(波长转换元件5)上并进而有助于器件的光产出。
转向元件7和半导体芯片1可以设置在稳定的载体11上(参见图3)。转向元件7至少部分地辐射可穿透地构成。转向元件7具有第一侧面8A和第二侧面8B，所述第一侧面和第二侧面彼此相对置地设置。第一和第二侧面8A、8B平行于半导体芯片1的侧面4设置。第一和第二侧面8A、8B垂直于器件的或半导体芯片1的主延伸方向伸展。
转向元件7还具有上侧9。上侧9与波长转换元件5相对置地构成。上侧9具有结构化部。上侧9是粗糙化的。尤其，上侧9比侧面8A、8B并且比转向元件7的下侧更粗糙。上侧9可以喷砂、刻蚀、刷理和/或研磨。
转向元件7和半导体芯片1并排设置。在该实施例中，转向元件7和半导体芯片1直接彼此邻接地设置。换言之，转向元件7的第一侧面8A直接邻接于半导体芯片1的侧面。尤其地，在转向元件7和半导体芯片1之间不存在连接材料。
转向元件7一件式地构成。转向元件7仅可以在侧面4的一部分上构成。尤其，第一侧面8A在该情况下仅邻接于半导体芯片1的侧面4的一部分。这对于下述情况是特别适合，辐射6现在主要在半导体芯片1的侧面4的一部分上射出。
在一个替选的实施例中(出于概览原因没有详细示出)，转向元件7框架式地构成。转向元件7在该实施例中也一件式地构成。在该情况下，转向元件7完全包围半导体芯片1。尤其，半导体芯片1引入或插入到转向元件7中。所有从半导体芯片1的侧面4射出的辐射6因此可以由转向元件7转向。
转向元件7可以高折射率地构成。尤其，转向元件7具有下述材料，所述材料的折射率大于半导体芯片1的材料的平均折射率。例如，转向元件具有TiO2、TeO2或InGaN作为材料。每种所述材料在发射的辐射6的预设的波长(例如400nm)处与半导体芯片1的材料、例如GaN相比具有更高的折射率。
由于转向元件7的、光滑的第二侧面8B的以及结构化的上侧9的材料的高的折射率，通过半导体芯片1的侧面4射出的辐射6被转向元件7偏转至前进方向，如在下文中阐述的那样。
尤其，从侧面4发射的辐射6在转向元件7的第一侧面8A中射入到转向元件7中。在从光学上更薄的介质(半导体芯片1)转移到光学上更密的介质(转向元件7)中时，辐射6朝向入射地点折射。辐射6下面因此在点10射到转向元件7的第二侧面8B上。
辐射6射到转向元件7的第二侧面8B的点10上的角关于穿过点10的切法线大于点10中全反射的临界角。换言之，辐射6在其射到第二侧面8B上的点10上被全反射。优选地，90％或更多的射到第二侧面8B上的辐射被全反射。因此，尽可能地防止射入到转向元件7中的辐射6在第二侧面8B上射出。
辐射6在点10被朝向转向元件7的上侧9的方向反射。由于上侧9的结构化部，被全反射的辐射的大部分从转向元件7的上侧9射出。因此，上侧9是转向元件7的耦合输出面。优选地，90％或更多的、例如95％、98％或99％的被全反射的辐射从转向元件7的上侧9射出。
跟随转向元件7的下侧(即例如在转向元件7和载体11之间)还可以设置有镜元件或镜层100。镜层100用于，将射到转向元件7的下侧上的辐射6反射并进而偏转至转向元件7的上侧9的方向。
从转向元件7的上侧9射出的辐射6现在可以与从半导体芯片1的上侧2射出的辐射6一样射到相应地构成的波长转换元件5上，所述波长转换元件沿初级放射方向设置在半导体芯片1下游。波长转换元件5与半导体芯片1的上侧2相对置地设置。为了从转向元件7的上侧9射出的辐射6也能够射到波长转换元件5上，波长转换元件5也必须与转向元件7的上侧9相对置地设置。波长转换元件5的宽度或水平伸展因此必须大致对应于半导体芯片1和转向元件7的总宽度，如从图2中可见的那样。
借助于转向元件7，大部分的、例如90％、95％或99％的由半导体芯片1产生的辐射6可以有助于转换。通过侧向地从半导体芯片1射出的辐射造成的辐射损耗被减小或完全避免。相关的器件因此是非常高效的。
