DE112011106156B4 - Lichtemittierende Diodeneinheit auf Waferebene - Google Patents

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Abstract

Lichtemittierende Diodeneinheit, LED-Einheit, umfassend:einen Halbleiterstapel (30, 130), der eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps (25, 125), eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps (29, 129) und eine aktive Schicht (27, 127), die zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist, umfasst;eine Vielzahl von Kontaktlöchern (30a, 130a), die in der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und der aktiven Schicht angeordnet sind, wobei die Kontaktlöcher die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp freilegen;eine auf einer ersten Seite des Halbleiterstapels angeordnete erste Erhebung (45a, 145a), wobei die erste Erhebung mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp über die Vielzahl von Kontaktlöchern elektrisch verbunden ist;eine auf der ersten Seite des Halbleiterstapels angeordnete zweite Erhebung (45b, 145b), wobei die zweite Erhebung mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden ist;eine erste Kontaktschicht (35, 135), die die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Vielzahl von Kontaktlöchern kontaktierende erste Kontaktabschnitte (35a, 135a) und einen Verbindungsabschnitt (35b, 135b) umfasst, der die ersten Kontaktabschnitte miteinander verbindet;eine zweite Kontaktschicht (31, 131), die in Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist; undein erstes Elektrodenfeld (39a, 139a), das zwischen der ersten Erhebung und der ersten Kontaktschicht angeordnet ist,wobei der Halbleiterstapel Seitenflächen aufweist, an denen die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und die aktive Schicht freigelegt sind,wobei eine schützende Isolierschicht vorgesehen ist, die eine erste Isolierschicht (33, 133) und eine zweite Isolierschicht (37, 137) umfasst, wobei die erste Isolierschicht zwischen der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht angeordnet ist und die zweite Kontaktschicht bedeckt, und die zweite Isolierschicht die erste Isolierschicht und die erste Kontaktschicht bedeckt, wobei die erste Isolierschicht und/oder die zweite Isolierschicht einen verteilten Bragg-Reflektor umfasst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Diodeneinheit, insbesondere eine lichtemittierende Diodeneinheit auf Waferebene.
  • Eine lichtemittierende Diode (LED) ist eine Halbleitervorrichtung, die einen n-Halbleiter und einen p-Halbleiter umfasst und Licht durch Rekombination von Löchern und Elektronen emittiert. Eine derartige LED findet vielfältige Einsatzmöglichkeiten, wie zum Beispiel als Displayvorrichtungen, Ampeln und Rücklichteinheiten. Ferner hat sich der Anwendungsbereich von LEDs aufgrund der potentiellen Vorzüge eines geringeren Stromverbrauchs und längerer Lebensdauer im Vergleich zu bestehenden Glühbirnen oder Leuchtstofflampen zu einer Allgemeinbeleuchtung hin vergrößert, indem vorhandene Glühlampen und Leuchtstofflampen ersetzt werden.
  • Die LED kann in einem LED-Modul verwendet werden. Das LED-Modul wird mittels eines Fertigungsverfahrens für LED-Chips auf Waferebene, eines Packaging-Verfahrens und eines Modulationsverfahrens hergestellt. Insbesondere lässt man Halbleiterschichten auf einem Substrat, wie zum Beispiel auf einem Saphirsubstrat, wachsen und strukturiert sie in einem Verfahren zur Fertigung von LED-Chips mit Elektrodenfeldern und teilt sie anschließend in einzelne Chips (Chipfertigungsverfahren). Nach dem Anbringen der einzelnen Chips auf einem Leiterrahmen oder einer gedruckten Leiterplatte werden die Elektrodenfelder über Kontaktdrähte mit Anschlüssen verbunden, und die LED-Chips werden unter Bereitstellung einer LEDEinheit (Packaging-Verfahren) mit einem Vergusselement ummantelt. Dann wird die LED-Einheit auf einer Leiterplatte, wie zum Beispiel auf einer Metallleiterplatte (MC-PCB), unter Bereitstellung eines LED-Moduls, wie zum Beispiel eines Lichtquellenmoduls (Modulationsverfahren) befestigt.
  • In dem Packaging-Verfahren kann der LED-Chip mit einem Gehäuse und/oder dem Vergusselement zum Schutz des Chips vor äußeren Umwelteinflüssen versehen werden. Zusätzlich kann in dem Vergusselement zum Konvertieren des durch den LED-Chip emittierten Lichts ein Leuchtstoff enthalten sein, so dass die LED-Einheit weißes Licht emittieren kann, wobei eine weiße LED-Einheit bereitgestellt wird. Eine solche weiße LED-Einheit kann auf der Leiterplatte, wie zum Beispiel auf der MC-PCB, angebracht werden und die LED-Einheit kann mit einer Sekundärlinse versehen werden, um unter Bereitstellung des erwünschten weißen LED-Moduls die Eigenschaften für die Ausrichtung des von der LED-Einheit emittierten Lichts einzustellen.
  • Es kann jedoch schwierig sein, eine Miniaturisierung und ausreichende Wärmeableitung für eine herkömmliche LED-Einheit, die den Leiterrahmen oder die gedruckte Leiterplatte umfasst, zu erreichen. Ferner kann die Lichteffizienz der LED aufgrund von Lichtabsorption durch den Leiterrahmen oder der gedruckten Leiterplatte, Aufheizen durch den elektrischen Widerstand der Anschlüsse und dergleichen, nachlassen.
  • Desweiteren können das Chipfertigungsverfahren, das Packaging-Verfahren und das Modulationsverfahren getrennt ausgeführt werden, wobei die Zeit und Kosten zur Herstellung des LED-Moduls zunehmen.
  • Mittlerweile wurden Wechselstrom-(AC)LEDs hergestellt und vermarktet. Die AC-LED umfasst eine direkt mit einer Wechselstromquelle verbundene LED, um eine kontinuierliche Lichtemission zu gestatten. Ein Beispiel für AC-LEDs, das direkt in Verbindung mit einer Hochspannungswechselstromquelle verwendet werden kann, ist in dem Sakai et al. erteilten US Patent US 7 417 259 B2 offenbart. Gemäß dem US Patent US 7 417 259 B2 werden LED-Elemente in einem zweidimensionalen Muster auf einem isolierenden Substrat, beispielsweise einem Saphirsubstrat, angeordnet und sind unter Bildung von LED-Arrays in Reihe geschaltet. Die LED-Arrays sind unter Bilden einer lichtemittierenden Vorrichtung, die bei hoher Spannung betrieben werden kann, in Reihe geschaltet. Ferner können derartige LED-Arrays auf dem Saphirsubstrat antiparallel geschaltet sein, wobei eine lichtemittierende Ein-Chip-Vorrichtung bereitgestellt wird, die unter kontinuierlicher Lichtemission unter Verwendung einer Wechselstromversorgung betrieben werden kann.
  • Da die AC-LED lichtemittierende Zellen auf einem Wachstumssubstrat, zum Beispiel auf einem Saphirsubstrat, umfasst, schränkt die AC-LED die Struktur der lichtemittierenden Zellen ein und kann eine Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz begrenzen. Somit wurde eine lichtemittierende Diode, zum Beispiel eine AC-LED, entwickelt, die auf einem Substrat-Trennungsverfahren basiert und in Reihe geschaltete lichtemittierende Zellen umfasst.
  • Die US 2010 / 0 207 157 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer LED-Struktur, bei dem das Wachstumssubstrat (z. B. Saphir) mit Hilfe eines Laser-Lift-off-Verfahrens entfernt wird, nachdem der LED-Chip mit einem Submount verbunden wurde. Auf der Unterseite des LED-Chips sind Anoden- und Kathodenelektroden ausgebildet, die im Wesentlichen in derselben Ebene liegen, wobei die Elektroden mindestens 85 % der Rückfläche der LED-Struktur bedecken. Das Submount hat eine entsprechende Anordnung von Anoden- und Kathodenelektroden, die im Wesentlichen in der gleichen Ebene liegen. Die Elektroden des LED-Chips und die Elektroden des Submounts werden mit Ultraschall zusammengeschweißt, so dass praktisch die gesamte Oberfläche des LED-Chips von den Elektroden und dem Submount getragen wird. Es können auch andere Verbindungstechniken verwendet werden. Es wird kein Underfill verwendet. Das Wachstumssubstrat, das die Oberseite der LED-Struktur bildet, wird dann mit einem Laser-Lift-off-Verfahren von den LED-Schichten entfernt. Die extrem hohen Drücke, die während des Laser-Lift-Off-Prozesses entstehen, beschädigen die LED-Schichten nicht, da die Elektroden und das Submount die LED-Schichten großflächig unterstützen.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung stellen eine LED-Einheit auf Waferebene, wobei die LED-Einheit auf Waferebene direkt als Modul auf einer Leiterplatte ohne Verwendung eines herkömmlichen Leiterrahmens oder einer gedruckten Leiterplatte gebildet werden kann.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung stellen ebenfalls eine LED-Einheit auf Waferebene bereit, wobei sie eine hohe Effizienz und eine bessere Wärmeableitung aufweist.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung stellen ebenfalls eine LED-Einheit bereit, bei der die Fertigungszeit und Kosten für ein LED-Modul verringert sein können.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung stellen ebenfalls ein LED-Modul bereit, wobei es eine hohe Effizienz und eine bessere Wärmeableitung aufweist.
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung stellen ebenfalls eine lichtemittierenden Diodeneinheit auf Waferebene bereit, wobei sie eine Vielzahl lichtemittierender Zellen umfasst und direkt als Modul auf einer Leiterplatte ohne Verwendung eines herkömmlichen Leiterrahmens oder einer Leiterplatte gebildet werden kann.
