-
Die
Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das polarisierte Strahlung
mit einer ersten Polarisationrichtung emittiert.
-
Strahlung
emittierende Halbleiterbauelemente wie zum Beispiel Leuchtdioden
sind wegen ihrer kompakten Größe und Effizienz
vorteilhafte Lichtquellen. Allerdings ist die erzeugte Strahlung
aufgrund spontaner Emission meist unpolarisiert. Jedoch erfordern
Anwendungen wie zum Beispiel die LCD-Hinterleuchtung polarisierte
Strahlung. Bei herkömmlichen
optischen Systemen wird daher die von den Leuchtdioden erzeugte
Strahlung durch ein den Leuchtdioden nachgeordnetes externes Polarisationsfilter
polarisiert. Dies steht aber einem kompakten Aufbau entgegen. Außerdem geht
bei diesen Systemen typischerweise die nicht durchgelassene Strahlung
verloren, das heißt
sie wird im System nicht weiter genutzt, worunter die Effizienz
des Systems leidet.
-
Eine
zu lösende
Aufgabe besteht vorliegend darin, ein Halbleiterbauelement anzugeben,
das auf effiziente Weise polarisierte Strahlung erzeugt. Diese Aufgabe
wird durch ein polarisierte Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement
gemäß Patentanspruch 1
gelöst.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen des Halbleiterbauelements sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist das Halbleiterbauelement, das polarisierte Strahlung
mit einer ersten Polarisationrichtung emittiert, ein Chipgehäuse, einen
Halbleiterchip, der in dem Chipgehäuse angeordnet ist und unpolarisierte
Strahlung erzeugt, sowie einen chipfernen, in das Chipgehäuse integrierten
Polarisationsfilter auf, der dem Halbleiterchip in einer Vorzugsrichtung
nachgeordnet ist und die von dem Halbleiterchip ausgesandte Strahlung
in einen ersten Strahlungsanteil mit der ersten Polarisationrichtung
und einen zweiten Strahlungsanteil mit einer zweiten Polarisationrichtung
aufteilt, wobei der chipferne Polarisationsfilter für den ersten
Strahlungsanteil einen höheren
Transmissionsgrad aufweist als für
den zweiten Strahlungsanteil.
-
Vorzugsweise
wird der erste Strahlungsanteil überwiegend
durch den chipfernen Polarisationsfilter hindurch transmittiert,
während
der zweite Strahlungsanteil am chipfernen Polarisationsfilter größtenteils
reflektiert wird. Insbesondere gelangt der reflektierte zweite Strahlungsanteil
nach der Reflexion am chipfernen Polarisationsfilter wieder in das Chipgehäuse. Dort
können
Reflexionsprozesse stattfinden, oder es können Absorptions- und Reemissionsprozesse
in dem Halbleiterchip auftreten, die zu einer Wiedergewinnung des
reflektierten zweiten Strahlungsanteils führen. Im Laufe dieser Prozesse ist
eine Änderung
der Polarisationsrichtung möglich, so
dass ein Teil des reflektierten zweiten Strahlungsanteils dann die
erste Polarisationsrichtung aufweist. Ein Lichtstrahl läuft also
im Halbleiterbauelement beziehungsweise im Chipgehäuse idealerweise
solange umher, bis er mit der ersten Polarisationsrichtung auf den
Polarisationfilter auftrifft und auskoppeln kann. Oder der Lichtstrahl
wird vom Halbleiterchip absorbiert und mit der ersten Polarisationsrichtung reemittiert
und kann somit auskoppeln.
-
Im
Vergleich zu einem herkömmlichen
optischen System mit einem Strahlung emittierenden Halbleiterbauelement
und einem externen Polarisationsfilter ist mit dem vorliegenden
Halbleiterbauelement eine Effizienzsteigerung möglich, da der reflektierte
zweite Strahlungsanteil wiedergewonnen werden kann.
