DE102023104704A1

DE102023104704A1 - Lichtemittierende vorrichtung und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE102023104704A1
Application number: DE102023104704.3A
Authority: DE
Inventors: Jaiwon Jean; Namsung KIM; Yuri Sohn; Daemyung Chun
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2023-02-27
Publication date: 2023-08-31
Also published as: KR20230128829A; US20230275183A1

Abstract

Es wird eine lichtemittierende Vorrichtung bereitgestellt. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst: eine erste Halbleiterschicht; eine Versetzungssperrschicht auf einer oberen Oberfläche der ersten Halbleiterschicht und mit einer Mehrzahl an darin ausgebildeten Löchern; eine zweite Halbleiterschicht auf der Versetzungssperrschicht; eine dritte Halbleiterschicht auf der zweiten Halbleiterschicht; eine Aktivschicht auf der dritten Halbleiterschicht; und eine vierte Halbleiterschicht auf der Aktivschicht. Es wird eine Mehrzahl an Hohlräumen, welche jeweils mit der Mehrzahl an Löchern entlang einer vertikalen Richtung senkrecht zur oberen Oberfläche der ersten Halbleiterschicht überlappen, zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht bereitgestellt.

Description

QUERVERWEIS ZUR VERWANDTEN ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität hinsichtlich 35 U.S.C. §119 der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2022-0026220 , welche am 28. Februar 2022 beim koreanischen Patentamt eingereicht wurde, deren Offenbarung vollumfänglich durch Bezugnahme hier integriert ist.
HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der lichtemittierenden Vorrichtung, und insbesondere eine lichtemittierende Vorrichtung, welche Hohlräume umfasst, und ein Verfahren zur Herstellung der lichtemittierenden Vorrichtung.
Wenn eine Nitrid-basierte Halbleiterschicht für eine lichtemittierende Vorrichtung gebildet wird, verursacht eine Nichtübereinstimmung einer Gitterkonstante und eines Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einem Substrat und der Nitrid-basierten Halbleiterschicht eine Zunahme der Versetzungs- und/oder Rissdichte in der Nitrid-basierten Halbleiterschicht, was zu einer Verschlechterung der Leistung der lichtemittierenden Vorrichtung führen kann. Daher ist es notwendig, die Versetzung und/oder das Reißen zu blockieren, so dass sich die Versetzung oder der Riss in der unteren Nitrid-basierten Halbleiterschicht nicht auf die obere Nitrid-basierte Halbleiterschicht ausbreitet, was die Leistung der lichtemittierenden Vorrichtung beeinträchtigt.
KURZFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine lichtemittierende Vorrichtung bereit, welche geeignet ist, die Leistung der lichtemittierenden Vorrichtung zu verbessern, indem strukturelle Defekte, einschließlich Versetzung und Reißen, daran gehindert werden, sich auszubreiten.
Gemäß einem Aspekt einer Ausführungsform umfasst eine lichtemittierende Vorrichtung: eine erste Halbleiterschicht; eine Versetzungssperrschicht auf einer oberen Oberfläche der ersten Halbleiterschicht und mit einer Mehrzahl an darin ausgebildeten Löchem, eine zweite Halbleiterschicht auf der Versetzungssperrschicht; eine dritte Halbleiterschicht auf der zweiten Halbleiterschicht; eine Aktivschicht auf der dritten Halbleiterschicht; und eine vierte Halbleiterschicht auf der Aktivschicht. Eine Mehrzahl an Hohlräumen, welche jeweils die Mehrzahl an Löchern entlang einer vertikalen Richtung senkrecht zur oberen Oberfläche der ersten Halbleiterschicht überlappen, ist zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet.
Gemäß einem Aspekt einer Ausführungsform umfasst eine lichtemittierende Vorrichtung: eine Barrierenrippenstruktur mit einer darin ausgebildeten Öffnung; und eine lichtemittierende Struktur auf der Barrierenrippenstruktur. Die lichtemittierende Struktur umfasst eine erste Halbleiterschicht, eine Versetzungssperrschicht, eine zweite Halbleiterschicht, eine dritte Halbleiterschicht, eine Aktivschicht und eine vierte Halbleiterschicht, die nacheinander entlang einer vertikalen Richtung auf der Barrierenrippenstruktur gestapelt sind. Eine Mehrzahl an Aussparungen bzw. Vertiefungen ist in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet. Mindestens ein Hohlraum ist innerhalb mindestens einer von der Mehrzahl an Aussparungen angeordnet.
Gemäß einem Aspekt einer Ausführungsform umfasst eine lichtemittierende Vorrichtung: eine Silizium-Barrierenrippenstruktur mit einer darin ausgebildeten Öffnung; und eine lichtemittierende Struktur auf der Silizium-Barrierenrippenstruktur. Die lichtemittierende Struktur umfasst eine erste Halbleiterschicht, eine Siliziumnitrid-Schicht, eine zweite Halbleiterschicht, eine dritte Halbleiterschicht, eine Aktivschicht und eine vierte Halbleiterschicht, welche nacheinander auf der Silizium-Barrierenrippenstruktur gestapelt sind. Eine Mehrzahl an Aussparungen ist in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet. Mindestens ein Hohlraum ist in mindestens einer von der Mehrzahl an Aussparungen angeordnet.
Gemäß einem Aspekt einer Beispielausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung: Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht mit einer Mehrzahl an darin ausgebildeten Aussparungen auf einem Substrat; Ausbilden einer Versetzungssperrschicht mit einer Mehrzahl an darin ausgebildeten Löchern auf der ersten Halbleiterschicht; Ausbilden eines ersten Abschnitts einer zweiten Halbleiterschicht durch dreidimensionales Aufwachsen bzw. Wachsen der ersten Halbleiterschicht, um eine Mehrzahl an Hohlräumen zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht in der Mehrzahl an Aussparungen zu definieren; Ausbilden eines zweiten Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht durch seitliches Aufwachsen des ersten Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht; Ausbilden eines Rests der zweiten Halbleiterschicht durch Aufwachsen des zweiten Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht; Ausbilden einer dritten Halbleiterschicht auf der zweiten Halbleiterschicht; Ausbilden einer Aktivschicht auf der dritten Halbleiterschicht; und Bilden einer vierten Halbleiterschicht auf der Aktivschicht.
Gemäß einem Aspekt einer Beispielausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung: Ausbilden einer Versetzungssperrschicht mit einer Mehrzahl an Löchern auf einer ersten Halbleiterschicht, welche eine Mehrzahl an darin ausgebildeten Aussparungen aufweist; Ausbilden eines ersten Abschnitts einer zweiten Halbleiterschicht durch dreidimensionales Aufwachsen der ersten Halbleiterschicht, um eine Mehrzahl an Hohlräumen zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht in der Mehrzahl an Aussparungen zu definieren; Ausbilden eines zweiten Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht durch seitliches Wachsen des ersten Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht; Ausbilden eines Rests der zweiten Halbleiterschicht durch Aufwachsen des zweiten Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht; Ausbilden einer dritten Halbleiterschicht auf der zweiten Halbleiterschicht; Ausbilden einer Aktivschicht auf der dritten Halbleiterschicht; Ausbilden einer vierten Halbleiterschicht auf der Aktivschicht; und Entfernen eines Abschnitts der ersten Halbleiterschicht. Mindestens ein Abschnitt von der Mehrzahl an Hohlräumen verbleibt, nachdem der Abschnitt der ersten Halbleiterschicht entfernt worden ist.
Gemäß einem Aspekt einer Beispielausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung: Ausbilden einer Versetzungssperrschicht mit einer Mehrzahl an Löchern auf einer ersten Halbleiterschicht, welche eine Mehrzahl an darin ausgebildeten Aussparungen aufweist; Ausbilden eines ersten Abschnitts einer zweiten Halbleiterschicht durch dreidimensionales Aufwachsen der ersten Halbleiterschicht, um eine Mehrzahl an Hohlräumen zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht in der Mehrzahl an Aussparungen zu definieren; Ausbilden eines zweiten Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht durch seitliches Aufwachsen des ersten Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht; Ausbilden eines Rests der zweiten Halbleiterschicht durch Aufwachsen des zweiten Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht; Ausbilden einer dritten Halbleiterschicht auf der zweiten Halbleiterschicht; Ausbilden einer Aktivschicht auf der dritten Halbleiterschicht; Ausbilden einer vierten Halbleiterschicht auf der Aktivschicht; und Entfernen eines Abschnitts der ersten Halbleiterschicht und mindestens eines Abschnitts von der Mehrzahl an Hohlräumen.
Figurenliste
Die vorstehenden und andere Aspekte und Merkmale werden verständlicher aus der nachstehenden Beschreibung der Beispielausführungsformen, welche zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden, wobei:

1A ist eine Querschnittsansicht, welche einen lichtemittierenden Stapel gemäß einer Ausführungsform darstellt;
1B ist eine Querschnittsansicht, welche einen lichtemittierenden Stapel gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 ist eine Draufsicht, welche eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt;
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs CX1 von 2;
4A ist eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang Linie A1-A1' von 3;
4B ist eine Querschnittsansicht, welche eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt;
4C ist eine Querschnittsansicht, welche eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt;
5A, 5B, 5C, 5D und 5E sind Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Stapels gemäß einer Ausführungsform darstellen;
6A ist ein Rasterelektronenmikroskopie (SEM)-Bild, nach dem Vorgang von 5B in einer Draufsicht;
6B ist ein SEM-Bild nach dem Vorgang von 5c in einer Draufsicht;
6C ist ein SEM-Bild nach dem Vorgang von 5D in einer Draufsicht;
6D ist ein SEM-Bild eines lichtemittierenden Stapels, welcher gemäß einer Ausführungsform hergestellt wurde, in einer Draufsicht;
die 7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F, 7G, 7H, 7I, 7J, 7K, 7L und 7M sind Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Beispielausführungsform darstellen;
8 ist ein Blockdiagramm, welches ein Lichtquellenmodul gemäß einer Ausführungsform darstellt;
9 ist eine Draufsicht, welche ein Lichtquellenmodul gemäß einer Ausführungsform darstellt;
10 ist eine Perspektivansicht, welche eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch darstellt;
11 ist eine Perspektivansicht, welche eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch darstellt;
12 ist eine explodierte Perspektivansicht, welche eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch darstellt;
13 ist eine explodierte Perspektivansicht, welche eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch darstellt;
14 ist eine explodierte Perspektivansicht, welche eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch darstellt;
15 ist ein schematisches Diagramm zur Erklärung eines Netzwerksystems zur Steuerung der Innenbeleuchtung gemäß einer Ausführungsform;
16 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Netzwerksystem gemäß einer Ausführungsform darstellt; und
17 ist eine Querschnittsansicht, welche ein lichtemittierendes Paket gemäß einer Ausführungsform darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend werden hier Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hier beschriebene Ausführungsformen sind Beispielausführungsformen, und somit ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt und kann in verschiedenen anderen Formen realisiert werden. Jede Ausführungsform, welche in der nachstehenden Beschreibung dargestellt ist, schließt nicht aus, dass sie mit einem oder mehreren Merkmalen eines anderen Beispiels oder einer anderen Ausführungsform, welche hier ebenfalls dargestellt ist oder hier nicht dargestellt ist, verbunden ist, aber mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmt. Es ist ersichtlich, dass, wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf, verbunden oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der anderen Schicht sein, oder es können dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt auf“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden. Wie hier verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der aufgeführten Elemente. Ausdrücke wie „mindestens eines von“ ändern, wenn sie einer Liste von Elementen vorangestellt werden, die gesamte Liste von Elementen und ändern nicht die einzelnen Elemente der Liste. Zum Beispiel sollte der Ausdruck „mindestens eines von a, b und c“ verstanden werden, dass er nur a, nur b, nur c, sowohl a als auch b, sowohl a als auch c, sowohl b als auch c, oder alle von a, b und c umfasst. Es ist ebenso ersichtlich, dass selbst wenn ein bestimmter Schritt oder eine bestimmtes Durchführung zur Herstellung einer Vorrichtung oder Struktur später als ein anderer Schritt oder eine andere Durchführung bzw. Operation beschrieben wird, der Schritt oder die Operation später als der andere Schritt oder die andere Operation ausgeführt werden kann, es sei denn, dass der andere Schritt oder die andere Operation als nach dem Schritt oder der Operation ausgeführt beschrieben wird.
1A ist eine Querschnittsansicht, welche einen lichtemittierenden Stapel LS gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Bezugnehmend auf 1A kann der lichtemittierende Stapel LS eine erste Halbleiterschicht 11, eine Versetzungssperrschicht 12, eine zweite Halbleiterschicht 13, eine Mehrzahl von Hohlräumen, wie erste, zweite, und dritte Hohlräume V1, V2, und V3, eine dritte Halbleiterschicht 14, eine Aktivschicht 15 und eine vierte Halbleiterschicht 16 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann der lichtemittierende Stapel LS ferner eine Pufferstruktur BS unter der ersten Halbleiterschicht 11 enthalten.
Die Pufferstruktur BS kann eine Keimbildungsschicht, eine Versetzungsentfernungsstruktur und eine Pufferschicht in einigen Ausführungsformen umfassen. Die Keimbildungsschicht kann eine Schicht zur Bildung von Keimen des Kristallwachstums sein. Die Keimbildungsschicht kann ein Rückschmelzphänomen verhindern, bei welchem Ga, welches in einer anderen Schicht (z.B. einer Versetzungsentfernungsstruktur oder einer Pufferschicht) in der Pufferstruktur BS enthalten ist, mit Si in einem Substrat für das Wachstum der Pufferstruktur BS in Kontakt kommt und reagiert. Die Keimbildungsschicht kann auch beim Benetzen der Versetzungsentfernungsstruktur helfen. In einigen Ausführungsformen kann die Keimbildungsschicht Aluminiumnitrid (AIN) enthalten.
