DE112019002158T5

DE112019002158T5 - Lichtemittierende Vorrichtung und Kondensator

Info

Publication number: DE112019002158T5
Application number: DE112019002158.3T
Authority: DE
Inventors: Naomi Takimoto; Takahiro Matsuoka; Takahito Kushima; Tatsuya Ohara; Shota Ando; Hiroyuki Nakano
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2021-01-14
Also published as: CN111771289A; JPWO2019207938A1; US11652092B2; JP6912000B2; US20210028158A1; CN111771289B; WO2019207938A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine lichtemittierende Vorrichtung bereit, die in der Lage ist, Licht mit einem kurzen Puls abzugeben. Eine lichtemittierende Vorrichtung (100) gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kondensator (10), ein oder mehrere lichtemittierende Festkörper-Bauelemente (20), die Licht emittieren, wenn elektrische Energie von dem Kondensator (10) zugeführt wird, und einen Halbleiterschalter (30), der die elektrische Energiezufuhr von dem Kondensator (10) zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement (20) steuert. Das lichtemittierende Festkörper-Bauelement (20) ist auf einer Außenseite des Kondensators (10) angeordnet, der Halbleiterschalter (30) ist auf der Außenseite des Kondensators (10) angeordnet oder innerhalb des Kondensators (10) vorgesehen, und der Kondensator (10) umfasst eine Anschlusselektrode (32) zwischen Außenelektroden (11) und (12), wobei die Anschlusselektrode (32) es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement (20) und den Halbleiterschalter (30) in Reihe zu schalten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung, die ein oder mehrere lichtemittierende Festkörper-Bauelemente und einen Kondensator umfasst, auf dem ein oder mehrere lichtemittierende Festkörper-Bauelemente angebracht werden können.
STAND DER TECHNIK
Heutzutage kann LiDAR (Light Detection and Ranging) für Automobilsysteme, meteorologische Beobachtungssysteme und dergleichen verwendet werden. Das LiDAR umfasst eine lichtemittierende Vorrichtung, die im Nichtpatentdokument 1 beschrieben ist und die eine Laserdiode, einen Halbleiterschalter, eine Klemmdiode, einen Kondensator für die Stromversorgung und ähnliches umfasst.
Zu den Ansteuerungsverfahren für lichtemittierende Vorrichtungen gehören ein Verfahren der kapazitiven Entladung und eine Schaltersteuerungsverfahren. In einer lichtemittierenden Vorrichtung, die das Verfahren der kapazitiven Entladung verwendet, bewirkt die Resonanz zwischen einer parasitären Induktivität und einem Kondensator für die elektrische Stromversorgung, dass eine Laserdiode Licht mit einer Pulsbreite erzeugt. Im Gegensatz dazu bewirkt in einer lichtemittierenden Vorrichtung, die das Schaltersteuerungsverfahren verwendet, die Steuerung des EIN/AUS-Schaltens eines Halbleiterschalters das EIN/AUS-Schalten einer Laserdiode, so dass Licht mit einer Pulsbreite erzeugt wird.
ZITIERLISTE
Nichtpatentdokument
Nichtpatentdokument 1: John Glaser, „How GaN Power Transistors Drive High-Performance Lidar: Generating ultrafast pulsed power with GaN FETs", IEEE Power Electronics Magazine, USA, März 2017, S. 25-3.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Technische Aufgabe
Bei einer lichtemittierenden Vorrichtung, die das im Nichtpatentdokument 1 beschriebene Verfahren der kapazitiven Entladung verwendet, wird die Laserdiode auf der Grundlage einer Resonanzfrequenz angesteuert, die von der parasitären Induktivität und dem Kondensator für die Stromversorgung bestimmt wird. Daher ist die Pulsbreite des ausgegebenen Lichts festgelegt, und es ist daher schwierig, Licht mit einer gewünschten Pulsbreite auszugeben.
Im Gegensatz dazu kann bei der lichtemittierenden Vorrichtung, die das im Nichtpatentdokument 1 beschriebene Schaltersteuerungsverfahren verwendet, Licht bis zu einem gewissen Grad mit einer gewünschten Pulsbreite ausgegeben werden. Die parasitäre Induktivität schränkt jedoch die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms der Laserdiode ein, so dass das Problem entsteht, eine gewisse Zeit oder mehr zu benötigen, um einen notwendigen Stromwert zu erreichen. D.h. auch bei der lichtemittierenden Vorrichtung mit dem Schaltersteuerungsverfahren kann nur Licht mit einer bestimmten Pulsbreite oder mehr ausgegeben werden, und eine Verkürzung des Lichtpulses kann nicht erreicht werden.
Bei Kfz-Systemen ist in der Regel eine Reichweitenauflösung von mehreren Zentimetern erforderlich, um ein autonomes Fahren zu erreichen. Für die Automobilsysteme wird jedoch LiDAR verwendet, und zu den bekannten lichtemittierenden Vorrichtungen gehören Komponenten wie eine Laserdiode, ein Halbleiterschalter, eine Klemmdiode und ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung, die auf einer Oberfläche einer Leiterplatte oder ähnlichem angeordnet sind. Der Abstand zwischen den angeordneten Komponenten liegt in der Größenordnung von mehreren hundert µm, und die parasitäre Induktivität einer Stromschleife einschließlich der Laserdiode zum Zeitpunkt des Betriebs einer Schaltung liegt somit in der Größenordnung von mehreren nH. Dadurch wird die Einschaltdauer, während der Licht von der lichtemittierenden Vorrichtung abgegeben wird, auf einen Wert von mehr als einigen ns begrenzt, so dass sich das Problem ergibt, keine ausreichende Entfernungsauflösung gewährleisten zu können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen, die eine Verkürzung des auszugebenden Lichtpulses bewirkt, und eines Kondensators, der eine Verkürzung des Lichtpulses bewirkt, der von einem auf dem Kondensator angeordneten lichtemittierenden Festkörper-Bauelement ausgegeben wird.
Lösung der Aufgabe
Eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kondensator, der eine dielektrische Schicht, eine erste Innenelektrode und eine zweite Innenelektrode, die vorgesehen sind, um die dielektrische Schicht dazwischen sandwichartig anzuordnen, eine erste Außenelektrode, die elektrisch mit der ersten Innenelektrode verbunden ist, und eine zweite Außenelektrode, die elektrisch mit der zweiten Innenelektrode verbunden ist, umfasst, ein oder mehrere lichtemittierende Festkörper-Bauelemente, die Licht aussenden, wenn elektrische Energie von dem Kondensator zugeführt wird, und ein Schaltelement, das die elektrische Energiezufuhr von dem Kondensator zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement steuert. Das lichtemittierende Festkörper-Bauelement ist auf einer Außenseite des Kondensators angeordnet, das Schaltelement ist auf der Außenseite des Kondensators angeordnet oder im Inneren des Kondensators vorgesehen, und der Kondensator umfasst einen leitenden Teil zwischen der ersten Außenelektrode und der zweiten Außenelektrode, wobei der leitende Teil es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement und das Schaltelement in Reihe zu schalten.
Ein Kondensator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer dielektrischen Schicht, einer ersten Innenelektrode und einer zweiten Innenelektrode, wobei die erste Innenelektrode und die zweite Innenelektrode vorgesehen sind, um die dielektrische Schicht dazwischen sandwichartig anzuordnen, umfasst einen Anordnungsteil, auf dem ein oder mehrere lichtemittierende Festkörper-Bauelemente, die Licht aussenden, wenn elektrische Energie von dem Kondensator zugeführt wird, und ein Schaltelement, das die elektrische Energiezufuhr von dem Kondensator zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement steuert, angeordnet sind, und einen leitenden Teil, der auf dem Anordnungsteil vorgesehen ist und es ermöglicht, den Kondensator und das Schaltelement in Reihe zu schalten.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein lichtemittierendes Festkörper-Bauelement und ein Schaltelement in Reihe geschaltet und auf der Außenseite eines Kondensators angeordnet. Dadurch kann die parasitäre Induktivität reduziert werden, so dass Licht mit einem kurzen Puls von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement ausgegeben werden kann.
Figurenliste

1 zeigt 1 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schaltbild der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Schaltbild der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer anderen Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer Modifikation der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer Modifikation (1) der vorliegenden Erfindung.
13 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer Modifikation (2) der vorliegenden Erfindung.
14 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer Modifikation (3) der vorliegenden Erfindung.
15 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer Modifikation (4) der vorliegenden Erfindung.
16 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer Modifikation (5) der vorliegenden Erfindung.
17 ist ein Schaltbild einer lichtemittierenden Vorrichtung mit einem Treiberelement, das einen Halbleiterschalter ansteuert.
18 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer Modifikation (10) der vorliegenden Erfindung.
19 umfasst Seitenansichten der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der Modifikation (10) der vorliegenden Erfindung.
20 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Beispiels für die Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der Modifikation (10) der vorliegenden Erfindung.
21 ist ein Schaltbild einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer Modifikation (11) der vorliegenden Erfindung.
22 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der Modifikation (11) der vorliegenden Erfindung.
23 umfasst Seitenansichten der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der Modifikation (11) der vorliegenden Erfindung.
24 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Beispiels für die Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der Modifikation (11) der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden lichtemittierende Vorrichtungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder äquivalente Teile.
(Erste Ausführungsform)
Eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1(a) ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Vorrichtung 100 von der Außenseite eines Kondensators 10 aus gesehen, auf dem ein lichtemittierendes Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, und 1(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100 entlang der Ebene I-I.
Die in 1 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100 besteht aus dem Kondensator 10, dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und einem Halbleiterschalter 30, die auf der Außenseite des Kondensators 10 angeordnet sind. Der Kondensator 10 ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein keramischer Mehrschichtkondensator. So sind im Kondensator 10 abwechselnd mehrere Innenelektroden 14 und 15 zur Erlangung der elektrostatischen Kapazität und eine dielektrische Keramikschicht 13 auflaminiert. Das heißt, ein Mehrschichtkörper wird durch abwechselndes Laminieren einer Innenelektrode 14 (erste Innenelektrode) und einer Innenelektrode 15 (zweite Innenelektrode) mit der dazwischen liegenden dielektrischen Keramikschicht 13 konfiguriert. Die laminierten Innenelektroden 14 und 15 werden in abwechselnder Weise zu einem Endabschnitt und dem anderen Endabschnitt des Kondensators 10 verlängert. Die Innenelektroden 14 und 15, die zu den entsprechenden Endabschnitten verlängert sind, sind mit den Außenelektroden 11 und 12 verbunden, die an den entsprechenden Endabschnitten des Kondensators 10 vorgesehen sind. Das heißt, die Außenelektrode 11 (erste Außenelektrode) ist an einem Endabschnitt des Mehrschichtkörpers ausgebildet, und die Außenelektrode 12 (zweite Außenelektrode) ist an dem anderen Endabschnitt des Mehrschichtkörpers ausgebildet, der dem einen Endabschnitt gegenüberliegt.
Der Kondensator 10 kann z.B. durch Laminieren mehrerer Bariumtitanat-Keramik-Rohschichten (dielektrische Keramikschicht 13) gebildet werden, auf denen Elektrodenmuster durch Bedrucken mit Leitpaste (Ni-Paste) im Siebdruckverfahren gebildet werden.
Darüber hinaus sind die Außenelektroden 11 und 12 auch auf der Außenseite des Kondensators 10 ausgebildet, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 angeordnet sind. Konkret ist bei dem in 1 dargestellten Kondensator 10 die Außenelektrode 11 auf der Außenseite des Kondensators 10 auf der linken Seite in der Zeichnung und die Außenelektrode 12 auf der Außenseite des Kondensators 10 auf der rechten Seite in der Zeichnung ausgebildet. Außerdem sind eine Gate-Extended-Elektrode 31 und eine Anschlusselektrode 32 zwischen den Außenelektroden 11 und 12 auf der Außenseite des Kondensators 10 ausgebildet.
Das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 ist ein lichtemittierendes Element, bei dem eine Festkörpersubstanz Licht emittiert, wenn Strom durch die Substanz fließt. Das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 kann eine Leuchtdiode (LED), eine Laserdiode (LD), ein elektrolumineszierendes Bauelement (EL) oder ähnliches sein. Das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 umfasst eine lichtemittierende Einheit 22, die Licht in einer Richtung parallel zur Außenseite des Kondensators 10 emittiert. Somit ist die lichtemittierende Vorrichtung 100 in der Lage, Licht in eine Richtung parallel zur Außenseite des Kondensators 10 abzugeben. Eine Elektrode (z.B. eine Anode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist mit der Außenelektrode 11 verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Kathode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist elektrisch mit der Verdrahtung 21 verbunden. Die Verdrahtung 21 ermöglicht es, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und die Anschlusselektrode 32 elektrisch miteinander zu verbinden. Als Material für die Verdrahtung 21 kann ein Material wie Au, AI oder Cu verwendet werden. Darüber hinaus kann die Verdrahtung 21 eine Form wie ein Draht, ein Band oder eine Klammer haben.
Der Halbleiterschalter 30 ist ein Schaltelement. Als Halbleiterschalter 30 wird z.B. ein Silizium-MOSFET, GaNFET o.ä. verwendet. Eine Elektrode (z.B. eine Drain-Elektrode) ist mit der Anschlusselektrode 32 verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30 ist elektrisch mit der Verdrahtung 33 verbunden. Die Gate-Elektrode des Halbleiterschalters 30 ist elektrisch mit der Gate-Extended-Elektrode 31 verbunden, die auf der Außenseite des Kondensators 10 ausgebildet ist. Durch die Verdrahtung 33 können der Halbleiterschalter 30 und die Außenelektrode 12 elektrisch miteinander verbunden werden. Als Material für die Verdrahtung 33 kann ein Material wie Au, AI oder Cu verwendet werden. Außerdem kann die Verdrahtung 33 die Form eines Drahtes, eines Bandes oder einer Klammer haben.
2 ist ein Schaltbild der lichtemittierenden Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dem in 2 dargestellten Schaltbild ist eine Elektrode des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 mit einer Elektrode (z.B. einer Anode) des Kondensators 10 verbunden und eine weitere Elektrode (z.B. eine Kathode) des lichtemittierende Festkörper-Bauelements 20 ist mit dem Halbleiterschalter 30 verbunden. Eine Elektrode (z.B. eine Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30 ist mit dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30 ist mit einer anderen Elektrode des Kondensators 10 und der Erdungs-Verdrahtung verbunden.
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100 werden das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 auf der Außenseite des Kondensators 10 platziert, und der Kondensator 10, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 werden mit den Außenelektroden 11 und 12, der Verdrahtung 21, der Anschlusselektrode 32 und der Verdrahtung 33 in Reihe geschaltet, wie in 2 dargestellt. Die Verdrahtung 21 und die Anschlusselektrode 32 bilden einen leitenden Teil, der es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten. Der in 1 dargestellte leitende Teil ist lediglich ein Beispiel. Die Konfiguration der Verdrahtung, Elektroden und dergleichen kann je nach Schaltungskonfiguration oder Fertigung geändert werden.
Darüber hinaus dient die Außenseite des Kondensators 10 als Anordnungsteil, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 platziert wird. Auf der Außenseite des Kondensators 10 ist die Anschlusselektrode 32 als leitendes Teil vorgesehen, das es ermöglicht, den Kondensator 10 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten.
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100 sind das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 auf der Außenseite des Kondensators 10 montiert. Daher kann der Abstand zwischen dem Kondensator 10 und dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und der Abstand zwischen dem Kondensator 10 und dem Halbleiterschalter 30 im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Verdrahtung bekannt ist, verkürzt werden. Das heißt, bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100 kann, wie in den 1(b) und 2 dargestellt, eine Stromschleife a, die durch den Kondensator 10, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 verläuft, verkürzt werden.
Ferner sind hinsichtlich der Richtung des Stromflusses in der Stromschleife a, wie in 1(b) dargestellt, die Richtung (durchgezogene Pfeile), in der der Strom in den Außenelektroden 11 und 12 und der Anschlusselektrode 32 fließt, und die Richtung (gestrichelte Pfeile), in der der Strom in den Innenelektroden 14 und 15 fließt, entgegengesetzt zueinander. Ferner sind die Richtung (durchgezogene Pfeile), in der Strom in den Außenelektroden 11 und 12 und der Anschlusselektrode 32 fließt, und die Richtung (gestrichelte Pfeile), in der Strom in den Innenelektroden 14 und 15 fließt, mit einem Abstand h der Außendicke des Kondensators 10 einander entgegengesetzt. D.h. die Stromschleife a kann so weit verkürzt werden, dass der Abstand zwischen gegenläufigen, gegenläufigen Strömen zum Abstand h wird. Werden dagegen der Kondensator 10, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 wie bei bekannten Techniken durch Verdrahtung verbunden, so ist der Abstand zwischen gegenläufigen Strömen, gegenläufigen Strömen länger als der Abstand h.
