DE102005009060A1 - Modul mit strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Modul mit einer regelmäßigen Anordnung von einzelnen, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern (1) beschrieben, die auf einer Montagefläche (6) eines Trägers (2) aufgebracht sind, wobei eine Drahtverbindung zwischen zwei benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern (1) auf einer der Montagefläche (6) gegenüberliegenden Oberseite der beiden strahlungsemittierenden Halbleiterkörper (1) angebracht ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Modul mit einer regelmäßigen Anordnung von einzelnen, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern.
- In der Offenlegungsschrift
EP 0 303 741 ist ein Display aus Leuchtdioden beschrieben. Die Leuchtdioden befinden sich dabei auf einer Platine, mit der sie jeweils elektrisch leitend verbunden sind. - Aus der Offenlegungsschrift WO 02/33756 A1 ist ein LED-Modul bekannt, das einen Träger mit einer ebenen Hauptfläche aufweist, auf der eine Mehrzahl von LED-Halbleiterkörpern aufgebracht ist. Die LED-Halbleiterkörper sind mittels eines Chipanschlussbereichs, der sich zwischen dem Träger und dem LED-Halbleiterkörper befindet, und einer auf der dem Träger abgewandten Seite des LED-Halbleiterkörpers aufgebrachten Kontaktfläche elektrisch anschließbar. Zur Verbindung der LED-Halbleiterkörper miteinander verlaufen Drahtverbindungen von der Kontaktfläche der LED-Halbleiterkörper zum Chipanschlussbereich der benachbarten LED-Halbleiterkörper.
- Für viele Anwendungen werden Module mit strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern mit geringen Abmessungen und hoher Leuchtdichte benötigt. Derartige Module eignen sich insbesondere als Halbleiterlichtquelle in Verbindung mit abbildenden Optiken wie beispielsweise Projektoren.
- Eine Erhöhung der Leuchtdichte eines Moduls aus strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern kann prinzipiell dadurch er reicht werden, dass die Strahlungsdichte der einzelnen Halbleiterkörper erhöht wird, wobei zugleich die optische Ausgangsleistung beibehalten oder vergrößert wird.
- Weiterhin kann zur Erhöhung der Leuchtdichte die Fläche, auf der die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper angeordnet sind, verringert werden. Allerdings besteht bei fortschreitender Miniaturisierung des Moduls ein Problem darin, Bondpads zur Kontaktierung der Halbleiterkörper auf einer immer kleiner werdenden Fläche des Moduls unterzubringen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Modul mit strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern mit hoher Leuchtdichte zu schaffen, das eine möglichst hohe Packungsdichte der einzelnen Halbleiterkörper aufweist.
- Diese Aufgabe wird durch ein Modul mit strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Ein erfindungsgemäßes Modul weist eine regelmäßige Anordnung von einzelnen, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern auf, die auf einer Montagefläche eines Trägers aufgebracht sind, wobei eine Drahtverbindung zwischen zwei benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern auf einer der Montagefläche gegenüber liegenden Oberseite der beiden strahlungsemittierenden Halbleiterkörper angebracht ist.
- Ein solches Modul ermöglicht aufgrund einer vorteilhaften Anordnung beziehungsweise Gestaltung der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper eine hohe Packungsdichte.
- Unter strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern sind hierbei vor allem Leuchtdiodenhalbleiterkörper mit Kontaktflächen zu verstehen. Weitergehend können bei der Erfindung auch andere Strahlungsemitter verwendet werden. Dies umfasst unter anderem neben Leuchtdioden Lumineszenzdioden im allgemeinen, beispielsweise Laserdioden, Superstrahler und OLEDs. Ferner ist der Strahlungsemitter bevorzugt eine elektromagnetische Strahlung emittierende Diode mit zumindest näherungsweise lambertscher Abstrahlcharakteristik, besonders bevorzugt ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip.
- Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip zeichnet sich insbesondere durch die charakteristischen Merkmale aus:
- – an einer zu einem Trägerelement hingewandten ersten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert,
- – das Trägerelement ist ein von dem Aufwachssubstrat, auf dem die Epitaxieschichtenfolge aufgewachsen wurde, verschiedenes, vor dem Ablösen des Aufwachssubstrates auf die Epitaxieschichtenfolge aufgebrachtes Element,
- – die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf, und
- – die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichts in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, das heißt, sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
- Vorzugsweise ist die Halbleiterschicht aus einem Material gefertigt, das eine Verbindung aus Elementen der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems enthält. Besonders bevorzugt enthält diese Schicht GaAs oder AlGaAs (AlxGa1–xAs mit 0 ≤ x ≤ 1), wobei selbstverständlich auch III-V-Verbindungshalbleiter wie GaP oder GaN sowie hierauf basierende oder hiervon abgeleitete Verbindungen wie InGaAlP (InxAlyGa1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1), InGaAlN (InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1) oder InGaAlPN (InxAlyGa1-x-yPnN1-n mit 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1; 0 ≤ n ≤ 1 ) im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein können.
- Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß einer Matrix aus Spalten und Zeilen auf dem Träger angeordnet. Dabei kann die Anzahl der Spalten der Anzahl der Zeilen entsprechen. Vorzugsweise unterscheidet sich die Anzahl der Spalten von der Anzahl der Zeilen. Beispielsweise kann eine Matrixgröße von 3×4, 4×3 oder 16×9 gewählt werden. Diese Größen entsprechen standardisierten TV-Formaten, wodurch sich ein solches Modul für kommerzielle Projektionsanwendungen eignet. Denkbar sind auch Matrixgrößen mit einer höheren Anzahl von strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern. Dadurch kann vorteilhafterweise die Leuchtdichte erhöht werden.
- Vorzugsweise wird ein konstanter Abstand zwischen den Zeilen und Spalten aus strahlungsemittierenden Halbleiterkörperngewählt. Dieser Abstand kann 200 μm betragen, wobei eine Abweichung von 5% im Toleranzbereich liegt. Vorteilhafterweise beträgt der Abstand 100 μm. Als besonders vorteilhaft können sich Abstände erweisen, die 100 μm unterschreiten. Durch ei nen möglichst kleinen Abstand zwischen den einzelnen, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern kann dabei eine hohe Packungsdichte und in der Folge eine hohe Leuchtdichte erzielt werden.
- In bisher bekannten Modulen von strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern wird demgegenüber der Abstand zwischen den Halbleiterkörpern dadurch begrenzt, dass bei einer Anordnung von mehr als drei Halbleiterkörpern nebeneinander eine Lücke für ein Bondpad vorzusehen ist. Dies beschränkt die Packungsdichte. Bei der vorliegenden Erfindung ist hingegen ein Bondpad zwischen den benachbarten Halbleiterkörpern nicht erforderlich, da die Drahtverbindung von Halbleiterkörper zu Halbleiterkörper geführt ist.
- Bei der Erfindung kann eine Mehrzahl von Bondpads den strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern lateral nachgeordnet sein. Die Bondpads können sich somit vorteilhafterweise außerhalb der Matrix aus strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern befinden. Eine geeignete, elektrische Verbindung der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper ermöglicht auch die elektrische Versorgung der den Bondpads nicht unmittelbar benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörper.
- Im Rahmen der Erfindung lässt sich die Packungsdichte gegenüber einem herkömmlichen Modul um ungefähr 30% erhöhen.
- Vorzugsweise sind die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper in jeweils einer Spalte der Matrix seriell verschaltet. In einer möglichen Ausführungsform sind dazu zwei benachbarte, strahlungsemittierende Halbleiterkörper einer Spalte invers zueinander angeordnet, das heißt, dass die Oberseite des einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers eine Schicht eines ersten Leitungstyps und die Oberseite des in der Spalte benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers eine Schicht eines zweiten Leitungstyps aufweist. Beispielsweise befindet sich eine p-Schicht an der Oberseite des einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers und eine n-Schicht an der Oberseite des benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers. Vorteilhafterweise können beliebig viele Halbleiterkörper in einer Spalte angeordnet und seriell verschaltet sein.
- Bevorzugt befinden sich die invers angeordneten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörper der Matrix auf einer gemeinsamen Metallisierung, die auf die Montagefläche des Trägers aufgebracht ist. Besonders bevorzugt weist die Metallisierung Unterbrechungen zwischen den Spalten und Zeilen auf. Weiter besonders bevorzugt entspricht der Abstand zwischen den Unterbrechungen von Zeilen einem doppelten Zeilenabstand.
