DE19963550B4 - Bipolar illumination source from a self-bundling semiconductor body contacted on one side - Google Patents
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Abstract
Bipolare Beleuchtungsquelle aus einem einseitig kontaktierten, selbstbündelnden Halbleiterkörper, dessen für die Lumineszenzwellen transparentes Substrat mit einer Struktur aus Schichten ternärer und binärer III-V-Verbindungen verbunden ist und der für einen pseudo-lateralen Betrieb eingerichtet ist, mit einer mechanischen Brücke aus einer optischen Platte (20, 30, 35, 102) aus einem für die Lumineszenz einheitlich transparenten Halbleiterkörper, mit der mindestens zwei lumineszenzfähige und genau ein zugeordneter nichtlumineszenzfähiger Pfeiler (31-33, 36-39, 73-74, 98; 34, 40, 43, 72, 91) nebeneinander in einem gewünschten Abstand gehalten sind,
wobei die lumineszenzfähigen Pfeiler (31-33, 36-39, 73-74, 98) einen Schichtaufbau und eine lumineszenzaktive Schicht (45, 75, 95, 106) aufweisen und mit einem kleineren Querschnitt als der nicht lumineszenzfähige Pfeiler (34, 40, 43, 72, 91) gebildet sind,
alle Pfeiler (31-33, 36-39, 73-74, 98; 34, 40, 43, 72, 91) auf der Unterseite in gleicher Ebene in einer ebenen Montagefläche enden,
die Pfeiler (31-33, 36-39, 73-74, 98; 34, 40,...Bipolar illumination source made of a self-bundling semiconductor body contacted on one side, the substrate of which is transparent to the luminescence waves and connected to a structure of layers of ternary and binary III-V connections and which is set up for pseudo-lateral operation, with a mechanical bridge made of an optical plate (20, 30, 35, 102) made of a semiconductor body that is uniformly transparent for luminescence, with which at least two luminescent pillars and exactly one assigned non-luminescent pillar (31-33, 36-39, 73-74, 98; 34, 40, 43, 72, 91) are held next to one another at a desired distance,
the luminescent pillars (31-33, 36-39, 73-74, 98) having a layer structure and a luminescence-active layer (45, 75, 95, 106) and having a smaller cross section than the non-luminescent pillar (34, 40, 43, 72, 91) are formed,
all pillars (31-33, 36-39, 73-74, 98; 34, 40, 43, 72, 91) on the underside end in the same plane in a flat mounting surface,
the pillars (31-33, 36-39, 73-74, 98; 34, 40, ...
Description
Die Erfindung betrifft eine bipolare Beleuchtungsquelle aus einem einseitig kontaktierten, selbstbündelnden Halbleiterkörper, dessen für die Lumineszenzwellen transparentes Substrat mit einer Struktur aus Schichten binärer oder ternärer III-V-Verbindungen verbunden und für einen pseudo-lateralen Betrieb eingerichtet ist.The invention relates to a bipolar Illumination source from a self-bundling contact made on one side Semiconductor body, its for the luminescent waves transparent substrate with a structure from layers of binary or ternary III-V compounds connected and for pseudo-lateral operation is set up.
Die Beleuchtungsquelle soll in Service-, Schutz-, Sicherheits- und Alarmeinrichtungen wie
- (a) Fernbedienungsanwendngen und Lichtschranken, sowie
- (b) der stationären oder mobilen, impulsartigen oder kontinuierlichen Beleuchtung eines zu überwachenden Geländes, Raumes oder Fahrzeugs zum Zweck der Zugangs-, Anwesenheits- oder Bewegungskontrolle oder
- (c) der Kurzstrecken-Datenübertragung und
- (d) der Informationsdarstellung auf einer Anzeige
eingesetzt werden.The lighting source should be used in service, protection, security and alarm systems such as
- (a) remote control applications and light barriers, as well
- (b) the stationary or mobile, pulse-like or continuous lighting of a site, room or vehicle to be monitored for the purpose of access, presence or movement control or
- (c) short-range data transmission and
- (d) the presentation of information on a display
be used.
Dem Schutz- und Sicherheitsbedürfnis kommen andere Absperr- und Besitzschutzanlagen, wie Mauern, Gitter u.a. Zugangsblockaden nur mit massivem Aufwand entgegen.The need for protection and security come other barrier and property protection systems, such as walls, grids, etc. Access blocks only with massive effort.
Mit Hilfe von Überwachungsanlagen und neuen Beleuchtungsquellen kann diesem Bedürfnis besser entsprochen werden. Einen besonderen Akzent setzen hier Beleuchtungsquellen, die vom Menschen nicht wahrgenommen werden können. Bis dahin wurde vorzugsweise der Einsatz von Bewegungsmeldern gepflegt, die als passive Detektoren auf Wärmequellen wie Vögel, und Haustiere genauso ansprachen, wie auf menschliche Eindringlinge. Durch eine Tarnung der Wärmequellen mit Hilfe einer entsprechenden Maskierung waren diese Melder jedoch zu überlisten. Lichtschranken mit einem oder mehreren Paaren aus Lumineszenzdiode und Fototransistor sind schon schwerer zu täuschen, sprechen aber auch bei harmlosen Unterbrechungen an.With the help of surveillance systems and new ones Lighting sources can better meet this need. A special accent here are lighting sources from the People cannot be noticed. Until then, preferred the use of motion detectors maintained as passive detectors heat sources like birds, and responded to pets as much as to human intruders. By a camouflage of the heat sources with the help of appropriate masking, however, these detectors were to outsmart. Light barriers with one or more pairs of luminescent diodes and photo transistor are harder to deceive, but they also speak with harmless interruptions.