图3示出根据另一个实施例的器件的侧视图。关于器件和尤其半导体芯片1和转向元件7的普遍特征在此尽可能地参考针对图2的描述。
与在图2中示出的实施例相反地，现在转向元件7不直接邻接于半导体芯片1。尤其，第一侧面8A不直接邻接于半导体芯片1的侧面4。更确切地说，在半导体芯片1和转向元件7之间设置有连接层12。
连接元件12用于将转向元件7固定地或持久地与半导体芯片1连接。连接层12例如可以是粘接层，所述粘接层在转向元件7和半导体芯片1之间构成。
连接层12具有下述材料，所述材料的折射率小于或等于半导体芯片1的材料(例如GaN)的折射率。此外，连接层12的材料的折射率小于转向元件7的材料的折射率，使得辐射6在射入到转向元件7中时再次从光学上较薄的介质转移到光学上较密的介质中，如这在图2中的器件中已经是这种情况。
在辐射从半导体芯片1转移到连接层12中时，辐射由于材料的相同的折射率或者由于连接层12的较小的折射率不或者根本不远离入射地点折射。在辐射从连接层12转移到转向元件7中时，辐射6在转移到光学上较密的介质中时再次朝向入射地点折射。射入到转向元件7中的辐射6随后在点10射到第二侧面8B上的角通过在转向元件7和半导体芯片1之间设置的连接层12增大。在第二侧面8B上的点10的全反射的程度因此被提升并进而器件的效率提高。此外，可能的是，在第二侧面上的反射概率被提高。
在上文中描述的器件如下制造(对此尤其参见图2和图3)：
在第一步骤中，提供之前提及的载体。载体11用于半导体芯片1和转向元件7的机械稳定。载体11可以事后再次移除。
在另一个步骤中，提供在上文中描述的半导体芯片1。在下一步骤中，提供在上文中描述的转向元件7。
在下一步骤中，提供在上文中描述的波长转换元件5。波长转换元件5构成为用于，将由半导体芯片1和转向元件7发射的辐射6至少部分地转换成具有与所发射的辐射6不同波长的其他辐射。
此外，也还可以提供另一个光学元件、例如透镜(没有详细示出)，所述透镜可以构成为用于，将由转向元件7和半导体芯片1发射的辐射集束。
在另一个步骤中，将半导体芯片1和转向元件7设置在载体11上或者相对彼此设置。设置进行成，使得转向元件7的第一侧面8A朝向半导体芯片1的侧面4。
为了所述目的，半导体芯片1可以引入到框架形地构成的转向元件7中，以便在转向元件7和半导体芯片1之间构成形状配合的连接。在该情况下，使用连接剂、例如粘接剂是多余的。
对此替选地，可以将半导体芯片1引入到框架形的转向元件7中，其中连接层12设置在转向元件7和半导体芯片1之间，以便在转向元件7和半导体芯片1之间构成材料配合的连接。连接层12例如可以在半导体芯片1插入或引入转向元件7之前安置在转向元件7的第一侧面8A上或在半导体芯片1的侧面4上。例如，相应的侧面8A、4可以由粘接剂涂覆。但是，连接层12也可以在半导体芯片1引入转向元件7之后引入在半导体芯片1和转向元件7之间。
对此替选地，如果转向元件7非框架形地构成，转向元件7可以通过下述方式借助于连接层12固定在半导体芯片1上：连接层12安置在半导体芯片1的第一侧面8A和/或侧面4的子区域上。随后，将侧面8A、4置于彼此接触。
在另一个步骤中，将波长转换元件5设置在由半导体芯片1和转向元件7发射的辐射6的光路中。尤其，波长转换元件5设置成，使得其朝向转向元件7的上侧9和半导体芯片1的上侧2。
在图4中示出针对在此描述的光电子半导体器件的两个示例性的实施方式在对围绕光电子半导体器件的空气的边界面上的计算出作为在半导体芯片的侧面上的入射角α的函数的一阶的第一和第二反射概率611、622。第一反射概率611针对光电子半导体器件的结合图1描述的实施例计算并且第二反射概率622针对结合图2描述的实施例计算。第一反射概率611与此相应地示出侧向射出的辐射6在半导体芯片1的侧面4上转向的概率，其中没有设有转向元件7。第二反射概率622示出侧向射出的辐射6在转向元件7的侧面8B上的转向的概率。
