(57)【要約】本発明はビーム透過性のウィンドウ（５）と、多層構造体（９）と、前記ウィンドウ（５）を取り囲んでいる屈折率ｎ０を備えたビーム透過性媒体とを有するビーム放射性チップ（２）であって、前記ウィンドウは屈折率ｎＦを有し、主表面（１９）を有しており、前記多層構造体はビーム活性層（１０）を含み、前記ウィンドウ（５）の主表面（１９）に接しており、前記ウィンドウ（５）は角度βを取り囲んでいる少なくとも２つの面（６, ７）を有しており、当該角度βに対して以下の不等式、すなわち９０°−αｔ＜β＜２αｔが満たされており、ここでαｔ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＦ）である。さらに本発明はこのようなチップ（２）を含むビーム放射性構成素子に関する。
2004538663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム透過性のウィンドウ（５）と多層構造体（９）を有するビーム放射性チップ（２）であって、
前記ウィンドウは屈折率ｎＦを有し、主表面（１９）を有しており、
前記多層構造体はビームを形成するアクティブ層（１０）を含み、前記ウィンドウ（５）の主表面（１９）に配置されており、
前記ウィンドウ（５）は、ウィンドウの屈折率ｎＦより低い屈折率ｎ０を有するビーム透過性媒体によって取り囲まれている形式のものにおいて、
前記ウィンドウ（５）は前記ビーム透過性媒体に対して、角度βを取り囲む少なくとも２つの面（６, ７）によって制限されており、
当該角度に対して以下の関係、すなわち
９０°−αｔ＜β＜２αｔ
が満たされており、ここでαｔは、
αｔ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＦ）
によって得られる、
ことを特徴とする、ビーム放射性チップ。
【請求項２】
前記２つの面（６, ７）は、ウィンドウ（５）の側面である、請求項１記載のビーム放射性チップ。
【請求項３】
前記ウィンドウ（５）は主表面（１９）に対して平行に、内角β、γおよびδを具備する三角形の横断面を有している、請求項１または２記載のビーム放射性チップ。
【請求項４】
γに対して、関係
９０°−αｔ＜γ＜２αｔ
が満たされている、請求項３記載のビーム放射性チップ。
【請求項５】
δに対して、関係
９０°−αｔ＜δ＜２αｔ
が満たされている、請求項４記載のビーム放射性チップ。
【請求項６】
前記ウィンドウ（５）は少なくとも１つの側面（１３ａ）を有しており、
当該側面は多層構造体（９）に相対して斜めにまたは曲げられて延在している、または段が付けられており、前記ウィンドウ（５）は多層構造体（９）から見て先細りしている、請求項１から５までのいずれか１項記載のビーム放射性チップ。
【請求項７】
前記ウィンドウは多層構造体（９）に対して垂直に配置された側面（１３ｂ）を有しており、
当該側面は多層構造体から見て、斜めにまたは曲げられて延在している、または段が付けられて構成されている前記側面（１３ａ）の後に配置されており、殊に当該側面に接続している、請求項６記載のビーム放射性チップ。
【請求項８】
少なくとも、斜めまたは凹状に延在している、または段が付けられている前記側面（１３ａ）は粗面化されている、請求項６または７記載のビーム放射性チップ。
【請求項９】
前記多層構造体（９）はエピタキシによって製造されており、
前記ウィンドウ（５）はエピタキシに使用される基板から製造されている、請求項１から８までのいずれか１項に記載されたビーム放射性チップ。
【請求項１０】
前記ウィンドウの屈折率ｎＦは、前記多層構造体（９）、殊に前記アクティブ層（１０）の屈折率より高い、請求項１から９までのいずれか１項記載のビーム放射性チップ。
【請求項１１】
前記多層構造体（９）に対向しているウィンドウ（５）の面は、チップ（２）の取り付け面である、請求項１から１０までのいずれか１項記載のビーム放射性チップ。
【請求項１２】
前記ウィンドウ（５）は、多層構造体（９）に対して垂直に延在している側面（１３ｂ）の領域においてプリズム形状である、請求項６から１１までのいずれか１項記載のビーム放射性チップ。
【請求項１３】
前記多層構造体は半導体層から構成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のビーム放射性チップ。
