DE112005002889B4 - Licht emittierendes Bauelement mit einer Mehrzahl Licht emittierender Zellen und Baugruppen-Montage desselben - Google Patents

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Abstract

Licht emittierendes Bauelement, umfassend:
eine Mehrzahl Licht emittierender Zellen, ausgebildet auf einem Substrat, bei dem jede der Licht emittierenden Zellen eine N-Typ-Halbleiterschicht und eine P-Typ-Halbleiterschicht, befindlich auf einem Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht, besitzt;
ferner umfassend eine Mehrzahl von Verbindungselektroden zum elektrischen Verbinden der N-Typ-Halbleiterschichten und der P-Typ-Halbleiterschichten benachbarter Licht emittierender Zellen, um ein serielles Array Licht emittierender Zellen auf dem Substrat auszubilden,
ferner umfassend ein Submount-Substrat mit der daran gebondeten Mehrzahl Licht emittierender Zellen, wobei die Mehrzahl Licht emittierender Zellen mit metallischen Leitungen mit dem Submount-Substrat verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungselektroden in physischem Kontakt mit einer oberen Oberfläche des Submount-Substrats sind, wobei die Verbindungselektroden einen Abstand zu den metallischen Leitungen auf dem Submount besitzen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Licht emittierendes Bauelement mit einer Mehrzahl Licht emittierender Zellen, und eine Baugruppe, auf der selbiges montiert ist, und insbesondere ein Licht emittierendes Bauelement mit einer Mehrzahl Licht emittierender Zellen, welche ein serielles Array auf einem einzelnen Substrat bilden und direkt mit einer Wechselstromquelle betrieben werden können, und eine Baugruppe, auf welche selbiges montiert ist.
  • Stand der Technik
  • Eine Licht emittierende Diode ist ein Elektrolumineszenz-Bauelement mit einer Struktur, bei welcher ein N-Typ-Halbleiter, bei dem die hauptsächlichen Ladungsträger Elektronen sind, und ein P-Typ-Halbleiter, bei dem die hauptsächlichen Ladungsträger Löcher sind, miteinander verbunden sind, und welches ein definiertes Licht durch Rekombination dieser Elektronen und Löcher emittiert. Derartige Licht emittierenden Dioden werden als Anzeigegeräte und zur Hintergrundbeleuchtung verwendet, und ihr Anwendungsgebiet hat sich ausgedehnt auf die Verwendung derselben zur Beleuchtung im Allgemeinen und ersetzt dabei konventionelle Glühlampen und Fluoreszenzlampen.
  • Eine Licht emittierende Diode verbraucht weniger elektrische Energie und besitzt, verglichen mit konventionellen Glühlampen oder Fluoreszenzlampen, eine höhere Lebensdauer. Der elektrische Energieverbrauch einer Licht emittierenden Diode ist geringer als wenige Zehntel bis wenige Hundertstel, verglichen mit dem konventioneller Leuchtmittel, und die Lebensdauer derselben ist mehrere Male bis mehrere zehn Male so hoch, wodurch diese einen verringerten elektrischen Energieverbrauch und exzellente Haltbarkeit besitzt.
  • Um derartige Licht emittierende Dioden zu Beleuchtungszwecken zu verwenden, ist es notwendig, die vom Licht emittierenden Bauelement erzeugte Wärme auf effektive Weise nach außen abzuführen. Dementsprechend erhöht sich das Interesse an Licht emittierenden Bauelementen vom Flip-Chip-Typ, welche in der Lage sind, die von den Licht emittierenden Bauelementen erzeugte Wärme effektiv nach außen abzuführen.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, welche ein konventionelles Licht emittierendes Bauelement 20 vom Flip-Chip-Typ darstellt.
  • Mit Bezug auf 1 sind erste und zweite Elektroden 12 und 14 auf einem bestimmten Substrat 10 ausgebildet, z. B. einem Submount-Substrat oder einer Leiterplatte, und Lötstellen sind auf diesen Elektroden ausgebildet. Anschließend wird ein Licht emittierendes Bauelement 20 auf das Substrat 10 gebondet. Zu diesem Zeitpunkt werden eine P-Typ-Halbleiterschicht und eine N-Typ-Halbleiterschicht des Licht emittierenden Bauelements 20 an die entsprechenden Lötstellen gebondet. Danach wird das Substrat 10 mit dem darauf gebondeten Licht emittierenden Bauelement 20 verkapselt.
  • Derartige konventionelle Licht emittierende Bauelemente vom Flip-Chip-Typ verfügen über eine höhere Effizienz bei der Wärmeableitung, verglichen mit anderen Licht emittierenden Bauelementen, die Bonddrähte verwenden, und besitzen einen verbesserten optischen Wirkungsgrad, da nur eine geringe Abschirmung von Licht auftritt. Des Weiteren besitzen die Licht emittierenden Bauelemente vom Flip-Chip-Typ den Vorteil, dass ihre Baugruppen kompakter ausfallen können, da sie keine Bonddrähte verwenden.
  • Jedoch tritt das Problem auf, dass das Licht emittierende Bauelement leicht Schaden nehmen kann, da ein derartiges Licht emittierendes Bauelement in Abhängigkeit von der Phase einer Wechselstromquelle wiederholt ein- und ausgeschaltet wird. Dementsprechend ist es schwierig, ein Licht emittierendes Bauelement durch direkten Anschluss an eine Haushalts-Wechselstromquelle zu Zwecken allgemeiner Beleuchtung zu verwenden.
  • Die DE 102 21 504 A1 offenbart eine Licht emittierende Anordnung, die mehrere LEDs aufweist, welche auf einer gemeinsamen Montagebasis angeordnet sind und mit der auf der Montagebasis ausgebildeten Schaltungsanordnung verbunden sind. Die LEDs können III-Nitrid-LEDs sein. Der Aufbau der LEDs kann entweder invertiert oder nicht invertiert sein. Die Schaltungsanordnung kann die LEDs in Kombination in Reihe und parallel schalten und kann zwischen verschiedenen Konfigurationen umschaltbar sein.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Licht emittierendes Bauelement bereitzustellen, welches durch direkten Anschluss an eine Wechselstromquelle betrieben werden kann.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Licht emittierendes Bauelement bereitzustellen, wobei eine Wärmebelastung des Licht emittierenden Bauelements verringert werden kann und die Effizienz der Lichtemission verbessert werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Baugruppe bereitzustellen, auf welcher das Licht emittierende Bauelement montiert ist, und das durch direkten Anschluss an eine Wechselstromquelle betrieben werden kann.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Licht emittierendes Bauelement bereitzustellen, wobei die Erschwerung eines Verfahrens zur Montage des Licht emittierenden Bauelements auf einem Submount oder einer Leiterplatte vermieden werden kann.
  • Technische Lösung
  • Um diese Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung ein Licht emittierendes Bauelement bereit, umfassend eine Mehrzahl Licht emittierender Zellen, ausgebildet auf einem Substrat, bei dem jede der Licht emittierenden Zellen eine N-Typ-Halbleiterschicht und eine P-Typ-Halbleiterschicht, befindlich auf einem Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht, besitzt, ferner umfassend eine Mehrzahlvon Verbindungselektroden zum elektrischen Verbinden der N-Typ-Halbleiterschichten und der P-Typ-Halbleiterschichten benachbarter Licht emittierender Zellen, um ein serielles Array Licht emittierender Zellen auf dem Substrat auszubilden, ferner umfassend ein Submount-Substrat mit der daran gebondeten Mehrzahl Licht emittierender Zellen, wobei die Mehrzahl Licht emittierender Zellen mit metallischen Leitungen mit dem Submount-Substrat verbunden ist, wobei die Verbindungselektroden in physischem Kontakt mit einer oberen Oberfläche des Submount-Substrats sind, wobei die Verbindungselektroden einen Abstand zu den metallischen Leitungen auf dem Submount besitzen.
