JP2010541215A - 放射放出半導体チップ - Google Patents

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Abstract

本発明は、波長λの放射を生成するための活性ゾーン（２）と、不規則に配置されたパターンエレメントを有するパターニング領域（３）とを有する放射放出半導体チップ（１）であって、前記パターンエレメントは第１の屈折率ｎ１を有する第１の材料を含み、第２の屈折率ｎ２を有する第２の材料を含む媒質によって包囲されている放射放出半導体チップに関する。さらに本発明は、放射放出半導体チップの製造方法にも関する。

Description

本発明は放射放出半導体チップと、放射放出半導体チップの製造方法とに関する。
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００７０４６４９７．７号および第１０２００７０６０２０４．０号の優先権を主張するものであり、それらの開示内容は参照により本願に含まれるものとする。
放射生成半導体チップは典型的には、屈折率がたとえば空気等の周辺の媒質と比較して高い半導体材料を含む。このような半導体材料により、半導体チップと周辺媒質との界面で放射出力結合が行われると全反射が生じやすく、この全反射によって光取り出し効率が低減されてしまう。
本願発明で解決すべき課題は、光取り出し効率が改善された放射放出半導体チップを提供することである。この課題は、請求項１記載の放射放出半導体チップによって解決される。
さらに本発明の解決すべき課題は、このような放射放出半導体チップの製造方法を提供することである。前記課題は、請求項１４または１５記載の製造方法によって解決される。
従属請求項に、この放射放出半導体チップの有利な実施形態が示されている。
本発明の基礎となる思想はとりわけ、第１の屈折率を有する第１の媒質と第２の屈折率を有する第２の媒質との間に現れる屈折率移行部を、パターンエレメントの形状、サイズおよび／または厚さによって所望のように調整することである。屈折率移行部のこのような適切な調整により、用途に応じて比較的大きな屈折率移行部、比較的小さい屈折率移行部、漸変的または連続的な屈折率移行部を生成することができる。
本発明の有利な実施形態では、放射放出半導体チップは波長λの放射を生成するための活性ゾーンと、不規則に配置されたパターンエレメントを有するパターニング領域とを有し、該パターンエレメントは第１の屈折率ｎ１を有する第１の材料を含み、第２の屈折率ｎ２を有する第２の材料を含む媒質によって包囲されている。波長λとは本願では、放射が伝搬する媒質内の波長を指す。
有利な実施形態では、パターンエレメントはそれぞれｂ≦４μｍの厚さを有し、該パターンエレメント相互間の間隔はａ≦４μｍとされる。とりわけ、各パターンエレメントの幅ｂはｂ≦λであり、パターンエレメント間の間隔はａ≦λである。
有利には、この領域のパターニング時にパターンエレメントを規則的に配置するように留意する必要はない。たとえば、各パターンエレメントと、直接隣接するパターンエレメントとの間隔ａは異なることができるが、間隔ａは最大で４μｍである。さらに、各パターンエレメントの幅ｂも異なることができるが、この幅ｂは有利には４μｍを超えない。幅ｂとは本願では、各パターンエレメントを半分の高さｈ／２で切断したときの横断面の最長の寸法を指す。円形の断面の場合には、この横断面の最長の寸法は直径に相応する。この横断面は、パターンエレメントの基面に対して平行に配置される。高さｈは、基面を出発点とし基面に対して垂直なパターンエレメントの最長寸法である。
本発明では幅ｂの有利な値領域は２つ存在する。すなわち、ｂ≦λおよびλ＜ｂ≦４μｍである。ｂ≦λである場合、パターンエレメントは光波に対して「消失する」。λ＜ｂ≦４μｍの場合、パターンエレメントは光波に対して散乱中心となる。
１つの有利な実施形態では、媒質はパターンエレメント間のスペースを完全に満たす。また媒質は、有効屈折率ｎｅｆｆを低減するための閉じ込め部を有することもでき、たとえば空気閉じ込め部を有することができる。
別の実施形態では、パターンエレメントは第１の層の平坦な平面から突出する。第１の層はたとえば、エピタキシャル成長で形成され半導体チップを構成する半導体層のスタックに所属するか、またはこのようなスタック上に配置された別個の層とすることができる。パターンエレメントは、この第１の層と等しい屈折率を有することができる。