-
Dies
gilt auch für
eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher auf einer dem chipfernen Polarisationfilter
zugewandten Oberfläche
des Halbleiterchips ein chipnaher Polarisationsfilter angeordnet
ist, wobei der chipnahe Polarisationsfilter für den ersten Strahlungsanteil
einen höheren
Transmissionsgrad aufweist als für
den zweiten Strahlungsanteil. Mittels des chipnahen Polarisationsfilters kann
also bereits eine erste Filterung stattfinden, wobei vorzugsweise
der erste Strahlungsanteil überwiegend
durch den chipnahen Polarisationsfilter hindurch transmittiert wird,
während
der zweite Strahlungsanteil am chipnahen Polarisationsfilter größtenteils
in den Halbleiterchip zurückreflektiert
wird und dort durch Absorption und Reemission wiedergewonnen werden
kann.
-
Der
transmittierte Strahlungsanteil trifft auf den chipfernen Polarisationsfilter
auf, wird dort gefiltert, wobei die gleichen Prozesse wie oben bereits beschrieben
ablaufen können.
-
Vorteilhafterweise
kann das Halbleiterbauelment bei dieser Ausführungsform mehr polarisierte Strahlung
emittieren als bei den Ausführungsformen mit
nur einem Polarisationsfilter. Allerdings ist die Herstellung aufwändiger,
da der kleinere chipnahe Polarisationsfilter schwieriger herzustellen
ist als der chipferne größere Polarisationsfilter.
-
Unter „chipfern" ist vorliegend zu
verstehen, dass der Polarisationsfilter nicht direkt an den Halbleiterchip
angrenzt. Dementsprechend bedeutet „chipnah", dass der Polarisationsfilter an den
Halbleiterchip angrenzt.
-
Vorliegend
ist der Halbleiterchip insbesondere aus einem Schichtenstapel epitaktisch
gewachsener Halbleiterschichten gebildet, wobei der Schichtstapel
eine aktive Zone zur Erzeugung von Strahlung der Wellenlänge λ aufweist.
-
Die
aktive Zone umfasst einen Strahlung erzeugenden pn-Übergang.
Dieser pn-Übergang
kann im einfachsten Fall mittels einer p-leitenden und einer n-leitenden
Halbleiterschicht gebildet sein, die unmittelbar aneinandergrenzen.
Es kann jedoch auch zwischen der p-leitenden und der n-leitenden
Halbleiterschicht die eigentliche Strahlung erzeugende Schicht,
etwa in Form einer dotierten oder undotierten Quantenschicht, angeordnet
sein. Die Quantenschicht kann als Einfachquantentopfstruktur (SQW, Single
Quantum Well) oder Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, Multiple Quantum
Well) oder auch als Quantendraht oder Quantenpunktstruktur ausgebildet
sein.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung enthält
der Schichtenstapel des Halbleiterchips einen Nitridverbindungshalbleiter,
das heißt
der Schichtenstapel weist insbesondere AlxGayIn1-x-yN auf, wobei
0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x +
y ≤ 1. Dabei
muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung
nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere
Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen
Eigenschaften des AlxGayIn1-x-yN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der
Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese
teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
-
Der
chipferne und/oder der chipnahe Polarisationsfilter kann gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ein Metallgitter aufweisen. Vorzugsweise
ist das Metallgitter aus Metallstreifen gebildet, die zueinander
parallel verlaufen. Lichtstrahlen, die eine Polarisationsrichtung
parallel zu den Metallstreifen aufweisen, werden hierbei reflektiert,
während
Lichtstrahlen, die eine Polarisationsrichtung senkrecht zu den Metallstreifen
aufweisen, transmittiert werden. In diesem Fall entspricht also
die erste Polarisationsrichtung der Polarisationsrichtung senkrecht
zu den Metallstreifen und die zweite Polarisationsrichtung der Polarisationsrichtung
parallel zu den Metallstreifen.
-
Es
ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass die erste Polarisationsrichtung
der parallelen Polarisationsrichtung und die zweite Polarisationsrichtung
der senkrechten Polarisationsrichtung entspricht.
-
Die
Metallstreifen des Metallgitters sind vorzugsweise in einem Abstand
voneinander angeordnet, der kleiner ist als die Wellenlänge λ. Die Breite der
Metallstreifen sollte einen Bruchteil dieses Abstands ausmachen.
Derart kleine Strukturen können beispielsweise
durch lithographische Techniken oder ein Imprint-Verfahren hergestellt
werden.
