(57)【要約】  本発明は、放射を放出する半導体チップ（１）に関する。本半導体チップ（１）は、活性ゾーン（３）を有する半導体ボディ（２）であって、活性ゾーン（３）が、第１の偏光の第１の放射成分（Ｓ１）を有しかつ第２の偏光の第２の放射成分（Ｓ２）を有する非偏光放射を放出する、半導体ボディ（２）と、波長板または偏光フィルタとして機能する格子構造（４）であって、出力面（６）を通じて半導体チップ（１）によって放出される放射（Ｓ）において、一方の放射成分（Ｓ１，Ｓ２）を他方の放射成分（Ｓ２，Ｓ１）よりも増大させ、したがって半導体チップ（１）が、増幅された放射成分（Ｓ１，Ｓ２）の偏光を有する偏光放射（Ｓ）を放出し、減衰した放射成分（Ｓ２，Ｓ１）が半導体チップ（１）内に残る、格子構造（４）と、半導体チップ（１）内に残る減衰した放射成分（Ｓ２，Ｓ１）の少なくとも一部の偏光を、増幅された放射成分（Ｓ１，Ｓ２）の偏光に変換する光学構造（５）と、出力面（６）とは反対側の反射性の裏面（７）と、を備えている。【選択図】図１Ａ
2014512105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射放出半導体チップ（１）であって、
−  活性ゾーン（３）を備えた半導体ボディ（２）であって、前記活性ゾーン（３）が、第１の偏光の第１の放射成分（Ｓ１）を有しかつ第２の偏光の第２の放射成分（Ｓ２）を有する非偏光放射を放出する、前記半導体ボディ（２）と、
−  波長板または偏光フィルタとして機能するグレイティング構造（４）であって、取り出し面（６）を通じて前記半導体チップ（１）によって放出される放射（Ｓ）において、一方の放射成分（Ｓ１，Ｓ２）を他方の放射成分（Ｓ２，Ｓ１）よりも増大させ、したがって前記半導体チップ（１）が、前記増幅された放射成分（Ｓ１，Ｓ２）の偏光を有する偏光放射（Ｓ）を放出し、前記減衰した放射成分（Ｓ２，Ｓ１）が前記半導体チップ（１）内に残る、前記グレイティング構造（４）と、
−  前記半導体チップ（１）内に残る前記減衰した放射成分（Ｓ２，Ｓ１）の少なくとも一部の偏光を、前記増幅された放射成分（Ｓ１，Ｓ２）の偏光に変換する光学構造（５）と、
−  前記取り出し面（６）とは反対側に位置する反射性の裏面（７）と、
を備えている、放射放出半導体チップ（１）。
【請求項２】
前記グレイティング構造（４）が、複数の交互に配置された第１の材料の第１のグレイティング領域（４ａ）および第２の材料の第２のグレイティング領域（４ｂ）を備えており、同じ材料の前記グレイティング構造（４）が、前記活性ゾーン（３）によって生成される放射の波長よりも小さい距離（ａ）だけ互いに隔てられている、
請求項１に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項３】
前記第１のグレイティング領域（４ａ）および前記第２のグレイティング領域（４ｂ）が、帯状に具体化されており、互いに平行に配置されている、
請求項２に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項４】
波長板として機能する前記グレイティング構造（４）の前記第１のグレイティング領域（４ａ）または前記第２のグレイティング領域（４ｂ）が、前記活性ゾーン（３）において生成される放射に対して透過性である材料、特に、ＳｉＯ２、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、またはＧａＮから形成されている、
請求項２または請求項３に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項５】
波長板として機能する前記グレイティング構造（４）を透過するとき、前記第１の放射成分（Ｓ１）に、前記第２の放射成分（Ｓ２）とは異なる位相シフトが生じる、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項６】
波長板として機能する前記グレイティング構造（４）が、前記活性ゾーン（３）と前記半導体チップ（１）の前記反射性の裏面（７）との間に配置されており、前記活性ゾーン（３）と前記反射性の裏面（７）との間の距離（ｄ）が、同じ偏光の放射が干渉する結果として一方の放射成分（Ｓ１，Ｓ２）が増幅され他方の放射成分（Ｓ２，Ｓ１）が減衰するように、設定される、
請求項５に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項７】
偏光フィルタとして機能する前記グレイティング構造（４）の前記第１のグレイティング領域（４ａ）が、金属を含んでいる、または金属からなる、
請求項２または請求項３に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項８】
一方の放射成分（Ｓ１，Ｓ２）が、偏光フィルタとして機能する前記グレイティング構造（４）を透過し、他方の放射成分（Ｓ２，Ｓ１）が反射される、
請求項７に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項９】
偏光フィルタとして機能する前記グレイティング構造（４）が、前記取り出し面における前記半導体ボディ（２）の表面（１０）に配置されている、
請求項７または請求項８に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１０】
