CN108884973B - 半导体光源 - Google Patents

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Abstract

在一个实施方式中，半导体光源(1)包括用于产生初级辐射(P)的半导体激光器(2)以及用于从初级辐射(P)中产生更长波长的可见的次级辐射(S)的转换元件(3)。转换元件(3)为了产生次级辐射(S)具有半导体层序列(30)，所述半导体层序列具有多个量子阱层(31)。量子阱层(31)优选三维成形，使得量子阱层(31)在横截面中观察具有折弯并且至少局部地倾斜于半导体层序列(30)的生长方向(G)取向。

Description

半导体光源
技术领域
提出一种半导体光源。
发明内容
要实现的目的在于：提出一种半导体光源，所述半导体光源发射可有效地发射到特定的空间区域中的且能设定不同颜色的辐射。
所述目的还通过具有实施例的特征的半导体光源来实现。优选的改进形式是实施例的主题。
根据至少一个实施方式，该半导体光源包括一个或多个用于产生初级辐射的半导体激光器。在此，能够使用多个结构相同的半导体激光器或者也能够使用多个不同的半导体激光器，尤其具有不同的发射光谱的半导体激光器。优选地，半导体光源包括恰好一个半导体激光器。
根据至少一个实施方式，由至少一个半导体激光器在运行时产生的初级辐射为紫外辐射或可见光。例如，最大强度的波长在至少250nm或320nm或360nm或400nm或440nm处和/或在最高570nm或535nm或525nm或490nm或420nm处。尤其是，初级辐射的最大强度的波长在375nm或405nm或450nm处，公差分别为最高10nm。
根据至少一个实施方式，半导体光源包括一个或多个转换元件。至少一个转换元件配置为用于从初级辐射中产生波长更长的可见的次级辐射。换言之，通过转换元件将初级辐射完全地或部分地转换成次级辐射。次级辐射通常从半导体光源中发射并且由用户察觉。
根据至少一个实施方式，用于产生次级辐射的转换元件具有半导体层序列。半导体层序列包含一个或多个量子阱层。在至少一个量子阱层中吸收初级辐射并且经由载流子复合将其转换成次级辐射。换言之，量子阱层通过初级辐射激发以光致发光并进而光学泵浦。
根据至少一个实施方式，量子阱层三维地成形。这可以表示：所述量子阱层或所述量子阱层中的至少一个或全部量子阱层，尤其在横截面中观察，具有一个或多个折弯。所述量子阱层或所述量子阱层中的至少一个，在横截面中观察，于是不构成为未被中断的直线。
根据至少一个实施方式，所述量子阱层中的至少一个、一些或全部，在横截面中观察，局部地或完全地倾斜于转换元件的半导体层序列的生长方向伸展。换言之，所述量子阱层至少在特定区域中或也在整体中既不平行于也不垂直于生长方向取向。
根据至少一个实施方式，所述量子阱层中的至少一个、一些或全部，在横截面中观察，局部地或完全地垂直于转换元件的半导体层序列的生长方向伸展。在此，相关的量子阱层能够限于基础区域并且构成为连贯的层或者仅处于半导体柱之内，或者也同时存在这两种情况。
在至少一个实施方式中，半导体光源包括至少一个用于产生初级辐射的半导体激光器以及至少一个用于从初级辐射中产生波长更长的可见的次级辐射的转换元件。所述转换元件为了产生次级辐射具有半导体层序列，所述半导体层序列具有一个或多个量子阱层。量子阱层优选三维成形，使得量子阱层，在横截面中观察，具有折弯和/或至少局部地倾斜于半导体层序列的生长方向取向。
在此处描述的半导体光源中，能够使用有效的、产生辐射的半导体激光器作为用于初级辐射的光源。通过使用可不同构成的量子阱层的方式，通过转换元件在用于产生初级辐射的特定的半导体激光器中能够设定发射波长范围。通过在转换元件中使用光致发光的量子阱层，能够实现高的转换效率，并且能够通过设计量子阱层有针对性设定次级辐射的期望的光谱特性。因此，能够实现尤其具有定向的放射特征的、高效的、彩色的和也可缩放其大小的半导体光源。
