DE10221504B4 - Mehrchip-LED-Halbleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Licht emittierende Anordnung mit – mehreren Licht emittierenden Dioden, welche auf einer gemeinsamen Montagebasis (50; 200) angeordnet sind; sowie – einer Schaltungsanordnung auf der gemeinsamen Montagebasis, wobei die mehreren Licht emittierenden Dioden mit der in der Montagebasis (50; 200) ausgebildete Schaltungsanordnung (52; 208) verbunden sind;- wobei die mehreren Licht emittierenden Dioden invertierte, Licht emittierende Dioden (212-1, 212-2) aufweisen, wobei die invertierten, Licht emittierenden Dioden aufweisen: – ein Substrat (19) mit einer Seite; – eine n-dotierte Halbleiterschicht (11) mit einer oder mehreren, ersten Kontaktinseln (41); – eine aktive Schicht (13), welche über der n-dotierten Schicht ausgebildet ist; sowie – eine p-dotierte Halbleiterschicht (12), welche über der aktiven Schicht (13) ausgebildet ist und eine oder mehrere, zweite Kontaktinseln (41) aufweist, wobei sich die einen oder mehreren ersten Kontaktinseln (41) und die einen oder mehreren zweiten Kontaktinseln (41) sich auf der Seite des Substrats (10) befinden und...

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Licht emittierende Halbleiteranordnungen und, im Besonderen, auf Licht emittierende Mehrfachanordnungen, welche auf einer gemeinsamen Montagebasis angebracht sind.
  • Erörterung des verwandten Standes der Technik
  • Es ist bekannt, Licht emittierende Dioden (LEDs) anzusteuern, um zum Beispiel verschiedene Farben zu erzeugen, die zeitliche Steuerung ein-/auszuschalten oder Helligkeitsniveaus zu regeln. Bei Anordnungen, welche LEDs mit den drei Primärfarben – Rot (R), Grün (G), Blau (B) – aufweisen, ermöglicht eine Änderung des Stroms der drei LEDs die Erzeugung nahezu jeder Farbe in dem sichtbaren Spektrum. Daher handelt es sich hierbei um Hauptanwärter, welche zum Beispiel bei Farbanzeigen zu verwenden sind. Ferner sind Anordnungen, welche weißes Licht (bestehend aus den Komponenten R, G und B) erzeugen können, auf Grund ihrer Möglichkeit, konventionelle Lichtquellen, wie z. B. Glühlampen, zu ersetzen, von besonderem Interesse.
  • Verwandte Verfahren sehen die folgenden Leistungen vor. Mueller et al offenbaren in der US 6 016 038 A und der US 6 150 774 A eine impulsbreitenmodulierte Stromregelung für eine LED-Beleuchtungsanordnung, wobei jede Strom gesteuerte Einheit allein adressierbar ist und Lichtfarbinformationen über ein Computernetz empfangen kann. Die LEDs werden von einem Mikroprozessor gesteuert, um die Helligkeit oder die Farbe des erzeugten Lichts, z. B. durch Verwendung von impulsbreitenmodulierten Signalen, zu verändern. Bei dieser LED-Anordnung besteht daher die Möglichkeit, komplexe, vorgegebene Lichtmuster vorzusehen. Die LEDs sind jedoch einzeln angeordnet, und die Steuerlogik ist von den LEDs getrennt vorgesehen, was in räumlich umfangreichen Strukturen resultiert.
  • Mizutani et al offenbaren in der JP 7235624 eine LED-Lampe, wobei aus transparentem Harz ein Gehäuse gebildet wird und die Elektroden einer invertierten LED-Anordnung unmittelbar auf die, außerhalb des Gehäuses geführten Leiterbahnen gebondet werden. Diese Methode stützt sich jedoch auf die Herstellun mehrerer einzelner Drahtbondverbindungen und eliminiert damit nicht die Fehlerquelle Nummer Eins von LED-Systemen, nämlich den Ausfall der Drahtbondverbindungen.
  • Liu et al offenbaren schließlich in der US-Patent 5 886 401 A ein LED-Verbindungsgehäuse, wobei die LED auf einem, im Wesentlichen transparenten, eine Kontaktfläche mit Kontaktinseln aufweisenden Substrat angeordnet ist, eine Polymerschicht über der Kontaktfläche vorgesehen ist und Kontaktöffnungen aufweist, ein, im Wesentlichen transparenter Träger die LED und das Substrat umgibt, und über der Polymerschicht eine Metallisierung vorgesehen ist, welche sich durch die Kontaktöffnungen erstreckt, um die Kontaktstellen untereinander zu verbinden. Es wird dann eine Anordnung der offenbarten, auf einer gemeinsamen Montagebasis angebrachten LEDs beschrieben. Jedoch ist außerhalb des LED-Gehäuses ein Schalterstromkreis zur Steuerung der LEDs angeordnet, wodurch sich erneut räumlich umfangreiche Strukturen ergeben.
  • Es gibt Flächen, bei welchen eine bedeutende Verbesserung wünschenswert ist. Bei räumlichen Überlegungen, wie zum Beispiel bei Einsätzen, bei denen LED-Anordnungen auf andere Schaltkreiselemente abgestimmt sind, z. B. auf Leiterplatten, wird ein LED-Aufbau höherer Dichte gewünscht. Höhere Dichten sind ebenfalls von Vorteil, um Anordnungen für hohe Leistungen zu konstruieren. Höhere Dichten ermöglichen die Herstellung kleinerer LED-Anordnungen, welche einer idealen Lichtpunktquelle näherkommen; damit sind die, das emittierte Licht bearbeitenden, sekundären, optischen Bauelemente einfacher und preisgünstiger herzustellen.
  • Die JP 11 251 646 A zeigt ein Halbleiterleuchtelement, das auf einem Substrat angeordnet ist, wobei eine einfache Transistorsteuerschaltung zur Realisation eines Blinklichtbetriebs auf dem Substrat integriert ist.
  • Desweiteren offenbart die EP 0 921 577 A1 ein LED-Bauteil mit doppelter Heterostruktur, wobei ein GaN-LED-Element und ein Si-Diodenelement integriert aufgebaut und über Bonddrähte mit Anschlusskontakten verbunden sind.
  • Ferner zeigt die JP 10 107 316 A eine Anordnung mehrerer LEDs, wobei die LEDs zur Ersparnis von Produktionskosten gegenüber mehreren einzelnen LEDs in einem Bauelement integriert sind.
  • Die JP 6 326 364 A zeigt eine Weisslichtquelle aus einer blauen LED 40 und einer gelben LED 48, die einen invertierten bzw. nicht invertierten Aufbau aufweisen.
  • Darüber hinaus zeigt die DE 695 12 720 T2 eine Lumineszenzdiodenvorrichtung, bei welcher mittels einer Diode zwischen einer Reihenschaltung und einer Parallelschaltung der LEDs umgeschaltet werden kann, sodass die Verwendung verschiedener Versorgungsspannungen für die LED-Anordnung ermöglicht wird.
  • Ferner zeigt die DE 697 25 705 T2 Verschaltungen von Stromnebenschlussdioden für Anordnungen mehrerer LEDs, allerdings im Zusammenhang mit einem Hindernisfeuer für die Flugfahrt.
  • Darüber hinaus zeigt die DE 199 19 944 A1 eine LED-Anordnung mit gepaarten Nebenschlussdioden von entgegengesetzter Polarität, wobei eine Beschädigung aufgrund einer elektrostatischen Entladung durch Ableitung eines elektrischen Stroms und durch Begrenzung der Spannung an der LED verhindert werden soll.
  • Die US 5 003 357 A zeigt ein Halbleiterleuchtelement, das integriert mit einer Si-Wärmesenke aufgebaut ist, die einen Strahldeflektor und auch integrierte Ansteuerschaltungen aufweist.
  • Darüber hinaus zeigt die US 5 621 225 A eine LED-Gruppenanordnung auf einem Substrat mit Zeilen- und Spaltenanschlusskontakten, die zu Anschlusskontakten an einer obersten Oberfläche der LED Anordnung weitergeführt sind.
  • Ferner weist die US 6 005 262 A eine Laserdiodenanordnung mit einer lichtempfindlichen Anordnung zur Leistungssteuerung des Laserlichts auf.
  • Darüber hinaus zeigt die JP 9 199 795 A eine Laserdiodenanordnung mit einem Photodetektor zum Überwachen des Ausgangslichts.
  • Schließlich zeigt die US 4 810 937 A ein optisches Mehrfarbenbauteil bei dem Licht mit geregelter Chromatizität erzeugt werden kann, wobei Lichtsensoren zur Stabilisierung der Lichtquellen vorgesehen sind.
  • DE 199 53 160 A1 offenbart ein lichtemittierendes Bauelement mit einem Heteroübergang mit einer p-Typ-Schicht und einer n-TypSchicht. Eine n-Elektrode ist elektrisch mit der n-TypSchicht verbunden, während eine p-Elektrode elektrisch mit der p-Typ-Schicht verbunden ist. Die p- und die n-Elektrode sind positioniert, um eine Region mit einer gleichmäßigen Lichtintensität zu bilden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mehrere LEDs auf einer gemeinsamen Montagebasis angebracht und auf dieser durch ein Schaltsystem verbunden. Die Montagebasis besteht vorzugsweise aus Silicium und weist Metall-Leiterbahnen und möglicherweise eine Logikschaltung auf, welche unter Anwendung integrierter Schaltungsherstellungtechniken unmittelbar auf/in der Montagebasis vorgesehen wird.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden Verbindungshalbleiter-LEDs verwendet, welche aus Elementen der Spalte III der Tabelle des Periodensystems, wie z. B. Al, Ga oder In, oder Elementen der Spalte V, wie z. B. N oder P, hergestellt werden. Sämtliche Kontaktinseln befinden sich auf der gleichen Seite dieser Anordnungen. Dieser invertierte Aufbau wird häufig als Flip-Chip-Ausführung dargestellt. Die Anordnung wird, z. B. durch Anlöten der Kontaktinseln an die in der Montagebasis ausgebildete Schaltung, auf einer Montagebasis angebracht. Bei diesem Aufbau sind die transparenten Substrate der LED-Anordnungen von der Montagebasis weg gerichtet, wodurch das freie Entweichen des erzeugten Lichts durch das Substrat möglich ist. Ferner kann das Substrat entfernt sein. Diese invertierten Ausführungen ermöglichen im Vergleich zu der normalen Drahtbondausführung eine verbesserte Lichtextraktion. Ein Anschließen der LEDs an Metall-Leiterbahnen auf der gemeinsamen Montagebasis reduziert die Fehlerquelle Nummer Eins von Schaltungen: den Ausfall der Drahtbondverbindungen.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen schaltet die Schaltungsanordnung auf der Montagebasis die LEDs parallel, in Reihe oder in Kombination parallel und in Reihe. Das Anschließen der LEDs in Reihe ist von größerem Nutzen, da typische Betriebsspannungen bei einer AllnGaN-LED im Bereich von 2,4–4 V liegen, während die Treiberschaltung bei vielen Einsätzen mit einer anderen Spannung arbeitet. Bei einem Kraftfahrzeug treibt zum Beispiel eine 12 V Batterie den Schaltkreis an. Durch Herstellen einer Anordnung, bei welcher 3 oder 4 LEDs in Reihe geschaltet sind, werden sämtliche LEDs bei Ansteuerung durch die normale 12 V Kraftfahrzeugbatterie in dem erforderlichen Spannungsbereich betrieben.
  • Es ist zudem ein Schalter vorgesehen, welcher die LEDs von in Reihe auf parallel schalten kann. Der Vorteil dieses Aufbaus ist, dass bei Änderung der Schaltung die Anordnung auf einen Betrieb bei unterschiedlichen Eingangsspannungen eingestellt werden kann.
  • Einige Ausführungsformen weisen LEDs auf der gleichen Montagebasis auf, wobei eine große Anzahl Wellenlängen emittiert wird. Ausführungsformen mit LEDs der drei Primärfarben – Rot, Grün, Blau – können bei einem möglichen Austausch normaler Glühlampen weißes Licht emittieren. Solche Farb-LEDs können ebenfalls bei Farbdisplays verwendet werden. Ausführungsformen mit LEDs, welche zum Beispiel ultraviolettes und blaues Licht mit Wellenlängen von 420 Nanometer und 470 Nanometer emittieren können, werden in der Zahntechnik nutzbringend eingesetzt, wo sie zum Aushärten von bestimmten, für Füllungen verwendeten Materialien verwendet werden.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die in der Montagebasis ausgebildete Schaltungsanordnung eine Diode auf, welche in der Umkehrrichtung zu der LED betrieben wird. Dieser Aufbau bietet eine gute Übergangsspannungsbegrenzung (TVS) und damit Schutz gegen Elektrostatische Entladung (ESD), eine der Hauptursachen des Stromkreisausfalls bei III-Nitridmaterialien.