【請求項１４】
前記多層構造体（９）は、少なくとも１つの化合物ＧａＮ、ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮを含む、請求項１３記載のビーム放射性チップ。
【請求項１５】
前記ウィンドウ（５）はＳｉＣを含む、請求項１から１４までのいずれか１項記載のビーム放射性チップ。
【請求項１６】
前記ウィンドウ（５）はサファイアを含む、請求項１から１４までのいずれか１項記載のビーム放射性チップ。
【請求項１７】
前記ウィンドウ（５）を取り囲んでいる媒体は反応性樹脂である、請求項１から１６までのいずれか１項記載のビーム放射性チップ。
【請求項１８】
前記反応性樹脂はエポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂またはこれらの樹脂の混合物を含む、請求項１７記載のビーム放射性チップ。
【請求項１９】
請求項１から１８までのいずれか１項に記載されたビーム放射性チップ（２）を含む、
ことを特徴とするビーム放射性構成素子。
【請求項２０】
ケーシング基体（２４）を有しており、当該ケーシング基体上に前記ビーム放射性チップ（２）が取り付けられている、請求項１９記載のビーム放射性構成素子。
【請求項２１】
前記ケーシング基体（２４）内に凹部（２３）が構成されており、当該凹部内に前記ビーム放射性チップ（２）が配置されている、請求項２０記載のビーム放射性構成素子。
【請求項２２】
前記凹部は、前記チップ（２）ないしウィンドウ（５）を取り囲んでいる媒体によって充填されている、請求項１９から２１までのいずれか１項記載のビーム放射性構成素子。
【請求項２３】
前記凹部は反応性樹脂によって充填されている、請求項２２記載のビーム放射性構成素子。
【請求項２４】
前記反応性樹脂はエポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂またはこれらの樹脂の混合物を含む、請求項２３記載のビーム放射性構成素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載されたビーム放射性チップおよび、請求項１９の上位概念に記載されたビーム放射性構成素子に関する。
【０００２】
上述した様式のビーム放射性チップは通常、基板上に被着されているアクティブなビーム形成層を備えた多層構造体を有する。ビーム出力結合は、少なくとも部分的に基板を通して行われ、基板は形成されたビームに対して透過性である。
【０００３】
このような配置構成ではビーム収量は、基板表面での全反射によってしばしば著しく制限されてしまう。このような問題は特に、高い屈折率を有する基板（例えばＳｉＣ基板）およびそれに相応して小さい全反射角度を有する基板で生じる。
【０００４】
特にこのことは基板が正方形または長方形の横断面を有している場合に当てはまり、ここでは順次連続する複数回の全反射がビーム収量を制限する。これは例えば図８に示されている。ここでは、ビーム透過性基板２０の断面が示されている。断面内で伝播するビーム成分１が基板２０の境界面に当たると、入射角度θ１が全反射角度αｔよりも小さい場合にこのビーム成分は少なくとも部分的に出力結合される。ここでおよび以下で入射角度および全反射角度は、境界面法線に関するものである。
【０００５】
図示されているように入射角度θ１が全反射角度αｔよりも大きいと、該当するビーム成分１は全反射される。従って全反射角度αｔによっていわゆる出力結合円錐体３（断面で破線状の境界４ａ、４ｂによって示されている）が定められる。この出力結合円錐体の開口角度は２αｔである。該当するビーム成分１が出力結合円錐体３内に位置するように境界面に当たると、このビーム成分は少なくとも部分的に出力結合され、そうでない場合には全反射される。
【０００６】
図示された例で基板２０は正方形の断面を有している。ビーム成分１は、連続して出力結合円錐体３外で基板２０の境界面に当たる。従ってビーム成分１は複数回全反射して基板２０内を環状に周回し、最終的には出力結合されることなく吸収されてしまう。
【０００７】
本発明の課題は、ビーム出力結合が改善されたビーム放射性チップを実現することである。さらに本発明の課題は、改善されたビーム収量を有するビーム放射性構成素子を提供することである。
【０００８】
