[发明专利]发射偏振辐射的半导体器件

说明书

本发明涉及一种半导体器件，其发射带有第一偏振方向的偏振辐射。

本专利申请要求德国专利申请10 2007 060 202.4的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

发射辐射的半导体器件例如发光二极管由于其紧凑的大小和效率是有利的光源。然而所产生的辐射由于自发的发射而大多数是非偏振的。然而例如LCD背光照明的应用要求偏振辐射。在传统的光学系统情况下，因此由发光二极管产生的辐射通过设置在发光二极管之后的外部的偏振滤光器来偏振。然而这有悖于紧凑的构造。此外，在这些系统的情况下通常损失了未透射的辐射，也即这种辐射在系统中未被继续使用，由此影响了系统的效率。

一个要解决的任务是，提出一种半导体器件，其以有效的方式产生偏振辐射。该任务通过根据权利要求1的发射偏振辐射的半导体器件来解决。

半导体器件的有利的改进方案在从属权利要求中进行说明。

根据本发明的一个优选的实施形式，发射具有第一偏振方向的偏振辐射的半导体器件具有：芯片壳体；半导体芯片，其设置在芯片壳体中并且产生非偏振的辐射；以及远离芯片的、集成到芯片壳体中的偏振滤光器，该偏振滤光器在优先方向上设置在半导体芯片之后并且将半导体芯片发出的辐射划分为带有第一偏振方向的第一辐射部分和带有第二偏振方向的第二辐射部分，其中远离芯片的偏振滤光器对于第一辐射部分具有比对于第二辐射部分高的透射度。

优选的是，第一辐射部分主要通过远离芯片的偏振滤光器来透射，而第二辐射部分在远离芯片的偏振滤光器上大部分被反射。特别地，被反射的第二辐射部分在远离芯片的偏振滤光器上反射之后又到达芯片壳体中。在那里可以进行反射过程，或者在半导体芯片中可以出现吸收和再发射过程，这些过程导致重新得到反射的第二辐射部分。在该过程的期间，可能改变偏振方向，使得被反射的第二辐射部分的一部分于是具有第一偏振方向。光束于是在该半导体器件中或者在芯片壳体中理想地四处传播，直到其以第一偏振方向投射到偏振滤光器上并且可以耦合输出。或者光束被半导体芯片吸收并且以第一偏振方向来再发射并且由此可以耦合输出。

与传统的带有发射辐射的半导体器件和外部的偏振滤光器的光学系统相比，借助该半导体器件可提高效率，因为可以重新得到被反射的第二辐射部分。

这也适用于本发明的其他实施形式，其中在半导体芯片的朝向远离芯片的偏振滤光器的表面上设置有接近芯片的偏振滤光器，其中接近芯片的偏振滤光器对于第一辐射部分具有比对于第二辐射部分高的透射度。借助接近芯片的偏振滤光器，于是已经可以进行第一滤光，其中优选的是第一辐射部分主要通过接近芯片的偏振滤光器来透射，而第二辐射部分在接近芯片的偏振滤光器上被大部分反射回半导体芯片中并且在那里可以通过吸收和再发射来重新获得。

透射的辐射部分投射到远离芯片的偏振滤光器上，在那里被滤光，其中可以进行如上所述的相同过程。

有利的是，在该实施形式中，半导体器件可以发射比在具有仅仅一个偏振滤光器的实施形式中更多地偏振的辐射。

然而制造较为费事，因为与较大的远离芯片的偏振滤光器相比，较难制造较小的接近芯片的偏振滤光器。

“远离芯片”在此理解为，偏振滤光器并非直接与半导体芯片邻接。相应地，“接近芯片”意味着偏振滤光器与半导体芯片邻接。

在此，半导体芯片尤其是由外延生长的半导体层的层堆叠来形成，其中该层堆叠具有用于产生波长λ的辐射的有源区。

有源区包括产生辐射的pn结。在最简单的情况中，该pn结可以借助彼此直接邻接的p导电的或者n导电的半导体层来构成。然而也可以在p导电的半导体层和n导电的半导体层之间设置实际的产生辐射的层，譬如掺杂的或者未掺杂的量子层。量子层可以构建为单量子阱结构(SQW，Single Quantum Well)，或者多量子阱结构(MQW，MultipleQuantum Well)，或者也可以构建为量子线或者量子点结构。

根据一个优选的扩展方案，半导体芯片的层堆叠包括氮化物化合物半导体，即层堆叠尤其是具有Al_xGa_yIn_1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。在此，该材料并不一定具有根据上式的数学上精确的组分。而是，其可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成部分，它们基本上不改变Al_xGa_yIn_1-x-yN材料的典型的物理特性。然而出于清楚的原因，上式仅仅包含晶格的主要组成部分(Al，Ga，In，N)，即使它们可以部分被少量的其他材料替代。