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100 nimmt aufgrund eines verringerten Abstandes zwischen gegenläufigen Strömen der Effekt der gegenseitigen Aufhebung der magnetischen Flüsse (Offset-Effekt) zu, und die parasitäre Induktivität der Stromschleife a kann dadurch verringert werden. Im Falle der lichtemittierenden Vorrichtung 100 nach dem kapazitiven Entladungsverfahren ist daher die parasitäre Induktivität der Stromschleife a klein, und die Versorgungsspannung kann daher abgesenkt werden. Dadurch können die Kosten und die Größe der lichtemittierenden Vorrichtung 100 reduziert werden. Darüber hinaus ist die parasitäre Induktivität der Stromschleife a klein, wenn die lichtemittierende Vorrichtung 100 das Schaltersteuerungsverfahren verwendet. Dadurch kann die Pulsbreite des Stroms reduziert werden, und Licht mit einem kurzen Puls kann von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement ausgegeben werden.
Wie oben beschrieben, umfasst die lichtemittierende Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die dielektrische Keramikschicht 13, die Innenelektroden 14 (erste Innenelektroden) und die Innenelektroden 15 (zweite Innenelektroden), die mit der dazwischen liegenden dielektrischen Keramikschicht 13 versehen sind, die Außenelektrode 11 (erste Außenelektrode), die elektrisch mit den Innenelektroden 14 verbunden ist, und die Außenelektrode 12 (zweite Außenelektrode), die elektrisch mit den Innenelektroden 15 verbunden ist. Die lichtemittierende Vorrichtung 100 umfasst ferner ein oder mehrere lichtemittierende Festkörper-Bauelemente 20, die Licht emittieren, wenn elektrische Energie vom Kondensator 10 und dem Halbleiterschalter 30 (Schaltelement) zugeführt wird, der die Stromversorgung vom Kondensator 10 zum lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 steuert. Außerdem ist das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 auf der Außenseite des Kondensators 10 angeordnet, der Halbleiterschalter 30 ist auf der Außenseite des Kondensators 10 oder im Inneren des Kondensators 10 angeordnet, und der Kondensator 10 umfasst einen leitenden Teil zwischen der Außenelektrode 11 und der Außenelektrode 12, so dass das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 in Reihe miteinander geschaltet werden können. Daher kann in der lichtemittierenden Vorrichtung 100 durch Verringerung des Abstands zwischen entgegengesetzten Strömen, die in entgegengesetzte Richtungen fließen, auf den Abstand h die parasitäre Induktivität der Stromschleife a verringert werden und Licht mit einem kurzen Puls von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ausgegeben werden. Die lichtemittierende Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform hat eine Konfiguration, bei der die Anschlusselektrode 32 als ein leitendes Teil auf der Außenseite des Kondensators 10 vorgesehen ist.
Der Kondensator 10 umfasst die Außenseite (Anordnungsteil), auf der ein oder mehrere lichtemittierenden Festkörper-Bauelemente 20, die Licht aussenden, wenn elektrische Energie vom Kondensator 10 zugeführt wird, und der Halbleiterschalter 30 (Schaltelement), der die Stromversorgung vom Kondensator 10 zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 steuert, platziert sind, sowie die Anschlusselektrode 32 (leitfähiger Teil), die auf der Außenseite des Kondensators 10 vorgesehen ist und es ermöglicht, den Kondensator 10 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten. Indem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 auf der Außenseite des Kondensators 10 angeordnet werden, kann mithin der Abstand zwischen entgegengesetzten Strömen, die in entgegengesetzte Richtungen fließen, auf den Abstand h reduziert werden, und die parasitäre Induktivität der Stromschleife a kann verringert werden. Folglich kann Licht mit einem kurzen Puls von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ausgegeben werden.
(Zweite Ausführungsform)
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, wie in 1(b) dargestellt, sind die Außenelektroden 11 und 12 auf den entsprechenden Endabschnitten des Mehrschichtkörpers ausgebildet, und die Größe der Stromschleife a steht unter der Beschränkung der äußeren Größe des Kondensators 10. Daher wird bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Konfiguration verwendet, bei der eine Außenelektrode und eine Innenelektrode unter Verwendung einer Durchkontaktierung für einen Kondensator elektrisch verbunden sind. 3 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 100a gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3(a) ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Vorrichtung 100a von der Außenseite eines Kondensators 10a aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, 3(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100a entlang der Ebene I-I und 3(c) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100a entlang der Ebene II-II. Auf die Merkmale der in der 3 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100a, die dieselben sind wie die der Konfiguration der 1 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100, wird mit denselben Bezugszeichen wie bei der Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100 Bezug genommen, und die ausführliche Erläuterung derselben Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 3 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100a umfasst den Kondensator 10a, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und einen Halbleiterschalter 30a, die auf der Außenseite des Kondensators 10a angeordnet sind. Der Kondensator 10a ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein keramischer Mehrschichtkondensator. Somit ist der Kondensator 10a als Mehrschichtkörper konfiguriert, in dem die Vielzahl der Innenelektroden 14 und 15 zur Erlangung elektrostatischer Kapazität und die dielektrische Keramikschicht 13 abwechselnd laminiert sind.
Wie in 3(b) dargestellt, sind im Kondensator 10a Durchkontaktierungen 16 und 17 gebildet, die den Mehrschichtkörper durchdringen. Die Durchkontaktierung 16 ermöglicht es, dass die auf der Außenseite des Kondensators 10a gebildete Außenelektrode 11 und die laminierten Innenelektroden 14 elektrisch miteinander verbunden werden. Wie in 3(c) dargestellt, sind die Innenelektroden 14 elektrisch mit der Durchkontaktierung 16 verbunden. Die Innenelektroden 14 sind jedoch elektrisch nicht mit der Durchkontaktierung 17 verbunden. Die Durchkontaktierung 17 ermöglicht es, die auf der Außenseite des Kondensators 10a gebildete Außenelektrode 12 und die laminierten Innenelektroden 15 elektrisch miteinander zu verbinden. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, sind die Innenelektroden 15 elektrisch mit der Durchkontaktierung 17 verbunden, während die Innenelektroden 15 mit der Durchkontaktierung 16 elektrisch nicht verbunden sind.
Eine Elektrode (z.B. eine Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a und eine andere Elektrode (z.B. eine Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a sind auf der gleichen Seite ausgebildet. Daher ist die eine Elektrode (z.B. die Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a mit einer Anschlusselektrode 32 und die andere Elektrode (z.B. die Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a elektrisch mit der Außenelektrode 12 verbunden.
Durch die Verbindung der Außenelektrode 11 und der Innenelektroden 14 durch die den Schichtkörper durchdringende Durchkontaktierung 16 und die Verbindung der Außenelektrode 12 und der Innenelektroden 15 durch die den Schichtkörper durchdringende Durchkontaktierung 17 ist der Abstand zwischen der Durchkontaktierung 16 und der Durchkontaktierung 17 kürzer als der Abstand zwischen der Außenelektrode 11 und der Außenelektrode 12, die an den Stirnseiten des Kondensators 10 gebildet sind, wie in 1(b) dargestellt. Somit ist eine Stromschleife der lichtemittierenden Vorrichtung 100a kürzer als die Stromschleife a der lichtemittierenden Vorrichtung 100, und die parasitäre Induktivität der lichtemittierenden Vorrichtung 100a kann weiter reduziert werden.
Obwohl die Durchkontaktierungen 16 und 17 innerhalb des Kondensators 10a gebildet werden, sind die Durchkontaktierungen 16 und 17 wünschenswerterweise unterhalb der Positionen gebildet, an denen das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a angeordnet sind. Insbesondere ist die Durchkontaktierung 16 in der Nähe einer Elektrode (z.B. einer Anode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 vorgesehen, und die Durchkontaktierung 17 ist in der Nähe einer anderen Elektrode (z.B. einer Quellenelektrode) des Halbleiterschalters 30a vorgesehen. Dementsprechend können jeweils der Verbindungsabstand von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 zum Kondensator 10a und der Verbindungsabstand vom Halbleiterschalter 30a zum Kondensator 10a verringert und die Stromschleife der lichtemittierenden Vorrichtung 100a weiter verkürzt werden.
Wie oben beschrieben, umfasst der Kondensator 10a in der lichtemittierenden Vorrichtung 100a gemäß der zweiten Ausführungsform die Durchkontaktierung 16 (erste Durchkontaktierung), die elektrisch mit den Innenelektroden 14 und dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 verbunden ist, und die Durchkontaktierung 17 (zweite Durchkontaktierung), die elektrisch mit den Innenelektroden 15 und dem Halbleiterschalter 30a verbunden ist. Darüber hinaus sind die Durchkontaktierungen 16 und 17 mit den Außenelektroden 11 und 12 des Kondensators 10a elektrisch verbunden.
So können bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100a mit den gebildeten Durchkontaktierungen 16 und 17 das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a mit den Innenelektroden 14 und 15 im Inneren des Kondensators 10a an Stellen verbunden werden, die weiter innen liegen als die äußere Größe des Kondensators 10a, und die Stromschleife kann weiter verkürzt werden. Dadurch kann die parasitäre Induktivität weiter reduziert werden. Die Konfiguration, in der Durchkontaktierungen in einem keramischen Mehrschichtkondensator wie dem Kondensator 10a gebildet werden, wurde oben beschrieben. Es kann jedoch auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der Durchkontaktierungen bei anderen Kondensatortypen (z.B. einem Halbleiterkondensator) gebildet werden, die weiter unten beschrieben werden.
Darüber hinaus kann die Durchkontaktierung 16 (erste Durchkontaktierung) an einer Stelle vorgesehen werden, die mit einem Ende (z.B. einer Anode) des auf der Außenseite des Kondensators 10a angeordneten lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 verbunden ist, und die Durchkontaktierung 17 (zweite Durchkontaktierung) kann an einer Stelle vorgesehen werden, die mit einem Ende (z.B. einer Quellenelektrode) des auf der Außenseite des Kondensators 10a angeordneten Halbleiterschalters 30a verbunden ist. Dementsprechend kann bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100a durch Verringerung des Verbindungsabstands zwischen dem Kondensator 10a und jedem der lichtemittierenden Festkörper-Bauelemente 20 und dem Halbleiterschalter 30a die Stromschleife weiter verkürzt und die parasitäre Induktivität weiter verringert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Die Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, die den Kondensator 10, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 umfasst, die auf der Außenseite des Kondensators 10 angeordnet sind, wurde oben beschrieben. Die auf der Außenseite des Kondensators angeordneten Elemente sind jedoch nicht auf das lichtemittierende Festkörper-Bauelement und den Halbleiterschalter beschränkt. Anhand einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Konfiguration beschrieben, bei der andere Elemente als das lichtemittierende Festkörper-Bauelement und der Halbleiterschalter auf der Außenseite des Kondensators angeordnet sind.
4 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 100b gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4(a) ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Vorrichtung 100b von der Außenseite des Kondensators 10a aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, 4(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100b entlang der Ebene I-I und 4(c) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100b entlang der Ebene II-II. Auf die Merkmale der in 4 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100b, die dieselben sind wie die der Konfigurationen der in 1 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100 und der in 2 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100a, wird mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen wie bei den Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100 und der lichtemittierenden Vorrichtung 100a, und die ausführliche Erläuterung dieser Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 4 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100b besteht aus dem Kondensator 10a und dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20, einem Halbleiterschalter 30a und einer Klemmdiode 40, die auf der Außenseite des Kondensators 10a angeordnet sind. Der Kondensator 10a ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein keramischer Mehrschichtkondensator. Somit ist der Kondensator 10a als Mehrschichtkörper konfiguriert, in dem die Vielzahl der Innenelektroden 14 und 15 zur Erfassung der elektrostatischen Kapazität und die dielektrische Keramikschicht 13 abwechselnd laminiert sind.
Im Kondensator 10a werden, wie in 4(b) und 4(c) dargestellt, die den Mehrschichtkörper durchdringenden Durchkontaktierungen 16 und 17 gebildet. Durch die Durchkontaktierung 16 können die auf der Außenseite des Kondensators 10a gebildete Außenelektrode 11 und die laminierten Innenelektroden 14 elektrisch miteinander verbunden werden. Die Durchkontaktierung 17 ermöglicht es, die auf der Außenseite des Kondensators 10a gebildete Außenelektrode 12 und die laminierten Innenelektroden 15 elektrisch miteinander zu verbinden.
Eine Elektrode (z.B. eine Kathode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist mit der Außenelektrode 11 verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Anode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist elektrisch mit der Verdrahtung 21 verbunden. Die Verdrahtung 21 ermöglicht es, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und die Anschlusselektrode 32 elektrisch miteinander zu verbinden. Als Material für die Verdrahtung 21 kann ein Material wie Au, AI oder Cu verwendet werden. Darüber hinaus kann die Verdrahtung 21 eine Form wie ein Draht, ein Band oder eine Klammer haben.
Außer dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ist eine Elektrode (z.B. eine Anode) der Klemmdiode 40 mit der Außenelektrode 11 elektrisch verbunden. Die Klemmdiode 40 ist parallel zum lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 geschaltet, und eine weitere Elektrode (z.B. eine Kathode) der Klemmdiode 40 ist elektrisch mit der Verdrahtung 41 verbunden. Durch die Verdrahtung 41 können die Klemmdiode 40 und die Anschlusselektrode 32 elektrisch miteinander verbunden werden. Als Material für die Verdrahtung 41 kann ein Material wie Au, AI oder Cu verwendet werden.
Eine Elektrode (z.B. eine Source-Elektrode) und eine andere Elektrode (z.B. eine Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a sind auf derselben Seite ausgebildet. So sind die eine Elektrode (z.B. die Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a mit der Anschlusselektrode 32 und die andere Elektrode (z.B. die Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a elektrisch mit der Außenelektrode 12 verbunden.
5 zeigt ein Schaltbild der lichtemittierenden Vorrichtung 100b gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dem in 5 dargestellten Schaltbild sind eine Elektrode (Kathode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und eine Elektrode (Anode) der Klemmdiode 40 mit einer Elektrode des Kondensators 10a verbunden. Eine weitere Elektrode des Kondensators 10a ist mit einer Elektrode (Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a verbunden. Eine weitere Elektrode (Anode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20, eine weitere Elektrode (Kathode) der Klemmdiode 40 und eine weitere Elektrode (Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a sind mit einer Erdungs-Verdrahtung verbunden.
Der Halbleiterschalter 30a, der für die lichtemittierende Vorrichtung 100b verwendet wird, wird auch als Halbleiterschalter für eine Verstärkerschaltung 200 verwendet. Daher ist die Verstärkerschaltung 200 so konfiguriert, dass sie den Halbleiterschalter 30a der lichtemittierenden Vorrichtung 100b sowie eine Gleichstromversorgung 201, eine Induktivität 202 und eine Diode 203 umfasst. Das heißt, die lichtemittierende Vorrichtung 100b hat eine Konfiguration, bei der der für die Verstärkerschaltung 200 verwendete Halbleiterschalter ebenfalls auf der Außenseite des Kondensators 10a angeordnet ist.
Wie oben beschrieben, ist bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100b gemäß der dritten Ausführungsform die Klemmdiode 40 parallel zum lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 geschaltet und auf der Außenseite des Kondensators 10a platziert. So kann durch Verkürzung einer Stromschleife die parasitäre Induktivität reduziert werden, und aus dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 kann auch Licht mit einem kurzen Puls ausgegeben werden. Die lichtemittierende Vorrichtung 100b, die einen Mehrschicht-Keramikkondensator als Kondensator 10a verwendet, wurde oben beschrieben. Eine ähnliche Konfiguration kann jedoch auch für andere Arten von Kondensatoren (z.B. einen Halbleiterkondensator) verwendet werden, die weiter unten beschrieben werden.
(Vierte Ausführungsform)
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100b gemäß der dritten Ausführungsform befindet sich die Klemmdiode 40 auf einem Strahlengang für die lichtemittierende Einheit 22 des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 auf der Seite nahe der Klemmdiode 40, wie in 4(a) dargestellt. Daher kann das von der lichtemittierenden Einheit 22 emittierte Licht durch die Klemmdiode 40 blockiert werden. Bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daher eine Anordnung von Elementen beschrieben, die einen Strahlengang des von der lichtemittierenden Einheit 22 des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 emittierten Lichts nicht blockieren.