Die Versetzungsentfernungsstruktur kann eine erste Materialschicht auf der Keimbildungsschicht und eine zweite Materialschicht auf der ersten Materialschicht umfassen. Die erste Materialschicht kann B_xAl_yIn_zGa_1-x-y-zN (0 ≤ x < 1, 0 < y < 1, 0 ≤ z < 1, und 0 ≤ x + y + z <1) enthalten. Die zweite Materialschicht kann eine Gitterkonstante aufweisen, die sich von der Gitterkonstante der ersten Materialschicht unterscheidet. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Materialschicht das gleiche Material wie die Keimbildungsschicht enthalten. Zum Beispiel kann die zweite Materialschicht AlN enthalten. Ein Unterschied in der Gitterkonstante zwischen der ersten Materialschicht und der zweiten Materialschicht an der Grenzfläche (d.h. der oberen Oberfläche der ersten Materialschicht) zwischen der ersten Materialschicht und der zweiten Materialschicht kann eine Versetzung oder einen Riss verbiegen oder die Versetzung durch Bildung einer halben Versetzungsschleife verringern.
Außerdem kann die Rauhigkeit der oberen Oberfläche der ersten Materialschicht größer sein als die Rauheit der oberen Oberfläche der Keimbildungsschicht und die Rauhigkeit der oberen Oberfläche der zweiten Materialschicht. Die relativ große Rauhigkeit der Grenzfläche zwischen der ersten Materialschicht und der zweiten Materialschicht (d.h. der oberen Oberfläche der ersten Materialschicht) kann die Versetzungs- und/oder Rissdichte durch Biegen der Versetzungen und Risse verringern.
In einigen Ausführungsformen kann die Gitterkonstante der zweiten Materialschicht kleiner sein als die Gitterkonstante der ersten Materialschicht. Dementsprechend kann sich in der zweiten Materialschicht Zugspannung bilden, welche strukturelle Defekte, wie Versetzungen und Risse, verursachen können. In diesem Fall kann die Zugspannung durch Bilden einer geringeren Dicke der zweiten Materialschicht als die Dicke der Keimbildungsschicht verringert werden, um Versetzungen und Risse zu verhindern.
Die Pufferschicht kann einen Unterschied in einer Gitterkonstante und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einer auf der Pufferstruktur BS gebildeten Schicht (z.B. der ersten Halbleiterschicht 11) und der zweiten Materialschicht ausgleichen. Zum Beispiel kann eine Gitterkonstante der Pufferschicht zwischen einer Gitterkonstanten der ersten Halbleiterschicht 11 und einer Gitterkonstanten der zweiten Materialschicht sein. Außerdem kann ein Wärmeausdehnungskoeffizient der Pufferschicht zwischen einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der ersten Halbleiterschicht 11 und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der zweiten Materialschicht sein. In einigen Ausführungsformen kann die Pufferschicht dasselbe Material wie die erste Materialschicht umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Pufferschicht B_xAl_yIn_zGa_1-x-y-zN (0 ≤ x < 1, 0 < y < 1, 0 ≤ z < 1, und 0 ≤ x + y + z < 1) umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann mindestens eine aus der Keimbildungsschicht, der erste Materialschicht, der zweite Materialschicht und der Pufferschicht, mit Si dotiert sein. Si-Dotierung kann Risse durch Verringerung von Zugspannung oder durch Bilden von Druckspannung verhindern. Zum Beispiel kann die Si-Dotierungskonzentration ungefähr 0 bis ungefähr 10¹⁹ cm^-3 oder weniger sein.
Die erste Halbleiterschicht 11 kann auf der Pufferstruktur BS angeordnet sein. Die erste Halbleiterschicht 11 kann Al_xIn_yGa_1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, und 0 ≤ x + y≤ 1) enthalten. Die erste Halbleiterschicht 11 kann undotiert oder kaum dotiert sein. Zum Beispiel kann die erste Halbleiterschicht 11 GaN enthalten.
Die Versetzungssperrschicht 12 kann auf der ersten Halbleiterschicht 11 angeordnet sein. Die Versetzungssperrschicht 12 kann SiN, TiO₂, SiO₂ oder eine Kombination derselben enthalten. Die Versetzungssperrschicht 12 kann verhindern, dass sich eine Versetzung dL oder ein Riss in der ersten Halbleiterschicht 11 auf die zweite Halbleiterschicht 13 ausbreitet. Die Versetzungssperrschicht 12 kann eine Mehrzahl an Löchern enthalten, zum Beispiel die ersten bis vierten Löcher H1 bis H4. In einer Draufsicht (d.h. in der Z-Richtung betrachtet) können die maximalen Abmessungen F1 bis F4 der Mehrzahl an Löchem, zum Beispiel der ersten bis vierten Löcher H1 bis H4, jeweils ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm sein. In einer Draufsicht (d.h. in der Z-Richtung betrachtet) kann die Dichte der Mehrzahl an Löchern ungefähr 10³/cm² bis 10¹⁰/cm² sein. Der Abstand zwischen der Mehrzahl an Löchern in der Versetzungssperrschicht 12, zum Beispiel den ersten bis vierten Löchern H1 bis H4, kann nicht konstant sein. Die Mehrzahl an Löchern, zum Beispiel die ersten bis vierten Löcher H1 bis H4, können zumindest teilweise durch die zweite Halbleiterschicht 13 gefüllt sein. Eine Dicke T der Versetzungssperrschicht 12 kann ungefähr 1,5 µm bis ungefähr 3,5 µm sein. Wenn die Dicke T der Versetzungssperrschicht 12 weniger als ungefähr 1,5 µm ist, kann sie einen elektrischen Ausfall verursachen, und wenn die Dicke T der Versetzungssperrschicht 12 größer als ungefähr 3,5 µm ist, können sich die optischen Eigenschaften des lichtemittierenden Stapels LS verschlechtem.
Die zweite Halbleiterschicht 13 kann auf der ersten Halbleiterschicht 11 angeordnet sein. Die zweite Halbleiterschicht 13 kann Al_xIn_yGa_1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1, und 0 ≤ x + y ≤ 1) enthalten. Die zweite Halbleiterschicht 13 kann undotiert oder kaum dotiert sein. Zum Beispiel kann die zweite Halbleiterschicht 13 GaN enthalten.
Die Mehrzahl an Hohlräumen, zum Beispiel die ersten bis dritten Hohlräume V1 bis V3, können sich zwischen der ersten Halbleiterschicht 11 und der zweiten Halbleiterschicht 13 befinden. Die Mehrzahl an Hohlräumen, zum Beispiel der erste bis dritte Hohlraum V1 bis V3, können jeweils die Mehrzahl an Löchern, zum Beispiel das erste bis dritte Loch H1 bis H3, in einer Draufsicht (d.h. entlang der Z-Richtung) überlappen. Die Mehrzahl an Hohlräumen, zum Beispiel der erste bis dritte Hohlraum V1 bis V3, können die Ausbreitung einer Versetzung oder eines Risses blockieren. Das heißt, die Mehrzahl an Hohlräumen, zum Beispiel die ersten bis dritten Hohlräume V1 bis V3, können verhindern, dass sich Versetzungen und Risse in der ersten Halbleiterschicht 11 in die zweite Halbleiterschicht 13 ausbreiten. In einigen Ausführungsformen, wie in 1A gezeigt, kann ein Querschnitt jedes der Mehrzahl an Hohlräumen, zum Beispiel des ersten bis dritten Hohlraums V1 bis V3, ein umgekehrtes Dreieck sein.
In einigen Ausführungsformen kann ein Abstand zwischen der oberen Oberfläche S1 des ersten Hohlraums V1 und der unteren Fläche 11 S der ersten Halbleiterschicht 11 geringer sein als die Dicke T11 der ersten Halbleiterschicht 11. Ähnlich kann ein Abstand zwischen der oberen Oberfläche S3 des dritten Hohlraums V3 und der unteren Oberfläche 11S der ersten Halbleiterschicht 11 geringer sein als die Dicke T11 der ersten Halbleiterschicht 11. Die Ausführungsformen sind jedoch nicht darauf beschränkt, und zum Beispiel kann ein Abstand zwischen der oberen Oberfläche S2 des zweiten Hohlraums V2 und der unteren Oberfläche 11S der ersten Halbleiterschicht 11 gleich der Dicke T11 der ersten Halbleiterschicht 11 sein. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen der oberen Oberfläche S2 des zweiten Hohlraums V2 und der unteren Oberfläche 11S der ersten Halbleiterschicht 11 von dem Abstand zwischen der oberen Oberfläche S1 des ersten Hohlraums V1 und der unteren Oberfläche 11 S der ersten Halbleiterschicht 11 abweichen. Das heißt, die obere Oberfläche S2 des zweiten Hohlraums V2 kann auf einem anderen Niveau sein als die obere Oberfläche des ersten Hohlraums V1 in vertikaler Richtung (Z-Richtung). Ein Abstand zwischen dem unteren Ende des ersten Hohlraums V1 und der unteren Oberfläche 11 S der ersten Halbleiterschicht 11 kann jedoch der gleiche sein wie ein Abstand zwischen einem unteren Ende des zweiten Hohlraums V2 und der unteren Oberfläche 11 S der ersten Halbleiterschicht 11. Das heißt, das untere Ende des ersten Hohlraums V1 und das untere Ende des zweiten Hohlraums V2 können auf demselben Niveau in vertikaler Richtung (Z-Richtung) sein. In einer Draufsicht (d.h. in Z-Richtung betrachtet) kann ein Abstand zwischen der Mehrzahl an Hohlräumen, zum Beispiel dem ersten bis dritten Hohlraum V1 bis V3, nicht konstant sein. Zum Beispiel kann sich ein Abstand D12 zwischen dem ersten Hohlraum V1 und dem zweiten Hohlraum V2 von einem Abstand D23 zwischen dem zweiten Hohlraum V2 und dem dritten Hohlraum V3 unterscheiden.
In einigen Ausführungsformen können die maximalen Abmessungen der Mehrzahl an Hohlräumen, zum Beispiel D1 bis D3, welche jeweils dem ersten bis dritten Hohlraum V1 bis V3 entsprechen, in einer Draufsicht (d.h. in Z-Richtung betrachtet) jeweils ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm sein. Wenn die maximalen Abmessungen, in Z-Richtung betrachtet, weniger als 10 nm sind, kann die Mehrzahl an Hohlräumen nicht fähig sein, Versetzungen und Risse zu blockieren. Es kann schwierig sein, Hohlräume herzustellen, welche, in Z-Richtung betrachtet, größer als ungefähr 500 nm sind.
In einigen Ausführungsformen kann eine Abmessung jedes von der Mehrzahl an Hohlräumen, zum Beispiel des ersten bis dritten Hohlraums V1 bis V3, in der vertikalen Richtung (Z-Richtung) ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm sein. Wenn die Abmessung in der vertikalen Richtung (Z-Richtung) weniger als ungefähr 10 nm ist, kann es sein, dass die Mehrzahl an Hohlräumen nicht fähig ist, Versetzungen und Risse zu blockieren. Es kann schwierig sein, große Hohlräume mit der Abmessung in vertikaler Richtung (Z-Richtung), welche mehr als ungefähr 500 nm ist, herzustellen.
In einigen Ausführungsformen kann die Dichte der Mehrzahl an Hohlräumen in einer Draufsicht (d.h. in Z-Richtung betrachtet) zwischen ungefähr 10³/cm² und ungefähr 10¹⁰/cm² liegen. Wenn die Dichte der Mehrzahl an Hohlräumen in einer Draufsicht (d.h. in Z-Richtung gesehen) weniger als ungefähr 10³/cm² ist, kann es sein, dass die Mehrzahl an Hohlräumen nicht fähig ist, die Ausbreitung von Versetzungen und Rissen ausreichend zu blockieren. Wenn die Dichte der Mehrzahl an Hohlräumen größer als ungefähr 10¹⁰/cm² ist, können sich die optischen Eigenschaften des lichtemittierenden Stapels LS verschlechtern. In einigen Ausführungsformen kann eine Dichte der Mehrzahl an Hohlräumen geringer sein als eine Dichte der Mehrzahl an Löchern. Einige Löcher, wie das vierte Loch H4 der Versetzungssperrschicht 12, können keinen Hohlraum aufweisen, welcher das Loch überlappt. Deshalb kann die Anzahl an Hohlräumen geringer sein als die Anzahl an Löcher.
