DE112013003887T5 - Leuchtdiodenarray auf Wafer-Ebene - Google Patents

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Joon Sup Lee
Daewoong Suh
Hyun A Kim
Won Young Roh
Min Woo Kang
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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leuchtdiodenarray (LED-Array) auf Wafer-Ebene. Ein LED-Array gemäß einer Ausführungsform umfasst: ein Wachstumssubstrat; eine Mehrzahl von auf dem Substrat angeordneten LEDs, von denen jede eine erste Halbleiterschicht, eine Aktivierungsschicht und eine zweite Halbleiterschicht aufweist; eine Mehrzahl von oberen, auf der Mehrzahl von LEDs angeordneten und aus dem gleichen Material gebildeten und jeweils mit den ersten Halbleiterschichten der entsprechenden LEDs elektrisch verbundenen Elektroden; sowie erste und zweite, auf den oberen Elektroden angeordnete Kontaktstellen. Eine oder mehrere der oberen Elektroden sind mit den zweiten Halbleiterschichten daran angrenzender LEDs elektrisch verbunden, wobei die anderen der oberen Elektroden von den zweiten Halbleiterschichten der daran angrenzenden LEDs isoliert sind, die LEDs durch die oberen Elektroden in Reihe geschaltet verbunden sind, die erste Kontaktstelle mit einer Eingangs-LED aus den in Reihe geschaltet verbundenen LEDs elektrisch verbunden ist und die zweite Kontaktstelle mit einer Ausgangs-LED aus den in Reihe geschaltet verbundenen LEDs elektrisch verbunden ist. Dementsprechend kann ein LED-Array vom Flip-Chip-Typ vorgesehen werden, das mit hoher Spannung betrieben werden kann.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leuchtdiodenarray, und insbesondere auf ein Leuchtdiodenarray mit einer Mehrzahl von durch Drähte verbundenen und zu einem Flip-Chip-Typ geformten Leuchtdioden.
  • [Stand der Technik]
  • Eine Leuchtdiode ist eine Vorrichtung zum Ausführen eines Licht emittierenden Vorgangs, wenn eine Spannung in Höhe einer Einschaltspannung oder mehr daran über entsprechende Anoden- und Kathodenanschlüsse angelegt wird. Im Allgemeinen weist die Einschaltspannung, um die Leuchtdiode zur Abgabe von Licht zu bewirken, einen deutlich niedrigeren Wert als die Spannung einer herkömmlichen Stromquelle auf. Daher hat die Leuchtdiode den Nachteil, dass sie nicht direkt im Rahmen der herkömmlichen Wechselstromquelle von 110 V oder 220 V verwendet werden kann. Für den Betrieb der Leuchtdiode unter Verwendung der herkömmlichen Wechselstromquelle ist ein Spannungswandler zum Absenken der gelieferten Wechselspannung erforderlich. Dementsprechend ist eine Treiberschaltung für die Leuchtdiode vorgesehen, die zu einem zu einen Anstieg der Fertigungskosten für eine Beleuchtungsvorrichtung, einschließlich der Leuchtdiode, führt. Wenn eine diskrete Treiberschaltung vorgesehen ist, wird das Volumen der Beleuchtungsvorrichtung erhöht und unnötige Wärme erzeugt. Zusätzlich treten Probleme auf, wie etwa die Verbesserung eines Leistungsfaktors für den gelieferten Strom.
  • Um die herkömmliche Wechselstromquelle in einem Zustand zu verwenden, in dem ein diskretes Spannungswandlermittel ausgeschlossen ist, wurde ein Verfahren zum Bau eines Arrays vorgeschlagen, indem eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Leuchtdioden-Chips miteinander verbunden wird. Um die Leuchtdioden als ein Array zu realisieren, sollten die Leuchtdioden-Chips einzelne Pakete bilden. Somit sind ein Substrattrennverfahren, ein Verpackungsverfahren für einen abgetrennten Leuchtdioden-Chip und Ähnliches erforderlich. Ein Montageverfahren für das Anordnen der Pakete auf einem Arraysubstrat und ein Verdrahtungsverfahren zum Bilden von Verdrahtungen zwischen Elektroden der Pakete sind zusätzlich erforderlich. Daher bestehen Probleme darin, dass sich die Bearbeitungszeit für den Herstellung des Arrays verlängert und die Fertigungskosten für das Array steigen.
  • Ferner wird Drahtbonden für das Verdrahtungsverfahren zum Bilden des Arrays verwendet und zusätzlich wird eine Formteil-Schicht zum Schützen der Bonddrähte auf der gesamten Oberfläche des Arrays gebildet. Dementsprechend gibt es das Problem, dass ein Formteilverfahren zum Bilden der Formteil-Schicht zusätzlich erforderlich ist, wodurch die Verfahren noch komplexer werden. Insbesondere im Fall der Anwendung eines Chip-Typs mit einer lateralen Struktur wird die Leuchtleistung des Leuchtdioden-Chips verringert und die Qualität der Leuchtdiode verschlechtert sich aufgrund der erzeugten Hitze.
  • Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, wurde ein Leuchtdioden-Chip-Array vorgeschlagen, in dem ein Array, einschließlich einer Mehrzahl von Leuchtdioden-Chips, als ein einzelnes Paket gefertigt wird.
  • In der koreanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-0035745 ist eine Mehrzahl von Leuchtdioden-Chips vom lateralen Typ auf einem einzelnen Substrat durch unter Verwendung eines Luftbrückenverfahrens geformte Metallverdrahtungen elektrisch verbunden. Nach dieser Offenlegungsschrift gibt es den Vorteil, dass kein diskretes Verpackungsverfahren für jeden der einzelnen Chips erforderlich ist, und ein Array wird auf Wafer-Ebene gebildet. Allerdings führt die Luftbrücken-Verbindungsstruktur zu schwacher Dauerhaftigkeit und der laterale Typ verursacht das Problem einer Verschlechterung der Leuchtleistung oder der Wärmeabgabeleistung.
  • In US-Patent Nr. 6,573,537 wird eine Mehrzahl von Leuchtdioden vom Flip-Chip-Typ auf einem einzelnen Substrat gebildet. Allerdings liegen n- und p-Elektroden einer jeden Leuchtdiode nach außen in einem Zustand frei, in dem die n- und p-Elektroden voneinander getrennt werden. Daher sollte ein Verdrahtungsverfahren zum Verbinden einer Mehrzahl von Elektroden miteinander hinzugefügt werden, um eine einzelne Stromquelle zu verwenden. Zu diesem Zweck wird in dem US-Patent ein Montagebasissubstrat (submount substrate) verwendet. Das heißt, die Leuchtdioden vom Flip-Chart-Typ sollten auf einem diskreten Montagebasissubstrat zum Verdrahten zwischen den Elektroden angebracht werden. Mindestens zwei Elektroden für eine elektrische Verbindung mit einem anderen Substrat sollten auf der Rückseite des Montagebasissubstrats gebildet werden. Da die Leuchtdioden vom Flip-Chart-Typ verwendet werden, besteht in dem US-Patent der Vorteil einer Verbesserung der Leuchtleistung und der Wärmeabgabeleistung. Hingegen führt die Verwendung eines Montagebasissubstrats zu einem Anstieg sowohl bei den Fertigungskosten als auch bei der Dicke des Endprodukts. Zusätzlich gibt es weitere Nachteile durch den Bedarf eines zusätzlichen Verdrahtungsverfahrens für das Montagebasissubstrat und eines zusätzlichen Verfahrens zur Montage des Montagebasissubstrats auf einem neuen Substrat.
  • In der koreanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-0002161 wird eine Konfiguration offengelegt, in der Leuchtdioden vom Flip-Chip-Typ in Reihe geschaltet miteinander verbunden sind. Gemäß der Patentoffenlegungsschrift ist kein Verpackungsverfahren auf Chipbasis erforderlich und die Verwendung der Leuchtdioden vom Flip-Chart-Typ weist einen Verbesserungseffekt bei der Leuchtleistung und der Wärmeabgabeleistung auf. Allerdings wird eine diskrete reflektierende Schicht neben der Verdrahtung zwischen den n-Typ- und p-Typ-Halbleiterschichten verwendet und eine Schaltungsverdrahtung kommt auf der n-Typ-Elektrode zum Einsatz. Daher sollte eine Mehrzahl von strukturierten Metallschichten gebildet werden. Zu diesem Zweck sollten verschiedene Arten von Masken verwendet werden, was zu einem Problem wird. Zusätzlich treten Abblätterungen oder Risse aufgrund eines unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der n-Elektrode und der Zwischenverbindungselektrode oder Ähnlichem auf und daher gibt es das Problem, dass ein elektrischer Kontakt dazwischen geöffnet wird.
  • [Offenlegung der Erfindung]
  • [Technisches Problem]
  • Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Leuchtdiodenarrays vom Flip-Chip-Typ, das bei hoher Spannung betrieben werden kann.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Leuchtdiodenarrays, das ohne ein Montagebasissubstrat direkt auf einer Leiterplatte oder Ähnlichem angebracht werden kann.
  • Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Leuchtdiodenarrays vom Flip-Chip-Typ, das einen Lichtverlust ohne Verwendung einer diskreten reflektierenden Metallschicht neben den Drähten zum Verbinden einer Mehrzahl von Leuchtdioden verhindern kann.
  • Ein noch anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Leuchtdiodenarrays, welches das Auftreten von Rissen in die Leuchtdioden abdeckenden Schichten verhindern kann, wodurch deren Zuverlässigkeit verbessert wird.
  • Andere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind durch die folgende Beschreibung ersichtlich und auch besser verständlich.
  • [Technische Lösung]
  • Zu einem Leuchtdiodenarray nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehören ein Wachstumssubstrat; eine Mehrzahl von auf dem Substrat angeordneten Leuchtdioden, wobei jede aus der Mehrzahl von Leuchtdioden eine erste Halbleiterschicht, eine aktive Schicht und eine zweite Halbleiterschicht aufweist; eine Mehrzahl von oberen, auf der Mehrzahl von Leuchtdioden angeordneten und aus einem identischen Material gebildeten Elektroden, wobei jede aus der Mehrzahl von oberen Elektroden mit der ersten Halbleiterschicht einer jeweiligen Leuchtdiode elektrisch verbunden ist; und erste und zweite, auf den oberen Elektroden angeordnete Kontaktstellen (Kontaktpads). Mindestens eine der oberen Elektroden ist mit der zweiten Halbleiterschicht einer der angrenzenden Leuchtdioden elektrisch verbunden, und eine andere der oberen Elektroden ist von der zweiten Halbleiterschicht einer der angrenzenden Leuchtdioden isoliert. Die Leuchtdioden sind durch die oberen Elektroden in Reihe geschaltet verbunden. Die erste Kontaktstelle ist mit einer Eingangsleuchtdiode unter den in Reihe geschaltet verbundenen Leuchtdioden elektrisch verbunden. Die zweite Kontaktstelle ist mit einer Ausgangsleuchtdiode unter den in Reihe geschaltet verbundenen Leuchtdioden elektrisch verbunden.
  • Dementsprechend ist ein Leuchtdiodenarray vom Flip-Chart-Typ vorgesehen, das bei hoher Spannung betrieben werden kann. Da die Leuchtdioden durch die oberen Elektroden in Reihe geschaltet verbunden sind, bedarf es ferner keines Montagebasissubstrats für das elektrische Verbinden der Leuchtdioden.
