CN109478582B - 具有改进的效率的器件和用于制造器件的方法 - Google Patents
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Abstract
提出一种器件，所述器件具有：衬底(1)；第一半导体本体(2)；第二半导体本体(4)和第一过渡区(3)，其中第一半导体本体的第一有源层(23)设计用于产生第一峰值波长的电磁辐射，并且第二半导体本体的第二有源层(43)设计用于产生第二峰值波长的电磁辐射。第一过渡区在竖直方向上设置在第一半导体本体和第二半导体本体之间，并且直接邻接于第一以及第二半导体本体。第一过渡区具有可透射辐射的且能导电的材料，使得第一半导体本体经由第一过渡区与第二半导体本体导电连接。此外，第一过渡区具有结构化的主面(301，302)和/或部分透明的且部分波长选择性反射的第一镜结构(33)。此外，提出一种方法，所述方法尤其适合于制造在此描述的器件，其中第一和第二半导体本体尤其借助于直接接合机械地且电地彼此连接。
Description
技术领域
提出一种具有改进的效率的器件，尤其光电子器件。此外，提出一种用于制造器件的方法。
背景技术
在具有堆叠的半导体本体的器件中，发射的不同波长的光沿所有方向传播，其中所述半导体本体分别具有用于产生特定的峰值波长的电磁辐射的光学有源层。当发射的第一波长的光射入发射其他波长的光的半导体本体中时，出现吸收。尤其在半导体本体之间的边界面处，由于反射或全反射而出现光损失。
通常，为了提高器件的效率使用镜，所述镜防止例如朝器件的载体的方向的光放射。这种镜大多对于可见光是不可透过的从而能够仅设置在器件的一个端部处。由半导体本体发射的光在该情况下必须穿过器件的全部半导体本体，使得所述光在其能够从器件耦合输出之前被部分地吸收，其中所述由半导体本体发射的光射到镜上并且向回反射。
发明内容
一个目的是：提高器件的效率，尤其提高具有堆叠的半导体本体的器件的效率。另一目的在于：提出用于制造器件的简化的且可靠的方法。
在器件的至少一个实施方式中，所述器件具有：衬底；具有第一有源层的第一半导体本体；具有第二有源层的第二半导体本体和第一过渡区。在器件运行时，第一有源层设计用于产生第一峰值波长的电磁辐射，并且第二有源层设计用于产生第二峰值波长的电磁辐射。在此，第一峰值波长和第二峰值波长基本上是相同的或彼此相差至少30nm、例如至少50nm或至少70nm。第一过渡区沿竖直方向设置在第一半导体本体和第二半导体本体之间。特别地，第一过渡区直接邻接于第一半导体本体和直接邻接于第二半导体本体。第一过渡区具有可透射辐射的、至少对于第一峰值波长的辐射部分透明的且能导电的材料。第一半导体本体优选经由第一过渡区、例如经由第一过渡区的可透过辐射的且能导电的材料与第二半导体本体导电连接。第一过渡区优选具有结构化的主面和/或部分透明的且部分波长选择性反射的第一镜结构。
通常，将横向方向理解为如下方向，所述方向沿着、尤其平行于器件的或第一半导体本体的主延伸面伸展。与之相对，将竖直方向理解为如下方向，所述方向横向于、尤其垂直于器件的或半导体本体的主延伸面定向。竖直方向例如是第一半导体本体的生长方向。竖直方向和横向方向尤其彼此垂直。
将层的主面通常理解为所述层的如下表面，所述表面沿着层的主延伸面伸展，并且尤其所述层由其周围、例如由其相邻的层限界。将结构化的面通常理解为如下面，所述面非光滑地构成，而是具有结构，所述结构散射尤其可见波长范围中的光。
根据器件的至少一个实施方式，第一过渡区具有结构化的主面。主面能够朝向或背离衬底或第一半导体本体。特别地，过渡区的主面是过渡区和第一半导体本体之间的共同的边界面，或者是过渡区和第二半导体本体之间的共同的边界面。因此，第一过渡区的结构化的主面沿竖直方向设置子第一有源层和第二有源层之间。在此，结构化的主面能够是粗化的。特别地，结构化的主面具有耦合输出结构，所述耦合输出结构例如以主面上的隆起部或凹陷部的形式形成。根据耦合输出结构的大小，散射对于特定的波长与对于其他波长相比会显现为更强。通常，具有较短波长的辐射份额比具有较长波长的辐射份额更强地散射。在适当选择耦合输出结构的大小的情况下，尤其在第一有源层中产生的长波的光在没有损失或几乎没有损失的情况下能够穿过过渡区朝第二半导体本体的方向透射，而尤其在第二有源层中产生的短波的光在第一过渡区的结构化的主面处散射、向回反射并且从器件中耦合输出，而在此没有被第一半导体本体吸收。
根据器件的至少一个实施方式，第一过渡区的结构化的主面具有耦合输出结构。耦合输出结构具有横向宽度，所述横向宽度例如在20nm和3μm之间，尤其在100nm和2μm之间或在100nm和1μm之间，其中包括边界值。例如，耦合输出结构的平均横向宽度在50nm和1μm之间，例如在100nm和800nm之间或在200nm和600nm之间，其中包括边界值。优选地，结构化的主面具有第一耦合输出结构，其中第一耦合输出结构具有平均横向宽度，所述平均横向宽度小于第一峰值波长并且大于第二峰值波长。在该情况下，第一峰值波长的电磁辐射在结构化的主面处几乎不散射或不散射，进而基本上在没有辐射损失的情况下穿过第一过渡区。相反，第二峰值波长的电磁辐射在过渡区的结构化的主面处更强地散射并且向回反射。因此，第一过渡区的主面关于其散射和/或反射特性起波长选择的作用。在有疑问的情况下，第一峰值波长和第二峰值波长分别在其所属的半导体本体中或在第一过渡区中在考虑所属的折射率的情况下确定。
