CN118103979A - 光电子器件 - Google Patents
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Abstract
提出一种光电子器件，所述光电子器件具有如下特征：‑发射器(1)，所述发射器以输入电压(Vin)运行并且在运行中产生电磁辐射(2)，‑多个接收器(3)，所述接收器形成接收器阵列(4)，其中接收器阵列(4)将由发射器(1)在运行中产生的电磁辐射(2)转换成输出电压(Vout)，其中‑接收器(3)的辐射耦合输入面(5)设置在发射器(1)的辐射耦合输出面(6)上，并且‑在发射器(1)和接收器阵列(4)之间设置有辐射影响元件(7)，其中辐射影响元件(7)将由发射器(1)产生的电磁辐射(2)偏转到接收器(3)的辐射耦合输入面(5)上。
Description
技术领域
提出一种光电子器件。
发明内容
应提出一种改进的光电子器件，所述光电子器件配置用于电压转换并且尤其能够尽可能紧凑地构成。所述目的通过具有权利要求1的特征的光电子器件来实现。
光电子器件的有利的实施方式和改进方案在从属权利要求中给出。
根据一个实施方式，光电子器件具有发射器，所述发射器以输入电压运行并且在运行中产生电磁辐射。
发射器优选地是表面发射器。这就是说，由发射器在运行中产生的电磁辐射的大部分、例如在运行中产生的电磁辐射的至少90％经由发射器的平坦的主面发射。平坦的主面例如具有在0.01平方毫米和5平方毫米之间的面积，其中包括边界值。发射器例如是发光二极管或激光二极管。
发射器优选地具有高的量子效率。量子效率在此说明在由发射器放射的辐射功率与由发射器接收的电功率之间的比值。例如，发射器的量子效率至少为70％。
发射器例如以恒定的输入电压运行。优选地，输入电压在1伏特和10伏特之间，其中包括边界值。替选地，发射器也能够以随时间变化的输入电压运行。例如，发射器的随时间变化的输入电压的最大频率为10兆赫兹，其中幅值例如在1伏特和10伏特之间，其中包括边界值。
发射器在运行中优选地产生在紫外光和红外光之间的波长范围中的电磁辐射。例如，发射器在运行中产生波长在220纳米和1100纳米之间的电磁辐射，其中包括边界值。由发射器在运行中产生的电磁辐射的光谱带宽优选地是尽可能小的。例如，由发射器产生的电磁辐射的光谱的半值宽度最高为50纳米。
根据另一实施方式，光电子器件具有多个接收器，所述多个接收器形成接收器阵列，其中接收器阵列将由发射器在运行中产生的电磁辐射转换成输出电压。
接收器阵列的输出电压优选地大于发射器的输入电压。替选地，接收器阵列的输出电压也能够与发射器的输入电压同样大或更小。接收器阵列与发射器优选地电流分离。在此和在下文中，“电流分离”表示，发射器的电回路与接收器阵列的电回路分离。尤其地，在发射器的电回路和接收器阵列的电回路之间不存在直接接触和/或不存在导电连接。
在下文中针对接收器描述的特征优选地适用于接收器阵列的所有接收器。接收器优选地具有辐射耦合输入面，所述辐射耦合输入面小于发射器的辐射耦合输出面。接收器的辐射耦合输入面和发射器的辐射耦合输出面优选地是平坦的面。例如，接收器的辐射耦合输入面和发射器的辐射耦合输出面是平坦的面并且彼此平行地设置。例如，接收器的辐射耦合输入面的面积在100平方微米和1平方毫米之间，其中包括边界值，而发射器的辐射耦合输出面具有在0.01平方毫米和5平方毫米之间的面积，其中包括边界值。由发射器在运行中产生的射到接收器的辐射耦合输入面上的电磁辐射由接收器吸收并且转换成输出电压。
根据光电子器件的一个实施方式，至少两个接收器在一维的接收器阵列中或在二维的接收器阵列中设置。接收器阵列优选地由多个接收器构成，所述接收器并排地设置并且形成规则的布置。替选地，接收器阵列的接收器也可以不规律地、即非周期性地设置。优选地，接收器阵列的所有接收器的辐射耦合输入面相同地定向。换言之，所有发射器的辐射耦合输出面的面法线在生产公差之内彼此平行地伸展。