Auch Schall- und Ultraschallsignale wurden in zu überwachende Räume übertragen und auf die Änderungen der reflektierten Signale hin überprüft. Vom Wind bewegte Flora oder auch harmlose Tiere konnten Eindringlinge vortäuschen.Also sound and ultrasound signals have been monitored Transfer rooms and on the changes of the reflected signals checked. from Wind-moving flora or harmless animals could invaders to pretend.
Radar- und mikrowellengestützte Überwachungen von Lufträumen und Gewässern sind seit Jahrzehnten gebräuchlich, aber für die meisten Nutzer viel zu aufwendig.Radar and microwave based surveillance of air spaces and waters have been in use for decades, but for most users far too expensive.
Mit Hilfe einer stationären oder rotierenden Infrarot-Laserdiode ließen sich von bewegten Objekten reflektierte Strahlen auf geeigneten Empfängern schon etwas kostengünstiger feststellen. Unabhängig von dem Aufwand bei der Bildauswertung mit IR-Fotoempfängern, behindern die relativ teuren IR-Laser die Ausweitung der Anwendung in weitere Einsatzgebiete.With the help of a stationary or rotating infrared laser diode could rays reflected from moving objects on suitable ones Recipients already something cheaper determine. Independently from the effort involved in image evaluation with IR photo receivers the relatively expensive IR laser extended the application to other areas of application.
Beleuchtungsquellen, deren Leistungsvermögen an Laser heranreicht, bei denen aber Herstellungs- und Einsatzkosten deutlich hinter diesen zurückbleiben, sind ebenfalls bekannt. Die Erfindung zielt für derartige Beleuchtungsquellen sowohl auf eine Verbesserung der Ausbeute bei der betriebssicheren ökologischen Fertigung, als auch eine kostengünstigere Umwandlung elektrischer in optische Energie unabhängig von der Betriebsdauer.Illumination sources, their performance at lasers approached, but at which manufacturing and operating costs are significant lag behind, are also known. The invention aims for such lighting sources both on an improvement in the yield of reliable ecological Manufacturing, as well as a cheaper Conversion of electrical to optical energy independent of the operating time.
Als Konstruktionsmöglichkeit für Lumineszenzdioden ist die Formung und Anordnung der Kontakte auf der gleichen Oberflächenseite, die unbehinderte Lichtabstrahlung von einer freien Oberfläche und der Übergang vom Vertikal- zum Lateralbetrieb bekannt.As a construction option for luminescent diodes is the formation and arrangement of the contacts on the same surface side, the unobstructed light emission from a free surface and the transition from vertical to Lateral operation known.
Zur Unterdrückung von Verlusten durch strahlungslose
Rekombination an der Oberfläche
von einseitig kontaktierten GaAsP-GaP oder GaP-Planar-Diffusionsdioden
wurde in
In
In
Die geometrische Form des Halbleiterkörpers im vereinzelten Plättchen und die Individualisierung der lumineszenzaktiven Zone vor der Zerlegung der Scheiben hängt direkt von der Entscheidung für eine der beiden Hauptvarianten, den Kanten- oder den Flächenstrahler, ab. Während die Kantenabstrahlung überwiegend bei Laserdioden genutzt wird, greift man bei Lumineszenzdioden vorzugsweise auf Flächenstrahler zurück. Laserdioden verdanken ihre Effizienz der Anbringung von Spaltflächen an der Austrittsfläche der Emission. Bei Lumineszenzdioden wird der Chipkörper durch einen Trennprozess mit Hilfe der Ritz- und Brechtechnik, durch einen Sägeprozess mit Hilfe von Diamantscheiben bzw. Drähten oder einen Trennätzprozess im Anschluss an eine selektive Maskierung einer oder beider Hauptoberflächen geformt.The geometric shape of the semiconductor body in the scattered tiles and the individualization of the luminescence active zone before the decomposition of the Discs hangs right from opting for one of the two main variants, the edge or surface emitters, from. While the edge radiation predominantly is used for laser diodes, luminescent diodes are preferred on surface spotlights back. Laser diodes owe their efficiency to the application of gap areas the exit surface the emission. In the case of luminescent diodes, the chip body is passed through a separation process with the help of scoring and breaking technology, by one sawing with the help of diamond discs or wires or a separation etching process molded after selective masking of one or both major surfaces.
Die Quader- oder Säulenform der Chips ist dank ihrer einfachen Herstellung sehr verbreitet.The cuboid or columnar shape the chips are very common thanks to their simple manufacture.
Es gehört zu einer lange gepflegten Montagepraxis, derartige oder ähnliche Lumineszenzdiodenchips in Gehäusereflektoren einzufügen oder daneben anzuordnen.It is part of a long-maintained Assembly practice, such or similar Luminescent diode chips in housing reflectors insert or arrange next to it.
Die Vielzahl der übrigen Geometrie-Varianten der Lumineszenzdiodenchips konnte der Ökonomie des Materialeinsatzes nicht in gleicher Weise Rechnung tragen.The multitude of the other geometry variants the luminescent diode chips could economize on the use of materials do not take into account in the same way.