前記グレイティング構造（４）が、電流拡散の役割を果たすコンタクト構造である、
請求項７から請求項９のいずれかに記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１１】
前記光学構造（５）が、前記グレイティング構造（４）が延在している平面に平行に配置された平面に延在する構造化された領域（５ａ）を備えており、前記構造化された領域（５ａ）が、前記グレイティング領域（４ａ）を横切っており、前記グレイティング領域に対して０゜より大きく９０゜より小さい角度（α）、好ましくは４５゜をなしている、
請求項２から請求項１０のいずれかに記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１２】
前記構造化された領域（５ａ）が、少なくとも部分的に互いに平行に配置されている、
請求項１１に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１３】
前記光学構造（５）が、前記グレイティング構造（４）が延在している平面に対して斜めに、０゜より大きく９０゜より小さい角度（β）、好ましくは４５゜で延在している傾斜側面（１１）を有する構造化された領域（５ａ）を備えている、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１４】
前記構造化された領域（５ａ）が、角柱部または角錐部として具体化されている、
請求項１３に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１５】
前記反射性の裏面（７）に前記光学構造（５）が設けられている、
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の放射放出半導体チップ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光放射を放出する半導体チップに関する。
【０００２】
［関連出願］
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１１０１７１９６．７号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
放射放出半導体チップは、そのコンパクトなサイズおよび効率により、有利な光源である。しかしながら、自然放出であるため、生成される放射は通常では無指向性であり偏光されていない。一方で、例えばＬＣＤバックライトなどの用途においては、偏光放射を放出する光源は有利である。
【０００４】
特許文献１および特許文献２には、いずれも、偏光放射を放出する放射放出半導体チップが記載されている。さらに、これらの明細書には、偏光に起因して半導体チップから取り出すことのできない放射成分の少なくとも一部が、フォトンリサイクリング（photon recycling）によって半導体チップにおいて回収されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許第１０２００７０６２０４１号明細書
【特許文献２】米国特許出願第２００８／００３５９４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、偏光放射を効率的に生成する放射放出半導体チップを開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１による放射放出半導体チップによって達成される。
【０００８】
一実施形態によると、本放射放出半導体チップは、活性ゾーンを備えた半導体ボディを備えており、活性ゾーンは、第１の偏光の第１の放射成分を有しかつ第２の偏光の第２の放射成分を有する非偏光放射を放出する。さらに、本放射放出半導体チップは、グレイティング構造（grating structure）を備えており、このグレイティング構造は、波長板または偏光フィルタとして機能し、取り出し面を通じて半導体チップによって放出される放射において、一方の放射成分を他方の放射成分よりも増大させ、したがって、本半導体チップは、増幅された放射成分の偏光を有する偏光放射を放出し、減衰した放射成分が半導体チップ内に残る。さらに、本放射放出半導体チップは、光学構造を備えており、この光学構造は、半導体チップ内に残る減衰した放射成分の少なくとも一部の偏光を、増幅された放射成分の偏光に変換する。さらに、取り出し面の反対側に、反射性の裏面が配置されている。
【０００９】
したがって、活性ゾーンにおける吸収および再放出プロセスに加えて、偏光に起因して半導体チップ内に残り半導体チップから取り出すことのできない放射成分を、光学構造によって偏光を変化させることによって回収することができる。
【００１０】
本放射放出半導体チップの一構造形態においては、グレイティング構造（取り出し面を通じて半導体チップによって放出される放射において一方の放射成分を他方の放射成分よりも増大させる目的で設けられる）は、複数の交互に配置された第１の材料の第１のグレイティング領域および第２の材料の第２のグレイティング領域を備えている。特に、同じ材料のグレイティング領域は、活性ゾーンによって生成される放射の波長よりも小さい距離だけ互いに隔てられている。この距離は、グレイティング構造がその回折特性を失うように選択されることが好ましい。結果として、グレイティング構造は、均一な屈折率を有する一様な媒体のように振る舞う。
【００１１】