根据器件的至少一个实施方式，第一过渡区具有部分透明的且部分波长选择性反射的第一镜结构。第一镜结构尤其起布拉格镜(DBR，英文：Distributed Bragg Reflector，分布布拉格反射镜)或起二向色镜的作用。第一镜结构尤其构成为，使得其透射第一峰值波长的电磁辐射并且至少散射和/或部分地反射第二峰值波长的电磁辐射。第一镜结构能够具有交替设置的第一层和第二层。第一层能够由可透射辐射的且能导电的材料、例如由第一过渡区的相同的可透射辐射的且能导电的材料形成。第二层和第一层优选具有不同的材料。特别地，镜结构的第一层具有如下折射率，所述折射率与第一镜结构的第二层的折射率相差至少0.3，例如至少0.5或0.7。在第一过渡区之内，第一镜结构尤其设置在由可透射辐射的且能导电的材料构成的端子层之间。第一镜结构能够构成为能导电的。
根据器件的至少一个实施方式，第一镜结构具有多个穿通接触部，所述穿通接触部沿竖直方向延伸穿过第一镜结构的第一层和第二层。穿通接触部优选能导电地构成。所述穿通接触部能够由可透射辐射的且能导电的材料、例如由第一过渡区的相同的可透射辐射的且能导电的材料形成。在该情况下，第一镜结构能够具有介电的或弱导电的第一和/或第二层。
根据器件的至少一个实施方式，所述器件具有第三半导体本体，所述第三半导体本体具有用于产生第三峰值波长的电磁辐射的第三光学有源层。例如，第二半导体本体沿竖直方向设置在第一半导体本体和第三半导体本体之间。因此，半导体本体彼此上下堆叠。优选地，器件具有第二过渡区，经由所述第二过渡区，第二半导体本体与第三半导体本体机械地且电地连接。特别地，第二过渡区直接地邻接于第二半导体本体和直接地邻接于第三半导体本体。
第一过渡区和第二过渡区能够具有结构类似或相同的构造。换言之，第二过渡区能够具有可透射辐射的、至少对于第二峰值波长的辐射部分透明的且能导电的材料。此外，第二过渡区能够具有结构化的主面和/或部分透明的且部分波长选择性反射的第二镜结构。半导体本体也能够具有结构类似的或相同的构造，如分别具有第一传导类型的第一半导体层、第二传导类型的第二半导体层和设置在其之间的光学有源层。
根据至少一个实施变型形式，第二过渡区具有结构化的主面，所述主面具有第二耦合输出结构，所述第二耦合输出结构尤其构成为隆起部或凹陷部。优选地，耦合输出结构具有横向宽度，所述横向宽度例如在20nm和3μm之间，例如在20nm和1μm之间，尤其在50nm和900nm之间，其中包括边界值。耦合输出结构能够具有竖直宽度，所述竖直宽度例如在50nm和3μm之间，例如在50nm和2μm之间，尤其在50nm和900nm之间，其中包括边界值。特别地，第二耦合输出结构具有平均横向宽度或平均竖直高度，所述平均横向宽度或平均竖直高度小于第一耦合输出结构的平均横向宽度或平均竖直高度。优选地，第二耦合输出结构具有平均横向宽度，所述平均横向宽度小于第二和/或第一峰值波长并且大于第三峰值波长。在有疑问的情况下，峰值波长在相应的半导体本体中或在第二过渡区中在考虑相应的折射率的情况下测量。
根据器件的至少一个实施方式，第一峰值波长与可见光的红色的光谱范围相关联。第二峰值波长例如与绿色的光谱范围相关联。第三峰值波长能够与蓝色的光谱范围相关联。优选地，第二过渡区具有结构化的主面，所述主面具有第二耦合输出结构，所述第二耦合输出结构与第一过渡区的结构化的主面的第一耦合输出结构相比具有更小的横向宽度。
根据器件的至少一个实施方式，第二过渡区具有部分透明的且部分波长选择性反射的第二镜结构，所述第二镜结构透射第一和第二峰值波长的电磁辐射并且散射和/或至少部分地反射第三峰值波长的电磁辐射。类似于第一镜结构，第二镜结构能够构成为布拉格镜，尤其构成为二向色镜，或者起布拉格镜或二向色镜的作用。
第一镜结构和第二镜结构能够关于其波长选择性彼此不同。特别地，第一镜结构匹配于第一峰值波长的辐射，并且第二镜结构匹配于第二峰值波长的辐射。例如，第二镜结构构成为具有多个交替设置的第一层和第二层的布拉格镜。第一镜结构的第一层和第二镜结构的第一层能够分别由能透射辐射的且能导电的材料、尤其由相同的材料形成。然而，第一镜结构的第二层和第二镜结构的第二层能够关于其层厚度和/或其材料彼此不同。
根据器件的至少一个实施方式，第一和/或第二过渡区的能透射辐射的且能导电的材料是透明导电氧化物(TCO)、尤其氧化铟锡(ITO)。能透射辐射的且能导电的材料具有如下折射率，所述折射率与第一和/或第二和/或第三半导体本体的折射率优选相差至少0.2、例如相差至少0.4或0.6。在有疑问的情况下，相应的折射率在红色、绿色或蓝色光谱范围中的波长下确定，例如在大约550nm处。
根据器件的至少一个实施方式，第一过渡区和/或第二过渡区没有增附的连接材料和/或连接层。器件的半导体本体能够借助于直接接合机械地和导电地彼此连接。第一过渡区和/或第二过渡区能够具有在第一端子层和第二端子层之间的内部的平坦的边界面。第一和/或第二端子层优选由能透射辐射的且能导电的材料形成。在直接接合的情况下，内部的边界面尤其没有连接材料，尤其没有增附的连接材料，如不具有焊料或粘结剂。内部的边界面例如通过端子层的平坦的连接面形成。第一和第二端子层能够由相同的材料形成或由不同的能透射辐射的且能导电的材料形成。第一过渡区和/或第二过渡区能够具有多个这种内部的平坦的边界面，尤其至少两个这种内部的平坦的边界面，并且没有增附的连接材料。
