DE102023126019A1

DE102023126019A1 - Antifuse-element und lichtemittierende vorrichtung

Info

Publication number: DE102023126019A1
Application number: DE102023126019.7A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Kasai
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2023-09-26
Publication date: 2024-03-28
Also published as: US20240105594A1

Abstract

Ein Antifuse-Element enthält eine erste Elektrode, eine isolierende Schicht, die auf der ersten Elektrode angeordnet ist, und eine zweite Elektrode, die auf der isolierenden Schicht angeordnet ist. Die isolierende Schicht enthält eine erste Region und eine zweite Region, wobei die Dicke der ersten Region geringer ist als die Dicke der zweiten Region. Eine äußere Kante der zweiten Elektrode ist in einer Draufsicht innerhalb einer äußeren Kante der isolierenden Schicht lokalisiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Antifuse-Element und eine lichtemittierende Vorrichtung.
HINTERGRUND
Eine lichtemittierende Vorrichtung, die ein lichtemittierendes Element enthält, durch das ein großer Strom fließt, und eine Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen, die in Reihe oder parallel verbunden sind, wurde in jüngster Zeit verwendet.
Es wird eine lichtemittierende Vorrichtung entwickelt, in der ein Antifuse-Element, das durch dielektrischen Durchbruch des Antifuse-Elements selbst als neuer stromführender Pfad dient, wenn z.B. ein lichtemittierendes Element oder dergleichen keinen Strom führen kann, zusammen mit dem lichtemittierenden Element vorgesehen ist (siehe PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2015/060278 ).
ÜBERSICHT
Eine gleichförmige Dicke einer isolierenden Schicht im Antifuse-Element kann jedoch den dielektrischen Durchbruch an einer unerwünschten Position verursachen. Insbesondere wenn das Antifuse-Element über ein Stromversorgungsbauteil, wie z.B. einem Draht, mit Strom versorgt wird, konzentriert sich ein Strom in einem Bereich mit dielektrischem Durchbruch des Antifuse-Elements, eine Temperatur um den Bereich mit dielektrischem Durchbruch steigt an, und somit kann das Stromversorgungsbauteil schmelzen.
Ein Antifuse-Element, das in der vorliegenden Anmeldung offenbart wird, enthält eine erste Elektrode, eine isolierende Schicht, die auf der ersten Elektrode angeordnet ist, und eine zweite Elektrode, die auf der isolierenden Schicht angeordnet ist. Die isolierende Schicht enthält eine erste Region und eine zweite Region, wobei eine Dicke der ersten Region kleiner als eine Dicke der zweiten Region ist. Eine äußere Kante der zweiten Elektrode ist in einer Draufsicht innerhalb einer äußeren Kante der isolierenden Schicht lokalisiert.
Eine lichtemittierende Vorrichtung, die in der vorliegenden Anmeldung offenbart wird, enthält das Antifuse-Element und ein lichtemittierendes Element.
Die vorliegende Offenbarung kann ein Antifuse-Element vorsehen, das einen stromführenden Pfad an einer gewünschten Position erzeugen kann, wenn das Antifuse-Element einem dielektrischen Durchbruch ausgesetzt ist, sowie eine lichtemittierende Vorrichtung, die das Antifuse-Element verwendet.
KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN

1A ist eine Draufsicht eines Antifuse-Elements in einer ersten Ausführungsform.
1B ist eine Querschnittsansicht davon entlang einer Linie Ib-Ib in 1A.
1C ist eine Unteransicht des Antifuse-Elements.
2A ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Verbindungsform im Antifuse-Element von 1.
2B ist eine Ansicht zur Erläuterung einer anderen Verbindungsform in dem Antifuse-Element von 1.
3A ist eine Draufsicht einer lichtemittierenden Vorrichtung einer zweiten Ausführungsform.
3B ist eine Draufsicht der lichtemittierenden Vorrichtung von 3A, von der eine Abdeckung entfernt ist.
3C ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie Illc-Illc in 3A.
3D ist eine partielle Draufsicht zur Erläuterung einer positionellen Beziehung zwischen einem Halbleiterlaserelement und dem Antifuse-Element in der lichtemittierenden Vorrichtung von 3B.
3E ist eine perspektivische Ansicht der lichtemittierenden Vorrichtung von 3A, auf der ein optisches Bauteil angeordnet ist.
4 ist ein Schaltplan der lichtemittierenden Vorrichtung von 3A.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGEN
In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen wird ein Polygon, wie z.B. ein Dreieck oder ein Viereck, das eine Form enthält, die an einer Ecke des Polygons einer Bearbeitung unterzogen wird, wie z.B. Eckenabrundung, Abfasen, Eckenschneiden oder Rundschneiden, und eine Form, die an einem zwischenliegenden Bereich einer Seite einer Bearbeitung unterzogen wird, als Polygon bezeichnet. Das Gleiche gilt nicht nur für das Polygon, sondern auch für Begriffe, die eine spezifische Form wie ein Rechteck, ein Trapez, einen Kreis und eine Unebenheit bezeichnen.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung oder den Ansprüchen eine Mehrzahl von Komponenten, die einer bestimmten Komponente entsprechen, voneinander unterschieden werden, können die Komponenten mit „erste“, „zweite“ und dergleichen bezeichnet werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die dargestellten Ausführungsformen verkörpern das technische Konzept der vorliegenden Offenbarung, limitieren die vorliegende Offenbarung jedoch nicht. In den folgenden Beschreibungen steht derselbe Begriff oder dasselbe Bezugszeichen für dasselbe Bauteil oder ein ähnliches Bauteil, und doppelte Beschreibungen werden gegebenenfalls weggelassen. Größen, positionelle Beziehungen und dergleichen von in den Zeichnungen dargestellten Bauteilen können zum besseren Verständnis übertrieben dargestellt sein.
In der folgenden Beschreibung kann eine Seite, auf der eine zweite Elektrode angeordnet ist, als „obere“ bezeichnet werden, eine Seite, auf der eine erste Elektrode angeordnet ist, kann als „untere“ bezeichnet werden, und eine Draufsicht bezieht sich auf eine Ansicht von einer Seite der zweiten Elektrode.
Erste Ausführungsform: Antifuse-Element
Wie in 1B dargestellt, enthält ein Antifuse-Element 10 der ersten Ausführungsform eine erste Elektrode 1, eine isolierende Schicht 3, die auf der ersten Elektrode 1 angeordnet ist, und eine zweite Elektrode 2, die auf der isolierenden Schicht 3 angeordnet ist. Die isolierende Schicht 3 enthält eine erste Region 31 und eine zweite Region 32. Eine Dicke der ersten Region 31 ist kleiner als eine Dicke der zweiten Region 32. Diese Konfiguration kann das Antifuse-Element 10 erhalten, das einen stromführenden Pfad an einer gewünschten Stelle erzeugen kann, wenn das Antifuse-Element 10 einem dielektrischen Durchbruch ausgesetzt ist.
Je dicker die isolierende Schicht 3 ist, desto höher ist eine Spannung, bei der der dielektrische Durchbruch auftritt. Somit kann das Vorsehen der ersten Region mit einer geringen Dicke in der isolierenden Schicht und die Verwendung dieser Region als der stromführende Bereich den stromführenden Bereich zu einer vorbestimmten Position steuern, die im Voraus festgelegt wurde. Als Resultat, selbst wenn sich der Strom im Bereich mit dielektrischem Durchbruch konzentriert, um die Temperatur um den Durchbruchsbereich herum zu erhöhen, kann beispielsweise das Einstellen des stromführenden Bereichs weg vom Stromversorgungsbauteil 41 ein Schmelzen oder eine Beschädigung des Stromversorgungsbauteils 41 aufgrund von Hitze in der Umgebung des Stromversorgungsbauteils 41 effektiv verhindern.
