DE102017112101A1

DE102017112101A1 - Optoelectronic semiconductor module

Info

Publication number: DE102017112101A1
Application number: DE102017112101.3A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Stojetz; Georg Brüderl; André Somers
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2018-12-06
Also published as: WO2018219771A1

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleitermodul (1) einen Halbleiteremitter (2) zur Erzeugung von Strahlung und eine Stromregeleinheit (3). Der Halbleiteremitter (2) und die Stromregeleinheit (3) weisen in Draufsicht gesehen einen Abstand (D) zueinander von höchstens einer mittleren Diagonalenlänge (G) des Halbleiteremitters (2) auf. Der Halbleiteremitter (2) und die Stromregeleinheit (3) sind mechanisch fest und zusammenhängend in dem Halbleitermodul (1) integriert.

In one embodiment, the optoelectronic semiconductor module (1) comprises a semiconductor emitter (2) for generating radiation and a current control unit (3). The semiconductor emitter (2) and the current control unit (3), viewed in plan view, have a distance (D) from one another of at most one mean diagonal length (G) of the semiconductor emitter (2). The semiconductor emitter (2) and the current control unit (3) are mechanically fixed and integrally integrated in the semiconductor module (1).

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleitermodul angegeben.An optoelectronic semiconductor module is specified.

Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleitermodul anzugeben, das über einen vergrößerten Betriebsparameterbereich hinweg sicher betreibbar ist.An object to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor module which can be safely operated over an enlarged operating parameter range.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleitermodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved inter alia by an optoelectronic semiconductor module having the features of patent claim 1. Preferred developments are the subject of the dependent claims.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das optoelektronische Halbleitermodul als Modul ausgeführt. Dies bedeutet insbesondere, dass das Halbleitermodul baukastenartig mit weiteren Halbleitermodulen oder anderen Komponenten kombiniert werden kann.In accordance with at least one embodiment, the optoelectronic semiconductor module is designed as a module. This means, in particular, that the semiconductor module can be combined in a modular manner with further semiconductor modules or other components.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleitermodul einen oder mehrere Halbleiteremitter. Der mindestens eine, bevorzugt genau eine Halbleiteremitter ist zur Erzeugung von Strahlung eingerichtet. Bei der Strahlung handelt es sich beispielsweise um nahultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge maximaler Intensität im Bereich von 360 nm bis 410 nm oder um sichtbares Licht mit einem Maximum im Bereich von 410 nm bis 700 nm oder um nahinfrarote Strahlung mit einem Maximum im Bereich von 700 nm bis 1,5 µm.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor module comprises one or more semiconductor emitters. The at least one, preferably exactly one semiconductor emitter is set up to generate radiation. The radiation is, for example, near ultraviolet radiation with a maximum intensity wavelength in the range of 360 nm to 410 nm or visible light with a maximum in the range of 410 nm to 700 nm or near-infrared radiation with a maximum in the region of 700 nm up to 1.5 μm.

Beispielsweise weist der Halbleiteremitter genau einen Emissionsbereich auf, der zur Erzeugung der Strahlung vorgesehen ist. Mit anderen Worten ist der Halbleiteremitter nicht in mehrere unabhängig betreibbare Emittereinheiten unterteilt oder pixeliert.For example, the semiconductor emitter has exactly one emission region, which is provided for generating the radiation. In other words, the semiconductor emitter is not subdivided or pixelated into a plurality of independently operable emitter units.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halbleiteremitter um eine Laserdiode, kurz LD. Alternativ kann der Halbleiteremitter als Leuchtdiode, kurz LED, gestaltet sein.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor emitter is a laser diode, in short LD. Alternatively, the semiconductor emitter can be designed as a light-emitting diode, in short LED.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleitermodul eine oder mehrere Stromregeleinheiten. Die mindestens eine Stromregeleinheit ist dazu eingerichtet, einen Strom durch den zugehörigen Halbleiteremitter zu regeln, insbesondere zu begrenzen. Dabei ist die Stromregeleinheit dem Halbleiteremitter elektrisch in Serie oder elektrisch parallel geschaltet. Bevorzugt besteht zwischen der Stromregeleinheit und dem Halbleiteremitter eine 1:1-Zuordnung. Sind mehrere Halbleiteremitter und/oder Stromregeleinheiten vorhanden, so liegt demgemäß bevorzugt eine eineindeutige Zuordnung der Halbleiteremitter und der Stromregeleinheiten vor.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor module comprises one or more current regulation units. The at least one current control unit is set up to regulate, in particular limit, a current through the associated semiconductor emitter. In this case, the current control unit is connected to the semiconductor emitter electrically in series or electrically in parallel. Preferably, there is a 1: 1 assignment between the current control unit and the semiconductor emitter. If a plurality of semiconductor emitters and / or current regulating units are present, then there is preferably a one-to-one correspondence between the semiconductor emitters and the current regulating units.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform stellt das Halbleitermodul eine separat handhabbare elektrische und bevorzugt auch mechanische Komponente dar. Insbesondere sind der Halbleiteremitter und die Stromregeleinheit mechanisch fest und zusammenhängend dauerhaft in dem Halbleitermodul integriert.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor module is a separately manageable electrical and preferably also mechanical component. In particular, the semiconductor emitter and the current control unit are permanently integrated mechanically and coherently in the semiconductor module.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Halbleiteremitter und die Stromregeleinheit in Draufsicht gesehen nahe beieinander angeordnet. Dies bedeutet insbesondere, dass in Draufsicht gesehen ein Abstand zwischen dem Halbleiteremitter und der zugehörigen Stromregeleinheit bei höchstens dem einfachen einer mittleren Diagonalenlänge des Halbleiteremitters liegt. Bevorzugt liegt dieser Abstand bei höchstens 50 % oder 25 % der mittleren Diagonalenlänge. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Abstand bei höchstens der kleinsten Kantenlänge des Halbleiteremitters und/oder der Stromregeleinheit, in Draufsicht gesehen. Weiterhin kann für den Abstand gelten, dass dieser bei höchstens 100 µm oder 50 µm oder 30 µm liegt. Es ist möglich, dass der Abstand bei Null liegt, insbesondere falls der Halbleiteremitter und die Stromregeleinheit in Draufsicht gesehen einander überlappen oder deckungsgleich angeordnet sind. Andernfalls kann dieser Abstand auch mindestens 5 µm oder 10 µm betragen.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor emitter and the current control unit are arranged close to one another in a plan view. This means in particular that, seen in plan view, a distance between the semiconductor emitter and the associated current control unit is at most the simple average diagonal length of the semiconductor emitter. Preferably, this distance is at most 50% or 25% of the average diagonal length. Alternatively or additionally, this distance is at most the smallest edge length of the semiconductor emitter and / or the current control unit, seen in plan view. Furthermore, the distance can be such that it is at most 100 μm or 50 μm or 30 μm. It is possible that the distance is zero, in particular if the semiconductor emitter and the current control unit seen in plan view overlap each other or are arranged congruently. Otherwise, this distance may also be at least 5 microns or 10 microns.

In mindestens einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleitermodul einen Halbleiteremitter zur Erzeugung von Strahlung und eine Stromregeleinheit. Der Halbleiteremitter und die Stromregeleinheit weisen in Draufsicht gesehen einen Abstand zueinander von höchstens einer mittleren Diagonalenlänge des Halbleiteremitters auf.In at least one embodiment, the optoelectronic semiconductor module comprises a semiconductor emitter for generating radiation and a current control unit. As viewed in plan view, the semiconductor emitter and the current control unit have a distance from one another of at most one mean diagonal length of the semiconductor emitter.

Unter bestimmten Betriebsbedingungen ist der zulässige Betriebsstrom von Laserdioden und Leuchtdioden zu reduzieren, um einen Schaden des Bauteils zu verhindern. Dies gilt beispielsweise bei besonders hohen Betriebstemperaturen, etwa bei mindestens 80 °C, oder bei besonders niedrigen Betriebstemperaturen, beispielsweise bei -20 °C und weniger. Dies liegt insbesondere daran, dass die Strom-Spannungs-Charakteristik von Laserdioden und Leuchtdioden signifikant von der Temperatur abhängt.Under certain operating conditions, the permissible operating current of laser diodes and LEDs must be reduced in order to prevent damage to the component. This applies, for example, at particularly high operating temperatures, such as at least 80 ° C, or at very low operating temperatures, for example at -20 ° C and less. This is due in particular to the fact that the current-voltage characteristic of laser diodes and light-emitting diodes significantly depends on the temperature.

Wird keine Stromregeleinheit verwendet, so können zum Schutz von Halbleiteremittern alternativ aufwendige externe Schaltungen verwendet werden, welche den Strom begrenzen. Soll der Strom zudem in Abhängigkeit von äußeren Bedingungen dynamisch geregelt werden, sind zusätzliche Sensoren wie Monitor-Fotodioden oder Temperatursensoren und zudem entsprechende Regelbausteine nötig. Solche separaten Komponenten sind in der Regel räumlich beabstandet von dem Halbleiteremitter angeordnet und eigens elektrisch verschaltet. Daraus resultiert ein vergleichsweise großer Platzbedarf und ein erhöhter Aufwand bei der Montage.If no current control unit is used, as an alternative expensive external circuits can be used to protect semiconductor emitters, which limit the current. If the current is also to be controlled dynamically as a function of external conditions, additional sensors such as monitor photodiodes or temperature sensors and also corresponding control components are necessary. Such separate components are usually arranged spatially spaced from the semiconductor emitter and electrically interconnected. from that results in a comparatively large space requirement and increased effort during assembly.