  • Ein konventionelles Licht emittierendes Bauelement 20 vom Flip-Chip-Typ bezeichnet einen Licht emittierenden Chip mit einer darin ausgebildeten Licht emittierenden Diode. Jedoch besitzt ein Licht emittierendes Bauelement der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl Licht emittierender Dioden auf einem einzelnen Substrat. Daher bezeichnet der Begriff „Licht emittierende Zelle” jede einzelne der auf dem einzelnen Substrat ausgebildeten Mehrzahl Licht emittierender Dioden. Weiterhin bezeichnet der Begriff „Serielles Array Licht emittierender Zellen” eine Struktur, bei welcher eine Mehrzahl Licht emittierender Zellen in Serie verbunden sind. Zwei serielle Arrays Licht emittierender Zellen auf dem einzelnen Substrat können verbunden werden, um durch entsprechende Ströme, die in entgegengesetzte Richtungen fließen, betrieben zu werden. Dementsprechend kann das Licht emittierende Bauelement direkt an eine Wechselstromquelle angeschlossen werden, ohne dass ein Gleichrichter oder dergleichen verwendet wird, so dass das Licht emittierende Bauelement zu allgemeinen Beleuchtungszwecken verwendet werden kann.
  • In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Submount-Substrat eine P-Typ-Bondinsel einschließen, ausgebildet an einem Rand desselben, und eine N-Typ-Bondinsel, ausgebildet an dem anderen Rand desselben.
  • Unterdessen kann unter der Mehrzahl Licht emittierender Zellen eine am Rand des Substrats befindliche P-Typ-Halbleiterschicht einer Licht emittierenden Zelle elektrisch mit der P-Typ-Bondinsel verbunden sein, und eine am anderen Rand des Substrat befindliche N-Typ-Halbleiterschicht einer Licht emittierenden Zelle kann elektrisch mit der N-Typ-Bondinsel verbunden sein.
  • Die P-Typ-Halbleiterschicht und die P-Typ-Bondinsel können miteinander elektrisch verbunden sein durch einen P-Typ-Metallpuffer, und die N-Typ-Halbleiterschicht und die N-Typ-Bondinsel können miteinander elektrisch verbunden sein durch einen N-Typ-Metallpuffer.
  • Unterdessen kann jede der mehreren Licht emittierenden Zellen eine auf dem Substrat ausgebildete Pufferschicht einschließen. Die N-Typ-Halbleiterschicht kann auf der Pufferschicht ausgebildet sein, und eine aktive Schicht kann sich auf einem Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht befinden. Des Weiteren kann sich die P-Typ-Halbleiterschicht auf der aktiven Schicht befinden. Zusätzlich kann eine erste Metallschicht auf der P-Typ-Halbleiterschicht ausgebildet sein, und eine zweite Metallschicht kann auf der ersten Metallschicht ausgebildet sein. Die erste Metallschicht kann eine transparente Elektrode sein, und die zweite Metallschicht kann ein reflektierender Film sein.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können, zusätzlich zum N-Typ-Metallpuffer, andere N-Typ-Metallpuffer auf N-Typ-Halbleiterschichten Licht emittierender Zellen ausgebildet sein, mit Ausnahme der obigen einen Licht emittierenden Zelle unter der Mehrzahl Licht emittierender Zellen, und zusätzlich zum P-Typ-Metallpuffer können andere P-Typ-Metallpuffer auf P-Typ-Halbleiterschichten Licht emittierender Zellen ausgebildet sein, mit Ausnahme der obigen anderen Licht emittierenden Zelle unter der Mehrzahl Licht emittierender Zellen. Ein serielles Array Licht emittierender Zellen kann ausgebildet sein durch Ausbildung von Elektrodenschichten auf dem Submount-Substrat und die N-Typ- und P-Typ-Metallpuffer durch die Elektrodenschichten elektrisch verbinden.
  • Zusätzlich kann eine obere Oberfläche des N-Typ-Metallpuffers, ausgebildet auf der N-Typ-Halbleiterschicht der einen Licht emittierenden Zelle, und eine obere Oberfläche des P-Typ-Metallpuffers, ausgebildet auf der P-Typ-Halbleiterschicht der anderen Licht emittierenden Zelle, mindestens bündig mit oberen Oberflächen der Verbindungselektroden sein. Das heißt, dass sich die oberen Oberflächen der Verbindungselektroden unterhalb oder auf gleicher Höhe der oberen Oberflächen der N-Typ- und P-Typ-Metallpuffer befinden. Falls sich die oberen Oberflächen der Verbindungselektroden unterhalb der oberen Oberflächen der Metallpuffer befinden, kann ein Kurzschluss zwischen den Verbindungselektroden und dem Submount-Substrat oder der Leiterplatte vermieden werden. Falls sich die oberen Oberflächen der Verbindungselektroden auf gleicher Höhe wie die oberen Oberflächen der Bondinseln befinden, können die oberen Oberflächen der Verbindungselektroden in direktem Kontakt mit dem Submount-Substrat oder der Leiterplatte sein, wodurch eine Ableitung von Wärme begünstigt wird.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Baugruppe bereit, auf welcher ein Licht emittierendes Bauelement mit einer Mehrzahl Licht emittierender Zellen montiert ist. Die Baugruppe umfasst eine Leiterplatte mit metallischen Leitungen. Ein erfindungsgemäßes Licht emittierendes Bauelement ist auf der Leiterplatte montiert.
  • Vorteilhafte Effekte
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Licht emittierende Diode bereitgestellt, die betrieben werden kann durch direkten Anschluss an eine Wechselstromquelle mittels Einsatz serieller Arrays Licht emittierender Zellen mit einer Mehrzahl in Serie verbundener Licht emittierender Zellen. Da ein Licht emittierendes Bauelement vom Flip-Chip-Typ mit einer Mehrzahl von in Serie verbundener Licht emittierender Zellen implementiert wird, kann von den Licht emittierenden Zellen erzeugte Wärme auf einfache Weise abgeleitet werden, was die thermische Belastung des Licht emittierenden Bauelements verringert und außerdem die Effizienz der Lichtemission verbessert. Unterdessen ist es möglich, eine Baugruppe bereitzustellen, welche durch direkten Anschluss an eine Wechselstromquelle betrieben werden kann mittels Montage des Licht emittierenden Bauelements darauf. Ferner kann, obwohl die Mehrzahl Licht emittierender Zellen zum Einsatz kommt, das Verfahren zur Montage der Mehrzahl Licht emittierender Zellen auf einem Submount-Substrat oder einer Leiterplatte vereinfacht werden, da die Mehrzahl Licht emittierender Zellen unter Verwendung von Verbindungselektroden in Serie verbunden sind.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein konventionelles Licht emittierendes Bauelement vom Flip-Chip-Typ darstellt.
  • 2 ist ein Schaltdiagramm, welches ein Betriebsprinzip eines Licht emittierenden Bauelements mit einer Mehrzahl Licht emittierender Zellen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 3 und 4 sind Querschnittsansichten, welche einen Block Licht emittierender Zellen vom Flip-Chip-Typ nach einem Vergleichsbeispiel zur vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Submount-Substrat vom Flip-Chip-Typ nach einem Vergleichsbeispiel zur vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Licht emittierendes Bauelement darstellt, bei dem der Block Licht emittierender Zellen aus 4 auf dem Submount-Substrat aus 5 montiert ist nach einem Vergleichsbeispiel zur vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Licht emittierendes Bauelement mit einer Mehrzahl Licht emittierender Zellen darstellt, montiert auf einem Submount-Substrat nach einem Vergleichsbeispiel zur vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Licht emittierendes Bauelement mit einem Block Licht emittierender Zellen darstellt, montiert auf einem Submount-Substrat nach einem Vergleichsbeispiel zur vorliegenden Erfindung.
  • 9 und 10 sind Querschnittsansichten, welche Licht emittierende Bauelemente nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 11 bis 13 sind Querschnittsansichten, welche Baugruppen mit dem darauf montierten Licht emittierenden Bauelement aus 10 darstellen.
  • Bestes Verfahren zur Ausführung der Erfindung
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen werden ausschließlich zu Zwecken der Darstellung bereitgestellt, so dass Fachleute den Geist der vorliegenden Erfindung vollständig verstehen können. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf die folgenden Ausführungsformen, sondern kann in anderer Form implementiert werden. In den Zeichnungen können die Breiten, Längen, Dicken und dergleichen zur Einfachheit der Darstellung übertrieben sein. Gleiche Referenzziffern bezeichnen gleiche Elemente in der Beschreibung und den Zeichnungen.