Die erste Halbleiterschicht 11 kann eine Mehrzahl an Aussparungen in der ersten Halbleiterschicht 11 von der oberen Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 11, zum Beispiel die erste bis vierte Aussparung R1 bis R4, enthalten. Ein Querschnitt jeder der Mehrzahl an Aussparungen, z.B. der ersten bis vierten Aussparung R1 bis R4, kann ein umgekehrtes Dreieck sein. Eine Mehrzahl an Aussparungen kann jeweils, zum Beispiel die erste bis vierte Aussparung R1 bis R4, mit der Mehrzahl an Löchern der Versetzungssperrschicht 12, zum Beispiel den ersten bis vierten Löchern H1 bis H4, in einer Draufsicht (d.h. in Z-Richtung betrachtet) überlappen. Die zweite Halbleiterschicht 13 kann sich durch die Mehrzahl an Löchern erstrecken und die Mehrzahl an Aussparungen teilweise ausfüllen. Zum Beispiel kann die zweite Halbleiterschicht 13 die erste Aussparung R1 teilweise ausfüllen, und der erste Hohlraum V1 kann in dem verbleibenden Abschnitt der ersten Aussparung R1 angeordnet sein, zum Beispiel in einem unteren Abschnitt der ersten Aussparung R1. Die zweite Halbleiterschicht 13 kann die zweite Aussparung R2 teilweise ausfüllen, und der zweite Hohlraum V2 kann in der zweiten Aussparung R2 angeordnet sein. Die zweite Halbleiterschicht 13 kann die dritte Aussparung R3 teilweise ausfüllen, und der dritte Hohlraum V3 kann in dem verbleibenden Abschnitt der dritten Aussparung R3, zum Beispiel einem unteren Abschnitt der dritten Aussparung R3, angeordnet sein. Die zweite Halbleiterschicht 13 kann die vierte Aussparung R4 vollständig ausfüllen. Deshalb kann der Hohlraum in der vierten Aussparung R4 nicht angeordnet sein.
Die dritte Halbleiterschicht 14 kann auf der zweiten Halbleiterschicht 13 angeordnet sein, die Aktivschicht 15 kann auf der dritten Halbleiterschicht 14 angeordnet sein, und die vierte Halbleiterschicht 16 kann sich auf der Aktivschicht 15 angeordnet sein. Die dritte Halbleiterschicht 14 und die vierte Halbleiterschicht 16 können Al_xIn_yGa_1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y < 1, und 0 ≤ x + y ≤ 1) enthalten. Die dritte Halbleiterschicht 14 und die vierte Halbleiterschicht 16 können jeweils mit Verunreinigungen vom n-Typ und p-Typ dotiert sein. In anderen Ausführungsformen können die dritte Halbleiterschicht 14 und die vierte Halbleiterschicht 16 jeweils mit Verunreinigungen vom p-Typ und n-Typ dotiert sein. Die Verunreinigung vom n-Typ kann zum Beispiel Si, Ge, Se, Te, oder eine Kombination derselben enthalten. Die Verunreinigung vom p-Typ kann zum Beispiel Mg, Zn, Be, Cd, Ba, Ca, oder eine Kombination derselben enthalten. Zum Beispiel kann die dritte Halbleiterschicht 14 n-Typ dotiertes GaN enthalten, und die vierte Halbleiterschicht 16 kann p-Typ dotiertes GaN enthalten.
Die Aktivschicht 15 kann durch Rekombination von Elektronen und Löchern Licht emittieren. In einigen Ausführungsformen kann die Aktivschicht 15 eine Schicht aus einem einzigen Material, wie InGaN, sein. In anderen Ausführungsformen kann die Aktivschicht 15 eine Einfach-Quantentopf (SQW)- oder eine Mehrfach-Quantentopf (MQW)-Struktur aufweisen, in welcher Quantenbarriereschichten und Quantentopfschichten abwechselnd miteinander gestapelt sind. Zum Beispiel kann die Aktivschicht 15 eine Quantentopfstruktur, welche eine GaN/InGaN-Kombination, eine AlGaN/InGaN-Kombination oder eine InAlGaN/InGaN-Kombination umfasst, aufweisen.
Der lichtemittierende Stapel LS kann auf einem Substrat gebildet werden bzw. ausgebildet sein. Das Substrat kann entfernt werden, nachdem der lichtemittierende Stapel LS gebildet ist. In anderen Ausführungsformen kann das Substrat in der lichtemittierenden Vorrichtung enthalten sein, indem es nicht entfernt wird. In anderen Ausführungsformen, wie in 4A gezeigt, kann ein Abschnitt des Substrats entfernt werden und ein anderer Abschnitt des Substrats kann in der lichtemittierenden Vorrichtung 100 als Barrierenrippenstruktur 160 verbleiben. In einigen Ausführungsformen kann die Pufferstruktur BS entfernt werden, nachdem der lichtemittierende Stapel LS gebildet wurde. In anderen Ausführungsformen kann ein Abschnitt der Pufferstruktur BS entfernt werden und der andere Abschnitt der Pufferstruktur BS kann in dem lichtemittierenden Stapel LS verbleiben.
1B ist eine Querschnittsansicht, welche einen lichtemittierenden Stapel LS-1 gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Bezugnehmend auf 1B kann sich die Versetzungssperrschicht 12 weiter auf den Innenseiten der Mehrzahl an Aussparungen R1 bis R4 erstrecken. Die Mehrzahl an Hohlräumen V1 bis V3 kann zwischen der Versetzungssperrschicht 12 und der zweiten Halbleiterschicht 13 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann die Dicke T2 des Abschnitts der Versetzungssperrschicht 12 an den Innenseiten der Mehrzahl an Aussparungen R1 bis R4 geringer sein als die Dicke T1 eines Abschnitts der Versetzungssperrschicht 12 auf der oberen Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 11.
2 ist eine Draufsicht, welche eine lichtemittierende Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform darstellt. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs CX1 von 2. 4A ist eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie A1-A1' von 3.
Bezugnehmend auf die 2, 3 und 4A kann die lichtemittierende Vorrichtung 100 einen Pixelbereich PXR und einen den Pixelbereich PXR umgebenden Pad-Bereich PDR umfassen. In dem Pixelbereich PXR können M Pixel PX11, PX12, ..., PX1M entlang der X-Achse und N Pixel PX11, PX21, ..., PXN1 entlang der Y-Achse angeordnet sein. Wie in 2 gezeigt, können insgesamt 32 Pixel PX, einschließlich 8 Pixel PX entlang der X-Achse und 4 Pixel PX entlang der Y-Achse, in einer Array angeordnet werden, aber die Anzahl der entlang der X-Achse angeordneten Pixel PX, die Anzahl der entlang der Y-Achse angeordneten Pixel PX und die Gesamtzahl der Pixel PX können geändert werden. Obwohl jedes Pixel PX in 2 als gleich groß dargestellt ist, müssen in einigen Ausführungsformen nicht alle Pixel PX die gleiche Größe aufweisen. Zum Beispiel kann bei einigen Pixeln PX die Länge L2 des Pixels PX in Y-Richtung größer sein als die Länge L1 des Pixels PX in X-Richtung, und bei den übrigen Pixeln PX kann die Länge L1 des Pixels PX in X-Richtung gleich der Länge L2 des Pixels PX in Y-Richtung sein. Zum Beispiel kann in einigen Pixeln PX das Verhältnis der Länge L2 in Y-Richtung zur Länge L1 in X-Richtung des Pixels PX ungefähr 1,5:1 bis ungefähr 4,5:1 sein.
Wie in 2 dargestellt, kann die lichtemittierende Vorrichtung 100 in einer Draufsicht (d.h. in Z-Richtung betrachtet) eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen. Die Länge der ersten Seite des Rechtecks, d.h. die Breite LX in der X-Richtung der lichtemittierenden Vorrichtung 100 kann größer sein als die Länge der zweiten Seite des Rechtecks, d.h. die Breite LY in der Y-Richtung der lichtemittierenden Vorrichtung 100. Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Breite LX der lichtemittierenden Vorrichtung 100 in X-Richtung etwa das 1,1-fache der Breite LY in Y-Richtung sein, oder größer als das 1,1-fache der Breite LY der lichtemittierenden Vorrichtung 100 in Y-Richtung sein. Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Länge LX der lichtemittierenden Vorrichtung 100 in X-Richtung etwa das 100-fache der Länge LY in Y-Richtung oder weniger als das 100-fache der Länge LY in Y-Richtung der lichtemittierenden Vorrichtung 100 sein. Gemäß Ausführungsbeispielen kann eine Dicke (d.h. eine Länge in Z-Richtung) der lichtemittierenden Vorrichtung 100 einige zehn bis einige hundert µm sein. Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Dicke der lichtemittierenden Vorrichtung 100 weniger als oder gleich etwa 1/10 der Breite LX der lichtemittierenden Vorrichtung 100 in X-Richtung sein. Die lichtemittierende Vorrichtung 100 mit den vorstehend beschriebenen Abmessungen kann Abmessungen aufweisen, in welchen der Widerstand gegenüber physikalischen Belastungen optimiert und Verzug der lichtemittierenden Vorrichtung 100 minimiert ist.
Eine Mehrzahl an lichtemittierenden Strukturen 120U kann jeweils auf der Mehrzahl an Pixeln PX angeordnet werden, um eine Array von lichtemittierenden Strukturen 120U zu bilden. Eine Barrierenrippenstruktur 160 kann zwischen den lichtemittierenden Strukturen 120U angeordnet sein und jede der lichtemittierenden Strukturen 120U umgeben. In dem Pad-Bereich PDR kann der lichtemittierende Stapel LS die Mehrzahl an lichtemittierenden Strukturen 120U umgeben.
Die Mehrzahl an lichtemittierenden Strukturen 120U kann durch eine Isolationsöffnung IAH voneinander getrennt sein. In einem Beispielprozess kann eine Mehrzahl an lichtemittierenden Strukturen 120U im Pixelbereich PXR aus dem lichtemittierenden Stapel LS gebildet werden, indem ein Abschnitt des lichtemittierenden Stapels LS entfernt wird, um die Isolationsöffnung IAH zu bilden. Außerdem kann ein Abschnitt des lichtemittierenden Stapels LS im Pad-Bereich PDR verbleiben und den Umfang des Pixelbereichs PXR in einer Draufsicht umgeben. Der lichtemittierende Stapel LS kann der mit Bezug zu 1A oder 1B beschriebene lichtemittierende Stapel LS sein. Wie in 4A gezeigt, kann zum Beispiel der lichtemittierende Stapel LS eine Pufferstruktur BS, eine erste Halbleiterschicht 11, eine Versetzungssperrschicht 12, eine zweite Halbleiterschicht 13, eine dritte Halbleiterschicht 14, eine Aktivschicht 15, eine vierte Halbleiterschicht 16 und eine Mehrzahl an Hohlräumen V enthalten. In 4A kann die obere Oberfläche der Pufferstruktur BS der lichtemittierenden Struktur 120U als eine erste Oberfläche 120F1 der lichtemittierenden Struktur 120U bezeichnet werden, und die untere Oberfläche der vierten Halbleiterschicht 16 der lichtemittierenden Struktur 120U kann als eine zweite Oberfläche 120F2 der lichtemittierenden Struktur 120U bezeichnet werden.
Eine erste Elektrode 142A, eine zweite Elektrode 142B, eine erste Isolierschicht 132, eine erste Anschlusselektrode 144A, und eine zweite Anschlusselektrode 144B können ferner auf der lichtemittierenden Struktur 120U angeordnet sein. Die erste Elektrode 142A kann in einer Elektrodenöffnung E angeordnet sein, welche durch die Aktivschicht 15 und die vierte Halbleiterschicht 16 dringt, und kann mit der dritten Halbleiterschicht 14 in Kontakt kommen. Die zweite Elektrode 142B kann auf der unteren Oberfläche der vierten Halbleiterschicht 16 (d.h. der zweiten Oberfläche 120F2 der lichtemittierenden Struktur 120U) angeordnet sein. Die erste Elektrode 142A und die zweite Elektrode 142B können jeweils ein Metallmaterial mit hohem Reflexionsvermögen enthalten. Zum Beispiel können die erste Elektrode 142A und die zweite Elektrode 142B jeweils Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Ti, Pt, Pd, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, oder eine Kombination derselben enthalten.
Die erste Isolierschicht 132 kann die Innenwand der Elektrodenöffnung E bedecken und die erste Elektrode 142A von der Aktivschicht 15 und der vierten Halbleiterschicht 16 elektrisch isolieren. Die erste Isolierschicht 132 kann auch ferner zwischen der ersten Elektrode 142A und der zweiten Elektrode 142B auf der unteren Oberfläche der vierten Halbleiterschicht 16 (d.h. der zweiten Oberfläche 120F2 der lichtemittierenden Struktur 120U) angeordnet sein und kann die erste Elektrode 142A von der zweiten Elektrode 142B elektrisch isolieren. In einigen Ausführungsformen kann sich die erste Isolierschicht 132 ferner auf der Seitenfläche der lichtemittierenden Struktur 120U und der unteren Oberfläche der Barrierenrippenstruktur 160 erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann sich die obere Oberfläche der ersten Isolierschicht 132 auf demselben vertikalen Niveau LV1 befinden wie die erste Oberfläche 120F1 der lichtemittierenden Struktur 120U. Die erste Isolierschicht 132 kann ein isolierendes Material, welches Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder eine Kombination derselben umfasst, enthalten.
Die erste Anschlusselektrode 144A kann auf der ersten Elektrode 142A und der ersten Isolierschicht 132 angeordnet sein, und die zweite Anschlusselektrode 144B kann auf der zweiten Elektrode 142B und der ersten Isolierschicht 132 angeordnet sein. Die erste Anschlusselektrode 144A und die zweite Anschlusselektrode 144B können jeweils Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Ti, Pt, Pd, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, oder eine Kombination derselben enthalten.
Die zweite Isolierschicht 134 kann auf der ersten Isolierschicht 132 angeordnet werden. Außerdem kann die zweite Isolierschicht 134 die erste Anschlusselektrode 144A und die zweite Anschlusselektrode 144B konform abdecken. Die zweite Isolierschicht 134 kann Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder eine Kombination derselben enthalten.