接收器例如是光电二极管或光电晶体管。接收器优选地具有至少70％的量子效率。量子效率在此说明由接收器发出的电功率与由接收器吸收的电磁辐射功率的比值。接收器的高的量子效率优选地通过如下方式来实现，即接收器尤其配置用于吸收具有窄的光谱带宽的电磁辐射，所述窄的光谱带宽对应于由发射器在运行中产生的电磁辐射的光谱带宽。
接收器在运行中例如产生在0.5伏特和3伏特之间的输出电压，其中包括边界值。通过接收器阵列中的多个接收器的串联连接，接收器阵列的输出电压能够对应地提高。例如，接收器阵列的输出电压在100伏特和10000伏特之间，其中包括边界值。
根据光电子器件的另一实施方式，接收器的辐射耦合输入面设置在发射器的辐射耦合输出面上。
为了提高光电子器件的效率，将由辐射耦合输出面发射的电磁辐射的大部分耦合输入到接收器的辐射耦合输入面中。例如，将由发射器在运行中产生的电磁辐射的至少80％偏转到接收器的辐射耦合输入面上。通过接收器的辐射耦合输入面直接设置在发射器的辐射耦合输出面上，光电子器件尤其具有特别简单且紧凑的结构方式。在此，尤其发射器中的低压路径和接收器阵列中的高压路径是电流分离的。
根据光电子器件的另一实施方式，在发射器和接收器阵列之间设置有辐射影响元件，其中辐射影响元件将由发射器产生的电磁辐射偏转到接收器的辐射耦合输入面上。
辐射影响元件尤其配置用于，提高由发射器在运行中产生的电磁辐射的在接收器的辐射耦合输入面中吸收的份额。尤其地，辐射影响元件减小由发射器在运行中产生的电磁辐射的在接收器的辐射耦合输入面的旁边吸收从而没有转换成输出电压的份额。辐射影响元件因此提高光电子器件的效率。
根据一个优选的实施方式，光电子器件具有如下特征：
-发射器，所述发射器以输入电压运行并且在运行中产生电磁辐射，
-多个接收器，所述接收器形成接收器阵列，其中接收器阵列将由发射器在运行中产生的电磁辐射转换成输出电压，其中
-接收器的辐射耦合输入面设置在发射器的辐射耦合输出面上，并且
-在发射器和接收器阵列之间设置有辐射影响元件，其中辐射影响元件将由发射器产生的电磁辐射偏转到接收器的辐射耦合输入面上。
本文的光电子器件的构思在于，提出一种光学电压转换器，所述光学电压转换器具有尽可能紧凑的结构形式。例如在声学中，在微电机系统中用于射束控制，以及在执行器和探测器，如尤其雪崩光电二极管、单光子雪崩光电二极管或光电倍增管中的多种应用需要在相对小的功率消耗的情况下的高压供应。这种应用需要例如大于50伏特、100伏特、500伏特、1000伏特、2000伏特或10000伏特的运行电压。在此，光学电压转换器应具有尽可能紧凑的结构形式、尽可能小的重量和尽可能小的能耗。此外，光学电压转换器在此应能够尽可能成本适宜地制造。所述特性尤其对于移动设备、例如增强现实(AR)眼镜、穿戴式入耳耳机以及对于汽车应用是特别重要的。
此外，在具有紧凑的结构方式的高压转换器中应防止低压路径和高压路径的连接。其应电流分离，以便在环境条件、如例如温度、湿度和灰尘变换的条件下确保功能安全性和长久稳定性。
尤其通过使用高效的发光二极管和将其光偏转到多个光电二极管上的结构，能够实现在此描述的光电子器件的高的效率。在此，低压路径和高压路径电流分离。尤其地，在此描述的光电子器件不具有大的线圈和/或大的电容器，由此能够实现更小的重量和更紧凑的结构形式。通常，在此描述的光电子器件能够有利地在晶片复合件中制造。
通过在晶片复合件中制造光电子器件，能够降低制造成本。
根据光电子器件的另一实施方式，发射器具有发光二极管。
发光二极管具有外延的半导体层序列，所述外延的半导体层序列具有用于产生电磁辐射的有源层。半导体层序列优选地具有砷化物化合物半导体材料、磷化物化合物半导体材料或氮化物化合物半导体材料。砷化物化合物半导体材料优选地包括AlnGamIn1-n-mAs，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。磷化物化合物半导体优选地包括AlnGamIn1-n-mP，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。氮化物化合物半导体优选地包括AlnGamIn1-n-mN，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。这种化合物半导体材料此外例如能够具有一种或多种掺杂材料以及附加的组成部分。