6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 100c gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in 6 dargestellte Draufsicht ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Vorrichtung 100c von der Außenseite des Kondensators 10a aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist. Auf die Merkmale der in 6 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100c, die dieselben sind wie die der Konfiguration der in 4 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100b, wird mit denselben Bezugszeichen wie bei der Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100b Bezug genommen, und die ausführliche Erläuterung derselben Merkmale wird nicht wiederholt.
Das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 ist ein lichtemittierendes Element eines Kantenlicht-Emissionstyps, das die lichtemittierende Einheit 22 umfasst, die Licht in einer Richtung parallel zur Außenseite des Kondensators 10a emittiert. Somit ist die lichtemittierende Vorrichtung 100c in der Lage, Licht in der Richtung parallel zur Außenseite des Kondensators 10a abzugeben. Die lichtemittierende Vorrichtung 100c muss jedoch so angeordnet werden, dass das von der lichtemittierenden Einheit 22 emittierte Licht nicht durch andere Elemente (z.B. einen Halbleiterschalter, eine Klemmdiode oder ähnliches) blockiert wird.
Die in 6 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100c umfasst den Kondensator 10a und das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, den Halbleiterschalter 30a und die Klemmdiode 40, die auf der Außenseite des Kondensators 10a angeordnet sind. Darüber hinaus ist die lichtemittierende Vorrichtung 100c so angeordnet, dass die Position der Klemmdiode 40 im Vergleich zu der in 4 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100b in der Figur nach rechts verschoben ist. Somit sind andere Elemente nicht an einer Position vorhanden, die einen Strahlengang L des von der lichtemittierenden Einheit 22 emittierten Lichts blockiert.
Insbesondere dann, wenn eine lichtemittierende Vorrichtung eine Konfiguration hat, in der ein lichtempfangendes Element wie eine Fotodiode die Emission oder Nichtemission von Licht detektiert, muss ein Platz für das lichtempfangende Element auf einem Strahlengang L des Lichts gesichert werden. Bei der in 6 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100c sind die Klemmdiode 40 und der Halbleiterschalter 30a so angeordnet, dass sie in der Figur nach rechts verschoben sind. So kann z.B. ein Lichtempfangselement 50 an einer Stelle der Außenelektrode 11 angebracht werden, die den Strahlengang L blockiert. Darüber hinaus kann selbst in dem Fall, dass eine lichtemittierende Vorrichtung eine Konfiguration hat, in der die Emission oder Nichtemission von Licht von einem lichtempfangenden Element nicht erfasst wird, wenn ein anderes Element an einer Position vorhanden ist, die den Strahlengang L blockiert, emittiertes Licht von dem anderen Element reflektiert werden und zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 zurückkehren, was einen Resonanzbetrieb innerhalb des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 nachteilig beeinflussen kann. Um einen solchen nachteiligen Einfluss zu vermeiden, ist es daher wünschenswert, dass andere Elemente sich nicht in dem Strahlengang L befinden.
Als Anordnungsverfahren, um zu verhindern, dass von der lichtemittierenden Einheit 22 abgestrahltes Licht durch andere Elemente blockiert wird, ist neben der in 6 dargestellten Anordnung der lichtemittierenden Vorrichtung 100c, bei der ein anderes Element in horizontaler Richtung relativ zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 auf der Außenseite des Kondensators verschoben wird, auch ein Anordnungsverfahren zur Verschiebung eines anderen Elements in vertikaler Richtung möglich.
7 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 100d gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7(a) ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Vorrichtung 100d von der Außenseite des Kondensators 10a aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, und 7(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100d entlang der Ebene I-I. Auf die Merkmale der in 7 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100d, die dieselben sind wie die der Konfigurationen der in 4 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100b und der in 6 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100c, wird mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen wie bei den Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100b und der lichtemittierenden Vorrichtung 100c, und die ausführliche Erläuterung derselben Merkmale wird nicht wiederholt.
Das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 ist ein lichtemittierendes Element eines Kantenlicht-Emissionstyps einschließlich der lichtemittierenden Einheit 22, das Licht in einer Richtung parallel zur Außenseite des Kondensators 10a emittiert. Somit ist die lichtemittierende Vorrichtung 100d in der Lage, Licht in der Richtung parallel zur Außenseite des Kondensators 10a abzugeben. Die lichtemittierende Vorrichtung 100d muss jedoch so angeordnet sein, dass das von der lichtemittierenden Einheit 22 emittierte Licht nicht durch andere Elemente (z.B. einen Halbleiterschalter, eine Klemmdiode oder ähnliches) blockiert wird. Daher wird bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100d eine Metallplatte 23 auf die Außenelektrode 11 und das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 auf die Metallplatte 23 gelegt. Das heißt, die Seite, auf der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 montiert ist, wird in vertikaler Richtung relativ zu der Seite, auf der andere Elemente montiert sind, angehoben. Wie in 7(b) dargestellt, befinden sich also keine anderen Elemente an einer Position, die den Strahlengang L des von der lichtemittierenden Einheit 22 emittierten Lichts blockiert.
Bei der Metallplatte 23 kann es sich um ein beliebiges Verbindungsmaterial handeln, das es ermöglicht, die Außenelektrode 11 und eine Elektrode (z.B. eine Kathode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 elektrisch miteinander zu verbinden. Darüber hinaus kann die Metallplatte 23 jede beliebige Dicke haben, die dick genug ist, um zu verhindern, dass der Strahlengang L des von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 emittierten Lichts durch andere Elemente blockiert wird.
Wie oben beschrieben, ist bei den lichtemittierenden Vorrichtungen 100c und 100d gemäß der vierten Ausführungsform das lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 in der Lage, Licht in der Richtung auszusenden, die horizontal zur Außenseite des Kondensators 10a verläuft, und es kann verhindert werden, dass das ausgesendete Licht durch andere Bauteile, die auf dem Kondensator 10a angebracht sind, blockiert wird. Das heißt, dass andere Komponenten, die auf der Außenseite des Kondensators 10a angeordnet sind, auf der Außenseite des Kondensators angeordnet sind, um den Strahlengang L des von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 emittierten Lichts zu meiden. Auf der Außenseite des Kondensators 10a befinden sich weitere Komponenten, wie z.B. der Halbleiterschalter 30a, die Klemmdiode 40 und ähnliches.
Der Halbleiterschalter 30a ist z.B. so angeordnet, dass er in horizontaler Richtung relativ zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 auf der Außenseite des Kondensators 10a verschoben ist, wie in 6 dargestellt. Außerdem ist der Halbleiterschalter 30a so angeordnet, dass er in vertikaler Richtung relativ zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 auf der Außenseite des Kondensators 10a verschoben ist, wie in 7 dargestellt. Bei einer solchen Anordnung sind andere Elemente (z.B. ein Halbleiterschalter, eine Klemmdiode und dergleichen) nicht auf dem Strahlengang L für das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet. Somit kann ein lichtempfangendes Element wie eine Fotodiode angeordnet sein.
Die lichtemittierenden Vorrichtungen 100c und 100d können ferner das lichtempfangende Element 50 enthalten, das Licht von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 auf dem Strahlengang L des von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ausgesandten Lichts empfängt. In dem Fall, dass andere Elemente auf dem Strahlengang L für das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 vorhanden sind, muss das lichtempfangende Element 50 vor den anderen Elementen angeordnet sein oder das Licht muss reflektiert werden, damit das lichtempfangende Element 50 das Licht empfangen kann. In dem Fall, dass das lichtempfangende Element 50 vor einem anderen Element angeordnet ist, muss ein Anschlussdraht installiert werden, wodurch sich die parasitäre Induktivität einer Stromschleife erhöht. Damit das Licht so reflektiert wird, dass es von dem lichtempfangenden Element 50 detektiert werden kann, muss zudem ein Bauelement, z.B. ein Spiegel, installiert werden. Damit steigen die Kosten des lichtemittierenden Bauelements, und auch die Größe nimmt zu. Das lichtempfangende Element 50 muss nicht auf der Außenseite des Kondensators 10a angebracht werden. Die lichtemittierenden Vorrichtungen 100c und 100d, die einen Keramik-Mehrschichtkondensator als Kondensator 10a verwenden, wurden oben beschrieben. Eine ähnliche Konfiguration kann jedoch auch für andere Kondensatortypen (z.B. einen Halbleiterkondensator) verwendet werden, die weiter unten beschrieben werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, wie in 1(b) dargestellt, ist der Kondensator 10 ein keramischer Mehrschichtkondensator. Anhand einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Fall beschrieben, in dem ein Kondensator eines anderen Typs als ein Keramik-Mehrschichtkondensator als Kondensator verwendet wird. Beispielsweise wird ein Fall beschrieben, in dem ein Halbleiterkondensator verwendet wird. Der Kondensator muss jedoch nicht notwendigerweise ein Halbleiterkondensator sein.
8 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 100e gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8(a) ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Vorrichtung 100e von der Außenseite eines Kondensators 10b aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, und 8(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100e entlang der Ebene I-I. Auf die Merkmale der in 8 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100e, die dieselben sind wie die der Konfigurationen der in 1 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100 und der in 3 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100a, wird mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen wie bei den Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100 und der lichtemittierenden Vorrichtung 100a, und die ausführliche Erläuterung dieser Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 8 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100e umfasst den Kondensator 10b sowie das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30a, die auf der Außenseite des Kondensators 10b angeordnet sind. Der Kondensator 10b ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein Halbleiterkondensator. Der Kondensator 10b umfasst eine N+-Schicht 15a, die durch ein Halbleiterverfahren gebildet wird und durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in ein Siliziumsubstrat 18 gebildet wird, eine dielektrische Schicht 13a, die auf der Oberfläche der N+-Schicht 15a z.B. durch ein CVD-(Chemical Vapor Deposition)-Verfahren gebildet wird und beispielsweise aus einem anorganischen Material wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Hafniumsilikat, Aluminiumoxid oder Bariumtitanat besteht, und eine leitfähige Polysiliziumschicht 14a, die auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 13a durch das CVD-Verfahren gebildet wird. Obwohl der Fall, dass ein Substrat, das den Kondensator 10b bildet, das Siliziumsubstrat 18 ist, oben beschrieben wurde, können auch andere Substrattypen wie ein Saphirsubstrat oder ein GaAs-Substrat verwendet werden.
Die N+-Schicht 15a ist eine niederohmige Schicht, die durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in hoher Konzentration in eine Oberfläche des Siliziumsubstrats 18 mit einer vertieften und hervorstehenden Form durch Bildung einer Vielzahl von Gräben oder Säulen in dem Siliziumsubstrat 18 gebildet ist. Der Grund dafür ist, dass die Fläche der dielektrischen Schicht 13a, die zwischen der N+-Schicht 15a und der Polysiliziumschicht 14a liegt, vergrößert wird, so dass die Kapazität des Kondensators erhöht werden kann. Die Anzahl und Größe der Gräben oder Säulen, die auf dem Siliziumsubstrat 18 gebildet werden, sind also entsprechend der für den Kondensator 10b erforderlichen Kapazität ausgelegt. Die Konfiguration des Kondensators 10b ist nur ein Beispiel, und die oben erwähnte Konfiguration muss nicht zwingend übernommen werden. Außerdem ist, wie oben mit Bezug auf 8(b) erläutert, die dielektrische Schicht 13a eine einzige Schicht. Die dielektrische Schicht 13a kann jedoch mehrere Schichten aus demselben Material oder aus verschiedenen Materialien enthalten. Darüber hinaus wurde oben ein Beispiel für den Kondensator 10b erläutert, bei dem die N+-Schicht 15a durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in das Siliziumsubstrat 18 gebildet wird. Eine P+-Schicht kann jedoch durch Injektion von p-Typ-Verunreinigungsionen in das Siliziumsubstrat 18 entsprechend der Schaltungskonfiguration oder Herstellung gebildet werden.
Die Polysiliziumschicht 14a wird als eine Elektrode (erste Innenelektrode) verwendet, die die Kapazität des Kondensators 10b bildet. Über der Polysiliziumschicht 14a wird eine Metallschicht 14b gebildet, so dass der spezifische Widerstand der einen Elektrode, die durch die Polysiliziumschicht 14a gebildet wird, verringert werden kann. Wenn ein erforderlicher spezifischer Widerstand nur mit der Polysiliziumschicht 14a erreicht werden kann, wird die Metallschicht 14b nicht zwingend gebildet. In dem Fall, dass die Metallschicht 14b über der Polysiliziumschicht 14a gebildet wird, ist die Polysiliziumschicht 14a unter Zwischenschaltung einer Durchkontaktierung 16a elektrisch mit einer Außenelektrode 11a verbunden. Obwohl die eine Elektrode (erste Innenelektrode), die die Kapazität des Kondensators 10b bildet, durch die Polysiliziumschicht 14a gebildet wird, kann die Elektrode durch eine Metallschicht oder ähnliches gebildet werden.
Die N+-Schicht 15a wird als weitere Elektrode (zweite Innenelektrode) verwendet, die die Kapazität des Kondensators 10b bildet. Die N+-Schicht 15a ist unter Zwischenschaltung einer Durchkontaktierung 17a elektrisch mit einer Außenelektrode 12a verbunden.
Die Außenelektroden 11a und 12a sind Elektroden, die es ermöglichen, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30a auf der Außenseite des Kondensators 10b zu platzieren. Bei dem in 8 dargestellten Kondensator 10b ist die Außenelektrode 11a auf der Außenseite des Kondensators 10b auf der linken Seite der Figur und die Außenelektrode 12a auf der Außenseite des Kondensators 10b auf der rechten Seite der Figur ausgebildet. Außerdem sind die Gate-Extended-Elektrode 31 und die Anschlusselektrode 32 zwischen den Außenelektroden 11a und 12a auf der Außenseite des Kondensators 10b gebildet.
Eine Elektrode (z.B. eine Anode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist mit der Außenelektrode 11a verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Kathode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist elektrisch mit der Verdrahtung 21 verbunden. Die Verdrahtung 21 ermöglicht es, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und die Anschlusselektrode 32 elektrisch miteinander zu verbinden.
Eine Elektrode (z.B. eine Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a ist mit der Anschlusselektrode 32 verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a ist elektrisch mit der Außenelektrode 12a verbunden. Die Schaltungskonfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100e ist die gleiche wie die in 2 dargestellte Schaltungskonfiguration, jedoch kann die oben erläuterte Konfiguration des Halbleiterkondensators auf die in 5 dargestellte Schaltungskonfiguration angewendet werden.
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100e werden, nachdem auf der Metallschicht 14b eine Isolierschicht 19 aus z.B. Siliziumoxid oder Siliziumnitrid mit einer Dicke von 100 nm oder weniger gebildet wird, die Außenelektroden 11a und 12a, die Anschlusselektrode 32 und die Durchkontaktierungen 16a und 17a durch ein Halbleiterverfahren gebildet. So kann bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100e der Abstand zwischen dem Kondensator 10b und den Außenelektroden 11a und 12a durch Feinbearbeitung weiter verkürzt werden, und die Stromschleife kann im Vergleich zu dem Fall, bei dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a auf der Außenseite eines Mehrschicht-Keramikkondensators montiert sind, weiter verkürzt werden. Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, ist eine Passivierungsschicht als Schutzschicht in einem anderen Bereich der Außenseite des Kondensators 10b als in einem Teil, in dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und die Außenelektrode 11a verbunden sind, in einem Teil, in dem der Halbleiterschalter 30a und die Außenelektrode 12a verbunden sind, und in einem Teil, in dem die Anschlusselektrode 32 und die Verdrahtung 21 verbunden sind, ausgebildet. Darüber hinaus besteht, wie oben mit Bezug auf 8(b) erläutert, die Isolierschicht 19 aus einem anorganischen Material wie Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. Wie später beschrieben, kann jedoch, wie in 16(b) dargestellt, anstelle der Bildung einer Isolierschicht oder einer Verdrahtungsschicht in einem Vorprozess einer Halbleiterherstellung die Isolierschicht 19 so geformt werden, dass sie mit einer Isolierschicht aus einem organischen Material wie Polyimid oder einem Harz kombiniert werden kann, so dass die Isolierschicht oder die Verdrahtungsschicht in einem Neuverdrahtungsprozess gebildet werden kann. Außerdem wird mit der Bereitstellung der Isolierschicht 19 eine parasitäre Kapazität zwischen der Metallschicht 14b und der Anschlusselektrode 32 erzeugt. Dabei wird ein Material der Isolierschicht 19 so gewählt, dass die Dielektrizitätskonstante der Isolierschicht 19 kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht 13a, und somit ein Einfluss der parasitären Kapazität auf die Ansteuerung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 reduziert werden kann.
