DE102015102365A1

DE102015102365A1 - Strahlungskörper und Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers

Info

Publication number: DE102015102365A1
Application number: DE102015102365.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kreuter; Tansen Varghese
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-08-25
Also published as: US20180047873A1; DE102015102365A9; WO2016131871A1

Abstract

Es wird ein Strahlungskörper (100) mit einem Basiskörper (1) angegeben, der im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert. Der Strahlungskörper (100) umfasst zumindest eine Hauptseite (11) mit einer Grobstruktur (2) aus ersten Erhebungen (20) und zumindest eine Strahlungsfläche (12) mit einer Feinstruktur (3) aus zweiten Erhebungen (30). Über die Strahlungsfläche (12) wird die Strahlung aus dem Strahlungskörper (100) ausgekoppelt oder in den Strahlungskörper (100) eingekoppelt, sodass die Strahlung die Feinstruktur (3) passiert und die Feinstruktur (3) dabei für die Strahlung einen graduellen Brechungsindexübergang zwischen an die Strahlungsfläche (12) angrenzenden Materialien bewirkt. Die Strahlung weist ein globales Maximum der Strahlungsintensität bei einer Hauptwellenlänge (λmax) gemessen im Vakuum auf. Die ersten Erhebungen (20) weisen Höhen und Breiten von jeweils mindestens λmax/n auf, wobei n der Brechungsindex des Materials ist, aus dem die Strahlung auf die Strahlungsfläche (12) trifft. Die zweiten Erhebungen (30) verjüngen sich jeweils hin zum Maximum und weisen jeweils Höhen von mindestens 0,6·λmax/n und Breiten von höchstens λmax/(2n) auf. Der Abstand zwischen benachbarten zweiten Erhebungen beträgt jeweils höchstens λmax/(2n).

Description

Es wird ein Strahlungskörper angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Strahlungskörper anzugeben, in den Strahlung besonders effektiv eingekoppelt oder aus dem Strahlung besonders effektiv ausgekoppelt werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Strahlungskörpers anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände und Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Halbleiterkörper mit strukturierten Strahlungsauskoppelflächen sind zum Beispiel aus der Druckschrift US 2007/0065960 A1 bekannt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Strahlungskörper einen Basiskörper auf, der im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert und dann beispielsweise in ein elektronisches oder optisches Signal umwandelt. Insbesondere kann der Strahlungskörper optisch oder elektrisch gepumpt werden und dann Strahlung emittieren.
Bevorzugt ist der Strahlungskörper ein Halbleiterkörper, zum Beispiel ein optoelektronischer Halbleiterkörper, wie eine elektrolumineszente Leuchtdiode, und der Basiskörper eine Halbleiterschichtenfolge mit einer in der Halbleiterschichtenfolge angeordneten aktiven Schicht. Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-nmGa_mP, oder um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder Al_nIn_1-n-mGa_mAsP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN oder AlInGaAsP.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur und kann zum Beispiel im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugen oder absorbieren.
Der Basiskörper kann statt auf einer Halbleiterschichtenfolge aber auch auf einem Phosphor basieren oder eine organische Schichtenfolge umfassen oder sein.
Eine von dem Basiskörper des Strahlungskörpers im Betrieb erzeugte Strahlung liegt insbesondere im Spektralbereich zwischen einschließlich 400 nm und 800 nm oder im infraroten Bereich mit Wellenlängen von zumindest 780 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Strahlungskörper zumindest eine Hauptseite auf, die mit einer Grobstruktur aus ersten Erhebungen versehen ist. Die Grobstruktur grenzt dabei bevorzugt direkt an den Basiskörper. Die Hauptseite des Strahlungskörpers ist eine Seite des Strahlungskörpers mit der größten lateralen Ausdehnung. Die Hauptseite ist dabei zum Beispiel als eine Ausgleichsebene durch die Grobstruktur zu verstehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Strahlungskörper eine Strahlungsfläche auf. Die Strahlungsfläche ist mit einer Feinstruktur aus beispielsweise periodisch und/oder regelmäßig und/oder gleichmäßig, zum Beispiel auf regelmäßigen Gitterpunkten, angeordneten zweiten Erhebungen strukturiert. Periodisch bedeutet dabei insbesondere, dass jede der zweiten Erhebung zu allen direkt benachbarten zweiten Erhebungen im Rahmen der Herstellungstoleranz gleiche Abstände aufweist. Bevorzugt sind die zweiten Erhebungen matrixartig angeordnet. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die zweiten Erhebungen aperiodisch angeordnet sind, wobei der maximale Abstand zwischen einer zweiten Erhebung und allen direkt benachbarten zweiten Erhebungen dann bevorzugt höchstens das Zweifache oder höchstens das Fünffache oder höchstens das Zehnfache der Breite der zweiten Erhebungen beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird über die Strahlungsfläche Strahlung derart aus dem Strahlungskörper ausgekoppelt oder in den Strahlungskörper eingekoppelt, dass die Strahlung die Feinstruktur passiert und die Feinstruktur dabei für die Strahlung einen graduellen und/oder kontinuierlichen und/oder stufenfreien Brechungsindexübergang zwischen an die Strahlungsfläche angrenzende Materialien bewirkt. Die Strahlungsfläche stellt insbesondere eine Grenzfläche zwischen dem Strahlungskörper und einem an den Strahlungskörper grenzenden Medium dar. Weisen das an die Strahlungsfläche grenzende Material des Mediums und das an die Strahlungsfläche grenzende Material des Strahlungskörpers unterschiedliche Brechungsindizes auf, so wird durch die Feinstruktur aus den zweiten Erhebungen ein nahezu kontinuierlicher Brechungsindexübergang für die eintretende oder austretende Strahlung erzeugt. Dies reduziert vorteilhafterweise die Fresnel-Reflexion an der Strahlungsfläche.
