JP2022532642A - 照明ユニット、照明ユニットの製造方法、光電子構造素子用の変換素子、ｌｅｄと変換素子とを備えた放射源、光取り出し構造体、および光電子デバイス - Google Patents

Abstract

照明ユニットであって、光出射面を介して電磁放射を放出する少なくとも１つの光電子エミッタユニットと、前記電磁放射が前記光出射面を介して出射する前に、前記電磁放射をビーム整形するためのフォトニック構造体とを含み、ここで、前記フォトニック構造体は、前記電磁放射が特定の遠方界を有するように前記電磁放射を整形する、照明ユニット。

Description

本特許出願は、２０１９年５月１４日付け独国特許出願公開第１０２０１９１１２６３９．８号明細書の優先権、２０１９年５月１４日付け独国特許出願公開第１０２０１９１１２６１６．９号明細書の優先権、２０１９年６月１２日付け独国特許出願公開第１０２０１９１１５９９１．１号明細書の優先権、２０１９年６月１４日付け独国特許出願公開第１０２０１９１１６３１３．７号明細書の優先権、２０１９年７月５日付け独国特許出願公開第１０２０１９１１８２５１．４号明細書の優先権、および２０２０年１月２９日付け国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２０２０／０５２１９１号の優先権を主張するものであり、これらの開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、少なくとも１つの光電子エミッタユニットを備えた照明ユニットに関するものである。

本発明はまた、光出射面を介して放射を発する少なくとも１つのエミッタユニットと、偏光素子であって、光出射面に少なくとも部分的に隣接しかつエミッタユニットから放出される放射が偏光素子を通過する際に、当該放射の偏光および／または輝度を変化させる偏光素子と、を備えた照明ユニットに関するものである。

本発明はまた、光電子構造素子用の変換素子、ＬＥＤと変換素子とを備えた放射源、および対応する放射源の製造方法に関するものである。

本発明はまた、デバイス、特にオプトエレクトロニクス構造素子、特に発光ダイオードに関するものである。

本発明は、光を生成するための複数の光源を備えた配置構造体が設けられている光電子デバイスに関するものである。このような配置構造体は、例えば、それぞれの場合において１つの画素が１つの光源を形成する、ＬＥＤの画素化アレイであってもよい。

光電子エミッタユニットの発光体として、特にＬＥＤ（LED = Light Emitting Diode）が対象とされる。通常、ＬＥＤはランベルト放射体（Lambertsche Strahler）である。光出射面から放射される光には指向性がない。そのため、通常、光は、光出射面に隣接する立体角範囲全体に照射される。

多くの用途では、所望の放射パターンを有する光電子エミッタユニットを備えた照明ユニットが望ましいとされる。例えば高解像度ディスプレイまたは家電製品の分野で使用される構成部品など、非常に小型の構成部品の場合、特定の立体角への指向性を有する放射を許容し、それ以外の立体角への放射を可能な限り抑制する照明ユニットが望まれている。

既に照明ユニットの光出射面から出てきた電磁放射をビーム整形するための技術的解決策は、先行技術から知られている。例えば、光学系、特にレンズを使用し、これによって空間を自由に伝搬する電磁放射をコリメートすることができる。光出射面の下流に光学系が備わった、このような照明ユニットは、相当大きなものになり得る。これは望ましくないことがある。

本発明は、特にランベルト放射体と比較して、改善された放射パターンを有する照明ユニットを提供するという課題に基づいている。

本発明による照明ユニットは、光出射面を介して電磁放射を放出する少なくとも１つの光電子エミッタユニットと、光出射面を介して出てくる前の電磁放射をビーム整形するフォトニック構造体とを含み、ここで、フォトニック構造体は、電磁放射が一定の遠方界を有するように電磁放射を整形する。

このように、フォトニック構造体は、照明ユニットの放射パターンを、ランベルト放射体から遠方界での定義された放射パターンへと変化させる。したがって、電磁放射が特定の遠方界を有するという表現は、特に遠方界において放射パターンが定義されており、ランベルト放射体の放射パターンとは異なることを意味している。ここで、「遠方界」とは、用途に応じて、照明ユニットから少なくとも数センチメートルあるいは数メートル離れた領域を意味している。

フォトニック構造体は、特に層内に、光出射面の下および／または光電子エミッタユニットと光出射面との間に配置されていてもよい。そのため、フォトニック構造体は、照明ユニットに組み込まれていてもよく、コンパクトに形成することができる。フォトニック構造体は、光出射面に組み込まれていてもよいし、フォトニック構造体の端面が光出射面を形成していてもよい。

光電子エミッタユニットは、少なくとも１つのＬＥＤを有していてもよい。光電子エミッタユニットは、アレイとも呼ばれるＬＥＤのフィールドを有していてもよい。

フォトニック構造体は、フォトニック結晶、準周期的なフォトニック構造体、または決定論的非周期的なフォトニック構造体であってもよい。フォトニック結晶とは、光の屈折率を周期的に変化させることで、フォトンのバンド構造を作り出す周期的な構造体であると理解される。このバンド構造は、ある周波数領域でバンドギャップを有し得る。これらの特性は、非周期的であるが、それにもかかわらず秩序のある構造体であれば作り出すことができる。このような構造体は、特に準周期的な構造体または決定論的非周期的な構造体である。これらは、例えば、螺旋状のフォトニック配置構造体であってもよい。

フォトニック構造体は、１次元フォトニック構造体、特に１次元フォトニック結晶であってもよい。１次元フォトニック結晶は、一方向に沿った屈折率の周期的な変化を有する。特に、この方向は、光出射面に対して平行に延びることができる。

１次元構造体により、第１の空間方向にビームを形成することができる。この場合、フォトニック構造体の数周期で既にフォトニック効果を得ることができる。例えば、フォトニック構造体は、電磁放射が第１の空間方向に対して少なくともほぼコリメートされるように構成されていてもよい。そのため、少なくとも第１の空間方向に関しては、コリメートされたビームを生成することができる。

放射方向から見て、光出射面の下流側にコリメーション光学系が配置されていてもよく、光学系は、第１の空間方向と直交する更なる第２の空間方向に電磁放射をコリメートするように形成されている。第１の方向と第２の方向とは、平面状の光出射面に対して平行な互いに直交する方向であってもよい。このように、光出射面から離れる方に向かい、第１の方向と第２の方向の両方に直交する主放射方向に沿って、両方向にコリメートされたビームを生成することができる。

本発明の一構成によれば、フォトニック構造体、特に１次元フォトニック結晶として形成されたフォトニック構造体は、電磁放射の主放射方向が光出射面の法線に対してある角度で延びるように構成されていてもよく、この角度は０度ではない。そのため、主放射方向は、光出射面の法線に対して傾斜して延びていてもよい。これにより、少なくとも一方向にコリメートされたビームが、例えば、光出射面から斜めに出射することができる。

１次元フォトニック結晶として形成されたフォトニック構造体は、光出射面の下、特に直下の層に配置されていてもよい。この場合、１次元フォトニック結晶は、光屈折率の異なる２つの材料の、一方向に延びて周期的に繰り返されるシーケンスを有していてもよい。材料はそれぞれ長方形または平行四辺形の横断面を有していてもよい。この場合、材料が互いに当接する界面は、光出射面に対して傾斜していてもよい。

このような構造体は、例えば、光出射面を有する基板に、光出射面に対して斜めに互いに対して平行に延びるトレンチをエッチングすることで形成することができる。このトレンチには、エッチング除去された基板材料とは異なる光屈折率を有する材料を充填することができる。ここでの角度は、光出射面に対するトレンチの傾きに依存していてもよく、トレンチの幅もしくはトレンチの間に残る基板材料の幅は、フォトニック構造体が有効な波長に影響を及ぼす。典型的には、トレンチの幅と、トレンチの間に位置する基板材料の幅とは、電磁放射の波長に合わせられる。

フォトニック構造体は、２次元フォトニック構造体、特に２次元フォトニック結晶であってもよい。２次元フォトニック構造体の端面が照明ユニットの光出射面を形成していてもよいし、２次元フォトニック構造体が光出射面の下の層に配置されていてもよい。

２次元構造体、特に２次元フォトニック結晶は、電磁放射が遠方界で定義された、特に離散的なパターンを形成するように、電磁放射に影響を与えるように構成されていてもよい。そのため、照明ユニットは、例えば、顔認識のための表面トポグラフィーシステムなどに使用することができる。

前述のように、フォトニック構造体は、光出射面の下の層に配置されていてもよいし、フォトニック構造体の端面が光出射面を形成することで、フォトニック構造体が光出射面の直下にあり、光出射面を一緒に包含してもよい。

フォトニック構造体は、光電子エミッタユニットの半導体層に形成されていてもよい。

光電子エミッタユニットは、変換材料を有する層を含んでいてもよく、フォトニック構造体は、変換材料を有する層に、または変換材料を有する層と光出射面との間の層に形成されていてもよい。

光電子エミッタユニットは、例えばＶＣＳＥＬ（垂直共振器型面発光レーザー：vertical-cavity surface-emitting laser）など、少なくとも１つの光電子レーザーを有することができる。複数のレーザーをフィールド状に配置することも考えられる。

本発明はまた、照明ユニットを備えた表面トポグラフィー検知システムに関するものであり、この照明ユニットは、
光出射面を介して電磁波を放射する少なくとも１つの光電子エミッタユニットと、光出射面を介して出てくる前の電磁放射をビーム整形するフォトニック構造体とを含み、ここで、フォトニック構造体は、電磁放射が一定の遠方界を有するように電磁放射を整形し、フォトニック構造体は、２次元フォトニック構造体、特に２次元フォトニック結晶であり、２次元フォトニック構造体は、電磁放射が、定義された、特に離散的なパターンを遠方界で作り出すように構成されており、かつ表面トポグラフィー検知システムはさらに、遠方界のパターンを検知するために形成された、特にカメラを備えた検出ユニットを有している。

表面トポグラフィー検知システムは、所定の基準パターンに対するパターンのずれを突き止めるために形成された分析装置を含んでいてもよい。

この分析装置は、突き止められたずれに応じて、パターンにより照らされた物体の形状および／または構造を決定するように構成されていてもよい。

本発明はまた、物体をスキャンするためのスキャナーに関しており、ここで、スキャナーは、好ましくは物体のラインごとの検出に使用することができる、本発明による照明装置を有している。

また、比較的簡単な方法で、少なくとも１つのエミッタが発した放射、特に可視光の偏光および／または輝度の変化を可能にするように、照明ユニットをさらに設計することも課題とみなすことができる。この場合、対応する照明ユニットは、可能な限り省スペースかつエネルギー効率の高い設計とすることが重要であり得、ここで、特に追加の光学素子を使用する必要性が減らされるべきである。

さらに、必要に応じて偏光された電磁放射を発するための、単純で安全かつ堅牢な照明ユニットで、他の照明ユニットと組み合わせても大きな問題にならないものを提供することが望ましいと考えられ得る。そのうえ、照明ユニットを、工業規模で、好ましくは既に知られている製造方法で作り上げることが望ましい。したがって、特に省スペースで設計されており、高い光量でエネルギー効率の高い動作が可能であり、経済的に合理的な枠組みの中で製造できる技術的解決策が望まれている。

それゆえ、本発明による照明装置の好ましい構成は、光出射面を介して放射を発する少なくとも１つのエミッタユニットと、偏光素子であって、光出射面に少なくとも部分的に隣接しかつエミッタユニットから放出される放射が偏光素子を通過する際に、当該放射の偏光および／または輝度を変化させる偏光素子と、を備えた照明ユニットに関するものである。この照明ユニットは、偏光素子が３次元フォトニック構造体を有することを特徴としている。

偏光素子が偏光を変えるという考察には、偏光されていない放射から偏光された放射を生成することも含まれる。偏光素子は、偏光を生成したり変化させたりせずに、場合によっては波長に依存する放射の輝度の変化のみを引き起こすこともできる。したがって、「偏光素子」という用語は、すべての構成形態において偏光の変化もしくは生成が提供されていなければならないという意味で、狭義に解釈されるべきではない。

本発明による構成に基づき、例えばＬＥＤなどのエミッタによって生成された放射が直接偏光素子に到達する照明ユニットが提供され、そうすることで、必要に応じて偏光された放射を提供するための特にコンパクトなユニットが実現され、当該ユニットはまた、少なくとも１つの更なる照明ユニットおよび／または偏光素子、好ましくは相補的な特性を有する少なくとも１つの偏光素子と有利な方法で組み合わせることが可能である。

３次元フォトニック構造体、特にフォトニック結晶を、電磁放射、有利には可視光を偏光させるために使用する本質的な利点は、フォトニック構造体をエミッタの光出射面の領域に配置することで、特にコンパクトで省スペースな解決策が提供されることである。特別に構成された偏光素子を光出射面に隣接させることで、電磁放射を適切に偏光させることができ、しかも偏光素子の偏光方向にその偏光が対応していない電磁放射の損失を最小限に抑えることができる。一般的には、光出射面上にフォトニック構造体が配置されていることや、光出射面が配置されている半導体層内もしくは光出射面がビーム方向に隣り合う半導体層上にフォトニック構造体が適切に形成されていることが考えられる。

ここでは、偏光素子として使用される３次元構造体によって、照明ユニットの放射パターンをその偏光特性に関して特に効果的に変化させることができ、その結果、異なる偏光特性または放射方向によって異なる波長を識別することができるという点が特に有利である。

本発明の一構成形態によれば、エミッタユニットは、少なくとも１つのＬＥＤを有している。これに関連して、ＬＥＤが、好ましくは白色、赤色、緑色または青色の光を発し、この光が偏光素子に入射し、当該偏光素子によって放射が振動方向に偏光されることが考えられる。

その他の点では、本発明の一発展形態によれば、エミッタユニット、特にＬＥＤおよび偏光素子が、層スタック内で互いに重なるように配置された異なる層から形成されることが規定されている。また、エミッタの少なくとも１つの層において生成された放射が、層スタックから環境に放射される前に、同様に層の形をしている偏光素子に入ることが重要である。有利な方法では、偏光素子として使用される３次元構造体が、エミッタユニットと同じ半導体チップ上または内部に配置されることが考えられる。エミッタユニットをＬＥＤとともに使用する場合、フォトニック構造体はＬＥＤチップに施与されるか、またはＬＥＤチップの少なくとも一部であることがさらに考えられる。このような本発明の構成では、特に省スペースでエネルギー効率の高い照明ユニットが利用可能となり、この照明ユニットでは、偏光された放射がチップレベルで直接生成され、このために下流側のビーム経路に追加の光学素子を配置する必要がなくなる。したがって、このような技術的解決策は、偏光された放射を提供するための、コスト効率が高いだけでなく、省スペースでエネルギー効率の高い技術的解決策となる。

本発明の更なる構成形態では、偏光素子は、螺旋状および／または棒状の構造素子を有している。この場合、３次元フォトニック構造体は、エミッタユニット、特にＬＥＤから発せられた光が特定の偏光でのみフォトニック構造体から出射するように構成される。光出射面の領域に螺旋状および／または棒状の構造要素を有する対応する３次元フォトニック構造体には、特定の偏光方向の放射のみが透過する。有利には、構造体の構成および寸法は、それぞれの場合においてエミッタユニット、特にＬＥＤから放出された放射に適合されている。螺旋状の構造では円偏光が得られ、棒状の構造では構造体を通り抜ける放射が直線偏光になる。

更なる発展形態によれば、照明ユニットがエミッタユニットとしてＬＥＤを有し、ＬＥＤが発する放射が励起光として変換材料を有する変換素子に衝突し、変換された放射が放出させられることも考えられる。この場合、ＬＥＤと変換素子との間のビーム経路および／または変換素子の後方に３次元フォトニック構造体が配置され、当該構造体によって励起光および／または変換された放射が適切な方法で偏光されることが一般的に考えられる。変換素子と３次元フォトニック構造体を同一の層で組み合わせることも可能である。これにより、直接偏光され、変換された光を生成することができる。

例えば、３次元フォトニック構造体に変換材料を充填することもできる。変換材料には、Ｃｅ^３＋（Ｃｅはセリウム）、Ｅｕ^２＋（Ｅｕはユーロピウム）、Ｍｎ^４＋（Ｍｎはマンガン）またはネオジムのイオンがドープされていてもよい。ホスト材料としては、例えば、ＹＡＧまたはＬｕＡＧを使用することができる。ここで、ＹＡＧは、イットリウム・アルミニウム・ガーネットの略である。ＬｕＡＧは、ルテチウム・アルミニウム・ガーネットの略である。

量子ドットを変換材料として３次元フォトニック構造体に充填することもできる。

量子ドットは非常に小さく、例えば１０ｎｍの範囲の大きさであり得る。そのため、３次元フォトニック構造体の充填に特に適している。一般的には、構造体が形成される層から材料をエッチング除去して構造体を製造することが考えられる。それから、このようにして形成された凹部に、例えば量子ドットを含む変換材料を充填することができる。量子ドットは、例えば、凹部を充填する液体材料に組み込まれていてもよい。液体材料を少なくとも部分的に蒸発させて、量子ドットを凹部に残すようにしてもよい。この場合、液体材料の一部が固まることがある。そのため、量子ドットはマトリクスに埋め込まれていてもよい。

本発明の更なる構成形態では、偏光素子は、少なくとも１つの３次元フォトニック結晶を有する。同様に、偏光素子が、偏光素子を通過する放射のビーム経路に沿って連続して配置された少なくとも２つの２次元フォトニック結晶を有することも考えられる。

有利には、１つの３次元フォトニック結晶またはビーム経路内に連続して配置された少なくとも２つの２次元フォトニック結晶を使用することで、放射が入射する構造体が特定の波長または複数の特定の波長の放射に対して透過性を持ち、かつ／または特定の方向にのみ透過するようにすることも好都合であり得る。このようにして、偏光素子に入射する放射の所望の偏光を調整することも可能である。これに関連して、構造体を変換材料で直接製造したり、他の材料からなる追加の層に組み込んだりすることが考えられる。ここで、３次元フォトニック構造体の特性は、さまざまな波長に対して透過条件が異なるように設計されることが好ましい。このようにして、例えば、変換された放射は妨げられずに偏光素子を通過することができ、励起光は向きを変えることが可能になる。同様に、一方では放射、すなわち励起光と、他方では変換された放射のうちの少なくとも１つが、特定の偏光でのみ偏光素子を通過することも考えられる。