  • Zusätzliche Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt und werden zum Teil aus der Beschreibung offenbar oder durch Ausübung der Erfindung ersichtlich.
  • Die Erfindung offenbart eine LED-Einheit, die Folgendes umfasst:
    • einen Halbleiterstapel, der eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine aktive Schicht, die zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist, umfasst;
    • eine Vielzahl von Kontaktlöchern, die in der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und der aktiven Schicht angeordnet sind, wobei die Kontaktlöcher die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp freilegen;
    • eine auf einer ersten Seite des Halbleiterstapels angeordnete erste Erhebung, wobei die erste Erhebung mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp über die Vielzahl von Kontaktlöchern elektrisch verbunden ist;
    • eine auf der ersten Seite des Halbleiterstapels angeordnete zweite Erhebung, wobei die zweite Erhebung mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden ist;
    • eine erste Kontaktschicht, die die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Vielzahl von Kontaktlöchern kontaktierende erste Kontaktabschnitte und einen Verbindungsabschnitt umfasst, der die ersten Kontaktabschnitte miteinander verbindet;
    • eine zweite Kontaktschicht, die in Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist; und
    • ein erstes Elektrodenfeld, das zwischen der ersten Erhebung und der ersten Kontaktschicht angeordnet ist,
    • wobei der Halbleiterstapel Seitenflächen aufweist, an denen die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und die aktive Schicht freigelegt sind,
    • wobei eine schützende Isolierschicht vorgesehen ist, die eine erste Isolierschicht und eine zweite Isolierschicht umfasst, wobei die erste Isolierschicht zwischen der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht angeordnet ist und die zweite Kontaktschicht bedeckt, und die zweite Isolierschicht die erste Isolierschicht und die erste Kontaktschicht bedeckt, wobei die erste Isolierschicht und/oder die zweite Isolierschicht einen verteilten Bragg-Reflektor umfasst.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart ein lichtemittierendes Diodenmodul, das die LED-Einheit gemäß den vorstehend erwähnten beispielhaften Ausführungsformen umfasst. Das LED-Modul kann eine Leiterplatte; die auf der Leiterplatte angebrachte LED-Einheit; und eine Linse zum Einstellen des Winkels für die Ausrichtung des von der LED-Einheit emittierten Lichts umfassen.
  • Sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende ausführliche Beschreibung sind dahingehend zu verstehen, dass sie anhand von Beispielen die Erfindung erläutern und erklären und sie, so wie sie beansprucht wird, weiter darlegen.
  • Die begleitenden Zeichnungen, die ein tieferes Verständnis der Erfindung ermöglichen, sind in dieser Beschreibung enthalten und stellen einen Teil dieser Beschreibung dar. Sie erläutern Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Grundlagen der Erfindung.
  • 1 ist eine schematische Schnittzeichnung einer lichtemittierenden Diodeneinheit gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Schnittzeichnung einer lichtemittierenden Diodeneinheit gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • 3 ist eine Schnittzeichnung eines lichtemittierenden Diodenmoduls, das die lichtemittierende Diodeneinheit gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform umfasst.
  • 4 bis 12 zeigen ein Verfahren zur Herstellung der lichtemittierenden Diodeneinheit gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform, wobei (a) eine Draufsicht und (b) eine Schnittzeichnung entlang der Linie A-A von (a) in 5 bis 10 sind.
  • 13 ist eine Schnittzeichnung, die ein Verfahren zur Herstellung der lichtemittierenden Diodeneinheit gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 14 ist eine schematische Schnittzeichnung einer lichtemittierenden Diodeneinheit gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • 15 ist eine schematische Schnittzeichnung einer lichtemittierenden Diodeneinheit gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • 16 ist eine Schnittzeichnung eines lichtemittierenden Diodenmoduls, das die lichtemittierende Diodeneinheit gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform umfasst.
  • 17 bis 26 zeigen ein Verfahren zur Herstellung der lichtemittierenden Diodeneinheit gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform, wobei (a) eine Draufsicht und (b) eine Schnittzeichnung entlang der Linie A-A von (a) in 18 bis 23 sind.
  • 27 ist eine Schnittzeichnung, die ein Verfahren zur Herstellung der lichtemittierenden Diodeneinheit gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt werden, näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch viele verschiedene Ausführungsformen aufweisen und ist nicht so auszulegen, dass sie auf die hierin ausgeführten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr werden diese beispielhaften Ausführungsformen zur Vervollständigung der Offenbarung bereitgestellt und vermitteln dem Fachmann den Rahmen der Erfindung. In den Zeichnungen können die Größen und relativen Größen von Schichten und Bereichen für eine deutliche Darstellung übertrieben sein. Gleiche Bezugszahlen in den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Elemente.
  • Wird ein Element, wie zum Beispiel eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat so bezeichnet, dass es sich „auf“ einem anderen Element befindet, so ist es klar, dass es sich direkt auf dem anderen Element befinden kann oder es können ebenfalls dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wird hingegen ein Element so bezeichnet, dass es sich „direkt auf“ einem anderen Element befindet, so sind keine dazwischenliegende Elemente vorhanden.
  • 1 ist eine schematische Schnittzeichnung einer LED-Einheit 100 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 1 kann die LED-Einheit 100 einen Halbleiterstapel 30 , eine erste Kontaktschicht 35 , eine zweite Kontaktschicht 31 , eine erste Isolierschicht 33 , eine zweite Isolierschicht 37 , ein erstes Elektrodenfeld 39a , ein zweites Elektrodenfeld 39b , eine erste Erhebung 45a und eine zweite Erhebung 45b umfassen. Die LED-Einheit 100 kann weiterhin eine Isolierschicht 43, eine Dummy-Erhebung 45c und einen Wellenlängenkonverter 51 umfassen.
  • Der Halbleiterstapel 30 umfasst eine erste obere Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25, eine aktive Schicht 27 und eine untere Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29. Die aktive Schicht 27 ist zwischen der oberen und unteren Halbleiterschicht 25 , 29 angeordnet.
  • Die aktive Schicht 27 und die obere und untere Halbleiterschicht 25 , 29 können aus einem III-N-basierten Halbleitercompound, beispielsweise aus einem (AI, Ga, In)N Halbleiter, bestehen. Jede der oberen und unteren Halbleiterschichten 25 , 29 kann einschichtig oder mehrschichtig sein. Zum Beispiel kann die obere und/oder untere Halbleiterschicht 25 , 29 zusätzlich zu einer Kontaktschicht und einer Überzugsschicht eine darüber liegende Gitterschicht umfassen. Die aktive Schicht 27 kann eine Einfach-Quantentopfstruktur oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur aufweisen. Der erste Leitfähigkeitstyp kann ein n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ein p-Typ sein. Alternativ dazu kann der erste Leitfähigkeitstyp ein p-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ein n-Typ sein. Da die obere Halbleiterschicht 25 aus einer Halbleiterschicht vom n-Typ mit relativ geringem spezifischen Widerstand gebildet werden kann, kann die obere Halbleiterschicht 25 eine relativ große Dicke aufweisen. Daher kann auf der Oberseite der oberen Halbleiterschicht 25 eine aufgeraute Oberfläche R gebildet werden, wobei die aufgeraute Oberfläche R die Extraktionseffizienz des in der aktiven Schicht 27 erzeugten Lichts erhöht.
  • Der Halbleiterstapel 30 weist eine Vielzahl von Kontaktlöchern 30a (siehe 5(b)) auf, die durch die untere Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 und die aktive Schicht hindurch zum Freilegen der oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet sind, und die erste Kontaktschicht 35 ist in Kontakt mit der oberen Leitfähigkeitsschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 , die in der Vielzahl von Kontaktlöchern freigelegt ist.
  • Die zweite Kontaktschicht 31 ist in Kontakt mit der unteren Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 . Die zweite Kontaktschicht 31 umfasst eine reflektierende Metallschicht zur Reflexion des in der aktiven Schicht 27 erzeugten Lichts. Ferner kann die zweite Kontaktschicht 31 in ohmschen Kontakt mit der unteren Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 sein.
  • Die erste Isolierschicht 33 bedeckt die zweite Kontaktschicht 31. Desweiteren bedeckt die erste Isolierschicht 33 eine Seitenwand des in der Vielzahl von Kontaktlöchern 30a freigelegten Halbleiterstapels 30. Außerdem kann die erste Isolierschicht 33 eine Seitenfläche des Halbleiterstapels 30 bedecken. Die erste Isolierschicht 33 isoliert die erste Kontaktschicht 35 von der zweiten Kontaktschicht 31 und isoliert ebenfalls die in der Vielzahl von Kontaktlöchern 30a freigelegte untere Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 und die aktive Schicht 27 von der ersten Kontaktschicht 35. Die erste Isolierschicht 33 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten, wie zum Beispiel aus einem Siliziumoxid oder Siliziumnitridfilm, bestehen. Alternativ dazu kann die erste Isolierschicht 33 aus einem verteilten Bragg-Reflektor aufgebaut sein, der durch abwechselnd übereinanderliegende Isolierschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes, zum Beispiel SiO2/TiO2 oder SiO2/Nb2O5, gebildet wird.
  • Die erste Kontaktschicht 35 ist unter der ersten Isolierschicht 33 angeordnet und ist mit der oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 durch die erste Isolierschicht 33 hindurch über eine Vielzahl von Kontaktlöchern 30a in Kontakt. Die erste Kontaktschicht 35 umfasst Kontaktabschnitte 35a zum Kontaktieren der oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 und einen Verbindungsabschnitt 35b, um die Kontaktabschnitte 35a miteinander zu verbinden. Daher sind die Kontaktabschnitte 35a durch die Verbindungsabschnitte 35b elektrisch miteinander verbunden. Die erste Kontaktschicht 35 ist unter einigen Bereichen der ersten Isolierschicht 33 ausgebildet und kann aus einer reflektierenden Metallschicht bestehen.
