DE102015100294B4 - Lichtemittierende Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Lichtemittierende Vorrichtung, aufweisend:einen Leuchtdioden (LED)-Chip (10; 110) mit einer ersten Hauptoberfläche (10A) und einer der ersten Hauptoberfläche (10A) entgegengesetzten zweiten Hauptoberfläche (10B) und einer oder mehreren Seitenoberflächen, die sich zwischen der ersten Hauptoberfläche (10A) und der zweiten Hauptoberfläche (10B) erstrecken;eine Mehrzahl von Elektroden (18a, 18b; 118a, 118b), die auf der ersten Hauptoberfläche (10A) angeordnet sind;eine Sauerstoffsensors auf der zweiten Hauptoberfläche (10B) angeordnet ist, wobei eine Markierung (29; 129) in der Wellenlängenumwandlungsschicht ausgebildet ist, unddie Markierung (29; 129) Ausrichtungsinformation über die lichtemittierende Vorrichtung (20; 120) enthält, wodurch ermöglicht wird, dass die lichtemittierende Vorrichtung (20; 120) auf einem aufnehmenden Substrat ordnungsgemäß ausgerichtet werden kann,wobei die Markierung (29; 129) ein Loch (H) ist, das in einer Ecke der Wellenlängenumwandlungsschicht (25; 125) ausgebildet ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung.
  • Eine lichtemittierende Halbleiterdiode (LED) ist eine Halbleitervorrichtung, die elektrische Energie in optische Energie umwandelt und die ein Verbindungshalbleitermaterial beinhaltet, das Licht mit einer bestimmten Wellenlänge auf Basis einer Energiebandlücke emittiert. Im Vergleich zu einer Lichtquelle, die auf einem Glühfaden basiert, weist eine Halbleiter-LED verschiedene Vorteile auf, beispielsweise eine lange Lebensdauer, einen geringen Stromverbrauch, ausgezeichnete Ansteuerungseigenschaften beim Einschalten und dergleichen, und somit wächst die Nachfrage nach Halbleiter-LEDs. Die Verwendungsmöglichkeiten für Halbleiter-LEDs haben sich auf Vorrichtungen in verschiedenen technischen Gebieten ausgeweitet, von Hintergrundbeleuchtungseinheiten (BLU) für Flüssigkristallanzeigen (LCD) zu Allgemeinbeleuchtungsvorrichtungen.
  • Halbleiter-LED-Chips weisen Elektroden auf, die unterschiedliche Eigenschaften haben (positive (+) und negative (-) Polaritäten), und somit muss eine Ausrichtung eines Chips während der Arbeit exakt bestimmt werden. Wenn es zum Beispiel beim Zusammenbauen einer Vorrichtung nicht gelingt, eine Ausrichtung eines Chips exakt zu bestimmen, kann ein Chip defekte Elektrodenanschlüsse bewirken.
  • Aus der Druckschrift US 2013 / 0 069 525 A1 ist eine lichtemittierende Vorrichtung bekannt, wobei die lichtemittierende Vorrichtung aufweist: ein lichtemittierendes Element mit einem Paar von Elementelektroden als erste Elementelektrode und einer zweiten Elementelektrode, die an der unteren Oberfläche des lichtemittierenden Elements positioniert ist; eine Leuchtstoffplatte, die auf der Oberseite des lichtemittierenden Elements angeordnet ist; ein erstes Harz, das die untere Oberfläche und die periphere Seitenfläche des lichtemittierenden Elements bedeckt, wobei die erste Elementelektrode und die zweite Elementelektrode teilweise aus dem ersten Harz erscheinen; und ein zweites Harz, das in der Leuchtstoffplatte vorgesehen ist.
  • Aus der Druckschrift US 2014 / 0 077 686 A1 ist es bekannt, Halbleiterchips in ein polymeres Bindemittel einzubetten, um beispielsweise lichtemittierende Chips und/oder Verbundwafer zu bilden, die mehrere lichtemittierende Chips enthalten, die in ein einziges Bindemittelvolumen eingebettet sind.
  • Aus der Druckschrift US 8 350 251 B1 ist eine optoelektrische Struktur bekannt, die mehrere nebeneinander angeordnete Nanoelemente auf einer Trägerschicht aufweist, wobei jedes Nanoelement mindestens einen Halbleiterkern des ersten Leitfähigkeitstyps mit Nanogröße enthält und wobei der Kern und ein Halbleiter vom zweiten Leitfähigkeitstyp einen pn- oder pin-Übergang bilden. Die optoelektrische Struktur weist weiter auf: eine erste Elektrodenschicht, die sich über die Vielzahl von Nanoelementen erstreckt und in elektrischem Kontakt mit mindestens einem Teil des Halbleiters vom zweiten Leitfähigkeitstyp steht, und einen Spiegel, der auf einer Halbleiterseite vom zweiten Leitfähigkeitstyp der Struktur vorgesehen ist.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung schaffen, die in der Lage ist, die Ausrichtung eines Halbleiter-Leuchtdioden-(LED)-Chips zu erkennen.
  • Eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Figurenliste
  • Die oben genannten und andere Aspekte, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher werden.
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche die lichtemittierende Halbleitervorrichtung von 2 darstellt.
    • 4 bis 6 sind Querschnittsansichten, die verschiedene Halbleiterleuchtdioden-Chips darstellen, die in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung verwendbar sind.
    • 7 bis 15B sind Ansichten, die Hauptschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellen.
    • 16A, 16B, 17A und 17B sind Draufsichten von oben und von unten auf die in 15A und 15B erhaltene lichtemittierende Halbleitervorrichtung.
    • 18 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • 19 ist eine Querschnittsansicht, welche die lichtemittierende Halbleitervorrichtung von 18 entlang einer Linie X-X' darstellt.
    • 20 ist eine Draufsicht, die schematisch einen Wafer für eine Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen darstellt.
    • 21 bis 26 sind Querschnittsansichten, die Hauptschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellen.
    • 27 ist ein Chromatizitätsdiagramm eines CIE 1931-Farbraums, das verschiedene Beispiele für Wellenlängenumwandlungsmaterialien darstellt, die in einem Wellenlängenumwandlungsteil verwendbar sind.
    • 28 und 29 sind Ansichten, die Beispiele für eine Hintergrundbeleuchtungseinheit darstellen, in der eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
    • 30 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung darstellt, die eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung verwendet.
    • 31 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für einen Scheinwerfer darstellt, der eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung verwendet.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für die vorliegende Offenbarung ausführlich mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • Die Offenbarung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen veranschaulicht werden und sollte nicht als beschränkt auf die hierin angegebenen Ausführungsformen verstanden werden. Vielmehr werden diese Ausführungsformen angegeben, damit die Offenbarung umfassend und vollständig ist, und um dem Fachmann den ganzen Bereich der Offenbarung zu vermitteln.
  • In den Zeichnungen können die Formen und Abmessungen von Elementen um der Deutlichkeit willen übertrieben dargestellt sein, und es werden durchgehend die gleichen Bezugszahlen verwendet, um gleiche oder ähnliche Elemente zu bezeichnen.
  • Dabei ist ein Ausdruck wie „ein Beispiel“, der in der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, nicht auf identische Beispiele bezogen, sondern wird verwendet, um verschiedene einzigartige Merkmale in jedem der Beispiele hervorzuheben. Allerdings sind Beispiele, die in der folgenden Beschreibung angegeben werden, nicht davon ausgeschlossen, mit Merkmalen anderer Beispiele kombiniert zu werden und danach implementiert zu werden. Zum Beispiel können auch dann, wenn Dinge, die in einem bestimmten Beispiel beschrieben werden, aber in einem anderen Beispiel nicht, diese Dinge so verstanden werden, dass sie zu dem anderen Beispiel in Beziehung stehen, solange in deren Beschreibungen nichts anderes angegeben ist.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • Bezug nehmend auf 1 weist eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 20 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Halbleiterleuchtdioden- (LED)-Chip 10 und eine Schutzschicht 25 auf.
  • Der Halbleiter-LED-Chip 10 kann eine erste Oberfläche 10A, auf der erste und zweite Elektroden 18a und 18b angeordnet sind, und eine zweite Oberfläche 10B aufweisen, die der ersten Oberfläche 10A entgegengesetzt ist. Der Halbleiter-LED-Chip 10 kann ein Nitridhalbleiter-LED-Chip sein.
  • Die Schutzschicht 25 kann auf der zweiten Oberfläche 10B des Halbleiter-LED-Chips 10 positioniert sein. Die Schutzschicht 25 kann eine Isolierschicht, beispielsweise eine Passivierungsschicht, sein. Zum Beispiel kann die Schutzschicht aus verschiedenen Materialien gebildet werden, wie Harz, Glas, Oxid, Nitrid, Keramik und dergleichen. Die Schutzschicht 25, die in den vorliegenden Ausführungsbeispielen verwendet wird, ist als Isolierschicht, beispielsweise als eine Passivierungsschicht dargestellt, kann aber auch eine Wellenlängenumwandlungsschicht sein, die ein Wellenlängenumwandlungsmaterial wie einen Leuchtstoff oder einen Quantenpunkt enthält. Es kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, die weißes Licht unter Verwendung einer solchen Wellenlängenumwandlungsschicht emittiert. Der Halbleiter-LED-Chip 10 kann eine aktive Schicht aufweisen, die Licht mit verschiedenen Wellenlängen emittiert, um weißes Licht auszugeben, ohne den Leuchtstoff zu verwenden. Zum Beispiel kann im Falle eines Halbleiter-LED-Chips mit lichtemittierenden Nanostrukturen (siehe 6) eine aktive Schicht, die Licht mit verschiedenen Wellenlängen emittiert, auch in dem Fall, dass die aktive Schicht unter den gleichen Wachstumsbedingungen gezüchtet wird, durch Variieren der Größe von Nanokernen und/oder Zwischenräumen zwischen ihnen erhalten werden, und weißes Licht kann unter Verwendung solch einer aktiven Schicht implementiert sein.
  • Laterale Oberflächen der Schutzschicht 25 können im Wesentlichen eben sein, so dass sie koplanar sind mit denen des Halbleiter-LED-Chips 10. Koplanar kann so verstanden werden als eine Oberfläche aufweisend auf einer durch einen Schneideschritt erhaltenen gemeinsamen Ebene. Anders als im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Schutzschicht 25 so gestaltet sein, dass sie sich bis zu den lateralen Oberflächen des Halbleiter-LED-Chips 10 erstreckt.
  • Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 20 kann eine Markierung 29 aufweisen, die in der Schutzschicht 25 vorgesehen ist. Die Markierung 29 kann Informationen beinhalten, die eine bestimmte Ausrichtung des Halbleiter-LED-Chips 10 angeben. Unter Verwendung der Informationen in Bezug auf die Ausrichtung des Chips können Polaritäten (positiv (+) oder negativ (-)) von Elektroden 18a und 18b, die auf der ersten Oberfläche 10A angeordnet werden, erkannt werden. Auf Basis der Ausrichtungserkennung können die Elektroden 18a und 18b des Halbleiter-LED-Chips 10 exakt mit Elektroden einer Montageplatte verbunden werden.
  • Die Markierung 29 kann an sich Ausrichtungsinformationen (zum Beispiel ein Symbol wie einen Pfeil, einen Buchstaben oder dergleichen) beinhalten oder sie kann einfach unter Verwendung ihrer Ausbildungsposition Informationen in Bezug auf eine Chip-Ausrichtung benennen. Zum Beispiel kann die Markierung 29 asymmetrisch zur Mitte der Schutzschicht 25 als Bezugspunkt angeordnet werden, und Informationen in Bezug auf eine Chip-Ausrichtung können aufgrund einer solchen Asymmetrie angegeben sein.
  • Im Einzelnen kann die Markierung 29, wie in 1 dargestellt, in einer Ecke der Schutzschicht 25 angeordnet sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die Seite der linken Ecke, wo die Markierung 29 positioniert ist, an die zweite Elektrode 18b angrenzt. Unter Verwendung der asymmetrischen Anordnung der Markierung 29 kann eine Chip-Ausrichtung (oder Elektrodenrichtung) leicht erkannt werden.
  • Die Markierung 29, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann ein Loch H aufweisen, das in eine Region der Schutzschicht 25 hinein verläuft. Das Loch H kann mit einem Füllmaterial ausgefüllt sein, das visuell von der Schutzschicht 25 unterscheidbar ist. In einem Beispiel kann das Füllmaterial ein Material mit einer bestimmten Farbe sein. Es kann sein, dass die bestimmte Farbe des Füllmaterials von der der Schutzschicht 25 leicht unterscheidbar ist. In einem anderen Beispiel kann das Füllmaterial ein Harz sein, das reflektierendes Pulver enthält. Das reflektierende Pulver kann ein Metallpulver oder ein weißes Keramikpulver sein, das eine hohe Reflektivität aufweist. Zum Beispiel kann das reflektierende Pulver ein Material sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus TiO2, Al2O3, Nb2O5, Al2O3 und ZnO, und kann insbesondere ein weißes Pulver sein wie TiO2 und Al2O3. Das Harz kann ein transparentes Harz sein wie ein Epoxidharz oder ein Siliciumharz.
  • Die Markierung 29, welche die Informationen über die Ausrichtung des Chips enthält, kann so implementiert sein, dass sie verschiedene andere Formen aufweist. Zum Beispiel kann die Markierung 29 durch einen Druckschrift auf eine bestimmte Position der Oberfläche der Schutzschicht 25 aufgebracht werden. Ebenso kann die Schutzschicht 25, wie oben beschrieben, als Wellenlängenumwandlungsschicht implementiert sein, die einen Leuchtstoff oder einen Quantenpunkt enthält, der in der Lage ist, eine Wellenlänge von zumindest einem Teil des Lichtes, das vom LED-Chip erzeugt wird, in eine andere Wellenlänge umzuwandeln.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt, und 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche die lichtemittierende Halbleitervorrichtung von 2 darstellt.
  • Bezug nehmend auf 2 kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Halbleiter-LED-Chip 30, eine reflektierende Struktur 47 und eine Wellenlängenumwandlungsschicht 45 aufweisen.
  • Der Halbleiter-LED-Chip 30 kann eine erste Oberfläche 30A, auf der erste und zweite Elektroden 38a und 38b angeordnet sind, und eine zweite Oberfläche 30B aufweisen, die der ersten Oberfläche 30A entgegengesetzt ist. Die reflektierende Struktur 47 kann so angeordnet sein, dass sie den Halbleiter-LED-Chip 30 umgibt.
  • Ein Wellenlängenumwandlungsmaterial P, beispielsweise ein Leuchtstoff oder ein Quantenpunkt einer Wellenlängenumwandlungsschicht 45, kann durch Licht, das aus dem Halbleiter-LED-Chip 30 emittiert wird, angeregt werden, um eine Wellenlänge von zumindest einem Teil eines Lichts in eine andere Lichtwellenlänge umzuwandeln. Bei dem Wellenlängenumwandlungsmaterial P kann es sich um zwei oder mehr Materialtypen handeln, die Licht mit verschiedenen Wellenlängen liefern. Licht, das von der Wellenlängenumwandlungsschicht 45 umgewandelt worden ist, und nicht-umgewandeltes Licht können gemischt werden, um weißes Licht auszugeben (siehe 27, in der ein konkretes Beispiel für die Verwendung von Leuchtstoff angegeben ist).
  • In einem Beispiel kann Licht, das vom Halbleiter-LED-Chip 30 erzeugt wird, blaues Licht sein, und das Wellenlängenumwandlungsmaterial P kann mindestens eines beinhalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem grünen Leuchtstoff, einem gelben Leuchtstoff, einem orangen Leuchtstoff und einem roten Leuchtstoff.
  • Die Wellenlängenumwandlungsschicht 45 kann auf der zweiten Oberfläche 30B des Halbleiter-LED-Chips 30 positioniert sein, um die reflektierende Struktur 47 abzudecken. Die reflektierende Struktur 47 kann im Wesentlichen eben sein, so dass sie koplanar ist mit der zweiten Oberfläche 30B des Halbleiter-LED-Chips 30. Laterale Oberflächen der Schutzschicht 45 können im Wesentlichen ebenfalls eben sein, so dass sie koplanar sind mit denen der reflektierenden Struktur 47. Koplanar sein kann als Oberfläche verstanden werden, die durch einen Schneideschritt erhalten wird.
  • Eine Markierung 49, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann durch Aufbringen eines unterscheidbaren Materials auf eine Region einer Oberfläche der Wellenlängenumwandlungsschicht 45 ausgebildet werden. Das unterscheidbare Material kann ein Material wie Tinte sein, das visuell von anderen Regionen der Wellenlängenumwandlungsschicht 45 unterscheidbar ist. Solch ein Aufbringungsschritt kann anhand eines Druckschritts, beispielsweise durch Siebdrucken, durchgeführt werden.
  • Die Markierung 49 kann in der Mitte eines Randes der Wellenlängenumwandlungsschicht 45 angeordnet sein, um eine bestimmte Ausrichtung des Halbleiter-LED-Chips 30 anzugeben. Unter Verwendung der Informationen in Bezug auf eine Ausrichtung des Chips können Polaritäten (positiv (+) oder negativ (-)) von Elektroden 38a und 38b, die auf der ersten Oberfläche 30A angeordnet sind, erkannt werden. Auf diese Weise können Informationen in Bezug auf die Chip-Ausrichtung durch eine asymmetrische Anordnung der Markierung 49 angegeben werden, ähnlich wie im vorherigen Ausführungsbeispiel.
  • Die Markierung 49 kann in einer Region der Wellenlängenumwandlungsschicht 45 positioniert sein, die der reflektierenden Struktur 47 entspricht. Wie in 3 dargestellt ist, kann die Markierung 49 auf eine Oberfläche der Wellenlängenumwandlungsschicht 45 aufgebracht sein, die mit dem Halbleiter-LED-Chip 30 in Kontakt steht. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Markierung 49 in einer Region positioniert, die der reflektierenden Struktur 47 entspricht, und daher kann die Markierung 49 mit der reflektierenden Struktur 47 in Kontakt stehen. Infolgedessen kann die Markierung 49 außerhalb eines optischen Weges liegen, so dass sie Licht, das vom Halbleiter-LED-Chip 30 erzeugt wird, nicht stört.
  • Die Wellenlängenumwandlungsschicht 45 kann aus einer Harzschicht, einer Glasschicht oder einer Keramikschicht ausgebildet sein, die ein Wellenlängenumwandlungsmaterial P, wie einen Leuchtstoff oder einen Quantenpunkt, enthält. Somit kann die Wellenlängenumwandlungsschicht 45 transparent oder durchscheinend sein. Zum Beispiel kann die Wellenlängenumwandlungsschicht 45 in einem Fall, in dem die Wellenlängenumwandlungsschicht 45 aus einer Harzschicht ausgebildet sein, die einen gelben Leuchtstoff enthält, der als durchscheinende gelbe Schicht bereitgestellt. Obwohl die Markierung 49 in der Oberfläche der Wellenlängenumwandlungsschicht 45 in Kontakt mit der reflektierenden Struktur 47 positioniert wird, kann die Markierung 49 somit in der entgegengesetzten Oberfläche der Wellenlängenumwandlungsschicht 45 leicht erkannt werden. Ebenso können Informationen in Bezug auf eine Chip-Ausrichtung anders als im vorliegenden Ausführungsbeispiel statt der Verwendung der Wellenlängenumwandlungsschicht 45 auch in einer lichtemittierenden Vorrichtung, die eine Schutzschicht verwendet, die kein Wellenlängenumwandlungsmaterial enthält, durch Drucken der Markierung 49 auf die Schutzschicht bereitgestellt werden, ähnlich wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel können verschiedene Typen von Halbleiter-LED-Chips verwendet werden. 4 bis 6 sind Querschnittsansichten, die verschiedene Halbleiter-LED-Chips darstellen, die in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung verwendbar sind.
  • Ein in 4 dargestellter Halbleiter-LED-Chip 50 weist ein Substrat 51 und ein Halbleiterlaminat L auf, das auf dem Substrat 51 ausgebildet ist. Das Halbleiterlaminat L kann Schichten 52 und 56 eines ersten und eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine dazwischen angeordnete aktive Schicht 54 aufweisen.
  • Das Substrat 51 kann ein isolierendes, ein leitendes oder ein Halbleitersubstrat sein. Eine Aufwachsfläche des Substrats 51 kann ein Muster C aus Vorsprüngen und Eintiefungen aufweisen, um einen Kristall hoher Qualität zu züchten und um den Wirkungsgrad der Lichtauskopplung zu verbessern. Das Substrat 51 kann beispielsweise aus Saphir, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 oder GaN ausgebildet sein.
  • Der Halbleiter 52 des ersten Leitfähigkeitstyps kann ein Nitridhalbleiter sein, der durch n-AlxInyGa1-x-yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1) beschrieben wird, und hierbei kann ein n-Fremdatom Silicium (Si) sein. Zum Beispiel kann die Nitridhalbleiterschicht 52 des ersten Leitfähigkeitstyps n-GaN sein. Die aktive Schicht 54 kann eine Multiquantentopf-(MQW)-Struktur sein, in der Quantentopfschichten und Quantenbarriereschichten abwechselnd übereinander gestapelt sind. Zum Beispiel kann im Falle eines Nitridhalbleiters eine GaN/InGaN-Struktur verwendet werden. Alternativ dazu kann die aktive Schicht 54 eine Einzelquantentopf- (SQW)-Struktur aufweisen. Die Nitridhalbleiterschicht 56 des zweiten Leitfähigkeitstyp kann eine Nitridhalbleiterschicht sein, die durch p- AlxInyGa1-x-yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1) beschrieben wird, und hierbei kann ein p-Fremdatom Magnesium (Mg) sein. Zum Beispiel kann die Nitridhalbleiterschicht 56 des zweiten Leitfähigkeitstyps p-leitendes AlGaN/GaN sein.