本発明の一構成形態では、偏光素子が、偏光素子を通過する放射の波長に応じて、少なくとも２つの異なる透過率を有していることがさらに規定されていてもよい。これに関連して、特別な発展形態では、エミッタユニットが、ＬＥＤと、ＬＥＤが放射する励起光によって励起されたときに、変換された放射を発する変換材料を有する変換素子とを備え、偏光素子に入射する励起光は、偏光素子を通過したときに、変換された放射が通過する場合と比較して、異なって偏光し、かつ／または異なった強さで吸収されることが規定される。

このように、３次元フォトニック構造体の特性は、さまざまな波長に対して透過条件が異なるように設計されている。この場合、例えば、変換された光は妨げられずに３次元フォトニック構造体を通過することができ、励起光は向きを変えられることが考えられる。同様に、変換された放射は、特定の偏光でのみ３次元フォトニック構造体から出射することも考えられる。

さらに、異なる波長を有する２つの放射のうちの一方が、偏光素子の偏光および伝搬方向に関する異なる特性によって識別されると考えられる。したがって、有利には、完全な変換を実現するＬＥＤと変換素子との組み合わせでは、特定の波長を有する放射の比較的小さな部分を除いて、励起光の一部がフィルタリングされ、その結果、変換材料のより薄い層を使用できることが規定されている。

本発明の利点は、ＬＥＤを備えたエミッタユニットが提供され、偏光素子の３次元構造体がＬＥＤチップに直接、好ましくは、生成された放射が光出射面に到達するのを媒介するＬＥＤの半導体層に施与される場合に、特に有利な方法で使用することができる。この構成形態によれば、３次元フォトニック構造体は、ＬＥＤチップ上またはＬＥＤチップ内に直接配置される。このような技術的解決策により、偏放射放出に基づき画像生成の解像度を向上させることができ、ビーム生成用の部品を比較的小型に構成することができる。これは例えば、相補的な特性を有する複数の部品もしくは複数の照明ユニットから放出された放射が共通の光学系を介して結像されることで実現できる。これに適した光学系が本願に開示されている。したがって、このようにして形成された照明ユニットは、特に家電製品の分野で使用することができる。

その他の点では、本発明は、光出射面を介して放射を発する少なくとも１つのエミッタユニットと、偏光素子であって、光出射面に少なくとも部分的に隣接しかつエミッタユニットから放出される放射が偏光素子を通過する際に、当該放射の偏光および／または輝度を変化させる偏光素子と、を備えた照明ユニットの製造方法に関するものである。

本発明によれば、この方法は、エミッタユニットとしてＬＥＤを搭載したチップを準備し、その光出射面に偏光素子として３次元フォトニック構造体を、例えば二光子リソグラフィまたは斜め蒸着法によって施与し、かつ／または光出射面に隣接するＬＥＤの半導体層にフォトニック構造体を導入することによって発展させることができた。

本方法の特別な発展形態によれば、３次元構造体は、ＬＥＤが発する放射の波長に応じて寸法を変更することができる。

有利には、本発明に基づく少なくとも１つの構成例に従って構成された照明ユニットは、３次元画像を生成するためのデバイス、特にディスプレイ、モニタまたはスクリーンに表示するためのデバイスに使用することができる。

特に有利には、本発明に従って構成された照明ユニットはさらに、コンピュータ支援による３次元画像の生成にも使用することができる。ここで有利なのは、偏光素子として３次元フォトニック構造体を備えた本発明による照明ユニットが、ＬＥＤの放射パターンを偏光特性に関して変化させ、その結果、異なる、波長固有の偏光特性または放射方向に起因して、異なる波長の識別が達成され得ることである。

ここでは、偏光された放射、特に偏光された光を、エミッタユニットを備えた基板上で直接、特にＬＥＤチップのレベルで生成することができること、または完全変換により選択性を向上させることができることが大きな利点である。適切に偏光された放射を発することで、３次元画像の解像度を向上させると同時に、画像生成に必要な構造素子もしくは照明ユニットを縮小することができる。これは、有利には、相補的な特性を有する複数の構造素子の光を、共通の光学系を介してディスプレイあるいはスクリーンに結像することで実現できる。特に家電製品の分野では、相補的な偏光素子を組み合わせることで、特に好ましくは３次元画像を生成することができる。

また、光電子構造素子用の変換素子だけでなく、このような変換素子を備えた放射源も、個々の素子の配置を特に省スペース化し、ひいては励起光を放出するためのエミッタと変換素子とからなる放射源の構造形態を特に小さくすることが可能となるように、さらに形成することが望ましいと考えられ得る。ここでは、放射源が発する放射を特定の空間領域に選択的に放射し、それ以外の領域への放射を比較的簡単な方法で確実に防止することが非常に重要であり得る。さらに、エネルギー効率が高く、ひいては既知の技術的解決策と比較して光量が比較的多いことを特徴とする技術的解決策が望ましいと考えられ得る。

さらに、励起光を放出するためのエミッタと、変換された放射を発生させるための変換素子とからなる放射源が、製造技術上、簡単かつ費用対効果の高い方法で、特に公知の製造方法で実現できることが望ましいと考えられ得る。この点については、放射源の製造方法を規定することが望ましいと考えられ得る。

本発明はまた、入射した励起光によって励起されると、変換された放射を放射領域に放出する変換材料を有する少なくとも１つの層を有する、光電子構造素子用の変換素子に関するものである。本発明によれば、変換素子は、層が、変換材料が少なくとも部分的に配置された構造体を少なくとも一部の領域に有することを特徴とし、当該構造体は、放射が放射領域に向けて指向性を有するビーム束として放出されるように構成されている。本発明の本質的な特徴は、適切な方法でパターニングされた層を提供することであり、その構造中または構造上に、励起光またはポンプ光によって励起されると、変換された放射を発する変換材料が施与される。一方では変換材料と他方では選択的なビーム誘導および／または整形のためのパターニングされた層の構成要素とを組み合わせることで、特に省スペースで、所望の空間領域に限定して放射源の放射領域に選択的に放射を発することができる要素が作り出される。これに関連して、変換素子から放出される変換された放射だけでなく励起光も適切な方法で指向されることで、放射は特定の方向にのみ放出される一方で、このような放射が他の方向および／または領域に放出されることは排除されることが考えられる。

一般的には、本明細書でフォトニック構造体とも呼ばれる構造体の少なくとも一部の領域が適切な変換材料でコーティングされ、かつ／または少なくとも個々の領域、例えば構造体の凹部が適切な変換材料で充填されることが考えられる。この場合、構造体は、放出された変換された放射が、放射領域の所望の方向にビーム束として放出されるように構成されている。これに関連して、構造体を、放射のビーム束が放出される異なる領域が存在するように構成することも考えられる。このようにして、光電子構造素子において使用される、光電子構造素子の放射パターンを必要に応じて調整する変換素子を提供することができる。特に、層の適切なパターニングにより、変換素子を提供することが可能であり、変換素子が使用される光電子構造素子の放出プロファイルを、ランベルトの法則に従って放射がそれ以上行われずに、適切に一方向に指向されたビームまたはビーム束が生成されるように変更することが可能である。

変換材料には、Ｃｅ^３＋（Ｃｅはセリウム）、Ｅｕ^２＋（Ｅｕはユーロピウム）、Ｍｎ^４＋（Ｍｎはマンガン）またはネオジムのイオンがドープされていてもよい。ホスト材料としては、例えば、ＹＡＧまたはＬｕＡＧを使用することができる。ここで、ＹＡＧは、イットリウム・アルミニウム・ガーネットの略である。ＬｕＡＧは、ルテチウム・アルミニウム・ガーネットの略である。

変換材料としては、量子ドットも考慮される。これらは非常に小さく、例えば１０ｎｍの範囲である。そのため、フォトニック構造体の前述の凹部を充填するのに特に適している。一般的には、フォトニック構造体が形成される層から凹部の材料をエッチング除去してフォトニック構造体を製造することが考えられる。それから、凹部に、例えば量子ドットを含む変換材料を充填することができる。量子ドットは、例えば、凹部を充填する液体材料に組み込まれていてもよい。液体材料を少なくとも部分的に蒸発させて、量子ドットを凹部に残すようにしてもよい。この場合、液体材料の一部が固まることがある。そのため、量子ドットはマトリクスに埋め込まれていてもよい。

フォトニック構造体は、通常、量子ドットのスペクトル特性を変化させない。しかしながら、量子ドットの発光スペクトルは狭帯域である。フォトニック構造体は、この狭帯域の発光スペクトルに適合させることができ、これにより、フォトニック構造体が提供する方向選択性を向上させることができる。こうして、フォトニック構造体によって、変換体としての量子ドットの放射パターンに非常に効率的に影響を及ぼすことができる。

本発明の一構成形態では、構造体が、準周期的または決定論的非周期的に配置された構造要素を有することが規定されている。このような規則的な構造体は、対応するパターニング層を有する変換素子の光学的特性を、特に確実に、安全に、再現性をもって調整できるという利点を提供する。この場合、構造体は、特定の波長または特定の波長域の放射が、層を特に所定の方向で透過することができる一方で、この放射が他の方向では層を透過することができないように、有利には構成されている。代替的または追加的に、パターニング層は、それが少なくとも広い範囲で特定の波長の放射に対して透明または非透過性であるように構成されていてもよい。

本発明の発展形態によれば、層は少なくとも１つのフォトニック結晶を有することが規定されている。適切なフォトニック結晶を使用することで、選択された波長または波長域の放射の伝搬、少なくとも特定の方向への伝搬を特定的に遮断することができ、その結果、変換された放射のビームまたはビーム束を、この目的のために提供される空間領域もしくは放射領域に、必要に応じて指向性を持たせて放射することができる。決定論的非周期的な構造体および準周期的な構造体は、フォトニック結晶と同じ機能を有することができる。しかしながら、遠方界では僅かに異なる特性が存在し得る。このように、本明細書でフォトニック結晶に言及する場合、これは決定論的非周期的な構造体および／または準周期的な構造体にも適用されるものとする。

フォトニック結晶とは、光の屈折率を周期的に変化させることで、フォトンのバンド構造を作り出す周期的な構造体を意味している。このバンド構造は、ある周波数領域でバンドギャップを有することができる。あるいはこの特性は、非周期的ではあるが秩序立った構造体でも作り出すことができる。このような構造体は、特に、準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体である。これらは、例えば螺旋状に配置されていてもよい。

さらに、構造体が、変換材料が配置された少なくとも１つの凹部を有していることが有利である。有利には、これに関連して、構造体が複数の凸部および凹部を有し、凹部は少なくとも部分的に適切な変換材料で充填されていることが提案されている。このようにして、本発明により提供される構造を変換材料と組み合わせて、変換された放射が特に限定された放射領域にのみ放出され、ひいては特に目的に合わせて放射されるようにすることで、変換素子を比較的容易に実現することができる。原則的には、これに関連して、変換素子の構成は、励起光が構造体によってこの目的のために提供された変換材料の領域に適切に指向され、かつ／または変換された放射が構造体に入射し、したがって適切に放射されたビーム束として所望の放射領域に放射されるように行うことが考えられる。

有利には、構造体を有する層は、その層が少なくとも１つの光学的バンドギャップを有するように構成されている。これに関連して、バンドギャップとは、価電子帯と伝導帯との間にある、固体材料を有する層の領域であると理解される。このバンドギャップにより、層に使用されている固体ひいては層を備えた変換素子は、特定の周波数範囲の放射に対して透明になる。バンドギャップの適切な調整および／または固体材料の選択により、変換素子の光学的特性を適切に調整することができる。特に、入射する放射の一部のみが層を通過して放射領域に放出されるように層を構成することが可能である。層の構造体が少なくとも５００ｎｍの平均厚さを有することが有利である。この場合、有利には、少なくとも５００ｎｍの層厚を有するフォトニック構造体、特にフォトニック結晶、準周期的な構造体または決定論的非周期的な構造体が選択され、それによって光学的バンドギャップが作り出される。

本発明の一発展形態によれば、構造体を有する層は、指向性を有するビーム束が、その層が配置された平面に対して垂直に放出されるように構成されていることが規定されている。この構成形態によれば、放射領域に放出される放射が、層平面に対して垂直に配置されることが規定されている。これに対して、他の空間領域に放出される放射成分が確実に抑制される。

さらに、層の少なくとも片側に光学フィルター素子が配置されている場合、本発明の有利な発展形態となる。有利には、このようなフィルター素子は、変換材料を有するパターニング層の面上に適用されるフィルター層として構成されている。このようなフィルター素子もしくはフィルター層を用いることで、放射のある部分だけが変換材料を有する層に入射すること、または変換材料を有するパターニング層が発する変換された放射のある部分だけが所望の空間領域に放出されることが可能になる。

このように、有利には、フィルター素子、特にフィルター層は、励起光として必要とされるかまたは放射領域に適切に放出されるべき放射の一部のみがフィルター素子またはフィルター層を通過できるように構成されている。

さらに、本発明は、先に説明した本発明により構成された変換素子の構成例の少なくとも１つに従って形成された変換素子に励起光を照射するＬＥＤを有する放射源に関するものである。変換素子自体は、変換材料を有する少なくとも１つの層を有しており、この変換材料は、ＬＥＤが発する励起光によって励起されると、変換された放射を放射領域に放出する。これに関連して、ＬＥＤと変換素子とを組み合わせて、ＬＥＤが発する励起光のすべてを変換された放射に変換したり、ＬＥＤが発する励起光の一部だけを変換された放射に変換したりすることが考えられる。放射源から放出された放射が、所望の空間領域にのみ指向されることも重要である。このようにして、放射源は、適切に選択された方向または適切に選択された放射領域に放出される指向性を有するビームまたは指向性を有するビーム束を生成する。

本発明の一発展形態によれば、変換材料を有するパターニング層は、ＬＥＤの半導体基板の一部である。この場合、有利には、構造体は、ＬＥＤの半導体基板に形成されていてもよい。これに関連して、構造体は、ＬＥＤ半導体基板を適切にエッチングして製造し、その後、構造体を変換材料で少なくとも部分的にコーティングし、かつ／または構造体のエッチングされた凹部に変換材料を充填することがさらに有利には考えられる。

さらに、有利には、変換材料を有する構造体は、変換された放射が、半導体基板が配置された平面に対して垂直方向で放射領域に放出されるように構成されることが企図されている。この場合、構造体は、バンドギャップ効果により、変換された放射がＬＥＤチップの表面に対して垂直方向にのみ放射領域に放射されるように構成されている。この技術的な解決策により、変換素子から放出される変換後の放射に高い指向性が生じる。これに関連して、構造体、特に、例えばフォトニック結晶の形をしたフォトニック構造体が、ＬＥＤの半導体材料の最上層にのみ配置されているか、あるいは少なくとも部分的に活性ゾーンにも配置されていることが考えられる。光学的バンドギャップを確実に発生させるためには、構造体の層の厚さが少なくとも５００ｎｍであることも有利である。

特別な構成形態では、パターニング層の少なくとも片側に配置された少なくとも１つのフィルター層が設けられていることが規定されている。これに関連して、フィルター層を用いることで、ＬＥＤから発生させられた励起光が特定の波長域で抑制されることも考えられる。このように、変換素子のパターニング層で指向性を有する放射を発生させることで、励起光の完全な変換に基づく、特にエテンデュ制限のあるシステムを、既知の技術的解決策よりも大幅に効率化することができる。

本発明の発展形態によれば、放射源は、ＲＧＢ色空間に特徴的な色、すなわち赤色、緑色および青色を有する、可視白色光または可視変換光を放出するように構成されている。

更なる構成形態によれば、放射源は、１つのＬＥＤまたは複数のＬＥＤを有している。これらはアレイ状に隣り合って配置され、個別に駆動制御することができる。

更なる構成形態によれば、放射源は、例えば、より大きな部品の個々の画素が個別にオン／オフされる画素化アレイであってもよい。

本明細書に記載されているようなフォトニック構造体を、非常に小型のＬＥＤ、例えば前述のＬＥＤ、または画素化アレイと組み合わせて使用することが有利である。なぜなら、レンズなどの古典的な光学部品は、小さなサイズでは非常に限られた範囲でしか使用できないからである。さらに、フォトニック構造体を用いて、それは指向性を提供するため、隣り合う画素間のコントラストを向上させることができる。

更なる構成形態によれば、放射源をチップサイズのパッケージとして設計することも可能である。この場合、特に、適切なハウジングのない構成部品である。このような部品の場合、古典的なレンズでは非常にコンパクトな部品にうまく取り付けることができなかったり、部品をかなり大きくしたりするため、ここに記載したタイプの光学素子が特に有利である。

さらに、本発明は、上述の特定の特性のうちの少なくとも１つを有する放射源の製造方法にも関している。この方法は、構造体が、ＬＥＤの半導体基板における少なくとも１つのエッチングステップによって形成されることを特徴とする。この場合、構造体、特に構造体の中の選択された凹部が、少なくとも部分的に変換材料で充填されていると有利である。

半導体ボディからの取り出し、特に光取り出しを提供することができる構造体の需要が存在し得る。

第１の態様によれば、デバイス、特に電子構造素子、特に光電子構造素子、特に発光ダイオードを製造する方法が提案されており、ここで、デバイスを提供する半導体ボディの表面領域に、取り出し構造体、特に光学的な取り出し構造体を作製するために、表面領域のパターニング、パターニングされた表面領域の平坦化を行うことで、表面領域の平坦化された表面が得られる。特に、平坦化とは、平面性を形成することを意味し、これは平坦性とも呼ぶことができる。

