EP2856589A1 - Schaltungsanordnung und herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

Schaltungsanordnung und herstellungsverfahren hierfür

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EP2856589A1
EP2856589A1 EP13720812.0A EP13720812A EP2856589A1 EP 2856589 A1 EP2856589 A1 EP 2856589A1 EP 13720812 A EP13720812 A EP 13720812A EP 2856589 A1 EP2856589 A1 EP 2856589A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
optoelectronic semiconductor
support surface
semiconductor
semiconductor component
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13720812.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Astner
Hans-Jochen Schwarz
Andreas Letsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2856589A1 publication Critical patent/EP2856589A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031—Edge-emitting structures

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement having at least two optoelectronic semiconductor components. Furthermore, the invention relates to a method for producing such
  • FIG. 1 shows by way of example a known circuit arrangement 2000 with a series connection of two optoelectronic semiconductor components 2002, 2004, which are, for example, VCSEL arrays, ie
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • the known VCSEL arrays have a layer structure of an n-type semiconductor material and a p-type semiconductor material and an active zone arranged therebetween for generating laser radiation. Furthermore, both VCSEL arrays 2002, 2004 each have a connection region 2002 ', 2004' on a first side, where they are electrically connected by means of
  • Bond wires can be contacted.
  • the known series circuit is realized in that the first VCSEL array 2002 with one of its first
  • Support surface which is unspecified in Figure 1, arranged and electrically connected thereto.
  • the second VCSEL array 2004 is arranged with its second side on an associated, also not designated, further support surface and electrically connected thereto.
  • the series connection of the VCSEL arrays 2002, 2004 is by means of Bonding wires BD2 causes which connect the support surface of the first VCSEL array 2002 in a conventional manner electrically to a contacting or connecting region 2004 'of the second VCSEL array 2004.
  • An electrical power supply of the series circuit consisting of the VCSEL arrays 2002, 2004 is effected via the power supply connections V1, V2.
  • An electrical connection between the terminals V1, V2 and the known series circuit is realized by means of further bonding wires BD1, BD3.
  • Connection area 2004 ' the electrical insulation of the support surfaces of the two VCSEL arrays 2002, 2004 from each other, as well as the mounting surface of the
  • Bonding wires BD2 on the bottom of the support surface of the first VCSEL array 2002 in Figure 1 is conditional.
  • Another disadvantage of the known configuration 2000 is the relatively large component size. Furthermore, the electric for the
  • Carrier surface arranged and electrically conductively connected to the support surface.
  • the inventive principle which provides for a different mounting of the two semiconductor components on their common electrically conductive support surface, has the advantage that already by the electrical connection of the semiconductor components with the common support surface an electrical connection, e.g. Series connection, the two semiconductor components can be realized.
  • an electrical connection e.g. Series connection
  • the bonding wires BD2 (FIG. 1) required in conventional systems can advantageously be dispensed with, which considerably reduces the assembly effort and the associated costs.
  • the semiconductor components provided according to the invention can be mounted at a smaller distance from each other on their common carrier surface, so that - especially in the case of VCSEL arrays - for example, the brilliance of the resulting circuit arrangement can be increased because not contributing to the emission of laser radiation surface is considerably smaller than the corresponding area in the known system, compare the intercomponent distance d24 from FIG.
  • the at least two optoelectronic semiconductor components each have a plurality of surface-emitting semiconductor lasers (VCSEL, vertical cavity surface emitting lasers) and / or edge-emitting semiconductor lasers.
  • VCSEL surface-emitting semiconductor lasers
  • edge-emitting semiconductor lasers VCSEL, vertical cavity surface emitting lasers
  • Light exit surfaces for surface emitting semiconductor laser of a first semiconductor component accordingly to be arranged so that they lie in the p-type surface or layer, while the n-type surface or layer for electrical contacting of the support surface is used.