  • Die unterhalb der ersten Kontaktschicht 35 gelegene zweite Isolierschicht 37 bedeckt die erste Kontaktschicht 35. Außerdem bedeckt die zweite Isolierschicht 37 unter Abdeckung einer Seitenfläche des Halbleiterstapels 30 die erste Isolierschicht 33. Die zweite Isolierschicht 37 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten bestehen. Ferner kann die zweite Isolierschicht 37 ein verteilter Bragg-Reflektor sein.
  • Das erste und zweite Elektrodenfeld 39a , 39b sind unter der zweiten Isolierschicht 37 angeordnet. Das erste Elektrodenfeld 39a kann mit der ersten Kontaktschicht 35 durch die zweite Isolierschicht hindurch verbunden werden. Weiterhin kann das zweite Elektrodenfeld 39b mit der zweiten Kontaktschicht 31 durch die zweite Isolierschicht 37 und die erste Isolierschicht 33 hindurch verbunden werden.
  • Die erste Erhebung 45a und die zweite Erhebung 45b sind unter dem ersten und zweiten Elektrodenfeld 39a, 39b angeordnet und werden mit den entsprechenden Elektrodenfeldern verbunden. Die erste und zweite Erhebung 45a und 45b können durch Plattieren gebildet werden. Die erste und zweite Erhebung 45a , 45b sind mit einer Leiterplatte, wie zum Beispiel mit einer MC-PCB, elektrisch verbundene Anschlüsse und weisen planparallele distale Enden auf. Zusätzlich kann das erste Elektrodenfeld 39a auf der Höhe des zweiten Elektrodenfelds 39b so ausgebildet sein, dass die erste Erhebung 45a und die zweite Erhebung 45b ebenfalls auf derselben Ebene gebildet werden können. Daher können die erste und zweite Erhebung 45a, 45b die gleiche Höhe aufweisen.
  • Die Dummy-Erhebung 45c kann indes zwischen der ersten Erhebung 45a und der zweiten Erhebung 45b angeordnet sein. Die Dummy-Erhebung 45c kann zusammen mit der ersten und zweiten Erhebung 45a und 45b ausgebildet sein, um einen Wärmedurchgang zum Ableiten von Wärme aus dem Halbleiterstapel 30 bereitzustellen.
  • Die Isolierschicht 43 kann die Seitenflächen der ersten und zweiten Erhebung 45a, 45b abdecken. Die Isolierschicht 43 kann ebenfalls eine Seitenfläche der Dummy-Erhebung 45c abdecken. Außerdem füllt die Isolierschicht 43 die Zwischenräume zwischen der ersten Erhebung 45a , der zweiten Erhebung 45b und der Dummy-Erhebung 45c auf, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit von außen in den Halbleiterstapel 30 eindringt. Zum Schutz des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a, 39b vor äußeren Umweltfaktoren, wie zum Beispiel Feuchtigkeit, deckt die Isolierschicht 43 ebenfalls die Seitenflächen des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a, 39b ab. Obwohl die Isolierschicht 43 so gestaltet werden kann, dass sie die gesamten Seitenflächen der ersten und zweiten Erhebung 45a, 45b abdeckt, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Alternativ dazu kann die Isolierschicht 43 die Seitenflächen der ersten und zweiten Erhebung 45a, 45b bis auf einige Bereiche der Seitenflächen in der Nähe der distalen Enden der ersten und zweiten Erhebung abdecken.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird die Isolierschicht 43 so dargestellt, dass sie die Seitenflächen des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a, 39b abdeckt, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Alternativ dazu kann eine weitere Isolierschicht zum Abdecken des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a, 39b verwendet werden und die Isolierschicht 43 kann unter der anderen Isolierschicht ausgebildet sein. In diesem Fall können die erste und zweite Erhebung 45a, 45b mit dem ersten und zweiten Elektrodenfeld 39a, 39b durch die andere Isolierschicht hindurch verbunden sein.
  • Der Wellenlängenkonverter 51 kann auf der oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 auf der dem übrigen Halbleiterstapel 30 gegenüberliegenden Seite angeordnet werden. Der Wellenlängenkonverter 51 kann an eine Oberseite der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 angrenzen. Der Wellenlängenkonverter 51 kann eine Leuchtstofffolie von einheitlicher Dicke sein, ohne dass er darauf beschränkt ist. Alternativ dazu kann der Wellenlängenkonverter 51 ein Substrat, beispielsweise ein Saphirsubstrat oder ein Siliziumsubstrat, sein, das zur Wellenlängenkonversion mit einem Fremdstoff dotiert ist.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist die Seitenfläche des Halbleiterstapels 30 mit einer schützenden Isolierschicht abgedeckt. Die schützende Isolierschicht kann beispielsweise die erste Isolierschicht 33 und/oder die zweite Isolierschicht 37 umfassen. Zum Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen kann außerdem die erste Kontaktschicht 35 mit der zweiten Isolierschicht 37 bedeckt sein, und die zweite Kontaktschicht 31 kann mit der ersten Isolierschicht 33 und der zweiten Isolierschicht 37 bedeckt sein. Das erste und zweite Elektrodenfeld 39a, 39b sind ebenfalls beispielsweise durch die Isolierschicht 43 abgedeckt. Dementsprechend ist es möglich, eine Schädigung des Halbleiterstapels 30 durch Feuchtigkeit zu verhindern.
  • Der Wellenlängenkonverter 51 kann auf der oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 auf Waferebene angebracht sein und wird dann zusammen mit der schützenden Isolierschicht während eines Chip-Trennungsverfahrens durchtrennt. Daher kann eine Seitenfläche des Wellenlängenkonverters 51 auf einer Linie mit der schützenden Isolierschicht sein. Das heißt, die Seitenfläche des Wellenlängenkonverters 51 kann geradlinig bündig mit einer Seitenfläche der schützenden Isolierschicht verlaufen. Weiterhin kann die Seitenfläche des Wellenlängenkonverters 51 auf einer Linie mit einer Seitenfläche der Isolierschicht 43 liegen.
  • Somit können die Seitenfläche des Wellenlängenkonverters 51, die schützende Isolierschicht und die Isolierschicht 43 bündig auf einer Linie liegen.
  • 2 ist eine schematische Schnittzeichnung einer lichtemittierenden Diodeneinheit 200 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 2 ist die LED-Einheit 200 nahezu gleich zu der vorher beschriebenen LED-Einheit 100 gemäß der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind jedoch eine erste und zweite Erhebung 65a, 65b in einem Substrat 61 ausgebildet.
  • Insbesondere umfasst das Substrat 61 Durchgangsbohrungen, die die darin ausgebildete erste beziehungsweise zweite Erhebung 65a, 65b aufweisen. Das Substrat 61 ist, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Isoliersubstrat, zum Beispiel ein Saphirsubstrat oder ein Siliziumsubstrat. Das Substrat 61 mit der ersten und zweiten Erhebung 65a , 65b kann auf ein erstes Elektrodenfeld 39a und ein zweites Elektrodenfeld 39b angebracht sein. Damit ein Freilegen des ersten und zweiten Elektrodenfeld 39a , 39b nach außen hin verhindert wird, kann eine Isolierschicht 49 die Seitenflächen und Unterseiten des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a , 39b abdecken. Ferner kann die Isolierschicht 49 Öffnungen, die das erste und zweite Elektrodenfeld 39a , 39b freilegen, und zusätzliche dann in den Öffnungen ausgebildete Metallschichten 67a , 67b aufweisen. Die zusätzlichen Metallschichten 67a , 67b können aus einem Bondmetall bestehen.
  • 3 ist eine Schnittzeichnung eines lichtemittierenden Diodenmoduls, das die LED-Einheit 100 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform umfasst.
  • Bezugnehmend auf 3 umfasst das LED-Modul eine Leiterplatte 71, beispielsweise eine MC-PCB, die LED-Einheit 100 und eine Linse 81. Die Leiterplatte 71, beispielsweise die MC-PCB, weist Anschlussfelder 73a, 73b, um darauf die LED-Einheiten 100 zu befestigen, auf. Die erste und zweite Erhebung 45a , 45b (siehe 1) der LED-Einheit 100 sind mit den entsprechenden Anschlussfeldern 73a , 73b verbunden.
  • Auf der Leiterplatte 71 kann eine Vielzahl von LED-Einheiten 100 angebracht werden und die Linse 81 kann auf den LED-Einheiten 100 zum Einstellen des Winkels für die Ausrichtung des von den LED-Einheiten 100 emittierten Lichts angeordnet werden.
  • Gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform können die lichtemittierenden Diodeneinheiten 200 anstelle der LED-Einheiten 100 auf der Leiterplatte angebracht werden.
  • 4 bis 12 zeigen ein Verfahren zur Herstellung der LED-Einheit 100 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. In 5 bis 10 ist (a) eine Draufsicht und (b) eine Schnittzeichnung entlang der Linie A-A von (a).
  • Bezugnehmend auf 4 wird ein Halbleiterstapel 30, der eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25, eine aktive Schicht 27 und eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 umfasst, auf einem Wachstumssubstrat 21 gebildet. Das Wachstumssubstrat 21 kann ein Saphirsubstrat sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Alternativ dazu kann das Wachstumssubstrat 21 ein anderer heterogener Substrattyp, beispielsweise ein Siliziumsubstrat sein. Die Halbleiterschicht von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Leitfähigkeitstyp 25, 29 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten aufgebaut sein. Weiterhin kann die aktive Schicht 27 eine Einfach-Quantentopfstruktur oder eine MehrfachQuantentopfstruktur aufweisen.