Unter dem graduellen Brechungsindexübergang wird insbesondere verstanden, dass dieser graduell auf der Skala der Wellenlänge oder Wellenlängen der Strahlung im Strahlungskörper und/oder angrenzenden Medium ist. Unter den an die Strahlungsfläche angrenzenden Materialien des Strahlungskörpers und des angrenzenden Mediums werden insbesondere solche Materialien oder Materialkombinationen verstanden, die mit Schichtdicken an der Strahlungsfläche aufgebracht sind, die zumindest 50 % oder 100 % oder 200 % oder 300 % der Wellenlänge der Strahlung in dem entsprechenden Material betragen. Insbesondere kann auf die Strahlungsfläche mit der Feinstruktur zum Beispiel auch eine Passivierungsschicht von 50 nm oder weniger aufgebracht sein.
Ein im Bereich der Strahlungsfläche an den Strahlungskörper grenzendes Medium kann beispielsweise nur im Bereich der Maxima der zweiten Erhebungen an die Strahlungsfläche grenzen. Die Zwischenräume zwischen den Erhebungen können zum Beispiel frei von diesem Material sein. Beispielsweise können diese Zwischenräume mit Luft oder Gasbläschen aufgefüllt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Strahlung, die aus dem Strahlungskörper ausgekoppelt oder in den Strahlungskörper eingekoppelt wird, ein globales Maximum der Strahlungsintensität bei einer Hauptwellenlänge λ_max auf. Die Hauptwellenlänge λ_max ist für die Strahlung im Vakuum angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die ersten Erhebungen Höhen und/oder Breiten von jeweils mindestens λ_max/n oder mindestens 2·λ_max/n oder mindestens 5·λ_max/n oder mindestens 10·λ_max/n auf, wobei n der Brechungsindex des an die Strahlungsfläche grenzenden Materials ist, aus dem die Strahlung auf die Strahlungsfläche trifft.
Unter einer Höhe einer Erhebung wird hier und im Folgenden insbesondere der maximale Abstand zwischen Grundfläche der Erhebung und Maximum der Erhebung verstanden. Die Breite wird parallel zu der Grundfläche der Erhebung gemessen und ist zum Beispiel die maximale oder mittlere Breite der jeweiligen Erhebung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verjüngen sich die zweiten Erhebungen jeweils hin zum Maximum der jeweiligen zweiten Erhebung und weisen dabei Höhen von mindestens 0,6·λ_max/n oder mindestens λ_max/n oder mindestens 2·λ_max/n und Breiten von höchstens λ_max/(2n) oder höchstens λ_max/(3n) oder höchstens λ_max/(4n) auf. Der Abstand zwischen benachbarten zweiten Erhebungen beträgt insbesondere höchstens λ_max/(2n) oder höchstens λ_max/(3n) oder höchstens λ_max/(4n). Unter dem Abstand zweier Erhebungen wird dabei zum Beispiel der Abstand zwischen den Maxima der Erhebungen oder zwischen den Schwerpunkten der Grundflächen der Erhebungen oder der minimale Abstand zwischen Seitenflächen der Erhebungen verstanden.
Die zweiten sich verjüngenden Erhebungen können beispielsweise die Form von Pyramiden, Kegeln, Kegelstümpfen, Obelisken, Linsen oder Halbkugeln haben. Die ersten Erhebungen können die gleichen oder weitere Formen aufweisen.
In mindestens einer Ausführungsform weist der Strahlungskörper einen Basiskörper auf, der im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert. Ferner umfasst der Strahlungskörper zumindest eine Hauptseite, die mit einer Grobstruktur aus ersten Erhebungen versehen ist, und zumindest eine Strahlungsfläche, die mit einer Feinstruktur aus zweiten Erhebungen strukturiert ist. Über die strukturierte Strahlungsfläche wird die Strahlung derart aus dem Strahlungskörper ausgekoppelt oder in den Strahlungskörper eingekoppelt, dass die Strahlung die Feinstruktur passiert und die Feinstruktur dabei für die Strahlung einen graduellen Brechungsindexübergang zwischen an die Strahlungsfläche angrenzenden Materialien bewirkt. Die Strahlung weist dabei ein globales Maximum der Strahlungsintensität bei einer Hauptwellenlänge λ_max gemessen im Vakuum auf. Die ersten Erhebungen weisen ferner Höhen und Breiten von jeweils mindestens λ_max/n auf, wobei n der Brechungsindex des Materials ist, aus dem die Strahlung auf die Strahlungsfläche trifft. Die zweiten Erhebungen verjüngen sich jeweils hin zum Maximum der jeweiligen zweiten Erhebungen und weisen dabei jeweils Höhen von mindestens 0,6·λ_max/n und Breiten von höchstens λ_max/(2n) auf. Der Abstand zwischen benachbarten zweiten Erhebungen beträgt jeweils höchstens λ_max/(2n).
Die vorliegende Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass die Effektivität der Auskopplung oder Einkopplung von Strahlung aus oder in einen Strahlungskörper, wie zum Beispiel einen Halbleiterkörper, aufgrund von Reflexionseffekten begrenzt ist. Dies liegt zum einen daran, dass oberhalb des Totalreflexionswinkels eintreffende Strahlung an den Grenzflächen zwischen Strahlungskörper und benachbartem Medium vollständig reflektiert wird. Unterhalb der Totalreflexionswinkel treten aber auch Fresnel-Reflexionen auf, bei denen nur ein Teil der auf die Grenzfläche eintreffenden Strahlung wieder reflektiert wird. Diese beiden Mechanismen führen bei solchen Strahlungskörpern zu einer reduzierten Effektivität der Strahlungseinkopplung oder Strahlungsauskopplung.
Die hier beschriebene Erfindung basiert unter anderem auf der Idee, zwei verschiedene Strukturierungen in den Strahlungskörper einzubringen und damit beide Arten, also Totalreflexion und Fresnel-Reflexion, zu reduzieren. Eine Grobstruktur mit ersten Erhebungen weist Ausdehnungen im Bereich der Wellenlänge der Strahlung oder größer auf. An solchen Strukturen wird die auftreffende Strahlung unter einem neuen Emissionswinkel reflektiert. Dadurch kommt es zu einer Umverteilung der Einfallswinkel der Strahlung auf die Strahlungsfläche. Auf diese Weise kann der Anteil an Totalreflexion an der Strahlungsfläche reduziert werden.