Eine durch den lichtemittierenden Stapel LS verlaufende Pad-Öffnung PH kann im Pad-Bereich PDR angeordnet sein. Ein erstes Pad 148A kann in der Pad-Öffnung PH angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann die obere Oberfläche des ersten Pads 148A in der gleichen Ebene wie die erste Oberfläche 120F1 der lichtemittierenden Struktur 120U angeordnet sein. Das erste Pad 148A und das zweite Pad 148B können jeweils Ag, Al, Ni, Cr, Cu, Au, Ti, Pt, Pd, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, oder eine Kombination derselben enthalten. Ein Verbindungselement, wie ein Bonddraht zur elektrischen Verbindung mit einem Halbleiter-Treiberchip, kann auf dem ersten Pad 148A und dem zweiten Pad 148B angeordnet sein. Obwohl das erste Pad 148A und das zweite Pad 148B in der Draufsicht von 3 quadratisch gezeigt sind, sind die Formen des ersten Pads 148A und des zweiten Pads 148B nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Länge in der Y-Richtung des ersten Pads 148A und des zweiten Pads 148B größer sein als die Länge in der X-Richtung des ersten Pads 148A und des zweiten Pads 148B. Zum Beispiel kann jedes von dem ersten Pad 148A und dem zweiten Pad 148B einen ersten Abschnitt umfassen, an welchem ein Draht zur Verbindung mit einem Treiberchip angebracht ist, und einen zweiten Abschnitt, mit welchem eine Sonde zur Messung elektrischer Eigenschaften in Kontakt ist, und der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt können unterschiedliche Formen aufweisen. Zum Beispiel kann die Breite des ersten Abschnitts kleiner oder größer als die Breite des zweiten Abschnitts sein.
Ein erstes Verdrahtungsmuster 146A kann die erste Anschlusselektrode 144A mit dem ersten Pad 148A verbinden. Das erste Verdrahtungsmuster 146A kann auf der zweiten Isolierschicht 134 angeordnet sein und kann mit der ersten Anschlusselektrode 144A in Kontakt stehen. Ein zweites Verdrahtungsmuster 146B kann die zweite Anschlusselektrode 144B mit dem zweiten Pad 148B verbinden. Auch das zweite Verdrahtungsmuster 146B kann auf der zweiten Isolierschicht 134 angeordnet sein und mit der zweiten Anschlusselektrode 144B in Kontakt sein. In einigen Ausführungsformen können die erste Anschlusselektrode 144A und die zweite Anschlusselektrode 144B weggelassen werden, und das erste Verdrahtungsmuster 146A und das zweite Verdrahtungsmuster 146B können jeweils mit der ersten Elektrode 142A und mit der zweiten Elektrode 142B direkt in Kontakt sein.
In einigen Ausführungsformen kann ein drittes Verdrahtungsmuster, welches zwischen benachbarten lichtemittierenden Strukturen 120U verbindet, weiter angeordnet werden. Das dritte Verdrahtungsmuster kann die zweite Elektrode 142B (oder die zweite Anschlusselektrode 144B) einer Licht emittierenden Struktur 120U mit der ersten Elektrode 142A (oder der ersten Anschlusselektrode 144A) der benachbarten Licht emittierenden Struktur 120U verbinden, kann die erste Elektrode 142A (oder die erste Anschlusselektrode 144A) einer lichtemittierenden Struktur 120U mit der ersten Elektrode 142A (oder der ersten Anschlusselektrode 144A) der benachbarten lichtemittierenden Struktur 120U verbinden, oder kann die zweite Elektrode 142B (oder die zweite Anschlusselektrode 144B) einer lichtemittierenden Struktur 120U mit der zweiten Elektrode 142B (oder der zweiten Anschlusselektrode 144B) der benachbarten lichtemittierenden Struktur 120U verbinden. Das dritte Verdrahtungsmuster kann auf der zweiten Isolierschicht 134 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann ferner eine dritte Isolierschicht auf dem ersten Verdrahtungsmuster 146A angeordnet sein, und das dritte Verdrahtungsmuster kann auf der dritten Isolierschicht angeordnet sein.
Eine vergrabene Isolierschicht 136 kann auf der zweiten Isolierschicht 134, dem ersten Verdrahtungsmuster 146A und dem zweiten Verdrahtungsmuster 146B angeordnet werden. Die vergrabene Isolierschicht 136 kann die Isolationsöffnung IAH zwischen den lichtemittierenden Strukturen 120U ausfüllen und kann eine flache untere Oberfläche aufweisen. Eine erste Isolierschicht 132 und eine zweite Isolierschicht 134 können jeweils zwischen der vergrabenen Isolierschicht 136 und der Barrierenrippenstruktur 160 und zwischen der vergrabenen Isolierschicht 136 und der lichtemittierenden Struktur 120U angeordnet sein. Die vergrabene Isolierschicht 136 kann Silikonharz, Epoxidharz oder Acrylharz enthalten.
Ein Trägersubstrat 154 kann ferner auf der unteren Oberfläche der vergrabenen Isolierschicht 136 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann das Trägersubstrat 154 einen hohen elektrischen Widerstand aufweisen, was eine elektrische Verbindung zwischen einer Leiterplatte unter dem Trägersubstrat 154 und der lichtemittierenden Struktur 120U verhindern kann. Zum Beispiel kann das Trägersubstrat 154 ein Si-Substrat und eine Isolierschicht umfassen, welche mindestens auf einer von der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche des Si-Substrats ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Trägersubstrat 154 ein undotiertes oder leicht dotiertes Si-Substrat sein, welches einen hohen elektrischen Widerstand aufweist. Die untere Oberfläche der vergrabenen Isolierschicht 136 kann durch eine Klebeschicht 152 an dem Trägersubstrat 154 befestigt werden. Die Klebeschicht 152 kann zum Beispiel ein isolierendes Material wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, ein Polymermaterial, oder Harz enthalten. In einigen Ausführungsformen können die Klebeschicht 152 und die vergrabene Isolierschicht 136 aus demselben Material bestehen, und die Grenze bzw. Grenzfläche zwischen der Klebeschicht 152 und der vergrabenen Isolierschicht 136 kann mit bloßem Auge nicht erkennbar sein. In anderen Ausführungsformen kann die Klebeschicht 152 ein eutektisches Klebematerial, wie AuSn oder NiSi, enthalten.
Das Trägersubstrat 154 kann ein isolierendes Substrat oder ein leitfähiges Substrat sein. In Ausführungsbeispielen kann das Trägersubstrat 154 einen elektrischen Widerstand von mindestens einigen MΩ aufweisen, zum Beispiel einen elektrischen Widerstand von mindestens 50 MΩ. Je höher der elektrische Widerstand des Trägersubstrats 154 ist, desto besser kann die elektrische Isolierung des Trägersubstrats 154 sein. Zum Beispiel kann das Trägersubstrat 154 dotiertes Silizium, undotiertes Saphirsubstrat, Glassubstrat, transparentes leitfähiges Substrat, Silizium-Substrat, Siliziumcarbid-Substrat, Al₂O₃, Wolfram (W), Kupfer (Cu), Bismaleimidtriazin (BT)-Harz, Epoxidharz, Polyimid, Flüssigkristallpolymer, kupferkaschiertes Laminat, oder eine Kombination derselben umfassen.
In Ausführungsbeispielen kann das Trägersubstrat 154 eine Dicke von mindestens 150 µm in der vertikalen Richtung (Z-Richtung) aufweisen und kann in einem Bereich von zum Beispiel ungefähr 200 µm bis ungefähr 400 µm sein. Wenn die Dicke des Trägersubstrats 154 zu gering ist, zum Beispiel weniger als 150 µm, kann sich das Trägersubstrat verziehen und die Lichtemissionseigenschaften der lichtemittierenden Vorrichtung 100 können nachteilig beeinflusst werden. Wenn die Dicke des Trägersubstrats 154 zu groß ist, zum Beispiel größer als 400 µm, kann die durch das Trägersubstrat 154 induzierte Spannung eine Verformung der Komponenten in der Nähe des Trägersubstrats verursachen.
Die Barrierenrippenstruktur 160 kann auf der ersten Oberfläche 120F1 der Mehrzahl an lichtemittierenden Strukturen 120U angeordnet sein. Bei intelligenten Beleuchtungssystemen, wie Fahrzeugscheinwerfern, kann die Mehrzahl an Pixeln PX in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 individuell gesteuert werden, um verschiedene Beleuchtungsmodi, abhängig von den Umgebungsbedingungen, zu implementieren. In diesem Fall kann die Barrierenrippenstruktur 160 verhindern, dass das von einem Pixel PX emittierte Licht in ein benachbartes Pixel PX eindringt, und somit sich die Kontrasteigenschaften der lichtemittierenden Vorrichtung 100 verbessern können.
Die Barrierenrippenstruktur 160 kann auf der vergrabenen Isolierschicht 136 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann sich eine erste Isolierschicht 132 und/oder eine zweite Isolierschicht 134 ferner zwischen der Barrierenrippenstruktur 160 und der vergrabenen Isolierschicht 136 erstrecken. Die Barrierenrippenstruktur 160 kann zum Beispiel ein Si-Substrat, ein SiC-Substrat, ein Saphir-Substrat oder ein GaN-Substrat umfassen. In einem Beispielprozess kann die Barrierenrippenstruktur 160 zum Beispiel durch Bilden einer Mehrzahl an lichtemittierenden Strukturen 120U auf einem Substrat und anschließendes Bilden einer Mehrzahl an Öffnungen 1600P in dem Substrat gebildet werden. In diesem Fall kann die Barrierenrippenstruktur 160 ein Abschnitt bzw. Teil eines Substrats zur Bildung des lichtemittierenden Stapels LS sein.
Die Barrierenrippenstruktur 160 kann eine Mehrzahl an Öffnungen 160OP aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Öffnung 160OP der Barrierenrippenstruktur 160 in einer Draufsicht (d.h. in Z-Richtung betrachtet) runde Ecken RC aufweisen (siehe 3), um das Auftreten und die Ausbreitung von Rissen zu verhindern. Außerdem kann die Barrierenrippenstruktur 160 in einer Draufsicht (d.h. in Z-Richtung betrachtet) einen peripheren Teil der lichtemittierenden Struktur 120U überlappen.
In einigen Ausführungsformen kann die Pufferstruktur BS unterhalb der Barrierenrippenstruktur 160 angeordnet sein. Die lichtemittierende Struktur 120U kann einen Graben T aufweisen, welcher die Pufferstruktur BS durchdringt und die erste Halbleiterschicht 11 freilegt. Der Graben T kann die Öffnung 160OP der Barrierenrippenstruktur 160 überlappen. In einigen Ausführungsformen kann eine erste Oberfläche 11F1 der ersten Halbleiterschicht 11, welche durch den Graben T freigelegt ist, relativ rau sein, um die Lichtextraktion zu verbessern. Der Graben T darf die Lücke V im Licht emittierenden Stapel LS nicht erreichen.
In einigen Ausführungsformen kann eine reflektierende Schicht 172 auf einer Seitenfläche der Barrierenrippenstruktur 160 angeordnet sein. Die reflektierende Schicht 172 kann das von der lichtemittierenden Struktur 120U emittierte Licht reflektieren. Die reflektierende Schicht 172 kann ein Metall, zum Beispiel Ag, Al, Ni, Cr, Au, Pt, Pd, Sn, W, Rh, Ir, Ru, Mg, Zn, oder Kombinationen derselben, enthalten. In anderen Ausführungsformen kann die reflektierende Schicht 172 zum Beispiel ein Harz, wie Polyphthalamid (PPA), enthaltend Titanoxid oder Aluminiumoxid-Metalloxid, umfassen. In anderen Ausführungsformen kann die reflektierende Schicht 172 eine verteilte Bragg-Reflexionsschicht sein. Zum Beispiel kann die verteilte Bragg-Reflexionsschicht eine Struktur aufweisen, bei welcher eine Mehrzahl an Isolierschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes mehrere hundert Mal wiederholt angeordnet sind. Die in der verteilten Bragg-Reflexionsschicht enthaltene Isolierschicht kann zum Beispiel Oxide wie SiO₂, SiN, SiO_xN_y, TiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃, TiN, AlN, ZrO₂, TiAlN, TiSiN, Nitride, und Kombinationen derselben umfassen.
Eine fluoreszierende Schicht 174 kann in der Öffnung 160OP der Barrierenrippenstruktur 160 und dem Graben T der lichtemittierenden Struktur 120 angeordnet sein. Die Barrierenrippenstruktur 160 kann mit der reflektierenden Schicht 172 in Kontakt sein. In anderen Ausführungsformen kann die reflektierende Schicht 172 auf der Seite der Barrierenrippenstruktur 160 nicht vorhanden sein, und in diesem Fall kann die Seitenfläche der Barrierenrippenstruktur 160 in direktem Kontakt mit der fluoreszierenden Schicht 174 sein. Die fluoreszierende Schicht 174 kann die Öffnung 1600P der Barrierenrippenstruktur 160 und den Graben T der lichtemittierenden Struktur 120 vollständig oder nahezu vollständig ausfüllen. Das Niveau der oberen Oberfläche der fluoreszierenden Schicht 174 kann das gleiche sein wie das Niveau LV2 der oberen Oberfläche der Barrierenrippenstruktur 160. Die fluoreszierende Schicht 174 kann eine im Wesentlichen ebene obere Oberfläche aufweisen. Die fluoreszierende Schicht 174 kann in jeder Öffnung 1600P und jedem Graben T durch die Barrierenrippenstruktur 160 fest fixiert sein.