在用于制造器件的方法中提供第一复合件，例如第一晶片复合件，所述第一复合件具有衬底、第一半导体本体和第一端子层。第一复合件具有露出的平坦的第一连接面。平坦的连接面例如通过第一端子层的表面形成。第一半导体本体设置在衬底和平坦的第一连接面之间，并且具有第一光学有源层。衬底能够是生长衬底、例如蓝宝石衬底或硅衬底。替选地，衬底能够与生长衬底不同。
将平坦的连接面通常理解为如下面，所述面尤其微观地扁平地构成。优选地，平坦的面具有局部的竖直粗糙度，所述竖直粗糙度尤其小于5nm，小于3nm，优选小于1nm或小于0.5nm。在有疑问的情况下，粗糙度的数据可理解为均方根(英文：RMS，Root Mean Square)。
提供第二复合件，尤其第二晶片复合件，所述第二复合件具有辅助衬底、第二半导体本体和第二端子层。第二复合件具有平坦的第二连接面，所述第二连接面尤其通过第二端子层的表面形成。第二半导体本体设置在辅助衬底和平坦的第二连接面之间，并且具有第二光学有源层。第一端子层和第二端子层分别优选地由能透射辐射的且能导电的材料形成。所述端子层能够由相同的材料或不同的材料构成。
第一复合件和第二复合件优选借助于直接接合在平坦的第一和第二连接面处彼此机械和电连接。在此，在第一半导体本体和第二半导体本体之间形成第一过渡区，其中过渡区包括第一和第二端子层。第一和第二复合件优选构成为，使得过渡区具有结构化的主面和/或部分透明的且部分波长选择性反射的第一镜结构。在后续的方法步骤中，将辅助衬底与第二复合件分离。辅助衬底能够是生长衬底，在所述生长衬底上例如外延地生长第二半导体本体，或者辅助衬底与生长衬底不同。
在直接接合时，将疏水的和亲水的表面置于物理接触。机械连接的基础主要或仅为整个边界面的直接周围环境中的氢键和/或范德华交互作用。扁平的第一和第二连接面在直接接合方法中为了例如由第一和第二复合件形成共同的复合件在压力和适当的温度的作用下聚集，使得共同的边界面通过第一和第二连接面的直接彼此邻接的区域形成并且在此没有连接材料、尤其没有增附的材料。
根据方法的至少一个实施方式，辅助衬底具有结构化的主面，将第二半导体本体生长到该主面上。特别地，辅助衬底是结构化的蓝宝石衬底。在辅助衬底剥离或分离之后，辅助衬底的主面的结构转移到第二半导体本体的表面中作为辅助衬底的主面的颠倒的结构。因此，第二半导体本体在辅助衬底分离之后具有露出的结构化的主面。
根据方法的至少一个实施方式，第二半导体本体生长到辅助衬底上，其中在由能透射辐射的且能导电的材料构成的端子层在第二半导体本体的露出的和结构化的主面上形成之前，将第二半导体本体的露出的主面结构化。在分离辅助衬底之前或之后，能够执行第二半导体本体的露出的主面的结构化。
根据方法的至少一个实施方式，在将第一复合件与第二复合件借助于直接接合机械和电连接之前，将第一镜结构与第一半导体本体借助于直接接合机械地连接。特别地，第一镜结构能够构成在另一辅助衬底上。第一镜结构和另一辅助衬底能够借助于直接接合与第一半导体本体连接，随后移除另一辅助衬底。与其不同，在将第一和第二复合件借助于直接接合彼此连接之前，第一镜结构例如能够借助于替选的方法、例如借助于覆层方法直接安置到第一或第二复合件上。
上述方法尤其适合于制造在上文中描述的器件。结合器件描述的特征因此也能够考虑用于方法并且反之亦然。
附图说明
从下面结合图1A至7阐述的实施例中得出器件以及方法的其他的优点、优选的实施方式和改进形式。附图示出：
图1A、1B、1C、1D、1E、1F和1G示出用于制造根据第一实施例的器件的不同的方法步骤的示意图，
图2A、2B、2C和2D示出用于制造根据另一实施例的器件的不同的方法步骤的示意图，
图3、4A和4B示出用于制造根据另一实施例的器件的一些方法步骤的示意图，
图5以剖面图示出根据第一实施例的器件的示意图，和
图6和7示出器件的另外的实施例的示意剖面图。
相同的、同类的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图分别是示意图进而不一定是合乎比例的。更确切地说，为了说明能够将相对小的元件和尤其层厚度夸大地示出。
具体实施方式
在图1A至1G中示意地示出用于制造器件的方法的一个实施例。
在图1A中示出具有衬底1、设置在其上的第一半导体本体2和第一端子层31的第一复合件20。衬底1能够是生长衬底，将第一半导体本体2外延地生长到所述生长衬底上。例如，衬底1是硅或蓝宝石衬底，例如GaAs衬底。替选地，衬底1能够是载体，所述载体与生长衬底不同。
第一半导体本体2具有朝向衬底1的第一半导体层21、第二半导体层22和设置在半导体层之间的光学有源层23。半导体层21和22能够n型或p型传导地构成，并且还能够是n型或p型掺杂的。特别地，半导体层21和/或22能够由不同材料组分的多个子半导体层形成，所述子半导体层沿竖直方向上下相叠地设置。有源层23设计用于产生第一峰值波长的电磁辐射。优选地，第一半导体本体2具有III-V族或II-VI族半导体化合材料或由其构成。
半导体本体具有朝向衬底1的第一主面201，所述第一主面平面地构成。第一半导体本体2具有背离衬底1的第二主面202，所述第二主面结构化地构成。第二主面202尤其通过第二半导体层22的表面形成。第一端子层31尤其直接邻接于第一半导体本体2，并且具有朝向半导体本体2的第一主面301，所述第一主面同样结构化地构成。特别地，第一端子层31的第一主面301和第一半导体本体2的第二主面202形成个共同的结构化的边界面。
第一复合件20具有露出的平坦的第一连接面311，所述第一连接面尤其通过第一端子层31的背离第一半导体本体2的表面形成。第一端子层31优选由能透射辐射的且能导电的材料、例如由透明的且能导电的氧化物(TCO)形成。