  • In dem Halbleiterlaminat L, das in dem vorliegende Ausführungsbeispiel verwendet wird, können Regionen der Nitridhalbleiterschicht 56 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht 54 durch Mesaätzen entfernt werden, wodurch es möglich ist, dass die Nitridhalbleiterschicht 52 des ersten Leitfähigkeitstyps eine teilweise freigelegte Region aufweist.
  • Eine erste Elektrode 58a kann in der freigelegten Region der Nitridhalbleiterschicht 52 des ersten Leitfähigkeitstyps angeordnet sein, und eine Schicht 57, die einen ohmschen Kontakt herstellt, und eine zweite Elektrode 58b können nacheinander auf der Nitridhalbleiterschicht 56 des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Schicht 57, die einen ohmschen Kontakt herstellt, mindestens eines von Materialien wie ITO, ZnO, einer Graphenschicht, Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au beinhalten und kann eine Struktur aufweisen, die zwei oder mehr Schichten beinhaltet, wie z.B. Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Die ersten und zweiten Elektroden 58a und 58b können Materialen beinhalten wie Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au und dergleichen und können eine Einzelschicht sein oder können eine Struktur aufweisen, die zwei oder mehr Schichten beinhaltet, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Eine reflektierende Elektrodenstruktur kann verwendet werden, um eine Flip-Chip-Struktur bereitzustellen, falls nötig. Zum Beispiel kann die erste Elektrode 58a eine Struktur, die Al/Ti/Pt/Ti-Schichten beinhaltet (zum Beispiel Al/Ti/Pt/Ti/Cr/Au/Sn-Lötmittel, Al/Ti/Pt/Ti/Pt/Ti/Pt/Ti/Ni/Pt/Au/Sn-Lötmittel oder Al/Ti/Pt/Ti/Pt/Ti/Pt/Ti/Au/Ti/AuSn), oder eine Struktur aufweisen, die Cr/Au-Schichten beinhaltet (zum Beispiel Cr/Au/Pt/Ti/Ti/TiN/Ti/Ni/Au). Die zweite Elektrode 58b kann eine Struktur aufweisen, die eine Ag-Schicht beinhaltet (zum Beispiel Ag/Ti/Pt/ Ti/TiN /Ti/TiN/Cr/Au/Ti/Au).
  • Ein in 5 dargestellter Halbleiter-LED-Chip 70 weist ein Substrat 71 und ein Halbleiterlaminat L auf, das auf dem Substrat 71 angeordnet ist. Das Halbleiterlaminat L kann eine Halbleiterschicht 72 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht 74 und eine Halbleiterschicht 76 eines zweiten Leitfähigkeitstyps beinhalten.
  • Der Halbleiter-LED-Chip 70 weist erste und zweite Kontaktelektroden 78a und 78b auf, die jeweils mit den Halbleiterschichten 72 und 76 des ersten und des zweiten Leitfähigkeitstyps verbunden sind. Der Halbleiter-LED-Chip 70 weist eine Isolierschicht 77 auf, die das Halbleiterlaminat L bedeckt. Die Isolierschicht 77 kann erste und zweite Öffnungen H1 und H2 aufweisen, die jeweils Teilregionen der ersten und zweiten Kontaktelektroden 78a und 78b freilegen.
  • Der Halbleiter-LED-Chip 70 kann erste und zweite Elektrodenpads 79a und 79b aufweisen, die durch erste und zweite Öffnungen H1 und H2 hindurch jeweils mit den ersten und zweiten Kontaktelektroden 78a und 78b verbunden sind. Die ersten und zweiten Elektrodenpads 79a und 79b können Au, Sn, Au/Sn beinhalten.
  • Ein in 6 dargestellter Halbleiter-LED-Chip 90 weist ein Substrat 91, eine Basisschicht B, die auf dem Substrat 91 angeordnet ist, und eine Mehrzahl von lichtemittierenden Nanostrukturen L auf, die auf der Basisschicht B angeordnet sind.
  • Das Substrat 91 kann ein isolierendes, ein leitendes oder ein Halbleitersubstrat sein. Das Substrat 91 kann beispielsweise aus Saphir, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 oder GaN ausgebildet sein. Die Basisschicht B kann ein Nitridhalbleiter sein, der durch AlxInyGa1-x-yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1) beschrieben wird und der mit einem n-Fremdatom dotiert sein kann, wie beispielsweise mit Silicium (Si), so dass er einen bestimmten Leitfähigkeitstyp aufweist.
  • Eine Isolierschicht m kann auf der Basisschicht B und mit Öffnungen ausgebildet sein, in denen ein Aufwachsen von lichtemittierenden Nanostrukturen L (genauer von Nanokernen) möglich ist. Die Basisschicht B ist durch die Öffnungen hindurch freigelegt, und Nanokerne 92 können in den freigelegten Regionen ausgebildet sein. Die Isolierschicht kann als Maske für die Zucht der Nanokerne 92 verwendet werden. Die Isolierschicht m kann aus einem isolierenden Material wie SiO2 oder SiNx gebildet werden, das in einem Halbleiterschritt verwendet werden kann.
  • Die lichtemittierenden Nanostrukturen L können den Nanokern 92, der aus einem Halbleiter eines ersten Leitfähigkeitstyps besteht, und eine aktive Schicht 94 und einen Halbleiter 96 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die nacheinander auf einer Oberfläche des Nanokerns 92 ausgebildet sind, aufweisen.
  • Der Nanokern 92 kann eine Nitridhalbleiterschicht sein, die durch n-AlxInyGa1-x-yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1) beschrieben wird, ähnlich wie die Basisschicht B. Zum Beispiel kann der Nanokern 92 aus n-GaN ausgebildet sein. Die aktive Schicht 94 kann eine Multiquantentopf- (MQW)-Struktur sein, in der Quantentopfschichten und Quantenbarriereschichten abwechselnd übereinander gestapelt sind. Zum Beispiel kann im Falle eines Nitridhalbleiters eine GaN/InGaN-Struktur verwendet werden. Die aktive Schicht 94 kann auch eine Einzelquantentopf- (SQW)-Struktur aufweisen. Die Nitridhalbleiterschicht 96 des zweiten Leitfähigkeitstyp kann ein Kristall sein, der durch p-AlxInyGa1-x-yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1) beschrieben wird.
  • Die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung 90 kann eine Kontaktelektrode 95 beinhalten, die mit der Halbleiterschicht 96 des zweiten Leitfähigkeitstyps in ohmschem Kontakt steht. Die Kontaktelektrode 95, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann aus einem transparenten Elektrodenmaterial ausgebildet sein, um Licht zu den lichtemittierenden Nanostrukturen hin (in der Richtung, die der Substratseitenrichtung entgegengesetzt ist) zu emittieren. Zum Beispiel kann die Kontaktelektrode 95 aus einem transparenten Elektrodenmaterial wie Indiumzinnoxid (ITO) ausgebildet sein und kann aus Graphen ausgebildet sein, falls nötig.
  • Die Kontaktelektrode 95 kann Materialien beinhalten wie Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au oder dergleichen und kann eine Struktur aufweisen, die zwei oder mehr Schichten beinhaltet, wie Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt oder dergleichen, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung 90 kann eine reflektierende Elektrodenstruktur verwenden, so dass sie mit einer Flip-Chip-Struktur implementiert ist, falls nötig.
  • Ein isolierender Füllungsteil 97 kann in einem Raum zwischen den lichtemittierenden Nanostrukturen L ausgebildet sein. Der isolierende Füllungsteil 97 kann aus einem Isoliermaterial wie SiO2 oder SiNx ausgebildet sein. Genauer kann der isolierende Füllungsteil 97 aus Tetraethylorthosilan (TEOS), Borphosphorsilikatglas (BPSG), CVD-SiO2, aufgeschleudertem Glas (SOG) oder einem aufgeschleuderten dielektrischen (SOD) Material bestehen, um den Raum zwischen den lichtemittierenden Nanostrukturen L leicht ausfüllen zu können. In einer Gestaltung, die sich vom vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet, kann ein Elektrodenelement, das mit der Kontaktelektrode 95 in Beziehung steht, den Raum zwischen den lichtemittierenden Nanostrukturen L ganz oder teilweise füllen.
  • Die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung 90 kann erste und zweite Elektroden 99a und 99b beinhalten. Die erste Elektrode 99a kann in einer teilweise freigelegten Region der Basisschicht B angeordnet sein, die aus dem Halbleiter des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist. Ebenso kann die zweite Elektrode 99b in einem freigelegten Abschnitt einer erweiterten Region der Kontaktelektrode 95 angeordnet sein.
  • Die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung 90 kann ferner eine Passivierungsschicht 98 beinhalten. Die Passivierungsschicht 98 kann verwendet werden, um die lichtemittierende Nanostruktur zusammen mit dem isolierenden Füllungsteil 98 zu schützen. Die Passivierungsschicht 98 kann dazu dienen, die ersten und zweiten Elektroden 99a und 99b festzuhalten, sowie um die exponierte Halbleiterregion abzudecken, um sie zu schützen. Die Passivierungsschicht 98 kann aus einem Material ausgebildet sein, das dem des isolierenden Füllungsteils 97 gleich oder ähnlich ist.