  • 2 ist ein Schaltdiagramm, welches ein Betriebsprinzip eines Licht emittierenden Bauelements mit einer Mehrzahl Licht emittierender Zellen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Mit Bezug auf 2 wird ein erstes serielles Array 31 gebildet durch Verbinden von Licht emittierenden Zellen 31a, 31b und 31c in Serie, und ein zweites serielles Array 33 wird gebildet durch Verbinden anderer Licht emittierender Zellen 33a, 33b und 33c in Serie.
  • Beide Enden sowohl der ersten als auch der zweiten seriellen Arrays 31 und 33 werden mit einer Wechselstromquelle 35 beziehungsweise der Erde verbunden. Die ersten und zweiten seriellen Arrays sind parallel verbunden zwischen der Wechselstromquelle 35 und der Erde. Das heißt, dass beide Enden des ersten seriellen Arrays mit jenen des zweiten seriellen Arrays elektrisch verbunden sind.
  • Unterdessen sind die ersten und zweiten seriellen Arrays 31 und 33 derart angeordnet, dass ihre Licht emittierenden Zellen betrieben werden durch Ströme, welche in entgegengesetzte Richtungen fließen. Mit anderen Worten, wie in der Figur gezeigt, sind die im ersten seriellen Array 31 eingeschlossenen Anoden und Kathoden der Licht emittierenden Zellen und die im zweiten seriellen Array 33 eingeschlossenen Anoden und Kathoden in entgegengesetzten Richtungen angeordnet.
  • Somit werden, wenn die Wechselstromquelle 35 in einer positiven Phase ist, die im ersten seriellen Array 31 eingeschlossenen Licht emittierenden Zellen angeschaltet, um Licht zu emittieren, und die im zweiten seriellen Array 33 eingeschlossenen Licht emittierenden Zellen werden abgeschaltet. Im Gegensatz dazu werden, wenn die Wechselstromquelle 35 in einer negativen Phase ist, die im ersten seriellen Array 31 eingeschlossenen Licht emittierenden Zellen abgeschaltet, und die im zweiten seriellen Array 33 eingeschlossenen Licht emittierenden Zellen werden angeschaltet.
  • Infolgedessen werden die seriellen Arrays 31 und 33 durch die Wechselstromquelle abwechselnd ein- und ausgeschaltet, so dass das Licht emittierende Bauelement, welches die ersten und zweiten seriellen Arrays einschließt, fortgesetzt Licht emittiert.
  • Obwohl Licht emittierende Chips, von denen jeder eine einzelne Licht emittierende Diode umfasst, einer mit dem anderen verbunden werden können, um durch eine Wechselstromquelle betrieben zu werden, wie in dem Schaltkreis aus 2, ist der Platzbedarf der Licht emittierenden Chips erhöht. Jedoch kann bei dem Licht emittierenden Bauelement der vorliegenden Erfindung ein einzelner Chip durch Anschluss an eine Wechselstromquelle betrieben werden, wodurch eine Erhöhung des Platzbedarfs des Licht emittierenden Bauelements vermieden wird.
  • Obwohl der in 2 abgebildete Schaltkreis derartig konfiguriert ist, dass die beiden Enden sowohl des ersten als auch des zweiten seriellen Arrays mit der Wechselstromquelle 35 beziehungsweise mit der Erde verbunden sind, kann unterdessen der Schaltkreis so konfiguriert sein, dass dessen beide Enden an beide Pole der Wechselstromquelle angeschlossen sind. Weiterhin handelt es sich, obwohl sowohl das erste als auch das zweite serielle Array drei Licht emittierende Zellen umfasst, nur um ein illustratives Beispiel zum besseren Verständnis, und die Anzahl der Licht emittierenden Zellen kann höher sein, falls notwendig. Ebenso kann die Anzahl serieller Arrays erhöht sein.
  • Unterdessen kann ein Brückengleichrichter zwischen der Wechselstromquelle und einem seriellen Array angeordnet sein, um ein Licht emittierendes Bauelement, betrieben durch die Wechselstromquelle, bereitzustellen. Zu diesem Zeitpunkt kann der Brückengleichrichter unter Verwendung der Licht emittierenden Zellen konfiguriert werden. Durch Einsatz eines derartigen Brückengleichrichters ist es möglich, ein Licht emittierendes Bauelement mit nur einem seriellen Array bereitzustellen, welches durch die Wechselstromquelle betrieben werden kann.
  • 3 und 4 sind Querschnittsansichten, die einen Block Licht emittierender Zellen 1000 eines Licht emittierenden Bauelements vom Flip-Chip-Typ nach einem Vergleichsbeispiel zur vorliegenden Erfindung darstellen, und 5 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Submount-Substrat vom Flip-Chip-Typ 2000 nach einem Vergleichsbeispiel zur vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Mit Bezug auf 3 und 4 besitzt der Block Licht emittierender Zellen 1000 eine Mehrzahl Licht emittierender Zellen, angeordnet auf einem Saphir-Substrat 110. Jede der Licht emittierenden Zellen schließt eine Pufferschicht 120 ein, ausgebildet auf dem Substrat 110, eine N-Typ-Halbleiterschicht 130, ausgebildet auf der Pufferschicht 120, eine aktive Schicht 140, ausgebildet auf einem Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht 130, und eine P-Typ-Halbleiterschicht 150, ausgebildet auf der aktiven Schicht 140.
  • Ferner ist eine erste Metallschicht 160 ausgebildet auf der P-Typ-Halbleiterschicht 150. Unterdessen ist ein metallischer P-Typ-Puffer 170 zur Pufferung auf der ersten Metallschicht 160 ausgebildet, und ein metallischer N-Typ-Puffer 180 zur Pufferung ist auf der N-Typ-Halbleiterschicht 130 ausgebildet. Außerdem kann eine zweite Metallschicht (nicht abgebildet) mit einem Reflexionsgrad von 10 bis 100% auf der ersten Metallschicht 160 und der N-Typ-Halbleiterschicht 130 ausgebildet sein. Zudem kann eine zusätzliche ohmsche Metallschicht zur gleichmäßigen Versorgung mit einem Strom auf der P-Typ-Halbleiterschicht 150 ausgebildet sein.
  • Das Substrat 110 kann ein Substrat sein, welches gefertigt wurde aus Al2O3, SiC, ZnO, Si, GaAs, GaP, LiAl2O3, BN, AlN oder GaN. Das Substrat 110 wird ausgewählt unter Berücksichtigung der Gitterkonstanten einer darauf gebildeten Halbleiterschicht. In einem Fall, in dem beispielsweise eine auf GaN basierende Halbleiterschicht auf dem Substrat 110 ausgebildet ist, kann ein Saphir-Substrat 110 oder ein SiC-Substrat als Substrat 110 gewählt werden. In dieser Ausführungsform wird die Pufferschicht 120, welche eine Pufferfunktion erfüllt, ausgebildet, wenn die N-Typ-Halbleiterschicht 130 auf dem Substrat 110 ausgebildet wird. Jedoch gibt es keine Beschränkung darauf, und die Pufferschicht 130 kann nicht ausgebildet sein.
  • Obwohl ein Galliumnitrid-Film (GaN), dotiert mit Fremdatomen vom N-Typ, als N-Typ-Halbleiterschicht 130 verwendet werden kann, gibt es keine Beschränkung darauf, und Schichten verschiedener Halbleitermaterialien können verwendet werden. In dieser Ausführungsform ist die N-Typ-Halbleiterschicht 130 derart ausgebildet, dass sie einen AlxGa1-xN-Film (0 ≤ x ≤ 1) vom N-Typ einschließt. Ferner kann ein Galliumnitrid-Film, dotiert mit Fremdatomen vom P-Typ, als P-Typ-Halbleiterschicht 150 verwendet werden. In dieser Ausführungsform ist die P-Typ-Halbleiterschicht 150 derart ausgebildet, dass sie einen AlxGa1-xN-Film (0 ≤ x ≤ 1) vom P-Typ einschließt. Unterdessen kann ein InGaN-Film als Halbleiterschicht verwendet werden. Zudem können sowohl die N-Typ-Halbleiterschicht 130 und die P-Typ-Halbleiterschicht 150 als mehrlagiger Film ausgebildet sein. Si wird als N-Typ-Fremdatom verwendet, und Zn und Mg werden als P-Typ-Fremdatome für InGaAlP beziehungsweise für eine auf Nitrid basierende Verbindung verwendet.