Die für die Lichtleiter-Nachrichtentechnik entwickelte Burrus-Struktur ist durch einen DH-AlGaAs-Halbleiterchip mit einer zweiseitigen Kontaktierung und einem ausgehöhltem GaAs-Substratteil direkt unter der optisch aktiven Zone gekennzeichnet. Die Oberfläche mit der lumineszenzaktiven Schicht trägt einen 50μm großen Stromkontakt.The developed for fiber optic communication technology Burrus structure is through a DH-AlGaAs semiconductor chip with a two-sided Contacting and a hollowed out GaAs substrate part marked directly under the optically active zone. The surface with the luminescence active layer carries a 50μm current contact.
Nach der
An Stelle der Mesa-Form kann zur
Lichtsammlung auch eine V-förmige
Grube, die gemäß der
Sphärisch polierte Chipkörper mit
einer aktiven Zone im Brennpunkt eines halbleitenden Linsenformkörpers nach
der
Soll dieses Halbleiterelement beide Elektroden auf der der Linse gegenüberliegenden Oberfläche erhalten, muss der n+p-Übergang zunächst durch einen ringförmigen Einschnitt auf eine Teiloberfläche begrenzt werden. Restriktion dabei jedoch ist, dass außerhalb des Einschnittes zur Beseitigung der Sperrwirkung des n+p-Übergang dortselbst die n+Schicht komplett umdotiert und in die gleiche Leitart gebracht wird, wie in der zusätzlich eingeschalteten Schicht unter der Linse. So entsteht ein p+p-Übergang, der einen niedrigen Kontaktwiderstand zum Kontaktmetall ermöglicht.If this semiconductor element is to receive both electrodes on the surface opposite the lens, the n + p transition must first be limited to a partial surface by an annular incision. Restriction is however that outside the incision to remove the blocking effect of the n + p junction, the n + layer is completely redoped there and brought into the same type of guidance as in the additionally switched on layer under the lens. This creates a p + p transition, which enables a low contact resistance to the contact metal.
Der Einschnitt muss nicht unbedingt bis in die gut leitende Kristallschicht hinein, sondern nur nahe an sie heranreichen.The incision does not necessarily have to be right into the highly conductive crystal layer, but only close to reach them.
Höhere Strahlstärken oder größere Helligkeit in Quellen für Beleuchtungszwecke lassen sich allein durch Mittel der besseren Leitfähigkeit, neue Abstände zwischen der Linse und der Emissionsebene oder andere Einschnittmaße nicht herbeiführen.higher beam strengths or greater brightness in Sources for Lighting purposes can only be achieved by means of the better Conductivity, new distances between the lens and the emission plane or other incision dimensions cause.
Trotzdem erfordern derartige zentralsymmetrische Gebildestrukturen bei ihrer Herausarbeitung aber einen hohen individuellen Aufwand pro Chip.Nevertheless require such centrally symmetrical Structural structures in their elaboration but a high individual Effort per chip.
Ein einheitlicher GaP-Halbleiterkörper erhielt nach
der
Die Restdicke der transparenten Elektrode zwischen den beiden MESA-Strukturen ist weitaus kleiner, als die Höhe der MESA. So entsteht eine mechanisch sehr empfindliche Stelzenstruktur mit geringer Montagefestigkeit aber gewissen optischen Vorteilen. Aufgrund des Sprunges des Brechungsindex beim Übergang zur Luft tritt bei GaP an allen Oberflächen des MESA-Körpers bei einem relativ kleinen Winkel innere Totalreflexion ein. Dieser Effekt wird hier zur halbleiterinternen Lenkung der Lichtstahlung genutzt. Der lange MESA führt das Licht gemäß seiner Höhe fast wie in einer Lichtleitfaser zur Lichtaustrittsstelle an der transparenten Elektrode. Nicht die gesamte isotrop um die Emissionsebene verteilte Lichtmenge kann den MESA als paralleles Licht verlassen, aber die lokale Leuchtdichte ist merklich erhöht. Ungleichmäßigkeiten entlang der transparenten Elektrode werden dadurch allerdings nicht beseitigt.The remaining thickness of the transparent electrode between the two MESA structures is much smaller than the height of the MESA. This creates a mechanically very sensitive stilt structure low assembly strength but certain optical advantages. by virtue of of the jump in the refractive index at the transition to air occurs GaP on all surfaces of the MESA body total internal reflection at a relatively small angle. This effect is used here for the internal control of the light radiation. The long MESA leads the light according to his Height almost as in an optical fiber to the light exit point on the transparent Electrode. Not the total amount of light distributed isotropically around the emission plane can leave the MESA as parallel light, but the local luminance is noticeably increased. irregularities this does not, however, result in the transparent electrode eliminated.