  • In diesem Beispiel kann ein Spitzenabschnitt des Nanokerns 92 anders als eine Kristallfläche (zum Beispiel eine M-Fläche) einer lateralen Oberfläche des Nanokerns 92 eine schräge Kristallfläche (zum Beispiel eine r-Fläche) aufweisen. Eine stromsperrende Zwischenschicht 93 kann auf dem Spitzenabschnitt des Nanokerns 92 ausgebildet sein. Die stromsperrende Zwischenschicht 93 kann zwischen der aktiven Schicht 94 und dem Nanokern 92 positioniert sein. Die stromsperrende Zwischenschicht 93 kann aus einem Material ausgebildet sein, das einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, um einen Leckstrom zu blockieren, der im Spitzenabschnitt des Nanokerns 92 bewirkt werden kann. Zum Beispiel kann die stromsperrende Zwischenschicht 93 eine Halbleiterschicht sein, die nicht absichtlich dotiert worden ist, oder sie kann eine Halbleiterschicht sein, die mit einem Fremdatom eines zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert ist, der dem des Nanokerns 92 entgegengesetzt ist. Zum Beispiel kann in einem Fall, in dem der Nanokern 92 n-GaN ist, die stromsperrende Zwischenschicht 93 undotiertes GaN oder GaN sein, das mit einem p-Fremdatom, wie z.B. Magnesium (Mg), dotiert ist. Die stromsperrende Zwischenschicht 93 kann eine Region mit hohem Widerstand sein, die aus dem gleichen Material (zum Beispiel GaN) ausgebildet ist, die aber mit verschiedenen Dotierungskonzentrationen implementiert ist, ohne von der angrenzenden Schicht besonders unterscheidbar zu sein. Zum Beispiel kann GaN unter Zuführung eines n-Fremdatoms gezüchtet werden, um den Nanokern 92 zu bilden, und GaN kann weitergezüchtet werden, während eine Zufuhr des n-Fremdatoms unterbrochen wird oder ein p-Fremdatom zugeführt wird, wie beispielsweise Magnesium (Mg), um die gewünschte stromsperrende Zwischenschicht 93 auszubilden. Ebenso kann, während GaN, der Nanokern 92 gezüchtet wird, eine Quelle für Aluminium (Al) und/oder Indium (In) zusätzlich zugeführt werden, um die stromsperrende Zwischenschicht 93 auszubilden, die aus einer anderen Zusammensetzung von AlxInyGa1-x-yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1) ausgebildet ist.
  • 7 bis 15 sind Ansichten, die Hauptschritte eines Verfahrens zur Herstellung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellen.
  • Wie in 7 und 8 dargestellt ist, kann eine Wellenlängenumwandlungsschicht 125 mit einer Mehrzahl von Regionen S hergestellt werden. 8 kann als Querschnittsansicht der in 7 dargestellten Wellenlängenumwandlungsschicht 125 entlang einer Linie I-I' aufgefasst werden.
  • Die Wellenlängenumwandlungsschicht 125 kann ein Harz, das ein Wellenlängenumwandlungsmaterial wie einen Leuchtstoff enthält, oder eine keramische Schicht sein, die ein Wellenlängenumwandlungsmaterial wie einen Leuchtstoff enthält. In einem konkreten Beispiel kann es sich bei der Wellenlängenumwandlungsschicht 125 um Glas oder um eine Oxidschicht handeln, die ein Wellenlängenumwandlungsmaterial beinhaltet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Wellenlängenumwandlungsschicht 125 als Schutzschicht dargestellt, aber in einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine andere Schutzschicht, die keine Wellenlängenumwandlungsschicht 125 verwendet, verwendet werden, zum Beispiel ein Harz, Glas, eine Oxidschicht oder Keramik, die kein Wellenlängenumwandlungsmaterial enthalten oder die ein anderes funktionelles Material enthalten.
  • Die Mehrzahl von Regionen S beziehen sich auf Regionen für einzelne lichtemittierende Vorrichtungen und können eine Fläche aufweisen, die größer ist als oder gleich groß ist wie die des Halbleiter-LED-Chips, auf die sie aufgebracht werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann jede Region S eine ausreichend große Fläche aufweisen mit einer vorgegebenen Umrandungsregion M, die eine Region CS umgibt, in der ein Chip angeordnet werden soll. Eine Breite der Umrandungsregion M kann auf eine Größe einer Struktur (zum Beispiel einer reflektierenden Struktur), die zusätzlich ausgebildet werden soll, und/oder eine Linienbreite in einem Schneidprozess oder dergleichen eingestellt werden.
  • Für die Zwecke der Beschreibung ist die Wellenlängenumwandlungsschicht 125 mit einer Anordnung von 5 x 5 Regionen (S) dargestellt, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Wie in 8 dargestellt ist, kann die Wellenlängenumwandlungsschicht 125 auf einem Träger 121 angeordnet werden, beispielsweise einem PET-Film, um für Arbeitseffizienz zu sorgen.
  • Wie in 9 und 10 dargestellt ist, können Löcher H in jeder von den Regionen S der Wellenlängenumwandlungsschicht 125 ausgebildet werden. 10 kann als Querschnittsansicht der Wellenlängenumwandlungsschicht 125 entlang einer Linie I-I' aufgefasst werden.
  • Die Löcher H können verwendet werden, um während eines folgenden Schrittes (zum Beispiel eines Füllschrittes) eine Markierung zu schaffen. Jedoch können Löcher H auch an sich unterscheidbar sein, daher können die Löcher als Markierungen verwendet werden, ohne irgendwelche weiteren Schritte durchzuführen. Die Löcher H können durch verschiedene Schritte ausgebildet werden, wie z.B. durch eine Stanzschritt oder eine Laserbearbeitung.
  • Die Löcher H können so nahe wie möglich an einem Außenrand jeder Region in der Umrandungsregion M angeordnet werden, damit sie nicht in einem optischen Weg positioniert werden. Wie in 9 dargestellt ist, können die Löcher so positioniert werden, dass sie an die Ecke der einzelnen Regionen S angrenzen. Die Löcher H können statt in der Region CS, in welcher der Halbleiter-LED-Chip 110 angeordnet wird, in der Umrandungsegion M positioniert werden, in der eine Struktur (zum Beispiel eine reflektierende Struktur) ist. Die Löcher H können in regelmäßigen Positionen von entsprechenden Regionen S angeordnet sein oder können in regelmäßig geänderten Positionen angeordnet werden. Ein solches Layout kann die Ausrichtung von Chips unter Verwendung der Löcher ermöglichen (siehe 11).
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren der Ausbildung von Löchern H als Markierungsausbildungsschritt dargestellt, aber ein Verfahren, in dem ein unterscheidbares Material wie Tinte anhand eines Druckschrittes teilweise aufgebracht wird, kann in diesem Schritt ebenfalls implementiert werden (siehe 2 und 3).
  • Wie in 11 und 12 dargestellt ist, können Halbleiter-LED-Chips 110 in entsprechenden Regionen angeordnet sein. 12 kann als Querschnittsansicht der in 11 dargestellten Wellenlängenumwandlungsschicht 125 entlang einer Linie I-I' aufgefasst werden.
  • Die Halbleiter-LED-Chips 110 können in entsprechenden Regionen S so angeordnet werden, dass eine erste Oberfläche 110A, in der erste und zweite Elektroden 118a und 118b ausgebildet sind, nach oben weist. Eine zweite Oberfläche 110B der einzelnen Halbleiter-LED-Chips 110 kann mit der Wellenlängenumwandlungsschicht 125 in Kontakt stehen. Wie oben beschrieben können die Halbleiter-LED-Chips 110 während dieses Layout-Schrittes unter Verwendung der vorab ausgebildeten Löcher exakt ausgerichtet werden. In dem Fall, dass die Löcher in entsprechenden Regionen regelmäßig positioniert sind, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, können die Halbleiter-LED-Chips 110 auf Basis der Löcher H ausgerichtet werden, wodurch der gewünschte Schritt des exakten Ausrichtens erleichtert wird.
  • Außerdem kann, ebenso wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Chip-Ausrichtungsschritt unter Verwendung einer Markierung in einem Beispiel für das direkte Drucken einer Markierung durchgeführt werden. Indessen können, um Positionen der Chips 110 leicht ausrichten zu können, Markierungen (oder Löcher) ausgebildet werden, die bestimmten Abschnitten von Außenrändern entsprechen. Zum Beispiel können Markierungen in Ecken in einer „L“-Form angeordnet werden, um als Zeichen verwendet zu werden, das Eckenpositionen der Chips 110 bezeichnet.
  • Anschließend können, wie in 13 dargestellt ist, Höcker 119a und 119b mit einer vorgegebenen Höhe auf den ersten und zweiten Elektroden 118a und 118b ausgebildet werden.
  • Dieser Schritt kann als Option verstanden werden, die für einen bestimmten Bedarf verwendet werden kann. Zum Beispiel kann der Schritt mit Vorteil in einem Fall angewendet werden, wo die reflektierende Struktur (127 in 14A) in einem nachfolgenden Schritt so ausgebildet werden soll, dass sie sich zu der ersten Oberfläche 110A des Chips erstreckt, statt auf die laterale Oberfläche des Halbleiter-LED-Chips 110 beschränkt zu werden. Die Höcker 119a und 119b können ein eutektisches Material wie Gold (Au), Zinn (Sn) oder Au/Sn beinhalten. Die Höcker 119a und 119b können eine Höhe aufweisen, die zumindest eine gewünschte Dicke einer reflektierenden Struktur, die auf der ersten Oberfläche 110A des Chips 110 positioniert werden soll, übertrifft.
  • Wie in 14A dargestellt ist, kann danach die reflektierende Struktur 127 in den Räumen zwischen den Halbleiter-LED-Chips 110, das heißt in den Umrandungsregionen M ausgebildet werden.
  • Dieses Verfahren kann das Auftragen eines reflektierendes Pulver enthaltenden flüssigen Harzes auf die Umrandungsregionen M, um die Halbleiter-LED-Chips zu umranden, und das Härten des aufgetragenen flüssigen Harzes beinhalten. Genauer können in diesem Schritt während des Vorgangs des Aufbringens des reflektierendes Pulver enthaltenden flüssigen Harzes die Löcher H mit dem reflektierendes Pulver enthaltenden flüssigen Harz gefüllt werden, und Markierungen 129, die aus den mit dem unterscheidbaren Material gefüllten Löchern gebildet werden, können durch den Härtungsschritt fertiggestellt werden.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die reflektierende Struktur 127, wie in 14A dargestellt, so ausgebildet werden, dass sie auch die erste Oberfläche 110A mit den darauf ausgebildeten Elektroden 118a und 118b bedeckt sowie die lateralen Oberflächen der Chips 110 umgibt. Durch diese Gestaltung kann bei einem Einbau, bei dem die erste Oberfläche 110A nach unten gewandt ist, Licht durch die Region der reflektierenden Struktur 127, die auf der ersten Oberfläche 110A positioniert ist, effizienter in einer Aufwärtsrichtung ausgekoppelt werden.
  • Wie oben beschrieben kann das reflektierende Pulver ein Metallpulver oder ein weißes Keramikpulver sein, das eine hohe Reflektivität aufweist. Zum Beispiel kann das reflektierende Pulver ein Material sein, das ausgewählt ist aus TiO2, Al2O3, Nb2O5, Al2O3 und ZnO, und kann insbesondere ein weißes Pulver sein wie TiO2 oder Al2O3. Das Harz kann ein transparentes Harz, wie z.B ein Epoxidharz oder ein Siliciumharz, sein.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann statt der reflektierenden Struktur 127 eine Leuchtstoffschicht 128 zwischen den voneinander beabstandeten LED-Chips 110 angeordnet werden, um eine Leuchtstoffschicht auszubilden, die jeden Chip umgibt, wie in 14B dargestellt ist. Die Leuchtstoffschicht kann so ausgebildet werden, dass sie auch die erste Oberfläche 110A mit den darauf ausgebildeten Elektroden 118a und 118b bedeckt sowie die lateralen Oberflächen der Chips 110 umgibt.
