發(fā)射極化輻射的半導(dǎo)體芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，包括：帶有活性區(qū)(3)的半導(dǎo)體本體(2)，該活性區(qū)發(fā)射非極化的輻射，這種輻射帶有第一極化的第一輻射部分(S1)和第二極化的第二輻射部分(S2)；格柵結(jié)構(gòu)(4)，該格柵結(jié)構(gòu)用作延遲板或極化過(guò)濾器，且使得在由半導(dǎo)體芯片(1)通過(guò)耦合輸出側(cè)(6)發(fā)射的輻射(S)中的一個(gè)輻射部分(S1、S2)相比于另一輻射部分(S2、S1)有所增加，從而半導(dǎo)體芯片(1)發(fā)射極化的輻射(S)，該極化的輻射具有增強(qiáng)的輻射部分(S1、S2)的極化，其中，減弱的輻射部分(S2、S1)保留在半導(dǎo)體芯片(1)中：光學(xué)結(jié)構(gòu)(5)，該光學(xué)結(jié)構(gòu)把保留在半導(dǎo)體芯片(1)中的減弱的輻射部分(S2、S1)的至少一部分的極化轉(zhuǎn)換為增強(qiáng)的輻射部分(S1、S2)的極化；和位于耦合輸出側(cè)(6)的對(duì)面的反射性背面(7)。
【專利說(shuō)明】發(fā)射極化輻射的半導(dǎo)體芯片
[0001]發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片由于其緊湊的尺寸和效率而成為有利的光源。然而，所產(chǎn)生的輻射由于自發(fā)性的發(fā)射而往往方向不定且非極化?？墒菍?duì)于比如LCD背景照明的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，發(fā)射極化輻射的光源是有利的。
[0002]本專利申請(qǐng)要求的優(yōu)先權(quán)為德國(guó)專利申請(qǐng)102011017196.7，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用加入至此。
[0003]在兩個(gè)公開(kāi)文獻(xiàn)DE102007062041和US2008/0035944中描述了發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，這種半導(dǎo)體芯片能發(fā)射極化的輻射。還描述了，由于其極化而不能從半導(dǎo)體芯片中耦合輸出的輻射部分在半導(dǎo)體芯片內(nèi)至少部分地通過(guò)光子回收而被重新獲得。
[0004]當(dāng)前要解決的任務(wù)在于，提出一種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，其以有效的方式產(chǎn)生極化的輻射。
[0005]該任務(wù)通過(guò)一種根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片得以解決。
[0006]根據(jù)一種實(shí)施方式，發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片包括帶有活性區(qū)的半導(dǎo)體本體，該活性區(qū)發(fā)射非極化的輻射，該非極化的輻射帶有第一極化的第一輻射部分和第二極化的第二輻射部分。發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片還包括格柵結(jié)構(gòu)，該格柵結(jié)構(gòu)用作延遲板或極化過(guò)濾器，且使得在由半導(dǎo)體芯片通過(guò)耦合輸出側(cè)發(fā)射的輻射中一個(gè)輻射部分相比于另一輻射部分有所增加，從而半導(dǎo)體芯片發(fā)射極化的輻射，該極化的輻射具有增強(qiáng)的輻射部分的極化，其中，減弱的輻射部分保留在半導(dǎo)體芯片中。此外，發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片包括光學(xué)結(jié)構(gòu)，該光學(xué)結(jié)構(gòu)把保留在半導(dǎo)體芯片中的減弱的輻射部分的至少一部分的極化轉(zhuǎn)換為增強(qiáng)的輻射部分的極化。此外，在耦合輸出側(cè)的對(duì)面布置有反射性背面。
[0007]因此，除了在活性區(qū)中的吸收過(guò)程和再發(fā)射過(guò)程，還可以通過(guò)借助光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的極化改變來(lái)重新獲得保留在半導(dǎo)體芯片中的輻射部分，該輻射部分由于其極化而不能從半導(dǎo)體芯片耦合輸出。