-
Im
Falle des chipnahen Polarisationsfilters können die Metallstreifen unmittelbar
auf die Oberfläche
des Halbleiterchips aufgebracht werden. Im Falle des chipfernen
Polarisationsfilters ist es denkbar, die Metallstreifen auf einen Träger, beispielsweise
eine Kunststofffolie oder ein Glassubstrat, aufzubringen und diesen
am Chipgehäuse
zu befestigen.
-
Eine
weitere Realisierung eines Polarisationsfilers ist durch einen doppelbrechenden
Vielschichtfilter gegeben. Dieser weist insbesondere mindestens
eine erste doppelbrechende Schicht mit einem ersten Brechungsindex
n1 und einem zweiten Brechungsindex n und mindestens eine zweite
doppelbrechende Schicht mit einem dritten Brechungsindex n2 und
dem zweiten Brechungsindex n auf. Bevorzugterweise ist die zweite
Schicht der ersten Schicht in Abstrahlrichtung nachgeordnet. Besonders
bevorzugt weisen die erste und die zweite Schicht eine optische
Dicke von λ/4
auf.
-
Die
doppelbrechende Eigenschaft der Schichten kann beispielsweise durch
Verspannung der Schichten erzeugt werden. Insbesondere können die
Schichten in eine bestimmte Richtung gezogen werden. Bevorzugterweise
enthalten die Schichten ein Kunststoffmaterial.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Variante ist der Polarisationsfilter eine Folie, die
insbesondere ein Kunststoffmaterial enthält. Die Folie ist leicht handhabbar
und kann auf einfache Weise in das Chipgehäuse integriert werden.
-
Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Chipgehäuse eine
Ausnehmung auf, die durch eine Bodenfläche, auf welcher der Halbleiterchip montiert
ist, und wenigstens eine Seitenfläche begrenzt ist. Vorzugsweise
ist zumindest die Seitenfläche
reflektierend, d. h. sie weist einen vorteilhaft hohen Reflexionsgrad
auf. Darüber
hinaus kann auch die Bodenfläche
reflektierend sein. Durch den vorteilhaft hohen Reflexionsgrad kann
ein Großteil
des am chipfernen Polarisationsfilter reflektierten zweiten Strahlungsanteils
wiedergewonnen werden, das heißt
ein Teil des reflektierten zweiten Strahlungsanteils kann durch
Reflexionen im Chipgehäuse
oder Absorptions- und Reemissionsprozesse im Halbleiterchip die
Polarisationsrichtung ändern
und auskoppeln.
-
Weiterhin
ist eine symmetrische Form, beispielsweise eine drehsymmetrische
oder rotationssymmetrische Form, der Ausnehmung vorteilhaft. Hierdurch
können
zur Änderung
der Polarisationsrichtung geeignete Mehrflachreflexionen auftreten. Wie
im Zusammenhang mit 4 noch näher erläutert wird, sind insbesondere
mehr als zwei Reflexionen am Chipgehäuse günstig, um eine Änderung
der Polarisationsrichtung zu erzielen.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ist die Seitenfläche zumindest teilweise von
einer Reflexionsschicht bedeckt. Auch die Bodenfläche kann
zumindest teilweise von einer Reflexionsschicht bedeckt sein. Beispielsweise
ist die Reflexionsschicht eine Metallschicht. Mittels einer Metallschicht
kann ein vergleichsweise hoher Reflexionsgrad erreicht werden.
-
Die
Seitenfläche
kann glatt sein, das heißt sie
weist nur Rauhigkeitsstrukturen auf, die gegenüber der Wellenlänge λ klein sind.
Dadurch kann spiegelnde Reflexion stattfinden, das heißt der Einfallswinkel
eines auftreffenden Lichtstrahls und der Reflexionswinkel sind,
bezogen auf das Einfallslot, gleich groß.
-
Es
ist jedoch auch möglich,
dass die Seitenfläche
Unebenheiten aufweist, die gegenüber
der Wellenlänge λ groß sind.
Insbesondere ist die Seitenfläche
mittels der Unebenheiten derart aufgeraut, dass sich schräg zueinander
verlaufende glatte Teilflächen
herausbilden, welche wie Spiegelflächen wirken.