  • Jede der ersten und zweiten Kontaktstellen kann über mindestens zwei der Leuchtdioden liegen. Die erste oder zweite Kontaktstelle kann so ausgebildet sein, dass sie mindestens 1/3 und weniger als 1/2 der Gesamtfläche des Leuchtdiodenarrays einnimmt. Die ersten und zweiten Kontaktstellen sind so ausgebildet, dass sie relativ groß sind, wodurch das Leuchtdiodenarray problemlos auf einer Leiterplatte oder Ähnlichem durch Löten oder Ähnliches angebracht und fest montiert werden kann.
  • Die ersten und zweiten Kontaktstellen können aus einem identischen Material in einem identischen Verfahren gebildet werden. Somit können die ersten und zweiten Kontaktstellen auf einer identischen Ebene liegen.
  • Jede der ersten und zweiten Kontaktstellen kann eine erste Schicht umfassend Ti, Cr oder Ni; und eine zweite, auf der ersten Schicht gebildete Schicht umfassend Al, Cu, Ag oder Au einschließen. Zudem kann die erste oder zweite Kontaktschicht ferner eine Kontaktstellen-Sperrschicht eines leitfähigen Materials einschließen. Dementsprechend ist es möglich, die Diffusion eines metallischen Materials, wie etwa Sn, aus einem Lötmetall oder Ähnlichem zu verhindern. Somit ist es möglich, ein Leuchtdiodenarray vorzusehen, das durch Löten sicher montiert werden kann. Die Kontaktstellen-Sperrschicht kann eine Schicht von Cr, Ni, Ti, W, TiW, Mo, Pt oder einen Verbund davon einschließen.
  • Ferner kann das Leuchtdiodenarray eine erste isolierende, zwischen den Leuchtdioden und den oberen Elektroden angeordnete Zwischenschicht einschließen. Die oberen Elektroden können von den Seitenflächen der Leuchtdioden durch die erste isolierende Zwischenschicht isoliert sein. Die erste isolierende Zwischenschicht kann die Seitenflächen der Leuchtdioden sowie die Regionen zwischen den Leuchtdioden abdecken. Die oberen Elektroden können auf der ersten isolierenden Zwischenschicht liegen und können den Großteil der Regionen zwischen den Leuchtdioden abdecken. In einem klassischen Fall, in dem eine lineare Verdrahtung verwendet wird, deckt die Verdrahtung die Regionen zwischen den Leuchtdioden kaum ab. Hingegen decken die oberen Elektroden mindestens 30 %, mindestens 50 % oder sogar mindestens 90 % der Regionen zwischen den Leuchtdioden ab. Allerdings decken die oberen Elektroden weniger als 100 % der Regionen zwischen den Leuchtdioden ab, da die oberen Elektroden voneinander entfernt liegen.
  • Die oberen Elektroden können so ausgebildet sein, dass sie relative große Flächen aufweisen, um den durch die oberen Elektroden verursachten Widerstand zu verringern. Somit ist es möglich, die Stromverteilung zu erleichtern und die Vorwärtsspannung des Leuchtdiodenarrays zu verringern.
  • Ferner kann das Leuchtdiodenarray untere, jeweils auf den zweiten Halbleiterschichten der Leuchtdioden angeordnete Elektroden einschließen. Die erste isolierende Zwischenschicht kann einen Teil der unteren Elektrode auf jeder Leuchtdiode freilegen. Die obere(n), mit der zweiten Halbleiterschicht der angrenzenden Leuchtdiode elektrisch verbundene(n) Elektrode(n) kann/können mit dem freigelegten Teil der unteren Elektrode durch die erste isolierende Zwischenschicht verbunden sein. Jede der unteren Elektroden kann eine reflektierende Schicht einschließen.
  • Ferner kann das Leuchtdiodenarray eine zweite isolierende, die oberen Elektroden abdeckende Zwischenschicht einschließen. Die zweite isolierende Zwischenschicht kann die untere, auf der zweiten Halbleiterschicht der Eingangsleuchtdiode angeordnete Elektrode und die obere, mit der ersten Halbleiterschicht der Ausgangsleuchtdiode verbundene Elektrode freilegen. Unterdessen kann jede der ersten und zweiten Kontaktstellen mit den unteren und oberen Elektroden durch die zweite isolierende Zwischenschicht verbunden sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann jede der Leuchtdioden ein Durchgangsloch aufweisen, um das Freilegen der ersten Halbleiterschicht durch die zweite Halbleiterschicht und die aktive Schicht zu bewirken. Jede der oberen Elektroden kann mit der ersten Halbleiterschicht einer jeweiligen Leuchtdiode durch das Durchgangsloch verbunden sein.
  • Unterdessen können die oberen Elektroden mindestens 30 % und weniger als 100 % der Gesamtfläche des Leuchtdiodenarrays einnehmen.
  • Jede der oberen Elektroden kann in Form einer Platte oder eines Blechs mit einem Verhältnis Länge/Breite im Bereich von 1:3 bis 3:1 vorliegen. Anders als eine herkömmliche lineare Verdrahtung, ist es – da die oberen Elektroden in Form einer Platte oder eines Blechs vorliegen – möglich, die Stromverteilung zu erleichtern und die Vorwärtsspannung des Leuchtdiodenarrays zu verringern.
  • Mindestens eine der oberen Elektroden kann breiter bzw. länger als eine der jeweiligen Leuchtdioden sein. Somit kann die obere Elektrode die Region zwischen den Leuchtdioden abdecken und kann in der aktiven Schicht erzeugtes Licht in Richtung des Substrats reflektieren.
  • Ferner kann jede der Leuchtdioden durch eine mesa-geätzte, das Substrat freilegende Region getrennt sein, und durch Mesaätzung freigelegte Seitenflächen der dünnen Schichten können Neigungswinkel zwischen 10 und 60 Grad in Bezug auf das Substrat aufweisen. Dementsprechend ist es möglich, das Entstehen von Rissen in den die mesa-geätzte Region abdeckenden Schichten zu verhindern.
  • Ferner kann das Leuchtdiodenarray eine erste isolierende, zwischen den Leuchtdioden und den oberen Elektroden angeordnete Zwischenschicht umfassen. Die oberen Elektroden können Seitenflächen mit Neigungswinkeln zwischen 10 und 45 Grad in Bezug auf eine Oberfläche der ersten isolierenden Zwischenschicht einschließen. Dementsprechend ist es möglich, das Entstehen von Rissen in den, die oberen Elektroden abdeckenden Schichten zu verhindern. Die oberen Elektroden können Dicken in einem Bereich von 2000 bis 10000Å aufweisen.
  • Ferner kann das Leuchtdiodenarray untere, jeweils auf den zweiten Halbleiterschichten der Leuchtdioden angeordnete Elektroden einschließen. Die erste isolierende Zwischenschicht kann einen Teil der unteren Elektrode einer jeden Leuchtdiode freilegen. Die erste isolierende Zwischenschicht kann einen Teil der unteren Elektrode einer jeden Leuchtdiode freilegen. Die obere(n), mit der zweiten Halbleiterschicht einer der angrenzenden Leuchtdioden elektrisch verbundene(n) Elektrode(n) kann/können mit der freigelegten unteren Elektrode durch die erste isolierende Zwischenschicht verbunden sein.
  • Jede der unteren Elektroden kann eine Seitenfläche mit einem Neigungswinkel zwischen 10 und 45 Grad mit einer Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht einschließen. Dementsprechend ist es möglich, das Entstehen von Rissen in den, die unteren Elektroden abdeckenden Schichten zu verhindern. Die Dicken der unteren Elektroden können in einem Bereich zwischen 2000 und 10000Å liegen.
  • Die erste isolierende Zwischenschicht kann eine Seitenfläche mit einem Neigungswinkel zwischen 10 und 60 Grad in Bezug auf eine Oberfläche der freigelegten unteren Elektrode einschließen. Dementsprechend ist es möglich, das Entstehen von Rissen in den, die erste isolierende Zwischenschicht abdeckenden Schichten zu verhindern. Die erste isolierende Zwischenschicht kann eine Dicke zwischen 2000 und 20000Å aufweisen.
  • Unterdessen kann das Leuchtdiodenarray ferner eine zweite isolierende, die oberen Elektroden abdeckende Zwischenschicht einschließen. Die zweite isolierende Zwischenschicht kann die untere, auf der zweiten Halbleiterschicht der Eingangsleuchtdiode angeordnete Elektrode und die obere, mit der ersten Halbleiterschicht der Ausgangsleuchtdiode verbundene Elektrode freilegen. Jede der ersten und zweiten Kontaktstellen kann mit den unteren und oberen Elektroden durch die zweite isolierende Zwischenschicht verbunden sein.
  • Zudem kann die zweite isolierende Zwischenschicht eine Seitenfläche mit einem Neigungswinkel zwischen 10 und 60 Grad in Bezug auf eine Oberfläche der oberen Elektrode einschließen. Somit ist es möglich das Entstehen von Rissen in den ersten und zweiten, die zweite isolierende Zwischenschicht abdeckenden Kontaktstellen zu verhindern. Die zweite isolierende Zwischenschicht kann eine Dicke zwischen 2000 und 20000Å aufweisen.
  • Jede der Leuchtdioden kann ein Durchgangsloch aufweisen, das einen Teil der ersten Halbleiterschicht dadurch freilegt, und jede der oberen Elektroden kann mit der ersten Halbleiterschicht einer entsprechenden Leuchtdiode durch das Durchgangsloch verbunden sein.
  • Die Seitenneigungswinkel der durch das Durchgangsloch freigelegten Schichten können in einem Bereich zwischen 10 und 60 Grad liegen. Dementsprechend ist es möglich, das Entstehen von Rissen in den das Durchgangsloch abdeckenden Schichten zu verhindern.
  • [Vorteilhafte Wirkungen]
  • Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Leuchtdiodenarray auf Wafer-Ebene vorzusehen, das bei hoher Spannung betrieben und direkt auf eine Leiterplatte oder Ähnliches montiert werden kann. Insbesondere ist kein Montagebasissubstrat erforderlich, da Leuchtdioden des Leuchtdiodenarrays durch obere Elektroden in Reihe geschaltet verbunden sind. Da die obere Elektrode eine ohmsche Kontaktschicht einschließen kann, ist es nicht notwendig, eine separate ohmsche Kontaktschicht zu bilden.
  • Zusätzlich sind Seitenflächen der Leuchtdioden so ausgebildet, dass sie sich in einem vorgegebenen Winkel neigen, so dass es möglich ist, ein Leuchtdiodenarray vom Flip-Chip-Typ auf Wafer-Ebene vorzusehen, das eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist. Ferner sind die Seitenflächen der unteren Elektroden, der ersten isolierenden Zwischenschicht, der oberen Elektroden oder der zweiten isolierenden Zwischenschicht so ausgebildet, dass sie sich in einem vorgegebenen Winkel neigen, so dass es möglich ist, das Entstehen von Rissen in einer anderen, auf den jeweiligen Schichten gebildeten Schicht zu vermeiden.
  • Ferner können die oberen Elektroden zum Reflektieren von Licht verwendet werden, da die oberen Elektroden eine relativ große Fläche belegen und auch die Seitenflächen der Leuchtdioden und den Großteil der Regionen zwischen den Leuchtdioden abdecken. Somit ist es möglich, einen Verlust des in den Regionen zwischen den Leuchtdioden erzeugten Lichts zu verringern. Daher ist es nicht notwendig, neben den oberen Elektroden zusätzlich eine separate reflektierende Metallschicht zum Reflektieren von Licht zu bilden.
  • Außerdem sind die oberen Elektroden in Form einer breiten Platte oder eines breiten Blechs hergestellt, wodurch die Stromverteilungsleistung verbessert und die Vorwärtsspannung bei identischer Stromstärke unter Verwendung einer identischen Anzahl von Leuchtdioden verringert wird.