Bei dem hier beschriebenen Halbleitermodul sind der Halbleiteremitter und die Stromregeleinheit in einem einzigen Bauteil integriert, insbesondere monolithisch integriert. Somit wird in, neben, auf oder unter dem Halbleiteremitter die Stromregeleinheit zur Begrenzung und/oder Regelung eines Betriebsstroms platziert. Die Stromregeleinheit kann einen integrierten Schaltkreis enthalten und/oder kann verschiedene Sensoren etwa für Temperatur oder optische Leistung aufweisen oder mit solchen Sensoren verbunden sein.In the case of the semiconductor module described here, the semiconductor emitter and the current control unit are integrated in a single component, in particular monolithically integrated. Thus, in, beside, on or below the semiconductor emitter, the current control unit is placed for limiting and / or regulating an operating current. The current control unit may include an integrated circuit and / or may include various sensors such as for temperature or optical power, or may be connected to such sensors.

Außerdem ist es möglich, dass die Stromregeleinheit dynamisch oder statisch programmierbar ist. Weiterhin kann die Stromregeleinheit neben oder unter dem Halbleiteremitter platziert sein, insbesondere in einer Wärmesenke integriert sein oder monolithisch als Teil des Halbleiteremitters ausgeführt sein, elektrisch parallel oder seriell zu einer Emitterstruktur des Halbleiteremitters. Ferner ist es möglich, dass die Stromregeleinheit einen Datenspeicher enthält und/oder Schnittstellen zur Kommunikation, etwa ein elektrisches Bus-System oder ein System zur optischen Übertragung von Lichtsignalen.It is also possible that the flow control unit is dynamic or static programmable. Furthermore, the current control unit may be placed next to or below the semiconductor emitter, in particular integrated in a heat sink, or monolithically implemented as part of the semiconductor emitter, electrically parallel or serial to an emitter structure of the semiconductor emitter. Furthermore, it is possible that the flow control unit contains a data memory and / or interfaces for communication, such as an electric bus system or a system for the optical transmission of light signals.

Durch die Integration der Stromregeleinheit in dem Halbleitermodul können externe Komponenten wie eine Stromregelung, Leistungsregelung, ESD-Schutzdioden oder sonstige Regelelektroniken wegfallen. Somit ist eine kompakte Bauform des Halbleitermoduls erzielbar. Weiterhin ist ein erweiterter Funktionsumfang des Halbleitermoduls etwa über eine Helligkeitsregelung und über eine erhöhte Sicherheit zugänglich.By integrating the current control unit in the semiconductor module external components such as current control, power control, ESD protection diodes or other control electronics can be omitted. Thus, a compact design of the semiconductor module can be achieved. Furthermore, an extended range of functions of the semiconductor module is accessible, for example via a brightness control and an increased security.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Halbleiteremitter und die Stromregeleinheit in einem einzigen Halbleiterchip monolithisch integriert. Damit können sich der Halbleiteremitter und die Stromregeleinheit auf einem gemeinsamen Substrat wie einem Halbleitersubstrat befinden. Beispielsweise sind der Halbleiteremitter und die Stromregeleinheit auf dem gemeinsamen Substrat erzeugt, etwa über ein epitaktisches Wachsen. Somit ist es möglich, dass das Halbleitermodul insgesamt als Halbleiterchip gestaltet ist und aus dem Halbleiterchip mit dem Halbleiteremitter und der Stromregeleinheit besteht.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor emitter and the current control unit are monolithically integrated in a single semiconductor chip. Thus, the semiconductor emitter and the current control unit may be located on a common substrate such as a semiconductor substrate. For example, the semiconductor emitter and the current control unit are generated on the common substrate, such as by epitaxial growth. Thus, it is possible that the semiconductor module is designed as a whole as a semiconductor chip and consists of the semiconductor chip with the semiconductor emitter and the current control unit.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiteremitter dazu eingerichtet, mit einer mittleren elektrischen Leistung von mindestens 0,1 W oder 0,4 W oder 1 W oder 5 W betrieben zu werden. Weist der Halbleiteremitter mehrere Emissionsbereiche oder mehrere zur Erzeugung von Strahlung vorgesehene Bereiche auf, so gilt die mittlere elektrische Leistungsaufnahme bevorzugt für jeden dieser Bereiche. Im Vergleich dazu weisen einzelne Pixel oder Bildpunkte in Displays üblicherweise elektrische Leistungsaufnahmen im Bereich weniger mW auf. Der Halbleiteremitter kann also zu einer elektrischen Leistungsaufnahme eingerichtet sein, die um zwei, drei oder vier Größenordnungen oberhalb der typischen elektrischen Leistungsaufnahme von Bildpunkten oder Pixeln in Displays liegt.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor emitter is configured to be operated with an average electrical power of at least 0.1 W or 0.4 W or 1 W or 5 W. If the semiconductor emitter has a plurality of emission regions or a plurality of regions provided for generating radiation, then the average electrical power consumption is preferably valid for each of these regions. By comparison, individual pixels or pixels in displays usually have electrical power consumption in the range of a few mW. The semiconductor emitter can therefore be set up for an electrical power consumption which is two, three or four orders of magnitude above the typical electrical power consumption of pixels or pixels in displays.

Der Halbleiteremitter sowie das Halbleitermodul dienen beispielsweise zu Abstandsmessungen über eine Laufzeitbestimmung, auch als Time of Flight oder kurz ToF bezeichnet. Ebenso kann das Halbleitermodul in Scheinwerfern, zur Materialbearbeitung oder als Lichtquelle für einen Scanner oder einen Projektionsstrahl verwendet werden.The semiconductor emitter and the semiconductor module serve, for example, for distance measurements over a travel time determination, also referred to as time of flight or, for short, ToF. Likewise, the semiconductor module can be used in headlamps, for material processing or as a light source for a scanner or a projection beam.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform stellt die Stromregeleinheit ein Wachstumssubstrat für den Halbleiteremitter dar oder umgekehrt. Das heißt, der Halbleiteremitter ist auf der Stromregeleinheit gewachsen, insbesondere epitaktisch gewachsen, oder umgekehrt.In accordance with at least one embodiment, the current control unit represents a growth substrate for the semiconductor emitter or vice versa. That is, the semiconductor emitter is grown on the flow control unit, in particular epitaxially grown, or vice versa.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Stromregeleinheit eine Zener-Diode oder besteht aus einer solchen. Damit ist die Stromregeleinheit dem Halbleiteremitter bevorzugt elektrisch antiparallel geschaltet. Alternativ kann die Stromregeleinheit als Thyristor gestaltet sein oder einen solchen umfassen.In accordance with at least one embodiment, the current control unit comprises or consists of a Zener diode. Thus, the current control unit is preferably connected to the semiconductor emitter electrically antiparallel. Alternatively, the current control unit may be designed as a thyristor or include such.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Durchbruchspannung der Zener-Diode gleich einer bestimmungsgemäßen Betriebsspannung des Halbleiteremitters bei einer Temperatur von -20 °C und/oder +80 °C. Dies gilt bevorzugt mit einer Toleranz von höchstens 1 V oder 0,5 V. Bestimmungsgemäße Betriebsspannung bedeutet, dass bei dieser Betriebsspannung und/oder dem zugehörigen Betriebsstrom der Halbleiteremitter ohne signifikante Lebensdauerverringerung betrieben werden kann. Beispielsweise ist der Halbleiteremitter bei der bestimmungsgemäßen Betriebsspannung und/oder dem bestimmungsgemäßen Betriebsstrom für eine Lebensdauer von mindestens 1000 Betriebsstunden oder 5000 Betriebsstunden ausgerichtet. Wird die bestimmungsgemäße Betriebsspannung und/oder der bestimmungsgemäße Betriebsstrom überschritten oder signifikant überschritten, so sinkt die Lebensdauer des Halbleitermoduls beispielsweise um mindestens einen Faktor 10 oder 100 oder 1000 oder 10000.According to at least one embodiment, a breakdown voltage of the Zener diode is equal to a predetermined operating voltage of the semiconductor emitter at a temperature of -20 ° C and / or +80 ° C. This is preferably true with a tolerance of at most 1 V or 0.5 V. Proper operating voltage means that at this operating voltage and / or the associated operating current of the semiconductor emitter can be operated without significant lifetime reduction. For example, the semiconductor emitter is aligned at the intended operating voltage and / or the intended operating current for a service life of at least 1000 operating hours or 5000 operating hours. If the intended operating voltage and / or the intended operating current is exceeded or significantly exceeded, the lifetime of the semiconductor module decreases, for example, by at least a factor of 10 or 100 or 1000 or 10000.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Durchbruchspannung der Stromregeleinheit um höchstens einen einer Bandlücke einer aktiven Zone des Halbleiteremitters entsprechenden Betrag oberhalb der bestimmungsgemäßen Betriebsspannung. Beträgt beispielsweise die Bandlücke 2,5 eV, so liegt die Durchbruchspannung der Stromregeleinheit dann höchstens 2,5 V oberhalb der bestimmungsgemäßen Betriebsspannung. Bevorzugt beträgt diese Spannungsdifferenz zwischen der Durchbruchspannung und der bestimmungsgemäßen Betriebsspannung höchstens 50 % oder 25 % der der Bandlücke entsprechenden Spannung.In accordance with at least one embodiment, the breakdown voltage of the current control unit is above the maximum of one band gap of an active zone of the semiconductor emitter corresponding amount above the intended operating voltage. For example, if the bandgap is 2.5 eV, so the breakdown voltage of the current control unit is then at most 2.5 V above the intended operating voltage. Preferably, this voltage difference between the breakdown voltage and the intended operating voltage is at most 50% or 25% of the voltage corresponding to the bandgap.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die bestimmungsgemäße Betriebsspannung bei mindestens dem der Bandlücke entsprechenden Wert oder mindestens beim doppelten dem der Bandlücke entsprechenden Wert. Alternativ oder zusätzlich liegt die Betriebsspannung bei höchstens dem Sechsfachen oder Vierfachen des dem der Bandlücke entsprechenden Werts. Liegt beispielsweise die Bandlücke bei 2,5 eV, so liegt die bestimmungsgemäße Betriebsspannung demgemäß zwischen 2,5 V und 15 V oder bevorzugt zwischen 5 V und 10 V. Demgemäß liegt die Durchbruchspannung der Stromregeleinheit bei höchstens dem Siebenfachen oder höchstens dem Fünffachen des der Bandlücke entsprechenden Spannungswerts, im vorgenannten Beispiel also bei höchstens 12,5 V oder 17,5 V.In accordance with at least one embodiment, the intended operating voltage is at least equal to the bandgap value or at least twice the value corresponding to the bandgap. Alternatively or additionally, the operating voltage is at most six times or four times the value corresponding to the bandgap. If, for example, the bandgap is 2.5 eV, the intended operating voltage is accordingly between 2.5 V and 15 V or preferably between 5 V and 10 V. Accordingly, the breakdown voltage of the current control unit is at most seven times or at most five times that of the band gap corresponding voltage value, in the aforementioned example so at most 12.5 V or 17.5 V.

