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Technisches Gebiet
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Die Offenbarung bezieht sich auf eine optoelektronische Vorrichtung und insbesondere auf eine optoelektronische Vorrichtung mit einem Wärmeableitungsblock.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Die Beleuchtungstheorie von Leuchtdioden (LEDs) besteht darin, dass sich Elektronen zwischen einem Halbleiter vom n-Typ und einem Halbleiter vom p-Typ bewegen, um Energie in Form von Licht freizusetzen. Aufgrund des Unterschiedes der Beleuchtungstheorien zwischen LEDs und Glühlampen wird die LED „kalte Lichtquelle“ genannt. Eine LED weist die Vorteile einer guten Umgebungstoleranz, einer langen Betriebslebensdauer, Tragbarkeit und eines niedrigen Leistungsverbrauchs auf und wird als andere Option für die Beleuchtungsanwendung betrachtet. LEDs werden als Beleuchtungswerkzeuge der neuen Generation betrachtet und werden auf verschiedenen Gebieten umfangreich übernommen, beispielsweise Verkehrsampeln, Hintergrundbeleuchtungsmodule, Straßenlaternen und medizinische Vorrichtungen, und ersetzen allmählich herkömmliche Lichtquellen.
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1 zeigt eine schematische Struktur einer herkömmlichen Lichtemissionsvorrichtung. Wie in 1 gezeigt, umfasst die herkömmliche Lichtemissionsvorrichtung 100 ein transparentes Substrat 10, einen Halbleiterstapel 12 auf dem transparenten Substrat 10 und eine Elektrode 14 auf dem vorstehend erwähnten Halbleiterstapel 12, wobei der Halbleiterstapel 12 eine Halbleiterschicht 120 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht 122 und eine Halbleiterschicht 124 eines zweiten Leitfähigkeitstype, die von oben nach unten angeordnet sind, umfasst.
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Außerdem kann man die vorstehend erwähnte Lichtemissionsvorrichtung 100 mit einer anderen Vorrichtung kombinieren und verbinden, um ein Lichtemissionsgerät zu bilden. Wie in 2 gezeigt, umfasst ein Lichtemissionsgerät 200 eine Unterhalterung 20 mit einer Schaltung 202, ein Lötmittel 22 auf der Unterhalterung 20 zum Montieren der Lichtemissionsvorrichtung 100 an der Unterhalterung 20 und elektrischen Verbinden der Lichtemissionsvorrichtung 100 mit der Schaltung 202 der Unterhalterung 20 und eine elektrische Verbindungsstruktur 24 zum elektrischen Verbinden mit einer Elektrode 14 der Lichtemissionsvorrichtung 100 und der Schaltung 202 der Unterhalterung 20. Die vorstehend erwähnte Unterhalterung 20 kann ein Leiterrahmen oder ein Montagesubstrat mit einer großen Größe sein und ist für eine Schaltungsanordnung des Lichtemissionsgeräts 200 und die Wärmeableitung des Lichtemissionsgeräts 200 vorteilhaft.
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Die US 2012 / 0 074 441 A1 zeigt eine Leuchtdiodenvorrichtung mit zwei lichtimitierenden Zellen, die ein Substrat umfasst, auf dem zwei LED-Zellen ausgebildet sind, die jeweils erste und zweite Kontaktschichten aufweisen, die gegeneinander isoliert und von einer weiteren Isolationsschicht bedeckt sind. Auf dieser Isolationsschicht sind eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode sowie eine Verbindungsstruktur ausbildet. Eine dritte Isolationsschicht bedeckt die Verbindungsstruktur, lässt aber die ersten und zweiten Elektroden frei, so dass auf diesen erste und zweite Verbindungshöcker ausgebildet werden können. Durch die dritte Isolationsschicht von der Verbindungsstruktur getrennt ist ein sogenannter Dummy-Verbindungshöcker vorgesehen, durch den die Wärmeableitung verbessert werden soll.
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Die US 2012 / 0 187 424 A1 betrifft eine Leuchtdiode, die eine Vielzahl von lichtemittierenden Zellen aufweist, die auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Die einzelnen lichtemittierenden Zellen sind durch Leiter miteinander verbunden, die die Elektroden von benachbarten lichtemittierenden Zellen verbinden. Sogenannte Bonding Pads sind auf einer ersten und einer zweiten lichtemittierenden Zelle vorgesehen.
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Die
US 7 221 044 B2 betrifft eine heterogen integrierte lichtemittierende Vorrichtung, bei der eine Vielzahl von LEDs auf einem Substrat vorgesehen sind. Das Substrat mit den LEDs ist durch Flip-Chip-Bonding auf einer Hilfsträgerbaugruppe montiert, die aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit und hohem elektrischen Wiederstand, wie Aluminiumnitrid, Bornitrid oder dergleichen bestehen kann. Ferner kann die Hilfsträgerbaugruppe aus Kupfer, Aluminium oder Silikon bestehen.
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Die
JP 2011 -129 920 A beschreibt eine lichtimitierende Vorrichtung mit einem LED-Chip mit mehreren LEDs und einer Verbindungsstruktur, durch die die LEDs miteinander elektrisch verbunden sind und die von einer Isolationsschicht bedeckt ist. Der LED-Chip ist auf einem Sub-Mount angeordnet, wobei zwischen der von der Isolationsschicht bedeckten Verbindungsstruktur und dem Sub-Mount eine wärmeleitende Struktur ausgebildet sein kann, um die Wärmeableitungseffizienz der lichtemittierenden Vorrichtung zu verbessern.
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Die
JP 2003 - 110 148 A beschreibt eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit einem Substrat auf dem Halbleiterelemente angeordnet sind, die erste und zweite Elektroden aufweisen und die über Verbindungselektroden miteinander verbunden sind. Erste Löthöcker dienen zur Montage der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung auf einem Trägersubstrat. Zweite Löthöcker sind zwischen den Verbindungselektroden und dem Trägersubstrat vorgesehen und dienen zur Verbesserung der Wärmeableitungseffizienz.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Eine optoelektronische Vorrichtung umfasst die Merkmale des Patentanspruchs 1.
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Figurenliste
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Die begleitende Zeichnung ist enthalten, um ein leichtes Verständnis der vorliegenden Anmeldung zu schaffen, und ist hier enthalten und bildet einen Teil dieser Patentbeschreibung. Die Zeichnung stellt die Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung dar und dient zusammen mit der Beschreibung zum Darstellen der Prinzipien der vorliegenden Anmeldung.
- 1 zeigt eine Seitenansicht einer herkömmlichen optoelektronischen Vorrichtung.
- 2 zeigt eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Lichtemissionsgeräts.
- 3A zeigt eine Draufsicht einer optoelektronischen Vorrichtung.
- 3B und 3C zeigen Seitenansichten der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 3A.
