CN110178229A - 具有提取增强的带有发光二极管的光电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光电设备(30)，其包括能够提供电磁辐射并夹在第一半导体层和第二半导体层(14，16)之间的有源区(18)，第一半导体层界定了一个表面(20)，光电设备还包括能够从第一半导体层提取电磁辐射的衍射光栅(32)，衍射光栅包括在第一半导体层中从所述表面延伸的孔(36)，在平行于所述表面的平面中测量出的孔的宽度从衍射光栅的中心部分到衍射光栅的外周部分增加。

Description

具有提取增强的带有发光二极管的光电设备
本专利申请要求法国专利申请FR16/61879的优先权权益，所述申请通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及由半导体材料制成的光电设备及其制造方法。本发明更具体地涉及包括发光二极管的光电设备。
背景技术
短语“包括发光二极管的光电设备”指定了能够将电信号转换成电磁辐射的设备，并且特别是专用于发射电磁辐射(特别是光)的设备。
通常，光电设备包括由半导体层的叠层形成的至少一个发光二极管。有源区是发光二极管的区域，由发光二极管递送的大部分辐射都从该区域发射。有源区可以包括限制装置。作为示例，有源区可以包括单量子阱或多量子阱。
光电设备的提取效率通常由从光电设备逸出的光子数量与由设备的有源区发射出的光子数量之比来定义。期望光电设备的提取效率尽可能高。然而，部分辐射可能依然被困(trap)在光电设备中。
图1是包括发光二极管的光电设备10的实施例的局部简化横截面视图。作为示例，光电设备10可以具有旋转对称的结构。光电设备10包括半导体层的叠层12，例如，其主要包括III族元素和V族元素的合金，例如GaN。叠层可以包括第一导电类型的掺杂半导体层14(例如，P型掺杂半导体层)、与第一类型相反的第二导电类型的掺杂半导体层16(例如，N型掺杂半导体层)、以及夹在半导体层14和半导体层16之间的有源区18。半导体层16包括被称为发射表面或前表面的表面20，其具有由有源区18发射出的从其中逸出的电磁辐射。将Z称为垂直于表面20的方向。
光电设备10还包括与半导体层14接触的导电垫22。电子设备10还包括被耦合到半导体层16的导电垫(未示出)。光电设备10还包括横向界定半导体层14和有源区18的电绝缘部分26。导电垫能够为有源区18供电以发射电磁辐射。
部分电磁辐射直接通过发射表面20逸出而不会使电磁波在光电设备10的壁上反射。电磁辐射的该传播模式被称为直接辐射模式，并且在图1中由波前27示意性地示出。光电设备10的方向性对应于沿相同方向通过发射表面20逸出的辐射的比例。该比例越大，光电设备的方向性越大。直接辐射模式的光线基本垂直于发射表面20，使得当仅存在直接辐射模式时光电设备10是定向的。然而，从光电设备10逸出的光束由于直接辐射模式而通常是发散的。图1示出了光电设备10发射出的光束的半发散角(half angle of divergence)θe。
部分电磁辐射沿不同的路径在光电设备10的壁上反射。这种传播模式被称为引导模式。引导模式在图1中由在光电设备10的壁上反射的射线28示意性地示出。根据引导模式传播的电磁辐射的至少一部分可能依然被困在光电设备10中。
在前表面20上形成周期性衍射光栅来提高光电设备10的提取效率是已知的。周期性衍射光栅例如包括在前表面20中形成的直线或圆形凹槽。这种光栅具有至少一种对称性(例如，轴对称性、关于平面的对称性、或绕轴旋转的对称性)，并且在包含对称轴的平面中或在对称平面中包括周期性重复的图案(中空部分和/或凸起部分(raised portion))。衍射光栅使得能够根据引导模式至少部分地提取传播通过半导体层16的辐射。