Nach der
Konusförmige Chipkörper mit quer zum Konus liegender
Emissionszone und umlenkenden Mantelflächen tragen nach Franklin-A-R
et al. und der Veröffentlichung
in Journal of Applied Physics 35 (1964), S. 1153-1155 in GaAs zur
Ausnutzung der Primärreflexion
bei. Nach
Zur Absenkung der Kosten werden anstelle von chipinternen Linsen häufig auch chipexterne Linsen und weitere Abbildungselemente eingesetzt. Dabei entstehen jedoch bereits Verluste beim Austritt aus dem Chip und bei der Abbildung in äußere optische Komponenten. Erhabene, über die allgemeine Chipfläche reichende und mesaartige Lumineszenzzonen wurden sehr früh zur Erleichterung der justierten Befestigung von abbildenden Perlen für die Verbesserung der Einkopplung in Fasern verwendet.To reduce costs, instead of on-chip lenses often lenses external to the chip and other imaging elements are also used. However, there are already losses when exiting the chip and when imaging in outer optical Components. Sublime, over the general chip area Reaching and mesa-like luminescent zones became a relief very early the adjusted mounting of imaging beads for improvement coupling into fibers.
Eine chipinterne Lenkung der Lumineszenz gelingt
mit der Mesa-Struktur nach
Mit dem Übergang zur einseitigen Kontaktierung leistungsstarker Beleuchtungsquellen entstehen gegenüber der zweiseitigen Quelle die Erfordernisse der ausreichenden elektrischen Versorgung der aktiven lumineszierenden Schicht mit Ladungsträgern beider Arten von einer Oberfläche, der substratorientierten Lenkung und einseitigen Auskopplung der Photonenemission und der Kontrolle und Abführung der thermischen Verluste der elektro-optischen Wandlung.With the transition to one-sided contacting powerful lighting sources arise compared to bilateral source the requirements of sufficient electrical Supply of the active luminescent layer with charge carriers of both Types of a surface the substrate-oriented steering and unilateral decoupling of the Photon emission and control and dissipation of thermal losses the electro-optical conversion.
Eine zusätzliche, unter der lumineszenzaktiven Zone vergrabene Verteilerschicht hat für die Zuführung einer ersten Ladungsträgerart zu sorgen.An additional, under the luminescence active Zone buried distribution layer has to supply a first type of charge to care.
Von der gleichen, bereits einmal kontaktierten Oberfläche aus, ist die Versorgung mit der zweiten Ladungsträgerart gleichmäßig und ohne punktuelle Überlastung vorzunehmen.From the same, already once contacted surface off, the supply with the second charge carrier type is even and without selective overload make.
Unabhängig davon ist die zunächst isotrop emittierte Lumineszenz aus der aktiven Zone richtungsorientiert zu bündeln. Dabei besteht das Problem, dass die Verteilerschicht lichtableitend in Erscheinung tritt und die gerichtete Extraktion optischer Energie mindert.The luminescence emitted isotropically is independent of this to bundle directionally from the active zone. The problem is that the distribution layer appears light-diverting and the directional extraction of optical energy reduces.
Die Gefahr der gleichzeitig erfolgenden Ableitung der Photonen aus der aktiven Zone in eine nicht für die Bündelung und Auskopplung geeignete Richtung ist zu beseitigen.The danger of happening simultaneously Deriving the photons from the active zone into one not for bundling and decoupling suitable direction is to be eliminated.
Es ist nicht mehr zulässig, dass der gewünschte Flächenstrahler in seiner Emissonsfläche allein durch die Chip-Kantenlänge definiert wird. Es muss eine Einschränkung auf einen Teil der Chipfläche vorgenommen werden. Die isotrope Emissionsverteilung muss dennoch chipintern und vollständig auf eine einzige Oberfläche hin umgelenkt und in einen gegebenen Raumwinkel gebündelt werden.It is no longer permissible that the desired surface emitter is in its emissive area is defined solely by the chip edge length. A restriction to part of the chip area must be made. The isotropic emission distribution must nevertheless be completely redirected to a single surface within the chip and bundled into a given solid angle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bipolare Gebildestruktur zu schaffen, in der die Individualisierung der lumineszenzaktiven Zone und deren spätere elektronische Versorgung in jedem Halbleiterplättchen so gestaltet ist, dass eine möglichst hohe optische Ausgangsleistung pro Plättchen erzielt werden kann, aber dennoch das Halbleitermaterial wirtschaftlich genutzt und keine aufwendigen Formgebungszyklen erforderlich sind.The invention has for its object a to create bipolar structure in which the individualization the luminescence active zone and its subsequent electronic supply in every semiconductor die is designed so that one is possible high optical output power per plate can be achieved but nevertheless the semiconductor material is used economically and none complex molding cycles are required.
Die Struktur soll die Versorgung mit Ladungsträgern beider Arten zeitlich und örtlich gleichmäßig und bis zu höchsten Strompegeln sichern, eine gute Flächenausnutzung und Bruchstabilität gewährleisten und bei einer möglichst einfachen Fügetechnologie der Kontaktelektroden eine wirkungsvolle Abführung der thermischen Verluste der elektro-optischen Wandlung zulassen.The structure is supposed to be the supply with load carriers both types temporally and locally evenly and up to the highest Ensure current levels, ensure good use of space and breakage stability and if possible simple joining technology the contact electrodes effectively dissipate the thermal losses allow the electro-optical conversion.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is due to the characteristics of claim 1 solved. Appropriate configurations are the subject of the subclaims.