Wie oben beschrieben, ist bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100e gemäß der fünften Ausführungsform der Kondensator 10b ein Halbleiterkondensator, der die dielektrische Schicht 13a, die Polysiliziumschicht 14a (erste Innenelektrode) und die N+-Schicht 15a (zweite Innenelektrode) in dem Siliziumsubstrat 18 (Halbleitersubstrat) umfasst, und die Polysiliziumschicht 14a und die N+-Schicht 15a sind mit der dazwischen liegenden dielektrischen Schicht 13a angeordnet. Darüber hinaus umfasst der Halbleiterkondensator die Isolierschicht 19 mit einer Dicke von 100 ⊓m oder weniger auf der Außenseite des Kondensators und umfasst die Anschlusselektrode 32 (leitender Teil), die auf der Außenseite des Kondensators 10b mit der dazwischen angeordneten Isolierschicht 19 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die Stromschleife der lichtemittierenden Vorrichtung 100e im Vergleich zu dem Fall, bei dem Elemente auf der Außenseite eines Mehrschicht-Keramikkondensators angebracht sind, verkürzt werden, und die parasitäre Induktivität der Stromschleife kann weiter verringert werden. Darüber hinaus kann Licht mit einem kurzen Puls von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ausgegeben werden.
Außerdem wird im Halbleiterkondensator die dielektrische Schicht 13a in vertikaler Richtung relativ zur Außenseite des Kondensators 10b gebildet, auf der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a angeordnet sind. Das heißt, der Halbleiterkondensator hat eine Struktur, in der eine Vielzahl von Gräben oder eine Vielzahl von Säulen auf dem Siliziumsubstrat 18 ausgebildet sind, eine niederohmige Schicht wird durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in hoher Konzentration in die ausgebildete Vielzahl von Gräben oder die Vielzahl von Säulen gebildet, und die dielektrische Schicht 13a ist auf der Oberfläche der niederohmigen Schicht ausgebildet und zwischen der Polysiliziumschicht 14a (erste Innenelektrode) und der N+-Schicht 15a (zweite Innenelektrode) angeordnet. Wie oben beschrieben, wird der Kondensator 10b, der ein Halbleiterkondensator ist, wie in 8(b) dargestellt, mit einer vertieften und einer vorspringenden Fläche versehen, wodurch die Kapazität des Kondensators 10b gewährleistet werden kann.
(Sechste Ausführungsform)
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100e gemäß der fünften Ausführungsform ist der Kondensator 10b ein Halbleiterkondensator, wie in 8(b) dargestellt. Im Kondensator 10b ist der Bereich mit einer vertieften und vorstehenden Form, die die Kapazität bildet, entlang der Seite des Kondensators 10b einschließlich der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a vorgesehen. Anhand einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Konfiguration erläutert, in der ein Bereich mit einer vertieften und vorspringenden Form, der die Kapazität eines Kondensators bildet, nicht vorgesehen ist, sondern eine Metallschicht, eine Polysiliziumschicht, ein Siliziumsubstrat und dergleichen an einer Stelle vorgesehen sind, die der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a entspricht. Im Folgenden wird als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem ein Halbleiterkondensator verwendet wird. Der Kondensator muss jedoch nicht zwingend ein Halbleiterkondensator sein.
9 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 100f gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9(a) ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Vorrichtung 100f von der Außenseite eines Kondensators 10c aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, und 9(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100f entlang der Ebene I-I. Auf die Merkmale der in 9 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100f, die dieselben sind wie die der Konfigurationen der in 1 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100, der in 3 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der in 8 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100e, wird mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen wie bei den Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100, der lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der lichtemittierenden Vorrichtung 100e, und die ausführliche Erläuterung derselben Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 9 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100f umfasst aus den Kondensator 10c, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30a, die auf der Außenseite des Kondensators 10c angeordnet sind. Der Kondensator 10c ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein Halbleiterkondensator. Der Kondensator 10c hat den gleichen Aufbau wie der in 8 dargestellte Kondensator 10b, mit der Ausnahme, dass ein Bereich mit einer vertieften und vorspringenden Form, der die Kapazität eines Kondensators bildet, nicht vorgesehen ist, sondern nur die Metallschicht 14b, die Polysiliziumschicht 14a und das Siliziumsubstrat 18 an einer Position angeordnet sind, die der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a im Kondensator 10c entspricht, wie in 9(b) dargestellt.
Die dielektrische Schicht 13a hat eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als die Metallschicht 14b, die Polysiliziumschicht 14a (erste Innenelektrode) und das Siliziumsubstrat 18. Bei dem in 8 dargestellten Kondensator 10b ist die dielektrische Schicht 13a immer in dem Bereich mit der vertieften und vorstehenden Form vorgesehen, der die Kapazität bildet. Daher ist es schwierig, Wärme aus dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30a, die als Wärmeerzeugungsquelle dienen, abzugeben.
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100f ist ein Bereich mit einer vertieften und vorspringenden Form, die die Kapazität des Kondensators 10c bildet, an einer Stelle, die der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a entspricht, nicht vorgesehen, so dass ein Dielektrikum, eine Isolierschicht und Luft nicht angeordnet sind. In dem Kondensator 10c ist, anstatt den Bereich mit der vertieften und vorspringenden Form zu versehen, ein vorspringender Teil des Siliziumsubstrats 18 vorgesehen, der unmittelbar unter der Position, an der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a angeordnet sind, und seitlich zu einem kapazitätsbildenden Teil angeordnet ist, der die dielektrische Schicht 13a und die Polysiliziumschicht 14a (erste Innenelektrode) und eine P+-Schicht 15b (zweite Innenelektrode) umfasst, die vorgesehen sind, um die dielektrische Keramikschicht 13 dazwischen einzuschließen. Das Verhältnis der Wärmeleitfähigkeit wird ausgedrückt durch Metall > Silizium, Polysilizium > Dielektrikum > Isolierschicht > Luft. Die Wärmeableitung nimmt mit zunehmender Breite der Durchkontaktierung 17 zu, die die Verbindung zwischen der P+-Schicht 15b und der Außenelektrode 12a ermöglicht. Um die Isolierung zwischen dem Siliziumsubstrat 18 und der zweiten Innenelektrode des Kondensators 10c zu gewährleisten, müssen die Polarität des Siliziumsubstrats 18 und die Polarität der zweiten Innenelektrode entgegengesetzt sein. Um zu verhindern, dass Strom zu einer zu diesem Zeitpunkt erzeugten parasitären Diode fließt, muss eine Schaltungskonfiguration vorgesehen werden, die eine Sperrvorspannung anlegt. In der sechsten Ausführungsform ist zur Anpassung an die oben beschriebene Schaltungskonfiguration eine Konfiguration vorgesehen, in der die P+-Schicht 15b als zweite Innenelektrode des Kondensators 10c vorgesehen ist, so dass die parasitäre Diode in Sperrrichtung vorgespannt wird.
Wie oben beschrieben, umfasst bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100f gemäß der sechsten Ausführungsform der Halbleiterkondensator als Kondensator 10c einen vorstehenden Teil des Siliziumsubstrats 18 (Halbleitersubstrat), der unmittelbar unter der Position angeordnet ist, an der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a angeordnet sind, und seitlich zu dem kapazitätsbildenden Teil, der die dielektrische Schicht 13a und die Polysiliziumschicht 14a (erste Innenelektrode) und die P+-Schicht 15b (zweite Innenelektrode) umfasst, die die dielektrische Schicht 13a zwischen sich einschließen. Bei einer Konfiguration, in der ein Bereich mit einer vertieften und vorstehenden Form einschließlich der dielektrischen Schicht 13a mit einer Wärmeleitfähigkeit, die niedriger als die der Polysiliziumschicht 14a ist, nicht vorgesehen ist, sondern ein vorstehender Teil des Siliziumsubstrats 18 mit einer Wärmeleitfähigkeit, die höher als die der dielektrischen Schicht 13a ist, vorgesehen ist, kann die lichtemittierende Vorrichtung 100f daher leicht Wärme an die Rückseite des Siliziumsubstrats 18 abgeben, im Vergleich zu dem Fall, in dem die dielektrische Schicht 13a auf der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a vorhanden ist.
(Modifikation)
Die Polysiliziumschicht 14a hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die dielektrische Schicht 13a. Daher kann eine Konfiguration vorgesehen werden, bei der die dielektrische Schicht 13a nicht in einem Bereich vorgesehen ist, in dem die Kapazität des Kondensators gebildet wird, sondern nur ein Bereich mit einer vertieften und vorspringenden Form der Polysiliziumschicht 14a auf dem Siliziumsubstrat 18 unmittelbar unterhalb der Position, an der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a angeordnet sind.
10 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 100g nach einer Modifikation der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10(a) ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Vorrichtung 100g von der Außenseite eines Kondensators 10d aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, und 10(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100g entlang der Ebene I-I. Auf die Merkmale der in 10 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100g, die dieselben sind wie die der Konfigurationen der in 1 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100, der in 3 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der in 8 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100e, wird mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen wie bei den Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100, der lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der lichtemittierenden Vorrichtung 100e, und die ausführliche Erläuterung dieser Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 10 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100g umfasst den Kondensator 10d sowie das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30a, die auf der Außenseite des Kondensators 10d angeordnet sind. Der Kondensator 10d ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein Halbleiterkondensator. Der Kondensator 10d hat den gleichen Aufbau wie der in 8 dargestellte Kondensator 10b, mit der Ausnahme, dass die dielektrische Schicht 13a nicht vorgesehen ist, sondern ein Teil, in dem nur eine vertiefte und vorstehende Form der Polysiliziumschicht 14a an einer Stelle vorgesehen ist, die der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a im Kondensator 10d entspricht, wie in 10(b) dargestellt. Das heißt, ein Teil, in dem nur die Polysiliziumschicht 14a und das Siliziumsubstrat 18 vorgesehen sind, ist an einer Position vorgesehen, die der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a entspricht.
Wie oben beschrieben, umfasst der Halbleiterkondensator als Kondensator 10d bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100g gemäß der Modifikation der sechsten Ausführungsform nicht die dielektrische Schicht 13a, sondern einen Teil, in dem nur die Polysiliziumschicht 14a, die Metallschicht 14b und das Siliziumsubstrat 18 unmittelbar unterhalb der Position vorgesehen sind, an der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a angeordnet sind. Dementsprechend umfasst die lichtemittierende Vorrichtung 100g einen Teil mit einer vertieften und vorstehenden Form, in dem die dielektrische Schicht 13a mit einer Wärmeleitfähigkeit, die niedriger als die der Polysiliziumschicht 14a ist, nicht vorgesehen ist, und die lichtemittierende Vorrichtung 100g kann leicht Wärme an die Rückseite des Siliziumsubstrats 18 abgeben, verglichen mit dem Fall, in dem die dielektrische Schicht 13a auf der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a vorhanden ist.
(Siebte Ausführungsform)
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100f gemäß der sechsten Ausführungsform, wie in 9(b) dargestellt, ist an der Stelle, die der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a entspricht, ein Teil mit einer vertieften und vorspringenden Form nicht vorgesehen, das die Kapazität des Kondensators 10c bildet, sondern ein vorspringender Teil des Siliziumsubstrats 18 angeordnet. Anhand einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Konfiguration beschrieben, bei der ferner eine Durchkontaktierung an der Stelle vorgesehen ist, die der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a entspricht. Im Folgenden wird als Beispiel ein Fall beschrieben, in dem ein Halbleiterkondensator verwendet wird. Als Kondensator muss jedoch nicht zwingend ein Halbleiterkondensator verwendet werden.
11 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung 100h nach der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11(a) ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Vorrichtung 100h von der Außenseite des Kondensators 10e aus gesehen, auf der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, und 11(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100h entlang der Ebene I-I. Auf die Merkmale der in 11 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100h, die dieselben sind wie die der Konfigurationen der in 1 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100, der in 3 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der in 9 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100f, wird mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen wie bei den Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100, der lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der lichtemittierenden Vorrichtung 100f, und die ausführliche Erläuterung dieser Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 11 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100h umfasst den Kondensator 10e sowie das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30a, die auf der Außenseite des Kondensators 10e angeordnet sind. Der Kondensator 10e ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein Halbleiterkondensator. Der Kondensator 10e hat den gleichen Aufbau wie der in 9 dargestellte Kondensator 10c, mit der Ausnahme, dass die Durchkontaktierungen 16b und 17b an einer Stelle vorgesehen sind, die der Rückseite des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a im Kondensator 10e entspricht, wie in 11 (b) dargestellt. Um die Isolierung zwischen der N+-Schicht 15a, die als zweite Innenelektrode des Kondensators 10e dient, und dem Siliziumsubstrat 18 zu gewährleisten, wird eine Isolierschicht 16d um die Durchkontaktierung 16b gebildet. Um die Isolierung zwischen dem Siliziumsubstrat 18 und dem Kondensator 10e zu gewährleisten, wird eine Isolierschicht 17d um die Durchkontaktierung 17b gebildet. In 11(b) sind die Isolierschichten 16d und 17d so ausgebildet, dass die beiden Elektroden des Kondensators 10e gegeneinander isoliert werden können. Die beiden Elektroden des Kondensators können jedoch durch Bildung einer N+-Schicht oder einer P+-Schicht um die Durchkontaktierungen 16b und 17b entsprechend der gebildeten Schaltungskonfiguration, der Bauelementanordnung und der Konfiguration des Halbleiterkondensators voneinander isoliert werden.
Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100h sind zur weiteren Erhöhung der Wärmeableitung die Durchkontaktierungen 16b und 17b vorgesehen. Die Durchkontaktierungen 16b und 17b werden von den Außenelektroden 11a und 12a, die mit der Wärmeerzeugungsquelle wie dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30a verbunden sind, zur Rückseite des Siliziumsubstrats 18 geführt. Das heißt, die Durchkontaktierungen 16b und 17b sind dritte Durchkontaktierungen, die mit der Durchkontaktierung 16a (erste Durchkontaktierung), die elektrisch mit der Außenelektrode 11a verbunden ist, und der Durchkontaktierung 17a (zweite Durchkontaktierung), die elektrisch mit der Außenelektrode 12a verbunden ist, verbunden sind.
Die Durchkontaktierungen 16b und 17b sind so ausgebildet, dass sie die Seite (Rückseite des Siliziumsubstrats 18) erreichen, die der Außenseite des Halbleiterkondensators gegenüberliegt, auf der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a angeordnet sind, und bestehen aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als der des Siliziumsubstrats 18. Auf diese Weise kann die lichtemittierende Vorrichtung 100h die Wärme des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a durch die Durchkontaktierungen 16b und 17b leicht abgeben, im Vergleich zu dem Fall, wo nur das Siliziumsubstrat 18 vorgesehen ist. Die lichtemittierende Vorrichtung 100h umfasst Außenelektroden 16c und 17c, die elektrisch mit den Durchkontaktierungen 16b und 17b auf der Rückseite des Siliziumsubstrats 18 verbunden sind, und daher kann die Verbindung zu den Außenelektroden 11a und 12a von der Rückseite des Siliziumsubstrats 18 aus erreicht werden.
Wie oben beschrieben, sind bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100h gemäß der siebten Ausführungsform die Durchkontaktierungen 16a und 17a elektrisch mit den Durchkontaktierungen 16b bzw. 17b verbunden, die die Seite (Rückseite des Siliziumsubstrats 18) erreichen, die der Außenseite des Halbleiterkondensators gegenüberliegt, auf der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a angeordnet sind. Auf diese Weise kann bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100h eine Wärmeleitung von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30a zu den Durchkontaktierungen 16b und 17b erreicht werden, und die Wärme des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a kann leicht abgegeben werden.
Es ist wünschenswert, dass die Durchkontaktierungen 16b und 17b aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit höher ist als die von Silizium.
(Weitere Modifikationen)
(1) Wie oben erläutert, ist der Kondensator 10b gemäß der fünften Ausführungsform ein Halbleiterkondensator mit einer vertieften und vorstehenden Form. Der Kondensator ist jedoch nicht notwendigerweise ein Halbleiterkondensator mit einer vertieften und hervorstehenden Form. Der Halbleiterkondensator kann so konfiguriert sein, dass die Innenelektroden und eine zwischen den Innenelektroden eingeschlossene dielektrische Schicht parallele Platten sein können.