[0008]根據(jù)發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的一種設(shè)計(jì)，被設(shè)置用于使得在由半導(dǎo)體芯片通過(guò)耦合輸出側(cè)發(fā)射的輻射中的一個(gè)輻射部分相比于另一輻射部分有所增加的格柵結(jié)構(gòu)包括多個(gè)交替地布置的第一材料的第一格柵區(qū)域和第二材料的第二格柵區(qū)域。相同材料的格柵區(qū)域相互間的間距特別是小于由活性區(qū)產(chǎn)生的輻射的波長(zhǎng)。該間距優(yōu)選被選擇為，使得格柵結(jié)構(gòu)喪失其衍射特性。格柵結(jié)構(gòu)由此表現(xiàn)得就像均勻的、具有一致的折射率的介質(zhì)。
[0009]根據(jù)一種優(yōu)選的改進(jìn)，第一和第二格柵區(qū)域被構(gòu)造為條形且相互平行地布置。第一和第二格柵區(qū)域的寬度應(yīng)占據(jù)相同材料的格柵區(qū)域相互跟隨的間距的一小部分。這種小的結(jié)構(gòu)例如可以通過(guò)比如全息平版印刷術(shù)的平版印刷工藝或者納米壓印方法來(lái)制造。
[0010]根據(jù)第一變型方案，格柵結(jié)構(gòu)用作延遲板。在此情況下，格柵結(jié)構(gòu)特別是相當(dāng)于一種雙折射的介質(zhì)。在此，平行于條形格柵區(qū)域被極化的輻射部分與垂直于條形格柵區(qū)域被極化的輻射部分相比經(jīng)受了不同的有效折射率。當(dāng)經(jīng)由格柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行透射時(shí)，第一輻射部分優(yōu)選經(jīng)歷不同于第二輻射部分的相移。格柵結(jié)構(gòu)的厚度例如可以被選擇為，使得第一輻射部分在兩次穿過(guò)該延遲板的情況下經(jīng)歷Π (Pi)相移，而第二輻射部分經(jīng)歷不同于Π的相移。[0011]用作延遲板的格柵結(jié)構(gòu)優(yōu)選布置在半導(dǎo)體芯片的活性區(qū)與反射性背面之間。在調(diào)節(jié)活性區(qū)與反射性背面之間的合適的間距時(shí)要考慮由活性區(qū)發(fā)射且在背面處被反射的輻射在活性區(qū)與背面之間經(jīng)歷的整個(gè)相移。活性區(qū)與反射性背面之間的間距特別是被調(diào)節(jié)為，使得通過(guò)相同極化的輻射的干涉而使得一個(gè)輻射部分增強(qiáng)且另一輻射部分減弱。例如，該間距被調(diào)節(jié)為，使得第一輻射部分在Π相移情況下發(fā)生促進(jìn)性的干涉，而第二輻射部分則發(fā)生破壞性的干涉。
[0012]根據(jù)一種優(yōu)選的變型方案，第一輻射部分垂直于條形格柵區(qū)域被極化。此外，第二輻射部分平行于條形格柵區(qū)域被極化。
[0013]有利地，垂直極化的輻射部分沿垂直方向、即垂直于耦合輸出側(cè)輻射出去，而平行極化的輻射部分沿水平方向、即平行于耦合輸出側(cè)輻射出去。
[0014]因此，按照該變型方案，半導(dǎo)體芯片發(fā)射垂直極化的輻射。
[0015]根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，用作延遲板的格柵結(jié)構(gòu)的第一或第二格柵區(qū)域由一種對(duì)于在活性區(qū)中產(chǎn)生的輻射來(lái)說(shuō)可被透過(guò)的材料構(gòu)成。第一或第二格柵區(qū)域例如可以由Si02、GaAs、AlGaAs、InGaAlP 或 GaN 構(gòu)成。
[0016]第一格柵區(qū)域優(yōu)選通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體本體表面的蝕刻而制造，從而第一格柵區(qū)域由半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。第二格柵區(qū)域是第一格柵區(qū)域之間的充有氣體、特別是空氣的空隙。針對(duì)于第二格柵區(qū)域，也可以考慮采用不同的透明填充材料，例如TCO(Transparent Conductive Oxide,透明導(dǎo)電氧化物)。
[0017]根據(jù)第二變型方案，格柵結(jié)構(gòu)用作極化過(guò)濾器。優(yōu)選一個(gè)輻射部分在用作極化過(guò)濾器的格柵結(jié)構(gòu)處被透射，而另一輻射部分則被反射。
[0018]格柵結(jié)構(gòu)的第一格柵區(qū)域特別是含有金屬，或者由金屬構(gòu)成。第二格柵區(qū)域例如可以是第一格柵區(qū)域之間的充有氣體、特別是空氣的空隙。借助含有金屬或者由金屬構(gòu)成的條形格柵區(qū)域，平行極化的輻射部分被反射，而垂直極化的輻射部分則被透射。
[0019]第一輻射部分尤其可以垂直極化，而第二輻射部分平行極化。