前述の課題は、請求項１に記載されたチップないしは請求項１９に記載された構成素子によって解決される。本発明の有利な発展形態は従属請求項に記載されている。
【０００９】
本発明では、屈折率ｎＦおよび主表面を有するビーム透過性ウィンドウと、ビームを形成するアクティブ層を含み、ウィンドウの主表面に配置されている多層構造体とを有するビーム放射性チップが構成される。ここでこのウィンドウは、ウィンドウの屈折率ｎＦよりも低い屈折率ｎ０を有する媒体によって取り囲まれており、少なくとも２つの次のような制限面を有している。すなわちこれらの制限面は角度βを取り囲んでおり、この角度βに対しては二重不等式
９０°−αｔ＜β＜２αｔ
が満たされている。この不等式は以下で出力結合条件と称される。ここでαｔは、ウィンドウと取り囲んでいる媒体との間の境界面に対する全反射角度であり、
αｔ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＦ）
によってあらわされる。
【００１０】
ウィンドウをこのように形成することで、角度βを取り囲んでいる２つの制限面のうちの１つで全反射されたビーム成分が、相応する別の制限面で出力結合されるという利点が得られる。連続する複数回の全反射は低減されて、ビーム収量が改善される。
【００１１】
本発明の有利な構成では、ウィンドウは次のような出力結合構造体を有する。すなわち少なくとも部分的に、上述した角度βを取り囲む面によって制限されている出力結合構造体を有している。この種の出力結合構造体は例えば多数の、ウィンドウに付け加えられた、またはウィンドウから形成されたプリズムまたはピラミッドによるものであり、これらのプリズムまたはピラミッドの側面は、少なくともそれぞれ２つの側面が出力結合条件を満たしている角度を取り囲むように配置されている。
【００１２】
本発明の有利な実施形態では、ウィンドウの主表面に対向している面がチップの取り付け面として設けられる。ここで例えばウィンドウの側面は、出力結合条件を満たす角度βを取り囲んでいる。ここで側面とは特にウィンドウのエッジ、すなわちウィンドウの主表面から対向する面へ延在しているウィンドウの制限面のことである。
【００１３】
特に有利にはこのような実施形態ではウィンドウは、以下で横断(lateraler Querschnitt)と称される、主表面に対して平行な断面を有する。この断面は内角β、γおよびδを備えた三角形の形をしており、これらの角度のうちの少なくとも１つは上述した出力結合条件を満たしている。
【００１４】
２つ、むしろ３つ全ての内角が出力結合条件を満たしている場合、ビーム収量は有利にはさらに上昇する。従って、
９０°−αｔ＜β＜２αｔ
９０°−αｔ＜γ＜２αｔ
９０°−αｔ＜δ＜２αｔ
が当てはまる内角β、γおよびδを備えた三角形横断面を有するウィンドウは特に有利である。
【００１５】
このような断面では、断面内を伝播するビーム成分に対して次のことが保証される。すなわち各ビーム成分が最大１回の全反射の後、ウィンドウの次の境界面に当たる際に少なくとも部分的に出力結合されることが保証される。
【００１６】
本発明の有利な実施形態は、ウィンドウに出力結合条件を適用することに関する。ここでこのウィンドウは多層構造体に対して斜めにまたは凹状に延在している、または段が付けられている側面を有しているので、多層構造体から見てこのウィンドウは、多層構造体との間隔が大きくなるにつれて先細りしている。側面が多層構造体に対して斜めに配置されていることによって、アクティブ層内で形成されるビームに対する入射角度が該当する側面に相対して低減され、出力結合がさらに上昇される。
【００１７】
多層構造体に対して斜めにまたは凹状に延在している側面、または段が付けられている側面をウィンドウが有する形成はここで特に有利である。多層構造体から見てこの側面の後には、多層構造体に対して垂直に延在している側面が配置されており、この側面は殊に第１の側面と接続している。
【００１８】
ここで多層構造体に対して垂直に配置されている側面によって、ウィンドウの製造または取り付けが簡単になる。また傾斜している側面によって殊にビーム収量が高められる。これに加えてウィンドウの側面、殊に多層構造体に対して斜めに配置されている側面が、実質的に粗面化されていてもよい。
【００１９】