Das den Patentansprüchen zugrunde liegende Gebildeprinzip beruht auf der Unterordnung der optischen Erfordernisse unter die Trassengestaltung der Zuführung und Verteilung der elektrischen Ladungsträger beider Ladungsarten und der Annäherung an einen barrierefreien Mechanismuswechsel der Wärmeleitfähigkeit beim Übergang von dem phononengestützten zum elektronengestützten Prozess am Kontakt über dem pn-Übergang.That is the basis of the patent claims lying structure principle is based on the subordination of the optical Requirements under the route design of the feed and Distribution of the electrical charge carriers of both types of charge and of rapprochement a barrier-free mechanism change of thermal conductivity during the transition from the phonon-based for electron-assisted Process on contact via the pn junction.
Leitgedanke ist dabei die Verkleinerung der lateralen Dimension der Emissionszone durch die Segmentierung der lumineszenzaktiven Fläche, die Reduzierung der Dicke des optisch genutzten Schichtpaketes und die Senkung des wärmestauenden Charakters der Schichten zwischen dem pn-Übergang und dem Metallkontakt durch Graduierung der Schichtkomposition in der Vorkontaktzone.The main idea here is downsizing the lateral dimension of the emission zone through the segmentation the luminescence active area, the reduction in the thickness of the optically used layer package and lowering the heat build-up Character of the layers between the pn junction and the metal contact by grading the layer composition in the pre-contact zone.
Es wird eine Plättchenstruktur geschaffen, bei der die relevanten Erzeugnisfunktionen wie die Zuführung und Verteilung der elektrischen Energie, ihre Wandlung und Auskopplung als optische Energie und die Ableitung der thermischen Verluste mit hohem Effekt im und am Plättchen ablaufen und kaum noch einer Unterstützung durch zusätzliche, äußere Elemente bedürfen.A platelet structure is created at of the relevant product functions such as feeding and Distribution of electrical energy, its conversion and decoupling as optical energy and the derivation of thermal losses with a high effect in and on the plate expire and hardly any support from additional, external elements require.
Bei der Verwirklichung des Leitgedankens wird von der räumlichen Begrenzung der lateralen Ausdehnung des optisch-elektronischen Schichtpaketes in der optischen Sektion auf die Form von Pfeilern ausgegangen. Eine konusförmige Erweiterung der Querschnittsmaße der Pfeiler in Richtung auf eine die Pfeiler verbindende optische Platte ausreichender Bruchfestigkeit wird zweckgemäß angewendet.In realizing the guiding principle from the spatial Limitation of the lateral extent of the optical-electronic layer package assumed the shape of pillars in the optical section. A cone-shaped Extension of the cross-sectional dimensions the pillar in the direction of an optical connecting the pillars A plate of sufficient breaking strength is used as intended.
Das wichtigste Merkmal der Erfindung ist die Aufteilung der lumineszenzfähigen Pfeilerart in zwei oder mehrere Pfeiler mit kleineren Querschnittmaßen. Mit diesem Merkmal sind nicht nur Vorteile bei den Herstellungskosten, sondern auch bei den optoelektronischen Eigenschaften des Enderzeugnisses verbunden.The most important feature of the invention is the division of the luminescent pillar type into two or several pillars with smaller cross-sectional dimensions. Are with this characteristic not only advantages in manufacturing costs, but also in the optoelectronic properties of the end product.
Die Pfeiler können sowohl als Pyramidenstumpf mit gleichseitigen oder rechteckigen Grundflächen, als Kegelstumpf mit runden, elliptischen oder sichelförmigen Grundflächen bzw. als trapezförmige Ringe ausgeführt sein.The pillars can be used as truncated pyramids with equilateral or rectangular bases, as a truncated cone with round, elliptical or crescent-shaped base areas or as a trapezoidal Executed rings his.
Die Höhe der Pfeiler muss der größten in den Pfeiler einzeichenbaren geraden, lateralen Verbindung (im folgenden als Diagonale des Pfeilers bezeichnet) Rechnung tragen. Größere Diagonalen erfordern größere Pfeilerhöhen. Die optisch nutzbare Pfeilerhöhe kann durch eine erhabene Stufung im Oberflächenprofil des Substrats erhöht werden.The height of the pillar must be the largest in straight, lateral connection, which can be drawn on the pillar (in the following referred to as the diagonal of the pillar). Larger diagonals require larger pillar heights. The visually usable pillar height can be increased by a raised step in the surface profile of the substrate.
Durch einen vorher geschaffenen Vorsprung auf der optischen Platte, über den dann das gesamte Schichtpaket samt der Verteilerschicht für negative Ladungsträger gezogen wird, gelingt die Unterbindung der Ableitung und die gerichtete Umlenkung des sich in der Schichtebene seitlich ausbreitenden Teils der isotropen Lumineszenzverteilung.Through a previously created lead the optical disc, over then the entire layer package including the distribution layer for negative charge carriers is drawn the derivation and the directed one succeeds Redirection of the part that spreads laterally in the layer plane the isotropic luminescence distribution.
Die Anordnung einer Abbildungslinse aus Halbleitermaterial mit erhöhter Brennweite, oder von Lichtleitfasern mit adaptiertem Faserdurchmesser auf der optischen Platte in der optischen Sektion des Chips erhöhen den Bündelungseffekt im Fernbereich.The arrangement of an imaging lens made of semiconductor material with increased Focal length, or of optical fibers with adapted fiber diameter the optical plate in the optical section of the chip increase the bunching effect in the far range.