[0020]根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，用作極化過(guò)濾器的格柵結(jié)構(gòu)布置在半導(dǎo)體本體的耦合輸出側(cè)的表面上。在該實(shí)施方式中，光學(xué)結(jié)構(gòu)有利地布置在半導(dǎo)體本體耦合輸出側(cè)的表面與極化過(guò)濾器之間。光學(xué)結(jié)構(gòu)在此情況下尤其被構(gòu)造成延遲板。
[0021]替代地，用作極化過(guò)濾器的格柵結(jié)構(gòu)也可以布置在活性區(qū)與反射性背面之間。在此情況下，特別是平行極化的輻射部分被格柵結(jié)構(gòu)反射，而垂直極化的輻射則被透射且被反射性背面反射。如果要增強(qiáng)平行極化的輻射部分，就特別是調(diào)節(jié)活性區(qū)與格柵結(jié)構(gòu)之間的間距，使得平行極化的輻射部分發(fā)生促進(jìn)性的干涉。如果要增強(qiáng)垂直極化的輻射部分，就特別是調(diào)節(jié)活性區(qū)與反射性背面之間的間距，使得垂直極化的輻射部分發(fā)生促進(jìn)性的干涉。
[0022]根據(jù)一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)，用作極化過(guò)濾器的格柵結(jié)構(gòu)是一種用于電流擴(kuò)展的接觸結(jié)構(gòu)。在這種情況下，格柵結(jié)構(gòu)優(yōu)選布置在半導(dǎo)體芯片的耦合輸出側(cè)上，從而可以從外面例如借助接觸導(dǎo)線直接電接觸格柵結(jié)構(gòu)。
[0023]被設(shè)置用于改變保留在半導(dǎo)體芯片中的輻射部分的極化的光學(xué)結(jié)構(gòu)可以像格柵結(jié)構(gòu)那樣是一種延遲板。光學(xué)結(jié)構(gòu)還可以是隨機(jī)粗糙化的結(jié)構(gòu)，但也可以是預(yù)定的結(jié)構(gòu)。
[0024]光學(xué)結(jié)構(gòu)尤其在半導(dǎo)體芯片內(nèi)部布置在f禹合輸出側(cè)與背面之間。[0025]根據(jù)一種優(yōu)選的實(shí)施方式，光學(xué)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)化的區(qū)域，這些區(qū)域在與格柵結(jié)構(gòu)延伸所在的平面平行的平面中延伸，其中，結(jié)構(gòu)化的區(qū)域橫向于格柵結(jié)構(gòu)的格柵區(qū)域伸展。結(jié)構(gòu)化的區(qū)域因而并不平行于格柵區(qū)域布置。結(jié)構(gòu)化的區(qū)域與格柵區(qū)域夾成一個(gè)大于0°而小于90°的角度。該角度優(yōu)選為45°。保留在半導(dǎo)體芯片中的、被結(jié)構(gòu)化的區(qū)域反射的輻射部分在此情況下特別是經(jīng)歷了 90°的極化轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)化的區(qū)域優(yōu)選至少部分地相互平行地布置。
[0026]光學(xué)結(jié)構(gòu)例如可以按照延遲板的類(lèi)型來(lái)設(shè)計(jì)，就像雙折射的介質(zhì)一樣，這種介質(zhì)帶有交替地布置的折射率不同的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域。結(jié)構(gòu)化的區(qū)域還可以是凹槽，這些凹槽開(kāi)設(shè)在半導(dǎo)體本體的半導(dǎo)體層中。凹槽可以充有氣體、特別是空氣。
[0027]根據(jù)另一有利的實(shí)施方式，光學(xué)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)化的區(qū)域，所述結(jié)構(gòu)化的區(qū)域帶有傾斜的側(cè)面，這些側(cè)面以大于0°而小于90°的角度相對(duì)于格柵結(jié)構(gòu)延伸所在的平面傾斜地伸展。該角度優(yōu)選為45°。保留在半導(dǎo)體芯片中的輻射部分在兩個(gè)相鄰的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面上被反射的情況下特別是經(jīng)歷了 90°的極化轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)化的區(qū)域優(yōu)選被構(gòu)造成棱柱體或金字塔。它們例如可以被蝕刻到半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體層中。
[0028]根據(jù)一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)，反射性背面設(shè)有光學(xué)結(jié)構(gòu)。在此情況下例如可以給半導(dǎo)體本體的背側(cè)表面設(shè)置光學(xué)結(jié)構(gòu)，并涂敷上反射層，從而由此形成帶有光學(xué)結(jié)構(gòu)的反射性背面。
