DE102005043649A1 - Lichtemissionsbauteil mit Stromkreis-Schutzschaltung - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Lichtemissionsbauteil (1) mit einer Schutzschaltungseinheit angegeben. Die Schutzschaltungseinheit verfügt über eine Schicht (14) mit niedrigem Widerstand und eine Potenzialbarriereschicht (16), wobei an der Grenzfläche zwischen diesen beiden ein Barrierepotenzial existiert. Die Schutzschaltungseinheit ist elektrisch mit dem Lichtemissionsbauteil verbunden. Wenn im Letzteren eine elektrostatische Entladung oder ein übermäßig großer Durchlassstrom auftritt, sorgt die Schutzschaltungseinheit für eine Gleichrichterfunktion, um Schäden am Lichtemissionsbauteil zu verhindern, die an diesem durch statische Elektrizität oder einen übermäßig hohen Durchlassstrom hervorgerufen werden könnten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Lichtemissionsbauteil, insbesondere ein solches mit einer Stromkreis-Schutzschaltung, die nachfolgend der Kürze halber einfach als Schutzschaltung bezeichnet wird.
  • Lichtemissionsbauteile werden bei vielen Anwendungen in weitem Umfang verwendet, z. B. in optischen Displays, als Laserdioden, in Verkehrsignalen, in Datenspeichern, in Kommunikationsgeräten, in Beleuchtungsvorrichtungen sowie medizinischen Geräten. Auf diesen Gebieten ist es, um die Ausbeute derartiger Lichtemissionsbauteile zu verbessern, wesentlich, Schäden durch elektrostatische Entladung an ihnen zu verhindern.
  • Wie es durch die 1 veranschaulicht wird, sind bei einer Leuchtdiode als herkömmlichem Lichtemissionsbauteil durch elektrostatische Entladung während des Gehäusehergestellprozesses parallel mit einer Schutzschaltung wie einer Zenerdiode 50 verbunden. Im Ergebnis wird statische Elektrizität durch die Zenerdiode 50 abgeleitet, wodurch Schäden des Lichtemissionsbauteils verhindert werden. Da jedoch die Schutzschaltung während des Gehäuseherstellprozesses elektrisch mit dem Lichtemissionsbauteil verbunden wird, ist das Letztere vor diesem Prozess nicht geschützt. Genauer gesagt, ist das Lichtemissionsbauteil während des Chip-Herstellprozesses für dassselbe nicht durch die Schutzschaltung geschützt. Darüber hinaus ist ein derartiger Gehäusehergestellprozess kompliziert, weswegen die Herstellkosten hoch sind.
  • In der US-Patentveröffentlichung Nr. 20020179941 ist ein Lichtemissionsbauteil mit einem Schutz gegen Schäden durch elektrostatische Entladung offenbart. Wie es in der zugehö rigen 2 dargestellt ist, ist eine Nebenschlussdiode mit einer mit Silicium dotierten Basis elektrisch mit einer Leuchtdiode verbunden. Während des Entladens elektrostatischer Ladungen wird der Entladestrom durch die Nebenschlussdiode mit der mit Silicium dotierten Basis geleitet, so dass er nicht durch die Leuchtdiode fließen kann. Da der Leuchtdioden Chip nach dem Chipzerteilvorgang mit der Nebenschlussdiode verlötet wird, sind immer noch Schäden unvermeidlich, die durch elektrostatische Entladung verursacht werden. Ferner benötigt der Prozess eine zusätzliche Prozedur zum Verlöten der Leuchtdiode der Nebenschlussdiode, so dass relativ hohe Kosten die Folge sind.
  • Im Dokument US-A-6,023,076 ist eine Leuchtdiode auf Nitridbasis offenbart, bei der eine erste Elektrode mit einer ersten und einer zweiten Halbleiterschicht verbunden ist. Zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Halbleiterschicht ist ein Schottky-Kontakt ausgebildet. Wenn ein Rückwärtsstrom fließt, wird dieser von der ersten Elektrode zur zweiten Halbleiterschicht und zur zweiten Elektrode geschickt, anstatt dass er durch die Leuchtdiode laufen würde, wodurch Schäden vermieden werden. Die zweite Halbleiterschicht wird als Kanal zum Leiten des Rückwärtsstroms verwendet. Daher kann dieser direkt durch die Leuchtdiode laufen, wodurch diese beschädigt werden kann, wenn der Rückwärtsstrom sehr hoch wird.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Lichtemissionsbauteil mit einer zuverlässig und einfach und damit billig herstellbaren Schutzschaltung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe ist durch das Lichtemissionsbauteil mit Schutzschaltung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Dabei verfügt die Schutzschaltung über eine Schicht mit niedrigem Widerstand und eine Potenzialbarriereschicht. An der Grenzfläche zwischen diesen beiden Schichten besteht ein Barrierepotenzial. Die Grenzfläche kann ein Schottky-Kontakt oder ein pn-Übergang sein. Für das Barrierepotenzial zwischen der Schicht mit niedrigem Widerstand und der Potenzialbarriereschicht bestehen die folgenden Möglichkeiten:
    • 1. wenn die Schicht mit niedrigem Widerstand aus einem Metall mit einer Arbeitsfunktion ΦL und die Potenzialbarriereschicht aus einem n-Halbleitermaterial mit der Arbeitsfunktion ΦB beseht, gilt Barrierepotenzial = ΦL – ΦB mit ΦL > ΦB.