- Der elektrische Anschluss der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper kann mittels der Metallisierung und mittels Drahtverbindungen erfolgen. Die Drahtverbindungen verlaufen besonders bevorzugt oberhalb der Ebene, in der sich die Oberseite der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper befindet. Dies ermöglicht eine einfache Anbringung der Drahtverbindungen, da ausschließlich in einer Ebene operiert werden kann.
- Vorzugsweise sind die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper einer Spalte seriell verschaltet. Außerdem können die Spalten aus seriell verschalteten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörper parallel verschaltet sein.
- Ferner ist denkbar, dass lediglich zwei strahlungsemittierende Halbleiterkörper einer Spalte seriell verschaltet sind.
- Weitere vorteilhafte Möglichkeiten der Verschaltung sind auf Grund der geometrischen Anordnung der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper in einer Matrix und der sie umgebenden Bondpads realisierbar.
- In einer weiteren möglichen Ausführungsform werden die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper auf der Oberseite zweifach kontaktiert, das heißt sie weisen auf der Oberseite sowohl ein Mittel zur n-Kontaktierung als auch zur p-Kontaktierung auf. Die Oberseite der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper ist dafür entsprechend strukturiert.
- Die Dünnfilm-Halbleiterkörper weisen als oberste Schichtenfolge vorzugsweise eine strahlungserzeugende Schichtenfolge auf, auf der eine p-Kontaktierung aufgebracht ist. Die strahlungserzeugende Schichtenfolge weist eine aktive Schicht auf, die beispielsweise GaN enthält. Auf der der Montagefläche des Trägers zugewandten Seite können der aktiven Schicht weitere Schichten nachgeordnet sein, beispielsweise eine Barriereschicht, die TiWN enthält, eine Schutzschicht, die Ti/Pt/Au enthält, und eine Korrosionsschutzschicht, die Au enthält. Ferner können die genannten Schichten mittels eines Hartlots, das beispielsweise AuSn enthält, auf ein Trägerelement, das zum Beispiel Ge enthält, gebondet sein. Auf der der Montagefläche abgewandten Seite des Trägerelements kann weiterhin eine Schutzschicht, die zum Beispiel Ti/Pt/Au enthält, eine Barriereschicht, die beispielsweise TiWN enthält, und eine Grundmetallisierung, die beispielsweise AuSb enthält, vorgesehen sein. Auf der der Montagefläche zugewandten Seite kann das Trägerelement eine Schicht, die Au enthält, aufweisen.
- Auf dem Trägerelement erhebt sich die strahlungserzeugende Schichtenfolge vorteilhafterweise als Mesa-Struktur, so dass neben der Mesa-Struktur auf dem Trägerelement Platz für eine n-Kontaktierung besteht.
- Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper können in einer Spalte seriell verschaltet sein, indem eine Drahtverbindung von der p-Kontaktierung eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers zur n-Kontaktierung eines benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers geführt ist. In der ersten und letzten Zeile einer jeden Spalte sind die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper vorzugsweise an Bondpads angeschlossen: Weitere vorteilhafte Verschaltungen sind aufgrund der geometrischen Anordnung und Struktur der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper denkbar.
- Ein erfindungsgemäßes Modul weist vorteilhafterweise einen Träger auf, der ein elektrisch isolierendes Material enthält. Als verschleißfest, korrosionsbeständig, UV-stabil und vor allem sehr gut wärmeleitend zeichnet sich ein Träger aus, der ein Keramikmaterial, zum Beispiel AL2O3 oder AlN, enthält. Durch die UV-Stabilität des Keramikmaterials kann die Degradation des Trägers verringert und damit die Lebensdauer des Moduls erhöht werden. Dies kann sich insbesondere dann als Vorteil herausstellen, wenn das Modul für Projektionsanwendungen verwendet wird. Hierbei ist ein dauerhafter Betrieb bei wechselnder Belastung, beispielsweise beim Ein- oder Ausschalten, von Bedeutung. Während konventionelle Glühlampen eine mittlere Lebensdauer von ca. 103 Stunden haben, können LEDs vorteilhafterweise eine Lebensdauer (entspricht der Hälfte des ursprünglichen Wertes der Intensität) von 105 bis 106 Stunden erreichen.
- Ferner kann sich die Abführung der Wärme, die zusätzlich durch eine Wärmesenke erfolgen kann, die ein wärmeleitendes Material, beispielsweise Al, enthält, und dem Träger nachgeordnet ist, positiv auf die Lebensdauer des Moduls auswirken. Außerdem kann durch die Kühlung des Moduls eine unerwünschte Änderung der Abstrahlcharakteristik der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper verhindert werden.
- Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper können bevorzugt mittels eines Lotes oder eines Klebers, besonders bevorzugt mittels einer Metallisierung, die zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger aufgebracht ist, auf dem Träger montiert sein. Die Metallisierung kann den Träger zumindest teilweise bedecken. Dabei ist die Metallisierung im Gegensatz zur weiter oben beschriebenen Ausführungsform nicht zur elektrischen Versorgung der Halbleiterkörper erforderlich.
- Zum Schutz des Moduls vor schädigenden äußeren Einwirkungen können die einzelnen, strahlungsemittierenden Halbleiterkörper beziehungsweise kann das gesamte Modul vorzugsweise mit einer Formmasse umhüllt sein. Als Materialien eignen sich Reaktionsharze wie beispielsweise Epoxidharze, Acryl-Harze, Silicon-Harze und Polyurethan-Harze. Ferner können sich Hybridmaterialien wie zum Beispiel Mischungen aus Epoxidharzen und Silikon als besonders geeignet herausstellen, wobei die Hybridmaterialien beispielsweise gegenüber Epoxidharzen den Vorteil gesteigerter UV-Stabilität aufweisen.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen eines erfindungsgemäßen Moduls ergeben sich aus den nachfolgend in Verbindung mit den
1 bis6 erläuterten Ausführungsbeispielen. - Es zeigen:
-
1 eine schematische Aufsicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Moduls, -
2 eine schematische Aufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Moduls, -
3 eine schematische Schnittansicht des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels, -
4 eine schematische Aufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Moduls, -
5 eine schematische Aufsicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Moduls, -
6a eine schematische Schnittansicht eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers gemäß des vierten Ausführungsbeispiels, -
6b eine schematische Aufsicht eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers gemäß des vierten Ausführungsbeispiels. - In
1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Moduls dargestellt. Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 sind auf einem Träger2 regelmäßig angeordnet. Die regelmäßige Anordnung entspricht einer Matrix aus drei Spalten und vier Zeilen. Der Spaltenabstand18 beziehungsweise der Zeilenabstand17 beträgt vorzugsweise 100 μm. - Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper
1 können an zwei einander gegenüber liegenden Seiten des Halbleiterkörpers kontaktiert werden (n-Kontaktierung, p-Kontaktierung). Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 sind bevorzugt invers angeordnet, so dass von zwei benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern1 einer Spalte der eine auf der der Montagefläche6 abgewandten Seite des Trägers2 eine p-Kontaktierung, der andere eine n-Kontaktierung aufweist. - Besonders bevorzugt sind jeweils zwei strahlungsemittierende Halbleiterkörper
1 einer Spalte, die nicht durch eine Drahtverbindung unmittelbar verbunden sind, durch eine gemeinsame Metallisierung4 , die auf dem Träger2 aufgebracht ist, elektrisch verbunden. Diese Metallisierung4 kann streifenförmig ausgeführt sein. Für das dargestellte Modul ergeben sich dann sechs streifenförmige Metallisierungen4 , auf denen sich jeweils zwei invers angeordnete, strahlungsemittierende Halbleiterkörper1 befinden. Diese Halbleiterkörper1 können mittels eines Lotes oder eines elektrisch leitenden Klebers auf die Metallisierung4 aufgebracht sein. Beispielsweise kann dazu ein Ag- oder Au-haltiger Leitkleber verwendet werden. - Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper
1 , die sich auf einer gemeinsamen, streifenförmigen Metallisierung4 befinden, sind dadurch in Reihe geschaltet. Ferner sind zwei einander benachbarte, strahlungsemittierende Halbleiterkörper1 einer Spalte, die sich auf verschiedenen, streifenförmigen Metallisierungen4 befinden, mittels einer Drahtverbindung5 miteinander verbunden. Schließlich sind die äußeren strahlungsemittierenden Halbleiterkörper jeder Spalte mittels einer Drahtverbindung5 an Bondpads, die diesen lateral nachgeordnet sind, angeschlossen. Sowohl durch die spezielle Form der Anordnung als auch durch die elektrische Verbindung sind die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 jeder Spalte seriell verschaltet. - Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Moduls ist in