Die fluoreszierende Schicht 174 kann ein Material sein, welches das von der lichtemittierenden Struktur 120U emittierte Licht in eine gewünschte Farbe umwandelt. Die fluoreszierende Schicht 174 kann Harz, in welchem der Leuchtstoff dispergiert ist, oder einen Film umfassen, welcher den Leuchtstoff enthält. Zum Beispiel kann die fluoreszierende Schicht 174 einen Leuchtstofffilm enthalten, in welchem Leuchtstoffpartikel in einer vorbestimmten Konzentration gleichmäßig verteilt sind. Die Leuchtstoffpartikel können ein Wellenlängenwandlungsmaterial sein, welches die Wellenlänge des von der Mehrzahl an lichtemittierenden Strukturen 120U emittierten Lichts umwandelt. Um die Dichte und Farbgleichmäßigkeit der Leuchtstoffpartikel zu verbessern, kann die fluoreszierende Schicht 174 zwei oder mehr Arten von Leuchtstoffpartikeln mit unterschiedlichen Grö-ßenverteilungen enthalten.
In Ausführungsbeispielen kann der Leuchtstoff verschiedene Zusammensetzungen und Farben, wie Oxid-basierte, Silikat-basierte, Nitrid-basierte und Fluorit-basierte Leuchtstoffe, aufweisen. Zum Beispiel kann als der Leuchtstoff β-SiAlON:Eu²⁺ (grün), (Ca, Sr)AlSiN3:Eu²⁺ (rot), La₃Si₆N₁₁:Ce³⁺ (gelb), K₂SiF₆:Mn⁴⁺ (rot), SrLiAl₃N₄:Eu (rot), Ln_4- _x (Eu_zM_1-z)xSi_12-yAlyO_3+x+yN_18-x-y (0,5 ≤ x ≤ 3, 0 < z < 0,3, 0 < y ≤ 4) (rot), K₂TiF₆:Mn⁴⁺ (rot), NaYF₄:Mn⁴⁺ (rot), NaGdF₄:Mn⁴⁺ (rot), und ähnliches verwendet werden. Der Typ des Leuchtstoffs ist jedoch nicht auf die vorstehend genannten beschränkt.
In anderen Ausführungsformen kann ferner auf der fluoreszierenden Schicht 174 ein Wellenlängenumwandlungsmaterial bzw. ein Material zur Wandlung der Wellenlänge, wie Quantenpunkte bzw. Quantendots, angeordnet sein. Die Quantendots können unter Verwendung eines ein III-V- oder II-VI-Verbindungshalbleiters eine Kern-Schale-Struktur aufweisen, und können einen Kern, wie CdSe oder InP, und eine Schale, wie ZnS oder ZnSe, aufweisen. Außerdem können die Quantendots einen Liganden zur Stabilisierung des Kerns und der Schale enthalten.
Gemäß den Ausführungsformen können die Versetzungssperrschicht 12 und die Mehrzahl an Hohlräumen V die Ausbreitung von Versetzungen und Rissen in der ersten Halbleiterschicht 11 blockieren, wodurch die Versetzungs- und Rissdichte in der zweiten Halbleiterschicht 13, der dritten Halbleiterschicht 14, der Aktivschicht 15 und der vierten Halbleiterschicht 16 verringert wird. Dementsprechend kann sich die Leistung der lichtemittierenden Vorrichtung 100 verbessern.
4B ist eine Querschnittsansicht, welche eine lichtemittierende Vorrichtung 100a gemäß einer Ausführungsform darstellt. Nachfolgend werden hier Unterschiede zwischen der in 4A dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100 und der in 4B dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100a beschrieben.
Bezugnehmend auf 4B kann ein Graben Ta der lichtemittierenden Struktur 120U die Pufferstruktur BS und die erste Halbleiterschicht 11 durchdringen, um die Versetzungssperrschicht 12 und die zweite Halbleiterschicht 13 freizulegen. Im Prozess des Ausbildens des Grabens Ta der lichtemittierenden Struktur 120U kann mindestens einer aus der Mehrzahl an Hohlräumen V entfernt werden.
4C ist eine Querschnittsansicht, welche eine lichtemittierende Vorrichtung 100b gemäß einer Ausführungsform darstellt. Nachfolgend werden hier Unterschiede zwischen der in 4A gezeigten lichtemittierenden Vorrichtung 100 und der in 4C gezeigten lichtemittierenden Vorrichtung 100b beschrieben.
Bezugnehmend auf 4C kann in dem Prozess des Ausbildens eines Grabens Tb der lichtemittierenden Struktur 120U ein Abschnitt der Pufferstruktur BS, welcher die lichtemittierende Struktur 120U bildet, entfernt werden. Dementsprechend kann ein Abschnitt der Pufferstruktur BS nicht unter der Barrierenrippenstruktur 160 verbleiben.
Die 5A, 5B, 5C, 5D und 5E sind Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Stapels gemäß einer Ausführungsform darstellen. 6A ist ein Rasterelektronenmikroskopie (SEM)-Bild nach dem Vorgang von 5B in einer Draufsicht. 6B ist ein SEM-Bild nach dem Vorgang von 5C in einer Draufsicht. 6C ist ein SEM-Bild nach dem Vorgang von 5D in einer Draufsicht. 6D ist ein SEM-Bild eines lichtemittierenden Stapels, welcher gemäß einer Ausführungsform hergestellt wurde, in einer Draufsicht.
Bezugnehmend auf 5A kann der lichtemittierende Stapel zum Beispiel durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD), Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder Hydridgasphasenepitaxie (HVPE) hergestellt werden.
Zuerst kann eine Pufferstruktur BS auf einem Substrat 110 gebildet werden. Eine erste Halbleiterschicht 11 kann auf der Pufferstruktur BS gebildet werden. Ein Defekt, wie eine Versetzung dL und/oder ein Riss, kann aufgrund eines Unterschieds eines Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer Gitterkonstante in der Pufferstruktur BS und der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet werden.
Bezugnehmend auf die 5B und 6A kann eine Versetzungssperrschicht 12 mit einer Mehrzahl an Löchern auf der ersten Halbleiterschicht 11, wie das erste bis vierte Loch H1 bis H4, und eine Mehrzahl an Aussparungen in der ersten Halbleiterschicht 11, wie die erste bis vierte Aussparung R1 bis R4, gleichzeitig gebildet werden. Das heißt, die Abscheidung der Versetzungssperrschicht 12 und das Ätzen der ersten Halbleiterschicht 11 können gleichzeitig erfolgen.
Bezugnehmend auf die 5C und 6B kann ein erster Abschnitt 13a der zweiten Halbleiterschicht 13 durch dreidimensionales Aufwachsen der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet werden, so dass eine Mehrzahl an Hohlräumen, zum Beispiel die ersten bis dritten Hohlräume V1 bis V3, jeweils in der Mehrzahl an Aussparungen, zum Beispiel den ersten bis dritten Aussparungen R1 bis R3, gebildet werden. Der erste Abschnitt 13a der zweiten Halbleiterschicht kann die erste Aussparung R1 teilweise füllen und das erste Loch H1 füllen. Außerdem kann der erste Abschnitt 13a der zweiten Halbleiterschicht teilweise die zweite Aussparung R2 und das zweite Loch H2 füllen. Außerdem kann der erste Abschnitt 13a der zweiten Halbleiterschicht teilweise die dritte Aussparung R3 füllen und das dritte Loch H3 füllen. Der erste Abschnitt 13a der zweiten Halbleiterschicht kann die vierte Aussparung R4 und das vierte Loch H4 füllen.
Bezugnehmend auf die 5D und 6C kann ein zweiter Abschnitt 13b der zweiten Halbleiterschicht 13 durch seitliches Aufwachsen des ersten Abschnitts 13a (siehe 5C) der zweiten Halbleiterschicht gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann der Vorgang des Ausbildens des ersten Abschnitts 13a der zweiten Halbleiterschicht 13 (siehe 5C) bei einer ersten Temperatur durchgeführt werden, der Vorgang des Ausbildens des zweiten Abschnitts 13b der zweiten Halbleiterschicht 13 kann bei einer zweiten Temperatur durchgeführt werden, und die zweite Temperatur kann höher als die erste Temperatur sein. In einigen Ausführungsformen kann der Vorgang des Ausbildens des ersten Abschnitts 13a (siehe 5C) der zweiten Halbleiterschicht bei einem ersten Druck durchgeführt werden, der Vorgang des Ausbildens des zweiten Abschnitts 13b der zweiten Halbleiterschicht kann bei einem zweiten Druck durchgeführt werden, und der zweite Druck kann geringer als der erste Druck sein.
Bezugnehmend auf 5E kann der verbleibende Abschnitt der zweiten Halbleiterschicht 13 durch Aufwachsen des zweiten Abschnitts 13b (siehe 5D) der zweiten Halbleiterschicht gebildet werden.
Bezugnehmend auf die 1A und 6D können die dritte Halbleiterschicht 14, die Aktivschicht 15, und die vierte Halbleiterschicht 16 nacheinander auf der zweiten Halbleiterschicht 13 gebildet werden. Dadurch kann der in 1A und 6D gezeigte lichtemittierende Stapel LS hergestellt werden.
In einigen Ausführungsformen kann während des in 5B gezeigten Prozesses, d.h. während der Abscheidung der Versetzungssperrschicht 12 und des Ätzens der ersten Halbleiterschicht 11, die Versetzungssperrschicht 12 auf den Innenseiten der Mehrzahl an Aussparungen R1 bis R3 der ersten Halbleiterschicht 11 abgeschieden werden. In diesem Fall kann der in 1B gezeigte lichtemittierende Stapel LS-1 hergestellt werden.
7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F, 7G, 7H, 7I, 7J, 7K, 7L, und 7M sind Querschnittsansichten, welche ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellen.
Bezugnehmend auf 7A kann ein lichtemittierender Stapel LS auf einem Substrat 110 gebildet werden. Das Substrat 110 kann zum Beispiel ein Si-Substrat umfassen. Das Substrat 110 kann einen Abschnitt innerhalb eines Pixelbereichs PXR und einen Abschnitt innerhalb eines Pad-Bereichs PDR enthalten. Wie mit Bezug zu 2 beschrieben, kann der Pad-Bereich PDR in einer Draufsicht den Pixelbereich PXR umgeben. Der lichtemittierende Stapel LS kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf die 1A, 1B, 5A bis 5E, und 6A bis 6D hergestellt werden.
Bezugnehmend auf 7B kann durch Entfernen eines Abschnitts des lichtemittierenden Stapels LS jeweils eine Isolationsöffnung IAH und eine Pad-Öffnung PH in dem Pixelbereich PXR und dem Pad-Bereich PDR gebildet werden. Die Isolationsöffnung IAH und die Pad-Öffnung PH können den lichtemittierenden Stapel LS vollständig durchdringen, um eine erste Oberfläche 110F1 des Substrats 110 freizulegen. Der lichtemittierende Stapel LS kann durch die Isolationsöffnung IAH im Pixelbereich PXR in eine Mehrzahl an lichtemittierenden Strukturen 120U unterteilt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Prozess des Ausbildens der Isolationsöffnung IAH durch eine Klinge durchgeführt werden.
Bezugnehmend auf 7C kann eine Öffnung E in der lichtemittierenden Struktur 120U durch Entfernen eines Abschnitts der lichtemittierenden Struktur 120U aus dem Pixelbereich PXR gebildet werden. Die Öffnung E kann die vierte Halbleiterschicht 16 und die Aktivschicht 15 durchdringen, um eine dritte Halbleiterschicht 14 freizulegen.
Bezugnehmend auf 7D kann eine erste Isolierschicht 132 auf der lichtemittierenden Struktur 120U, dem lichtemittierenden Stapel LS und dem Substrat 110 gebildet werden. Die erste Isolierschicht 132 kann die Öffnung E, die Isolationsöffnung IAH und die Pad-Öffnung PH konform abdecken und sich auf der oberen Oberfläche und den Seitenflächen der lichtemittierenden Struktur 120U und der oberen Oberfläche des Substrats 110 erstrecken. Die erste Isolierschicht 132 kann sowohl im Pixelbereich PXR als auch im Pad-Bereich PDR ausgebildet sein.
Eine obere Oberfläche der dritten Halbleiterschicht 14 kann durch Entfernen eines Abschnitts der ersten Isolierschicht 132 auf der dritten Halbleiterschicht 14 in der Öffnung E freigelegt werden. Eine erste Elektrode 142A kann auf der oberen Oberfläche der dritten Halbleiterschicht 14 gebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann ferner eine erste Kontaktschicht, welche aus einem leitenden ohmschen Material hergestellt ist, zwischen der ersten Elektrode 142A und der dritten Halbleiterschicht 14 gebildet werden. Eine erste Anschlusselektrode 144A, welche mit der ersten Elektrode 142A elektrisch verbunden ist, kann auf der ersten Isolierschicht 132 ausgebildet sein.
Andererseits kann die obere Oberfläche der vierten Halbleiterschicht 16 durch Entfernen eines Abschnitts der ersten Isolierschicht 132 auf der vierten Halbleiterschicht 16 freigelegt sein. Eine zweite Elektrode 142B kann auf der oberen Oberfläche der vierten Halbleiterschicht 16 gebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann ferner eine zweite Kontaktschicht, welche aus einem leitfähigen ohmschen Material hergestellt ist, zwischen der zweiten Elektrode 142B und der vierten Halbleiterschicht 16 gebildet werden. Eine zweite Anschlusselektrode 144B, welche mit der zweiten Elektrode 142B elektrisch verbunden ist, kann auf der ersten Isolierschicht 132 ausgebildet sein.