    • 2. Wenn die Schicht mit niedrigem Widerstand aus einem Metall mit der Arbeitsfunktion ΦL besteht und die Potenzialbarriereschicht aus einem p-Halbleitermaterial mit der Arbeitsfunktion ΦB besteht, gilt Barrierepotenzial = ΦB – ΦL, mit ΦL < ΦB.
    • 3. Wenn die Schicht mit niedrigem Widerstand aus einer transparenten, leitenden Oxidschicht (TCO = transparent conductive oxide) mit der Arbeitsfunktion ΦL, wie ITO, CTO, Zn2SnO4, ZnSnO3, MgIn2O3, MgIn2O4, Zn2In2O3, In4Sn3O12, AgInO2Sn oder In2O3Zn oder anderen ähnlichen Verbindungen, besteht und wenn die Potenzialbarriereschicht aus einem n-Halbleitermaterial mit der Arbeitsfunktion ΦB besteht, gilt Barrierepotenzial = ΦL – ΦB, mit ΦL > ΦB.
    • 4. Wenn die Schicht mit niedrigem Widerstand aus einer TCO-Schicht mit der Arbeitsfunktion ΦL besteht und die Potenzialbarriereschicht aus einem p-Halbleitermaterial mit der Arbeitsfunktion ΦB besteht, gilt Barrierepotenzial = ΦB – ΦL, mit ΦL < ΦB.
    • 5. Wenn die Schicht mit niedrigem Widerstand aus einem n-Halbleitermaterial mit der Arbeitsfunktion ΦL besteht und die Potenzialbarriereschicht aus einem p-Halbleitermaterial mit der Arbeitsfunktion ΦB besteht, gilt Barrierepotenzial = ΦB – ΦL, mit ΦL < ΦB.
  • Auf Grund dieser Kombination einer Schicht mit niedrigem Widerstand mit einer Potenzialbarriereschicht ist die Durchlass-Schwellenspannung der Schutzschaltung hoch, und die Rückwärts-Durchbruchspannung derselben ist niedrig. Diese Schutzschaltung mit Gleichrichterfunktion ist in das Lichtemissionsbauteil integriert, so dass Schäden durch elektrostatische Entladung oder auf Grund eines übermäßig hohen Durchlassstroms verhindert oder effektiv gelindert werden.
  • Die Durchlass-Vorspannung und die Durchbruchsspannung der Schutzschaltung werden mit Vsf bzw. Vsr bezeichnet. Die Durchlass-Betriebsspannung, die Durchlass-Schädigungsspannung und die Durchbruchsspannung des Lichtemissionsbauteils werden als Vf, Vfd bzw. Vr bezeichnet, und dann gelten Vf < Vsf < Vfd und Vsr < Vr. Wenn das Lichtemissionsbauteil mit der Durchlass-Betriebsspannung Vf betrieben wird und Vf < Vsf gilt, schaltet die Schutzschaltung aus. Wenn das Lichtemissionsbauteil mit einer Durchlass-Betriebsspannung über Vfd betrieben wird, schaltet die Schutzschaltung wegen Vsf < Vfd ein. Im Ergebnis wird verhindert, dass ein übermäßig großer Durchlassstrom durch das Lichtemissionsbauteil fließt und es beschädigt, so dass es durch die Schutzschaltung geschützt ist. Wenn dagegen das Lichtemissionsbauteil mit einer Rückwärts-Betriebsspannung betrieben wird, schaltet die Schutzschaltung ein (Rückwärts-Betriebsspannung = Vsr), bevor dieser Rückwärts-Betriebsspannung den Wert Vr erreicht, da Vsr < Vr gilt. Im Ergebnis wird verhindert, dass ein übermäßig großer Rückwärtsstrom durch das Lichtemissionsbauteil fließt und es beschädigt, so dass es auch in diesem Fall durch die Schutzschaltung geschützt ist.
  • Die erfindungsgemäße Schutzschaltung lässt sich durch einen herkömmlichen Chip-Herstellprozess herstellen. Es ist nicht erforderlich, eine Zenerdiode oder eine Nebenschlussdiode während des Gehäuseherstellprozesses mit dem Lichtemissionsbauteil zu verbinden. Eine Leuchtdiode mit einer Schutz schaltung gemäß der Erfindung kann vom Flip-Chip-Typ sein, so dass die Zenerdiode weggelassen werden kann, wodurch die Kompliziertheit der Herstellung verringert ist und damit die Kosten gesenkt sind.