Die bestimmungsgemäße Betriebsspannung ist dabei, relativ zur Bandlücke, von der Emissionswellenlänge abhängig. Beispielsweise bei nahinfrarot emittierenden Halbleiteremittern liegt die bestimmungsgemäße Betriebsspannung nahe beim einfachen des der Bandlücke entsprechenden Spannungswerts, wohingegen etwa bei im grünen emittierenden Halbleiteremittern die bestimmungsgemäße Betriebsspannung ungefähr beim Vierfachen des der Bandlücke entsprechenden Spannungswerts liegen kann.The intended operating voltage is, relative to the band gap, dependent on the emission wavelength. For example, in the case of near-infrared-emitting semiconductor emitters, the intended operating voltage is close to the simple voltage value corresponding to the band gap, whereas the intended operating voltage may be approximately four times the voltage value corresponding to the bandgap in the case of green emitting semiconductor emitters.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Stromregeleinheit nur zu einer Strombegrenzung durch den Halbleiteremitter hindurch eingerichtet. Das heißt, über die Stromregeleinheit erfolgt keine oder keine signifikante Regelung einer Intensität der vom Halbleiteremitter emittierten Strahlung im Regelbetrieb. Insbesondere fungiert die Stromregeleinheit nicht als Intensitätsmodulator etwa ähnlich einer Impulsweitenmodulation, kurz PWM. Durch die Stromregeleinheit sind lediglich zu hohe Ströme durch den Halbleiteremitter verhindert, insbesondere in Durchlassrichtung des Halbleiteremitters. Das heißt, anders als eine ESD-Schutzdiode ist es möglich, dass die Stromregeleinheit vor allem in Vorwärtsrichtung zu einer Strombegrenzung durch den Halbleiteremitter hindurch dient. Die Stromregeleinheit kann als reversible Sicherung gegen zu starke Ströme aufgefasst werden.In accordance with at least one embodiment, the current control unit is set up only to limit the current through the semiconductor emitter. That is, via the current control unit, no or no significant regulation of an intensity of the radiation emitted by the semiconductor emitter occurs during normal operation. In particular, the current control unit does not function as an intensity modulator approximately similar to a pulse width modulation, PWM for short. By the current control unit only too high currents are prevented by the semiconductor emitter, in particular in the forward direction of the semiconductor emitter. That is, unlike an ESD protection diode, it is possible for the current regulation unit to serve to limit the current through the semiconductor emitter, especially in the forward direction. The flow control unit can be understood as a reversible protection against excessive currents.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Stromregeleinheit eine Stromregeldiode oder besteht aus einer solchen. Mit einer Stromregeldiode sind zu hohe Ströme durch den Halbleiteremitter hindurch verhinderbar. Die Stromregeleinheit dient wiederum zu einer Strombegrenzung und/oder als Konstantstromquelle.In accordance with at least one embodiment, the current regulation unit comprises or consists of a current regulation diode. With a current control diode, currents that are too high can be prevented through the semiconductor emitter. The current control unit in turn serves for a current limitation and / or as a constant current source.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleitermodul dazu eingerichtet, an externen elektrischen Anschlüssen mit einer Konstantstromquelle, die außerhalb des Halbleitermoduls liegt, verbunden zu werden. Das heißt, die Stromregeleinheit stellt dann keine Stromquelle für den Halbleiteremitter dar.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor module is configured to be connected to external electrical terminals with a constant current source which is located outside the semiconductor module. That is, the current control unit is then not a power source for the semiconductor emitter.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Stromregeleinheit dem Halbleiteremitter elektrisch in Serie geschaltet. Alternativ können die Stromregeleinheit und der Halbleiteremitter elektrisch parallel oder antiparallel geschaltet sein.In accordance with at least one embodiment, the current regulating unit is electrically connected in series to the semiconductor emitter. Alternatively, the current control unit and the semiconductor emitter may be electrically connected in parallel or in anti-parallel.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Stromregeleinheit einen programmierbaren integrierten Schaltkreis oder ist durch einen programmierbaren integrierten Schaltkreis gebildet. Dabei ist der Halbleiteremitter elektrisch an dem integrierten Schaltkreis angeschlossen. Die Programmierung kann dauerhaft und fest in dem Schaltkreis implementiert sein oder auch im laufenden Betrieb des Halbleitermoduls änderbar sein.In accordance with at least one embodiment, the current regulation unit comprises a programmable integrated circuit or is formed by a programmable integrated circuit. In this case, the semiconductor emitter is electrically connected to the integrated circuit. The programming can be permanently and firmly implemented in the circuit or be changeable during operation of the semiconductor module.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Stromregeleinheit einen externen elektrischen Anschluss auf. Ein solcher Anschluss wird auch als Bus bezeichnet. Über den elektrischen Anschluss, der über eine oder mehrere parallel verlaufende Signalleitungen verfügen kann, kann die Stromregeleinheit programmierbar sein.In accordance with at least one embodiment, the current control unit has an external electrical connection. Such a connection is also called a bus. Via the electrical connection, which can have one or more parallel signal lines, the current control unit can be programmable.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Stromregeleinheit eine Speichereinheit. In der Speichereinheit können Betriebsdaten des Halbleiteremitters abgespeichert werden, etwa eine Betriebsdauer und/oder maximale Spannungen oder Ströme und/oder eine Betriebstemperatur und/oder eine optische Leistung. Weiterhin ist es möglich, dass die Speichereinheit zum Betrieb des Halbleitermoduls notwendige Daten speichert, insbesondere dauerhaft speichert, beispielsweise maximal erlaubte Spannungen bei bestimmten Temperaturen. Solche Tabellen werden auch als Look up Tables bezeichnet.In accordance with at least one embodiment, the current control unit comprises a memory unit. In the memory unit operating data of the semiconductor emitter can be stored, such as an operating time and / or maximum voltages or currents and / or an operating temperature and / or an optical power. Furthermore, it is possible for the memory unit to store necessary data for the operation of the semiconductor module, in particular to permanently store it, for example, maximum permissible voltages at specific temperatures. Such tables are also referred to as look up tables.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleitermodul eine Wärmesenke. Bei der Wärmesenke kann es sich um eine Montageplattform für die Stromregeleinheit und den Halbleiteremitter handeln. Damit ist es möglich, dass die Wärmesenke die das Halbleitermodul mechanisch tragende und stabilisierende Komponente darstellt. Ohne die Wärmesenke wäre das Halbleitermodul dann nicht als eine mechanisch stabile Komponente handhabbar.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor module comprises a heat sink. The heat sink may be an assembly platform for the flow control unit and the semiconductor emitter. This makes it possible for the heat sink to be the component mechanically supporting and stabilizing the semiconductor module. Without the heat sink, the semiconductor module would then not be manageable as a mechanically stable component.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Wärmesenke eine mittlere Wärmeleitfähigkeit von mindestens 120 W/(m·K) oder 200 W/(m·K) oder 250 W/(m·K) auf. Insbesondere ist die Wärmesenke aus einem Metall oder einer Metalllegierung, etwa mit einem Hauptbestandteil in Form von Kupfer oder Aluminium oder Silber. Weiterhin kann die Wärmesenke aus einer thermisch leitfähigen Keramik oder einem kristallinen oder amorphen Halbleitermaterial wie Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid sein. Ebenso kann die Wärmesenke aus einem Verbundmaterial wie Kupfer-Wolfram oder Direct Bonded Copper, kurz DBC, sein. Zudem ist Diamant oder diamantähnlicher Kohlenstoff, kurz DLC, für die Wärmesenke möglich. Im Falle einer metallischen, elektrisch leitfähigen Wärmesenke kann eine elektrisch isolierende Passivierungsschicht vorhanden sein, um elektrische Kurzschlüsse zu unterbinden. According to at least one embodiment, the heat sink has an average thermal conductivity of at least 120 W / (m · K) or 200 W / (m · K) or 250 W / (m · K). In particular, the heat sink is made of a metal or a metal alloy, such as a major constituent in the form of copper or aluminum or silver. Furthermore, the heat sink may be made of a thermally conductive ceramic or a crystalline or amorphous semiconductor material such as silicon carbide or silicon nitride. Likewise, the heat sink may be made of a composite material such as copper-tungsten or Direct Bonded Copper, DBC for short. In addition, diamond or diamond-like carbon, short DLC, for the heat sink is possible. In the case of a metallic, electrically conductive heat sink, an electrically insulating passivation layer may be present in order to prevent electrical short circuits.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Stromregeleinheit teilweise oder vollständig in der Wärmesenke integriert. Dies bedeutet insbesondere, dass sich die Stromregeleinheit teilweise oder vollständig in einer oder in mehreren Ausnehmungen oder Öffnungen der Wärmesenke befindet. Die Stromregeleinheit ist beispielsweise an die Wärmesenke thermisch leitfähig geklebt oder gelötet.In accordance with at least one embodiment, the flow control unit is partially or completely integrated in the heat sink. This means in particular that the flow control unit is partially or completely located in one or more recesses or openings of the heat sink. The current control unit is glued or soldered thermally conductive, for example, to the heat sink.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine mittlere Dicke der Stromregeleinheit bei höchstens 20 µm oder 15 µm oder 10 µm oder 6 µm. Durch die geringe Dicke der Stromregeleinheit kann diese ohne signifikanten zusätzlichen thermischen Widerstand zwischen dem Halbleiteremitter und der Wärmesenke angebracht werden. Die Stromregeleinheit basiert dabei bevorzugt auf einem Halbleitermaterial wie Silizium.In accordance with at least one embodiment, an average thickness of the flow control unit is at most 20 μm or 15 μm or 10 μm or 6 μm. The small thickness of the flow control unit allows it to be mounted between the semiconductor emitter and the heat sink without significant additional thermal resistance. The current control unit is preferably based on a semiconductor material such as silicon.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Stromregeleinheit und der Halbleiteremitter teilweise oder vollständig übereinander gestapelt angeordnet. Dabei kann sich der Halbleiteremitter zwischen der Stromregeleinheit und der Wärmesenke befinden oder die Stromregeleinheit ist zwischen dem Halbleiteremitter und der Wärmesenke angebracht. Vollständig übereinander gestapelt bedeutet insbesondere, dass die Stromregeleinheit und der Halbleiteremitter deckungsgleich angeordnet sind oder das die Stromregeleinheit kleiner ist als der Halbleiteremitter und vollständig innerhalb des Halbleiteremitters liegt, in Draufsicht gesehen, oder entsprechend umgekehrt.In accordance with at least one embodiment, the current control unit and the semiconductor emitter are arranged partially or completely stacked on top of one another. In this case, the semiconductor emitter may be located between the flow control unit and the heat sink or the flow control unit is mounted between the semiconductor emitter and the heat sink. Completely stacked means, in particular, that the current control unit and the semiconductor emitter are arranged congruently or that the current control unit is smaller than the semiconductor emitter and completely within the semiconductor emitter, seen in plan view, or vice versa.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Stromregeleinheit und der Halbleiteremitter elektrisch direkt und/oder flächig miteinander verbunden. Beispielsweise sind der Halbleiteremitter und die Stromregeleinheit elektrisch leitfähig flächig miteinander verklebt oder flächig aneinander gelötet. Damit können Hauptseiten der Stromregeleinheit und des Halbleiteremitters, die einander zugewandt sind, vollständig oder überwiegend mit einem Lot oder einem thermisch und elektrisch leitfähigem Kleber bedeckt sein.In accordance with at least one embodiment, the current control unit and the semiconductor emitter are electrically connected to one another directly and / or flatly. For example, the semiconductor emitter and the current control unit are adhesively bonded to one another in an electrically conductive manner or are soldered to each other in a planar manner. Thus, main sides of the current control unit and the semiconductor emitter facing each other may be completely or mainly covered with a solder or a thermally and electrically conductive adhesive.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleitermodul einen oder mehrere Sensoren. Der mindestens eine Sensor ist zur Messung von Temperatur, Helligkeit, Luftfeuchte, Luftdruck, Betriebsdauer und/oder elektrischer Leistungsaufnahme wie Strom und/oder Spannung eingerichtet. Es können mehrere Sensoren in einem einzigen Bauteil wie einem Halbleiterchip integriert sein oder es können auch mehrere separate Sensoren als voneinander verschiedene Komponenten vorhanden sein.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor module comprises one or more sensors. The at least one sensor is set up to measure temperature, brightness, air humidity, air pressure, operating time and / or electrical power consumption such as current and / or voltage. Several sensors can be integrated in a single component, such as a semiconductor chip, or several separate sensors can also be present as components that are different from one another.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der mindestens eine Sensor zum Halbleiteremitter und/oder zur Stromregeleinheit hin in Draufsicht gesehen einen Abstand von höchstens der mittleren Diagonalenlänge des Halbleiteremitters auf. Alternativ oder zusätzlich gilt hinsichtlich des Abstands zwischen dem Sensor und dem Halbleiteremitter und/oder der Stromregeleinheit das gleiche, wie weiter oben zum Abstand zwischen dem Halbleiteremitter und der Stromregeleinheit ausgeführt. Auf die obigen Ausführungen hierzu wird verwiesen.In accordance with at least one embodiment, the at least one sensor facing the semiconductor emitter and / or the current control unit has a spacing of at most the mean diagonal length of the semiconductor emitter in plan view. Alternatively or additionally, the same applies to the distance between the sensor and the semiconductor emitter and / or the current control unit, as explained above for the distance between the semiconductor emitter and the current control unit. Reference is made to the above statements.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Halbleitermodul eine oder mehrere Monitor-Fotodioden. Die mindestens eine Monitor-Fotodiode ist zu einer Bestimmung einer Strahlungsleistung der von dem Halbleiteremitter emittierten Strahlung eingerichtet. Die Monitor-Fotodiode kann sich außerhalb eines Strahlpfades zur Emission der Strahlung befinden. Das heißt, es ist möglich, dass die Monitor-Fotodiode lediglich Streustrahlung innerhalb des Halbleitermoduls detektiert.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor module comprises one or more monitor photodiodes. The at least one monitor photodiode is set up to determine a radiation power of the radiation emitted by the semiconductor emitter. The monitor photodiode may be located outside of a beam path for emission of the radiation. That is, it is possible that the monitor photodiode detects only stray radiation within the semiconductor module.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Monitor-Fotodiode und die Stromregeleinheit monolithisch in einem einzigen Chip integriert. Alternativ handelt es sich bei der Monitor-Fotodiode und der Stromregeleinheit um separate Komponenten. Weiter ist es möglich, dass die Monitor-Fotodiode zusammen mit der Stromregeleinheit monolithisch in dem Halbleiteremitter integriert sind, so dass das Halbleitermodul aus einem einzigen Halbleiterchip bestehen kann.In accordance with at least one embodiment, the monitor photodiode and the current control unit are monolithically integrated in a single chip. Alternatively, the monitor photodiode and the current control unit are separate components. Furthermore, it is possible for the monitor photodiode to be integrated monolithically in the semiconductor emitter together with the current regulating unit, so that the semiconductor module can consist of a single semiconductor chip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform basieren die Stromregeleinheit und der Halbleiteremitter auf demselben Halbleitermaterialsystem. Dabei können innerhalb des Halbleitermaterialsystems unterschiedliche Materialzusammensetzungen und/oder Dotierungen vorliegen.In accordance with at least one embodiment, the current control unit and the semiconductor emitter are based on the same semiconductor material system. In this case, different material compositions and / or dopants may be present within the semiconductor material system.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiteremitter eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder wie Al_nGa_mIn_1-n-mAs_kP_1-k, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n ≤ 0,8, 0,4 ≤ m < 1 und n + m ≤ 0,95 sowie 0 < k ≤ 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor emitter comprises a Semiconductor layer sequence. The semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material. The semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al _n In _{1 nm} Ga _m N or a phosphide compound semiconductor material such as Al _n In _{1 nm} Ga _m P or an arsenide compound semiconductor material such as Al _n In _{1 nm} Ga _m As or as Al _n Ga _m In _{1 nm} As _k P _1-k , where 0 ≦ n ≦ 1, 0 ≦ m ≦ 1 and n + m ≦ 1 and 0 ≦ k <1. For at least one layer or for all layers of the semiconductor layer sequence, 0 <n ≦ 0.8, 0.4 ≦ m <1 and n + m ≦ 0.95 and 0 <k ≦ 0.5 preferably apply here. In this case, the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents. For the sake of simplicity, however, only the essential constituents of the crystal lattice of the semiconductor layer sequence, that is to say Al, As, Ga, In, N or P, are indicated, even if these may be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.