Erste Elektrode und zweite Elektrode
Die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 sind so angeordnet, dass die isolierende Schicht 3 dazwischen liegt. Wie z.B. in 1B dargestellt, kann die erste Elektrode 1 auf dem Substrat 4 angeordnet sein, die isolierende Schicht 3 kann auf der ersten Elektrode 1 angeordnet sein und die zweite Elektrode 2 kann auf der isolierenden Schicht 3 angeordnet sein. In diesem Fall ist die zweite Elektrode 2 vorzugsweise zur Außenseite hin freigelegt. Hier bedeutet „zur Außenseite freigelegt“, dass ein Bereich, der nicht in Kontakt mit der isolierenden Schicht 3 oder einem unten beschriebenen Stromversorgungsbauteil 41 ist, nicht mit einer isolierenden Schicht, einem schützenden Film, einer Halbleiterschicht, einer leitfähigen Schicht und dergleichen abgedeckt ist und der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist. Insbesondere sind alle Bereiche, die nicht in Kontakt mit der isolierenden Schicht 3 oder dem unten beschriebenen Stromversorgungsbauteil 41 sind, vorzugsweise nicht mit der isolierenden Schicht, dem Schutzfilm, der Halbleiterschicht, der leitfähigen Schicht oder ähnlichem bedeckt. Dies erleichtert die Handhabung beim Vorsehen des unten beschriebenen Stromversorgungsbauteils 41 auf der zweiten Elektrode 2.
Beispiele für die planaren Formen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 enthalten verschiedene Formen wie einen Kreis oder eine Ellipse, ein Polygon wie ein Dreieck, ein Viereck, ein Sechseck und ein Achteck oder eine Form, bei der die Ecken dieser Formen abgefast sind, sowie eine Form, bei der diese Formen kombiniert sind. Insbesondere kann die Form als Resultat der abgefasten Ecken des Vierecks ein Achteck im engeren Sinne sein, aber eine solche Form kann auch als Viereck mit abgefast Ecken bezeichnet werden. Die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 können die gleiche planare Form aufweisen. In 1A weist die erste Elektrode 1 ein Viereck auf, und die zweite Elektrode 2 hat ein Viereck mit abgefasten Ecken. Dabei enthält die Fase eine C-Fase, bei der eine Ecke schräg abgeschnitten ist, und eine R-Fase, bei der eine Ecke abgerundet ist. Wenn die zweite Elektrode 2 eine abgefaste Form aufweist, kann der Grad der Abfasung entsprechend der Größe der zweiten Elektrode 2 eingestellt werden. Wenn sie zum Beispiel die folgenden Größen aufweist, weist die zweite Elektrode 2 einen Bereich von R5 bis R80 und vorzugsweise einen Bereich von R10 bis R60 auf. Die Einheit von R ist hier µm. Die zweite Elektrode 2, die eine abgefaste Form aufweist, kann die Intensität des elektrischen Feldes, das in der Umgebung des Scheitelpunkts des Vierecks der zweiten Elektrode 2 angelegt wird, im Vergleich zur zweiten Elektrode 2, die keine abgefaste Form aufweist, lokal abschwächen.
Das Gebiet der ersten Elektrode 1 und das Gebiet der zweiten Elektrode 2 können in einer Draufsicht gleich oder unterschiedlich sein. In 1A weist die zweite Elektrode 2 ein kleineres Gebiet auf als das Gebiet der ersten Elektrode 1. Die Schraffur in 1A dient der einfachen Unterscheidung zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 und stellt keine Querschnittsansicht dar. Ein Teil oder die gesamte äußere Kante 2a der zweiten Elektrode 2 ist in einer Draufsicht vorzugsweise innerhalb einer äußeren Kante 1a der ersten Elektrode 1 lokalisiert. Insbesondere in 1A ist die gesamte äußere Kante 2a der zweiten Elektrode 2 innerhalb der äußeren Kante 1a der ersten Elektrode 1 lokalisiert. Eine derartige Konfiguration kann einen Kurzschluss zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 an der äußeren Kante der isolierenden Schicht 3 unterdrücken. In diesem Fall liegt die ebene Fläche der ersten Elektrode 1 z.B. in einem Bereich von 105% bis 200%, vorzugsweise in einem Bereich von 110% bis 180% und noch bevorzugter in einem Bereich von 120% bis 170% der ebenen Fläche der zweiten Elektrode 2. Insbesondere weist die erste Elektrode 1 eine Größe von 350 µm × 1000 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger auf, vorzugsweise eine Größe von 280 µm × 900 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger, und noch bevorzugter eine Größe von 270 µm × 520 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger. Eine derartige Größe kann es erlauben, dass die Größe des gesamten Antifuse-Elements 10 klein ist. Ferner weist die erste Elektrode 1 eine Größe von 190 µm × 350 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr auf, vorzugsweise eine Größe von 200 µm × 360 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr, und noch bevorzugter eine Größe von 240 µm × 400 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr. Eine derartige Größe kann die übermäßige Stromdichte unterdrücken, die durch das Antifuse-Element 10 fließt.
Die zweite Elektrode 2 weist eine Größe von 280 µm × 900 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger auf, weist vorzugsweise eine Größe von 250 µm × 500 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger auf und weist noch bevorzugter eine Größe von 200 µm × 450 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger auf. Eine solche Größe kann es erlauben, dass die Größe des gesamten Antifuse-Elements 10 klein ist. Ferner weist die zweite Elektrode 2 eine Größe von 120 µm × 280 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr auf, weist vorzugsweise eine Größe von 130 µm × 290 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr auf und weist noch bevorzugter eine Größe von 170 µm × 330 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr auf. Eine solche Größe kann erlauben, dass ein Raum zum Anordnen eines unten beschriebenen Stromversorgungsbauteils 41 gesichert wird. Insbesondere, wenn eine Mehrzahl der Stromversorgungsbauteile 41 angeordnet ist, kann eine Distanz zwischen den Stromversorgungsbauteilen 41 vergrößert werden. Darüber hinaus kann ein Raum für die Verbindung der Stromversorgungsbauteile 41 an einer Mehrzahl von Positionen leicht sichergestellt werden, wie unten beschrieben.
Die Dicke von jeder der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 kann über die gesamte Oberfläche gleich sein oder teilweise unterschiedlich sein, oder die Oberflächen davon können teilweise Vorsprünge und/oder Vertiefungen aufweisen. Eine solche Dicke und Oberflächengestalt kann in Abhängigkeit von der angelegten Spannung oder dergleichen entsprechend eingestellt werden. Insbesondere weist die erste Elektrode 1 vorzugsweise eine gleichförmige Dicke und eine flache obere Oberfläche in einer Querschnittsansicht auf. Die erste Elektrode 1 weist beispielsweise eine Dicke in einem Bereich von 0,1 µm bis 10 µm auf, und vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 µm bis 1 µm. Eine solche Dicke kann erlauben, dass der Leitungswiderstand der ersten Elektrode 1 niedrig ist, und die elektrische Leitung zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 erlauben, nachdem die isolierende Schicht 3 einem dielektrischen Durchbruch unterworfen ist. In einer Querschnittsansicht weist die zweite Elektrode 2 vorzugsweise eine gleichförmige Dicke auf der unten beschriebenen zweiten Region 32 der isolierenden Schicht 3 auf, noch bevorzugter eine flache obere Oberfläche und noch bevorzugter die gleiche Dicke über die gesamte Oberfläche. Hier bedeutet die gleichförmige Dicke, dass die Dicken der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 innerhalb eines Bereichs von ± 10% von einem gewünschten Wert liegen. Dadurch kann die lokale Konzentration der elektrischen Feldstärke unterdrückt werden. Die zweite Elektrode 2 weist vorzugsweise eine Aussparung in der ersten Region 31 der unten beschriebenen isolierenden Schicht 3 auf. Dadurch wird die Position der ersten Region 31 von oberhalb des Antifuse-Elements sichtbar gemacht. Die zweite Elektrode 2 weist eine Dicke auf, zum Beispiel in einem Bereich von 1 µm bis 20 µm und vorzugsweise in einem Bereich von 2 µm bis 8 µm. Mit dieser Dicke kann eine Widerstandserhöhung der zweiten Elektrode unterdrückt werden. Auch wenn die Mehrzahl von Stromversorgungsbauteilen 41 mit der zweiten Elektrode 2 an der Mehrzahl von Bereichen verbunden ist, kann eine derartige Dicke den Stromfluss leicht auf die Mehrzahl von Stromversorgungsbauteilen 41 verteilen. Ferner lässt sich, wie in den 2A und 2B dargestellt, eine Verbindungsregion 22 leicht einstellen, um die erste Region 31 von oben zu vermeiden, wenn das Stromversorgungsbauteil mit der zweiten Elektrode 2 verbunden ist. Die Schraffur in den 2A und 2B dient der einfachen Unterscheidung zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 und stellt keine Querschnittsansicht dar.