衬底1具有朝向第一半导体本体2的第一主面11和背离第一半导体本体2的第二主面12，其中衬底1的主面平面地构成。第一半导体本体2的第一主面201同样平面地构成。第二主面202能够通过结构化、即例如通过所谓的捕球法(Kugelfischen)产生，其中将第一半导体本体2的表面结构化，例如粗化。这能够干化学地在没有光刻胶的情况下借助小的、尤其纳米范围中的球来执行，其中将球施加到第二主面202上并且随后刻蚀掉，由此在第二主面202上产生例如呈纳米范围的隆起部或凹陷部的形式的耦合输出结构。这种球能够具有例如在50nm和2μm之间或在50nm和1μm之间的直径，其中包括边界值。
第一端子层31优选在第二主面202结构化之后直接施加到其上，使得第一端子层31具有朝向半导体本体2的第一主面301，所述第一主面具有第一半导体本体2的第二主面202的颠倒的结构。第一端子层31能够借助于覆层方法直接地施加到第一半导体本体2上，其中第一端子层31随后例如能够借助于化学机械平坦化抛光，以构成平坦的第一连接面311。在图1B中提供具有辅助衬底9、设置在其上的第二半导体本体4和第二端子层32的第二复合件40。辅助衬底9尤其是具有结构化的主面91的生长衬底。特别地，辅助衬底9是结构化的蓝宝石衬底(英文：PSS，patterned sapphire substrate，图案化蓝宝石衬底)。
具有第一半导体层41、第二半导体层42和第二有源层43的半导体本体4能够外延地施加到结构化的主面91上，使得第二半导体本体4同样具有朝向辅助衬底9的结构化的主面402。第二有源层43设计用于产生第二峰值波长的电磁辐射。在结构上，第二本体4能够类似于第一半导体本体2构成。第二半导体本体4具有朝向第二端子层32的第一主面401。第一主面401平面地构成。与图1B不同地，第二半导体本体4的第一主面401能够结构化地构成。第二复合件40具有平坦的第二连接面321，所述第二连接面尤其通过第二端子层32的露出的表面形成。第二端子层优选具有能透射辐射的且能导电的材料或由其构成。第一复合件20的第一端子层31和第二复合件40的第二端子层32能够由相同的材料形成或具有不同的材料组分。
根据图1C，第一复合件20与第二复合件40在平坦的第一和第二连接面311和321处借助直接接合机械地且电地彼此连接。在此，形成第一过渡区3，所述第一过渡区包括第一端子层31和第二端子层32。因此，第一过渡区3具有朝向第一半导体本体2的结构化的第一主面301。在第一过渡区3之内，平坦的第一连接面311和平坦的第二连接面321直接彼此邻接进而限定第一复合件20和第二复合件40之间的内部的共同的平坦的边界面30。由于直接接合，第一端子层31和第二端子层32之间的内部的共同的平坦的边界面30没有连接材料。在图1C中示出贯穿虚线AA’的共同的边界面30。第一过渡区3尤其直接邻接于第一半导体本体2和直接邻接于第二半导体本体4并且尤其没有增附的连接材料或增附的连接层。如果第一端子层31和第二端子层32由相同的尤其能透射辐射的且能导电的材料形成，那么第一过渡区3能够沿着竖直方向连续地由唯一的材料形成。
在图1D中将辅助衬底9从第二半导体本体4剥离。半导体本体4具有背离第一半导体本体2的第二主面402，所述第二主面结构化地构成。在另一方法步骤中，将第二过渡区5的第一端子层51例如借助于覆层方法施加到第二半导体本体4上，尤其施加到第二半导体本体的结构化的露出的第二主面402上。第一端子层51能够具有能透射辐射的且能导电的材料，例如第一过渡区3的相同的材料。优选地，第二过渡区5的第一端子层51施加到结构化的第二主面402上，使得第一端子层51具有朝向第二半导体本体4的结构化的第一主面501。第一端子层51随后能够被平坦化，使得所述第一端子层具有背离第二半导体本体4的露出的平坦的另一第一连接面511。
在图1E中示出具有另一辅助衬底9、第三半导体本体6和另一第二端子层52的第三复合件60，其中第三复合件60具有露出的平坦的另一第二连接面521，所述另一第二连接面通过第二过渡区5的另一第二端子层52的表面形成。第三半导体本体6具有第一半导体层61、第二半导体层62和位于其之间的光学有源层63，其中有源层63设计用于产生第三峰值波长的电磁辐射。第三复合件60基本上对应于第二复合件40的在图1B中示出的实施例。
在图1F中，第三复合件60与第二半导体本体4优选借助于直接接合在另外的平坦的连接面511和521处机械地且电地连接。第二过渡区5在第二半导体本体4和第三半导体本体6之间形成，其中第二过渡区5尤其直接邻接于第二半导体本体4和第三半导体本体6。因此，要制造的器件在第二过渡区5和第二半导体本体4或第三半导体本体6之间的区域中例如没有增附的材料或连接层。
第二过渡区5包括另一第一端子层51和另一第二端子层52。在竖直方向上，第二过渡区5能够连续地由能透射辐射的且能导电的材料形成。类似于第一过渡区3，第二过渡区5能够具有内部的共同的平坦的边界面50，所述边界面通过平坦的另一第一连接面511和平坦的另一第二连接面521形成。在图1F中通过虚线BB’示出的内部的边界面尤其没有连接材料。因此，内部的边界面50形成另一第一端子层51和另一第二端子层52之间的共同的边界面。第二过渡区5具有朝向第二半导体本体4的第一主面501，所述第一主面结构化地构成。第二过渡区5的主面501的结构化尤其通过第二半导体本体4的第二主面402的结构化提供。第三半导体本体6具有朝向第二过渡区5的第一主面601，所述第一主面直接邻接于第二过渡区5的第二主面502。主面502和601在图1F中平面地构成。与其不同，所述主面也能够结构化地构成。半导体本体6具有背离第二半导体本体4的第二主面602，所述第二主面结构化地构成。特别地，通过将辅助衬底9结构化提供第二主面602的结构化。