2 dargestellt. Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 befinden sich vorzugsweise auf einem Träger2 , der ein elektrisch isolierendes, vorzugsweise wärmeleitendes Material, beispielsweise ein Keramikmaterial, enthält. - Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper
1 sind auf dem Träger2 regelmäßig angeordnet, wobei sie eine 3×4-Matrix aus drei Spalten und vier Zeilen bilden. - Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterkörper invers zueinander angeordnet, so dass von zwei benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern
1 einer Spalte der eine auf der der Montagefläche abgewandten Seite eine Schicht eines ersten und der andere eine Schicht eines zweiten Leitungstyps aufweist. - Ferner ist auf dem Träger
2 eine Metallisierung4 aufgebracht, die vorzugsweise eine Unterbrechung zwischen der2 . und der3 . Zeile aufweist. Die Drahtverbindungen zwischen den strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern einer Spalte verlaufen wie im ersten Ausführungsbeispiel. Die Halbleiterkörper einer Spalte sind also seriell verschaltet. Zusätzlich sind die Spalten seriell verschalteter, strahlungsemittierenden Halbleiterkörper parallel verschaltet. Dies wird mittels der Metallisierung4 , die nur eine parallel zu den Zeilen verlaufende Unterbrechung aufweist, erreicht. - Vorteilhafterweise kann durch diese Anordnung vermieden werden, dass die Halbleiterkörper einer gesamten Spalte ausfallen, sobald ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper in der Reihe defekt ist.
- In
3 ist eine schematische Schnittansicht des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt. Der Schnitt A-A verläuft entlang einer Spalte. - Auf dem Träger
2 ist eine Metallisierung4 aufgebracht, die in der Mitte des Trägers2 eine Unterbrechung aufweist. Ferner sind auf dem Träger2 randseitig Bondpads3 aufgebracht. Diese Bondpads3 dienen dem elektrischen Anschluss der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 . Die Halbleiterkörper1 sind in Zweiergruppen auf eine gemeinsame Metallisierung4 montiert. Wie in der3 dargestellt bestehen diese Zweiergruppen aus zwei zueinander invers angeordneten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern1 . - Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper
1a weist an der der Montagefläche abgewandten Seite eine p-Kontaktierung auf und ist mittels einer Drahtverbindung5 an ein Bondpad3 angeschlossen. Die n-Kontaktierung erfolgt mittels der Metallisierung4 , auf die der strahlungsemittierende Halbleiterkörper mittels eines Lotes oder Leitklebers montiert ist. - Der Halbleiterkörper
1b weist hingegen auf der der Montagefläche6 abgewandten Seite eine n-Kontaktierung und auf der der Montagefläche6 zugewandten Seite eine p-Kontaktierung auf. - Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper
1a und1b sind mittels der gemeinsamen Metallisierung4 , auf dem sich die beiden Halbleiterkörper befinden, miteinander seriell verschaltet. - Die elektrische Verbindung des Halbleiterkörpers
1b mit dem Halbleiterkörper1c , wobei die Metallisierung4 zwischen den beiden Halbleiterkörpern unterbrochen ist, erfolgt mittels einer Drahtverbindung5 auf der der Montagefläche6 abgewandten Seite. Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper1c ist dabei in Bezug auf den strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1b invers angeordnet. - Der Halbleiterkörper
1d ist wiederum invers zum strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1c angeordnet und befindet sich mit diesem auf einer gemeinsamen Metallisierung4 . Die elektrische Verbindung ist mittels einer Drahtverbindung5 zu einem Bondpad3 hergestellt. - Die dargestellten strahlungsemittierenden Halbleiterkörper
1a bis1d sind somit seriell verschaltet. - Die Drahtverbindungen
5 verlaufen vorzugsweise auf der der Montagefläche6 abgewandten Seite der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1a bis1d und sind auf einer Kontaktfläche8 der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 aufgebracht. - In
4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Moduls dargestellt. Entsprechend der ersten beiden Ausführungsbeispiele sind die benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 einer Spalte invers zu einander angeordnet. - Wie im ersten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei benachbarte, strahlungsemittierende Halbleiterkörper