  • Danach können, wie in 15A und 15B dargestellt ist, die Region der reflektierenden Struktur 127 und die Leuchtstoffschicht 128, die auf der ersten Oberfläche der Halbleiter-LED-Chips 110 ausgebildet werden, abgeschliffen werden, um die Höcker 119a und 119b freizulegen.
  • Durch diesen Schritt kann eine gewünschte Dicke der reflektierenden Struktur 127 und der Leuchtstoffschicht 128 relativ exakt gesteuert werden, und die Freilegung der Höcker 119a und 119b gewährleistet einen folgenden Schritt eines elektrischen Verbindens. Anschließend kann ein Schneideschritt entlang der Linie durchgeführt werden, die von den gestrichelten Linien angegeben wird, um einzelne lichtemittierende Halbleitervorrichtungen zu erhalten. 16A, 16B, 17A und 17D zeigen eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 120, die auf diese Weise erhalten worden ist.
  • Es wird auf 16A, 16B, 17A und 17B Bezug genommen, wo lichtemittierende Halbleitervorrichtungen 120 dargestellt sind, die anhand der oben genannten Schritte erhalten worden sind.
  • Die lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 120 weisen den Halbleiter-LED-Chip 110 und die reflektierende Struktur 127 oder die Leuchtstoffschicht 128 auf, welche die lateralen Oberflächen des Halbleiter-LED-Chips 110 umgibt. Höcker 119a und 119b, die mit den ersten und zweiten Elektroden 118a und 118b in Beziehung stehen, sind auf der ersten Oberfläche 110A des Halbleiter-LED-Chips 110 positioniert, und hierbei können die Höcker 119a und 119b eine obere Oberfläche aufweisen, die mit der Oberfläche der reflektierenden Struktur 127 oder der Leuchtstoffschicht 128 im Wesentlichen eben ist.
  • Eine Wellenlängenumwandlungsschicht 125' kann auf der zweiten Oberfläche 30B des Halbleiter-LED-Chips 110 positioniert sein, um die reflektierende Struktur 127 oder die Leuchtstoffchicht 128 abzudecken. Die lateralen Oberflächen der reflektierenden Struktur 127 und der Leuchtstoffschicht 128 werden durch den oben mit Bezug auf 15A und 15B beschriebenen Schneideschritt erhalten, und somit können laterale Oberflächen der Wellenlängenumwandlungsschicht 125' im Wesentlichen koplanar sein mit den lateralen Oberflächen der reflektierenden Struktur 127 oder der Leuchtstoffschicht 128.
  • Die im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Markierung 129 kann ein Loch beinhalten, das mit einem Material gefüllt ist, das dem der reflektierenden Struktur gleich ist. Die Markierung 129 kann in einer Ecke angeordnet sein, um eine bestimmte Ausrichtung des Halbleiter-LED-Chips 110 anzugeben. Unter Verwendung der Informationen in Bezug auf die Ausrichtung des Chips können Polaritäten (positiv (+) oder negativ (-)) der Elektroden 118a und 118b, die auf der ersten Oberfläche 110A angeordnet werden, erkannt werden. Auf diese Weise können ähnlich wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen Informationen in Bezug auf eine Chip-Ausrichtung durch die asymmetrische Anordnung der Markierung 129 erhalten werden.
  • Wie bei dem Chip, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann eine Mehrzahl von ersten Elektroden oder eine Mehrzahl von zweiten Elektroden bereitgestellt werden. Alternativ dazu können eine Mehrzahl von ersten Elektroden und eine Mehrzahl von zweiten Elektroden bereitgestellt werden. Um zusätzlich benötigte Informationen auszudrücken, kann somit eine Mehrzahl von Markierungen verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Mehrzahl von Markierungen an Positionen angeordnet werden, die jeweiligen Elektroden entsprechen, um die Anzahl der Elektroden zusammen mit den Positionen der Elektroden anzugeben.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Gestaltung der Schaffung einer Umrandungsregion dargestellt, aber ein Chip kann auch so implementiert werden, dass seine lateralen Oberflächen ohne eine Umrandungsregion exponiert werden. Außerdem kann ohne die Verwendung einer reflektierenden Struktur eine zusätzliche Wellenlängenumwandlungsschicht oder Passivierungsschicht bereitgestellt werden.
  • In den oben genannten Ausführungsbeispielen werden die Elektroden des Halbleiter-LED-Chips direkt mit einer externen Schaltung verbunden, aber eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung des Package-Typs, die ein Substrat verwendet, das eine separate Elektrodenstruktur aufweist (zum Beispiel ein Package-Substrat), kann ebenfalls verwendet werden. Eine solche lichtemittierende Halbleitervorrichtung ist in 18 und 19 dargestellt.
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt, und 19 ist eine Querschnittsansicht, welche die lichtemittierende Halbleitervorrichtung von 18 entlang einer Linie X-X' darstellt.
  • Bezug nehmend auf 18 und 19 weist eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 140 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Leiterplatte 151 und einen Halbleiter-LED-Chip 130 auf, der an der Leiterplatte 151 montiert ist.
  • Die Leiterplatte 151 weist erste und zweite Elektrodenstrukturen 155 und 156 auf. Die ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 155 und 156 beinhalten erste und zweite obere Elektroden 155a und 156a, die auf einer oberen Oberfläche der Leiterplatte 151 angeordnet sind, erste und zweite untere Elektroden 155b und 156b, die auf einer unteren Oberfläche der Leiterplatte 151 angeordnet sind, und erste und zweite durchgehende Elektroden 155c und 156c, welche die ersten und zweiten oberen Elektroden 155a und 156a jeweils mit den ersten und zweiten unteren Elektroden 155b und 156b verbinden. Die in der vorliegenden Offenbarung verwendete Leiterplatte 151 dient nur der Veranschaulichung und kann in verschiedenen Formen angewendet werden. Zum Beispiel kann die Leiterplatte 151 als gedruckte Schaltung (PCB), beispielsweise als Metall-Kern-PCB (MCPCB), als Metall-PCB (MPCB) oder als flexible PCB (FPCB), als keramische Platte, die aus AlN, Al2O3 oder dergleichen gebildet ist, oder als Platte bereitgestellt werden, auf der ein Leiterrahmen fixiert ist.
  • Der Halbleiter-LED-Chip 130 kann durch Flip-Chip-Bonden auf der Leiterplatte 151 montiert werden. Das heißt, der Halbleiter-LED-Chip 130 kann so auf der Leiterplatte 151 montiert werden, dass die ersten und zweiten Elektroden 138a und 138b der Leiterplatte 151 zugewandt sind. Die ersten und zweiten Elektroden 138a und 138b können unter Verwendung einer Bonding-Schicht, beispielsweise einer eutektischen Metallschicht, an die ersten und zweiten oberen Elektroden 155a und 156a gebondet werden.
  • Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 140 kann eine Wellenlängenumwandlungsschicht 145 aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie den Halbleiter-LED-Chip 130 bedeckt. Die Wellenlängenumwandlungsschicht 145 kann ein Wellenlängenumwandlungsmaterial P wie einen Leuchtstoff beinhalten.
  • Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 140 kann zwei Markierungen 149a und 149b aufweisen, die aus einem unterscheidbaren Material gebildet sind und in Regionen einer Oberfläche der Wellenlängenumwandlungsschicht 145 positioniert sind. Jede von den Markierungen 149a und 149b kann eine andere Form aufweisen und an einer anderen Position ausgebildet sein. Das unterscheidbare Material kann ein Material wie Tinte sein, das visuell von anderen Regionen der Wellenlängenumwandlungsschicht 145 unterscheidbar ist. Die Markierungen 149a und 149b können anhand eines Druckschritts, beispielsweise durch Siebdrucken, gebildet werden.
  • Daher können die Markierungen 149a und 149b an Ecken in einer Seite einander gegenüber ausgebildet werden, um Elektroden (zum Beispiel untere Elektroden) anzugeben, die im Substrat 151 bereitgestellt werden. Somit können durch die Markierungen 149a und 149b Polaritäten (positiv (+) oder negativ (-)) der unteren Elektroden 155b und 156b, die auf der unteren Oberfläche des Substrats 151 angeordnet sind, erkannt werden und können exakt mit einer externen Schaltung verbunden werden. Laterale Oberflächen der Wellenlängenumwandlungsschicht 145 und die lateralen Oberflächen des Substrats 151 können im Wesentlichen eben sein, so dass sie koplanar sind, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel muss die Wellenlängenumwandlungsschicht 145 kein Wellenlängenumwandlungsmaterial enthalten oder kann in eine Schutzschicht geändert werden, die ein anderes funktionelles Material enthält.
  • Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung des gehäusten Typs kann mit Vorteil auf eine lichtemittierende Chip-Scale-Package (CSP)-Halbleitervorrichtung angewendet werden. Ein Herstellungsprozess für dieses Ausführungsbeispiel kann mit Bezug auf 20 bis 26 beschrieben werden.
  • Wie in 20 und 21 dargestellt ist, kann das Herstellungsverfahren mit dem Vorgang des Herstellens eines Wafers 201 beginnen, auf dem ein Halbleiterlaminat L ausgebildet wird.
  • Das Halbleiterlaminat L kann für eine Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen epitaktisch auf dem Wafer 201 ausgebildet werden. Das Halbleiterlaminat L kann eine Halbleiterschicht 212 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht 214 und eine Halbleiterschicht 216 eines zweiten Leitfähigkeitstyps beinhalten. Das Halbleiterlaminat L kann auch eine zweidimensionale (2D) Stapelstruktur oder eine dreidimensionale (3D) lichtemittierende Nanostruktur sein (siehe 6).
  • 20 ist eine Draufsicht, die schematisch den Wafer 201 darstellt, auf dem das Halbleiterlaminat L ausgebildet ist. Wie in 20 dargestellt ist, kann das Halbleiterlaminat L für einzelne lichtemittierende Vorrichtungen A auf dem Wafer 201 ausgebildet werden, und 21 bis 26 sind Querschnittsansichten entlang einer Linie X-X'.
  • Der Wafer 201 kann aus einem isolierenden, einem leitenden oder einem Halbleitersubstrat gebildet werden. Das Substrat 201 kann beispielsweise aus Saphir, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2 oder GaN ausgebildet sein.