第２の態様によれば、デバイス、特に電子構造素子、特に光電子構造素子、特に発光ダイオードが提案されており、ここで、取り出し構造体が、デバイスを提供する半導体ボディの表面領域に、表面領域のパターニングおよびパターニングされた表面領域の平坦化によって表面領域の平坦化された表面を得ることで作り出された。

提案された取り出し構造体を用いて、表面から当該表面に対して垂直な方向に光を放出することができる。

提案された構成によれば、ダイとも呼ぶことができる半導体ボディの表面領域のパターニングは、表面領域にランダムなトポロジーを生成することによって行うことができる。

更なる提案された構成によれば、ランダムなトポロジーは、第１の材料を有する半導体ボディの表面領域の表面を直接粗面化することによって生成することができる。

更なる提案された構成によれば、ランダムなトポロジーは、高い屈折率、特に２超の屈折率を有する透明な第２の材料、特にＮｂ_２Ｏ_５を表面領域に施与し、この第２の材料を粗面化することによって作り出すことができる。この第２の材料は、表面領域に層として設けることができる。

更なる提案された構成によれば、半導体ボディの表面領域のパターニングは、表面領域に秩序立ったトポロジーを生成することによって行うことができる。

更なる提案された構成によれば、高い屈折率、特に２超の屈折率を有する透明な第２の材料、特にＮｂ_２Ｏ_５を施与し、この材料において行われる周期的なフォトニック結晶または非周期的なフォトニック構造体、特に準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体の第２の材料へのパターニングによって、秩序立ったトポロジーを生成することができる。第２の材料は、層として設けることができる。

フォトニック結晶とは、光の屈折率を周期的に変化させることで、フォトンのバンド構造を作り出す周期的な構造体を意味している。このバンド構造は、ある周波数領域でバンドギャップを有することができる。あるいはこの特性は、非周期的ではあるが秩序立った構造体でも作り出すことができる。このような構造体は、特に、準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体である。これらは、例えば螺旋状に配置されていてもよい。

更なる提案された構成によれば、半導体ボディの表面領域の平坦化は、低屈折率、特に１．５未満、特にＳｉＯ_２を有する透明な第３の材料を表面領域に施与することによって行うことができる。第３の材料は、層として設けることができる。

更なる提案された構成によれば、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）を用いて、ＳｉＯ_２を低屈折率の透明な第３の材料として施与することができる。

更なる提案された構成によれば、低屈折率の第３の材料の薄化は、表面において、半導体ボディの第１の材料の最も高い凸部または高屈折率の第２の材料の最も高い凸部が平坦および／または平滑になるまで行うことができる。

更なる提案された構成によれば、薄化は化学機械研磨（ＣＭＰ）によって行うことができる。

更なる提案された構成によれば、デバイスの転写は、スタンピング技術を用いて行うことができる。

更なる提案された構成によれば、平坦化された表面は、平坦および／または平滑で、平均粗さ値として２０ナノメートル未満、特に１ナノメートル未満の範囲の粗さを有することができる。

更なる提案された構成によれば、取り出し構造体は、構造素子の半導体の粗面化された第１の材料上に、低い屈折率を有する透明な第３の材料、特にＳｉＯ_２を含むことができる。

更なる提案された構成によれば、取り出し構造体は、高い屈折率を有する粗面化された透明な第２の材料、特にＮｂ_２Ｏ_５上に、低い屈折率を有する透明な第３の材料、特にＳｉＯ_２を有することができ、ここで、第２の材料は、構造素子の半導体の第１の材料上に設けられていてもよい。

更なる提案された構成によれば、取り出し構造体は、高い屈折率を有する透明な第２の材料上に、低い屈折率を有する透明な第３の材料、特にＳｉＯ_２を有することができ、ここで、第２の材料は、構造素子の半導体の第１の材料上に設けられており、周期的なフォトニック結晶または非周期的なフォトニック構造体、特に準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体を有することができる。

また、発光面に対して少なくとも実質的に垂直に光を放射する改良された光電子デバイスを提供することが望ましいと考えられ得る。

本発明はまた、光電子デバイスからの光出射面から出射する光を生成するための複数の光源を備えた配置構造体を含み、さらに、光出射面と複数の光源との間に配置された少なくとも１つのフォトニック構造体を含む光電子デバイスに関するものである。

少なくとも１つのフォトニック構造体（特に、フォトニック結晶または本明細書ではカラム構造体とも呼ばれるピラー構造体）によって、光が光出射面を通ってデバイスから出る前に、放出された光のビーム整形を行うことができる。

特に、フォトニック構造体は、光源から生成された光をビーム整形するように構成されていてもよい。特に、光が光出射面から少なくとも実質的に垂直に出射するように、フォトニック構造体が形成されていてもよい。このようにして、放出された光の指向性を改善することができる。

フォトニック結晶は自体公知である。これは特に、透明な固体中に生じるか、または作り出された光屈折率の周期的な構造体である。特にここでは、いわゆる２次元フォトニック結晶が関連しており、２つの相互に垂直な空間方向、特に光出射面に対して平行に延びる２つの相互に垂直な空間方向で光屈折率が周期的に変化している。

本発明の一構成によれば、この配置構造体は、層状に配置された複数の画素を光源として有するアレイであり、フォトニック結晶が層状に配置または形成されている。そのため、フォトニック結晶は、アレイの画素が配置された層内に直接配置されていてもよい。ここで、フォトニック結晶は光源の上の層内に配置されていてもよく、フォトニック結晶はそれでもなお光源と光出射面との間に位置することになる。

特に、この層は半導体材料を有し、フォトニック結晶は半導体材料にパターニングされていてもよい。半導体材料の例としては、ＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＰ材料系が考慮される。ここで、ＧａＮは窒化ガリウムを表し、ここで、ＡｌＩｎＧａＰはアルミニウムインジウムガリウムリンを表している。他の可能な材料系の例としては、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）およびＩｎＧａＡｓ（ヒ化インジウムガリウム）が挙げられる。

フォトニック結晶は、半導体材料中に光屈折率の周期的な変化を形成することによって実現することができ、このために、例えばＮｂ_２Ｏ_５（ニオブ（Ｖ）酸化物）などの高屈折率材料を使用し、それを適宜半導体材料に導入することができる。この場合、このフォトニック結晶は、光出射方向に対して平行に延びる面内で、互いに直交する２つの空間方向に光屈折率の周期的な変化を有する２次元フォトニック結晶として形成されることが好ましい。

本発明の一構成によれば、この配置構造体は、第１の層に配置された複数の画素を光源として有するアレイであり、フォトニック結晶が、更なる第２の層に配置されており、ここで、第２の層は、第１の層と光出射面との間に位置している。そのため、フォトニック結晶は、複数の画素を有する層の上にある追加の第２の層に配置または収容することができる。フォトニック結晶は、ここでも例えば２次元フォトニック結晶として形成されていてよい。フォトニック結晶は、高屈折率材料、例えばＮｂ_２Ｏ_５に形成された穴部もしくは凹部によって実現されていてもよい。このようにして、対応するパターニング部を高屈折率材料に形成することでフォトニック結晶を形成することができ、または形成されていてもよい。フォトニック構造体は、低屈折率材料、例えば二酸化ケイ素で充填されていてもよい。

本発明の一構成によれば、この配置構造体は、複数のＬＥＤを光源として有しており、ＬＥＤは第１の層に配置され、フォトニック結晶は更なる第２の層に配置または形成されており、ここで、第２の層は、第１の層と光出射面との間に位置する。特にアレイ状に配置されたＬＥＤとの組み合わせでは、ＬＥＤを有する第１の層の上にある更なる第２の層においてフォトニック結晶が設けられていてもよい。これは、好ましくは２次元フォトニック結晶として形成されており、光出射面に対して平行で互いに直交して延びる２つの空間方向に光屈折率を周期的に変化させる形で実現されている。高屈折率材料の例としては、ここでもＮｂ_２Ｏ_５を挙げることができ、高屈折率材料に穴部もしくは凹部を設けてフォトニック結晶はパターニングされていてもよい。フォトニック構造体は、低屈折率材料、例えば二酸化ケイ素で充填されていてもよい。

ＬＥＤは、横型ＬＥＤと縦型ＬＥＤとに区別することができる。横型ＬＥＤの場合、電気端子は光出射面に面していないＬＥＤの背面にある。それに対して、縦型ＬＥＤは、ＬＥＤの正面と背面とにそれぞれ１つずつ電気端子がある。この場合、正面は光出射面の方を向いている。

両極性の電気的コンタクトが背面にある画素化アレイでは、アレイ表面全体を、例えばフォトニック結晶の形で、特にメサトレンチまたはコンタクト面を省くことなくパターニングすることができる。キャリア基板の下に横型発光ダイオードを配置した場合も、同様の配置構造となる。

本発明の一構成によれば、光源を電気的に接触接続させるための横型発光ダイオードのアレイまたは配置構造において、生成された光を反射する接点層によって、両極がそれぞれ電気的に接続されていてもよく、接点層は、上面にある光出射面から見てフォトニック構造体および光源の下方に位置する。接点層は、各極間の短絡を回避するために、少なくとも２つの電気的に分離された領域を有していてもよい。

本発明の他の構成によれば、光源と電気的に接触接続させるための縦型発光ダイオードの配置構造において、光出射面に面していない、特に正側の、第１の極が、生成された光を反射する接点層に電気的に接続されていてもよく、接点層は、上面にある光出射面から見てフォトニック構造体および光源の下方に位置する。

本発明の一構成形態によれば、光出射面に面している、それぞれの場合において他方の、特に負側の、第２の極が、導電性で光学的に透明な材料、特にＩＴＯの層によって電気的に接続されていてもよい。層と反射性接点層との間に充填材料が配置されていてもよい。

本発明の一構成によれば、光源の各々は、再結合ゾーンを有していてもよく、フォトニック結晶は、フォトニック結晶が再結合ゾーンの領域に存在する光学的な状態密度を変化させるように、特に、伝搬方向が光出射面に対して平行および／または小さな角度をなす少なくとも１つの光学モードに対してバンドギャップが生成されるように、再結合ゾーンの近傍領域に配置されていてもよい。再結合ゾーンの領域に光学的バンドギャップを発生させるために、フォトニック結晶が再結合ゾーンに非常に近いと有利である。さらに、バンドギャップを形成するためには、光出射面に対して垂直な方向から見てフォトニック結晶の高さが大きく、特に３００ｎｍ以上であると有利である。したがって、フォトニック結晶により、伝搬方向が光出射面に対して平行および／または小さな角度をなす光の放出が抑制され得るため、光を生成する領域で既に放出された光に指向性を持たせることができる。これにより、光は光出射面に対して垂直な限定された発光円錐（Emissionskegel）でのみ発生する。ここで、発光円錐の開口角はフォトニック結晶に依存し、小さな値、例えば最大２０°、最大１５°、最大１０°または最大５°とすることができる。

フォトニック結晶は、光スポットの位置とは無関係に、光出射面に対して平行に広がる面に対して配置されていてもよい。

フォトニック結晶は、自体公知のリソグラフィ技術を用いて製造することができる。自体公知の技術としては、例えば、ナノインプリントリソグラフィまたは液浸ＥＵＶステッパ（ＥＵＶは極紫外線のことである）が挙げられる。

フォトニック構造体は、光出射面と複数の光源との間に少なくとも部分的に延在する複数のピラー構造体を含んでいてもよく、それぞれのピラーは、光源に割り当てられており、光出射面に対して垂直な方向から見たときにこれと同一平面上にあるように整列している。

ピラーは、カラムと呼ぶこともできる。ピラーもしくはカラムは、好ましくは光出射面に対して垂直に延在する長手方向軸線を有している。ピラーとそれに割り当てられた光源とが同一平面上に整列している場合、特にピラーの長手方向の延長軸線が光源の中心点と交差していることを意味する。

長手方向軸線に直角方向で見ると、ピラーは、円形、正方形または多角形の断面を有し得る。好ましくは、ピラーは高さ対直径のアスペクト比が少なくとも３：１である。ここで、高さはピラーの長手方向軸線の方向に測定される。

特にピラーは、例えばＮｂ_２Ｏ_５などの高屈折率材料で形成されている。周囲の材料に比べて屈折率が高いため、ピラーの長手方向軸線に対して平行な方向の発光量を他の空間方向に比べて増加させることができる。ピラーが導波路の役割を果たす。これにより、ピラーの長手方向軸線に沿った光が、他の伝搬方向に沿ったものと比べて効率的に取り出される。そのため、光の長手方向軸線の方向への指向性を向上させることができる。さらに、光の長手方向軸線は光出射面に対して垂直に延びることが好ましいため、光出射面に対して垂直な光取り出しの改善を図ることができる。

この配置構造体は、第１の層に配置された複数の画素を光源として有するアレイであってもよく、ピラーは更なる第２の層に配置されていてもよく、第２の層は、第１の層と光出射面との間にある。そのため、ピラーは画素化アレイの表面に配置されていてもよい。この場合、ピラー構造体もしくはカラム構造体は、高屈折率材料から独立して形成されていてもよい。さらに、ピラーの間の間隙には、低屈折率の二酸化ケイ素などの充填材料が充填されていてもよい。

この配置構造体は、第１の層に配置された複数のＬＥＤを光源として有することができ、ピラーは、更なる第２の層に配置または形成されていてもよく、ここで、第２の層は、第１の層と光出射面との間にある。

この配置構造体は、第１の層に配置された複数の画素を光源として有するアレイであってもよく、ピラーも同様に第１の層に配置されていてもよい。特に、ピラーは、ピラーの少なくともそれぞれの部分が、ピラーに割り当てられた光源よりも光出射面に近づくように、第１の層に配置されていてもよい。これにより、ピラーは、光源と光出射面との間の光導波路として機能することができる。ピラーは、第１の層に設けられたアレイの半導体材料から形成されていてもよく、半導体材料は高屈折率を有している。特に、第１の層の半導体材料は、ピラーが残るようにエッチングで除去してもよい。ピラーの間の間隙には、ここでも低屈折率材料が充填されていてもよい。

この配置構造は、画素、特にＬＥＤの形をした複数の画素を光源として有するアレイであってもよく、ここで、画素はピラーに形成されている。このようにして、個々の画素がピラーの形をしたアレイを作成することができる。この点において、各ピラーは、有利にはＬＥＤであり、個々の画素として機能する。ピラーの長手方向軸線を基準にして見ると、ピラーの長さは、放出される光の半波長に対応することができ、ピラーによって形成されるＬＥＤの再結合ゾーンは、好ましくはピラーの中心に位置することになる。そのため再結合ゾーンは、フォトニック状態密度の局所極大に位置する。これにより、ピラーの長手方向に対して平行な発光量を大幅に増やすことができる。導波路効果により、長手方向軸線に対して平行な伝搬方向の光は、他の伝搬方向の光よりも効率的に取り出される。

ピラーの高さ対直径のアスペクト比は、有利には３：１である。一般的な発光波長では、ピラーの高さは約１００ｎｍで、直径は３０ｎｍである。高さおよび／または直径を大きくしてスケールアップすることも可能で、これはより簡単に製造することができる。光源を有するピラーの間には、ピラーの半導体材料よりも屈折率が低い材料、例えば二酸化ケイ素が充填されていてもよい。

光源を有するピラーの場合、光出射面に面していないピラーの下面にｐ型コンタクトを設けることができる。ｎ型コンタクトは、例えば、ピラーの上面にピラーの半分の高さで設けてもよい。ｎ型コンタクトは、透明な導電性材料の上に設けることができ、特に充填材料の中間層として、またはピラーの上の最上層として設けることができる。ｎ型コンタクト層の材料としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）が考えられる。また、ｎ型コンタクトとｐ型コンタクトとを逆に配置することも可能である。

特に、ピラーまたはカラムとして形作られ、特に縦型である、電気的接触接続のための発光ダイオードの配置構造の場合、そのつど一方の、特に正側の、第１の極が、発光ダイオードの第１の長手方向端部上および／または当該端部に沿って形成されていてもよい反射性接点層に電気的に接続されていてもよい。

それぞれの場合において他方の、特に負側の、第２の極は、導電性で光学的に透明な材料、特にＩＴＯの更なる層に電気的に接続されていてもよい。この層は、中間層としてピラーまたはカラムの中心に配置されていてもよいし、ピラーの第２の長手方向端部上および／または当該端部に沿って配置されていてもよく、第２の長手方向端部は第１の長手方向端部とは反対側にある。

更なる態様によれば、特に平面の、画素を有するアレイ、または発光ダイオードの配置構造体から、発光面に対して垂直方向の光の放出を生成するための光電子デバイスが提案されており、光学的に作用する構造体、特にフォトニック結晶やピラー構造体などのナノ構造体が、光を垂直方向に放出するために、発光面全体に沿ってパターニングされている。

更なる態様によれば、特に平面の、画素化アレイ、または発光ダイオードの配置構造体から、発光面に対して垂直方向の光の放出を生成するための光電子デバイスの製造方法が提案されており、ここで、光学的に作用する構造体が、光を垂直方向に放出するために、発光面全体に沿ってパターニングされている。

特に、プラナアレイとは、特に平面状のアレイを意味している。さらに、アレイまたはフィールドの表面は、有利には平滑である。特に、画素化アレイは、モノリシック画素化アレイである。

言及したすべての材料、特にフォトニック結晶、ピラー、または充填材料における材料は、好ましくは、低い吸収係数を有している。特に、ここでいう吸収係数とは、電磁放射が所定の材料を通過する際の強度の低下を示す指標である。