このように形成されている場合にはチップの取り付け面として、主表面に対向している、有利には主表面に対して平行なウィンドウの側が用いられ、これによってビーム放射性チップが相応するケーシング内にはんだ付けまたは接着される。
【００２０】
有利にはこのような形状では、ウィンドウ台座部分の２つの側面は出力結合条件を満たす角度を取り囲んでいる。ここでウィンドウ台座部分とは、多層構造体に対して垂直に配置されている側面によって制限されているウィンドウの領域のことである。ここで同じように次のような形成が特に有利である。すなわちウィンドウ台座部分が三角形の横断面を有しており、少なくとも１つの三角形内角が出力結合条件を満たしている形成である。一般的にウィンドウ台座部分に対しては、できるだけ多くの内角が出力結合条件を満たしているプリズム形状が有利である。
【００２１】
有利には本発明では多層構造体はエピタキシによって製造されており、ウィンドウはエピタキシに使用される基板から製造される。これによって有利にはチップの製造に必要なコストが少なく保たれる。なぜならウィンドウは同時にエピタキシャル基板として用いられるからである。
【００２２】
本発明の有利な発展形態では、ウィンドウおよび多層構造体、殊に多層構造体内に含まれるアクティブ層に対する材料は、ウィンドウの屈折率が、多層構造体ないしは多層構造体内に含まれるアクティブ層の屈折率よりも大きくなるように選択される。この場合に多層構造体からウィンドウへの移行は光学的により密な媒体への移行であるので、多層構造体とウィンドウの間の境界面で、多層構造体内で形成されたビームの全反射は生じない。
【００２３】
本発明の特に有利な実施形態は、ＧａＮベース上のビーム放射性半導体チップに関する。このような半導体チップでは多層構造体は殊にアクティブ層、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮを含む。アクティブ層はこの場合に層シーケンスとしても、例えば量子井戸構造の形で構成されてもよい。この種の多層構造体は通常はエピタキシによって製造される。ここでエピタキシャル基板としては殊にＳｉＣ基板またはサファイア基板が適している。
【００２４】
ウィンドウは有利には、使用されたエピタキシャル基板から製造される。出力結合条件を満たすために、約２．７の屈折率を有するＳｉＣ基板では、１．３５より大きい屈折率ｎ０を有する、角度βを取り囲んでいる制限面の領域における部分的な被覆部が必要になる。なぜなら出力結合条件は、屈折率比ｎＦ／ｎ０＜２に対してのみ満たされるからである。これは以下でより詳細に説明される。
【００２５】
被覆部としては殊に反応性樹脂、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂またはこれらの樹脂の混合物が用いられる。ここでエポキシ樹脂は高い透明度を特徴とし、シリコン樹脂は殊に青緑、青および紫外のスペクトル領域における、特に良好なビーム持続安定性を特徴とする。
【００２６】
本発明のさらなる特徴、利点および合目的性を以下で８つの実施例に基づき、図１〜７に関連して説明する。
【００２７】
図１ａおよび図１ｂは、本発明による構成素子の実施例に対する概略的な断面図および平面図である。
図２ａおよび図２ｂは、本発明によるビーム放射性チップの第１および第２の実施例に対するそれぞれの概略的な部分断面図である。
図３は、本発明によるビーム放射性チップの第３の実施例に対する概略的な断面図である。
図４は、本発明によるビーム放射性チップの第４の実施例に対する概略的な斜視図である。
図５ａおよび図５ｂは、本発明によるビーム放射性チップの第５の実施例に対する概略的な斜視図および断面図である。
図６ａおよび図６ｂは、本発明によるビーム放射性チップの第６の実施例に対する概略的な断面図および斜視図である。
図７は、本発明によるビーム放射性チップの第７の実施例に対する出力結合度を、従来技術によるビーム放射性チップと比較して概略的に示している。
図８は、従来技術によるビーム放射性チップの概略的な断面図である。
【００２８】
同一または同じ作用を有する要素には図において同じ参照番号が付けられている。
【００２９】
図１ａには断面図で、図１ｂには平面図で示された構成素子はビーム放射性チップ２を含む。このビーム放射性チップはケーシング基体２４の凹部２３内に配置されている。凹部の側壁は傾斜しており、チップ２によって形成されたビームに対する反射体として用いられる。