Im Falle von grün emittierenden Halbleiteremittern basiert die Stromregeleinheit und/oder der Halbleiteremitter bevorzugt auf dem Materialsystem AlInGaN.In the case of green emitting semiconductor emitters, the current control unit and / or the semiconductor emitter is preferably based on the AlInGaN material system.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Stromregeleinheit dazu eingerichtet, einen Betriebsstrom durch den Halbeiteremitter nur außerhalb eines bestimmten Parameterbereichs zu begrenzen. Der Parameterbereich ist beispielsweise durch einen Kernbetriebstemperaturbereich oder eine bestimmte Betriebsdauer definiert. Der Kernbetriebstemperaturbereich liegt beispielsweise zwischen einschließlich -20° C und 80° C. Etwa in Automobilanwendungen wird dieser Temperaturbereich etwa unter Testbedingungen unterschritten oder überschritten. Insbesondere für Automobilanwendungen ist eine Funktionstüchtigkeit des Halbleitermoduls über einen größeren Temperaturbereich nachzuweisen, etwa über einen Temperaturbereich von -40 °C bis 120 °C hinweg, bezogen auf den Ort des Halbleitermoduls. In accordance with at least one embodiment, the current control unit is configured to limit an operating current through the semiconductor emitter only outside a certain parameter range. The parameter range is defined, for example, by a core operating temperature range or a specific operating time. The core operating temperature range is, for example, between -20 ° C and 80 ° C. In automotive applications, for example, this temperature range is undershot or exceeded under test conditions. In particular, for automotive applications, a functionality of the semiconductor module is to be detected over a wider temperature range, for example over a temperature range of -40 ° C to 120 ° C, based on the location of the semiconductor module.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Stromregeleinheit außerhalb eines Kernparameterbereichs aktiv und innerhalb des Kernparameterbereichs wirkungslos. Wirkungslos kann bedeuten, dass sich die Stromregeleinheit erst außerhalb des Kernparameterbereichs aktiviert. Innerhalb des Kernparameterbereichs fließt beispielsweise durch die Stromregeleinheit ein Stromanteil von höchstens 10^-5 oder 10^-4 oder 10^-3, bezogen auf den mittleren Strom durch den Halbleiteremitter. Das heißt, innerhalb des Kernparameterbereichs ist die Stromregeleinheit für die elektrische Funktion des Halbleitermoduls bevorzugt vernachlässigbar.In accordance with at least one embodiment, the current control unit is active outside a core parameter area and has no effect within the core parameter area. Ineffective can mean that the current control unit activates only outside the core parameter range. Within the core parameter range, a current component of at most 10 ^-5 or 10 ^-4 or 10 ^-3 , for example, flows through the current control unit, based on the average current through the semiconductor emitter. That is, within the core parameter range, the current control unit for the electrical function of the semiconductor module is preferably negligible.