  • Bei einigen Ausführungsbeispielen weist die Montagebasis eine photoempfindliche Anordnung, welche einen Teil des emittierten Lichts empfängt, und eine Steuereinheit auf. Die photoempfindliche Anordnung misst die Intensität des emittierten Lichts. Sollte sich herausstellen, dass die Intensität von einem Nennwert abweicht, stellt die Steuereinheit den Strom zu den LEDs ein. Dieses Ausführungsbeispiel geht das Problem an, dass LEDs mit der Zeit eine deutliche Abnahme der Intensität des emittierten Lichts aufweisen, was zum Beispiel zu einer unerwünschten Verschiebung der Chromatizität bei Anwendung von Farbanzeigen führt oder diese aus dem vorgegebenen Intensitätsbereich, z. B. bei Anwendung von Lichtsignalen, fällt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Beispiele zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine bekannte, Licht emittierende III-Nitridanordnung mit einem Saphirsubstrat;
  • 2 eine weitere bekannte, Licht emittierende III-Nitridanordnung mit einem SiC-Substrat;
  • 3 einen maximalen Durchlassstrom als eine Wirkungsweise des Wärmewiderstands zwischen Übergang und außen;
  • 4 die Extraktionseffizienz der LED als eine Wirkungsweise der p-Elektrodenabsorption;
  • 5 in einer Licht emittierenden Anordnung nach dem Stand der Technik aufgefangenes Licht;
  • 6a–b jeweils den Grund- und Querriss einer, auf einer Montagebasis angebrachten LED;
  • 7 den Grundriss einer, auf einer Montagebasis angebrachten LED;
  • 8 den Grundriss einer, auf einer Montagebasis angebrachten LED;
  • 9 den Grundriss einer, auf einer Montagebasis angebrachten LED;
  • 10a–b jeweils den Grund- und Querriss einer, auf einer Montagebasis angebrachten LED;
  • 11a–b Querrisse des in den 10a–b dargestellten auf einer Montagebasis angebrachten LED;
  • 12a–b die Grundrisse einer LED bzw. Montagebasis;
  • 13a–c alternative Amnordnungen sowie die entsprechenden Lichtwege;
  • 14 die Extraktionseffizienz invertierter GaN/SiC-LEDs als eine Wirkungsweise des SiC-Absorptionskoeffizienten;
  • 15 ein Anordnung mit einer invertierten Pyramide für das Superstrat;
  • 16 alternative Anordnungen für die Montagebasis;
  • 17a–b mehrere, in Reihe miteinander verbundene, Licht emittierende Strukturen. 17a zeigt einen Grundriss der Struktur. 17b zeigt das entsprechende Schemaschaltbild;
  • 18 mehrere, in Reihe miteinander verbundene, Licht emittierende Strukturen, welche mit einer Montagebasis verbunden sind;
  • 19 ein Ablaufdiagramm zur Herstellung der III-Nitrid-LED;
  • 20 ein Ablaufdiagramm zur Befestigung der III-Nitrid-LED an einer Montagebasis;
  • 21 mehrere, auf einer gemeinsamen Montagebasis befestigte, an die Schaltung angekoppelte LEDs;
  • 22 eine Seitenansicht invertierter, auf einer gemeinsamen Montagebasis befestigter LEDs;
  • 23 eine Seitenansicht invertierter LEDs und Standard-LEDs, welche auf einer gemeinsamen Montagebasis befestigt sind;
  • 24a, 24b und 24c verschiedene Schaltverbindungs-LEDs bei Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung;
  • 25 eine Schaltungsanordnung mit LED-Gruppen der gleichen Wellenlänge;
  • 26 eine Schaltungsanordnung mit LEDs, in welche erfindungsgemäß Schalter integriert sind;
  • 27a bis 27d eine Schaltungsanordnung mit Stromnebenschlussdioden;
  • 28a und 28b eine Schaltungsanordnung, in welche eine photoempfindliche Diode und eine Steuereinheit integriert sind;
  • 29 ein Verfahren zur Regelung der Intensität des emittierten Lichts;
  • 30 eine Schaltungsanordnung, in welche ein Stromverteiler und eine Steuereinheit integriert sind.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Zuerst wird eine ausführliche Beschreibung einer invertierten III-Nitrid-LED und einer Montagebasis für eine oder mehrere LEDs vorgesehen. Im zweiten Teil dieser Anmeldung werden Beispiele zur Erläterung von Teilaspekten der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Verwendung mehrerer invertierter III-V-LEDs, welche auf einer gemeinsamen Montagebasis befestigt sind, näher beschrieben.
  • Die invertierte III-Nitrid-LED
  • Eine fundamentale Grenzbedingung des LED-Betriebs ist die maximale Übergangstemperatur. Die maximale Übergangstemperatur, Tjmax, ist die Temperatur des pn-Übergangs, bei welcher ein Ausfall bzw. eine Störung in Teilen der LED oder deren Gehäuse auftritt. Dieser Ausfall tritt oftmals bei Annäherung an die Glasübergangstemperatur eines gekapselten Epoxidharzes oder einer Linse auf, wodurch ein Durchlässigkeitsverlust und ein eventuelles Schmelzen dieser Materialien hervorgerufen wird. Bei einer solchen festgesetzten Grenze, ΔTj, kann der Temperaturanstieg von Umgebungstemperatur auf Tjmax (ausgehend von einem Leistungsumwandlungswirkungsgrad << 100%, welcher auf derzeitige III-Nitrid-Anordnungen zutrifft) ausgedrückt werden durch ΔTj = Tjmax – Ta = ImaxVfΘj-a (1) wobei Ta die Umgebungstemperatur, Imax den maximalen Betriebsstrom und Vf die Durchlassspannung bei diesem Strom sowie Θj-a den thermischen Widerstand von dem pn-Übergang nach außen darstellt. Das Einsetzen einer vereinfachten Formel für Vf und Regenerieren von Ausbeuten ergibt Imax = ΔTj/[Θj-a(Vo + ImaxRs)] (2) wobei Vo die Einschaltspannung (in etwa die Spannung des III-Nitrid-Halbleiterbandabstands) und Rs den elektrischen Serienwiderstand der Anordnung darstellt. Das Auflösen von Ausbeuten nach Imax ergibt Imax = [ΔTj/(RsΘj-a) + (1/2 Vo/Rs)2]1/2 – (1/2 Vo/Rs) (3)
  • Gleichung 3 ist in 3, basierend auf Vo = 2,5 V (entsprechend einem Wellenlängenbandabstand, λ ~ 500 nm) und Tjmax = 130°C, zur Änderung der Werte von Rs und Θj-a dargestellt. Der Wertebereich dieser Parameter entspricht den Chipdimensionen von ~1 mm2 und steht im Einklang mit Systemen, welche zur Wärmeabführung vorgesehen sind. Die Wichtigkeitsstufe zwischen Rs und Θj-a wird dadurch festgelegt, welcher Teil der grafischen Darstellung in 3 die Anwendung bestimmt. In den meisten Fällen in 3 wird jedoch durch eine ~5°C/W-Reduktion des thermischen Widerstands Imax (und damit die Lichtleistung) wirksamer als durch einen Abfall des Serienwiderstands von ~0,5 Ω erhöht. Da sich der Serienwiderstand aus endlichen Kontaktwiderständen und praktischen Dotierungsniveaus ergibt, ist es schwierig, niedrige Pegel willkürlich zu reduzieren. Damit ist es außer Zweifel, dass der thermische Widerstand einen signifikanten Hebelarm zur Erhöhung von Imax darstellt, und dass dieser minimiert werden muss, um die Lichterzeugungsfähigkeit zu maximieren.
  • Die maximale Lichterzeugungsfähigkeit ist in Gleichung 4 beschrieben, wobei Imax durch die Begrenzung der Übergangstemperatur festgelegt ist: Lmax = ηImax (4) wobei Lmax die maximale Lichtleistung in Watt und η die Neigungseffizienz der LED in W/A darstellt. Die Neigungseffizienz ist proportional zu der externen Quantenausbeute, so dass η ~ ηext = ηintCext (5) wobei η die interne Quantenausbeute und Cext die Lichtextraktionseffizienz der LED darstellt. Damit wird bei einer festgelegten Effizienz (ηint) des aktiven Bereichs durch Maximieren der Extraktionseffizienz eine maximale Lichterzeugungsfähigkeit erreicht.
  • Da sowohl der Serienwiderstand als auch der thermische Widerstand des LED-Chips invers proportional zu der Übergangsfläche ist, ist es wünschenswert, die Chipgröße zu erhöhen, damit Imax ansteigt. Eine maßstäbliche Vergrößerung der Chipgeometrie resultiert in praktischen Begrenzungen der primären und sekundären Größe der optischen Bauelemente sowie der Verlustleistungsfähigkeit des LED-Gehäuses in einem Beleuchtungssystem. Statt dessen sollte die Chipgröße so ausgewählt werden, dass ein effizienter Einsatz der zulässigen, durch das LED-Gehäuse vorgesehenen Verlustleistung möglich ist. Bei typischen Systemen betragen die thermischen Widerstände zwischen Übergang und außen, wie von Hofler et al in Electronics Letters 34, 1 (1998) beschrieben, etwa 60°C/W. Durch eine Schnellberechnung wird die Verlustleistung des LED-Gehäuses nach oben hin begrenzt. Unter Zugrundelegung einer Umgebungstemperatur von 40°C und einer Tjmax von 130° beträgt die maximale Eingangsleistung (130 – 40)/60 = 1,5 W. Die maximale Eingangsleistung kann beschrieben werden durch Pmax = ImaxVf = If(Vo + ImaxRs) = Jmax(Vo + Jmaxρs)Achip (6) wobei Jmax die maximale Durchlassstromdichte in A/cm2, ρs den spezifischen Chipserienwiderstand in Ω-cm2 und Achip die Chipfläche (in cm2) darstellt. Für einen effizienten und kosteneffektiven Betrieb sind angemessen hohe Durchlassstromdichten erforderlich. Eine geeignete Durchlassstromdichte beträgt 50 A/cm2. Bei Anordnungen von 350 × 350 μm2 beträgt ein typischer Serienwiderstand ~30 Ω entsprechend einem spezifischen Bauelementwiderstand in der Größenordnung von ρs ~ 4 × 10–2 Ω cm2. Unter Zugrundelegung dieses gleichen spezifischen Widerstands für Gleichung 6, wobei Jmax = 50 A/cm2 und Vo = 2,5 V (entsprechend einem Wellenlängenbandabstand, λ ~ 500 nm), beträgt die Chipfläche, welche erforderlich ist, um die maximale, seitens des Gehäuses erlaubte Eingangsleistung zu erreichen, 6,7 × 10–3 cm2 oder ~800 × 800 μm2. Bei kleineren, den gleichen Leistungspegel aufweisenden Anordnungen würde sich ein Anstieg der Durchlassspannungen und damit eine Verringerung der Effizienz bei dem gleichen Strom ergeben. Ebenso würden kleinere Anordnungen auf Grund des erhöhten thermischen Chipwiderstands bei höheren Temperaturen arbeiten.
  • In Folge des hohen spezifischen Widerstands der p-leitenden III-Nitridschichten wird bei LED-Konstruktionen eine Metallisierung entlang den p-leitenden Schichten verwendet, um eine p-seitige Stromverteilung vorzusehen. Daher muss wegen des Isolatorsubstrats die n-seitige Stromverteilung durch die n-leitenden III-Nitridschichten erfolgen. Diese Schichten sind bei spezifischen Widerständen von ~10–3 Ω-cm typischerweise ~2 μm dick. Die zur Stromverteilung durch die n-leitenden Schichten erforderliche Distanz sollte geringer als ~200 μm gehalten werden, um den vernachlässigbaren Teil eines typischen, spezifischen Bauelementwiderstands zu bilden. Daher sind bei einer Anordnung, welche größer als 400 × 400 μm2 ist, mehrere n-Elektrodenfinger erforderlich, welche zwischen der p-Elektrode vorgesehen sind, um den Serienwiderstand der Anordnung gering zu halten. Wie oben dargestellt, müssen Anordnungen zum Zwecke einer hohen Lichterzeugungsfähigkeit groß, z. B. > 400 × 400 μm2, sein. Deshalb sollte bei diesen Anordnungen eine dazwischen vorgesehene n-Elektrodenausführung verwendet werden. Diese Ausführung hat bei einer invertierten Struktur gravierende Auswirkungen, da die n- und p-Elektrode bei Anschluss an eine Montagebasis elektrisch isoliert gehalten werden müssen.