Zusätzlich wird bei der hier beschriebenen Erfindung aber auch noch eine Feinstruktur mit zweiten Erhebungen verwendet, deren Ausdehnung so klein ist, dass deren Effekt auf die eintreffende Strahlung nicht mehr strahlungsoptisch, sondern wellenoptisch betrachtet werden muss. Durch das verjüngende oder spitze Zulaufen der zweiten Erhebungen wird für die einfallende Strahlung ein gradueller Übergang zwischen den Brechungsindizes der an die Strahlungsfläche grenzenden Medien oder Materialien erzeugt. Durch solch einen graduellen Brechungsindexübergang kann der Anteil an Fresnel-Reflexion an der Strahlungsfläche reduziert werden, was die Aus- oder Einkoppeleffektivität für den Strahlungskörper erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Grobstruktur und/oder Feinstruktur aus dem Material des Basiskörpers, zum Beispiel aus dem Material der Halbleiterschichtenfolge, des Phosphors oder der organischen Schichtenfolge gebildet. Insbesondere basieren die ersten und/oder zweiten Erhebungen auf dem direkt an die Grobstruktur und/oder an die Feinstruktur grenzenden Material des Grundkörpers, beispielsweise auf dem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge. Das Halbleitermaterial kann beispielsweise eines der oben genannten Halbleitermaterialien sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die ersten Erhebungen Höhen und/oder Breiten von höchstens 5 µm oder höchstens 4 µm oder höchstens 3 µm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge auf GaAs oder AlGaAs oder AlInGaAsP und emittiert im bestimmungsgemäßen Betrieb Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich mit einer Hauptwellenlänge λ_max gemessen im Vakuum von mindestens 950 nm oder mindestens 1000 nm oder mindestens 1050 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Strahlungskörper im bestimmungsgemäßen Betrieb zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich eingerichtet. Die zweiten Erhebungen der Feinstruktur weisen bevorzugt Höhen von mindestens 1,5·λ_max/n auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Grobstruktur und/oder die Feinstruktur aus einem von dem Material des Basiskörpers, zum Beispiel vom Material der Halbleiterschichtenfolge oder des Phosphors oder der organischen Schichtenfolge, unterschiedlichen Material gebildet oder weisen ein unterschiedliches Material auf oder bestehen aus einem solchen unterschiedlichen Material. Die Grobstruktur und/oder die Feinstruktur können dann beispielsweise als eine separate Schicht auf den Basiskörper aufgebracht sein. Die separate Schicht ist dann mit den ersten und/oder zweiten Erhebungen strukturiert. Beispielsweise handelt es sich bei der separaten Schicht um eine Schicht aus einem Silikon oder einem Harz oder aus Siliziumoxid, wie SiO₂, oder aus einem Titanoxid, wie TiO₂. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die Brechungsindizes der aneinandergrenzenden Materialien des Grundkörpers und der Grobstruktur und/oder Feinstruktur um höchstens 0,2 oder höchstens 0,1 oder höchstens 0,05 voneinander abweichen. Auf diese Weise wird verhindert, dass schon an der Grenzfläche zwischen Grobstruktur und/oder Feinstruktur und dem Basiskörper ein wesentlicher Teil der Strahlung aufgrund von Totalreflexion oder Fresnel-Reflexion reflektiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Feinstruktur auf der Grobstruktur angeordnet, das heißt insbesondere, dass sich dann die zweiten Erhebungen zumindest teilweise von Seitenflächen der größeren ersten Erhebungen aus erheben. In diesem Fall sind also die Strahlungsfläche und die Hauptseite des Strahlungskörpers auf derselben Seite des Strahlungskörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verbreitern sich die ersten Erhebungen in Richtung weg von der aktiven Schicht zumindest bereichsweise. In den verbreiternden Bereichen der ersten Erhebungen sind die Spitzen der zweiten Erhebungen oder Maxima der zweiten Erhebungen dann in Richtung Hauptseite gerichtet. Die ersten Erhebungen können dann beispielsweise von der Hauptseite des Strahlungskörpers aus gesehen als umgedrehte Kegelstümpfe oder Pyramidenstümpfe ausgebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Hauptseite des Strahlungskörpers mit der Grobstruktur auf einer der Strahlungsfläche gegenüberliegenden Seite des Strahlungskörpers ausgebildet. Die Umverteilung der Eintrittswinkel der ein- oder austretenden Strahlung wird dann also auf der einen Seite des Strahlungskörpers bewirkt, die Reduzierung der Fresnel-Reflexion durch die Feinstruktur auf der anderen Seite des Strahlungskörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen nebeneinander angeordnete erste Erhebungen alternierende Höhen und/oder Breiten auf. Dabei unterscheiden sich die Höhen und/oder Breiten zweier benachbarter erster Erhebungen beispielsweise um mindestens 30 % oder mindestens 40 % oder mindestens 50 % voneinander. Alternierend bedeutet insbesondere, dass sich größere erste Erhebungen und kleinere erste Erhebungen entlang der Hauptseite abwechseln.
Die ersten Erhebungen können dabei periodisch und/oder regelmäßig und/oder gleichmäßig, zum Beispiel auf Gitterpunkten, angeordnet sein. Alternativ können die ersten Erhebungen aber auch aperiodisch mit einer willkürlichen oder nahezu willkürlichen oder statistischen Verteilung auf der Hauptseite angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass alle ersten Erhebungen innerhalb der Herstellungstoleranz identische Abmessungen in Höhe und/oder Breite aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf die Strahlungsfläche eine strahlungsdurchlässige, zum Beispiel klarsichtige, Schicht oder eine Konverterschicht aufgebracht. Die strahlungsdurchlässige Schicht oder die Konverterschicht bilden dabei das an die Strahlungsfläche angrenzende Medium. Insbesondere sind die Schichtdicken der strahlungsdurchlässigen Schicht oder der Konverterschicht dann größer als 0,5·λ_max/n.