Die erste Elektrode 1 kann eine Einschichtstruktur oder eine Mehrschichtstruktur aufweisen, die z.B. ein Metall wie Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Ni, W, Mo, Cr, V, Ti, Zr, Hf, Al, Cu, Ta oder Si oder eine Legierung davon enthält. Insbesondere kann die erste Elektrode 1 eine Mehrschichtstruktur wie Rh/Pt/Au, Ni/Pt/Au, Ti/Ru/Ti, Ti/Al-Si/Ta/Ru, Rh/Ni/Au, Pt/Au/Ti, Pt/Au/Cr, Pt/Au/V, Pt/Au/Ni, Pt/Au/Zr, oder Pt/Au/Hf aufweisen. In dem Fall einer Mehrschichtstruktur ist das auf der Seite der isolierenden Schicht 3 angeordnete Metall vorzugsweise ein Metall, das eine gute Adhäsion zur isolierenden Schicht 3 aufweist, vorzugsweise z.B. Ti, V, Cr, Ni, Zr oder Hf. Insbesondere weist die erste Elektrode 1 vorzugsweise eine Schichtstruktur aus Pt/Au/Ti auf, bei der sich Pt auf der Seite des Substrats 4 und Ti auf der Seite der isolierenden Schicht 3 befindet. Eine solche Konfiguration kann die Adhäsion zwischen der ersten Elektrode 1 und der isolierenden Schicht 3 verbessern.
Die zweite Elektrode 2 kann eine Einschichtstruktur oder eine Mehrschichtstruktur aufweisen, die z.B. ein Metall wie Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Ir, Ni, W, Mo, Cr, V, Ti, Zr, Hf, Al, Cu, Ta oder Si oder eine Legierung davon enthält. Insbesondere kann die zweite Elektrode 2 eine Mehrschichtstruktur wie Ti/Rh/Au, Ti/Pt/Au, W/Pt/Au, Rh/Pt/Au, Ni/Pt/Au, Ti/Ru/Ti, Ti/Al-Si/Ta/Ru, Rh/Ni/Au, oder Ru/Ni/Au aufweisen. In dem Fall einer Mehrschichtstruktur ist das auf der Seite der isolierenden Schicht 3 angeordnete Metall vorzugsweise ein Metall, das eine gute Adhäsion zur isolierenden Schicht 3 aufweist, vorzugsweise z.B. Ti, V, Cr, Ni, Zr oder Hf. Zusätzlich wird, wenn das Stromversorgungsbauteil 41 auf der oberen Oberfläche der zweiten Elektrode 2 vorgesehen ist, auf der Seite des Stromversorgungsbauteils 41 vorzugsweise ein Metall vorgesehen, das eine gute Verbindungseigenschaft mit dem Stromversorgungsbauteil 41 aufweist, zum Beispiel Au. Ferner ist das im dazwischenliegenden Bereich angeordnete Metall vorzugsweise Pt, Ru, Rh oder Ir. Insbesondere weist die zweite Elektrode 2 vorzugsweise eine Mehrschichtstruktur wie Ti/Pu/Au auf, bei der sich Ti auf der Seite der isolierenden Schicht 3 und Au auf der Seite der oberen Oberfläche befindet. Eine solche Konfiguration kann die Adhäsion zwischen der zweiten Elektrode 2 und der isolierenden Schicht 3 verbessern und die Adhäsion zwischen der zweiten Elektrode 2 und dem Stromversorgungsbauteil 41 verbessern.
Das Stromversorgungsbauteil 41 ist vorzugsweise mit der oberen Oberfläche der zweiten Elektrode 2 verbunden. Insbesondere ist die Mehrzahl von Stromversorgungsbauteilen 41 vorzugsweise an der Mehrzahl von Positionen mit der zweiten Elektrode 2 verbunden. Wenn die Mehrzahl von Stromversorgungsbauteilen 41 vorgesehen ist, kann eine Stromunterbrechung aufgrund des Schmelzens der Stromversorgungsbauteile 41 oder anderer Faktoren mit hoher Wahrscheinlichkeit unterdrückt werden. Beispiele für das Stromversorgungsbauteil 41 enthalten einen Draht in Form einer Schnur und ähnliches. Das Stromversorgungsbauteil 41 kann aus einem Metall wie z.B. Au gebildet sein. Die Verbindungsregion 22, mit der das Stromversorgungsbauteil 41 verbunden ist, ist vorzugsweise nur in einem Bereich der zweiten Elektrode 2 oberhalb der zweiten Region 32 der isolierenden Schicht 3 lokalisiert, wie in 2A und 2B dargestellt. Mit anderen Worten ist die Verbindungsregion 22 für das Stromversorgungsbauteil 41 vorzugsweise nicht oberhalb der ersten Region 31 der isolierenden Schicht 3 angeordnet, wie unten beschrieben. Wenn das Antifuse-Element 10 einem dielektrischen Durchbruch ausgesetzt ist, konzentrieren sich Strom und Wärme in der ersten Region 31 der isolierenden Schicht 3, und die zweite Region 32 der isolierenden Schicht 3 weist eine relativ niedrige Temperatur auf. Wenn also das Stromversorgungsbauteil 41 nur oberhalb der zweiten Region 32 der isolierenden Schicht 3 vorgesehen ist, kann ein Schmelzen oder dergleichen des isolierenden Bauteils aufgrund von Wärme unterdrückt werden.
Das Substrat 4, auf dem die erste Elektrode 1 oder die zweite Elektrode 2 angeordnet ist, kann jegliches von einem isolierenden Substrat, einem Halbleitersubstrat, einem leitfähigen Substrat und dergleichen sein, ist aber vorzugsweise ein leitfähiges Substrat. Das leitfähige Substrat erlaubt es, das Substrat 4 als Verdrahtungspfad zu verwenden. Darüber hinaus weist das Substrat 4 vorzugsweise eine hohe Wärmeableitung auf. Die hohe Wärmeableitung verhindert, dass die Temperatur des Antifuse-Elements 10 hoch wird und steuert auf einfache Weise die Durchbruchspannung und/oder die Durchbruchposition des Antifuse-Elements 10. Vorzugsweise ist die erste Elektrode 1 auf dem leitfähigen Substrat angeordnet. Das leitfähige Substrat kann eine Einschichtstruktur oder eine Mehrschichtstruktur aufweisen, die z.B. ein Metall wie Au, Pt, Pd, Rh, Ru, Ni, W, Mo, Cr, Ti, Al, Cu, Ta oder Si oder eine Legierung davon enthält. Ferner kann das leitfähige Substrat eine Einschichtstruktur oder eine Mehrschichtstruktur aufweisen, die einen Halbleiter wie Silizium oder SiC enthält.