好ましい一発展形態によると、第１のグレイティング領域および第２のグレイティング領域は、帯状に具体化されており、互いに平行に配置されている。第１のグレイティング領域および第２のグレイティング領域の幅は、同じ材料のグレイティング領域が互いに連続する距離の一部を構成しているべきである。このような小さい構造は、例えば、ホログラフィックリソグラフィやナノインプリント法などのリソグラフィ技術によって形成することができる。
【００１２】
第１のバリエーションによると、グレイティング構造は波長板として機能する。特に、この場合、グレイティング構造は複屈折媒体に相当する。この場合、帯状のグレイティング領域に平行に偏光する放射成分に対する有効屈折率は、帯状のグレイティング領域に垂直に偏光する放射成分に対する有効屈折率とは異なる。グレイティング構造を透過するとき、第１の放射成分には、第２の放射成分とは異なる位相シフトが生じる。グレイティング構造の厚さは次のように選択することができ、すなわち一例として、第１の放射成分には、波長板を２回通過するときにπ（パイ）の位相シフトが生じる一方で、第２の放射成分にはπとは異なる位相シフトが生じるように、選択することができる。
【００１３】
波長板として機能するグレイティング構造は、活性ゾーンと、半導体チップの反射性の裏面との間に配置されていることが好ましい。活性ゾーンと反射性の裏面との間の適切な距離を設定するとき、活性ゾーンによって放出されて裏面で反射される放射に対して活性ゾーンと裏面との間で発生する総位相シフトを考慮する。活性ゾーンと反射性の裏面との間の距離は、特に、同じ偏光の放射が干渉する結果として一方の放射成分が増幅され他方の放射成分が減衰するように、設定する。一例として、πの位相シフトの場合に、第１の放射成分が強め合うように干渉する一方で、第２の放射成分が弱め合うように干渉するように、距離を設定する。
【００１４】
好ましい一バリエーションによると、第１の放射成分は、帯状のグレイティング領域に垂直に偏光している。さらに、第２の放射成分は、帯状のグレイティング領域に平行に偏光している。
【００１５】
垂直に偏光した放射成分は、垂直方向に、すなわち取り出し面に垂直に放出され、平行に偏光した放射成分は、水平方向に、すなわち取り出し面に平行に放出されることが有利である。
【００１６】
したがって、このバリエーションにおける半導体チップは、垂直に偏光した放射を放出する。
【００１７】
好ましい一実施形態によると、波長板として機能するグレイティング構造の第１のグレイティング領域または第２のグレイティング領域は、活性ゾーンにおいて生成される放射に対して透過性である材料から形成されている。例えば、第１のグレイティング領域または第２のグレイティング領域は、ＳｉＯ２、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、またはＧａＮから形成することができる。
【００１８】
第１のグレイティング領域は、半導体ボディの表面をエッチングすることによって形成されることが好ましく、したがって、第１のグレイティング領域は、半導体ボディの半導体材料から形成されている。第２のグレイティング領域は、第１のグレイティング領域の間の空間であり、気体（特に空気）によって満たされている。第２のグレイティング領域には、それ以外の透明な充填材量、例えばＴＣＯ（透明導電性酸化物）も考えられる。
【００１９】
第２のバリエーションによると、グレイティング構造は、偏光フィルタとして機能する。一方の放射成分が、偏光フィルタとして機能するグレイティング構造を透過し、他方の放射成分が反射されることが好ましい。
【００２０】
特に、グレイティング構造の第１のグレイティング領域は、金属を含んでいる、または金属からなる。第２のグレイティング領域は、例えば、第１のグレイティング領域の間の、気体（特に空気）で満たされた空間とすることができる。金属を含んでいる、または金属からなる帯状のグレイティング領域によって、平行に偏光する放射成分は反射され、垂直に偏光する放射成分は透過する。
【００２１】
第１の放射成分は、特に、垂直に偏光することができ、第２の放射成分は平行に偏光する。
【００２２】
好ましい一実施形態によると、偏光フィルタとして機能するグレイティング構造は、取り出し面における半導体ボディの表面に配置されている。この実施形態においては、光学構造は、取り出し面における半導体ボディの表面と偏光フィルタとの間に配置されていることが有利である。特に、この場合、光学構造は波長板として具体化される。
【００２３】
これに代えて、偏光フィルタとして機能するグレイティング構造を、活性ゾーンと反射性の裏面との間に配置することもできる。この場合、特に、平行に偏光した放射成分はグレイティング構造によって反射され、垂直に偏光した放射成分は、透過して、反射性の裏面によって反射される。平行に偏光した放射成分が増幅されるようにする場合、特に、活性ゾーンとグレイティング構造との間の距離は、平行に偏光した放射成分が強め合うように干渉するように設定する。垂直に偏光した放射成分が増幅されるようにする場合、特に、活性ゾーンと反射性の裏面との間の距離は、垂直に偏光した放射成分が強め合うように干渉するように設定する。
【００２４】
好ましい一構造形態においては、偏光フィルタとして機能するグレイティング構造は、電流拡散の役割を果たすコンタクト構造である。この場合、グレイティング構造は、半導体チップの取り出し面に配置されていることが好ましく、したがって、グレイティング構造に、例えばコンタクトワイヤによって外部から直接的に電気接触接続することができる。