  • a second optoelectronic semiconductor component which is arranged with its p-conducting surface or layer on the carrier surface, it is necessary to provide that contained in the second optoelectronic semiconductor component
  • the geometric size of the optoelectronic semiconductor components which are used to form the circuit arrangement according to the invention can essentially be selected as desired and depends inter alia on the technology used for producing the semiconductor components or the desired target configuration.
  • the semiconductor components directly from a
  • corresponding wafers are separated out (by known methods) and then arranged according to the invention on a common electrically conductive support surface and contacted with this electrically.
  • the contacting can, according to one embodiment, be achieved by means of integral joining, e.g. Soldering, done, alternatively or additionally by clamping etc.
  • Semiconductor components or the wafers forming the starting material for this purpose can essentially be chosen arbitrarily.
  • At least one optoelectronic semiconductor component but preferably both semiconductor components, approximately a substantially rectangular basic shape each with two long sides and two short sides, that is deviates from a square shape.
  • a connection region for electrically contacting a surface is arranged substantially along at least one of the two short sides. The electrical contacting in the connection region can in turn be effected by means of bonding wires.
  • connection region along at least one of the two short sides of the rectangular semiconductor component advantageously results in the possibility of connecting further semiconductor components to the sides of the semiconductor component that do not serve for contacting, that is not the connection region, so that in particular in the case of light-emitting Semiconductor components a very high brilliance of the overall device can be realized, since the inter-component distances at the non-terminal areas compared to conventional systems can be significantly reduced.
  • both optoelectronic semiconductor components are arranged on the carrier surface such that their terminal regions are respectively assigned to the same side of the carrier surface. This results in a configuration for the
  • the remaining sides of the support surface in turn can be arranged relatively close to other, adjacent, in particular similar, circuit arrangements without, for example, the emission of laser radiation from the relevant
  • Semiconductor components is affected by located in these areas bonding wires and the like.
  • both optoelectronic semiconductor components are arranged on the carrier surface in such a way that their terminal regions are respectively assigned to mutually opposite sides of the carrier surface.
  • the resulting configuration has two terminal regions on respective opposite sides of the electrically conductive support surface, still two sides of the substantially rectangular geometry are not used for electrical contacting and thus remain free for the Arrangement of adjacent circuit arrangements.
  • this configuration can achieve a substantially rectangular geometry for the resulting circuit arrangement.
  • This configuration is also for the arrangement of edge emitting semiconductor lasers in the
  • Semiconductor components which are arranged according to the invention on the support surface, can be arranged very close to each other and thus the distance between edge emitters of the first semiconductor component and the second semiconductor component relatively low fails, thereby virtually a seamless juxtaposition of the edge emitter over both
  • both optoelectronic semiconductor components each have an essentially trapezoidal or triangular basic shape, which advantageously results in polygonal overall geometries of the circuit arrangement
  • the longer base side of the trapezoidal geometry is particularly advantageously provided with a connection region for making electrical contact, so that a particularly large cross section of electrically conductive regions is available for the electrical supply of the semiconductor component.
  • the optoelectronic semiconductor components are arranged relative to one another such that their shorter base sides lie opposite one another.
  • This can be a substantially dumbbell-shaped
  • Circuit arrangements can be used to each other to fill a radially inner region also with the areas lying in the region of their shorter sides of the respective trapezoidal semiconductor components, while the other circuit arrangements do not protrude into the radially inner region of the overall configuration.
  • the invention can be arranged together on a common support surface
  • Semiconductor components also have other geometries, e.g. such as circular shape and / or circular ring shape. In this way, it is possible to realize a circuit which, in a radially outward-pointing direction, has a series connection of two circular or annular VCSEL arrays arranged together on a carrier surface.
  • an optoelectronic semiconductor circuit is provided with at least two circuit arrangements according to the invention, wherein the at least two
  • Circuitries are electrically connected to each other in series. This can, according to one embodiment, for example by means of electrical
  • Guiding surfaces take place, which are comparable to the electrical support surface of the circuit arrangement according to the invention and, for example, can also be formed from a metallization on a per se non-conductive substrate.