-
Vorteilhafterweise
kann durch derartige Unebenheiten eine Polarisationsdurchmischung
des am chipfernen Polarisationsfilter reflektierten zweiten Strahlungsanteils
verbessert werden.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform deckt
der chipferne Polarisationsfilter die Ausnehmung ab. Insbesondere
kann der chipferne Polarisationsfilter hierfür auf dem Chipgehäuse angeordnet werden.
Der Polarisationsfilter kann entweder auf dem Chipgehäuse aufliegen
und die Ausnehmung bedecken oder passgenau in der Ausnehmung, beispielsweise
auf einer Füllmasse,
angeordnet sein. Hierbei kann der Polarisationsfilter als Abdeckung dienen,
die den Halbleiterchip beispielsweise vor äußeren Einflüssen schützt. Sowohl durch die Anordnung
des chipfernen Polarisationsfilters auf dem Chipgehäuse als
auch durch die Anordnung in der Ausnehmung ist der Polarisationsfilter
in das Chipgehäuse
integriert.
-
Weiterhin
kann in der Ausnehmung zwischem dem chipfernen Polarisationsfilter
und dem Halbleiterchip eine Füllmasse
angeordnet sein. Vorzugsweise füllt
die Füllmasse
die Ausnehmung vollständig
aus. Typischerweise wird eine Füllmasse
verwendet, um den Halbleiterchip vor äußeren Einflüssen wie dem Eindringen von
Feuchtigkeit, Staub, Fremdkörpern,
Wasser, usw. zu schützen.
-
Beispielsweise
kann die Füllmasse
ein Füllmaterial
aufweisen, das ein Epoxidharz oder ein Silikon enthält. Mittels
eines derartigen Füllmaterials kann
ferner der Brechungsindexsprung zwischen dem Halbleiterchip und
der Umgebung verringert werden, so dass geringere Strahlungsverluste
aufgrund von Totalreflexionen am Übergang zwischen dem Halbleiterchip
und der Umgebung auftreten. Darüber
hinaus kann die Oberfläche
der Füllmasse eine
geeignete Auflagefläche
für den
Polarisationsfilter bilden.
-
Vorliegend
findet bevorzugt ein Halbleiterchip Verwendung, der in Dünnfilm-Technik
hergestellt ist. Bei der Herstellung des Dünnfilm-Halbleiterchips wird
der Schichtenstapel zunächst
auf einem Aufwachssubstrat epitaktisch aufgewachsen. Dann wird ein
Träger
auf eine dem Aufwachssubstrat gegenüber liegende Oberfläche des
Schichtenstapels aufgebracht und nachfolgend das Aufwachssubstrat
abgetrennt. Da insbesondere die für Nitridverbindungshalbleiter
verwendeten Aufwachssubstrate, beispielsweise SiC, Saphir oder GaN
vergleichsweise teuer sind, bietet dieses Verfahren insbesondere
den Vorteil, dass das Aufwachssubstrat wiederverwertbar ist.
-
Der
Dünnfilm-Halbleiterchip
ist ein Lambert'scher
Strahler mit vorteilhaft gesteigerter Auskoppeleffizienz.
-
Weitere
Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den nachfolgend in Verbindung mit den 1 bis 4 erläuterten
Ausführungsbeispielen.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung,
-
2 eine
schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung,
-
3 eine
schematische Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
eines Halbleiterbauelements gemäß der Erfindung,
-
4 eine
Illustration von Mehrfachreflexionen an Spiegelflächen.
-
Das
in der 1 dargestellte Halbleiterbauelement 1 weist
ein Chipgehäuse 2 und
einen Halbleiterchip 3 auf, der in dem Chipgehäuse 2 angeordnet
ist. Auf dem Chipgehäuse 2 ist
ein chipferner Polarisationsfilter 4 angeordnet, der eine
Ausnehmung 5 des Chipgehäuses 2 abdeckt. Der
chipferne Polarisationsfilter 4 ist in das Chipgehäuse 2 integriert.
-
Bei
dieser Ausführungsform
weist der Polarisationsfilter 4 ein Metallgitter auf, das
aus Metallstreifen 4a, die parallel zueinander verlaufen,
besteht.