Die Dicke des Substrats 4 kann in Abhängigkeit von dem verwendeten Material und den Dicken der ersten Elektrode 1, der zweiten Elektrode 2 und dergleichen angemessen eingestellt werden. Zum Beispiel liegt die Dicke in einem Bereich von 50 µm bis 150 µm. Das Substrat 4 kann Vorsprünge und/oder Aussparungen auf einer lateralen Oberfläche aufweisen, die benachbart zur oberen Oberfläche ist, auf der die erste Elektrode 1 angeordnet ist. In 1 weist das Substrat 4 einen ersten Kantenbereich 4a an der oberen Oberfläche und einen zweiten Kantenbereich 4b an der unteren Oberfläche auf. Der erste Kantenbereich 4a ist in einer Draufsicht innerhalb des zweiten Kantenbereichs 4b lokalisiert. Eine solche Konfiguration kann verhindern, dass der Klebstoff oder dergleichen den ersten Kantenbereich 4a erreicht, selbst wenn der Klebstoff oder dergleichen das Substrat 4 umgibt. Darüber hinaus kann das Substrat 4 in einer Dickenrichtung den ersten Kantenbereich 4a, der mit der äußeren Kante 1a der ersten Elektrode 1 zusammenfällt (bündig ist), und den zweiten Kantenbereich 4b enthalten, der außerhalb der äußeren Kante 1a der ersten Elektrode 1 lokalisiert ist. Auf der Seite der oberen Oberfläche des Substrats 4 kann der zweite Kantenbereich 4b jedoch mit der äußeren Kante 1a der ersten Elektrode 1 zusammenfallen, innerhalb oder außerhalb der äußeren Kante 1a lokalisiert sein. Darüber hinaus kann das Substrat 4, wie in 1B dargestellt, eine Stufe oder zwei oder mehr Stufen auf der lateralen Oberfläche im Querschnitt aufweisen.
In 1B ist die erste Elektrode 1 auf dem Substrat 4 angeordnet, und die erste Elektrode 1 ist kleiner als das Substrat 4. Der zweite Kantenbereich 4b auf der Seite der oberen Oberfläche des Substrats 4 ist in einer Draufsicht außerhalb der äußeren Kante 1a der ersten Elektrode 1 lokalisiert. In diesem Fall liegt die Fläche der vom zweiten Kantenbereich 4b umgebenen Region in einer Draufsicht z.B. in einem Bereich von 100% bis 200%, vorzugsweise in einem Bereich von 110% bis 180% und noch bevorzugter in einem Bereich von 120% bis 170% der ebenen Fläche der ersten Elektrode 1. Die Größe des Substrats 4 in einer Draufsicht (die Größe des zweiten Kantenbereichs 4b) kann nach Belieben festgelegt werden. Zum Beispiel kann die Größe 400 µm × 1050 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger betragen, vorzugsweise 330 µm × 950 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger, und noch bevorzugter 320 µm × 570 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger. Die Größe des Substrats 4 in einer Draufsicht beträgt zum Beispiel 230 µm × 390 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr, vorzugsweise 240 µm × 400 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr und noch bevorzugter 280 µm × 540 µm oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr. Eine derartige Größe kann die Handhabungseigenschaften des Antifuse-Elements 10 verbessern.
Das Substrat 4 weist vorzugsweise eine hintere Oberflächenelektrode 5 auf, die auf einer Oberfläche angeordnet ist, die der Oberfläche, auf der die isolierende Schicht 3 angeordnet ist, gegenüberliegt. Solch eine Konfiguration erlaubt die Oberflächenbefestigung des Antifuse-Elements 10 auf einem Submount 33, einem Bodenbereich 39 oder dergleichen, wie unten beschrieben. Die Oberflächenbefestigung kann die Wärmeableitungseigenschaft des Antifuse-Elements 10 verbessern und die Betriebsspannung des Antifuse-Elements 10 stabilisieren.
Isolierende Schicht
Die isolierende Schicht 3 ist zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 angeordnet. Mit anderen Worten, die isolierende Schicht 3 ist sowohl mit der ersten Elektrode 1 als auch mit der zweiten Elektrode 2 in Kontakt angeordnet. Insbesondere ist es wünschenswert, dass keine Komponente zwischen der isolierenden Schicht 3 und der zweiten Elektrode 2 angeordnet ist. Dementsprechend kann die Oberflächengestalt der zweiten Elektrode 2 ähnlich wie die Oberflächengestalt der isolierenden Schicht 3 sein. Wenn daher die Dicke der ersten Region 31 geringer ist als die Dicke der zweiten Region 32, ist die Begrenzung zwischen der ersten Region 31 und der zweiten Region 32 deutlicher. Als Resultat kann die Sichtbarkeit des Verbindungsbereichs verbessert werden, wenn das Stromversorgungsbauteil 41 mit der zweiten Elektrode 2 verbunden ist.
Die isolierende Schicht 3 weist die erste Region 31 und die zweite Region 32 auf, die dicker als die erste Region 31 ist. Da die isolierende Schicht 3 die erste Region 31 aufweist, die eine geringere Dicke als die der zweiten Region 32 aufweist, kann eine beliebige Position des dielektrischen Durchbruchs als erste Region 31 festgelegt werden. Vorzugsweise wird nur eine erste Region 31 für eine isolierende Schicht 3 angeordnet. Dadurch kann die Position des dielektrischen Durchbruchs zuverlässig festgelegt werden.
Ein Teil oder die gesamte erste Region 31 ist in einer Draufsicht vorzugsweise von der zweiten Region 32 umgeben, und die gesamte erste Region 31 ist vorzugsweise von der zweiten Region 32 umgeben. Bei einer solchen Konfiguration kann die zweite Region 32 den Einfluss von in der ersten Region 31 erzeugter Wärme reduzieren. Wie in 2A dargestellt, kann die erste Region 31 zum Beispiel am Zentrum oder in der Nähe der zweiten Elektrode 2 in einer Draufsicht vorgesehen sein. Ferner kann die erste Region 31 in einer Draufsicht in der Nähe einer Seite der zweiten Elektrode 2 vorgesehen sein, wie in 2B dargestellt. Wenn die zweite Elektrode 2 ein Rechteck mit einer langen und einer kurzen Seite ist, kann die erste Region 31 nur in einer Region angeordnet werden, die näher an einer kurzen Seite liegt als der Schnittpunkt zweier diagonaler Linien des Rechtecks. In einem Fall, in dem die zweite Elektrode 2 kein striktes Rechteck ist, sondern z.B. eine Form mit abgefasten Ecken aufweist, kann die Diagonale in Bezug auf ein Rechteck ohne Abfasung bestimmt werden. Eine solche Anordnung kann einen Raum für die Verbindungsregion 22 des Stromversorgungsbauteils 41 auf der oberen Oberfläche der zweiten Elektrode 2 sichern.
Die Differenz in der Dicke zwischen der ersten Region 31 und der zweiten Region 32 der isolierenden Schicht 3 kann z.B. in Abhängigkeit von dem zu verwendenden Material der isolierenden Schicht 3 entsprechend eingestellt werden. Wenn die isolierende Schicht 3 aus SiO₂ gebildet wird, kann die Dicke der ersten Region 31 zum Beispiel einen Bereich von 60% bis 80% der Dicke der zweiten Region 32 enthalten. Spezifische Beispiele für die Dicken der isolierenden Schicht 3 in der zweiten Region 32 enthalten einen Bereich von 5 nm bis 50 nm und vorzugsweise einen Bereich von 8 nm bis 20 nm. Die isolierende Schicht 3 in der zweiten Region 32 ist vorzugsweise um 5 nm dicker als die isolierende Schicht 3 in der ersten Region 31. Spezifische Beispiele für die Dicken der isolierenden Schicht 3 in der ersten Region 31 enthalten also einen Bereich von 10 nm bis 90 nm, vorzugsweise einen Bereich von 13 nm bis 25 nm.
In mindestens einem Querschnitt, der durch die erste Region 31 verläuft, ist die Dicke der zweiten Region 32 vorzugsweise konstant, und noch bevorzugter ist die Dicke der zweiten Region 32 über die gesamte Region konstant. Hier bedeutet „konstant“, dass die Dicke der zweiten Region 32 in einem Bereich von ± 10% eines gewünschten Wertes liegt. Eine solche Konfiguration steuert auf einfache Weise die Durchbruchspannung und/oder die Durchbruchposition des Antifuse-Elements 10.