  • [Beschreibung der Zeichnungen]
  • 1 und 2 sind eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die zeigen, dass eine Mehrzahl von Durchgangslöchern in einer laminierten Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
  • 3 und 4 sind eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die zeigen, dass untere Elektroden auf einer zweiten Halbleiterschicht von 1 gebildet werden.
  • 5 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem Zellregionen bezüglich der Struktur von 3 getrennt werden.
  • 6 ist eine entlang der Linie A1-A2 in der Draufsicht von 5 aufgenommene Schnittansicht.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht der Struktur in der Draufsicht von 5.
  • 8 ist eine Draufsicht, die zeigt, dass eine erste isolierende Zwischenschicht auf der gesamten Oberfläche der Struktur von 5 bis 7 gebildet wird und Teile von einer ersten Halbleiterschicht und die unteren Elektroden in jeder Zellregion freigelegt sind.
  • 9 bis 12 sind entlang bestimmter Linien in der Draufsicht von 8 aufgenommene Schnittansichten.
  • 13 ist eine Draufsicht, die zeigt, dass obere Elektroden auf der in 8 bis 12 veranschaulichten Struktur gebildet werden.
  • 14 bis 17 sind entlang bestimmter Linien in der Draufsicht von 13 aufgenommene Schnittansichten.
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht der Struktur in der Draufsicht von 13.
  • 19 ist ein Ersatzschaltbild, das man durch das Modellieren der Struktur von 13 bis 18 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält.
  • 20 ist eine Draufsicht, die zeigt, dass eine zweite isolierende Zwischenschicht auf die gesamte Oberfläche der Struktur von 13 angewandt wird, ein Teil einer ersten Elektrode in einer ersten Zellregion freigelegt wird und ein Teil einer vierten unteren Elektrode in einer vierten Zellregion freigelegt wird.
  • 21 bis 24 sind entlang bestimmter Linien in der Draufsicht von 20 aufgenommene Schnittansichten.
  • 25 ist eine Draufsicht, die zeigt, dass erste und zweite Kontaktstellen in der Struktur von 20 gebildet werden.
  • 26 bis 29 sind entlang bestimmter Linien in der Draufsicht von 25 aufgenommene Schnittansichten.
  • 30 ist eine perspektivische, entlang der Linie C2-C3 in der Draufsicht von 25 aufgenommene Ansicht.
  • 31 ist ein Schaltplan, den man durch das Modellieren einer Verbindung von zehn in Reihe geschalteten Leuchtdioden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält.
  • 32 ist ein Schaltplan, den man durch das Modellieren eines Arrays mit in Reihe/parallel geschaltet verbundenen Leuchtdioden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält.
  • [Methode der Erfindung]
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung umfassender zu beschreiben. Allerdings beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen, sondern kann in anderen Formen realisiert werden.
  • In diesen Ausführungsformen versteht es sich, dass der Begriff „erste,r,s“, „zweite,r,s“, „dritte,r,s“ oder Ähnliches keine Beschränkung hinsichtlich der Komponenten auferlegt, sondern nur zum Unterscheiden der Komponenten verwendet wird.
  • 1 und 2 sind eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die zeigen, dass eine Mehrzahl von Durchgangslöchern in einer laminierten Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
  • Insbesondere ist 2 eine entlang der Linie A1-A2 in der Draufsicht von 1 aufgenommene Schnittansicht.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 2 werden eine erste Halbleiterschicht 110, eine aktive Schicht 120 und eine zweite Halbleiterschicht 130 auf einem Substrat 100 gebildet, und Durchgangslöcher 140 werden so gebildet, dass eine Oberfläche der Halbleiterschicht 110 dorthindurch freigelegt wird.
  • Das Substrat 100 umfasst ein Material wie etwa Saphir, Siliciumcarbid oder GaN. Jedes beliebige Material kann für das Substrat 100 verwendet werden, solange es das Wachstum einer auf dem Substrat 100 zu bildenden Dünnschicht anregen kann. Die erste Halbleiterschicht 110 kann n-Typ-Leitfähigkeit aufweisen. Die aktive Schicht 120 kann eine Vielfachquantenfilmstruktur aufweisen und die zweite Halbleiterschicht 130 wird auf der aktiven Schicht 120 gebildet. Wenn die erste Halbleiterschicht 110 eine n-Typ-Leitfähigkeit aufweist, weist die zweite Halbleiterschicht 130 eine p-Typ-Leitfähigkeit auf. Ferner kann eine Pufferschicht (nicht gezeigt) zwischen dem Substrat 100 und der ersten Halbleiterschicht 110 gebildet werden, um das Einkristallwachstum der ersten Halbleiterschicht 110 zu erleichtern.
  • Anschließend wird auf der bis zur zweiten Halbleiterschicht 130 gebildeten Struktur eine selektive Ätzung durchgeführt und eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 140 wird gebildet. Teile der unteren ersten Halbleiterschicht 110 werden durch die Durchgangslöcher 140 freigelegt. Die Durchgangslöcher 140 können durch ein herkömmliches Ätzverfahren gebildet werden. Zum Beispiel wird ein Fotolack (Photoresist) aufgetragen und Teile des Fotolacks in Regionen, in denen die Durchgangslöcher gebildet werden, werden anschließend durch ein herkömmliches Strukturierungsverfahren entfernt, um ein Fotolackmuster zu bilden. Danach wird ein Ätzverfahren unter Verwendung des Fotolackmusters als Ätzmaske durchgeführt. Das Ätzverfahren wird durchgeführt, bis die Teile der ersten Halbleiterschicht 110 freigelegt sind. Nach dem Ätzverfahren wird das verbleibende Fotolackmuster entfernt.
  • Die Durchgangslöcher 140 weisen einen Neigungswinkelbereich (a) in Bezug auf eine Oberfläche des Substrats oder eine Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 110 auf, die durch das Durchführen des Ätzverfahrens freigelegt wird. Insbesondere können, wenn die Durchgangslöcher 140 keinen Neigungswinkelbereich aufweisen, in einem nachfolgenden Verfahren zum Aufdampen eines Metalls oder zum Auftragen eines Isoliermaterials Risse in einer abgeschiedenen Metallschicht oder einer aufgetragenen Isoliermaterialschicht entstehen. Selbst wenn in einem Fertigungsverfahren kein Riss entsteht, tritt das Problem der Zuverlässigkeit auf, wenn eine Leuchtdiode später verwendet wird. Die bei der gemäß der Versorgung mit elektrischem Strom erfolgende Lichtabgabe durch die Leuchtdiode erzeugte Wärmespannung und elektrische Belastung führen zum Entstehen von Rissen in den auf den Durchgangslöchern 140 über den bestimmten Neigungswinkel (a) hinaus gebildeten Metall- oder Isoliermaterialschichten. Die erzeugten Risse führen zur Fehlfunktion der Leuchtdiode und somit zu einem Abfall der Leuchtdichte.
  • Vorzugsweise sollten die Durchgangslöcher 140 einen Winkel zwischen 10 und 60 Grad in Bezug auf die Oberfläche des Substrats oder die Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 110 aufweisen.
  • Wenn der Neigungswinkel (a) weniger als 10 Grad beträgt, verringert sich die Fläche der aktiven Schicht 120 aufgrund eines übermäßig geringeren Gefälles. Der Rückgang der Fläche der aktiven Schicht führt zu einem Abfall der Lichtdichte. Die wesentliche Fläche der zweiten Halbleiterschicht 130 ist deutlich kleiner als die der ersten Halbleiterschicht 110. Im Allgemeinen weist die Halbleiterschicht 130 eine p-Typ-Leitfähigkeit auf, und die erste Halbleiterschicht 110 weist eine n-Typ-Leitfähigkeit auf. Wenn die Leuchtdiode Licht abgibt, führt die erste Halbleiterschicht 110 der aktiven Schicht 120 Elektronen zu, und die zweite 130 stellt Löcher zur aktiven Schicht 120 bereit. Eine Verbesserung bei der effizienten Lichtabgabe neigt eher dazu, sich auf einen einheitlichen und reibungslose Bereitstellung von Löchern als die Zuführung von Elektronen zu verlassen. Somit kann eine übermäßige Verringerung der Fläche der zweiten Halbleiterschicht 130 zu einem Absenken der effizienten Lichtabgabe führen. In einem Fall, in dem der Neigungswinkel (a) 60 Grad überschreitet, können in einer nachfolgenden Metall- oder Isoliermaterialschicht aufgrund eines hohen Gefälles Risse entstehen.
  • Unterdessen können die Form und Anzahl der Durchgangslöcher 140 unterschiedlich verändert werden.
  • 3 und 4 sind eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die zeigen, dass untere Elektroden auf der zweiten Halbleiterschicht von 1 gebildet werden. Insbesondere ist 4 eine entlang der Linie A1-A2 in der Draufsicht von 3 aufgenommene Schnittansicht.
  • Unter Bezugnahme auf 3 und 4 werden die unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 in Regionen, mit Ausnahme der Durchgangslöcher 140, gebildet und eine Mehrzahl von Zellregionen 161, 162, 163 und 164 kann durch die Bildung der unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 definiert werden. Die unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 können durch Einsatz eines nach Bildung einer Metallelektrode verwendeten Lift-Off-Verfahrens gebildet werden. Zum Beispiel wird ein Fotolack in sich trennenden Regionen – mit Ausnahme der virtuellen Zellregionen 161, 162, 163 und 164 – und in den Regionen, in denen die Durchgangslöcher 140 gebildet werden, gebildet und eine Metallschicht wird durch herkömmliche thermische Deposition oder Ähnliches gebildet. Anschließend wird der Fotolack entfernt, wodurch die unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 auf der zweiten Halbleiterschicht 130 gebildet werden. Jedes beliebige Material kann für die unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 angewandt werden, solange es sich um ein metallisches Material handelt, das in ohmschen Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht 130 stehen kann. Die unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 können Ni, Cr oder Ti umfassen, und können aus einer Metallverbundschicht aus Ti/Al/Ni/Au bestehen.
  • Die unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 können Dicken in einem Bereich von 2000 bis 10000Å aufweisen. Wenn die Dicken der unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 weniger als 2000Å betragen, ist die Reflektion des Lichts von den unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 in Richtung des Substrats 100 nicht klar, und es gibt einen, durch die unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 übertragenen Lichtaustritt in Form von Dünnschichten. Wenn die Dicken der unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 10000Å überschreiten, besteht ein Problem darin, dass enorm viel Ziel aufgewendet wird, um ein Verfahren zum Bilden der unteren Elektroden auszuführen, wie etwa thermische Deposition.
  • Die unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 können Neigungswinkel (b) zwischen 10 und 45 Grad in Bezug auf die Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 130 aufweisen. Wenn die Neigungswinkel (b) der unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 weniger als 10 Grad betragen, verringert sich die Lichtreflexionseffizienz aufgrund eines sehr geringen Gefälles. Zusätzlich besteht ein Problem darin, dass die Gleichmäßigkeit der Dicke auf der Oberfläche der unteren Elektrode aufgrund eines geringen Neigungswinkels nicht gewährleistet werden kann. Wenn die Neigungswinkel (b) der unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 45 Grad überschreiten, können aufgrund eines großen Neigungswinkels Risse in einer nachfolgenden Schicht entstehen.
  • Die Anpassung der Neigungswinkel (b) der unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154, die in Bezug auf die Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 130 definiert werden, kann durch Veränderungen in der Anordnung des Substrats und beim Winkel des Substrats in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Metallatome in einem Verfahren, wie etwa einer thermischen Deposition, erreicht werden.
