具体实施方式

在下面的详细描述中，参考构成本公开内容的一部分的附图，并且为了进行说明在附图中示出了具体的实施例。在本发明中，如“上面”、“底面”、“正面”、“背面”、“上方”、“上面”、“前”、“后”，“前面”，“后面”等方向性术语是指正在描述的附图的方向。由于实施例的部件可以定位在不同的方向上，所以方向性术语仅用于解释而并不是限制性的。

对实施例的描述不是限制性的，因为还存在其他实施例，并且可以进行结构上或逻辑上的改变，而在此不脱离由权利要求定义的范围。特别地，下面描述的实施例的元件可以与所描述的其他实施例的元件相结合，除非上下文另有说明。

在下面的描述中使用的术语“晶圆”或“半导体基底”可以包括具有半导体表面的任何基于半导体的结构。晶圆和结构应被理解为，其包括掺杂和未掺杂的半导体、外延半导体层(可能由底座支承)，以及其他半导体结构。例如，由第一半导体材料制成的层可以生长在由第二半导体材料或绝缘材料制成的生长基底上，例如在蓝宝石基底上。生长基底材料的其他例子包括玻璃、二氧化硅、石英或陶瓷。

根据应用目的，半导体可以基于直接或间接的半导体材料。特别适合用于产生电磁辐射的半导体材料的例子尤其包括氮化物半导体化合物，如GaN、InGaN、AlN、AlGaN、AlGalnN、AlGalnBN，通过氮化物半导体化合物例如可以产生紫外线的、蓝色的或更长波长的光，以及磷化物半导体化合物，如GaAsP、AlGalnP、GaP、AlGaP，通过磷化物半导体化合物例如可以产生绿色的或更长波长的光，以及其他半导体材料，如GaAs、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、SiC、ZnSe、ZnO、Ga₂O₃、金刚石、六角形BN和上述材料的组合。复合半导体材料的化学计量比可以变化。半导体材料的其他例子可以包括硅、硅锗和锗。在本描述的上下文中，术语“半导体”也包括有机半导体材料。

术语“基底”一般包括绝缘的基底、导电的基底或半导体基底。

本说明书中使用的术语“横向”和“水平”旨在描述基本上平行于基底或半导体本体的第一表面延伸的定向或取向。这例如可以是晶圆或芯片(Die)的表面。

水平方向例如可以位于层生长时与生长方向垂直的平面中。

本说明书中使用的术语“垂直”要描述基本上垂直于基底或半导体本体的第一表面延伸的定向。垂直方向例如可以相应于层生长时的生长方向。

当在此使用术语“有”、“包含”、“包括”、“具有”等时，它们是开放的术语，表示存在所述元件或特征但不排除存在另外的元件或特征。不定冠词和定冠词既包括复数也包括单数，除非从上下文明确得出。

在本说明书的上下文中，术语“电连接”表示所连接的元件之间的低电阻的电连接。电连接的元件不一定要直接相互连接。其他元件可以布置在电连接的元件之间。

术语“电连接”还包括连接元件之间的隧道接触。

通常情况下，从LED芯片发射的电磁辐射的波长可以在使用含有荧光剂或磷光剂的转换器材料的情况下进行转换。例如，白光可以通过将发射蓝光的LED芯片与合适的发光材料组合来产生。例如，发光材料可以是黄色的发光材料，当其被蓝色LED芯片的光激励时，其适合于发射黄色的光。例如，发光材料可以吸收由LED芯片发射的电磁辐射的一部分。蓝光和黄光的组合被感知为白光。通过混合适合于发射其他波长(例如红色波长)的光的另外的发光材料可以改变色温。根据另外的设计方案，白光可以通过包含蓝色LED芯片和绿色、红色发光材料的组合产生。可以理解的是，转换器材料可以包括多种不同的发光材料，这些发光材料分别发射不同的波长。

发光材料的例子有金属氧化物、金属卤化物、金属硫化物、金属氮化物和诸如此类的其他材料。此外，这些化合物可能包含导致发射特定波长的添加物。例如，添加物可以包括稀土材料。作为黄色发光材料的例子，可以使用YAG:Ce³⁺(铈活化钇铝石榴石(Y₃AI₅O₁₂))或(Sr_1.7Ba_0.2Eu_0.1)SiO₄。其他发光材料可以基于MSiO₄：Eu²⁺，其中M可以是Ca、Sr或Ba。通过选择具有适当浓度的阳离子可以选择期望的转换波长。许多其他合适的发光材料的例子是已知的。