有利には第１の層上に、第２の材料を含む第２の層が設けられ、該第２の層はパターンエレメント間のスペースを充填する。第２の層はこの場合、すでに言及した媒質に相応する。
以下の考察では、前記パターンエレメントと前記媒質を有し第１の材料および第２の材料を含む中間層を紹介する。すなわちこの中間層は混合材料を含み、つまり第１の材料と第２の材料との混合物を含む。ここで使用される定義によれば、この中間層の厚さは最長のパターンエレメントの高さに相応する。パターンエレメントの幅にはｂ≦λが適用され、比較的大きな波長ではｂ≦λ／４も適用される。パターンエレメントのこのようなサイズでは、中間層に当たる光波は、パターンエレメントと媒質との境界すなわち第１の材料と第２の材料との境界を認識することなく、この中間層を有効屈折率ｎｅｆｆを有する均質な層と見なすようになる。中間層は、第１の材料と第２の材料との混合物を含むので、この混合材料の有効屈折率ｎｅｆｆは第１の屈折率ｎ１と第２の屈折率ｎ２との間である。とりわけ中間層には、ｎ２＜ｎｅｆｆ＜ｎ１が適用される。また、ｎ１＜ｎｅｆｆ＜ｎ２も可能である。
有利には有効屈折率ｎｅｆｆは、中間層中の第２の材料の濃度に対する第１の材料の相対的な濃度によって調整される。第１の材料の濃度が優勢である場合、有効屈折率ｎｅｆｆは第２の屈折率ｎ２よりも第１の屈折率ｎ１の方に近くなる。第２の材料の濃度が優勢である場合、逆のことが当てはまる。
このような有効屈折率ｎｅｆｆを得るために有利なのは、各パターンエレメントの基面幅ｇが各パターンエレメントの高さｈより小さいことである。基面幅ｇとは本願では、パターンエレメントの基面の最長の寸法を指す。基面が円形である場合、基面幅ｇは直径に相応する。とりわけ、比ｇ：ｈにはｇ≦１：１０が適用される。
以下で本発明の半導体チップの種々の実施形態を説明する。これらの種々の実施形態で示されているパターンニング領域の機能はそれぞれ異なる。
有利な実施形態では、放射放出半導体チップはレーザダイオードチップである。
有利なことに、適切な位置に配置されたパターニング領域により、慣用の半導体レーザよりも高いキンクレベルを達成することができ、つまり横モードのジャンプが生じることなく、いっそう高い放射出力を達成することができる。
とりわけ、レーザダイオードチップはストライプレーザである。ストライプレーザはウェブを有することができ、前記パターンニング領域は有利には該ウェブのエッジ面に配置される。このエッジ面ではパターニング領域は、有利にはモード減衰に使用される。
ストライプレーザは１つの実施例では、活性ゾーンまで達するウェブを有するか、または活性ゾーンを貫通するウェブを有する。このような実施例の利点は、電流の拡幅が比較的小さく、電流閾値を小さくできることである。しかし、エッジ面にパターニング領域を有さない従来のレーザでは、ウェブと周辺媒質との間で、典型的にはウェブと誘電体との間で屈折率が比較的大きくジャンプする。このことによって複数の横モードが発生し、ビーム品質が劣化してしまう。それに対して上記の実施例では、屈折率のジャンプをパターニング領域によって低減することができる。とりわけパターンエレメントの上方に、第２の屈折率ｎ２を有するパッシベーション層が成形される。たとえばこのパッシベーション層は酸化シリコンを含む。パターンエレメントは有利には、半導体チップの半導体層から形成される。屈折率ジャンプが低減されることにより、発生する横モードは１つだけになる。したがって、レーザダイオードチップの遠隔フィールドは改善され、電流閾値を低く維持することができる。さらに、パターンエレメントによってパッシベーション層と半導体層とを歯形で噛み合わせることにより、該パッシベーション層が半導体層により良好に付着するようにされる。
ストライプレーザの別の実施例では、パターンエレメント上方に吸収層が成形される。これによっても、半導体層からパターンエレメントが有利にはエッチングによって形成される場合にこの半導体層と吸収層との間の屈折率ジャンプを低減することができる。このようにして光波の侵入深さを上昇させ、光波と吸収層との相互作用を改善することができる。このことにより、比較的高次の横モードの減衰が改善される。
有利には吸収層は、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｉｎの酸化物または窒化物を含む。