Das Halbleitermodul wird bevorzugt derart betrieben, dass die Stromregeleinheit im Betrieb meistens inaktiv ist. Insbesondere wird die Stromregeleinheit lediglich aktiviert und/oder regelt aktiv den Strom, wenn das Halbleitermodul bei vergleichsweise extremen Bedingungen betrieben wird, insbesondere hinsichtlich der Umgebungstemperatur. Dies bedeutet beispielsweise, dass durch die Stromregeleinheit ein Betriebsbereich des Halbleitermoduls erweitert ist und die Stromregeleinheit lediglich in diesem erweiterten Bereich eine Funktion erfüllt. Innerhalb des Kernparameterbereichs ist dagegen die Stromregeleinheit beim bestimmungsgemäßen Betreiben des Halbleitermoduls praktisch ohne Effekt.The semiconductor module is preferably operated such that the current control unit is usually inactive during operation. In particular, the current control unit is merely activated and / or actively regulates the current when the semiconductor module is operated under comparatively extreme conditions, in particular with regard to the ambient temperature. This means, for example, that an operating range of the semiconductor module is extended by the current control unit and the current control unit fulfills a function only in this extended range. Within the core parameter range, by contrast, the current control unit is virtually without effect when the semiconductor module is operated as intended.

Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleitermodul unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr könnten einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Hereinafter, an optoelectronic semiconductor module described herein will be explained in more detail with reference to the drawings with reference to embodiments. The same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, there are no scale relationships shown, but individual elements could be shown exaggerated for better understanding.

Es zeigen:

1, 3 bis 9 und 11 bis 14 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleitermodulen,
10 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleitermoduls, und
2 schematische Darstellungen von elektrischen Leistungsdaten eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleitermoduls.

Show it:

1 . 3 to 9 and 11 to 14 schematic sectional views of embodiments of optoelectronic semiconductor modules described herein,
10 a schematic perspective view of an embodiment of an optoelectronic semiconductor module described herein, and
2 schematic representations of electrical performance data of an embodiment of an optoelectronic semiconductor module described here.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleitermoduls 1 gezeigt. Das Halbleitermodul 1 umfasst einen Halbleiteremitter 2. Der Halbleiteremitter 2 ist beispielsweise durch eine Laserdiode, etwa zur Erzeugung von grünem Licht, gebildet. Elektrisch antiparallel zu dem Halbleiteremitter 2 ist eine Stromregeleinheit 3 geschaltet. Bei der Stromregeleinheit 3 handelt es sich um eine Zener-Diode. Ferner weist das Halbleitermodul 1 eine Wärmesenke 4 auf.In 1 is an embodiment of an optoelectronic semiconductor module 1 shown. The semiconductor module 1 includes a semiconductor emitter 2 , The semiconductor emitter 2 is for example formed by a laser diode, such as for the generation of green light. Electrically antiparallel to the semiconductor emitter 2 is a flow control unit 3 connected. At the flow control unit 3 it is a zener diode. Furthermore, the semiconductor module 1 a heat sink 4 on.

Der Halbleiteremitter 2 sowie die Stromregeleinheit 3 sind auf einem gemeinsamen Substrat 22 angebracht. Bei dem Substrat 22 handelt es sich etwa um ein elektrisch leitfähiges Substrat, beispielsweise aus GaN, SiC, Silizium, Direct Bonded Copper oder alternativ auch um ein elektrisch isolierendes Substrat etwa aus Diamant oder einer Keramik. Insbesondere ist das Substrat 22 ein Wachstumssubstrat für den Halbleiteremitter 2, der insbesondere eine Halbleiterschichtenfolge basierend auf dem Materialsystem AlInGaN mit einer aktiven Zone zur Strahlungserzeugung umfassen kann. Somit bilden die Stromregeleinheit 3 und der Halbleiteremitter 2 einen einzigen Halbleiterchip 23.The semiconductor emitter 2 as well as the flow control unit 3 are on a common substrate 22 appropriate. At the substrate 22 it is, for example, an electrically conductive substrate, for example of GaN, SiC, silicon, direct bonded copper or, alternatively, an electrically insulating substrate such as diamond or a ceramic. In particular, the substrate 22 a growth substrate for the semiconductor emitter 2 In particular, it may comprise a semiconductor layer sequence based on the AlInGaN material system with an active radiation generation zone. Thus form the flow control unit 3 and the semiconductor emitter 2 a single semiconductor chip 23 ,

Die Stromregeleinheit 3 ist beispielsweise in einer Aussparung dieser Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat 22 angebracht. Es ist möglich, dass die Stromregeleinheit 3 auf dem gleichen Materialsystem wie der Halbleiteremitter basiert. Alternativ kann die Stromregeleinheit aus einem anderen Materialsystem sein und über eine elektrische Kontaktfläche 44, etwa durch eine Metallisierung oder durch eine Schicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid wie ITO gebildet, aufgebracht sein.The flow control unit 3 is for example in a recess of this semiconductor layer sequence on the substrate 22 appropriate. It is possible that the flow control unit 3 based on the same material system as the semiconductor emitter. Alternatively, the flow control unit may be of a different material system and an electrical contact surface 44 formed by a metallization or by a layer of a transparent conductive oxide such as ITO.

Eine elektrische Kontaktierung des Halbleiteremitters 2 sowie der Stromregeleinheit erfolgt über elektrische Kontaktflächen 41, 42, 43, die über Bonddrähte angeschlossen sind. Über die Bonddrähte sind externe elektrische Anschlüsse 31 realisiert. Alternativ zu einer Kontaktierung über Bonddrähte kann das Halbleitermodul abweichend von der Darstellung in 1 als oberflächenmontierbares Modul ausgeführt sein. In diesem Fall können in der elektrisch isolierenden Wärmesenke 4, beispielsweise aus einem Nitrid wie Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid oder aus einem Karbid wie Siliziumkarbid, elektrische Durchkontaktierungen gebildet sein, die an eine dem Halbleiterchip 23 abgewandte Unterseite geführt sind. Alle externen elektrischen Anschlüsse befinden sich dann, abweichend von der Darstellung in 1, an der dem Halbleiterchip 23 abgewandten Unterseite der Wärmesenke 4.An electrical contact of the semiconductor emitter 2 as well as the flow control unit via electrical contact surfaces 41 . 42 . 43 which are connected via bonding wires. About the bonding wires are external electrical connections 31 realized. As an alternative to contacting via bonding wires, the semiconductor module can deviate from the illustration in FIG 1 be designed as a surface mount module. In this case, in the electrically insulating heat sink 4 For example, be made of a nitride such as aluminum nitride or silicon nitride or a carbide such as silicon carbide, electrical vias, which are connected to a semiconductor chip 23 opposite bottom are performed. All external electrical connections are then located, deviating from the illustration in 1 at the semiconductor chip 23 opposite bottom of the heat sink 4 ,

In 2A ist für eine erste Temperatur T1 von 25 °C und eine zweite Temperatur T2 von -40 °C ein Verlauf eines elektrischen Stroms I gegenüber einer elektrischen Spannung U dargestellt, in 2B ist der Verlauf des Stroms I gegenüber der elektrischen Leistung P gezeigt. Zu erkennen ist, dass bei der ersten Temperatur T1 der Strom-Spannungsverlauf sowie der Strom-Leistungsverlauf einer üblichen Diodenkennlinie entspricht. Das heißt, bei einer vergleichsweise normalen Temperatur von 25° C ist die Stromregeleinheit 3 praktisch ohne Effekt. Bei einer deutlich tieferen Temperatur als der zweiten Temperatur T2 erfolgt durch die Stromregeleinheit 3 in Form der Zener-Diode gemäß 1 eine deutliche Abregelung, erkennbar in den Knicken in den Kurven zur zweiten Temperatur T2. Dadurch ist bei tiefen Temperaturen eine Überlastung des Halbleiteremitters 2 durch die Stromregeleinheit 3 verhindert.In 2A is for a first temperature T1 of 25 ° C and a second temperature T2 from -40 ° C a course of an electric current I against an electrical voltage U shown in 2 B is the course of the stream I opposite to the electric power P shown. It can be seen that at the first temperature T1 the current-voltage curve and the current-power curve of a conventional diode characteristic corresponds. That is, at a comparatively normal temperature of 25 ° C is the flow control unit 3 practically without effect. At a much lower temperature than the second temperature T2 done by the flow control unit 3 in the form of the Zener diode according to 1 a significant reduction, recognizable in the kinks in the curves to the second temperature T2 , As a result, at low temperatures, an overload of the semiconductor emitter 2 through the flow control unit 3 prevented.