【００３０】
ビーム放射性チップ２は、主表面１９を備えたウィンドウ５を有している。ここでこの主表面上には多層構造体９が配置されている。図１ａに示された図の断面は、主表面１９に対して垂直である。
【００３１】
多層構造体９内には、ビームを形成するアクティブ層１０が構成されている。ウィンドウ５の方を向いていない面で多層構造体９に上部コンタクト面２１が設けられており、主表面１９に対向している面でウィンドウに下部コンタクト面２２が設けられている。
【００３２】
ケーシング基体内には、リードフレーム２５が埋め込まれている。ここでリードフレーム接続部２６ａ、２６ｂは側方でケーシング基体２４から突出している。チップ２は、下部コンタクト面２２にリードフレーム２５のチップ接続領域上で取り付けられている。チップ２は例えばはんだ付けされるか、または導電性の接着剤によって接着される。上部コンタクト面２１からは、導線接続部分２７がリードフレームの導線接続領域に導かれている。
【００３３】
ケーシング基体内の凹部２３は、チップ２を被覆しているビーム透過性のコンパウンド２８によって満たされている。これは例えば反応性樹脂をベースとする流し込み成形部である。これに対しては殊にエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂またはこれらの樹脂を合わせたものが適している。
【００３４】
さらにチップ２を被覆しているコンパウンド２８は発光物質を含んでおり、これはチップによって形成されたビームの一部を、他の波長のビームに変える。この構成素子によって形成されたビームは例えば付加的な色の混合によって、色の混ざったまたは殊に白い光りの視覚的な印象を生じさせる。適切な発光物質は例えば、一般的な科学式Ａ３Ｂ５Ｘ１２：Ｍを有する発光物質である。ここでＡ３Ｂ５Ｘ１２はホスト結晶をあらわし、Ｍはその中に構成された発光中心部、有利には例えばＣｅのような稀土類のグループからの原子またはイオンをあらわしている。化合物ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）、ＴＡＧ：Ｃｅ（Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）、ＴｂＹＡＧ：Ｃｅ（（ＴｂｘＹ１−ｘ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、０≦ｘ≦１）、ＧｄＹＡＧ：Ｃｅ（（ＧｄｘＹ１−ｘ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、０≦ｘ≦１）およびＧｄＴｂＹＡＧ：Ｃｅ（（ＧｄｘＴｂｙＹ１−ｘ−ｙ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）並びにこれに基づく混合物が、効果的な発光物質であることが判明している。ここでＡｌは、少なくとも部分的にＧａまたはＩｎと置き換えられる。
【００３５】
チップ２のウィンドウ５は、例えばＳｉＣ基板から製造される。この基板上には、多層構造体９がＧａＮベースの半導体層シーケンスの形で成長される。
【００３６】
チップ２は、三角形の形をした横断面を有している。ここでウィンドウの２つの側面６、７は、三角形の内角βを取り囲んでいる。この内角は出力結合条件を満たしている。
【００３７】
出力結合条件を以下で図２ａおよび図２ｂに基づいてより詳細に説明する。図２ａおよび図２ｂはそれぞれ、本発明によるビーム放射性チップのウィンドウ５の部分断面図を示している。ウィンドウ５は第１の制限面６および第２の制限面７を有している。これらの制限面は断面に垂直であり、出力結合条件を満たしている角度βを取り囲んでいる。これによって、一般性を制限することなく、第１の制限面６での全反射後にビームが第２の制限面７で少なくとも部分的に出力結合される、ないしは２度全反射されないことが保証される。
【００３８】
さらに図２ａでは、入射角度θ１で第１の制限面６に当たったビーム１がそこで全反射され、続いて、角度θ２で制限面７に入射していることがわかる。ビーム１が第２の制限面で２回目の全反射されることがないように、入射角度θ２は、全反射角度αｔよりも小さくなければならない、ないしビームは出力結合円錐体３内で当たらなければならない。
【００３９】
