光电半导体构件和制造光电半导体构件的方法技术

在一个实施方式中，光电半导体构件(1)包括用于发射辐射的光电半导体芯片(2)。光学元件(3)布置在半导体芯片(2)的下游。半导体芯片(2)和光学元件(3)嵌入封装体(4)中。光学元件(3)具有结构化的、连续的光学有效面(31、32)，光学有效面在光学元件(3)的内部中直接位于光学对比区域(33)处，优选位于抽真空的或气体填充的空腔处。光学有效面(31、32)完全遮盖半导体芯片(2)的辐射出射面(20)。体芯片(2)的辐射出射面(20)。体芯片(2)的辐射出射面(20)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电半导体构件和制造光电半导体构件的方法


[0001]给出一种光电半导体构件。此外，提出一种用于制造光电半导体构件的方法。

技术介绍

[0002]在参考文献US 2018/0101016 A1给出一种衍射光学元件，其布置在表面发射激光器的下游并且结合封装材料使用。

技术实现思路

[0003]要实现的目的在于，给出一种光电半导体构件，其具有高效率且对眼睛安全。
[0004]目的尤其通过具有独立专利权利要求的特征的光电半导体构件和方法来实现。优选的改进方案是其余权利要求的主题。
[0005]根据至少一个实施方式，光电半导体构件包括一个或多个光电半导体芯片。至少一个半导体芯片设置用于发射辐射。例如，半导体芯片是激光二极管芯片。替代地，能够使用发光二极管芯片。例如，半导体芯片设置用于产生可见光、近红外辐射和/或近紫外辐射。
[0006]半导体层序列具有至少一个有源区，有源区在运行时设置用于借助电致发光产生辐射。半导体层序列优选基于III
‑
V族化合物半导体材料。半导体材料例如为氮化物化合物半导体材料如Al
n
In1‑
n
‑
m
Ga
m
N，或是磷化物化合物半导体材料如Al
n
In1‑
n
‑
m
Ga
m
P，或也为砷化物化合物半导体材料如Al
n
In1‑
n
‑
m
Ga
m
As或如Al
n
Ga
m
In1‑
n
‑
m
As
k
P1‑
k
，其中，相应地0≤x≤1、0≤y≤1、x+y≤1、0≤n≤1、0≤m≤1并且n+m≤1、以及0≤k<1。优选地，在此，对于半导体层序列的至少一个层或对于全部层适用的是，0<n≤0.8、0.4≤m<1和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，为了简单起见，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被部分地通过少量的其他物质替代和/或补充。
[0007]根据至少一种实施方式，光电半导体构件包括至少一个光学元件。一个或多个光学元件布置在至少一个半导体芯片的下游。如果存在多个半导体芯片，则也能够存在多个光学元件，光学元件例如一对一地与半导体芯片相关联。替代地，能够将一个光学元件共同与多个半导体芯片相关联。
[0008]根据至少一个实施方式，半导体构件包括封装体。至少一个半导体芯片和至少一个光学元件嵌入封装体中。封装体对于待产生的辐射是可透过的或是起反射作用的，尤其漫反射。还可行的是，封装体起吸收辐射的作用以减少散射辐射。
[0009]根据至少一个实施方式，光学元件包括结构化的、连续的光学有效面。特别地，光学元件为衍射光学元件(英文为defractive optical element衍射光学元件或简称DOE)或还是微透镜场。光学有效面的结构尺寸例如在待发射的辐射的波长范围内移动。
[0010]如果光学元件是由超材料制成的光学元件，则结构尺寸能够明显小于波长。例如，超材料具有负折射率。在用于光学元件的微透镜场的情况下，结构尺寸尤其是波长的至少五倍或十倍和/或最多一百倍或二十倍。波长尤其意味着发射的辐射的最大强度的真空波
长。
[0011]特别地，能够将光学元件近似理解为平面平行的结构。即，在光学有效面中仅存在小长度尺度上的结构化，而在光学元件的许多结构元件上，光学有效表面能够近似为平面。即，光学元件不是如凸透镜或凹透镜那样的宏观弯曲透镜。
[0012]替代地，光学元件能够具有混合结构，其由小的、平均平坦的结构和由宏观结构组成。例如，光学元件由微透镜场和由会聚透镜组成。这具有的目的是，以不同的方式在光学上影响如垂直腔面发射激光器(VCSEL)的不同区域，例如就由接近传感器(也称为接近传感器(Proximity
‑
Sensor))和间距传感器(也称为飞行时间传感器(Time of Flight
‑
Sensor)或简称ToF)的组合而言。
[0013]根据至少一个实施方式，光学有效面位于光学元件的内部中。可行的是，光学元件的外置的面不设置用于对待发射的辐射进行射束成形和/或散射。
[0014]根据至少一个实施方式，光学有效面直接位于光学对比区域处，特别是位于抽真空的或气体填充的空腔处。光学对比区域也能够由高折射材料构成。也就是说，光学对比区域、特别是空腔优选地位于光学元件内并且形成朝光学有效面的边界面。气体填充例如是指空气填充，但也能够是指用如用氩气或氮气等的保护气体的气体填充。光学对比区域与光学有效面之间的折射率差在最大强度的波长下和在300K的温度下为至少0.3或0.4或0.6或0.75和/或最多1.5或1.0或0.8。光学对比区域优选地由唯一的材料均匀地形成，但也能够是超材料，例如其中嵌入用于调节折射率的颗粒的基质材料。