  • Die Halbleitercompoundschichten können aus einem III-N-basierten Halbleiter auf dem Wachstumssubstrat 21 mittels metallorganisch chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) gebildet werden.
  • Vor Bildung der Halbleitercompoundschichten kann eine Pufferschicht (nicht gezeigt) gebildet werden. Die Pufferschicht wird zum Beheben einer Gitterfehlanpassung zwischen dem Wachstumssubstrat 21 und den Halbleitercompoundschichten gebildet und kann aus einer GaN-basierten Materialschicht, wie zum Beispiel Galliumnitrid oder Aluminiumnitrid, gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 5(a) und (b) wird der Halbleiterstapel 30 unter Bildung eines Trennungsbereichs 30b für den Chip (für die Chip-Einheit) strukturiert, wobei die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 und die aktive Schicht 27 unter Bildung einer Vielzahl von Kontaktlöchern 30a, die die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 freilegen, strukturiert wird. Der Halbleiterstapel 30 kann mittels Fotolithographie und Ätzverfahren strukturiert werden.
  • Der Chip-Trennungsbereich 30b ist ein Bereich zum Durchtrennen der Struktur aus LED-Einheiten in einzelne LED-Einheiten und die Seitenflächen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25, der aktiven Schicht 27 und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitähigkeitstyp 29 werden im Chip-Trennungsbereich 30b freigelegt. Vorteilhafterweise kann der Chip-Trennungsbereich 30b so gestaltet werden, dass das Substrat 21 freigelegt wird, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Die Vielzahl von Kontaktlöchern 30a kann, ohne darauf beschränkt zu sein, kreisförmig sein. Die Kontaktlöcher 30 können vielfältig geformt sein. Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 und die aktive Schicht 27 sind an den Seitenwänden der Vielzahl von Kontaktlöchern 30a freigelegt. Wie gezeigt ist, können die Kontaktlöcher 30a geneigte Seitenwände aufweisen.
  • Bezugnehmend auf 6(a) und (b) ist auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 eine zweite Kontaktschicht 31 ausgebildet. Die zweite Kontaktschicht 31 ist abgesehen von den der Vielzahl von Kontaktlöchern 30a entsprechenden Bereichen auf dem Halbleiterstapel 30 ausgebildet.
  • Die zweite Kontaktschicht 31 kann einen transparenten leitfähigen Oxidfilm, wie zum Beispiel Indiumzinnoxid (ITO), oder eine reflektierende Metallschicht, wie zum Beispiel Silber (Ag) oder Aluminium (AI) umfassen. Die zweite Kontaktschicht 31 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten bestehen. Die zweite Kontaktschicht 31 kann ebenfalls so gestaltet sein, dass sie in ohmschem Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 29 ist.
  • Die zweite Kontaktschicht 31 kann vor oder nach Bildung der Vielzahl von Kontaktlöchern 30a gebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 7(a) und (b) ist eine erste Isolierschicht 33 zum Abdecken der zweiten Kontaktschicht 31 ausgebildet. Die erste Isolierschicht 33 kann die Seitenfläche des Halbleiterstapels 30, die zum Chip-Trennungsbereich 30b hin freigelegt ist, abdecken, wobei die Seitenwände der Vielzahl von Kontaktlöchern 30a abgedeckt werden. Hier kann die erste Isolierschicht 33 Öffnungen 33a aufweisen, die die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 in der Vielzahl von Kontaktlöchern 30a freilegen.
  • Die erste Isolierschicht 33 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten bestehen, wie zum Beispiel aus einem Siliziumoxid oder Siliziumnitridfilm. Alternativ dazu kann die erste Isolierschicht 33 aus einem verteilten Bragg-Reflektor bestehen, der durch abwechselnd übereinanderliegende Isolierschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet wird. Zum Beispiel kann die erste Isolierschicht 33 durch abwechselnd übereinanderliegende SiO2/TiO2 oder SiO2/Nb2O5, gebildet sein. Weiter kann die erste Isolierschicht 33 durch Anpassen der Dicke von jeder der Isolierschichten so gebildet sein, dass ein verteilter Bragg-Reflektor mit hohem Reflexionsvermögen über einen großen Wellenlängenbereich von blauem, grünem und rotem Licht bereitgestellt wird.
  • Bezugnehmend auf 8(a) und (b) ist auf der ersten Isolierschicht 33 eine erste Kontaktschicht 35 ausgebildet. Die erste Kontaktschicht 35 umfasst Kontaktabschnitte 35a , die mit der in den Kontaktlöchern 30a freigelegten oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 in Kontakt sind, und einen Verbindungsabschnitt 35b , der die Kontaktabschnitte 35a miteinander verbindet. Die erste Kontaktschicht 35 kann aus einer reflektierenden Metallschicht bestehen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Die erste Kontaktschicht 35 ist in einigen Bereichen des Halbleiterstapels 30 so ausgebildet, dass die erste Isolierschicht 33 in anderen Bereichen des Halbleiterstapels 30 , in denen die erste Kontaktschicht 35 nicht ausgebildet ist, freigelegt ist.
  • Bezugnehmend auf 9(a) und (b) ist auf der ersten Kontaktschicht 35 eine zweite Isolierschicht 37 ausgebildet. Die zweite Isolierschicht 37 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten bestehen, wie zum Beispiel aus einem Siliziumoxid- oder Siliziumnitridfilm. Weiterhin kann die zweite Isolierschicht 37 aus einem verteilten Bragg-Reflektor bestehen, der durch abwechselnd übereinanderliegende Isolierschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet wird.
  • Die zweite Isolierschicht 37 kann die erste Kontaktschicht 35 abdecken, wobei sie auch die erste Isolierschicht 33 abdeckt. Die zweite Isolierschicht 37 kann ebenfalls die Seitenfläche des Halbleiterstapels 30 im Chip-Trennungsbereich 30b abdecken.
  • Die zweite Isolierschicht 37 weist eine Öffnung 37a auf, die die erste Kontaktschicht 35 freilegt. Ferner sind die zweite Isolierschicht 37 und die erste Isolierschicht 33 mit einer Öffnung 37b, die die zweite Kontaktschicht 31 freilegt, ausgebildet.
  • Bezugnehmend auf 10(a) und (b) sind die ersten und zweiten Elektrodenfelder 39a, 39b auf der zweiten Isolierschicht 37 ausgebildet. Das erste Elektrodenfeld 39a ist mit der ersten Kontaktschicht 35 durch die Öffnung 37a hindurch verbunden, und das zweite Elektrodenfeld 39b ist mit der zweiten Kontaktschicht 31 durch die Öffnung 37b verbunden.
  • Das erste Elektrodenfeld 39a ist von dem zweiten Elektrodenfeld 39b getrennt und sowohl das erste als auch das zweite Elektrodenfeld 39a, 39b können in Draufsicht eine relativ große Fläche, beispielsweise nicht weniger als 1/3 der Fläche der LED-Einheit, einnehmen.
  • Bezugnehmend auf 11 ist auf dem ersten und zweiten Elektrodenfeld 39a und 39b eine Isolierschicht 43 ausgebildet. Die Isolierschicht 43 bedeckt das erste und zweite Elektrodenfeld 39a, 39b und weist Einschnitte auf, die die Oberseiten der Elektrodenfelder 39a, 39b freilegen. Weiterhin kann die Isolierschicht 43 einen Einschnitt aufweisen, der die zweite Isolierschicht 37 zwischen dem ersten und zweiten Elektrodenfeld 39a, 39b freilegt.
  • Anschließend werden die erste und zweite Erhebung 45a, 45b in den Einschnitten der Isolierschicht 43 gebildet, und eine Dummy-Erhebung 45c kann zwischen der ersten Erhebung und der zweiten Erhebung gebildet werden.
  • Die Erhebungen können durch Plattieren, beispielsweise Galvanisieren, unter Verwendung eines metallischen Materials gebildet werden. Bei Bedarf kann ebenfalls eine Keimschicht zum Plattieren gebildet werden.
  • Nach Bildung der ersten und zweiten Erhebungen 45a und 45b kann die Isolierschicht 43 entfernt werden. Zum Beispiel kann die Isolierschicht 43 aus einem Polymer, beispielsweise aus einem Photoresist, gebildet und nach der Bildung der Erhebungen entfernt werden. Alternativ dazu kann die Isolierschicht 43 zum Schutz der Seitenflächen der ersten und zweiten Erhebungen 45a , 45b bestehen bleiben.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Isolierschicht 43 so dargestellt, dass sie direkt auf dem ersten und zweiten Elektrodenfeld 39a , 39b ausgebildet ist. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann eine weitere Isolierschicht zum Abdecken des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a , 39b ausgebildet sein. Die andere Isolierschicht kann so gestaltet sein, dass sie Öffnungen aufweist, die das erste und zweite Elektrodenfeld 39a , 39b freilegt. Anschließend können die Verfahren zum Bilden der Isolierschicht 43 und der Erhebungen ausgeführt werden.
  • Bezugnehmend auf 12 wird das Wachstumssubstrat 21 entfernt und auf der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 ein Wellenlängenkonverter angebracht. Das Wachstumssubstrat 21 kann durch ein optisches Verfahren, wie zum Beispiel durch ein Laser-Lift-Off-Verfahren (LLO), mechanisches Polieren oder chemisches Ätzen entfernt werden.
  • Anschließend wird die freigelegte Fläche der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 anisotrop geätzt, wie zum Beispiel mittels photoelektrochemischen Ätzens (PEC) unter Bilden einer aufgerauten Oberfläche auf der freigelegten Halbleiterschicht vom ersten Leitähigkeitstyp 25.
  • Indes kann der Wellenlängenkonverter, wie zum Beispiel eine, Leuchtstoffe enthaltende Leuchtstofffolie, auf der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25 angebracht werden.