与之相对，具有定向的放射特征的另外的可缩放的光源如竖直发射的半导体激光器、即沿平行于生长方向的方向发射的半导体激光器，具有仅小的效率。具有纳米结构化的和具有发光材料转换层的光源同样具有相对小的转换效率，并且在电接触时和在光耦合输出时随之产生困难。设有发光材料的发射白光的激光二极管在通常情况下需要耗费的光学装置，以便将出自发光材料的光聚焦并且有效地耦合输出。因此，这种替选的解决方案显现出低的器件效率和相对低的转换效率，以及具有如在电接触或光学方面更复杂的结构。
根据至少一个实施方式，半导体光源的主放射方向以最高15°或10°或5°的公差平行于转换元件的半导体层序列的生长方向。转换元件的放射角范围具有最高90°或70°的半值宽度，使得与在朗伯辐射器中的情况相比，光放射通过转换元件更加定向地进行。在朗伯辐射器中，对于强度I与角度α相关地和关于最大强度Imax适用：I(α)＝Imaxcosα。在朗伯辐射器中，由此放射特征的半值宽度显著更大。
根据至少一个实施方式，半导体激光器和转换元件彼此独立地外延生长。这就是说，半导体激光器和转换元件为两个彼此独立制造的器件，所述器件才拼合成半导体光源。
根据至少一个实施方式，转换元件和半导体激光器不接触。这可以表示：在半导体激光器和转换元件之间存在具有另一材料的中间区域。中间区域例如是气体填充的或者抽真空的或者通过波导和透明体部如透明半导体材料跨接。
根据至少一个实施方式，初级辐射在在运行中以最高15°或10°或5°或1°的公差垂直于生长方向射入到半导体层序列中。换言之，初级辐射的入射方向能够垂直于转换元件的主放射方向取向。如果例如半导体激光器在横截面中观察具有高斯射束轮廓，那么半导体激光器的放射方向涉及最大强度的方向。这相应地能够适用于初级辐射的另外的放射轮廓。
根据至少一个实施方式，初级辐射由半导体激光器线性地或以椭圆的放射特征或椭圆的角度分布或也线性地发射。这能够表示：尤其在光学远场中观察，初级辐射的宽度与长度构成的纵横比至少为2或5或10或50。通过初级辐射的这种谱线轮廓能够实现转换元件的半导体层序列的均匀的照亮。
根据至少一个实施方式，半导体激光器设置成，使得半导体激光器的生长方向垂直于半导体层序列的生长方向取向。在此，半导体激光器的生长方向优选平行于如下平面，所述平面通过半导体层序列限定。换言之，半导体激光器的生长方向垂直于半导体层序列的生长方向定向，并进而平行于半导体层序列的生长方向所垂直的平面定向。这尤其分别在公差为最高10°或5°或1°的情况下是适用的。此外，半导体激光器的生长方向优选垂直于半导体激光器的放射方向定向，所述放射方向又能够垂直于转换元件的半导体层序列的生长方向取向。
根据至少一个实施方式，半导体激光器为所谓的脊形激光器，英文也称作为ridgelaser。在该情况下，半导体激光器包括至少一个脊部，所述脊部由半导体激光器的半导体层序列制造并且所述脊部用作为用于半导体激光器之内的初级辐射的波导。
根据至少一个实施方式，初级辐射在运行中以最高10°或5°或1°的公差平行于转换元件的半导体层序列的生长方向射入到所述半导体层序列中。在该情况下，半导体激光器的放射方向能够平行于转换元件的主放射方向取向。如果从半导体光源中发射初级辐射和次级辐射，那么可行的是：初级辐射的方向在离开半导体激光器之后不改变或不显著地改变。
根据至少一个实施方式，转换元件具有基础区域。基础区域优选为转换元件的半导体层序列的连续的、连贯的、无间隙的区域。尤其是，基础区域垂直于半导体层序列的生长方向延伸。可行的是：基础区域没有量子阱层。替选地，量子阱层能够处于基础区域中。
根据至少一个实施方式，转换元件包括多个半导体柱。半导体柱优选在平行于半导体层序列的生长方向的方向上延伸远离基础区域。
根据至少一个实施方式，半导体层序列、尤其基础区域作用为用于转换元件之内的初级辐射的波导。尤其是，半导体层序列和/或基础区域构成为在垂直于半导体层序列的生长方向的方向上的波导。
根据至少一个实施方式，半导体柱作为用于初级辐射的波导沿平行于生长方向的方向和尤其也沿平行于转换元件的主放射方向的方向定向。因此，通过半导体柱能够确定转换元件的放射特征和特别是其主放射方向。在此，半导体柱优选不是光子晶体。半导体柱与光子晶体的区别尤其在于更大的几何尺寸和不规则的或不那么规则的排布。