Die erste Region 31 weist in einer Draufsicht vorzugsweise eine kreisförmige Form auf, kann aber auch andere Formen aufweisen. Die Größe der ersten Region 31 in einer Draufsicht liegt beispielsweise in einem Bereich von 0,1 % bis 30 % und vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 % bis 15 % der gesamten isolierenden Schicht 3. Insbesondere beträgt die Größe der ersten Region 31 in einer Draufsicht beispielsweise 400 µm im Durchmesser oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger, vorzugsweise 100 µm im Durchmesser oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger, und noch bevorzugter 20 µm im Durchmesser oder eine dazu äquivalente Größe oder weniger. Darüber hinaus kann die Größe 10 µm im Durchmesser oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr betragen, und 15 µm im Durchmesser oder eine dazu äquivalente Größe oder mehr ist noch bevorzugter. Eine solche Konfiguration kann einen Raum für die Verbindungsregion 22 der oberen Oberfläche der zweiten Elektrode 2 sichern, an der das Stromversorgungsbauteil 41 verbunden ist. Die Form der zweiten Region 32 in einer Draufsicht kann entsprechend den Formen der isolierenden Schicht 3 und der ersten Region 31 festgelegt werden.
Beispiele für die planare Form der isolierenden Schicht 3 enthalten verschiedene Formen wie einen Kreis, eine Ellipse, ein Polygon wie ein Dreieck, ein Viereck, ein Sechseck und ein Achteck, eine Form, die durch Abfasen der Ecken dieser Formen erhalten wird, und eine Form, die durch Kombinieren dieser Formen erhalten wird. Hier enthält die Abfasung eine C-Fase, bei der eine Ecke schräg geschnitten wird, und eine R-Fase, bei der eine Ecke abgerundet wird. Insbesondere als Resultat der Abfasung der Ecken des Vierecks kann die Form ein Achteck im engeren Sinne werden, aber eine solche Form kann auch als Viereck mit abgefasten Ecken bezeichnet werden. Insbesondere weist die isolierende Schicht 3 vorzugsweise ein Viereck mit abgefasten Ecken auf. Eine solche Konfiguration kann die Intensität des elektrischen Feldes, das in der Nähe des Scheitelpunktes des Vierecks der isolierenden Schicht 3 anliegt, lokal abschwächen.
Die Größe der isolierenden Schicht 3 in einer Draufsicht kann kleiner als die der ersten Elektrode 1 oder gleich groß wie die der ersten Elektrode 1 sein. Die isolierende Schicht 3 überlappt in einer Draufsicht die äußere Kante der ersten Elektrode 1 oder befindet sich innerhalb dieser. Dadurch kann die Größe des Antifuse-Elements 10 reduziert werden. Die Größe der isolierenden Schicht 3 in einer Draufsicht kann größer als die zweite Elektrode 2 oder gleich groß wie die zweite Elektrode 2 sein. Insbesondere ist die Größe in einer Draufsicht vorzugsweise die gleiche wie die der ersten Elektrode 1 und größer als die der zweiten Elektrode 2. Mit anderen Worten fallen vorzugsweise die äußere Kante der isolierenden Schicht 3 und die erste Elektrode 1 zusammen, und die äußere Kante 2a der zweiten Elektrode 2 ist innerhalb der äußeren Kante 3a der isolierenden Schicht 3 lokalisiert. So ist ein Teil der isolierenden Schicht 3 vorzugsweise zusammen mit der zweiten Elektrode 2 nach außen freigelegt. Eine solche Konfiguration kann einen Kurzschluss zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 unterdrücken. Dabei kann der Bereich der isolierenden Schicht 3 ein Teil der oberen Oberfläche der isolierenden Schicht 3 auf der Seite der zweiten Elektrode 2 oder ein Teil oder die gesamte laterale Oberfläche benachbart zur oberen Oberfläche sein. Insbesondere sind ein Teil der oberen Oberfläche und die gesamte laterale Oberfläche der isolierenden Schicht 3 vorzugsweise nach außen hin freigelegt.
Beispiele für die isolierende Schicht 3 enthalten eine Schicht mit einer Einschichtstruktur oder einer Mehrschichtstruktur aus SiO₂, einem Siliziumoxidfilm, Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, ZrO₂, AlO_xN_y, SiN, und SiN_x. Unter diesen ist SiO₂ oder ein Siliziumoxidfilm zu bevorzugen. Die Bildung der isolierenden Schicht 3 unter Verwendung von SiO₂ oder eines Siliziumoxidfilms, der einen hohen dielektrischen Durchbruchswiderstand aufweist, kann die Dicke der isolierenden Schicht 3 reduzieren und eine Reduktion der Größe der Vorrichtung sowie Materialeinsparungen erhalten.
Zweite Ausführungsform: Lichtemittierende Vorrichtung
Wie in 3B und 3C dargestellt, enthält eine lichtemittierende Vorrichtung 30 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Antifuse-Element 10 und ein lichtemittierendes Element 20. Das Antifuse-Element 10 und das lichtemittierende Element 20 sind vorzugsweise in einem hermetisch abgedichteten, geschlossenen Raum in einer Packung 43 angeordnet, die eine leitfähige Schicht 46 aufweist.
In der lichtemittierenden Vorrichtung 30 ist vorzugsweise ein Antifuse-Element für ein lichtemittierendes Element angeordnet, und wenn eine Mehrzahl der lichtemittierenden Elemente angeordnet ist, ist ein Antifuse-Element für jedes der lichtemittierenden Elemente angeordnet. Solch eine Konfiguration kann erlauben, dass die Leitfähigkeit der gesamten lichtemittierenden Vorrichtung durch die Wirkung des Antifuse-Elements aufrechterhalten wird, selbst wenn eines der lichtemittierenden Elemente keinen Strom mehr führt.
Die lichtemittierende Vorrichtung 30 kann ferner den Submount 33, ein lichtreflektierendes Bauteil 34, ein Schutzelement 35, ein optisches Bauteil 44 und dergleichen enthalten.
Lichtemittierendes Element
Als das lichtemittierende Element 20 kann eine lichtemittierende Diode, ein Halbleiterlaserelement oder dergleichen verwendet werden. Von diesen ist das lichtemittierende Element vorzugsweise ein Halbleiterlaserelement (im Folgenden auch als „Halbleiterlaserelement 20“ bezeichnet).
Das lichtemittierende Element, insbesondere das Halbleiterlaserelement, weist in einer Draufsicht eine rechteckige äußere Form auf. In diesem Fall dient eine laterale Oberfläche, die eine der beiden kurzen Seiten dieses Rechtecks schneidet, als Emissionsendoberfläche für das Licht des Halbleiterlaserelements. Die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Halbleiterlaserelements sind größer in der Fläche als die Emissionsendoberfläche.
Das von dem Halbleiterlaserelement emittierte Licht (Laserlicht) streut und bildet ein elliptisches Fernfeldmuster (im Folgenden als „FFP“ bezeichnet) auf einer Ebene parallel zu einer Lichtemissionsendoberfläche. Das FFP ist eine Form und eine Lichtintensitätsverteilung des emittierten Lichts an einer Position, die von der Emissionsendoberfläche entfernt ist. Hier wird eine gerade Linie, die sich durch das Zentrum der elliptischen Form des FFP erstreckt, als optische Achse des Halbleiterlaserelements bezeichnet, und Licht, das sich durch das Zentrum der elliptischen Form des FFP erstreckt, in anderen Worten, Licht, das eine Peak-Intensität in der Lichtintensitätsverteilung des FFP aufweist, wird als Licht bezeichnet, das sich entlang der optischen Achse fortbewegt. In der Lichtintensitätsverteilung des FFP wird Licht, das eine Intensität von 1/e² oder mehr in Bezug auf den Peak-Intensitätswert aufweist, als ein Hauptbereich des Lichts bezeichnet. Die Form des FFP des vom Halbleiterlaserelement emittierten Lichts ist eine elliptische Form derart, dass eine Länge in der Schichtrichtung orthogonal zur Mehrzahl der Halbleiterschichten einschließlich der aktiven Schicht länger ist als die Länge in der Schichtrichtung. Die Schichtrichtung wird als die laterale Richtung des FFP bezeichnet, und die Schichtrichtung als die vertikale Richtung des FFP. Basierend auf der Lichtintensitätsverteilung des FFP ist ein Winkel, der einer vollen Breite bei halbem Maximum der Lichtintensitätsverteilung entspricht, ein Divergenzwinkel von Licht des Halbleiterlaserelements. Der Divergenzwinkel des Lichts in der vertikalen Richtung des FFP wird als vertikaler Divergenzwinkel bezeichnet, und der Divergenzwinkel des Lichts in der lateralen Richtung des FFP wird als lateraler Divergenzwinkel bezeichnet.