对于第二反射概率622的计算假设，在转向元件7的侧面8E上没有设置有镜层。侧向射出的辐射6因此仅经受两次折射率突变，其中第一折射率突变在从半导体芯片1到转向元件7的通过半导体芯片1的侧面4形成的边界面上进行，并且第二折射率突变在从转向元件7到周围空气的通过转向元件7的侧面8B形成的边界面上进行。此外，为了计算假设，使用的材料是介电材料，其中基本上不吸收电磁辐射。作为半导体芯片1的材料的折射率假设n＝2.6，而将转向元件7的材料的折射率选择得大10％。入射角α仅绘制直至23°的值，因为在折射率n＝2.6的情况下在过渡至空气时从入射角α＝23.58°开始出现全反射。对于大于所述值的入射角α，因此，反射概率611、622为100％。计算仅以一阶进行。这表示，不考虑通过侧向射出的辐射6在转向元件7的侧面8B和/或半导体芯片1的侧面4上多次反射出现的效应。这种效应基本上不会影响结果。
两个折射概率611、622具有在两种介电材料之间的边界面上的反射概率的典型的变化。然而，第二反射概率622始终大于第一反射概率611。在此，第一反射概率611在小于40％的小的入射角α的情况下与第二发射概率622相比以小于40％增大。通过转向元件7的和/或半导体芯片1的材料的折射率的其他选择，所述提高然而能够明显大于所述计算值。
较高的第二反射概率622也许可以如下阐述。在不存在转向元件7的情况下，以小于全反射的临界角的入射角α射到侧面4上的侧向射出的辐射7在侧面上被反射并且透射，其中不再可以使用透射的侧向射出的辐射6。在存在转向元件7的情况下，侧向射出的辐射再次在转向元件7的侧面8B上反射。由于转向元件7由与半导体芯片1的材料相比具有更高的折射率的材料形成，通过由在半导体芯片1的侧面4上的现在低的折射率突变造成的减小的在半导体芯片1的侧面4上的反射概率通过在转向元件7的侧面8B上的提高的反射概率补偿。
本申请要求德国申请DE102013102621.4的优先权，其公开内容通过参考并入本文。
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 (15)
1.一种光电子半导体器件，具有：
-至少一个半导体芯片(1)，以放射电磁辐射(6)，其中所述半导体芯片(1)具有至少一个侧面(4)，并且其中所述电磁辐射(6)的一部分在所述半导体芯片(1)运行时通过所述侧面(4)射出；
-至少一个转向元件(7)，其中所述转向元件(7)辐射能穿透地构成，其中
-所述转向元件(7)和所述半导体芯片(1)并排地设置；
-所述转向元件(7)设置在所述半导体芯片(1)的所述侧面(4)上，并且
-所述转向元件(7)具有下述材料，所述材料的折射率大于所述半导体芯片(1)的半导体材料的平均折射率。
2.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，
其中所述转向元件(7)一件式地构成并且其中所述转向元件(7)环绕地设置在所述半导体芯片(1)的所述侧面(4)上。
3.根据权利要求1或2所述的光电子半导体器件，
其中所述转向元件(7)具有朝向所述半导体芯片(1)的所述侧面(4)的第一侧面(8A)和与所述第一侧面(8A)相对置地设置的第二侧面(8B)，并且其中所述半导体芯片(1)构成为，使得所述辐射(6)的从所述半导体芯片(1)的所述侧面(4)射出的部分经由所述转向元件(7)的所述第一侧面(8A)射入到所述转向元件(7)中。
4.根据权利要求3所述的光电子半导体器件，
其中所述转向元件(7)构成并且设置成，使得减少或防止射入到所述转向元件(7)中的辐射(6)从所述转向元件(7)的所述第二侧面(8B)射出。