  • Ferner wird ein mehrlagiger Film mit Quantentopfschichten und Barriereschichten, auf einem AlxGa1-xN-Film (0 ≤ x ≤ 1) vom N-Typ wiederholt ausgebildet, als aktive Schicht 140 verwendet. Die Barriereschicht und die Quantentopfschicht können aus einer binären Verbindung gefertigt sein wie GaN, InN oder AlN, einer ternären Verbindung wie InxGa1-xN (0 ≤ x ≤ 1) oder AlxGa1-xN (0 ≤ x ≤ 1) oder einer quaternären Verbindung wie AlxInxGa1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1). Die binären bis quaternären Verbindungen können mit Fremdatomen vom N-Typ oder P-Typ dotiert sein.
  • Vorzugsweise wird ein transparenter Elektrodenfilm als erste Metallschicht 160 verwendet. In dieser Ausführungsform wird ITO (Indiumzinnoxid) verwendet. Ein reflektierender Film mit elektrischer Leitfähigkeit wird als zweite Metallschicht verwendet. Die N-Typ- und P-Typ-Metallpuffer 170 und 180 können aus mindestens einem der Folgenden gefertigt sein: Pb, Sn, Au, Ge, Cu, Si, Cd, Zn, Ag, Ni und Ti.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Blocks Licht emittierender Zellen 1000 mit der zuvor erwähnten Struktur wird unten kurz beschrieben.
  • Die Pufferschicht 120, die N-Typ-Halbleiterschicht 130, die aktive Schicht 140 und die P-Typ-Halbleiterschicht 150 werden der Reihe nach auf dem Substrat 110 ausgebildet.
  • Diese Materialschichten werden mittels verschiedener Abscheide- und Wachstumsverfahren ausgebildet, einschließlich metallorganischer Gasphasenabscheidung (MOCVD), Molekularstrahlepitaxie (MBE), Hydridgasphasenepitaxie (HVPE) und dergleichen.
  • Die P-Typ-Halbleiterschicht 150, die aktive Schicht 140, die N-Typ-Halbleiterschicht 130 und die Pufferschicht 120 werden teilweise entfernt, um die Licht emittierenden Zellen zu separieren. Zu diesem Zweck wird eine bestimmte Maskenstruktur (nicht abgebildet) auf der P-Typ-Halbleiterschicht 150 gebildet, und Bereiche der P-Typ-Halbleiterschicht 150, der aktiven Schicht 140, der N-Typ-Halbleiterschicht 130 und der Pufferschicht 120, welche durch die Maskenstruktur hindurch belichtet werden, werden geätzt, so dass die Mehrzahl Licht emittierender Zellen voneinander elektrisch isoliert sind.
  • Anschließend werden die P-Typ-Halbleiterschicht 150 und die aktive Schicht 140 teilweise entfernt mittels eines bestimmten Ätzverfahrens, um einen Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht 130 freizulegen. Beispielsweise wird eine Ätzmaskenstruktur zur Belichtung eines Bereichs der P-Typ-Halbleiterschicht auf dieser ausgebildet, und belichtete Bereiche der P-Typ-Halbleiterschicht 150 und der aktiven Schicht 140 werden anschließend mittels eines Trocken- oder Nass-Ätzverfahrens entfernt, so dass die N-Typ-Halbleiterschicht teilweise freigelegt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann simultan ein oberer Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht 130 teilweise entfernt werden.
  • Danach wird die erste Metallschicht 160 auf der P-Typ-Halbleiterschicht 150 ausgebildet. Die erste Metallschicht 160 kann unter Anwendung eines Lift-Off-Verfahrens ausgebildet werden. Das heißt, ein Photoresist wird auf die gesamte Struktur aufgebracht, und eine erste Photoresist-Struktur (nicht abgebildet) zur Belichtung der P-Typ-Halbleiterschicht 150 wird dann ausgebildet mittels eines Lithografie- und Entwicklungsverfahrens unter Verwendung einer definierten Maske. Anschließend wird die erste Metallschicht 160 auf der gesamten Struktur ausgebildet, und die erste Photoresist-Struktur wird dann entfernt. Infolgedessen wird ein Bereich der Metallschicht 160, mit Ausnahme eines anderen Bereichs derselben, der sich auf der P-Typ-Halbleiterschicht 150 befindet, entfernt, so dass die erste Metallschicht 160 auf der P-Typ-Halbleiterschicht 150 verbleibt.
  • Der P-Typ-Metallpuffer 170 wird auf der ersten Metallschicht 160 ausgebildet, und der N-Typ-Metallpuffer 180 wird auf der N-Typ-Halbleiterschicht 130 ausgebildet. Zu diesem Zweck wird ein Photoresist auf die gesamte Struktur aufgebracht, und eine zweite Photoresist-Struktur (nicht abgebildet) zur Belichtung eines Bereichs der ersten Metallschicht 160 und eines Bereichs der N-Typ-Halbleiterschicht 130 wird anschließend ausgebildet mittels des Lithografie- und Entwicklungsverfahrens unter Verwendung einer definierten Maske. Anschließend wird eine Metallschicht auf die gesamte Struktur abgeschieden, und Bereiche der Metallschicht, mit Ausnahme eines auf dem belichteten Bereich der ersten Metallschicht 160 ausgebildeten Bereichs derselben und eines auf dem belichteten Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht 130 ausgebildeten Bereichs derselben, und die zweite Photoresist-Struktur werden anschließend entfernt. Infolgedessen wird der P-Typ-Metallpuffer 170 auf der ersten Metallschicht 160 ausgebildet, und der N-Typ-Metallpuffer 180 wird auf der N-Typ-Halbleiterschicht 130 ausgebildet.
  • Der Vorgang der Herstellung des Blocks Licht emittierender Zellen für ein Licht emittierendes Bauelement vom Flip-Chip-Typ nach der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das zuvor genannte Verfahren beschränkt, sondern es können ferner verschiedene Abänderungen oder Materialfilme hinzugefügt werden. Das heißt, nachdem die erste Metallschicht auf der P-Typ-Halbleiterschicht ausgebildet wurde, kann der Ätzvorgang zur Separation der Licht emittierenden Zellen durchgeführt werden. Des Weiteren können, nachdem die N-Typ-Halbleiterschicht belichtet wurde, der belichtete Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht und ein Bereich der Pufferschicht unter dem Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht entfernt werden, um die Licht emittierenden Zellen zu separieren. Zudem kann ferner eine zweite Metallschicht, gebildet aus einem reflektierenden Metallfilm, auf der ersten Metallschicht ausgebildet werden.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Submount-Substrat 2000 für ein Licht emittierendes Bauelement vom Flip-Chip-Typ nach einem Vergleichsbeispiel zur vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Mit Bezug auf 5 umfasst das Submount-Substrat 2000 ein Substrat 200 mit einer Mehrzahl von darauf definierten N-Regionen B und P-Regionen A, einen auf dem Substrat 200 ausgebildeten dielektrischen Film 210, und eine Mehrzahl von Elektrodenschichten 230, von welchen jede eine benachbarte N-Region B und P-Region A einheitlich miteinander verbindet. Das Submount-Substrat umfasst ferner eine P-Typ-Bondinsel 240, welche sich zu der P-Region A ausdehnt, die sich an einem Rand des Substrats befindet, und eine N-Typ-Bondinsel 250, welche sich zu der N-Region B ausdehnt, die sich am anderen Rand desselben befindet.
  • Die N-Regionen B beziehen sich auf Regionen, mit welchen die N-Typ-Metallpuffer 180 im Block Licht emittierender Zellen 1000 verbunden sind, und die P-Regionen A beziehen sich auf Regionen, mit welchen die P-Typ-Metallpuffer 170 im Block Licht emittierender Zellen 1000 verbunden sind.