  • Alternativ dazu kann das Wachstumssubstrat 21 einen Fremdstoff zum Konvertieren einer Wellenlänge des in der aktiven Schicht 27 erzeugten Lichts enthalten. In diesem Fall kann das Wachstumssubstrat 21 als Wellenlängenkonverter 51 verwendet werden.
  • Anschließend wird die Struktur aus LED-Einheiten in einzelne Einheiten entlang des Chip-Trennungsbereichs 30b unter Bereitstellung fertiger LED-Einheiten 100 unterteilt. Zu diesem Zeitpunkt wird die zweite Isolierschicht 37 zusammen mit dem Wellenlängenkonverter 51 so geschnitten, dass deren Schnittebenen in einer Linie gebildet werden können.
  • 13 ist eine Schnittzeichnung, die ein Verfahren zur Herstellung der LED-Einheit 200 gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Bezugnehmend auf 13 sind die Arbeitsgänge im Herstellungsverfahren der LED-Einheit 200 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform bis zur Ausbildung des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a, 39b gleich denjenigen im vorstehend beschriebenen ( 10(a) und (b)) Herstellungsverfahren der LED-Einheit 100.
  • Nach Ausbildung des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a, 39b wird eine Isolierschicht 49 zum Abdecken des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a, 39b gebildet. Die Isolierschicht 49 kann die Seitenflächen des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a, 39b zum Schutz des ersten und zweiten Elektrodenfelds 39a, 39b abdecken. Die Isolierschicht 49 weist Öffnungen auf, die das erste und zweite Elektrodenfeld 39a, 39b freilegen. Anschließend werden zusätzliche Metallschichten 67a, 67b in den Öffnungen gebildet. Die zusätzlichen Metallschichten 67a, 67b können aus einem Bondmetall bestehen.
  • Das Substrat 61 wird auf das erste und zweite Elektrodenfeld 39a, 39b gebonded. Das Substrat 61 kann Durchgangsbohrungen aufweisen, in denen die erste und zweite Erhebung 65a, 65b gebildet werden können. Weiterhin können an den distalen Enden der ersten und zweiten Erhebung Felder 69a , 69b gebildet werden. Das die erste und zweite Erhebung 65a , 65b und die Felder 69a , 69b aufweisende Substrat 61 können getrennt hergestellt und an einen das erste und zweite Elektrodenfeld 39a, 39b aufweisenden Wafer gebonded werden.
  • Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 12 beschrieben ist, das Wachstumssubstrat 21 entfernt und ein Wellenlängenkonverter 51 kann auf die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 25, gefolgt von Teilen der Struktur aus LED-Einheiten in einzelne LED-Einheiten, aufgebracht werden. Als Ergebnis werden die fertigen LED-Einheiten 200 , wie sie in 2 beschrieben sind, bereitgestellt.
  • 14 ist eine Schnittzeichnung einer LED-Einheit 300 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 14 kann die LED-Einheit 300 einen Halbleiterstapel 130, der in eine Vielzahl lichtemittierender Zellen (hier sind nur zwei lichtemittierende Zellen S1, S2 gezeigt) unterteilt wird, eine erste Kontaktschicht 135, eine zweite Kontaktschicht 131, eine erste Isolierschicht 133, eine zweite Isolierschicht 137, ein erstes Elektrodenfeld 139a, ein zweites Elektrodenfeld 139b, einen Konnektor 139c, der benachbarte lichtemittierende Zellen in Reihe schaltet, eine erste Erhebung 145a und eine zweite Erhebung 145b umfassen. Ferner kann die LED-Einheit 300 eine dritte Isolierschicht 141, eine Isolierschicht 143, eine Dummy-Erhebung 145c, einen Wellenlängenkonverter 151 und zusätzliche Metallschichten 140a ,140b umfassen.
  • Der Halbleiterstapel 130 umfasst eine obere Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125, eine aktive Schicht 127 und eine untere Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129. Der Halbleiterstapel 130 der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist nahezu gleich zu dem in 1 beschriebenen Halbleiterstapel 30 und seine ausführliche Beschreibung wird hierin weggelassen.
  • Jede der lichtemittierenden Zellen S1, S2 weist eine Vielzahl von Kontaktlöchern 130a (siehe 18(b)) auf, die sich durch die untere Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129 und die aktive Schicht 127 hindurch erstrecken, um die obere Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp freizulegen, und die erste Kontaktschicht 135 ist in Kontakt mit der in der Vielzahl von Kontaktlöchern freigelegten oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125 . Die lichtemittierenden Zellen S1, S2 sind durch einen Bereich für die Trennung der Zellen 130b (siehe 18(b)) voneinander getrennt.
  • Die zweite Kontaktschicht 131 ist in Kontakt mit der unteren Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129 von jeder der lichtemittierenden Zellen S1, S2. Die zweite Kontaktschicht 131 umfasst eine reflektierende Metallschicht zur Reflexion des in der aktiven Schicht 127 erzeugten Lichts. Weiterhin kann die zweite Kontaktschicht 131 in ohmschem Kontakt mit der unteren Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129 sein.
  • Die erste Isolierschicht 133 bedeckt die zweite Kontaktschicht 131. Ferner bedeckt die erste Isolierschicht 133 eine in der Vielzahl von Kontaktlöchern 130a freigelegte Seitenwand des Halbleiterstapels 130. Außerdem kann die erste Isolierschicht 133 eine Seitenfläche von jeder der lichtemittierenden Zellen S1, S2 abdecken. Die erste Isolierschicht 133 isoliert die erste Kontaktschicht 135 von der zweiten Kontaktschicht 131, wobei sie auch die in der Vielzahl von Kontaktlöchern 130a freigelegte untere Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129 und die aktive Schicht 127 von der ersten Kontaktschicht 35 isoliert. Die erste Isolierschicht 133 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten bestehen, wie zum Beispiel aus einem Siliziumoxid- oder Siliziumnitridfilm. Zudem kann die erste Isolierschicht 133 aus einem verteilten Bragg-Reflektor aufgebaut sein, der durch abwechselnd übereinanderliegende Isolierschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes, zum Beispiel SiO2/ TiO2 oder SiO2/Nb2O5, gebildet wird.
  • Die erste Kontaktschicht 135 ist unter der ersten Isolierschicht 133 angeordnet und ist durch die erste Isolierschicht 133 hindurch in der Vielzahl von Kontaktlöchern 130a in jeder der lichtemittierenden Zellen S1, S2 in Kontakt mit der oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125. Die erste Kontaktschicht 135 umfasst Kontaktabschnitte 135a, die mit der oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125 in Kontakt sind, und einen Verbindungsabschnitt 135b, der die Kontaktabschnitte 135a miteinander verbindet. Daher sind die Kontaktabschnitte 135a durch den Verbindungsabschnitt 135b elektrisch miteinander verbunden. Die unter den entsprechenden lichtemittierenden Zellen S1, S2 angeordneten ersten Kontaktschichten 135 sind voneinander getrennt und unter einigen Bereichen der ersten Isolierschicht 133 ausgebildet. Die erste Kontaktschicht 135 kann aus einer reflektierenden Metallschicht bestehen.
  • Die unterhalb der ersten Kontaktschicht 135 gelegene zweite Isolierschicht 137 bedeckt die erste Kontaktschicht 135. Außerdem kann die zweite Isolierschicht 137 die erste Isolierschicht 133 abdecken, wobei sie auch die Seitenfläche von jeder der lichtemittierenden Zellen S1, S2 abdeckt. Die zweite Isolierschicht 137 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten bestehen. Alternativ dazu kann die zweite Isolierschicht 37 aus einem verteilten Bragg-Reflektor bestehen.
  • Das erste Elektrodenfeld 139a und das zweite Elektrodenfeld 139b sind unter der zweiten Isolierschicht 137 angebracht. Das erste Elektrodenfeld 139a kann durch die zweite Isolierschicht 137 hindurch mit der ersten Kontaktschicht 135 einer ersten lichtemittierenden Zelle S1 verbunden werden. Ferner kann das zweite Elektrodenfeld 139b mit der zweiten Kontaktschicht 31 einer zweiten lichtemittierenden Zelle S2 durch die zweite Isolierschicht 137 und die erste Isolierschicht 133 hindurch verbunden werden.
  • Der Konnektor 139c ist unter der zweiten Isolierschicht 137 angebracht und verbindet zwei benachbarte lichtemittierende Zellen S1, S2 durch die zweite Isolierschicht 137 hindurch elektrisch miteinander. Der Konnektor 139c kann die zweite Kontaktschicht 131 einer lichtemittierenden Zelle S1 mit der ersten Kontaktschicht 135 einer anderen dazu benachbarten lichtemittierenden Zelle S2 so verbinden, dass die zwei lichtemittierenden Zellen S1, S2 in Reihe geschaltet sind.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind zwei lichtemittierende Zellen S1, S2 dargestellt. Es ist jedoch selbstverständlich, dass zwei oder mehrere lichtemittierende Zellen über eine Vielzahl von Konnektoren 139c in Reihe geschaltet werden können. Hier können das erste und zweite Elektrodenfeld 139a, 139b der lichtemittierenden Zellen S1, S2 in Reihe geschaltet werden, wobei sie sich in einer solchen reihenweisen Anordnung gegenüberliegen.
  • Indes kann die unter dem ersten Elektrodenfeld 139a, dem zweiten Elektrodenfeld 139b und dem Konnektor 139c gelegene dritte Isolierschicht 141 das erste Elektrodenfeld 139a, das zweite Elektrodenfeld 139b und den Konnektor 139c abdecken. Die dritte Isolierschicht 141 kann eine das erste Elektrodenfeld 139a und das zweite Elektrodenfeld 139b freilegende Öffnung aufweisen. Die dritte Isolierschicht 141 kann aus einem Siliziumoxid- oder Siliziumnitridfilm gebildet sein.