- 4A bis 4E zeigen Draufsichten einer anderen optoelektronischen Vorrichtung.
- 5A zeigt eine Draufsicht einer weiteren optoelektronischen Vorrichtung.
- 5B zeigt eine Seitenansicht der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 5A.
- 5C und 5D zeigen Draufsichten einer optoelektronischen Vorrichtung.
- 5E bis 5F zeigen Seitenansichten der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 5D.
- 6A zeigt eine Draufsicht einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
- 6B zeigt eine Seitenansicht einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
- 6C zeigt eine Draufsicht einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
- 6D zeigt eine Seitenansicht einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
- 6E zeigt eine Draufsicht einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
- 6F zeigt eine Seitenansicht einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
- 7A bis 7D zeigen Draufsichten einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
- 8A bis 8C zeigen ein Lichtemissionsmodul.
- 9A und 9B zeigen schematische Ansichten eines Lichterzeugungsgeräts.
- 10 zeigt eine schematische Ansicht einer Glühbirne.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
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Um die vorliegende Anmeldung besser und knapp zu erläutern, weist derselbe Name oder dasselbe Bezugszeichen, das in verschiedenen Absätzen oder Figuren entlang der Patentbeschreibung gegeben ist oder erscheint, dieselben oder äquivalenten Bedeutungen auf, während es einmal irgendwo in der vorliegenden Anmeldung definiert ist.
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Das Folgende zeigt die Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung gemäß der Zeichnung.
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3A und 3B zeigen eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines ersten Beispiels einer optoelektronischen Vorrichtung. Die optoelektronische Vorrichtung 300 umfasst ein Substrat 30. Ein Material des Substrats 30 ist nicht auf ein einzelnes Material begrenzt, sondem das Substrat 30 kann ein zusammengesetztes Substrat sein, das aus mehreren verschiedenen Materialien besteht. Das Substrat 30 kann beispielsweise ein erstes Substrat und ein zweites Substrat umfassen, die miteinander verbunden sind (in den Figuren nicht gezeigt).
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Danach werden mehrere geordnete optoelektronische Einheiten U, eine erste optoelektronische Kontakteinheit U1 und eine zweite optoelektronische Kontakteinheit U2 ausgedehnt auf dem Substrat 30 angeordnet. Herstellungsverfahren der geordneten optoelektronischen Einheiten U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 werden nachstehend beschrieben.
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Zuerst wird in einem herkömmlichen Epitaxiewachstumsprozess ein Epitaxiestapel auf einem Substrat 30 ausgebildet und umfasst eine erste Halbleiterschicht 321, eine aktive Schicht 322 und eine zweite Halbleiterschicht 323.
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Wie in 3B gezeigt, wird als nächstes ein Abschnitt des Epitaxiestapels durch Photolithographie selektiv entfernt, so dass die mehreren optoelektronischen Einheiten U, die erste optoelektronische Kontakteinheit U1, die zweite optoelektronische Kontakteinheit U2 und ein Graben S ausgebildet und separat auf einem Wachstumssubstrat 30 angeordnet werden. Dabei kann der Graben S durch Photolithographie geätzt werden, so dass jede der ersten Halbleiterschichten 321 der mehreren optoelektronischen Einheiten U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 einen freigelegten Bereich aufweisen können, der als Plattform für die anschließende Leiteranordnungsausbildung dienen kann.
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Um die Lichteffizienz einer ganzen Vorrichtung zu erhöhen, können die Epitaxiestapel der optoelektronischen Einheit U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 auf dem Substrat 30 durch Übertragen der Epitaxiestapel oder Verbinden des Substrats und der Epitaxiestapel angeordnet werden. Die Epitaxiestapel der optoelektronischen Einheit U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 können durch Erhitzen oder Beaufschlagen mit Druck direkt mit dem Substrat 30 verbunden werden oder die Epitaxiestapel der optoelektronischen Einheit U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 können an die Substrate 30 durch eine transparente Klebeschicht geklebt werden (in den Figuren nicht gezeigt). Hier kann das Material der transparenten Klebeschicht ein organisches polymeres transparentes Klebematerial, beispielsweise Polyimid, Benzocyclobutan (BCB), Perfluorcyclobutan (PFCB), Epoxid, Acrylharz, PET, PC oder eine Kombination davon; oder ein transparentes leitfähiges Metalloxid, beispielsweise ITO, InO, SnO2, ZnO, FTO, ATO, CTO, AZO, GZO oder eine Kombination davon; oder ein anorganisches Isolationsmaterial, beispielsweise Al2O3, SiNx, SiO2, AlN, TiO2, Tantalpentoxid (Ta2O5) oder eine Kombination davon sein. Hierbei kann das vorstehend erwähnte Substrat 30 ein Wellenlängenumsetzungsmaterial umfassen.
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Tatsächlich soll der Fachmann auf dem Gebiet verstehen, dass Verfahren zum Ablegen der Epitaxiestapel der optoelektronischen Einheit U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 nicht hierauf begrenzt sind. Außerdem kann gemäß den Zeiten der Übertragung des Substrats 30 eine Struktur mit ihrer zweiten Halbleiterschicht 323 neben dem Substrat 30, der ersten Halbleiterschicht 321 auf der zweiten Halbleiterschicht 323 und der aktiven Schicht 322 zwischen der ersten Halbleiterschicht 321 und der zweiten Halbleiterschicht 323 ausgebildet werden.
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Anschließend wird eine erste Isolationsschicht 361, die die Epitaxiestapel schützen und von den benachbarten optoelektronischen Einheiten U elektrisch isolieren kann, auf einer Teiloberfläche der Epitaxiestapel der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 und zwischen den benachbarten optoelektronischen Einheiten U durch chemische Gasphasenabscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung oder Sputtern ausgebildet. Danach werden mehrere Leiteranordnungsstrukturen 362, die vollständig voneinander isoliert sind, auf Oberflächen der ersten Halbleiterschicht 321 und der zweiten Halbleiterschicht 323 von zwei der benachbarten optoelektronischen Einheiten U durch Aufdampfen und Sputtern ausgebildet. Ein Ende von jeder dieser vollständig isolierten Leiteranordnungsstrukturen 362 wird auf der ersten Halbleiterschicht 321 entlang einer einzelnen Richtung verteilt und die Leiteranordnungsstrukturen 362 werden durch die erste Halbleiterschicht 321 elektrisch miteinander verbunden. Diese räumlich isolierten Leiteranordnungsstrukturen 362 erstrecken sich zur zweiten Halbleiterschicht 323 einer anderen der benachbarten optoelektronischen Einheit U und ein anderes Ende der Leiteranordnungsstruktur 362 ist mit der zweiten Halbleiterschicht 323 der optoelektronischen Einheit U zum elektrischen Verbinden der zwei benachbarten optoelektronischen Einheiten U in Reihe elektrisch verbunden.