【００２５】
半導体チップ内に残る放射成分の偏光を変化させる目的で設けられる光学構造は、グレイティング構造のような波長板とすることができる。さらには、光学構造は、ランダムに粗面化された構造、または事前定義された構造とすることができる。
【００２６】
光学構造は、特に、取り出し面と裏面との間の半導体チップの内部に配置される。
【００２７】
好ましい一実施形態によると、光学構造は、グレイティング構造が延在している平面に平行に配置された平面に延在している構造化された領域を備えており、この構造化された領域は、グレイティング構造のグレイティング領域を横切るように延在している。したがって、構造化された領域は、グレイティング領域に平行には配置されていない。構造化された領域は、グレイティング領域に対して、０゜より大きく９０゜より小さい角度をなしている。この角度は、４５゜であることが好ましい。この場合、半導体チップ内に残り、構造化された領域によって反射される放射成分は、特に、偏光が９０゜回転する。構造化された領域は、少なくとも一部分が互いに平行に配置されていることが好ましい。
【００２８】
一例として、光学構造は、異なる屈折率を有する交互に配置された構造化された領域を備えた、複屈折媒体のような波長板として具体化することが可能である。さらには、構造化された領域は、半導体ボディの半導体層に導入された凹部とすることができる。凹部は、気体（特に空気）によって満たすことができる。
【００２９】
さらなる有利な実施形態によると、光学構造は、グレイティング構造が延在している平面に対して斜めに、０゜より大きく９０゜より小さい角度で延在している傾斜側面を有する構造化された領域を備えている。この角度は、４５゜であることが好ましい。半導体チップ内に残る放射成分は、特に、２つの隣り合う構造化された領域の２つの対向する側面において反射されたとき、偏光が９０゜回転する。構造化された領域は、角柱部または角錐部として具体化されていることが好ましい。構造化された領域は、例えば、半導体チップの半導体層にエッチングによって形成することができる。
【００３０】
好ましい一構造形態においては、反射性の裏面に光学構造が設けられている。この場合、一例として、半導体ボディの裏側面に光学構造を設けて反射層によって被覆することができ、したがって結果として、光学構造を有する反射性の裏面が形成される。
【００３１】
以下では、本発明の放射放出半導体チップについて、例示的な実施形態および対応する図面に基づいてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】本発明の放射放出半導体チップの第１の例示的な実施形態を概略的な断面図として示している。
【図１Ｂ】図１Ａに含まれているグレイティング構造の拡大斜視図を示している。
【図２Ａ】グレイティング構造の有効屈折率および厚さの値のグラフを示している。
【図２Ｂ】グレイティング構造の有効屈折率および厚さの値のグラフを示している。
【図３Ａ】本発明の放射放出半導体チップの第２の例示的な実施形態を概略的な断面図として示している。
【図３Ｂ】図３Ａに含まれているグレイティング構造の概略平面図を示している。
【図４】本発明の放射放出半導体チップの第３の例示的な実施形態を概略的な断面図として示している。
【図５Ａ】本発明の光学構造のさらなる例示的な実施形態を示している。
【図５Ｂ】本発明の光学構造のさらなる例示的な実施形態を示している。
【図６】本発明の光学構造のさらなる例示的な実施形態を示している。
【図７】本発明の光学構造のさらなる例示的な実施形態を示している。
【図８Ａ】本発明の光学構造のさらなる例示的な実施形態を示している。
【図８Ｂ】本発明の光学構造のさらなる例示的な実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図面において、同じ要素、同じタイプの要素、または同じ機能の要素には、同じ参照符号を付してある。
【００３４】
図１Ａに示した放射放出半導体チップ１の第１の例示的な実施形態は、半導体材料から形成された複数の層を備えた半導体ボディ２を備えている。半導体材料は、窒化物系またはヒ化物系の化合物半導体とすることができ、すなわちこの実施形態の場合、少なくとも１層は、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮまたはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）を含んでいる。特に、半導体チップ１は、薄膜半導体チップであり、すなわち、半導体ボディ２を形成するために使用された成長基板が剥離されている、または少なくとも大幅に薄くされている。
【００３５】
放射を生成する目的で、半導体ボディ２は活性ゾーン３を備えている。活性ゾーン３はｐｎ接合部を備えており、ｐｎ接合部は、最も単純な場合、互いに直接隣接したｐ型導電半導体層およびｎ型導電半導体層から形成されている。実際に放射を生成する層（例えばドープされた、またはドープされていない量子井戸層の形）は、ｐ型導電半導体層とｎ型導電半導体層との間に形成されていることが好ましい。量子井戸層は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造として、あるいは量子細線構造または量子ドット構造として成形することができる。活性ゾーン３は、第１の偏光の第１の放射成分Ｓ１を有しかつ第２の偏光の第２の放射成分Ｓ２を有する非偏光放射を放出する。