Die Konverterschicht dient insbesondere dazu, eine Verschiebung der Wellenlänge der eintreffenden oder ausgekoppelten Strahlung zu bewirken. Dazu kann die Konverterschicht einen Leuchtstoff, wie YAG oder Sialone, aufweisen. Die Leuchtstoffe können beispielsweise in Form von Leuchtpartikeln in einer Silikon- und/oder Epoxid- und/oder Harzmatrix angeordnet sein. Alternativ kann die Konverterschicht auch keramisch ausgeführt sein. Für die strahlungsdurchlässige Schicht kommen zum Beispiel Silikone und/oder Harze und/oder Epoxide in Betracht. Insbesondere umformen die strahlungsdurchlässige Schicht oder die Konverterschicht die ersten und/oder zweiten Erhebungen vollständig und verkapseln diese. Die ersten Erhebungen und/oder zweiten Erhebungen sind also formschlüssig von der strahlungsdurchlässigen Schicht oder der Konverterschicht umgeben und unter dieser begraben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert die Halbleiterschichtenfolge auf GaN. Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge emittiert dann bevorzugt Licht im blauen oder nahen UV-Bereich mit Wellenlängen zwischen 400 nm und 480 nm.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines hier beschriebenen Strahlungskörpers. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem Strahlungskörper offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt A, in dem ein Grundkörper, zum Beispiel aus einer Halbleiterschichtenfolge, aus einem Phosphor oder aus einer organischen Schichtenfolge, bereitgestellt wird. Im bestimmungsgemäßen Betrieb weist eine in dem Grundkörper erzeugte oder eine auf den Strahlungskörper treffende Strahlung ein globales Maximum der Strahlungsintensität bei einer Hauptwellenlänge λ_max gemessen im Vakuum auf.
Der Grundkörper für die Herstellung des Strahlungskörpers und der Basiskörper des Strahlungskörpers können identisch sein.
In einem Schritt B wird eine Grobstruktur aus ersten Erhebungen auf eine Hauptseite des Grundkörpers aufgebracht.
In einem weiteren Schritt C wird eine Strahlungsfläche mit einer Feinstruktur aus periodisch angeordneten zweiten Erhebungen im Grundkörper ausgebildet, wobei im Betrieb über die strukturierte Strahlungsfläche Strahlung aus dem Strahlungskörper ausgekoppelt oder in den Strahlungskörper eingekoppelt wird. Die ersten Erhebungen weisen dabei bevorzugt Höhen und Breiten von jeweils mindestens λ_max/n auf, wobei n der Brechungsindex des Materials ist, aus dem die Strahlung auf die Strahlungsfläche trifft. Die zweiten Erhebungen weisen insbesondere Höhen von mindestens 0,6·λ_max/n und Breiten von höchstens λ_max/(2n) auf. Der Abstand zwischen benachbarten zweiten Erhebungen beträgt beispielsweise höchstens λ_max/(2n).
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Grobstruktur und/oder die Feinstruktur direkt in den Grundkörper mittels eines nass- oder trockenchemischen Ätzverfahrens eingebracht. Es ist aber auch möglich, dass die Grobstruktur über ein mechanisches Abtrageverfahren, wie Zerteilen, englisch Dicen, oder Sägen, erzeugt wird. Für das nass- oder trockenchemische Ätzverfahren kann beispielsweise eine strukturierte Lithografiemaske verwendet werden. Bei Behandlung mit einem Ätzmittel kann sich dann die Struktur der Lithografiemaske auf den Grundkörper übertragen.
Möglich sind auch selektive Ätzverfahren, die unterschiedliche Ätzraten für unterschiedliche Kristallrichtungen aufweisen, wie KOH-Ätzen. Dabei kann auf eine Lithografiemaske verzichtet werden, da sich über die unterschiedlichen Ätzgeschwindigkeiten für unterschiedliche Kristallrichtungen automatisch zum Beispiel pyramidenartige Strukturen in dem Grundkörper ausbilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Grobstruktur und/oder die Feinstruktur als separate Schicht auf den Grundkörper aufgebracht. Die separate Schicht kann dabei ein anderes Material als der Grundkörper aufweisen, wie zum Beispiel Titanoxid oder Siliziumoxid. Insbesondere kann die separate Schicht dann vor oder nach dem Aufbringen auf den Grundkörper strukturiert werden, beispielsweise mittels eines wie oben genannten Ätzverfahrens.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zur Ausbildung der mit der Feinstruktur strukturierten Strahlungsfläche zunächst Hilfsstrukturen, zum Beispiel aus SiO₂, periodisch auf die zu strukturierende Oberfläche aufgebracht. Die Breiten der Hilfsstrukturen parallel zu der zu strukturierenden Oberfläche betragen dann beispielsweise höchstens λ_max/(2n) oder höchstens λ_max/(3n) oder höchstens λ_max/(4n). Zur periodischen Aufbringung der Hilfsstrukturen können insbesondere Hilfsstrukturen in Form von Kugeln verwendet werden, die sich auf der zu strukturierenden Oberfläche bevorzugt überwiegend oder vollständig einschichtig ausbreiten und dabei untereinander in direktem Kontakt zueinander stehen. Die Kugeln bilden dann also eine einschichtige dichteste Kugelpackung auf der zu strukturierenden Oberfläche. Zwischen den Hilfsstrukturen verbleiben Zwischenräume, in denen die darunterliegende zu strukturierende Oberfläche frei zugänglich ist.