  • In 3 und 4 definieren die Regionen, in denen die vier unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 gebildet werden, vier Zellregionen 161, 162, 163 bzw. 164. Die zweite Halbleiterschicht 130 wird in Räumen unten den Zellregionen 161, 162, 163 und 164 freigelegt. Die Anzahl der Zellregionen 161, 162, 163 und 164 kann der Anzahl der in einem zu bildenden Array enthaltenen Leuchtdioden entsprechen. Daher kann die Anzahl der Zellregionen unterschiedlich verändert werden.
  • Obwohl 4 zeigt, dass die untere Elektrode 151, 152, 153 oder 154 in der gleichen Zellregion 161, 162, 163 oder 164 diskret ist, ist dies ein Phänomen, das auftritt, wenn die Linie A1-A2 die Durchgangslöcher 140 durchläuft. Wie in 3 ersichtlich, ist die untere, in der gleichen Zellregion gebildete Elektrode 151, 152, 153 oder 154 physisch durchgehend. Somit ist die untere, in der gleichen Zellregion gebildete Elektrode 151, 152, 153 oder 154 in einem elektrisch kurzgeschlossenen Zustand, auch wenn die Durchgangslöcher 140 darin gebildet werden.
  • 5 ist eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem Zellregionen bezüglich der Struktur von 3 getrennt werden, 6 ist eine entlang der Linie A1-A2 in der Draufsicht von 5 aufgenommene Schnittansicht und 7 ist eine perspektivische Ansicht der Struktur in der Draufsicht von 5.
  • Unter Bezugnahme auf 5, 6 und 7 werden mesa-geätzte Regionen durch Mesaätzung für die Räume unten den vier Zellregionen 161, 162, 163 und 164 gebildet. Das Substrat 100 wird in den mesa-geätzten, durch Mesaätzung gebildeten Regionen freigelegt. Somit werden die vier Zellregionen 161, 162, 163 und 164 elektrisch vollständig voneinander getrennt. Wenn eine Pufferschicht zwischen das Substrat 100 und die erste Halbleiterschicht 110 in 1 bis 4 eingefügt wird, kann die Pufferschicht in dem Trennverfahren der Zellregionen 161, 162, 163 und 164 gleichmäßig bleiben. Um die Zellregionen 161, 162, 163 und 164 voneinander vollständig zu trennen, kann die Pufferschicht zwischen aneinandergrenzenden Zellregionen 161, 162, 163 und 164 allerdings durch die Mesaätzung entfernt werden.
  • Seitenflächen der ersten Halbleiterschicht 110, der aktiven Schicht 120, der zweiten Halbleiterschicht 130 und der unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 werden mittels Mesaätzung auf Seitenflächen des Mesa-Bereichs freigelegt. Die freigelegten Seitenflächen weisen Neigungswinkel (c) zwischen 10 und 60 Grad in Bezug auf die Oberfläche des Substrats 100 auf. Die Anpassung der Neigungswinkel (c) der freigelegten Seitenflächen kann durch Anpassen des Winkels des Substrat in Bezug auf die Bewegungsrichtung eines Ätzmittels erreicht werden.
  • Wenn die Neigungswinkel (c) der mittels Mesaätzung freigelegten dünnen Schichten weniger als 10 Grad betragen, bewirkt dies eine Verringerung des lichtemittierenden Bereichs aufgrund eines geringen Neigungswinkels, und die Lichteffizienz kann sich verringern. Wenn der Neigungswinkel (c) 60 Grad überschreitet, kann die Dicke einer später gebildeten, dünnen Schicht ungleichmäßig sein oder es können aufgrund des großen Neigungswinkels Risse in der dünnen Schicht entstehen. Dies wird zu einem Faktor bei der Verschlechterung der Zuverlässigkeit einer Vorrichtung.
  • Der Neigungswinkelbereich (c) der durch die Mesaätzung freigelegten dünnen Schichten hat einen Einfluss auf die durch eine in einem nachfolgenden Verfahren gebildete Metallschicht bewirkte Reflexion von Licht. Beispielsweise wird die Metallschicht an Seitenwänden der durch die Mesaätzung freigelegten dünnen Schichten gebildet. Wenn der Neigungswinkel (c) weniger als 10 Grad beträgt, wird in der aktiven Schicht gebildetes Licht nicht in einem vorgegebenen Bereich in Bezug auf das Substrat reflektiert, sondern gestreut. Auch wenn der Neigungswinkel (c) 60 Grad überschreitet, wird die Reflexion von Licht nicht in Richtung einer vorgegebenen Region vorangebracht, sondern gestreut.
  • Mit dem Trennverfahren zwischen aneinandergrenzenden Zellregionen 161, 162, 163 und 164 werden erste Halbleiterschichten 111, 112, 113 und 114, aktive Schichten 121, 122, 123 und 124, zweite Halbleiterschichten 131, 132, 133 und 134 sowie untere Elektroden 151, 152, 153 und 154 unabhängig in den Zellregionen 161, 162, 163 bzw. 164 gebildet. Somit wird die erste untere Elektrode 151 in der ersten Zellregion 161 freigelegt, und die erste Halbleiterschicht 111 wird durch die Durchgangslöcher 140 freigelegt. Die zweite untere Elektrode 152 wird in der zweiten Zellregion 162 freigelegt, und die erste Halbleiterschicht 112 wird durch die Durchgangslöcher 140 freigelegt. In ähnlicher Weise werden die dritte untere Elektrode 153 und die erste Halbleiterschicht 113 in der dritten Zellregion 163 freigelegt, und die vierte untere Elektrode 154 und die erste Halbleiterschicht 114 werden in der vierten Zellregion 164 freigelegt.
  • In der vorliegenden Erfindung bezieht sich die Leuchtdiode auf eine Struktur, in der die erste Halbleiterschicht 111, 112, 113 oder 114, die aktive Schicht 121, 122, 123 oder 124 bzw. die zweite Halbleiterschicht 131, 132, 133 und 134 laminiert werden. Somit wird eine Leuchtdiode in einer Zellregion gebildet. Wenn die Leuchtdiode so modelliert wird, dass die erste Halbleiterschicht 111, 112, 113 oder 114 eine n-Typ-Leitfähigkeit aufweist und die zweite Halbleiterschicht 131, 132, 133 oder 134 eine p-Typ-Leitfähigkeit aufweist, kann die untere, auf der zweiten Halbleiterschicht 131, 132, 133 oder 134 gebildete Elektrode 151, 152, 153 oder 154 als Anodenelektrode der Leuchtdiode bezeichnet werden.
  • 8 ist eine Draufsicht, die zeigt, dass eine erste isolierende Zwischenschicht auf der gesamten Oberfläche der Struktur der 5 bis 7 gebildet wird, und Teile einer ersten Halbleiterschicht und die unteren Elektroden in jeder der Zellregionen freigelegt werden.
  • Zudem sind 9 bis 12 entlang bestimmter Linien in der Draufsicht von 8 aufgenommene Schnittansichten. Insbesondere ist 9 eine entlang der Linie B1-B2 in der Draufsicht von 8 aufgenommene Schnittansicht, 10 ist eine entlang der Linie C1-C2 in der Draufsicht von 8 aufgenommene Schnittansicht, 11 ist eine entlang der Linie D1-D2 in der Draufsicht von 8 aufgenommene Schnittansicht und 12 ist eine entlang der Linie E1-E2 in der Draufsicht von 8 aufgenommene Schnittansicht.
  • Zuerst wird eine erste isolierende Zwischenschicht 170 bezüglich der Struktur von 5 bis 7 gebildet. Zudem werden Teile der unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 und der Halbleiterschichten 111, 112, 113 und 114 unter den Durchgangslöchern mittels Strukturierung freigelegt.
  • Zum Beispiel werden in der ersten Zellregion 161 zwei vorgeformte Durchgangslöcher geöffnet, so dass Teile der ersten Halbleiterschicht 111 freigelegt werden und ein Teil der ersten unteren, auf der vorgeformten zweiten Halbleiterschicht 131 gebildeten Elektrode 151 freigelegt wird. In der zweiten Zellregion 162 werden Teile der ersten Halbleiterschicht 112 durch die vorgeformten Durchgangslöcher freigelegt, und ein Teil der zweiten unteren Elektrode 152 wird mittels Ätzung für einen Teil der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 freigelegt. In der dritten Zellregion 163 werden Teile der ersten Halbleiterschicht 113 durch die Durchgangslöcher freigelegt und ein Teil der dritten unteren Elektrode 153 wird mittels Ätzung für einen Teil der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 freigelegt. In der vierten Zellregion 164 werden Teile der ersten Halbleiterschicht 114 durch die Durchgangslöcher freigelegt, und ein Teil der vierten unteren Elektrode 154 wird mittels Ätzung für einen Teil der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 freigelegt.
  • Daraufhin wird in 8 bis 12 die erste isolierende Zwischenschicht 170 auf der gesamten Oberfläche des Substrats gebildet und die Teile der ersten Halbleiterschichten 111, 112, 113 und 114 unter den Durchgangslöchern und die Teile der unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 auf den zweiten Halbleiterschichten 131, 132, 133 und 134 werden in jeder der Zellregionen 161, 162, 163 und 164 mittels selektiver Ätzung freigelegt. Die verbleibende Region wird durch die erste isolierende Zwischenschicht 170 geschützt.
  • Die erste isolierende Zwischenschicht 170 kann durch ein isolierendes, Lichtdurchlässigkeit aufweisendes Material gebildet werden. Zum Beispiel kann die erste isolierende Zwischenschicht SiO2 umfassen
  • Ferner kann die erste isolierende Zwischenschicht 170 eine Dicke zwischen 2000 und 20000Å aufweisen.
  • Wenn die Dicke der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 weniger als 2000Å beträgt, ist es schwierig, eine Isoliereigenschaft aufgrund einer geringen Dicke sicherzustellen. Insbesondere wenn die erste isolierende Zwischenschicht 170 auf den Seitenwänden der mesa-geätzten Regionen oder der Durchgangslöcher 140 gebildet wird, weist die erste isolierende Zwischenschicht 170 ein gewisses Gefälle auf, so dass die Isolierung der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 durchbrochen werden kann.
  • Wenn die Dicke der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 20000Å überschreitet, ist es schwierig, eine selektive Ätzung auf der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 durchzuführen. Beispielsweise sollten Teile der unteren Elektroden und der ersten Halbleiterschicht in den Durchgangslöchern 140 freigelegt sein. Zu diesem Zweck werden ein Verfahren zum Auftragen der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 auf die gesamte Oberfläche und ein selektives Ätzverfahren ausgeführt. Die Auftragung eines Fotolacks (Photoresist) und eine Strukturierung werden für das selektive Ätzverfahren ausgeführt. Das Ätzen wird für von einem zurückbleibenden Fotolackmuster geöffnete Regionen ausgeführt. Wenn die Dicke der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 20000Å überschreitet, kann das als Ätzmaske zu verwendende Fotolackmuster auch in dem Verfahren des selektiven Ätzens der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 entfernt werden. Daher kann das Ätzen auf einem unerwünschten Anteil ausgeführt werden, was zu einem Fehler in dem Verfahren führt.
  • Die erste isolierende Zwischenschicht 170 kann einen Neigungswinkel (d) zwischen 10 und 60 Grad in Bezug auf die Oberfläche der unteren, durch selektives Ätzen freigelegten Elektrode aufweisen.