Als das Halbleiterlaserelement kann zum Beispiel ein Halbleiterlaserelement, das blaues Licht emittiert, ein Halbleiterlaserelement, das grünes Licht emittiert, ein Halbleiterlaserelement, das rotes Licht emittiert, oder ein Halbleiterlaserelement, das anderes Licht emittiert, verwendet werden. Blaues Licht bezieht sich auf Licht, das eine Emissionspeak-Wellenlänge im Bereich von 420 nm bis 494 nm aufweist, grünes Licht bezieht sich auf Licht, das eine Emissionspeak-Wellenlänge im Bereich von 495 nm bis 570 nm aufweist, und rotes Licht bezieht sich auf Licht, das eine Emissionspeak-Wellenlänge im Bereich von 605 nm bis 750 nm aufweist.
Beispiele für das Halbleiterlaserelement, das blaues Licht emittiert und das Halbleiterlaserelement, das grünes Licht emittiert, enthalten ein Halbleiterlaserelement, das einen Nitrid-Halbleiter enthält. Als Nitrid-Halbleiter kann zum Beispiel eine Halbleiterschicht aus GaN, InGaN, AlGaN oder dergleichen verwendet werden. Beispiele für das Halbleiterlaserelement, das rotes Licht emittiert, enthalten ein Halbleiterlaserelement, das eine Halbleiterschicht auf InAIGaP-Basis, GaInP-Basis oder AlGaAs-Basis enthält.
Das Halbleiterlaserelement 20 kann einen Einzelemitter, der einen Emitter aufweist, einen Multiemitter, der zwei oder mehr Emitter aufweist, und dergleichen sein. Wenn das Halbleiterlaserelement eine Mehrzahl der Emitter enthält, wird von der Emissionsendoberfläche jedes Emitters Laserlicht emittiert, das ein elliptisches FFP bildet.
Das lichtemittierende Element, insbesondere das Halbleiterlaserelement, ist unter dem Gesichtspunkt der Wärmeableitungseigenschaft und dergleichen vorzugsweise auf einem Submount angeordnet.
Submount
Der Submount 33 weist zwei Verbindungsoberflächen auf. Der Submount 33 weist vorzugsweise eine Form einer Säule oder einer polygonalen Spalte wie einer viereckigen Säule auf, in der die beiden Verbindungsoberflächen parallel zueinander sind. Unter diesen Formen ist ein rechteckiges Parallelepiped bevorzugt. Der Submount 33 kann zum Beispiel unter Verwendung von Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid oder Siliziumkarbid gebildet werden. Ein Metallfilm zum Verbinden ist vorzugsweise auf der Verbindungsoberfläche vorgesehen.
Packung
Die Packung 43 ist ein Bauteil zum Vorsehen eines hermetisch abgedichteten geschlossenen Raums, in dem das Antifuse-Element 10 und das lichtemittierende Element 20 angeordnet sind, und enthält beispielsweise ein Basisbauteil 37 und ein Deckelbauteil 38.
Das Basisbauteil 37 enthält den Bodenbereich 39, auf dem das Antifuse-Element 10, das lichtemittierende Element 20 und dergleichen angeordnet sind, und einen Wandbereich 40, der den Bodenbereich 39 umgibt. Das heißt, das Basisbauteil 37 weist einen ausgesparten Bereich auf, und der ausgesparte Bereich wird von dem Bodenbauteil 39 und dem Wandbereich 40 gebildet. In einer Draufsicht enthalten Beispiele für die äußere Form des Basisbauteils 37 verschiedene Formen wie einen Kreis, eine Ellipse und ein Polygon wie ein Viereck, und Beispiele für die äußere Form des ausgesparten Bereichs enthalten ebenfalls diese verschiedenen Formen. Unter diesen Formen ist eine rechteckige Form bevorzugt. Der Bodenbereich 39 weist vorzugsweise eine flache Plattenform auf. Der Wandbereich 40 erstreckt sich von der äußeren Peripherie des Bodenbereichs bis zur oberen Seite des Antifuse-Elements, des lichtemittierenden Elements und dergleichen und ist höher als die Höhe des Antifuse-Elements, des lichtemittierenden Elements und dergleichen. Der Wandbereich 40 kann sich in einer flachen Plattenform erstrecken oder eine oder mehrere Stufen 40a aufweisen.
Der Bodenbereich 39 und der Wandbereich 40 können integral aus demselben Material gebildet sein oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen, z.B. kann der Wandbereich aus Keramik gebildet sein und der Bodenbereich kann aus Metall gebildet sein. Beispiele für die Keramik enthalten Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid und Siliziumkarbid. Als das Metall kann zum Beispiel Cu, Al, Fe oder dergleichen verwendet werden, und als der Verbundwerkstoff kann Kupfermolybdän, ein Kupfer-Diamant-Verbundwerkstoff, Kupferwolfram oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall weist das für den Bodenbereich 39 verwendete Metall vorzugsweise eine bessere Wärmeableitungseigenschaft und eine höhere thermische Leitfähigkeit auf als die für den Wandbereich 40 verwendete Keramik.
Das Deckelbauteil 38 ist unter einer vorbestimmten Atmosphäre mit dem Basisbauteil 37 verbunden, und der geschlossene Raum wird zu einem hermetisch abgedichteten Raum. Indem das Halbleiterlaserelement 20 und dergleichen in dem hermetisch abgedichteten Raum angeordnet sind, ist es möglich, eine Qualitätsverschlechterung aufgrund von Staubansammlungen zu unterdrücken. Zum hermetischen Abdichten wird das Deckelbauteil 38 mit dem Basisbauteil 37 verbunden, zum Beispiel mit einem Metallverbindungsmaterial oder dergleichen. Beispiele für das Metallverbindungsmaterial enthalten Hartlötmetall wie AuSn, Lötzinn und ähnliches.
Das Deckelbauteil 38 weist eine untere Oberfläche und eine obere Oberfläche auf. Das Deckelbauteil 38 weist beispielsweise vorzugsweise eine flache Plattenform auf und hat vorzugsweise eine äußere Form, die der äußeren Form des Basisbauteils 37 in einer Draufsicht entspricht. Darüber hinaus weist das Deckelbauteil 38 vorzugsweise eine Lichtdurchlässigkeit für Licht auf. Hier bedeutet der Begriff „Lichtdurchlässigkeit“, dass die Durchlässigkeit für das von dem in der Packung untergebrachten lichtemittierenden Element emittierte Licht 50% oder mehr beträgt, vorzugsweise 60% oder mehr, 70% oder mehr oder 80% oder mehr. Das Deckelbauteil 38 kann jedoch auch nur teilweise eine lichtdurchlässige Region aufweisen. Die Form und die Anzahl der lichtdurchlässigen Regionen können so gewählt werden, dass das von dem lichtemittierenden Element 20 emittierte Licht durchgelassen werden kann. Wie in 3A dargestellt, kann zum Beispiel die Anzahl der lichtdurchlässigen Regionen die gleiche sein wie die Anzahl der entsprechenden lichtemittierenden Elemente 20. Das Deckelbauteil 38 ist vorzugsweise mit einem Metallfilm in einer Teilregion auf seiner Oberfläche versehen. Der Metallfilm ist zum Verbinden mit einer anderen Komponente vorgesehen. So dient ein Teil oder die gesamte Region, wo der Metallfilm vorgesehen ist, als Verbindungsregion, um mit einer anderen Komponente verbunden zu werden. Insbesondere ist der Metallfilm vorzugsweise auf einer dem Basisbauteil 37 zugewandten Oberfläche (im Folgenden als „untere Oberfläche“ bezeichnet) des Deckelbauteils 38 vorgesehen und in einer ringförmigen Form entlang der äußeren Kante des Deckelbauteils 38 vorgesehen.