Die Lumineszenzdiodenchips werden zur einfachen Kontaktierung mit ihrer Montageebene auf einer Leiterplatte aus Silizium befestigt. Diese Leiterplatte kann zweckmäßig als Montagewanne ausgebildet sein.The LED chips are for easy contacting with their mounting level on a printed circuit board attached from silicon. This circuit board can be useful as Assembly tub be formed.
Für die selbsttätige Kontrolle der Lumineszenzintensität der Beleuchtungsquelle hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn einer der als Gleichrichter nutzbaren DH-Schichtstrukturen als Photodiode in Sperrichtung betrieben wird und der gemessene Fotostrom zum Bewertungsmaßstab für die Beibehaltung oder Korrektur im Regelkreis des Injektionsstromes gemacht wird.For the automatic Control of the luminescence intensity of the lighting source It turned out to be very advantageous if one of the rectifiers usable DH layer structures operated as a photodiode in the reverse direction and the measured photocurrent becomes the evaluation standard for the retention or correction is made in the control loop of the injection current.
Schließlich kann eine spezielle rahmenförmige Pfeilerform, die alle übrigen Pfeiler eines Chips zusammenhängend umschließt, zum Aufbau einer automatischen Hermetisierung der optoelektronisch aktiven Bereiche des Chips genutzt werden. Dann kann sogar eine zusätzliche Verkappung des Chip-Chipträger-Systems entfallen. Wird dabei auf eine Anpassung der Dimensionen der lumineszierenden Pfeiler an die Abmessungen von Silberpolstern in Vertiefungen der Chipträgerplatte geachtet, läßt sich der Wärmewiderstand der gesamten Beleuchtungsquelle sehr vorteilhaft senken.Finally, a special frame-shaped pillar shape, the others Pillar of a chip connected encloses to build an automatic hermeticization of the optoelectronic active Areas of the chip are used. Then even an additional one The chip-chip carrier system is not capped. Doing so will adjust the dimensions of the luminescent Pillar to the dimensions of silver cushions in depressions of the Chip carrier plate respected, can the thermal resistance of the entire lighting source very advantageously.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus den nachfolgenden, anhand der Zeichnungen erklärten Ausführungsbeispielen hervor. In den Zeichnungen zeigen:Other advantages and details The invention will become apparent from the following, based on the drawings declared embodiments out. The drawings show:
1. Ausführungsbeispiel1st embodiment
Der Forderung nach einer erhöhten optischen
Leistung aus einer halbleitenden Beleuchtungsquelle kann mit dem
Gebildekonzept segmentierter isotrop abstrahlender Emissionszonen
am besten Rechnung getragen werden. Diese Form kann geschaffen werden,
wenn die Definition der Größe der lumineszenzaktiven
Zone in der optischen Sektion gleichzeitig mit der Integration von
Umlenkeinheiten für
die Lumineszenz aus dieser Zone verknüpft wird. Die Vielstufigkeit
des Ätzprozesses
zur Formung des konusartigen Pfeilerquerschnitts, insbesondere für große Pfeilerhöhen L, ist
unerwünscht aufwendig.
Im Einzelnen folgt die Pfeilerhöhe
L bei festem kritischem Reflexionswinkel θkrit(n) der
größten Distanz
D zwischen zwei Punkten innerhalb der Lichtemissionsfläche bzw.
der größten Diagonale
des Pfeilers gemäß Gleichung
(1).
Eine Reduzierung der Pfeilerhöhe L gelingt nur,
wenn die Distanz D der lumineszenzaktiven Schicht verkleinert wird.
Bei einfachen Lumineszenzdioden gemäß
Bei der Herstellung einer derartigen
bipolaren Beleuchtungsquelle wird auf einer (100)-orientierten,
n-leitenden, mechanischen AlxGa1–xAs-Brücke als
optische Platte
Die Definition der lateralen Größe der lumineszenzaktiven
Schichtteile und der pn-Übergänge
Eine Abweichung von der In-Linie-Anordnung
der anodisch gepolten Pfeiler ist im Chiplayout nach
Wird die Emissionsfläche im Chiplayout
nach
In der
Vorteilhafter ist demgegenüber eine
wie in
2. Ausführungsbeispiel2nd embodiment
Eine zweite Möglichkeit zur Gestaltung der Pfeilerstruktur
ist aus
3. Ausführungsbeispiel:3rd embodiment:
Im dritten Ausführungsbeispiel ist die Optimierung
der Halbleiteraußenflächen der
Beleuchtungsquelle beschrieben, siehe
Diese Bragg-Reflektoren
Zur Erleichterung der Auskopplung
der durch die Formgebung der Pfeiler
In
4. Ausführungsbeispiel4th embodiment
In
Stützt man sich bei der Vergrößerung der
Dicke der optischen Platte
Nach der
Die Kenndaten einer Beleuchtungs
quelle mit einem einzelnen lumineszenzfähigen Pfeiler und einer lumineszensaktiven
Schicht aus AlxGa1-xAs
mit einem x-Wert
von 0,29 ± 0,02
und einer Emissionswellenlänge
von 880 nm wurden in Abhängigkeit
von extern aufgeprägten
Versorgungsbedingungen untersucht. Der Durchlassgleichstrom IF wächst
nach der Überschreitung
der Diffusionsspannung von ca. 1,2 V gemäß
Die bei Raumtemperatur aufgenommene Beziehung
der Strahlungsleistung Popt(IF)
vom Flussstrom wurde für
zwei verschieden weit fortgeschrittene Ausformungsstufen des lumineszenzfähigen Pfeilers
ermittelt und in
Die für diese Messung benutzten Chips lassen sich noch vorteilhaft für eine später im Ausführungsbeispiel 6 erläuterte Endmontage verwenden und ermöglichen so erhöhte thermische Belastungen.The chips used for this measurement can still be beneficial for one later in the embodiment 6 explained Use and enable final assembly so increased thermal loads.