根据至少一个实施方式，初级辐射从半导体激光器以自由放射的方式到达半导体层序列。这能够表示：在半导体层序列和半导体激光器之间不存在用于初级辐射的光学装置，和/或半导体激光器和半导体层序列之间的区域完全地或主要地用气体填充或抽真空。“主要地”能够表示：半导体激光器和半导体层序列之间的光学路线的至少50％或70％或90％没有浓缩材料。
根据至少一个实施方式，至少一个量子阱层施加在半导体柱处和/或其上。在此，量子阱层能够模仿半导体柱的形状。尤其是，半导体柱形成芯而量子阱层形成包覆部。这种结构也称作为芯-壳结构或英文core-shell nanorods(芯壳纳米棒)。
在横截面中观察在量子阱层中可能存在的折弯例如能够通过如下方式实现：量子阱层在朝半导体柱的上侧的方向上从半导体柱的侧面折弯，并且可选地也又向回折弯到相对置的侧面上。量子阱能够遵循位于下方的层和/或棒(Rod)的晶体结构。
根据至少一个实施方式，次级辐射和/或初级辐射从半导体柱向外的放射至少50％或70％或85％在半导体柱的尖部处进行。换言之，半导体柱和半导体柱的侧面之间的区域是暗的，或具体地与半导体柱的尖部相比明显更暗。
根据至少一个实施方式，半导体柱具有至少0.5μm或0.7μm或1μm的平均直径。替选地或附加地，平均直径为最高10μm或4μm或3μm。
根据至少一个实施方式，半导体柱的平均高度与平均直径构成的比例为至少2或3或5和/或为最高20或10或7或5。通过高度与直径构成的这种比例，半导体柱能够用作为用于在平行于主放射方向的方向上的初级辐射的波导。
根据至少一个实施方式，量子阱层如棱锥体外壳成形，或由多个棱锥体外壳组成。换言之，量子阱层能够类似于蛋盒或波浪海绵材料构成。在此，量子阱层优选如六边形棱锥体成形，尤其视作为起伏。
根据至少一个实施方式，量子阱层在两个彼此相对置的主侧上由半导体层序列的另外的层包围。换言之，量子阱层能够嵌入半导体层序列中，使得量子阱层不是半导体层序列的外层。另外的层例如为如下包覆层，所述包覆层具有对初级辐射在垂直于半导体层序列的生长方向的方向上的波传导的相对低的折射率。
根据至少一个实施方式，量子阱层设置用于产生不同波长的次级辐射。在此，能够在沿着生长方向的不同的区域中或在平行于生长方向的不同的区域中产生不同波长。例如，存在用于产生蓝光和/或绿光和/或黄光和/或红光的量子阱层。
根据至少一个实施方式，由量子阱层产生的次级辐射的光谱半值宽度为至少40nm或60nm或80nm。因此，次级辐射尤其为混合色的光，例如白光。
根据至少一个实施方式，转换元件除了量子阱层之外包括一种或多种另外的发光材料，优选无机发光材料。例如，能够将在印刷文献EP 2 549 330 A1中提出的发光材料或量子点用作为发光材料。至少一种发光材料为如下材料中的一种或多种：Eu2+掺杂的氮化物，如(Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+、Sr(Ca,Sr)Si2Al2N6:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3*Si2N2O:Eu2+、(Ca,Ba,Sr)2Si5N8:Eu2+、(Sr,Ca)[LiAl3N4]:Eu2+、出自如下通用体系(allgemeinen System)的石榴石(Gd,Lu,Tb,Y)3(Al,Ga,D)5(O,X)12:RE，其中X＝卤素，N或二价元素，D＝三价或四价元素，并且RE＝稀土金属，如Lu3(Al1-xGax)5O12:Ce3+，Y3(Al1-xGax)5O12:Ce3+，Eu+2掺杂的SiONe，如(Ba,Sr,Ca)Si2O2N2:Eu2+、例如出自体系LixMyInzSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n的SiAlONe、正硅酸盐，如(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu2+。
