提出一种光电子器件。
背景技术：
技术实现思路
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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％。
6、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。
7、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。
8、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。
9、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。
10、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。
11、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。
12、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。
13、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。
14、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。
15、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。
16、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。
17、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。
18、根据一个优选的实施方式，光电子器件具有如下特征：
19、-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，
20、-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
21、-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
22、-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。
23、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。
24、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。
25、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。
26、通过在晶片复合件中制造光电子器件，能够降低制造成本。
27、根据光电子器件的另一实施方式，发射器具有发光二极管。
28、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。
29、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。
30、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。
31、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。
32、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。
33、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。
34、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。
35、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。
36、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。
37、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。
38、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。
39、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。
40、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。
41、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。
42、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。
43、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。
44、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。
45、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。
46、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。
47、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。
48、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。
49、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。
50、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。
51、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。
52、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。
53、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。
54、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。
55、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。
56、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。
57、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。
58、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。
59、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。
60、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。
61、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。
62、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。
63、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。
64、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。
65、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。
1.一种光电子器件，所述光电子器件具有：
2.根据上一项权利要求所述的光电子器件，其中
3.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
4.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
5.根据上一项权利要求所述的光电子器件，其中
6.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
7.根据上一项权利要求所述的光电子器件，其中
8.根据权利要求6至7中任一项所述的光电子器件，其中
9.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
10.根据上一项权利要求所述的光电子器件，其中
11.根据权利要求9至10中任一项所述的光电子器件，其中
12.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
13.根据上一项权利要求所述的光电子器件，其中
14.根据权利要求12至13中任一项所述的光电子器件，其中
15.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
16.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
17.根据上述权利要求中任一项所述的光电子器件，其中