[0029]下面借助實(shí)施例及相關(guān)附圖詳細(xì)闡述這里描述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片。
[0030]圖1A以示意性的橫剖視圖示出這里描述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的第一實(shí)施例。圖1B示出圖1A中含有的格柵結(jié)構(gòu)的放大的透視視圖。
[0031]圖2A和2B示出曲線圖，其帶有格柵結(jié)構(gòu)的有效折射率和厚度的值。
[0032]圖3A以示意性的橫剖視圖示出這里描述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的第二實(shí)施例。圖3B示出圖3A中含有的格柵結(jié)構(gòu)的示意性的俯視圖。
[0033]圖4以示意性的橫剖視圖示出這里描述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的第三實(shí)施例。
[0034]圖5A和5B、6、7、8A和8B示出這里描述的光學(xué)結(jié)構(gòu)的其它實(shí)施例。
[0035]相同的、同類(lèi)的或相同作用的部件在這些附圖中標(biāo)有相同的附圖標(biāo)記。
[0036]圖1A中示出的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片I的第一實(shí)施例具有半導(dǎo)體本體2，該半導(dǎo)體本體包括多個(gè)由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的層。這種半導(dǎo)體材料可以是基于氮化物或砷化物的化合物半導(dǎo)體，其在當(dāng)前的含義是，至少一層含有AlnGamlnl-n-mN或AlnGamlnl-n-mAs，其中，O≤η≤1、0≤m≤I且n+m≤I。半導(dǎo)體芯片I尤其是薄膜半導(dǎo)體芯片，也就是說(shuō)，用于制造半導(dǎo)體本體2的生長(zhǎng)襯底被去除了，或者至少劇烈削薄了。
[0037]為了產(chǎn)生輻射，半導(dǎo)體本體2具有活性區(qū)3。該活性區(qū)3包括pn結(jié)，在最簡(jiǎn)單的情況下，該P(yáng)n結(jié)由直接鄰接的P型導(dǎo)電的和η型導(dǎo)電的半導(dǎo)體層構(gòu)成。優(yōu)選在P型導(dǎo)電的和η型導(dǎo)電的半導(dǎo)體層之間構(gòu)造真正的產(chǎn)生輻射的層，其形式比如為摻雜的或未摻雜的量子層。該量子層可以成型為單量子講結(jié)構(gòu)(SQW, Single Quantum Well)或多量子講結(jié)構(gòu)(MQW,Multiple Quantum Well),或者也可以成型為量子線或量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)。活性區(qū)3發(fā)射非極化的輻射，這種非極化的輻射帶有第一極化的第一輻射部分SI和第二極化的第二輻射部分S2。
[0038]為了使得在由半導(dǎo)體芯片I通過(guò)耦合輸出側(cè)6發(fā)射的輻射S中的一個(gè)輻射部分S1、S2相比于另一輻射部分S2、SI有所增加，半導(dǎo)體芯片I具有格柵結(jié)構(gòu)4。按照該實(shí)施例，格柵結(jié)構(gòu)4用作延遲板。在此情況下，當(dāng)經(jīng)由用作延遲板的格柵結(jié)構(gòu)4透射時(shí)，針對(duì)第一輻射部分SI可以實(shí)現(xiàn)不同于針對(duì)第二輻射部分S2的相移。
[0039]格柵結(jié)構(gòu)4設(shè)置在活性區(qū)3與反射性背面7之間。朝向反射性背面7發(fā)射的輻射部分因而在其到達(dá)耦合輸出側(cè)6之前兩次經(jīng)過(guò)格柵結(jié)構(gòu)4。
[0040]活性區(qū)與反射性背面7之間的間距d被調(diào)節(jié)為，使得由該間距d和格柵結(jié)構(gòu)4引起的全部相移對(duì)于一個(gè)輻射部分S1、S2導(dǎo)致促進(jìn)性的干涉，而對(duì)于另一輻射部分S2、SI則導(dǎo)致破壞性的干涉，從而一個(gè)福射部分S1、S2被增強(qiáng)，而另一福射部分S2、S1被減弱。格柵結(jié)構(gòu)4尤其是λ /4-小板，其針對(duì)第一輻射部分SI導(dǎo)致Π相移。間距d優(yōu)選被調(diào)節(jié)為，使得第一福射部分SI被增強(qiáng),而第二福射部分S2被減弱。此外,第一福射部分SI特別是被垂直極化，且具有在垂直方向上的、即垂直于I禹合輸出側(cè)6的主要福射方向。而第二福射部分S2特別是被平行極化，且具有在水平方向上的、即平行于耦合輸出側(cè)6的主要輻射方向。由半導(dǎo)體芯片I發(fā)射的輻射S因而基本上被垂直極化。