根据至少一个实施方式，转换元件的用于次级辐射和/或初级辐射的放射面为半导体激光器的用于初级辐射的放射面至少十倍、一百倍或一千倍。换言之，在转换元件中，相对于半导体激光器的放射面扩大放射面。
根据至少一个实施方式，初级辐射在正常使用中不离开半导体光源。在该情况下，初级辐射优选完全地或基本上完全地转换成次级辐射。在转换元件的光出射侧处，能够附加地存在滤波层，所述滤波层阻止初级辐射离开半导体光源。
根据至少一个实施方式，初级辐射仅部分地转换成次级辐射。这尤其表示：由半导体光源发射混合辐射，所述混合辐射由初级辐射和次级辐射组成。初级辐射占混合辐射的功率比优选为至少10％或15％或20％和/或最高50％或40％或30％。
根据至少一个实施方式，至少一个半导体激光器和至少一个转换元件是单片集成的。这能够表示：半导体激光器和转换元件在共同的生长衬底上生长并且优选还处于生长衬底上。同样地，这能够表示：半导体激光器和转换元件由连通的半导体层序列成形。
附图说明
下面，根据实施例参考附图详细阐述在此描述的半导体光源。在此，相同的附图标记在各个附图中表示相同的元件。但在此，并未示出比例关系，更确切地说为了更好的理解会夸大地示出各个元件。
附图示出：
图1至18示出在此描述的半导体光源的实施例的示意剖面图，
图19示出在此描述的半导体光源的实施例的示意立体图，和
图20示出用于在此描述的半导体光源的实施例的半导体柱的尖部的示意剖面图。
具体实施方式
在图1中示出半导体光源1的一个实施例。半导体光源1包括具有有源区22的半导体激光器2。半导体激光器2具有生长方向H。初级辐射P在光出射区域20处从半导体激光器2射出并且朝转换元件3的方向发射。初级辐射P借助于电致发光产生。
半导体光源1的转换元件3包含半导体层序列30，所述半导体层序列可选地处于生长衬底38上。半导体层序列30的生长方向G能够平行于半导体激光器2的生长方向H取向。
半导体层序列30包含一个基础区域33以及多个半导体柱34。在基础区域33中沿垂直于半导体层序列30的生长方向G的方向引导初级辐射P。通过基础区域33能够实现将初级辐射P均匀分布到转换元件3之上。半导体柱34始于基础区域33。在半导体柱34上生长量子阱层31。量子阱层31为半导体柱34的包覆部。可选地，量子阱层31由另一半导体层36或由保护层(未示出)覆盖。
半导体层序列优选基于氮化物化合物半导体材料如AlnIn1-n-mGamN或基于磷化物化合物半导体材料如AlnIn1-n-mGamP如或者也基于砷化物化合物半导体材料如AlnIn1-n- mGamAs，或如AlnGamIn1-n-mAskP1-k，其中分别有0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1以及0≤k<1。在此，对于半导体层序列的至少一个层或对于其全部层优选适用的是0<n≤0.8，0.4≤m<1并且n+m≤0.95以及0<k≤0.5。在此，半导体层序列能够具有掺杂物以及附加的组成部分。然而，为了简洁仅说明半导体层序列的晶格的主要组成部分，即Al、As、Ga、In、N或P，即使这些主要组成部分能够部分地由少量的其他物质替代和/或补充时也如此。优选地，如也在全部其他实施例中那样，半导体层序列基于AlnIn1-n-mGamN。
半导体柱34形成用于初级辐射P沿平行于生长方向G的方向的波导。初级辐射P在半导体柱34的尖部35处从半导体柱34中射出，穿过量子阱层31并且转换成次级辐射S。因此，由次级辐射S和初级辐射P构成的混合在尖部35处发射。替选地可行的是：仅次级辐射S从转换元件3射出。
半导体激光器2和转换元件3处于共同的载体4上，所述载体也能够包含例如用于控制半导体激光器2的另外的、未示出的电子部件。
半导体柱34的尖部35根据图1棱锥体形地构成，例如构成为六边形棱锥体。在横截面中观察，量子阱层31因此具有折弯。与在图1中所示不同也可行的是：量子阱层31仅限于尖部35，使得于是半导体柱34和/或半导体柱34的侧面之间的区域没有量子阱层31。