  • Bei einer invertierten Ausführung ist die Verwendung hoch reflektierender Elektrodenmetallisierungen für eine Verbesserung der Extraktionseffizienz ausschlaggebend. 4 zeigt die Extraktionseffizienz der LED gegenüber der p-Elektrodenabsorption bei einer invertierten Chipausführung im Vergleich zu der konventionellen Anordnung (Epitaxieseite nach oben). Die in 4 dargestellten Extraktionseffizienzen werden bestimmt, indem LED-Chipstrukturen (1 × 1 mm2) so ausgebildet werden, dass ein optischer Strahlengang vorgesehen wird und weisen gemessene, optische Eigenschaften sämtlicher LED-Materialien auf. Für sämtliche ausgebildeten, invertierten Anordnungen werden Saphirsuperstrate verwendet, während bei den konventionellen Anordnungen (nicht invertiert) Saphirsubstrate benutzt werden. Die p-Elektrodenabsorption (X-Achse) wird, ausgehend von einer Beleuchtung von einer isotropen Lichtpunktquelle innerhalb der III-Nitrid-Epitaxialschichten in Angrenzung an die p-Elektrode auf der in Betracht kommenden Wellenlänge, als das je Durchgang absorbierte, prozentuale Licht definiert. Die p-Elektrode ist der vorherrschende Faktor bei Lichtextraktion, da sie sich nahezu vollständig über den aktiven Bereich erstreckt, um eine gleichmäßige Strominjektion in den pn-Übergang vorzusehen. Überdies resultiert die Brechungszahldifferenz zwischen den Saphir- (n ~ 1,8) und den III-Nitrid-Epitaxialschichten (n ~ 2,4) in einem großen Teil des von dem aktiven Bereich erzeugten Lichts, welches an der Saphir-/III-Nitrid-Grenzfläche totalreflektiert wird. Die in diesem Wellenleiter aufgefangene Lichtmenge beträgt bei isotroper Emission von dem aktiven Bereich ~cos((1,8/2,4)–1) = 66% des insgesamt erzeugten Lichts. Dieses Licht wird aufgefangen und, wie in 5 dargestellt, lateral entlang der Anordnung zu den Seiten des Chips hin geleitet. Obgleich 5 eine konventionelle Struktur (Epitaxieseite nach oben) zeigt, ist der Wellenleitereffekt vorhanden, ganz gleich, ob der Chip eine Struktur mit der Epitaxieseite nach oben oder eine invertierte Struktur aufweist. Jedoch geht auf Grund der Absorption durch die p-Elektrode der Großteil des wellengeleiteten Lichts verloren, bevor es aus der Anordnung austritt. Aus diesem Grunde ist die Extraktionseffizienz, wie durch die Daten in 4 dargestellt, für p-Elektrodenabsorption sehr empfindlich. Dieses ist bei einem großflächigen Chipschaltkreis, z. B. > 400 × 400 μm2, von besonderer Bedeutung, da die Anzahl Durchgänge an der p-Elektrode vor Entweichen sehr groß ist. Die n-Elektrode stellt ebenfalls einen optischen Verlustmechanismus dar, ist jedoch weniger signifikant, da sie weniger Bauelementfläche einnimmt.
  • Die in 4 dargestellten Ergebnisse der Ausbildung des optischen Strahlengangs lassen darauf schließen, dass invertierte Chipkonstruktionen mit Ni- und/oder Au-Elektroden Extraktionseffizienzen von 38 bis 47% (λ = 505 nm) vorsehen. Konventionelle Anordnungen (mit der Epitaxieseite nach oben) mit halb transparenten NiAu-Elektroden weisen eine Extraktionseffizienz von 43% auf. Folglich sieht eine Ni- und/oder Au-p-Elektrode in einer invertierten Anordnung keine signifikant verbesserte Extraktionseffizienz im Verhältnis zu der konventionellen Ausführung vor. Bei einer Ag-p-Elektrode weist der invertierte Chipschaltkreis im Hinblick auf die Extraktionseffizienz gegenüber der konventionellen Anordnung jedoch eine Zunahme von ~1,7x auf. Wie in 4 explizit dargestellt, sollte die p-Elektrodenabsorption bei einer invertierten Anordnung weniger als 35% betragen, um gegenüber einer Anordnung nach dem Stand der Technik eine erhöhte Lichtextraktion vorzusehen. Vorzugsweise beträgt die p-Elektrodenabsorption weniger als 25%. Obgleich in 4 von 505 nm ausgegangen wird, ist die Extraktionseffizienztendenz gegenüber der p-Elektrodenabsorption, ungeachtet der Wellenlänge, zutreffend. Es ist ebenfalls wichtig, darauf hinzuweisen, dass zwar das Reflexionsvermögen von primärer Bedeutung ist, dieses jedoch auch für den Kontaktwiderstand Gültigkeit hat. Ein schlechter Kontaktwiderstand der p-Elektrode kann, wie durch Gleichung 3 beschrieben, eine Anordnung mit übermäßig hohem Serienwiderstand and somit reduzierter Lichterzeugungsfähigkeit ergeben. Bei Anordnungen von 350 × 350 μm2 beträgt ein typischer Serienwiderstand ~30 Ω entsprechend einem spezifischen Bauelementwiderstand in der Größenordnung von 4 × 10–2 Ωcm2. Der spezifische p-Kontaktwiderstand sollte wesentlich geringer als dieser sein, um seine Kontribution zu dem Serienwiderstand zu minimieren. Bei der vorliegenden Erfindung ist der spezifische p-Kontaktwiderstand vorzugsweise geringer als 10–2 Ωcm2.
  • Die Verbindung einer geringen optischen Absorption mit einem geringen Kontaktwiderstand in einem Herstellungsverfahren ist bei III-Nitridanordnungen schwer zu erreichen. Reines Ag stellt zum Beispiel einen guten, p-leitenden, ohmschen Kontakt her und ist sehr reflektierend, weist jedoch eine schlechte Haftung an III-Nitridschichten sowie eine Empfindlichkeit gegenüber Elektrowanderung in feuchter Umgebung auf, was zu einem katastrophalen Ausfall der Anordnung führen kann. Al ist angemessen reflektierend, stellt jedoch keinen guten ohmschen Kontakt zu p-leitenden III-Nitridmaterialien her, während andere reine Metalle gut absorbieren (> 25% Absorption je Durchgang in dem sichtbaren Wellenlängenbereich). Eine mögliche Lösung ist die Verwendung eines Mehrschichtkontakts, welcher einen sehr dünnen, halb transparenten ohmschen Kontakt in Verbindung mit einer dicken, reflektierenden Schicht, die als Stromverteilungsschicht wirkt, aufweist. Zwischen der ohmschen Schicht und der Reflexionsschicht ist eine optionale Barriereschicht vorgesehen. Ein Beispiel eines p-leitenden Mehrschichtkontakts ist Au/NiOx/Al. Typische Dicken für dieses Metallisierungsschema sind 30/100/1500 Å. Ebenso stellt Ti/Al mit typischen Stärken von 30/1500 Å einen geeigneten, n-leitenden GaN-Mehrschichtkontakt dar.
  • Da das Reflexionsvermögen der p-Elektrode einen vorherrschenden Faktor im Hinblick auf die Extraktionseffizienz darstellt, darf dieses bei Entwicklung zur Herstellbarkeit nicht beeinträchtigt werden. Obgleich durch die Metallisierung der opaken Schicht ein Test der invertierten III-Nitrid-LEDs auf dem Wafer erschwert wird, ist es bei solchen Testverfahren nicht erforderlich, das Reflexionsvermögen der p-Elektrode zu vermindern. Zum Beispiel dienen Öffnungen oder halb transparente Bereiche, welche in der p-Elektrode vorgesehen sind, um während des Tests auf dem Wafer ein Austreten des Lichts nach oben zu ermöglichen, lediglich dazu, die Effizienz der fertigen Anordnung durch effektives Reduzieren des Reflexionsvermögens der p-Elektrode zu verringern. Es sollten andere Methoden angewandt werden, welche das Reflexionsvermögen des p-Kontakts nicht beeinträchtigen.
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine großflächige – z. B. > 400 × 400 μm2 – Hochleistungs-LED mit maximaler Lichterzeugungsfähigkeit, indem der thermische Widerstand von dem pn-Übergang zu dem Lampengehäuse reduziert, die Lichtextraktion dagegen erhöht wird. Um dieses durchzuführen, wird eine invertierte Struktur verwendet, welche einen geringen spezifischen Widerstand sowie eine opake, hoch reflektierende p-Elektrode vorsieht. Eine erste Anordnung ist in den 6a–b dargestellt.
  • In dem aus 6b ersichtlichen Querriss weist die Anordnung eine n-leitende, epitaxiale III-Nitrid-Heterostruktur sowie undotierte Schichten 11 und p-leitende Schichten 12 auf, welche sich jeweils in Kontakt mit einem aktiven Bereich 13 befinden. Die III-Nitrid-Schichten 11 werden optional an einem transparenten Superstrat 10 angebracht. Das Superstrat 10 kann das Wachstumssubstrat zum Aufbringen der III-Nitridschichten darstellen. In dem in 6a dargestellten Grundriss des Bodens des LED-Chips sind für die große Fläche der Anordnung (> 400 × 400 μm2) „Finger” der n-Elektrode 22 erforderlich, welche zwischen der p-Elektrodenmetallisierung 20 vorgesehen sind, um Strom in der gesamten Anordnung gleichmäßig zu verteilen. Eine solche Elektrodenanordnung ist bei großflächigen Anordnungen notwendig, um einen geringen Serienwiderstand (um den, eine geringe Leitfähigkeit aufweisenden III-Nitridschichten zu widerstehen) und damit einen hohen, maximalen Ansteuerungsstrom, wie in Gleichung 3 spezifiziert, vorzusehen. Somit ist die dazwischen vorgesehene Elektrodenanordnung bei großflächigen Anordnungen zur Maximierung der Gesamtlichterzeugungsfähigkeit erforderlich. Die Anordnung ist invertiert, so dass Licht durch das transparente Superstrat 10 sowie die Seitenwände entnommen werden kann und sieht durch Verwendung einer hoch reflektierenden, dicken p-Elektrodenmetallisierung 20 eine gute Extraktionseffizienz vor. Das Reflexionsvermögen der p-Elektrode stellt sicher, dass, wie oben beschrieben, deren Absorption auf der Emissionswellenlänge der LED geringer als 25% je Durchgang ist. Die Elektrodenmetallisierungen verbinden über Zwischenverbindungen 60 mit Montagebasiselektroden 52 auf einem Montagebasissubstrat 50. Die Zwischenverbindungen stellen zwischen der LED und der Montagebasis eine elektrische Verbindung her, während eine Wärmebahn zur Wärmeableitung von der LED während des Betriebs vorgesehen ist. Obgleich sich die dargestellten Anordnungen auf Lötmittel beziehen, können die Zwischenverbindungen aus reinen Metallen, Metalllegierungen, Halbleiter-Metalllegierungen, Lötmitteln, thermisch und elektrisch leitfähigen Pasten oder Verbindungen (z. B. Epoxiden), eutektischen Verbindungen (z. B. Pd-In-Pd) zwischen ungleichartigen Metallen zwischen LED-Chip und Montagebasis, Au-Gewindebondhügeln oder Lötkontakthügeln bestehen.
  • Die Zwischenverbindungen sind über leitende Grenzflächen 41, 54 an der LED und der Montagebasis angebracht. Bei Verwendung des Lötmittels als Zwischenverbindung sind die leitenden Grenzflächen durch benetzbare Metalle dargestellt. In einem Anwendungsprozess wird zunächst die Dicke und Fläche der Zwischenverbindung bestimmt. Bei einer anwendbaren Technik handelt es sich um ein Siebdruckverfahren, bei welchem Paste verwendet wird, um Flächen auf dem Wafer der Montagebasis oder der LED auszuwählen. Weitere Techniken sehen Elektroplattieren, Abheben und Aufschmelzen vor. Bei einer Anordnung, in welchem Lötmittel als Zwischenverbindung verwendet wird, werden die endgültige Dicke und Fläche durch das Lötvolumen sowie die benetzbaren Metalle 41 auf dem LED-Chip und 54 auf der Montagebasis bestimmt. Die lötfähigen Flächen auf der LED werden durch Strukturieren der benetzbaren Metalle oder durch Kontaktlöcher in einer strukturierten, dielektrischen Passivierungsschicht 42, welche auf dem LED-Chip vorgesehen ist, definiert. Die dielektrische Passivierungsschicht 42 wirkt als elektrische Isolationsschicht zwischen der p- und der n-Elektrode und ist erforderlich, da sich die Lötschichten 41 über die p- und die n-Elektrode erstrecken. Die lötfähigen Flächen auf der Montagebasis werden ebenfalls durch Strukturieren der lötfähigen Metalle 54 definiert. In einer alternativen Anordnung können die benetzbaren Flächen der Metallisierung 54 durch eine strukturierte, dielektrische Schicht ausgebildet werden. Eine zweite Gruppe lötfähiger Metallschichten 55 kann zur Befestigung an dem Gehäuse auf der Rückseite der Montagebasis aufgebracht werden. Wahlweise kann ein geeignetes Lötmittel unmittelbar auf die Rückseite der Montagebasis aufgebracht werden. Da die thermische Leitfähigkeit eines Unterfüllungsmaterials zwischen der LED und der Montagebasis sehr gering ist, z. B. < 2,0 W/mK, wird der Wärmewiderstand zwischen Übergang und Gehäuse weitgehend durch die Chip-/Montagebasis-Lötverbindung und das Montagebasismaterial sowie die Geometrie bestimmt. Bei Zugrundelegung einer Wärmeerzeugung an der p-Elektrodenmetallisierung sowie eines eindimensionalen Flusses und Ignorieren der thermischen Widerstände dünner Schichten und der Montagebasis-/Gehäuse-Lötverbindung kann der Wärmewiderstand zwischen Übergang und Gehäuse beschrieben werden durch Θj-p = (ts/ρs + tsm/ρsm)/As (Dielektrikum ignoriert) (7) wobei ts und tsm die Stärken und ρs und ρsm die thermischen Leitfähigkeiten des Lötmittels bzw. der Montagebasis darstellen und As die gesamte Querschnittsfläche des Lötmittels darstellt. Wie aus Gleichung 6 ersichtlich, regelt die Lötfläche, As, den Wärmewiderstand. Folglich ist es wünschenswert, die gesamte Oberfläche des LED-Chips mit dem Lötmittel zu versehen. Dieses ist nicht möglich, da zwischen dem p- und dem n-Elektrodenbereich der LED eine elektrische Isolation erforderlich ist. Ebenso muss die Breite dieses Zwischenraums zwischen dem lötfähigen n- und p-Metall Chiptoleranzen ergeben, welche der Montagebasis zugeschrieben werden. Trotzdem sieht die Anordnung in 6a einen Lötumfang von 85% (definiert als das Verhältnis der lötfähigen Metallfläche 41 relativ zu der p-Elektrodenfläche 20) vor.