1 einer Spalte auf einer gemeinsamen Metallisierung4 aufgebracht. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel sind jedoch nicht alle strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 jeder Spalte mit einander seriell verschaltet. So sind in der ersten und letzten Spalte der Matrix lediglich die Zweiergruppen zueinander invers angeordneter strahlungsemittierender Halbleiterkörper1 , die sich auf einer gemeinsamen Metallisierung4 befinden, miteinander seriell verschaltet. Zusätzliche Bondpads3 , die den Zeilen aus strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern1 lateral nachgeordnet sind, ermöglichen diese elektrische Verbindung. - Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, dass ein Totalausfall von den einem defekten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörper nachgeordneten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern
1 teilweise verhindert werden kann. - In
5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Moduls in einer schematischen Aufsicht dargestellt. Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 sind auf einem gemeinsamen Träger2 angeordnet, der vorzugsweise ein elektrisch isolierendes Material, beispielsweise ein Keramikmaterial, enthält, und folgen in ihrer Anordnung besonders bevorzugt einer Matrix aus drei Spalten und vier Zeilen. Der Zeilenabstand17 wird vorzugsweise gleich groß wie der Spaltenabstand18 gewählt und kann 200 μm, vorteilhafterweise 100 μm, besonders vorteilhafterweise weniger als 100 μm betragen. Den Spalten aus strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern1 sind Bondpads3 lateral nachgeordnet, die auf dem Träger2 aufgebracht sind. - Jeder strahlungsemittierende Halbleiterkörper
1 weist auf der der Montagefläche6 abgewandten Seite zwei Kontaktierungen auf, eine n-Kontaktierung und eine p-Kontaktierung, so dass zwei Drahtverbindungen5 auf einem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 oberseitig angeordnet sind. - Wie in
5 dargestellt sind die benachbarten strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 einer Spalte jeweils mittels einer Drahtverbindung5 miteinander elektrisch verbunden, wobei diese jeweils von der p-Kontaktierung des einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers zur n-Kontaktierung des benachbarten strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers, der als n-Eckkontakt ausgebildet ist, verläuft. Somit sind die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper1 einer Spalte seriell verschaltet. Bevorzugt sind die Halbleiterkörper als Dünnfilm-Halbleiterkörper ausgeführt, wie im Folgenden noch näher erläutert wird. - Vorteilhafterweise ermöglicht diese Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Moduls eine leichte Anbringung der oberseitig verlaufenden Drahtverbindungen
5 . - In
6a ist ein Dünnfilm-Halbleiterkörper, wie er beispielsweise im vierten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann, in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. - Der Dünnfilm-Halbleiterkörper weist ein Trägerelement
9 auf, das vorzugsweise ein Halbleitermaterial, beispielsweise Ge, enthält. Auf dem Trägerelement9 ist eine Grundmetallisierung15 , die z.B. AuSb enthält, aufgebracht, welcher folgende Schichten nachgeordnet sind: eine Barriereschicht11 , die z.B. TiWN enthält, um eine Degradation des Trägermaterials zu verhindern, und eine Schutzschicht12 , die z.B. Ti/Pt/Au enthält. - Die strahlungserzeugende Schichtenfolge weist eine aktive Schicht
10 auf, die vorzugsweise ein Halbleitermaterial aus einer III-V-Verbindung, beispielsweise GaN oder InGaN ent hält, außerdem eine Barriereschicht11 , die beispielsweise TiWN enthält, eine Schutzschicht12 , die beispielsweise Ti/Pt/Au enthält, und eine Korrosionsschutzschicht13 , die z.B. Au enthält. Die strahlungserzeugende Schichtenfolge, ausgenommen die Korrosionsschutzschicht13 , weist eine Mesa-Struktur auf, die während des Herstellungsprozesses geformt wird. Nach dem Aufwachsen der strahlungserzeugenden Schichtenfolge auf ein Aufwachssubstrat wird diese von dem Aufwachssubstrat abgelöst, so dass die Schicht13 dann partiell frei liegt. - Ferner ist die strahlungserzeugende Schichtenfolge mittels eines Hartlots
14 , das beispielsweise AuSn enthält, auf dem Trägerelement9 aufgebracht. Das Trägerelement9 kann an seiner Unterseite eine Schicht, die z.B. Au enthält, aufweisen. Durch diese Schicht an der Unterseite, die vorzugsweise wärmeleitend ist, kann der Halbleiterkörper zur Kühlung wärmeleitend an eine Wärmesenke angeschlossen sein, was sich positiv auf die Lebensdauer des Moduls auswirken kann. - Die Mesa-Struktur ermöglicht auf der Oberseite