すなわち角度βは、一方では図２ａに示されているように、ビーム１が図２ａにおける右側の縁部４ｂに関して出力結合円錐体３内で境界面７に当たるように大きく選択されるべきである。ここで
θ２＜αｔ                                                              （１）
があてはまる。
【００４０】
他方でβは図２ｂに示されているように、ビーム１が図２ｂにおける左側の縁部４ａに関しても出力結合円錐体３内で境界面に当たるように小さく選択されるべきである。ここで再び、
θ２＜αｔ                                                              （２）
があてはまる。
【００４１】
まず図２ａの場合にはβ、θ１およびθ２の関係に対して、
θ２＝θ１−β                                                          （３）
が生じている。
従って（１）から
β＞θ１−αｔ                                                          （４）
が生じる。
【００４２】
ビーム１は制限面６で全反射されるので、θ１は９０°とαｔの間にある。従って条件（４）は、
β＞９０°−αｔ                                                        （５）
があてはまる場合に、全ての可能な角度θ１に対して満たされる。
【００４３】
図２ｂに示された第２の場合に、θ１、θ２およびβの間に関係
θ２＝β−θ１                                                          （６）
があてはまる。
従って（２）から、
β＜αｔ＋θ２                                                          （７）
が生じる。
【００４４】
同じように境界面６での第１の全反射によって、θ１はαｔと９０°の間にある。従って（７）は、
β＜２αｔ                                                              （８）
が当てはまる場合に、全ての可能な角度θ１に対して満たされる。
【００４５】
（５）によって与えられた、βに対する下方限界と、（８）によって与えられた、βに対する上方限界を組合せることによって、出力結合条件
９０°−α＜β＜２αｔ                                                  （９）
が生じる。
【００４６】
全反射角度αｔはここで、屈折率ｎＦを有するウィンドウ５および、ｎＦに関してより小さい屈折率ｎ０を有する接している媒体に対して、
αｔ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＦ）                                      （１０）
によって得られる。
【００４７】
出力結合条件を満たすために、αｔは３０°より大きくなければならない。そうでない場合には、βに対する下方限界が６０°より大きくなり、βに対する上方限界が６０°より小さくなってしまい、出力結合条件の２つの不等式が、βに対する値によって同時に満たされなくなってしまう。
【００４８】
従って屈折率比ｎ０／ｎＦは式（１０）に従って、０. ５より大きくなければならない。これに相応して、ウィンドウの屈折率ｎＦは最大で、接している媒体の屈折率ｎ０の２倍である。そうでない場合、出力結合条件は満たされない。
【００４９】
例えば約ｎ０＝２. ７の屈折率を有するＳｉＣのような高屈折性材料に対してこれは、相応した被覆部（例えば流し込み成形質量体）の形を有する、屈折率ｎ０＞１. ３５を有する、ビーム放射性チップを取り囲んでいる媒体によって得られる。例えば、典型的な屈折率ｎ０＝１. ５を有する流し込み成形質量体に対して、全反射角度αｔは約３４°になる。従って出力結合条件（９）から、βに対して領域
５６°＜β＜６８°
が生じる。
【００５０】
図３には、本発明によるチップの特に有利なウィンドウ形状の横断面が示されている。
【００５１】