  • Alternativ zu dem in den 6a–b dargestellten Anordnungen kann ein Blechwandreflektor vorgesehen sein, welcher einen Teil der p-Elektrode 20 aufweist und sich unterhalb von Teilen der n-Elektrode 22 erstreckt. Zwischen diesen Bereichen der n-Elektrode und dem Blechwandreflektor wird ein Intermetall-Dielektrikum ausgebildet. Das Intermetall-Dielektrikum sieht eine elektrische Isolierung zwischen der n- und der p-Elektrode in diesen Bereichen vor. Weitere Teile der n-Elektrode sind nicht mit dem Dielektrikum versehen, um eine elektrische Verbindung mit der Montagebasis zu ermöglichen. Der Lichtaustritt wird, im Vergleich zu der in den 6a–b dargestellten Anordnung, durch Zwischenräume in der LED-Metallisierung nach unten reduziert, indem dieses Licht nach oben reflektiert wird.
  • Die Zwischenverbindung zwischen der LED und der Montagebasis wird hergestellt, wenn das Lötmittel in einem Aufschmelzofen bei einer Temperatur oberhalb der Festtemperatur der Lötlegierung platziert wird. Während des Aufschmelzens tragen Kapillarkräfte und Oberflächenspannung dazu bei, lötfähige Metallflächen zu den Lötschichten zu justieren. Auf diese Weise wird eine Selbstwiederausrichtung des LED-Chips zu dem Montagebasis-Wafer ermöglicht. Diese Selbstwiederausrichtung kann unter Verwendung eines Schnellchipbonders erfolgen, wodurch die ursprüngliche Chipanschlussgenauigkeit auf Schnelligkeit optimiert werden kann. Ferner kann ein Zerlegen jeder p- und n-Lötschicht in mehrere Schichten die Selbstwiederausrichtung verbessern. 7 zeigt die p- und n-Lötkontakte 41 in Paaren. Die Zwischenräume zwischen den Lötschichten werden durch die Genauigkeit des Chipbonders bestimmt. Die Anordnung in 7 weist in den Richtungen x und y vorzügliche Selbstwiederausrichtungseigenschaften auf, während die Anordnung in 6a Selbstwiederausrichtungseigenschaften überwiegend in der Richtung y aufweist.
  • In 8 zeigt als Alternative die lötfähigen Metalle 41 als flächengleiche „Lötbalken”. Diese Anordnung hat den Vorteil einer guten Selbstwiederausrichtung zusammen mit gleichmäßigem Benetzen der lötfähigen Metalle während des Aufschmelzens. Das gleichmäßige Benetzen findet statt, da die zwischen dem Chip und der Montagebasis angewandten Kräfte proportional zu der Lötmittelbenetzungsfläche sind. Die gleichmäßige Benetzung wird durch Verwenden einer benetzbaren Metallstruktur, welche sich aus gleichflächigen Bereichen zusammensetzt, erreicht. Eine gleichmäßige Benetzung verhindert ein Neigen des LED-Chips während des Aufschmelzens sowie das nachfolgende Abkühlen. Das Aufrechterhalten eines planaren LED-Anschlussverfahrens heißt, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass der LED-Chip Ausfallmechanismen, z. B. Kurzschließen des pn-Übergangs, welche dann auftreten können, wenn sich Teile des LED-Chips in unmittelbarer Nähe metallisierter Flächen auf der Montagebasis befinden, ausgesetzt ist. Ebenso sieht die nicht geneigte Ausrichtung des LED-Chips eine verbesserte Lichtkopplung an die weiteren optischen Bauelemente in der LED-Lampe bzw. dem LED-System vor.
  • 9 zeigt in Kontaktstellen für Lötkontakthügel umgewandelte, lötfähige Metall des n-Bereichs. Das Wafer-Herstellungsverfahren wird vereinfacht, da eine Isolation zwischen der n- und der p-Elektrode in der Nähe der n-Lötkontakte nicht mehr erforderlich ist, wodurch folglich keine Notwendigkeit mehr besteht, die dielektrische Passivierungsschicht 42 vorzusehen. Bei der Herstellung der Lötkontakthügel handelt es sich um eine Industrienorm-Technik, wobei unter Anwendung anerkannter Herstellungsverfahren Lötverbindungen an den n-Elektroden vorgesehen werden können.
  • In den Alternativen – die in den 10a und 10b jeweils dargestellten Grund- und Querrisse – ist die gesamte Lötanschlussfläche durch Lötkontakte für Bondhügel vorgesehen. Zur Minimierung des Wärmewiderstands wird die Anzahl Bondhügel maximiert, um die endgültige Querschnittslötverbindungsfläche zu vergrößern, während die endgültige Lötstärke minimiert wird. Die Anzahl Bondhügel wird durch die Lötkontakthügelherstellung nach dem Stande der Technik vorgeschrieben, wonach der Lötkontakthügelabstand bei einem bestimmten Bondhügeldurchmesser begrenzt ist. Ein typischer Abstand beträgt 200 μm bei Bondhügeln mit einem Durchmesser von 100 μm. Bei einem Chip von 1 mm2 sind fünf Reihen Bondhügel mit einem Durchmesser von 100 μm möglich. In 10a ist eine Reihe mit zwei Bondhügeln für n-Kontaktflächen dargestellt. Die n-Elektrodenfinger begrenzen die Anzahl Bondhügelreihen entlang der p-Elektrodenmetallisierung auf vier. Bei dieser Anordnung wird der Lötflächenquerschnitt von mindestens 15% der Fläche der p-Elektrode beibehalten. Der Lötflächenumfang kann durch Ausdehnen der benetzbaren Metalloberfläche über die für Einzelbondhügel erforderlichen, kleinen Durchkontakte hinaus vergrößert werden. Zum Beispiel kann sich die benetzbare Metallstruktur auf dem LED-Chip, wie in 8 dargestellt, aus Balken zusammensetzen, während die Lötkontakthügel auf der Montagebasis noch immer in Form einer 4 × 4-Anordnung für die p-Elektrode plus zwei für die n-Elektrode vorgesehen sind. Die 11a und 11b zeigen diesbezügliche Querrisse. 11a zeigt einen Querriss, welcher Durchkontakte innerhalb eines strukturierten Dielektrikums 42 für Lötkontakte 41 auf dem LED-Chip aufweist. Ebenso ist ein strukturiertes Dielektrikum 53 mit Durchkontakten für Lötkontakte 54 auf der Montagebasis versehen. In dem in 11b dargestellten Querriss ist das lötfähige Metall 41 auf dem LED-Chip größer als die Lötkontakthügel vorgesehen, um eine Verteilung des Lötmittels und ein Benetzen einer Fläche zu ermöglichen, welche wesentlich größer ist, als ihre einzelnen Durchmesser zulassen würden. Hieraus ergibt sich ein Lötflächenumfang, welcher über die Summe der einzelnen Bondhügel in 11a hinausgeht. Ebenso wird die Lötstärke effektiv reduziert. Beide Effekte verringern den Wärmewiderstand der Lötverbindung und ermöglichen, dass der LED-Chip zum Zwecke einer höheren Lichtleistung zu höheren Stromdichten veranlasst wird.
  • Weiterhin ist es möglich, das Lötmittel in Übereinstimmung mit den benetzbaren Metallstukturen auf der LED in andere Formen als Bondhügel zu bringen, um, wie in den 12a–b dargestellt, eine Anordnung mit ausgezeichnetem, thermischem Kontakt zu der Montagebasis vorzusehen. 12a zeigt einen Grundriss der Unterseite der LED. Lötfähige Metalle 41 werden auf der Metallisierung der p-Elektrode 20 und n-Elektrode 22 strukturiert, welche Benetzungsflächen für das Lötmittel während des Aufschmelzens definieren. Alternativ können die Benetzungsflächen, wie in den 6–8 dargestellt, durch eine dielektrische Passivierungsschicht 42 definiert sein. 12b zeigt einen Grundriss der Montagebasis. Obgleich für die laterale Montagebasis eine beliebige Form ausgewählt werden kann, ist eine hexagonale Montagebasis dargestellt. Die Montagebasis weist ein Substrat 50, z. B. Si, auf. Es kann zur elektrischen Isolation zwischen dem LED-Chip und dem Montagebasissubstrat eine optionale, dielektrische Schicht 51, z. B. SiO2, vorgesehen werden. Alternativ kann das Montagebasissubstrat zur Integration mit elektronischen, in dem Montagebasissubstrat vorgesehenen Schaltkreisen mit dem LED-Chip elektrisch verbunden werden. Die Metallisierung 52, z. B. Ag oder Al, ist zum Emittieren von Licht von dem LED-Chip nach unten sowie zum Drahtbonden als Reflektor vorgesehen. Es ist eine Unterbrechung in der Metallisierung 52 vorgesehen, um den p- und den n-Bereich des LED-Chips nach Anschließen elektrisch zu isolieren. Lötfähige Metalle 54 werden auf der Oberseite der Drahtbondmetallisierung 52 strukturiert, um Benetzungsflächen für das Lötmittel während des Aufschmelzens zu definieren. Diese Strukturen entsprechen diesen der lötfähigen Metallisierung 41 auf dem LED-Chip. Bei dem LED-Chip können die Benetzungsflächen auf der Montagebasis, wie in 10b dargestellt, durch eine dielektrische Passivierungsschicht 53 definiert werden. Auf die lötfähige Metallisierung 54 der Montagebasis wird Lötmaterial 60 aufgebracht. Alternativ kann das Lötmaterial 60 auf den LED-Chip aufgebracht werden. Die Ränder des Lötmittels können von den Rändern der lötfähigen Metallstrukturen 54 geringfügig zurückgesetzt vorgesehen werden. Die Kontrolle über das durch die Benetzungsbereiche 41 und 54 sowie die Lötstruktur 60 definierte Lötlayout ist von dem Lötanwendungsprozess abhängig. Es ist vorzuziehen, dass nach Aufschmelzen soviel wie möglich von der p-Elektrode 20 mit Lötmittel versehen wird. Die Benetzungsflächen in den 12a–b sehen eine ~66%ige Abdeckung der p-Elektrode 20 mit Lötmittel vor. Obgleich das in den 12a–b dargestellte Lötlayout Balken aufweist, sind mit Sicherheit beliebige Strukturen möglich und ermöglichen eine weitere Zunahme des Lötflächenumfangs der p-Elektrode.
  • Durch eine geeignete Zwischenverbindung zwischen der LED und der Montagebasis kann die maximale Betriebstemperatur der LED über 130°C, die typische Maximalleistung, erhöht werden. Dieses ist dann der Fall, wenn die Zwischenverbindung bei höheren Temperaturen als 130°C temperaturstabil ist. Bei Löten ist es daher wünschenwert, Hochtemperaturlötmittel, z. B. 95/5 Pb/Sn, AuSn, AuSi und AlSi, für diese Zwischenfläche zu verwenden. Eine Hochtemperaturzwischenverbindung erhöht die maximale Übergangstemperatur der LED und sieht eine signifikante Erhöhung des maximalen Antriebsstroms und damit der Lichterzeugungsfähigkeit vor.
  • Es ist wichtig, die Integrität der p-Elektrode während des Lötmittelrückflusses aufrechtzuerhalten. Das heißt, das Reflexionsvermögen und der Kontaktwiderstand dieser Schicht sollten durch das Vorhandensein lötfähiger Metallschichten oder des Lötmittels selbst nicht beeinträchtigt werden. Eine solche Beeinträchtigung kann durch sich zwischen der p-Elektrode und den lötfähigen Metallschichten vermischendes Metall oder durch spannungsinduzierte Effekte, wie z. B. Aufspaltung, hervorgerufen werden. Aus diesem Grunde kann es erforderlich sein, zwischen der p-Elektrode und den lötfähigen Metallen Barriereschichten vorzusehen. Geeignete Barriereschichten weisen Ni, Cr, Cu und Ti auf, sind jedoch nicht auf diese begrenzt.
  • Bei LED-Chips großer Dimensionen kann die Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen dem LED-Chip, der Montagebasis und dem Gehäuse unter thermischen Wechselanspruchsbedingungen Ermüdung und einen eventuellen Ausfall an der LED/Montagebasisanschlussfläche hervorrufen. Das CTE-Problem tritt wahrscheinlich eher bei großflächigen Lötanschlussanordnungen als bei kleineren Flächen (bzw. Balken oder Bondhügeln) auf. Daher können kleinere Lötformen eine bevorzugte Methode zum Anschließen großer LED-Chips sein. Auch können dickere Lötflächen oder größere Lötkontakthügel eine größere Nachgiebigkeit zwischen der LED und der Montagebasis vorsehen, wodurch das Ausfallrisiko reduziert wird. Der Kompromiss zwischen der Minimierung des Wärmewiderstands und dem Einsetzen von CTE-Problemen resultiert in einer optimalen Lötanschlussanordnung bei einer vorgegebenen LED-Chipgröße.
  • Bei einem Chip von 1 mm2 und einem Lötflächenumfang von 15% kann die Lötstärke so gering sein, dass sie 20 μm beträgt, ohne dass Ausfälle unter thermischen Wechselanspruchsbedingungen hervorgerufen werden.