12 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung entsprechend der Modifikation (1) der vorliegenden Erfindung. 12(a) ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende Vorrichtung 100i von der Außenseite eines Kondensators 10f aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, und 12(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100i entlang der Ebene I-I. Auf die Merkmale der in 12 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100i, die dieselben sind wie die der in 1 dargestellten Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100, der in 3 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der in 8 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100e, wird mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen wie bei den Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100, der lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der lichtemittierenden Vorrichtung 100e, und die ausführliche Erläuterung dieser Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 12 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100i umfasst den Kondensator 10f sowie das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30a, die auf der Außenseite des Kondensators 10f angeordnet sind. Der Kondensator 10f ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein Halbleiterkondensator. Der Kondensator 10f umfasst eine N+-Schicht 15c, die durch ein Halbleiterverfahren gebildet wird und durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in hoher Konzentration in das Siliziumsubstrat 18 gebildet wird, eine dielektrische Schicht 13c in Plattenform, die auf der Oberfläche der N+-Schicht 15c durch ein CVD-Verfahren gebildet wird, und eine Polysiliziumschicht 14c in Plattenform, die auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 13c durch ein CVD-Verfahren gebildet wird. Das Beispiel des Kondensators 10f, bei dem die N+-Schicht 15a durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in das Siliziumsubstrat 18 gebildet wird, wurde oben erläutert. Eine P+-Schicht kann jedoch durch Injektion von p-Typ-Verunreinigungsionen in das Siliziumsubstrat 18 je nach Schaltungskonfiguration oder Herstellung gebildet werden.
Darüber hinaus ist die Konfiguration des Kondensators 10f nur ein Beispiel, und die oben erwähnte Konfiguration muss nicht zwingend übernommen werden. Die Anzahl der N+ Schichten 15c, die Anzahl der dielektrischen Schichten 13c und die Anzahl der Polysiliziumschichten 14c ist nicht notwendigerweise jeweils eins. Eine Vielzahl von N+ Schichten 15c, eine Vielzahl von dielektrischen Schichten 13c und eine Vielzahl von Polysiliziumschichten 14c können laminiert werden.
(2) Wie oben erläutert, ist bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Anschlusselektrode 32, die mit einer Elektrode des Halbleiterschalters 30 verbunden ist, auf der Außenseite des Kondensators 10 als ein leitendes Teil ausgebildet, das es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten. Diese Konfiguration ist jedoch nicht zwingend vorgesehen. Die Anschlusselektrode 32 muss nicht vorgesehen werden.
13 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung entsprechend der Modifikation (2) der vorliegenden Erfindung. 13(a) ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende Vorrichtung 100j von der Außenseite des Kondensators 10 aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, und 13(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100j entlang der Ebene I-I. Auf die Merkmale der in 13 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100j, die dieselben sind wie bei der in 1 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100, wird mit denselben Bezugszeichen wie bei der Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100 Bezug genommen, und die ausführliche Erläuterung derselben Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 13 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100j umfasst den Kondensator 10 sowie das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30, die auf der Außenseite des Kondensators 10 angeordnet sind. Die Außenelektroden 11 und 12 sind auf der Außenseite des Kondensators 10 ausgebildet, auf der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 angeordnet sind. Konkret ist bei dem in 13 dargestellten Kondensator 10 die Außenelektrode 11 auf der Außenseite des Kondensators 10 auf der linken Seite der Figur und die Außenelektrode 12 auf der Außenseite des Kondensators 10 auf der rechten Seite der Figur ausgebildet.
Eine Elektrode (z.B. eine Anode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist mit der Außenelektrode 11 verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Kathode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist elektrisch mit der Verdrahtung 21a verbunden. Zum Beispiel wird ein Silizium-MOSFET oder GaNFET als Halbleiterschalter 30 verwendet. Eine Elektrode (z.B. eine Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30 ist mit der Verdrahtung 21a verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30 ist elektrisch mit der Außenelektrode 12 verbunden. Die Gate-Elektrode des Halbleiterschalters 30 ist elektrisch mit der auf der Außenseite des Kondensators 10 ausgebildeten Gate-Extended-Elektrode 31 verbunden.
Die Verdrahtung 21a ist eine Bauteilanschlusselektrode, die aus einer einzigen Metallplatte besteht und es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten. Die Verdrahtung 21a ist ein leitendes Teil, das es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten. In dem Fall, dass das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 die gleiche Dicke haben, hat die Verdrahtung 21a, die die Verbindung zwischen dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30 ermöglicht, die Form einer flachen Metallplatte, wie in 13(b) dargestellt. Mit der Verdrahtung 21a, die es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten, kann eine Stromschleife a1, die durch den Kondensator 10, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 verläuft, verkürzt werden, wie bei der in 1(b) dargestellten Stromschleife a. Die Verdrahtung 21a, die eine Verbindung zwischen dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30 ermöglicht, kann verkürzt werden.
In der Stromschleife a1 sind die Richtung (durchgezogene Pfeile), in der der Strom in der Verdrahtung 21a fließt, und die Richtung (gestrichelte Pfeile), in der der Strom in den Innenelektroden 14 und 15 fließt, einander entgegengesetzt. Die Richtung (durchgezogene Pfeile), in der Strom in der Verdrahtung 21a fließt, und die Richtung (gestrichelte Pfeile), in der Strom in den Innenelektroden 14 und 15 fließt, sind einander in einem Abstand entgegengesetzt, der durch Addition des Abstands h der Außendicke des Kondensators 10, der Dicke m einer Außenelektrode und der Dicke n des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 oder des Halbleiterschalters 30 erhalten wird. Die Dicke der Außenelektrode beträgt etwa einige 10 nm, und die Dicke des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 oder des Halbleiterschalters 30 beträgt 200 ⊓m oder weniger. Somit kann der Abstand zwischen der Richtung (durchgezogene Pfeile), in der Strom in der Verdrahtung 21a fließt, und der Richtung (gestrichelte Pfeile), in der Strom in den Innenelektroden 14 und 15 fließt, im Vergleich zu einem Fall mit bekannter Verdrahtungsverbindung verkürzt und damit die parasitäre Induktivität der Stromschleife a1 verringert werden.
(3) Wie oben bei der Modifikation (2) erläutert, hat die Verdrahtung 21a die Form einer flachen Metallplatte. Diese Konfiguration muss jedoch nicht zwingend vorgesehen werden. Die Verdrahtung 21a kann eine andere Form als die flache Metallplattenform haben.
14 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung entsprechend der Modifikation (3) der vorliegenden Erfindung. 14(a) ist eine Querschnittsansicht entlang der Ebene I-I einer lichtemittierenden Vorrichtung 100k, und 14(b) ist eine Querschnittsansicht entlang der Ebene I-I einer lichtemittierenden Vorrichtung 1001. Die Draufsichten auf die lichtemittierende Vorrichtung 100k und die lichtemittierende Vorrichtung 1001 stimmen mit der in 13(a) dargestellten Draufsicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100j überein. Auf die Merkmale der in 14 dargestellten Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtungen 100k und 1001, die dieselben sind wie die der Konfigurationen der in 1 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100 und der in 13 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100j, wird mit denselben Bezugszeichen verwiesen, wie bei den Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100 und der lichtemittierenden Vorrichtung 100j, und die ausführliche Erläuterung dieser Merkmale wird nicht wiederholt.
Bei der in 14(a) dargestellten Verdrahtung 21b handelt es sich um eine Bauteilanschlusselektrode, die aus einer einzigen Metallplatte besteht und die es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten. In dem Fall, dass die Dicke des Halbleiterschalters 30 größer ist als die Dicke des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20, wie in 14(a) dargestellt, ist die Querschnittsform der Verdrahtung 21b, die eine Verbindung zwischen dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30 ermöglicht, eine Schlüsselform oder eine Stufenform. Mit der Verdrahtung 21b, die es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten, kann eine Stromschleife a2, die durch den Kondensator 10, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 verläuft, verkürzt werden, wie bei der in 1(b) dargestellten Stromschleife a.
Ein Teil der Verdrahtung 21b, der einen Teil, der mit dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 verbunden ist und horizontal zur Außenseite des Kondensators 10 liegt, mit einem Teil verbindet, der mit dem Halbleiterschalter 30 verbunden ist und horizontal zur Außenseite des Kondensators 10 liegt, steht nicht zwingend vertikal zur Außenseite des Kondensators 10.
Bei der in 14(b) dargestellten Verdrahtung 21c handelt es sich um eine Bauelementanschlusselektrode, die aus einer einzigen Metallplatte besteht und die es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten. Selbst in dem Fall, dass das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 die gleiche Dicke haben, wie in 14(b) dargestellt, hat die Verdrahtung 21c, die die Verbindung zwischen dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30 ermöglicht, keine flache Metallplattenform, sondern einen T-förmigen Querschnitt. Mit der Verdrahtung 21c, die es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 in Reihe zu schalten, kann eine Stromschleife a3, die durch den Kondensator 10, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30 verläuft, im Vergleich zu der in 1(b) dargestellten Stromschleife a für den Fall, dass die Anschlusselektrode 32 vorgesehen ist, verkürzt werden.
Die Querschnittsform der Verdrahtung 21c ist nicht auf eine T-Form beschränkt. Die Verdrahtung 21c kann jede beliebige Form haben, solange die Verdrahtung 21c den Raum zwischen dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30 ausfüllen kann, wie in 14(b) dargestellt. Der Strom, der in der Verdrahtung 21c zwischen dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30 fließt, kann in etwa dem Strom entsprechen, der in den Innenelektroden 14 und 15 fließt, verglichen mit dem Strom, der an einer entsprechenden Stelle in 13(b) und 14(a) fließt. Dadurch kann die parasitäre Induktivität der Stromschleife a3 im Vergleich zur parasitären Induktivität der Stromschleifen a1 und a2 reduziert werden. (4) Wie oben erläutert, sind bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100e gemäß der fünften Ausführungsform das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a auf der Außenseite des Kondensators 10b angeordnet. Diese Konfiguration ist jedoch nicht zwingend vorgesehen. Wenn ein Halbleiterkondensator als Kondensator verwendet wird, kann der Halbleiterschalter 30a in den Halbleiterkondensator integriert sein.
15 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung entsprechend der Modifikation (4) der vorliegenden Erfindung. 15(a) ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende Vorrichtung 100m von der Außenseite eines Kondensators 10g aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, 15(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100m entlang der Ebene I-I und 15(c) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100m entlang der Ebene II-II. Auf die Merkmale der in 15 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100m, die dieseleben sind wie die der Konfigurationen der in 1 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100, der in 3 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der in 8 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100e, wird mit denselben Bezugszeichen verwiesen, wie bei den Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100, der lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der lichtemittierenden Vorrichtung 100e, und die ausführliche Erläuterung dieser Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 15 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100m umfasst den Kondensator 10g und das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, das auf der Außenseite des Kondensators 10g angebracht ist. Der Kondensator 10g hat eine Konfiguration, bei der, wie in 15(c) dargestellt, eine Vielzahl von Gräben oder eine Vielzahl von Säulen auf dem Siliziumsubstrat 18 gebildet werden, um eine vertiefte und vorstehende Form zu erhalten, die niederohmige P+-Schicht 15b wird durch Injektion von p-Typ-Verunreinigungsionen in hoher Konzentration in die gebildete vertiefte und vorstehende Form gebildet, und die dielektrische Schicht 13a wird gebildet, um von der Polysiliziumschicht 14a eingeschlossen zu werden.
Außerdem wird nicht nur der Kondensator 10g, sondern auch ein Halbleiterschalter 30b in dem Siliziumsubstrat 18 gebildet, wie in 15(b) dargestellt. Der Halbleiterschalter 30b umfasst eine P+-Schicht 15c, die durch Injektion von p-Typ-Verunreinigungsionen in hoher Konzentration in das Siliziumsubstrat 18 gebildet wird, sowie eine N+-Schicht 15d, die als Drain-Elektrode dient, und eine N+-Schicht 15e, die als Source-Elektrode dient, die durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in hoher Konzentration in die P+-Schicht 15c gebildet wird. Darüber hinaus wird im Halbleiterschalter 30b eine Gate-Oxidschicht 15f zwischen der N+-Schicht 15d und der N+-Schicht 15e gebildet, und auf der Gate-Oxidschicht 15f wird eine Metallschicht 31b, eine Durchkontaktierung 31a und die Gate-Extended-Elektrode 31 gebildet. Das Beispiel des Kondensators 10g, bei dem die P+-Schicht 15b und die P+-Schicht 15c in dem Siliziumsubstrat 18 gebildet werden und die als Drain-Elektrode dienende N+-Schicht 15d und die als Source-Elektrode dienende N+-Schicht 15e in der P+-Schicht 15c gebildet werden, ist oben erläutert. Eine P+-Schicht und eine zu bildende N+-Schicht können jedoch je nach Schaltungskonfiguration oder Herstellung ausgetauscht werden.
Der Halbleiterschalter 30b befindet sich also nicht auf dem Kondensator 10g, sondern ist innerhalb des Siliziumsubstrats 18 vorgesehen, das als Kondensator 10g einen Halbleiterkondensator bildet. Wie in 8 dargestellt, fließt in dem Fall, dass der Halbleiterschalter 30a auf der Außenseite eines Kondensators b platziert ist, der Strom, der im Halbleiterschalter 30a fließt, auf der Außenseite des Siliziumsubstrats 18. Wenn jedoch der Halbleiterschalter 30b, wie in 15(b) dargestellt, in das Siliziumsubstrat 18 integriert ist, fließt der im Halbleiterschalter 30b fließende Strom innerhalb des Siliziumsubstrats 18. Auf diese Weise kann die Stromschleife, die durch den Kondensator 10g, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und den Halbleiterschalter 30b verläuft, verkürzt und damit die parasitäre Induktivität der Stromschleife verringert werden.
Wie in 15(a) dargestellt, ist bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100m ein Bauelement wie z.B. ein Halbleiterschalter nicht zwingend auf der Außenseite des Kondensators 10g montiert. Es besteht jedoch z.B. die Notwendigkeit, die Erdungs-Spannung von außen zu erfassen, wie im Schaltbild in 2 dargestellt. So hat ein Teil einer Passivierungsschicht 60, in der die Außenelektrode 12a vorgesehen ist, einen Hohlraum.
(5) Wie oben erläutert, wird bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100e gemäß der fünften Ausführungsform auf der Außenseite des Kondensators 10b eine Verdrahtung zur Anordnung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30 auf der Isolierschicht 19 aus einem anorganischen Material wie Siliziumoxid oder Siliziumnitrid gebildet. Diese Konfiguration ist jedoch nicht zwingend vorgesehen. Die Verdrahtung für die Platzierung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30 kann durch einen Neuverdrahtungsprozess erfolgen.
16 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung entsprechend der Modifikation (5) der vorliegenden Erfindung. 16(a) ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende Vorrichtung 100n von der Außenseite eines Kondensators 10h aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, und 16(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100n entlang der Ebene I-I. Auf die Merkmale der in 16 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100n, die dieselben sind wie die der Konfigurationen der in 1 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100, der in 3 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der in 8 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100e, wird mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen wie bei den Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtung 100, der lichtemittierenden Vorrichtung 100a und der lichtemittierenden Vorrichtung 100e, und die ausführliche Erläuterung für dieselben Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 16 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100n besteht aus dem Kondensator 10h sowie dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 und dem Halbleiterschalter 30a, die auf der Außenseite des Kondensators 10h angeordnet sind. Die Isolierschicht 19 aus einem anorganischen Material wie Siliziumoxid oder Siliziumnitrid ist auf der Außenseite des Kondensators 10h gebildet, und eine Isolierschicht 60a aus einem organischen Material wie Polyimid oder einem Harz ist auf der Isolierschicht 19 in kombinierter Weise gebildet. So werden im Kondensator 10h eine Verdrahtungsschicht und dergleichen zur Platzierung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und des Halbleiterschalters 30a nicht in einem Vorprozess einer Halbleiterfertigung gebildet. Eine Verdrahtungsschicht und dergleichen kann auf der Isolierschicht 60a in einem Neuverdrahtungsprozess gebildet werden.
(6) Wie oben erläutert, sind bei einem lichtemittierenden Bauelement nach einer oben beschriebenen Ausführungsform auf der Außenseite des Kondensators das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, der Halbleiterschalter 30 oder 30a und die Klemmdiode 40 angeordnet. Diese Konfiguration ist jedoch nicht zwingend vorgesehen. Jedes Element, das auf dem Kondensator montiert werden kann, kann vorgesehen werden.
(7) Wie oben erläutert, sind bei einem lichtemittierenden Bauelement nach einer oben beschriebenen Ausführungsform das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30 oder 30a auf der Außenseite desselben Kondensators angeordnet. Diese Konfiguration ist jedoch nicht zwingend vorgesehen. Eine Seite, auf der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, und eine Seite, auf der der Halbleiterschalter 30 oder 30a angeordnet ist, können unterschiedlich sein.