-
Der
Halbleiterchip 3 ist in der Ausnehmung 5 des Chipgehäuses 2 angeordnet.
Vorzugsweise ist der Halbleiterchip 3 in eine Füllmasse
eingebettet, welche die Ausnehmung 5 vollständig ausfüllt. Die Füllmasse
enthält
insbesondere ein strahlungsdurchlässiges Füllmaterial. Beispielsweise
kann das Füllmaterial
ein Silikon oder ein Epoxidharz sein.
-
Die
Ausnehmung 5 wird durch eine innen liegende Seitenfläche 6 und
eine innen liegende Bodenfläche 7 des
Chipgehäuses 2 begrenzt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
weist die Ausnehmung 5 eine rotationssymmetrische Form,
nämlich
die Form eines sich in Richtung des Halbleiterchips 3 verjüngenden
Kegelstumpfes, auf. Die Seitenfläche 6 entspricht
also der Mantelfläche
eines Kegelstumpfes. Die Rotationssymmetrie besteht bezüglich einer
Vorzugsrichtung V. Die Ausnehmung 5 kann auch mit einer
drehsymmetrischen Form versehen sein, so dass die Ausnehmung 5 mehr
als eine Seitenfläche 6 aufweist.
-
Die
Vorzugsrichtung V ist zugleich die Richtung, in welche ein Großteil der
von dem Halbleiterbauelement 1 kommenden Strahlung emittiert
wird.
-
Vorzugsweise
ist die Seitenfläche 6 reflektierend
und dient daher als Reflektor. Zusätzlich kann auch die Bodenfläche 7 reflektierend
sein und zusammen mit der Seitenfläche 6 den Reflektor
bilden. Zur Verbesserung des Reflexionsgrads kann insbesondere die
Seitenfläche 6 mit
einer Reflexionsschicht 11 bedeckt sein. Beispielsweise
ist hierfür eine
Metallschicht geeignet.
-
Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Seitenfläche 6 glatt,
das heißt
sie weist nur Rauhigkeitsstrukturen auf, die gegenüber der
Wellenlänge λ klein sind.
Dadurch kann spiegelnde Reflexion stattfinden, das heißt der Einfallswinkel
eines auftreffenden Lichtstrahls und der Reflexionswinkel sind,
bezogen auf das Einfallslot, gleich groß.
-
Der
Halbleiterchip 3, der insbesondere ein Dünnfilm-Halbleiterchip
ist, erzeugt unpolarisierte Strahlung S, die in der Vorzugsrichtung
V auf den Polarisationsfilter 4 auftrifft. Der Polarisationsfilter 4 teilt die
unpolarisierte Strahlung S in einen ersten Strahlungsanteil S1 mit
einer ersten Polarisationrichtung und einen zweiten Strahlungsanteil
S2 mit einer zweiten Polarisationsrichtung auf, wobei der chipferne Polarisationsfilter 4 für den ersten
Strahlungsanteil S1 einen höheren
Transmissionsgrad aufweist als für den
zweiten Strahlungsanteil S2.
-
Der
erste Strahlungsanteil S1 wird also überwiegend transmittiert, während der
zweite Strahlungsanteil S2 größtenteils
reflektiert wird. Dadurch emittiert das Halbleiterbauelement 1 insgesamt
polarisierte Strahlung mit der ersten Polarisationsrichtung.
-
Der
reflektierte zweite Strahlungsanteil S2 gelangt nach der Reflexion
am chipfernen Polarisationsfilter 4 wieder in das Chipgehäuse 2.
Dort können Reflexionsprozesse
stattfinden, oder es können
Absorptions- und Reemissionsprozesse in dem Halbleiterchip 3 auftreten.
Im Laufe dieser Prozesse ist eine Änderung der Polarisationsrichtung
möglich,
so dass ein Teil des reflektierten zweiten Strahlungsanteils S2 dann
die erste Polarisationsrichtung aufweist und aus dem Halbleiterbauelement 1 auskoppeln
kann.