  • Wenn der Neigungswinkel d der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 weniger als 10 Grad beträgt, verringert sich die Fläche der freigelegten Oberfläche der unteren Elektrode oder die wesentliche Dicke der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 verringert sich. Daher besteht ein Problem darin, dass es schwierig ist, eine Isoliereigenschaft zu gewährleisten. Das heißt, die Funktion der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 ist es, die untere Elektrode von einer anderen, darauf gebildeten leitfähigen dünnen Schicht elektrisch zu isolieren. Daher sollte die erste isolierende Zwischenschicht 170 eine ausreichende Dicke aufweisen, und die untere Elektrode sollte mit einer gewissen Fläche für den Zweck einer zusätzlichen elektrischen Verbindung freigelegt sein. Wenn die erste isolierende Zwischenschicht 170 ein sehr geringes Gefälle aufweist, sollte die freigelegte Fläche der unteren Elektrode verringert werden, um die erste isolierende Zwischenschicht 170 mit einer gewissen Dichte zu realisieren. In einem Fall, in dem das Sicherstellen der Fläche einer freigelegten unteren Elektrode über einen vorbestimmen Wert hinaus beabsichtigt ist, kann die Isolierung der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 mit der geringen Dick aufgrund eines geringen Gefälles durchbrochen werden.
  • Wenn der Neigungswinkel (d) der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 60 Grad überschreitet, besteht ein Problem darin, dass die Qualität einer anderen, auf der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 zu bildenden dünnen Schicht sich aufgrund eines großen Neigungswinkels verschlechtern kann.
  • Die Anpassung des Neigungswinkels der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 kann durch Anpassen des Ätzwinkels in einem teilweisen Ätzverfahren für die auf der unteren Elektrode gebildete, erste isolierende Zwischenschicht 170 erreicht werden.
  • 13 ist eine Draufsicht, die zeigt, dass obere Elektroden auf der in 8 bis 12 veranschaulichten Struktur gebildet werden, und 14 bis 17 sind entlang bestimmter Linien in der Draufsicht von 13 aufgenommene Schnittansichten. Insbesondere ist 14 eine entlang der Linie B1-B2 in der Draufsicht von 13 aufgenommene Schnittansicht, 15 ist eine entlang der Linie C1-C2 in der Draufsicht von 13 aufgenommene Schnittansicht, 16 ist eine entlang der Linie D1-D2 in der Draufsicht von 13 aufgenommene Schnittansicht und 17 ist eine entlang der Linie E1-E2 in der Draufsicht von 13 aufgenommene Schnittansicht.
  • Unter Bezugnahme auf 13 werden obere Elektroden 181, 182, 183 und 184 gebildet. Die oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 werden als vier diskrete Regionen gebildet. Zum Beispiel wird die erste obere Elektrode 181 über der ersten Zellregion 161 und einem Teil der zweiten Zellregion 162 gebildet. Die zweite obere Elektrode 182 wird über einem Teil der zweiten Zellregion 162 und einem Teil der dritten Zellregion 163 gebildet. Die dritte obere Elektrode 183 wird über einem Teil der dritten Zellregion 163 und einem Teil der vierten Zellregion 164 gebildet. Die vierte obere Elektrode 184 wird in einem Teil der vierten Zellregion 164 gebildet. Somit wird jede der oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 gebildet, während sie Räume zwischen aneinandergrenzenden Zellregionen schützen. Die oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 können nicht weniger als 30 %, sogar nicht weniger als 50 % oder nicht weniger als 90 % der Räume zwischen den angrenzenden Zellregionen abdecken. Da die oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 voneinander entfernt liegen, decken die oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 allerdings weniger als 100 % der Regionen zwischen aneinandergrenzenden Leuchtdioden ab. Alle oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 können nicht weniger als 30 %, sogar nicht weniger als 50 % oder nicht weniger als 90 % der Gesamtfläche des Leuchtdiodenarrays einnehmen. Da die oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 voneinander entfernt liegen, nehmen sie allerdings weniger als 100 % der Gesamtfläche des Leuchtdiodenarrays ein. Jede der oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 hat die Form einer Platte oder eines Blechs mit einem Längen-Breiten-Verhältnis im Bereich von 1:3 bis 3:1. Ferner ist mindestens eine der oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 breiter oder länger als eine entsprechende Leuchtdiode (Zellregion).
  • Unter Bezugnahme auf 14 wird die erste obere Elektrode 181 auf der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 in der ersten Zellregion 161 gebildet, und wird auf durch die Durchgangslöcher geöffneten Teilen der ersten Halbleiterschicht 111 gebildet. Zusätzlich ermöglicht die erste obere Elektrode 181, dass ein Teil der ersten unteren Elektrode 151 in der ersten Zellregion 161 freigelegt wird und auf einem in der zweiten Zellregion 162 freigelegten Teil der zweiten unteren Elektrode 152 gebildet wird.
  • Die zweite obere Elektrode 182 wird auf durch die Durchgangslöcher in der zweiten Zellregion 162 freigelegten Teilen der ersten Halbleiterschicht 112 in einem Zustand gebildet, in dem die zweite obere Elektrode 182 von der ersten oberen Elektrode 181 physisch getrennt ist. Zusätzlich wird die zweite obere Elektrode 182 auf der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 gebildet.
  • In 14 verbindet die erste obere Elektrode 181 die erste Halbleiterschicht 111 in der ersten Zellregion 161 elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht 132 in der zweiten Zellregion 162. Trotz der vorhandenen Durchgangslöcher befindet sich die zweite untere Elektrode 152 in der zweiten Zellregion 162 vollständig in einem elektrisch kurzgeschlossenen Zustand in einer Zellregion. Somit ist die erste Halbleiterschicht 111 in der ersten Zellregion 161 mit der zweiten Halbleiterschicht 132 in der zweiten Zellregion 162 durch die zweite untere Elektrode 152 elektrisch verbunden.
  • In 15 wird die zweite obere Elektrode 182 auf durch die Durchgangslöcher in der zweiten Zellregion 162 freigelegten Teilen der ersten Halbleiterschicht 112 gebildet und wird gebildet, um sich zur dritten unteren Elektrode 153 in der dritten Zellregion 163 zu erstrecken.
  • Die dritte obere, von der zweiten oberen Elektrode 182 physisch getrennte Elektrode 183 wird auch auf durch die Durchgangslöcher in der dritten Zellregion 163 freigelegten Teilen der ersten Halbleiterschicht 113 gebildet.
  • In 15 wird die zweite obere Elektrode 182 mit den Teilen der ersten Halbleiterschicht 112 durch die Durchgangslöcher in der zweiten Zellregion 162 elektrisch verbunden, und wird mit der dritten unteren Elektrode 153 in der dritten Zellregion 163 elektrisch verbunden. Somit kann die erste Halbleiterschicht 112 in der zweiten Zellregion 162 das gleiche Potential wie die zweite Halbleiterschicht 133 in der dritten Zellregion 163 aufrechterhalten.
  • Unter Bezugnahme auf 16 wird die dritte obere Elektrode 183 auf durch die Durchgangslöcher in der dritten Zellregion 163 freigelegten Teilen der ersten Halbleiterschicht 113 gebildet, und wird gebildet, um sich zur vierten unteren Elektrode 154 in der vierten Zellregion 164 zu erstrecken. Somit ist die erste Halbleiterschicht 113 in der dritten Zellregion 163 mit der zweiten Halbleiterschicht 134 in der vierten Zellregion 164 elektrisch verbunden.
  • Die vierte obere, von der dritten oberen Elektrode 183 physisch getrennte Elektrode 184 ist mit den durch die Durchgangslöcher in der vierten Zellregion 164 freigelegten Teilen der ersten Halbleiterschicht 114 elektrisch verbunden.
  • Unter Bezugnahme auf 17 wird die vierte obere Elektrode 184 auf durch die Durchgangslöcher in der vierten Zellregion 164 freigelegten Teilen der ersten Halbleiterschicht 114 gebildet. Die erste obere, von der vierten unteren Elektrode 184 physisch getrennte Elektrode 181 wird auf durch die Durchgangslöcher in der ersten Zellregion 161 freigelegten Teilen der ersten Halbleiterschicht 111 gebildet, und ermöglicht, dass ein Teil der ersten unteren Elektrode 151 in der ersten Zellregion 161 freigelegt wird.
  • Der in 13 bis 17 offengelegte Inhalt wird unten zusammengefasst. Die erste Halbleiterschicht 111 in der ersten Zellregion 161 und die zweite Halbleiterschicht 132 in der zweiten Zellregion 162 stellen das gleiche Potential durch die erste obere Elektrode 181 her. Die erste Halbleiterschicht 112 in der zweiten Zellregion 162 und die zweite Halbleiterschicht 133 in der dritten Zellregion 163 stellen das gleiche Potential durch die zweite obere Elektrode 182 her. Die erste Halbleiterschicht 113 in der dritten Zellregion 163 stellt das gleiche Potential wie die zweite Halbleiterschicht 134 in der vierten Zellregion 164 durch die dritte obere Elektrode 183 her. Die erste untere Elektrode 151, die mit der zweiten Halbleiterschicht 131 in der ersten Zellregion 161 elektrisch verbunden ist, wird freigelegt.
  • Selbstverständlich wird das gleiche Potential hergestellt, indem eine ideale elektrische Verbindung in einem Zustand angenommen wird, in dem die Widerstände der oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 und Kontaktwiderstände zwischen den oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 und den unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 vernachlässigt werden. Somit kann es beim Betrieb einer tatsächlichen Vorrichtung durch Widerstandskomponenten der oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 und der unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154, bei denen es sich um Arten von Metalldrähten handelt, manchmal zu einem Spannungsabfall kommen.
  • Die oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 können aus einem beliebigen Material gebildet sein, das in ohmschem Kontakt mit den ersten Halbleiterschichten 111, 112, 113 und 114 stehen kann. Zusätzlich kann jedes Material für die oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 verwendet werden, solange es ein Material ist, das in ohmschem Kontakt mit den unteren, aus einem metallischen Material gefertigten Elektroden 151, 152, 153 und 154 stehen kann. Somit können die oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 als ohmsche Kontaktschicht eine Metallschicht umfassend Ni, Cr, Ti, Rh oder Al; oder eine leitfähige Oxidschicht, wie eine ITO-Schicht, einschließen.
  • Die oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 können eine reflektierende Schicht von Al, Ag, Rh oder Pt einschließen, um Licht zu reflektieren, das von den aktiven Schichten 121, 122, 123 und 124 in den jeweiligen Zellregionen 161, 162, 163 und 164 in Richtung des Substrats 100 erzeugt wird. Insbesondere wird das von den jeweiligen aktiven Schichten 121, 122, 123 und 124 erzeugte Licht von den unteren Elektroden 151, 152, 153 und 154 in Richtung des Substrats 100 reflektiert. Zusätzlich wird durch die Räume zwischen den aneinandergrenzenden Zellregionen 161, 162, 163 und 164 durchgelassenes Licht von den oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 reflektiert, wodurch die Räume zwischen den aneinandergrenzenden Zellregionen 161, 162, 163 und 164 geschützt werden.
  • Die Dicken der oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 können in einem Bereich zwischen 2000 und 10000Å sein. Wenn die Dicken der oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 weniger als 2000Å betragen, ist die Reflexion des Lichts von den oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 in Richtung des Substrats 100 nicht klar, und es gibt einen, durch die oberen Elektroden 151, 152, 153 und 154 übertragenen Lichtaustritt in Form von Dünnschichten. Wenn die Dicken der oberen Elektroden 151, 152, 153 und 154 10000Å überschreiten, besteht ein Problem darin, dass enorm viel Ziel aufgewendet wird, um die oberen Elektroden mittels thermischer Deposition oder Ähnlichem zu bilden.