然而，周期性衍射光栅的缺点在于它改变了光电设备10的方向性。实际上，周期性衍射光栅传送辐射所在的方向取决于引导模式。半导体层16的厚度可以大于几微米，使得光电设备10通常具有许多引导模式，其由周期性衍射光栅根据不同的传输方向来提取。
发明内容
实施例的目的是克服先前描述的光电设备，特别是包括周期性衍射光栅的光电设备的全部或部分缺点。
实施例的另一个目的是增加光电设备的提取效率。
实施例的另一个目的是增加由光电设备发射出的电磁辐射的方向性。
实施例的另一个目的是减小由光电设备发射出的光束的发散。
因此，实施例提供了一种光电设备，其包括能够提供电磁辐射并夹在第一半导体层和第二半导体层之间的有源区，第一半导体层界定了一个表面，光电设备还包括能够从第一半导体层提取电磁辐射的衍射光栅，衍射光栅包括在第一半导体层中从所述表面延伸的孔，在平行于所述表面的平面中测量出的孔的宽度从衍射光栅的中心部分到衍射光栅的外周部分增加。
根据实施例，衍射光栅包括环形凹槽。
根据实施例，环形凹槽是同心的。
根据实施例，孔被布置为行和列。
根据实施例，孔具有圆形的、椭圆形的或多边形的横截面。
根据实施例，第一半导体层的厚度在1μm至10μm的范围内。
根据实施例，孔的深度在30nm至3μm的范围内。
根据实施例，第一半导体层和第二半导体层至少部分地由选自包括以下的组的至少一种半导体材料形成：III-V化合物、II-VI化合物或IV族半导体或化合物。
根据实施例，沿衍射光栅的径向方向的两个相邻孔的中心点之间的距离比电磁辐射的波长的一半更短。
实施例还提供了一种制造光电设备的方法，该光电设备包括能够提供电磁辐射的夹在第一半导体层和第二半导体层之间的有源区，第一半导体层界定了一个表面，该方法包括形成能够从第一半导体层提取电磁辐射的衍射光栅，衍射光栅包括在第一半导体层中从所述表面延伸的孔，在平行于所述表面的平面中测量出的孔的宽度从衍射光栅的中心部分到衍射光栅的外周部分增加。
根据实施例，该方法包括确定孔的深度h的步骤和针对每个孔确定填充因子f的步骤，该填充因子f等于所述孔的从衍射光栅的中心径向测量出的宽度与沿着衍射光栅的径向方向的两个相邻孔的中心点之间径向测量出的距离的比率，根据以下关系式确定填充因子f和高度h：
其中r是孔的中心点和中心之间的距离，R是衍射光栅的外接圆的从中心测量出的半径，ni是第一半导体层在电磁辐射的波长下的折射率，ne是与第一半导体层接触的介质在电磁辐射的波长下的折射率，θe是在不存在衍射光栅的情况下由光电设备发射出的光束的半发散角，并且是距离r处的平均折射率，其使得能够在不存在衍射光栅的情况下获得与存在衍射光栅的情况下获得的在第一半导体层外提取出的射线的偏差相同的在第一半导体层外提取出的射线的偏差。
附图说明
在下面结合附图对特定实施例的非限制性描述中将详细讨论前述和其他特征和优点，在附图中：
先前描述的图1是包括发光二极管的光电设备的示例的局部简化横截面视图；
图2是包括发光二极管的光电设备的实施例的局部简化横截面视图；
图3和图4是图2的光电设备的衍射光栅的实施例的局部简化顶视图；
图5A至图5I是在制造图2所示类型的光电设备的方法的实施例的连续步骤处获得的结构的局部简化横截面视图；并且
图6A至图6J是在制造图2所示类型的光电设备的方法的另一个实施例的连续步骤处获得的结构的局部简化横截面视图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的元件用相同的附图标记表示。为清楚起见，仅示出和详述了对理解所述实施例有用的那些步骤和元件。特别地，发光二极管的有源区的结构是本领域技术人员公知的，并且在下文中不再详细描述。术语“近似”、“基本上”和“大约”在本文中用于指定所讨论的值的正或负10％(优选地正或负5％)的公差。