[0041]為了把留在半導(dǎo)體芯片I中的減弱的輻射部分S2、S1的至少一部分的極化改變?yōu)樵鰪?qiáng)的輻射部分S1、S2的極化，半導(dǎo)體芯片I具有光學(xué)結(jié)構(gòu)5。根據(jù)圖1A中所示的實(shí)施例，該光學(xué)結(jié)構(gòu)5是隨機(jī)粗糙化的結(jié)構(gòu)。光學(xué)結(jié)構(gòu)5例如可以通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體本體2的半導(dǎo)體層的蝕刻來(lái)制造。這種光學(xué)結(jié)構(gòu)5可以如所示那樣位于半導(dǎo)體芯片I的內(nèi)部，或者可以位于半導(dǎo)體芯片I的表面上。
[0042]圖1A中所示的格柵結(jié)構(gòu)4的特性將結(jié)合圖1B、2A和2b予以詳細(xì)闡述。
[0043]如圖1B中所示，格柵結(jié)構(gòu)4具有多個(gè)交替地布置的第一格柵區(qū)域4a和第二格柵區(qū)域4b。第一格柵區(qū)域4a由與第二格柵區(qū)域4b不同的材料構(gòu)成，且具有與其不同的折射率。兩個(gè)格柵區(qū)域4a、4b有利地含有能被輻射透過(guò)的材料。特別地，第一格柵區(qū)域4a由半導(dǎo)體本體2的半導(dǎo)體材料例如GaN或GaAs構(gòu)成。第二格柵區(qū)域4b是第一格柵區(qū)域4b之間的空隙，且可以充有氣體、例如空氣，或者含有能被輻射透過(guò)的氧化物比如Si02或含有TCO。
[0044]根據(jù)所示實(shí)施例，第一格柵區(qū)域4a被構(gòu)造為條形。兩個(gè)相繼的第一格柵區(qū)域4a之間的間距a小于由活性區(qū)3發(fā)射的輻射的波長(zhǎng)。同樣，第一格柵區(qū)域4a的寬度b小于由活性區(qū)3發(fā)射的輻射的波長(zhǎng)。相應(yīng)的情況優(yōu)選適用于第二格柵區(qū)域4b。由于較小的間距a，格柵結(jié)構(gòu)4喪失了其衍射特性，并且表現(xiàn)得就像均勻的、具有一致的折射率的介質(zhì)。
[0045]所示的格柵結(jié)構(gòu)4的特性是，平行于格柵區(qū)域4a、4b極化的輻射與垂直于格柵區(qū)域4a、4b極化的輻射相比經(jīng)受了不同的有效折射率。格柵結(jié)構(gòu)4具有雙折射的特性。
[0046]在圖2A的曲線圖中，在曲線I中繪出了一種可能格柵結(jié)構(gòu)的在平行于格柵區(qū)域的方向上的有效折射率ne的計(jì)算的值，在曲線2中繪出了該格柵結(jié)構(gòu)的在垂直于格柵區(qū)域的方向上的有效折射率ne的計(jì)算的值。曲線3表示兩條曲線I和2的差。有效折射率ne的值與參數(shù)C相關(guān)地被給出，該參數(shù)C給出第一格柵區(qū)域的寬度b與兩個(gè)相繼的第一格柵區(qū)域的間距a的比例。如果寬度b與間距a—樣大(C=O)，格柵結(jié)構(gòu)就過(guò)渡為非結(jié)構(gòu)化的、由唯一的一種材料構(gòu)成的均勻介質(zhì)。根據(jù)圖2A的實(shí)施例，第一格柵區(qū)域由折射率為3.5的GaAs構(gòu)成。第二格柵區(qū)域是充有空氣的空隙。對(duì)于C=O的情況，有效折射率ne等于第一格柵區(qū)域的折射率，即等于GaAs的折射率。對(duì)于C=I的情況，有效折射率ne等于第二格柵區(qū)域的折射率，即等于空氣的折射率。在C=0.33時(shí)，平行于格柵區(qū)域和垂直于格柵區(qū)域的有效折射率ne之間的差最大。有效折射率ne的兩個(gè)值nopt是計(jì)算格柵結(jié)構(gòu)的合適厚度的依據(jù)。
[0047]圖2B的曲線圖與參數(shù)C相關(guān)地示出格柵結(jié)構(gòu)的厚度h的計(jì)算的值。對(duì)于垂直極化的、波長(zhǎng)為1000nm的輻射的所希望的Π相移來(lái)說(shuō)，在C=0.33時(shí)，厚度h ^ 0.2 μ m。
[0048]在圖3A中示出發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片I的第二實(shí)施例，其具有與第一實(shí)施例相應(yīng)的部件。與第一實(shí)施例相反，格柵結(jié)構(gòu)4用作極化過(guò)濾器。在此情況下，一個(gè)輻射部分S1、S2在格柵結(jié)構(gòu)4處被透射，而另一輻射部分S2、SI則被反射。