发光二极管例如是倒装芯片或薄膜芯片。倒装芯片尤其包括生长衬底，在所述生长衬底上生长外延的半导体层序列。生长衬底对于在运行中产生的电磁辐射是透明的，所述电磁辐射优选地经由生长衬底耦合输出。用于接触有源层的电端子接触部尤其设置在外延的半导体层序列的与生长衬底相对置的主面上。此外，电端子接触部优选地配置用于，将在运行中产生的电磁辐射朝向生长衬底的方向反射。
与倒装芯片相反地，薄膜芯片不具有生长衬底。在运行中产生的电磁辐射经由薄膜芯片的辐射耦合输出面耦合输出。辐射耦合输出面尤其平行于外延的半导体层序列的主延伸平面设置。为了机械稳定，在外延的半导体层序列的与辐射耦合输出面相对置的后侧主面上设置有承载件。在后侧主面和承载件之间优选地设置有镜面反射层，所述镜面反射层将在运行中产生的电磁辐射朝向辐射耦合输出面的方向转向。
用于对有源层通电的电端子接触部在薄膜芯片中通常设置在承载件的后侧主面处。如果辐射耦合输出面相对大，在外延的半导体层序列中可以设置有过孔，以便实现均匀的通电。
根据另一实施方式，光电子器件具有接收器阵列，所述接收器阵列包括由光电二极管构成的阵列，所述光电二极管串联连接。光电二极管优选地具有辐射耦合输入面，所述辐射耦合输入面小于发射器的辐射耦合输出面。通过光电二极管的串联连接，尤其能够实现特别高的输出电压。
根据光电子器件的另一实施方式，接收器的电接触部位设置在接收器的与辐射耦合输入面相对置的侧上。对于接收器包括光电二极管的情况，光电二极管尤其是倒装芯片-光电二极管。在此，接收器的辐射耦合输入面不具有用于电接触接收器的电接触部位。
根据光电子器件的另一实施方式，接收器的电接触部位配置用于接收器阵列中的多个接收器的电连接，其中接收器的辐射耦合输入面不具有用于多个接收器的电连接的电接触元件。尤其，接收器的辐射耦合输入面不由用于多个接收器的电连接的电接触元件覆盖。因此优选地，没有电接触元件处于发射器的辐射耦合输出面和接收器的辐射耦合输入面之间。由此，可以提高光电子器件的效率。
根据光电子器件的另一实施方式，辐射影响元件包括生长衬底，发射器是在所述生长衬底上外延地生长的。生长衬底对于由发射器在运行中产生的电磁辐射是透明的。接收器的辐射耦合输入面施加在生长衬底的背离发射器的主面上。
对于包括氮化物化合物半导体材料的发射器，生长衬底例如具有蓝宝石或碳化硅或者由蓝宝石或碳化硅构成。对于包括砷化物化合物半导体材料的发射器，生长衬底例如具有GaAs或者由GaAs构成。由发射器在运行中产生的耦合输入到透明的生长衬底中的电磁辐射例如在生长衬底的侧面处全反射从而朝向接收器的辐射耦合输入面的方向转向。
根据光电子器件的另一实施方式，接收器阵列设置在晶片上。在此，接收器的辐射耦合输入面设置在接收器的朝向晶片的侧上。晶片与接收器的生长衬底直接连接。尤其地，晶片和接收器的生长衬底无接合层地彼此连接并且构成共同的边界面。
晶片尤其对于由发射器在运行中产生的电磁辐射是透明的。接收器阵列能够在晶片上尤其在晶片复合件中外延地生长。由此，有利地简化光电子器件的制造工艺。尤其地，生长衬底的背离发射器的主面与晶片的背离接收器阵列的主面形成共同的边界面，经由所述边界面，生长衬底和晶片无接合层地直接彼此连接。
在其上设置有接收器阵列的晶片能够包括与在其上外延地生长有发射器的生长衬底不同的材料或不同的材料体系。例如，晶片和生长衬底能够具有不同的晶体结构。晶片和生长衬底尤其不形成连通的晶体。
此外，晶片能够与生长衬底例如经由中间层连接。中间层例如具有玻璃、金属和/或粘接剂。
根据光电子器件的另一实施方式，辐射影响元件包括在发射器的辐射耦合输出面中的沟槽，其中沟槽由反射材料填充。
沟槽例如能够直接设置在发射器的半导体层序列中。替选地，沟槽也能够在承载件、例如生长衬底中构成，在所述承载件上施加有发射器并且经由所述承载件将由发射器在运行中产生的电磁辐射耦合输出。沟槽例如能够具有三角形的、矩形的、圆形的或其他任意的横截面。