以下では、本発明の構成変形例について、添付の図面を参照して、より詳細に説明する。

本発明による照明ユニットの第１の変形例の透視図である。 本発明による照明ユニットの第２の変形例の断面図である。 図２の複数の照明ユニットの配置構造体を示す図である。 本発明による照明ユニットの第４の変形例の透視図である。 図４の照明ユニットを備えた表面トポグラフィー検知システムのブロック図を示す。 ３次元フォトニック構造体の偏光素子が施与された光出射面を有するエミッタユニットを備えた照明ユニットを示す図である。 複数の螺旋状の構造要素を有する３次元フォトニック構造体を表した図である。 波長選択特性を有する３次元フォトニック構造体を有する偏光素子が施与された光出射面を有するエミッタユニットを備えた照明ユニットを示す図である。 エミッタユニットと、変換材料が充填された３次元フォトニック構造体とを有する照明ユニットを示す図である。 ＬＥＤと、ＬＥＤ半導体材料の最上層のみに配置された変換材料を充填したパターニング層で形成される変換素子とを備えた放射源の上面図および断面図である。 ＬＥＤと、ＬＥＤ半導体材料の最上層のみに配置された変換材料を充填したパターニング層で形成される変換素子と、ＬＥＤ半導体材料の最上層に施与されたフィルター層とを有する放射源の横断面図である。 ＬＥＤと、ＬＥＤ半導体材料の活性ゾーンにまで及ぶ変換材料を充填したパターニング層で形成される変換素子とを備えた放射源の上面図および断面図である。 ＬＥＤと、ＬＥＤ半導体材料の活性ゾーンにまで及ぶ変換材料を充填したパターニング層で形成される変換素子と、ＬＥＤ半導体材料の最上層に施与されたフィルター層とを有する放射源の横断面図である。 提案されたデバイスの一構成例を示す図である。 提案されたデバイスの更なる構成例を示す図である。 提案されたデバイスの更なる構成例を示す図である。 提案された方法の一構成例を示す図である。 第１の提案されたデバイスの上面図である。 第１の提案されたデバイスの横断面図である。 第２の提案されたデバイスの上面図である。 第２の提案されたデバイスの横断面図である。 第３の提案されたデバイスの上面図である。 第３の提案されたデバイスの横断面図である。 第４の提案されたデバイスの上面図である。 第４の提案されたデバイスの横断面図である。 第５の提案されたデバイスの上面図である。 第５の提案されたデバイスの横断面図である。 第６の提案されたデバイスの上面図である。 第６の提案されたデバイスの横断面図である。 第７の提案されたデバイスの上面図である。 第７の提案されたデバイスの横断面図である。 第８の提案されたデバイスの上面図である。 第８の提案されたデバイスの横断面図である。 第９の提案されたデバイスの上面図である。 第９の提案されたデバイスの横断面図である。 本発明によるデバイスの更なる変形例の横断面図を示す。

図１に示す照明ユニット１１は、少なくとも１つの光電子エミッタユニット１３を含んでおり、この光電子エミッタユニット１３は、光出射面１５を介して、例えば波長の異なる可視光または赤外光などの電磁放射１９を放出するように形成されている。ここで、光出射面１５を介して出射する前の電磁放射をビーム整形するために、フォトニック構造体１７が設けられている。フォトニック構造体１７は、電磁放射１９が遠方界２１において定義されたパターン２３を有するように、電磁放射１９を整形する。

特に、図１の照明ユニット１１のフォトニック構造体１７は、１次元フォトニック結晶２５である。この構造体は、図示の変形例では、光出射面１５まで広がっている。そのため、フォトニック結晶２５の端面が光出射面１５を形成している。１次元フォトニック結晶２５は、第１の方向Ｒ１に沿って光屈折率の周期的な変化を有している。

結晶２５もしくは周期変動は、エミッタユニットの光源（図示せず）により放射された電磁放射をビーム整形するように設定されている。特に、第１の方向Ｒ１に沿った光の伝搬が遮断される。その結果、遠方界２１の放射された放射１９は、第１の方向Ｒ１に沿ってごく僅かにしか広がらない。このように、遠方界２１の電磁放射１９が狭いストリップ２７を形成することが特徴的である。したがって、電磁放射１９は、第１の方向Ｒ１に関してコリメートされている。

光源は、特にＬＥＤである。これは典型的にはランベルト放射体である。フォトニック構造体１７とその結果としてのビーム整形とを用いることで、指向性を有するコリメートされた電磁放射１９を生成することができる。

図１が概略的に示すように、放射された電磁放射１９は、第２の方向Ｒ２に沿って実質的に扇状に広がる光円錐の形でエミッタユニット１３を離れる。光円錐の中心軸は、光出射面１５に対して垂直に延びる主放射方向Ｈに沿って延びている。図示されていないのは、主放射方向Ｈに見て、光出射面１５の下流側の任意のコリメーション光学系である。この光学系によって、電磁放射１９は、第１の空間方向Ｒ１に直交して延びる第２の空間方向Ｒ２にコリメートすることができる。このようにして、電磁放射１９は、２つの方向Ｒ１，Ｒ２に関して、遠方界２１内でコリメートされていてもよい。これによりスポット（Leuchtpunkt）が生じる。

図１に記載の照明装置１１は、特に光学式スキャナーでの使用に適している。この場合、照明装置１１は、遠方界２１内のストリップ状の光像により、特にラインスキャン用途に使用することができる。

図２に示す照明装置１１では、エミッタユニット１３の上部に１次元フォトニック結晶２５が形成されている。結晶２５の端面は、図示されていない光電子光源、例えばＬＥＤによって生成されかつフォトニック結晶２５を通過して光出射面１５を介して放射される電磁放射のための光出射面１５を形成している。

図１に記載の変形例とは対照的に、図２の照明ユニットでは、電磁放射１９の主放射方向Ｈは、光出射面１５の法線Ｎに対して角度αで延びている。ここで、角度αは０度ではない。例えば、角度αは３０度～６０度の範囲にあり得る。これは、１次元フォトニック結晶２５が、第１の方向Ｒ１に延びる、光屈折率の異なる２つの材料３１，３３の周期的に繰り返されるシーケンスを有することによって達成される。材料３１，３３は、図２に概略的に示すように、平行四辺形状の横断面を有し、材料３１，３３が互いに当接する界面は、直交せずに光出射面１５に対して傾斜している。

このような構造体は、例えば、光出射面１５を有する基板３１に、光出射面１５に対して斜めに互いに平行に延びるトレンチ２９をエッチングすることで形成することができる。このトレンチ２９には、エッチング除去された基板材料３３とは異なる光屈折率を有する材料３３を充填することができる。ここでの角度αは、光出射面１５に対するトレンチ２９の傾きに依存していてもよい。トレンチ２９の幅と、２つのトレンチ２９の間に残るそれぞれの基板材料３１の幅とは、フォトニック結晶２５が効果を発揮できる波長に影響を及ぼす。典型的には、トレンチ２９の幅と、２つのトレンチの間に位置する基板材料３３の幅、ひいてはフォトニック結晶構造体２５の周期性は、光源、または光源とフォトニック結晶との間に配置された変換材料によって提供される電磁放射の波長に合わせられる。

１次元フォトニック結晶２５によって、図２に記載の照明ユニット１１もまた、図１を参照して説明したように、遠方界２１に光ストリップ２７を生成することができる。図１の変形例とは対照的に、図２の変形例における主放射方向Ｈは、法線Ｎに対して角度αだけ傾いている。下流に配置されたコリメーション光学系により、ストリップ２７を遠方界２１内で点状もしくは円形の構造体にすることができる。

図３に示す変形例は、図２の複数の照明ユニット１１をライン状またはアレイ状に配置して含んでいる。個々の照明ユニット１１が発する光ビーム１９は、同じ主放射方向Ｈを有している。光ビーム１９は、追加のコリメーション光学系３５、特にレンズによって、図２のイラストにおいて画像平面に対して垂直に延びる第２の方向にコリメートすることもできる。これにより、光学系３５の後方の遠方界に、放出された放射１９の点状もしくは円形の結像が得られる。

図２および図３に記載の照明装置１１でのフォトニック結晶の使用は、図３に記載の照明装置１１をライン状またはアレイ状に配置したものに対して、効果的により高い解像度をもたらす。さらに、特に光学系３５の下流側の遠方界で、より小さなビーム断面積を実現することができる。これにより、照明装置１１に組み込まれたフォトニック結晶２５だけで、第１の方向Ｒ１（図２を参照）のコリメーションが起こるため、光学系３５や、場合によっては更なる後続の光学系をよりコンパクトに形成することができる。

図４の変形例では、照明ユニット１１は、２次元フォトニック結晶３７であるフォトニック構造体１７を含んでおり、その端面が光出射面１５を形成している。光出射面１５から見ると、フォトニック結晶３７の背後には、任意に変換材料を備えた少なくとも１つの光電子光源が配置されている。フォトニック結晶３７は、光出射面を介して放射された電磁放射１９を、遠方界２１において定義された離散的なパターン３９を生成するように形作るために形成されている。図示の例では、パターン３９は複数の分散した光点４１からなっているが、他のパターンも可能である。

図４の照明ユニット１１は、例えば、図５のブロック図に例示した表面トポグラフィー検知システム４３に使用するのに適している。当該システム４３は、照明ユニット１１に加えて、パターン３９が物体（図示せず）を照らしたときにパターン３９を検知するように形成されたカメラ４７を備えた検出ユニット４５を含んでいる。

さらに、所定の基準パターンに対するパターン３９のずれを突き止めるために形成された分析装置４９が設けられている。基準パターンは、例えば、パターン３９を平坦な表面に投影したときの検知結果から求めることができる。

分析装置４９はさらに、パターン３９の突き止められたずれに応じて、遠方界２１においてパターン３９により照明された物体の形状および／または構造を決定するように構成されている。そのため、このシステム４３によって、例えば、顔の検出を実現することができる。

図４の変形例では、フォトニック結晶３７によってパターン３９が既に生成されているため、パターン生成のための下流側の光学系を省略することができる。したがって、図４に記載の照明装置１１ひいては図５に記載のシステム４３は、特にコンパクトな形態で実現することができる。

図６は、３次元フォトニック構造体を有する偏光層の形で偏光素子４が施与された光出射面３を有するエミッタユニット２を備えた照明ユニット１を示している。図６に示す構成例によれば、エミッタユニット２は、可視光または場合によっては紫外光の波長域の光を発するＬＥＤ５である。ＬＥＤ５から放出された光は、３次元フォトニック構造体に導かれ、ここで構造体の構成や寸法に応じて、特定の振動方向に偏光される。３次元フォトニック構造体の構成に応じて、円偏光や直線偏光が起こり得る。照明ユニット１から特定の偏光を有する光のみが放出されることが重要である。

図７に示すように、偏光素子４の３次元フォトニック構造体が、螺旋状の構造要素６を有する場合、円偏光が起こる。一方、３次元フォトニック構造体の構造要素が、棒状、特にナノロッドと呼ばれるものであれば、３次元フォトニック構造体を介して導かれる放射の直線偏光がもたらされる。

図６に示す照明ユニット１は、二光子リソグラフィプロセス、斜め蒸着プロセス、レーザー干渉リソグラフィまたはホログラフィックパターニングによって製造される。これに関連して、図７に示されている螺旋状の構造要素６は、斜め蒸着プロセスを用いて製造されたものであることに留意すべきである。

図６に示すように、照明ユニット１は、相補的な特性を有する更なる照明ユニットと有利には組み合わせることができる。したがって、異なる偏光特性および／または透過特性を有する照明ユニット１が画像生成のために組み合わせられる。

それぞれの場合において相補的な特性を有する複数の照明ユニットを用いて生成された、異なる振動方向に偏光された放射は、共通の光学系を用いてディスプレイまたはスクリーン上に結像される。このようなデバイスは、３次元画像を作成する用途に有利には使用することができる。

図６に記載のとおり、偏光素子４を形成し、ＬＥＤチップの表面もしくは光出射面３に配置された３次元フォトニック構造体を用いて、現在知られているＬＥＤとは根本的に異なる特性、特に定義された偏り（Polarisation）を有する光を生成することが可能である。ここで、チップ表面に３次元のフォトニック構造体を設けることで、例えば従来の偏光フィルターなどの光学部品を追加する必要がないという大きな利点がある。そのため、照明ユニットを比較的小さく構成することができる。ＬＥＤ５の半導体チップ上に直接パターニングされているため、このような照明ユニット１はまた、後の時点で偏光の選択が行われる既知の照明ユニットよりもエネルギー効率が高い。その特性に基づき３次元フォトニック構造体を通過できなかった各フォトンは、ＬＥＤチップ内に残り、再吸収プロセスにより新たに放出することができる。

図８は、波長選択特性を有する３次元フォトニック構造体を有する偏光素子４が施与された光出射面３を有するエミッタユニット２を備えた照明ユニット１を示している。

この場合、フォトニック構造体は３次元フォトニック結晶として構成されている。あるいは複数の２次元フォトニック結晶を上下に重ねて配置することも可能である。

この３次元フォトニック構造体は、波長ごとの透過率と偏光特性とを有するように構成されている。つまり、３次元フォトニック構造体の透過率と偏光特性とは、入射する放射の波長によって変化することを意味している。

図８に示す照明ユニット１はエミッタユニットを持ち、このエミッタユニットはまたＬＥＤ５を有している。さらに、変換材料の層を有する変換素子７が設けられている。ＬＥＤ５が発する励起光８による励起により、変換材料は、励起光８の波長とは異なる波長を有する変換された放射９を発する。

変換されていない励起光８と変換された放射９との両方が３次元フォトニック構造体に当たると、これらの放射は、透過と偏光に関して、その波長に応じて異なる形で影響を受ける。図８に見られるように、変換された放射９はＬＥＤチップの表面に対して垂直に取り出され、一方、励起光８は横方向に偏向される。

このような照明ユニットは、異なる波長を有する放射が生成される部品に好ましくは使用することができ、ここで、ＬＥＤと変換素子とを組み合わせることで異なる機能を実現することができる。３次元フォトニック構造体の構成や、それぞれの場合によってＬＥＤが発する励起光８の波長によっては、変換された放射９が３次元フォトニック構造体を介して放射する一方で、励起光８を完全に抑制することが可能である。また、変換された放射９が、図８に示すように、チップ表面に対して垂直に取り出される一方で、励起光８を偏向させることも考えられる。もちろん、このメカニズムは逆であってもよい。さらに、励起光８がチップ表面を介して変化せず出射する一方で、変換された放射９を特殊な方法で偏光させることも考えられる。ここでも、メカニズムは逆であってもよい。

図９に示す照明ユニットの変形例は、ここでもＬＥＤ１５の形をしたエミッタユニットと、例えば螺旋状に構成された３次元フォトニック構造体１１とを含んでいる。構造体１１には変換材料１３が充填されている。

図１０は、ＬＥＤと、ＬＥＤ７の半導体基板８に配置された層２であって、適切な変換材料を用いた構造体４を有する層２とを備えた放射源６の上面図および断面図を示している。変換材料を有するパターニング層２は、変換素子１を形成しており、ここで、変換材料は、ＬＥＤ７が発する励起光によって励起されると、変換された放射を放射源６の放射領域３に放出する。

変換材料を用いて層２に設けられた構造体４は、変換された放射が特定の放射領域３において専ら指向性を有するビーム束として放出されるように構成されている。

図１０に示す構成例によれば、変換された放射は、ＬＥＤチップがその半導体基板とともに配置されている面に対して垂直方向に放射される。

図１０に示すパターニング層２は、ＬＥＤ半導体基板にエッチングされた２次元のフォトニック結晶である。構造体４の個々の、ここでは棒状の凹部には、変換材料が充填されている。構造体４の層厚は少なくとも５００ｎｍであるため、結晶性の固体材料にバンドギャップが生じ、変換素子１から放出される変換後の放射に指向性が生じる。

このようなフォトニック構造体は、特にエテンデュ制限のあるシステムについても、指向性ひいては効率を大幅に向上させることができる。対応する構造体４と適切な変換材料とを有する層２をＬＥＤ７の表面上に直接設けることにより、そうでなければ追加的に設けられる光学素子が不要となり、ひいては本発明を利用して比較的小さく構成された放射源を実現することができる。

また、図１０に示した放射源６を用いて、非常に小さな部品、例えば、高解像度ディスプレイ用の画素化ＬＥＤアレイ、または集積部品、例えば家電製品の分野における集積部品も実現することができる。

その他の点では、特にエネルギー効率の高い放射源が提供される。なぜなら、一方では、ＬＥＤチップの表面に対して垂直に配置されていない、必要のない方向には光が放射されず、他方では、変換された光全体を利用できるからである。さらに、ＬＥＤ７が発する励起光であって、活性ゾーン９に導かれ、ＬＥＤ７からの抽出効率が低い励起光のモードも、このようにして効率的に変換することができる。

補足的に、図１１は、図１０に関連して説明したように構成されている放射源６の断面図を示しているが、この放射源６は、追加的に、選択された波長域の放射に対して不透過性であるフィルター層５の形で放射源６の最上層に施与されたフィルター素子５を有している。この場合、フィルター層５は、カラーフィルターの機能を有している。

このような技術構成は、ＬＥＤ７が発する光が完全に変換されるように、ＬＥＤ７と変換素子１とが組み合わされる放射源６に特に見られる。適切に構成されたフィルター層５を用いて、放射領域３に放出された放射を所望の波長の放射に制限することができる。同様に、このようなフィルター層５を用いれば、ＬＥＤ７が発する励起光であって、変換素子１によって変換された放射に変えられない励起光が放射領域３に出射することを、必要に応じてフィルター層５により確実に防止することができる。

図１２は、ここでも、ＬＥＤ７と、ＬＥＤ７の半導体基板８に施与された変換素子１とを有する放射源６を示している。変換素子１は、変換材料を用いた層２と、ＬＥＤ７の半導体基板８に施与された構造体４とを有している。パターニング層２は、好ましくは、フォトニック結晶、準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体である。層２の構造体４には、適切な変換材料が充填されている。

しかしながら、図１０で説明した構成例とは異なり、パターニング層２は放射源６の上部領域の半導体基板に配置されているだけでなく、ＬＥＤ７の活性ゾーン９にまで及んでいる。ここでも５００ｎｍ超の層厚を有するパターニング層２が提供されており、ひいては光学的バンドギャップが生成されている。この場合も、ＬＥＤ７が発する励起光であって、活性ゾーン９に導かれ、ＬＥＤからの取り出し効率が低い励起光のモードを効率よく変換することができる。