別の実施例では、パッシベーション層上に吸収層が配置される。
上記の実施例すべてに共通する点は、このようにパターンエレメント上方に形成することによって低減された屈折率ジャンプによって、光波がパッシベーション層中または吸収層中により深く侵入することができ、比較的高次のモードがより良好に減衰されるようになることである。
有利な実施形態では放射放出半導体チップは、複数のストライプレーザと複数のパターニング領域とを有するレーザアレイを備えている。有利には、各２つのストライプレーザ間にそれぞれ１つのパターニング領域が配置される。このようなパターンエレメントによって、ｂ≦λが適用されるかまたはより長い波長の場合にはｂ≦λ／４が適用される場合、該パターンエレメントが突出する層と周辺媒質との間の屈折率移行が低減され、放射の出力結合が改善される。また、λ＜ｂ≦４μｍである場合にも、パターンエレメントで散乱が発生することにより、散乱光がより良好に出力結合できるようになる。このことの利点は、隣接するストライプレーザにおいてクロストークするかまたはリングモードを引き起こす散乱光がより良好に抑圧されることである。
別の実施例では、放射放出半導体チップは誘電体ミラーを有する。とりわけパターンエレメントは、この誘電体ミラーの第１の層から形成され、該誘電体ミラーの第２の層によって包囲される。有利には、第１の層は第１の屈折率ｎ１を有する第１の材料を含み、第２の層は第２の屈折率ｎ２を有する第２の材料を含む。このようにしてパターンエレメントの上方に形成することにより、屈折率ジャンプが低減されて光波は第２の層中により良好に侵入することができ、該第２の層と相互作用することができる。有利には第２の層は、第２の屈折率ｎ２より低い屈折率を有する閉じ込め部を有し、とりわけ空気閉じ込め部を有する。このことにより、第２の屈折率ｎ２ひいては有効屈折率ｎｅｆｆを低減することができる。このことの利点は、全反射の限界角度が小さくなり、誘電体ミラーで全反射が発生することにより、放射放出半導体チップの出力結合側の方向に反射される放射の割合が大きくなることである。前記第１の層および第２の層はそれぞれ、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｉｎの酸化物または窒化物または酸窒化物を含むことができる。
本発明の放射放出半導体チップの別の実施形態では、パターニング領域は活性ゾーン内に配置される。とりわけ、パターニング領域は量子井戸構造を有する。本願において、量子井戸構造という用語はとりわけ、閉じ込め（confinement）によって電荷担体のエネルギ状態を量子化することのできるあらゆる構造が含まれる。殊に、量子井戸構造という用語は、量子化の次元を規定することはない。したがって、量子井戸構造という用語にはとりわけ、量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造の各組み合わせが含まれる。このようなパターニング領域によって、電荷担体の閉じ込めを改善することができる。
放射放出半導体チップの別の実施形態では、各パターンエレメントの基面幅ｇが各パターンエレメントの高さｈより大きい。とりわけ、比ｇ：ｈはｇ：ｈ≧１０：１である。とりわけ、パターンエレメントの幅ｂはここではλ＜ｂ≦４μｍである。
このような実施形態では、パターニング領域は出力結合層として特に適している。
レーザダイオードの場合には、パターニング領域は有利には、主放射方向で見て活性ゾーンに後置される。このようなパターニング領域を出力結合層として使用することにより、放射出力結合ひいては出力パワーを改善することができる。
さらに、レーザダイオードチップがとりわけウェブを有するストライプレーザである場合、散乱光を出力するための出力結合層としてパターニング領域を使用することもできる。こうするためには、パターニング領域は有利にはウェブに隣接して配置される。このような構成の場合、散乱光はレーザ光に対して垂直に伝播してパターニング領域に当たり、出力結合することができる。このことにより、レーザのファセットでの放射特性が改善され、スーパールミネセンスを抑圧することができる。
本発明の放射放出半導体チップの上記の実施形態すべてにおいて、パターンエレメントを円錐形または多面体とし、とりわけ角錐またはシリンダ形にすることができる。
上記のパターニング領域を形成するために使用できる手法は種々存在する。すべての手法において共通する点は、パターニングエレメントをランダムに配置することができるマスクを使用することである。