图2是包括发光二极管的光电设备30的实施例的局部简化横截面视图。
光电设备30包括图1中所示的光电设备10的所有元件，其中不同之处在于它还包括在半导体层16中从前表面20形成的衍射光栅32。衍射光栅32包括非通开口36或盲孔，其在半导体层16中从表面20跨半导体层16的一部分延伸。孔36界定了相对于孔36的底部凸起的半导体层16的部分34。
在本实施例中，前表面20与空气接触。作为变型，光电设备30可以包括至少一个附加层，其覆盖半导体层16并且对于由有源区18发射出的电磁辐射的波长基本上是透明的。在这种情况下，附加层特别地穿透到孔36中。
根据实施例，衍射光栅32没有周期性结构。这意味着没有其中衍射光栅32呈现出周期性重复的图案的横截面。根据实施例，在垂直于方向Z的平面中测量出的凸起部分34的横向尺寸或宽度和/或孔36的横向尺寸或宽度呈现出梯度。根据实施例，孔36的大小从衍射光栅32的中心区域到衍射光栅32的外周增加。根据实施例，孔36的大小从衍射光栅32的中心区域到衍射光栅32的外周的增加是连续的。根据实施例，凸起部分34的大小从衍射光栅32的中心区域到衍射光栅32的外周减小。在垂直于方向Z的平面中测量出的凸起部分34的宽度和/或孔36的宽度在纳米范围的尺度内，即在20nm至200nm的范围内。优选地，孔36基本上都具有相同的深度h。
衍射光栅32的非周期性结构有利地使得能够减小由光电设备30发射出的光束的发散。实际上，对于由有源区18发射出的并根据直接辐射模式传播的电磁辐射，一切都基本上发生为：如果衍射光栅32被存在于半导体层16的表面处的表面层代替并且其在由有源区18发射出的电磁辐射的波长下的折射率在垂直于方向Z的平面中呈现出梯度，则局部折射率从衍射光栅32的中心到衍射光栅32的外周减小。由电磁辐射看到的表面层的局部折射率的梯度致使由光电设备30发射出的光束的更好准直，即，由光电设备30发射出的光束的半发散角θe减小。
此外，衍射光栅32的纳米范围结构致使前表面20的水平处的局部折射率相对于半导体层16的其余部分的折射率减小。这致使半导体层16和相邻空气层之间界面处的反射减小，并且因此致使引导模式的(excitation)减少。因此光电设备30的提取效率被提高。此外，由于根据引导模式在半导体层16中传播的电磁辐射的比例减小，因此由衍射光栅32提取的引导模式的比例减小。因此光电设备30的方向性(directivity)被增加。
根据实施例，有源区18的横向尺寸比衍射光栅32的横向尺寸更小。这使得能够有效地提取由有源区18发射出的光。
图3是衍射光栅32的实施例的局部简化顶视图，其中开口36对应于具有圆形、椭圆形或多边形(例如，如图3所示的正方形)横截面的孔。根据实施例，孔36被布置为行和列。尽管衍射光栅32具有一定的规则性，但是由于孔36的尺寸不是恒定的，所以它是非周期性的。随着与衍射光栅32的中心O的距离增加，孔的横截面增加。
图4是衍射光栅32的另一个实施例的局部简化顶视图，其中孔36对应于圆形同心凹槽。在本实施例中，衍射光栅32具有旋转对称性。根据实施例，随着与衍射光栅32的中心O的距离增加，凹槽36宽度增加。
衍射光栅32的点M用点M和衍射光栅32的中心O之间的在垂直于方向Z的平面中测量出的半径r表示。
衍射光栅32的特征可以在于不同的关系，这将在下文中详述。为此目的，以下符号被使用：
h是孔36的深度，也称为高度；
ni是形成半导体层16的介质在由有源区18提供的电磁辐射的波长下的折射率；
ne是相邻于半导体层16的介质在由有源层18提供的电磁辐射的波长下的折射率，例如，在本实施例中为空气的折射率；