  • Das Halbleiterlaminat L kann ein Gruppe-III-Nitridhalbleiter sein. Zum Beispiel können die Halbleiterschichten 212 und 216 des ersten und des zweiten Leitfähigkeitstyps ein Nitrid-Einkristall sein, der eine Zusammensetzung AlxInyGa1-x-yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1) aufweist. Die aktive Schicht 214 kann eine Multiquantentopf- (MQW)-Struktur sein, in der Quantentopfschichten und Quantenbarriereschichten abwechselnd übereinander gestapelt sind. Zum Beispiel kann im Falle eines Nitridhalbleiters eine GaN/InGaN-Struktur verwendet werden.
  • Die ersten und zweiten Elektroden 218 und 219 können so positioniert werden, dass sie jeweils mit den Halbleiterschichten 212 und 216 des ersten und zweiten Leitfähigkeitstyps verbunden sind. Die ersten und zweiten Elektroden 218 und 219 können in jeder von den einzelnen Regionen der lichtemittierenden Vorrichtung vorgesehen werden.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die erste Elektrode 218 unter Verwendung einer Durchkontaktierung V ausgebildet, die mit der Halbleiterschicht 212 des ersten Leitfähigkeitstyps verbunden ist. Eine Isolierschicht 217 ist innerhalb der Durchkontaktierung V und Abschnitten der Oberflächen des Halbleiterlaminats L ausgebildet, um zu verhindern, dass die erste Elektrode 218 unerwünschterweise mit der aktiven Schicht 214 und der Halbleiterschicht 216 des zweiten Leitfähigkeitstyps verbunden wird. Auf diese Weise werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine einzelne erste Elektrode 218 und eine einzelne zweite Elektrode 219 auf derselben Oberfläche ausgebildet, aber gemäß einer Chipstruktur kann auch nur eine Elektrode mit einer Polarität in einer Oberfläche vorgesehen werden, oder es können zwei oder mehr Elektroden mit mindestens einer Polarität vorgesehen werden.
  • Die erste Elektrode 218 kann von einer Isolierschicht 217 umgeben sein, so dass sie elektrisch von der aktiven Schicht 214 und der Halbleiterschicht 216 des zweiten Leitfähigkeitstyps getrennt ist.
  • Die erste Elektrode 218 kann in einer Mehrzahl von Durchkontaktierungen V vorgesehen sein, die in Reihen und Spalten ausgebildet sind. Die Menge der Durchkontaktierungen und die Kontaktflächen der Durchkontaktierungen V können so angepasst werden, dass eine plane Fläche der Mehrzahl von Durchkontaktierungen, die mit der Halbleiterschicht 212 des ersten Leitfähigkeitstyps in Kontakt steht, im Bereich von 1% bis 5% einer planen Fläche des Halbleiterlaminats L liegt. Ein Radius der Durchkontaktierung kann im Bereich von 5 µm bis 50 µm liegen, und die Anzahl der Durchkontaktierungen kann im Bereich von 1 bis 50 pro einzelnem Chip liegen, entsprechend einer Breite des Halbleiterlaminats L. Obwohl die Anzahl der Durchkontaktierungen entsprechend einer Fläche eines einzelnen Chips variieren kann, wird vorzugsweise eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen vorgesehen. Ein Abstand zwischen den Durchkontaktierungen kann im Bereich von 100 µm bis 500 µm liegen, und die Durchkontaktierungen können eine Matrixstruktur aufweisen, die Reihen und Spalten beinhaltet. Besser ist es, wenn der Abstand zwischen den Durchkontaktierungen im Bereich von 150 µm bis 450 µm liegt. Falls der Abstand zwischen den Durchkontaktierungen kleiner ist als 100 µm, kann die Anzahl der Durchkontaktierungen größer werden, wodurch eine lichtemittierende Fläche verhältnismäßig kleiner wird und die Lichtausbeute sinkt. Falls der Abstand zwischen den Durchkontaktierungen größer ist als 500 µm, kann die Stromausbreitung leiden, wodurch die Lichtausbeute sinkt. Eine Tiefe der Durchkontaktierung V kann im Bereich von 0,5 µm bis 5,0 µm liegen, aber sie kann gemäß einer Dicke der Halbleiterschicht 216 des zweiten Leitfähigkeitstyps und der aktiven Schicht 214 variieren.
  • Wie in 22 dargestellt ist, können danach erste und zweite Elektroden 222 und 224 so ausgebildet werden, dass sie mit Elektrodenabschnitten verbunden sind, die durch Durchgangslöcher H in einer Trägerstruktur 220 hindurch freiliegend sind.
  • Um den Kontaktwiderstand zu verringern, können die Menge, eine Form, ein Abstand des Kontaktlochs H sowie dessen Kontaktfläche mit den Halbleiterschichten 212 und 216 des ersten und des zweiten Leitfähigkeitstyps angemessen reguliert werden. Die Kontaktlöcher H können in verschiedenen Formen in Reihen und Spalten angeordnet werden, um einen Stromfluss zu verbessern.
  • Die Trägerstruktur 220 kann ein Halbleitersubstrat sein, beispielsweise ein Siliciumsubstrat, oder sie kann aus einem härtenden Harz gebildet werden, das stark reflektierendes Pulver enthält.
  • Die ersten und zweiten Verbindungselektroden 222 und 224 können sich, ausgehend von freiliegenden Regionen der ersten und zweiten Elektroden 218 und 219, entlang der Durchgangslöcher H in Teilregionen einer unteren Oberfläche der Trägerstruktur 220 erstrecken, so dass sie von der unteren Oberfläche der Trägerstruktur 220 her mit einer externen Schaltung verbunden werden können. Die ersten und zweiten Elektroden 222 und 224 können durch Ausbilden von Keimschichten mit einem Material wie Nickel (Ni) oder Chrom (Cr) und Durchführen eines Plattierungsschrittes auf diesen ausgebildet werden. Die ersten und zweiten Elektroden 222 und 224 können aus einem Material wie Gold (Au) gebildet werden. Während dieses Schrittes kann die Trägerstruktur 220 mit dem Halbleiterlaminat L verbunden sein, und die ersten und zweiten Elektroden 222 und 224 können ausgebildet werden.
  • Wie in 23 dargestellt ist, kann anschließend der Wafer 201, der als Zuchtsubstrat verwendet worden ist, vom Halbleiterlaminat L getrennt werden.
  • Dieser Schritt kann unter Verwendung eines Laser-Lift-off-Schrittes implementiert werden, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt, und der Wafer 201 kann durch mechanisches Ätzen oder chemisches Ätzen entfernt werden.
  • Wie in 24 dargestellt ist, kann danach eine Wellenlängenumwandlungsschicht 235 ausgebildet werden, die Markierungen 239 aufweist, die auf einer Oberfläche des Halbleiterlaminats L ausgebildet werden, von dem der Wafer 201 entfernt worden ist.
  • Die Wellenlängenumwandlungsschicht 235 kann aus einem Harz, das ein Wellenlängenumwandlungsmaterial P wie einen Leuchtstoff enthält, oder aus einer keramischen Schicht, die ein Wellenlängenumwandlungsmaterial wie einen Leuchtstoff enthält, gebildet werden. In einem konkreten Beispiel kann es sich bei der Wellenlängenumwandlungsschicht 235 um Glas oder eine Oxidschicht handeln, die das Wellenlängenumwandlungsmaterial P enthält. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Wellenlängenumwandlungsschicht 235 als Schutzschicht bereitgestellt, aber in einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Schutzschicht verwendet werden, die keine Wellenlängenumwandlungsschicht verwendet. Zum Beispiel kann es sein, dass kein Wellenlängenumwandlungsmaterial enthalten ist, oder es kann ein Harz, Glas, eine Oxidschicht oder Keramik, das bzw. die irgendein anderes funktionelles Material enthält, verwendet werden.
  • Die Markierungen 239 können in einer individuellen Region der Vorrichtung asymmetrisch angeordnet werden, um eine Chip-Ausrichtung, das heißt Positionen von Elektroden mit bestimmten Eigenschaften, anzugeben. Die Markierungen 239 können so gestaltet sein, dass sie in der entgegengesetzten Oberfläche der Wellenlängenumwandlungsschicht 235 leicht erkannt werden können, obwohl die Markierungen 239 in der Oberfläche der Wellenlängenumwandlungsschicht 235 so positioniert sind, dass sie mit dem Halbleiterlaminat L in Kontakt stehen. Zum Beispiel kann die Wellenlängenumwandlungsschicht 235 in einem Fall, wo die Wellenlängenumwandlungsschicht 235 als Harzschicht gestaltet ist, die ein Wellenlängenumwandlungsmaterial P wie einen Leuchtstoff oder einen Quantenpunkt enthält, transparent oder durchscheinend sein, und somit können die Markierungen 239 leicht zu erkennen sein. Wenn die Wellenlängenumwandlungsschicht 235 alternativ dazu aus einem undurchsichtigen Material gebildet wird, können die Markierungen auf eine andere Oberfläche wie die des vorliegenden Ausführungsbeispiels gedruckt werden oder sie können unter Verwendung einer Struktur wie einem Loch ausgebildet werden, wie in 1 dargestellt.
  • Wie in 25 dargestellt ist, kann anschließend ein optisches Element 240 wie eine Linse auf der in dem Halbleiterlaminat L ausgebildeten Wellenlängenumwandlungsschicht 235 ausgebildet werden, falls nötig. In diesem Beispiel ist eine konvexe Linse als optisches Element dargestellt, aber es können verschiedene Strukturen, die einen Winkel einer Strahlausbreitung ändern können, ebenfalls verwendet werden. Das in 25 dargestellte Produkt wird in einzelne Einheiten von lichtemittierenden Vorrichtungen geschnitten, um lichtemittierende Halbleitervorrichtungen 200 des Typs Chip-Scale-Package zu erhalten, wie in 26 dargestellt ist.
  • Der in verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung verwendete Halbleiter-LED-Chip kann eine LED sein, die blaues Licht emittiert. Ebenso kann die als Beispiel für eine Schutzschicht beschriebene Wellenlängenumwandlungsschicht eine Teilmenge des blauen Lichts in mindestens eines von einem gelben, einem grünen, einem roten und einem orangen Licht umwandeln und kann mit nicht-umgewandeltem blauen Licht gemischt werden, um weißes Licht auszugeben.
  • Wenn der Halbleiter-LED-Chip indessen ultraviolettes Licht emittiert, kann die Wellenlängenumwandlungsschicht Leuchtstoffe beinhalten, die blaues, grünes und rotes Licht emittieren. In diesem Fall kann eine lichtemittierende Vorrichtung einen Farbwiedergabeindex (CRI) auf einen Bereich von einer Natriumdampf (Na)-Lampe (CRI 40) bis zu Sonnenlicht (CRI 100) oder dergleichen steuern. Ebenso kann die lichtemittierende Vorrichtung eine Farbtemperatur auf einen Pegel im Bereich von 2000 K bis 20.000 K steuern, um verschiedene Pegel von weißem Licht zu erzeugen. Falls nötig, kann die lichtemittierende Vorrichtung sichtbares Licht mit violetten, blauen, grünen, roten, orangen Farben oder infrarotes Licht erzeugen, um eine Beleuchtungsfarbe gemäß einer umgebenden Atmosphäre oder Stimmung anzupassen. Ebenso kann die lichtemittierende Vorrichtung Licht mit einer speziellen Wellenlänge erzeugen, die Pflanzenwachstum stimuliert.