根据应用，发光材料、例如荧光粉可以嵌入到合适的基体材料中。例如，基体材料可以包括树脂或聚合物组合，如硅树脂或环氧树脂。发光材料颗粒的大小例如可以位于微米或纳米范围内。

根据另外的实施方式，基体材料可以包括玻璃。例如，转换器材料可以通过将玻璃、例如SiO₂与另外的添加物和荧光粉一起烧结形成，从而形成玻璃中的发光材料(PiG)。

根据另外的实施方式，发光材料本身可以进行烧结以形成陶瓷。例如，作为烧结过程的结果，陶瓷发光材料可能具有多晶结构。

根据另外的实施方式，发光材料可以生长以形成单晶发光材料，例如在使用直拉生长法(Czochralski方法，Cz方法)的情况下。

根据另外的实施方式，发光材料本身可以是半导体材料，其在体积上或在层中具有合适的带隙，用于吸收由LED发射的光并且用于发射期望的转换波长。特别地，这在此可以是外延生长的半导体材料。例如，外延生长的半导体材料可以具有带隙，其对应于比主发射光的能量低的能量。此外，分别发射不同波长的光的多个合适的半导体层可以上下重叠地堆叠。一个或多个量子井也即量子阱、量子点或量子线可以在半导体材料中形成。

图1A示出了根据实施方式的光电半导体装置10的水平的横截面视图。光电半导体装置10包括多个图像元件101。光电半导体装置10进一步包括布置在相邻的图像元件101之间的分离元件130。分离元件130在水平方向上沿着邻接的图像元件的边界延伸。

图像元件例如可以适合于产生或吸收电磁辐射。参照图2A至2D来解释各个图像元件的更详细的结构。图像元件101可以具有任意形状。例如，可以想到，图像元件具有长方形的、例如正方形的形状。然而，还可以想到其他形状。图像元件101例如可以以行和列的方式进行布置。根据另外的实施方式，还可以想到其他布置模式。

分离元件分别布置在相邻的图像元件101之间。它们分别沿着邻接的图像元件的边界延伸。在此，图像元件101的延伸长度分别可以小于邻接的图像元件的横向延伸。在俯视图中，分离元件130分别可以形成线形或杆形，其中分离元件的纵轴相应于图像元件101的边界的纵轴。根据实施方式，可以进一步设置接触元件125，接触元件适合于将例如第二半导体层与第二电流扩展层(在图1A中未示出)连接。分离元件130分别可以与接触元件125间隔开并且可以不与其邻接。

图1B示出了用于驱动图1A的光电半导体装置的驱动装置20。例如，驱动装置20包括多个驱动电路或处理电路143、144。每个驱动电路143可以适合于驱动相关联的图像元件101。例如，图1A的光电半导体装置10可以与图1B的驱动电路20连接，使得每个驱动电路143直接与要由相关联的驱动电路143驱动的图像元件101邻接。此外，驱动装置20可以具有多个驱动导线141，通过这些驱动导线分别可以寻址驱动电路143。例如，多个驱动电路143可以在第二基底140、例如硅基底中实现。根据另外的实施方式，处理电路144还可以适合于，进一步处理从图像元件接收到的电磁辐射或图像信号。

图2A示出了光电半导体装置的一部分的示意性横截面视图。横截面视图的位置在I和I′之间，如图2C所示。图2A中所示的图像元件101₁具有第一导电类型(例如p型)的第一半导体层110和第二导电类型(例如n型)的第二半导体层120。第一和第二半导体层上下重叠地布置以形成半导体层堆叠。例如，有源区115可以布置在第一半导体层110与第二半导体层120之间。

例如，有源区可以具有pn结、双异质结构、单量子阱结构(SQW，single quantumwell)或多量子阱结构(MQW，multi quantum well)用于产生辐射。在此，术语“量子阱结构”对量子化的维度没有意义。因此，除了别的之外，量子阱结构包括量子井、量子线和量子点，以及这些层的任何组合。