  • Außerdem ist die Schutzschaltung am erfindungsgemäßen Lichtemissionsbauteil mit Schutzschaltung dazu in der Lage, das Lichtemissionsbauteil bereits während der Herstellung vor Schäden durch elektrostatische Entladung zu schützen. Im Ergebnis sind die strengen Anforderungen an die Umgebungsbedingungen, um elektrostatische Entladung zu verringern, gelindert. Die Ausbeute bei der Herstellung von Lichtemissionsbauteilen, z. B. Leuchtdioden, ist stark verbessert.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Lichtemissionsbauteils mit Schutzschaltung gemäß dem Anspruch 1 sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Insbesondere kann die Schutzschaltung nur aus einer einzelnen Schutzschaltungseinheit, zwei derartigen Einheiten oder sogar mehr als zwei derartigen Einheiten bestehen.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines herkömmlichen Lichtemissionsbauteils mit Schutzschaltung.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines anderen herkömmlichen Lichtemissionsbauteils mit Schutzschaltung.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Lichtemissionsbauteils mit einer Schutzschaltungseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • 4 ist ein Strukturdiagramm einer Schutzschaltungseinheit für das in der 3 dargestellte Lichtemissionsbauteil.
  • 5 ist ein Kurvenbild, das die Strom-Spannung-Charakteristik der genannten ersten Ausführungsform zeigt.
  • 6, 7 und 8 zeigen jeweils ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen eines Lichtemissionsbauteils mit einer Schutzschaltungseinheit gemäß einer zweiten, dritten bzw. vierten Ausführungsform der Erfindung.
  • Gemäß der 3 verfügt ein Lichtemissionsbauteil 1 mit einer Schutzschaltungseinheit gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung über ein Substrat 10, eine erste Stapelschicht 11, eine Lichtemissionsschicht 12, eine zweite Stapelschicht 13, eine erste Schicht 14 mit niedrigem Widerstand, eine erste Elektrode 15, eine erste Potenzialbarriereschicht 16, eine zweite Schicht 17 mit niedrigem Widerstand, eine zweite Elektrode 18, eine zweite Potenzialbarriereschicht 19 und eine elektrische Verbindungsschicht 20. Bei dieser Ausführungsform ist die erste Stapelschicht 11 auf dem Substrat 10 angeordnet, und sie verfügt über einen ersten Epitaxiebereich und einen zweiten Oberflächenbereich. Die Lichtemissionsschicht 12 ist auf dem ersten Epitaxiebereich angeordnet, und auf ihr ist wiederum die zweite Stapelschicht 13 angeordnet. Darüber hinaus ist die erste Schicht 14 mit niedrigem Widerstand auf der zweiten Stapelschicht 13 angeordnet, und sie verfügt über einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich. Die erste Elektrode 15 ist auf dem ersten Kontaktbereich angeordnet, so dass an der Grenzfläche zwischen ihr und der Schicht 14 mit niedrigem Widerstand ein ohmscher Kontakt gebildet ist. Außerdem ist die erste Potenzialbarriereschicht 16 auf dem zweiten Kontaktbe reich angeordnet, so dass an der Grenzfläche zwischen diesen beiden ein Barrierepotenzial vorhanden ist. Die Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 14 mit niedrigem Widerstand und der ersten Potenzialbarriereschicht 16 kann einen Schottky-Kontakt oder einen pn-Übergang bilden. Die zweite Schicht 17 mit niedrigem Widerstand ist auf dem zweiten Oberflächenbereich angeordnet, und sie verfügt über einen dritten und einen vierten Kontaktbereich. Auf dem dritten Kontaktbereich ist eine zweite Elektrode 18 angeordnet, so dass an der Grenzfläche zwischen ihr und der zweiten Schicht 17 mit niedrigem Widerstand ein ohmscher Kontakt gebildet ist. Ferner ist die zweite Potenzialbarriereschicht 19 auf dem vierten Kontaktbereich angeordnet, so dass an der Grenzfläche zwischen diesen beiden ein Barrierepotenzial existiert. Die Grenzfläche zwischen der zweiten Schicht 17 mit niedrigem Widerstand und der zweiten Potenzialbarriereschicht 19 kann durch einen Schottky-Kontakt oder einen pn-Übergang gebildet sein. Die elektrische Verbindungsschicht 20 stellt eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Potenzialbarriereschicht 16 und der zweiten Potenzialbarriereschicht 19 her, so dass durch diese drei eine Schutzschaltungseinheit gebildet ist. Auf einem Teil der ersten Stapelschicht 11, der Lichtemissionsschicht 12 und der zweiten Stapelschicht 13 ist eine Isolierschicht 21 ausgebildet, so dass die elektrische Verbindungsschicht 20 elektrisch gegen die erste Stapelschicht 11, die Lichtemissionsschicht 12 und die zweite Stapelschicht 13 isoliert ist.