補足的に、図１３は、図１２に示すように構成され、追加的に、放射源６の最上層に適用されたフィルター素子５であって、カラーフィルターとして機能するフィルター層の形態で構成されているフィルター素子５を有する放射源６の構成を示している。このようなカラーフィルターは、ＬＥＤ７が発する励起光が完全に変換された場合には、変換された放射の放射範囲内での放出を制限するか、または変換が不完全な場合には、変換されなかった励起光の放出を選択的に抑制する可能性を提供する。

図１４は、提案されたデバイスの一構成例を示している。図１４によれば、第１の材料１を有する半導体ボディが示されており、これはダイとも呼ぶことができ、ここでは発光ダイオードとして形成されている。

取り出し構造体Ａが形成される。デバイスを提供する半導体ボディの表面領域９には、平坦化された表面７が形成される。表面領域９は、この目的のためにパターニングされ、その後に平坦化される。

半導体ボディは、表面領域９が図示しないキャリアに対向して生成されるように、エピタキシャル的に作製することができる。原則的には、デバイスを提供する半導体ボディのすべての表面領域をパターニングし、その後に平坦化して、取り出し構造体Ａ、特に光学的な取り出し構造体Ａを形成することができる。パターニングおよび平坦化がそれにマッチしていれば、他の波長の電磁放射も取り出すことができる。

図１４は、半導体ボディの表面領域９をパターニングしたものを示しており、ここで、表面領域９にランダムなトポロジーが生成されている。ここでは、表面領域９上の半導体ボディの第１の材料１を直接粗面化することによって、ランダムなトポロジーが形成されている。

トポロジーとは、ここでは特に空間的な構造である。

その後、低い屈折率、特に１．５未満の透明な第３の材料５を施与して、半導体ボディの表面領域９を平坦化する。これに続いて、屈折率が低い設けられた透明な第３の材料５の薄化を、パターニングされた表面領域９の表面７において半導体ボディの第１の材料１の最も高い凸部が平坦および／または平滑になるまで行う。第３の材料５は、層として設けることができる。

薄化は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって行うことができる。

表面領域９にエンボス加工される可能性のある構造体は、例えば粗面化された表面などのランダムなトポロジーであってもよい。例えば粗面化された表面などのランダムなトポロジーは、すでに大型のＬＥＤで使用されている。

光取り出しは、平坦化された表面７を有する取り出し構造体Ａによって改善される。このために、例えばＬＥＤ半導体もしくはＬＥＤダイの第１の材料１を、まず図１４のように直接パターニングする。

平坦化に使用される低屈折率の透明な第３の材料５は、ＳｉＯ_２とすることができ、これは特にＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）によって設けることができる。

屈折率（Brechzahl）または光学密度とも呼ばれ、以前は屈折率（Brechungszahl）とも呼ばれていた屈折率（Brechungsindex）は、光学材料の特性の１つである。これは、真空中の光の波長と材料中の波長との比であり、ひいては真空中の光の位相速度と材料中の位相速度との比でもある。屈折率は無次元であり、一般的には光の周波数に依存しており、これは分散と呼ばれる。屈折率の異なる２つの媒体の界面では、光が屈折したり反射したりする。ここで、屈折率の大きい媒体を光学的に高密度なものと呼ぶ。

屈折率が低いとは、特に１．５未満のものとすることができる。屈折率が低い別の使用可能な材料は、例えば、屈折率が例えば１．４６のクラウンガラス、屈折率が例えば１．４９のＰＭＭＡ、屈折率が例えば１．４６の石英ガラスである。これらの屈折率は、ナトリウムＤ線の波長５８９ｎｍで生じるものである。二酸化ケイ素の屈折率は、例えば１．４５８である。他の材料も同様に使用可能である。

すべての図の中にある同一の参照符号は、同一の特徴を表している。

図１５は、提案されたデバイスの第２の構成例を示している。

光取り出しを改善するために、図１５による構成例の代わりに、屈折率の大きい透明な第２の材料３を発光ダイオードに施与し、適切な方法でパターニングすることができる。屈折率が高い適切な第２の材料３は、例えばＮｂ_２Ｏ_５である。これらの代替案を、図１５および１６が示している。

屈折率が高いとは、特に２超であり得る。別の使用可能な屈折率が高い材料としては、例えば、屈折率が例えば２．３７の硫化亜鉛、屈折率が例えば２．４２のダイヤモンド、屈折率が例えば２．５２の二酸化チタン、屈折率が例えば２．６５の炭化ケイ素、屈折率が例えば３．１０の二酸化チタンが挙げられる。これらの屈折率は、特にナトリウムＤ線の波長５８９ｎｍで生じるものである。例えば、ニオブ（Ｖ）酸化物の屈折率は２．３である。他の材料も使用可能である。

デバイスを提供する半導体ボディの表面領域９には、取り出し構造体Ａが形成されている。同様に、表面領域９のパターニングもここで行われる。

表面領域９のパターニングは、図１４の場合と同様に、表面領域９にランダムなトポロジーを生成することによって行われる。図１４によれば、ランダムなトポロジーの生成は、第１の材料１を有する半導体ボディの表面領域９の表面７を直接粗面化することによって行われるが、図１５によれば、ランダムなトポロジーは、高い屈折率、特に２超の屈折率を有する透明な第２の材料３を、特に層状に表面領域９に施与し、第２の材料３を粗面化することによって形成される。

これに続いて、パターニングされた表面領域９に、低屈折率、特に１．５未満の透明な第３の材料５を、特に層状に施与することによって平坦化する。第３の材料５は、層として設けることができる。その後、屈折率が低い設けられた透明な第３の材料５の薄化を、パターニングされた表面領域９の表面７において屈折率が高い第２の材料３の最も高い凸部が平坦および／または平滑になるまで行うことができる。

屈折率が低い透明な第３の材料５は、ＳｉＯ_２とすることができ、これは特にＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）によって設けられる。薄化は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって行うことができる。

図１６は、提案されたデバイスの一構成例を示している。

あるいは表面領域９をパターニングするために、表面領域９に秩序立ったトポロジーを生成することもできる。

この場合、高い屈折率、特に２超の屈折率を有する透明な第２の材料３を表面領域９に、特に層状に施与し、周期的なフォトニック結晶または非周期的なフォトニック構造体、特に準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体を第２の材料３にパターニングすることで、秩序立ったトポロジーが生成される。

あるいは周期的なフォトニック結晶または非周期的なフォトニック構造体、特に準周期的なフォトニック構造体または決定論的非周期的なフォトニック構造体を、第２の材料３を用いずに、半導体ボディの第１の材料１に直接パターニングすることも原則的には可能である。この場合、取り出し構造体Ａを有するデバイスを形成することができ、ここで、構造素子の半導体の第１の材料１に、屈折率が低い透明な第３の材料５、特にＳｉＯ_２を設け、第１の材料１に周期的なフォトニック結晶または非周期的なフォトニック構造体、特に準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体がパターニングされていてもよい。

フォトニック結晶は、パターニングされた半導体、ガラスまたはポリマーからなり、通常、マイクロエレクトロニクスで知られている方法によって製造される。フォトニック結晶は、その特殊な構造により、部品の機能に必要な方法で光を媒体中に伝搬させる。これにより、光を、波長のオーダーの大きさに導くことができるだけでなく、フィルタリングし、波長選択的に反射を行うこともできる。

これは、半導体結晶の周期的な電位が電子の伝搬に影響を与えるのと同様に、周期長を調整して電磁波の伝搬に影響を与える周期的な誘電体構造体である。そのため、例えば可視光のブラッグ反射など、固有の光学特性を示す。

特に、電子バンド構造の形成と同様に、フォトニックバンド構造が形成され、これは結晶内で電磁波が伝搬し得ない禁制エネルギー領域（フォトニックバンドギャップ、ＰＢＧ＝english:photonic band gap）を有することができる。いわば、フォトニック結晶は、電子半導体の光学的アナログ、つまり「光半導体」とみなすこともできる。

周期的なフォトニック結晶または非周期的なフォトニック構造体、特に準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体をパターニングした後、低屈折率の透明な第３の材料５を、特に層状に、パターニングされた表面領域９に設けて、平坦化する。この目的に適しているのは、例えば、ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）を使って堆積されるＳｉＯ_２である。引き続き、第３の材料５は、表面７において高屈折率の第２の材料３の最も高い凸部が平滑になるまで薄化される。

薄化に適したプロセスとしては、マイクロメートルおよびナノメートルの範囲の厚さの層を均一に除去するＣＭＰ（化学機械研磨）がある。その結果、表面は平坦および／または平滑になる。粗さは、特に平均粗さ値（ｒｍｓ）として数ナノメートルの範囲にある。生成された平坦化された表面７は、従来のスタンピング技術を用いて発光ダイオードを転写するために使用することができる。

このようにして、未処理の表面に比べて、取り出し効率を向上させることができる。スタンピング技術を用いた転写プロセスがさらに可能であり続ける。

図１７は、提案された方法の一構成例である。

第１のステップＳ１では、デバイスを提供する半導体ボディの表面領域９をパターニングして取り出し構造体Ａを形成する。第２のステップＳ２では、パターニングされた表面領域９を平坦化して、表面領域９の平坦化された表面７を得る。この平坦化は、２つのサブステップを含んでいる。

第１のサブステップＳ２．１により、屈折率が低い、特に１．５未満の透明な第３の材料５を、パターニングされた表面領域９に、特に層状に施与する。

第２のサブステップＳ２．２により、屈折率が低い設けられた透明な第３の材料５の薄化を、パターニングされた表面領域９の表面７において半導体ボディの第１の材料１の最も高い凸部または屈折率が高い第２の材料３の最も高い凸部が平坦および／または平滑になるまで行う。

第３のステップＳ３では、スタンピング技術を用いてデバイスの転写を行うことができ、ここで、半導体ボディが平坦化された表面７からリフトアップされる。

以下に説明するすべての構成例によれば、半導体材料として、特にＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＮまたはＩｎＧａＡｓの材料系を使用することができる。

図１８ａおよび図１８ｂは、好ましくは光出射面２１から垂直に出射する光を放出するための光電子デバイスを示している。このデバイスは、画素を有するアレイ１１を含んでおり、光出射面２１の発光面全体にわたってフォトニック結晶Ｋの形で光学的に作用するナノ構造体が形成されている。さらに、アレイ１１は、それぞれが再結合面１に置かれている再結合ゾーン２を有する光源をアレイ状に配置したものを含んでいる。

再結合ゾーン２は、アレイ１１の光学活性半導体材料３の第１の層に形成されている。半導体材料３を有するこの層では、フォトニック結晶もしくはフォトニック結晶構造体Ｋがパターニングされており、すなわち２次元フォトニック結晶の形となっている。ここで、フォトニック結晶Ｋは、再結合ゾーン２と光出射面２１との間に配置されている。これに関して、フォトニック結晶構造体Ｋは、個々の画素の位置とは無関係に配置されていてもよく、図示の例では、１つの画素が、再結合ゾーン２を有する１つの光源に対応する。

光学的に作用するフォトニック結晶構造体Ｋは、自立して空気中に存在している、または図示するように、半導体材料３の屈折率よりも小さい屈折率を有する、特に電気絶縁性で光学的に透明な第１の充填材料７、特にＳｉＯ_２で充填されている。充填材料７は、有利には小さい吸収係数も有している。

アレイ１１では、光源を電気的に接触接続させるために、それぞれの光源の電気的な両極が、光学的反射性接点層５によって電気的に接続されている。接点層５は、光学活性半導体材料３の光学的に作用するフォトニック結晶構造体Ｋに面していない側に位置し、図１ｂが示すように下部に配置されている。このような接触接続により、非常に強く局在化された再結合ゾーン２ができる。ここで、接点層５は、電気的に分離された各極を接続できるように、互いに電気的に絶縁された少なくとも２つの領域を有している。

フォトニック結晶Ｋは、少なくともほぼ表面２１に対して垂直な伝搬方向を有する光のみが部品から出て行くことができるように、発光面２１全体にわたってパターニングすることができる。フォトニック結晶Ｋが再結合面１に近く、フォトニック結晶Ｋの層厚が再結合ゾーン２までの距離と比較して大きい場合、光の生成領域における光学的な状態密度がさらに変化する。

このようにして、特に平坦的な、すなわち、特に平面的および／または平滑的な、画素を有するアレイ１１の表面に対して、平行で小さな角度の伝搬方向を有する光学モードの完全なバンドギャップを生成することができる。この場合、発光面に対して平行な伝搬方向を有する光の放出が完全に抑えられる。

特に、光の生成は、フォトニック結晶Ｋにより指定される限定された発光円錐内でのみ行うことができる。この場合、光の生成段階で既に指向性が確保されているため、光取り出しにしか影響を及ぼさない角度選択性の光学素子と比較して効率が効果的に高まる。

フォトニック結晶Ｋの配向は、個々の画素の位置とは無関係であり、特にフォトニック構造体Ｋに対する画素構造の配向は必要なく、ウェハ全面の処理が可能であるようになっている。

デバイスが、アレイ１１の全面にわたって均一な光学的特性を有しているか、またはフォトニック結晶Ｋの光学的環境を乱さない程度にごく僅かに変化するものであれば、有利である。

図１９ａおよび図１９ｂは、第２の提案された光電子デバイスを、それぞれ平面図および横断面図で示している。画素化アレイ１１において、フォトニック結晶Ｋは、図１８ａおよび図１８ｂに記載の構成例の代替案として、光学活性半導体材料３からなる第１の層の上に、材料９、特にＮｂ_２Ｏ_５からなる第２の層に配置されている。ここで、材料９は、大きな光屈折率を有し、半導体材料３の平面的および／または平滑的な表面上に配置されている。有利には、材料９はまた、低い吸収性を有している。

フォトニック結晶Ｋはまた、前述の材料９から自立した２次元のフォトニック結晶として形成されていてよく、ここで、自由空間には空気が存在する。このように、自由空間には屈折率がより小さい材料７で満たされていてもよい。充填材料としては、例えばＳｉＯ_２が考えられる。

ここでの接触接続は、図１８ａおよび図１８ｂに示したものと同様であり、非常に局所的な再結合ゾーン２を可能にする。

図２０ａおよび図２０ｂは、第３の提案された光電子デバイスをそれぞれ平面図と横断面とで示している。図示されたこのデバイスは、光源として、縦型発光ダイオード１３の配置構造と、その上に位置する層に配置された、発光面２１全体の下に広がっておりかつ高屈折率の材料９で形成された２次元フォトニック結晶構造体Ｋとを含んでいる。構造体Ｋの間隙には、ここでも光屈折率が低い充填材料７が充填されている。

縦型発光ダイオード１３は、光出射面２１に対して垂直に延びる縦方向に向いた長手方向軸線に沿って、上側と下側の電気的コンタクトを有している。このように、発光ダイオードは、正面に電気的コンタクトを有し、背面にも電気的コンタクトを有している。ここでは、ＬＥＤ１３について、光出射面２１に面していない側を背面とし、一方で、正面は光出射面２１に面している。

このデバイスは、ＬＥＤ１３の背面のコンタクトを電気的に接触接続させるための、導電性であり、生成された光を反射する接点層５を含んでいる。ＬＥＤ１３の正面にあるコンタクトを電気的に接触接続させるために、導電性で光学的に透明な材料１７、例えばＩＴＯを有する第３の層が設けられている。ボンディングワイヤ１９を介して、電流源の対応する極との電気的な接続を構築することができる。

再結合面１内におよびそれに沿って、更なる、特に電気絶縁性の充填材料１５が、第３の層と光学的反射性接点層５との間に配置されていてもよい。

図２１ａおよび図２１ｂは、第４の提案された光電子デバイスを平面図および横断面図で示している。このデバイスは、それぞれの再結合ゾーン２を有する横型発光ダイオード（ＬＥＤ）１３の配置構造と、発光面２１全体の下にある光学的に作用する２次元フォトニック結晶構造体Ｋとを含んでいる。フォトニック結晶構造体Ｋは、高屈折率の材料９、例えばＮｂ_２Ｏ_５からなる層にある。間隙にはまた、光屈折率が低い充填材料７、例えば二酸化ケイ素が充填されている。

横型発光ダイオード１３の場合、２つの電気的コンタクトは発光ダイオード１３の背面に位置している。ＬＥＤ１３の両極は、それぞれの場合において、光学的反射性接点層５の互いに電気的に分離された領域によって電気的に接続されている。

再結合面１の領域では、材料層９と接点層５との間に、充填材料１５、特に電気絶縁性の充填材料１５が配置されている。

光の生成に関する効率は、図１８ａ～図２１ｂに記載の構成では比較的高いものとなり得る。なぜなら、これらの構成例では、特に、フォトニック結晶Ｋのバンド構造によって、光出射面に対して垂直な方向の光の放出のために再結合ゾーン２の領域でより高いフォトニック状態密度を達成できる場合、光の指向性もしくは方向性が光の生成中に既に達成され得るからである。さらに、フォトニック結晶Ｋのパターニングは、ウェハ全体で均一に行えるという利点もあり得る。フォトニック結晶と個々の画素または発光ダイオードとの間に特定の位置関係または配向関係は必要ではない。これにより、特に各画素に個別に構造体を配置する代替的なアプローチと比較して、製造工数が大幅に削減され得る。

図２２ａおよび図２２ｂは、第５の提案された光電子デバイスを平面図および横断面図で示している。このデバイスは、画素化アレイ１１と、光学的に作用するピラー構造体Ｐ、特に、発光面２１全体にわたってパターニングされたピラーまたはカラムを有する構造体を含んでいる。アレイ１１は、好ましくは平滑および平坦である。