  • Ferner können die oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 Neigungswinkel (e) zwischen 10 und 45 Grad in Bezug auf die Oberfläche der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 aufweisen. Wenn die Neigungswinkel (e) der oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 weniger als 10 Grad betragen, verringert sich die Lichtreflexionseffizienz aufgrund eines sehr geringen Gefälles. Zusätzlich besteht ein Problem darin, dass die Gleichmäßigkeit der Dicke auf der Oberfläche der oberen Elektrode aufgrund eines geringen Neigungswinkels nicht gewährleistet werden kann. Wenn die Neigungswinkel (e) der oberen Elektroden 181, 182, 183 und 184 45 Grad überschreiten, können aufgrund eines großen Neigungswinkels Risse in einer nachfolgenden Schicht entstehen.
  • Die Anpassung der Neigungswinkel (e) der oberen Elektroden 181, 182, 183 oder 184, die in Bezug auf die Oberfläche der ersten isolierenden Zwischenschicht 170 definiert sind, können durch Veränderungen in der Anordnung des Substrats und beim Winkel des Substrats in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Metallatome in einem Verfahren, wie etwa einer thermischen Deposition, erreicht werden.
  • Wenn die ersten Halbleiterschichten 111, 112, 113 und 114 eine n-Typ-Leitfähigkeit aufweisen und die zweiten Halbleiterschichten 131, 132, 133 und 134 eine p-Typ-Leitfähigkeit aufweisen, kann jede der oberen Elektroden als Kathodenelektrode der Leuchtdiode modelliert werden und zugleich als eine Verdrahtung zum Verbinden der Kathodenelektrode der Leuchtdiode mit der unteren Elektrode, die eine Anodenelektrode einer in einer angrenzenden Zellregion gebildeten Leuchtdiode ist. Das heißt, in der in der Zellregion gebildeten Leuchtdiode kann die obere Elektrode so modelliert werden, dass sie eine Kathodenelektrode bildet und zugleich eine Verdrahtung zum elektrischen Verbinden der Kathodenelektrode der Leuchtdiode mit einer Anodenelektrode einer Leuchtdiode in einer angrenzenden Zellregion darstellt.
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht der Struktur in der Draufsicht von 13. Unter Bezugnahme auf 18 werden die ersten bis dritten oberen Elektroden, 181 bis 183, über mindestens zwei Zellregionen gebildet. Der Raum zwischen angrenzenden Zellregionen wird geschützt. Die oberen Elektroden ermöglichen, dass Licht, das zwischen angrenzenden Zellregionen austritt, durch das Substrat reflektiert wird, und sie werden mit der Halbleiterschicht in jeder Zellregion elektrisch verbunden. Die oberen Elektroden sind mit der Halbleiterschicht in einer angrenzenden Zellregion elektrisch verbunden.
  • 19 ist ein Ersatzschaltbild, das man durch das Modellieren der Struktur von 13 bis 18 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält.
  • Unter Bezugnahme auf 19 werden vier Leuchtdioden D1, D2, D3 und D4 und eine Verdrahtungsbeziehung unter den Leuchtdioden gezeigt.
  • Die erste Leuchtdiode D1 wird in der ersten Zellregion 161 gebildet, die zweite Leuchtdiode D2 wird in der zweiten Zellregion 162 gebildet, die dritte Leuchtdiode D3 wird in der dritten Zellregion 163 gebildet und die vierte Leuchtdiode D4 wird in der vierten Zellregion 164 gebildet. Die ersten Halbleiterschichten 111, 112, 113 und 114 in den Zellregionen 161, 162, 163 und 164 werden als n-Typ-Halbleiter modelliert und die zweiten Halbleiterschichten 131, 132, 133 und 134 werden als p-Typ-Halbleiter modelliert.
  • Die erste obere Elektrode 181 ist mit der ersten Halbleiterschicht 111 in der ersten Zellregion 161 elektrisch verbunden und erstreckt sich zur zweiten Zellregion 162, um mit der zweiten Halbleiterschicht 132 in der zweiten Zellregion 162 elektrisch verbunden zu werden. Somit wird die erste obere Elektrode 181 als Verdrahtung für eine Verbindung eines Kathodenanschlusses der ersten Leuchtdiode D1 mit einer Anodenelektrode der zweiten Leuchtdiode D2 modelliert.
  • Die zweite obere Elektrode 182 wird als Verdrahtung für eine Verbindung zwischen einem Kathodenanschluss der zweiten Leuchtdiode D2 und einem Anodenanschluss der dritten Leuchtdiode D3 modelliert. Die dritte obere Elektrode 183 wird als Verdrahtung für eine Verbindung zwischen einer Kathodenelektrode der dritten Leuchtdiode D3 und einem Anodenanschluss der vierten Leuchtdiode D4 modelliert. Die vierte obere Elektrode 184 wird als Verdrahtung zum Bilden einer Kathodenelektrode der vierten Leuchtdiode D4 modelliert.
  • Somit befinden sich der Anodenanschluss der ersten Leuchtdiode D1 und der Kathodenanschluss der vierten Leuchtdiode D4 in einem elektrisch offenen Zustand bezüglich einer externen Stromquelle, und die anderen Leuchtdioden D2 und D3 sind elektrisch in Reihe geschaltet verbunden. Um einen lichtemittierenden Vorgang auszuführen, sollte der Anodenanschluss der ersten Leuchtdiode D1 mit einer positiven Spannung V+ verbunden werden, und der Kathodenanschluss der vierten Leuchtdiode D4 sollte mit einer negativen Spannung V– verbunden werden. Somit kann die mit der positiven Spannung V+ verbundene Leuchtdiode als Eingangsleuchtdiode bezeichnet werden, und die mit der negativen Spannung V– verbundene Leuchtdiode kann als Ausgangsleuchtdiode bezeichnet werden.
  • In den Verbindungsbeziehungen unter der Mehrzahl von – wie oben beschrieben – konfigurierten Leuchtdioden, ist eine Zellregion, in welcher der mit der negativen Spannung V– verbundene Kathodenanschluss gebildet wird, mit einer oberen Elektrode versehen, um nur einen Teil der entsprechenden Zellregion zu schützen. Eine Zellregion, in der eine andere Verbindungsbeziehung hergestellt wird, ist mit einer oberen Elektrode versehen, um eine Abschirmung zwischen miteinander elektrischen verbundenen Zellregionen herzustellen.
  • 20 ist eine Draufsicht, die zeigt, dass eine zweite isolierende Zwischenschicht auf der gesamten Oberfläche der Struktur von 13 aufgetragen wird, ein Teil der ersten Elektrode in der ersten Zellregion freigelegt wird und ein Teil der vierten unteren Elektrode in der vierten Zellregion freigelegt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 20 werden mit einer zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 die oberen Elektroden geschützt, und ein Teil der ersten unteren Elektrode 151 und ein Teil der vierten oberen Elektrode 184 werden freigelegt. Dies bedeutet, dass in 19 nur der Anodenanschluss der ersten Leuchtdiode D1 freigelegt wird und nur der Kathodenanschluss der vierten Leuchtdiode D4 freigelegt wird.
  • 21 ist eine entlang der Linie B1-B2 in der Draufsicht von 20 aufgenommene Schnittansicht, 22 ist eine entlang der Linie C1-C2 in der Draufsicht von 20 aufgenommene Schnittansicht, 23 ist eine entlang der Linie D1-D2 in der Draufsicht von 20 aufgenommene Schnittansicht, und 24 ist eine entlang der Linie E1-E2 in der Draufsicht von 20 aufgenommene Schnittansicht.
  • Unter Bezugnahme auf 21 werden in der ersten Zellregion 161 mit der zweiten Halbleiterschicht 131 elektrisch verbundene Teile der ersten unteren Elektrode 151 geöffnet. Die verbleibenden Teile in der ersten Zellregion werden mit der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190, die auch über der zweiten Zellregion 162 liegt, abgedeckt.
  • Unter Bezugnahme auf 22 werden die zweiten und dritten Zellregionen 162 und 163 vollständig mit der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 abgedeckt.
  • Unter Bezugnahme auf 23 und 24 werden Teile der vierten oberen Elektrode 184 in der vierten Zellregion 164 freigelegt und Teile der ersten unteren Elektrode 151 in der ersten Zellregion 161 werden freigelegt.
  • Die Freilegung der vierten oberen Elektrode 184 und der ersten unteren Elektrode 151 wird durch selektives Ätzen für die zweite isolierende Zwischenschicht 190 ausgeführt.
  • Die zweite isolierende Zwischenschicht 190 wird ausgewählt aus einem Isoliermaterial, das eine darunterliegende dünne Schicht von der äußeren Umwelt schützen kann. Insbesondere kann die zweite isolierende Zwischenschicht SiN oder Ähnliches umfassen, das eine Isolierfähigkeit aufweist und eine Temperatur- oder Feuchtigkeitsveränderung blockieren kann.
  • Die Dicke der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 kann in einem vorgegebenen Bereich liegen. Wenn die zweite isolierende Zwischenschicht 190 SiN umfasst, kann die zweite isolierende Zwischenschicht 190 beispielsweise eine Dicke zwischen 2000 und 20000Å aufweisen.
  • Wenn die Dicke der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 weniger als 2000Å beträgt, ist es schwierig, eine Isoliereigenschaft aufgrund einer geringen Dicke zu gewährleisten. Zusätzlich gibt es ein Problem mit dem Schutz einer darunterliegenden Schicht gegen das Eindringen äußerer Feuchtigkeit oder Chemikalien aufgrund der geringen Dicke.
  • Wenn die Dicke der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 20000Å überschreitet, ist es schwierig, selektives Ätzen auf der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 mittels der Bildung eines Fotolackmusters auszuführen. Das heißt, das Fotolackmuster dient als Ätzmaske in dem Ätzverfahren, und das Fotolackmuster wird zusammen mit dem selektiven Ätzen der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 aufgrund der übermäßigen Dicke der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 ebenfalls geätzt. Wenn die Dicke der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 übermäßig ist, kann das Fotolackmuster vor Abschluss des selektiven Ätzens der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 entfernt werden, wodurch das Problem auftritt, dass das Ätzen an einer ungewünschten Stelle ausgeführt wird.
  • Die zweite isolierende Zwischenschicht 190 kann einen Neigungswinkel (f) zwischen 10 und 60 Grad in Bezug auf die Oberfläche der vierten oberen Elektrode 184 oder ersten unteren Elektrode 151, die darunter freigelegt wird, aufweisen.
  • Wenn der Neigungswinkel (f) der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 weniger als 10 Grad aufweist, verringert sich die wesentliche Fläche der vierten oberen Elektrode 184 oder ersten unteren Elektrode 151, die freigelegt worden ist. Wenn die Fläche des freigelegten Teils zum Sicherstellen einer wesentlichen Fläche vergrößert wird, besteht dein Problem darin, dass eine Isoliereigenschaft aufgrund eines kleinen Neigungswinkels nicht gewährleistet werden kann.
  • Wenn der Neigungswinkel (f) der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 60 Grad überschreitet, kann sich die Qualität einer anderen, auf der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 zu bildenden Schicht aufgrund eines steilen Profils oder Gefälles verschlechtern, oder es können Risse in der Schicht entstehen. Zusätzlich verschlechtern sich in einem lichtemittierenden Vorgang entsprechend der kontinuierlichen Versorgung mit Strom die Eigenschaften der Leuchtdiode.
  • 25 ist eine Draufsicht, die zeigt, dass erste und zweite Kontaktstellen in der Struktur von 20 gebildet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 25 kann die erste Kontaktstelle 210 über der ersten und zweiten Zellregion 161 und 162 gebildet werden. Dementsprechend kann die erste Kontaktstelle 210 mit der ersten unteren Elektrode 151 in der ersten Zellregion 161, die in 20 freigelegt wird, elektrisch verbunden sein.