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Das Verfahren zum elektrischen Verbinden von zwei der benachbarten optoelektronischen Einheiten U ist nicht hierauf begrenzt. Der Fachmann auf dem Gebiet soll verstehen, dass zwei Enden der Leiteranordnungsstruktur in Halbleiterschichten desselben oder eines unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps von verschiedenen optoelektronischen Einheiten U angeordnet werden können, um die optoelektronischen Einheiten U elektrisch parallel oder in Reihe zu schalten.
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Wie in 3A und 3B gezeigt, ist eine Schaltungsanordnung der optoelektronischen Vorrichtung 300 als Reihe von Matrizen angeordnet. Erste Elektroden 341 sind auf den ersten Halbleiterschichten 321 der optoelektronischen Einheit U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 ausgebildet und zweite Elektroden 342 sind auf den zweiten Halbleiterschichten 323 ausgebildet. Hier können die erste Elektrode 341 und die zweite Elektrode 342 mit der Leiteranordnungsstruktur 362 ausgebildet werden oder sie können in separaten Prozessen ausgebildet werden. Außerdem können die Materialien der ersten Elektrode 341 und der zweiten Elektrode 342 jeweils gleich wie oder verschieden von dem Material der Leiteranordnungsstruktur 362 sein. Die zweite Elektrode 342 kann eine gestapelte Struktur sein und/oder eine Metallreflexionsschicht (in den Figuren nicht gezeigt) mit einem Reflexionsvermögen von mehr als 80 % umfassen. Die Leiteranordnungsstruktur 362 kann eine Metallreflexionsschicht mit einem Reflexionsvermögen von mehr als 80 % sein.
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Wie in 3B gezeigt, kann eine zweite Isolationsschicht 363 auf den mehreren Leiteranordnungsstrukturen 362, einem Abschnitt der ersten Isolationsschicht 361 und Teilseitenwänden der Epitaxiestapel ausgebildet werden. Die erste Isolationsschicht 361 und die zweite Isolationsschicht 363 können transparente Schichten sein und die Materialien der ersten Isolationsschicht 361 und der zweiten Isolationsschicht 363 können Oxid, Nitrid oder Polymer sein, wobei das Oxid AlO3, SiO2, TiO2, Tantalpentoxid (Ta2O5) oder AlOx umfassen kann; das Nitrid kann AlN oder SiNx umfassen; das Polymer kann Polyimid, Benzocyclobutan (BCB) oder eine Kombination davon umfassen. Die zweite Isolationsschicht 363 kann eine verteilte Bragg-Reflektorstruktur sein. Eine Dicke der zweiten Isolationsschicht 363 ist größer als eine Dicke der ersten Isolationsschicht 361.
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Schließlich wird eine dritte Elektrode 381 auf der ersten Elektrode 341 ausgebildet; eine vierte Elektrode 382 wird auf der zweiten Elektrode 342 ausgebildet; und ein erster Wärmeableitungsblock 383 wird auf der zweiten Halbleiterschicht 323 der optoelektronischen Einheit U ausgebildet, wobei der erste Wärmeableitungsblock 383 von der zweiten Halbleiterschicht 323 der optoelektronischen Einheit U durch die zweite Isolationsschicht 363 elektrisch isoliert. Dabei wird eine Projektion des ersten Wärmeableitungsblocks 383 vertikal zum Substrat 30 nicht auf der ersten Isolationsschicht 361 ausgebildet. Der erste Wärmeableitungsblock 383 wird auf einer flachen Oberfläche ausgebildet. Wie in 3A gezeigt, umfasst jede der optoelektronischen Einheiten U der optoelektronischen Vorrichtung 300 einen der ersten Wärmeableitungsblöcke 383 und der erste Wärmeableitungsblock 383 isoliert elektrisch von der zweiten Halbleiterschicht 323 der optoelektronischen Einheit U durch die zweite Isolationsschicht 363.
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Die dritte Elektrode 381, die vierte Elektrode 382 und der erste Wärmeableitungsblock 383 können im gleichen Prozess oder in verschiedenen Prozessen ausgebildet werden. Die dritte Elektrode 381, die vierte Elektrode 382 und der erste Wärmeableitungsblock 383 können individuell eine identische gestapelte Struktur umfassen. Um eine vorbestimmte Leitfähigkeit zu erreichen, können die Materialien der ersten Elektrode 341, der zweiten Elektrode 342, der Leiteranordnungsstruktur 362, der dritten Elektrode 381, der vierten Elektrode 382 und des ersten Wärmeableitungsblocks 383 ein Metall sein, beispielsweise Au, Ag, Cu, Cr, Al, Pt, Ni, Ti, Sn, eine Legierung davon oder eine Stapelkombination davon.
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Die zweite Halbleiterschicht 323 umfasst eine obere Oberfläche mit einem ersten Oberflächenbereich, der erste Wärmeableitungsblock 383 weist einen zweiten Oberflächenbereich auf und ein Verhältnis des zweiten Oberflächenbereichs zum ersten Oberflächenbereich liegt zwischen 80 % ~ 100 %. Ein kürzester Abstand D besteht zwischen Grenzen von beliebigen zwei der ersten Wärmeableitungsblöcke 383 und/oder der kürzeste Abstand D ist größer als 100 µm.
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Wie in 3C gezeigt, wird eine Trägerplatte oder eine Schaltungsvorrichtung P vorgesehen und eine erste Trägerelektrode E1 und eine zweite Trägerelektrode E2 werden auf der Trägerplatte oder der Schaltungsvorrichtung P durch Verdrahten oder Löten ausgebildet. Die erste Trägerelektrode E1, die zweite Trägerelektrode E2 und die dritte Elektrode 381 und die vierte Elektrode 382 der optoelektronischen Vorrichtung 300 bilden eine Flip-Chip-Struktur.
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Die erste Trägerelektrode E1 kann mit den dritten Elektroden 381 und einem der ersten Wärmeableitungsblöcke 383 der optoelektronischen Vorrichtung 300 elektrisch verbunden werden, die zweite Trägerelektrode E2 kann mit der vierten Elektrode 382 und einem anderen der Wärmeableitungsblöcke 383 elektrisch verbunden werden und eine Flip-Chip-Struktur wird dementsprechend ausgebildet. Die ersten Wärmeableitungsblöcke 383 können helfen, Wärme abzuleiten, da die ersten Wärmeableitungsblöcke 383 mit der ersten Trägerelektrode E1 und der zweiten Trägerelektrode E2 elektrisch verbunden sind. Eine Spannungsdifferenz besteht, während jede der optoelektronischen Einheiten U, die als Reihe von Matrizen angeordnet sind, der optoelektronischen Vorrichtung 300 betrieben wird. Durch elektrisches Isolieren der ersten Wärmeableitungsblöcke 383 von den optoelektronischen Einheiten U kann ein Durchschlag oder ein Kriechstrom aufgrund der vorstehend erwähnten Spannungsdifferenz während des Betriebs vermieden werden. Außerdem wird eine Projektion des ersten Wärmeableitungsblocks 383 vertikal zu einer Oberfläche des Substrats 30 nicht auf der ersten Isolationsschicht 361 ausgebildet, um eine Trennung aufgrund einer Differenz der Höhe des Grabens S und einen Kriechstrom oder einen Kurzschluss, der sich aus der unvollständigen elektrischen Isolation der ersten Isolationsschicht 361 vom Strom ergibt, zu vermeiden.