Bezugnehmend auf 7E kann eine zweite Isolierschicht 134 auf der ersten Anschlusselektrode 144A, der zweiten Anschlusselektrode 144B, und der ersten Isolierschicht 132 konform ausgebildet sein.
Bezugnehmend auf 7F kann die obere Oberfläche der ersten Anschlusselektrode 144A durch Entfernen eines Abschnitts der zweiten Isolierschicht 134 freigelegt werden. Außerdem kann eine erste Oberfläche 110F1 des Substrats 110 durch Entfernen von Abschnitten der ersten Isolierschicht 132 und der zweiten Isolierschicht 134, welche durch die Pad-Öffnung PH freigelegt sind, freigelegt werden. Ein erstes Verdrahtungsmuster 146A kann auf der zweiten Isolierschicht 134 gebildet werden. Außerdem kann in der Pad-Öffnung PH ein erstes Pad 148A gebildet werden. In einigen Ausführungsformen kann, nachdem das erste Verdrahtungsmusters 146A ausgebildet ist, das erste Pad 148A gebildet werden. In anderen Ausführungsformen kann im Verfahren zur Bildung des ersten Verdrahtungsmusters 146A das erste Pad 148A gemeinsam gebildet werden.
Bezugnehmend auf 7G kann eine vergrabene Isolierschicht 136 auf der zweiten Isolierschicht 134, dem ersten Verdrahtungsmuster 146A, und dem ersten Pad 148A gebildet werden. Die vergrabene Isolierschicht 136 kann übrige Räume in der Isolieröffnung IAH und der Pad-Öffnung PH ausfüllen. Eine vergrabene Isolierschicht 136 kann dann mit Hilfe einer Klebstoffschicht 152 an einem Trägersubstrat 154 befestigt werden.
Bezugnehmend auf 7H kann das Substrat 110 durch Entfernen des oberen Abschnitts des Substrats 110 von einer zweiten Oberfläche 110F2 des Substrats 110 durch einen Schleifprozess dünn sein.
Bezugnehmend auf 7I kann durch Bilden eines Maskenmusters auf der zweiten Oberfläche 110F2 des Substrats 110 und Entfernen eines Abschnitts des Substrats 110 unter Verwendung des Maskenmusters als eine Ätzmaske eine Mehrzahl an Öffnungen 160OP, welche durch die Dicke des Substrats 110 verlaufen, im Pixelbereich PXR des Substrats 110 gebildet werden. Die Mehrzahl an Öffnungen 1600P kann jeweils erste Oberflächen 120F1 der Mehrzahl an lichtemittierenden Strukturen 120U freilegen. Die Öffnung 1600P kann derart ausgebildet sein, dass das Substrat 110 den peripheren Abschnitt der lichtemittierenden Struktur 120U überlappt und den zentralen Abschnitt der lichtemittierenden Struktur 120U freilegt. In anderen Ausführungsformen kann die Öffnung 1600P derart ausgebildet sein, dass der zentrale und der periphere Abschnitt der lichtemittierenden Struktur 120U freiliegen. Das Substrat 110 mit der Mehrzahl an Öffnungen 1600P kann die Barrierenrippenstruktur 160 bilden.
Bezugnehmend auf 7J kann ein Graben T in jeder lichtemittierenden Struktur 120U durch Ätzen eines Abschnitts der Pufferstruktur BS, welche durch die Mehrzahl an Öffnungen 160OP freigelegt ist, ausgebildet sein. Der Graben T kann die erste Halbleiterschicht 11 freilegen. In einigen Ausführungsformen kann ferner der Graben T durch Ätzen mindestens eines Abschnitts der ersten Halbleiterschicht 11 und der Mehrzahl an Hohlräumen V ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Graben T die Versetzungssperrschicht 12 und die zweite Halbleiterschicht 13 freilegen.
Ein Abschnitt der Pufferstruktur BS im zentralen Abschnitt der lichtemittierenden Struktur 120U, welcher durch die Öffnung 1600P des Substrats 110 freiliegt, kann entfernt werden. Ein Abschnitt der Pufferstruktur BS in der Peripherie der lichtemittierenden Struktur 120U, welche durch das Substrat 110 abgedeckt ist, kann verbleiben. In anderen Ausführungsformen kann die lichtemittierende Struktur 120U nicht durch das Substrat 110 bedeckt sein, und in diesem Fall kann die gesamte Pufferstruktur BS der lichtemittierenden Struktur 120U entfernt werden.
In einigen Ausführungsformen kann eine erste Oberfläche 11F1 der ersten Halbleiterschicht 11 texturiert sein, so dass die freiliegende erste Oberfläche 11F1 der ersten Halbleiterschicht 11 aufgeraut ist.
Bezugnehmend auf 7K kann eine reflektierende Schicht 172 auf den Seitenflächen der Mehrzahl an Öffnungen 160OP des Substrats 110 gebildet werden. Zum Beispiel kann durch Bilden einer Materialschicht auf dem Substrat 110 und der lichtemittierenden Struktur 120U und anisotropes Ätzen der Materialschicht auf der oberen Oberfläche des Substrats 110 und der lichtemittierenden Struktur 120U entfernt werden.
Bezugnehmend auf 7L kann eine fluoreszierende Schicht 174 in dem Graben T der lichtemittierenden Struktur 120U und der Öffnung 1600P des Substrats 110 gebildet werden. Zum Beispiel kann die fluoreszierende Schicht 174 durch Auftragen oder Abgeben eines Harzes, in welchem Leuchtstoffpartikel in der Öffnung 1600P und dem Graben T dispergiert sind, gebildet werden. Die fluoreszierende Schicht 174 kann zwei oder mehr Arten von Leuchtstoffpartikeln mit unterschiedlichen Größenverteilungen enthalten, so dass der Leuchtstoff gleichmäßig in der Öffnung 1600P und dem Graben T dispergiert ist.
Bezugnehmend auf 7M kann ein Maskenmuster M11, das einen Abschnitt des Substrats 110 im Pad-Bereich PDR freilegt, auf einem Abschnitt des Substrats 110 im PixelBereich PXR gebildet werden. Der lichtemittierende Stapel LS im Pad-Bereich PDR und das erste Pad 148A können durch Entfernen eines Abschnitts des Substrats 110 unter Verwendung des Maskenmusters M11 als eine Ätzmaske freigelegt werden. Das Maskenmuster M11 kann entfernt werden.
Die lichtemittierenden Vorrichtungen 100, 100a, und 100b der 4A bis 4C können durch das in den 7A bis 7M beschriebene Verfahren hergestellt werden.
8 ist ein Blockdiagramm, welches ein Lichtquellenmodul 1000 gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Bezugnehmend auf 8 kann das Lichtquellenmodul 1000 eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 1100 und einen LED-Treiber 1200 umfassen. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 1100 kann eine LED-Array FA mit einer Mehrzahl an Leuchtdioden (LEDs) umfassen. In einigen Ausführungsformen kann ein LED-Array FA eine Mehrzahl an Sub-Arrays SA enthalten. Die LEDs, welche in den verschiedenen Sub-Arrays SA enthalten sind, können voneinander elektrisch getrennt sein. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 1100 kann zum Beispiel eine der lichtemittierenden Vorrichtungen 100, 100a und 100b sein, welche unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben sind.
Der LED-Treiber 1200 kann eine Mehrzahl an Treiberchips 1210 enthalten. Jeder der Mehrzahl an Treiberchips 210 kann ein Chip mit integrierter Schaltung (IC) sein. Jeder der Mehrzahl an Treiberchips 210 kann mit einem entsprechenden Sub-Array SA elektrisch verbunden sein und den Betrieb der LEDs in dem Sub-Array SA steuern. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl der im LED-Treiber 1200 enthaltenen Treiberchips 1210 der Anzahl der in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1100 enthaltenen Sub-Arrays SA entsprechen. In anderen Ausführungsformen kann sich die Anzahl der Treiberchips 1210, welche in dem LED-Treiber 1200 enthalten sind, von der Anzahl der Mehrzahl an Sub-Arrays SA unterscheiden, die in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1100 enthalten sind. Zum Beispiel kann eine Mehrzahl an Sub-Arrays SA von einem Treiberchip 1210 gesteuert werden oder ein Sub-Array SA kann von einer Mehrzahl an Treiberchips 1210 gesteuert werden.
Im Gegensatz zu dem in 8 gezeigten Beispiel, kann in einigen Ausführungsformen das LED-Array FA in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1100 nicht in eine Mehrzahl an Sub-Arrays SA unterteilt werden. Jeder der Treiberchips 1210 kann den Betrieb der LEDs in dem entsprechenden Array FA steuern. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl der Treiberchips 1210, welche in dem LED-Treiber 1200 enthalten ist, gleich der Anzahl der Arrays FA sein, welche in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1100 enthalten sind.
Der LED-Treiber 1200 kann mit einer Stromversorgung verbunden sein, und die Stromversorgung kann eine Eingangsspannung erzeugen, welche erforderlich ist, die lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1100 zu betreiben, und kann der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1100 zugeführt werden. In einer Ausführungsform kann, wenn das Lichtquellenmodul 1000 ein Scheinwerfer für ein Fahrzeug ist, die Stromversorgung eine im Fahrzeug eingebaute Batterie sein. In einer Ausführungsform kann, wenn das Lichtquellenmodul 1000 eine Beleuchtungsvorrichtung für den Hausgebrauch oder für Unternehmen ist, das Lichtquellenmodul 1000 ferner eine Wechselstromquelle zur Erzeugung einer Wechselspannung, eine Gleichrichterschaltung zur Erzeugung einer Gleichspannung durch Gleichrichten der Wechselspannung und eine Spannungsreglerschaltung umfassen.
9 ist eine Draufsicht, welche ein Lichtquellenmodul 1000 gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Bezugnehmend auf 9 kann das Lichtquellenmodul 1000 eine Leiterplatte 1400, eine auf der Leiterplatte 1400 montierte lichtemittierende Halbleitervorrichtung 1100, und eine Mehrzahl an Treiberchips 1210 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 1100 als ein einziger Chip ausgeführt sein. In einigen Ausführungsformen kann die Länge des Chips der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1100 in der X-Richtung größer als die Länge des Chips der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1100 in der Y-Richtung sein.
Die Leiterplatte 1400 kann zum Beispiel eine gedruckte Leiterplatte (PCB) sein. Die Leiterplatte 1400 kann einen zentralen Bereich 1400A und einen peripheren Bereich 1400B aufweisen, welcher den zentralen Bereich umgibt. In einigen Ausführungsformen kann die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 1100 auf dem zentralen Bereich 1400A der Leiterplatte 1400 angeordnet sein, und die Mehrzahl an Treiberchips 1210 kann auf dem peripheren Bereich 1400B der Leiterplatte 1400 angeordnet sein.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 1100 kann ein LED-Array enthalten. Das LED-Array kann in eine Mehrzahl an Sub-Arrays SA unterteilt sein. Obwohl 9 zeigt, dass die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 1100 16 Sub-Arrays SA umfasst, sind Ausführungsformen nicht darauf beschränkt, und die Anzahl der in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1100 enthaltenen Sub-Arrays SA kann größer oder kleiner als 16 sein. Außerdem kann, obwohl in 9 gezeigt ist, dass die Sub-Arrays SA in 8 Spalten und 2 Reihen angeordnet sind, die Anordnung der Sub-Arrays SA geändert werden. Jedes der Sub-Arrays SA kann durch einen entsprechenden Treiberchip 1210 angesteuert werden. In den lichtemittierenden Vorrichtungen 100, 100a, und 100b, welche unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben sind, kann eine lichtemittierende Struktur 120U einer LED entsprechen.
Das Lichtquellenmodul 1000 kann ferner eine Eingangsschnittstelle 1300 zum Empfang von Signalen, welche für den Betrieb des Lichtquellenmoduls 1000 erforderlich sind, von außerhalb des Lichtquellenmoduls 1000 aufweisen. Zum Beispiel kann die Mehrzahl an Treiberchips 1210 jeweils ein Steuersignal zur Steuerung des Betriebs der Mehrzahl an Arrays SA über die Eingangsschnittstelle 1300 empfangen. Außerdem kann die Mehrzahl an Treiberchips 1210 über die Eingangsschnittstelle 1300 Antriebsenergie empfangen. In einigen Ausführungsformen kann die Mehrzahl an Treiberchips 1210 sequentiell elektrisch verbunden sein. Dementsprechend kann zum Beispiel ein Steuersignal von der Eingangsschnittstelle 1300 sequentiell an die Mehrzahl an Treiberchips 1210 übertragen werden.
Pads 1120 zum Verbinden der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 1100 mit der Mehrzahl an Treiberchips 1210 können auf der lichtemittierenden Oberfläche angeordnet werden, auf welcher die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 1100 Licht emittiert. Das Pad 1120 kann das erste Pad 148A oder das zweite Pad 148B sein, welche mit Bezug zu den 2 und 3 beschrieben sind. Bei den lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 100, 100a, und 100b, welche unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben sind, kann die lichtemittierende Oberfläche die erste Oberfläche 120F1 der gestapelten Struktur 120 sein. In anderen Ausführungsformen können jedoch die Pads 1120 auf einer der lichtemittierenden Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche angeordnet sein.