画素化アレイ１１は、それぞれの再結合ゾーン２を含むそれぞれ１つの光源を備えた画素を含んでいる。ここで、画素の再結合ゾーン２は再結合面１に位置し、当該ゾーンは光学活性半導体材料３を有する第１の層に配置されている。

この第１の層の上にはピラー構造体Ｐが形成されている。ここで、ピラーＰは光源に割り当てられており、各ピラーＰは割り当てられた光源の再結合ゾーン２の真上に配置されるようになっている。これに関して、それぞれのピラーＰの長手方向軸線Ｌは、特に、割り当てられた光源２の再結合ゾーン２の中心Ｍを通っている。

ピラーＰは、高屈折率の材料９、例えばＮｂ_２Ｏ_５からなっている。カラムＰの間の空間には、例えば二酸化ケイ素などの屈折率が低い充填材料７が配置されていてもよい。

ピラーＰは、光源を有する層の上に配置されていてもよく、特に、アレイ１１の上にピラーＰを追加的に施与することにより行うことができる。あるいはピラーを半導体材料３にエッチングすることも可能である。このために、半導体材料層がそれに応じて背高で構成されていてもよい。通常、半導体材料は高い屈折率を有しているため、ピラー９を残すように材料をエッチング除去することができる。エッチングで空いた領域には、低屈折率の材料を充填することができる。

ピラーＰは、長手方向軸線Ｌの方向に光を上方に導く導波路のように機能することから、ピラーＰは、光出射面２１に対して垂直な方向での光の放射を向上させることができる。

アレイ１１では、光源と再結合ゾーン２とを電気的に接触接続させるために、光源の電気的な両極が、それぞれの場合において反射性接点層５によって電気的に接続されている。接点層５は、半導体材料の、光学的に作用するピラー構造体Ｐに面していない側に形成されている。接点層５は、２つの極を互いに分離して電気的に接触接続させることができるように、２つの分離された領域を有することができる。このようなタイプの接触接続により、非常に強く局在化された再結合ゾーン２ができる。

図２３ａおよび図２３ｂは、第６の提案された光電子デバイスを平面図および横断面図で示している。このデバイスは、ＬＥＤとも呼ばれる縦型発光ダイオード１３の配置構造体を含んでいる。この発光ダイオード１３の配置構造の上には、特にピラーまたはカラムを有する光学的に作用するピラー構造体Ｐが配置されている。ここで、ピラーＰの長手方向軸線Ｌは、ＬＥＤ１３の再結合ゾーン２の中心点を少なくとも実質的に通っている。

ピラー構造体Ｐは、自立して空気中に存在していてもよいし、特に電気絶縁性で光学的に透明な第１の充填材料７で充填されて発光ダイオードの上に配置されていてもよい。充填材料７は、ピラーＰの材料９および／またはＬＥＤ３の半導体材料３の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。

既に述べたように、ＬＥＤは、縦型発光ダイオード１３である。これらは、反射性接点層５に面しているその背面に１つの、特に正の電気的極を有し、ピラーＰに面しているその前面側に別の電気的極を有している。

光源の前面側にある極は、導電性で光学的に透明な材料１７、特にＩＴＯの層と、コンタクトワイヤ１９とによって、対応する電流供給回路（図示せず）に電気的に接続されている。材料１７を有する層は、図示するように、光源とピラー１７との間に配置されている。

これにより、第２の充填材料１５が、ＬＥＤ１３の層内の間隙ひいては材料１７を有する層と接点層５との間に配置されていてもよい。

ピラー構造体Ｐの寸法は、発光ダイオード１３またはアレイ１１の画素の寸法に対応することができる。

図２４ａおよび図２４ｂは、第７の提案された光電子デバイスを平面図および横断面図で示している。図２３ａおよび図２３ｂの変形例とは異なり、図２４ａおよび図２４ｂに記載のデバイスは、横型発光ダイオード１３の配置構造体を含んでおり、その電気的極は発光ダイオード１３の背面に配置されている。したがって、電気的に接触接続させるために、光源の電気的な両極を、反射性接点層５の電気的に分離された２つの領域を介して電気的に接続することができる。そのため、前述の縦型発光ダイオードを用いた変形例のような材料１７を有する中間層は必要とされない。

図１８～図２１に記載のフォトニック結晶構造体Ｋを有する配置構造と比較すると、ピラーＰを用いた変形例の場合、構造体のサイズが直径最大１μｍ以上と大幅に大きいため、標準的な技術を使ってより簡単に製造することができる。そのため、プロセス要件が低く、高解像度のリソグラフィで十分にピラーを製造することができる。

光学活性半導体材料３または可能な限り高い屈折率を有する材料９からなるピラー構造体、特にピラーまたはカラムは、アレイ１１の個々の画素の上方に、または縦型発光ダイオード１３（図２３ａおよび図２３ｂ）または横型発光ダイオード１３（図２４ａおよび図２４ｂ）の上方に正確にパターニングすることができる。個々の画素または発光ダイオード１３は、直径が１μｍ未満であってもよく、ピラーは、高さ：直径のアスペクト比が少なくとも３：１であってもよい。ピラーは、図２３ｂによれば第３の層１７が形成されないため、図２２ａおよび図２３ｂならびに図２４ａおよび図２４ｂで可能なように、有利には半導体材料３に直接エッチングされるか、またはピラーは、大きな屈折率と有利には低い吸収率とを有する別の材料９からなり、この材料がアレイ１１の表面に施与される。屈折率の大きい材料としては、例えばＮｂ_２Ｏ_５が考えられる。ピラー構造体は自立していてもよいし、屈折率の小さい材料７で充填されていてもよい。低屈折率の充填材料としては、例えばＳｉＯ_２が考えられる。ピラーの屈折率が周囲の材料と比較して大きいため、ピラーの長手方向軸線に対して平行な発光が他の空間方向に比べて高められる。導波路効果により、ピラーの長手方向軸線に沿った光は、他の伝搬方向を有する光よりもさらに効率的に取り出される。これにより、放出された光の指向性もしくは方向性を向上させることができる。

図２５ａおよび図２５ｂは、第８の提案された光電子デバイスを平面図および横断面図で示している。このデバイスは、それぞれがピラーＰとして、ひいてはカラム形状で形成されている発光ダイオード１３の配置構造体を含んでいる。

ピラーＰの長さは、半導体材料３内で放出された光の半波長に対応し、再結合ゾーン２は、有利には、それぞれのピラーの中心Ｍ、ひいてはフォトニック状態密度の局所極大に位置することができる。ピラーＰの高さ：直径のアスペクト比は、少なくとも３：１とすることができる。

図示の配置では、ピラーＰは、高さが約１００ｎｍで、直径が約３０ｎｍしかないものとすることができる。これには非常に微細な解像度のパターニング技術が必要であるが、現在の製造技術ではウェハレベルでの転用は困難である。

代替案として、製造を容易にするために寸法をスケールアップし、この場合、ピラーパターニング部のサイズが大きくなるにつれて、放出された光の指向性が弱められる。ピラーＰの長さは、好ましくは半導体材料内で放出された光の半波長の倍数であり、それぞれの再結合ゾーン２は、フォトニック状態密度の最大値に位置することができる。

ＬＥＤ１３のピラーパターニングにより、ピラーＰの長手方向軸線に対して平行な発光は、より大きなフォトニック状態密度によって効果的に高められる。導波路効果により、ピラーＰの長手方向軸線に沿った伝搬方向を有する光は、他の伝搬方向を有する光よりもさらに効率的に取り出される。ピラーＰの間の空間には、有利には非常に小さい吸収係数と、半導体材料３よりも小さい屈折率とを有する材料７と充填されている。小さい屈折率を有する充填材料としては、例えばＳｉＯ_２が考えられる。

ピラーＰまたはカラムとして形作られた発光ダイオード１３、特に縦型発光ダイオード１３のこの配置構成では、再結合面１に配置された再結合ゾーン２に接触接続させるために、第１の極、特に正の第１の極が反射性接点層５によって、それぞれの場合において電気的に接続されている。接点層５は、発光ダイオード１３の下側の第１の長手方向端部に形成されている。

それぞれの場合において他方の、特に負の第２の極は、導電性の透明な材料１７、特にＩＴＯの第３の層に電気的に接続され、ボンディングワイヤ１９によって、例えば、電流供給回路の対応する極に接続されている。

この配置構造によれば、第３の層は、ピラーＰまたはカラムとして形作られた発光ダイオード１３の長手方向中心部において、再結合面１内におよびそれに沿って形成されている。

図２６ａおよび図２６ｂは、第９の提案された光電子デバイスを平面図および横断面図で示している。図２５ａおよび図２５ｂの変形例とは対照的に、図２６ａおよび図２６ｂに記載のデバイスは、ピラーＰとして形成された縦型ＬＥＤを有している。

下部の電気的コンタクト、特にｐ型コンタクトは、ピラーＰの下面を介して、特に接点層５に接触接続させることによって構築される。

上部の電気的コンタクト、特にｎ型コンタクトは、ピラーＰの上側にある。このコンタクトは、光学的に透明で導電性の材料１７を有する上層を介して構築される。上層は、ピラーＰと、ピラーＰの間の間隙を埋める第１の充填材料７との上に広がっている。上層の材料１７としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）が考えられる。ボンディングワイヤ１９を介して、電流供給回路への接続を構築することができる。

ピラーＰ内で発光ダイオードを電気的に接触接続させることで、非常に強く局在化された再結合ゾーン２ができ、上部コンタクト、特にｎ型コンタクトは、再結合ゾーン２の高さ、またはピラーＰの上側に形成することができる。各ピラーＰは、個々の画素を生成する。

図２５ａ～図２６ｂに記載のピラーの形をした発光ダイオード１３の長手方向軸線に対して平行な光の放出は高められる。これにより、従来のアスペクト比の小さい発光ダイオードと比較して、放出された光の指向性が向上する。図２２ａ～図２４ｂに記載の配置構造と比較して、図２５ａ～図２６ｂに記載の配置構造では、光の生成プロセスに著しく大きな影響を及ぼすことができ、それによって高い指向性と効率とを達成することができる。

図２７は、再結合ゾーン２を有する光源がアレイ状に配置された層の上に２次元フォトニック結晶Ｋが配置された、更なる光電子デバイスの横断面図を示している。この場合、フォトニック結晶Ｋは、フォトニック結晶Ｋが再結合ゾーン２の領域に存在する光学的な状態密度を変化させるように、特に、光出射面２１に対して平行および／または小さな角度で伝搬方向を有する少なくとも１つの光学モードのバンドギャップが生じるように、かつ／または光出射面２１に対して垂直な伝搬方向を有する少なくとも１つの光学モードの状態密度が増加するように、再結合ゾーン２の近傍領域に配置されている。

これは特に、フォトニック結晶Ｋの高さＨが少なくとも３００～５００ｎｍ、好ましくは最大１μｍであることによって達成される。フォトニック結晶の高さＨは、フォトニック結晶の高屈折率材料に依存し得る。

さらに、好ましくは、再結合ゾーン２の中心Ｍとフォトニック結晶Ｋの下面との間の距離Ａは、最大でも１μｍ、好ましくは数ｎｍである。

フォトニック結晶Ｋを用いて説明したすべての構成は、有利には、光出射面と平行に延びている互いに垂直に延びた２つの空間方向で光屈折率が周期的に変化している２次元フォトニック結晶である。さらに有利には、ピラーＰの長手方向軸線Ｌが発光面２１に対して垂直に延びるように、ピラーＰもしくはカラムがアレイ状に配置されたピラー構造体である。

ここに記載されているデバイスの応用分野としては、例えば、オートモーティブ、あらゆる種類の照明、家電製品、ビデオウォールの分野が考えられる。

ある構成形態および／または請求項に関連して言及された特徴は、当該特徴が他の実施形態および／または請求項と関連して言及されていなくても、これらと組み合わせることができる。