本発明の放射放出半導体チップの有利な製造方法では、パターニングすべき領域の部分領域にマスク層を設ける。前記マスク層は、パターニングすべき領域を完全には被覆しない。
たとえば蒸着またはスパッタリングによって、パターニングすべき領域にマスク層を比較的薄く設けることにより、閉鎖的な層にならないようにする。このマスク層は５０ｎｍ未満の厚さを有し、とりわけ２０ｎｍ未満の厚さを有することができる。マスク層には、たとえばＮｉ，ＴｉまたはＰｔ等の金属、たとえばＳｉ，ＴｉまたはＺｒの酸化物または窒化物等の誘電体材料、または、たとえばフォトレジスト等のポリマーが適している。さらに、比較的厚い層をマスク層として使用し、この厚い層をパターニングすべき領域の表面に設けた後に焼き戻しすることもできる。こうすることにより、空洞ないしは中断部を形成することができる。
マスク層を形成するための別の手段に、閉鎖的なマスク層をリソグラフィによってパターニングして中断部を生成する手段がある。
さらに、マスク層が不均質な材料を含み、該材料からドライケミカル的に材料成分を溶出させるか、または後続のドライケミカルエッチング時に異なる大きさで剥離することにより、マスク層に不規則に配置された中断部を設けることができる。
マスク層が作製されたら直ちに、該マスク層の中断部内をエッチングすることにより、たとえば半導体チップの半導体層または誘電体ミラーの誘電体層等のパターニングすべき領域をパターニングすることができる。パターンエレメントはそのままにされる。とりわけ、たとえばドライケミカルエッチング等の異方性エッチング法が適している。マスク層は有利にはエッチングプロセスによって剥離され、パターニング領域はパターンエレメントを有するようになる。
本発明の放射放出半導体チップの別の製造方法では、マスク材料をパターニングすべき領域から離隔して配置する。エッチングプロセス中にマスク材料は少なくとも部分的に除去され、パターニングすべき領域に堆積し、このパターニングすべき領域も同時にエッチングされ、パターンエレメントが形成される。
たとえば半導体チップは担体上に配置され、該担体上にマスク材料が該半導体チップに隣接して配置されるか、または該半導体チップを包囲する。その際には、マスク材料がターゲットとして作用する。たとえば半導体チップに所望の形状を形成するために行われるエッチングプロセス中に、このマスク材料は少なくとも部分的に除去され、とりわけエッチングで除去される。除去されたマスク材料は、パターニングすべき領域に堆積し、マスク層に中断部を形成することができる。マスク層は、非常に高密度で配置された微細パターンを有することができる。エッチングプロセスは有利にはマスク材料の堆積中にも継続して行われるので、パターニングすべき領域も同時にエッチングしてパターンエレメントを形成することができる。有利にはこの方法では、マスク層の形成およびエッチングを１工程で行うことができる。
マスク層を１工程で形成およびエッチングする別の手段に、マスク材料を半導体チップの成形領域に設ける手段がある。この成形領域はたとえばストライプレーザでは、ウェブが形成される領域とすることができる。マスク材料は、閉鎖的な層とするかまたは中断された層とすることができる。成形領域をとりわけエッチングによって処理する場合には、マスク材料を少なくとも部分的に除去し、とりわけエッチングで除去する。除去されたマスク材料は、パターニングすべき領域に少なくとも部分的に堆積させることができる。有利にはこのような方法でも、マスク材料の堆積中にエッチングプロセスを継続して行うことにより、パターニングすべき領域をエッチングしてパターニングエレメントを形成することもできる。
マスク層、エッチングパラメータおよびエッチング手法を適切に選定することにより、パターンエレメントの形状およびサイズを調整することができる。
本発明のさらなる特徴、利点および発展形態は、以下で図１から１０に関連して説明する実施例から明らかとなる。
本発明による放射放出半導体チップの第1実施例の概略的な断面図である。 従来の放射放出半導体チップの概略的な断面図である。 本発明による放射放出半導体チップの第２実施例の概略的な断面図である。 従来の放射放出半導体チップの概略的な断面図である。 本発明による放射放出半導体チップの第３実施例の概略的な断面図である。 本発明による放射放出半導体チップの第４実施例の概略的な断面図である。 本発明による放射放出半導体チップの第５実施例の概略的な断面図である。 本発明による放射放出半導体チップの第６実施例の概略的な断面図である。 本発明による放射放出半導体チップの第７実施例の概略的な断面図である。 本発明の方法の実施例の異なる工程を示す。