  • Zu diesem Zeitpunkt können verschiedene Materialien mit thermischer Leitfähigkeit für das Substrat 200 verwendet werden und beispielsweise kann SiC, Si, Ge, SiGe, AlN, Metall und dergleichen verwendet werden. In einem Fall, in dem das Substrat 200 leitfähig ist, isoliert der dielektrische Film 210 die Elektroden 230 und die Bondinseln 240 und 250 elektrisch von dem Substrat 200. Der dielektrische Film 210 kann als mehrlagiger Film ausgebildet sein. Der dielektrische Film 210 kann beispielsweise gefertigt sein aus mindestens einem der Folgenden: SiO2, MgO und SiN.
  • Die Elektrodenschicht 230, die N-Typ-Bondinsel 250 und die P-Typ-Bondinsel 240 sind gefertigt aus einem Metall mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Submount-Substrats 2000 wird unten beschrieben.
  • Konkave Bereiche und konvexe Bereiche werden auf dem Substrat 200 ausgebildet, um die N-Regionen B und die P-Regionen A darauf zu definieren. Die Breiten, Höhen, und Formen der N-Regionen B und der P-Regionen A können auf verschiedene Weise abgeändert werden in Abhängigkeit von den Größen der N-Typ-Metallpuffer 180 und der P-Typ-Metallpuffer 170. In dieser Ausführungsform werden die konvexen Bereiche des Substrats 200 zu den N-Regionen B, und die konkaven Bereiche des Substrats 200 werden zu den P-Regionen A. Das Substrat 200 mit einer solchen Form kann hergestellt werden unter Anwendung einer Formpresstechnik oder durch ein Ätzverfahren. Das heißt, eine Maske zur Belichtung der P-Regionen A wird auf dem Substrat 200 ausgebildet, und belichtete Bereiche des Substrats 200 werden anschließend geätzt, um die vertieften P-Regionen A zu bilden. Anschließend wird die Maske entfernt, so dass die vertieften P-Regionen A und die relativ dazu hervor ragenden N-Regionen ausgebildet werden. Alternativ können die vertieften P-Regionen A durch Fräsen gebildet werden.
  • Anschließend wird der dielektrische Film 210 auf der gesamten Struktur ausgebildet, d. h. das Substrat 200 mit den konkaven Bereichen und den konvexen Bereichen. Zu diesem Zeitpunkt kann der dielektrische Film 210 nicht ausgebildet werden in einem Fall, in welchem das Substrat nicht aus einem leitfähigen Material gefertigt ist. In dieser Ausführungsform wird ein metallisches Material mit ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit als Substrat 200 verwendet, um die thermische Leitfähigkeit zu verbessern. Somit wird der dielektrische Film 210 ausgebildet, um als hinreichender Isolator zu dienen.
  • Als nächstes werden die Elektrodenschichten 230, von welchen jede einander benachbarte N-Regionen B und P-Regionen A paarweise verbindet, auf dem dielektrischen Film 210 ausgebildet. Die Elektrodenschichten 230 können gebildet werden mittels eines Siebdruckverfahrens oder eines Gasphasenabscheidungsvorgangs unter Verwendung einer definierten Maskenstruktur.
  • Danach wird der zuvor erwähnte Block Licht emittierender Zellen 1000 an das Substrat 2000 gebondet, so dass ein Licht emittierendes Bauelement gefertigt wird.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Licht emittierendes Bauelement darstellt, bei dem der Block Licht emittierender Zellen 1000 auf das Submount-Substrat 2000 montiert ist.
  • Mit Bezug auf 6 sind die P-Typ- und N-Typ-Metallpuffer 170 und 180 des Blocks Licht emittierender Zellen 1000 an die N-Regionen B und die P-Regionen A des Submount-Substrats 2000 gebondet, und die N-Typ-Metallpuffer 180 und die P-Typ-Metallpuffer 170 zweier benachbarter Licht emittierender Zellen sind miteinander durch die Elektrodenschicht 230 des Submount-Substrats 2000 verbunden, wie in der Figur dargestellt. Der P-Typ-Metallpuffer 170, der sich an einem Rand des Blocks Licht emittierender Zellen 1000 befindet, ist verbunden mit der P-Typ-Bondinsel 240 des Submount-Substrats 2000, und der N-Typ-Metallpuffer 180, der sich am anderen Rand des Blocks Licht emittierender Zellen 1000 befindet, ist verbunden mit der N-Typ-Bondinsel 250 des Submount-Substrats 2000.
  • Zu diesem Zeitpunkt können die Metallpuffer 170 und 180, die Elektrodenschichten 230 und die Bondinseln 240 und 250 mittels verschiedener Bonding erfahren gebondet werden, beispielsweise einem eutektischen Verfahren unter Anwendung der eutektischen Temperatur. Infolgedessen werden die Mehrzahl Licht emittierender Zellen an die Oberseite des Submount-Substrats 2000 gebondet, so dass in Serie verbundene Arrays Licht emittierender Zellen ausgebildet werden.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann die Anzahl der in Serie verbundenen Licht emittierenden Zellen auf verschiedene Weise abgeändert werden, abhängig von einer zu verwendenden Stromquelle und dem Energieverbrauch der Licht emittierenden Zelle.
  • Vorzugsweise wird ein Block Licht emittierender Zellen 1000 mit darauf ausgebildeten 10 bis 1.000 Licht emittierenden Zellen auf das Submount-Substrat 2000 gebondet, um ein Licht emittierendes Bauelement herzustellen, bei welchem die Licht emittierenden Zellen auf serielle Weise durch das Substrat 2000 verbunden sind. Vorzugsweise ist ein Block Licht emittierender Zellen 1000 mit darauf ausgebildeten 15 bis 50 Licht emittierenden Zellen gebondet an das Submount-Substrat 2000, um ein Licht emittierendes Bauelement herzustellen, bei welchem die Licht emittierenden Zellen auf serielle Weise mit dem Substrat 2000 verbunden sind. Beispielsweise ist es möglich, wenn mittels einer 220 V-Wechselstromquelle betrieben, ein Licht emittierendes Bauelement vom Flip-Chip-Typ mit 66 oder 67 Licht emittierenden Einheitszellen von 3,3 V bei einem bestimmten Betriebsstrom herzustellen. Ferner ist es möglich, wenn mittels einer 110 V-Wechselstromquelle betrieben, ein Licht emittierendes Bauelement mit 33 oder 34 Licht emittierenden Einheitszellen von 3,3 V bei einem bestimmten Betriebsstrom herzustellen, welche seriell an das Submount-Substrat 2000 gebondet sind.
  • Das Bondingverfahren der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es können verschiedene Ausführungsformen angefertigt werden.
  • Beispielsweise können sich, anstelle des Blocks Licht emittierender Zellen 1000 mit der Mehrzahl Licht emittierender Zellen, verbunden durch das Substrat 110, wie in 6 dargestellt, individuelle Licht emittierende Zellen 100a, 100b und 100c auf dem Submount-Substrat 2000 befinden, während zwischen diesen ein Abstand besteht wie in 7 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt sind die N-Typ-Metallpuffer 170 und die P-Typ-Metallpuffer 180 benachbarter Licht emittierender Zellen 100a bis 100c elektrisch miteinander verbunden durch die auf dem Submount-Substrat 2000 ausgebildeten Elektrodenschichten 230.
  • Die Licht emittierenden Zellen 100a, 100b und 100c aus 7 werden hergestellt durch Separation des Substrats 110 von der Mehrzahl der Licht emittierenden Zellen im Block Licht emittierender Zellen 1000 aus 6. Das Substrat 110 kann von den Licht emittierenden Zellen unter Verwendung eines Lasers oder eines Schleifverfahrens.