Anschließend kann zum Beispiel über ein gerichtetes oder ungerichtetes Ätzverfahren der Bereich der zu strukturierenden Oberfläche zwischen den Hilfsstrukturen stärker weggeätzt werden als die Bereiche unter den Hilfsstrukturen. Die Hilfsstrukturen dienen also als Maske für die Strukturierung. Beim Aufbringen eines Ätzmittels können die Hilfsstrukturen gleich oder weniger stark wie die zu strukturierende Oberfläche weggeätzt werden, sodass nach dem Ätzprozess insgesamt zweite Erhebungen unterhalb der Hilfsstrukturen verbleiben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zur Ausbildung der mit der Feinstruktur strukturierten Strahlungsfläche ein Ätzverfahren verwendet, bei dem aufgrund der auftretenden chemischen Reaktionen zwischen Ätzmittel und strukturierter Oberfläche nichtflüchtige Rückstände auf der zu strukturierenden Oberfläche verbleiben. Diese nichtflüchtigen Rückstände können dann als Maske für das weitere Ätzverfahren dienen, wodurch die zweiten Erhebungen nach dem Ätzverfahren verbleiben. Die nichtflüchtigen Rückstände können beispielsweise auf organischen Verbindungen basieren. Insbesondere können die nichtflüchtigen Rückstände die oben genannten Hilfsstrukturen bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zur Ausbildung der mit der Feinstruktur strukturierten Strahlungsfläche Keimlinge während oder nach dem Wachstum des Grundkörpers, beispielsweise der Halbleiterschichtenfolge, auf die zu strukturierende Oberfläche gebracht. In einem anschließenden Schritt wird das Wachstum des Grundkörpers fortgesetzt, wobei sich im Bereich der Keimlinge die zweiten Erhebungen aus dem Material des Grundkörpers, zum Beispiel des Materials der Halbleiterschichtenfolge, bilden. Als Keimlinge können zum Beispiel beabsichtigt oder unbeabsichtigt eingebrachte Gitterdefekte auf der zu strukturierenden Oberfläche dienen. Auch ist es möglich, Keimlinge beabsichtigt auf die zu strukturierende Oberfläche aufzubringen, beispielsweise über ein Dampf-Flüssig-Fest-Wachstum, englisch vapour liquid solid growth, kurz VLS. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel aus der Druckschrift „Three-dimensional AlGaAs nanoheterostructures using both VLS and MOVPE growth mode“ von K. Tateno bekannt. Dabei werden katalytisch wirkende flüssige Legierungstropfen auf der zu strukturierenden Oberfläche aufgebracht. Bei anschließender Einführung der Reaktionsgase für die Bildung der Halbleiterschichtenfolge werden diese an der Oberfläche der Tropfen absorbiert und diffundieren durch die Oberfläche hindurch. Aufgrund einer Übersättigung an der Grenzfläche des flüssigen Tropfens mit dem darunterliegenden Untergrund der zu strukturierenden Oberfläche kommt es zum beschleunigten Kristallwachstum, sodass Nanostrukturen in Form der zweiten Erhebungen ausgebildet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zur Ausbildung der mit der Feinstruktur strukturierten Strahlungsfläche ein Stepper-Verfahren verwendet. Stepper-Verfahren sind in der Halbleitertechnik bekannte fotolithografische Strukturierungsverfahren, in denen über eine Scanner-Einheit eine fotolithografische Maske über die zu strukturierende Oberfläche gefahren wird. Durch Bestrahlung über eine Optik wird dabei die Struktur der Maske auf die zu strukturierende Oberfläche übertragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zur Ausbildung der mit der Feinstruktur strukturierten Strahlungsfläche selbstausrichtende Nanostrukturen auf die zu strukturierende Oberfläche aufgebracht. Diese Nanostrukturen können beispielsweise in Form von Nanodrähten vorliegen. Insbesondere können die Nanostrukturen ein anderes Material als der Grundkörper aufweisen und vorgefertigt sein. Das heißt, die Nanostrukturen werden nicht erst auf dem Grundkörper ausgebildet, sondern sind bereits zuvor als Nanostrukturen vorhanden. Der Brechungsindex des Materials der Nanostrukturen weicht bevorzugt um höchstens 0,2 oder höchstens 0,1 oder höchstens 0,05 von dem Brechungsindex der zu strukturierenden Oberfläche ab.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener Strahlungskörper sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 bis 5 Querschnittsansichten von Ausführungsbeispielen eines Strahlungskörpers,
6A und 6B Querschnittsansichten eines Ausführungsbeispiels eines Strahlungskörpers in der Herstellung.
Im Folgenden ist beispielhaft der Strahlungskörper als ein optoelektronischer Halbleiterkörper gewählt, der Basiskörper sowie der Grundkörper sind als Halbleiterschichtenfolgen gewählt. Alternativ kann in allen Ausführungsbeispielen der Strahlungskörper aber auch auf einem Phosphor oder einer organischen Schichtenfolge basieren. Der Basiskörper und der Grundkörper basieren dann zum Beispiel auch auf einem Phosphor oder einer organischen Schichtenfolge.
In 1 ist ein optoelektronischer Halbleiterkörper 100 in Querschnittsansicht gezeigt. Der Halbleiterkörper 100 weist eine Halbleiterschichtenfolge 1 mit einer aktiven Schicht 10 auf. Die aktive Schicht 10 kann im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugen oder absorbieren. Beispielsweise handelt es sich bei dem Material der Halbleiterschichtenfolge 1 um GaAs oder InGaAsP. Der Halbleiterkörper 100 weist ferner eine Hauptseite 11 auf, die mit einer Grobstruktur 2 in Form von ersten Erhebungen 20 versehen ist. Die als gestrichelte Linie gekennzeichnete Hauptseite 11 ist dabei eine parallel zur aktiven Schicht 10 verlaufende Ausgleichsebene durch die ersten Erhebungen 20. Die ersten Erhebungen 20 sind vorliegend pyramidenartig ausgebildet und verjüngen sich in Richtung weg von der aktiven Schicht 10.
Ferner weist der Halbleiterkörper 100 eine Strahlungsfläche 12 auf, die mit einer Feinstruktur 3 aus periodisch angeordneten zweiten Erhebungen 30 versehen ist. Im Fall der 1 befindet sich die Strahlungsfläche 12 auf der Grobstruktur 2. Die zweiten Erhebungen 30 erstrecken sich dabei zumindest teilweise weg von Seitenflächen der ersten Erhebungen 20. Die zweiten Erhebungen 30 sind hier in Form von Obelisken ausgebildet, die sich zum Maximum der jeweiligen zweiten Erhebungen 30 hin verjüngen. Alternativ können die zweiten Erhebungen 30 aber auch als Pyramiden oder Kegel oder Linsen oder Halbkugeln ausgebildet sein.