如图2A进一步所示，光电半导体装置10进一步包括分离元件130。分离元件130布置在相邻的图像元件101₁、101₂之间，并且在水平方向上沿着邻接的图像元件101₁的边界延伸。分离元件130与第一半导体层110和第二半导体层120邻接，并且在垂直方向上分别延伸穿过第一和第二半导体层110、120。例如，分离元件130包括沟槽133，在沟槽中布置有电介质层131。例如，电介质层131可以包括二氧化硅。沟槽133的宽度bl(图2A中没有示出)例如可以为4μm，其中该宽度是在与纵向方向垂直的方向上测量的。例如，电介质层131的层厚度可以为300至700nm。导电层或金属层132可以进一步布置在沟槽133中。导电层132可以通过电介质层131与邻接的半导体材料绝缘。例如，导电层132可以是高反射层，并且包括金属、例如银。

分离元件130可以在垂直方向上从第一层110的背向第二半导体层120的表面至少延伸到第二半导体层120的背向第一半导体层110的表面。例如，分离元件130(例如相对于第一半导体层110的背向第二半导体层120的表面)的高度h₁可以大于接触元件125的高度h₂(图2B中所示)。

如图2A中进一步所示，例如，接触层111可以形成与第一半导体层110的电和物理接触。接触层111例如可以包括银。例如，接触层111可以适当地通过合适的材料进行封装。另外的导电层112可以被设计为与接触层111接触。例如，导电层112可以包括金属，例如Ti、Pt或Au。此外，在第一半导体层110的背向第二半导体层120的一侧上可以形成第一电流扩展层113。例如，第一电流扩展层113可以包含镍。此外，第二电流扩展层123也可以布置在第一半导体层110的背向第二半导体层120的一侧上。例如，第一电流扩展层113和第二电流扩展层123可以通过一个或多个绝缘层121、122相互绝缘。根据实施方式，第一电流扩展层113和第二电流扩展层123可以形成在大致相同的金属化平面上。

根据另外的实施方式，第一或第二电流扩展层113、123中的一个与第一半导体层110的距离可以比另一个大。第二电流扩展层123与第二半导体层120之间的接触将参照图2B详细解释。第一连接元件117与第一电流扩展层113导电连接。此外，如下面将参照图2B解释的那样，第二连接元件127与第二电流扩展层123导电连接。例如，第一和第二连接元件117、127可以通过电镀处理涂覆。例如，第一连接元件117和第二连接元件127可以包含铜。第一电流扩展层113例如可以通过绝缘层118与第二连接元件127绝缘。因此，光电半导体装置或单个图像元件101₁、101₂分别可以通过连接元件117、127进行电气控制。第一和第二连接元件117、127布置在光电半导体装置的背向发光面105的一侧上。

图2B示出了通过II和II′之间(如图2C所示)的光电半导体装置的图像元件101的示意性横截面视图。在此，横截面视图横切接触元件125，第二电流扩展层123通过该接触元件与第二半导体层120导电连接。例如，接触元件可以包含导电材料124，导电材料通过侧壁绝缘126与邻接的半导体材料绝缘。此外，在所示的横截面视图中，第二接触元件127与第二电流扩展层123连接。如图2A和2B所示，第二半导体层的第一主要表面105可以被粗化，以提高退耦效率。在有源区115中产生的电磁辐射例如可以通过第二半导体层120的第一主要表面105输出。以相应的方式，要接收的电磁辐射可以通过第二半导体层120的第一主要表面105渗入图像元件101的有源区115。

图2C示出了具有邻接的分离元件130和接触元件125的图像元件101的示意性水平横截面视图。如图2C中所示，接触元件125分别布置在形成矩形的图像元件101的角处。分离沟槽130沿着图像元件101的边界延伸。根据实施方式，接触元件125可以布置在任何位置。此外，不需要针对每个图像元件设置四个接触元件125。如图2C中所示，接触元件125和分离元件130形成图像元件101的框架。然而，不同于此，也可能例如将接触元件125布置在图像元件101内。此外，分离元件130也可能在角处包围图像元件101。图像元件101的边缘长度s1例如可以小于100μm、例如小于50μm、例如为20至40μm。以类似的方式，分离元件130的长度f1可以略小于图像元件101的边缘长度s1。例如，分离元件130的长度f1可以小于50μm、例如小于40μm。分离元件130的宽度b1例如可以小于10μm、例如2至5μm、例如为4μm。接触元件125的直径t1例如可以小于10μm、例如6至10μm、例如为8μm。相邻的平行的分离元件之间的距离d1例如可以小于60μm或小于50μm、例如为大约40μm。