Das Deckelbauteil 38 kann aus Saphir, Glas oder dergleichen gebildet sein. Saphir ist ein Material, das Lichtdurchlässigkeit, einen relativ hohen Brechungsindex und eine relativ hohe Festigkeit aufweist. Der Metallfilm kann z.B. aus Ti/Pt/Au gebildet sein.
Ein Wellenlängenumwandlungsbauteil kann in der lichtdurchlässigen Region des Deckelbauteils 38 angeordnet sein. Das Wellenlängenumwandlungsbauteil kann einen in der Technik bekannten Leuchtstoff enthalten.
Die leitfähige Schicht 46 ist auf dem Basisbauteil 37 der Packung vorgesehen, insbesondere auf dem Bodenbereich 39, optional auf der oberen Oberfläche des Wandbereichs 40, und dergleichen, wodurch das Antifuse-Element 10, das lichtemittierende Element 20 und dergleichen elektrisch verbunden werden. In 3C ist die leitfähige Schicht 46 auf der oberen Oberfläche der Stufe 40a des Wandbereichs 40 angeordnet. In 3C ist das Bauteil, z.B. ein Draht, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Für die Form, die Dicke, das Material und dergleichen der leitfähigen Schicht 46 können die in der Technik bekannten verwendet werden.
Ein Stromversorgungsbauteil 41, das mit dem Antifuse-Element 10, dem lichtemittierenden Element 20 und dergleichen verbunden ist, ist mit der leitfähigen Schicht 46 verbunden. Eine Anzahl von Stromversorgungsbauteilen 41, die mit dem Antifuse-Element 10 verbunden sind, beträgt vorzugsweise zwei bis vier, kann aber auch eine andere Anzahl sein. Mit einer derartigen Anzahl von Stromversorgungsbauteilen 41 lässt sich eine Stromverteilung auf die Mehrzahl von Stromversorgungsbauteilen 41 realisieren, selbst wenn ein großer Strom durch das Antifuse-Element 10 fließt, was die Wahrscheinlichkeit eines stabilen Betriebs erhöht. Die Verdrahtungsleitung 41 weist z.B. eine Schnurform auf und ist vorzugsweise z.B. ein Metalldraht. Als Metall kann z.B. Gold, Aluminium, Silber, Kupfer, eine Legierung davon oder dergleichen verwendet werden.
Wie in 4 dargestellt, können das Antifuse-Element 10 und das lichtemittierende Element 20 durch die leitfähige Schicht 46 und die Stromversorgungsbauteile 41 in der Packung 43 parallel verbunden werden. In einem Fall, in dem eine solche Mehrzahl von Sets des Antifuse-Elements 10 und des lichtemittierenden Elements 20 parallel verbunden ist, können diese Sets davon parallel oder in Reihe verbunden werden, wobei insbesondere eine Reihenverbindung vorzuziehen ist. Die Reihenverbindung kann bewirken, dass sich eine Spannung in dem entsprechenden Antifuse-Element konzentriert, wenn sich eines der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen 20 trennt, was erlaubt, dass eine Spannung gesichert wird, die ausreicht, damit das Antifuse-Element leitfähig wird.
Darüber hinaus ist in einem Fall, in dem die lichtemittierende Vorrichtung eine Zener-Diode als Schutzelement enthält, wie nachstehend beschrieben und in 3B dargestellt, die Zener-Diode vorzugsweise parallel zu einer Mehrzahl von Sets der Antifuse-Elemente 10 und der lichtemittierenden Elemente 20 verbunden. Eine solche Konfiguration kann die gesamte Vorrichtung vor dem Durchbruch aufgrund eines Rückstroms schützen.
In der in 3B dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 30 sind fünf Halbleiterlaserelemente 20 und fünf entsprechende Antifuse-Elemente 10 gepaart und in einer Richtung in der Packung aneinandergereiht.
Die Anordnung der Antifuse-Elemente 10 und der Halbleiterlaserelemente 20 in der Packung 43 kann entsprechend der Anzahl und der Größe davon, der Form und der Größe der Packung und dergleichen festgelegt werden. Zum Beispiel ist das Antifuse-Element 10, wie in 3D dargestellt, vorzugsweise in einer Region angeordnet, die eine virtuelle gerade Linie vermeidet, die die optische Achse A des vom Halbleiterlaserelement 20 emittierten Laserlichts in einer Draufsicht enthält. Mit anderen Worten, das Antifuse-Element 10 ist vorzugsweise so angeordnet, dass ein Teil oder die Gesamtheit des Antifuse-Elements 10 die Verlängerungslinie der optischen Achse A des von der Emissionsendoberfläche emittierten Laserlichts nicht schneidet. Insbesondere ist eine laterale Oberfläche 10A des Antifuse-Elements 10 auf der dem Halbleiterlaserelement 20 näheren Seite vorzugsweise auf der von der Verlängerungslinie C der lateralen Oberfläche abgewandten Seite parallel zur optischen Achse des Halbleiterlaserelements 20 lokalisiert, also in der Richtung X weg vom Halbleiterlaserelement 20. Dies kann eine Beeinträchtigung des Antifuse-Elements 10 durch Leckage von Licht aus dem Halbleiterlaserelement unterdrücken. Das Antifuse-Element 10 kann auf der hinteren Oberfläche des Halbleiterlaserelements 20 angeordnet sein. Hier ist die hintere Oberfläche eine Oberfläche des Halbleiterlaserelements 20, die am weitesten von der Emissionsendoberfläche des Halbleiterlaserelements 20 entfernt ist, und die Oberflächenseite bezeichnet eine Region, die näher an der hinteren Oberfläche liegt als die Emissionsendoberfläche des Halbleiterlaserelements 20.
Lichtreflektierendes Bauteil
Das lichtreflektierende Bauteil 34 weist eine lichtreflektierende Oberfläche 34a auf, auf der Licht reflektiert wird. Die lichtreflektierende Oberfläche 34a ist in Bezug auf die untere Oberfläche und die Oberfläche des Bodenbereichs 39 der Packung 43 geneigt, auf der die lichtreflektierende Oberfläche 34 angeordnet ist. Zum Beispiel ist die lichtreflektierende Oberfläche 34a auf einer geneigten Oberfläche mit einem Neigungswinkel in einem Bereich von 20 Grad bis 80 Grad, zum Beispiel 45 Grad, in Bezug auf die untere Oberfläche vorgesehen. Die lichtreflektierende Oberfläche 34a kann eine planare Form oder eine gekrümmte Form aufweisen. In dem Fall einer gekrümmten Form kann ein Bereich, der orthogonal oder parallel in Bezug auf die untere Oberfläche ist, lokal enthalten sein. Die lichtreflektierende Oberfläche 34a weist vorzugsweise eine planare Form auf.
Das lichtreflektierende Bauteil 34 kann unter Verwendung von Glas, Metall oder dergleichen gebildet sein. Spezifische Beispiele davon enthalten Glas wie Silikatglas und BK7 (Borosilikatglas), Metalle wie Aluminium und Materialien, die Si als Hauptmaterial enthalten. Die lichtreflektierende Oberfläche kann zum Beispiel unter Verwendung eines Metalls wie Ag oder Al oder eines dielektrischen Mehrschichtfilms wie Ta₂O₅/SiO₂, TiO₂/SiO₂, Nb₂/SiO₂ oder dergleichen gebildet werden. Die lichtreflektierende Oberfläche 34a weist ein Lichtreflexionsvermögen von 99% oder mehr, 95% oder mehr und 90% oder mehr für die Peak-Wellenlänge des reflektierten Laserlichts auf.