図１に放射放出半導体チップ１を示す。この放射放出半導体チップはレーザダイオードチップである。とりわけ、レーザダイオードチップはストライプレーザであり、ウェブ１０を有する。このウェブ１０は、活性ゾーン２に直接隣接する第１の導波層５まで延在し、このようなエッチング深さでは、電流閾値を比較的小さくできるが、パターニング領域３無しでは比較的高次のモードが発生してしまう。パターニング領域を有さない従来の半導体チップを図２に示す。同図とは対照的に、図１に示した半導体チップ１では有利には、ウェブ１０の相互に対向する２つのエッジ面にパターニング領域３が配置される。
このパターニング領域３は、不規則に配置されたパターンエレメント（図示されていない）を有し、これらのパターンエレメントの幅ｂはｂ≦λであり、該パターンエレメントの相互間の間隔ａはａ≦λである。比較的長い波長の場合、すなわち光スペクトルの長波長側にある放射の場合、パターンエレメントの幅ｂはとりわけｂ≦λ／４であり、該パターンエレメントの相互間の間隔ａはａ≦４である。さらに、有利には比ｇ：ｈはｇ：ｈ≦１：１０であり、とりわけｇ：ｈ＝１：１０である。
この実施例では、パターンエレメントは第１の導波層５からエッチングによって形成され、第１の導波層５と同じ材料を含む。とりわけこの材料は半導体材料である。
たとえば酸化シリコンを含むパッシベーション層４がパターニング領域３の上方に形成され、個々のパターンエレメント間のスペースを充填する。このように、第１の導波層５から突出するパターンエレメントとパッシベーション層４とが歯形に噛み合うことにより、パッシベーション層４は導波層５に特に良好に付着するようになる。さらに、パターンエレメントないしはパターニング領域３によって導波層５とパッシベーション層４との間の屈折率ジャンプが低減される。パターンエレメントとパッシベーション層４が充填されたスペースとを含み導波層５と該パッシベーション層４との間に位置する仮想的な中間層は、該パターンエレメントの材料の第１の屈折率ｎ１と該パッシベーション層４の第２の屈折率ｎ２との間の有効屈折率ｎｅｆｆを有する。
最も簡単な実施例では、導波層５に隣接する活性ゾーン２がｐ型の半導体層とｎ型の半導体層とを有し、該半導体層間に放射放出性のｐｎ接合部が位置する構成も可能である。また活性ゾーン２は、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造または多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有することもできる。この実施例では、活性ゾーン２において生成された放射は半導体チップ１の端面を通って放出される。主放射方向は、ストライプ形に形成されたウェブ１０に対して平行である。
活性ゾーン２は第２の導波層８上に配置されている。第１の導波層５の導電型と第２の導波層８の導電型とは異なる。たとえば、第１の導波層５をｐ型とし、第２の導波層８をｎ型とすることができる。両導波層５および８はそれぞれ、活性ゾーン２に対して反対側で外被層によって区切られている。第１の外被層６は、表面に該第１の外被層６が設けられた第１の導波層５と同じ導電型を有する。第２の外被層９は、該第２の外被層９表面に設けられた第２の導波層８と同じ導電型を有する。
有利には、パッシベーション層４およびウェブ１０上に配置されるコンタクト層７に至るまですべての層を連続的にエピタキシャル成長によって相互に重ねて成長させ、半導体層から成る層スタックを構成する。半導体層の半導体材料は、窒化物化合物半導体またはリン化物化合物半導体または砒化物化合物半導体をベースとする材料とすることができる。
図３に示した放射放出半導体チップ１の構成は、図１に示した半導体チップ１と同じであり、付加的に吸収層１１を有する。吸収層１１はパッシベーション層４上に直接設けられる。有利には、電気絶縁性のパッシベーション層４と比較的高次のモードを減衰する吸収層１１とである２つの別個の層によって、電気絶縁を吸収度に依存せずに調整することができる。それに対して、図４に示したような従来の半導体チップ１では、電気絶縁とモード減衰とを行うために層を１つしか設けていない。すなわち、電気絶縁性の材料と吸収性の材料との混合物を含む吸収性のパッシベーション層４しか設けていない。図４の実施例においてこのような構成を実施しなければならないのは、典型的には導波層５とパッシベーション層４との間の屈折率ジャンプが比較的大きいことにより、光波がパッシベーション層４中にあまり深く侵入できないからである。別個の吸収層を使用すると、光波はこの別個の吸収層中にほとんど到達できず、比較的高次のモードの減衰が弱くなってしまう。