反射材料例如包括金属或介电材料，例如二氧化钛。替选地，反射材料包括反射颗粒，所述反射颗粒在基质材料中、例如在塑料树脂中设置。用反射材料填充的沟槽的侧面因此形成镜面反射面。所述镜面反射面尤其设置成，使得将由发射器在运行中产生的电磁辐射朝向接收器的辐射耦合输入面的方向转向。
根据光电子器件的另一实施方式，沟槽设置在接收器阵列的接收器之间的中间空间上方，使得由发射器在运行中产生的电磁辐射不在中间空间中吸收。
在接收器阵列的接收器之间的中间空间例如由介电材料填充。介电材料例如配置用于避免在接收器阵列的串联连接的接收器之间的高压断裂。由发射器在运行中产生的电磁辐射射到中间空间上，在那里例如被吸收从而损失。通过在接收器阵列的中间空间上方设置沟槽，因此可以避免，由发射器在运行中产生的电磁辐射射到中间空间上。
根据光电子器件的另一实施方式，反射材料是导电的并且配置用于电接触发射器。通过沟槽中的导电的反射材料，尤其能够电接触发光二极管的有源层。
根据光电子器件的另一实施方式，在导电反射材料和接收器阵列之间设置有电绝缘层。电绝缘层例如包括介电材料并且尤其防止在接收器阵列中的电短路。
根据光电子器件的另一实施方式，辐射影响元件包括纳米线的阵列，所述纳米线设置在发射器的辐射耦合输出面上。纳米线尤其包括介电材料，例如SiN。纳米线例如具有圆形的、卵形的或多边形的横截面。
根据光电子器件的一个实施方式，纳米线配置为用于由发射器在运行中产生的电磁辐射的波导。
通过使纳米线的直径以及在纳米线之间的间距匹配于由发射器在运行中产生的电磁辐射的波长，能够优化到纳米线的阵列中的耦合输入效率。尤其地，可以设定纳米线的阵列的有效折射率。
优选地，纳米线的阵列配置成，使得每个纳米线用作为用于由发射器在运行中产生的电磁辐射的波导。从纳米线的阵列中耦合输出的光因此例如具有点状图案，所述点状图案对应于纳米线在纳米线的阵列中的设置。纳米线的设置尤其能够选择成，使得从纳米线的阵列中耦合输出的电磁辐射的大部分、例如至少90％射到发射器的辐射耦合输入面上。在纳米线之间的间距在此例如选择成，使得在纳米线之间不出现电磁辐射的耦合。尤其地，在纳米线之间的间距大于由发射器在运行中产生的电磁辐射的波长。
通过纳米线的阵列的波导特性，光电子器件尤其可以具有特别小的接收器阵列。接收器阵列的最小尺寸例如通过可能的高压断裂限界。出于所述原因，用电绝缘的介电质填充在接收器阵列中的接收器之间的中间空间是特别有利的。在纳米线之间的最小间距例如在10纳米和数百纳米之间。
根据光电子器件的另一实施方式，纳米线在发射器的辐射耦合输出面上外延地生长。发射器在此优选地是薄膜芯片，其中纳米线在薄膜芯片的外延的半导体层序列的主面上生长，所述主面配置用于将在运行中产生的电磁辐射耦合输出。
根据光电子器件的另一实施方式，纳米线的阵列和接收器阵列机械地和/或光学地彼此连接，其中各一个纳米线与接收器中的一个接收器的辐射耦合输入面连接。
优选地，纳米线的横截面对应于接收器的辐射耦合输入面。纳米线与接收器的辐射耦合输入面例如粘接。由此，实现发射器与接收器阵列的特别有效的耦联。
根据光电子器件的另一实施方式，辐射影响元件包括光子晶体，所述光子晶体设置在发射器的辐射耦合输出面上。
光子晶体在此是对于由发射器在运行中产生的电磁辐射透明的周期性结构，其中在光子晶体之内，折射率周期性地改变。光子晶体尤其配置用于由发射器在运行中产生的电磁辐射的远场的成型。例如，光子晶体配置成用于由发射器在运行中产生的电磁辐射的衍射光栅。光子晶体例如包括结构化的半导体、结构化的玻璃或结构化的聚合物。
根据光电子器件的另一实施方式，光子晶体具有多个区域，所述区域配置用于将由发射器在运行中产生的电磁辐射转向到预设的空间角范围中，在所述空间角范围中存在接收器的辐射耦合输入面。
尤其地，光子晶体的区域将发射器的电磁辐射聚焦到所属的接收器的辐射耦合输入面上。由此，由发射器在运行中产生的电磁辐射的射束形状可以最优地匹配于接收器阵列。尤其地，接收器阵列可以大于发射器的辐射耦合输出面。对于高压应用，接收器阵列因此具有更大的中间空间，以便避免高压断裂。
根据光电子器件的另一实施方式，光子晶体包括纳米线的阵列。