图1G示出器件100，所述器件能够根据在图1A至1F中示出的方法制造。
将另一辅助载体9从第三半导体本体6移除。在由此空出的第二主面602上能够形成覆盖层7，其中覆盖层7能够用作为接触层或保护层。特别地，覆盖层7能够具有能透射辐射的且能导电的材料。器件100具有前侧101，所述前侧尤其通过覆盖层7的主面71形成。前侧101尤其形成器件100的辐射出射面。器件100具有后侧102，所述后侧尤其通过衬底1的第二主面12形成。
第一半导体本体2、第二半导体本体4和第三半导体本体6分别具有光学有源层，所述光学有源层设置在两个半导体层之间。特别地，半导体本体2、4和6电串联。第一半导体层21、41和61能够具有相同的材料组分并且同时n型或p型传导地构成和/或掺杂。完全类似地，第二半导体层22、42和62能够具有相同的材料组分并且同时p型传导或n型传导地构成和/或掺杂。第一有源层23、第二有源层43和第三有源层63能够构成为，使得其在器件100运行时发射相同峰值波长或不同峰值波长的电磁辐射。
例如，有源层23、43和63能够发射具有在红色或绿色或黄色或蓝色光谱范围中的峰值波长的电磁辐射。替选地，有源层能够构成为，使得其在器件100运行时发射不同峰值波长的电磁辐射，其中不同的峰值波长彼此相差至少30nm，例如至少50nm或至少70nm。例如，第一有源层23设计用于产生具有在红色光谱范围中、例如在600nm和780nm之间的第一峰值波长的电磁辐射。第二有源层43例如设计用于产生具有在绿色光谱范围中、例如在490nm和570nm之间的第二峰值波长的电磁辐射，其中包括边界值。第三有源层63优选设计用于产生具有在蓝色光谱范围中、例如在430nm和490nm之间的第三峰值波长的电磁辐射，其中包括边界值。优选地，器件100设计成，使得第二有源层43设置在第一有源层23和第三有源层63之间，其中第三有源层距器件的辐射出射面101最近，并且第一有源层23距衬底1最近。
第一过渡区3和第二过渡区5的结构化的主面能够具有不同大的耦合输出结构。优选地，第一过渡区3的结构化的主面301或302具有第一耦合输出结构，所述第一耦合输出结构与第二过渡区5的结构化的主面501或502的第二耦合输出结构相比具有更大的横向宽度。优选地，第一过渡区3的耦合输出结构具有平均横向宽度，所述平均横向宽度小于在第一有源层23中产生的辐射的峰值波长和同时大于在第二有源层43中产生的辐射的第二峰值波长。第二过渡区5的第二耦合输出结构优选具有平均横向宽度，所述平均横向宽度小于在第一和/或第二有源层中产生的辐射的峰值波长和同时大于在第三有源层63中产生的辐射的第三峰值波长。通过器件的这种设计方案，较长波的辐射朝向辐射出射面101的方向基本上不受阻碍地进而基本上在没有损失的情况下通过过渡区3和5透射，而较短波的辐射在耦合输出结构处在过渡区3和/或5中散射或至少与较长波的辐射相比更强地散射进而朝辐射出射面101的方向偏转或向回反射。
图2A至2D示出用于制造器件100的方法的另一实施例。
在图2A中示出的第一复合件20对应于在图1A中示出的第一复合件20。在将第一复合件20与第二复合件40连接之前，将第一镜结构33施加到第一半导体本体2上。第一镜结构33尤其构成为第一过渡区3的一部分。例如，第一镜结构33首先能够在辅助衬底9上构成。在镜结构33上尤其设置有例如由能导电的且能透射辐射的材料构成的端子层32。端子层具有露出的表面321’，所述露出的表面尤其构成为平坦的连接面321’。设置在辅助衬底9上的第一镜结构33能够借助于直接接合机械地且尤其导电地与第一复合件20连接，例如与第一端子层31或与第一半导体本体2连接。替选地，第一镜结构33能够借助于覆层方法直接安置到半导体本体2上。
在图2B中将辅助衬底9从第一镜结构33移除。第一过渡区3具有内部的边界面30，所述边界面尤其平坦地且通过第一镜结构33的连接面321’和第一连接面311形成。在移除辅助衬底9之后，能够将第一过渡区3的露出的表面311、尤其第一端子层31的露出的表面311平坦化，其中在所述辅助载体上设置有第一镜结构33。
第一镜结构33优选部分透明地且部分波长选择性反射地构成。例如，第一镜结构33具有交替地设置的第一层331和第二层332。第一层331和第二层332能够由不同折射率的材料形成。例如，第一层331具有如下折射率，所述折射率与第二层332的折射率相差至少0.3、例如至少0.5或0.7。例如，第一层331和/或第二层332分别由能透射辐射的且能导电的材料形成。
方法步骤的在图2C中示出的实施例基本上对应于方法步骤的在图1B和1C中示出的实施例。与其不同，第一复合件20具有第一半导体本体2和设置在其上的第一镜结构33，其中第一镜结构33沿竖直方向处于第一半导体本体2和露出的平坦的第一连接面311之间。
在图2D中示出的方法步骤基本上对应于在图1D中示出的、用于制造器件的方法的方法步骤。与其不同，第一过渡区3在结构化的主面301旁边具有部分透明的且部分波长选择性反射的第一镜结构33。