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4A bis 4E zeigen Draufsichten eines zweiten Beispiels einer optoelektronischen Einheit. 4A bis 4E zeigen mögliche Varianten des ersten Beispiels. Das Herstellungsverfahren, die Materialien und die Bezeichnungen in dem vorliegenden Beispiel sind dieselben wie jene des ersten Beispiels und auf die Beschreibungen dieser wird hier verzichtet.
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Wie in 4A gezeigt, kann jede der optoelektronischen Einheiten U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 als Linie verbunden sein. Die ersten Elektroden 341 oder die zweiten Elektroden 342 von jeder der optoelektronischen Einheiten U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 Erweiterungselektroden 3421 können für die Stromausbreitung über jede der optoelektronischen Einheiten U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 umfassen. Ein Fachmann auf dem Gebiet soll verstehen, dass eine Form der Erweiterungselektrode nach Konstruktionsanforderung eingestellt werden kann, aber nicht durch die vorliegenden Figuren begrenzt ist. Außerdem können die ersten Wärmeableitungsblöcke 383, die auf den optoelektronischen Einheiten U ausgebildet sind, auf der Basis der Form der Erweiterungselektroden 3421 eingestellt werden, so dass die Wärmeableitungsblöcke 383 die Leiteranordnungsstruktur 362, die erste Elektrode 341 oder die zweite Elektrode 342 nicht direkt kontaktieren und daher elektrisch von ihnen isoliert sind.
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4B zeigt eine andere Variante. Hier sind jede der optoelektronischen Einheiten U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 vielmehr als Ring als als Linie verbunden. Hier ist eine Seitenwand der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 mit einer Seitenwand der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 verbunden. Außerdem können die ersten Wärmeableitungsblöcke 383, die auf den optoelektronischen Einheiten U ausgebildet sind, auf der Basis der Formen der Erweiterungselektroden 3421 eingestellt werden, so dass die Wärmeableitungsblöcke 383 die Leiteranordnungsstrukturen 362, die erste Elektrode 341 oder die zweite Elektrode 342 nicht direkt kontaktieren und daher elektrisch von ihnen isoliert sind.
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4C zeigt eine weitere Variante. Hier kann jede der optoelektronischen Einheiten U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 als Ring verbunden sein. Abgesehen von der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U sind eine Breite der ersten Elektrode 341 jeder der optoelektronischen Einheiten U und eine Breite der ersten Elektrode 341 der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 kleiner als eine Breite der Leiteranordnungsstruktur 362 und die erste Elektrode 341 erstreckt sich in Richtung eines inneren Teils von jeder der Einheiten für die Stromausbreitung. Außerdem können die ersten Wärmeableitungsblöcke 383, die auf den optoelektronischen Einheiten U ausgebildet sind, auf der Basis der Formen der Leiteranordnungsstruktur 362, der ersten Elektrode 341 oder der zweiten Elektrode 342 eingestellt werden, so dass die Wärmeableitungsblöcke 383 die Leiteranordnungsstrukturen 362, die erste Elektrode 341 oder die zweite Elektrode 342 nicht direkt kontaktieren und daher elektrisch von ihnen isoliert sind.
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4D zeigt eine andere Variante. Hier kann jede der optoelektronischen Einheit U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 als Ring verbunden sein und Formen von jeder der optoelektronischen Einheiten U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 können nach Konstruktionsanforderung geändert werden und sind nicht vollständig zueinander identisch. Hier umfassen die optoelektronischen Einheiten U drei Arten von Formen. Ein Fachmann auf dem Gebiet soll verstehen, dass die Anzahl, die Formen, die Größen und die Anordnung der optoelektronischen Einheiten U gemäß dem gewünschten Ansteuerstrom eingestellt werden können. Außerdem können die ersten Wärmeableitungsblöcke 383, die auf den optoelektronischen Einheiten U ausgebildet sind, auf der Basis der Formen der Leiteranordnungsstruktur 362, der ersten Elektrode 341 oder der zweiten Elektrode 342 eingestellt werden, so dass die Wärmeableitungsblöcke 383 die Leiteranordnungsstrukturen 362, die erste Elektrode 341 oder die zweite Elektrode 342 nicht direkt kontaktieren und daher von ihnen elektrisch isoliert sind.
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4E zeigt noch eine andere Variante. Hier kann jede der optoelektronischen Einheiten U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 als Zickzack verbunden sein, was bedeutet, dass die Verbindungsrichtungen von zwei der benachbarten optoelektronischen Einheiten U in verschiedenen Reihen unterschiedlich sind. Ferner wird eine 4X4-Matrix ausgebildet. Ein Fachmann auf dem Gebiet soll verstehen, dass die Anzahl oder die Anordnung der optoelektronischen Einheiten U durch den gewünschten Ansteuerstrom entworfen wird. Hier können durch Verbinden der Einheiten als Spirale die erste optoelektronische Kontakteinheit U1 und die zweite optoelektronische Kontakteinheit U2 in derselben Spalte ausgebildet werden. Da die Positionen der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 zur Verbindung mit einer externen Schaltung dienen, kann in einem anderen Beispiel die Anordnung der optoelektronischen Einheiten U so eingestellt werden, dass die erste optoelektronische Kontakteinheit U1 und die zweite optoelektronische Kontakteinheit U2 an zwei Enden einer diagonalen Linie der Matrix angeordnet sein können. Außerdem können die ersten Wärmeableitungsblöcke 383, die auf den optoelektronischen Einheiten U ausgebildet sind, auf der Basis der Formen der Leiteranordnungsstruktur 362, der ersten Elektrode 341 oder der zweiten Elektrode 342 eingestellt werden, so dass die Wärmeableitungsblöcke 383 die Leiteranordnungsstrukturen 362, die erste Elektrode 341 oder die zweite Elektrode 342 nicht direkt kontaktieren und daher von ihnen elektrisch isoliert sind.