  • Zudem wird die zweite Kontaktstelle 220 so gebildet, dass sie von der ersten Kontaktstelle 210 durch einen vorgegebenen Abstand getrennt ist und kann über der dritten und vierten Zellregion 163 und 164 gebildet werden. Die zweite Kontaktstelle 220 wird mit der vierten oberen Elektrode 184 in der vierten Zellregion 164, die in 20 freigelegt wird, elektrisch verbunden.
  • 26 ist eine entlang der Linie B1-B2 in der Draufsicht von 25 aufgenommene Schnittansicht, 27 ist eine entlang der Linie C1-C2 in der Draufsicht von 25 aufgenommene Schnittansicht, 28 ist eine entlang der Linie D1-D2 in der Draufsicht von 25 aufgenommene Schnittansicht und 29 ist eine entlang der Linie E1-E2 in der Draufsicht von 25 aufgenommene Schnittansicht.
  • Unter Bezugnahme auf 26 wird die erste Kontaktstelle 210 über der ersten und zweiten Zellregion 161 und 162 gebildet. Die erste Kontaktstelle 210 wird auf der ersten unteren, in der ersten Zellregion 161 freigelegten Elektrode 151 und auf der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 in den anderen Zellregionen gebildet. Somit ist die erste Kontaktstelle 210 mit der zweiten Halbleiterschicht 131 in der ersten Zellregion 161 durch die erste untere Elektrode 151 elektrisch verbunden.
  • Unter Bezugnahme auf 27 wird die erste Kontaktstelle 210 in der zweiten Zellregion 162 gebildet und die zweite Kontaktstelle 220 wird in der dritten Zellregion 163 gebildet, um von der erste Kontaktstelle 210 entfernt zu sein. Der elektrische Kontakt zwischen der ersten oder zweiten Kontaktstelle 210 oder 220 und der unteren oder oberen Elektrode wird in der zweiten und dritten Zellregion 162 und 163 blockiert.
  • Unter Bezugnahme auf 28 wird die zweite Kontaktstelle 220 über der dritten und vierten Zellregion 163 und 164 gebildet. Insbesondere die zweite Kontaktstelle 220 ist mit der vierten oberen, in der vierten Zellregion 164 geöffneten Elektrode 184 elektrisch verbunden. Somit ist die zweite Kontaktstelle 220 mit der ersten Halbleiterschicht 114 in der vierten Zellregion 164 elektrisch verbunden.
  • Unter Bezugnahme auf 29 wird die zweite Kontaktstelle 220 in der vierten Zellregion 164 gebildet und die erste Kontaktstelle 210 wird so gebildet, dass sie von der zweiten Kontaktstelle 220 in der ersten Zellregion 161 entfernt liegt. Die erste Kontaktstelle 210 wird auf der ersten unteren Elektrode 151 in der ersten Zellregion 161 gebildet und ist mit der zweiten Halbleiterschicht 131 elektrisch verbunden.
  • 30 ist eine perspektivische, entlang der Linie C2-C3 in der Draufsicht von 25 aufgenommene Ansicht.
  • Unter Bezugnahme auf 30 ist die erste Halbleiterschicht 113 in der dritten Zellregion 163 mit der dritten oberen Elektrode 183 elektrisch verbunden. Die dritte obere Elektrode 183 schützt den Raum zwischen der dritten und vierten Zellregion 163 und 164 und ist mit der vierten unteren Elektrode 154 in der vierten Zellregion 164 elektrisch verbunden. Die erste und zweite Kontaktstelle 210 und 220 liegen voneinander entfernt und werden auf der zweiten isolierenden Zwischenschicht 190 gebildet. Selbstverständlich ist, wie oben beschrieben, die erste Kontaktstelle 210 mit der zweiten Halbleiterschicht 131 in der ersten Zellregion 161 elektrisch verbunden und die zweite Kontaktstelle ist mit der ersten Halbleiterschicht 114 in der vierten Zellregion 164 elektrisch verbunden.
  • Jede der ersten und zweiten Kontaktstellen 210 und 220 kann eine erste Schicht umfassend Ti, Cr oder Ni und eine darauf gebildete, zweite Schichte umfassend Al, Cu, Ag oder Au aufweisen. Die erste und zweite Kontaktstelle 210 und 220 können durch Einsatz eines Lift-Off-Verfahrens gebildet werden. Sie können durch Bilden eines doppel- oder einschichtigen Metallfilms, Bilden eines Musters durch ein herkömmliches photolithographisches Verfahren, und anschließend das Ausführen von Trocken- oder Nassätzen unter Verwendung des Musters als Ätzmaske gebildet werden. Allerdings kann ein beim Trocken- oder Nassätzen verwendetes Ätzmittel in Abhängigkeit des zu ätzenden Metallmaterials variieren.
  • Dementsprechend können die erste und zweite Kontaktstelle 210 und 220 gleichzeitig in einem Verfahren gebildet werden.
  • Eine aus einem leitfähigen Material gebildete Kontaktstellen-Sperrschicht (nicht gezeigt) kann auf der ersten Kontaktstelle 210 oder zweiten Kontaktstelle 220 gebildet werden. Die Kontaktstellen-Sperrschicht ist vorgesehen, um eine Diffusion von Metall, die in einem Bindungs- oder Lötverfahren für die Kontaktstellen 210 und 220 auftreten kann, zu verhindern. Beispielsweise werden in dem Bindungs- oder Lötverfahren in einem Bindungsmetall oder Lötmaterial enthaltene Zinnatome in die Kontaktstellen 210 und 220 eindiffundiert, wodurch ein Anstieg des Widerstands der Kontaktstellen verhindert wird. Zu diesem Zweck kann die Kontaktstellen-Sperrschicht mit einer Schicht aus Cr, Ni, Ti, W, TiW, Mo, Pt oder einen Verbund davon konfiguriert werden.
  • Unter Bezugnahme auf die Modellierung von 19 werden die ersten Halbleiterschichten 111, 112, 113 und 114 in den jeweiligen Zellregionen als n-Typ-Halbleiter modelliert und die zweiten Halbleiterschichten 131, 132, 133 und 134 in den jeweiligen Zellregionen werden als p-Typ-Halbleiter modelliert. Die erste untere, auf der zweiten Halbleiterschicht 131 in der ersten Zellregion 161 gebildete Elektrode wird als die Anodenelektrode der ersten Leuchtdiode D1 modelliert. Somit kann die erste Kontaktstelle 210 als mit der Anodenelektrode der ersten Leuchtdiode D1 verbundene Verdrahtung modelliert werden. Die vierte obere, mit der ersten Halbleiterschicht 114 in der vierten Zellregion 164 elektrisch verbundene Elektrode 184 wird als die Kathodenelektrode der vierten Leuchtdiode D4 modelliert. Somit kann die zweite Kontaktstelle 220 als mit der Kathodenelektrode der vierten Leuchtdiode D4 verbundene Verdrahtung modelliert werden.
  • Dementsprechend kann eine Arraystruktur, in der die vier Leuchtdioden D1 bis D4 in Reihe geschaltet verbunden gebildet werden, und die elektrische Verbindung dafür nach außen durch die zwei, auf dem einzelnen Substrat 100 gebildeten Kontaktstellen 210 und 220 geschaffen werden.
  • Insbesondere ist unter Bezugnahme auf 19 die erste untere Elektrode 152 der ersten, mit der positiven Spannung V+ verbundenen Leuchtdiode D1 mit der ersten Kontaktstelle 210 elektrisch verbunden, und die vierte obere Elektrode 184 der vierten, mit der negativen Spannung V+ verbundenen Leuchtdiode D4 ist mit der zweiten Kontaktstelle 220 elektrisch verbunden.
  • In der vorliegenden Erfindung wird gezeigt, dass die vier Leuchtdioden gebildet werden, wobei sie voneinander getrennt sind und ein Anodenanschluss einer der Leuchtdioden wird mit einem Kathodenanschluss einer anderen Leuchtdiode durch die unteren und oberen Elektroden elektrisch verbunden. Allerdings sind die vier Leuchtdioden in dieser Ausführungsform nur ein Beispiel und es kann eine Vielzahl von Leuchtdioden gebildet werden.
  • 31 ist ein Schaltplan, den man durch das Modellieren einer Verbindung von zehn in Reihe geschalteten Leuchtdioden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält.
  • Unter Bezugnahme auf 31 werden die zehn Zellregionen 301 bis 310 unter Verwendung des in 5 dargestellten Verfahrens definiert. Eine erste Halbleiterschicht, eine aktive Schicht, eine zweite Halbleiterschicht und eine untere Elektrode in jeder der Zellregionen 301 bis 310 sind von denen in anderen Zellregionen getrennt. Die jeweiligen unteren Elektroden werden auf den zweiten Halbleiterschichten so gebildet, dass sie Anodenelektroden von Leuchtdioden D1 bis D10 bilden.
  • Anschließend werden eine erste isolierende Zwischenschicht und obere Elektroden unter Verwendung der in 16 und 17 gezeigten Verfahren gebildet. Die oberen Elektroden schützen den Raum zwischen den angrenzenden Zellregionen und dienen als Verdrahtung zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen Anodenelektroden aneinander grenzender Leuchtdioden.
  • Ferner wird eine zweite isolierende Zwischenschicht unter Verwendung der in 20 bis 29 dargestellten Verfahren gebildet. Die untere Elektrode der ersten, mit einer positiven Spannung V+ auf einem Strompfad verbundenen Leuchtdiode D1 – welche die Eingangsleuchtdiode ist – wird freigelegt und die obere Elektrode der zehnten, mit einer negativen Spannung V– auf dem Strompfad verbundenen Leuchtdiode D10 – welche die Ausgangsleuchtdiode ist – wird geöffnet. Dann wird eine erste Kontaktstelle 320 gebildet und mit dem Anodenanschluss der ersten Leuchtdiode D1 verbunden und eine zweite Kontaktstelle 330 wird gebildet und mit einem Kathodenanschluss der zehnten Leuchtdiode D10 verbunden.
  • Die anderen Leuchtdioden werden in Reihe/parallel geschaltet verbunden, um ein Array zu bilden.
  • 32 ist ein Schaltplan, den man durch das Modellieren eines Arrays mit in Reihe/parallel verbundenen Leuchtdioden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhält.
  • Unter Bezugnahme auf 32 wird eine Mehrzahl von Leuchtdioden D1 bis D8 in Reihe und/oder parallel geschaltet miteinander verbunden. Die Leuchtdioden D1 bis D8 werden unabhängig voneinander durch Definitionen der Zellregionen 401 bis 408 gebildet. Wie oben beschrieben wird eine Anodenelektrode jeder der Leuchtdioden D1 bis D8 durch eine untere Elektrode gebildet. Die Verdrahtung zwischen einer Kathodenelektrode jeder der Leuchtdioden D1 bis D8 und der Anodenelektrode einer angrenzenden Leuchtdiode wird durch Bilden einer oberen Elektrode und Durchführen eines entsprechenden Verdrahtungsverfahrens hergestellt. Allerdings wird die untere Elektrode auf einer zweiten Halbleiterschicht gebildet und die obere Elektrode wird gebildet, um den Raum zwischen angrenzenden Zellregionen zu schützen.
  • Schließlich wird eine erste, mit einer positiven Spannung V+ versorgte Kontaktstelle 410 elektrisch mit der unteren, auf der zweiten Halbleiterschicht der ersten oder dritten Leuchtdiode D1 oder D3 gebildeten Elektrode elektrisch verbunden und eine zweite, mit einer negativen Spannung V– versorgte Kontaktstelle 420 wird elektrisch mit der oberen Elektrode verbunden, bei der es sich um eine Kathodenelektrode der sechsten oder achten Leuchtdiode D6 oder D8 handelt.