図３の実施例では、パターニング領域３によって屈折率ジャンプを低減することができる。このことにより、光波は層中により深く侵入して吸収層１１まで到達できるようになる。
有利には吸収層１１は酸化物または窒化物を含み、とりわけＩＴＯを含むか、または、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｉｎの酸化物または窒化物を含む。これらの材料は、本発明の有利な実施形態である窒化物化合物半導体をベースとする半導体チップの場合に殊に適している。パッシベーション層４にはたとえば酸化シリコンを使用する。
図５に、本発明の別の実施例の放射放出半導体チップ１を示す。同図に示した半導体チップ１は、複数のストライプレーザ１２と複数のパターニング領域３とを有するレーザアレイであり、各２つの隣接するストライプレーザ１２間にそれぞれ１つのパターニング領域３が配置されている。このようなパターニング領域３によって、ストライプレーザ間の散乱光のクロストークをより良好に抑圧できるようになる。
ストライプレーザ１２は個別の素子ではなく、半導体チップ１は一続きの活性ゾーン２を有する。ストライプレーザ１２の表側のコンタクトのみ、第１のコンタクト層７によって別個に行う。
図５に示した実施例ではストライプレーザ１２は、図１に示した放射放出半導体チップ１と同様に構成されている。また、ストライプレーザ１２を図３に示した放射放出半導体チップ１と同様に構成することもできる。
吸収層無しの構成を選択する場合、パターニング領域３によって層スタックと周辺との間の屈折率移行を低減し、ひいては全反射の確率を低減することができる。このことにより、散乱光を半導体チップ１から出力結合するのを改善し、ストライプレーザ間のクロストークを抑圧することができる。吸収層をパッシベーション層４上方で使用する場合、散乱光を有利には吸収することができる。
パターンエレメントの幅はλ＜ｂ≦４μｍとすることができる。この場合、パターンエレメントは散乱中心として作用する。また、パターンエレメントの幅ｂをｂ≦λとし、比較的長い波長ではｂ≦λ／４として、パッシベーション層４によって包囲されるパターンエレメントが有効屈折率ｎｅｆｆを有する中間層を形成するようにすることもできる。
図６〜８に放射放出半導体チップ１を示す。これらの放射放出半導体チップ１は有利には、図１〜５に示したレーザダイオードと異なってコヒーレント放射を放出しない発光ダイオードである。
図６〜８の半導体チップ１に共通する点は、第１の誘電体層（図示されていない）と第２の誘電体層（図示されていない）を有する誘電体ミラー１７が設けられていることである。パターニング領域（図中にない）は、第１の誘電体層と第２の誘電体層との間の移行部に設けられている。
図６に、薄膜半導体チップである半導体チップ１を示す。同図中の薄膜半導体チップ１は、エピタキシャル成長によって形成された半導体チップ１５，２，１４を有する層スタックを有し、該層スタックからは成長基板が剥離されている。層１４は第１の導電型を有する第１の層であり、層１５は第２の導電型を有する第２の層である。前記第１の導電型は有利にはｐ型であり、前記第２の導電型は有利にはｎ型である。
層スタックは担体１６上に配置されており、担体１６と層スタックとの間に誘電体ミラー１７が設けられている。誘電体ミラー１７は層スタックの面全体にわたって延在するのではなく、活性ゾーン２と導電性の担体１６とを電気的に接続するための第２のコンタクト層１３によって包囲される。別の電気的コンタクトである第１のコンタクト層７は、活性ゾーン２において誘電体ミラー１７と反対側に配置されている。この反対側が半導体チップ１の出力結合側となる。
この誘電体ミラー１７によって、活性ゾーン２から該誘電体ミラー１７の方向に送出された放射は、出力結合側の方向に有効に反射される。このことを以下で説明する。