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5A bis 5E zeigen Seitenansichten und Draufsichten eines Herstellungsprozesses einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß dem zweiten Beispiel. Hier sind 5A und 5B im Anschluss an die in 3A und 3B gezeigten Schritte. Das Herstellungsverfahren, die Materialien und die Bezeichnungen in dem vorliegenden Beispiel sind dieselben wie jene des ersten Beispiels und Beschreibungen davon sind hier weggelassen. In der Draufsicht des vorliegenden Beispiels sind, um die Unterschiede zwischen dem vorliegenden Beispiel und dem ersten Beispiel zu verdeutlichen, hier einige Elemente weggelassen und ein Fachmann auf dem Gebiet soll das vorliegende Beispiel durch Bezugnahme auf das vorstehend erwähnte Beispiel angemessen verstehen.
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Wie in 5A und 5B gezeigt, kann eine Stützvorrichtung 44 auf dem Substrat 30 ausgebildet werden und eine Seitenwand des Substrats 30 bedecken. Die Stützvorrichtung 44 kann transparent sein und ein Material der Stützvorrichtung 44 kann ein Silikonharz, Epoxidharz oder ein anderes Material sein. Eine Lichtleitvorrichtung (in den Figuren nicht gezeigt) kann auf der Stützvorrichtung 44 ausgebildet werden. Ein Material der Lichtleitvorrichtung kann Glas sein.
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Als nächstes kann eine optische Schicht 46 auf der zweiten Isolationsschicht 363 der vorstehend erwähnten optoelektronischen Vorrichtung ausgebildet werden und jede der optoelektronischen Einheiten U, der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 bedecken. Ein Material der optischen Schicht 46 kann ein Gemisch umfassen, das eine Substanz mit hohem Reflexionsvermögen mit einer Basis vermischt, wobei die Basis Silikonharz, Epoxidharz oder ein anderes Material sein kann und die Substanz mit hohem Reflexionsvermögen TiO2 sein kann.
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Wie in 5C gezeigt, können danach mehrere Öffnungen 461 auf der optischen Schicht 46 entsprechend Positionen der dritten Elektrode 381 der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der vierten Elektrode 382 der zweiten optoelektronischen Kontakteinheit U2 ausgebildet werden und Abschnitte der dritten Elektrode 381 und der vierten Elektrode 382 freilegen. Dabei entsprechen die Öffnungen 461 Positionen der ersten Wärmeableitungsblöcke 383 der optoelektronischen Einheit U und legen Abschnitte der ersten Wärmeableitungsblöcke 383 frei.
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Wie in 5D und 5E gezeigt, werden als nächstes eine fünfte Elektrode 40 und eine sechste Elektrode 42 ausgebildet und mit der dritten Elektrode 381 bzw. der vierten Elektrode 382 elektrisch verbunden. Die fünfte Elektrode 40 und die sechste Elektrode 42 können wahlweise mit einem der ersten Wärmeableitungsblöcke 383 zum Ableiten von Wärme elektrisch verbunden werden. Die fünfte Elektrode 40 oder die sechste Elektrode 42 umfasst eine Metallreflexionsschicht. Die optische Schicht 46 liegt zwischen der dritten Elektrode 381 und der fünften Elektrode 40 und zwischen der vierten Elektrode 382 und der sechsten Elektrode 42. Eine äußere Grenze der optischen Schicht 46 ist größer als eine äußere Grenze des Substrats 30.
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Wie in 5F gezeigt, wird schließlich eine Trägerplatte oder eine Schaltungsvorrichtung P vorgesehen und eine erste Trägerelektrode E1 und eine zweite Trägerelektrode E2 werden auf der Trägerplatte oder der Schaltungsvorrichtung P durch Verdrahten oder Löten ausgebildet. Die erste Trägerelektrode E1 und die zweite Trägerelektrode E2 können eine Flip-Chip-Struktur mit der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 der optoelektronischen Vorrichtung 300' bilden. Die äußeren Grenzen der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 gehen über die äußere Grenze des Substrats 30 hinaus. Die Projektionsflächen der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 sind vertikal zu einer Oberfläche des Substrats 30 größer als eine Fläche des Substrats 30. Durch Vergrößern der Flächen der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 ist es zweckmäßiger für eine anschließende Verbindung mit der Trägerplatte oder der Schaltungsvorrichtung P, um eine Fehlausrichtung zu verringern.
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6A bis 6F zeigen Seitenansichten und Draufsichten eines Herstellungsprozesses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. 6A und 6B sind im Anschluss an die in 5A und 5B gezeigten Schritte. Das Herstellungsverfahren, die Materialien und die Bezeichnungen der vorliegenden Ausführungsform sind dieselben wie jene des ersten Beispiels und diese sind hier weggelassen. In der Draufsicht der Ausführungsform zum Verdeutlichen der Unterschiede zwischen der Ausführungsform und der vorstehend erwähnten Ausführungsform sind hier einige Elemente der Kürze halber weggelassen. Ein Fachmann auf dem Gebiet soll die Beschreibungen der vorliegenden Ausführungsform durch Bezugnahme auf das vorstehend erwähnte Beispiel angemessen verstehen.
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Wie in 6A und 6B gezeigt, umfasst die vorliegende Ausführungsform ferner eine Stützvorrichtung 44, die auf dem Substrat 30 der optoelektronischen Vorrichtung ausgebildet ist und eine Seitenwand des Substrats 30 bedeckt. Als nächstes wird ein zweiter Wärmeableitungsblock 48 auf der optoelektronischen Vorrichtung und der Stützvorrichtung 44 ausgebildet. In einer Ausführungsform können der zweite Wärmeableitungsblock 48 und der erste Wärmeableitungsblock 383 im gleichen Prozess ausgebildet werden oder in separaten Prozessen ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann ein Material des zweiten Wärmeableitungsblocks 48 dasselbe wie das Material des ersten Wärmeableitungsblocks 383 sein. In einer Ausführungsform kann ein Material des zweiten Wärmeableitungsblocks 48 ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit > 50 W/mK oder ein Isolationsmaterial sein, beispielsweise ein Metall oder diamantartiger Kohlenstoff.
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In einer Ausführungsform umfasst der zweite Wärmeableitungsblock 48 zwei erste Abschnitte 482, die auf der Stützvorrichtung 44 ausgebildet sind, und einen zweiten Abschnitt 481, die auf der vorstehend erwähnten optoelektronischen Vorrichtung ausgebildet ist, und zwei Enden der zweiten Abschnitte 481 sind mit den zwei ersten Abschnitten 482 verbunden, um eine Hantelform zu bilden. In einer Ausführungsform ist eine Breite des ersten Abschnitts 482 größer als eine Breite des zweiten Abschnitts 481.
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In einer Ausführungsform wird der zweite Wärmeableitungsblock 48 zwischen zwei der optoelektronischen Einheiten U ausgebildet, kontaktiert nicht direkt und ist nicht elektrisch verbunden mit dem ersten Wärmeableitungsblock 383. In einer Ausführungsform wird der zweite Wärmeableitungsblock 48 auf der zweiten Isolationsschicht 363 zwischen zwei der optoelektronischen Einheiten U ausgebildet.