(8) Wie oben erläutert, wird bei einer oben beschriebenen Ausführungsform ein einzelnes lichtemittierendes Festkörper-Bauelement 20 auf die Außenseite eines Kondensators aufgebracht. Diese Konfiguration ist jedoch nicht zwingend vorgesehen. Eine Vielzahl von lichtemittierenden Festkörper-Bauelementen kann auf der Außenseite eines Kondensators angeordnet sein.
(9) Wie oben erläutert, umfasst das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 bei einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer oben beschriebenen Ausführungsform die lichtemittierende Einheit 22, die Licht in einer Richtung parallel zur Außenseite des Kondensators emittiert. Diese Konfiguration ist jedoch nicht zwingend vorgesehen. Das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 kann die lichtemittierende Einheit 22 enthalten, die Licht in einer Richtung senkrecht zur Außenseite des Kondensators ausstrahlt.
(10) Wie oben erläutert, wird bei einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß einer oben beschriebenen Ausführungsform ein lichtemittierendes Festkörper-Bauelement auf der Außenseite eines Kondensators angeordnet und ein Halbleiterschalter auf der Außenseite oder im Inneren des Kondensators vorgesehen. Ein solches lichtemittierendes Bauelement benötigt jedoch in der Regel ein Treiberelement (Gate-Treiberelement) zur Ansteuerung des Halbleiterschalters. In Modifikation (10) der vorliegenden Erfindung wird eine Konfiguration beschrieben, bei der ein Treiberelement zur Ansteuerung des Halbleiterschalters sowie das lichtemittierende Festkörper-Bauelement und der Halbleiterschalter auf der Außenseite des Kondensators angeordnet ist.
17 ist ein Schaltbild einer lichtemittierenden Vorrichtung 100p, die ein Treiberelement 300 umfasst, das den Halbleiterschalter 30a ansteuert. Bei der in 17 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100p werden das Treiberelement 300 und ein Kondensator 10i-2 zur Versorgung des Treiberelements 300 mit elektrischer Energie zu der in 2 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100 hinzugefügt. Auf die Merkmale der in 17 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100p, die dieselben sind wie die der in 2 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100, wird mit denselben Bezugszeichen wie bei der Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100 Bezug genommen, und die ausführliche Erläuterung derselben Merkmale wird nicht wiederholt.
In dem in 17 dargestellten Schaltbild ist eine Elektrode eines Kondensators 10i-1, der dem in 2 dargestellten Kondensator 10 entspricht, mit einer Elektrode (z.B. einer Anode) des Festkörper-Leuchtmittels 20 und eine weitere Elektrode (z.B. eine Kathode) des Festkörper-Leuchtmittels 20 mit dem Halbleiterschalter 30a verbunden. Eine Elektrode (z.B. eine Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a ist mit dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a ist mit einer anderen Elektrode des Kondensators 10i-1 und der Erdungs-Verdrahtung verbunden.
Eine Elektrode des Kondensators 10i-2 ist mit der Erdungs-Verdrahtung verbunden, und eine weitere Elektrode des Kondensators 10i-2 ist mit dem Treiberelement 300 verbunden. Das Treiberelement 300 umfasst einen Halbleiterschalter 305, der z.B. aus MOSFET oder GaNFET besteht. Eine Elektrode (z.B. eine Drain-Elektrode) des Treiberelements 300 ist elektrisch mit dem Kondensator 10i-2 verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Source-Elektrode) des Treiberelements 300 ist elektrisch mit der Gate-Elektrode des Halbleiterschalters 30a verbunden. Der Halbleiterschalter 305 wird entsprechend einem Steuersignal gesteuert, das an eine Steuerelektrode (z.B. eine Gate-Elektrode) angelegt wird, und treibt den Halbleiterschalter 30a an.
Wenn der Halbleiterschalter 30a von einem nichtleitenden in einen leitenden Zustand getrieben wird, bildet sich eine Stromschleife b (gestrichelte Pfeile in 17), in der Strom vom Kondensator 10i-2 durch den Halbleiterschalter 305 innerhalb des Treiberelements 300 zur Gate-Elektrode des Halbleiterschalters 30a zur Ansteuerung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und dann durch die parasitäre Kapazität des Halbleiterschalters 30a und die Erdungs-Verdrahtung und zurück zum Kondensator 10i-2 fließt. Wenn die in der Stromschleife b erzeugte parasitäre Induktivität groß ist, wird der Strom, der der Gate-Elektrode des Halbleiterschalters 30a zugeführt wird, begrenzt. Daher ist für den Übergang vom nichtleitenden in den leitenden Zustand eine lange Übergangszeit erforderlich, und ein großer Strom kann dem Halbleiterschalter 30a für eine kurze Zeit nicht zugeführt werden. In einem solchen Fall ist auch die Anstiegsgeschwindigkeit des Stroms im lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 begrenzt, und es ist eine gewisse Zeit oder mehr erforderlich, um einen für die Lichtemission erforderlichen Stromwert zu erreichen, und Licht kann nicht ohne weiteres mit einem kurzen Puls ausgegeben werden.
Bei der Modifikation (10) der vorliegenden Erfindung ist das Treiberelement 300 für den Halbleiterschalter 30a, der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 ansteuert, auf der Außenseite des Kondensators zur Stromversorgung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 angeordnet. Dementsprechend kann die Weglänge der Stromschleife b für die Gate-Ansteuerung im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Treiberelement außen angeordnet ist, verkürzt und damit die parasitäre Induktivität reduziert werden. Außerdem wird der Kondensator 10i-2 für die Stromversorgung des Treiberelements 300 im Inneren des Kondensators gebildet, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und dergleichen angeordnet sind. Dadurch kann die Weglänge der Stromschleife b weiter verkürzt werden.
18 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100p entsprechend der Modifikation (10) der vorliegenden Erfindung. 18(a) ist eine Draufsicht auf die lichtemittierende Vorrichtung 100p von der Außenseite eines Kondensators 10i aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, 18(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100p entlang der Ebene I-I, 18(c) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100p entlang der Ebene II-II und 18(d) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100p entlang der Ebene III-III. 19 umfasst Seitenansichten der lichtemittierenden Vorrichtung 100p. 19(a) ist eine Seitenansicht aus der Richtung eines Pfeils AR1 in 18(a), und 19(b) ist eine Seitenansicht aus der Richtung eines Pfeils AR2 in 18(a). Auf die Merkmale der in den 18 und 19 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100p, die dieselben sind wie die der Konfiguration der in 1 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100, wird mit denselben Zeichen wie bei der Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100 Bezug genommen, und die ausführliche Erläuterung dieser Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 18 und 19 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100p umfasst den Kondensator 10i und das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, den Halbleiterschalter 30a und das Treiberelement 300, die auf der Außenseite des Kondensators 10i angeordnet sind. Das Treiberelement 300 ist auf der Außenseite des Kondensators 10i elektrisch mit einer Außenelektrode 320 für die Stromversorgung, einer Außenelektrode 310 für ein Steuersignal und einer Außenelektrode 312, die mit der Erdungs-Verdrahtung verbunden ist, verbunden. Das Treiberelement 300 ist elektrisch mit dem Halbleiterschalter 30a verbunden, wobei die Gate-Extended-Elektrode 31 dazwischen angeordnet ist. Die Außenelektroden 310, 312 und 320 sind ebenfalls über der Seitenfläche des Kondensators 10i ausgebildet, wie in 19(a) und 19(b) dargestellt.
Der Kondensator 10i ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein keramischer Mehrschichtkondensator. Wie unter Bezugnahme auf 17 erläutert, werden bei der in 18 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100p der Kondensator 10i-1 zur Stromversorgung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 und der Kondensator 10i-2 zur Stromversorgung des Treiberelement 300 gebildet. Der Kondensator 10i-1 wird in einem Bereich RG1 in 18(a) gebildet und ist ein Mehrschichtkörper, in dem die Vielzahl der Innenelektroden 14 und 15 zur Erfassung der elektrostatischen Kapazität und die dielektrische Keramikschicht 13 abwechselnd laminiert sind, wie in 18(d) dargestellt.
Im Gegensatz dazu wird der Kondensator 10i-2 in einem Bereich RG2 in 18(a) gebildet und ist ein Mehrschichtkörper, in dem eine Vielzahl von Innenelektroden 321 und 322 zur Erfassung elektrostatischer Kapazität und die dielektrische Keramikschicht 13 abwechselnd laminiert sind, wie in 18(b) dargestellt. Das heißt, der Kondensator 10i-2 ist ein Mehrschichtkörper, in dem die Innenelektroden 321 (dritte Innenelektroden) und die Innenelektroden 322 (vierte Innenelektroden) abwechselnd laminiert sind, um die dielektrische Keramikschicht 13 dazwischen einzuschließen. Die Innenelektroden 321 sind bis zu einem Endabschnitt auf der Seite der Außenelektrode 11 verlängert und elektrisch mit der auf dem Endabschnitt vorgesehenen Außenelektrode 320 (dritte Außenelektrode) verbunden. Die Innenelektroden 322 sind bis zu einem Endabschnitt gegenüber dem Endabschnitt für die Innenelektroden 321 verlängert und sind elektrisch mit der Außenelektrode 312 (vierte Außenelektrode) verbunden, die mit der Erdungs-Verdrahtung verbunden ist.
Wie in 18(c) dargestellt, gibt es in einem Bereich zwischen dem Bereich RG1, in dem der Kondensator 10i-1 gebildet wird, und dem Bereich RG2, in dem der Kondensator 10i-2 gebildet wird, einen Bereich, in dem keine Innenelektrode und nur die dielektrische Keramikschicht 13 angeordnet ist. Das heißt, die Innenelektroden 14 und 15 sind nicht direkt mit den Innenelektroden 321 und 322 verbunden. Mit anderen Worten, in der in 18 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100p sind die Innenelektroden 15 (zweite Innenelektroden) und die Innenelektroden 322 (vierte Innenelektroden), die den Elektroden auf einer negativen Seite des Kondensators entsprechen, voneinander isoliert, und die Innenelektroden 14 (erste Innenelektroden) und die Innenelektroden 321 (dritte Innenelektroden), die den Elektroden auf einer positiven Seite des Kondensators entsprechen, sind voneinander isoliert. Obwohl in den 18 und 19 nicht dargestellt, sind die Außenelektrode 12 und die Außenelektrode 312 mit der gemeinsamen Erdungs-Verdrahtung außerhalb der lichtemittierenden Vorrichtung 100p verbunden. Außerdem können bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100p die Innenelektroden 15 und die Innenelektroden 322 direkt miteinander verbunden sein oder die Außenelektrode 12 und die Außenelektrode 312 direkt miteinander verbunden sein.
Bei der in 18 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100p hat die Stromschleife b, die durch das Treiberelement 300 verläuft, einen Weg, der durch die Innenelektroden 321, die Außenelektrode 320, das Treiberelement 300, die Gate-Extended-Elektrode 31, den Halbleiterschalter 30a, die Außenelektrode 12, die Außenelektrode 312 und die Innenelektroden 322 des Kondensators 10i-2 verläuft, wie in 18(a) und 18(b) dargestellt. Das heißt, die Stromschleife b wird innerhalb des Substrats gebildet, auf dem die lichtemittierende Vorrichtung 100p gebildet wird. Somit kann die Stromschleife b im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Treiberelement 300 außerhalb des Substrats vorgesehen ist, verkürzt werden. Außerdem sind hinsichtlich der Fließrichtung der Stromschleife b, wie in 18(b) dargestellt, die Richtung des Stromflusses in der Außenelektrode 320 und dem Treiberelement 300 und die Richtung des Stromflusses in den Innenelektroden 321 und 322 mit dem Abstand h der Außendicke des Kondensators 10i einander entgegengesetzt. Dementsprechend erhöht sich der Effekt, dass sich die durch den Strom erzeugten magnetischen Flüsse gegenseitig aufheben (Effekt des Offset), und die parasitäre Induktivität der Stromschleife b kann verringert werden.
Wie oben beschrieben, wird in der lichtemittierenden Vorrichtung 100p nicht nur die parasitäre Induktivität der Stromschleife a für den Treiberstrom für das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, sondern auch die parasitäre Induktivität der Stromschleife b für den im Treiberelement 300 fließenden Strom reduziert. Dementsprechend kann die Pulsbreite des Stroms reduziert werden, so dass Licht mit einem kurzen Puls aus dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ausgegeben werden kann.
Wie oben beschrieben, umfasst die lichtemittierende Vorrichtung 100p gemäß der Modifikation (10) der vorliegenden Erfindung das Treiberelement 300, das auf der Außenseite des Kondensators 10i angeordnet ist, so dass der Halbleiterschalter 30a (Schaltelement) angesteuert werden kann. Außerdem umfasst der Kondensator 10i die Innenelektroden 321 (dritte Innenelektroden) und die Innenelektroden 322 (vierte Innenelektroden), die mit der dazwischen liegenden dielektrischen Keramikschicht 13 versehen sind, die Außenelektrode 320 (dritte Außenelektrode), die elektrisch mit den Innenelektroden 321 verbunden ist, und die Außenelektrode 312 (vierte Außenelektrode), die elektrisch mit den Innenelektroden 322 verbunden ist. Die Innenelektroden 321 sind von den Innenelektroden 14 (erste Innenelektroden) isoliert, und die Außenelektrode 312 ist elektrisch mit der Außenelektrode 12 (zweite Außenelektrode) verbunden. Das Treiberelement 300 ist zwischen der Außenelektrode 312 und der Außenelektrode 320 angeschlossen. Dadurch kann die parasitäre Induktivität der Stromschleife b für den im Treiberelement 300 fließenden Strom reduziert werden, so dass Licht mit einem kurzen Puls von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ausgegeben werden kann.
Das Beispiel der Konfiguration, bei der der Kondensator 10i ein Keramik-Mehrschichtkondensator ist, ist oben anhand der Bilder 18 und 19 erläutert. Die Konfiguration des Kondensators ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann ein Kondensator eines anderen Typs als dem Keramik-Mehrschichtkondensator verwendet werden.
20 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Beispiels für die Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung entsprechend der Modifikation (10) der vorliegenden Erfindung. Wie in der fünften Ausführungsform ist eine Konfiguration vorgesehen, in der ein Halbleiterkondensator als Kondensator verwendet wird. 20(a) ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende Vorrichtung 100q von der Außenseite eines Kondensators 10j aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, 20(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100q entlang der Ebene I-I, 20(c) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100q entlang der Ebene II-II, und 20(d) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100q entlang der Ebene III-III. Auf die Merkmale der in 20 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100q, die dieselben sind wie die der Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100e gemäß der in 8 dargestellten fünften Ausführungsform, wird mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen wie bei der Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100e, und die ausführliche Erläuterung derselben Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in 20 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100q umfasst den Kondensator 10j und das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, den Halbleiterschalter 30a und das Treiberelement 300, die auf der Außenseite des Kondensators 10j angeordnet sind. Das Treiberelement 300 ist elektrisch mit einer Außenelektrode 320a für die elektrische Stromversorgung, einer Außenelektrode 310a für ein Steuersignal und einer Außenelektrode 312a verbunden, die mit der Erdungs-Verdrahtung auf der Außenseite des Kondensators 10j verbunden ist. Außerdem ist das Treiberelement 300 elektrisch mit dem Halbleiterschalter 30a verbunden, wobei die Gate-Extended-Elektrode 31 dazwischen angeordnet ist.
Der Kondensator 10j ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein Halbleiterkondensator. Bei der in 20 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100q werden ein Kondensator 10j-1 zur Versorgung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 mit elektrischer Energie und ein Kondensator 10j-2 zur Versorgung des Treiberelement 300 mit elektrischer Energie gebildet. Der Kondensator 10j-1 wird in einem Bereich RG1a in 20(a) gebildet, und der Kondensator 10j-2 wird in einem Bereich RG2a in 20(a) gebildet.
Wie oben mit Bezug auf 8 erläutert, wird der Kondensator 10j-1 durch Halbleiterverfahren gebildet. Der Kondensator 10j-1 umfasst die N+-Schicht 15a, die durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in hoher Konzentration in das Siliziumsubstrat 18 gebildet wird, die dielektrische Schicht 13a aus einem anorganischen Material, die auf der Oberfläche der N+-Schicht 15a z.B. durch das CVD-Verfahren gebildet wird, und die leitende Polysiliziumschicht 14a, die auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 13a durch das CVD-Verfahren gebildet wird (20(c)).