5. Ausführungsbeispiel5th embodiment
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Möglichkeit
der selbsttätigen
Kontrolle des Betriebes der Beleuchtungsquelle beschrieben. Zu diesem
Zweck wird bei ähnlichem
Chiplayout die elektrische Beschaltung der verschiedenen Pfeiler
modifiziert und mit individuell zugeschnittenen Betriebspotentialen belegt.
Nach der Veröffentlichung von J.C. Campbell und A.G. Dentai in der Zeitschrift Applied Physics letters 41 (1982) 2 S. 192-3 läßt sich in InP/InGaAs Heteroübergangs-MESA-Phototransistoren das Licht aus einer benachbarten Homoübergangs-MESA-LED aus InP gut optisch einkoppeln. Dieses Licht beeinflusst hier eine Reihe von Arbeitsparametern des Phototransistors vorteilhaft.After the publication of J.C. Campbell and A.G. Dentai in Applied Physics letters 41 (1982) 2 pp. 192-3 can be in InP / InGaAs heterojunction MESA phototransistors the light from a neighboring homojunction MESA LED made of InP looks good inject. This light influences a number of working parameters of the Phototransistor advantageous.
Abweichend davon soll jetzt in
Wird die in der Nachbarschaft zur
in Flussrichtung betrieben Diode
Der direkte Übertritt der Lumineszenz aus der
leuchtenden Diode
Ein Teil der Lumineszenz trifft jedoch
unter einem ungünstigen
Winkel auf die Austrittsfläche
und verbleibt infolge der Totalreflexion im Halbleiterkörper und
kann sich über
die optische Platte verteilen. Die von der benachbarten Diode
6. Ausführungsbeispiel6th embodiment
Im letzten Ausführungsbeispiel wird eine selbsthermetisierende
Beleuchtungsquelle auf der Basis einer bereits in
Die Chips der Beleuchtungsquelle können elektrisch sowohl individuell X-Y-adressiert oder als geschlossenes Clusterfeld aktiviert werden.The chips of the lighting source can be electric both individually X-Y addressed or as a closed cluster field to be activated.
- 1
- LED-Chip
- 2
- n-leitende Schicht
- 3
- p-leitende Schicht
- 4
- Grube
- 4a
- erste Seitenwand (der Grube)
- 4b
- zweite Seitenwand (der Grube)
- 4c
- Boden der Grube
- 5
- Oberfläche (der p- Schicht)
- 6
- n-Kontakt
- 7
- p-Kontakt
- 8
- Maske (aus Dielektrikum-Material)
- 9
- Linse
- 10
- Oberfläche der n- Schicht
- 11
- pn-Übergangsfläche
- 12a, 12b
- dünne Metallflächen
- 13, 14
- Bondinsel
- 1
- LED chip
- 2
- n-type layer
- 3
- p-type layer
- 4
- pit
- 4a
- first side wall (the pit)
- 4b
- second side wall (the pit)
- 4c
- Bottom of the pit
- 5
- Surface (of the p-layer)
- 6
- n-contact
- 7
- p-contact
- 8th
- Mask (made of dielectric material)
- 9
- lens
- 10
- Surface of the n-layer
- 11
- pn junction surface
- 12a, 12b
- thin metal surfaces
- 13, 14
- Bond island
- 2020
- optische Platteoptical plate
- 2121
- (lumineszenzaktive) pn-Übergänge(Lumineszenzaktive) pn junctions
- 2222
- (lumineszenzaktive) pn-Übergänge(Lumineszenzaktive) pn junctions
- 2323
- (lumineszenzaktive) pn-Übergänge(Lumineszenzaktive) pn junctions
- 2424
- Anodenkontakteanode contacts
- 2525
- Anodenkontakteanode contacts
- 2626
- Anodenkontakteanode contacts
- 2727
- n-leitende Verteilerschichtn-type distribution layer
- 2828
- Kontakt (kathodisch gepolt)Contact (poled cathodically)
- 2929
- kristallographisch orientierte Fasecrystallographically oriented bevel
- 3030
- optische Platteoptical plate
- 3131
- Pfeiler pier
- (anodisch gepolt)(anodic poled)
- 3232
- Pfeiler pier
- (anodisch gepolt)(anodic poled)
- 3333
- Pfeiler pier
- (anodisch gepolt)(anodic poled)
- 3434
- Pfeiler (kathodisch gepolt)pier (poled cathodically)
- 35
- optische Platte
- 36, 37, 38, 39
- Teilflächen (der Emissionsfläche)
- 40
- Umfassungspfeiler
- (ringförmig, kathodisch polbar)
- 35
- optical disc
- 36, 37, 38, 39
- Partial areas (of the emission area)
- 40
- Umfassungspfeiler
- (ring-shaped, cathodically polarizable)
- 5151
- (unvollständige) Chipstruktur(incomplete) chip structure
- 52,52
- Pfeilerpier
- (kathodisch gepolt)(cathodic poled)
- 53, 5453 54
- Pfeilerpier
- (anodisch gepolt)(anodic poled)
- 5555
- lumineszenzaktive Schichtlumineszenzaktive layer
- 5656
- Verteilerschichtdistribution layer
- 5757
- angenommener Aufpunktaccepted reference point
- 58, 5958 59
-
Strahlen
(aus dem Halbkegel
60 )Rays (from the semi-cone60 ) - 60 60