通过适当地选择纳米线的直径以及在纳米线之间的间距和其在纳米线的阵列中的设置，尤其能够实现具有预设的特性的光子晶体。在纳米线之间的间距小的情况下，尤其在间距小于由发射器在运行中产生的电磁辐射的波长的情况下，能够在纳米线之间发生电磁辐射的耦合。所述耦合能够用于由纳米线的阵列耦合输出的电磁远场的成型。尤其地，接收器阵列设置在纳米线的阵列的电磁远场中。远场在此例如成型为，使得电磁辐射射到接收器的辐射耦合输入面上。
根据光电子器件的另一实施方式，辐射影响元件包括微透镜阵列，其中在接收器的辐射耦合输入面上设置有微透镜，所述微透镜将由发射器在运行中产生的电磁辐射聚焦到接收器的辐射耦合输入面上。
根据光电子器件的另一实施方式，辐射影响元件包括反射器，所述反射器设置在接收器之间。优选地，反射器具有介电材料，以便避免在接收器之间的高压断裂。此外，反射器具有反射表面，所述反射表面配置用于将由发射器在运行中产生的电磁辐射转向到接收器的辐射耦合输入面上。
反射器例如在接收器阵列的制造方法期间在晶片复合件中产生。例如，施加介电质并且成型。随后，例如将反射金属层施加到反射器的若干部分上。替选地，将预成型的框架固定在接收器阵列的接收器之间的中间空间中，其中框架例如具有冲压的聚合物、尤其聚二甲基硅氧烷或者金属。作为其他替选方案，例如能够将硅树脂和金属借助于喷射覆层和刮板施加到接收器阵列上。反射器还能够配置成湿气屏障，以便尤其提高电接触元件的可靠性。
根据光电子器件的另一实施方式，在接收器阵列的接收器之间的中间空间用介电材料填充。介电材料尤其配置用于避免在多个串联连接的接收器之间的高压断裂。
附图说明
光电子器件的其他有利的实施方式和改进方案从在下文中结合附图描述的实施例中得出。
图1示出根据一个实施例的光电子器件的示意剖面图。
图2A和2B示出根据另一实施例的光电子器件的示意图。
图3A和3B示出根据另一实施例的光电子器件的示意图。
图4示出根据另一实施例的光电子器件的示意剖面图。
图5A和5B示出根据另一实施例的光电子器件的示意图。
图6示出根据另一实施例的光电子器件的示意剖面图。
图7示出根据一个实施例的接收器阵列的示意剖面图。
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不应视为是合乎比例的。更确切地说，为了更好的可示性和/或为了更好的理解，个别元件、尤其层厚度能够夸大地示出。
具体实施方式
图1中的实施例示出光电子器件的示意剖面图，所述光电子器件具有发射器1、接收器阵列4和辐射影响元件7。光电子器件尤其配置用于将输入电压Vin转换成输出电压Vout。输出电压Vout优选地高于输入电压Vin，但是也能够等于或低于输入电压Vin。
发射器1是发光二极管，所述发光二极管具有外延的半导体层序列24，所述外延的半导体层序列具有用于产生电磁辐射2的有源层20。发光二极管优选地包括氮化物化合物半导体材料或砷化物化合物半导体材料。此外，发光二极管具有用于电接触有源层20的端子接触部21。
发光二极管的外延的半导体层序列24在生长衬底10上外延地生长。生长衬底10对于由有源层20在运行中产生的电磁辐射2是透明的。在运行中产生的电磁辐射2的大部分、优选大于90％经由发光二极管的辐射耦合输出面6耦合输入到生长衬底10中。对此，发光二极管具有电端子接触部21，所述电端子接触部在外延的半导体层序列24的背离生长衬底10的主面上具有反射层。电端子接触部21的反射层优选地完全地覆盖外延的半导体层序列24的主面。端子接触部21尤其配置用于，将在运行中由有源层20产生的电磁辐射2朝向辐射耦合输出面6的方向转向。
接收器阵列4施加在生长衬底10的主面上，所述主面与发光二极管相对置。所述主面优选地是抛光的。接收器阵列4尤其具有多个接收器3，所述接收器构成为光电二极管。光电二极管以规则的二维阵列的形式设置并且电串联。光电二极管的辐射耦合输入面5尤其朝向生长衬底10。光电二极管在此与光电二极管在其上生长的晶片分离。替选地，光电二极管也可以设置在与生长衬底10经由共同的边界面无接合层地连接的晶片上。
光电二极管优选地基于与发光二极管的外延的半导体层序列24相同的半导体化合物材料体系。尤其地，光电二极管配置用于吸收由发射器在运行中产生的电磁辐射2。