この断面は三角形である。ここで３つの全ての内角β、γおよびδに対して出力結合条件が満たされている。屈折率ｎＦ＝２. ７および、屈折率ｎ０＝１. ５の流し込み成形部を有するＳｉＣウィンドウの上述の例に対しては、殊に正三角形（β＝γ＝δ＝６０°）の場合にこれが当てはまる。大きな利点によって、断面内に延在する各ビームは側面に当たった直後に出力結合されるか（ビーム１ａ、１ｂ、１ｃを参照）、または最大で１回全反射される（ビーム１ｄ、１ｅ、１ｆを参照）。例えば図８に示されたような複数回全反射して連続する周回は生じない。
【００５２】
図４には、本発明によるビーム放射性チップの別の実施例に対するウィンドウ５の斜視図が示されている。上述の実施例と異なって、この横断面は正方形の被覆終端部（Einhuellende）１６を有している。取り囲んでいる側でウィンドウに、鋸歯状の出力結合構造体１７が設けられており、この出力結合体の外側のエッジはそれぞれ２つの面６、７によって構成されている。これらの面は出力結合条件を満たしている角度βを取り囲んでいる。このようなウィンドウの製造時には有利には、正方形の断面を有する従来のウィンドウを用いることができる。相応の領域を例えばソーカットまたはエッチングによって除去することによって、この窓に図示された鋸歯状の出力結合構造体１７が設けられる。
【００５３】
図５ａには、本発明によるビーム放射性チップの別の実施例に対する斜視図が示されている。ここでウィンドウ５には、ビーム活性層１０を有する多層構造体９が被着されているのでこの多層構造体９はウィンドウ５の主表面１９に接している。この主表面と平行に、ウィンドウは正方形の横断面を有しており、主表面に対向している面上には出力結合構造体１７が設けられている。この出力結合構造体は多数のピラミッド状部分から成る。ここで相互に対向している２つのピラミッド側面間の角度βは、この角度が出力結合条件を満たすように選択されている。
【００５４】
多層構造体９の、ウィンドウ５の方を向いていない面には、コンタクト面２２が設けられている。このコンタクト面を介して動作中に、ビーム活性層内に駆動電流が加えられる。コンタクト面２２は同時に、チップの取り付け面として用いられる。例えばチップは上述したように、このコンタクト面によって適切なケーシングのチップ取り付け面上に固定される。別のコンタクト面（図示されていない）は、ウィンドウが導電性である限りは、例えばウィンドウの側面に取り付け可能である。
【００５５】
図５ｂには、この実施例の変形が断面図で示されている。ここでは、多層構造体９のウィンドウ５の方を向いていない面に、２つのコンタクト面２２および２３が配置されている。アクティブ層１０を含む多層構造体９の一部分が除去され、２つのコンタクト面のうちの１つのコンタクト面２３が、多層構造体９の除去された部分の場所に配置されている。図５ａに示されたチップのように別のコンタクト面２２は、ウィンドウ５に対向している、多層構造体９の主表面に被着されている。
【００５６】
このような配置構成では、ウィンドウ５とアクティブ層１０との間にある多層構造体９の領域はコンタクト面２３と接続されている。これによって、コンタクト面２２および２３を介して加えられた駆動電流がアクティブ層１０を通って流れる。
【００５７】
有利にはこの実施例では先行の実施例のように、ウィンドウの製造時に、従来の立方体状または正方形のウィンドウ構造体から始められる。従って、存在している製造方法および製造装置を部分的に使用し続けることができる。出力結合ピラミッドは例えば、エッチングまたはソーカットによって製造される。最後のケースではこのためにＶ字状の成形鋸プレート（Formsaegeblatt）が使用され、多層構造体９に対向している面上のウィンドウは、相互に直交しているソーカットライン１１ａおよび１１ｂに沿って複数回、平行にソーカットされる。
【００５８】
図６ａには、本発明によるビーム放射性チップの特に有利な実施例に対する概略的な断面図が示されており、図６ｂにはそれに属する斜視図が示されている。このチップは上述した実施例のように、ビーム活性層１０を含む多層構造体９を有している。ここでこの多層構造体はウィンドウ５の主表面１９に接している。図６ａに示された断面図の断面は、多層構造体ないしはウィンドウ５の主表面に対して垂直である。
【００５９】