  • Die Lichtextraktion der LED kann erhöht werden, indem an einer der Grenzflächen der III-Nitrid-Heterostruktur eine Strukturoberfläche vorgesehen wird. Das Strukturieren kann ungeordnet oder geordnet erfolgen. Dieses ist in den 13a–c dargestellt. 13a zeigt eine invertierte Anordnung mit einem Saphirsuperstrat. Die große Nichtübereinstimmung des Brechungsindexes (n ~ 0,6) zwischen dem Saphirsuperstrat und den III-Nitrid-Epitaxialschichten bewirkt, dass ein großer Teil des von dem aktiven Bereich erzeugten Lichts an der Saphir/III-Nitrid-Grenzfläche totalreflektiert wird. Dieses Licht wird aufgefangen und lateral entlang der Anordnung zu den Seiten des Chips hin geleitet. Auf Grund der vielen, in den III-Nitrid-Epitaxialschichten und Elektroden vorhandenen Verlustmechanismen geht jedoch der Großteil des wellengeleiteten Lichts verloren, bevor es aus der Anordnung austritt. In 13b ist die Grenzfläche zwischen der III-Nitrid-Heterostruktur und dem Saphirsuperstrat strukturiert, um Licht aus den III-Nitridschichten zu streuen. Hierdurch wird die mittlere Photonenweglänge innerhalb der Heterostruktur reduziert und der Reinabsorptionseinfluss verringert, wodurch die Lichtextraktion verbessert wird. Ein gleicher Effekt kann durch Strukturieren der Unterseite der III-Nitrid-Heterostruktur oder einer der Grenzflächen innerhalb der Heterostruktur erreicht werden. Es können mehrere Grenzflächen zusammen strukturiert werden, um die Lichtextraktion weiter zu verbessern.
  • In einer alternativen Anordnung wird die Lichtextraktion verbessert, indem eine invertierte Chipanordnung vorgesehen wird, die ein Superstrat mit einem hohen Brechungsindex (HRI) (n > 1,8) aufweist, welches eine genauere Indexanpassung an die III-Nitridschichten (n ~ 2,4) als Saphir (n ~ 1,8) vorsieht. Durch eine genauere Indexanpassung an die III-Nitridschichten, welche die Lichterzeugungsbereiche bilden, kann mehr Licht in das dicke Superstrat eindringen, und es kann vor Absorption an einem der vielen Verlustmechanismen, welche in und um die III-Nitrid-Epitaxialschichten vorhanden sind, Licht nach außen entweichen. 13c zeigt ein solche Anordnung, bei welcher ein SiC-Superstrat verwendet wird. Der Brechungsindex von SiC beträgt ~2,6 und ist an GaN wesentlich genauer als Saphir angepasst. Damit besteht nur eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit einer inneren Totalreflexion, und es wird folglich kein Wellenleiter in den III-Nitridschichten gebildet. Im Grunde genommen dringt das gesamte, von dem aktiven Bereich erzeugte Licht in das Superstrat ein, und es besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass dieses durch eine der fünf freigelegten Superstratflächen austritt. Selbst bei einem HRI-Superstrat kann eine weitere Verbesserung der Lichtextraktion durch Strukturieren einer oder mehrerer Grenzflächen der III-Nitrid-Heterostruktur erreicht werden.
  • Um aus einem HRI-Superstrat vollen Nutzen zu ziehen, muss das Superstrat bei sehr geringer Absorption im Wesentlichen transparent sein. Damit sollte das Superstrat bei SiC geringfügig dotiert oder gar nicht dotiert werden, und es sollte nach der Wachstumsmethode ein Superstrat vorgesehen werden, welches relativ frei von Fremdatomen ist, um ein sehr verlustarmes, optisches Fenster für die LED-Anordnung vorzusehen. Bei 6H SiC ist dieses im Allgemeinen dann der Fall, wenn der spezifische Widerstand höher als 0,5 μcm ist. Die Absorptionsverlusteinflüsse in SiC werden in 14 bestimmt, wobei die Extraktionseffizienz (normalisiert auf eine Anordnung mit einem Saphirsuperstrat) als eine Wirkungsweise eines verbreiteten Verlusts (Absorptionskoeffizient, in cm–1) in dem SiC-Superstrat dargestellt ist. Diese Ergebnisse werden erreicht, indem die Strukturen der LED-Anordnung so ausgebildet werden, dass ein Strahlengang vorgesehen wird. Es sind drei unterschiedliche SiC-Stärken dargestellt. Bei einem ~100 μm dicken SiC-Superstrat sollte der Absorptionskoeffizient geringer als 3 cm–1 sein. Bei dickeren Substraten muss der Absorptionskoeffizient geringer sein. Bei einem verlustfreien SiC-Superstrat sind die Steigerungen der Extraktionseffizienz gegenüber früheren Anordnungen größer als 1,2x.
  • Es sind viele HRI-Superstrate geeignet, um die Lichtextraktionseffizienz einer III-Nitrid-LED zu verbessern. Neben SiC in seinen vielen verschiedenen Polytypen (2H, 4H, 6H, sowohl c-als auch a-Achse, 3C usw.) können andere Materialien, wie z. B. ZnS, ZnSe, YAG oder ZnO, verwendet werden. Die HRI-Superstrate können als Wachstumssubstrate für die III-Nitrid-Epitaxialschichten dienen oder können an den III-Nitrid-Epitaxialschichten durch Bonden oder einen zweiten Aufwachsschritt befestigt werden.
  • Ein signifikanter Nutzen zur Extraktionseffizienz kann erreicht werden, indem eine Lichtrandomisationsoberfläche auf einer oder mehreren Flächen des HRI-Superstrats sowie auf oder in der III-Nitrid-Heterostruktur vorgesehen wird. Solche Oberflächen werden üblicherweise zum Beispiel auf Seitenwänden der Anordnung durch Sägen vorgesehen oder können mit anderen Mitteln, z. B. durch Ätzen, ausgebildet werden. Ebenfalls kann das Superstrat so ausgebildet werden, dass es, wie von Krames et al in Appl. Phys. Lett. 75, Seiten 2365–2367 dargestellt, eine verbesserte Extraktionseffizienz vorsieht. Eine solche Form ist ein invertierter Pyramidenaufbau, so dass die obere Fläche des Superstrats eine größere Flächenausdehnung als die untere Fläche aufweist. Diese Anordnung ist in 15 dargestellt.
  • Die Montagebasis kann Funktionalität vorsehen und Leistung beeinträchtigen. Da sich diese in dem thermischen Gang zur Wärmeableitung von der LED befindet, sollte das Montagebasismaterial eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Zu den geeigneten Materialien gehören Si, AlN oder BeO. Die Montagebasis sollte relativ dünn sein, um den Wärmewiderstand zu reduzieren. Zum Beispiel sollte eine Si-Montagebasis dünner als 250 μm sein. Si ist auf Grund seiner guten Wärmeleitfähigkeit, ~100 W/mK, und Eignung für integrierte Elektronik als Montagebasismaterial attraktiv. Die Montagebasis kann eine elektrische Isolation zwischen der LED und dem Gehäuse vorsehen. In diesem Fall sind auf der Oberseite der Montagebasis zu den Gehäuseanschlüssen zwei Verbindungen für die Anode und die Kathode erforderlich. Alternativ kann, falls eine elektrische Isolierung des Gehäuses nicht erforderlich und die Montagebasis leitend ist, eine Elektrode über die Montagebasis zu dem Gehäuse Kontakt herstellen. Dann ist lediglich eine Zwischenverbindung von der Oberseite der Montagebasis zu dem gegenüber liegenden Anschluss erforderlich. Die Oberflächenmetallisierung der Montagebasis sollte drahtgebondet werden können und ebenfalls reflektierend sein, um nach unten wanderndes Licht mit hoher Effizienz nach oben zurückzuleiten. Folglich sind Ag und Al geeignete Materialien zur Oberflächenmetallisierung der Montagebasis.
  • Die Montagebasisform sowie die Spiegelung der reflektierenden Metallisierung auf der Montagebasis können auf die Optik in einem LED-Beleuchtungssystem einwirken, indem sie die scheinbare Lichtquellengröße der LED beeinträchtigen. Bei den meisten LEDs ist eine Spiegelschale erforderlich, um vorwiegend lateral von dem Chip nach oben und in dem nutzbaren Strahlungsmuster emittiertes Licht zurückzuleiten. Je größer diese Spiegelschale sein muss, desto größer müssen die Primär- und Sekundärlinse sein. Da sich Optikkosten proportional zu dem erforderlichen Materialvolumen belaufen, ist es wünschenswert, den Spiegelschalenradius zu minimieren. Die Integration einer Montagebasis erhöht auf Grund des für Drahtbondverbindungen erforderlichen, zusätzlichen Raumes effektiv die Größe des LED-Chips. Typische Drahtbondtoleranzen verlangen, dass Material von ~400 μm sich zum Zwecke eines zuverlässigen Drahtbondens über den LED-Chip hinaus erstreckt. Ebenso macht das Zertrennen des Montagebasiswafers einen Zwischenraum von ~100 μm zwischen benachbarten LED-Chips erforderlich. Diese Toleranzen resultieren in einer signifikanten, effektiven Zunahme der LED-Chipgröße. Zum Beispiel wäre für einen LED-Chip von 1 × 1 mm2 bei Verwendung einer Rechteckform eine Fläche von 1,8 × 1,1 mm2 für die Montagebasis erforderlich. Das größte Ausdehnungsmaß dieser Montagebasis ist eine Diagonale entsprechend (1,82 + 1,12)1/2 = 2,11 mm, welche dem Durchmesser der Spiegelschale eine untere Grenze setzt. Statt dessen beträgt das größte Ausdehnungsmaß der Montagebasis lediglich 1,8 mm, wenn diese als Scheibe ausgebildet ist. Damit erlaubt eine scheibenförmige Montagebasis eine signifikante Reduktion des Spiegelschalendurchmessers. Da die Herstellung kreisförmiger Schnitte mit Schwierigkeiten verbunden sein kann, sind andere geometrische Formen, welche kreisförmigen Scheiben in etwa entsprechen, vorzuziehen. Zum Beispiel können hexagonale Montagebasen durch Zertrennen in mehreren Durchgängen (in drei statt zwei Durchgängen) hergestellt werden und sind quadratischen oder rechteckigen Montagebasen vorzuziehen. Diese Vorstellungen sind in 16 dargestellt. Die reflektierende Metallisierung auf der Oberseite der Montagebasis sollte so spiegelnd wie möglich sein, um nicht eine virtuelle Lichtquelle in der Ebene der Montagebasis zu erzeugen, welche größer als der LED-Chip ist. Eine virtuelle Lichtquelle, welche größer als der LED-Chip ist, würde einen schädlichen Einfluss auf das Strahlungsmuster der LED ausüben und größere optische Bauelemente zur Korrektur erforderlich machen.
  • Die Montagebasis, wie in den 6b, 9b und 12b dargestellt, ermöglicht elektronische Funktionalität innerhalb der LED. III-Nitrid-Anordnungen sind gegen Schäden durch elektrostatische Entladung (ESD) anfällig und können, wie von Antle et al in US-Patent 5 941 501 A beschrieben, durch ein, mit der LED verbundenes Stromnebenschlusselement geschützt werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann eine Si-Montagebasis in eine Schaltung mit integriertem ESD-Schutz eingebaut sein. In diesem Fall sind die Schutzschaltungen, z. B. Zener-Dioden, zu dem LED-Chip parallel geschaltet. Alternativ können in Serie gegeneinander geschaltete Zener-Dioden parallel zu dem LED-Chip hergestellt werden, um zu ermöglichen, dass die LED durch Wechselspannungsquellen angesteuert wird. mit der Montagebasis können weitere elektronische Anordnungen, wie Photodetektoren zur Überwachung der Lichtleistung oder Widerstände zur Strom- und/oder Spannungsüberwachung, vorgesehen sein. Durch diese Anordnungen kann ein integriertes System zur Aufrechterhaltung eines Betriebs bei konstanter Lichtleistung eine Rückführungsregelung im geschlossenen Kreis vorsehen.