  • Das Lichtemissionsbauteil 1 kann nur über die Schicht 14 mit niedrigem Widerstand Lichtemissionsschicht und die erste Potenzialbarriereschicht 16 verfügen. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung verfügt das Lichtemissionsbauteil 1 über die erste Schicht 14 mit niedrigem Widerstand, die erste Potenzialbarriereschicht 16, die zweite Schicht 17 mit niedrigem Widerstand und die zweite Potenzialbarriereschicht 19.
  • Die 5 zeigt mit gestrichelter Linie die Strom-Spannung-Charakteristik der in der 4 dargestellten Schutzschaltungseinheit, die aus einer Schicht 2 mit niedrigem Widerstand, einer ersten Potenzialbarriereschicht 3 und einer ersten Elektrode 4 besteht, wie es in der 4 dargestellt ist. Das Material der Schicht 2 mit niedrigem Widerstand ist Indiumzinnoxid (ITO). Das Material der ersten Potenzialbarriereschicht 16 ist p-Titandioxid mit Cr als Dotierstoff. Die in der 5 dargestellte durchgezogene Linie zeigt die Strom-Spannung-Charakteristik einer Schutzschaltungseinheit, die aus der Schicht 2 mit niedrigem Widerstand, der ersten Potenzialbarriereschicht 3, der ersten Elektrode 4, einer zweiten Potenzialbarriereschicht 5 und einer zweiten Elektrode 6 besteht, die ebenfalls in der 4 dargestellt sind. Aus der 5 ist es ersichtlich, dass der Fachmann die Anzahl der Schutzschaltungseinheiten ändern kann, um die Gesamtwerte der Durchlass-Vorspannung und der Rückwärts-Durchbruchspannung einzustellen. Es können also mehrere Schichten mit niedrigem Widerstand und mehrere Potenzialbarriereschichten in Kombination mit der ersten Potenzialbarriereschicht 16 und/oder der zweiten Potenzialbarriereschicht 19 verwendet werden, um den jeweiligen Erfordernissen zu genügen.
  • In der 6 zu einem Lichtemissionsbauteil 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer Schutzschaltungseinheit sind ähnliche Elemente wie in der 3 mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, weswegen eine zugehörige Beschreibung hier nicht wiederholt wird. Bei diesem Lichtemissionsbauteil 2 verfügt die zweite Stapelschicht 13 über einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich. Auf dem ersten Kontaktbereich ist eine erste ohmsche Kontaktschicht 24 ausgebildet, auf der eine erste Elektrode 15 angeordnet ist, so dass an der Grenzfläche zwischen diesen beiden ein ohmscher Kontakt ausgebildet ist. Die zweite Fläche verfügt über einen dritten und einen vierten Kontaktbereich. Auf dem dritten Kontaktbereich ist eine zweite ohmsche Kontaktschicht 27 ausgebildet, auf der eine zweite Elektrode 18 angeordnet ist, so dass an der Grenzfläche zwischen diesen beiden ein ohmscher Kontakt ausgebildet ist. Auf dem zweiten Kontaktbereich, der Seitenwand der ersten Stapelschicht 11, der Lichtemissionsschicht 12 und der zweiten Stapelschicht 13 sowie dem vierten Kontaktbereich ist zu Zwecken einer elektrischen Isolierung eine Isolierschicht 31 ausgebildet, auf der wiederum eine erste Schicht 28 mit niedrigem Widerstand angeordnet ist, die über einen fünften und einen sechsten Kontaktbereich verfügt. Auf dem fünften Kontaktbereich ist eine erste Potenzialbarriereschicht 16 angeordnet. An der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 28 mit niedrigem Widerstand und der Potenzialbarriereschicht 16 existiert ein Barrierepotenzial. Diese Grenzfläche kann durch einen Schottky-Kontakt oder einen pn-Übergang gebildet sein. Auf dem sechsten Kontaktbereich ist eine zweite Potenzialbarriereschicht 19 angeordnet, wobei an der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 28 mit niedrigem Widerstand und der zweiten Potenzialbarriereschicht 19 ein Barrierepotenzial existiert. Diese Grenzfläche kann durch einen Schottky-Kontakt oder einen pn-Übergang gebildet sein. Die erste Schicht 28 mit niedrigem Widerstand stellt eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Potenzialbarriereschicht 16 und der zweiten Potenzialbarriereschicht 19 her, um eine Schutzschaltungseinheit zu bilden. Eine erste elektrische Verbindungsschicht 29 stellt eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode 15 und der ersten Potenzialbarriereschicht 16 her. Eine zweite elektrische Verbindungsschicht 30 stellt eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Elektrode 18 und der zweiten Potenzialbarriereschicht 19 her.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung verfügt das Lichtemissionsbauteil 2 nur über die erste Schicht 28 mit niedrigem Widerstand und die erste Potenzialbarriereschicht 16. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung verfügt das Lichtemissionsbauteil 2 über die erste Schicht 28 mit niedrigem Widerstand, die erste Potenzialbarriereschicht 16, die erste Schicht 28 mit niedrigem Widerstand und die zweite Potenzialbarriereschicht 19. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Schichten mit niedrigem Widerstand und mehrere Potenzialbarriereschichten auf der ersten Potenzialbarriereschicht 16 und/oder der zweiten Potenzialbarriereschicht 19 angeordnet, um jeweiligen Erfordernissen zu genügen.