【００３６】
取り出し面６を通じて半導体チップ１によって放出される放射Ｓにおいて、一方の放射成分Ｓ１，Ｓ２を他方の放射成分Ｓ２，Ｓ１よりも増大させる目的で、半導体チップ１はグレイティング構造４を備えている。この例示的な実施形態においては、グレイティング構造４は、波長板として機能する。この場合、波長板として機能するグレイティング構造４を透過するとき、第１の放射成分Ｓ１において、第２の放射成分Ｓ２とは異なる位相シフトを得ることが可能である。
【００３７】
グレイティング構造４は、活性ゾーン３と反射性の裏面７との間に配置されている。したがって、反射性の裏面７の方向に放出される放射成分は、グレイティング構造４を２回通過した後に取り出し面６に達する。
【００３８】
活性ゾーンと反射性の裏面７との間の距離ｄは、次のように設定される。すなわち、距離ｄおよびグレイティング構造４によって発生する総位相シフトによって、一方の放射成分Ｓ１，Ｓ２において強め合う干渉が生じ、他方の放射成分Ｓ１，Ｓ２において弱め合う干渉が生じ、したがって一方の放射成分Ｓ１，Ｓ２が増幅され、他方の放射成分Ｓ２，Ｓ１が減衰する。特に、グレイティング構造４は、第１の放射成分Ｓ１においてπの位相シフトが生じるλ／４板である。距離ｄは、第１の放射成分Ｓ１が増幅され、第２の放射成分Ｓ２が減衰するように設定されていることが好ましい。さらには、第１の放射成分Ｓ１は、特に、垂直に偏光し、垂直方向における、すなわち取り出し面６に垂直な主放出方向を有する。これとは異なり、第２の放射成分Ｓ２は、特に、平行に偏光し、水平方向における、すなわち取り出し面６に平行な主放出方向を有する。結果として、半導体チップ１によって放出される放射Ｓは、実質的に垂直に偏光している。
【００３９】
半導体チップ１内に残る減衰した放射成分Ｓ２，Ｓ１の少なくとも一部の偏光を、増幅された放射成分Ｓ１，Ｓ２の偏光に変化させる目的で、半導体チップ１は光学構造５を備えている。図１Ａに示した例示的な実施形態においては、光学構造５は、ランダムに粗面化された構造である。光学構造５は、例えば、半導体ボディ２の半導体層をエッチングすることによって形成することができる。このような光学構造５は、図示したように半導体チップ１の内部に配置する、または半導体チップ１の表面に配置することができる。
【００４０】
図１Ａに示したグレイティング構造４の特性について、図１Ｂ、図２Ａ、および図２Ｂを参照しながらさらに詳しく説明する。
【００４１】
図１Ｂに示したように、グレイティング構造４は、複数の交互に配置された第１のグレイティング領域４ａおよび第２のグレイティング領域４ｂを備えている。第１のグレイティング領域４ａは、第２のグレイティング領域４ｂとは異なる材料から形成されており、異なる屈折率を有する。両方のグレイティング領域４ａ，４ｂは、放射に対して透過性の材料を含んでいることが有利である。特に、第１のグレイティング領域４ａは、半導体ボディ２の半導体材料（例えばＧａＮまたはＧａＡｓ）から形成されている。第２のグレイティング領域４ｂは、第１のグレイティング領域４ａの間の空間であり、気体（例えば空気）によって満たすことができる、または放射に対して透過性の酸化物（例えばＳｉＯ２またはＴＣＯ）を含んでいることができる。
【００４２】
図示した例示的な実施形態においては、第１のグレイティング領域４ａは、帯状に具体化されている。２つの連続する第１のグレイティング領域４ａの間の距離ａは、活性ゾーン３によって放出される放射の波長よりも小さい。同様に、第１のグレイティング領域４ａの幅ｂは、活性ゾーン３によって放出される放射の波長よりも小さい。第２のグレイティング領域４ｂにも、同じことが成り立つことが好ましい。距離ａが小さい結果として、グレイティング構造４はその回折特性を失い、均一な屈折率を有する一様な媒体のように振る舞う。
【００４３】
図示したグレイティング構造４の１つの特性として、グレイティング領域４ａ，４ｂに平行に偏光する放射に対する有効屈折率は、グレイティング領域４ａ，４ｂに垂直に偏光する放射に対する有効屈折率とは異なる。グレイティング構造４は、複屈折特性を有する。
【００４４】
図２Ａのグラフのうち、曲線１は、グレイティング領域に平行な方向におけるグレイティング構造の有効屈折率ｎｅの計算値、曲線２は、グレイティング領域に垂直な方向におけるグレイティング構造の有効屈折率ｎｅの計算値を示している。曲線３は、２本の曲線１と曲線２の間の差を表している。有効屈折率ｎｅの値は、変数Ｃの関数として示されており、変数Ｃは、第１のグレイティング領域の幅ｂと、２つの連続する第１のグレイティング領域の間の距離ａとの比を示している。幅ｂと距離ａが同じ大きさである（Ｃ＝０）場合、グレイティング構造は、１種類の材料から形成されている構造化されていない一様な媒体である。図２Ａの例示的な実施形態においては、第１のグレイティング領域４ａは、屈折率３．５を有するＧａＡｓから形成されている。第２のグレイティング領域は、空気で満たされた空間である。Ｃ＝０の場合、有効屈折率ｎｅは、第１のグレイティング領域の屈折率（すなわちＧａＡｓの屈折率）に一致する。
【００４５】
Ｃ＝１の場合、有効屈折率ｎｅは、第２のグレイティング領域の屈折率（すなわち空気の屈折率）に一致する。Ｃ＝０．３３の場合、グレイティング領域に平行および垂直な場合の有効屈折率ｎｅの差が最大となる。有効屈折率ｎｅの２つの値ｎｏｐｔは、グレイティング構造の適切な厚さを計算するための基本データとして使用される。