在图3中示意地示出第一过渡区3在第一半导体本体2和第二半导体本体4之间的部段。根据该实施例，第一镜结构33具有多个穿通接触部34，所述穿通接触部沿竖直方向延伸穿过第一层331和第二层332。穿通接触部34优选由能导电的材料形成。特别地，穿通接触部34由能导电的且能透射辐射的材料形成。
在图4A中示出的第二复合件40基本上对应于在图1B中示出的第二复合件40。与其不同，辅助衬底9不具有结构化的主面91，而是具有平坦的主面91。第二半导体本体4具有背离辅助衬底9的第一主面401，所述第一主面结构化地构成。第一主面401在将第二半导体本体4施加在辅助衬底9上之后例如能够借助于刻蚀法或借助于捕球法粗化。
在图4B中示出的实施例基本上对应于在图1C示出的、用于制造器件的方法步骤的实施例。与其不同，第二半导体本体4具有背离第一半导体本体2的结构化的第一主面401。第一过渡区3因此具有朝向第一半导体本体2的结构化的第一主面301和朝向第二半导体本体4的结构化的第二主面302。具有第三半导体本体6的第三复合件60和第二过渡区5能够类似于在图4A和4B中示出的实施例构成。第二过渡区5尤其也能够类似于在图2A至2D和3中描述的方法步骤那样构成有第二镜结构53。
在图5中示出器件100的一个实施例，所述器件基本上对应于器件100的在图1G中示出的实施例。与其不同，器件100具有中间层10，所述中间层沿竖直方向设置在衬底1和第一半导体本体2之间。中间层10优选构成为镜层，所述镜层能够具有金属材料、例如银或铝。衬底1尤其与生长衬底不同。衬底1能够由能导电的材料形成。器件100能够经由前侧101和经由后侧102外部电接触。器件100因此经由衬底1、尤其经由衬底1的后侧12能够电接触。
器件100的在图6中示出的实施例基本上对应于器件的在图5中示出的实施例。与其不同，半导体本体2、4和6分别具有朝向衬底1的结构化的第一主面201、401和601。过渡区3和5因此分别具有朝向辐射出射面101的结构化的第二主面302和502。中间层10具有朝向第一半导体本体2的结构化的主面。中间层10在此能够用作为衬底1和第一半导体本体2之间的缓冲层。
器件100的在图7中示出的实施例基本上对应于器件的在图5中示出的实施例。与其不同，过渡区3和5分别具有镜结构33或53。第一过渡区3的镜结构33和第二过渡区5的第二镜结构53能够结构上类似地构成。特别地，过渡区3和5能够根据在图2A至2D中示出的方法步骤制造。
第一镜结构33和/或第二镜结构53能够构成为，使得其起布拉格镜、尤其起二向色镜的作用。类似于第一镜结构33，第二镜结构53能够具有多个交替设置的第一层531和第二层532。例如，第二镜结构53部分透明地且部分波长选择性反射地构成，其中第二镜结构53关于其波长选择性能够与第一镜结构33不同。优选地，第一镜结构33构成为，使得所述第一镜结构透射具有第一峰值波长的电磁辐射，并且散射和/或反射具有第二峰值波长的电磁辐射。第二镜结构53优选构成为，使得所述第二镜结构透射具有第一和/或第二峰值波长的电磁辐射，并且散射和/或反射具有第三峰值波长的电磁辐射。
类似于第一镜结构33，能够借助于直接接合将第二镜结构53与第二半导体本体4机械地且导电地连接。第三半导体本体6同样能够借助于直接接合与第二镜结构53或与第二半导体本体4机械且导电地连接。因此，第二过渡区能够具有共同的内部的平坦的边界面50，所述边界面通过另外的平坦的连接面511和521或511和521’形成，其中内部的平坦的边界面50尤其没有增附的材料。另外的平坦的连接面511和521例如通过第二过渡区5的第一端子层51或第二端子层52的表面形成。第二过渡区5的端子层51和53能够由能透射辐射的且能导电的材料形成。
在此描述的器件尤其构成为具有多个半导体本体的光电子器件，所述半导体本体彼此堆叠。彼此堆叠的半导体本体能够彼此分开地在不同的方法步骤中制造并且分别具有二极管结构，所述二极管结构具有光学有源层。如果过渡区在半导体本体之间构成，其中过渡区具有结构化的主面或部分透明的且部分波长选择性反射的镜结构，那么能够提高器件的效率。
要求德国专利申请10 2016 113 002.8的优先权，其公开内容通过参考并入本文。
本发明不通过根据实施例对本发明进行的描述局限于此。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含实施例中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合本身没有在实施例中明确地说明时也如此。
附图标记列表
100 器件
101 器件的前侧
102 器件的后侧
1 衬底/载体
10 中间层
11 衬底的第一主面
12 衬底地第二主面
2 第一半导体本体
20 第一复合件
201 第一半导体本体的第一主面
202 第一半导体本体的第二主面
21 第一半导体本体的第一半导体层
22 第一半导体本体的第二半导体层
23 第一有源层
3 第一过渡区
30 第一过渡区的内边界面
301 第一过渡区的第一主面
302 第一过渡区的第二主面
31 第一过渡区的第一端子层
311 第一连接面
32 第一过渡区的第二端子层
321 第二连接面
321' 镜结构的连接面
33 第一镜结构
34 穿通接触部
331 第一镜结构的第一层
332 第一镜结构的第二层
4 第二半导体本体
40 第二复合件
401 第二半导体本体的第一主面
402 第二半导体本体的第二主面
41 第二半导体本体的第一半导体层