  • Die erste Erhebung 145a und die zweite Erhebung 145b sind unter dem ersten beziehungsweise zweiten Elektrodenfeld 139a, 139b angeordnet. Die erste und zweite Erhebung 145a, 145b können durch Plattieren gebildet werden. Die erste und zweite Erhebung 145a, 145b , sind mit einer Leiterplatte, wie zum Beispiel mit einer MC-PCB, elektrisch verbundene Anschlüsse und weisen zueinander planparallele distale Enden auf. Zusätzlich kann das erste Elektrodenfeld 139a auf derselben Höhe wie das zweite Elektrodenfelds 139b so ausgebildet sein, dass die erste Erhebung 45a und die zweite Erhebung 45b ebenfalls auf derselben Ebene gebildet werden können. Daher können die erste und zweite Erhebung 45a , 45b dieselbe Höhe aufweisen.
  • Die zusätzlichen Metallschichten 140a, 140b können zwischen der ersten Erhebung 145a und dem ersten Elektrodenfeld 139a und zwischen der zweiten Erhebung 145b und dem zweiten Elektrodenfeld 139b abgeordnet sein. Hier sind die zusätzlichen Metallschichten 140a, 140b bereitgestellt, damit das erste und zweite Elektrodenfeld 139a, 139b höher als der Konnektor 139c liegen und sie können innerhalb der Öffnungen der dritten Isolierschicht 141 angeordnet sein. Das erste und zweite Elektrodenfeld 139a, 139b und die zusätzlichen Metallschichten 140a, 140b können die fertigen Elektrodenfelder bilden.
  • Die Dummy-Erhebung 145c kann indes zwischen der ersten Erhebung 145a und der zweiten Erhebung 145b angeordnet sein. Die Dummy-Erhebung 145c kann zusammen mit der ersten und zweiten Erhebung 145a, 145b ausgebildet sein, um einen Wärmedurchgang zum Ableiten von Wärme aus den lichtemittierenden Zellen S1, S2 bereitzustellen. Die Dummy-Erhebung 145c ist durch die dritte Isolierschicht 141 vom Konnektor 139c getrennt.
  • Die Isolierschicht 143 kann die Seitenflächen der ersten und zweiten Erhebung 145a , 145b abdecken. Die Isolierschicht 143 kann ebenfalls eine Seitenfläche der Dummy-Erhebung 145c abdecken. Außerdem füllt die Isolierschicht 143 die Zwischenräume zwischen der ersten Erhebung 145a , der zweiten Erhebung 145b und der Dummy-Erhebung 145c auf, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit von außen in den Halbleiterstapel 130 eindringt. Obwohl die Isolierschicht 143 so gestaltet werden kann, dass sie die gesamten Seitenflächen der ersten und zweiten Erhebung 145a, 145b abdeckt, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Alternativ dazu kann die Isolierschicht 143 die Seitenflächen der ersten und zweiten Erhebung 145a, 145b bis auf einige Bereiche der Seitenflächen in der Nähe der distalen Enden der ersten und zweiten Erhebung abdecken.
  • Der Wellenlängenkonverter 151 kann auf den lichtemittierenden Zellen S1, S2 angeordnet sein. Der Wellenlängenkonverter 151 kann an eine Oberseite der oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125 angrenzen. Der Wellenlängenkonverter 151 kann ebenfalls einen Bereich für die Trennung der Zellen 130b und einen Chip-Trennungsbereich abdecken. Der Wellenlängenkonverter 151 kann eine Leuchtstofffolie von einheitlicher Dicke sein, ohne dass er darauf beschränkt ist. Alternativ dazu kann der Wellenlängenkonverter 51 ein Substrat, beispielsweise ein Saphirsubstrat oder ein Siliziumsubstrat, sein, das zur Wellenlängenkonversion mit einem Fremdstoff dotiert ist.
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind die Seitenflächen der lichtemittierenden Zellen S1, S2 mit einer schützenden Isolierschicht abgedeckt. Die schützende Isolierschicht kann beispielsweise die erste Isolierschicht 133 und/oder die zweite Isolierschicht 137 umfassen. Zum Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen kann außerdem die erste Kontaktschicht 135 mit der zweiten Isolierschicht 137 bedeckt sein, und die zweite Kontaktschicht 131 kann mit der ersten Isolierschicht 133 und der zweiten Isolierschicht 137 bedeckt sein. Ferner sind das erste und zweite Elektrodenfeld 139a, 139b ebenfalls beispielsweise durch die dritte Isolierschicht 141 abgedeckt. Dementsprechend ist es möglich, eine Schädigung der lichtemittierenden Zellen S1, S2 durch Feuchtigkeit zu verhindern.
  • Der Wellenlängenkonverter 151 kann auf der oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125 auf Waferebene angebracht sein und wird dann zusammen mit der schützenden Isolierschicht während eines Chip-Trennungsverfahrens (oder Trennungsverfahren der Einheiten) durchtrennt. Daher kann eine Seitenfläche des Wellenlängenkonverters 151 auf einer Linie mit der schützenden Isolierschicht liegen. Weiterhin kann die Seitenfläche des Wellenlängenkonverters 151 auf einer Linie mit einer Seitenfläche der Isolierschicht 143 liegen.
  • 15 ist eine schematische Schnittzeichnung einer lichtemittierenden Diodeneinheit 400 gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 15 ist die LED-Einheit 400 nahezu gleich zu der LED-Einheit 300 gemäß der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind jedoch eine erste und zweite Erhebung 165a, 165b in einem Substrat 161 ausgebildet.
  • Insbesondere umfasst das Substrat 161 Durchgangsbohrungen, die die darin ausgebildete erste beziehungsweise zweite Erhebung 165a, 165b aufweisen. Das Substrat 161 ist, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Isoliersubstrat, zum Beispiel ein Saphirsubstrat oder ein Siliziumsubstrat.
  • Das Substrat 161 mit der ersten und zweiten Erhebung 165a , 165b kann auf eine dritte Isolierschicht 141 aufgebracht sein und die erste und zweite Erhebung 165a, 165b können entsprechend mit dem ersten und zweiten Elektrodenfeld 139a, 139b verbunden sein. Hier können die erste und zweite Erhebung 165a, 165b an die zusätzlichen Metallschichten 140a beziehungsweise 140b gebonded sein.
  • 16 ist eine Schnittzeichnung eines lichtemittierenden Diodenmoduls, das die LED-Einheiten 300 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform auf einer Leiterplatte umfasst.
  • Bezugnehmend auf 16 umfasst das LED-Modul eine Leiterplatte 171, beispielsweise eine MC-PCB, die LED-Einheit 300 und eine Linse 181. Die Leiterplatte 171, beispielsweise die MC-PCB, weist Anschlussfelder 173a, 173b auf, um darauf die LED-Einheiten 300 zu befestigen. Die erste und zweite Erhebung 145a, 145b (siehe 14) der LED-Einheit 300 sind mit den entsprechenden Anschlussfeldern 173a, 173b verbunden.
  • Auf der Leiterplatte 171 kann eine Vielzahl von LED-Einheiten 300 angebracht werden und die Linse 181 kann auf den LED-Einheiten 300 zum Einstellen des Winkels für die Ausrichtung des von den LED-Einheiten 300 emittierten Lichts angeordnet werden.
  • In anderen beispielhaften Ausführungsformen können die lichtemittierenden Diodeneinheiten 400 anstelle der LED-Einheiten 300 auf der Leiterplatte angebracht werden.
  • 17 bis 25 zeigen ein Verfahren zur Herstellung der LED-Einheit 300 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform. In 18 bis 23 ist (a) eine Draufsicht und (b) eine Schnittzeichnung entlang der Linie A-A von (a).
  • Bezugnehmend auf 17 wird ein Halbleiterstapel 130, der eine Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125, eine aktive Schicht 127 und eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129 umfasst, auf einem Wachstumssubstrat 121 gebildet. Das Wachstumssubstrat 121 und der Halbleiterstapel 130 sind nahezu gleich zu dem unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Substrat 21 und Halbleiterstapel 30, und ihre ausführliche Beschreibung wird daher hier weggelassen.
  • Bezugnehmend auf 18(a) und (b) wird der Halbleiterstapel 130 unter Bildung eines Trennungsbereichs 130c des Chips (der Chip-Einheit) und eines Bereichs für die Trennung der Zellen 130b strukturiert, während die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129 und die aktive Schicht 127 unter Bildung der lichtemittierenden Zellen S1, S2 strukturiert werden, wobei jede eine Vielzahl von Kontaktlöchern 130a aufweist, die die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125 freilegt. Der Halbleiterstapel 130 kann mittels Fotolithographie und Ätzverfahren strukturiert werden.
  • Der Chip-Trennungsbereich 130c ist ein Bereich zum Durchtrennen der Struktur aus LED-Einheiten in einzelne LED-Einheiten und die Seitenflächen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125, der aktiven Schicht 127 und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129 werden im Chip-Trennungsbereich 130c freigelegt. Vorteilhafterweise können der Chip-Trennungsbereich 130c und der Bereich für die Trennung der Zellen 130b so gestaltet werden, dass das Substrat 121 freigelegt wird, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Die Vielzahl von Kontaktlöchern 130a können, ohne darauf beschränkt zu sein, kreisförmig sein. Die Kontaktlöcher 130 können vielfältig geformt sein. Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129 und die aktive Schicht 127 sind an den Seitenwänden der Vielzahl von Kontaktlöchern 130a freigelegt. Die Kontaktlöcher 130a können geneigte Seitenwände aufweisen.