【００４６】
図２Ｂのグラフは、グレイティング構造の厚さｈの計算値を変数Ｃの関数として示している。１０００ｎｍの波長を有する垂直に偏光した放射の場合の望ましい位相シフトπでは、Ｃ＝０．３３の場合にｈ≒０．２μｍの厚さとなる。
【００４７】
図３Ａは、第１の例示的な実施形態に対応する要素を備えた放射放出半導体チップ１の第２の例示的な実施形態を示している。第１の例示的な実施形態とは異なり、グレイティング構造４は偏光フィルタとして機能する。この場合、一方の放射成分Ｓ１，Ｓ２がグレイティング構造４を透過し、他方の放射成分Ｓ２，Ｓ１が反射される。
【００４８】
この第２の例示的な実施形態によると、グレイティング構造４は第１のグレイティング領域４ａを備えており、第１のグレイティング領域４ａは金属を含んでいる、または金属からなる。特に、第１のグレイティング領域４ａは金から形成することができる。第２のグレイティング領域４ｂは、第１のグレイティング領域４ａの間の空間であり、気体（特に空気）によって満たされている。第１のグレイティング領域４ａは、帯状に具体化されている。帯状の第１のグレイティング領域４ａによって、平行に偏光する放射成分Ｓ２が反射され、垂直に偏光する放射成分Ｓ１が透過する。
【００４９】
１０００ｎｍの波長においては、第１のグレイティング領域４ａの間の距離は２００ｎｍであることが有利である。この場合、第１のグレイティング領域４ａの有利な幅は６０ｎｍである。
【００５０】
グレイティング構造４は、取り出し面における半導体ボディ２の表面１０に形成されている。光学構造５は、グレイティング構造４とは反対に位置する活性ゾーン３の側に配置されている。これに代えて、取り出し面における半導体ボディ２の表面１０とグレイティング構造４との間に光学構造５を配置することができる。
【００５１】
この第２の例示的な実施形態においては、光学構造５は、異なる屈折率を有する交互に配置された構造化された領域（図示していない）を有する複屈折媒体に相当する波長板として具体化されている。構造化された領域は、特に、帯状に具体化されている。構造化された領域は、グレイティング構造４が延在している平面に平行に配置された平面に延在していることがさらに有利であり、構造化された領域は、グレイティング領域４ａを横切るように延在しており、グレイティング領域４ａに対して０゜より大きく９０゜より小さい角度（好ましくは４５゜）をなしている。結果として、グレイティング構造４で反射される平行に偏光した放射成分Ｓ２の偏光を、特に、９０゜回転させることができる。偏光が回転した放射成分は垂直に偏光し、半導体チップ１から取り出すことができる。
【００５２】
第２の例示的な実施形態において、取り出し面における表面１０に配置されているグレイティング構造４は、同時にコンタクト構造としての役割を果たす。図３Ｂに半導体チップの平面図として示したように、グレイティング構造４にはコンタクトパッド８およびコンタクトアーム９が設けられており、コンタクトアーム９は第１のグレイティング領域４ａを互いに接続している。コンタクトアーム９によって第１のグレイティング領域４ａに電流を供給することができ、第１のグレイティング領域４ａによって電流を取り出し面における表面全体に分散させることができる。
【００５３】
図４は、放射放出半導体チップ１の第３の例示的な実施形態を示している。この場合、反射性の裏面７に光学構造５が設けられている。光学構造５は、ギザギザ状の構造化された領域５ａを備えており、この領域５ａは、グレイティング構造４で反射されて自身に入射する第２の放射成分Ｓ２の偏光を少なくとも部分的に第１の放射成分Ｓ１の偏光に変換するのに適しており、したがって半導体チップ１から取り出すことが可能となる。光学構造５を形成するため、半導体ボディ２の裏側面を構造化して反射性被覆を設けることができる。
【００５４】
図５Ａは、光学構造５のさらなる例示的な実施形態を半導体チップ１の平面図として示している。構造化された領域５ａは、特に、細長い溝の形における凹部であり、溝は互いに平行に延在している。これらの凹部は、半導体ボディ２の裏側面にエッチングによって形成されることが好ましい（図５Ｂを参照）。構造化された領域５ａは、グレイティング構造４が延在する平面に平行に配置された平面に延在しており、構造化された領域５ａは、グレイティング領域４ａを横切るように延在しており、グレイティング領域４ａに対して０゜より大きく９０゜より小さい（好ましくは４５゜の）角度αをなしている。この例示的な実施形態においては、構造化された領域５ａは傾斜した側面１１を有し、これらの側面１１は、グレイティング構造４が延在している平面に対して斜めに延在している。
【００５５】
図６および図７は、光学構造５のさらなる例示的な実施形態を半導体チップの平面図として示している。この場合、光学構造５は、第１の向きの複数の平行に延在する構造化された領域５ａと、第２の向きの複数の平行に延在する構造化された領域５ａとを備えている。第１の向きの構造化された領域５ａは、第２の向きの構造化された領域５ａを（特に垂直に）横切るように延在している。第１のグレイティング領域４ａは、第１の向きの構造化された領域５ａと、第２の向きの構造化された領域５ａの両方に対して、０゜より大きく９０゜より小さい（好ましくは４５゜の）角度αをなしている。構造化された領域５ａは、特に細長い溝の形における凹部として具体化されている。図６の例示的な実施形態においては、凹部は中断部を有する。第２の向きの凹部が、第１の向きの凹部の中断部を通過している。図７の例示的な実施形態においては、凹部は連続しており、第１の向きの凹部と第２の向きの凹部とが交差している。