Somit ist auf kompakte und effiziente Weise der bei tiefen Temperaturen gegebene starke Anstieg der Betriebsspannung, der mit einem Ausfall des Moduls verbunden sein kann, vermeidbar. Gemäß 1 dient dabei als Stromregeleinheit 3 die Zener-Diode, ähnlich einer Diode zum Schutz vor elektrostatischen Entladungen. Jedoch wird die Durchbruchspannung dieser Zener-Diode so ausgelegt, dass diese bei tiefen Temperaturen der Laserdiodenspannung entspricht. Somit begrenzt die Zener-Diode den Stromfluss durch die Laserdiode. Die Durchbruchspannung der Zener-Diode, die die Stromregeleinheit 3 bildet, liegt bei signifikant niedrigeren Werten als im Falle einer herkömmlichen Diode zum Schutz vor elektrostatischen Entladungen. Anders als eine ESD-Schutzdiode wirkt die Stromregeleinheit 3 somit vor allem in Vorwärtsrichtung und nicht in Sperrrichtung. Zusätzlich kann die Stromregeleinheit 3 in Sperrrichtung als ESD-Schutzdiode dienen.Thus, in a compact and efficient manner, the large increase in operating voltage at low temperatures, which may be associated with failure of the module, can be avoided. According to 1 serves as a current control unit 3 the Zener diode, similar to a diode for protection against electrostatic discharges. However, the breakdown voltage of this Zener diode is designed so that it corresponds to the laser diode voltage at low temperatures. Thus, the zener diode limits the current flow through the laser diode. The breakdown voltage of the Zener diode, which is the current control unit 3 is significantly lower than in the case of a conventional electrostatic discharge protection diode. Unlike an ESD protection diode, the current control unit acts 3 thus mainly in the forward direction and not in the reverse direction. In addition, the flow control unit 3 in the reverse direction serve as ESD protection diode.

Bei der Durchbruchspannung der Zener-Diode fließt bei tiefen Temperaturen ein Teil des Vorwärtsstroms durch die Zener-Diode und nicht durch den Halbleiteremitter 2, insbesondere in Form einer Laserdiode. Damit wird der Halbleiteremitter 2 weniger bestromt, als dies ohne Stromregeleinheit 3 der Fall wäre. Hierdurch bleibt die Vorwärtsspannung des Halbleiteremitters 2 unter einem kritischen Wert und das Halbleitermodul 1 fällt nicht aus. Die Strombegrenzung erfolgt insofern automatisch, als diese erst ab einer bestimmten Vorwärtsspannung erfolgt, vorgegeben durch die Durchbruchspannung der Stromregeleinheit 3. Eine weitergehende Regelung ist nicht zwingend erforderlich.At the breakdown voltage of the Zener diode, at low temperatures, part of the forward current flows through the Zener diode and not through the semiconductor emitter 2 , in particular in the form of a laser diode. This will be the semiconductor emitter 2 less energized than without current control unit 3 the case would be. This leaves the forward bias of the semiconductor emitter 2 below a critical value and the semiconductor module 1 does not fail. The current limitation takes place automatically insofar as it occurs only after a certain forward voltage, predetermined by the breakdown voltage of the current control unit 3 , Further regulation is not mandatory.

Beim Ausführungsbeispiel der 3 ist die Stromregeleinheit 3 seitlich neben dem Halbleiteremitter 2 auf der Wärmesenke 4 montiert. Ein Abstand D zwischen dem Halbleiteremitter 2 und der Stromregeleinheit 3 liegt beispielsweise bei ungefähr 20 µm. Insbesondere ist der Abstand D kleiner als eine kleinste Kantenlänge E des Halbleiteremitters 2 und eine Kantenlänge F der Stromregeleinheit 3. Bei dem Halbleiteremitter 2 handelt es sich etwa um einen Laserdiodenchip oder Laserbarren, der in Richtung senkrecht zur Zeichenebene eine größere Ausdehnung aufweist als die kleinste Kantenlänge E.In the embodiment of 3 is the flow control unit 3 laterally next to the semiconductor emitter 2 on the heat sink 4 assembled. A distance D between the semiconductor emitter 2 and the flow control unit 3 is for example about 20 microns. In particular, the distance D smaller than a smallest edge length e of the semiconductor emitter 2 and an edge length F the flow control unit 3 , In the semiconductor emitter 2 it is about a laser diode chip or laser bar, which has a greater extent in the direction perpendicular to the plane of the drawing than the smallest edge length e ,

Im Ausführungsbeispiel der 4A ist die Stromregeleinheit 3 durch einen Stromregler gebildet, welcher zusammen mit dem Halbleiteremitter 2 auf der Wärmesenke 4 montiert ist. Die Stromregeleinheit 3 ist mit dem Halbleiteremitter elektrisch in Reihe geschaltet. Ein Stromregler für die Stromregeleinheit 3 ist beispielsweise durch einen Widerstand, eine Stromregeldiode und/oder einen integrierten Schaltkreis gebildet. Im Falle einer Stromregeldiode für die Stromregeleinheit 3 ist das entsprechende Ersatzschaltbild in 4B veranschaulicht.In the embodiment of 4A is the flow control unit 3 formed by a current regulator, which together with the semiconductor emitter 2 on the heat sink 4 is mounted. The flow control unit 3 is electrically connected in series with the semiconductor emitter. A current regulator for the flow control unit 3 is formed for example by a resistor, a current control diode and / or an integrated circuit. In the case of a current control diode for the flow control unit 3 is the equivalent equivalent circuit in 4B illustrated.

Gemäß 5 ist die Stromregeleinheit 3 durch einen integrierten Schaltkreis ausgeführt, der optional eine Speichereinheit 32 enthalten kann. Die elektrische Verschaltung ist analog zu 4.According to 5 is the flow control unit 3 executed by an integrated circuit, which optionally has a memory unit 32 may contain. The electrical connection is analogous to 4 ,

Optional ist zudem mindestens ein Sensor 5a, 5b vorhanden. Der zumindest eine Sensor 5a, 5b kann für Temperatur, optische Leistung des Halbleiteremitters, Luftfeuchtigkeit oder Luftdruck eingerichtet sein. Dabei kann der Sensor 5a in dem Halbleiterchip 23 der Stromregeleinheit 3 integriert sein oder es kann ein separater Sensor 5b etwa an der Wärmesenke 4 angebracht sein.Optionally, there is also at least one sensor 5a . 5b available. The at least one sensor 5a . 5b can for temperature, optical performance of the Semiconductor emitter, humidity or air pressure. The sensor can 5a in the semiconductor chip 23 the flow control unit 3 be integrated or it can be a separate sensor 5b at the heat sink 4 to be appropriate.

Abweichend von der Darstellung in 5 weist der separate Sensor 5b bevorzugt mehr als eine elektrische Verbindung zum Sensor 5a und zur Stromregeleinheit 3 auf, beispielsweise über nicht gezeichnete zusätzliche Bonddrähte und/oder Leiterbahnen.Deviating from the illustration in 5 has the separate sensor 5b preferably more than one electrical connection to the sensor 5a and to the flow control unit 3 on, for example, not shown additional bonding wires and / or conductors.

Bevorzugt abhängig von den Messwerten des oder der Sensoren 5a, 5b begrenzt die Stromregeleinheit 3 den Strom durch den Halbleiteremitter 2. Beispielsweise liegt ein Maximalstrom bei einer Temperatur von 25 °C bei 2 A, wohingegen bei einer Temperatur von -40 °C der erlaubte Maximalstrom bei lediglich 1 A liegt. In der optional vorhandenen Speichereinheit 32, die auch als externe Komponente außerhalb des Halbleiterchips 23 für die Stromregeleinheit 3 realisiert sein kann, ist etwa eine Tabelle hinterlegt, die temperaturabhängig die Maximalströme enthält, so dass für jede Temperatur oder für kleinere Temperaturbereiche ein Maximalstrom durch den Halbleiteremitter 2 zielgenau einstellbar ist.Preferably dependent on the measured values of the sensor (s) 5a . 5b limits the flow control unit 3 the current through the semiconductor emitter 2 , For example, a maximum current at a temperature of 25 ° C at 2 A, whereas at a temperature of -40 ° C, the maximum permitted current is only 1 A. In the optional storage unit 32 , also called external component outside the semiconductor chip 23 for the flow control unit 3 can be realized, is about a table deposited, the temperature-dependent contains the maximum currents, so that for each temperature or for smaller temperature ranges, a maximum current through the semiconductor emitter 2 is precisely adjustable.

Bei dem integrierten Schaltkreis, kurz IC, handelt es sich insbesondere um einen anwenderspezifischen integrierten Schaltkreis, kurz ASIC.The integrated circuit, or IC for short, is in particular a user-specific integrated circuit, or ASIC for short.

Es ist möglich, dass ein Vorwärtsstrom komplett von der Stromregeleinheit 3 vorgegeben wird. In diesem Fall ist es ausreichend, lediglich eine Spannungsversorgung an die externen Anschlüsse 31 anzulegen. Eine externe Stromregelung ist damit entbehrbar.It is possible for a forward current to be completely from the current control unit 3 is given. In this case, it is sufficient just a power supply to the external connections 31 to apply. An external power control is therefore unnecessary.

Der integrierte Schaltkreis und damit die Stromregeleinheit 3 sind bevorzugt in Siliziumtechnologie gefertigt. Eine Regelcharakteristik der Stromregeleinheit 3 kann in den integrierten Schaltkreis eingebrannt sein. Es kann jeder Halbleiteremitter 2 mit einer individuellen Stromregeleinheit 3 versehen sein.The integrated circuit and thus the current control unit 3 are preferably made in silicon technology. A control characteristic of the flow control unit 3 can be burned into the integrated circuit. It can be any semiconductor emitter 2 with an individual flow control unit 3 be provided.