ある構成形態および／または請求項に関連して言及された特徴は、当該特徴が他の実施形態および／または請求項と関連して言及されていなくても、これらと組み合わせることができる。
照明ユニット、照明装置、光電子デバイス、変換素子、およびこれらを製造する種々の方法を、以下に対象として述べる。
［対象１］
照明ユニットであって、
光出射面（１５）を介して電磁放射（１９）を放出する少なくとも１つの光電子エミッタユニット（１３）と、
前記電磁放射（１９）が前記光出射面（１５）を介して出射する前に、前記電磁放射（１９）をビーム整形するためのフォトニック構造体（１７）と
を含み、
ここで、前記フォトニック構造体（１７）は、前記電磁放射（１９）が特定の遠方界（２１）を有するように前記電磁放射（１９）を整形する、照明ユニット。
［対象２］
前記フォトニック構造体（１７）が、１次元フォトニック構造体、特に１次元フォトニック結晶（２５）である、対象１記載の照明ユニット。
［対象３］
前記フォトニック構造体（１７）が、特に１次元フォトニック結晶（２５）として、放射された電磁放射（１９）が第１の空間方向（Ｒ１）に少なくとも近似的にコリメートされるように形成されている、対象１または２記載の照明ユニット。
［対象４］
主放射方向（Ｈ）から見て、前記光出射面（１５）の下流側にコリメーション光学系（３５）が配置されており、ここで、前記光学系（３５）は、前記第１の空間方向（Ｒ１）と直交して延びる更なる第２の空間方向（Ｒ２）に前記電磁放射（１９）をコリメートするように形成されている、対象３記載の照明ユニット。
［対象５］
前記フォトニック構造体（１７）、特に１次元フォトニック結晶（２５）として形成されたフォトニック構造体（１７）が、前記電磁放射（１９）の主放射方向（Ｈ）が前記光出射面（１５）の法線（Ｎ）に対してある角度（α）で延びるように形成されており、ここで、前記角度（α）は０°ではない、対象１から４までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象６］
１次元フォトニック結晶（２５）として形成された前記フォトニック構造体（１７）が、前記光出射面（１５）の下の層に配置されており、ここで、前記１次元フォトニック結晶（２５）は、光屈折率の異なる２つの材料（３１，３３）の、第１の方向（Ｒ１）に延びて周期的に繰り返されるシーケンスを有しており、ここで、前記材料（３１，３３）は、直交せずに、前記光出射面（１５）に対して傾斜して延びる、互いに当接する界面を有している、対象５記載の照明ユニット。
［対象７］
前記フォトニック構造体（１７）が、２次元フォトニック構造体、特に２次元フォトニック結晶（３７）である、対象１記載の照明ユニット。
［対象８］
前記２次元フォトニック構造体（３７）は、前記電磁放射（１９）が、定義された、特に離散的なパターン（３９）を遠方界（２１）に生成するように構成されている、対象７記載の照明ユニット。
［対象９］
前記フォトニック構造体（１７）が、前記光出射面（１５）の下の層、特に半導体層に配置されており、かつ／または
前記フォトニック構造体（１７）が、前記光電子エミッタユニット（１３）の半導体層に形成されており、かつ／または
前記光電子エミッタユニット（１３）が、変換材料を有する層を含み、前記フォトニック構造体（１７）は、前記変換材料を有する層、または前記変換材料を有する層と前記光出射面（１５）との間の層に形成されている、対象１から８までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象１０］
前記フォトニック構造体（１７）が、特にフォトニック結晶に代えて、準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体である、対象１から９までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象１１］
照明ユニット（１１）を備えた表面トポグラフィー検知システムであって、
前記照明ユニット（１１）が、
光出射面（１５）を介して電磁放射（１９）を放射する少なくとも１つの光電子エミッタユニット（１３）と、
前記電磁放射（１９）が前記光出射面（１５）を介して出射する前に、前記電磁放射（１９）をビーム整形するためのフォトニック構造体（１７）であって、ここで、
前記フォトニック構造体（１７）は、前記電磁放射（１９）が特定の遠方界（２１）を有するように前記電磁放射（１９）を整形し、
前記フォトニック構造体（１７）が、２次元フォトニック構造体、特に２次元フォトニック結晶（３７）であり、
前記２次元フォトニック構造体（３７）は、前記電磁放射（１９）が、定義された、特に離散的なパターン（３９）を遠方界（２１）に生成するように構成されている、フォトニック構造体（１７）と
を含む、表面トポグラフィー検知システムにおいて、
当該表面トポグラフィー検知システム（４３）が、
前記遠方界（２１）の前記パターン（３９）を検知するために形成された、特にカメラ（４７）を備えた検出ユニット（４５）
をさらに備えている、表面トポグラフィー検知システム。
［対象１２］
所定の基準パターンに対する前記パターン（３９）のずれを突き止めるために形成された分析装置（４９）を含んでいる、対象１１記載の表面トポグラフィー検知システム。
［対象１３］
前記分析装置（４９）が、突き止められた前記ずれに応じて、前記パターン（３９）により照らされた物体の形状および／または構造を決定するように構成されている、対象１２記載の表面トポグラフィー検知システム。
［対象１４］
物体をスキャンするためのスキャナーであって、対象１から１０までのいずれか１つ記載の少なくとも１つの照明ユニットを含んでいる、スキャナー。
［対象１５］
光出射面（３）を介して放射を発する少なくとも１つのエミッタユニット（２）と、偏光素子（４）であって、前記光出射面（３）に少なくとも部分的に隣接しかつ前記エミッタユニット（２）から放出される放射が前記偏光素子（４）を通過する際に、当該放射の偏光および／または輝度を変化させる偏光素子（４）と
を備えた、照明ユニット（１）において、
前記偏光素子（４）は、フォトニック構造体を有している
ことを特徴とする、照明ユニット（１）。
［対象１６］
前記フォトニック構造体が３次元フォトニック構造体であり、かつ／または前記偏光素子（４）が、前記光出射面（３）の少なくとも一部の領域に配置された層の形態で構成されている、対象１５記載の照明ユニット。
［対象１７］
前記エミッタユニット（２）が少なくとも１つのＬＥＤ（５）を有している、対象１５または１６記載の照明ユニット。
［対象１８］
前記エミッタユニット（２）が、前記偏光素子（４）に入射する光、特に赤色、緑色、青色の光、紫外光または赤外光を発するＬＥＤ（５）を有しており、前記偏光素子（４）は、前記放射が前記偏光素子（４）を通過したときに前記放射を振動方向に偏光させる、対象１５から１７までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象１９］
前記偏光素子（４）が、螺旋状および／または棒状の構造要素（６）を有している、対象１５から１８までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象２０］
前記エミッタユニット（２）が、前記ＬＥＤ（５）から発せられる励起光（８）によって励起されたときに、変換された放射（９）を発する変換材料を備えた少なくとも１つの変換素子（７）を有している、対象１５から１９までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象２１］
前記偏光素子（４）が、少なくとも１つの３次元フォトニック結晶（１１）を有している、対象１５から２０までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象２２］
前記偏光素子（４）が、前記偏光素子（４）を通過する前記放射のビーム経路に沿って連続して配置された少なくとも２つの２次元フォトニック結晶を有している、対象１５から２１までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象２３］
前記偏光素子（４）が、前記偏光素子（４）を通過する前記放射の波長に応じて、少なくとも２つの異なる偏光特性および／または透過率を有している、対象１５から２２までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象２４］
前記エミッタユニット（２）が、ＬＥＤ（５）と、前記ＬＥＤ（５）から発せられる励起光（８）によって励起されたときに、変換された放射（９）を発する変換材料を備えた変換素子（７）とを有しており、前記偏光素子（４）に入射する励起光（８）が、前記偏光素子（４）を通過したときに、変換された放射（９）が通過する場合と比較して、異なって偏光し、かつ／または異なった強さで吸収される、対象１５から２３までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象２５］
前記エミッタユニット（２）がＬＥＤ（５）を有し、前記偏光素子（４）の３次元構造体が、前記光出射面（３）に隣接する前記ＬＥＤ（５）の半導体層に少なくとも部分的に導入されている、対象１５から２４までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象２６］
前記フォトニック構造体が３次元フォトニック構造体（１１）であり、変換材料（１３）が前記３次元フォトニック構造体（１１）内に配置されている、対象１５から２５までのいずれか１つ記載の照明ユニット。
［対象２７］
光出射面（３）を介して放射を発する少なくとも１つのエミッタユニット（２）と、偏光素子（４）であって、前記光出射面（３）に少なくとも部分的に隣接しかつ前記エミッタユニット（２）から放出される放射が前記偏光素子（４）を通過する際に、当該放射の偏光および／または輝度を変化させる偏光素子（４）とを備えた照明ユニット（１）を製造する方法において、
エミッタユニット（２）として、ＬＥＤ（５）を備えたチップを準備し、前記チップの光出射面（３）に、偏光素子（４）として、特に３次元のフォトニック構造体を、特に二光子リソグラフィまたは斜め蒸着法によって施与し、かつ／または前記光出射面に隣接する前記ＬＥＤ（５）の半導体層に前記フォトニック構造体を配置する
ことを特徴とする、方法。
［対象２８］
前記フォトニック構造体は、前記ＬＥＤ（５）が発する前記放射の波長に応じて寸法変更される、対象２７記載の方法。
［対象２９］
３次元画像を生成するためのデバイスにおける、対象１５から２６までのいずれか１つ記載の照明ユニット（１）の使用。
［対象３０］
対象１５から２６までのいずれか１つ記載の照明ユニット（１）を、３次元画像のコンピュータ支援による生成に用いる、対象２９記載の使用。
［対象３１］
光電子構造素子用の変換素子（１）であって、入射した励起光によって励起されると、変換された放射を放射領域（３）に放出する変換材料を備えた少なくとも１つの層（２）を有している、変換素子（１）において、
前記層（２）は、前記変換材料が少なくとも部分的に配置されていて、前記放射が前記放射領域（３）に向けて指向性を有するビーム束として放出されるように構成されている構造体（４）を少なくとも一部の領域に有している
ことを特徴とする、変換素子（１）。
［対象３２］
前記構造体（４）が、準周期的または決定論的非周期的に構成されている、対象３１記載の変換素子。
［対象３３］
前記層（２）が、少なくとも１つのフォトニック結晶、準周期的フォトニック構造体、または決定論的非周期的フォトニック構造体を有している、対象３１または３２記載の変換素子。
［対象３４］
前記構造体（４）が、前記変換材料が配置されている少なくとも１つの凹部を有している、対象３１から３３までのいずれか１つ記載の変換素子。
［対象３５］
前記層（２）が、光学的バンドギャップを有している、対象３１から３４までのいずれか１つ記載の変換素子。
［対象３６］
前記構造体（４）が、少なくとも５００ｎｍの平均厚さを有している、対象３１から３５までのいずれか１つ記載の変換素子。
［対象３７］
前記構造体（４）を有する前記層（２）が、前記層（２）が配置された平面に対して垂直に前記指向性を有するビーム束が放出されるように構成されている、対象３１から３６までのいずれか１つ記載の変換素子。
［対象３８］
前記層（２）の少なくとも片側に、光学フィルター素子（５）が配置されている、対象３１から３７までのいずれか１つ記載の変換素子。
［対象３９］
ＬＥＤ（７）と、対象３１から３８までのいずれか１つ記載の変換素子（１）とを備えた放射源（６）において、
前記ＬＥＤ（７）は、励起光を前記変換素子（１）に放射するために形成されており、前記変換素子（１）が、変換材料を備えた少なくとも１つの層（２）を有している
ことを特徴とする、放射源（６）。
［対象４０］
前記層（２）が、前記ＬＥＤ（７）の半導体基板（８）の一部である、対象３９記載の放射源。
［対象４１］
前記構造体（４）が、前記ＬＥＤ（７）の前記半導体基板（８）内に形成されている、対象３９または４０記載の放射源。
［対象４２］
前記変換材料を備えた前記構造体（４）は、前記半導体基板（８）が配置された平面に対して垂直方向に変換された放射が前記放射領域（３）内に放出されるように構成されている、対象３９から４１までのいずれか１つ記載の放射源。
［対象４３］
前記構造体（４）が、少なくとも部分的に前記ＬＥＤ（７）の活性層（９）に配置されている、対象３９から４２までのいずれか１つ記載の放射源。
［対象４４］
対象３９から４３までのいずれか１つ記載の放射源（６）を製造する方法において、
前記構造体（４）を、前記ＬＥＤ（７）の半導体基板（８）における少なくとも１つのエッチングステップによって形成することを特徴とする、方法。
［対象４５］
前記構造体（４）の少なくとも一部に前記変換材料が充填される、対象４４記載の方法。
［対象４６］
デバイス、特に電子構造素子、特に光電子構造素子、特に発光ダイオードを製造する方法において、前記方法が、
表面領域（９）をパターニングするステップ（Ｓ１）；および
パターニングされた前記表面領域（９）を平坦化して、前記表面領域（９）の平坦化された表面（７）を得るステップ（Ｓ２）
によって、前記デバイスを提供する半導体ボディの表面領域（９）に取り出し構造体（Ａ）を作製するステップを含む
ことを特徴とする、方法。
［対象４７］
前記表面領域（９）のパターニングが、前記表面領域（９）にランダムなトポロジーを生成することによって行われる、対象４６記載の方法。
［対象４８］
前記ランダムなトポロジーの生成が、第１の材料（１）を有する半導体ボディの前記表面領域（９）の前記表面（７）を直接粗面化することによって行われる、対象４７記載の方法。
［対象４９］
前記ランダムなトポロジーの生成は、屈折率が高い、特に２超の屈折率を有する透明な第２の材料（３）を、特に層状に前記表面領域（９）に施与し、前記第２の材料（３）を粗面化することによって行われる、対象４７記載の方法。
［対象５０］
前記表面領域（９）のパターニングが、前記表面領域（９）に秩序立ったトポロジーを生成することによって行われる、対象４６記載の方法。
［対象５１］
前記秩序立ったトポロジーの生成は、屈折率が高い、特に２超の屈折率を有する透明な第２の材料（３）を、特に層状に前記表面領域（９）に施与し、周期的フォトニック結晶または非周期的フォトニック構造体、特に準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体を前記第２の材料（３）内にパターニングすることによって行われる、対象５０記載の方法。
［対象５２］
屈折率が高い前記透明な第２の材料（３）が、Ｎｂ _２ Ｏ _５ を有している、対象４９または５１記載の方法。
［対象５３］
平坦化は、屈折率が低い、特に１．５未満の屈折率を有する透明な第３の材料（５）を、特に層状に前記パターニングされた表面領域（９）に施与する第１のサブステップ（Ｓ２．１）によって行われる、対象４６から５２までのいずれか１つ記載の方法。
［対象５４］
平坦化は、屈折率が低い、施与された前記透明な第３の材料（５）を、前記パターニングされた表面領域（９）の前記表面（７）において前記半導体ボディの第１の材料（１）の最も高い凸部または屈折率が高い前記第２の材料（３）の最も高い凸部が平坦および／または平滑になるまで薄化する第２のサブステップ（Ｓ２．２）によって行われる、対象５３記載の方法。
［対象５５］
前記屈折率が低い透明な第３の材料（５）がＳｉＯ _２ を有しており、特にＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）を用いて施与される、対象５３または５４記載の方法。
［対象５６］
薄化は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって行われる、対象５４または５５記載の方法。
［対象５７］
スタンピング技術による前記デバイスの転写（Ｓ３）が行われる、対象５４から５６までのいずれか１つ記載の方法。
［対象５８］
デバイス、特に電子構造素子、特に光電子構造素子、特に発光ダイオードにおいて、
表面領域（９）のパターニング（Ｓ１）、および
前記表面領域（９）の平坦化された表面（７）を得るための、パターニングされた前記表面領域（９）の平坦化（Ｓ２）
によって、前記デバイスを提供する半導体ボディの表面領域（９）における取り出し構造体（Ａ）が設けられている
ことを特徴とする、デバイス。
［対象５９］
前記平坦化された表面（７）が平坦および／または平滑であり、平均粗さ値として２０ナノメートル未満、特に１ナノメートル未満の範囲の粗さを有している、対象５８記載のデバイス。
［対象６０］
前記取り出し構造体（Ａ）が、前記構造素子の前記半導体の粗面化された第１の材料（１）上に、屈折率が低い透明な第３の材料（５）、特にＳｉＯ _２ を有している、対象５８または５９記載のデバイス。
［対象６１］
前記取り出し構造体（Ａ）が、屈折率が高い粗面化された透明な第２の材料（３）、特にＮｂ _２ Ｏ _５ 上に、屈折率が低い透明な第３の材料（５）、特にＳｉＯ _２ を有しており、ここで、前記第２の材料（３）は、前記構造素子の前記半導体の第１の材料（１）に施与されている、対象５８または５９記載のデバイス。
［対象６２］
前記取り出し構造体（Ａ）が、屈折率が高い透明な第２の材料（３）上に、屈折率が低い透明な第３の材料（５）、特にＳｉＯ _２ を有しており、ここで、前記第２の材料（３）は、前記構造素子の前記半導体の第１の材料（１）に施与されており、かつ周期的フォトニック結晶または非周期的フォトニック構造体、特に準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体を有している、対象５８または５９記載のデバイス。
［対象６３］
光電子デバイスであって、
前記光電子デバイスの光出射面から出射する光を生成するための複数の光源を備えた配置構造体（１１）と、
前記光出射面と前記複数の光源との間に配置された少なくとも１つのフォトニック構造体（Ｋ，Ｐ）と
を有している、光電子デバイス。
［対象６４］
前記フォトニック構造体が、前記光源によって生成された光をビーム整形するように構成されており、特に、前記光が前記光出射面から少なくとも実質的に垂直に出射するように形成されている、対象６３記載の光電子デバイス。
［対象６５］
前記フォトニック構造体がフォトニック結晶（Ｋ）を有している、対象６３または６４記載の光電子デバイス。
［対象６６］
前記配置構造体（１１）が、層に配置された複数の画素を光源として有するアレイであり、前記層にはフォトニック結晶が配置または形成されている、対象６３から６５までのいずれか１つ記載の光電子デバイス。
［対象６７］
前記配置構造体（１１）が、第１の層に配置された複数の画素を光源として有するアレイであり、更なる第２の層にフォトニック結晶が配置されており、ここで、前記第２の層は、前記第１の層と前記光出射面との間に配置されている、対象６３から６５までのいずれか１つ記載の光電子デバイス。
［対象６８］
前記配置構造体（１１）が、第１の層に配置された複数のＬＥＤを光源として有しており、更なる第２の層にフォトニック結晶が配置されており、前記第２の層は、前記第１の層と前記光出射面との間に配置されている、対象６３から６５までのいずれか１つ記載の光電子デバイス。
［対象６９］
前記光源の各々が再結合ゾーンを有しており、前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶が前記再結合ゾーンの領域に存在する光学的な状態密度を変化させるように、特に、伝搬方向が前記光出射面に対して平行および／または小さな角度をなす少なくとも１つの光学モードに対してバンドギャップが生成されるように、前記再結合ゾーンの近傍領域に配置されている、対象６３から６８までのいずれか１つ記載の光電子デバイス。
［対象７０］
前記フォトニック結晶（Ｋ）が、光スポットの位置とは無関係に、前記光出射面に対して平行に広がる平面に対して配置されており、かつ／または
前記フォトニック結晶が、前記平面を挟んで互いに直交する２つの空間方向に光屈折率の周期的な変化を有する２次元フォトニック結晶である、
対象６５から６９までのいずれか１つ記載の光電子デバイス。
［対象７１］
前記フォトニック構造体が、前記光出射面と前記複数の光源との間に少なくとも部分的に延在する複数のピラー構造体（Ｐ）を含んでおり、それぞれ１つのピラーは、１つの光源に割り当てられており、かつ前記光出射面に対して垂直な方向から見たときに前記光出射面と同一平面上にあるように整列している、対象６３から７０までのいずれか１つ記載の光電子デバイス。
［対象７２］
前記配置構造体（１１）が、第１の層に配置された複数の画素を光源として有するアレイであり、前記ピラーが更なる第２の層に配置されており、ここで、前記第２の層は、前記第１の層と前記光出射面との間に配置されている、対象７１記載の光電子デバイス。
［対象７３］
前記配置構造体（１１）が、第１の層に配置された複数のＬＥＤを光源として有しており、前記ピラーが更なる第２の層に配置または形成されており、ここで、前記第２の層は、前記第１の層と前記光出射面との間に配置されている、対象７１記載の光電子デバイス。
［対象７４］
前記配置構造体（１１）が、複数の画素を光源として有するアレイであり、ここで、それぞれ１つの画素はそれぞれ１つのピラーによって形成されている、対象７１記載の光電子デバイス。
［対象７５］
光電子デバイス、特に対象６３から７４までのいずれか１つ記載のデバイスを製造する方法であって、
前記光電子デバイスの光出射面から出射する光を生成するための複数の光源を備えた配置構造体（１１）を準備または製造し、
前記光出射面と前記複数の光源との間に、少なくとも１つのフォトニック構造体（Ｋ，Ｐ）を配置する、方法。

Claims (75)