- Halbkegel, reflektiert an PfeilerböschungHalf-cones, reflects on embankment
- 6161
- Halbkegel, unreflektiertHalf-cones, unthinkingly
- 62a-d62a-d
-
Strahlen
(aus dem Halbkegel
61 )Rays (from the semi-cone61 ) - 6363
- (fortgeleiteter) Strahl(Continued guided) beam
- 7171
- Chipstrukturchip structure
- 7272
- Pfeiler (kathodisch gepolt)pier (poled cathodically)
- 73,7473.74
- Pfeiler (anodisch gepolt)pier (anodically poled)
- 7575
- lumineszenzaktive Schichtlumineszenzaktive layer
- Verteilerschichtdistribution layer
- 7777
- Aufpunktreference point
- 78,7978.79
- Randstrahlenmarginal rays
- 8080
- Strahlungskegelradiation cone
- 4141
- trapezförmiger Vorsprungtrapezoidal projection
- 4242
- Verteilerschichtdistribution layer
- 4343
- nichtlumineszenzfähiger Pfeilernon-luminescent pillar
- 4444
- Kathodenkontaktcathode contact
- 44a44a
- LeitbahntrasseLeitbahntrasse
- 44b44b
- Kragencollar
- 4545
- (lumineszenzfähige) Schicht(luminescent) layer
- 4646
- Anodenkontaktanode contact
- 9191
- Pfeilerpier
- (kathodisch gepolt)(cathodic poled)
- 9292
- (n-leitende) Verteilerschicht(N-type) distribution layer
- 9393
- Kathodenkontaktcathode contact
- 9494
- LeitbahntrasseLeitbahntrasse
- 9595
- lumineszenzaktive Schichtlumineszenzaktive layer
- 9696
- p-leitende MantelschichtP-type cladding layer
- 9797
- (p-leitender) Bragg-Reflektor(P-type) Bragg reflector
- 9898
- Pfeiler (anodisch gepolt)pier (anodically poled)
- 9999
- Anodenkontaktanode contact
- 100100
- AntireflexionsschichtAntireflection coating
- 131,132131.132
- Lötverbindungsolder
- 133133
- Siliziumgehäusesilicon case
- 134134
- Montagewanne mounting tray
- 135135
- Innenwand (der Montagewanne)inner wall (the assembly tub)
- 136, 137136 137
- Leiterzüge (zu Chipkontakten)Conductor tracks (to chip contacts)
- 138138
- Durchkontaktierungvia
- 139139
- Außenanschluss (der Anode)external connection (the anode)
- 140140
- Außenanschluss (der Kathode)external connection (the cathode)
- 141141
- Dichtungsplattesealing plate
- 142142
- (abbildende) Wölbung(Imaging) bulge
- 101101
- FernfeldchipFar-field chip
- 102102
- optische Platteoptical plate
- 103103
- (kathodischer) Kontakt(Cathodic) Contact
- 104104
- anodischer Kontaktanodic Contact
- 105105
- anodischer Kontaktanodic Contact
- 106106
- lumineszenzaktive Schichtlumineszenzaktive layer
- 107107
- konvexer Vorsprungconvex head Start
- 108, 109, 110108 109, 110
- Keulemace
- 111111
- Distanzdistance
- 121
- optische Platte
- 122
- Pfeilerrelief
- 123
- Erweiterbare Ausbauebene
- 124
- Ergänzungsscheibe
- 125
- Fügeebene
- 126
- Aussparung
- 127
- Konzentratoren
- 128
- Lichtleitfaser
- 121
- optical disc
- 122
- pillars relief
- 123
- Expandable expansion level
- 124
- Supplementary disc
- 125
- joining plane
- 126
- recess
- 127
- concentrators
- 128
- optical fiber
- 150150
- Popt(IF) bei Raumtemperatur ohneP opt (I F ) at room temperature without
- 151151
- Popt(IF) bei Raumtemperatur mitP opt (I F ) at room temperature with
- segmentierter Emissionsflächesegmented emitting surface
- 160160
- Chipstrukturchip structure
- 161161
- Massepotentialground potential
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- Diodediode
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- Diodediode
- 166166
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- 167167
- Diodediode
- 168168
- KontaktContact
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- Chip
- 210
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- 211
- Rückseite
- 212
- Kontaktseite
- 213
- Vertiefungen
- 214
- p-leitende Schicht
- 215
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- 216
- Metallpolster
- 217
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- Bondinsel
- 219
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- 220
- Anschlussfeld
- L
- Pfeilerhöhe
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- Distanz (Diagonale)
- So
- optische Sektion
- 200
- chip
- 210
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- 211
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- 212
- Contact
- 213
- wells
- 214
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- 216
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- 217
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