转换元件3为类似于LED的结构，其中能够弃用电接触层和电流扩展层，因为次级辐射S通过光致发光产生。通过量子阱层，例如通过其厚度和/或材料组分，能够有针对性地经由另一区域设定次级辐射S的波长。因为不需要存在电接触层或电流扩展层，所以能够相对于在常规的发光二极管中的电致发光，提高光致发光的效率。此外，能够基本上自由地缩放转换元件3的基本面。此外，半导体光源1的光强能够通过使用不同的和/或多个半导体激光器2来设定。
换言之，为激光辐射的初级辐射P耦合输入到作为射束成形元件的转换元件3中，例如耦合输入到基于材料体系InGaN的具有蓝宝石生长衬底38的LED芯片的侧向的芯片侧壁中。转换元件3包含具有光学有源耦合输出结构的波导，其通过半导体柱34形成。初级辐射P耦合输入到基础区域33中并且经由半导体柱34耦合输出。在用作为耦合输出结构的半导体柱34的表面上存在呈量子阱层31形式的光学有源层，所述光学有源层由初级辐射P的激光泵浦。因此，能够制造具有可设定的颜色的、高效的、可缩放的光源，而不必使用昂贵的光学装置。
例如，半导体激光器2为如用于蓝光的具有大约405nm主发射波长的激光器。在该情况下，初级辐射P优选完全地转换成次级辐射S。
通过将初级辐射P波传导到半导体柱34中和通过尖部35的造型实现：次级辐射和/或初级辐射P主要沿着平行于或近似平行于生长方向G的方向发射，使得得到决定性的主放射方向M。由此，通过转换元件3的放射与在朗伯辐射器的情况下相比空间上更窄。
在图2中，示出另一实施例。与图1不同，半导体柱34在横截面中观察矩形地成形，使得尖部35垂直于生长方向G取向。此外，存在镜5，所述镜处于可选的、尤其由蓝宝石构成的生长衬底38和载体4之间。这种镜5也能够在全部其他实施例中存在并且例如是金属镜或介电的、多层的或单层的镜或由至少一个介电层和至少一个金属层或半导体层构成的组合。
此外，附加地在转换元件3中存在发光材料37。经由发光材料37能够产生附加的次级辐射S2，尤其与直接由量子阱层31产生的次级辐射S不同颜色的次级辐射。
发光材料37例如通过无机发光材料颗粒形成，所述无机发光材料颗粒均匀分布地嵌入基体材料中，例如由硅树脂或环氧化物构成的基体材料中。优选基本上在半导体柱34的尖部35之上的区域中产生次级辐射S2。
在图3的实施例中，量子阱层31仅安置在半导体柱34处，所述半导体柱在横截面中观察成形为梯形，其中半导体柱34沿着远离基础区域33的方向渐缩。
如也在全部实施例中可行的是：发光材料37模仿半导体柱34的形状，使得发光材料37相对于基础区域33直接在半导体柱34之上的高度与在半导体柱34之间的区域中的高度更大。在此，发光材料37的背离基础区域33的一侧也能够仅填补半导体柱34，并且近似地且非精确地仿制半导体柱。
可选地也可行的是：发光材料颗粒在半导体柱34之间的区域中以减小的浓度存在或者发光材料颗粒限于尖部35之上的区域。
可选地以及在全部其他实施例中，除了在载体4和半导体层序列30之间的镜5a之外，存在另一镜5b。镜5b垂直于初级辐射P的射束方向取向。经由镜5b能够将初级辐射P更均匀地分布在基础区域33中。
在图4中示出另一实施例。如也在全部其他实施例中可行的是：使用多于一个的半导体激光器2，根据图4存在半导体激光器2中的两个半导体激光器。
发光材料37构成为具有近似平面平行的主侧的板或小板。因此，在相邻的半导体柱34之间的中间空间没有发光材料37。
量子阱层31处于半导体柱34的尖部上，所述半导体柱始于基础区域33。可选地，在量子阱层31之上，在远离基础区域33的方向上存在另一半导体材料36，例如以保护量子阱层31。因此，具有发光材料37的小板要么施加在另一半导体材料36上，要么也与在图4中的视图不同直接地施加在量子阱层31上。在此，发光材料37例如可以经由透明的、如含硅树脂的粘胶粘贴。与在图4中示出不同，透明的、光学上非活性的粘胶或其剩余物能够到达半导体柱34之间的区域中。