1. 照明ユニットであって、
   光出射面（１５）を介して電磁放射（１９）を放出する少なくとも１つの光電子エミッタユニット（１３）と、
   前記電磁放射（１９）が前記光出射面（１５）を介して出射する前に、前記電磁放射（１９）をビーム整形するためのフォトニック構造体（１７）と
   を含み、
   ここで、前記フォトニック構造体（１７）は、前記電磁放射（１９）が特定の遠方界（２１）を有するように前記電磁放射（１９）を整形する、照明ユニット。
2. 前記フォトニック構造体（１７）が、１次元フォトニック構造体、特に１次元フォトニック結晶（２５）である、請求項１記載の照明ユニット。
3. 前記フォトニック構造体（１７）が、特に１次元フォトニック結晶（２５）として、放射された電磁放射（１９）が第１の空間方向（Ｒ１）に少なくとも近似的にコリメートされるように形成されている、請求項１または２記載の照明ユニット。
4. 主放射方向（Ｈ）から見て、前記光出射面（１５）の下流側にコリメーション光学系（３５）が配置されており、ここで、前記光学系（３５）は、前記第１の空間方向（Ｒ１）と直交して延びる更なる第２の空間方向（Ｒ２）に前記電磁放射（１９）をコリメートするように形成されている、請求項３記載の照明ユニット。
5. 前記フォトニック構造体（１７）、特に１次元フォトニック結晶（２５）として形成されたフォトニック構造体（１７）が、前記電磁放射（１９）の主放射方向（Ｈ）が前記光出射面（１５）の法線（Ｎ）に対してある角度（α）で延びるように形成されており、ここで、前記角度（α）は０°ではない、請求項１から４までのいずれか１項記載の照明ユニット。
6. １次元フォトニック結晶（２５）として形成された前記フォトニック構造体（１７）が、前記光出射面（１５）の下の層に配置されており、ここで、前記１次元フォトニック結晶（２５）は、光屈折率の異なる２つの材料（３１，３３）の、第１の方向（Ｒ１）に延びて周期的に繰り返されるシーケンスを有しており、ここで、前記材料（３１，３３）は、直交せずに、前記光出射面（１５）に対して傾斜して延びる、互いに当接する界面を有している、請求項５記載の照明ユニット。
7. 前記フォトニック構造体（１７）が、２次元フォトニック構造体、特に２次元フォトニック結晶（３７）である、請求項１記載の照明ユニット。
8. 前記２次元フォトニック構造体（３７）は、前記電磁放射（１９）が、定義された、特に離散的なパターン（３９）を遠方界（２１）に生成するように構成されている、請求項７記載の照明ユニット。
9. 前記フォトニック構造体（１７）が、前記光出射面（１５）の下の層、特に半導体層に配置されており、かつ／または
   前記フォトニック構造体（１７）が、前記光電子エミッタユニット（１３）の半導体層に形成されており、かつ／または
   前記光電子エミッタユニット（１３）が、変換材料を有する層を含み、前記フォトニック構造体（１７）は、前記変換材料を有する層、または前記変換材料を有する層と前記光出射面（１５）との間の層に形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の照明装置。
10. 前記フォトニック構造体（１７）が、特にフォトニック結晶に代えて、準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体である、請求項１から９までのいずれか１項記載の照明装置。
11. 照明ユニット（１１）を備えた表面トポグラフィー検知システムであって、
    前記照明ユニット（１１）が、
    光出射面（１５）を介して電磁放射（１９）を放射する少なくとも１つの光電子エミッタユニット（１３）と、
    前記電磁放射（１９）が前記光出射面（１５）を介して出射する前に、前記電磁放射（１９）をビーム整形するためのフォトニック構造体（１７）であって、ここで、
    前記フォトニック構造体（１７）は、前記電磁放射（１９）が特定の遠方界（２１）を有するように前記電磁放射（１９）を整形し、
    前記フォトニック構造体（１７）が、２次元フォトニック構造体、特に２次元フォトニック結晶（３７）であり、
    前記２次元フォトニック構造体（３７）は、前記電磁放射（１９）が、定義された、特に離散的なパターン（３９）を遠方界（２１）に生成するように構成されている、フォトニック構造体（１７）と
    を含む、表面トポグラフィー検知システムにおいて、
    当該表面トポグラフィー検知システム（４３）が、
    前記遠方界（２１）の前記パターン（３９）を検知するために形成された、特にカメラ（３７）を備えた検出ユニット（４５）
    をさらに備えている、表面トポグラフィー検知システム。
12. 所定の基準パターンに対する前記パターン（３９）のずれを突き止めるために形成された分析装置（４９）を含んでいる、請求項１１記載の表面トポグラフィー検知システム。
13. 前記分析装置（４９）が、突き止められた前記ずれに応じて、前記パターン（３９）により照らされた物体の形状および／または構造を決定するように構成されている、請求項１２記載の表面トポグラフィー検知システム。
14. 物体をスキャンするためのスキャナーであって、請求項１から１０までのいずれか１項記載の少なくとも１つの照明装置を含んでいる、スキャナー。
15. 光出射面（３）を介して放射を発する少なくとも１つのエミッタユニット（２）と、偏光素子（４）であって、前記光出射面（３）に少なくとも部分的に隣接しかつ前記エミッタユニット（２）から放出される放射が前記偏光素子（４）を通過する際に、当該放射の偏光および／または輝度を変化させる偏光素子（４）と
    を備えた、照明ユニット（１）において、
    前記偏光素子（４）は、フォトニック構造体を有している
    ことを特徴とする、照明ユニット（１）。
16. 前記フォトニック構造体が３次元フォトニック構造体であり、かつ／または前記偏光素子（４）が、前記光出射面（３）の少なくとも一部の領域に配置された層の形態で構成されている、請求項１５記載の照明ユニット。
17. 前記エミッタユニット（２）が少なくとも１つのＬＥＤ（５）を有している、請求項１５または１６記載の照明ユニット。
18. 前記エミッタユニット（２）が、前記偏光素子（４）に入射する光、特に赤色、緑色、青色の光、紫外光または赤外光を発するＬＥＤ（５）を有しており、前記偏光素子（４）は、前記放射が前記偏光素子（４）を通過したときに前記放射を振動方向に偏光させる、請求項１５から１７までのいずれか１項記載の照明ユニット。
19. 前記偏光素子（４）が、螺旋状および／または棒状の構造要素（６）を有している、請求項１５から１８までのいずれか１項記載の照明ユニット。
20. 前記エミッタユニット（２）が、前記ＬＥＤ（５）から発せられる励起光（８）によって励起されたときに、変換された放射（９）を発する変換材料を備えた少なくとも１つの変換素子（７）を有している、請求項１５から１９までのいずれか１項記載の照明ユニット。
21. 前記偏光素子（４）が、少なくとも１つの３次元フォトニック結晶（１１）を有している、請求項１５から２０までのいずれか１項記載の照明ユニット。
22. 前記偏光素子（４）が、前記偏光素子（４）を通過する前記放射のビーム経路に沿って連続して配置された少なくとも２つの２次元フォトニック結晶を有している、請求項１５から２１までのいずれか１項記載の照明ユニット。
23. 前記偏光素子（４）が、前記偏光素子（４）を通過する前記放射の波長に応じて、少なくとも２つの異なる偏光特性および／または透過率を有している、請求項１５から２２までのいずれか１項記載の照明ユニット。
24. 前記エミッタユニット（２）が、ＬＥＤ（５）と、前記ＬＥＤ（５）から発せられる励起光（８）によって励起されたときに、変換された放射（９）を発する変換材料を備えた変換素子（７）とを有しており、前記偏光素子（４）に入射する励起光（８）が、前記偏光素子（４）を通過したときに、変換された放射（９）が通過する場合と比較して、異なって偏光し、かつ／または異なった強さで吸収される、請求項１５から２３までのいずれか１項記載の照明ユニット。
25. 前記エミッタユニット（２）がＬＥＤ（５）を有し、前記偏光素子（４）の３次元構造体が、前記光出射面（３）に隣接する前記ＬＥＤ（５）の半導体層に少なくとも部分的に導入されている、請求項１５から２４までのいずれか１項記載の照明ユニット。
26. 前記フォトニック構造体が３次元フォトニック構造体（１１）であり、変換材料（１３）が前記３次元フォトニック構造体内に配置されている、請求項１５から２５までのいずれか１項記載の照明ユニット。
27. 光出射面（３）を介して放射を発する少なくとも１つのエミッタユニット（２）と、偏光素子（４）であって、前記光出射面（３）に少なくとも部分的に隣接しかつ前記エミッタユニット（２）から放出される放射が前記偏光素子（４）を通過する際に、当該放射の偏光および／または輝度を変化させる偏光素子（４）とを備えた照明ユニット（１）を製造する方法において、
    エミッタユニット（２）として、ＬＥＤ（５）を備えたチップを準備し、前記チップの光出射面（３）に、偏光素子（４）として、特に３次元のフォトニック構造体を、特に二光子リソグラフィまたは斜め蒸着法によって施与し、かつ／または前記光出射面に隣接する前記ＬＥＤ（５）の半導体層に前記フォトニック構造体を配置する
    ことを特徴とする、方法。
28. 前記フォトニック構造体は、前記ＬＥＤ（５）が発する前記放射の波長に応じて寸法変更される、請求項２７記載の方法。
29. ３次元画像を生成するためのデバイスにおける、請求項１５から２６までのいずれか１項記載の照明ユニット（１）の使用。
30. 請求項１５から２６までのいずれか１項記載の照明ユニット（１）を、３次元画像のコンピュータ支援による生成に用いる、請求項２９記載の使用。
31. 光電子構造素子用の変換素子（１）であって、入射した励起光によって励起されると、変換された放射を放射領域（３）に放出する変換材料を備えた少なくとも１つの層（２）を有している、変換素子（１）において、
    前記層（２）は、前記変換材料が少なくとも部分的に配置されていて、前記放射が前記放射領域（３）に向けて指向性を有するビーム束として放出されるように構成されている構造体（４）を少なくとも一部の領域に有している
    ことを特徴とする、変換素子（１）。
32. 前記構造体（４）が、準周期的または決定論的非周期的に構成されている、請求項３１記載の変換素子。
33. 前記層（２）が、少なくとも１つのフォトニック結晶、準周期的フォトニック構造体、または決定論的非周期的フォトニック構造体を有している、請求項３１または３２記載の変換素子。
34. 前記構造体（４）が、前記変換材料が配置されている少なくとも１つの凹部を有している、請求項３１から３３までのいずれか１項記載の変換素子。
35. 前記層（２）が、光学的バンドギャップを有している、請求項３１から３４までのいずれか１項記載の変換素子。
36. 前記構造体（４）が、少なくとも５００ｎｍの平均厚さを有している、請求項３１から３５までのいずれか１項記載の変換素子。
37. 前記構造体（４）を有する前記層（２）が、前記層（２）が配置された平面に対して垂直に前記指向性を有するビーム束が放出されるように構成されている、請求項３１から３６までのいずれか１項記載の変換素子。
38. 前記層（２）の少なくとも片側に、光学フィルター素子（５）が配置されている、請求項３１から３７までのいずれか１項記載の変換素子。
39. ＬＥＤ（７）と、請求項３１から３８までのいずれか１項記載の変換素子（１）とを備えた放射源（６）において、
    前記ＬＥＤ（７）は、励起光を前記変換素子（１）に放射するために形成されており、前記変換素子（１）が、変換材料を備えた少なくとも１つの層（２）を有している
    ことを特徴とする、放射源（６）。
40. 前記層（２）が、前記ＬＥＤ（７）の半導体基板（８）の一部である、請求項３９記載の放射源。
41. 前記構造体が、前記ＬＥＤ（７）の前記半導体基板（８）内に形成されている、請求項３９または４０記載の放射源。
42. 前記変換材料を備えた前記構造体（４）は、前記半導体基板（８）が配置された平面に対して垂直方向に変換された放射が前記放射領域（３）内に放出されるように構成されている、請求項３９から４１までのいずれか１項記載の放射源。
43. 前記構造体（４）が、少なくとも部分的に前記ＬＥＤ（７）の活性層（９）に配置されている、請求項３９から４２までのいずれか１項記載の放射源。
44. 請求項３９から４３までのいずれか１項記載の放射源（６）を製造する方法において、 前記構造体（４）を、前記ＬＥＤ（７）の半導体基板（８）における少なくとも１つのエッチングステップによって形成することを特徴とする、方法。
45. 前記構造体（４）の少なくとも一部に前記変換材料が充填される、請求項４４記載の方法。
46. デバイス、特に電子構造素子、特に光電子構造素子、特に発光ダイオードを製造する方法において、前記方法が、
    表面領域（９）をパターニングするステップ（Ｓ１）；および
    パターニングされた前記表面領域（９）を平坦化して、前記表面領域（９）の平坦化された表面（７）を得るステップ（Ｓ２）
    によって、前記デバイスを提供する半導体ボディの表面領域（９）に取り出し構造体（Ａ）を作製するステップを含む
    ことを特徴とする、方法。
47. 前記表面領域（９）のパターニングが、前記表面領域（９）にランダムなトポロジーを生成することによって行われる、請求項４６記載の方法。
48. 前記ランダムなトポロジーの生成が、第１の材料（１）を有する半導体ボディの前記表面領域（９）の前記表面（７）を直接粗面化することによって行われる、請求項４７記載の方法。
49. 前記ランダムなトポロジーの生成は、屈折率が高い、特に２超の屈折率を有する透明な第２の材料（３）を、特に層状に前記表面領域（９）に施与し、前記第２の材料（３）を粗面化することによって行われる、請求項４７記載の方法。
50. 前記表面領域（９）のパターニングが、前記表面領域（９）に秩序立ったトポロジーを生成することによって行われる、請求項４６記載の方法。
51. 前記秩序立ったトポロジーの生成は、屈折率が高い、特に２超の屈折率を有する透明な第２の材料（３）を、特に層状に前記表面領域（９）に施与し、周期的フォトニック結晶または非周期的フォトニック構造体、特に準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体を前記第２の材料（３）内にパターニングすることによって行われる、請求項５０記載の方法。
52. 屈折率が高い前記透明な第２の材料（３）が、Ｎｂ_２Ｏ_５を有している、請求項４９または５１記載の方法。
53. 平坦化は、屈折率が低い、特に１．５未満の屈折率を有する透明な第３の材料（５）を、特に層状に前記パターニングされた表面領域（９）に施与する第１のサブステップ（Ｓ２．１）によって行われる、請求項４６から５２までのいずれか１項記載の方法。
54. 平坦化は、屈折率が低い、施与された前記透明な第３の材料（５）を、前記パターニングされた表面領域（９）の前記表面（７）において前記半導体ボディの第１の材料（１）の最も高い凸部または屈折率が高い前記第２の材料（３）の最も高い凸部が平坦および／または平滑になるまで薄化する第２のサブステップ（Ｓ２．２）によって行われる、請求項５３記載の方法。
55. 前記屈折率が低い透明な第３の材料（５）がＳｉＯ_２を有しており、特にＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）を用いて施与される、請求項５３または５４記載の方法。
56. 薄化は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって行われる、請求項５４または５５記載の方法。
57. スタンピング技術による前記デバイスの転写（Ｓ３）が行われる、請求項５４から５６までのいずれか１項記載の方法。
58. デバイス、特に電子構造素子、特に光電子構造素子、特に発光ダイオードにおいて、
    表面領域（９）のパターニング（Ｓ１）、および
    前記表面領域（９）の平坦化された表面（７）を得るための、パターニングされた前記表面領域（９）の平坦化（Ｓ２）
    によって、前記デバイスを提供する半導体ボディの表面領域（９）における取り出し構造体（Ａ）が設けられている
    ことを特徴とする、デバイス。
59. 前記平坦化された表面（７）が平坦および／または平滑であり、平均粗さ値として２０ナノメートル未満、特に１ナノメートル未満の範囲の粗さを有している、請求項５８記載のデバイス。
60. 前記取り出し構造体（Ａ）が、前記構造素子の前記半導体の粗面化された第１の材料（１）上に、屈折率が低い透明な第３の材料（５）、特にＳｉＯ_２を有している、請求項５８または５９記載のデバイス。
61. 前記取り出し構造体（Ａ）が、屈折率が高い粗面化された透明な第２の材料（３）、特にＮｂ_２Ｏ_５上に、屈折率が低い透明な第３の材料（５）、特にＳｉＯ_２を有しており、ここで、前記第２の材料（３）は、前記構造素子の前記半導体の第１の材料（１）に施与されている、請求項５８または５９記載のデバイス。
62. 前記取り出し構造体（Ａ）が、屈折率が高い透明な第２の材料（３）上に、屈折率が低い透明な第３の材料（５）、特にＳｉＯ_２を有しており、ここで、前記第２の材料（３）は、前記構造素子の前記半導体の第１の材料（１）に施与されており、かつ周期的フォトニック結晶または非周期的フォトニック構造体、特に準周期的または決定論的非周期的なフォトニック構造体を有している、請求項５８または５９記載のデバイス。
63. 光電子デバイスであって、
    前記光電子デバイスの光出射面から出射する光を生成するための複数の光源を備えた配置構造体（１１）と、
    前記光出射面と前記複数の光源との間に配置された少なくとも１つのフォトニック構造体（Ｋ，Ｐ）と
    を有している、光電子デバイス。
64. 前記フォトニック構造体が、前記光源によって生成された光をビーム整形するように構成されており、特に、前記光が前記光出射面から少なくとも実質的に垂直に出射するように形成されている、請求項６３記載の光電子デバイス。
65. 前記フォトニック構造体がフォトニック結晶（Ｋ）を有している、請求項６３または６４記載の光電子デバイス。
66. 前記配置構造体（１１）が、層に配置された複数の画素を光源として有するアレイであり、前記層にはフォトニック結晶が配置または形成されている、請求項６３から６５までのいずれか１項記載の光電子デバイス。
67. 前記配置構造体（１１）が、第１の層に配置された複数の画素を光源として有するアレイであり、更なる第２の層にフォトニック結晶が配置されており、ここで、前記第２の層は、前記第１の層と前記光出射面との間に配置されている、請求項６３から６５までのいずれか１項記載の光電子デバイス。
68. 前記配置構造体（１１）が、第１の層に配置された複数のＬＥＤを光源として有しており、更なる第２の層にフォトニック結晶が配置されており、前記第２の層は、前記第１の層と前記光出射面との間に配置されている、請求項６３から６５までのいずれか１項記載の光電子デバイス。
69. 前記光源の各々が再結合ゾーンを有しており、前記フォトニック結晶は、前記フォトニック結晶が前記再結合ゾーンの領域に存在する光学的な状態密度を変化させるように、特に、伝搬方向が前記光出射面に対して平行および／または小さな角度をなす少なくとも１つの光学モードに対してバンドギャップが生成されるように、前記再結合ゾーンの近傍領域に配置されている、請求項６３から６８までのいずれか１項記載の光電子デバイス。
70. 前記フォトニック結晶（Ｋ）が、光スポットの位置とは無関係に、前記光出射面に対して平行に広がる平面に対して配置されており、かつ／または
    前記フォトニック結晶が、前記平面を挟んで互いに直交する２つの空間方向に光屈折率の周期的な変化を有する２次元フォトニック結晶である、
    請求項６５から６９までのいずれか１項記載の光電子デバイス。
71. 前記フォトニック構造体が、前記光出射面と前記複数の光源との間に少なくとも部分的に延在する複数のピラー構造体（Ｐ）を含んでおり、それぞれ１つのピラーは、１つの光源に割り当てられており、かつ前記光出射面に対して垂直な方向から見たときに前記光出射面と同一平面上にあるように整列している、請求項６３から７０までのいずれか１項記載の光電子デバイス。
72. 前記配置構造体（１１）が、第１の層に配置された複数の画素を光源として有するアレイであり、前記ピラーが更なる第２の層に配置されており、ここで、前記第２の層は、前記第１の層と前記光出射面との間に配置されている、請求項７１記載の光電子デバイス。
73. 前記配置構造体（１１）が、第１の層に配置された複数のＬＥＤを光源として有しており、前記ピラーが更なる第２の層に配置または形成されており、ここで、前記第２の層は、前記第１の層と前記光出射面との間に配置されている、請求項７１記載の光電子デバイス。
74. 前記配置構造体（１１）が、複数の画素を光源として有するアレイであり、ここで、それぞれ１つの画素はそれぞれ１つのピラーによって形成されている、請求項７１記載の光電子デバイス。
75. 光電子デバイス、特に請求項６３から７４までのいずれか１項記載のデバイスを製造する方法であって、
    前記光電子デバイスの光出射面から出射する光を生成するための複数の光源を備えた配置構造体（１１）を準備または製造し、
    前記光出射面と前記複数の光源との間に、少なくとも１つのフォトニック構造体（Ｋ，Ｐ）を配置する、方法。

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