P是衍射光栅32的伪周期(pseudo-period)，并且对应于在垂直于方向Z的平面中沿径向方向测量出的相邻孔36的“中心点”之间的距离。在图3所示的实施例中，伪周期P对应于在垂直于方向Z的平面中测量出的相邻孔36的中心之间并与中心O对准的距离。在图4所示的实施例中，伪周期P对应于在垂直于方向Z的平面中沿径向方向测量出的两个相邻凹槽36的骨架线之间的距离，凹槽的骨架线是对应于位于从凹槽边缘径向测量出的相等位置处的点的几何位置的曲线；
R是顶视图中具有内接在其中的衍射光栅32的圆的最大半径；
f(r)是在点M处定义的衍射光栅32的局部填充因子，其作为最接近点M的孔36的径向测量出的宽度与伪周期P的比率；并且
是点M处有源区18发射出的电磁辐射的波长下的平均折射率，即，半导体层16应该具有跨厚度h以用于以下的折射率：在不存在衍射光栅32的情况下获得与在存在衍射光栅的情况下获得的在半导体层16外提取出的射线的偏差相同的在半导体层16外提取出的射线的偏差。
伪周期P反映了衍射光栅32表现出一些规律性的事实。然而，衍射光栅32是非周期光栅，这是因为它不包括周期性重复的图案。
下面通过特别取决于半径r的连续函数来给出伪周期P、局部填充因子f(r)以及平均折射率的表达式。然而，这种函数将离散地应用在衍射光栅的每个孔36和/或每个凸起部分34处。
为了能够认为衍射光栅32表现为具有局部折射率的表面层，伪周期P应该验证以下关系式(1)：
其中λ是有源区18发射出的辐射的波长。
此外，以下关系式(2)、(3)和(4)被验证：
在关系式(4)中，半发散角θe是在没有衍射光栅32的情况下获得的。
距离F可以被视为前表面20和虚拟点源之间的距离，该虚拟点源将在前表面20上提供与有源区18相同的波前。由于有源区18提供了比点源更不发散的电磁辐射，因此距离F总是大于有源区18和前表面20之间的距离。
填充因子f在最小填充因子fmin和最大填充因子fmax之间。在衍射光栅32的中心O处达到最小填充因子fmin，并且在衍射光栅32的外周达到最大填充因子fmax。填充因子fmin和fmax特别地由被实施用于形成凸起部分34和孔36的方法来施加。
填充因子fmin和fmax使得能够确定深度h。实际上，他们通过关系式(3)来设定值和然后通过关系式(2)提供深度h。
根据实施例，深度h可以在30nm至3μm的范围内。衍射光栅32的最大径向尺寸R优选地在1μm至100μm的范围内。
根据实施例，叠层12的半导体层至少部分地由适于形成发光二极管的至少一种半导体材料形成，特别是选自包括以下的组的半导体材料：III-V化合物、II-VI化合物、或IV族半导体或化合物。
叠层12的半导体层可以至少部分地由主要包括III-V化合物(例如III-N化合物)的半导体材料构成。III族元素的示例包括镓(Ga)、铟(In)或铝(Al)。III-N化合物的示例是GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。也可以使用其他V族元素，例如磷或砷。通常，III-V化合物中的元素可以以不同的摩尔分数组合。
叠层12的半导体层可以至少部分地由主要包括II-VI化合物的半导体材料形成。II族元素的示例包括IIA族元素(特别是铍(Be)和镁(Mg))，和IIB族元素(特别是锌(Zn)、镉(Cd)和汞(Hg))。VI族元素的示例包括VIA族元素(特别是氧(O)和碲(Te))。II-VI化合物的示例是ZnO、ZnMgO、CdZnO、CdZnMgO、CdHgTe、CdTe或HgTe。通常，II-VI化合物中的元素可以以不同的摩尔分数组合。
叠层12的半导体层可以至少部分地由主要包括至少一种IV族化合物的半导体材料构成。IV族半导体材料的示例是硅(Si)、碳(C)、锗(Ge)、碳化硅合金(SiC)、硅-锗合金(SiGe)或碳化锗合金(GeC)。