10 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung 2000 gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Bezugnehmend auf 10 kann das Scheinwerfermodul 2020 in den Scheinwerfer 2010 des Fahrzeugs eingebaut werden. Ein Seitenspiegellampenmodul 2040 kann in einen Au-ßenspiegel 2030 des Fahrzeugs eingebaut werden. Ein Rückleuchtenmodul 2060 kann in eine Rückleuchte 2050 eingebaut werden. Mindestens eines von dem Scheinwerfermodul 2020, dem Seitenspiegellampenmodul 2040, und dem Rücklichtmodul 2060 kann das Lichtquellenmodul 1000, welches mit Bezug zu den 8 und 9 beschrieben ist, enthalten.
11 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Bezugnehmend auf 11 kann eine Flachbildschirm-Beleuchtungsvorrichtung 2100 ein Lichtquellenmodul 2110, eine Stromversorgungsvorrichtung 2120 und ein Gehäuse 2130 umfassen. Das Lichtquellenmodul 2110 kann das Lichtquellenmodul 1000 sein, welches unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben wird, und kann mindestens eine der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen 100, 100a, oder 100b, welche unter Bezugnahme auf die 4A bis 4C beschrieben wird, enthalten. Das Lichtquellenmodul 2110 kann derart gebildet sein, dass es als Ganzes eine ebene Form aufweist.
Die Stromversorgungseinrichtung 2120 kann derart konfiguriert sein, dass sie dem Lichtquellenmodul 2110 Strom zuführt. Das Gehäuse 2130 kann einen Aufnahmeraum, in welchem das Lichtquellenmodul 2110 und die Stromversorgungsvorrichtung 2120 darin untergebracht sind, aufweisen, und kann in einer hexaedrischen Form mit einer offenen Seite ausgebildet sein, aber Ausführungsformen sind darauf nicht beschränkt. Das Lichtquellenmodul 2110 kann so angeordnet sein, dass es Licht zu einer offenen Seite des Gehäuses 2130 emittiert.
12 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung 2200 gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Bezugnehmend auf 12 kann die Beleuchtungsvorrichtung 2200 einen Sockel 2210, eine Stromversorgung 2220, einen Wärmeabfuhrabschnitt 2230, ein Lichtquellenmodul 2240, und einen optischen Abschnitt 2250 umfassen. Der Sockel 2210 kann derart konfiguriert sein, dass er gegen eine vorhandene Beleuchtungsvorrichtung ausgetauscht werden kann. Der Strom, welcher der Beleuchtungsvorrichtung 2200 zugeführt wird, kann über den Sockel 2210 erfolgen. Die Stromquelle 2220 kann in eine erste Stromquelle 2221 und eine zweite Stromquelle 2222 getrennt und zusammengesetzt werden. Der Wärmeabfuhrabschnitt 2230 kann einen internen Wärmeabfuhrabschnitt 2231 und einen externen Wärmeabfuhrabschnitt 2232 umfassen, wobei der interne Wärmeabfuhrabschnitt 2231 direkt mit dem Lichtquellenmodul 2240 und/oder der Stromquelle 2220 verbunden sein kann, wodurch die Wärme an den externen Wärmeabfuhrabschnitt 2232 übertragen werden kann. Der optische Abschnitt 2250 kann einen internen optischen Abschnitt und einen externen optischen Abschnitt umfassen und kann derart konfiguriert sein, dass er das von dem Lichtquellenmodul 2240 emittierte Licht gleichmäßig verteilt.
Das Lichtquellenmodul 2240 kann Strom von der Stromversorgung 2220 erhalten und Licht an den optischen Abschnitt 2250 emittieren. Das Lichtquellenmodul 2240 kann eines oder mehrere lichtemittierende Vorrichtungspackages 2241, eine Leiterplatte 2242, und eine Steuerung 2243 umfassen, und die Steuerung 2243 kann Treiberinformationen des lichtemittierenden Vorrichtungspackage 2241 speichern. Das lichtemittierende Vorrichtungspackage 2241 kann mindestens eines von den lichtemittierenden Vorrichtungen 100, 100a, oder 100b, welche mit Bezug zu den 4A bis 4C beschrieben sind, enthalten.
13 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche schematisch eine Beleuchtungsvorrichtung 2400 gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Bezugnehmend auf 13 kann die Beleuchtungsvorrichtung 2400 ein Wärmeabfuhrelement 2401, eine Abdeckung 2427, ein Lichtquellenmodul 2421, einen ersten Sockel 2405 und einen zweiten Sockel 2423 umfassen. Eine Mehrzahl an Wärmeabfuhrrippen 2450 und 2409 können in einer ungleichmäßigen Form auf der inneren oder/und äu-ßeren Oberfläche des Wärmeabfuhrelements 2401 ausgebildet sein, und die Wärmeabfuhrrippen 2450 und 2409 können derart gestaltet sein, dass sie verschiedene Formen und Abstände aufweisen. Ein vorstehender Träger 2413 ist im Inneren des Wärmefuhrelements 2401 ausgebildet. Das Lichtquellenmodul 2421 kann an dem Träger 2413 befestigt werden. Verriegelungsvorsprünge 2411 können an beiden Enden des Wärmeabfuhrelements 2401 ausgebildet sein.
Eine Verriegelungsnut 2429 ist in der Abdeckung 2427 ausgebildet, und ein Einhakvorsprung 2411 des Wärmeabfuhrelements 2401 kann mit der Verriegelungsnut 2429 in einer Hakenkupplungsstruktur gekoppelt werden. Die Positionen, in welchen die Verriegelungsnut 2429 und die Verriegelungsbacke 2411 ausgebildet sind, können gegeneinander ausgetauscht werden.
Das Lichtquellenmodul 2421 kann eine gedruckte Leiterplatte 2419, eine Lichtquelle 2417 und eine Steuerung 2415 umfassen. Die Steuerung 2415 kann Treiberinformationen der Lichtquelle 2417 speichern. Verdrahtungen zum Betrieb der Lichtquelle 2417 sind auf der gedruckten Leiterplatte 2419 ausgebildet. Außerdem können Komponenten für den Betrieb der Lichtquelle 2417 enthalten sein. Die Lichtquelle 2417 kann mindestens eines von den lichtemittierenden Vorrichtungen 100, 100a, und 100b, welche mit Bezug zu den 4A bis 4C beschrieben sind, enthalten.
Der erste und der zweite Sockel 2405 und 2423 sind ein Paar an Sockeln und weisen eine Struktur auf, welche mit beiden Enden der zylindrischen Abdeckungseinheit einschließlich des Wärmeabfuhrelements 2401 und der Abdeckung 2427 verbunden ist. Zum Beispiel kann der erste Sockel 2405 einen Elektrodenanschluss 2403 und eine Stromversorgung 2407 enthalten, und in dem zweiten Sockel 2423 kann ein Blindanschluss 2425 angeordnet sein. Außerdem kann bzw. können ein optischer Sensor und/oder ein Kommunikationsmodul in den ersten Sockel 2405 oder den zweiten Sockel 2423 eingebettet sein.
14 ist eine perspektivische Explosionsansicht, welche eine Beleuchtungsvorrichtung 2500 gemäß einer Ausführungsform schematisch darstellt.
Bezugnehmend auf 14 ist der detaillierte Unterschied zwischen der Beleuchtungsvorrichtung 2500 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und der Beleuchtungsvorrichtung 2200 von 12, dass ein Reflektor 2310 und ein Kommunikationsmodul 2320 in dem oberen Abschnitt des Lichtquellenmoduls 2240 enthalten sind. Der Reflektor 2310 kann die Blendung durch gleichmäßiges Streuen des Lichts der Lichtquelle zur Seite und nach hinten verringern.
Ein Kommunikationsmodul 2320 kann auf dem Reflektor 2310 montiert sein, und die Heimnetzwerk-Kommunikation kann über das Kommunikationsmodul 2320 realisiert werden. Zum Beispiel kann das Kommunikationsmodul 2320 ein drahtloses Kommunikationsmodul sein, welches Zigbee, Wi-Fi oder LiFi verwendet, und kann die innerhalb und außerhalb des Hauses installierte Beleuchtung steuern, wie das Ein-/Ausschalten, die Helligkeitsregelung, etc. einer Beleuchtungsvorrichtung oder die Steuerung elektronischer Produkte und Automobilsysteme innerhalb und außerhalb des Hauses, wie Fernseher, Kühlschrank, Klimaanlage, Türschloss, und Auto, über ein Smartphone oder eine drahtlose Steuerung. Der Reflektor 2310 und das Kommunikationsmodul 2320 können durch einen Abdeckungsabschnitt 2330 abgedeckt werden.
15 ist ein schematisches Diagramm zur Erklärung eines Innenbeleuchtungssteuerungs-Netzwerksystems 3000 gemäß einer Ausführungsform.
Bezugnehmend auf 15 kann im Detail das Netzwerksystem 3000 ein komplexes intelligentes Beleuchtungsnetzwerksystem sein, in welchem Beleuchtungstechnologie unter Verwendung von lichtemittierenden Vorrichtungen wie LEDs, Internet-of-Things (IoT)-Technologie und drahtlose Kommunikationstechnologie, und ähnliches kombiniert sind. Das Netzwerksystem 3000 kann unter Verwendung verschiedener Beleuchtungsvorrichtungen und drahtgebundener/drahtloser Kommunikationsvorrichtungen implementiert werden, oder kann basierend auf der Internet-of-Things-Umgebung implementiert werden, um verschiedene Informationen zu sammeln/zu verarbeiten und die gesammelten/verarbeiteten Informationen dem Benutzer zur Verfügung zu stellen.
Die LED-Lampe 3200, welche im Netzwerksystem 3000 enthalten ist, kann nicht nur Informationen über die Umgebung vom Gateway 3100 empfangen, um die Beleuchtung der LED-Lampe 3200 selbst zu steuern, sondern auch eine Funktion wie die Überprüfung und Steuerung des Betriebszustands anderer Vorrichtungen 3300 bis 3800, die in der IoT-Umgebung enthalten sind, basierend auf einer Funktion der LED-Lampe 3200, wie sichtbare Lichtkommunikation, ausführen. Die LED-Lampe 3200 kann mindestens eine der lichtemittierenden Vorrichtungen 100, 100a, und 100b, welche unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen 4A bis 4C beschrieben sind, umfassen. Die LED-Lampe 3200 kann über ein drahtloses Kommunikationsprotokoll, wie WiFi, Zigbee, und LiFi, verbunden sein, um mit dem Gateway 3100 zu kommunizieren, und kann zu diesem Zweck mindestens ein Kommunikationsmodul 3210 für die Lampe aufweisen.
Wenn das Netzwerksystem 3000 im Haushalt eingesetzt wird, kann die Mehrzahl an Vorrichtungen 3300 bis 3800 ein Haushaltsgerät 3300, ein digitales Türschloss 3400, ein Garagentorschloss 3500, einen Schalter 3600 für die an einer Wand installierte Beleuchtung, etc., einen Router 3700 für drahtloses Kommunikationsnetzwerkrelais und ein mobiles Gerät 3800, wie ein Smartphone, ein Tablet, oder einen Laptop umfassen.
Im Netzwerksystem 3000 kann die LED-Lampe 3200 die Betriebszustände verschiedener Geräte 3300 bis 3800 über ein im Haus installiertes drahtloses Kommunikationsnetzwerk (Zigbee, WiFi, LiFi, etc.) überprüfen oder die Beleuchtungsstärke der LED-Lampe 3200 abhängig von der Umgebung/Situation automatisch selbst anpassen. Außerdem kann die LED-Lampe 3200 die im Netzwerksystem 3000 enthaltenen Geräte 3300 bis 3800 über LiFi-Kommunikation unter Verwendung des von der LED-Lampe 3200 emittierten sichtbaren Lichts steuern.
Zuerst kann die LED-Lampe 3200 automatisch die Beleuchtungsstärke der LED-Lampe 3200 basierend auf der Umgebungsinformationen, welche vom Gateway 3100 über das Lampenkommunikationsmodul 3210 übertragen werden, oder der Umgebungsinformationen, welche von einem an der LED-Lampe 3200 angebrachten Sensor erfasst werden, einstellen. Zum Beispiel kann die Beleuchtungshelligkeit der LED-Lampe 3200 abhängig von dem Typ eines Programms, welches auf dem Fernsehgerät 3310 ausgestrahlt wird, oder der Helligkeit des Bildschirms automatisch eingestellt werden. Zu diesem Zweck kann die LED-Lampe 3200 Betriebsinformationen des Fernsehers 3310 vom Lampenkommunikationsmodul 3210 empfangen, welches mit dem Gateway 3100 verbunden ist. Das Lampenkommunikationsmodul 3210 kann integral mit einem Sensor und/oder einer Steuerung, welche in der LED-Lampe 3200 enthalten ist bzw. sind, modularisiert werden.
Zum Beispiel ist es möglich, wenn eine bestimmte Zeit verstrichen ist, nachdem das digitale Türschloss 3400 in einem Zustand verriegelt wurde, in welchem sich keine Person in der Wohnung befindet, eine Verschwendung von Elektrizität zu vermeiden, indem alle eingeschalteten LED-Lampen 3200 ausgeschaltet werden. Alternativ kann in einem Fall, in welchem der Sicherheitsmodus über das Mobilgerät 3800, oder ähnliches eingestellt wird, wenn das digitale Türschloss 3400 in einem Zustand verriegelt ist, in welchem sich keine Person in der Wohnung befindet, die LED-Lampe 3200 in einem eingeschalteten Zustand beibehalten werden.