生长衬底10形成辐射影响元件7，所述辐射影响元件配置用于将在运行中产生的电磁辐射2从发射器1的辐射耦合输出面6朝向接收器3的辐射耦合输入面5偏转。例如，在运行中产生的电磁辐射2在生长衬底10的侧面处全反射并且朝向接收器3的辐射耦合输入面5的方向转向。对此，生长衬底10的侧面能够具有附加的反射覆层。尤其地，接收器阵列4被均匀地照亮并且在发射器的辐射耦合输出面6和接收器3的辐射耦合输入面5之间不存在气隙。在此描述的光电子器件尤其可以简单地且成本适宜地制造，其中光电子器件的效率通过接收器阵列4的接收器3的辐射耦合输入面5的填充因数来确定。
图2A示出根据另一实施例的光电子器件的示意剖面图。光电子器件具有呈发光二极管的形式的发射器1、具有多个串联连接的接收器3的接收器阵列4以及辐射影响元件7。接收器3在此构成为光电二极管。发光二极管尤其是薄膜芯片，所述薄膜芯片例如具有特别高效的UX:3架构。薄膜芯片尤其具有电端子接触部21，所述电端子接触部设置在外延的半导体层序列24的与辐射耦合输出面6相对置的侧上。与图1中的实施例相反地，图2A中的光电子器件不具有发射器1的生长衬底10。
辐射影响元件7包括在发光二极管的辐射耦合输出面6中的沟槽11，所述沟槽由反射材料12填充。由有源层20在运行中产生的电磁辐射2由沟槽11的反射侧面偏转到接收器3的辐射耦合输入面5上。沟槽11在此尤其设置在接收器阵列4的接收器3之间的中间空间13上方。由反射材料12填充的沟槽11因此避免，在运行中发射的电磁辐射2射到接收器阵列4中的光电二极管之间的中间空间13上并且在那里被吸收。
接收器阵列4的光电二极管尤其是倒装芯片-光电二极管，所述倒装芯片-光电二极管在光电二极管的与辐射耦合输入面5相对置的主面上具有电接触部位8。辐射耦合输入面5因此不具有用于接收器阵列4中的多个光电二极管的串联连接的接触元件9。
接收器阵列4例如借助透明粘胶22固定在发光二极管的辐射耦合输出面6处。透明粘胶22优选地是电绝缘的。由此，发射器1的回路与接收器阵列4的回路电流分离。
光电子器件此外例如借助粘胶22固定在承载件23处，所述承载件配置用于散热。在此描述的光电子器件具有紧凑的结构形式和高的效率，所述高的效率尤其与接收器阵列4的填充因数无关。
图2B从承载件23的视角示出图2A的光电子器件的示意图。接收器阵列4的接收器3在此形成规则的二维布置。接收器3经由电接触元件9串联连接。电接触元件9在此设置在接收器3的与辐射耦合输入面5相对置的主面上。
在接收器阵列4的接收器3之间的中间空间13由介电材料19填充。介电材料19尤其用于避免多个串联连接的接收器3的高压断裂。为了改进的可示性，在此仅示出接收器阵列4中的六个接收器3。接收器阵列然而可以具有更大数量的接收器3，例如100、1000或10000个接收器3。
图3A示出光电子构件的另一实施例的示意剖面图。与图1中的实施例相反地，在此在发射器1和接收器阵列4之间未设置有生长衬底10。辐射影响元件7在此通过纳米线14的阵列形成。纳米线14尤其配置成用于在运行中产生的电磁辐射2的波导并且将电磁辐射2从发光二极管的辐射耦合输出面6传导至接收器阵列的光电二极管的辐射耦合输入面5。
图3B示出贯穿图3A中的纳米线14的阵列的示意横截面。纳米线14在此具有圆形的横截面，其中纳米线的直径例如对应于在运行中发射的电磁辐射2的波长除以纳米线14的折射率。在纳米线14之间的间距能够在10纳米和数百纳米之间，其中包括边界值。
纳米线14包括介电材料，例如碳化硅，并且施加在发射器1的辐射耦合输出面6上。例如，纳米线14的阵列能够在发射器1的辐射耦合输出面6上外延生长。在该情况中，纳米线14优选地包括与发射器1的外延的半导体层序列24相同的材料族中的材料。
替选地，纳米线14的阵列能够通过如下方法制造，在所述方法中，将由介电材料构成的层施加到发射器1的辐射耦合输出面6上。随后，纳米线14的阵列可以通过光刻法从介电层中制造。对此，例如将呈纳米线14的阵列的形状的光刻胶掩膜施加到介电层上。此后，将介电层在未由光刻胶掩膜覆盖的区域中例如通过刻蚀法移除。