叠层12的半导体层可以包括掺杂物。作为示例，对于III-V化合物，掺杂物可以选自包括以下的组：P型II族掺杂物，例如，镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)或汞(Hg)；P型IV族掺杂物，例如碳(C)；或N型IV族掺杂物，例如硅(Si)、锗(Ge)、硒(Se)、硫(S)、铽(Tb)或锡(Sn)。
有源区18可以包括限制装置。作为示例，有源区18可以包括单量子阱。然后，它包括与形成半导体层14和半导体层16的半导体材料不同的半导体材料，并且具有比形成半导体层14和半导体层16的材料的带隙更小的带隙。有源区18可以包括多量子阱。然后它包括形成量子阱和阻挡层交替的半导体层的叠层。
半导体层14的厚度可以在0.1μm至0.3μm的范围内，例如，大约0.2μm。有源区18的厚度可以在5nm至300nm的范围内，例如，大约200nm。根据实施例，半导体层16可以由(例如具有不同掺杂浓度的)至少两个半导体层的叠层形成。半导体层16的厚度可以在1μm至10μm的范围内。
每个导电垫22可以对应于例如金属的导电层，或者对应于例如金属的导电层的叠层。形成每个导电垫22的材料是例如硅化镍(NiSi)、铝(Al)、硅化铝(AlSi)、钛(Ti)或硅化钛(TiSi)。
绝缘部分26可以由例如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)(其中x约等于3且y约等于4，例如，Si3N4)、氮氧化硅(特别地通式为SiOxNy，例如SiO2N2)、氧化铪(HfO2)或氧化铝(Al2O3)的电介质材料制成。
光电设备30可以包括多个单独的发光二极管，每个发光二极管包括有源区18，对于每个发光二极管，该设备包括与发光二极管相对的衍射光栅32。
图4中所示的衍射光栅32具有以下优点：与图5中所示的衍射光栅32相反，提取效率不取决于有源区18发射出的辐射的偏振(polarization)。对于由有源区18发射出的给定辐射，由图4中所示的衍射光栅32所提取的光的比例大于由图4中所示的衍射光栅32提取的光的比例。
模拟已经通过时域有限差分计算被执行。对于模拟，半导体层14和半导体层16由GaN制成，并且有源区18包括多量子阱，其包括GaN层和AlGaN层的交替。有源区18发射出的辐射的波长λ为405nm。在垂直于方向Z的平面中测量出的有源区的厚度为2μm。
第一模拟已经利用图1中所示的光电设备10的结构被执行。等于13.5°的半发散角θe已经被获得。此外，有源区18发射出的光在前表面20的水平处的反射率是19％。
第二模拟已经利用图2和图3中所示的光电设备30的结构被执行。第三模拟已经利用图2和图4中所示的光电设备30的结构被执行。对于第二模拟和第三模拟，衍射光栅32的半径R为1.2μm。关系式(4)给出了等于12.8μm的距离F。
对于第二模拟和第三模拟，认为伪周期P等于150nm，其满足关系式(1)。认为制造孔36和凸起部分34的方法施加了50nm的临界尺寸，对应于可以形成的最小图案。这施加了极端填充因子，即因子fmin等于1/3并且因子fmax等于2/3。基于关系式(3)，获得了等于2.11的折射率和等于1.65的折射率关系式(2)提供了等于0.3μm的深度h。此外，关系式(2)给出了局部折射率的变化，并且基于关系式(3)，获得了9个孔(在衍射光栅32具有图3中所示的结构的情况下沿远离中心方孔的径向方向的1个中心方孔和8个连续的方孔，或者在衍射光栅32具有图4中所示的结构的情况下的一个中心凹槽和8个同心凹槽)的尺寸。9个孔的局部折射率的值为2.11/2.1028/2.0814/2.0457/1.9956/1.9314/1.8529/1.7602/1.6534，并且9个孔的f值为0.333/0.3482/0.3653/0.3934/0.4319/0.48/0.5365/0.6003/0.6698。孔36的径向尺寸等于乘积P*f，并且对于8个孔，其为50nm/52.2nm/54.8nm/59nm/64.8nm/72nm/80.5nm/90nm/100nm。第二模拟和第三模拟显示出半发散角θe等于8°。因此获得了半发散角θe的减小。此外，对于第二模拟和第三模拟，有源区18发射出的光在前表面20的水平处的反射率是11％。因此获得了反射减少。这导致引导模式的激发减少了大约2倍，并且因此导致光电设备30的提取效率相对于光电设备10的提取效率增加了大约50％。