1 zeigt ferner elektromagnetische Strahlung, die aus dem Halbleiterkörper 100 ausgekoppelt oder in den Halbleiterkörper 100 eingekoppelt wird. Vorliegend ist ein an den Halbleiterkörper 100 im Bereich der Strahlungsfläche 12 grenzendes Medium beispielsweise Vakuum, Luft oder ein anders Gas mit einem Brechungsindex von n_Gas ≈ 1. Die Strahlung weist innerhalb des an den Halbleiterkörper 100 grenzenden Mediums eine Hauptwellenlänge von λ_max auf, bei der die Strahlungsintensität der erzeugten oder empfangenen Strahlung ein globales Maximum aufweist. Innerhalb des Halbleiterkörpers 100 ist die Hauptwellenlänge der Strahlung λ_max/n, wobei n der Brechungsindex des Materials der Halbleiterschichtenfolge 1 ist. Typische Brechungsindizes von Halbleiterschichtenfolgen liegen im Bereich zwischen n = 2,5 und n = 3,5. Durch den höheren Brechungsindex innerhalb des Halbleitermaterials ist die Wellenlänge innerhalb des Halbleiterkörpers 100 reduziert gegenüber der Vakuum-Wellenlänge.
Wie aus 1 zu entnehmen ist, sind die Ausdehnungen der ersten Erhebungen 20, insbesondere die Höhen senkrecht zur Hauptseite 11 und die Breiten parallel zur Hauptseite 11, größer als die Wellenlänge λ_max der Strahlung. Die zweiten Erhebungen 30 der Feinstruktur 3 weisen dagegen Höhen und Breiten im Bereich der Vakuum-Hauptwellenlänge λ_max oder der In-Medium-Hauptwellenlänge λ_max/n auf. Vorliegend sind die Höhen der zweiten Erhebungen 30 beispielsweise mindestens λ_max/n, die Breiten der zweiten Erhebungen 30 höchstens λ_max/(2n). Auch die Abstände benachbarter zweiter Erhebungen 30 sind vorliegend höchstens λ_max/(2n).
Durch die verhältnismäßig großen Abmessungen der Grobstruktur 2 kann die auf die Grobstruktur 2 treffende Strahlung strahlungsoptisch behandelt werden. Durch die Reflexion der Strahlung an der Grobstruktur 2 werden die Eintrittswinkel der Strahlung umverteilt, wodurch der Anteil an Totalreflexion an der Strahlungsfläche 12 reduziert wird. Die Feinstruktur 3 ist dagegen so klein, dass für die ein- oder austretende Strahlung wellenoptische Phänomene berücksichtigt werden müssen. Insbesondere ist durch das spitze Zulaufen der zweiten Erhebungen 30 erreicht, dass die Feinstruktur 3 für die ein- oder austretende Strahlung einen graduellen Brechungsindexübergang zwischen dem im Bereich der Strahlungsfläche 12 an den Halbleiterkörper 100 angrenzenden Medium und dem Halbleiterkörper 100 bewirkt. Auf diese Weise können Fresnel-Reflexionen, die beim Auftreffen auf die Strahlungsfläche 12 auftreten, durch die Feinstruktur 3 reduziert werden.
2 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie 1. Im Unterschied zu 1 ist in 2 aber auf den Halbleiterkörper 100 eine strahlungsdurchlässige Schicht 5 oder eine Konverterschicht 4 aufgebracht. Die aufgebrachte Schicht weist eine Schichtdicke von zumindest λ_max/n₁ auf. Vorliegend hat das Material der strahlungsdurchlässigen Schicht 5 oder der Konverterschicht 4 einen Brechungsindex von n₁, der beispielsweise unterschiedlich von dem Brechungsindex n in dem Halbleiterkörper 100 ist. Die Konverterschicht 5 kann dazu eingerichtet sein, Strahlung, die aus dem Halbleiterkörper 100 austritt oder in den Halbleiterkörper 100 eintritt, in Strahlung anderer Wellenlängen zu konvertieren, beispielsweise mittels eines Leuchtstoffs wie YAG.
Im Ausführungsbeispiel der 2 sind sowohl die Grobstruktur 2 und deren erste Erhebungen 20 als auch die Feinstruktur 3 und deren zweite Erhebungen 30 vollständig von der strahlungsdurchlässigen Schicht 5 oder der Konverterschicht 4 überdeckt und von dieser umgeben. Jedoch können zwischen den einzelnen zweiten Erhebungen 30 Freiräume verbleiben, die zum Beispiel Luft oder Gasblasen enthalten. Die strahlungsdurchlässige Schicht 5 oder die Konverterschicht 4 kann, muss aber nicht die zweiten Erhebungen 30 formschlüssig nachformen.
Im Ausführungsbeispiel der 3 ist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 die Hauptseite 11 mit der Grobstruktur 2 auf einer der Strahlungsfläche 12 mit der Feinstruktur 3 gegenüberliegenden Seite der aktiven Schicht 10 ausgebildet. Die Umverteilung der Eintrittswinkel der auf die Strahlungsfläche 12 treffenden Strahlung wird also auf der Rückseite des Halbleiterkörpers 100 über die Grobstruktur 2 erreicht, die Auskopplung über die Strahlungsfläche 12 erfolgt über die gegenüberliegende Vorderseite.
Zur Illustration sind in der 3 auch die Höhen h₂₀ und Breiten b₂₀ der ersten Erhebungen 20 sowie die Höhen h₃₀, Breiten b₃₀ und Abstände d₃₀ der zweiten Erhebungen 30 eingezeichnet. Die Höhen sind jeweils von der Grundfläche der jeweiligen Erhebung bis zum Maximum der jeweiligen Erhebung gemessen. Die Breiten sind vorliegend die maximalen Breiten parallel zur Grundfläche der jeweiligen Erhebung. Die Abstände d₃₀ sind vorliegend die Abstände der Maxima oder Spitzen der zweiten Erhebungen 30.