[0049]根據(jù)該第二實(shí)施例，格柵結(jié)構(gòu)4具有第一格柵區(qū)域4a，該第一格柵區(qū)域含有金屬或者由金屬構(gòu)成。第一格柵區(qū)域4a尤其可以由金構(gòu)成。第二格柵區(qū)域4b是第一格柵區(qū)域4a之間的空隙，且充有氣體、特別是空氣。第一格柵區(qū)域4a被構(gòu)造為條形。借助條形的第一格柵區(qū)域4a，平行極化的輻射部分S2被反射，而垂直極化的輻射部分SI被透射。
[0050]在波長(zhǎng)為1000nm時(shí)，第一格柵區(qū)域4a之間的間距有利地為200nm。第一格柵區(qū)域4a的有利的寬度在此情況下為60nm。
[0051]格柵結(jié)構(gòu)4被施加在半導(dǎo)體本體2的耦合輸出側(cè)的表面10上。在活性區(qū)3的與格柵結(jié)構(gòu)4相對(duì)的側(cè)上布置著光學(xué)結(jié)構(gòu)5。替代地，該光學(xué)結(jié)構(gòu)5可以布置在半導(dǎo)體本體2的率禹合輸出側(cè)的表面10與格 柵結(jié)構(gòu)4之間。
[0052]按照第二實(shí)施例，光學(xué)結(jié)構(gòu)5按照延遲板的類(lèi)型來(lái)構(gòu)造，該延遲板相當(dāng)于一種雙折射的介質(zhì)(未示出)，這種介質(zhì)帶有交替地布置的折射率不同的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域。這些結(jié)構(gòu)化的區(qū)域尤其被構(gòu)造為條形。結(jié)構(gòu)化的區(qū)域還有利地在與格柵結(jié)構(gòu)4延伸所在平面平行的平面中延伸，其中，結(jié)構(gòu)化的區(qū)域橫向于格柵區(qū)域4a伸展，并與該格柵區(qū)域夾成一個(gè)大于0°而小于90°、優(yōu)選為45°的角度。由此可以使得在格柵結(jié)構(gòu)4上被反射的平行極化的輻射部分S2的極化特別是轉(zhuǎn)動(dòng)了 90°。極化被轉(zhuǎn)動(dòng)了的該輻射部分于是被垂直極化，且可以從半導(dǎo)體芯片I耦合輸出。
[0053]第二實(shí)施例的設(shè)置在耦合輸出側(cè)的表面10上的格柵結(jié)構(gòu)4同時(shí)用作接觸結(jié)構(gòu)。如圖3B在半導(dǎo)體芯片的俯視圖中所示，格柵結(jié)構(gòu)4設(shè)有接觸墊片8和接觸臂9，它們使得第一格柵區(qū)域4a相互連接。借助接觸臂9可以給第一格柵區(qū)域4a供應(yīng)電流，并使得電流分布在整個(gè)耦合輸出側(cè)的表面上。
[0054]圖4示出發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片I的第三實(shí)施例。在此情況下，反射性背面7設(shè)有光學(xué)結(jié)構(gòu)5。該光學(xué)結(jié)構(gòu)5具有“之”字形地結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a，這些結(jié)構(gòu)化的區(qū)域適合于把到達(dá)的、在格柵結(jié)構(gòu)4上被反射的第二輻射部分S2的極化至少部分地轉(zhuǎn)換為第一輻射部分SI的極化，從而可以實(shí)現(xiàn)從半導(dǎo)體芯片I進(jìn)行耦合輸出。為了制造光學(xué)結(jié)構(gòu)5，半導(dǎo)體本體2的背側(cè)的表面可以被結(jié)構(gòu)化且設(shè)有反射性涂層。
[0055]在圖5A中以半導(dǎo)體芯片I的俯視圖示出了光學(xué)結(jié)構(gòu)5的另一實(shí)施例。結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a是凹槽，其形式尤其為細(xì)長(zhǎng)的相互平行地伸展的溝槽。這些凹槽優(yōu)選被蝕刻到半導(dǎo)體本體2的背側(cè)表面中(參見(jiàn)圖5B)。結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a在與格柵結(jié)構(gòu)4延伸所在平面平行的平面中延伸，其中，結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a橫向于格柵區(qū)域4a伸展，并與該格柵區(qū)域夾成一個(gè)大于0°而小于90°、優(yōu)選為45°的角度α。在該實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a具有傾斜的側(cè)面11，其中，這些側(cè)面11相對(duì)于格柵結(jié)構(gòu)4延伸所在的平面傾斜地伸展。[0056]圖6和7以半導(dǎo)體芯片的俯視圖示出了光學(xué)結(jié)構(gòu)5的其它實(shí)施例。在此情況下，光學(xué)結(jié)構(gòu)5具有第一定向的多個(gè)平行地伸展的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a和第二定向的多個(gè)平行地伸展的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a。