16 die Aufbringung einer n-Kontaktierung8b . Die p-Kontaktierung8a ist auf der strahlungserzeugenden Schichtenfolge, die die aktive Schicht10 umfasst, aufgebracht. - Die p- und n-Kontaktierung sind in den Außenbereichen des Dünnfilm-Halbleiterkörpers aufgebracht, so dass die Leuchtdichte durch die Abschattung der Drahtverbindungen
5 minimal verringert wird. - In
6b ist eine schematische Draufsicht eines Dünnfilm-Halbleiterkörpers dargestellt. Zu sehen ist in der Schnittansicht die dreieckförmige n-Kontaktierung8b , die obere Schicht der Schichtenfolge, die die aktive Schicht10 umfasst und die kreisförmige p-Kontaktierung8b . - Es versteht sich, dass die in der Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung sowohl einzeln als auch in jeder möglichen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein können
Claims (24)
- Modul mit einer regelmäßigen Anordnung von einzelnen, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern (
1 ), die auf einer Montagefläche (6 ) eines Trägers (2 ) aufgebracht sind, wobei eine Drahtverbindung (5 ) zwischen zwei benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern (1 ) auf einer der Montagefläche (6 ) gegenüberliegenden Oberseite der beiden strahlungsemittierenden Halbleiterkörper (1 ) angebracht ist. - Modul nach Anspruch 1, wobei die regelmäßige Anordnung einer Matrix aus Spalten und Zeilen entspricht.
- Modul nach Anspruch 2, wobei die Matrix eine 3×4-, 4×3- oder 16×9- Matrix ist.
- Modul nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Abstand zwischen zwei Zeilen (
17 ) gleich oder kleiner als 100 μm ist. - Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Abstand zwischen zwei Spalten (
18 ) gleich oder kleiner als 100 μm ist. - Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper (
1 ) innerhalb einer Spalte seriell verschaltet sind. - Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper (
1 ) zweier benachbarter Spalten in einer Zeile parallel verschaltet sind. - Modul nach einem der Ansprüche n bis 7, wobei die Oberseite eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers eine Schicht eines ersten Leitungstyps und die Oberseite eines in der Spalte benachbarten, strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers eine Schicht eines zweiten Leitungstyps aufweist.
- Modul nach Anspruch 8, wobei der Träger (
2 ) auf der Montagefläche (6 ) eine Metallisierung (4 ) aufweist. - Modul nach Anspruch 9, wobei die Metallisierung (
4 ) eine oder mehrere Unterbrechungen (7 ) aufweist. - Modul nach Anspruch 10, wobei der Abstand zwischen zwei Unterbrechungen einem doppelten Zeilenabstand entspricht.
- Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei jeder strahlungsemittierende Halbleiterkörper (
1 ) an der Oberseite sowohl eine p-Kontaktierung als auch eine n-Kontaktierung aufweist. - Modul nach Anspruch 12, wobei die n-Kontaktierung (
8b ) auf der Oberseite16 der auf einem Trägerelement9 angeordneten Schichtenfolge (13 ,9 ,15 ,11 ,12 ,14 ,13 ) des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers (1 ) aufgebracht ist. - Modul nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die p-Kontaktierung (
8a ) auf einer Mesa-Struktur des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers (1 ) aufgebracht ist. - Modul nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Träger (
2 ) auf der Montagefläche (6 ) eine Metallisierung aufweist: - Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anordnung aus strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern (
1 ) eine Mehrzahl von Bondpads (3 ) lateral nachgeordnet ist. - Modul nach Anspruch 16, wobei ein Teil der strahlungsemittierenden Halbleiterkörper (
1 ) durch eine Drahtverbindung (5 ) mit den Bondpads (3 ) verbunden ist. - Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper (
1 ) Dünnfilm-Halbleiterkörper sind. - Modul nach Anspruch 18, wobei der strahlungsemittierende Halbleiterkörper (
1 ) ein Halbleitermaterial wie InGaN oder InGaAlP enthält. - Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (
2 ), auf dem die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper (1 ) montiert sind, ein elektrisch isolierendes Material enthält. - Modul nach Anspruch 20, wobei der Träger (
2 ) ein Keramikmaterial enthält. - Modul nach Anspruch 21, wobei der Träger (
2 ) AlN enthält. - Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper (
1 ) von einer Formmasse umhüllt sind. - Verwendung eines Moduls nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Projektionsanwendungen.
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