Im Ausführungsbeispiel der 4 ist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 die Feinstruktur 3 mit den zweiten Erhebungen 30 nicht aus demselben Material wie die Halbleiterschichtenfolge 1 gebildet. Die Feinstruktur 3 mit den zweiten Erhebungen 30 ist vorliegend als eine separate Schicht direkt auf die Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht. Dabei unterscheidet sich bevorzugt der Brechungsindex des Materials der Feinstruktur 3 von dem Brechungsindex des Materials der Halbleiterschichtenfolge 1 um weniger als 0,1. Beispielsweise basiert die Halbleiterschichtenfolge 1 auf GaN, die Feinstruktur 3 mit den zweiten Erhebungen 30 auf Titanoxid.
Im Ausführungsbeispiel der 5 sind die ersten Erhebungen 30 in Form von Nanostrukturen 32 ausgebildet, die auf einem anderen Material als die Halbleiterschichtenfolge 1 basieren. Die Nanostrukturen 32 können beispielsweise auf die Oberfläche der Grobstruktur 3 aufgebracht werden und sich dort selbst organisieren und dabei die periodisch angeordneten ersten Erhebungen 30 ausbilden. Beispielsweise ist der Brechungsindex der Nanostrukturen 32 um höchstens 0,2 unterschiedlich vom Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge 1. Für die Nanostrukturen 32 kommen insbesondere Nanoröhrchen oder Nanokegel in Frage, die beispielsweise auf einem organischen Material oder einem Halbleitermaterial, wie GaAs, basieren.
Die Ausführungsbeispiele der 6A und 6B zeigen verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers 100. Dabei ist in 6A eine Hauptseite 11 der Halbleiterschichtenfolge 1 bereits mit einer Grobstruktur 2 aus ersten Erhebungen 20 versehen. Die Grobstruktur 2 kann zum Beispiel über ein nass- oder trockenchemisches Ätzverfahren, beispielsweise mit Hilfe einer Lithografiemaske, in die Halbleiterschichtenfolge 1 eingebracht sein. In dem in der 6A gezeigten Verfahrensschritt sind auf die Grobstruktur 2, insbesondere auf die Seitenwände der zweiten Erhebungen 20, Hilfsstrukturen 31 aufgebracht. Die Hilfsstrukturen 31 können beispielsweise Siliziumoxid-Kugeln sein, die nach der Ausbildung der Grobstruktur aufgebracht werden. Die Siliziumoxidkugeln können in direktem Kontakt zueinander stehen und bevorzugt einschichtig auf die Grobstruktur 2 aufgebracht sein. Bei dem anschließenden Ätzverfahren werden die Bereiche der Halbleiterschichtenfolge 1 zwischen den Hilfsstrukturen 31 stärker weggeätzt als die Bereiche unterhalb der Hilfsstrukturen 31. Dadurch bleiben, wie in 6B gezeigt, zweite Erhebungen 30 zurück, die die Feinstruktur 3 der Strahlungsfläche 12 bilden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Basiskörper, Halbleiterschichtenfolge
2: Grobstruktur
3: Feinstruktur
4: Konverterschicht
5: strahlungsdurchlässige Schicht
10: aktive Schicht
11: Hauptseite
12: Strahlungsfläche
20: erste Erhebungen
30: zweite Erhebungen
31: Hilfsstrukturen
32: Nanostrukturen
100: Strahlungskörper, Halbleiterkörper
h₂₀: Höhe der ersten Erhebungen 20
b₂₀: Breite der ersten Erhebungen 20
h₃₀: Höhe der zweiten Erhebungen 30
b₃₀: Breite der zweiten Erhebungen 30
d₃₀: Abstand zwischen zweiten Erhebungen 30

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0065960 A1 [0004]

Claims

Strahlungskörper (100), aufweisend – einen Basiskörper (1), der im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert, – zumindest eine Hauptseite (11), die mit einer Grobstruktur (2) aus ersten Erhebungen (20) versehen ist, – zumindest eine Strahlungsfläche (12), die mit einer Feinstruktur (3) aus zweiten Erhebungen (30) strukturiert ist, wobei – über die strukturierte Strahlungsfläche (12) die Strahlung derart aus dem Strahlungskörper (100) ausgekoppelt oder in den Strahlungskörper (100) eingekoppelt wird, dass die Strahlung die Feinstruktur (3) passiert und die Feinstruktur (3) dabei für die Strahlung einen graduellen Brechungsindexübergang zwischen an die Strahlungsfläche (12) angrenzenden Materialien bewirkt, – die Strahlung ein globales Maximum der Strahlungsintensität bei einer Hauptwellenlänge (λ_max) gemessen im Vakuum aufweist, – die ersten Erhebungen (20) Höhen und Breiten von jeweils mindestens λ_max/n aufweisen, wobei n der Brechungsindex des Materials ist, aus dem die Strahlung auf die Strahlungsfläche (12) trifft, – die zweiten Erhebungen (30) sich jeweils zum Maximum der jeweiligen zweiten Erhebung (30) hin verjüngen und dabei jeweils Höhen von mindestens 0,6·λ_max/n und Breiten von höchstens λ_max/(2n) aufweisen, wobei der Abstand zwischen benachbarten zweiten Erhebungen (30) jeweils höchstens λ_max/(2n) beträgt.
Strahlungskörper (100) nach Anspruch 1, wobei – der Strahlungskörper (100) ein optoelektronischer Halbleiterkörper (100) in Form einer elektrolumineszenten Leuchtdiode ist, – der Basiskörper (1) eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10) ist, die im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt, – die Feinstruktur (3) aus dem Material des Basiskörpers (1) gebildet ist, – die ersten Erhebungen (20) Höhen und Breiten von höchstens 5 µm aufweisen, – die aktive Schicht (10) auf GaAs oder AlGaAs oder InAlGaAsP basiert und im bestimmungsgemäßen Betrieb Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich mit einer Hauptwellenlänge (λ_max) von mindestens 950 nm gemessen im Vakuum erzeugt.
Strahlungskörper (100) nach Anspruch 1, wobei – die Feinstruktur (3) aus dem Material des Basiskörpers (1) gebildet ist, – der Strahlungskörper (100) im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich empfängt, – die zweiten Erhebungen (30) der Feinstruktur (3) Höhen von mindestens 1,5·λ_max/n haben.