Optional kann eine Regelcharakteristik im laufenden Betrieb des Halbleitermoduls umprogrammiert werden. Dazu umfasst die Stromregeleinheit 3 insbesondere einen Bus-Anschluss, zum Beispiel einen I²C-Bus. Eine Programmierung erfolgt beispielsweise durch ein Digitalsignal an einer Anode und Kathode, insbesondere über die elektrischen Anschlüsse 31 oder über eine zusätzliche, nicht gezeichnete Leitung, welche aus dem Halbleitermodul 1 zusätzlich herausgeführt wird.Optionally, a control characteristic can be reprogrammed during operation of the semiconductor module. This includes the flow control unit 3 in particular a bus connection, for example an I ² C bus. Programming is done for example by a digital signal at an anode and cathode, in particular via the electrical connections 31 or via an additional, not drawn line, which from the semiconductor module 1 additionally led out.

Die Speichereinheit 32 kann eine Datenspeicherfunktion aufweisen, welche die Betriebsbedingungen des Halbleiteremitters 2 aufzeichnet, insbesondere den Strom, die Spannung, die optische Leistung und/oder die Umgebungstemperatur. Es ist möglich, dass diese Daten im Bedarfsfall ausgelesen werden können.The storage unit 32 may have a data storage function which determines the operating conditions of the semiconductor emitter 2 records, in particular the current, the voltage, the optical power and / or the ambient temperature. It is possible that these data can be read out if necessary.

Über eine solche Stromregeleinheit 3 mit einem integrierten Schaltkreis ist es ermöglichbar, beliebige Impulsfolgen etwa zur Datenübertragung über Lichtsignale mittels des Halbleitermoduls zu erzeugen.About such a flow control unit 3 With an integrated circuit, it is possible to generate any desired pulse sequences for data transmission via light signals by means of the semiconductor module.

Ferner ist es möglich, dass insbesondere die Stromregeleinheit 3 einen zusätzlichen Emitter, bevorzugt für nicht sichtbare Strahlung wie nahinfrarote Strahlung, umfasst oder an einen solchen Emitter angeschlossen ist. Zudem kann die Stromregeleinheit 3 eine zusätzliche Fotodiode insbesondere für nahinfrarote Strahlung aufweisen oder mit einer solchen Fotodiode verbunden sein. Mittels eines solchen nicht eigens gezeichneten zusätzlichen Emitters und/oder Fotodiode ist eine optische Kommunikation mit anderen Bauteilen möglich, etwa zum Datenaustausch und/oder zur Ansteuerung.Furthermore, it is possible that in particular the flow control unit 3 an additional emitter, preferably for non-visible radiation such as near-infrared radiation, comprises or is connected to such an emitter. In addition, the flow control unit 3 have an additional photodiode especially for near-infrared radiation or be connected to such a photodiode. By means of such not specially drawn additional emitter and / or photodiode optical communication with other components is possible, such as for data exchange and / or for driving.

Die Sensoren 5a, 5b, die in der Stromregeleinheit 3 integriert sein können, umfassen etwa auch Sensoren für Umgebungslicht oder Näherungssensoren. Beispielsweise ist die Stromregeleinheit 3 ähnlich funktionalisiert, wie der IC SFH 7770 E6 des Herstellers OSRAM Opto Semiconductors GmbH.The sensors 5a . 5b that are in the flow control unit 3 may include, for example, ambient light sensors or proximity sensors. For example, the flow control unit 3 similarly functionalized as the IC SFH 7770 E6 of the manufacturer OSRAM Opto Semiconductors GmbH.

Entsprechende Gestaltungen der Stromregeleinheit 3 und des mindestens einen Sensors 5a, 5b, wie obenstehend in Verbindung mit 5 erläutert, können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen zum Einsatz kommen, ebenso wie alternative, einfachere Konzepte, in denen die Stromregeleinheit 3 etwa als Zener-Diode, Thyristor oder Stromregeldiode ausgeführt ist.Corresponding designs of the flow control unit 3 and the at least one sensor 5a . 5b as above in connection with 5 can also be used in all other embodiments, as well as alternative, simpler concepts in which the flow control unit 3 is designed as a Zener diode, thyristor or current control diode.

Beim Ausführungsbeispiel der 6 ist der Halbleiteremitter 2 über der Stromregeleinheit 3 gestapelt über der Wärmesenke 4 angeordnet. Dabei kann die Stromregeleinheit 3 eine größere laterale Ausdehnung aufweisen als der Halbleiteremitter 2. Zwischen dem Halbleiteremitter 2 und der Stromregeleinheit 3 kann sich die elektrische Kontaktfläche 41 befinden.In the embodiment of 6 is the semiconductor emitter 2 above the flow control unit 3 stacked over the heat sink 4 arranged. In this case, the current control unit 3 have a greater lateral extent than the semiconductor emitter 2 , Between the semiconductor emitter 2 and the flow control unit 3 can the electrical contact surface 41 are located.

Abweichend von der Darstellung in 6 kann eine Stapelung auch derart erfolgen, sodass sich der Halbleiteremitter 2 zwischen der Stromregeleinheit 3 und der Wärmesenke 4 befindet.Deviating from the illustration in 6 Stacking can also be done so that the semiconductor emitter 2 between the flow control unit 3 and the heat sink 4 located.

In 7 ist gezeigt, dass die Wärmesenke 4 eine Ausnehmung aufweist, in der sich die Stromregeleinheit 3 vollständig befindet. Die Stromregeleinheit 3 schließt bevorzugt bündig mit der Wärmesenke 4 ab.In 7 is shown that the heat sink 4 a recess in which the flow control unit 3 completely located. The flow control unit 3 preferably closes flush with the heat sink 4 from.

Die Stromregeleinheit 3, etwa in Siliziumtechnologie ausgeführt, ist bevorzugt dünn gestaltet mit einer Dicke von beispielsweise maximal 10 µm, um einen geringen thermischen Widerstand zwischen dem Halbleiteremitter 2 und der Wärmesenke 4 zu gewährleisten. Dies gilt entsprechend bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen. The flow control unit 3 , designed as in silicon technology, is preferably designed thin with a thickness of, for example, a maximum of 10 microns, to a low thermal resistance between the semiconductor emitter 2 and the heat sink 4 to ensure. This applies correspondingly preferred in all other embodiments.

Wie in 7 dargestellt ist es möglich, dass der Halbleiteremitter 2 nur teilweise auf der Stromregeleinheit 3 angebracht ist und sich teilweise direkt an der Wärmesenke 4 befindet. Alternativ kann sich der Halbleiteremitter 2 vollständig über der Stromregeleinheit 3 befinden.As in 7 it is possible that the semiconductor emitter 2 only partially on the flow control unit 3 is attached and partly directly on the heat sink 4 located. Alternatively, the semiconductor emitter 2 completely over the flow control unit 3 are located.

Im Ausführungsbeispiel der 8 dient die Stromregeleinheit 3 gleichzeitig als Wärmesenke für den Halbleiteremitter 2. Eine separate Wärmesenke ist in diesem Fall nicht erforderlich.In the embodiment of 8th serves the flow control unit 3 at the same time as a heat sink for the semiconductor emitter 2 , A separate heat sink is not required in this case.

Abweichend von der Darstellung in 8 ist es auch möglich, dass das Halbleitermodul 1 oberflächenmontierbar ist und ohne elektrische Anschlüsse 31, realisiert durch Bonddrähte, kontaktierbar ist. Ferner ist es möglich, dass ein extern elektrischer Anschluss 31 an der optionalen Kontaktfläche 43 an einer dem Halbleiteremitter 2 abgewandten Seite angebracht ist. So können elektrische Durchkontaktierungen von dem Halbleiteremitter 2 durch die Stromregeleinheit 3 hindurch reichen oder es sind elektrische Leitungen über Seitenflächen der Stromregeleinheit 3 geführt.Deviating from the illustration in 8th it is also possible that the semiconductor module 1 Surface mountable and without electrical connections 31 , realized by bonding wires, is contactable. Furthermore, it is possible that an external electrical connection 31 at the optional contact surface 43 at a semiconductor emitter 2 opposite side is attached. Thus, electrical vias of the semiconductor emitter 2 through the flow control unit 3 pass through or are electrical lines over side surfaces of the flow control unit 3 guided.

In 9 ist veranschaulicht, dass die Stromregeleinheit 3 monolithisch in der Wärmesenke 4 integriert ist. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Bauweise realisieren. Die Stromregeleinheit 3 und die verbleibenden Teile der Wärmesenke 4 weisen bevorzugt dieselbe Breite auf. Abweichend von der Darstellung in 9 können in seitlicher Richtung die Wärmesenke 4 mit der Stromregeleinheit 3 sowie der Halbleiteremitter 2 bündig miteinander abschließen.In 9 is illustrated that the flow control unit 3 monolithic in the heat sink 4 is integrated. This makes it possible to realize a particularly compact design. The flow control unit 3 and the remaining parts of the heat sink 4 preferably have the same width. Deviating from the illustration in 9 can heat sink in the lateral direction 4 with the flow control unit 3 as well as the semiconductor emitter 2 flush with each other.