  • Alternativ kann, wie in 8 abgebildet, ein Licht emittierendes Bauelement hergestellt werden durch Ausbildung von Elektrodenschichten 230, welche benachbarte N-Regionen B und P-Regionen A paarweise verbinden, auf einem flachen Substrat 200 mit der Mehrzahl darauf definierter N-Regionen B und P-Regionen A, um so ein Submount-Substrat 2000 zu bilden, und durch Montage eines Blocks Licht emittierender Zellen auf dem Submount-Substrat 2000. Das heißt, die untereinander mit einem Abstand angeordneten Elektrodenschichten 230 werden auf dem Substrat 200 ausgebildet, auf welchem bestimmte Strukturen, beispielsweise konkave Bereiche und konvexe Bereiche, nicht ausgebildet sind, und die N-Typ-Metallpuffer 180 und die P-Typ-Metallpuffer 170 benachbarter Licht emittierender Zellen sind miteinander elektrisch verbunden. Zu diesem Zeitpunkt sind die N-Typ-Metallpuffer 180 und die P-Typ-Metallpuffer 170 an die Elektrodenschicht 230 auf gleicher Höhe gebondet, wie in der Figur abgebildet.
  • Unterdessen können, anstelle der Ausbildung der P-Typ- und N-Typ-Metallpuffer 170 und 180 auf den Licht emittierenden Zellen, die Metallpuffer 170 und 180 ausgebildet sein auf den N-Regionen B und P-Regionen A auf dem Submount-Substrat 2000. Zu diesem Zeitpunkt können ferner bestimmte Metallelektroden (nicht abgebildet) auf den N-Typ- und P-Typ-Halbleiterschichten 130 und 150 ausgebildet sein, um so an die Metallpuffer 170 und 180 gebondet zu werden.
  • In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die auf dem Substrat 110 ausgebildeten Licht emittierenden Zellen durch die Elektrodenschichten 230 verbunden sein, um mindestens zwei serielle Arrays Licht emittierender Zellen zu bilden. Die mindestens zwei seriellen Arrays Licht emittierender Zellen können mittels einer Haushalts-Wechselstromquelle betrieben werden, während sie antiparallel miteinander verbunden sind. Im Gegensatz dazu kann innerhalb des Licht emittierenden Bauelements eine zusätzliche Brückenschaltung konfiguriert werden. Die Brückenschaltung kann konfiguriert werden unter Verwendung der Licht emittierenden Zellen und der Elektrodenschichten.
  • In den zuvor genannten Ausführungsformen verbinden die Elektrodenschichten des Submount-Substrats 2000 die Mehrzahl Licht emittierender Zellen eine mit der anderen elektrisch, um die seriellen Arrays Licht emittierender Zellen zu bilden. Da jedoch die Mehrzahl Licht emittierender Zellen an den Elektrodenschichten des Submount-Substrats 2000 ausgerichtet sein sollte, kann es kompliziert sein, die Mehrzahl Licht emittierender Zellen an das Submount-Substrat 2000 in den vorliegenden Ausführungsformen zu bonden.
  • Ein Licht emittierendes Bauelement, welches in der Lage ist, zu vermeiden, dass der Vorgang des Bondens einer Mehrzahl Licht emittierender Zellen an ein Submount-Substrat oder eine Leiterplatte sich nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als kompliziert erweist, wird unten beschrieben.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Licht emittierendes Bauelement 50 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Mit Bezug auf 9 umfasst das Licht emittierende Bauelement 50 ein Substrat 51 und eine Mehrzahl Licht emittierender Zellen, ausgebildet auf dem Substrat. Das Substrat 51 wird ausgewählt unter Berücksichtigung der Gitterkonstanten einer Halbleiterschicht, welche auf diesem ausgebildet werden soll. Beispielsweise kann in einem Fall, in dem eine auf GaN basierende Halbleiterschicht auf dem Substrat 51 ausgebildet wird, das Substrat 51 ein Saphir-Substrat sein.
  • Jede der Licht emittierenden Zellen umfasst eine N-Typ-Halbleiterschicht 55, eine aktive Schicht 57 und eine P-Typ-Halbleiterschicht 59. Die aktive Schicht 57 befindet sich auf einem Bereich des N-Typ-Halbleiters 55, und die P-Typ-Halbleiterschicht 59 befindet sich auf der aktiven Schicht 57. Dementsprechend ist ein Bereich einer oberen Oberfläche der N-Typ-Halbleiterschicht bedeckt mit der aktiven Schicht 57 und der P-Typ-Halbleiterschicht 59, und der Rest der oberen Oberfläche der N-Typ-Halbleiterschicht ist freigelegt. Unterdessen kann sich eine Metallschicht 61 auf der P-Typ-Halbleiterschicht 59 befinden, und eine andere Metallschicht 63 kann sich auf dem anderen Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht 55 befinden. Die Metallschichten 61 und 63 bilden ohmsche Kontakte mit den P-Typ- und N-Typ-Halbleiterschichten, um den Anschlusswiderstand zu verringern. Obwohl die andere Metallschicht 63 aus einem Material gefertigt sein kann, welches identisch ist mit einem in der Metallschicht enthaltenem metallischen Material, ist diese zu diesem Zeitpunkt nicht darauf beschränkt. Ferner wird die Metallschicht 63 weggelassen, falls es keinen Bedarf für eine Metallschicht zur Bildung zusätzlicher ohmscher Kontakte gibt.
  • Unterdessen kann eine Pufferschicht 53 zwischen der N-Typ-Halbleiterschicht 55 und dem Substrat 51 eingefügt sein. Die Pufferschicht 53 wird verwendet, um mechanische Spannungen auf Grund unterschiedlicher Gitterkonstanten des Substrats 51 und der N-Typ-Halbleiterschicht 55 zu verringern. Als Pufferschicht kann eine auf GaN basierende Halbleiterschicht verwendet werden.
  • Obwohl die N-Typ-Halbleiterschicht 55 ein auf GaN basierender Film sein kann, dotiert mit Fremdatomen vom N-Typ, beispielsweise ein AlxGa1-xN-Film (0 ≤ x ≤ 1) vom N-Typ, ist diese nicht darauf beschränkt und kann aus verschiedenen Halbleiterschichten gebildet sein. Des Weiteren kann, obwohl die P-Typ-Halbleiterschicht 59 ein auf GaN basierender Film sein kann, dotiert mit Fremdatomen vom P-Typ, beispielsweise ein AlxGa1-xN-Film (0 ≤ x ≤ 1) vom P-Typ, ist diese nicht darauf beschränkt und kann aus verschiedenen Halbleiterschichten gebildet sein. Die N-Typ- und P-Typ-Halbleiterschichten können InxGa1-xN-Filme (0 ≤ x ≤ 1) sein und als mehrlagige Filme ausgebildet sein. Unterdessen kann Si als Fremdatom vom N-Typ verwendet werden, und Mg kann als Fremdatom vom P-Typ verwendet werden. Falls die Halbleiterschicht auf GaP statt auf GaN basiert, kann Zn als Fremdatom vom P-Typ verwendet werden.
  • Die aktive Schicht 57 besitzt generell eine mehrlagige Filmstruktur, bei welcher Quantentopfschichten und Barriereschichten wiederholt ausgebildet sind. Die Quantentopfschichten und die Barriereschichten können gebildet werden unter Verwendung einer AlxInxGa1-x-yN-Verbindung (0 ≤ x, y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1) und können dotiert sein mit Fremdatomen vom N-Typ oder P-Typ.
  • Zusätzlich kann die Metallschicht 61 erste und zweite Metallschichten einschließen, welche eine auf der anderen geschichtet sind. Die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht können eine transparente Elektrodenschicht beziehungsweise eine reflektierende Schicht sein. Die reflektierende Schicht verbessert den optischen Wirkungsgrad durch Reflexion von Licht, welches von der aktiven Schicht emittiert und anschließend durch die transparente Elektrodenschicht, zurück zum Substrat 51, übertragen wurde. Die transparente Elektrodenschicht kann ein Indium-Zinn-Oxid-Film (ITO-Film) sein, und die reflektierende Schicht kann eine Metallschicht sein mit einem Reflexionsgrad von 10 bis 100%.