Strahlungskörper (100) nach Anspruch 1, wobei – die Grobstruktur (2) und/oder die Feinstruktur (3) aus einem von dem Material des Basiskörpers (1) unterschiedlichen Material gebildet sind und – die Brechungsindizes der aneinandergrenzenden Materialien des Basiskörpers (1) und der Grobstruktur (2) und/oder Feinstruktur (3) um höchstens 0,2 voneinander abweichen.
Strahlungskörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Feinstruktur (3) auf der Grobstruktur (2) angeordnet ist und sich die zweiten Erhebungen (30) zumindest teilweise von Seitenflächen der ersten Erhebungen (20) aus erheben, – die ersten Erhebungen (20) sich in Richtung weg von der aktiven Schicht (10) zumindest bereichsweise verbreitern, sodass in diesen verbreiternden Bereichen Spitzen der zweiten Erhebungen (30) in Richtung Hauptseite (11) zeigen.
Strahlungskörper (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hauptseite (10) mit der Grobstruktur (2) auf einer der Strahlungsfläche (12) gegenüberliegenden Seite des Strahlungskörpers ausgebildet ist.
Strahlungskörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nebeneinander angeordnete erste Erhebungen (20) alternierende Höhen und/oder Breiten mit Abweichungen in den Höhen und/oder Breiten von mindestens 30 % haben.
Strahlungskörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf die Strahlungsfläche (12) eine strahlungsdurchlässige Schicht (5) oder eine Konverterschicht (4) zur Verschiebung der Wellenlänge der eintreffenden oder ausgekoppelten Strahlung aufgebracht ist, wobei die strahlungsdurchlässige Schicht (5) oder die Konverterschicht (4) die ersten (20) und/oder zweiten Erhebungen (30) vollständig umformt und verkapselt.
Strahlungskörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Basiskörper (1) auf GaN basiert und – die Grobstruktur (2) und die Feinstruktur (3) auf Titanoxid basiert.
Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers (100), umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines Grundkörpers, wobei im bestimmungsgemäßen Betrieb eine in dem Grundkörper erzeugte oder eine auf den Strahlungskörper (100) treffende Strahlung ein globales Maximum der Strahlungsintensität bei einer Hauptwellenlänge (λ_max) gemessen im Vakuum aufweist; B) Aufbringen einer Grobstruktur (2) aus ersten Erhebungen (20) auf eine Hauptseite (11) des Grundkörpers; C) Ausbilden einer Strahlungsfläche (12) mit einer Feinstruktur (3) aus zweiten Erhebungen (30), wobei über die strukturierte Strahlungsfläche (12) die Strahlung aus dem Strahlungskörper (100) ausgekoppelt oder in den Strahlungskörper (100) eingekoppelt wird; wobei – die ersten Erhebungen (20) Höhen und Breiten von jeweils mindestens λ_max/n aufweisen, wobei n der Brechungsindex des Materials ist, aus dem die Strahlung auf die Strahlungsfläche (12) trifft; – die zweiten Erhebungen (30) jeweils Höhen von mindestens 0,6·λ_max/n und Breiten von höchstens λ_max/(2n) aufweisen, wobei der Abstand zwischen benachbarten zweiten Erhebungen (30) jeweils höchstens λ_max/(2n) ist.
Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers (100) nach Anspruch 10, wobei – der Grundkörper eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10) ist, die im bestimmungsgemäßen Betrieb Strahlung erzeugt oder absorbiert, – die Grobstruktur (2) und/oder die Feinstruktur (3) in den Grundkörper mittels eines nass- oder trockenchemischen Ätzverfahrens eingebracht werden.
Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers (100) nach Anspruch 10, wobei – die Grobstruktur (2) und/oder die Feinstruktur (3) als separate Schicht auf den Grundkörper aufgebracht werden, – die separate Schicht ein anderes Material als der Grundkörper aufweist, – die separate Schicht vor oder nach dem Aufbringen auf den Grundkörper strukturiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – zur Ausbildung der mit der Feinstruktur (3) strukturierten Strahlungsfläche (12) zunächst Hilfsstrukturen (31) periodisch auf die zu strukturierende Oberfläche aufgebracht werden, wobei die Hilfsstrukturen (31) Breiten parallel zur Oberfläche von höchstens λ_max/(2n) aufweisen, – anschließend ein gerichtetes oder ungerichtetes Ätzverfahren die Bereiche der zu strukturierenden Oberfläche zwischen den Hilfsstrukturen (31) stärker wegätzt als die Bereiche unter den Hilfsstrukturen (31) und dadurch jeweils zweite Erhebungen (30) verbleiben.
Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei – zur Ausbildung der mit der Feinstruktur (3) strukturierten Strahlungsfläche (12) ein Ätzverfahren verwendet wird, bei dem aufgrund der auftretenden chemischen Reaktionen während des Ätzverfahrens nichtflüchtige Rückstände auf der zu strukturierenden Oberfläche verbleiben, – die nichtflüchtigen Rückstände die Hilfsstrukturen (31) bilden.
Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – zur Ausbildung der mit der Feinstruktur (3) strukturierten Strahlungsfläche (12) Keimlinge während oder nach dem Wachstum des Grundkörpers auf die zu strukturierende Oberfläche gebracht werden, – anschließend das Wachstum des Grundkörpers fortgesetzt wird, wobei sich im Bereich der Keimlinge die zweiten Erhebungen (30) aus dem Material des Grundkörpers bilden.
Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Ausbildung der mit der Feinstruktur (3) strukturierten Strahlungsfläche (12) ein Stepper-Verfahren verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – zur Ausbildung der mit der Feinstruktur (3) strukturierten Strahlungsfläche (12) selbstausrichtende Nanostrukturen (32) auf die zu strukturierende Oberfläche aufgebracht werden, – der Brechungsindex des Materials der Nanostrukturen (32) um weniger als 0,2 von dem Brechungsindex der zu strukturierenden Oberfläche abweicht.