  • Das in der 7 dargestellte Lichtemissionsbauteil 3 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung verfügt über einige Elemente, die gleich sind wie Elemente in der 3, weswegen diese mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind und eine zugehörige Beschreibung hier weggelassen wird. Beim in der 7 dargestellten Lichtemissionsbauteil 3 ist zwischen dem Substrat 10 und der ersten Stapelschicht 11 eine Bondschicht 310 vorhanden. Die erste Stapelschicht 11 wird durch eine Waferbondtechnik mit dem Substrat 10 verbunden.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden das Substrat 10 und die erste Stapelschicht 11 bei ansteigender Temperatur und zunehmendem Druck ohne Verwendung der Bondschicht 301 direkt miteinander verbunden. Nachdem dies erfolgt ist, werden die erste und die zweite Elektrode an entgegengesetzten Seiten des Lichtemissionsbauteils angebracht. Das Layout der Schutzschaltungseinheit wird später beschrieben.
  • Die Schutzschaltungseinheit und das Layout der Elektroden beim Lichtemissionsbauteil 3 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung können durch die Schutzschaltungseinheit und das Layout der Elektroden beim Lichtemissionsbauteil 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung gebildet sein.
  • Das in der 8 dargestellte Lichtemissionsbauteil 4 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung verfügt über einige Elemente, die mit solchen in der 3 übereinstimmen, weswegen sie mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind und die zugehörige Beschreibung hier weggelassen wird. Bei diesem Lichtemissionsbauteil 4 ersetzt ein leitendes Substrat 40 das in der 3 dargestellte Substrat 10. Ferner ist an der Unterseite des leitenden Substrats 40 eine zweite Elektrode 48 vorhanden, die die in der 3 dargestellte erste Elektrode 18 ersetzt. Dieses Lichtemissionsbauteil 4 mit dem leitenden Substrat 40 und der zweiten Elektrode 48 ist eine LED mit vertikal aufgebauter Struktur.
  • Bei diesem Lichtemissionsbauteil 4 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung sind die zweite Schicht 17 mit niedrigem Widerstand und die zweite Potenzialbarriereschicht 19 auf der ersten Stapelschicht 11 angeordnet. Anders gesagt, sind die erste Stapelschicht 11 und die zweite Elektrode 49 auf entgegengesetzten Seiten des leitenden Substrats 40 angeordnet. Außerdem sind die erste Potenzialbarriereschicht 16 und die zweite Potenzialbarriereschicht 19 durch die elektrische Verbindungsschicht 20 elektrisch miteinander verbunden.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung verfügt das Lichtemissionsbauteil 4 nur über die erste Schicht 28 mit niedrigem Widerstand und die erste Potenzialbarriereschicht 16. Außerdem ist eine Schutzschaltungseinheit durch elektri sches Verbinden der ersten Potenzialbarriereschicht 16 und der zweiten Elektrode 48 gebildet.
  • Die erste Potenzialbarriereschicht 16 und die zweite Potenzialbarriereschicht 19 können Schichten vom n- oder vom p-Typ sein. Sie sind p-Schichten, wenn Mg, Zn, Be, Cr oder irgendein anderes ähnliches Material als Dotierstoff verwendet wird. Sie sind n-Schichten, wenn es Si, Ge, Sn, Te, O, S, C oder irgendein anderes Material als Dotierstoff verwendet wird. Das Material der zweite Schicht 17 mit niedrigem Widerstand ist Ni/Au, NiO/Au, TiWN, TCO, ITO, CTO, SnO2Sb2, ZnSnO3, Zn2SnO4 und/oder irgendein anderes ähnliches Material.
  • Das Material der ersten Schicht 28 mit niedrigem Widerstand ist Ni/Au, NiO/Au, TiWN, TCO, ITO, CTO, SnO2Sb2, ZnSnO3, In4Sn3O12, Zn2SnO4 und/oder irgendein anderes ähnliches Material. Das Material der ersten ohmschen Kontaktschicht 24 ist Ni/Au, NiO/Au, TiWN, TCO, ITO, CTO, SnO2Sb2, ZnSnO3, Zn2SnO4 und/oder irgendein anderes ähnliches Material. Für die zweite ohmsche Kontaktschicht gilt dasselbe.