  • Die Licht emittierenden Zellen können hergestellt werden mittels aufeinander folgender Bildung einer Pufferschicht, einer N-Typ-Halbleiterschicht, einer aktiven Schicht und einer P-Typ-Halbleiterschicht auf dem Substrat 51, und durch Ätzen dieser unter Verwendung eines Lithografie- und eines Ätzverfahrens. Zu diesem Zeitpunkt können die Materialschichten gebildet werden durch verschiedene Abscheide- und Wachstumsprozesse wie beispielsweise metallorganischer Gasphasenabscheidung (MOCVD), Molekularstrahlepitaxie (MBE) und Hydridgasphasenepitaxie (HVPE). Bevor das Lithografie- und Ätzverfahren ausgeführt wird, kann ferner eine Metallschicht auf der P-Typ-Halbleiterschicht ausgebildet werden.
  • Nachdem die Licht emittierenden Zellen voneinander separiert wurden unter Anwendung des Lithografie- und Ätzverfahrens, können andere Metallschichten 63 ausgebildet werden. Die anderen Metallschichten können gebildet werden durch Abscheiden von Metallschichten auf die separierten Licht emittierenden Zellen und Strukturieren der Metallschichten unter Anwendung des Lithografie- und Ätzverfahrens.
  • Unterdessen sind die N-Typ-Halbleiterschichten und die P-Typ-Halbleiterschichten benachbarter Licht emittierender Zellen elektrisch verbunden durch entsprechende Verbindungselektroden 65. Die Licht emittierenden Zellen sind durch die Verbindungselektroden 65 seriell verbunden, um ein serielles Array Licht emittierender Zellen zu bilden. Wie mit Bezug auf 2 beschrieben, können mindestens zwei serielle Arrays Licht emittierender Zellen auf dem Substrat 51 ausgebildet sein. Die mindestens zwei seriellen Arrays Licht emittierender Zellen sind angeordnet, um mit in entgegengesetzte Richtungen fließenden Strömen betrieben zu werden.
  • In dem Fall, in dem die Metallschichten 61 und 63 auf den N-Typ- und P-Typ-Halbleiterschichten 55 und 59 ausgebildet sind, verbinden die Verbindungselektroden 65 die Metallschichten 61 auf den P-Typ-Halbleiterschichten und die Metallschichten 63 auf den N-Typ-Halbleiterschichten. Die Verbindungselektroden 65 können die Metallschichten in Form einer Air-Bridge oder einer Stufenabdeckung verbinden. Die Verbindungselektroden 65 können ausgebildet werden unter Anwendung von metallischer Gasphasenabscheidung, Galvanisierung oder stromloser Galvanisierung.
  • Unterdessen befinden sich Metallpuffer 67a und 67b auf den beiden Enden des seriellen Arrays Licht emittierender Zellen. Die Metallpuffer 67a und 67b sind Metallpuffer, die eine Pufferfunktion erfüllen, wenn das Licht emittierende Bauelement 50 später auf ein Submount-Substrat oder eine Leiterplatte montiert wird.
  • Die Dicke des Metallpuffers 67a kann 0,01 bis 1000 sein, und die obere Oberfläche der Metallpuffer 67a und 67b befinden sich auf einer Ebene, welche höher liegt als die der Verbindungselektroden 65.
  • Unterdessen können Metallpuffer an allen der beiden Enden der seriellen Arrays Licht emittierender Zellen ausgebildet sein, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein. Metallpuffer können an den beiden Enden von einem seriellen Array ausgebildet sein, und die beiden Enden von jedem der anderen seriellen Arrays können mit den Metallpuffern elektrisch verbunden sein.
  • Das Licht emittierende Bauelement 50 nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann betrieben werden durch direkten Anschluss an eine Wechselstromquelle. Da die Licht emittierenden Zellen eine mit der anderen verbunden sind über die Verbindungselektroden 65, kann das Licht emittierende Bauelement 50 betrieben werden durch Bonden der Metallpuffer 67a und 67b an ein Submount-Substrat oder eine Leiterplatte. Daher ist es möglich, sogar obwohl die Mehrzahl Licht emittierender Zellen vorhanden ist, zu vermeiden, dass der Vorgang der Montage des Licht emittierenden Bauelements 50 kompliziert wird.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Licht emittierendes Bauelement 70 nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Mit Bezug auf 10 umfasst das Licht emittierende Bauelement 70 die gleichen Komponenten wie das mit Bezug auf 9 beschriebene Licht emittierende Bauelement 50. Nur Teile des Licht emittierenden Bauelements 70, welche sich von jenen des Licht emittierenden Bauelements 50 unterscheiden, werden unten beschrieben.
  • Das Licht emittierende Bauelement 70 dieser Ausführungsform besitzt Verbindungselektroden 75, welche sich auf der gleichen Ebene wie die obere Oberfläche der Metallpuffer 67a und 67b befinden. Daher können die Metallpuffer 67a und 67b ausgebildet werden unter Anwendung eines Verfahrens, welches identisch ist zu dem Verfahren zur Bildung der Verbindungselektroden 75. Da die Verbindungselektroden außerdem in Kontakt sind mit der Oberseite eines Submount-Substrats oder einer Leiterplatte, kann ferner das Licht emittierende Bauelement 70 die Wärmeableitung im Vergleich zu dem Licht emittierenden Bauelement 50 aus 9 verbessern.
  • 11 bis 13 sind Querschnittsansichten, welche Baugruppen mit dem Licht emittierenden Bauelement 70 nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. 11 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Baugruppe darstellt, bei der das Licht emittierende Bauelement 70 auf einer Leiterplatte montiert ist, und 12 und 13 sind Querschnittsansichten, welche Baugruppen darstellen, bei denen das Licht emittierende Bauelement 70 auf ein Submount-Substrat montiert ist.
  • Mit Bezug auf 11 umfasst eine Baugruppe 3000 eine Leiterplatte mit metallischen Leitungen 101a und 101b. Die Leiterplatte kann einen Baugruppenkörper 103 einschließen, in welchen die metallischen Leitungen eingegossen sind. Ferner kann die Leiterplatte eine Platine mit gedruckter Schaltung sein.
  • Das Licht emittierende Bauelement 70 wird auf der Leiterplatte montiert und dann elektrisch mit den metallischen Leitungen 101a und 101b verbunden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Metallpuffer 67a und 67b des Licht emittierenden Bauelements 70 an die metallischen Leitungen 101a beziehungsweise 101b gebondet. Infolgedessen sind die seriellen Arrays der Licht emittierenden Zellen des Licht emittierenden Bauelements 70 mit den metallischen Leitungen 101a und 101b elektrisch verbunden. Unterdessen sind die Verbindungselektroden 75 in physischem Kontakt mit einer oberen Oberfläche der Leiterplatte, wobei jene einen Abstand zu den metallischen Leitungen besitzen. Daher kann von dem Licht emittierenden Bauelement erzeugte Wärme leicht zur Leiterplatte durch die Verbindungselektroden 75 abgeleitet werden.
  • Ein Gusselement 105 bedeckt die Oberseite des Licht emittierenden Bauelements 70. Das Gusselement kann eine fluoreszierende Substanz und/oder eine Licht streuende Substanz enthalten. Die fluoreszierende Substanz kann einen Teil des von dem Licht emittierenden Bauelement 70 emittierten Lichts in Licht von einer höheren Wellenlänge umwandeln. Somit kann weißes Licht unter Verwendung eines Licht emittierenden Bauelements 70 erhalten werden, welches ultraviolette Strahlung oder blaues Licht emittiert. Unterdessen kann die fluoreszierende Substanz zwischen dem Gusselement 105 und dem Licht emittierenden Bauelement 70 eingefügt sein. Das Gusselement 105 kann eine Linsenform besitzen, um einen ausgerichteten Winkel des emittierten Lichts einzustellen.
  • Unterdessen kann die Baugruppe 3000 ferner einen Kühlkörper 107 unter dem Baugruppenkörper 103 einschließen. Der Kühlkörper 107 begünstigt die Ableitung der von dem Licht emittierenden Bauelement 70 emittierten Wärme.
  • Nach dieser Ausführungsform wird eine Baugruppe 3000 bereitgestellt, welche betrieben werden kann mittels direkten Anschlusses an eine Wechselstromquelle durch Montage des Licht emittierenden Bauelements 70 mit der Mehrzahl der Licht emittierenden Zellen. Ferner kann, da die Verbindungselektroden 75 in physischem Kontakt mit der oberen Oberfläche der Leiterplatte sind, die Ableitung der von dem Licht emittierenden Bauelement 70 erzeugten Wärme begünstigt werden.