In ähnlicher Weise wird der Kondensator 10j-2 durch Halbleiterverfahren gebildet. Der Kondensator 10j-2 umfasst eine N+-Schicht 315, die durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in das Siliziumsubstrat 18 gebildet wird, eine dielektrische Schicht 313 aus einem anorganischen Material, die auf der Oberfläche der N+-Schicht 315 durch das CVD-Verfahren o.ä. gebildet wird, und eine leitende Polysiliziumschicht 314, die auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 313 durch das CVD-Verfahren gebildet wird (20(b)). Wie oben erläutert, ist das Substrat, das den Kondensator 10j bildet, das Siliziumsubstrat 18. Das Substrat kann jedoch ein Saphirsubstrat, ein GaAs-Substrat oder ähnliches sein. Der Kondensator 10j-1 und der Kondensator 10j-2 können unter Verwendung von p-Typ-Verunreinigungsionen anstelle von n-Typ-Verunreinigungsionen hergestellt werden.
Die N+-Schicht 315 des Kondensators 10j-2 ist eine niederohmige Schicht, die durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in hoher Konzentration in eine Oberfläche des Siliziumsubstrats 18 mit einer vertieften und hervorstehenden Form gebildet wird, die durch Bildung einer Vielzahl von Gräben oder einer Vielzahl von Säulen in das Siliziumsubstrat 18 gebildet wird. Wie oben beschrieben, wird durch Vergrößerung der Fläche der dielektrischen Schicht, die zwischen der N+-Schicht und der Polysiliziumschicht liegt, die Kapazität des Kondensators erhöht.
Die Polysiliziumschicht 314 wird als eine Elektrode (dritte Innenelektrode) verwendet, die die Kapazität des Kondensators 10j-2 bildet. Mit einer über der Polysiliziumschicht 314 gebildeten Metallschicht 317 wird der spezifische Widerstand der einen Elektrode, die durch die Polysiliziumschicht 314 gebildet wird, verringert. Wenn ein erforderlicher spezifischer Widerstand nur mit der Polysiliziumschicht 314 erreicht werden kann, wird die Metallschicht 317 nicht zwingend gebildet. In dem Fall, dass die Metallschicht 317 über der Polysiliziumschicht 314 gebildet wird, ist die Polysiliziumschicht 314 elektrisch mit der Außenelektrode 320a verbunden, wobei eine Durchkontaktierung 316 dazwischen angeordnet ist. Außerdem, obwohl die eine Elektrode (dritte Innenelektrode), die die Kapazität des Kondensators 10j-2 bildet, aus der Polysiliziumschicht 314 gebildet wird, kann die Elektrode aus einer Metallschicht oder ähnlichem gebildet werden. Als weitere Elektrode (vierte Innenelektrode), die die Kapazität des Kondensators 10j-2 bildet, wird die N+-Schicht 315 verwendet. Die N+-Schicht 315 ist elektrisch mit der Außenelektrode 312a verbunden, wobei eine Durchkontaktierung 318 dazwischengeschaltet ist.
Wie in 20(d) dargestellt, gibt es in einem Bereich zwischen dem Bereich RG1a, in dem der Kondensator 10j-1 gebildet wird, und dem Bereich RG2a, in dem der Kondensator 10j-2 gebildet wird, einen Bereich, in dem kein Halbleiterkondensator gebildet wird und nur das Siliziumsubstrat 18 gebildet wird. Das heißt, die Polysiliziumschicht 14a ist nicht direkt mit der Polysiliziumschicht 314 verbunden, und die N+-Schicht 15a ist nicht direkt mit der N+-Schicht 315 verbunden. Mit anderen Worten, in der in 20 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100q sind die N+-Schicht 15a und die N+-Schicht 315, die den Elektroden auf der negativen Seite des Kondensators entsprechen, voneinander isoliert, und die Polysiliziumschicht 14a (erste Innenelektrode) und die Polysiliziumschicht 314 (dritte Innenelektrode), die den Elektroden auf der positiven Seite des Kondensators entsprechen, sind voneinander isoliert. Obwohl in 20 nicht dargestellt, sind die Außenelektrode 12a und die Außenelektrode 312a auf der negativen Seite mit der gemeinsamen Erdungs-Verdrahtung außerhalb der lichtemittierenden Vorrichtung 100q verbunden. Außerdem können in der lichtemittierenden Vorrichtung 100q die N+-Schicht 15a und die N+-Schicht 315 direkt miteinander verbunden sein oder die Außenelektrode 12a und die Außenelektrode 312a können direkt miteinander verbunden sein.
Bei der in 20 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100q hat die Stromschleife b, die durch das Treiberelement 300 verläuft, einen Pfad, der durch die Polysiliziumschicht 314, die Metallschicht 317, die Durchkontaktierung 316, die Außenelektrode 320a, das Treiberelement 300, die Gate-Extended-Elektrode 31, den Halbleiterschalter 30a, die Außenelektrode 12a, die Außenelektrode 312a, die Durchkontaktierung 318 und die N+-Schicht 315 des Kondensators 10j-2 verläuft, wie in 20(a) dargestellt. Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100q werden, nachdem die Isolierschicht 19 aus z.B. Siliziumoxid oder Siliziumnitrid mit einer Dicke von 100 ⊓m oder weniger auf der Metallschicht 14b und der Metallschicht 317 gebildet wurde, die Außenelektroden 11a, 12a, 310a, 312a und 320a, die Anschlusselektrode 32 und die Durchkontaktierungen 16a, 17a, 316 und 318 durch ein Halbleiterverfahren gebildet. So kann in der lichtemittierenden Vorrichtung 100q der Abstand zwischen dem Kondensator 10j-1 und den Außenelektroden 11a und 12a und der Abstand zwischen dem Kondensator 10j-2 und den Außenelektroden 320a und 312a durch Feinbearbeitung weiter verkürzt werden, und die Stromschleife kann weiter verkürzt werden. Daher werden bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100q nicht nur die parasitäre Induktivität der Stromschleife a für den Treiberstrom für das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, sondern auch die parasitäre Induktivität der Stromschleife b für den im Treiberelement 300 fließenden Strom reduziert. Dementsprechend kann die Pulsbreite des Stroms reduziert werden, so dass Licht mit einem kurzen Puls aus dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ausgegeben werden kann.
(11) Wie oben erläutert, ist bei einer Konfiguration in der Modifikation (10) je eine Elektrode der Kondensatoren mit der Erdungs-Verdrahtung verbunden, wie in 17 dargestellt. So können bei der Modifikation (10) die Innenelektroden 15 und die Innenelektroden 322 oder die Außenelektrode 12 und die Außenelektrode 312, wie in 18 dargestellt, und die N+-Schicht 15a und die N+-Schicht 315 oder die Außenelektrode 12a und die Außenelektrode 312a, wie in 19 dargestellt, miteinander geteilt werden.
Die Schaltungskonfiguration einer lichtemittierenden Vorrichtung ist jedoch nicht auf die in 17 dargestellte beschränkt. Bei Modifikation (11) der vorliegenden Erfindung, wie bei der Modifikation (10), wird anhand einer Anordnung, in der ein lichtemittierendes Festkörper-Bauelement, ein Halbleiterschalter und ein Treiberelement auf der Außenseite eines Kondensators angeordnet sind, eine Konfiguration beschrieben, in der ein Kondensator zur Versorgung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements mit elektrischer Energie und ein Kondensator zur Versorgung des Treiberelements mit elektrischer Energie sich keine Elektroden teilen.
21 ist ein Schaltbild einer lichtemittierenden Vorrichtung 100r gemäß einer Modifikation der vorliegenden Erfindung. Bei der in 21 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100r ist eine Elektrode eines Kondensators 10k-1, der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 mit elektrischer Energie versorgt, mit der Stromversorgungsleitung verbunden, und eine weitere Elektrode des Kondensators 10k-1 ist mit einer Elektrode (z.B. einer Kathode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 verbunden. Eine weitere Elektrode (z.B. eine Anode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist mit der Erdungs-Leitung verbunden. Eine Elektrode (z.B. eine Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a ist mit der Stromversorgungsverdrahtung verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a ist mit der Erdungs-Verdrahtung verbunden.
Eine Schaltung zur Ansteuerung des Halbleiterschalters 30a ist ähnlich der in 17. Der Halbleiterschalter 30a wird durch elektrische Energie angesteuert, die von einem Kondensator 10k-2 über den Halbleiterschalter 305 im Inneren des Treiberelement 300 an die Gate-Elektrode des Halbleiterschalters 30a geliefert wird. Wenn der Halbleiterschalter 30a angesteuert wird und in einen leitenden Zustand übergeht, bildet sich die Stromschleife a (Festkörperpfeile in 21), die von einer Elektrode auf der positiven Seite des Kondensators 10k-1 ausgeht, durch den Halbleiterschalter 30a und das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 hindurchgeht und die Elektrode auf der positiven Seite des Kondensators 10k-1 erreicht, und das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 emittiert Licht.
Wie oben beschrieben, teilen sich in der Schaltungskonfiguration in 21 der Kondensator 10k-1 und der Kondensator 10k-2 keine Elektroden. Auch bei dieser Konfiguration ist das Treiberelement 300 für den Halbleiterschalter 30a, der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 ansteuert, auf der Außenseite des Kondensators für die Stromversorgung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 angeordnet, und die Weglänge der Stromschleife b für die Gate-Ansteuerung kann somit im Vergleich zu dem Fall, dass das Ansteuerelement außen vorgesehen ist, verkürzt werden. Infolgedessen kann die parasitäre Induktivität reduziert werden. Darüber hinaus wird der Kondensator 10k-2 für die Stromversorgung des Treiberelements 300 im Inneren des Kondensators gebildet, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 u.ä. angeordnet ist, so dass die Weglänge der Stromschleife b zur Ansteuerung des Gates weiter verkürzt werden kann.
22 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung der Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100r entsprechend der Modifikation (11) der vorliegenden Erfindung. 22(a) ist eine Draufsicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100r von der Außenseite eines Kondensators 10k aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, 22(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100r entlang der Ebene I-I, 22(c) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100r entlang der Ebene II-II, und 20(d) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100r entlang der Ebene III-III. 23 umfasst Seitenansichten der lichtemittierenden Vorrichtung 100r. 23(a) ist eine Seitenansicht aus der Richtung eines Pfeils AR1a in 22(a), und 23(b) ist eine Seitenansicht aus der Richtung eines Pfeils AR2a in 22(a). Auf die Merkmale der in den 22 und 23 dargestellten Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100r, die dieselben sind wie die der in den 1 und 18 dargestellten Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtungen, wird mit denselben Bezugszeichen Bezug genommen wie bei den in den 1 und 18 dargestellten Konfigurationen der lichtemittierenden Vorrichtungen, und die ausführliche Erläuterung dieser Merkmale wird nicht wiederholt.
Die in den 22 und 23 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100r umfasst den Kondensator 10k und das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, den Halbleiterschalter 30a und das Treiberelement 300, die auf der Außenseite des Kondensators 10k angeordnet sind. Die Außenelektroden 11b, 12b, 32b, 310b und 320b sind auf der Außenseite des Kondensators 10k ausgebildet.
Der Kondensator 10k ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein mehrschichtiger Keramikkondensator. Bei der in 22 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100r werden der Kondensator 10k-1 zur Versorgung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 mit elektrischer Energie und der Kondensator 10k-2 zur Versorgung des Treiberelement 300 mit elektrischer Energie gebildet. Der Kondensator 10k-1 wird in einem Bereich RG1b in 22(a) gebildet und ist ein Mehrschichtkörper, in dem eine Vielzahl von Innenelektroden 14c und 15c zur Erfassung elektrostatischer Kapazität und die dielektrische Keramikschicht 13 abwechselnd laminiert sind. Die Innenelektroden 14c (erste Innenelektroden) sind bis zu einem Endabschnitt des Kondensators 10k verlängert und mit der in dem einen Endabschnitt ausgebildeten Außenelektrode 32b (erste Außenelektrode) verbunden. Die Innenelektroden 15c (zweite Innenelektroden) sind bis zum anderen Endabschnitt des Kondensators 10k verlängert und mit der Außenelektrode 11b (zweite Außenelektrode) verbunden, die mit der Stromversorgungsleitung verbunden ist (22(d)).
Im Gegensatz dazu ist der Kondensator 10k-2 in einem Bereich RG2b in 22(a) gebildet und ein Mehrschichtkörper, in dem eine Vielzahl von Innenelektroden 321 b und 322b zur Erfassung elektrostatischer Kapazität und die dielektrische Keramikschicht 13 abwechselnd laminiert sind. Die Innenelektroden 321b (dritte Innenelektroden) sind bis zu einem Endabschnitt auf der Seite der Außenelektrode 32b verlängert und mit der mit der Erdungs-Verdrahtung verbundenen Außenelektrode 12b (dritte Außenelektrode) verbunden. Die Innenelektroden 322b (vierte Innenelektroden) sind bis zu einem Endabschnitt auf der Seite der Außenelektrode 11b verlängert und mit der am Endabschnitt ausgebildeten Außenelektrode 320b (vierte Außenelektrode) verbunden (22(b)). Wie in 22(a) dargestellt, erstreckt sich die Außenelektrode 12b (dritte Außenelektrode) von der Nähe der Mitte des Bereichs RG1b bis zu einem linken Endteil des Bereichs RG2b.
Wie in 22(c) dargestellt, gibt es in einem Bereich zwischen dem Bereich RG1b, in dem der Kondensator 10k-1 gebildet wird, und dem Bereich RG2b, in dem der Kondensator 10k-2 gebildet wird, einen Bereich, in dem keine Innenelektroden angeordnet sind und nur die dielektrische Keramikschicht 13 angeordnet ist. Das heißt, die Innenelektroden 14c und 15c und die Innenelektroden 321b und 322b sind nicht direkt verbunden und werden nicht geteilt.
Das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 wird auf die Außenelektrode (Anschlusselektrode) 32b des Kondensators 10k gelegt. Darüber hinaus ist das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 über die Verdrahtung 21 mit der Außenelektrode 12b verbunden. Der Halbleiterschalter 30a ist mit der Außenelektrode 11b und der Außenelektrode 12b verbunden. Dementsprechend wird die Stromschleife a mit einem Pfad gebildet, der sich von der Außenelektrode 11b (Innenelektroden 15c), die mit der Stromversorgungsverdrahtung verbunden ist, durch den Halbleiterschalter 30a, die Außenelektrode 12b, die Verdrahtung 21, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, die Außenelektrode 32b und die Innenelektroden 14c erstreckt. In der Modifikation (11) sind das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 und der Halbleiterschalter 30a durch die Außenelektrode 12b und die Verdrahtung 21 in Reihe geschaltet, und die Außenelektrode 12b und die Verdrahtung 21 entsprechen einem leitenden Teil.
Das Treiberelement 300 ist elektrisch mit der Außenelektrode 320b für die Stromversorgung, der Außenelektrode 310b für ein Steuersignal und der Außenelektrode 12b mit der Erdungs-Verdrahtung an der Außenseite des Kondensators 10k verbunden. Außerdem ist das Treiberelement 300 elektrisch mit dem Halbleiterschalter 30a verbunden, wobei die Gate-Extended-Elektrode 31 dazwischen angeordnet ist. Wie in den 22(a) und 22(b) dargestellt, hat die Stromschleife b, die durch das Treiberelement 300 verläuft, einen Pfad, der durch die Innenelektroden 322b, die Außenelektrode 320b, das Treiberelement 300, die Gate-Extended-Elektrode 31, den Halbleiterschalter 30a, die Außenelektrode 12b und die Innenelektroden 321b des Kondensators 10k-2 verläuft. Das heißt, die Stromschleife wird innerhalb des Substrats gebildet, auf dem die lichtemittierende Vorrichtung 100r gebildet wird, wie in der Modifikation (10). Somit kann die Stromschleife b im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Treiberelement 300 außerhalb des Substrats vorgesehen ist, verkürzt werden. Auch in der Modifikation (11) sind hinsichtlich der Fließrichtung der Stromschleife b die Richtung des von der Außenelektrode 320b fließenden Stroms, der durch das Treiberelement 300 hindurchgeht und die Außenelektrode 12b erreicht, und die Richtung des in den Innenelektroden 321 b und 322b fließenden Stroms mit dem Abstand h der Außendicke des Kondensators 10k entgegengesetzt. Dementsprechend erhöht sich der Effekt, dass sich die durch den Strom erzeugten magnetischen Flüsse gegenseitig aufheben (Offset-Effekt), und die parasitäre Induktivität der Stromschleife b kann so verringert werden.
Wie oben beschrieben, wird auch bei der Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung 100r nicht nur die parasitäre Induktivität der Stromschleife a für den Ansteuerstrom für das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, sondern auch die parasitäre Induktivität der Stromschleife b für den im Treiberelement 300 fließenden Strom reduziert. Dadurch kann die Pulsbreite des Stroms reduziert werden, so dass Licht mit einem kurzen Puls aus dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ausgegeben werden kann.