  • Weißes Licht, das durch Kombinieren von gelben, grünen, roten Leuchtstoffen mit einer blauen LED und/oder durch Kombinieren mindestens einer von einer grünen LED und einer roten LED mit dieser erzeugt wird, kann zwei oder mehr Peak-Wellenlängen aufweisen und kann in einem Segment positioniert werden, das (x,y)-Koordinaten (0,4476, 0,4074), (0,3484, 0,3516), (0,3101, 0,3162), (0,3128, 0,3292), (0,3333, 0,3333) eines CIE 1931-Chromatizitätsdiagramms, das in 27 dargestellt ist, verbindet. Alternativ dazu kann weißes Licht in einer Region angeordnet werden, die von einem Spektrum aus Schwarzkörperstrahlung und dem Segment umgeben ist. Eine Farbtemperatur von weißem Licht entspricht einem Bereich von etwa 2000 K bis etwa 20.000 K.
  • Leuchtstoffe können die folgende empirische Formel und die folgenden Farben aufweisen.
  • Leuchtstoffe auf Oxidbasis: Gelb und Grün Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce.
  • Leuchtstoffe auf Silikatbasis: Gelb und Grün (Ba,Sr)2SiO4:Eu, Gelb und Orange (Ba,Sr)3SiO5:Ce.
  • Leuchtstoffe auf Nitridbasis: Grün β-SiAlON:Eu, Gelb La3Si6O11:Ce, Orange α-SiAlON:Eu, Rot CaAlSiN3, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu
  • Leuchtstoffe auf Fluoridbasis: KSF-basiertes Rot K2SiF6:Mn4+.
  • Leuchtstoffzusammensetzungen sollten grundsätzlich an der Stöchiometrie ausgerichtet werden, und entsprechende Elemente können gegen andere Elemente entsprechender Gruppen des Periodensystems ausgetauscht werden. Zum Beispiel kann Strontium (Sr) gegen Barium (Ba), Calcium (Ca), Magnesium (Mg) oder dergleichen von Erdalkalis ausgetauscht werden, und Yttrium (Y) kann gegen Terbium (Tb), Lutetium (Lu), Scandium (Sc), Gadolinium (Gd) oder dergleichen ausgetauscht werden. Ebenso kann Europium (Eu), ein Aktivator, gemäß einem gewünschten Energieniveau gegen Cer (Ce), Terbium (Tb), Praseodym (Pr), Erbium (Er), Ytterbium (Yb) oder dergleichen ausgetauscht werden, und ein Aktivator kann allein angewendet werden, oder ein Coaktivator oder dergleichen kann zusätzlich angewendet werden, um Eigenschaften zu ändern.
  • Ebenso können Materialien wie Quantenpunkte oder dergleichen als Materialien aufgebracht werden, die Leuchtstoffe ersetzen, und Leuchtstoffe und Quantenpunkte können in Kombination oder allein in einer LED verwendet werden.
  • Ein Quantenpunkt kann eine Struktur aufweisen, die einen Kern (3 nm bis 10 nm), wie CdSe, InP oder dergleichen, eine Schale (0,5 nm bis 2 nm), wie ZnS, ZnSe oder dergleichen, und einen Liganden zum Stabilisieren des Kerns und der Schalte beinhaltet, und kann je nach Größe verschiedene Farben implementieren.
  • Die nachstehende Tabelle 1 zeigt Leuchtstofftypen in Anwendungsfeldern für weißes Licht emittierende Vorrichtungen unter Verwendung einer blauen LED (Wellenlänge: 440 nm bis 460 nm). [Tabelle 1]
    Zweck Leuchtstoffe
    LED TV BLU β-SiAlON:Eu2+
    (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+
    La3Si6O11:Ce3+
    K2SiF6:Mn4+
    Beleuchtungsvorrichtungen Lu3Al5O12:Ce3+
    Ca-α-SiAlON:Eu2+
    La3Si6N11:Ce3+
    (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+
    Y3Al5O12:Ce3+
    K2SiF6:Mn4+
    Seitliche Betrachtung Lu3Al5O12:Ce3+
    (Mobilgerät, Notebook PC) Ca-α-SiAlON:Eu2+
    La3Si6N11:Ce3+
    (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+
    Y3Al5O12:Ce3+
    (Sr,Ba,Ca,Mg)2SiO4:Eu2+
    K2SiF6:Mn4+
    Elektrische Komponenten Lu3Al5O12:Ce3+
    (Fahrzeugscheinwerfer usw.) Ca-α-SiAlON:Eu2+
    La3Si6N11:Ce3+
    (Ca,Sr)AlSiN3:Eu2+
    Y3Al5O12:Ce3+
    K2SiF6:Mn4+
  • Leuchtstoffe und Quantenpunkte können unter Verwendung mindestens eines von einem Verfahren, in dem sie auf eine lichtemittierende Vorrichtung gesprüht werden, einem Verfahren, in dem sie als Schichtung aufgebracht werden, und einem Verfahren, in dem sie als Flächengebilde aus keramischem Leuchtstoff oder angebracht werden, aufgebracht werden.
  • Als das Sprühverfahren wird im Allgemeinen Dispensing, Sprühbeschichten oder dergleichen verwendet, und Dispensing beinhaltet ein pneumatisches Verfahren und ein mechanisches Verfahren, wie ein Schraubbefestigungsverfahren, ein lineares Befestigungsverfahren oder dergleichen. Durch ein Spritzverfahren kann ein Maß einer Punktebildung durch eine sehr kleine Abgabemenge gesteuert werden, und Farbkoordinaten (oder Chromatizität) können dadurch gesteuert werden. Im Falle eines Verfahrens, bei dem Leuchtstoffe gemeinsam auf einer Waferebene oder auf eine Montageplatte aufgebracht werden, auf der eine LED montiert ist, kann die Produktivität verbessert werden und die Dicke kann leicht gesteuert werden.
  • Das Verfahren der direkten Beschichtung einer lichtemittierenden Vorrichtung mit Leuchtstoffen oder Quantenpunkten als Schicht beinhaltet eine Elektrophorese, einen Siebdruck oder ein Leuchtstoffformverfahren, und diese Verfahren können einen Unterschied dahingehend aufweisen, ob eine laterale Oberfläche eines Chips beschichtet werden muss oder nicht.
  • Um den Wirkungsgrad eines langwelliges Licht emittierenden Leuchtstoffs zu steuern, der emittiertes Licht kurzer Wellenlänge re-absorbiert, können von zwei Arten von Leuchtstoffen mit verschiedenen Lichtemissionswellenlängen zwei Arten von Leuchtstoffschichten mit verschiedenen Lichtemissionswellenlängen bereitgestellt werden, und um die Re-Absorption und die Interferenz von Chips und zwei oder mehr Wellenlängen zu minimieren, kann eine DBR (ODR)-Schicht zwischen den jeweiligen Schichten vorgesehen sein. Um eine gleichmäßig Beschichtung auszubilden, wird ein Leuchtstoff nach seiner Herstellung als Schicht oder keramische Form auf einen Chip oder eine lichtemittierende Vorrichtung angebracht.
  • Um Lichtausbeute- und Lichtverteilungseigenschaften unterscheiden zu können, kann ein Lichtumwandlungsmaterial in einer Remote-Ausbildung positioniert werden, und in diesem Fall kann das Lichtumwandlungsmaterial zusammen mit einem Material wie einem lichtdurchlässigen Polymer, Glas oder dergleichen je nach Haltbarkeit und Wärmebeständigkeit positioniert werden.
  • Eine Leuchtstoffauftragungstechnik spielt die wichtigste Rolle bei der Bestimmung von Lichteigenschaften in einer LED-Vorrichtung, daher wird auf verschiedenen Wegen an Techniken zur Steuerung einer Dicke einer Leuchtstoffaufbringungsschicht, einer gleichmäßigen Leuchtstoffverteilung und dergleichen geforscht.
  • Ein Quantenpunkt (QD) kann auch in einer lichtemittierenden Vorrichtung auf die gleiche Weise positioniert werden wie ein Leuchtstoff und kann in Glas oder einem lichtdurchlässigen Polymermaterial positioniert werden, um eine optische Umwandlung durchzuführen.
  • Die oben beschriebenen lichtemittierenden Vorrichtungen sind als Package dargestellt, das einen LED-Chip beinhaltet, aber die vorliegende erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann es sich bei den lichtemittierenden Vorrichtungen um den LED-Chip an sich handeln, in diesem Fall kann der LED-Chip auf einer Leiterplatte montiert und unter Verwendung eines Chip-Bondens oder Draht-Bondens elektrisch verbunden werden. Dies kann als COB (Chip-auf-Leiterplatte) bezeichnet werden.
  • 28 und 29 sind Ansichten, die Beispiele für eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung und eine Hintergrundbeleuchtungseinheit darstellen, welche ein Package davon verwenden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellen.
  • Bezug nehmend auf 28 weist eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 1000 Lichtquellen 1001, die auf einem Substrat 1002 montiert sind, und ein oder mehrere optische Flächengebilde 1003 auf, die über den Lichtquellen 1001 angeordnet sind. Die oben genannte lichtemittierende Halbleitervorrichtung oder ein Package, das die lichtemittierende Halbleitervorrichtung verwendet, können als die Lichtquellen 1001 verwendet werden.
  • Anders als bei der Hintergrundbeleuchtungseinheit 1000 in 28, in der die Lichtquellen 1001 Licht zu einer Oberseite hin emittieren, auf der eine Flüssigkristallanzeige angeordnet ist, ist eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 2000 als anderes Beispiel, das in 29 dargestellt ist, so gestaltet, dass Lichtquellen 2001, die auf einem Substrat 2002 montiert sind, Licht in einer lateralen Richtung emittieren und das emittierte Licht auf eine Lichtführungsplatte 2003 treffen kann, um in eine Oberflächenlichtquelle umgewandelt zu werden. Licht, das durch die Lichtführungsplatte 2003 hindurchtritt, wird aufwärts emittiert, und um den Wirkungsgrad der Lichtauskopplung zu verbessern, kann eine reflektierende Schicht 2004 auf einer unteren Oberfläche der Lichtführungsplatte 2003 angeordnet sein.