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Wie in 6C und 6D gezeigt, wird eine optische Schicht 46 auf der zweiten Isolationsschicht 363 ausgebildet und bedeckt jede der optoelektronischen Einheiten U, die erste optoelektronische Kontakteinheit U1, die zweite optoelektronische Kontakteinheit U2 und den zweiten Wärmeableitungsblock 48. Ein Material der optischen Schicht 46 umfasst ein Gemisch, das eine Substanz mit hohem Reflexionsvermögen mit einer Basis vermischt, wobei die Basis Silikonharz, Epoxidharz oder ein anderes Material sein kann und die Substanz mit hohem Reflexionsvermögen TiO2 sein kann.
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Danach werden mehrere Öffnungen 461 auf der optischen Schicht 46 entsprechend Positionen der dritten Elektroden 381 der ersten optoelektronischen Kontakteinheit U1 und der vierten Elektroden 382 der zweiten optischen Kontakteinheit U2 ausgebildet und legen Abschnitte der dritten Elektroden 381 und der vierten Elektroden 382 frei. In einer Ausführungsform entsprechen die Öffnungen 461 den Positionen der ersten Wärmeableitungsblöcke 383 von jeder der optoelektronischen Einheiten und legen Abschnitte der ersten Wärmeableitungsblöcke 383 frei.
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Wie in 6E und 6F gezeigt, werden als nächstes eine fünfte Elektrode 40 und eine sechste Elektrode 42 ausgebildet und mit der dritten Elektrode 381 bzw. der vierten Elektrode 382 elektrisch verbunden. In einer Ausführungsform können die fünfte Elektrode 40 und die sechste Elektrode 42 wahlweise mit einem der ersten Wärmeableitungsblöcke 383 bzw. dem zweiten Wärmeableitungsblock 48 zum Ableiten von Wärme und Vollenden der optoelektronischen Vorrichtung 400 der Ausführungsform verbunden werden. In einer Ausführungsform umfasst die fünfte Elektrode 40 oder die sechste Elektrode 42 eine Metallreflexionsschicht. In einer Ausführungsform liegt die optische Schicht 46 zwischen der dritten Elektrode 381 und der fünften Elektrode 40 und zwischen der vierten Elektrode 382 und der sechsten Elektrode 42. In einer Ausführungsform ist eine äußere Grenze der optischen Schicht 46 größer als eine äußere Grenze des Substrats 30.
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In einer Ausführungsform wird eine Trägerplatte oder eine Schaltungsvorrichtung (in den Figuren nicht gezeigt) vorgesehen und eine erste Trägerelektrode (in den Figuren nicht gezeigt) und eine zweite Trägerelektrode (in den Figuren nicht gezeigt) werden auf der Trägerplatte oder der Schaltungsvorrichtung durch Verdrahten oder Löten ausgebildet. Die erste Trägerelektrode und die zweite Trägerelektrode E2 können eine Flip-Chip-Struktur mit der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 der optoelektronischen Vorrichtung 400 bilden. In einer Ausführungsform gehen die äußeren Grenzen der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 über die äußere Grenze des Substrats 30 hinaus. In einer Ausführungsform sind die Projektionsflächen der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 vertikal zu einer Oberfläche des Substrats 30 größer als eine Fläche des Substrats 30. In der Ausführungsform ist es durch Vergrößern der Flächen der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 zweckmäßiger für eine anschließende Verbindung mit der Trägerplatte oder der Schaltungsvorrichtung, um eine Fehlausrichtung zu verringern.
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7A bis 7D zeigen einen Herstellungsprozess einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. Wie in 7A gezeigt, umfasst die vorliegende Ausführungsform ein Substrat (in den Figuren nicht gezeigt). Das Substrat ist nicht auf die Herstellung aus einem einzelnen Material begrenzt, sondern kann ein Verbundsubstrat sein, das aus mehreren verschiedenen Materialien besteht. Das Substrat kann beispielsweise ein erstes Substrat und ein zweites Substrat, die miteinander verbunden sind, umfassen (in den Figuren nicht gezeigt).
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Anschließend wird in einem herkömmlichen Epitaxiewachstumsprozess ein Epitaxiestapel ausgebildet und umfasst eine erste Halbleiterschicht 321, eine aktive Schicht (in den Figuren nicht gezeigt) und eine Halbleiterschicht 323. Als nächstes wird ein Graben S ausgebildet und legt einen Abschnitt der ersten Halbleiterschicht 322 frei und eine erste Isolationsschicht 361 wird auf einer Seitenwand des Grabens S ausgebildet, um sie von der aktiven Schicht und der zweiten Halbleiterschicht 323 elektrisch zu isolieren. In einer Ausführungsform wird eine Metallschicht im Graben S angeordnet, um eine erste Erweiterungselektrode (in den Figuren nicht gezeigt) auszubilden. Danach wird eine erste Elektrode 341 auf der ersten Erweiterungselektrode ausgebildet und eine zweite Elektrode 342 wird auf der zweiten Halbleiterschicht 323 ausgebildet. In einer Ausführungsform kann die erste Elektrode 341 oder die zweite Elektrode 342 eine gestapelte Struktur sein und/oder eine Metallreflexionsschicht mit einem Reflexionsvermögen (in den Figuren nicht gezeigt) von mehr als 80 % umfassen.
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Wie in 7B gezeigt, wird danach eine Stützvorrichtung 44 auf dem Substrat ausgebildet und bedeckt eine Seitenwand des Substrats. In einer Ausführungsform kann die Stützvorrichtung 44 transparent sein und ein Material der Stützvorrichtung 44 kann Silikonharz, Epoxidharz oder ein anderes Material sein. In einer Ausführungsform kann eine Lichtleitvorrichtung (in den Figuren nicht gezeigt) auf der Stützvorrichtung 44 ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann ein Material der Lichtleitvorrichtung Glas sein. Anschließend wird ein zweiter Wärmeableitungsblock 48 auf der optoelektronischen Vorrichtung und der Stützvorrichtung 44 ausgebildet. Ein Material des zweiten Wärmeableitungsblocks 48 kann eine Wärmeleitfähigkeit > 50 W/mK aufweisen, beispielsweise Metall; ein Material des zweiten Wärmeableitungsblocks 48 kann ein Isolationsmaterial sein, beispielsweise diamantartiger Kohlenstoff oder Diamant.
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In einer Ausführungsform umfasst die zweite Wärmeableitung 48 zwei erste Abschnitte 482, die auf der Stützvorrichtung 44 ausgebildet sind, und einen zweiten Abschnitt 481, der auf der vorstehend erwähnten optoelektronischen Vorrichtung ausgebildet ist, und zwei Enden der zweiten Abschnitte 481 sind mit den zwei ersten Abschnitten 482 verbunden, um eine Hantelform auszubilden. In einer Ausführungsform ist eine Breite des ersten Abschnitts 482 größer als eine Breite des zweiten Abschnitts 481.