  • Eine Montagebasis sieht, wie in 17a dargestellt, eine, auf mehreren, in Reihe miteinander verbundenen, Licht emittierenden Dioden in einer monolithischen Struktur basierende LED vor. Die Anordnung weist vier, in Reihe geschaltete LEDs auf, welche durch eine Ätzung, die vorgenommen wird, um III-Nitrid zur Ausbildung eines Grabens 80 zwischen diesen zu entfernen, elektrisch isoliert sind. Bei der Ätzung wird mindestens bis zu den undotierten III-Nitrid-Schichten vorgedrungen. Die elektrischen Zwischenverbindungen werden durch metallische, auf der Montagebasis (nicht dargestellt) angeordnete Leiterbahnen 81 vorgesehen. Die Lötmetallisierung wird so vorgesehen, dass die Dioden über das Lötmittel mit den metallischen Leiterbahnen der Montagebasis elektrisch verbunden sind. Die sich ergebende Anordnung kann durch den in 17b gezeigten, elektronischen Schaltkreis dargestellt sein. Somit arbeitet diese Anordnung bei einer viermal (4×) höheren Spannung und viermal (4×) weniger Strom als eine konventionelle LED mit der gleichen aktiven Übergangsfläche. Zum Beispiel kann eine konventionelle III-Nitrid-LED von 1 mm2 bei 3,0 V und 350 mA arbeiten. Diese gleiche aktive Übergangsfläche, in vier, in Reihe geschaltete LEDs zerlegt, wie in 17a dargestellt, sieht eine, bei 12,0 V und 87,5 mA arbeitende Anordnung vor. Dieser Betrieb bei höherer Spannung und geringerem Strom stellt an die elektronische Ansteuerungsschaltung für die LED weniger Anforderungen. Die elektronische Ansteuerungsschaltung kann tatsächlich mit größerer Effizienz bei höheren Spannungen arbeiten, wodurch die Gesamtleistungsfähigkeit des LED-Beleuchtungssystems verbessert wird. Diese Anordnung, bei welcher es sich um eine monolithische Anordnung handelt, wird einer konventionellen Methode, einzelne LED-Chips in Reihe anzuschließen, vorgezogen. Bei der konventionellen Lösung wird die gesamte, von dem LED-Chip eingenommene Fläche auf Grund der von Chipbondern benötigten Toleranzen vergrößert. Dadurch wird die Lichtquellengröße der Gesamt-LED auf unerwünschte Weise erhöht, und es ist eine größenmäßige Zunahme der nachfolgenden optischen Elemente des LED-Systems erforderlich. In der bevorzugten Anordnung können die Dioden so gering voneinander beabstandet sein, wie dieses durch die Grabenätzung zur elektrischen Isolation möglich ist. Die Grabenbreite kann so gering sein, dass sie einige Mikrometer beträgt, so dass die Diodenintegrationsdichte in der Anordnung sehr hoch sein kann. Wie in 18 dargestellt, werden die vier LED-Chips von 1 mm2 monolithisch hergestellt und teilen sich nur ein Superstrat und eine Montagebasis. Durch die Metallleiterbahnen 81 auf der Montagebasis werden die vier LEDs in Reihe miteinander elektrisch verbunden. Obgleich jede LED von 1 mm2 normalerweise bei 3 V arbeitet, arbeitet das in 18 dargestellte Modul aus vier in Reihe geschalteten LEDs bei 12 V. Die Montagebasis weist eine hexagonale Form auf, um die effektive Lichtquellengröße des Moduls zu reduzieren. Die Leiterbahnenmetallisierung 81 wird zum Drahtbonden externer Anschlüsse verwendet und besteht aus einer reflektierenden Metallisierung, z. B. Ag oder Al.
  • Die Lichtextraktionseffizienz kann durch Anordnen der Schichten des aktiven Bereichs in der Nähe der hoch reflektierenden p-Elektrode noch weiter verbessert werden. Wird der Mittelpunkt der aktiven Zone in etwa in einem ungeradzahligen Vielfachen der viertel Lichtwellenlänge in dem Material (~λ/4n) von der reflektierenden p-Elektrode vorgesehen, resultiert die konstruktive Interferenz des nach unten und nach oben wandernden Lichts in einem Strahlungsmuster, welches Leistung vorzugsweise in die Aufwärtsrichtung emittiert. Diese Verbesserung verläuft in einer nahezu normalen Richtung zu dem III-Nitrid/Substrat und ist nicht empfindlich für eine innere Totalreflexion in die III-Nitrid-Epitaxialschichten. Alternativ kann eine geringfügige Verstimmung des Resonanzzustands durch geringfügiges Annähern der aktiven Zone an den p-Elektrodenreflektor (oder geringfügiges Entfernen derselben von diesem) zur Optimierung der Lichtextraktionsverbesserung zum gesamten Strahlungsfluss in sämtliche Richtungen bevorzugt werden. Um bei den meisten Einsätzen eine maximale Leistungsfähigkeit zu erreichen, sollte der Abstand zwischen der aktiven Zone und der p-Elektrode etwa eine viertel Wellenlänge betragen.
  • 19 zeigt ein Verfahrensablaufdiagramm zur Herstellung des LED-Chips. In Schritt 91 wird eine III-Nitrid-Heterostruktur auf ein Wachstumssubstrat aufgebracht. In Schritt 92 werden auf der III-Nitrid-Heterostruktur Kontakte vorgesehen, wobei, falls erforderlich, eine Ätzung erfolgt. Der p-Kontakt ist opak und mit der p-leitenden Schicht elektrisch verbunden, während der n-Kontakt mit der n-leitenden Schicht elektrisch verbunden ist. In den optionalen Schritten 93 und 94 wird zumindest über dem n-Kontakt in Bereichen, in welchen der n-Kontakt zwischen dem p-Kontakt bzw. ein Blechwandreflektor angeordnet ist, ein Intermetall-Dielektrikum vorgesehen. In Schritt 95 wird eine optionale Barriereschicht aufgebracht, um die Kontakte und den Reflektor gegen Lötmittel zu schützen. In Schritt 96 werden lötfähige Metalle aufgebracht. In dem optionalen Schritt 97 werden die lötfähigen Metalle strukturiert. In Schritt 98 wird das Dielektrikum aufgebracht, um die lötfähigen Flächen zu definieren. In Schritt 99 wird das Dielektrikum strukturiert. Der LED-Chip kann nach Schritt 97 oder Schritt 99 an der Montagebasis angebracht werden.
  • 20 zeigt ein Verfahrensablaufdiagramm zum Anbringen der LED an der Montagebasis. In Schritt 100 wird Lötmittel auf dem Montagebasis-Wafer aufgebracht. In Schritt 101 wird eine Verbindung zwischen dem LED-Chip und der Montagebasis ausgebildet. In dem optionalen Schritt 102 wird eine Unterfüllung zwischen dem LED-Chip und der Montagebasis verteilt. In Schritt 103 wird der Montagebasis-Wafer zertrennt. In Schritt 104 werden der Chip und die Montagebasis an dem Gehäuse befestigt.
  • Alternativ wird Schritt 105 an Stelle der Schritte 100, 101 und 102 ausgeführt. In Schritt 105 wird auf der LED Lötmittel aufgebracht. In Schritt 106 wird eine Verbindung zwischen dem LED-Chip und dem Montagebasis-Wafer vorgesehen. In dem optionalen Schritt 107 wird eine Unterfüllung zwischen dem LED-Chip und der Montagebasis verteilt.
  • Beispiele zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung sowie Ausführungsbeispiele
  • 21 zeigt ein Blockschaltbild einer LED-Anordnung wie sie bei Ausführungsbeispielen verwendet wird. Die LEDs 204-1 bis 204-n sind auf einer gemeinsamen Montagebasis 200 angebracht und mit der, auf oder in der Montagebasis 200 ausgebildeten Schaltungsanordnung 208 verbunden. Die LEDs 204-1 bis 204-n können einen beliebigen, schaltungstechnischen Aufbau (normal oder invertiert) und eine beliebige Wellenlänge aufweisen. Ist die gemeinsame Montagebasis 200 durch einen Siliciumchip dargestellt, kann auf der Montagebasis unter Anwendung konventioneller, integrierter Schaltungsherstellungstechniken eine beliebige Art Schaltung 208 ausgebildet werden. Die Schaltungsanordnung 208 kann Leiterbahnen aus Metall (z. B. Al oder Cu-Legierung) ausschließlich oder in Verbindung mit einer aktiven oder passiven Schaltung aufweisen.
  • 22 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren Beispiels zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung. Dieses Beispiel weist zwei invertierte LEDs 212-1 und 212-2 auf, wobei jedoch im Allgemeinen mehrere n-LEDs 212-1 bis 212-n vorgesehen sein können. LEDs 212-1 bis 212-n können zum Beispiel durch III-Nitrid-LEDs dargestellt sein. Diese Zusammensetzung enthält GaN, AlGaN, AlN, GaInN, AlGaInN, InN, GaInAsN und GaInPN, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Typische Substratmaterialien sind auf Grund der einfachen Keimbildung und des einfachen Aufbringens von hochwertigen III-Nitrid-Kristallen auf diesen Substraten Saphir, Siliciumcarbid SiC oder III-Nitride. Wie im vorhergehenden Abschnitt ausführlich erläutert, werden in diesen invertierten Anordnungen die p- und n-Kontaktstellen 210 auf der gleichen Seite der Anordnung ausgebildet. Anschließend können Kontaktstellen 210 durch Lötpunkte 214 an die Schaltungsanordnung 208 gelötet werden.
  • Alternative Methoden, um Kontaktstellen 210 mit der Schaltungsanordnung 208 zu verbinden, sehen die Ausbildung einer Ultraschallverbindung oder Ausbildung einer eutektischen Verbindung oder das Aufbringen eines leitenden Epoxids bzw. einer leitenden Paste zwischen Kontaktstellen 210 und der Schaltungsanordnung 208 vor. Das erzeugte Licht wird auf der den Kontaktstellen gegenüber liegenden Seite durch das Substrat aus der LED ausgekoppelt.
  • III-Nitrid-LEDs werden typischerweise auf Saphir, Siliciumcarbid oder III-Nitrid ausgebildet. Auf einem solchen Substrat aufgebrachtes III-Nitrid ist kostenaufwendig, und die Materialtechnik steckt noch immer in den Kinderschuhen. Silicium ist dagegen preiswert, und Siliciumanordnungen sowie -technik sind wohlverstanden. Aus diesem Grunde stellt die Verwendung von Silicium als Montagebasis für invertierte LEDs 212-1 bis 212-n eine vorteilhafte Variante dar. Es können konventionelle, integrierte Schaltungsherstellungstechniken angewandt werden, um verschiedenartige Steuerkreise auf der gemeinsamen Silicium-Montagebasis auszubilden.
  • Durch Anordnen der LEDs und deren Steuerkreis auf der gleichen, gemeinsamen Montagebasis wird eine kompakte, Licht emittierende Anordnung vorgesehen, welche gegenüber früheren Anordnungen viele Vorteile aufweist. Sie ist von Vorteil, wenn der Raum begrenzt ist, wie z. B. bei Displays oder kompakten Lichtquellen. Die erreichten, hohen Elementdichten sind ebenfalls bei Einsatz von Hochleistungsbeleuchtung vorteilhaft. Durch die Kompaktheit der Anordnungen gleichen diese vielmehr einer idealen Lichtpunktquelle, womit die, das emittierte Licht bearbeitenden, sekundären, optischen Bauelemente einfacher und damit kostengünstiger herzustellen sind. Ebenso wurde der Bedarf an Drahtbondverbindungen zu den LEDs reduziert. Schließlich werden durch Integration von LEDs mit deren Steuerlogik „intelligente LEDs” vorgesehen, welche kompakte, steuerbare und programmierbare Quellen aus monochromatischem oder mehrfarbigem Lichts darstellen.
  • 23 zeigt ein weiteres Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung, bei welchem eine Kombination aus invertierten LEDs 216-1 und Standard-LEDs 220-1 auf einer gemeinsamen Montagebasis 200 angeordnet ist. Bei verwandten Ausführungsbeispielen kann eine Gruppe invertierter LEDs 216-1 bis 216-n und Standard-LEDs 220-1 bis 220-m vorgesehen werden. Sowohl invertierte LEDs 216-1 bis 216-n als auch Standard-LEDs 220-1 bis 220-n können durch III-Nitrid-LEDs oder LEDs anderer Art, welche jede Wellenlänge emittieren können, dargestellt sein.
  • Die 24a–c zeigen einige Beispiele zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung mit unterschiedlichen Schaltungsanordnungen. 24a zeigt LEDs 204-1 bis 204-n, welche parallel geschaltet sind. 24b zeigt LEDs 204-1 bis 204-n, welche in Reihe geschaltet sind. Das Hintereinanderschalten von LEDs bietet einen größeren Nutzen. Typische Betriebsspannungen bei einer III-Nitrid-LED, wie z. B. einer AlInGaN-LED, liegen im Bereich von 2,4 bis 4 V, während die Ansteuerschaltung bei vielen Einsätzen mit einer anderen Spannung arbeitet. In einem Kraftfahrzeug wird der Stromkreis zum Beispiel von einer 12 V-Batterie angesteuert. Durch Aufbau einer Schaltungsanordnung, bei welcher 3 oder 4 LEDs in Reihe geschaltet sind, wird jede LED bei Ansteuerung durch die normale 12 V-Kraftfahrzeugbatterie in dem erforderlichen Spannungsbereich betrieben. Schließlich zeigt 24c LEDs 204-1 bis 204-n in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung.
  • 25 zeigt ein weiteres Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung. Dioden 205-1 bis 205-i, welche die gleiche Wellenlänge aufweisen, können auf einer ersten Wellenlänge Licht emittieren, Dioden 206-1 bis 206-j, welche die gleiche Wellenlänge aufweisen, können Licht auf einer zweiten Wellenlänge emittieren, und Dioden 207-1 bis 207-k, welche die gleiche Wellenlänge aufweisen, können Licht auf einer dritten Wellenlänge emittieren. Hierbei sind i, j und k beliebige ganze Zahlen. 25 zeigt den Fall i = j = k = 3. Dioden 205-1 bis 205-i, 206-1 bis 206-i und 207-1 bis 207-k können in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung vorgesehen sein. In einigen Ausführungsbeispielen können die drei Wellenlängen den drei Primärfarben Rot, Grün und Blau entsprechen. Diese Anordnung kann weißes Licht emittieren und kann als LED-Lampe verwendet werden. LED-Lampen, welche weißes Licht erzeugen, können in einem großen Einsatzbereich an Stelle von Glühlampen Verwendung finden. Rote, grüne und blaue LEDs können ebenfalls für Farbdarstellungen benutzt werden.
  • Bei Ausführungsbeispielen können zwei LEDs oder mehr mit verschiedenen Wellenlängen in dem blauen und ultravioletten Bereich des Spektrums zum Beispiel für Dentaleinsätze zum Aushärten von Materialien, welche für Füllungen benötigt werden, verwendet werden. Es können sich, präziser gesagt, zwei, auf einer gemeinsamen Montagebasis angebrachte LED-Gruppen, welche auf Wellenlängen um 420 Nanometer und um 470 Nanomenter arbeiten, bei Dentaleinsätzen als zweckmäßig erweisen.