  • Bezugnehmend auf 19(a) und (b) ist auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129 eine zweite Kontaktschicht 131 ausgebildet. Die zweite Kontaktschicht 131 ist abgesehen von den der Vielzahl von Kontaktlöchern 130a entsprechenden Bereiche auf dem Halbleiterstapel 130 in jeder der lichtemittierenden Zellen S1, S2 ausgebildet.
  • Die zweite Kontaktschicht 131 kann einen transparenten leitfähigen Oxidfilm, wie zum Beispiel Indiumzinnoxid (ITO), oder eine reflektierende Metallschicht, wie zum Beispiel Silber (Ag) oder Aluminium (AI) umfassen. Die zweite Kontaktschicht 131 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten bestehen. Die zweite Kontaktschicht 131 kann ebenfalls so gestaltet sein, dass sie in ohmschem Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 129 ist.
  • Die zweite Kontaktschicht 131 kann vor oder nach Bildung der Vielzahl von Kontaktlöchern 130a gebildet sein.
  • Bezugnehmend auf 20(a) und (b) ist eine erste Isolierschicht 133 zum Abdecken der zweiten Kontaktschicht 131 ausgebildet. Die erste Isolierschicht 133 kann die Seitenfläche jeder der lichtemittierenden Zellen S1, S2 abdecken, wobei auch die Seitenwände der Vielzahl von Kontaktlöchern 130a abgedeckt werden. Hier kann die erste Isolierschicht 133 Öffnungen 133a aufweisen, die die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125 in der Vielzahl von Kontaktlöchern 130a freilegen.
  • Die erste Isolierschicht 133 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten bestehen, wie zum Beispiel aus einem Siliziumoxid- oder Siliziumnitridfilm. Außerdem kann die erste Isolierschicht 133 aus einem verteilten Bragg-Reflektor bestehen, der durch abwechselnd übereinanderliegende Isolierschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet wird. Zum Beispiel kann die erste Isolierschicht 133 durch abwechselnd übereinanderliegende SiO2/TiO2 oder SiO2/Nb2O5, gebildet sein. Weiter kann die erste Isolierschicht 133 durch Anpassen der Dicke von jeder der Isolierschichten so gebildet sein, dass ein verteilter Bragg-Reflektor mit hohem Reflexionsvermögen über einen großen Wellenlängenbereich von blauem, grünem und rotem Licht bereitgestellt wird.
  • Bezugnehmend auf 21 (a) und (b) ist auf der ersten Isolierschicht 133 eine erste Kontaktschicht 135 ausgebildet. Die erste Kontaktschicht 135 ist auf jeder lichtemittierenden Zellen S1, S2 ausgebildet und umfasst Kontaktbereiche 35a, die mit der in den Kontaktlöchern 130a freigelegten oberen Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125 in Kontakt sind, und einen Verbindungsabschnitt 135b, der die Kontaktabschnitte 135a miteinander verbindet. Die erste Kontaktschicht 135 kann aus einer reflektierenden Metallschicht bestehen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Dieser Text wurde durch das DPMA aus Originalquellen übernommen. Er enthält keine Zeichnungen. Die Darstellung von Tabellen und Formeln kann unbefriedigend sein.
  • Die erste Kontaktschicht 135 ist in einigen Bereichen von jeder der lichtemittierenden Zellen S1, S2 so ausgebildet, dass die erste Isolierschicht 133 in anderen Bereichen des Halbleiterstapels 130, in denen die erste Kontaktschicht 135 nicht ausgebildet ist, freigelegt ist.
  • Bezugnehmend auf 22(a) und (b) ist auf der ersten Kontaktschicht 135 eine zweite Isolierschicht 137 ausgebildet. Die zweite Isolierschicht 137 kann aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten bestehen, wie zum Beispiel aus einem Siliziumoxidfilm oder Siliziumnitridfilm. Alternativ dazu kann die zweite Isolierschicht 137 aus einem verteilten Bragg-Reflektor bestehen, der durch abwechselnd übereinanderliegende Isolierschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebildet wird.
  • Die zweite Isolierschicht 137 kann die erste Kontaktschicht 135 abdecken, wobei sie auch die erste Isolierschicht 133 abdeckt. Die zweite Isolierschicht 137 kann ebenfalls die Seitenfläche von jeder der lichtemittierenden Zellen S1, S2 abdecken. Außerdem kann die zweite Isolierschicht 137 den Chip-Trennungsbereich 130c und den Bereich für die Trennung der Zellen 130b füllen.
  • Die zweite Isolierschicht 137 weist eine Öffnung 137a auf, die die erste Kontaktschicht 135 von jeder der lichtemittierenden Zellen S1, S2 freilegt. Ferner sind die zweite Isolierschicht 137 und die erste Isolierschicht 133 mit einer Öffnung 137b , die die zweite Kontaktschicht 131 freilegt, ausgebildet.
  • Bezugnehmend auf 23(a) und (b) sind ein Konnektor 139c und das erste und zweite Elektrodenfeld 139a, 139b auf der zweiten Isolierschicht 137 ausgebildet. Das erste Elektrodenfeld 139a ist mit der ersten Kontaktschicht 135 einer ersten lichtemittierenden Zelle S1 durch die Öffnung 137a hindurch verbunden, und das zweite Elektrodenfeld 139b ist mit der zweiten Kontaktschicht 131 einer zweiten lichtemittierenden Zelle S2 durch die Öffnung 137b hindurch verbunden. Weiter schaltet der Konnektor 139c die erste Kontaktschicht 135 und die zweite Kontaktschicht 131 benachbarter lichtemittierender Zellen S1, S2 durch die Öffnungen 137a , 137b in Reihe.
  • Bezugnehmend auf 24 ist auf dem ersten und zweiten Elektrodenfeld 139a, 139b und dem Konnektor 139c eine dritte Isolierschicht 141 ausgebildet. Die dritte Isolierschicht 141 bedeckt das erste und zweite Elektrodenfeld 139a, 139b und den Konnektor 139c und weist Einschnitte auf, die die Oberseiten der Elektrodenfelder 139a, 139b freilegen. Indes kann die dritte Isolierschicht 141 zusätzliche Metallschichten 140a, 140b aufweisen, die in ihren Einschnitten ausgebildet sind. Die zusätzlichen Metallschichten 140a , 140b vergrößern die Höhe der Elektrodenfelder 139a, 139b, so dass die fertigen Elektrodenfelder höher als der Konnektor 139c liegen können. Die zusätzlichen Metallschichten 140a, 140b können vor Bildung der dritten Isolierschicht 141 gebildet werden. Die Oberseiten der zusätzlichen Metallschichten 140a, 140b können im Wesentlichen planparallel zu der Oberseite der dritten Isolierschicht 141 sein.
  • Bezugnehmend auf 25 wird auf der dritten Isolierschicht 141 eine strukturierte Isolierschicht 143 gebildet. Die strukturierte Isolierschicht 143 weist Einschnitte auf, die die Oberseite der ersten und zweiten Elektrodenfelder 139a, 139b, beispielsweise die zusätzlichen Metallschichten 140a, 140b freilegen. Weiterhin kann die strukturierte Isolierschicht 143 einen Einschnitt aufweisen, der die dritte Isolierschicht 141 zwischen dem ersten Elektrodenfeld 139a und dem zweiten Elektrodenfeld 139b freilegt.
  • Anschließend werden die erste und zweite Erhebung 145a, 145b in den Einschnitten der Isolierschicht 143 gebildet, und eine Dummy-Erhebung 145c kann zwischen der ersten und zweiten Erhebung gebildet werden.
  • Die Erhebungen können durch Plattieren, beispielsweise durch Galvanisieren, gebildet werden. Bei Bedarf kann ebenfalls eine Keimschicht zum Plattieren gebildet werden.
  • Nach der Bildung der ersten und zweiten Erhebung 145a und 145b kann die Isolierschicht 143 entfernt werden. Zum Beispiel kann die Isolierschicht 143 aus einem Polymer, beispielsweise aus einem Photoresist, gebildet und nach der Bildung der Erhebungen entfernt werden. Alternativ dazu kann die Isolierschicht 143 zum Schutz der Seitenflächen der ersten und zweiten Erhebung 145a , 145b bestehen bleiben.
  • Bezugnehmend auf 26 wird das Wachstumssubstrat 121 entfernt und auf die lichtemittierenden Zellen S1, S2 wird ein Wellenlängenkonverter 151 angebracht. Das Wachstumssubstrat 21 kann durch ein optisches Verfahren, wie zum Beispiel ein Laser-Lift-Off-Verfahren (LLO), mechanisches Polieren oder chemisches Ätzen entfernt werden.
  • Anschließend wird die freigelegte Fläche der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125 anisotrop geätzt, wie zum Beispiel mittels PEC-Ätzens, unter Bilden einer aufgerauten Oberfläche auf der freigelegten Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125.
  • Indes kann der Wellenlängenkonverter 151, wie zum Beispiel eine Leuchtstoffe enthaltende Leuchtstofffolie, auf die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp 125 angebracht werden.
  • Alternativ dazu kann das Wachstumssubstrat 121 einen Fremdstoff zum Konvertieren einer Wellenlänge des in der aktiven Schicht 127 erzeugten Lichts enthalten. In diesem Fall kann das Wachstumssubstrat 121 als Wellenlängenkonverter 151 verwendet werden.
  • Anschließend wird die Struktur aus LED-Einheiten in einzelne Einheiten entlang des Chip-Trennungsbereichs 130c unter Bereitstellung fertiger LED-Einheiten 300 unterteilt. Zu diesem Zeitpunkt wird die zweite Isolierschicht 137 zusammen mit dem Wellenlängenkonverter 151 so geschnitten, dass deren Schnittebenen in einer Linie gebildet werden können.