411 第一连接面
42 第二半导体本体的第二半导体层
421 第二连接面
43 第二有源层
5 第二过渡区
50 第二过渡区的内部的边界面
501 第二过渡区的第一主面
502 第二过渡区的第二主面
51 第二过渡区的第一端子层
511 另一第一连接面
52 第二过渡区的第二端子层
521 另一第二连接面
53 第二镜结构
6 第三半导体本体
60 第三复合件
601 第三半导体本体的第一主面
602 第三半导体本体的第二主面
61 第三半导体本体的第一半导体层
62 第三半导体本体的第二半导体层
63 第三有源层
7 覆盖层/接触层
71 覆盖层/接触层的主面
9 辅助衬底
91 辅助衬底的主面
Claims (20)
1.一种器件(100)，所述器件具有：衬底(1)；具有第一有源层(23)的第一半导体本体(2)；具有第二有源层(43)的第二半导体本体(4)；和第一过渡区(3)，其中
-所述第一有源层设计用于产生第一峰值波长的电磁辐射，并且所述第二有源层设计用于产生第二峰值波长的电磁辐射，
-所述第一过渡区在竖直方向上设置在所述第一半导体本体和所述第二半导体本体之间，并且直接邻接于所述第一半导体本体以及直接邻接于所述第二半导体本体，
-所述第一过渡区具有能透射辐射的、至少对于第一峰值波长的辐射部分透明的且能导电的材料，使得所述第一半导体本体经由所述第一过渡区与所述第二半导体本体导电连接，并且其中
i.所述第一过渡区具有结构化的主面(301，302)，其中所述第一半导体本体(2)包括背离所述衬底(1)的第二主面(202)，所述第二主面结构化地构成，并且所述第一过渡区(3)具有第一端子层(31)，所述第一端子层具有朝向所述半导体本体(2)的第一主面(301)，所述第一主面具有所述第一半导体本体(2)的所述第二主面(202)的颠倒的结构，并且其中所述第一过渡区(3)的所述结构化的主面(301，302)是所述第一端子层(31)的第一主面(301)和所述第一半导体本体(2)的第二主面(202)的共同的结构化的边界面；或
ii.所述第一过渡区具有部分透明的且部分波长选择性反射的第一镜结构(33)，其中所述第一镜结构(33)具有交替设置的第一层(331)和第二层(332)，并且所述第一镜结构(33)具有多个穿通接触部(34)，所述穿通接触部沿竖直方向延伸穿过所述第一层(331)和所述第二层(332)，其中所述穿通接触部由能导电的材料形成。
2.根据权利要求1所述的器件，
其中所述第一过渡区(3)没有增附材料或没有连接层。
3.根据权利要求1所述的器件，
其中所述第一过渡区(3)具有第一端子层(31)和第二端子层(32)之间的内部的平坦的边界面(30)，其中
-所述第一过渡区的所述第一端子层和/或所述第二端子层由能透射辐射的且能导电的材料形成，和
-所述内部的边界面没有连接材料并且通过所述端子层(31，32)的平坦的连接面(311，321)形成。
4.根据权利要求1所述的器件，
其中所述第一过渡区(3)具有所述结构化的主面(301，302)，所述主面具有第一耦合输出结构。
5.根据权利要求1所述的器件，
其中所述第一镜结构(33)构成为，使得所述第一镜结构起二向色镜的作用，所述二向色镜透射第一峰值波长的电磁辐射，并且散射或反射第二峰值波长的电磁辐射。
6.根据权利要求1所述的器件，
其中所述第一过渡区(3)具有所述第一镜结构(33)，其中所述第一层(331)具有如下折射率，所述折射率与所述第二层(332)的折射率相差至少0.3。
7.根据权利要求1所述的器件，
其中所述第一过渡区(3)具有所述结构化的主面(301，302)，其中所述第一端子层(31)直接地施加到所述第二主面(202)上，使得所述第一端子层(31)具有朝向所述半导体本体(2)的第一主面(301)，所述第一主面具有所述第一半导体本体(2)的所述第二主面(202)的颠倒的结构。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的器件，
其中所述器件具有第三半导体本体(6)，所述第三半导体本体具有用于产生第三峰值波长的电磁辐射的第三光学有源层(63)，其中所述第二半导体本体(4)设置在所述第一半导体本体(2)和所述第三半导体本体之间，并且其中所述第二半导体本体经由第二过渡区(5)与所述第三半导体本体机械且电连接。
9.根据权利要求8所述的器件，
其中所述第二过渡区(5)具有结构化的主面(501，502)，所述结构化的主面具有第二耦合输出结构，其中所述第二耦合输出结构具有平均横向宽度，所述平均横向宽度小于所述第二峰值波长并且大于所述第三峰值波长。
10.根据权利要求8所述的器件，
其中所述第二过渡区(5)具有部分透明的且部分波长选择性反射的第二镜结构(53)，所述第二镜结构透射第一和第二峰值波长的电磁辐射，并且散射或至少部分地反射第三峰值波长的电磁辐射。
11.根据权利要求8所述的器件，其中
-所述第一峰值波长与红色光谱范围相关联，
-所述第二峰值波长与绿色光谱范围相关联，
-所述第三峰值波长与蓝色光谱范围相关联，
-所述第一过渡区(3)具有所述结构化的主面(301，302)，所述主面具有第一耦合输出结构，并且
-所述第二过渡区(5)具有结构化的主面(501，502)，所述结构化的主面具有第二耦合输出结构，所述第二耦合输出结构与所述第一过渡区(3)的所述结构化的主面(301，302)的所述第一耦合输出结构相比具有更小的横向宽度。
12.根据权利要求8所述的器件，