  • Die erste Potenzialbarriereschicht 16 ist eine Schicht mit einem Dotierstoff vom p- oder vom n-Typ. Das Material derselben ist TiO2, SrTiO3, FeTiO3, MnTiO3, BaTiO3, ZrO3, Nb2O5, KTaO3, WO3, ZnO, SnO2, GaP, Si, SiC, CdSe, CdS und/oder irgendein anderes ähnliches Material. Für die zweite Potenzialbarriereschicht 19 gilt dasselbe.
  • Die erste Stapelschicht 11 besteht aus Verbindungshalbleitern wie AlInP, GaN, AlGaN, InGaN und/oder irgendein anderes ähnliches Material. Die Lichtemissionsschicht 12 besteht aus einem III-V-Halbleitermaterial auf Nitridbasis wie AlGaInP, GaN, InGaN oder AlInGaN. Die zweite Stapelschicht 13 besteht aus einer III-N-Verbindung auf GaN-Basis wie AlGaInP, GaN, AlInGaN oder InGaN.
  • Die Potenzialbarriereschicht 19 besteht aus SiNx, SiO2 und/oder irgendein anderes ähnliches Material.
  • Die elektrische Verbindungsschicht 20, die erste elektrische Verbindungsschicht 29 und die zweite elektrische Verbindungsschicht 30 bestehen aus Cr/Au, Ni/Au, Cr/Al, Ti/Al, Ti/Au und/oder irgendein anderes ähnliches Material. Außerdem kann das Material der elektrischen Verbindungsschicht 20 Polyimid, BCB, PFCB und/oder irgendein anderes ähnliches Material sein.
  • Das leitende Substrat 40 besteht aus GaP, SiC und/oder irgendein anderes ähnliches Material.
  • Als Waferbondtechnik kann Klebebonden, Metalllöten und Direktbonden verwendet werden.

Claims (63)

  1. Lichtemissionsbauteil mit einer Schutzschaltungseinheit, mit: – einer Licht emittierenden Stapelschicht mit einer ersten und einer zweiten Fläche; und – einer Schutzschaltungseinheit mit einer ersten Schicht (14) mit niedrigem Widerstand und einer ersten Potenzialbarriereschicht (16), wobei an der Grenzflächen zwischen diesen beiden Schichten ein Barrierepotenzial existiert und wobei diese Schutzschaltungseinheit die erste und die zweite Fläche elektrisch miteinander verbindet, um für eine Gleichrichterfunktion zu sorgen.
  2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Fläche auf derselben Seite der Licht emittierenden Stapelschicht angeordnet sind.
  3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Fläche auf entgegengesetzten Seiten der Licht emittierenden Stapelschicht angeordnet sind.
  4. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht emittierende Stapelschicht Folgendes aufweist: – eine erste Stapelschicht (11) mit der zweiten Fläche; – eine auf der ersten Stapelschicht angeordnete Lichtemissionsschicht (12); und – eine auf der Lichtemissionsschicht angeordnete zweite Stapelschicht (13) mit der ersten Fläche.
  5. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stapelschicht (11) aus AlInP, GaN, AlGaN oder InGaN besteht.
  6. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemissionsschicht (12) aus AlGaInP, GaN, InGaN oder AlInGaN besteht.
  7. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stapelschicht (13) aus AlInP, GaN, AlGaN oder InGaN besteht.
  8. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) mit niedrigem Widerstand aus Ni/Au, NiO/Au, TiWN, TCO, ITO, CTO, SnO2Sb, ZnSnO3 oder Zn2SnO4 besteht.
  9. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Potenzialbarriereschicht (16) aus TiO2, SrTiO3, FeTiO3, MnTiO3, BaTiO3, ZrO2, Nb2O5, KTaO2, WO3, ZnO, SnO2, GaP, Si, SiC, CdSe oder CdS besteht.
  10. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche zwischen der ersten Schicht (14) mit niedrigem Widerstand und der ersten Potenzialbarriereschicht (16) durch einen Schottky-Kontakt oder einen pn-Übergang gebildet ist.
  11. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Potenzialbarriereschicht (16) einen Dotierstoff vom p- oder vom n-Typ enthält.
  12. Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff in der ersten Potenzialbarriereschicht (16) Mg, Zn, Be oder Cr ist.
  13. Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff in der ersten Potenzialbarriereschicht (16) Si, Ge, Sn, Te, O, S oder C ist.
  14. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche einen ersten Kontaktbereich aufweist, über dem die erste Schicht (14) mit niedrigem Widerstand der Schutzschaltungseinheit angeordnet ist.
  15. Bauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) mit niedrigem Widerstand einen zweiten und einen dritten Kontaktbereich aufweist, wobei die erste Potenzialbarriereschicht (16) über dem zweiten Kontaktbereich angeordnet ist.