第一定向的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a相對(duì)于第二定向的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a橫向地、特別是垂直地伸展。第一格柵區(qū)域4a既與第一定向的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a又與第二定向的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a夾成大于0°而小于90°、優(yōu)選為45°的角度α。結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a被構(gòu)造為凹槽，其形式尤其為細(xì)長(zhǎng)的溝槽。按照?qǐng)D6的實(shí)施例，這些凹槽具有中斷部。第二定向的凹槽穿過(guò)第一定向的凹槽的中斷部伸展。按照?qǐng)D7的實(shí)施例，這些凹槽貫通地延伸，從而第一定向的凹槽與第二定向的凹槽相交。
[0057]圖8A以半導(dǎo)體芯片的俯視圖示出了光學(xué)結(jié)構(gòu)5的另一實(shí)施例。圖8B為此示出側(cè)視圖。光學(xué)結(jié)構(gòu)5具有被構(gòu)造成棱柱體的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a。這些棱柱體例如可以被蝕刻到半導(dǎo)體本體中。
[0058]這些棱柱體相互平行地布置。這些棱柱體還橫向于格柵結(jié)構(gòu)的格柵區(qū)域伸展(未示出)，并與該格柵區(qū)域夾成大于0°而小于90°、優(yōu)選為45°的角度α(參見(jiàn)圖8A)。棱柱體具有傾斜的側(cè)面11 (參見(jiàn)圖2Β)。這些側(cè)面以大于0°而小于90°、優(yōu)選為45°的角度β相對(duì)于格柵結(jié)構(gòu)延伸所在的平面傾斜地伸展?？梢杂欣厥沟玫竭_(dá)的輻射部分S2的極化通過(guò)在兩個(gè)相鄰的結(jié)構(gòu)化的區(qū)域5a的兩個(gè)彼此相對(duì)的側(cè)面11上被反射而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。特別地，平行極化的輻射通過(guò)光學(xué)結(jié)構(gòu)5而轉(zhuǎn)換為垂直極化的輻射。
[0059]需要指出，光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述實(shí)施例可以分別與格柵結(jié)構(gòu)的不同實(shí)施例相組合。另夕卜，本發(fā)明并不因借助實(shí)施例進(jìn)行的描述而受限。確切地說(shuō)，本發(fā)明包括任何新的特征以及任何特征組合，其特別是含有權(quán)利要求書(shū)中的任何特征組合，即使該特征或該組合本身未明確地記載在權(quán)利要求書(shū)或?qū)嵤├小?br> 【權(quán)利要求】
1.發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，包括: -帶有活性區(qū)(3)的半導(dǎo)體本體(2)，該活性區(qū)發(fā)射非極化的輻射，所述非極化的輻射帶有第一極化的第一輻射部分(SI)和第二極化的第二輻射部分(S2): -格柵結(jié)構(gòu)(4)，該格柵結(jié)構(gòu)用作延遲板或極化過(guò)濾器，且使得在由半導(dǎo)體芯片(I)通過(guò)耦合輸出側(cè)(6)發(fā)射的輻射(S)中的一個(gè)輻射部分(S1、S2)相比于另一輻射部分(S2、SI)有所增加，從而半導(dǎo)體芯片(I)發(fā)射極化的輻射(S)，該極化的輻射具有增強(qiáng)的輻射部分(S1、S2)的極化，其中，減弱的輻射部分(S2、S1)保留在半導(dǎo)體芯片(I)中； -光學(xué)結(jié)構(gòu)(5)，該光學(xué)結(jié)構(gòu)把保留在半導(dǎo)體芯片(I)中的減弱的輻射部分(S2、S1)的至少一部分的極化轉(zhuǎn)換為增強(qiáng)的輻射部分(S1、S2)的極化；和 -位于耦合輸出側(cè)(6)的對(duì)面的反射性背面(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，格柵結(jié)構(gòu)(4)包括多個(gè)交替地布置的、第一材料的第一格柵區(qū)域(4a)和第二材料的第二格柵區(qū)域(4b)，并且相同材料的格柵區(qū)域(4)相互間的間距(a)小于由活性區(qū)(3)產(chǎn)生的輻射的波長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，第一和第二格柵區(qū)域(4a、4b)被構(gòu)造為條形且相互平行地布置。