上述の実施例と異なってウィンドウは、多層構造体９に対して斜めに延在している側面１３ａを有する。ここでこの側面はそれぞれ多層構造体に対して垂直に配置された側面１３ｂへ移行する。このようなウィンドウの形状は例えば、多層構造体９の方を向いていない面から、適切な成形鋸プレートを用いてウィンドウ５をソーカットすることによって製造される。
【００６０】
側面１３ａが傾斜していることによって、そこに当たるビーム１ａに対して入射角度が低減され、それに相応して出力結合されるビームの割合が上昇する。
【００６１】
これに対して、多層構造体に対して垂直に配置された側面１３ｂ、すなわちウィンドウ台座部分の領域に当たるビーム成分１ｂは僅かに全反射されるので、ウィンドウ台座部分の領域におけるビームの出力結合は、傾斜しているウィンドウ側面１３ａの領域内での出力結合より少なくなる。
【００６２】
この場合にはウィンドウ台座部分が次のように形成されると有利である。すなわち少なくとも２つの自身の制限面（有利には２つの側面）が出力結合条件を満たしている角度βを取り囲んでいるように形成されると有利である。ここで特に有利には、ウィンドウ台座部分が三角柱（図６ｂを参照）の形をしており、ここで有利には、ウィンドウ台座部分の三角形の横断面の２つ、むしろ３つ全ての内角β、γおよびδが出力結合条件を満たしている。
【００６３】
図示の実施例では、最大１回の全反射しか生じないことが出力結合条件によって全ての場合に確実にされているのではない。なぜならビームはウィンドウの主表面ないしは多層構造体９に対して平行にのみ伝播されるのではないからである（ビーム１ｂを参照）。しかしこのようなビーム部分に対して、出力結合に妨害を与える連続した全反射が阻止され、出力結合度（Auskoppelgrad）が全体的に高められる。
【００６４】
このことは、図７に示された図表によって証明される。ここには、論理的に計算された出力結合度ｋが示されている。すなわち、種々異なるエッジの長さｄを有する図６ａに相応するチップについて、全体的な形成されたビームに対する出力結合されたビームが示されている。線１４ないしはそれに属する測定点は、正方形の断面を有するウィンドウに対する出力結合度を示しており、線１５とそれに属する測定点は正三角形の形をした断面を有する、本発明に相応するウィンドウに対する出力結合度を示している。出力結合度は、屈折率ｎＦ＝２．７ないしｎ０＝１．５５を有するＳｉＣ基板および被覆部に対する光線追跡プログラムによって求められている。このような屈折率に対して６０°の角度は出力結合条件によって定められた角度領域内にあるので、正三角形の３つの全ての内角は出力結合条件を満たしている。
【００６５】
本発明では出力結合度の上昇が、示された全てのエッジ長領域に対して得られ、部分的には２５％を越える（正方形断面を有するウィンドウの出力結合度に関して）。従って本発明によって図６ａに相応するウィンドウ形状に対しても、ビーム出力結合が格段に改善される。
【００６６】
図示された実施例に基づく本発明の説明は、当然ながら本発明をこれに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１ａおよび図１ｂは、本発明による構成素子の実施例に対する概略的な断面図および平面図である。
【００６８】
【図２】図２ａおよび図２ｂは、本発明によるビーム放射性チップの第１および第２の実施例に対するそれぞれの概略的な部分断面図である。
【００６９】
【図３】本発明によるビーム放射性チップの第３の実施例に対する概略的な断面図である。
【００７０】
【図４】本発明によるビーム放射性チップの第４の実施例に対する概略的な斜視図である。
【００７１】
【図５】図５ａおよび図５ｂは、本発明によるビーム放射性チップの第５の実施例に対する概略的な斜視図および断面図である。
【００７２】
【図６】図６ａおよび図６ｂは、本発明によるビーム放射性チップの第６の実施例に対する概略的な断面図および斜視図である。
【００７３】
【図７】本発明によるビーム放射性チップの第７の実施例に対する出力結合度を、従来技術によるビーム放射性チップと比較して概略的に示している。
【００７４】
【図８】従来技術によるビーム放射性チップの概略的な断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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