  • Ausführungsbeispiele mit weiteren Wellenlängenkombinationen und unter Nutzung einer größeren Anzahl Wellenlängen können bei weiteren Einsätzen zweckmäßig sein.
  • 26 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem entsprechend die Schaltungsanordnung 208 durch Schalter 224-1 und 224-2 verändert werden kann. Schalter 224-1 und 224-2 können zum Beispiel Transistoren und weitere, in die Silicium-Montagebasis integrierte Komponenten aufweisen. Bei der dargestellten Einstellung der Schalter 224-1 und 224-2 sind LEDs 204-1 bis 204-4 in Reihe geschaltet. Bei Änderung der Einstellung beider Schalter 224-1 und 224-2 ergibt sich eine Parallelschaltuing der LEDs 204-1 bis 204-4. Diese besondere Eigenschaft kann von Vorteil sein, um Anordnungen zwischen verschiedenen Betriebsspannungen und Speisespannungen umzuschalten.
  • Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen kann der aktive Schaltungsteil von Schaltungsanordnung 208 ein programmierbares Gate-Array auf einer gemeinsamen Montagebasis 200 bilden, welches frei oder Masken programmierbar sein kann.
  • Die 27a, b, c und d zeigen weitere, auf oder in der Montagebasis 200 vorgesehene Varianten der Schaltung 208 mit einer oder mehreren, in Rückwärtsrichtung vorgespannten Dioden 228, welche in umgekehrter Polarität relativ zu den Polaritäten der LEDs 204-1 bis 204-n geschaltet sind. Dieser Aufbau bietet eine gute Übergangsspannungsbegrenzung (TVS) und damit Schutz gegen Elektrostatische Entladung (ESD), welche beide Hauptursachen eines Stromkreisausfalls, der zum Beispiel bei der Installation von LED-Anordnungen auftreten kann, oder von Leistungsspitzen darstellen.
  • 27a zeigt ein Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung, bei welchem die Montagebasis eine Schaltungsanordnung zum integrierten ESD-Schutz aufweist. Das Beispiel weist einen universellen Stromkreis aus LEDs in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung auf. Eine oder mehrere, in Reihe geschaltete Stromnebenschlussdioden 228-1 bis 228-p können zum Beispiel durch Zener-Dioden dargestellt sein, welche bei einer, zu den LEDs 204-1 bis 204-n entgegengesetzten Polarität parallel zu dem universellen Stromkreis aus LEDs 201-1 bis 204-n geschaltet sind. Hier sind n und p durch positive ganze Zahlen dargestellt. Die erforderliche Anzahl in Reihe geschalteter Zener-Dioden kann durch Vergleichen der Betriebsspannung des Stromkreises aus LEDs 204-1 bis 204-n mit der Durchschlagspannung einer Stromnebenschlussdiode 208-1 berechnet werden.
  • 27b zeigt ein weiteres Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung. Stromnebenschlussdioden 229-1-1 und 229-1-2 können bei zueinander entgegengesetzten Polaritäten in Reihe geschaltet sein. Sie können zum Beispiel durch Zener-Dioden dargestellt sein. Die Stromnebenschlussdioden 229-1-1 und 229-1-2 bis 229-r-1 und 229-r-2 können paarweise Baueinheiten 227-1 bis 227-r bilden, welche in Reihe geschaltet sein können. Hier ist r durch eine positive ganze Zahl dargestellt. Die in Reihe geschalteten Baueinheiten 227-1 bis 227-r können dann parallel zu dem universellen Stromkreis aus LEDs 204-1 bis 204-n geschaltet werden, um einen ESD-Schutz vorzusehen. Der Stromkreis aus Stromnebenschlussdioden 228-1 bis 228-p von 27a und 229-1-1 bis 229-r-2 von 27b kann so ausgelegt sein, dass er eine Durchschlagspannung über der normalen Betriebsspannung der LEDs 204-1 bis 204-n aufweist. Detaillierte Beispiele von Nebenschlussstromkreisausführungen werden von Antle et al in US-Patent 5 941 501 und von Maeda et al in EP 1 020 935 A2 beschrieben, welche hier durch Literaturhinweis summarisch eingefügt sind.
  • 27c zeigt ein Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung mit einem universellen Stromkreis aus LEDs 204-1 bis 204-n in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung, wobei LEDs 204-1 bis 204-n jeweils Übergangsspannungsbegrenzungskreise aufweisen. In diesem Falle sehen die TVS-Stromkreise Stromnebenschlussdioden 228-1 bis 228-n vor, welche LEDs 204-1 bis 204-n entsprechen. Stromnebenschlussdioden können zum Beispiel durch Zener-Dioden dargestellt sein, welche bei einer, zu LEDs 204-1 bis 204-n entgegengesetzten Polarität zu LEDs 204-1 bis 204-n parallel geschaltet sind.
  • 27d zeigt ein Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung mit einem universellen Stromkreis aus LEDs 204-1 bis 204-n in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung, wobei LEDs 204-1 bis 204-n jeweils eine andere Art Übergangsspannungsbegrenzungskreis aufweisen. In diesem Falle sehen die TVS-Stromkreise Stromnebenschlussdioden 229-1-1 und 229-1-2, welche Baueinheit 227-1 bilden, bis 229-n-1 und 229-n-2, welche Baueinheit 227-n bilden, vor, die jeweils LEDs 204-1 bis 204-n entsprechen. Die Stromnebenschlussdioden 229-1-1 bis 229-n-2 können zum Beispiel durch Zener-Dioden dargestellt sein. Baueinheiten 227-1 bis 227-n können jeweils zu den entsprechenden LEDs 204-1 bis 204-n parallel geschaltet sein, um einen ESD-Schutz gegen Überspannungen durch Wechselstromversorgung vorzusehen. Detaillierte Beispiele von Nebenschlussstromkreisen werden von Antle et al in US-Patent 5 941 501 und von Maeda et al in EP 1 020 935 A2 beschrieben, welche hier durch Literaturhinweis summarisch eingefügt sind.
  • Die 28a, 28b und 30 zeigen Beispiele zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung, welche in Schaltungsanordnung 208 Logikelemente aufweisen, die auf oder in der gemeinsamen Montagebasis 200 ausgebildet sind. 28a zeigt ein Beispiel, welches eine, in der gemeinsamen Montagebasis 200 ausgebildete, photoempfindliche Diode 232 aufweist, die so angeordnet ist, dass sie einen Teil des von LED 204-1 emittierten Lichts empfängt. Die photoempfindliche Diode 232 kann an einen Steuerkreis 240 gekoppelt sein.
  • 28b zeigt ein weiteres Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung, welches eine photoempfindliche Diode 232, die in einer gemeinsamen Montagebasis 200 unter LED 204-1 so ausgebildet ist, dass sie einen Teil des von LED 204-1 durch die Seite der aktiven Zone und die an diese angrenzenden Halbleiterschichten, die sogenannte Mesawand, emittierten Lichts empfängt. Die photoempfindliche Diode 232 kann an eine Steuereinheit 240 gekoppelt sein.
  • Das Verfahren zum Betreiben beider, oben erwähnter Beispiele ist in 29 dargestellt. Die photoempfindliche Diode 232 misst die Intensität des emittierten Lichts. Sollte die Intensität von einem Nennwert um mehr als eine erlaubte Toleranz abweichen, ändert die Steuereinheit 240 den der LED 204-1 zugeführten Strom. Es können an irgendeiner Stelle auf der Montagebasis 200 eine Energiequellenelektrode 242 und eine Erdungselektrode 243 ausgebildet werden.
  • In verwandten Ausführungsbeispielen kann eine Gruppe aus LEDs 204-1 bis 204-n auf der Montagebasis vorgesehen sein. Weiterhin kann eine Gruppe aus photoempfindlichen Dioden in Ausführungsbeispielen, z. B. jeweils unterhalb der Gruppe aus LEDs 204-1 bis 204-n, vorgesehen sein. Die photoempfindlichen Dioden können das von entsprechenden LEDs emittierte Licht überwachen. Die photoempfindlichen Dioden sind ebenfalls an die Steuereinheit 240 gekoppelt, welche den von LEDs 204-1 bis 204-n empfangenen Strom getrennt einstellen kann. Die Messung und Einstellung der Intensität des emittierten Lichts können auf kontinuierliche Weise oder periodisch vorgenommen werden.
  • Diese Beispiele gehen das Problem an, dass einzelne LEDs mit der Zeit eine deutliche und differierende Abnahme der Intensität des emittierten Lichts aufweisen. Diese deutliche Abnahme kann zum Beispiel zu einer unerwünschten Verschiebung der Chromatizität bei Anwendung von Farbanzeigen führen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann den von den einzelnen LEDs 204-1 bis 204-n empfangenen Strom so einstellen, dass die Chromatizität, das heißt, die Intensität des Lichts mit verschiedenen Wellenlängen in dem emittierten Lichtstrahl innerhalb einer vorgegebenen Toleranz bzw. eines vorgegebenen Bereichs erhalten bleibt.
  • Eine weitere mögliche Folge der deutlichen Abnahme der Intensität einer einzelnen LED kann sein, dass die Gesamtintensität des von LEDs 204-1 bis 204-n emittierten Lichts aus einem vorgeschriebenen Intensitätsbereich herausfallen kann, was zum Beispiel ein Problem bei Anwendung von Lichtsignalen aufwirft. Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann den von LEDs 204-1 bis 204-n empfangenen Strom individuell einstellen, so dass die Gesamtintensität des emittierten Lichtstrahls innerhalb einer vorgegebenen Toleranz bzw. eines vorgegebenen Bereichs erhalten bleibt.
  • Eine spezielle Anordnung eines Steuerkreises und einer photoempfindlichen Anordnung zur Erzeugung eines, auf Lichtintensität bezogenen Signals wird von Fowler et al in US-Patent 5 461 425 A beschrieben, welche hier durch Literaturhinweis summarisch eingefügt ist. Ein weiterer Steuerkreis wurde von Wychulis in US-Patent 4 983 884 beschrieben, welches hier ebenfalls durch Literaturhinweis summarisch eingefügt ist.
  • 30 zeigt ein Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung. Sie stellt ein elektrisches Schaltbild einer bekannten Oszillatorschaltung dar, welche an LEDs 204-1 und 204-2 gekoppelt ist, die Oszillatorschaltung jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung in der Montagebasis aus LEDs 204-1 und 204-2 ausgebildet ist. Widerstände 250, 254 und 258, npn-Transistor 262, pnp-Transistor 266 und Kondensator 270 bilden Stromkreis 208, bei welchem es sich um eine Oszillatorschaltung handelt. In einem Ausführungsbeispiel kann diese Oszillatorschaltung ausschließlich LED 204-1 (gestrichelte Linie und LED 204-2 ausgelassen) ansteuern bzw. „stroben”. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann diese beide LEDS 204-1 und 204-2 (gestrichelte Linie und LED 204-2 einbezogen) ansteuern. Zwischen Kontaktpunkten 274 und 278 wird eine Spannung V abgegeben.
  • Es sind viele weitere Oszillatorschaltungen auf diesem Fachgebiet bekannt, und die vorliegende Variante sollte lediglich als mögliches Beispiel angesehen werden.
  • Die verschiedenen Steuerelemente, die Logikfunktion und weitere, oben erwähnte Schaltungen können in der Siliciummontagebasis entweder unterhalb der LEDs oder auf einem anderen Teil der Montagebasis ausgebildet werden.

Claims (28)

  1. Licht emittierende Anordnung mit – mehreren Licht emittierenden Dioden, welche auf einer gemeinsamen Montagebasis (50; 200) angeordnet sind; sowie – einer Schaltungsanordnung auf der gemeinsamen Montagebasis, wobei die mehreren Licht emittierenden Dioden mit der in der Montagebasis (50; 200) ausgebildete Schaltungsanordnung (52; 208) verbunden sind;- wobei die mehreren Licht emittierenden Dioden invertierte, Licht emittierende Dioden (212-1, 212-2) aufweisen, wobei die invertierten, Licht emittierenden Dioden aufweisen: – ein Substrat (19) mit einer Seite; – eine n-dotierte Halbleiterschicht (11) mit einer oder mehreren, ersten Kontaktinseln (41); – eine aktive Schicht (13), welche über der n-dotierten Schicht ausgebildet ist; sowie – eine p-dotierte Halbleiterschicht (12), welche über der aktiven Schicht (13) ausgebildet ist und eine oder mehrere, zweite Kontaktinseln (41) aufweist, wobei sich die einen oder mehreren ersten Kontaktinseln (41) und die einen oder mehreren zweiten Kontaktinseln (41) sich auf der Seite des Substrats (10) befinden und sich die Kopplung zwischen den Kontaktinseln und der Schaltungsanordnung durch Lötpunkte (214), mittels Ultraschall, durch eutektische Verbindungen, leitendes Epoxid oder leitende Paste erfolgt, und – wobei die Schaltungsanordnung (208) aufweist: – eine Gruppe aus Schaltern (224-1, 224-2), welche in der gemeinsamen Montagebasis ausgebildet und mit den mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1 bis 204-4) verbunden sind, und wobei die Gruppe aus Schaltern (224-1, 224-2) zwischen Reihen- und Parallelschaltung von einigen der mehreren Licht emittierender Dioden (204-1 bis 204-4) umschalten kann.