Optisches Bauteil 44
Das optische Bauteil 44 ist auf dem Deckelbauteil 38 der Packung 43 in der lichtemittierenden Vorrichtung 30 angeordnet und ist ein Bauteil zum Durchführen einer vorbestimmten Lichtverteilung wie z.B. einer Lichtsammlung.
Das optische Bauteil 44 weist eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und eine laterale Oberfläche auf und kann eine Linsenoberfläche 44a aufweisen. Die Linsenoberfläche 44a ist vorzugsweise entweder auf der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche gebildet. Zum Beispiel weist das optische Bauteil 44 eine Form auf, bei der die Linsenoberfläche 44a, die eine Kuppelform oder dergleichen aufweist, auf einer Oberfläche einer flachen Plattenform als Ganzes angeordnet ist. Die Linsenoberfläche 44a kann durch eine einzige kuppelförmige Linse gebildet werden oder eine beliebige Form aufweisen, bei der eine Mehrzahl der Linsenoberflächen 44a miteinander verbunden sind, wie in 3E dargestellt, eine Form, bei der eine Mehrzahl der Linsen parallel angeordnet sind, und dergleichen. Das optische Bauteil 44 kann durch die Integration eines plattenförmigen Bereichs und einer Linse gebildet werden oder durch das Verbinden separater Bauteile. Das optische Bauteil 44 kann in einer Draufsicht beispielsweise verschiedene äußere Formen aufweisen, ähnlich wie das Basisbauteil 37, hat aber vorzugsweise eine rechteckige Form.
Vorzugsweise weist das optische Bauteil 44 eine Lichtdurchlässigkeit auf, und die Linsenoberfläche 44a und andere Bereiche sind ebenfalls lichtdurchlässig. Das optische Bauteil 44 kann unter Verwendung von z.B. Glas wie BK7 gebildet werden.
Schutzelement
Das Schutzelement 35 ist ein Element, das verhindert, dass ein spezifisches Element (z.B. das Halbleiterlaserelement 20) durch einen übermäßigen Stromfluss dadurch zersetzt wird. Ein Beispiel des Schutzelements ist eine Zener-Diode. Die Zener-Diode kann aus Si gebildet sein.
Wenn die lichtemittierende Vorrichtung 30 das Schutzelement 35 enthält, kann nur ein Schutzelement 35 für die lichtemittierende Vorrichtung 30 vorgesehen sein, oder ein Schutzelement 35 kann für jedes der Halbleiterlaserelemente 20 vorgesehen sein. In einem Fall, in dem ein Schutzelement 35 für jedes Halbleiterlaserelement 20 vorgesehen ist, ist das Schutzelement 35 vorzugsweise in einer Region angeordnet, die eine virtuelle gerade Linie vermeidet, die die optische Achse A des vom Halbleiterlaserelement 20 emittierten Laserlichts enthält, ähnlich wie das Antifuse-Element 10. Beispielsweise kann das Schutzelement 35 auf der Seite der hinteren Oberfläche des Halbleiterlaserelements 20 und auf der dem Antifuse-Element 10 gegenüberliegenden Seite in Bezug auf die gerade Linie, die die optische Achse A enthält, angeordnet sein. Eine solche Anordnung kann eine Degradation des Schutzelements 35 aufgrund von Leckage von Licht vom Halbleiterlaserelement 20 unterdrücken.
Betrieb einer lichtemittierenden Vorrichtung
In der lichtemittierenden Vorrichtung 30 sind fünf Halbleiterlaserelemente 20 in der Packung 43 in Reihe verbunden, und das Antifuse-Element 10 ist parallel zu jedem der Halbleiterlaserelemente 20 verbunden. Wenn die lichtemittierende Vorrichtung 30 normal betrieben wird, fließt nur durch das Halbleiterlaserelement 20 ein Strom, und durch das Antifuse-Element 10 fließt kein Strom.
In einem Fall, in dem das Antifuse-Element 10 nicht verbunden ist, wird, wenn ein Fehler in einem der Halbleiterlaserelemente 20 auftritt und der Strom unterbrochen wird, der Strom in allen anderen Halbleiterlaserelementen 20, die in Reihe verbunden sind, unterbrochen, und alle Halbleiterlaserelemente 20 werden abgeschaltet.
Andererseits wird in einem Fall, in dem die Antifuse-Elemente 10 parallel verbunden sind, wenn in einem der Halbleiterlaserelemente 20 ein Fehler auftritt und der Strom unterbrochen wird, dem parallel verbundenen Antifuse-Element 10 ein übermäßiger Strom zugeführt, ein dielektrischer Durchbruch tritt auf, und das Antifuse-Element 10 wird in einen leitfähigen Zustand gebracht. Als Resultat wird der Stromversorgungszustand für das andere Halbleiterlaserelement 20, in dem kein Fehler aufgetreten ist, beibehalten, und das Halbleiterlaserelement 20 bleibt eingeschaltet.
Die lichtemittierende Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen kann für Projektoren, Fahrzeugscheinwerfer, am Kopf befestigte Displays, Beleuchtungen, Anzeigen und dergleichen verwendet werden.
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

WO 2015/060278 [0003]

Claims

Antifuse-Element, umfassend: eine erste Elektrode; eine isolierende Schicht, die auf der ersten Elektrode angeordnet ist; und eine zweite Elektrode, die auf der isolierenden Schicht angeordnet ist, wobei die isolierende Schicht eine erste Region und eine zweite Region enthält, wobei eine Dicke der ersten Region kleiner als eine Dicke der zweiten Region ist, und eine äußere Kante der zweiten Elektrode in einer Draufsicht innerhalb einer äußeren Kante der isolierenden Schicht lokalisiert ist.
Antifuse-Element nach Anspruch 1, wobei die erste Region der isolierenden Schicht von der zweiten Region der isolierenden Schicht in der Draufsicht umgeben ist.
Antifuse-Element nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Elektrode und die isolierende Schicht teilweise zu einer Außenseite freigelegt sind.
Antifuse-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Elektrode eine viereckige Form mit abgeschrägten Ecken in der Draufsicht aufweist.
Antifuse-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in mindestens einem Querschnitt, der durch die erste Region verläuft, die Dicke der zweiten Region konstant ist, und eine Dicke der zweiten Elektrode oberhalb der zweiten Region konstant ist.
Antifuse-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Elektrode dazu konfiguriert ist, nur an einem Bereich der zweiten Elektrode oberhalb der zweiten Region der isolierenden Schicht mit einem Stromversorgungsbauteil verbunden zu sein.
Antifuse-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend ein leitfähiges Substrat, wobei die erste Elektrode auf dem leitfähigen Substrat angeordnet ist, und eine äußere Kante des leitfähigen Substrats in der Draufsicht außerhalb einer äußeren Kante der ersten Elektrode lokalisiert ist.
Antifuse-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das leitfähige Substrat in einer Dickenrichtung einen ersten Kantenbereich, der mit der äußeren Kante der ersten Elektrode bündig ist, und einen zweiten Kantenbereich enthält, der in der Draufsicht außerhalb der äußeren Kante der ersten Elektrode lokalisiert ist.
Antifuse-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine hintere Oberflächenelektrode, die auf dem leitfähigen Substrat auf einer der ersten Elektrode gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: das Antifuse-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und ein lichtemittierendes Element.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das lichtemittierende Element ein Halbleiterlaserelement ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei in der Draufsicht das Antifuse-Element in einer Region angeordnet ist, die eine virtuelle gerade Linie meidet, die eine optische Achse von von dem Halbleiterlaserelement emittiertem Laserlicht enthält.
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner umfassend ein zusätzliches Antifuse-Element und ein zusätzliches Halbleiterlaserelement, wobei das Antifuse-Element und das Halbleiterlaserelement parallel verbunden sind, um ein erstes Set zu bilden, das zusätzliche Antifuse-Element und das zusätzliche Halbleiterlaserelement parallel verbunden sind, um ein zweites Set zu bilden, und das erste Set und das zweite Set in Reihe verbunden sind.