在图1至4中分别绘出半导体柱34的、发光材料37的以及镜5的不同的设计方案。各个部件的这些不同的配置能够分别转用于其他的实施例。例如，图3中的镜5a、5b也能够存在于图1、2和4的实施例中，或者图1中的半导体柱34能够存在于图2、3和4中。
在图5的实施例中，量子阱层31由棱锥体形状组成，类似于波浪海绵材料。这例如通过如下方式实现：在例如基于GaN的生长层32上施加例如由二氧化硅构成的掩模层6。始于掩模层6中的开口，生长棱锥体形的基础区域33，在所述基础区域上形成量子阱层31。可选地，存在例如由GaN构成的另一半导体层36，所述另一半导体层能够引起平坦化。换言之，基础区域33三维生长，量子阱层31保形地施加到基础区域33上，并且另一半导体层36为二维生长的层。
如也在全部其他实施例中可行的是：附加地存在具有更低折射率的包覆层39，以便确保沿垂直于生长方向G的方向引导初级辐射P。可选存在的镜在图5中未绘出。这种镜例如在图6中示意地示出。
在图7的实施例中，与图5不同，在半导体层序列30的背离生长层32的一侧上存在粗化部7。通过这种粗化部7能够影响放射特征并且也能够实现更有效的光耦合输出。
在图8的实施例中，附加地，存在发光材料层37作为半导体层序列30处的层。
在图9中示意地示出：转换元件3包括具有不同构造的量子阱层的不同的半导体柱34。由此，在转换元件3的不同的区域中在俯视图中观察，发射具有不同波长的次级辐射S1、S2、S3。因此可行的是：由半导体光源1产生混合色的白光，尤其仅由次级辐射S1、S2、S3组成的白光。
根据图10附加地存在镜5，所述镜能够构成为交替地具有高折射率和低折射率的多个层的布拉格镜。尤其由介电层组成的这种镜5可以具有关于反射波长方面的变化，并进而构成为所谓的啁啾镜。镜5在此根据图10覆盖基础区域33的背离半导体柱34的下侧以及基础区域33的与半导体激光器2相对置的端侧。
在图11中也存在镜5。镜5也如在全部其他实施例中能够为金属反射器，例如具有银和/或铝的金属反射器。用于镜5的可能的保护层在图11中未绘出。镜5完全覆盖转换元件3的底面和侧面，除了用于初级辐射P的光入射开口之外。可选地可行的是：半导体柱34的背离基础区域33的一侧小部分地环形地在边缘处由镜5覆盖。
在图12中示出另一实施例。在此，半导体激光器2安置在热沉81上并且经由出自壳体本体82的电端子83接触。半导体光源1能够构成为所谓的TO构型。
在尤其构成为用于半导体层序列30的生长衬底的载体38处存在优选具有半导体柱34的半导体层序列30。初级辐射P沿平行于半导体层序列30的生长方向G的方向射入所述半导体层序列中，并且部分地转换成次级辐射S。因此，由次级辐射S和初级辐射P构成的混合穿过光出射窗口84发射。与示出不同，光出射窗口84如也在全部实施例中构成为光学元件、如透镜。
根据图13，存在具有不同量子阱层31a、31b的多个半导体层30。每个所述量子阱层31a、31b产生特定颜色的次级辐射S1、S2。因此，通过量子阱层31a、31b产生混合色的光，所述光能够没有初级辐射P。
根据图14，在半导体激光器2和转换元件3之间存在光学装置9，所述光学装置优选也在图12和13的全部其他实施例中存在。经由光学装置9实现用初级辐射P均匀地或基本上均匀地对量子阱层31照明。例如光学装置9为圆柱透镜。
在图15的实施例中，量子阱层21处于基础区域33中并且垂直于生长方向G取向。与图15不同，根据图16，量子阱层21处于半导体柱34中。在此，尤其首先生长平坦的量子阱层31和用于随后的半导体柱34的区域，随后才例如通过刻蚀制备半导体柱34。量子阱层31因此能够处于半导体柱34的内部中或者也处于基础区域33下方，作为面状的量子膜。
此外，关于半导体激光器2、包覆层39、生长衬底38和发光材料37针对图1至4所述的内容能相应地适用于图15和图16。
在图17和18的半导体光源1中，半导体激光器2和转换元件3以单片集成的方式连通地生长在共同的生长衬底38上。在此，量子阱层31处于半导体激光器2的用于初级辐射P的波导中或其附近，进而能够从波导中散射出尽可能多的初级辐射P并且有效地耦合到量子阱层31上。半导体激光器2的有源区22和量子阱层31在此优选位置上彼此分开地生长。