-
Wie
durch die gestrichelten Pfeile dargestellt ist, kann ein am Polarisationsfilter 4 reflektierter
Lichtstrahl mit der zweiten Polarisationsrichtung, der im Chipgehäuse 2 umläuft, nach
mehr als zwei Reflexionen seine Polarisationsrichtung ändern, so
dass er die erste Polarisationsrichtung aufweist. Bei einem erneuten
Auftreffen auf den Polarisationsfilter 4 kann der Lichstrahl
dann aus dem Halbleiterbauelement 1 auskoppeln. Der Lichtstrahl
kann auch vom Halbleiterchip 3 absorbiert werden und mit
der ersten Polarisationsrichtung reemittiert und damit ausgekoppelt werden
(nicht dargestellt).
-
Wie
bereits erwähnt,
weist der Polarisationsfilter 4 ein Metallgitter auf. Lichtstrahlen,
die eine Polarisationsrichtung parallel zu den Metallstreifen 4a aufweisen,
werden hierbei reflektiert, während
Lichtstrahlen, die eine Polarisationsrichtung senkrecht zu den Metallstreifen 4a aufweisen,
transmittiert werden. In diesem Fall entspricht also die erste Po larisationsrichtung
der Polarisationsrichtung senkrecht zu den Metallstreifen 4a und
die zweite Polarisationsrichtung der Polarisationsrichtung parallel
zu den Metallstreifen 4a.
-
Nachfolgend
wird die Effizienz des vorliegenden Halbleiterbauelements 1 im
Vergleich zu einem herkömmlichen
optischen System aufgezeigt, bei welchem ein externer Polarisationsfilter
verwendet wird.
-
Der
Halbleiterchip 3 weist einen diffusen Reflexionsgrad von
50% und eine Größe von 0.5
mm × 0.5
mm × 0.2
mm auf. Für
die Füllmasse
gilt ein Brechungsindex von 1.5. Für die Seitenfläche 6 ist
ein Reflexionsgrad von 90% vorgesehen. Der Durchmesser der Bodenfläche 7 beträgt 1.8 mm
und der Durchmesser der Ausnehmung 5 auf der Strahlungsaustrittsseite
beträgt
3 mm. Das Chipgehäuse 2 weist eine
mittlere Höhe
von etwa 1.5 mm auf. Der Transmissionsgrad des Polarisationsfilters 4 beträgt 50%.
-
Es
wird davon ausgegangen, dass ohne Polarisationsfilter 4 etwa
80,5% der von dem Halbleiterchip 3 erzeugten Strahlung
S aus dem Halbleiterbauelement 1 auskoppeln. Da der Transmissionsgrad des
Polarisationsfilters 4 50% beträgt, wird folglich mit Polarisationsfilter 4 die
Hälfte
der Strahlung S. also etwa 40,3%, in das Chipgehäuse 2 zurückgeschickt.
Durch Reflexionsprozesse und Absorptions- und Reemissionsprozesse
kann die Auskoppeleffizienz des Halbleiterbauelements 1 auf
durchschnittlich 52% gesteigert werden. Bei einem herkömmlichen optischen
System wird jedoch der reflektierte Strahlungsanteil nicht weiter
genutzt. Damit gehen 40,3% verloren, und die Effizienz beträgt ebenso
nur 40,3%. Die Effizienz kann also bei dem vorliegenden Halbleiterbauelement 1 gegenüber dem
herkömmlichen
optischen System um etwa 29% gesteigert werden.
-
Das
in der 2 dargestellte Halbleiterbauelement 1 weist
im Wesentlichen den gleichen Aufbau auf wie das Halbleiterbauelement 1 der 1. Der
Unterschied besteht lediglich in der Oberflächenstruktur der Seitenfläche 6.
Die Seitenfläche 6 weist Unebenheiten 8 auf,
die gegenüber
der Wellenlänge λ groß sind.
Insbesondere ist die Seitenfläche 6 mittels
der Unebenheiten 8 derart aufgeraut, dass sich schräg zueinander
verlaufende glatte Teilflächen 9 herausbilden,
welche wie Spiegelflächen
wirken. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
kann eine Auskoppeleffizienz von etwa 44.6% erzielt werden, die
also unter der beim ersten Ausführungsbeispiel
erzielbaren Auskoppeleffizienz von etwa 52% liegt. Vorteilhafterweise
kann jedoch durch derartige Unebenheiten 8 eine Polarisationsdurchmischung
des am chipfernen Polarisationsfilter 4 reflektierten zweiten Strahlungsanteils
S2 verbessert werden.