分离元件130为光学不透明的格栅。通过所描述的分离元件，可以在像素化的芯片中实现改进的对比度。通过分离元件分别包括延伸穿过第一和第二半导体层的沟槽，可以提高对比度，而不会发生不期望地吸收电磁辐射。

图2D示出了根据另外的实施方式的通过图像元件的横截面视图。除了已经参照图2A和2B讨论的元件之外，光电半导体装置在此还包括转换器材料135，其适合于改变由相应的图像元件发射的电磁辐射的发射波长。在这种布置下，可以避免相邻的图像元件101之间的转换器的串扰。例如，在这种布置下，还可以针对不同的图像元件分别设置不同的转换器材料135。通过使分离元件130相对于第二半导体层120的第一主要表面105突出，可以将不同的图像元件的转换器材料相互分离。

图3A示出了制造根据实施方式的光电装置中的工件15的垂直横截面视图。第二半导体层120和第一半导体层110首先在合适的生长基底100上生长。在第二半导体层120与第一半导体层110之间可以形成有源区115。在例如在第一半导体层110的区域上涂覆第一接触层111并且在第一半导体层110的另外的区域上涂覆绝缘层122之后，通过蚀刻在工件15的第一表面151中形成沟槽133。例如，分离沟槽133被蚀刻到如下的深度，即分离沟槽在第二半导体层120中几乎延伸到第二半导体层120的第一主要表面105。在蚀刻分离沟槽133之后，在分离沟槽133中填充电介质层131以及金属或高反射的层132。通过将分离沟槽133蚀刻到工件15的第一表面151中，可以以高的调整精度确定分离沟槽的位置。

在移除生长基底100和对第二半导体层120的第一主要表面105的粗化后，所产生的分离元件130相对于第二半导体层120的第一主要表面105突出。

因此，通过所描述的方法，至少部分地从第一半导体层110的侧面切开相应图像元件101的边缘。在用电介质和高反射材料、例如银填充分离沟槽133后，在对第二半导体层120进行最终粗化后，仍存在高反射格栅。

图3B概括了根据实施方式的方法。用于制造光电半导体装置的方法包括：在生长基底上形成(S100)层堆叠，层堆叠包括第一导电类型的第一半导体层和第二导电类型的第二半导体层；在第一半导体层的第一表面上形成(S110)分离沟槽，其中分离沟槽分别与第一和第二半导体层邻接，并且在垂直方向上分别穿过第一和第二半导体层延伸到生长基底；以及移除(S120)生长基底。

图4示出了根据实施方式的光电组件的示意图。光电组件30包括如之前描述的光电半导体装置10。光电组件例如可以附加地包括驱动装置20，如上面参照图1B所述。例如，光电组件可以是机动车照明装置、投影仪或显示装置。根据实施方式，机动车照明装置可以是前照灯，其各个图像元件由驱动装置20进行控制，使得产生特定的照明模式。根据另外的实施方式，机动车照明装置也可以是内部照明装置。根据另外的实施方式，光电组件还可以包括传感器。例如，在这种情况下，驱动装置20的各个处理电路144可以适合于处理所接收的光信号。例如，光电半导体装置可以包括100个以上的图像元件101、例如1000个以上的图像元件101。

附图标记列表

10 光电半导体装置

15 工件

20 驱动装置

30 光电组件

100 生长基底

101 图像元件

102 图像元件的边界

105 第二半导体层的第一主要表面

109 第一半导体层的第一主要表面

110 第一半导体层

111 第一接触层

112 导电层

113 第一电流扩展层

115 有源区

117 第一连接元件

118 绝缘层

120 第二半导体层

121 绝缘层

122 绝缘层

123 第二电流扩展层

124 导电材料

125 接触元件

126 侧壁绝缘

127 第二连接元件

130 分离元件

131 电介质层

132 导电层

133 分离沟槽

135 转换器

140 第二基底

141 驱动导线

143 驱动电路

144 处理电路

151 工件的第一主要表面