  • Unterdessen kann anstelle des Licht emittierenden Bauelements 70 das Licht emittierende Bauelement 50 aus 9 montiert werden. Da die Verbindungselektroden 65 des Licht emittierenden Bauelements 50 eine geringere Hohe besitzen als die Metallpuffer 67a und 67, kommen diese zu diesem Zeitpunkt nicht in physischen Kontakt mit der oberen Oberfläche der Leiterplatte. Dadurch kann ein Kurzschluss zwischen den Verbindungselektroden 65 und den metallischen Leitungen 101a und 141b auf einfache Weise vermieden werden.
  • Mit Bezug auf 12 wird eine Baugruppe 4000 nach dieser Ausführungsform konfiguriert durch Hinzufügen eines Submount-Substrats 201 und Bonddrähten 203a und 203b zur Baugruppe 3000, welche mit Bezug auf 11 beschrieben wurde. Das Submount-Substrat 201 wird zwischen das Licht emittierende Bauelement 70 und einer oberen Oberfläche einer Leiterplatte eingefügt.
  • Das Submount-Substrat schließt ein Substrat und auf dem Substrat ausgebildete Bondinseln 201a und 201b ein. Die Bondinseln korrespondieren zu den Metallpuffern 67a und 67b des Licht emittierenden Bauelements 70. Die Metallpuffer des Licht emittierenden Bauelements sind an die Bondinseln des Submount-Substrats gebondet.
  • Vorzugsweise ist das Substrat des Submount-Substrats aus einem Material mit thermischer Leitfähigkeit gefertigt. Ein Substrat, gefertigt aus SiC, Germanium (Ge), Silizium-Germanium (SiGe), Aluminiumnitrid (AlN), Metall oder dergleichen, kann als das Substrat verwendet werden. Unterdessen kann eine dielektrische Schicht auf einer oberen Oberfläche des Substrats ausgebildet sein. Die dielektrische Schicht isoliert die Bondinseln 201a und 201b und die Verbindungselektroden 75 von dem Substrat. Unterdessen kann die dielektrische Schicht weggelassen werden, falls das Substrat aus isolierendem Material besteht.
  • Die Bondinseln 201a und 201b und die metallischen Leitungen 101a und 101b sind durch Bonddrähte elektrisch verbunden.
  • Wie mit Bezug auf 11 beschrieben, kann anstelle des Licht emittierenden Bauelements 70 das Licht emittierende Bauelement 50 aus 9 montiert werden.
  • Mit Bezug auf 13 besitzt eine Baugruppe 5000 nach dieser Ausführungsform ein Submount-Substrat 301, welches zwischen das Licht emittierende Bauelement 70 und die Leiterplatte eingefügt ist, auf gleiche Weise wie die in 12 dargestellte Baugruppe. Jedoch unterscheidet sich das Submount-Substrat 301 von dem Submount-Substrat 201 aus 12 derart, dass es Bondinseln 301a und 301b besitzt, welche durch das Submount-Substrat hindurch gehen. Dementsprechend können die Bonddrähte aus 12 weggelassen werden, da die Bondinseln direkt an die metallischen Leitungen 101a und 101b gebondet sind.
  • Das Submount-Substrat 301 ist nicht darauf beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weise abgeändert werden. Beispielsweise können die Bondinseln 301a und 301b nicht durch das Submount-Substrat hindurch gehen, sondern sich entsprechend zu der Unterseite des Submount-Substrats, entlang der Seiten des Substrats, erstrecken.
  • Ferner kann anstelle des Licht emittierenden Bauelements 70 das Licht emittierende Bauelement 50 aus 9 auf dem Submount-Substrat 301 montiert sein.

Claims (11)

  1. Licht emittierendes Bauelement, umfassend: eine Mehrzahl Licht emittierender Zellen, ausgebildet auf einem Substrat, bei dem jede der Licht emittierenden Zellen eine N-Typ-Halbleiterschicht und eine P-Typ-Halbleiterschicht, befindlich auf einem Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht, besitzt; ferner umfassend eine Mehrzahl von Verbindungselektroden zum elektrischen Verbinden der N-Typ-Halbleiterschichten und der P-Typ-Halbleiterschichten benachbarter Licht emittierender Zellen, um ein serielles Array Licht emittierender Zellen auf dem Substrat auszubilden, ferner umfassend ein Submount-Substrat mit der daran gebondeten Mehrzahl Licht emittierender Zellen, wobei die Mehrzahl Licht emittierender Zellen mit metallischen Leitungen mit dem Submount-Substrat verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselektroden in physischem Kontakt mit einer oberen Oberfläche des Submount-Substrats sind, wobei die Verbindungselektroden einen Abstand zu den metallischen Leitungen auf dem Submount besitzen.
  2. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei das Submount-Substrat eine P-Typ-Bondinsel umfasst, ausgebildet an einem Rand desselben, und eine N-Typ-Bondinsel, ausgebildet an dem anderen Rand desselben, und unter der Mehrzahl Licht emittierender Zellen eine P-Typ-Halbleiterschicht einer Licht emittierenden Zelle, welche sich an dem Rand des Substrats befindet, elektrisch mit der P-Typ-Bondinsel verbunden ist, und eine N-Typ-Halbleiterschicht einer Licht emittierenden Zelle, welche sich an dem anderen Rand des Substrats befindet, elektrisch mit der N-Typ-Bondinsel verbunden ist.
  3. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 2, ferner umfassend einen P-Typ-Metallpuffer zum elektrischen Verbinden der P-Typ-Halbleiterschicht und der P-Typ-Bondinsel, und einen N-Typ-Metallpuffer zum elektrischen Verbinden der N-Typ-Halbleiterschicht und der N-Typ-Bondinsel.
  4. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei jede der Mehrzahl Licht emittierender Zellen umfasst: eine Pufferschicht, ausgebildet auf dem Substrat; die N-Typ-Halbleiterschicht, ausgebildet auf der Pufferschicht; eine aktive Schicht, ausgebildet auf einem Bereich der N-Typ-Halbleiterschicht; die P-Typ-Halbleiterschicht, ausgebildet auf der aktiven Schicht; eine erste Metallschicht, ausgebildet auf der P-Typ-Halbleiterschicht; und eine zweite Metallschicht, ausgebildet auf der ersten Metallschicht.
  5. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 1, ferner umfassend: N-Typ-Metallpuffer, ausgebildet auf N-Typ-Halbleiterschichten Licht emittierender Zellen, mit Ausnahme der obigen einen Licht emittierenden Zelle unter der Mehrzahl Licht emittierender Zellen; und P-Typ-Metallpuffer, ausgebildet auf P-Typ-Halbleiterschichten Licht emittierender Zellen, mit Ausnahme der obigen anderen Licht emittierenden Zelle unter der Mehrzahl Lichtemittierender Zellen.
  6. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei obere Oberflächen der N-Typ-Metallpuffer und der P-Typ-Metallpuffer angeordnet sind, um mindestens bündig mit oberen Oberflächen der Verbindungselektroden zu sein.
  7. Licht emittierendes Bauelement nach Anspruch 4, wobei die ersten und die zweiten Metallschichten eine transparente Elektrode beziehungsweise ein reflektierender Film sind.
  8. Baugruppe, umfassend: eine Leiterplatte mit metallische Leitungen; und ein Licht emittierendes Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, montiert auf der Leiterplatte.
  9. Baugruppe nach Anspruch 8, wobei das Submount-Substrat zwischen der Leiterplatte und dem Licht emittierenden Bauelement eingefügt ist, wobei das Submount-Substrat Bondinseln besitzt, welche zu den Metallpuffern auf einer oberen Oberfläche desselben korrespondieren, und die Bondinseln elektrisch mit den metallischen Leitungen verbunden sind.
  10. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Bondinseln mit den metallischen Leitungen durch Bonddrähte elektrisch verbunden sind.
  11. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Verbindungselektroden in Kontakt sind mit der oberen Oberfläche des Submount-Substrats, jedoch einen Abstand zu den Bondinseln besitzen.
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