图5A至图5I是同时制造图2中所示的光电设备30的多个副本的方法的实施例的连续步骤处所获得的结构的局部简化横截面视图，每个光电设备30例如对应于显示设备的显示像素。
该方法包括以下连续步骤：
(1)例如通过外延在衬底40上形成半导体层的叠层，其依次包括中间层42、第一导电类型(例如N型)的掺杂层44、有源层46和与第一导电类型相反的第二导电类型(例如P型)的掺杂层48(图5A)。衬底40可以对应于整体结构或对应于覆盖由另一种材料制成的支撑件的层。衬底40可以是半导体衬底，例如，由硅、锗、碳化硅、III-V化合物(诸如GaN或GaAs)制成的衬底或ZnO衬底。衬底40可以对应于绝缘体上硅型(也称为SOI)的多层结构。衬底40可以由电绝缘材料制成，例如由蓝宝石制成。
(2)在层48上沉积金属层并蚀刻金属层以界定每个光电设备的导电垫22(图5B)。
(3)蚀刻层48、有源层46和层44的厚度的一部分，蚀刻停止于层44中，以界定每个光电设备的半导体层14、有源区18和半导体部分50(图5C)。在蚀刻操作期间，垫22起掩模的作用。
(4)在整个结构上沉积电绝缘层并各向异性地蚀刻电绝缘层以界定每个光电设备的绝缘部分26(图5D)。
(5)在整个结构上沉积金属层并例如通过化学-机械平坦化来蚀刻金属层，以界定与半导体层44接触的每个光电设备的导电垫51(图5E)。从而获得光电设备52。
(6)将光电设备52固定到电子电路54(图5F)。电子电路54包括电子部件(未示出)。在图5F中，仅在电子电路54的表面56上示出了导电垫55。导电垫55被电连接到导电垫22和/或导电垫51。根据导电垫55之间的间隔，光电设备52和电子电路54之间的连接可以经由导电球57或微管形成。
(7)例如通过剥离方法移除衬底40(图5G)。
(8)蚀刻整个中间层42并仅跨半导体部分42的厚度的一部分蚀刻半导体部分42，以界定每个光电设备的半导体层16(图5H)。
(9)通过在半导体层16中蚀刻图案来形成每个光电设备的衍射光栅32(图5I)。获得包括多个光电设备30的光电设备52。半导体层16的非结构化区域58可以留在两个相邻的光电设备30之间。
该方法还可以包括沉积覆盖半导体层16的透明层的步骤。
图6A至图6J是在同时制造图2中所示的光电设备30的多个副本的方法的另一个实施例的连续步骤处所获得的结构的局部简化横截面视图，每个光电设备30例如对应于显示设备的显示像素。
该方法包括以下连续步骤：
(1)'制造与图5A中所示的结构相同的结构，不同之处在于未示出半导体层42并且金属层60覆盖层48，并且单独制造了电子电路54，导电垫55被示出为被电绝缘区域61分离(图6A)。
(2)'例如通过胶合将光电设备52固定到电子电路54上(图6B)。导电垫55被电连接到金属层60。
(3)'移除衬底40(图6C)。
(4)'跨半导体层44厚度的一部分蚀刻半导体层44(图6D)。
(5)'例如通过连续蚀刻半导体层44、46和48来分离发光二极管，以界定每个光电设备的半导体层16、有源区18和半导体层14(图6E)，并且通过蚀刻金属层60来界定每个光电设备的导电垫22(图6F)。
(6)'在整个结构上沉积电绝缘层并各向异性地蚀刻电绝缘层，以界定每个光电设备的侧面上的绝缘部分26(图6G)。