幅ｂ≦λであるパターンエレメントは、有利には誘電体ミラー１７の第１の層から形成され、該誘電体ミラー１７の第２の層によって包囲される。このように上方に形成されたパターンエレメントと得られる中間層とによって、光波は第２の層中により良好に侵入して該第２の層と相互作用できるようになる。第１の層は、第１の屈折率ｎ１を有する第１の材料を含み、第２の層は、第２の屈折率ｎ２を有する第２の材料を含む。有利には第２の層は、第２の屈折率ｎ２より低い屈折率を有する閉じ込め部を有し、とりわけ空気閉じ込め部を有する。このことにより、第２の屈折率ｎ２ひいては有効屈折率ｎｅｆｆを低減することができる。このことの利点は、全反射の限界角度が小さくなり、誘電体ミラー１７で全反射が発生することにより、放射放出半導体チップ１の出力結合側の方向に反射される放射の割合が大きくなることである。前記第１の層および第２の層はそれぞれ、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｒｈ，Ｉｎの酸化物または窒化物または酸窒化物を含むことができる。
図７および８に示す放射放出半導体チップ１も、相応の動作を基礎とする。両半導体チップ１は透明基板１６を有する。したがって、放射出力結合はこの基板１６を通って行われる。誘電体ミラー１７は半導体チップ１において、基板１６ひいては出力結合側に対向する面に配置されている。誘電体ミラー１７は層スタックの外側領域をカバーする。内側領域に第１のコンタクト層７が配置されている。
図７の半導体チップでは、第２のコンタクト層１３は基板１６上に設けられている。それに対して図８の半導体チップは、第２のコンタクト層１３を第２の層１５上に有する。
第１の層１４および第２の層１５ならびに活性ゾーン２は、それぞれ複数の部分層から構成することができる。このことは、本願で記載したすべての実施例に当てはまる。
図９に、レーザダイオードである放射放出半導体チップ１を示す。この放射放出半導体チップ１の構成の大部分は、図１〜４のストライプレーザに相応する。
同図中の実施形態では、幅ｂ≦λのパターンエレメントを有するパターニング領域（図示されていない）は活性ゾーン２内に配置されている。とりわけ、パターニング領域は量子井戸構造を有する。このようなパターニング領域によって、活性ゾーン２中に電荷担体を閉じ込めるのを改善することができる。
図１０Ａ〜１０Ｃを参照して、本発明の方法の実施例を説明する。
この実施例では、層７，６，５，２，８および９を含み未だ成形する必要がある半導体チップ１の層スタック上に、成形マスク１８を設ける（図１０Ａ参照）。たとえばこの成形マスク１８は、ウェブ１０を形成するためのエッチングマスクである（図１０Ｂ参照）。
この成形マスク１８上に、パターニング領域３（図１０Ｃ参照）を形成するために設けられたマスク材料１９を設ける。このマスク材料１９はこの実施例では、パターニングすべき領域３０から離隔して配置される。マスク層１９は、たとえばＮｉ，ＴｉまたはＰｔ等の金属、たとえばＳｉ，ＴｉまたはＺｒの酸化物または窒化物等の誘電体材料、または、たとえばフォトレジスト等のポリマーを含むことができる。次に、マスク材料１９上に保護層２０を設けることができる。
ウェブ１０を形成するためにエッチングプロセスを実施する（図１０Ｂ参照）。このエッチングプロセスでは、ウェブ１０が形成されるように第１のコンタクト層７と第１の導波層６とをパターニングする。この過程で保護層２０はエッチングで完全に除去される。ウェブ１０のエッチング深さを、さらにエッチングすることによって大きくすることができる。その際には、パターンエレメントの形成に使用されるマスク材料１９を少なくとも部分的に除去し、パターニングすべき領域３０上に堆積させることができる（図１０Ｂ参照）。
エッチングプロセスがさらに継続して実施されることにより、領域３０のパターニングも同時に行われ、パターンエレメントを有するパターニング領域３が形成される（図１０Ｃ参照）。このエッチングプロセス後、パターンエレメントの先端には未だマスク材料が残っているが、このマスク材料を必ず剥離しなければならないということはない。
図１０Ａ〜１０Ｃを参照して説明したこのような方法により、パターンエレメントの一種の自己組織化による形成が実現される。というのもエッチングプロセス中に、所期のようにマスク層を形成しなくても、パターンエレメントが形成されるからである。