  • 30 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • Als Beispiel ist in 21 eine Beleuchtungsvorrichtung 3000 als birnenartige Lampe dargestellt, die ein lichtemittierendes Modul 3003, einen Treiber 3008 und einen externen Anschluss 3010 aufweist. Außerdem kann die Beleuchtungsvorrichtung 3000 ferner externe Strukturen, wie z.B. externe und interne Gehäuse 3006 und 3009 und eine Abdeckung 3007 aufweisen. Das lichtemittierende Modul 3003 kann eine Lichtquelle 3001 mit der oben genannten lichtemittierenden Halbleitervorrichtung und eine Leiterplatte 3002 aufweisen, auf der die Lichtquelle 3001 montiert ist. Zum Beispiel können erste und zweite Elektroden der genannten lichtemittierenden Halbleitervorrichtung elektrisch mit einem Elektrodenmuster der Leiterplatte 3002 verbunden sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dargestellt, dass eine einzige Lichtquelle 3001 an der Leiterplatte 3002 montiert ist, aber es kann eine Mehrzahl von Lichtquellen montiert werden, falls nötig.
  • Das externe Gehäuse 3006 kann als Wärmeableiter dienen und kann eine Wärmeableitungsplatte 3004, die zur Verbesserung der Wärmeableitung so angeordnet ist, dass sie mit dem lichtemittierenden Modul 3003 in direktem Kontakt steht, und Wärmeableitungsrippen 3005 aufweisen, welche die lateralen Oberflächen der Beleuchtungsvorrichtung 3000 umgeben. Auch kann die Abdeckung 3007 auf dem lichtemittierenden Modul 3003 installiert sein und eine konvexe Linsenform aufweisen. Der Treiber 3008 ist im internen Gehäuse 3009 installiert und mit dem externen Anschluss 3010 verbunden, der eine Buchsenstruktur aufweist, um Leistung von einer externen Leistungsquelle zu erhalten. Ebenso kann der Treiber 3008 dazu dienen, Leistung in eine geeignete Stromquelle umzuwandeln, um die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 3001 des lichtemittierenden Moduls 3003 anzutreiben, und diese auszugeben. Zum Beispiel kann der Treiber 3008 als Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, als Gleichrichterschaltungskomponente oder dergleichen gestaltet sein.
  • 31 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Anwendung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung oder eines Package davon gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt, die bzw. das auf einen Scheinwerfer angewendet wird.
  • Bezug nehmend auf 31 kann ein Scheinwerfer 4000, der als Fahrzeugleuchte oder dergleichen verwendet wird, eine Lichtquelle 4001, einen Reflektor 4005 und eine Linsenabdeckung 4004 aufweisen. Die Linsenabdeckung 4004 kann eine hohle Führung 4003 und eine Linse 4002 aufweisen. Die Lichtquelle 4001 kann eine oben genannte lichtemittierende Halbleitervorrichtung oder ein Package, das die lichtemittierende Halbleitervorrichtung beinhaltet, aufweisen.
  • Der Scheinwerfer 4000 kann ferner einen Wärmeableiter 4012 aufweisen, der Wärme, die von der Lichtquelle 4001 erzeugt wird, nach außen ableitet. Um Wärme effizient abzuleiten, kann der Wärmeableiter 4012 eine Wärmesenke 4010 und ein Kühlgebläse 4011 aufweisen. Ebenso kann der Scheinwerfer 4000 ferner ein Gehäuse 4009 aufweisen, das den Wärmeleiter 4012 und den Reflektor 4005 fixiert und trägt, und das Gehäuse 4009 kann ein mittleres Loch 4008 aufweisen, das in einer ihrer Oberflächen ausgebildet ist und in dem der Wärmeableiter 4012 angeschlossen ist.
  • Ebenso kann das Gehäuse 4009 ein vorderes Loch 4007 aufweisen, das in der anderen Oberfläche ausgebildet ist, die einstückig mit der einen Oberfläche ausgebildet ist und in einem rechten Winkel abbiegt. Das vordere Loch 4007 kann eine Fixierung und Positionierung des Reflektors 4005 oberhalb der Lichtquelle 4001 ermöglichen. Somit wird eine Vorderseite vom Reflektor 4005 geöffnet, und der Reflektor 4005 ist so am Gehäuse 4009 fixiert, dass die geöffnete Vorderseite dem vorderen Loch 4007 entspricht und Licht, das vom Reflektor 4005 reflektiert wird, durch das vordere Loch 4007 treten kann, um nach außen abgegeben zu werden.
  • Wie oben ausgeführt wurde, kann gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung durch Hinzufügen von Markierungen, die eine Erkennung der Ausrichtung eines Halbleiter-LED-Chips gestatten, in einem folgenden Schritt ein Defekt verhindert werden, der dadurch bewirkt wird, dass Elektroden nicht ordnungsgemäß angeschlossen werden, wenn sie auf einer Leiterplatte montiert werden, weil die Ausrichtung der Elektroden falsch erkannt wird. Außerdem können in einem konkreten Beispiel Markierungen vorab an einem Schutzschichtelement vorgesehen werden, so dass sie als Bezug für die Ausrichtung von Halbleiter-LED-Chips verwendet werden können.
  • Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf den obigen Inhalt beschränkt, und etwaige andere hierin nicht genannte technische Wirkungen können von einem Fachmann ohne weiteres aus der obigen Beschreibung geschlossen werden.
  • Obwohl oben Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben worden sind, wird der Fachmann erkennen, dass Modifikationen und Variationen vorgenommen werden könnten, ohne vom Gedanken und Bereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, der von den beigefügten Ansprüchen definiert wird.

Claims (19)

  1. Lichtemittierende Vorrichtung, aufweisend: einen Leuchtdioden (LED)-Chip (10; 110) mit einer ersten Hauptoberfläche (10A) und einer der ersten Hauptoberfläche (10A) entgegengesetzten zweiten Hauptoberfläche (10B) und einer oder mehreren Seitenoberflächen, die sich zwischen der ersten Hauptoberfläche (10A) und der zweiten Hauptoberfläche (10B) erstrecken; eine Mehrzahl von Elektroden (18a, 18b; 118a, 118b), die auf der ersten Hauptoberfläche (10A) angeordnet sind; eine Sauerstoffsensors auf der zweiten Hauptoberfläche (10B) angeordnet ist, wobei eine Markierung (29; 129) in der Wellenlängenumwandlungsschicht ausgebildet ist, und die Markierung (29; 129) Ausrichtungsinformation über die lichtemittierende Vorrichtung (20; 120) enthält, wodurch ermöglicht wird, dass die lichtemittierende Vorrichtung (20; 120) auf einem aufnehmenden Substrat ordnungsgemäß ausgerichtet werden kann, wobei die Markierung (29; 129) ein Loch (H) ist, das in einer Ecke der Wellenlängenumwandlungsschicht (25; 125) ausgebildet ist.
  2. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Loch (H) mit einem Markierungsmaterial gefüllt ist.
  3. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Markierungsmaterial ein reflektierendes Material ist.
  4. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Markierungsmaterial ein farbiges Markierungsmaterial ist.
  5. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Markierungsmaterial eine andere Farbe aufweist als die Wellenlängenumwandlungsschicht.
  6. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Markierung eine Tinte beinhaltet.
  7. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wellenlängenumwandlungsschicht (25; 125) eine Leuchtstoffschicht (P) beinhaltet.
  8. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner eine reflektierende Struktur (127) aufweisend, welche die eine oder die mehreren Seitenoberflächen des LED-Chips (110) umgibt.
  9. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die reflektierende Struktur (127) eine erste Hauptoberfläche und eine der ersten Hauptoberfläche entgegengesetzte zweite Hauptoberfläche aufweist, und die erste Hauptoberfläche des LED-Chips und die erste Hauptoberfläche der reflektierenden Struktur (127) im Wesentlichen koplanar sind.
  10. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die reflektierende Struktur (127) eine erste Hauptoberfläche und eine entgegengesetzte zweite Hauptoberfläche, die sich in einer ersten Richtung erstrecken, und eine oder mehrere äußere Seitenoberflächen aufweist, die sich zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche der reflektierenden Struktur (127) in einer zweiten Richtung erstrecken, die im Wesentlichen senkrecht ist zur ersten Richtung; die Wellenlängenumwandlungsschicht (125) eine erste Hauptoberfläche und eine entgegengesetzte zweite Hauptoberfläche, die sich in einer ersten Richtung erstrecken, und eine oder mehrere Seitenoberflächen aufweist, die sich zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche der Wellenlängenumwandlungsschicht (125) in der zweiten Richtung erstrecken; und die äußere Seitenoberflächen der reflektierenden Struktur und die Seitenoberflächen der Wellenlängenumwandlungsschicht im Wesentlichen in der zweiten Richtung ausgerichtet sind.
  11. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner mindestens eine zusätzliche Markierung aufweisend, die im peripheren Abschnitt der Wellenlängenumwandlungsschicht ausgebildet ist.
  12. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die reflektierende Struktur eine erste Hauptoberfläche und eine entgegengesetzte zweite Hauptoberfläche, die sich in einer ersten Richtung erstrecken, und eine Öffnung aufweist, die sich zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche in einer zweiten Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht ist zur ersten Richtung, wobei die Öffnung den LED-Chip umgibt.
  13. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der LED-Chip (10; 110) aufweist: eine Nitridhalbleiterbasisschicht (B) eines ersten Leitfähigkeitstyps, die auf einem Substrat (91) ausgebildet ist; und eine Mehrzahl von lichtemittierenden Nanostrukturen (L), die mit Abstand voneinander auf der Nitridhalbleiterbasisschicht (B) ausgebildet sind, wobei jede lichtemittierende Nanostruktur (L) aufweist: einen Nanokern (92), der den Nitridhalbleiter des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist; eine aktive Schicht (94), die auf dem Nanokern (92) angeordnet ist; und eine Nitridhalbleiterschicht (96) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der aktiven Schicht (94) angeordnet ist.
  14. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Loch (H) mit einem Markierungsmaterial gefüllt ist.
  15. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Markierungsmaterial ein reflektierendes oder ein farbiges Markierungsmaterial beinhaltet.
  16. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Markierung (49; 149a; 239) eine Tinte beinhaltet.
  17. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, ferner eine Stromsperrschicht (93) aufweisend, die zwischen dem Nanokern (92) und der aktiven Schicht (94) ausgebildet ist.
  18. Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Stromsperrschicht (93) ein undotiertes Nitrid oder ein Nitrid beinhaltet, das mit einem Fremdatom dotiert ist, dessen Leitfähigkeitstyp dem des Nanokerns (92) entgegengesetzt ist.
  19. Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, ferner mindestens eine zusätzliche Markierung (149b) aufweisend, die im peripheren Abschnitt der lichtemittierenden Vorrichtung ausgebildet ist.
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