图4示出根据另一实施方式的光电子器件的示意剖面图。与图3A中的光电子器件相反地，在此，纳米线14直接与接收器阵列4的光电二极管的辐射耦合输入面5连接。尤其地，纳米线14的各一个端部与接收器3的辐射耦合输入面5连接。纳米线14在此具有对应于接收器1的辐射耦合输入面5的横截面。在此，纳米线14的各一个端部与接收器的辐射耦合输入面5连接。所述结构方式尤其适合于具有非常高的输出电压Vout的光学电压转换器，其具有接收器阵列4中的多个接收器3。
图5A示出根据另一实施例的光电子器件的示意剖面图。如在图3A的实施例的光电子器件中，辐射影响元件7在此通过纳米线14的阵列形成。与图3A相反地，纳米线14在此然而不形成波导，而是构成为光子晶体15。光子晶体15尤其具有多个区域16，所述区域将在运行中产生的电磁辐射2分别转向到空间角元件中，在所述空间角元件中存在接收器3的辐射耦合输入面5。
图5B示出贯穿图5A中的纳米线14的阵列的示意横截面。纳米线14的阵列具有多个区域16。不同区域16的数量在此对应于接收器阵列4中的接收器3的数量。区域16配置用于将在运行中产生的电磁辐射2聚焦到所属的接收器3的辐射耦合输入面5上。
图6示出根据另一实施方式的光电子器件的示意剖面图。与图5A的光电子构件相反地，辐射影响元件7在此构成为微透镜17的阵列。尤其地，在接收器阵列4的每个接收器3上方存在微透镜，所述微透镜将在运行中由发射器产生的电磁辐射2聚焦到接收器3的辐射耦合输入面5上。
图7示出根据一个实施例的接收器阵列4的示意剖面图。与图2A的接收器阵列4相反地，在此在接收器阵列4的接收器3之间设置有辐射影响元件7。辐射影响元件7尤其构成为反射器18，所述反射器将电磁辐射2转向到接收器3的辐射耦合输入面5上。反射器尤其包括带有反射覆层的介电材料并且作为预制元件施加在接收器3之间的中间空间13中。
本申请要求德国专利申请102021126783.8的优先权，其公开内容借此通过参引并入本文。
本发明不通过根据实施例的描述而局限于此。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含权利要求中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合自身没有详细地在权利要求或实施例中说明时也如此。
附图标记列表
1 发射器
2 电磁辐射
3 接收器
4 接收器阵列
5 辐射耦合输入面
6 辐射耦合输出面
7 辐射影响元件
8 电接触部位
9 电接触元件
10生长衬底
11沟槽
12反射材料
13中间空间
14纳米线
15光子晶体
16区域
17微透镜阵列
18反射器
19介电材料
20有源层
21端子接触部
22粘胶
23承载件
24外延的半导体层序列
Vin输入电压
Vout输出电压
Claims (17)
1.一种光电子器件，所述光电子器件具有：
-发射器(1)，所述发射器以输入电压(Vin)运行并且在运行中产生电磁辐射(2)，
-多个接收器(3)，所述接收器形成接收器阵列(4)，其中所述接收器阵列(4)将由所述发射器(1)在运行中产生的电磁辐射(2)转换成输出电压(Vout)，其中
-所述接收器(3)的辐射耦合输入面(5)设置在所述发射器(1)的辐射耦合输出面(6)上，并且
-在所述发射器(1)和所述接收器阵列(4)之间设置有辐射影响元件(7)，其中所述辐射影响元件(7)将由所述发射器(1)产生的电磁辐射(2)偏转到所述接收器(3)的所述辐射耦合输入面(5)上。
2.根据上一项权利要求所述的光电子器件，其中
所述发射器(1)具有发光二极管并且所述接收器阵列(4)包括由串联电连接的光电二极管构成的阵列。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
-所述接收器(3)的电接触部位(8)设置在所述接收器(1)的与所述辐射耦合输入面(5)相对置的侧上，和