  • 27 ist eine Schnittzeichnung, die ein Verfahren zur Herstellung der LED-Einheit 400 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Bezugnehmend auf 27 sind die Arbeitsgänge im Herstellungsverfahren der LED-Einheit 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bis zur Ausbildung der dritten Isolierschicht 141 und der zusätzlichen Metallschichten 140a , 140b gleich denjenigen wie im vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren der LED-Einheit 300 (24).
  • In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird das Substrat 161 auf die dritte Isolierschicht 141 gebonded. Das Substrat 161 kann Durchgangsbohrungen aufweisen, in denen die erste und zweite Erhebung 165a, 165b ausgebildet werden können. Weiterhin können an den distalen Enden der ersten und zweiten Erhebung 165a , 165b Felder gebildet werden (nicht gezeigt). Zusätzlich kann das Substrat 161 auf seiner Unterseite teilweise ausgebildete und mit einem metallischen Material 165c gefüllte Einschnitte aufweisen. Das metallische Material 165c verbessert die Wärmeableitung.
  • Alternativ dazu kann das die erste und zweite Erhebung 165a, 165b aufweisende Substrat 161 getrennt hergestellt werden und an einen das erste und zweite Elektrodenfeld 139a, 139b aufweisenden Wafer gebonded werden. Die erste und zweite Erhebung 165a, 165b können mit dem ersten beziehungsweise zweiten Elektrodenfeld 139a, 139b elektrisch verbunden werden.
  • Anschließend wird, wie unter Bezugnahme auf 26 beschrieben ist, das Wachstumssubstrat 121 entfernt und ein Wellenlängenkonverter 151 kann auf die lichtemittierenden Zellen S1, S2 gefolgt von Teilen der Struktur aus LED-Einheiten in einzelne LED-Einheiten aufgebracht werden. Als Ergebnis werden die fertigen LED-Einheiten 400, wie sie in 15 beschrieben sind, bereitgestellt.
  • Somit stellen die beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung LED-Einheiten auf Waferebene bereit, die direkt ohne Verwendung eines herkömmlichen Leiterrahmens oder einer gedruckten Leiterplatte auf einer Leiterplatte zur Modulherstellung gebildet werden können. Dementsprechend kann die LED-Einheit eine hohe Effizienz und bessere Wärmeableitung aufweisen, wobei Kosten und Zeit für die Fertigung der LED-Einheit verringert werden. Außerdem kann ein LED-Modul mit der darauf angebrachten LED-Einheit eine hohe Effizienz und bessere Wärmeableitung aufweisen.
  • Desweiteren kann die LED-Einheit eine Vielzahl in Reihe geschalteter lichtemittierender Zellen und antiparallel geschalteter Arrays umfassen. Ferner kann die Vielzahl lichtemittierender Zellen mit einem Brückengleichrichter verbunden sein und zur Bildung eines Brückengleichrichters verwendet werden. Daher kann das LED-Modul, das die LED-Einheit umfasst, mit Gleichstrom ohne separatem AC/DC-Wandler betrieben werden.

Claims (25)

  1. Lichtemittierende Diodeneinheit, LED-Einheit, umfassend: einen Halbleiterstapel (30, 130), der eine Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps (25, 125), eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps (29, 129) und eine aktive Schicht (27, 127), die zwischen der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist, umfasst; eine Vielzahl von Kontaktlöchern (30a, 130a), die in der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und der aktiven Schicht angeordnet sind, wobei die Kontaktlöcher die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp freilegen; eine auf einer ersten Seite des Halbleiterstapels angeordnete erste Erhebung (45a, 145a), wobei die erste Erhebung mit der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp über die Vielzahl von Kontaktlöchern elektrisch verbunden ist; eine auf der ersten Seite des Halbleiterstapels angeordnete zweite Erhebung (45b, 145b), wobei die zweite Erhebung mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp elektrisch verbunden ist; eine erste Kontaktschicht (35, 135), die die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Vielzahl von Kontaktlöchern kontaktierende erste Kontaktabschnitte (35a, 135a) und einen Verbindungsabschnitt (35b, 135b) umfasst, der die ersten Kontaktabschnitte miteinander verbindet; eine zweite Kontaktschicht (31, 131), die in Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist; und ein erstes Elektrodenfeld (39a, 139a), das zwischen der ersten Erhebung und der ersten Kontaktschicht angeordnet ist, wobei der Halbleiterstapel Seitenflächen aufweist, an denen die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und die aktive Schicht freigelegt sind, wobei eine schützende Isolierschicht vorgesehen ist, die eine erste Isolierschicht (33, 133) und eine zweite Isolierschicht (37, 137) umfasst, wobei die erste Isolierschicht zwischen der ersten Kontaktschicht und der zweiten Kontaktschicht angeordnet ist und die zweite Kontaktschicht bedeckt, und die zweite Isolierschicht die erste Isolierschicht und die erste Kontaktschicht bedeckt, wobei die erste Isolierschicht und/oder die zweite Isolierschicht einen verteilten Bragg-Reflektor umfasst.
  2. LED-Einheit nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Wellenlängenkonverter (51, 151), der auf einer zweiten Seite des Halbleiterstapels angeordnet ist, wobei die zweite Seite der ersten Seite des Halbleiterstapels gegenüberliegt.
  3. LED-Einheit nach Anspruch 2, wobei der Wellenlängenkonverter eine Leuchtstofffolie oder ein mit einem Fremdstoff dotiertes Einkristallsubstrat ist.
  4. LED-Einheit nach Anspruch 3, wobei der Wellenlängenkonverter eine mit einer Seitenfläche der schützenden Isolierschicht bündige Seitenfläche umfasst.
  5. LED-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Erhebung mit der ersten Kontaktschicht über das erste Elektrodenfeld elektrisch verbunden ist und die zweite Erhebung mit der zweiten Kontaktschicht über ein zweites Elektrodenfeld elektrisch verbunden ist.
  6. LED-Einheit nach Anspruch 5, wobei das erste Elektrodenfeld durch ein in der zweiten Isolierschicht angeordnetes erstes Kontaktloch hindurch in Kontakt mit der ersten Kontaktschicht ist und das zweite Elektrodenfeld durch ein in der zweiten Isolierschicht und der ersten Isolierschicht angeordnetes zweites Kontaktloch hindurch in Kontakt mit der zweiten Kontaktschicht ist, wobei die erste Erhebung und die zweite Erhebung in Kontakt mit dem ersten Elektrodenfeld beziehungsweise dem zweiten Elektrodenfeld sind.
  7. LED-Einheit nach Anspruch 5 oder 6, weiterhin umfassend ein Substrat, das eine erste Durchgangsbohrung und eine zweite Durchgangsbohrung umfasst, wobei die erste Erhebung und die zweite Erhebung in der ersten Durchgangsbohrung beziehungsweise der zweiten Durchgangsbohrung angeordnet sind.
  8. LED-Einheit nach Anspruch 7, wobei die erste und die zweite Durchgangsbohrung das erste bzw. das zweite Elektrodenfeld freilegen.
  9. LED-Einheit nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die erste und zweite Erhebung planparallele distale Enden aufweisen.
  10. LED-Einheit nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die erste und die zweite Erhebung die gleiche Höhe aufweisen.
  11. LED-Einheit nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei das erste Elektrodenfeld auf der gleichen Höhe wie das zweite Elektrodenfeld ausgebildet ist.
  12. LED-Einheit nach einem der Ansprüche 5 bis 11, weiter umfassend einen auf der ersten Seite des Halbleiterstapels angeordneten Konnektor (139c), der benachbarte lichtemittierende Zellen miteinander elektrisch in Serie verbindet.
  13. LED-Einheit nach Anspruch 12, wobei der Konnektor die erste Kontaktschicht einer der benachbarten lichtemittierenden Zellen mit der zweiten Kontaktschicht einer anderen der benachbarten lichtemittierenden Zellen elektrisch verbindet.
  14. LED-Einheit nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Konnektor auf der gleichen Höhe wie das erste Elektrodenfeld und das zweite Elektrodenfeld angeordnet ist.
  15. LED-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Isolierschicht Öffnungen zur Freilegung der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweist.
  16. LED-Einheit nach Anspruch 15, wobei die Öffnungen in der ersten Isolierschicht die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp in der Vielzahl von Kontaktlöchern freilegen.
  17. LED-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kontaktschicht eine reflektierende Metallschicht umfasst.
  18. LED-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kontaktschicht einen transparenten leitenden Oxidfilm oder eine reflektierende Metallschicht umfasst.
  19. LED-Einheit nach Anspruch 18, wobei der transparente leitende Oxidfilm Indiumzinnoxid (ITO) und die reflektierende Metallschicht Silber (Ag) oder Aluminium (AI) enthält.
  20. LED-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kontaktschicht aus einer einzelnen Schicht oder mehreren Schichten zusammengesetzt sein kann.
  21. LED-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kontaktschicht einen ohmschen Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp ausbildet.
  22. LED-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend eine weitere Isolierschicht (43, 61, 143, 161), die auf den Seitenflächen der ersten Erhebung und der zweiten Erhebung angeordnet ist.
  23. LED-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend eine zwischen der ersten Erhebung (145a) und der zweiten Erhebung (145b) vorgesehene Dummy-Erhebung (145c).
  24. LED-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Isolierschicht die Seitenflächen des Halbleiterstapels abdeckt.
  25. Lichtemittierendes Modul (LED-Modul), umfassend: eine Leiterplatte; eine auf der Leiterplatte angeordnete LED-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 24 und eine Linse zum Einstellen des Winkels für die Ausrichtung des von der LED-Einheit abgestrahlten Lichts.
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