  16. Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine zweite Schicht (17) mit niedrigem Widerstand und eine zweite Potenzialbarriereschicht (19) vorhanden sind und die zweite Fläche über einen vierten Kontaktbereich verfügt, die zweite Schicht mit niedrigem Widerstand über einen fünften und einen sechsten Kontaktbereich verfügt und sie über dem vierten Kontaktbereich angeordnet ist, und die zweite Potenzialbarriereschicht über dem fünften Kontaktbereich angeordnet ist.
  17. Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche zwischen der ersten Schicht (15) mit niedrigem Widerstand und der ersten Potenzialbarriereschicht (16) über einen Schottky-Kontakt oder einen pn-Übergang verfügt, und die Grenzfläche zwischen der zweiten Schicht (17) mit niedrigem Widerstand und der zweiten Potenzialbarriereschicht (19) über einen Schottky-Kontakt oder einen pn-Übergang verfügt.
  18. Bauteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass über dem dritten Kontaktbereich der ersten Schicht (14) mit niedrigem Widerstand eine erste Elektrode (15) angeordnet ist.
  19. Bauteil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass über dem sechsten Kontaktbereich der zweiten Schicht (17) mit niedrigem Widerstand eine zweite Elektrode (18) angeordnet ist.
  20. Bauteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten Potenzialbarriereschicht (16) und der zweiten Potenzialbarriereschicht (19) eine elektrische Verbindungsschicht (20) elektrisch verbunden ist.
  21. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolierschicht vorhanden ist, die erste Kontaktfläche über einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich verfügt, die zweite Fläche über einen dritten und einen vierten Kontaktbereich verfügt und die Isolierschicht über dem ersten Kontaktbereich, dem dritten Kontaktbereich und der Seitenwand der Licht emittierenden Stapelschicht angeordnet ist, so dass die Schutzschaltungseinheit elektrisch gegen den ersten Kontaktbereich, den dritten Kontaktbereich und die Licht emittierende Stapelschicht isoliert ist.
  22. Bauteil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Barrierepotenzial (19) vorhanden ist, wobei die erste Schicht (14) mit niedrigem Widerstand der Schutzschaltungseinheit über der Isolierschicht angeordnet ist, diese erste Schicht mit niedrigem Widerstand über einen fünften und einen sechsten Kontaktbereich verfügt, die erste Potenzialbarriereschicht (16) über dem fünften Kontaktbereich angeordnet ist und die zweite Potenzialbarriereschicht über dem sechsten Kontaktbereich angeordnet ist.
  23. Bauteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grenzfläche zwischen der ersten Schicht (15) mit niedrigem Widerstand und der zweiten Potenzialbarriereschicht (19) über einen Schottky-Kontakt oder einen pn-Übergang verfügt.
  24. Bauteil nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass über dem dritten Kontaktbereich der ersten Fläche eine erste ohmsche Kontaktschicht vorhanden ist.
  25. Bauteil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass über der ersten ohmschen Kontaktschicht eine erste Elektrode (15) vorhanden ist.
  26. Bauteil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass über den vierten Kontaktbereich der zweiten Fläche eine zweite ohmsche Konaktschicht vorhanden ist.
  27. Bauteil nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass über der zweiten ohmschen Kontaktschicht eine zweite Elektrode (18) vorhanden ist.
  28. Bauteil nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste elektrische Verbindungsschicht (29) elektrisch mit der ersten Potenzialbarriereschicht (16) und der ersten Elektrode (15) verbunden ist.
  29. Bauteil nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektrische Verbindungsschicht (30) elektrisch mit der zweiten Potenzialbarriereschicht (19) und der zweiten Elektrode (18) verbunden ist.
  30. Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (17) mit niedrigem Widerstand aus Ni/Au, NiO/Au, TiWN, TCO, ITO, CTO, SnO2Sb, ZnSnO3 oder Zn2SnO4 besteht.
  31. Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Potenzialbarriereschicht (19) aus TiO2, SrTiO3, FeTiO3, MnTiO3, BaTiO3, ZrO2, Nb2O5, KTaO2, WO3, ZnO, SnO2, GaP, Si, SiC, CdSe oder CdS besteht.
  32. Bauteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Potenzialbarriereschicht (19) aus TiO2, SrTiO3, FeTiO3, MnTiO3, BaTiO3, ZrO2, Nb2O5, KTaO2, WO3, ZnO, SnO2, GaP, Si, SiC, CdSe oder CdS besteht.
  33. Bauteil nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Potenzialbarriereschicht (16) einen Dotierstoff vom p- oder vom n-Typ enthält.
  34. Bauteil nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff in der ersten Potenzialbarriereschicht (16) Mg, Zn, Be oder Cr ist.
  35. Bauteil nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff in der ersten Potenzialbarriereschicht (16) Si, Ge, Sn, Te, O, S oder C ist.