其中所述第二过渡区(5)具有至少部分透明的且部分波长选择性反射的第二镜结构(53)，其中所述第二镜结构(53)关于其波长选择性与所述第一镜结构(33)不同。
13.根据权利要求12所述的器件，
其中所述第一镜结构(33)和所述第二镜结构(53)分别形成为具有多个交替设置的第一层(331，531)和第二层(332，532)的布拉格镜，其中
-所述第一镜结构(33)的第一层(331)和所述第二镜结构(53)的第一层(531)分别由能透射辐射的且能导电的材料形成，并且
-所述第一镜结构(33)的第二层(332)和所述第二镜结构(53)的第二层(532)关于其层厚度和/或其材料彼此不同。
14.根据权利要求1至7中任一项所述的器件，
其中所述第一过渡区(3)的能透射辐射的且能导电的材料是透明导电氧化物。
15.根据权利要求1至7中任一项所述的器件，
其中所述第一过渡区(3)具有部分透明的且部分波长选择性反射的所述第一镜结构(33)，其中所述第一镜结构构成为，使得所述第一镜结构透射第一峰值波长的电磁辐射，并且散射或部分地反射第二峰值波长的电磁辐射。
16.一种用于制造器件(100)的方法，所述方法具有如下步骤：
A)提供具有衬底(1)、第一半导体本体(2)和第一端子层(31)的第一复合件(20)，其中
-所述第一复合件具有露出的平坦的第一连接面(311)，所述第一连接面通过所述第一端子层的表面形成，和
-所述第一半导体本体设置在所述衬底和平坦的所述第一连接面之间，并且具有第一光学有源层(23)；
B)提供具有辅助衬底(9)、第二半导体本体(4)和第二端子层(32)的第二复合件(40)，其中
-所述第二复合件具有露出的平坦的第二连接面(321)，所述第二连接面通过所述第二端子层的表面形成，
-所述第二半导体本体设置在所述辅助衬底和平坦的所述第二连接面之间，并且具有第二光学有源层(43)，并且
-所述第一端子层(31)和所述第二端子层(32)分别具有能透射辐射的且能导电的材料；
C)将所述第一复合件和所述第二复合件在平坦的所述第一连接面和第二连接面处借助于直接接合机械和电连接，以形成过渡区(3)，其中所述过渡区包括所述第一端子层和第二端子层并且具有结构化的主面(301，302)或者部分透明的且部分波长选择性反射的镜结构(33)；和
D)将所述辅助衬底与所述第二复合件分离。
17.根据权利要求16所述的方法，
其中所述辅助衬底(9)具有结构化的主面(91)，所述第二半导体本体(4)生长到所述结构化的主面上，使得所述第二半导体本体在将所述辅助衬底分离之后具有露出的结构化的主面(401，402)。
18.根据权利要求16所述的方法，
其中所述第二半导体本体(4)生长到所述辅助衬底(9)上，其中将所述第二半导体本体的露出的主面(401，402)结构化，之后将由能透射辐射的且能导电的材料构成的端子层(32，51)构成在所述第二半导体本体的露出的且结构化的主面上。
19.根据权利要求16所述的方法，
其中在将所述第一复合件(20)与所述第二复合件(40)借助于直接接合机械和电连接之前，将所述部分透明的且部分波长选择性反射的镜结构(33)与所述第一半导体本体(2)借助于直接接合机械连接。
20.一种用于制造器件(100)的方法，所述方法具有如下步骤：
A)提供具有衬底(1)、第一半导体本体(2)和第一端子层(31)的第一复合件(20)，其中
-所述第一复合件具有露出的平坦的第一连接面(311)，所述第一连接面通过所述第一端子层的表面形成，和
-所述第一半导体本体设置在所述衬底和平坦的所述第一连接面之间，并且具有第一光学有源层(23)；
B)提供具有辅助衬底(9)、第二半导体本体(4)和第二端子层(32)的第二复合件(40)，其中
-所述第二复合件具有露出的平坦的第二连接面(321)，所述第二连接面通过所述第二端子层的表面形成，
-所述第二半导体本体设置在所述辅助衬底和平坦的所述第二连接面之间，并且具有第二光学有源层(43)，并且
-所述第一端子层(31)和所述第二端子层(32)分别具有能透射辐射的且能导电的材料；
C)将所述第一复合件和所述第二复合件在平坦的所述第一连接面和第二连接面处借助于直接接合机械和电连接，以形成过渡区(3)，其中所述过渡区包括所述第一端子层和第二端子层，并且
i.所述过渡区具有结构化的主面(301，302)，其中所述第一半导体本体(2)包括背离所述衬底(1)的第二主面(202)，所述第二主面结构化地构成，并且所述过渡区(3)具有第一端子层(31)，所述第一端子层具有朝向所述半导体本体(2)的第一主面(301)，所述第一主面具有所述第一半导体本体(2)的所述第二主面(202)的颠倒的结构，并且其中所述过渡区(3)的所述结构化的主面(301，302)是所述第一端子层(31)的第一主面(301)和所述第一半导体本体(2)的第二主面(202)的共同的结构化的边界面；或
ii.所述过渡区(3)具有部分透明的且部分波长选择性反射的镜结构(33)，其中所述部分透明的且部分波长选择性反射的镜结构(33)具有交替设置的第一层(331)和第二层(332)，并且所述部分透明的且部分波长选择性反射的镜结构(33)具有多个穿通接触部(34)，所述穿通接触部沿竖直方向延伸穿过所述第一层(331)和所述第二层(332)，其中所述穿通接触部由能导电的材料形成；和
D)将所述辅助衬底与所述第二复合件分离。
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