本発明は、実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のあらゆる組み合わせが含まれる。このことはこのような特徴またはこのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていない場合であっても当てはまる。

Claims (15)

  1. ・波長λの放射を生成するための活性ゾーン（２）と、
    ・不規則に配置されたパターンエレメントを有するパターニング領域（３）
    とを有する放射放出半導体チップ（１）において、
    前記パターンエレメントは第１の屈折率ｎ１を有する第１の材料を含み、第２の屈折率ｎ２を有する第２の材料を含む媒質によって包囲されていることを特徴とする、放射放出半導体チップ。
  2. 前記パターンエレメントの各幅ｂはｂ≦４μｍであり、該パターンエレメントの相互間の間隔ａはａ≦４μｍである、請求項１記載の放射放出半導体チップ。
  3. 前記パターンエレメントの各幅ｂはｂ≦λであり、該パターンエレメントの相互間の間隔ａはａ≦λである、請求項１記載の放射放出半導体チップ。
  4. 前記パターンエレメントと前記媒質を有する中間層の厚さは、該パターンエレメントの最大高さに相応し、
    前記中間層の有効屈折率ｎｅｆｆには、ｎ２＜ｎｅｆｆ＜ｎ１が適用される、請求項１または３記載の放射放出半導体チップ。
  5. 前記有効屈折率ｎｅｆｆは、前記中間層中の第２の材料の濃度に対する第１の材料の相対的な濃度によって調整される、請求項４記載の放射放出半導体チップ。
  6. 前記パターンエレメントの各基面の基面幅ｇは、各パターンエレメントの高さｈ未満である、請求項４または５記載の放射放出半導体チップ。
  7. 当該放射放出半導体チップ（１）は、ウェブ（１０）を有するストライプレーザであり、
    前記パターニング領域（３）は前記ウェブ（１０）のエッジ面に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の放射放出半導体チップ。
  8. 前記パターンエレメントは当該放射放出半導体チップ（１）の半導体層から形成され、
    前記媒質は、前記パターンエレメントをカバーするパッシベーション層（４）または吸収層（１１）である、請求項７記載の放射放出半導体チップ。
  9. 当該放射放出半導体チップ（１）は誘電体ミラー（１７）を有し、
    前記パターンエレメントは前記誘電体ミラー（１７）の第１の層から形成され、該誘電体ミラー（１７）の第２の層によって包囲されている、請求項１または請求項３から６までのいずれか１項記載の放射放出半導体チップ。
  10. 前記活性ゾーン（２）は前記パターニング領域（２）を有し、該パターニング領域（２）は量子井戸構造を形成する、請求項１から３までのいずれか１項記載の放射放出半導体チップ。
  11. 前記パターンエレメントの各基面の基面幅ｇは、各パターンエレメントの高さｈを上回る、請求項１または２記載の放射放出半導体チップ。
  12. 当該放射放出半導体チップは発光ダイオードであり、
    前記パターニング領域（３）は前記発光ダイオードの出力結合層である、請求項１１記載の放射放出半導体チップ。
  13. 当該放射放出半導体チップ（１）は、ウェブ（１０）を有するストライプレーザであり、
    前記パターニング領域（３）は散乱光を出力結合するために前記ウェブ（１０）に隣接して配置されている、請求項１１記載の放射放出半導体チップ。
  14. 請求項１から１３までのいずれか１項記載の放射放出半導体チップ（１）の製造方法において、
    中断部を有するマスク層を、パターニングすべき領域（３０）上に設け、
    前記中断部内で前記パターニングすべき領域（３０）をエッチングすることにより、前記マスク層が剥離されて、前記パターンエレメントを有するパターニング領域（３）が形成されることを特徴とする、製造方法。
  15. 請求項１から１３までのいずれか１項記載の放射放出半導体チップ（１）の製造方法において、
    マスク材料（１９）を、パターニングすべき領域（３０）から離隔して配置し、エッチングプロセス中に該マスク材料の少なくとも一部を除去して該パターニングすべき領域（３０）に堆積させると同時に、前記パターニングすべき領域（３０）をエッチングすることにより、前記パターンエレメントが形成されることを特徴とする、製造方法。
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