-所述接收器的所述电接触部位(8)配置用于电连接所述接收器阵列(4)中的多个接收器(3)，其中所述接收器(3)的所述辐射耦合输入面(5)不具有用于电连接多个接收器(3)的电接触元件(9)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
-所述辐射影响元件(7)包括生长衬底(10)，所述发射器(1)外延地生长在所述生长衬底上，
-所述生长衬底(10)对于由所述发射器在运行中产生的电磁辐射(2)是透明的，并且
-所述接收器(3)的所述辐射耦合输入面(5)施加在所述生长衬底(10)的背离所述发射器(1)的主面上。
5.根据上一项权利要求所述的光电子器件，其中
-所述接收器阵列(4)设置在晶片上，
-所述接收器(3)的所述辐射耦合输入面(5)设置在所述接收器(3)的朝向所述晶片的侧上，和
-所述晶片与所述生长衬底(10)直接连接。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
-所述辐射影响元件(7)包括在所述发射器(1)的所述辐射耦合输出面(6)中的沟槽(11)，并且
-所述沟槽(11)用反射材料(12)填充。
7.根据上一项权利要求所述的光电子器件，其中
所述沟槽(11)设置在所述接收器阵列(4)中的所述接收器(3)之间的中间空间(13)上方，使得由所述发射器(1)在运行中产生的电磁辐射(2)不在所述中间空间(13)中被吸收。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的光电子器件，其中
-所述反射材料(12)是导电的并且配置用于电接触所述发射器(1)，和
-在所述反射材料和所述接收器阵列(4)之间设置有电绝缘层。
9.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
-所述辐射影响元件(7)包括纳米线(14)的阵列，所述纳米线设置在所述发射器(1)的所述辐射耦合输出面(6)上，
-所述纳米线(14)配置成为用于由所述发射器在运行中产生的电磁辐射(2)的波导。
10.根据上一项权利要求所述的光电子器件，其中
所述纳米线(14)在所述发射器的所述辐射耦合输出面(6)上外延地生长。
11.根据权利要求9至10中任一项所述的光电子器件，其中
-所述纳米线(14)的阵列和所述接收器阵列(4)机械地和/或光学地彼此连接，和
-各一个纳米线(14)与所述接收器(3)中的一个接收器的辐射耦合输入面(5)连接。
12.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
所述辐射影响元件(7)包括光子晶体(15)，所述光子晶体设置在所述发射器(1)的所述辐射耦合输出面(6)上。
13.根据上一项权利要求所述的光电子器件，其中
所述光子晶体(15)具有多个区域(16)，其中所述区域(16)配置成用于将由所述发射器(1)在运行中产生的电磁辐射(2)转向到预设的空间角区域中，所述接收器(3)的辐射耦合输入面(5)位于该空间角区域中。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的光电子器件，其中
所述光子晶体(15)包括纳米线(14)的阵列。
15.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
-所述辐射影响元件(7)包括微透镜阵列(17)，和
-在接收器(3)的辐射耦合输入面(5)上设置有微透镜，所述微透镜将由所述发射器(1)在运行中产生的电磁辐射(2)聚焦到所述接收器(3)的所述辐射耦合输入面(5)上。
16.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
所述辐射影响元件(7)包括反射器(18)，所述反射器设置在所述接收器(3)之间。
17.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
在所述接收器阵列(4)的所述接收器(3)之间的中间空间由介电材料(19)填充。
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