  2. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die gemeinsame Montagebasis (50; 200) aus Halbleitermaterial gefertigt ist; und – ein Teil der Schaltungsanordnung in der gemeinsamen Montagebasis (50; 200) unter Anwendung von Techniken zur Herstellung integrierter Schaltungen ausgebildet ist.
  3. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 2, wobei die gemeinsame Montagebasis (50; 200) aus Silizium besteht.
  4. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die mehreren Licht emittierenden Dioden (212-1, 212-2) invertierte, Licht emittierende III-V-Dioden aufweisen, wobei die n-dotierte Halbleiterschicht, die aktive Schicht und die p-dotierte Halbleiterschicht eine oder mehrere Elemente der Gruppe III und eine oder mehrere Elemente der Gruppe V aufweisen.
  5. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die mehreren Licht emittierenden Dioden aufweisen: – invertierte, Licht emittierende Dioden (216-1); sowie – nicht invertierte, Licht emittierende Dioden (220-1), wobei die nicht invertierten, Licht emittierenden Dioden aufweisen: – ein leitendes Substrat, welches mit der Schaltungsanordnung verbunden ist; – eine n-dotierte Halbleiterschicht, welche über dem Substrat ausgebildet ist; – eine aktive Schicht, welche über der n-dotierten Halbleiterschicht ausgebildet ist; – eine p-dotierte Schicht, welche über der aktiven Halbleiterschicht ausgebildet ist und eine Kontaktinsel aufweist; sowie – eine Drahtbondverbindung, welche die p-dotierte Halbleiterschicht und die Schaltungsanordnung verbindet.
  6. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die mehreren Licht emittierenden Dioden aufweisen: – invertierte, Licht emittierende Dioden (216-1) sowie – nicht invertierte, Licht emittierende Dioden (220-1), wobei die nicht invertierten, Licht emittierenden Dioden (220-1) aufweisen: – ein leitendes Substrat, welches mit der Schaltungsanordnung verbunden ist; – eine p-dotierte Halbleiterschicht, welche über dem Substrat ausgebildet ist; – eine aktive Schicht, welche über der p-dotierten Schicht ausgebildet ist; – eine n-dotierte Halbleiterschicht, welche über der aktiven Schicht ausgebildet ist und eine Kontaktstelle aufweist; sowie – eine Drahtbondverbindung, welche die n-dotierte Halbleiterschicht mit der Schaltungsanordnung verbindet.
  7. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die Schaltungsanordnung (208) einige der mehreren Licht emittierenden Dioden parallel schaltet.
  8. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die Schaltungsanordnung (208) einige der mehreren Licht emittierenden Dioden in Reihe schaltet.
  9. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die Schaltungsanordnung (208) einige der mehreren Licht emittierenden Dioden in Kombination in Reihe und parallel schaltet.
  10. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die mehreren Licht emittierenden Dioden mehrere Dioden (205-1 bis 205-i) aufweisen die Licht mit der gleichen Wellenlänge emittieren können.
  11. Licht emittierende Anordnung von Anspruch 1, wobei die mehreren Licht emittierenden Dioden (205-1, 206-1, 207-1) Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren können.
  12. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1 mit – einer ersten, Licht emittierenden Diode, welche rotes Licht emittieren kann; – einer zweiten, Licht emittierenden Diode, welche grünes Licht emittieren kann; sowie – einer dritten, Licht emittierenden Diode, welche blaues Licht emittieren kann.
  13. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1 mit – einer ersten, Licht emittierenden Diode, welche Licht einer Wellenlänge von 420 Nanometer emittieren kann; sowie – einer zweiten, Licht emittierenden Diode, welche Licht einer Wellenlänge von 470 Nanometer emittieren kann.
  14. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1 bis 204-n) Polaritäten und Betriebsspannungen vorsehen, wobei die Polaritäten in eine gemeinsame Richtung gerichtet sind, wobei – die Schaltungsanordnung (208) aufweist: – eine Teilschaltung, welche einige der mehreren Licht emittierenden Dioden in Kombination in Reihe und parallel schaltet und eine Betriebsspannung vorsieht; sowie – eine oder mehrere Stromnebenschlussdioden (228-1 bis 228-p), welche Polaritäten und Durchschlagspannungen vorsehen und auf der gemeinsamen Montagebasis ausgebildet sind, wobei eine oder mehrere Stromnebenschlussdioden parallel zu der Teilschaltung der einigen der mehreren Licht emittierenden Dioden mit, zu der gemeinsamen Polarität der mehreren Licht emittierenden Dioden entgegengesetzten Polaritäten geschaltet sind, wobei die Durchschlagspannung der einen oder mehreren Stromnebenschlussdioden höher als die Betriebsspannung der Teilschaltung der mehreren Licht emittierenden Dioden ist.
  15. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1 bis 204-n) Polaritäten und Betriebsspannungen vorsehen, wobei die Polaritäten in eine gemeinsame Richtung gerichtet sind, wobei – die Schaltungsanordnung (208) aufweist: – eine Teilschaltung, welche einige der mehreren Licht emittierenden Dioden in Kombination in Reihe und parallel schaltet und eine Betriebsspannung vorsieht; sowie – mehrere Stromnebenschlussdioden (229-1-1 bis 229-r-2), welche Polaritäten und Durchschlagspannungen vorsehen und auf der gemeinsamen Montagebasis ausgebildet sind, wobei einige der mehreren Stromnebenschlussdioden in Reihe geschaltet sind, wobei die in Reihe geschalteten der mehreren Stromnebenschlussdioden parallel zu der Teilschaltung der einigen der mehreren Licht emittierender Dioden mit, zu der gemeinsamen Polarität der mehreren Licht emittierender Dioden entgegengesetzten Polaritäten geschaltet sind, wobei die Durchschlagspannung der in Reihe geschalteten der mehreren Stromnebenschlussdioden höher als die Betriebsspannung der Teilschaltung der mehreren Licht emittierender Dioden ist.
  16. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1 bis 204-n) Betriebsspannungen vorsehen, wobei – die Schaltungsanordnung (208) aufweist: – eine Teilschaltung, welche einige der mehreren Licht emittierenden Dioden in Kombination in Reihe und parallel schaltet, wobei die Teilschaltung eine Betriebsspannung vorsieht; sowie – zwei Stromnebenschlussdioden (229-1-1, 229-1-2), wobei die auf der gemeinsamen Montagebasis ausgebildeten Stromnebenschlussdioden Polaritäten und Durchschlagspannungen vorsehen, wobei die zwei Stromnebenschlussdioden parallel zu der Teilschaltung der mehreren Licht emittierenden Dioden in Reihe geschaltet sind, wobei die Durchschlagspannung der in Reihe geschalteten, zwei Stromnebenschlussdioden höher als die Betriebsspannung der Teilschaltung der mehreren Licht emittierenden Dioden ist.
  17. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1 bis 204-n) Betriebsspannungen vorsehen, wobei – die Schaltungsanordnung (208) aufweist: – eine Teilschaltung, welche einige der mehreren Licht emittierenden Dioden in Kombination in Reihe und parallel schaltet, wobei die Teilschaltung eine Betriebsspannung vorsieht; sowie – mehrere Stromnebenschlussdioden (229-1-1 bis 229-r-2), welche mehrere Paare (227-1 bis 227-r) bilden, wobei die auf der gemeinsamen Montagebasis ausgebildeten Stromnebenschlussdioden Polaritäten und Durchschlagspannungen aufweisen, die Stromnebenschlussdioden jeweils mit, innerhalb der Paare zueinander entgegengesetzten Polaritäten ausgebildet sind, einige der Paare der Stromnebenschlussdioden in Reihe geschaltet sind, die in Reihe geschalteten der mehreren Stromnebenschlussdiodenpaare parallel zu der Teilschaltung der mehreren Licht emittierender Dioden geschaltet sind, wobei die Durchschlagspannung der in Reihe geschalteten, mehreren Stromnebenschlussdiodenpaare höher als die Betriebsspannung der Teilschaltung der mehreren Licht emittierender Dioden ist.
  18. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1 bis 204-n) Polaritäten und Betriebsspannungen vorsehen und die Schaltungsanordnung (208) weiterhin aufweist: – eine oder mehrere Stromnebenschlussdioden (228-1 bis 228-p), auf der gemeinsamen Montagebasis ausgebildet, welche eine Polarität und eine Durchschlagspannung vorsehen, wobei mindestens eine der mehreren Stromnebenschlussdioden parallel zu mindestens einer der mehreren Licht emittierenden Dioden mit einer, zu der Polarität der mindestens einen der mehreren Licht emittierenden Dioden entgegengesetzten Polarität geschaltet ist, wobei die Durchschlagspannung der mindestens einen oder mehreren Stromnebenschlussdioden höher als die Betriebsspannung der mindestens einen oder mehreren Licht emittierenden Dioden ist.
  19. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung (208) aufweist: – mehrere Stromnebenschlussdioden (229-1-1 bis 229-r-2), welche ein oder mehrere Paare (227-1 bis 227-r) bilden, wobei die, auf der gemeinsamen Montagebasis ausgebildeten Stromnebenschlussdioden Polaritäten und Durchschlagspannungen vorsehen, die Stromnebenschlussdioden jeweils mit, innerhalb der mehreren Paare zueinander entgegengesetzten Polaritäten ausgebildet sind, mindestens eines der mehreren Stromnebenschlussdiodenpaare parallel zu mindestens einer oder mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1 bis 204-n) geschaltet ist, wobei die Durchschlagspannung des mindestens einen der mehreren Stromnebenschlussdiodenpaare höher als die Betriebsspannung der mindestens einen der mehreren Licht emittierenden Dioden ist.
  20. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung (208) aufweist: – eine Logikschaltung, welche in der gemeinsamen Montagebasis ausgebildet ist.
  21. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung (208) aufweist: – mindestens eine lichtempfindliche Anordnung (232), welche in oder auf der gemeinsamen Montagebasis (200) ausgebildet ist, um einen Teil des von einer oder mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1) emittierten Lichts zu empfangen; sowie – eine Steuereinheit (240), welche in der gemeinsamen Montagebasis ausgebildet ist und mit mindestens einer lichtempfindlichen Anordnung (232) mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1) verbunden ist, um den Strom zu den mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1), basierend auf dem von der mindestens einen lichtempfindlichen Anordnung empfangenem Licht, zu steuern.
  22. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 21, wobei die mindestens eine lichtempfindliche Anordnung eine lichtempfindliche Diode (232) aufweist.
  23. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 21, wobei die mindestens eine lichtempfindliche Anordnung einen lichtempfindlichen Transistor aufweist.
  24. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 21, wobei mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1) Seiten aufweisen, wobei – die mindestens eine lichtempfindliche Anordnung (232) in oder auf der gemeinsamen Montagebasis (200) zumindest zum Teil unter den mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1) ausgebildet ist, um einen Teil des von der Seite der einen oder mehreren Licht emittierenden Dioden emittierten Lichts zu empfangen.
  25. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 21, wobei mindestens eine der mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1) über mindestens einer der lichtempfindlichen Anordnungen (232) vorgesehen ist, wobei mindestens eine lichtempfindliche Anordnung (232) lediglich das von einer oder mehreren der darüber angeordneten, Licht emittierenden Dioden (204-1) emittierte Licht erfasst.
  26. Licht emittierende Anordnung nach Anspruch 1, wobei – die Schaltungsanordnung (208) eine, in dem gemeinsamen Substrat ausgebildete Oszillatorschaltung aufweist, welche mit einer oder mehreren der mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1, 204-2) verbunden ist.
  27. Verfahren zur Herstellung einer Licht emittierenden Anordnung, welches vorsieht: – Ausbilden einer gemeinsamen Montagebasis (50; 200); – Ausbilden einer Schaltungsanordnung (52; 208) umfassend eine Gruppe aus Schaltern (224-1, 224-2) auf der gemeinsamen Montagebasis (50; 200); – Ausbilden mehrerer Licht emittierender Dioden als invertierte, Licht emittierende Dioden (212-1, 212-2) in der Weise, dass eine n-dotierte Halbleiterschicht (11) mit einer oder mehreren, ersten Kontaktinseln (41) vorgesehen ist, eine aktive Schicht (13) über der n-dotierten Schicht (11) vorgesehen ist, und eine p-dotierte Halbleiterschicht (12) über der aktiven Schicht (13) vorgesehen ist und eine oder mehrere, zweite Kontaktinseln (41) aufweist, wobei sich sämtliche erste und zweite Kontaktinseln (41) auf der gleichen Seite des Substrats (10) befinden; sowie – Verbinden der mehreren Licht emittierender Dioden (204-1 bis 204-n), welche aus der Gruppe ausgewählt worden sind, die sich aus invertierten, Licht emittierenden Dioden und nicht invertierten, Licht emittierenden Dioden zusammensetzt, mit der Schaltungsanordnung (208) durch Verbinden der ersten und zweiten Kontaktinseln (41) mit der in der Montagebasis (50; 200) ausgebildete Schaltungsanordnung (52; 208), so dass die Schaltungsanordnung (208) mittels der Gruppe aus Schaltern (224-1, 224-2) zwischen Reihen- und Parallelschaltung von einigen der mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1 bis 204-4) umschalten kann.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Verbinden der einen oder mehreren Licht emittierenden Dioden (204-1 bis 204-n) mit der Schaltungsanordnung (208) durch Löten vorgenommen wird.
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