在此，在俯视图中观察，半导体激光器2的有源区22在图17中限于半导体柱34旁的区域。因此，例如半导体柱34在半导体激光器2之上沿着生长方向G观察是移除的，然而优选不移除基础区域33。与所示出不同，在半导体激光器2和转换元件3之间能够存在间隙，例如以便能够优化半导体激光器2的谐振镜。
在图18中示出：半导体激光器2的有源区22也在转换元件3之上连贯地延伸，使得量子阱层31和有源区22彼此上下堆叠地存在。例如为了更好的电接触，与在图17中不同，在半导体柱34旁的区中能够移除接触区域33。可行的是：在俯视图中观察，类似于图17，初级辐射P的产生也限于半导体柱34旁的区。
在图19中可见：半导体激光器2为所谓的脊形激光器，英文也称作为ridge laser。初级辐射P线性地发射。在此，线在转换元件3处垂直于半导体层序列30的生长方向G伸展。相应的设置优选也结合图1至11、15或16的实施例来选择。
在图20中示出尖部35的另外的形状。这种尖部35也能够在全部其他实施例中使用，其中在转换元件3之内能够将多个不同的尖部类型彼此组合。
根据图20A在横截面中观察，尖部35矩形地构成。在此，尖部35具有与半导体柱34的其余部分相比更小的宽度。
与图20中的视图不同，半导体柱34也能够均不具有特定的尖部并且在横截面中观察显得是矩形的，即例如在图2中示出，并且还有也在全部其他实施例中是可行的。半导体柱34于是能够以没有尖部结构的方式柱形地成形。
在图20B中示出：尖部35在横截面中观察三角形地构成，其中与例如图1相比，侧壁角相对大，使得三角形距基础区域33最远的张角例如最高为60°或45°或30°。根据图20C存在尖部35的半圆形的造型，并且根据图20D存在尖部35的梯形的造型。
根据图20E，尖部35抛物线形地构成并且具有比半导体柱34的剩余区域更小的直径，如这相应地在图20B、20C或20D中也能够是适用的。最后，参见图20F，尖部35构成为阶梯棱锥体。
半导体柱34的平均直径各优选为至少λ/4n，其中λ是初级辐射P的最大强度的波长，并且n是半导体柱34的折射率。优选地，直径在5λ/n和10λ/n之间。典型的直径也可以为大约2λ/n。半导体柱34的直径与高度构成的纵横比优选为最高1或0.5或0.2。
在这里描述的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。
本申请要求德国专利申请10 2016 104 616.7的优先权，其公开内容通过参考并入本文。
附图标记列表
1 半导体光源
2 半导体激光器
20 光出射区域
22 有源区
3 转换元件
30 半导体层序列
31 量子阱层
32 生长层
33 基础区域
34 半导体柱
35 半导体柱的尖部
36 另一半导体层
37 发光材料
38 生长衬底
39 包覆层
4 载体
5 镜
6 掩模层
7 粗化部
81 热沉
82 壳体本体
83 电端子
84 光出射窗口
9 光学装置
G 半导体层序列的生长方向
H 半导体激光器的生长方向
M 主放射方向
P 初级辐射
S 量子阱层的次级辐射
SL 发光材料的次级辐射

Claims (15)

1.一种半导体光源(1)，其具有：
-至少一个用于产生初级辐射(P)的半导体激光器(2)，和
-至少一个用于从所述初级辐射(P)中产生波长更长的可见的次级辐射(S)的转换元件(3)，
其中
-所述转换元件(3)为了产生所述次级辐射(S)而具有半导体层序列(30)，所述半导体层序列具有一个或多个量子阱层(31)，
-所述初级辐射(P)在运行中以最高15°的公差垂直于所述半导体层序列(30)的生长方向(G)射入到所述半导体层序列(30)中，
-所述转换元件(3)具有连贯的基础区域(33)和远离所述基础区域(33)延伸的半导体柱(34)，以及
-所述半导体柱(34)起到用于初级辐射(P)沿着平行于所述半导体层序列(30)的生长方向(G)的方向的波导的作用。