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In einer Ausführungsform wird der zweite Wärmeableitungsblock 48 zwischen der ersten Elektrode 341 und der zweiten Elektrode 342 ausgebildet, kontaktiert nicht direkt und ist nicht elektrisch verbunden mit der ersten Elektrode 341 oder der zweiten Elektrode 342.
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Als nächstes kann eine optische Schicht 46 auf irgendeiner der vorstehend erwähnten optischen Vorrichtungen ausgebildet werden und den zweiten Wärmeableitungsblock 48, die erste Elektrode 341 und die zweite Elektrode 342 bedecken. Ein Material der optischen Schicht 46 kann ein Gemisch umfassen, das eine Substanz mit hohem Reflexionsvermögen mit einer Basis vermischt, wobei die Basis Silikonharz, Epoxidharz oder ein anderes Material sein kann und die Substanz mit hohem Reflexion TiO2 sein kann.
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Danach werden mehrere Öffnungen 461 auf der optischen Schicht 46 ausgebildet, entsprechen Positionen der ersten Elektroden 341 und der zweiten Elektroden 342 und legen Abschnitte der ersten Elektroden 341 und der zweiten Elektroden 342 frei.
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Wie in 7D gezeigt, werden als nächstes eine fünfte Elektrode 40 und eine sechste Elektrode 42 ausgebildet und mit der ersten Elektrode 341 bzw. der zweiten Elektrode 342 zum Vollenden einer optoelektronischen Vorrichtung 500 der Ausführungsform elektrisch verbunden. In einer Ausführungsform können die fünfte Elektrode 40 und die sechste Elektrode 42 wahlweise mit dem zweiten Wärmeableitungsblock 48 zum Ableiten von Wärme verbunden werden. Die fünfte Elektrode 40 oder die sechste Elektrode 42 umfasst eine Metallreflexionsschicht. Die optische Schicht 46 liegt zwischen der ersten Elektrode 341 und der fünften Elektrode 40 und zwischen der zweiten Elektrode 342 und der sechsten Elektrode 42. In einer Ausführungsform ist eine äußere Grenze der optischen Schicht 46 größer als eine äußere Grenze des Substrats.
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In einer Ausführungsform wird eine Trägerplatte oder eine Schaltungsvorrichtung (in den Figuren nicht gezeigt) vorgesehen und eine erste Trägerelektrode (in den Figuren nicht gezeigt) und eine zweite Trägerelektrode (in den Figuren nicht gezeigt) werden auf der Trägerplatte oder der Schaltungsvorrichtung durch Verdrahten oder Löten ausgebildet. Die erste Trägerelektrode und die zweite Trägerelektrode E2 können eine Flip-Chip-Struktur mit der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 der optoelektronischen Vorrichtung 500 bilden. In einer Ausführungsform gehen die äußeren Grenzen der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 über die äußere Grenze des Substrats hinaus. In einer Ausführungsform sind die Projektionsflächen der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 vertikal zu einer Oberfläche des Substrats größer als eine Fläche des Substrats. Durch Vergrößern der Flächen der fünften Elektrode 40 und der sechsten Elektrode 42 ist es zweckmäßiger für eine anschließende Verbindung mit der Trägerplatte oder der Schaltungsvorrichtung, um eine Fehlausrichtung zu verringern.
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8A bis 8C zeigen ein Lichtemissionsmodul. 8A zeigt eine äußere perspektivische Ansicht des Lichtemissionsmoduls. Das Lichtemissionsmodul kann einen Träger 502, eine optoelektronische Vorrichtung (in den Figuren nicht gezeigt), mehrere Linsen 504, 506, 508 und 510 und zwei Leistungsversorgungsanschlüsse 512 und 514 umfassen. Das Lichtemissionsmodul 500 kann mit einer nachstehend erwähnten Lichtemissionseinheit 540 elektrisch verbunden sein.
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8B und 8C zeigen eine Querschnittsansicht eines Lichtemissionsmoduls 600, wobei 8C eine detaillierte Ansicht eines Bereichs E von 8B ist. Der Träger 502 kann einen oberen Träger 503 und einen unteren Träger 501 umfassen, wobei eine Oberfläche des unteren Trägers 501 den oberen Träger 503 kontaktiert. Die Linsen 504 und 508 sind auf dem oberen Träger 503 ausgebildet. Der obere Träger 503 kann ein Durchgangsloch 515 bilden und die optoelektronische Vorrichtung, die in den Ausführungsformen offenbart ist, oder eine optoelektronische Vorrichtung von anderen Ausführungsformen, die in den Figuren nicht gezeigt sind, kann im Durchgangsloch 515 ausgebildet sein, den unteren Träger 501 kontaktieren und von einem Klebstoff 521 umgeben sein. Die Linse 508 befindet sich auf dem Klebematerial 521 und ein Material des Klebstoffs 521 kann Silikonharz, Epoxidharz oder ein anderes Material sein. In einer Ausführungsform kann eine Reflexionsschicht auf den zwei Seitenwänden des Durchgangslochs 515 zum Erhöhen der Lichteffizienz ausgebildet sein; eine Metallschicht 517 kann auf einer unteren Oberfläche des unteren Trägers 501 zum Erhöhen der Wärmeableitungsrate ausgebildet sein.
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9A und 9B zeigen ein Lichterzeugungsgerät 700. Das Lichterzeugungsgerät 700 umfasst ein Lichtemissionsmodul 600, eine Lichtemissionseinheit 540, ein Leistungsversorgungssystem (in den Figuren nicht gezeigt), um einen Strom zum Lichtemissionsmodul 600 zuzuführen, und eine Steuervorrichtung (in den Figuren nicht gezeigt), um das Leistungsversorgungssystem (in den Figuren nicht gezeigt) zu steuern. Das Lichterzeugungsgerät 700 kann ein Beleuchtungsgerät sein, beispielsweise eine Straßenlaterne, ein Fahrzeuglicht und eine Innenlichtquelle, eine Verkehrsampel oder eine Hintergrundbeleuchtung eines Hintergrundbeleuchtungsmoduls einer Anzeige.
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10 zeigt eine Glühbirne. Die Glühbirne 800 umfasst eine Hülle 921, eine Linse 922, ein Beleuchtungsmodul 922, einen Rahmen 925, einen Wärmeableiter 926, einen Kaskadenabschnitt 927 und ein elektrisches Kaskadenelement 928. Hier umfasst das Lichtemissionsmodul 924 einen Träger 923 und der Träger 923 umfasst eine der optoelektronischen Vorrichtungen 300 der vorstehend erwähnten Ausführungsformen und eine optoelektronische Vorrichtung einer anderen Ausführungsform (in den Figuren nicht gezeigt).