4.如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，用作延遲板的格柵結(jié)構(gòu)(4)的第一或第二格柵區(qū)域(4a、4b)由對(duì)于在活性區(qū)(3)中產(chǎn)生的輻射來(lái)說(shuō)能被透過(guò)的材料、特別是 Si02、Ga As、AlGaAs、InGaAlP 或 GaN 構(gòu)成。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，當(dāng)經(jīng)由用作延遲板的格柵結(jié)構(gòu)(4)透射時(shí)，第一輻射部分(SI)經(jīng)歷不同于第二輻射部分(S2)的相移。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，用作延遲板的格柵結(jié)構(gòu)(4)布置在半導(dǎo)體芯片(I)的活性區(qū)(3)與反射性背面(7)之間，并且活性區(qū)(3)與反射性背面(7)之間的間距(d)被調(diào)節(jié)為，使得通過(guò)相同極化的輻射的干涉而使得所述一個(gè)輻射部分(S1、S2)增強(qiáng)且所述另一輻射部分(S2、S1)減弱。
7.如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，用作極化過(guò)濾器的格柵結(jié)構(gòu)(4)的第一格柵區(qū)域(4a)含有金屬或者由金屬構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，所述一個(gè)輻射部分(S1、S2)在用作極化過(guò)濾器的格柵結(jié)構(gòu)(4)處被透射，而所述另一輻射部分(S2、S1)則被反射。
9.如權(quán)利要求7或8所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，用作極化過(guò)濾器的格柵結(jié)構(gòu)(4)布置在半導(dǎo)體本體(2)的耦合輸出側(cè)的表面(10)上。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，格柵結(jié)構(gòu)(4)是用于電流擴(kuò)展的接觸結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求2-10中任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，其中，光學(xué)結(jié)構(gòu)(5)具有結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(5a)，這些結(jié)構(gòu)化的區(qū)域在與格柵結(jié)構(gòu)(4)延伸所在的平面平行的平面中延伸，其中，結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(4a)橫向于格柵區(qū)域(5a)伸展,并與該格柵區(qū)域夾成一個(gè)大于0°而小于90°、優(yōu)選為45°的角度U)。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(5a)至少部分地相互平行地布置。
13.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，光學(xué)結(jié)構(gòu)(5)具有結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(5a)，所述結(jié)構(gòu)化的區(qū)域帶有傾斜的側(cè)面(11)，這些側(cè)面以大于0°而小于90°、優(yōu)選為45°的角度(β)相對(duì)于格柵結(jié)構(gòu)(4)延伸所在的平面傾斜地伸展。
14.如權(quán)利要求13所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(5a)被構(gòu)造成棱柱體或金字塔。
15.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(I)，其中，反射性背面(7)設(shè)有光 學(xué)結(jié)構(gòu)(5)。
【文檔編號(hào)】H01L33/58GK103733364SQ201280018724
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月15日
【發(fā)明者】H·林德貝格 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司