5.根据权利要求3或4所述的光电子半导体器件，
其中所述转向元件(7)具有背离载体(11)的上侧(9)，并且其中所述转向元件(7)构成和设置成，使得由所述半导体芯片(1)发射的并且射入到所述转向元件(7)中的辐射(6)在所述转向元件(7)的所述上侧(9)上耦合输出。
6.根据权利要求5所述的光电子半导体器件，
其中所述转向元件(7)的所述上侧(9)具有结构化部，并且其中所述转向元件(7)的侧面(8A，8B)与所述上侧(9)相比更光滑地构成。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述半导体芯片(1)具有背离载体(11)的上侧(2)，并且其中所述半导体芯片(1)构成为，使得由所述半导体芯片(1)发射的辐射(6)的其他部分在所述半导体芯片(1)的上侧(2)上耦合输出，并且其中所述半导体芯片(1)的上侧(2)具有结构化部。
8.根据权利要求7所述的光电子半导体器件，
还具有至少一个波长转换元件(5)，其中所述波长转换元件(5)构成和设置成用于将从所述半导体芯片(1)的上侧(2)射出的辐射(6)和从所述转向元件(7)的上侧(9)射出的辐射(6)至少部分地转换成电磁次级辐射。
9.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述转向元件(7)直接邻接于所述半导体芯片(1)的侧面(4)设置。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的光电子半导体器件，
其中在所述转向元件(7)和所述半导体芯片(1)之间设置有连接层(12)，并且其中所述连接层(12)具有下述材料，所述材料的折射率小于或等于所述半导体芯片(1)的材料的折射率，并且其中所述连接层(12)的材料的折射率小于所述转向元件(7)的材料的折射率。
11.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述转向元件(7)具有朝向载体(11)的下侧，并且其中镜层(100)设置在所述转向元件(7)的下侧和所述载体(11)之间和/或设置在所述转向元件(7)的所述第二侧面(8B)上。
12.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件，
其中所述半导体芯片(1)具有GaN并且其中所述转向元件(7)具有TAiO2、TeO2或InGaN。
13.一种用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的光电子半导体器件的方法，所述方法具有下述步骤：
-提供载体(11)；
-提供半导体芯片(1)；
-提供转向元件(7)；
-将所述半导体芯片(1)和所述转向元件(7)设置在所述载体(11)上，使得所述转向元件(7)的所述第一侧面(8A)朝向所述半导体芯片(1)的侧面(4)。
14.根据权利要求13所述的方法，
其中所述转向元件(7)框架形地构成，并且
i)其中将所述半导体芯片(1)引入到所述转向元件(7)中，以在转向元件(7)和半导体芯片(1)之间建立形状配合的连接，或者
ii)其中将所述半导体芯片(1)引入到所述转向元件(7)中，并且其中将连接层(12)设置在所述转向元件(7)和所述半导体芯片(1)之间，以在转向元件(7)和半导体芯片(1)之间建立材料配合的连接。
15.一种用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的光电子半导体器件的方法，
其中将所述转向元件(7)借助于覆层法直接施加到所述半导体芯片(1)的侧面(4)上。
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