  36. Bauteil nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Potenzialbarriereschicht (19) einen Dotierstoff vom p- oder vom n-Typ enthält.
  37. Bauteil nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff in der zweiten Potenzialbarriereschicht (19) Mg, Zn, Be oder Cr ist.
  38. Bauteil nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff in der zweiten Potenzialbarriereschicht (19) Si, Ge, Sn, Te, O, S oder C ist.
  39. Bauteil nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindungsschicht (20) aus Cr/Au, Ni/Au, Cr/Al, Ti/Al oder Ti/Au besteht.
  40. Bauteil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die erste ohmsche Kontaktschicht mit niedrigem Widerstand aus Ni/Au, NiO/Au, TiWN, TCO, ITO, CTO, SnO2Sb, ZnSnO3 oder Zn2SnO4 besteht.
  41. Bauteil nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite ohmsche Kontaktschicht mit niedrigem Widerstand aus Ni/Au, NiO/Au, TiWN, TCO, ITO, CTO, SnO2Sb, ZnSnO3 oder Zn2SnO4 besteht.
  42. Bauteil nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Verbindungsschicht (29) aus Cr/Au, Ni/Au, Cr/Al, Ti/Al oder Ti/Au besteht.
  43. Bauteil nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Verbindungsschicht (30) aus Cr/Au, Ni/Au, Cr/Al, Ti/Al oder Ti/Au besteht.
  44. Bauteil nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht aus SiNx oder SiO2 besteht.
  45. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über der Schutzschaltungseinheit mindestens eine weitere Schutzschaltungseinheit vorhanden ist.
  46. Bauteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ferner mindestens eine Schicht mit niedrigem Widerstand und eine mindestens eine Potenzialbarriereschicht über der zweiten Potenzialbarriereschicht vorhanden sind.
  47. Bauteil nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ferner mindestens eine Schicht mit niedrigem Widerstand und eine mindestens eine Potenzialbarriereschicht über der zweiten Potenzialbarriereschicht vorhanden sind.
  48. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) mit niedrigem Widerstand aus einem Metall mit einer Arbeitsfunktion ΦL besteht und die erste Potenzialbarriereschicht (16) aus einem n-Halbleiter mit der Arbeitsfunktion ΦB besteht, wobei ΦL > ΦB gilt.
  49. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) mit niedrigem Widerstand aus einem Metall mit einer Arbeitsfunktion ΦL besteht und die erste Potenzialbarriereschicht (16) aus einem p-Halbleiter mit der Arbeitsfunktion ΦB besteht, wobei ΦL < ΦB gilt.
  50. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) mit niedrigem Widerstand aus einem lichtdurchlässigen, leitenden Oxid mit der Arbeitsfunktion ΦL besteht die erste Potenzialbarriereschicht (16) aus einem n-Halbleiter mit der Arbeitsfunktion ΦB besteht, wobei ΦL > ΦB gilt.
  51. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) mit niedrigem Widerstand aus einem lichtdurchlässigen, leitenden Oxid mit der Arbeitsfunktion ΦL besteht die erste Potenzialbarriereschicht (16) aus einem p-Halbleiter mit der Arbeitsfunktion ΦB besteht, wobei ΦL < ΦB gilt.
  52. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) mit niedrigem Widerstand aus einem n-Halbleiter mit der Arbeitsfunktion ΦL besteht und die erste Potenzialbarriereschicht (16) aus einem p-Halbleiter mit der Arbeitsfunktion ΦB besteht, wobei ΦL < ΦB gilt.
  53. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht emittierende Stapelschicht durch eine Waferbondtechnik auf ein Substrat aufgebondet ist.
  54. Bauteil nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht emittierende Stapelschicht über eine Verbindungsschicht auf das Substrat aufgebondet ist.
  55. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht emittierende Stapelschicht auf einer Fläche eines leitenden Substrats angeordnet ist.
  56. Bauteil nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) mit niedrigem Widerstand der Schutzschaltungseinheit mit der ersten Fläche in Kontakt steht und sie über einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich verfügt.
  57. Bauteil nach Anspruch 56, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Potenzialbarriereschicht (16) über dem ersten Kontaktbereich der ersten Schicht (14) mit niedrigem Widerstand angeordnet ist.
  58. Bauteil nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (15) über dem zweiten Kontaktbereich der ersten Schicht (14) mit niedrigem Widerstand angeordnet ist.
  59. Bauteil nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass über einem Kontaktbereich der zweiten Fläche eine zweite Schicht (17) mit niedrigem Widerstand angeordnet ist.
  60. Bauteil nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite des Substrats eine zweite Elektrode (18) angeordnet ist.
  61. Bauteil nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Waferbondtechnik in Klebebonden, Metalllöten oder Direktbonden besteht.
  62. Bauteil nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindungsschicht aus Polyimid, BCB oder PFCB besteht.
  63. Bauteil nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Substrat aus GaP oder SiC besteht.
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