[发明专利]发射极化辐射的半导体芯片

说明书

发射辐射的半导体芯片由于其紧凑的尺寸和效率而成为有利的光源。然而，所产生的辐射由于自发性的发射而往往方向不定且非极化。可是对于比如LCD背景照明的应用来说，发射极化辐射的光源是有利的。

本专利申请要求的优先权为德国专利申请102011017196.7，其公开内容通过引用加入至此。

在两个公开文献DE102007062041和US2008/0035944中描述了发射辐射的半导体芯片，这种半导体芯片能发射极化的辐射。还描述了，由于其极化而不能从半导体芯片中耦合输出的辐射部分在半导体芯片内至少部分地通过光子回收而被重新获得。

当前要解决的任务在于，提出一种发射辐射的半导体芯片，其以有效的方式产生极化的辐射。

该任务通过一种根据权利要求1的发射辐射的半导体芯片得以解决。

根据一种实施方式，发射辐射的半导体芯片包括带有活性区的半导体本体，该活性区发射非极化的辐射，该非极化的辐射带有第一极化的第一辐射部分和第二极化的第二辐射部分。发射辐射的半导体芯片还包括格栅结构，该格栅结构用作延迟板或极化过滤器，且使得在由半导体芯片通过耦合输出侧发射的辐射中一个辐射部分相比于另一辐射部分有所增加，从而半导体芯片发射极化的辐射，该极化的辐射具有增强的辐射部分的极化，其中，减弱的辐射部分保留在半导体芯片中。此外，发射辐射的半导体芯片包括光学结构，该光学结构把保留在半导体芯片中的减弱的辐射部分的至少一部分的极化转换为增强的辐射部分的极化。此外，在耦合输出侧的对面布置有反射性背面。

因此，除了在活性区中的吸收过程和再发射过程，还可以通过借助光学结构进行的极化改变来重新获得保留在半导体芯片中的辐射部分，该辐射部分由于其极化而不能从半导体芯片耦合输出。

根据发射辐射的半导体芯片的一种设计，被设置用于使得在由半导体芯片通过耦合输出侧发射的辐射中的一个辐射部分相比于另一辐射部分有所增加的格栅结构包括多个交替地布置的第一材料的第一格栅区域和第二材料的第二格栅区域。相同材料的格栅区域相互间的间距特别是小于由活性区产生的辐射的波长。该间距优选被选择为，使得格栅结构丧失其衍射特性。格栅结构由此表现得就像均匀的、具有一致的折射率的介质。

根据一种优选的改进，第一和第二格栅区域被构造为条形且相互平行地布置。第一和第二格栅区域的宽度应占据相同材料的格栅区域相互跟随的间距的一小部分。这种小的结构例如可以通过比如全息平版印刷术的平版印刷工艺或者纳米压印方法来制造。

根据第一变型方案，格栅结构用作延迟板。在此情况下，格栅结构特别是相当于一种双折射的介质。在此，平行于条形格栅区域被极化的辐射部分与垂直于条形格栅区域被极化的辐射部分相比经受了不同的有效折射率。当经由格栅结构进行透射时，第一辐射部分优选经历不同于第二辐射部分的相移。格栅结构的厚度例如可以被选择为，使得第一辐射部分在两次穿过该延迟板的情况下经历∏(Pi)相移，而第二辐射部分经历不同于∏的相移。

用作延迟板的格栅结构优选布置在半导体芯片的活性区与反射性背面之间。在调节活性区与反射性背面之间的合适的间距时要考虑由活性区发射且在背面处被反射的辐射在活性区与背面之间经历的整个相移。活性区与反射性背面之间的间距特别是被调节为，使得通过相同极化的辐射的干涉而使得一个辐射部分增强且另一辐射部分减弱。例如，该间距被调节为，使得第一辐射部分在∏相移情况下发生促进性的干涉，而第二辐射部分则发生破坏性的干涉。

根据一种优选的变型方案，第一辐射部分垂直于条形格栅区域被极化。此外，第二辐射部分平行于条形格栅区域被极化。

有利地，垂直极化的辐射部分沿垂直方向、即垂直于耦合输出侧辐射出去，而平行极化的辐射部分沿水平方向、即平行于耦合输出侧辐射出去。

因此，按照该变型方案，半导体芯片发射垂直极化的辐射。

根据一种优选的实施方式，用作延迟板的格栅结构的第一或第二格栅区域由一种对于在活性区中产生的辐射来说可被透过的材料构成。第一或第二格栅区域例如可以由SiO2、GaAs、AlGaAs、InGaAlP或GaN构成。

第一格栅区域优选通过对半导体本体表面的蚀刻而制造，从而第一格栅区域由半导体本体的半导体材料构成。第二格栅区域是第一格栅区域之间的充有气体、特别是空气的空隙。针对于第二格栅区域，也可以考虑采用不同的透明填充材料，例如TCO(Transparent Conductive Oxide，透明导电氧化物)。