-
Bei
der Wiedergewinnung des zweiten Strahlungsanteils S2 scheint sich
jedoch eine Seitenfläche
mit Unebenheiten wie im zweiten Ausführungsbeispiel positiv auszuwirken,
da die durch Wiedergewinnung erzielbare Effizienzsteigerung beim zweiten
Ausführungsbeispiel
etwa 28% beträgt
und damit nahezu gleich groß ist
wie beim ersten Ausführungsbeispiel
mit 29%.
-
3 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Halbleiterbauelements 1 gemäß der Erfindung. Auch dieses
Halbleiterbauelement 1 ist im Wesentlichen wie das Halbleiterbauelement 1 der 1 aufgebaut.
Allerdings weist das in 3 dargestellte Halbleiterbauelement 1 zusätzlich einen
chipnahen Polarisationsfilter 4 auf. Bei dieser Ausführungsform weist
der chipnahe Polarisationsfilter 4 ebenso wie der chipferne
Pola risationsfilter 4 ein Metallgitter mit parallel zueinander
verlaufenden Metallstreifen 4a auf. Somit funktioniert
der chipnahe Polarisationsfilter 4 auf die gleiche Weise
wie der chipferne Polarisationsfilter 4.
-
Im
Falle des chipnahen Polarisationsfilters 4 können die
Metallstreifen 4a direkt auf die Oberfläche des Halbleiterchips aufgebracht
sein. Im Falle des chipfernen Polarisationsfilters 4 ist
die Verwendung einer Folie, welche die Metallstreifen 4a aufweist
vorteilhaft. Die Folie wird auf dem Chipgehäuse 2 angeordnet und
kann beispielsweise aufgeklebt werden.
-
Mittels
des chipnahen Polarisationsfilters 4 kann bereits eine
erste Filterung stattfinden, wobei vorzugsweise der erste Strahlungsanteil
durch den chipnahen Polarisationsfilter 4 überwiegend
transmittiert wird, während
der zweite Strahlungsanteil durch den chipnahen Polarisationsfilter 4 größtenteils
reflektiert wird (nicht dargestellt). Der durch den chipnahen Polarisationsfilter 4 transmittierte
Strahlungsanteil wird durch das chipferne Polarisationsfilter 4 in der
bereits beschriebenen Weise erneut gefiltert. Vorteilhafterweise
kann das Halbleiterbauelment 1 bei dieser Ausführungsform
mehr polarisierte Strahlung emittieren als bei den Ausführungsformen
mit nur einem Polarisationsfilter. Allerdings ist die Herstellung aufwändiger,
da der kleinere chipnahe Polarisationsfilter 4 schwieriger
herzustellen ist als der chipferne größere Polarisationsfilter 4.
-
Es
sei angemerkt, dass die Polarisationsfilter 4 der in den 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsformen
kein Metallgitter aufweisen müssen.
Die Polarisationsfilter 4 können beispielsweise auch doppelbrechende
Vielschichtfilter oder andersartige Polarisationsfilter sein.
-
Die 4 illustriert
in der linken Darstellung den Fall, dass zwei Lichtstrahlen L1 und
L2 im Chipgehäuse
an zwei Spiegelflächen
R1 und R2, die beispielsweise zur Seitenfläche gehören können, reflektiert werden. Hierbei ändert sich
die Polarisationsrichtung nicht: die Polarisationsrichtungen der
einfallenden und ausfallenden Lichtstrahlen L1 und L2 verlaufen
parallel zueinander.
-
Hingegen ändert sich
die Polarisationsrichtung der beiden Lichstrahlen L1 und L2, wie
in der rechten Darstellung der 4 gezeigt
ist, wenn diese im Chipgehäuse
an drei Spiegelflächen
R1, R2 und R3, die beispielsweise zur Seitenfläche gehören können, reflektiert werden. Die
Polarisationsrichtungen der einfallenden und ausfallenden Lichtstrahlen
L1 und L2 verlaufen senkrecht zueinander.
-
Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr
umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination
von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in
den Patentansprüchen
beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst
nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben
ist.