【００５６】
図８Ａは、光学構造５のさらなる例示的な実施形態を半導体チップの平面図として示している。図８Ｂは、この実施形態の側面図を示している。光学構造５は、角錐部として具体化された構造化された領域５ａを備えている。角錐部は、一例として、エッチングによって半導体ボディに形成することができる。
【００５７】
角錐部は、互いに平行に配置されている。さらに、角錐部は、グレイティング構造（図示していない）のグレイティング領域を横切るように延在しており、グレイティング領域に対して、０゜より大きく９０゜より小さい（好ましくは４５゜の）角度αをなしている（図８Ａを参照）。角錐部は、傾斜した側面１１を有する（図８Ｂを参照）。これらの側面は、グレイティング構造が延在している平面に対して斜めに、０゜より大きく９０゜より小さい（好ましくは４５゜の）角度βで延在している。入射する放射成分Ｓ２の偏光を、２つの隣り合う構造化された領域５ａの２つの対向する側面１１での反射によって回転させることができる。特に、平行に偏光する放射が、光学構造５によって、垂直に偏光する放射に変換される。
【００５８】
なお、光学構造の説明した例示的な実施形態それぞれは、グレイティング構造の複数の異なる例示的な実施形態と組み合わせることができる。さらには、ここまで本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【図１Ａ】
2014512105.tif 000003
【図１Ｂ】
2014512105.tif 000004
【図２Ａ】
2014512105.tif 000005
【図２Ｂ】
2014512105.tif 000006
【図３Ａ】
2014512105.tif 000007
【図３Ｂ】
2014512105.tif 000008
【図４】
2014512105.tif 000009
【図５Ａ】
2014512105.tif 000010
【図５Ｂ】
2014512105.tif 000011
【図６】
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【図７】
2014512105.tif 000013
【図８Ａ】
2014512105.tif 000014
【図８Ｂ】
2014512105.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月9日(2013.12.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射放出半導体チップ（１）であって、
−  活性ゾーン（３）を備えた半導体ボディ（２）であって、前記活性ゾーン（３）が、第１の偏光の第１の放射成分（Ｓ１）を有しかつ第２の偏光の第２の放射成分（Ｓ２）を有する非偏光放射を放出する、前記半導体ボディ（２）と、
−  波長板または偏光フィルタとして機能するグレイティング構造（４）であって、取り出し面（６）を通じて前記半導体チップ（１）によって放出される放射（Ｓ）において、一方の放射成分（Ｓ１，Ｓ２）を他方の放射成分（Ｓ２，Ｓ１）よりも増大させ、したがって前記半導体チップ（１）が、前記増幅された放射成分（Ｓ１，Ｓ２）の偏光を有する偏光放射（Ｓ）を放出し、前記減衰した放射成分（Ｓ２，Ｓ１）が前記半導体チップ（１）内に残る、前記グレイティング構造（４）と、
−  前記半導体チップ（１）内に残る前記減衰した放射成分（Ｓ２，Ｓ１）の少なくとも一部の偏光を、前記増幅された放射成分（Ｓ１，Ｓ２）の偏光に変換する光学構造（５）と、
−  前記取り出し面（６）とは反対側に位置する反射性の裏面（７）と、
を備え、
前記光学構造（５）は、前記グレイティング構造（４）が延在している平面に対して斜めに、０゜より大きく９０゜より小さい角度（β）で延在している傾斜側面（１１）を有する構造化された領域（５ａ）を備えている、
放射放出半導体チップ（１）。
【請求項２】
前記グレイティング構造（４）が、複数の交互に配置された第１の材料の第１のグレイティング領域（４ａ）および第２の材料の第２のグレイティング領域（４ｂ）を備えており、同じ材料の前記グレイティング構造（４）が、前記活性ゾーン（３）によって生成される放射の波長よりも小さい距離（ａ）だけ互いに隔てられている、
請求項１に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項３】
前記第１のグレイティング領域（４ａ）および前記第２のグレイティング領域（４ｂ）が、帯状に具体化されており、互いに平行に配置されている、
請求項２に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項４】
波長板として機能する前記グレイティング構造（４）の前記第１のグレイティング領域（４ａ）または前記第２のグレイティング領域（４ｂ）が、前記活性ゾーン（３）において生成される放射に対して透過性である材料、特に、ＳｉＯ２、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、またはＧａＮから形成されている、
請求項２または請求項３に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項５】