Beim Ausführungsbeispiel der 10 befindet sich die Stromregeleinheit 3 am Ort einer Monitor-Fotodiode 6. Das heißt, die Stromregeleinheit 3 kann in der Monitor-Fotodiode 6 integriert sein, welche sich bevorzugt im gleichen Gehäuse wie der Halbleiteremitter 2 befindet. Mit anderen Worten enthält die Stromregeleinheit 3 dann eine Fotodiode, mit der die optische Leistung des Halbleiteremitters 2 überwacht und bevorzugt geregelt werden kann. Ein Abstand der Stromregeleinheit 3 zu dem Halbleiteremitter 2 liegt weit unterhalb einer Diagonalenlänge G des Halbleiteremitters 2.In the embodiment of 10 is the flow control unit 3 at the location of a monitor photodiode 6 , That is, the flow control unit 3 can in the monitor photodiode 6 be integrated, which preferably in the same housing as the semiconductor emitter 2 located. In other words, the flow control unit contains 3 then a photodiode, with which the optical power of the semiconductor emitter 2 monitored and preferably can be regulated. A distance of the flow control unit 3 to the semiconductor emitter 2 is far below a diagonal length G of the semiconductor emitter 2 ,

Dabei kann, siehe 11, die Monitor-Fotodiode 6 zusammen mit der Stromregeleinheit 3 monolithisch in dem Halbleiterchip 23 für den Halbleiteremitter 2 integriert sein, etwa in einer dafür vorgesehenen Vertiefung des Halbleiteremitters 2. Alternativ kann eine großflächige Verbindung zwischen dem Halbleiteremitter 2 und der Stromregeleinheit 3 erfolgen, beispielsweise mittels Waferbonden.It can, see 11 , the monitor photodiode 6 together with the flow control unit 3 monolithic in the semiconductor chip 23 for the semiconductor emitter 2 be integrated, such as in a designated recess of the semiconductor emitter 2 , Alternatively, a large-area connection between the semiconductor emitter 2 and the flow control unit 3 done, for example by wafer bonding.

Beim Ausführungsbeispiel der 12 sind die Stromregeleinheit 3 und der Halbleiteremitter 2 monolithisch in dem Halbleiterchip 23 integriert. Dabei können der Halbleiteremitter 2 und die Stromregeleinheit 3 etwa durch selektive Epitaxie auf dem gemeinsamen Substrat 22 erzeugt sein. Alternativ ist eine nachträgliche Behandlung von Teilbereichen des Halbleiteremitters 2 etwa über Ionenimplantation möglich, um lokal eine Diode in umgekehrter Richtung zu erhalten und so die Stromregeleinheit 3 zu erzeugen.In the embodiment of 12 are the flow control unit 3 and the semiconductor emitter 2 monolithic in the semiconductor chip 23 integrated. In this case, the semiconductor emitter 2 and the flow control unit 3 for example by selective epitaxy on the common substrate 22 be generated. Alternatively, a subsequent treatment of portions of the semiconductor emitter 2 about ion implantation possible to locally get a diode in the reverse direction and so the flow control unit 3 to create.

Die Stromregeleinheit 3 und der Halbleiteremitter 2 können auf dem gleichen Materialsystem basieren, beispielsweise beide auf GaN. Alternativ können unterschiedliche Materialsysteme verwendet werden, zum Beispiel GaN auf Silizium oder Silizium auf GaN. Dies gilt insbesondere für blau oder grün emittierende Leuchtdioden oder Halbleiterlaser für den Halbleiteremitter 2, welche auf einem Siliziumsubstrat hergestellt werden können oder auf ein Siliziumsubstrat umgebondet sind.The flow control unit 3 and the semiconductor emitter 2 can be based on the same material system, for example both on GaN. Alternatively, different material systems may be used, for example GaN on silicon or silicon on GaN. This applies in particular to blue or green emitting light-emitting diodes or semiconductor lasers for the semiconductor emitter 2 which can be produced on a silicon substrate or are transposed onto a silicon substrate.

In 13 ist illustriert, dass die Stromregeleinheit 3 ein Wachstumssubstrat für den Halbleiteremitter 2 bildet. Beispielsweise ist eine elektrische Kontaktfläche 43 auf einem freiliegenden Teilgebiet der Stromregeldiode 3 aufgebracht.In 13 is illustrated that the flow control unit 3 a growth substrate for the semiconductor emitter 2 forms. For example, an electrical contact surface 43 on an exposed part of the current control diode 3 applied.

In 14 ist illustriert, dass anders als in 13 der Halbleiteremitter 2 als Wachstumssubstrat für die Stromregeleinheit 3 gestaltet ist. Dabei können, wie auch in 13, nicht gezeichnete zusätzliche Pufferschichten vorhanden sein, um das gegenseitige Aufeinanderwachsen des Halbleiteremitters 2 sowie der Stromregeleinheit 3 zu erleichtern.In 14 is illustrated that different than in 13 the semiconductor emitter 2 as a growth substrate for the flow control unit 3 is designed. It can, as well as in 13 , Not drawn additional buffer layers may be present to the mutual growth of the semiconductor emitter 2 as well as the flow control unit 3 to facilitate.

Insbesondere beim Ausführungsbeispiel der 14 ist auch der Halbleiteremitter 2 dünn gestaltet, etwa als substratlose Diode, deren Halbleiterschichtenfolge von einem Aufwachssubstrat entfernt ist. Damit kann eine effiziente thermische Ankopplung an die Wärmesenke 4 und/oder an die optional ebenso als Wärmesenke gestaltete Stromregeleinheit 3 erzielt werden. Entsprechendes ist in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.In particular, in the embodiment of 14 is also the semiconductor emitter 2 designed thin, such as a substrateless diode whose semiconductor layer sequence is removed from a growth substrate. This can be an efficient thermal coupling to the heat sink 4 and / or to the optionally also designed as a heat sink flow control unit 3 be achieved. The same is possible in all other embodiments.

Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.Unless otherwise indicated, the components shown in the figures preferably each directly follow one another in the order indicated. Layers that are not in contact with the figures are spaced apart from each other. As far as lines are drawn parallel to each other, the corresponding surfaces are also aligned parallel to each other. Also, unless otherwise indicated, the relative positions of the drawn components relative to one another are correctly represented in the figures.

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.The invention described here is not limited by the description based on the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: optoelektronisches Halbleitermoduloptoelectronic semiconductor module
22: HalbleiteremitterSemiconductor emitters
2222: Substratsubstratum
2323: HalbleiterchipSemiconductor chip
33: StromregeleinheitFlow control unit
3131: externer elektrischer Anschlussexternal electrical connection
3232: Speichereinheitstorage unit
44: Wärmesenkeheat sink
41-4441-44: elektrische Kontaktflächeelectrical contact surface
55: Sensorsensor
66: Monitor-FotodiodeMonitor photodiode
DD: Abstand Halbleiteremitter - StromregeleinheitDistance semiconductor emitter - current control unit
Ee: kleinste Kantenlänge des Halbleiteremitterssmallest edge length of the semiconductor emitter
FF: Kantenlänge der StromregeleinheitEdge length of the flow control unit
GG: Diagonalenlänge des HalbleiteremittersDiagonal length of the semiconductor emitter
II: Strom in AElectricity in A
PP: elektrische Leistung in Welectrical power in W
T1T1: erste Temperatur, 25 °Cfirst temperature, 25 ° C
T2T2: zweite Temperatur, -40 °Csecond temperature, -40 ° C
UU: Spannung in VTension in V

Claims

Optoelectronic semiconductor module (1) with - A semiconductor emitter (2) for generating radiation, and - A flow control unit (3), wherein - The semiconductor emitter (2) and the current control unit (3) mechanically fixed and contiguous in the semiconductor module (1) are integrated, and - The semiconductor emitter (2) and the current control unit (3) seen in plan view a distance (D) to each other of at most a mean diagonal length (G) of the semiconductor emitter (2).

Optoelectronic semiconductor module (1) according to the preceding claim, in which the semiconductor emitter (2) and the current control unit (3) are monolithically integrated in a single semiconductor chip (23), wherein the semiconductor emitter (2) is a laser diode, and wherein the semiconductor emitter (2) is adapted to be operated with an average electrical power of at least 0.1W.

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, in which the current regulating unit (3) forms a growth substrate for the semiconductor emitter (2) or vice versa.

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the current control unit (3) comprises or is a Zener diode, which is connected electrically in anti-parallel to the semiconductor emitter (2), wherein a breakdown voltage of the Zener diode is equal to an operating voltage of the semiconductor emitter (2) at a temperature of -20 ° C, with a tolerance of at most 1 V, and / or wherein the breakdown voltage is at most seven times a band gap in an active zone of the Semiconductor emitter (2) is located.

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, in which the current control unit (3) is set up only to limit the current through the semiconductor emitter (2).

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, in which the current regulating unit (3) comprises or is a current regulating diode which is electrically connected in series with the semiconductor emitter (2).

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, in which the current regulating unit (3) comprises a programmable integrated circuit or is a programmable integrated circuit to which the semiconductor emitter (2) is electrically connected.

Optoelectronic semiconductor module (1) according to the preceding claim, wherein the current control unit (3) during operation of the semiconductor module (1) is programmable and an external electrical connection (31) and a memory unit (32).

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, further comprising a heat sink (4) with an average thermal conductivity of at least 120 W / (m · K), on which the current control unit (3) and the semiconductor emitter (2) are mounted together, wherein the heat sink (4) forms the mechanically supporting and stabilizing component of the semiconductor module (1).

Optoelectronic semiconductor module (1) according to the preceding claim, in which the flow control unit (3) is partially or completely integrated in the heat sink (4), wherein an average thickness of the flow control unit (3) is at most 15 microns.

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, in which the current control unit (3) and the semiconductor emitter (2) are arranged stacked partially or completely on top of each other and electrically connected to one another in a flat manner.

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, further comprising at least one sensor (5) for temperature, brightness, air humidity, air pressure, operating time and / or electrical power consumption, wherein the sensor (5) to the semiconductor emitter (2) and / or the current control unit (3) seen in plan view has a distance of at most the average diagonal length of the semiconductor emitter (2).

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, further comprising at least one monitor photodiode (6) for determining a radiation power of the radiation emitted by the semiconductor emitter (2), wherein the monitor photodiode (6) and the current control unit (3) are monolithically integrated in a single chip.

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, in which the current regulating unit (3) and the semiconductor emitter (2) are based on the same semiconductor material system, in particular on the semiconductor material system AlInGaN.

Optoelectronic semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the flow control unit (3) is adapted to limit an operating current through the semiconductor emitter (2) only outside a Kernbetriebstemperaturbereich, so that the flow control unit (3) is ineffective within the Kernbetriebstemperaturbereichs.