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Insbesondere ist das Substrat 30 eine Basis für das Wachstum oder zum Tragen. Das Substrat 30 kann ein leitfähiges Substrat oder ein nicht leitfähiges Substrat, ein lichtdurchlässiges Substrat oder ein nicht lichtdurchlässiges Substrat sein. Hier kann ein Material des leitfähigen Substrats Ge, GaAs, InP, SiC, Si, LiAlO2, ZnO, GaN, AlN oder Metall sein. Ein Material des lichtdurchlässigen Substrats kann Saphir, LiAlO2, ZnO, GaN, Glas, Diamant, CVD-Diamant, diamantartiger Kohlenstoff, Spinel (MgAl2O4), Al2O3, SiOx und LiGaO2 sein.
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Ein Epitaxiestapel umfasst eine erste Halbleiterschicht 321, eine aktive Schicht 322 und eine zweite Halbleiterschicht 323. Die erste Halbleiterschicht 321 und die zweite Halbleiterschicht 323 sind beispielsweise Mantelschichten oder Eingrenzungsschichten mit einer einzelnen Struktur oder einer gestapelten Struktur. Die erste Halbleiterschicht 331 und die zweite Halbleiterschicht 323 sind mit verschiedenen Leitfähigkeiten, verschiedenen Polaritäten oder verschiedenen Dotierungsmaterialien. Die Leitfähigkeiten können eine Kombination von mindestens zwei des p-Typs, n-Typs oder i-Typs zum Zuführen von Elektronen bzw. Löchern sein, so dass Elektronen und Löcher in der aktiven Schicht 22 kombiniert werden, um Licht zu emittieren. Die Materialien der ersten Halbleiterschicht 322, der aktiven Schicht 322 und der zweiten Halbleiterschicht 323 können III-V-Halbleitermaterialien umfassen, beispielsweise AlxInyGa(1-x-y)N oder AlxInyGa(1-x-y)P, wobei 0 ≤ x, y ≤ 1 und (x+y) ≤1. Gemäß einem Material der aktiven Schicht 322 kann der Epitaxiestapel rotes Licht mit einem Wellenlängenbereich von 610-650 nm, grünes Licht mit einem Wellenlängenbereich von 530-570 nm, blaues Licht mit einem Wellenlängenbereich von 450-590 nm oder Ultraviolettlicht mit einer Wellenlänge kleiner als 400 nm emittieren.
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In einer anderen Ausführungsform können die optoelektronischen Vorrichtungen 300, 300', 400 und 500 eine Epitaxievorrichtung oder eine Leuchtdiode sein und ihre Spektren können durch Ändern von physikalischen oder chemischen Bestandteilen ihres Einzelschicht-Halbleiters oder Mehrschicht-Halbleiters eingestellt werden. Ein Material des Einzelschicht-Halbleiters oder des Mehrschicht-Halbleiters besteht aus Elementen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Al, Ga, In, P, N, Zn und O besteht. Eine Struktur der aktiven Schicht 322 kann eine einzelne Heterostruktur (SH), eine doppelte Heterostruktur (DH), eine doppelseitige doppelte Heterostruktur (DDH), eine Mehrquanten-Potentialmulde (MQW) sein. Überdies kann eine Anzahl von Mehrquanten-Potentialmulden der aktiven Schicht 322 die Wellenlänge des Lichts ändern.
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In einer Ausführungsform kann eine Pufferschicht (in den Figuren nicht gezeigt) wahlweise zwischen dem ersten Halbleiter 321 und dem Substrat 30 ausgebildet werden. Die Pufferschicht liegt zwischen zwei Arten von Materialsystemen zum Übertragen des Materialsystems der ersten Halbleiterschicht 321 auf das Materialsystem des Substrats 30. Für eine Struktur einer Leuchtdiode kann in einem Aspekt die Pufferschicht eine Fehlanpassung zwischen zwei verschiedenen Materialien verringern. In einem anderen Aspekt kann die Pufferschicht zwei Arten von Materialien oder zwei von separaten einzelnen Schichten, gestapelten Schichten oder Strukturen kombinieren. Ein Material der Pufferschicht kann ein organisches Material, ein anorganisches Material, Metall und ein Halbleiter sein und eine Struktur der Pufferschicht kann eine Reflexionsschicht, eine wärmeleitfähige Schicht, eine ohmsche Kontaktschicht, eine Antiverformungsschicht, eine Spannungsabbauschicht, eine Spannungseinstellschicht, eine Vorahnungsschicht, eine Wellenlängenumsetzungsschicht und eine mechanische Befestigungsstruktur sein. In einer Ausführungsform kann ein Material der Pufferschicht aus Aluminiumnitrid oder Galliumnitrid ausgewählt sein und die Pufferschicht kann durch Sputtern oder Atomschichtabscheidung (ALD) ausgebildet werden.
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Eine Kontaktschicht kann wahlweise auf der zweiten Halbleiterschicht 323 ausgebildet werden. Die Kontaktschicht wird auf einer Seite der zweiten Halbleiterschicht 323 angeordnet und von der aktiven Schicht 322 weg beabstandet. Insbesondere kann die Kontaktschicht eine optische Schicht, eine elektronische Schicht oder eine Kombination davon sein. Die optische Schicht kann elektromagnetische Strahlen oder Licht, das von der aktiven Schicht emittiert oder in diese eintritt, ändern. Die genannte „Änderung“ bedeutet, dass mindestens eine der optischen Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlen oder des Lichts geändert wird. Die Eigenschaften umfassen, sind jedoch nicht begrenzt auf Frequenz, Wellenlänge, Intensität, Fluss, Effizienz, Farbtemperatur, Wiedergabeindex, Lichtfeld und Blickwinkel. Die elektronische Schicht kann Werte, Intensitäten und Verteilungen von Spannungen, Widerständen, Strömen und/oder Kapazitäten von entgegengesetzten Seiten der Kontaktschicht ändern oder einen Trend zur Änderung herstellen. Ein Material der Kontaktschicht umfasst Oxid, leitfähiges Oxid, transparentes Oxid, Oxid mit einem Durchlassgrad von mehr als 50 %, Metall, ein relativ lichtdurchlässiges Metall, Metall mit einem Durchlassgrad von mehr als 50 %, eine organische Substanz, eine anorganische Substanz, eine Fluoreszenzsubstanz, eine Phosphoreszenzsubstanz, Keramik, einen Halbleiter, einen dotierten Halbleiter und einen undotierten Halbleiter. In einigen Anwendungen kann ein Material der Kontaktschicht Indiumzinnoxid (ITO), Cadmiumzinnoxid (CTO), Antimonzinnoxid (ATO), Aluminiumzinkoxid (AZO) und Zinkzinnoxid (ZTO) sein. Wenn das Material ein relativ lichtdurchlässiges Metall ist, ist die bevorzugte Dicke etwa 0,005 µm ~ 0,6 µm.