Der Betrieb der LED-Lampe 3200 kann abhängig von der Umgebung gesteuert werden, welche durch verschiedene, mit dem Netzwerksystem 3000 verbundene Sensoren erfasst wird. Zum Beispiel kombiniert, wenn das Netzwerksystem 3000 in einem Gebäude implementiert ist, das Netzwerksystem Beleuchtung, Standortsensoren und Kommunikationsmodule innerhalb eines Gebäudes und sammelt Standortinformationen von Personen im Gebäude, um die Beleuchtung ein- oder auszuschalten, oder die gesammelten Informationen in Echtzeit bereitzustellen, wodurch ein effizientes Gebäudemanagement oder eine effiziente Nutzung ungenutzten Raums ermöglicht wird.
16 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Netzwerksystem 4000 gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Bezugnehmend auf 16 zeigt 16 detailliert eine Ausführungsform eines Netzwerksystems 4000, welches in einem offenen Raum eingesetzt wird. Das Netzwerksystem 4000 kann eine Kommunikationsverbindungsvorrichtung 4100, eine Mehrzahl an Beleuchtungsvorrichtungen 4120 und 4150, welche in vorbestimmten Abständen installiert und verbunden sind, um mit der Kommunikationsverbindungsvorrichtung 4100 kommunizieren zu können, einen Server 4160, einen Computer 4170 zum Verwalten des Servers 4160, eine Kommunikationsbasisstation 4180, ein Kommunikationsnetzwerk 4190 zum Verbinden von kommunikationsfähigen Vorrichtungen, eine mobile Vorrichtung 4200, und ähnliches umfassen.
Jede der Mehrzahl an Beleuchtungsvorrichtungen 4120 und 4150, welche in einem offenen Außenbereich, wie einer Straße oder einem Park, installiert sind, kann eine Smart Engine 4130 und 4140 enthalten. Die Smart Engines 4130 und 4140 können eine lichtemittierende Vorrichtung zum Emittieren von Licht, einen ansteuernden Treiber zum Ansteuern der lichtemittierenden Vorrichtung, einen Sensor zum Sammeln von Informationen über die Umgebung und ein Kommunikationsmodul umfassen. Die lichtemittierende Vorrichtung, welche in der Smart Engine enthalten ist, kann mindestens eine der lichtemittierenden Vorrichtungen 100, 100a, und 100b, welche mit Bezug auf die 4A bis 4C beschrieben sind, umfassen.
Über das Kommunikationsmodul können die Smart Engines 4130 und 4140 mit anderen Peripheriegeräten basierend auf einem Kommunikationsprotokoll, wie WiFi, Zigbee, oder LiFi, kommunizieren. Eine Smart Engine 4130 kann zur Kommunikation mit einer anderen Smart Engine 4140 verbunden sein bzw. werden, und eine WiFi-Erweiterungstechnologie (WiFi-Mesh) kann für die Kommunikation zwischen den Smart Engines 4130 und 4140 verwendet werden. Mindestens eine Smart Engine 4130 kann mit der Kommunikationsverbindungsvorrichtung 4100 verbunden sein, welche mit dem Kommunikationsnetzwerk 4190 durch drahtgebundene/drahtlose Kommunikation verbunden ist.
Die Kommunikationsverbindungsvorrichtung 4100 ist ein Zugangspunkt (AP), welcher zur drahtgebundenen/drahtlosen Kommunikation fähig ist und die Kommunikation zwischen dem Kommunikationsnetzwerk 4190 und anderen Geräten vermitteln kann. Die Kommunikationsverbindungsvorrichtung 4100 kann mit dem Kommunikationsnetzwerk 4190 durch mindestens eine von einer verdrahteten/drahtlosen Methode verbunden werden, und kann zum Beispiel in einer der Beleuchtungsvorrichtungen 4120 und 4150 mechanisch untergebracht sein.
Die Kommunikationsverbindungsvorrichtung 4100 kann mit dem mobilen Gerät 4200 über ein Kommunikationsprotokoll, wie WiFi, verbunden sein. Der Benutzer des mobilen Geräts 4200 kann die Umgebungsinformationen, welche von der Mehrzahl an Smart Engines 4130 und 4140 gesammelt werden, zum Beispiel Umgebungsverkehrsinformationen, Wetterinformationen, und ähnliches, über die Kommunikationsverbindungsvorrichtung 4100 empfangen, welche mit der Smart Engine 4130 der benachbarten Beleuchtungsvorrichtung 4120 verbunden ist. Das mobile Gerät 4200 kann mit dem Kommunikationsnetzwerk 4190 unter Verwendung eines drahtlosen zellularen Kommunikationsverfahrens wie 3G oder 4G über die Kommunikationsbasisstation 4180 verbunden sein.
Andererseits kann der Server 4160, welcher mit dem Kommunikationsnetzwerk 4190 verbunden ist, Informationen empfangen, welche von den Smart Engines 4130 und 4140, welche an jeder der Beleuchtungsvorrichtungen 4120 und 4150 angebracht sind, gesammelt werden, und den Betriebszustand jeder Beleuchtungsvorrichtung 4120 und 4150, etc. überwachen. Der Server 4160 kann mit einem Computer 4170 verbunden sein, welcher ein Verwaltungssystem bereitstellt, und der Computer 4170 kann Software ausführen, welche in der Lage ist, die Betriebszustände der Smart Engines 4130 und 4140 zu überwachen und zu verwalten.
17 ist eine Querschnittsansicht, welche ein lichtemittierendes Package 300 gemäß einer Ausführungsform darstellt.
Bezugnehmend auf 17 kann das lichtemittierende Package 300 eine lichtemittierende Vorrichtung 100 und einen Halbleiter-Treiberchip 410, welcher auf einem Package-Substrat 310 montiert ist, umfassen.
Eine untere Isolierschicht 330, eine interne leitfähige Musterschicht 340, und eine obere Isolierschicht 350 sind nacheinander auf einem Teilbereich der Grundplatte 320 gestapelt, und ein oder mehrere Treiber-Halbleiterchips 410 können auf einem auf der oberen Isolierschicht 350 angeordneten leitenden Muster montiert sein bzw. werden.
Ein Zwischenelement bzw. Interposer 380 kann auf einem anderen Bereich der Basisplatte 320 mit einer dazwischen angeordneten Klebeschicht 370 angeordnet sein, und die lichtemittierende Vorrichtung 100 kann auf dem Zwischenelement 380 montiert werden. In Ausführungsbeispielen kann das Zwischenelement 380 dasselbe sein wie das in der lichtemittierenden Vorrichtung 100 enthaltene Trägersubstrat 154 (4A), ist aber nicht darauf beschränkt. Ein oder mehrere Treiber-Halbleiterchips 410 können mit der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 über einen Bonddraht 353 elektrisch verbunden sein, welcher mit dem Pad 352 verbunden ist. Der eine oder die mehreren Halbleiter-Treiberchips 410 können derart konfiguriert sein, dass sie die Mehrzahl an Pixeln PX der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 100 einzeln oder vollständig ansteuern.
Der Bonddraht 353 kann durch das Gießharz 360 eingekapselt bzw. umhüllt sein. Das Gießharz 360 kann zum Beispiel eine Epoxidharz-Verbindung (EMC) sein und ist nicht besonders beschränkt. Das Gießharz 360 kann die lichtemittierende Vorrichtung 100 teilweise einkapseln, so dass das von der Mehrzahl an Pixeln PX der lichtemittierenden Vorrichtung 100 emittierte Licht nicht blockiert wird.
Ein Kühlkörper 420 ist an der unteren Oberfläche der Basisplatte 320 befestigt, und optional kann ferner eine TIM-Schicht 430 zwischen dem Kühlkörper 420 und der Basisplatte 320 eingefügt werden.
In dem lichtemittierenden Package 300 können die lichtemittierenden Vorrichtungen 100, 100a, und 100b, welche mit Bezug auf die 4A bis 4C beschrieben sind, und/oder das Lichtquellenmodul 1000, welches mit Bezug auf die 8 und 9 beschrieben ist, allein oder in Kombination montiert werden.
Obwohl Aspekte der Ausführungsbeispiele besonders gezeigt und beschrieben wurden, ist ersichtlich, dass verschiedene Änderungen in Form und Details vorgenommen werden können, ohne vom Konzept und Umfang der nachstehenden Ansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

KR 1020220026220 [0001]

Claims

Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: eine erste Halbleiterschicht; eine Versetzungs-Sperrschicht auf der ersten Halbleiterschicht und mit einer Mehrzahl an darin ausgebildeten Löchern; eine zweite Halbleiterschicht auf der Versetzungs-Sperrschicht; eine dritte Halbleiterschicht auf der zweiten Halbleiterschicht; eine Aktivschicht auf der dritten Halbleiterschicht; und eine vierte Halbleiterschicht auf der Aktivschicht, wobei eine Mehrzahl an Hohlräumen, welche jeweils mit der Mehrzahl an Löchern in einer Draufsicht überlappen, zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht bereitgestellt ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl an Hohlräumen Versetzungen blockiert.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl an Löchern mindestens teilweise durch die zweite Halbleiterschicht gefüllt ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl an Hohlräumen einen ersten Hohlraum umfasst, und wobei ein Abstand zwischen einer oberen Oberfläche des ersten Hohlraums und einer unteren Oberfläche der ersten Halbleiterschicht weniger als eine Dicke der ersten Halbleiterschicht ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl an Hohlräumen ferner einen zweiten Hohlraum umfasst, und wobei eine obere Oberfläche des zweiten Hohlraums und die obere Oberfläche des ersten Hohlraums auf verschiedenen Niveaus entlang einer vertikalen Richtung sind.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl an Hohlräumen ferner einen zweiten Hohlraum umfasst, und wobei ein unteres Ende des ersten Hohlraums und ein unteres Ende des zweiten Hohlraums auf einem gemeinsamen Niveau entlang einer vertikalen Richtung sind.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Abstand zwischen der Mehrzahl an Hohlräumen in der Draufsicht nicht konstant ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt von jedem von der Mehrzahl an Hohlräumen ein umgekehrtes Dreieck ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine maximale Abmessung von jedem von der Mehrzahl an Hohlräumen in der Draufsicht ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Abmessung in einer vertikalen Richtung von jedem von der Mehrzahl an Hohlräumen ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Dichte der Mehrzahl an Hohlräumen in der Draufsicht ungefähr 10³/cm² bis ungefähr 10¹⁰/cm² ist.
Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: eine Barrierenrippenstruktur mit einer darin ausgebildeten Öffnung; und eine lichtemittierende Struktur auf der Barrierenrippenstruktur, wobei die lichtemittierende Struktur eine erste Halbleiterschicht, eine Versetzungs-Sperrschicht, eine zweite Halbleiterschicht, eine dritte Halbleiterschicht, eine Aktivschicht, und eine vierte Halbleiterschicht umfasst, welche nacheinander entlang einer vertikalen Richtung auf der Barrierenrippenstruktur gestapelt sind, wobei eine Mehrzahl an Aussparungen in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist, und wobei mindestens ein Hohlraum innerhalb mindestens einer von der Mehrzahl an Aussparungen angeordnet ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite Halbleiterschicht lediglich teilweise die mindestens eine von der Mehrzahl an Aussparungen füllt.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite Halbleiterschicht vollständig die mindestens eine von der Mehrzahl an Aussparungen füllt.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Mehrzahl an Löchern, welche jeweils die Mehrzahl an Aussparungen entlang der vertikalen Richtung überlappt, in der Versetzungs-Sperrschicht ausgebildet ist, und wobei eine maximale Abmessung von der Mehrzahl an Löchern in einer Draufsicht ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Dicke von der Versetzungs-Sperrschicht entlang der vertikalen Richtung ungefähr 1,5 µm bis ungefähr 3,5 µm ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Mehrzahl an Löchern, welche jeweils die Mehrzahl an Aussparungen entlang der vertikalen Richtung überlappt, in der Versetzungs-Sperrschicht ausgebildet sind, und wobei eine Dichte von der Mehrzahl an Löchern in einer Draufsicht ungefähr 10³/cm² bis ungefähr 10¹⁰/cm² ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Mehrzahl an Löcher, welche jeweils die Mehrzahl an Aussparungen entlang der vertikalen Richtung überlappt, in der Versetzungs-Sperrschicht ausgebildet sind, und wobei eine Dichte von dem mindestens einen Hohlraum weniger als eine Dichte von der Mehrzahl an Löchern in einer Draufsicht ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein Querschnitt von jedem von der Mehrzahl an Aussparungen ein umgekehrtes Dreieck ist.
Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: eine Silizium-Barrierenrippenstruktur mit einem darin ausgebildeten Öffnung; und eine lichtemittierende Struktur auf der Silizium-Barrierenrippenstruktur, wobei die lichtemittierende Struktur eine erste Halbleiterschicht, eine Siliziumnitrid-Schicht, eine zweite Halbleiterschicht, eine dritte Halbleiterschicht, eine Aktivschicht, und eine vierte Halbleiterschicht umfasst, welche nacheinander auf der Silizium-Barrierenrippenstruktur gestapelt sind, wobei eine Mehrzahl an Aussparungen in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet sind, und wobei mindestens ein Hohlraum in mindestens einem von der Mehrzahl an Aussparungen angeordnet ist.