[0015]根据至少一个实施方式，光学有效面主要或优选完全遮盖半导体芯片的辐射出射面。这尤其适用于在到辐射出射面的俯视图中观察。辐射出射面例如垂直于半导体芯片的半导体层序列的生长方向定向。特别地，在这种情况下，半导体芯片是具有垂直腔的表面发射激光二极管芯片(英文：垂直腔表面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)或简称VCSEL)。
[0016]在至少一个实施方式中，光电半导体构件包括用于发射辐射的光电半导体芯片。光学元件布置在半导体芯片的光学下游。半导体芯片和光学元件嵌入封装体中。光学元件具有结构化的、连续的光学有效面，光学有效面在光学元件的内部中直接位于光学对比区域处，特别是位于抽真空的或气体填充的空腔处。光学有效面完全遮盖半导体芯片的辐射出射面。
[0017]将光学元件固定在用于光电子构件的壳体处通常是这种构件的热机械学方面的弱点，并且尤其在使用VCSEL芯片或其他激光二极管芯片时能够是对眼睛安全的问题。在这里描述的半导体构件中可行的是，通过将半导体芯片和光学元件共同嵌入封装体中，将光学元件可靠地安置在半导体芯片处。
[0018]如果对于光电子构件使用光学元件，则通常将光学元件(例如通过粘合)安装在壳体上侧处，其中，对于所述光学元件的功能能力，需要在辐射源(特别是芯片表面)与光学元件之间的气隙或抽真空的区域。为了保证粘合的可靠性，对于粘合面的造型和关于材料选择方面需要显著的耗费。因此，持久眼睛安全的、足够稳定的固定与技术挑战联系在一起。
[0019]这些困难能够借助在此描述的光电半导体构件来消除。为此，半导体构件具有封装的光学元件，光学元件包含功能所需的气隙或抽真空的区域。光学元件的安装优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电半导体构件(1)，具有
‑
用于发射辐射的光电半导体芯片(2)，
‑
光学元件(3)，所述光学元件在光学上布置在所述半导体芯片(2)的下游，和
‑
封装体(4)，所述半导体芯片(2)和所述光学元件(3)嵌入所述封装体中，其中
‑
所述光学元件(3)具有结构化的、连续的光学有效面(31)，所述光学有效面在所述光学元件(3)的内部中直接位于光学对比区域(33)处，从而在所述光学有效面(31)与所述光学对比区域(33)之间存在至少0.4的折射率突变，和
‑
所述光学有效面(31)完全遮盖所述半导体芯片(2)的辐射出射面(20)。2.根据前一项权利要求所述的光电半导体构件(1)，其中
‑
所述光学对比区域(33)是抽真空的或气体填充的空腔，
‑
所述半导体芯片(2)是表面发射的激光二极管，
‑
所述半导体芯片(2)和所述光学元件(4)侧面周围形状配合地的方式并且直接地由所述封装体(4)包围，并且
‑
所述封装体(4)和所述光学元件(3)在远离所述半导体芯片(2)的方向上彼此齐平封闭，从而所述光学元件(3)在光出射侧(30)处没有所述封装体(4)。3.根据前述权利要求中任一项所述的光电半导体构件(1)，其中，所述光学元件(4)具有基板(34)和盖板(35)，并且所述基板(34)位于所述半导体芯片(2)与所述盖板(35)之间，其中，所述基板(34)和所述盖板借助于框架(36)彼此连接，从而所述光学对比区域(33)由所述基板(34)、所述盖板(35)和所述框架(36)密封地围绕，并且其中，所述基板(34)和所述盖板(35)具有平坦的外侧。4.根据前一项权利要求所述的光电半导体构件(1)，其中，所述光学有效面(31)限制到所述盖板(35)的内侧。5.根据前两项权利要求中任一项所述的光电半导体构件(1)，其中，所述基板(34)的内侧设有连续的且结构化的另一个光学有效面(32)，其中，所述光学有效面(31)和所述另一个光学有效面(32)是所述光学元件(3)的唯一结构化的且为光学作用设置的面。6.根据前述三项权利要求中任一项所述的光电半导体构件(1)，其中，所述盖板(35)的外侧是位于构件前侧(10)中的平坦的面，其中，所述框架(36)的外侧完全地、并且直接地由所述封装体(4)覆盖。7.根据权利要求1至5中任一项所述的光电半导体构件(1)，其中，直接地、并且共同地在所述封装体(4)和所述光学元件(3)的下游布置保护覆盖件(5)，使得所述保护覆盖件(5)形成所述半导体构件(1)的构件前侧(10)。8.根据前述权利要求中任一项所述的光电半导体构件(1)，其中，所述光学元件(3)与所述半导体芯片(2)间隔布置，从而所述辐射出射面(20)与所述光学元件(3)之间的区域完全由所述封装体(4)填充。9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比安，
申请(专利权)人：奥斯兰姆奥普托半导体股份有限两合公司，
类型：发明
国别省市：