(7)'在相邻的光电设备的绝缘部分26之间沉积填充材料62(图6H)。填充材料62可以是先前针对绝缘部分26所指示的材料中的一个。然后执行化学机械平坦化以获得填充材料62的孔。
(8)'在先前步骤中获得的结构上沉积金属层，以界定与每个光电设备的半导体层16接触的导电部分64(图6I)。
(9)'通过对半导体层16的部分蚀刻来形成每个光电设备30的衍射光栅32(图6J)。
已经描述了特定实施例。本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。

Claims (8)

1.一种光电设备(30)，所述光电设备(30)包括有源区(18)，其能够提供电磁辐射并且被夹在第一半导体层和第二半导体层(14，16)之间，所述第一半导体层界定了一个表面(20)，所述光电设备还包括衍射光栅(32)，其能够从所述第一半导体层提取所述电磁辐射，所述衍射光栅包括在所述第一半导体层中从所述表面延伸的孔(36)，在平行于所述表面的平面中测量出的所述孔的宽度从所述衍射光栅的中心部分到所述衍射光栅的外周部分增加，所述孔(36)被布置为行和列。
2.根据权利要求1所述的光电设备，其中，所述孔(34)具有圆形的、椭圆形的或多边形的横截面。
3.根据权利要求1或2所述的光电设备，其中，所述第一半导体层(16)的厚度在1μm至10μm的范围内。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电设备，其中，所述孔(36)的深度在30nm至3μm的范围内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光电设备，其中，所述第一半导体层和第二半导体层(14，16)至少部分地由选自下述组的至少一种半导体材料形成，所述组包括III-V化合物、II-VI化合物或IV族半导体或化合物。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光电设备，其中，沿着所述衍射光栅(32)的径向方向的两个相邻孔(36)的中心点之间的距离比所述电磁辐射的波长的一半更短。
7.一种制造光电设备(30)的方法，所述光电设备(30)包括有源区(18)，其能够提供电磁辐射、被夹在第一半导体层和第二半导体层(14，16)之间，所述第一半导体层界定了一个表面(20)，所述方法包括形成衍射光栅(32)，其能够从所述第一半导体层提取所述电磁辐射，所述衍射光栅包括在所述第一半导体层中从所述表面延伸的孔(36)，在平行于所述表面的平面中测量出的孔的宽度从所述衍射光栅的中心部分到所述衍射光栅的外周部分增加，所述孔(36)被布置为行和列。
8.根据权利要求7所述的方法，包括确定所述孔(36)的深度h的步骤和针对每个孔确定填充因子f的步骤，所述填充因子f等于所述孔的从所述衍射光栅(32)的中心(O)径向测量出的宽度与沿着所述衍射光栅的径向方向的两个相邻孔的中心点之间径向测量出的距离的比率，根据以下关系式确定填充因子f和高度h：
其中r是所述孔(36)的中心点和中心之间的距离，R是所述衍射光栅的外接圆的从所述中心测量出的半径，ni是所述第一半导体层(16)在所述电磁辐射的波长下的折射率，ne是与所述第一半导体层接触的介质在所述电磁辐射的波长下的折射率，θe是在不存在所述衍射光栅的情况下由所述光电设备发射出的光束的半发散角，并且是距离r处的平均折射率，其使得能够在不存在所述衍射光栅的情况下获得与存在所述衍射光栅的情况下获得的在所述第一半导体层外提取出的射线的偏差相同的在所述第一半导体层外提取出的射线的偏差。
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