  • Somit entspricht in 32 die Eingangsleuchtdiode der ersten und dritten Leuchtdiode D1 und D3, und die Ausgangsleuchtdiode entspricht der sechsten und achten Leuchtdiode D6 und D8.
  • Gemäß der oben beschriebenen Erfindung wird das in der aktiven Schicht einer jeden Leuchtdiode erzeugte Licht von den unteren und oberen Elektroden in Richtung des Substrats reflektiert und die Leuchtdioden vom Flip-Chip-Typ sind durch Verdrahten der oberen Elektroden auf einem einzelnen Substrat elektrisch verbunden. Die obere Elektrode ist von außen durch die zweite isolierende Zwischenschicht geschützt. Die erste, mit einer positiven Spannung versorgte Kontaktstelle ist mit einer unteren Elektrode einer am engsten mit der positiven Spannung verbundenen Leuchtdiode elektrisch verbunden. Die zweite, mit einer negativen Spannung versorgte Kontaktstelle ist mit einer oberen Elektrode einer am engsten mit der negativen Spannung verbundenen Leuchtdiode elektrisch verbunden.
  • Somit ist es möglich, Schwierigkeiten bei einem Verfahren zur Montage einer Mehrzahl von Leuchtdioden vom Flip-Chip-Typ auf einem Montagebasissubstrat auszuräumen und zwei Anschlüsse zu einer externen Stromquelle durch eine auf einem Montagebasissubstrat angeordnete Verdrahtung zu realisieren. Zusätzlich kann der Raum zwischen angrenzenden Zellregionen durch die obere Elektrode geschützt werden, wodurch die Lichtreflexion in Richtung Substrat maximiert wird.
  • Ferner schützt die zweite isolierende Zwischenschicht eine laminierte Struktur, die zwischen dem Substrat und der zweiten isolierenden Zwischenschicht angeordnet ist, vor äußerer Temperatur oder Feuchtigkeit oder Ähnlichem. Somit ist es möglich, eine Struktur zu realisieren, die ohne Eingriff jeglicher separater Verpackungsmittel direkt auf einem Substrat montiert werden kann.
  • Da eine Mehrzahl von Leuchtdioden vom Flip-Chip-Typ auf einem einzelnen Substrat realisiert wird, gibt es insbesondere den Vorteil, dass eine kommerzielle Stromquelle direkt – unter Ausschluss eines Spannungsabfalls, einer Umwandlung des Spannungspegels oder einer Umwandlung der Wellenform für die kommerzielle Stromquelle – verwendet werden kann.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Dementsprechend versteht es sich für einen Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und Geltungsbereich der durch die beigefügten Ansprüche definierten Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Substrat
    111, 112, 113, 114
    erste Halbleiterschicht
    121, 122, 123, 124
    aktive Schicht
    131, 132, 133, 134
    zweite Halbleiterschicht
    140
    Durchgangsloch
    151
    erste untere Elektrode
    152
    zweite untere Elektrode
    153
    dritte untere Elektrode
    154
    vierte untere Elektrode
    161
    erste Zellregion
    162
    zweite Zellregion
    163
    dritte Zellregion
    164
    vierte Zellregion
    170
    erste isolierende Zwischenschicht
    181
    erste obere Elektrode
    182
    zweite obere Elektrode
    183
    dritte obere Elektrode
    184
    vierte obere Elektrode
    190
    zweite isolierende Zwischenschicht
    210
    erste Kontaktstelle
    220
    zweite Kontaktstelle

Claims (27)

  1. Ein Leuchtdiodenarray, umfassend: ein Wachstumssubstrat; eine Mehrzahl von auf dem Substrat angeordneten Leuchtdioden, wobei jede aus der Mehrzahl von Leuchtdioden eine erste Halbleiterschicht, eine aktive Schicht und eine zweite Halbleiterschicht aufweist; eine Mehrzahl von oberen, auf der Mehrzahl von Leuchtdioden angeordneten und aus einem identischen Material gebildeten Elektroden, wobei jede aus der Mehrzahl der oberen Elektroden mit der ersten Halbleiterschicht einer jeweiligen Leuchtdiode elektrisch verbunden ist; und erste und zweite, auf den oberen Elektroden angeordnete Kontaktstellen, wobei mindestens eine der oberen Elektroden mit der zweiten Halbleiterschicht einer der angrenzenden Leuchtdioden elektrisch verbunden ist, und eine andere der oberen Elektroden von der zweiten Halbleiterschicht einer der angrenzenden Leuchtdioden isoliert ist, wobei die Leuchtdioden durch die oberen Elektroden in Reihe geschaltet verbunden sind, wobei die erste Kontaktstelle elektrisch mit einer Eingangsleuchtdiode unter den in Reihe geschaltet verbundenen Leuchtdioden elektrisch verbunden ist, und wobei die zweite Kontaktstelle mit einer Ausgangsleuchtdiode unter den in Reihe geschaltet verbundenen Leuchtdioden elektrisch verbunden ist.
  2. Die Leuchtdiodenarray nach Anspruch 1, wobei jede der ersten und zweiten Kontaktstellen über mindestens zwei der Leuchtdioden liegt.
  3. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 2, wobei die erste und zweite Kontaktstelle aus einem identischen Material so gebildet sind, dass sie auf einer gleichen Ebene liegen.
  4. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 3, wobei jede der ersten und zweiten Kontaktstellen umfasst: eine erste Schicht umfassend Ti, Cr oder Ni; und eine zweite, aus der ersten Schicht gebildete Schicht umfassend Al, Cu, Ag oder Au.
  5. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 4, wobei die erste oder zweite Kontaktstelle ferner eine Kontaktstellen-Sperrschicht eines leitfähigen Materials umfassen.
  6. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 5, wobei die Kontaktstellen-Sperrschicht eine Schicht aus Cr, Ni, Ti, W, TiW, Mo, Pt oder einen Verbund davon umfasst.
  7. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 2, ferner umfassend eine erste isolierende, zwischen den Leuchtdioden und den oberen Elektroden angeordnete Zwischenschicht, wobei die oberen Elektroden von den Seitenflächen der Leuchtdioden durch die erste isolierende Zwischenschicht isoliert sind.
  8. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 7, ferner umfassend untere, jeweils auf den zweiten Halbleiterschichten der Leuchtdioden angeordnete Elektroden, wobei die erste isolierende Zwischenschicht einen Teil der unteren Elektrode auf jeder der Leuchtdioden freilegt und wobei die obere(n), mit der zweiten Halbleiterschicht einer der angrenzenden Leuchtdioden elektrisch verbundene(n) Elektrode(n) mit dem freigelegten Teil der unteren Elektrode durch die erste isolierende Zwischenschicht verbunden ist/sind.
  9. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 8, wobei jede der unteren Elektroden eine reflektierende Schicht umfasst.
  10. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 8, ferner umfassend eine zweite isolierende, die oberen Elektroden abdeckende Zwischenschicht, wobei die zweite isolierende Zwischenschicht die untere, auf der zweiten Halbleiterschicht der Eingangsleuchtdiode angeordnete Elektrode und die obere, mit der ersten Halbleiterschicht der Ausgangsleuchtdiode verbundene Elektrode freilegt, und wobei jede der ersten und zweiten Kontaktstellen mit den unteren und oberen Elektroden durch die zweite isolierende Zwischenschicht verbunden ist.
  11. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 1, wobei jede der Leuchtdioden ein Durchgangsloch aufweist, um das Freilegen der ersten Halbleiterschicht durch die zweite Halbleiterschicht und die aktive Schicht zu bewirken, und wobei jede der oberen Elektroden mit der ersten Halbleiterschicht einer jeweiligen der Leuchtdioden durch das Durchgangsloch verbunden ist.
  12. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 1, wobei die oberen Elektroden mindestens 30 % und weniger als 100 % der Gesamtfläche des Leuchtdiodenarrays einnehmen.
  13. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 1, wobei jede der oberen Elektroden in Form einer Platte oder eines Blechs mit einem Verhältnis Länge/Breite im Bereich von 1:3 bis 3:1 vorliegt.
  14. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der oberen Elektroden breiter bzw. länger ist als eine der jeweiligen Leuchtdioden.
  15. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 1, wobei jede der Leuchtdioden durch eine mesa-geätzte, das Substrat freilegende Region getrennt ist, und durch Mesaätzung freigelegte Seitenflächen Neigungswinkel zwischen 10 und 60 Grad in Bezug auf das Substrat aufweisen.
  16. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 15, ferner umfassend eine erste isolierende, zwischen den Leuchtdioden und den oberen Elektroden angeordnete Zwischenschicht, wobei die oberen Elektroden Seitenflächen mit Neigungswinkeln zwischen 10 und 45 Grad in Bezug auf eine Oberfläche der ersten isolierenden Zwischenschicht umfassen.
  17. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 16, wobei die oberen Elektroden Dicken in einem Bereich von 2000 bis 10000Å aufweisen.
  18. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 16, ferner umfassend untere, jeweils auf den zweiten Halbleiterschichten der Leuchtdioden angeordnete Elektroden, wobei die erste isolierende Zwischenschicht einen Teil der unteren Elektrode einer jeden Leuchtdiode freilegt, und wobei die obere(n), mit der zweiten Halbleiterschicht einer der angrenzenden Leuchtdioden elektrisch verbundene(n) Elektrode(n) mit der freigelegten unteren Elektrode durch die erste isolierende Zwischenschicht verbunden ist/sind.
  19. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 18, wobei jede der unteren Elektroden eine Seitenfläche mit einem Neigungswinkel zwischen 10 und 45 Grad mit einer Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht umfasst.
  20. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 18, wobei die Dicken der unteren Elektroden in einem Bereich von 2000 bis 10000Å liegen.
  21. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 18, wobei die erste isolierende Zwischenschicht eine Seitenfläche mit einem Neigungswinkel zwischen 10 und 60 Grad in Bezug auf eine Oberfläche der freigelegten unteren Elektrode umfasst.
  22. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 21, wobei die erste isolierende Zwischenschicht eine Dicke zwischen 2000 und 20000Å aufweist.
  23. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 18, ferner umfassend eine zweite isolierende, die oberen Elektroden abdeckende Zwischenschicht, wobei die zweite isolierende Zwischenschicht die untere, auf der zweiten Halbleiterschicht der Eingangsleuchtdiode angeordnete Elektrode und die obere, mit der ersten Halbleiterschicht der Ausgangsleuchtdiode verbundene Elektrode freilegt, und wobei jede der ersten und zweiten Kontaktstellen mit den unteren und oberen Elektroden durch die zweite isolierende Zwischenschicht verbunden ist.
  24. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 23, wobei die zweite isolierende Zwischenschicht eine Seitenfläche mit einem Neigungswinkel zwischen 10 und 60 Grad in Bezug auf eine Oberfläche der oberen Elektrode umfasst.
  25. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 23, wobei die zweite isolierende Zwischenschicht eine Dicke zwischen 2000 und 20000Å aufweist.
  26. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 15, wobei jede der Leuchtdioden ein Durchgangsloch aufweist, das dadurch einen Teil der ersten Halbleiterschicht freilegt, und jede der oberen Elektroden mit der ersten Halbleiterschicht einer entsprechenden Leuchtdiode durch das Durchgangsloch verbunden ist.
  27. Das Leuchtdiodenarray nach Anspruch 26, wobei die Seitenneigungswinkel der durch das Durchgangsloch freigelegten Schichten in einem Bereich von 10 bis 60 Grad liegen.
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