波長板として機能する前記グレイティング構造（４）を透過するとき、前記第１の放射成分（Ｓ１）に、前記第２の放射成分（Ｓ２）とは異なる位相シフトが生じる、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項６】
波長板として機能する前記グレイティング構造（４）が、前記活性ゾーン（３）と前記半導体チップ（１）の前記反射性の裏面（７）との間に配置されており、前記活性ゾーン（３）と前記反射性の裏面（７）との間の距離（ｄ）が、同じ偏光の放射が干渉する結果として一方の放射成分（Ｓ１，Ｓ２）が増幅され他方の放射成分（Ｓ２，Ｓ１）が減衰するように、設定される、
請求項５に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項７】
偏光フィルタとして機能する前記グレイティング構造（４）の前記第１のグレイティング領域（４ａ）が、金属を含んでいる、または金属からなる、
請求項２または請求項３に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項８】
一方の放射成分（Ｓ１，Ｓ２）が、偏光フィルタとして機能する前記グレイティング構造（４）を透過し、他方の放射成分（Ｓ２，Ｓ１）が反射される、
請求項７に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項９】
偏光フィルタとして機能する前記グレイティング構造（４）が、前記取り出し面における前記半導体ボディ（２）の表面（１０）に配置されている、
請求項７または請求項８に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１０】
前記グレイティング構造（４）が、電流拡散の役割を果たすコンタクト構造である、
請求項７から請求項９のいずれかに記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１１】
前記光学構造（５）が、前記グレイティング構造（４）が延在している平面に平行に配置された平面に延在する構造化された領域（５ａ）を備えており、前記構造化された領域（５ａ）が、前記グレイティング領域（４ａ）を横切っており、前記グレイティング領域に対して０゜より大きく９０゜より小さい角度（α）、好ましくは４５゜をなしている、
請求項２から請求項１０のいずれかに記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１２】
前記構造化された領域（５ａ）が、少なくとも部分的に互いに平行に配置されている、
請求項１１に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１３】
前記光学構造（５）が、前記グレイティング構造（４）が延在している平面に対して斜めに４５゜で延在している傾斜側面（１１）を有する構造化された領域（５ａ）を備えている、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１４】
前記構造化された領域（５ａ）が、角柱部または角錐部として具体化されている、
請求項１３に記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１５】
前記反射性の裏面（７）に前記光学構造（５）が設けられている、
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の放射放出半導体チップ（１）。
【請求項１６】
放射放出半導体チップ（１）であって、
−  活性ゾーン（３）を備えた半導体ボディ（２）であって、前記活性ゾーン（３）が、第１の偏光の第１の放射成分（Ｓ１）を有しかつ第２の偏光の第２の放射成分（Ｓ２）を有する非偏光放射を放出する、前記半導体ボディ（２）と、
−  波長板として機能するグレイティング構造（４）であって、取り出し面（６）を通じて前記半導体チップ（１）によって放出される放射（Ｓ）において、一方の放射成分（Ｓ１，Ｓ２）を他方の放射成分（Ｓ２，Ｓ１）よりも増大させ、したがって前記半導体チップ（１）が、前記増幅された放射成分（Ｓ１，Ｓ２）の偏光を有する偏光放射（Ｓ）を放出し、前記減衰した放射成分（Ｓ２，Ｓ１）が前記半導体チップ（１）内に残る、前記グレイティング構造（４）と、
−  前記半導体チップ（１）内に残る前記減衰した放射成分（Ｓ２，Ｓ１）の少なくとも一部の偏光を、前記増幅された放射成分（Ｓ１，Ｓ２）の偏光に変換する光学構造（５）と、
−  前記取り出し面（６）とは反対側に位置する反射性の裏面（７）と、
を備え、
波長板として機能する前記グレイティング構造（４）が、前記半導体チップ（１）の前記活性ゾーン（３）と前記反射性の裏面（７）との間に配置され、
前記活性ゾーン（３）と前記反射性の裏面（７）との距離（ｄ）が、同じ偏光の放射が干渉する結果として、一方の放射成分（Ｓ１，Ｓ２）が増幅され他方の放射成分（Ｓ２，Ｓ１）が減衰するように、設定されている、
放射放出半導体チップ（１）。
【国際調査報告】
2014512105.tif 000016
2014512105.tif 000017
2014512105.tif 000018
2014512105.tif 000019
2014512105.tif 000020
2014512105.tif 000021