2.根据权利要求1所述的半导体光源(1)，其中所述量子阱层(31)三维成形，使得所述量子阱层(31)在横截面中观察具有折弯并且至少局部地倾斜于所述半导体层序列(30)的所述生长方向(G)取向。
3.根据权利要求1所述的半导体光源(1)，所述半导体光源的主放射方向(M)以最高15°的公差平行于所述生长方向(G)取向，并且放射角度范围具有最高90°的半值宽度，使得与在朗伯辐射器中相比，光放射更加定向地进行，
其中所述半导体激光器(2)和所述转换元件(3)彼此独立外延地生长并且不接触。
4.根据权利要求1所述的半导体光源(1)，其中所述初级辐射(P)在运行中以最高1°的公差垂直于所述生长方向(G)射入到所述半导体层序列(30)中。
5.根据权利要求1所述的半导体光源(1)，其中所述半导体激光器(2)线性地发射所述初级辐射(P)，
其中所述半导体激光器(2)设置成，使得所述半导体激光器(2)的生长方向(H)垂直于所述半导体层序列(30)的生长方向(G)取向，并且
其中所述初级辐射(P)自由放射地从所述半导体激光器(2)到达至所述半导体层序列(30)。
6.根据权利要求1所述的半导体光源(1)，其中所述半导体层序列(30)借助所述初级辐射(P)被均匀地照明。
7.根据权利要求1所述的半导体光源(1)，其中所述量子阱层(31)施加在所述半导体柱(34)处和其上，
其中所述次级辐射(S)和/或所述初级辐射(P)从所述半导体柱(34)向外的放射至少50％在所述半导体柱(34)的尖部(35)处进行。
8.根据权利要求1所述的半导体光源(1)，其中所述半导体柱(34)具有0.5μm和4μm之间的平均直径，其中包括边界值，并且所述半导体柱(34)的平均高度与所述平均直径构成的比例为3和10之间，其中包括边界值。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体光源(1)，其中所述量子阱层(31)如棱锥体地成形，或由棱锥体形状组成，其中所述量子阱层(31)在两个彼此相对置的主侧由所述半导体层序列(30)的另外的层包围。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体光源(1)，其中所述量子阱层(31)设计用于产生不同波长的次级辐射(S)，
其中由所述量子阱层(31)产生的所述次级辐射(S)的光谱半值宽度为至少60nm。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体光源(1)，其中所述转换元件(3)附加地包括至少一种发光材料(37)，其中所述发光材料(37)用至少一种稀土掺杂，并且选自：氧化物，氮化物，氮氧化物，石榴石，硫化物，硅酸盐，磷酸盐，卤化物。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体光源(1)，其中所述转换元件(3)的用于所述次级辐射(S)的放射面为所述半导体激光器(2)的用于所述初级辐射(P)的放射面至少一百倍。
13.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体光源(1)，其中所述半导体层序列(30)在垂直于其生长方向(G)的方向上局部地或整面地构成为用于所述初级辐射(P)的波导。
14.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体光源(1)，其中在正常使用中，所述初级辐射(P)不离开所述半导体光源，其中所述初级辐射(P)的最大强度的波长位于360nm和490nm之间，其中包括边界值。
15.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体光源(1)，其中至少一个所述半导体激光器(2)和至少一个所述转换元件(3)是单片集成的。
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