Wie oben beschrieben, umfasst die lichtemittierende Vorrichtung 100r nach der Modifikation (11) der vorliegenden Erfindung das Treiberelement 300, das auf der Außenseite des Kondensators 10k angeordnet und für die Ansteuerung des Halbleiterschalters 30a (Schaltelement) vorgesehen ist. Außerdem umfasst der Kondensator 10k die Innenelektroden 321b (dritte Innenelektroden) und die Innenelektroden 322b (vierte Innenelektroden), die vorgesehen sind, um die dielektrische Keramikschicht 13 dazwischen einzuschließen, die Außenelektrode 12b (dritte Außenelektrode), die elektrisch mit den Innenelektroden 321b verbunden ist, und die Außenelektrode 320b (vierte Außenelektrode), die elektrisch mit den Innenelektroden 322b verbunden ist. Die Innenelektroden 321b sind von den Innenelektroden 14c (erste Innenelektroden) isoliert. Das Treiberelement 300 ist zwischen die Außenelektrode 320b (vierte Außenelektrode) und die Außenelektrode 12b (dritte Außenelektrode) geschaltet. Dadurch kann die parasitäre Induktivität der Stromschleife b für den im Treiberelement 300 fließenden Strom reduziert werden, so dass Licht mit einem kurzen Puls von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ausgegeben werden kann.
24 umfasst schematische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Beispiels für die Konfiguration der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der Modifikation (11) der vorliegenden Erfindung und hat eine Konfiguration, in der ein Halbleiterkondensator als Kondensator verwendet wird, wie bei der in 20 dargestellten Modifikation (10). 24(a) ist eine Draufsicht auf eine lichtemittierende Vorrichtung 100s von der Außenseite eines Kondensators 10m aus gesehen, auf dem das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 angeordnet ist, 24(b) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100s entlang der Ebene I-I, 24(c) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100s entlang der Ebene II-II und 24(d) ist eine Querschnittsansicht der lichtemittierenden Vorrichtung 100s entlang der Ebene III-III. Die in 22 dargestellte lichtemittierende Vorrichtung 100s umfasst den Kondensator 10m und das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20, den Halbleiterschalter 30a und das Treiberelement 300, die auf der Außenseite des Kondensators 10m angeordnet sind.
Der Kondensator 10m ist ein Kondensator für die elektrische Stromversorgung und ist ein Halbleiterkondensator. Bei der in 24 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100s werden ein Kondensator 10m-1 zur Versorgung des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 mit elektrischer Energie und ein Kondensator 10m-2 zur Versorgung des Treiberelement 300 mit elektrischer Energie gebildet. Der Kondensator 10m-1 wird in einem Bereich RG1c in 24(a) gebildet, und der Kondensator 10m-2 wird in einem Bereich RG2c in 24(a) gebildet.
Wie in 20 wird der Kondensator 10m-1 durch Halbleiterverfahren gebildet. Der Kondensator 10m-1 umfasst die N+-Schicht 15d, die durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in hoher Konzentration in das Siliziumsubstrat 18 gebildet wird, die dielektrische Schicht 13c aus einem anorganischen Material, die auf der Oberfläche der N+-Schicht 15d z.B. durch das CVD-Verfahren gebildet wird, und eine leitende Polysiliziumschicht 14d, die auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 13c durch das CVD-Verfahren gebildet wird (24(c)).
Über der Polysiliziumschicht 14d wird eine Metallschicht 14e gebildet, so dass der spezifische Widerstand einer aus der Polysiliziumschicht 14d gebildeten Elektrode reduziert werden kann. Wenn ein erforderlicher spezifischer Widerstand nur mit der Polysiliziumschicht 14d erreicht werden kann, wird die Metallschicht 14e nicht zwingend gebildet. In dem Fall, dass die Metallschicht 14e über der Polysiliziumschicht 14d gebildet wird, ist die Polysiliziumschicht 14d mit einer Außenelektrode 32c elektrisch verbunden, wobei die Durchkontaktierung 16c dazwischen liegt. Die N+-Schicht 15d ist elektrisch mit einer Außenelektrode 11c verbunden, die mit der Stromversorgungsleitung verbunden ist, wobei die Durchkontaktierung 17c dazwischen angeordnet ist.
In ähnlicher Weise wird der Kondensator 10m-2 durch Halbleiterverfahren gebildet. Der Kondensator 10m-2 umfasst eine N+-Schicht 315c, die durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in das Siliziumsubstrat 18 gebildet wird, eine dielektrische Schicht 313c aus einem anorganischen Material, die auf der Oberfläche der N+-Schicht 315c durch das CVD-Verfahren o.ä. gebildet wird, und eine leitende Polysiliziumschicht 314c, die auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht 313 durch das CVD-Verfahren gebildet wird (24(b)). Der Kondensator 10m-1 und der Kondensator 10m-2 können unter Verwendung von p-Typ-Verunreinigungsionen anstelle von n-Typ-Verunreinigungsionen hergestellt werden.
Die N+-Schicht 315c des Kondensators 10m-2 ist eine niederohmige Schicht, die durch Injektion von n-Typ-Verunreinigungsionen in hoher Konzentration in eine Oberfläche des Siliziumsubstrats 18 gebildet wird, mit einer vertieften und vorspringenden Form, die durch Bildung einer Vielzahl von Gräben oder einer Vielzahl von Säulen in dem Siliziumsubstrat 18 gebildet wird.
Die Polysiliziumschicht 314c wird als eine Elektrode (dritte Innenelektrode) verwendet, die die Kapazität des Kondensators 10m-2 bildet. Über der Polysiliziumschicht 314c wird eine Metallschicht 317c gebildet, so dass der spezifische Widerstand der einen Elektrode, die aus der Polysiliziumschicht 314c gebildet wird, verringert werden kann. Wenn ein erforderlicher spezifischer Widerstand allein mit der Polysiliziumschicht 314c erreicht werden kann, wird die Metallschicht 317c nicht zwingend gebildet. In dem Fall, dass die Metallschicht 317c über der Polysiliziumschicht 314c gebildet wird, ist die Polysiliziumschicht 314c elektrisch mit einer Außenelektrode 12c verbunden, die mit der Erdungs-Verdrahtung verbunden ist, wobei eine Durchkontaktierung 318c dazwischen liegt (24(d)).
Obwohl die eine Elektrode (dritte Innenelektrode), die die Kapazität des Kondensators 10m-2 bildet, aus der Polysiliziumschicht 314c besteht, kann die Elektrode auch aus einer Metallschicht oder ähnlichem bestehen. Die N+-Schicht 315c kann als eine weitere Elektrode (vierte Innenelektrode) verwendet werden, die die Kapazität des Kondensators 10m-2 bildet. Die N+-Schicht 315c ist elektrisch mit einer Außenelektrode 320c verbunden, wobei eine Durchkontaktierung 316c dazwischengeschaltet ist.
Das lichtemittierende Festkörper-Bauelement 20 ist auf der Außenelektrode 32c platziert. Eine Elektrode (z.B. eine Kathode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist mit der Außenelektrode 32c verbunden, und eine weitere Elektrode (z.B. eine Anode) des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements 20 ist über die Verdrahtung 21 mit der Außenelektrode 12c verbunden.
Eine Elektrode (z.B. eine Drain-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a ist mit der Außenelektrode 11c verbunden, und eine andere Elektrode (z.B. eine Source-Elektrode) des Halbleiterschalters 30a ist mit der Außenelektrode 12c verbunden.
Das Treiberelement 300 ist elektrisch mit der Außenelektrode 320c für die Stromversorgung, einer Außenelektrode 310c für ein Steuersignal und der Außenelektrode 12c verbunden, die mit der Erdungs-Verdrahtung auf der Außenseite des Kondensators 10m verbunden ist. Außerdem ist das Treiberelement 300 elektrisch mit dem Halbleiterschalter 30a verbunden, wobei die Gate-Extended-Elektrode 31 dazwischen angeordnet ist.
Bei der in 24 dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung 100s hat die Stromschleife b, die durch das Treiberelement 300 verläuft, einen Weg, der durch die N+-Schicht 315c, die Durchkontaktierung 316c, die Außenelektrode 320c, das Treiberelement 300, die Gate-Extended-Elektrode 31, den Halbleiterschalter 30a, die Außenelektrode 12c, die Durchkontaktierung 318c, die Metallschicht 317c und die Polysiliziumschicht 314c des Kondensators 10m-2 verläuft, wie in 24 dargestellt. Bei der lichtemittierenden Vorrichtung 100s kann die Stromschleife b verkürzt werden. Dadurch wird auch die parasitäre Induktivität der Stromschleife b für den im Treiberelement 300 fließenden Strom reduziert. Dementsprechend kann die Pulsbreite des Stroms verringert werden, so dass Licht mit einem kurzen Puls aus dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement 20 ausgegeben werden kann.
Es sollte verstanden werden, dass die hier offengelegten Ausführungsformen in jeder Hinsicht illustrativ und nicht einschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch den Umfang der Ansprüche definiert und soll jede Änderung innerhalb des Umfangs und der Bedeutung umfassen, die dem Umfang der Ansprüche entspricht.
Bezugszeichenliste

10: Kondensator
11, 12, 310, 312, 320: Außenelektrode
13: dielektrische Keramikschicht
13a, 13c, 313: dielektrische Schicht
14, 15, 321, 322: Innenelektrode
14a, 14c, 314: Polysiliziumschicht
14b, 317: Metallschicht
15a, 15c, 315: N+ Schicht
16, 17, 316, 318: Durchkontaktierung
18: Siliziumsubstrat
19: Isolierschicht
20: lichtemittierendes Festkörper-Bauelement
21, 33, 41: Verdrahtung
22: lichtemittierende Einheit
23: Metallplatte
30, 30a, 305: Halbleiterschalter
31: Gate-Extended-Elektrode
32: Anschlusselektrode
40: Klemmdiode
50: Lichtempfangselement
60: Passivierungsschicht
100: lichtemittierende Vorrichtung
300: Treiberelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

John Glaser, „How GaN Power Transistors Drive High-Performance Lidar: Generating ultrafast pulsed power with GaN FETs“, IEEE Power Electronics Magazine, USA, März 2017, S. 25-3 [0004]

Claims

Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: einen Kondensator, der eine dielektrische Schicht, eine erste Innenelektrode und eine zweite Innenelektrode, die vorgesehen sind, um die dielektrische Schicht dazwischen einzuschließen, eine erste Außenelektrode, die elektrisch mit der ersten Innenelektrode verbunden ist, und eine zweite Außenelektrode, die elektrisch mit der zweiten Innenelektrode verbunden ist, umfasst, ein oder mehrere lichtemittierende Festkörper-Bauelemente, die Licht emittieren, wenn elektrische Energie vom Kondensator geliefert wird, und ein Schaltelement, das die elektrische Stromversorgung vom Kondensator zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement steuert, wobei das lichtemittierende Festkörper-Bauelement auf einer Außenseite des Kondensators angeordnet ist, das Schaltelement auf der Außenseite des Kondensators angeordnet oder im Inneren des Kondensators vorgesehen ist und der Kondensator einen leitenden Teil zwischen der ersten Außenelektrode und der zweiten Außenelektrode aufweist, wobei der leitende Teil es ermöglicht, das lichtemittierende Festkörper-Bauelement und das Schaltelement in Reihe zu schalten.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der leitende Teil eine auf der Außenseite des Kondensators vorgesehene Anschlusselektrode umfasst.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kondensator ein Halbleiterkondensator mit der dielektrischen Schicht, der ersten Innenelektrode und der zweiten Innenelektrode in einem Halbleitersubstrat ist, wobei die erste Innenelektrode und die zweite Innenelektrode mit der dazwischen angeordneten dielektrischen Schicht angeordnet sind.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Halbleiterkondensator eine Isolierschicht von 10 ⊓m oder weniger auf der Außenseite des Kondensators aufweist und der Halbleiterkondensator eine Anschlusselektrode aufweist, die auf der Außenseite des Kondensators mit der dazwischen angeordneten Isolierschicht vorgesehen ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kondensator umfasst eine erste Durchkontaktierung, die elektrisch mit der ersten Innenelektrode und dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement verbunden ist, und eine zweite Durchkontaktierung, die elektrisch mit der zweiten Innenelektrode und dem Schaltelement verbunden ist, und wobei die erste Durchkontaktierung und die zweite Durchkontaktierung elektrisch mit einer Außenelektrode des Kondensators verbunden sind.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Durchkontaktierung an einer Stelle vorgesehen ist, die mit einem Ende des lichtemittierenden Festkörper-Bauelements verbunden ist, das auf der Außenseite des Kondensators angeordnet ist, und wobei die zweite Durchkontaktierung an einer Stelle vorgesehen ist, die mit einem Ende des Schaltelements verbunden ist, das auf der Außenseite des Kondensators angeordnet ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das lichtemittierende Festkörper-Bauelement in der Lage ist, Licht in einer Richtung parallel zur Außenseite des Kondensators zu emittieren, und wobei das Schaltelement auf der Außenseite des Kondensators angeordnet ist, um einen Strahlengang des von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement emittierten Lichts zu vermeiden.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Schaltelement so angeordnet ist, dass es relativ zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement in einer Richtung parallel zur Außenseite des Kondensators verschoben ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Schaltelement so angeordnet ist, dass es relativ zu dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement in einer Richtung rechtwinklig zur Außenseite des Kondensators verschoben ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner umfassend ein lichtempfangendes Element, das auf dem Strahlengang des von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement emittierten Lichts vorgesehen ist und das das von dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement emittierte Licht empfängt.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei in dem Hal bleiterkondensator die dielektrische Schicht in einer relativ zur Außenseite des Kondensators, auf der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement und das Schaltelement angeordnet sind, rechtwinkligen Richtung gebildet ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Halbleiterkondensator einen vorstehenden Teil des Halbleitersubstrats umfasst, der sich unmittelbar unter einer Position befindet, an der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement und das Schaltelement angeordnet sind, und der seitlich zu einem kapazitätsbildenden Teil angeordnet ist, der die dielektrische Schicht, die erste Innenelektrode und die zweite Innenelektrode umfasst, wobei die erste Innenelektrode und die zweite Innenelektrode vorgesehen sind, um die dielektrische Schicht dazwischen einzuschließen.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Halbleiterkondensator umfasst eine erste Durchkontaktierung, die elektrisch mit der ersten Innenelektrode und dem lichtemittierenden Festkörper-Bauelement verbunden ist, und eine zweite Durchkontaktierung, die elektrisch mit der zweiten Innenelektrode und dem Schaltelement verbunden ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die erste Durchkontaktierung und die zweite Durchkontaktierung elektrisch mit einer dritten Durchkontaktierung verbunden sind, die eine Seite gegenüber der Außenseite des Halbleiterkondensators erreicht, auf der das lichtemittierende Festkörper-Bauelement und das Schaltelement angeordnet sind.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die dritte Durchkontaktierung aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als derjenigen des Halbleitersubstrats besteht.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Halbleitersubstrat aus Silizium besteht.
Kondensator mit einer dielektrischen Schicht, einer ersten Innenelektrode und einer zweiten Innenelektrode, wobei die erste Innenelektrode und die zweite Innenelektrode so vorgesehen sind, dass die dielektrische Schicht zwischen ihnen sandwichartig angeordnet ist, wobei der Kondensator umfasst: ein Anordnungsteil, auf dem ein oder mehrere lichtemittierende Festkörper-Bauelemente, die Licht aussenden, wenn elektrische Energie vom Kondensator zugeführt wird, und ein Schaltelement, das die elektrische Energieversorgung vom Kondensator zum lichtemittierenden Festkörper-Bauelement steuert, platziert sind,, und ein leitendes Teil, das auf dem Anordnungsteil vorgesehen ist und das es ermöglicht, den Kondensator und das Schaltelement in Reihe zu schalten.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Treiberelement, das auf der Außenseite des Kondensators angeordnet und dazu konfiguriert ist, das Schaltelement anzusteuern, wobei der Kondensator ferner umfasst eine dritte Innenelektrode und eine vierte Innenelektrode, die vorgesehen sind, um die dielektrische Schicht dazwischen einzuschließen, eine dritte Außenelektrode, die elektrisch mit der dritten Innenelektrode verbunden ist, und eine vierte Außenelektrode, die elektrisch mit der vierten Innenelektrode verbunden ist, wobei die dritte Innenelektrode von der ersten Innenelektrode isoliert ist, und wobei das Treiberelement zwischen der dritten Außenelektrode und der vierten Außenelektrode angeschlossen ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die vierte Außenelektrode elektrisch mit der zweiten Außenelektrode verbunden ist.