  • additional or alternative bonding wires can be used to form the series electrical connection of the plurality of circuitry with each other.
  • a parallel connection of at least two circuit arrangements according to the invention is possible, as well as combinations thereof.
  • the individual circuit arrangements are shaped and arranged relative to one another such that a contour of the semiconductor circuit essentially has the shape of a, preferably regular, n-corner, with n> 4, or approximately circular shape.
  • a substantially trapezoidal or triangular-shaped circuit arrangement can be realized by arranging two semiconductor components, which in turn have a substantially trapezoidal or triangular shape, on a common electrical carrier surface, which likewise has a trapezoidal shape.
  • a plurality of these substantially trapezoidal circuit arrangements can be arranged relative to each other such that the above-described essentially polygonal or circular geometry results for the optoelectronic semiconductor circuit.
  • the provision of an electrical connection region in the region of the longer base sides of the trapezoidal geometry of the semiconductor components is particularly advantageous since the interior region of the resulting geometry can be kept completely free from
  • Bonding wires or other means for electrical contacting, apart from the at least partially disposed under the semiconductor components carrier surface are preferably mounted radially outward of the plurality of circuitry, and
  • a method for producing a circuit arrangement according to claim 12 specified provides that a first optoelectronic semiconductor component having an n-conducting surface is arranged opposite an electrically conductive carrier surface and electrically conductively connected to the carrier surface, and that a second optoelectronic semiconductor component
  • Optoelectronic semiconductor component with a p-type surface disposed opposite the support surface and electrically conductive with the
  • Carrier surface is connected.
  • the electrically conductive connection between the semiconductor components and the electrically conductive carrier surface can be effected in a manner known per se, for example by means of soldering or clamping or other connection techniques familiar to the person skilled in the art.
  • circuit arrangements are produced, in particular according to the inventive method, and that these at least two circuit arrangements are electrically connected in series with one another, in particular by means of electrical guide surfaces, which are preferably arranged in the same plane as the carrier surfaces , and / or by means of bonding wires.
  • electrical guide surfaces which are preferably arranged in the same plane as the carrier surfaces , and / or by means of bonding wires.
  • Semiconductor circuit can be advantageously arranged on an electrically non-conductive substrate. Another embodiment of the method according to the invention is
  • Figure 1 schematically a plan view of a known
  • FIG. 2a schematically shows a plan view of an inventive device
  • FIG. 2b schematically shows a partial cross section of the embodiment according to FIG. 2a
  • FIG. 3 is a schematic plan view of an optoelectronic device
  • FIG. 4 schematically shows a plan view of a further embodiment of an optoelectronic semiconductor component
  • FIG. 5 schematically shows a plan view of a circuit arrangement according to a further embodiment
  • FIG. 6 is a schematic plan view of a circuit arrangement according to yet another embodiment, schematically a plan view of electrically conductive carrier surfaces of an optoelectronic semiconductor circuit according to a further embodiment,
  • FIG. 8 schematically shows a top view of a circuit arrangement according to an embodiment, in which edge-emitting
  • FIG. 9 a schematically shows a top view of a further embodiment of a semiconductor optoelectronic circuit
  • FIG. 9b schematically shows a cross section of the arrangement according to FIG. 9a, FIG.
  • FIG. 10a schematically shows a plan view of a trapezoidal shape
  • FIG. 10b schematically shows a plan view of a triangular
  • Figure 1 1 schematically a plan view of a further optoelectronic
  • Figure 12 is a schematic plan view of yet another
  • Embodiment of a semiconductor optoelectronic circuit which has a substantially polygonal or circular overall geometry
  • FIG. 13 schematically shows a plurality of trapezoidal semiconductor components
  • FIG. 14 shows a simplified flowchart of an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 15 schematically shows a side view of a surface-emitting
  • Figure 16 is a schematic plan view of a further embodiment.
  • FIG. 2 a shows a first embodiment of a device according to the invention
  • the circuit arrangement 100 has an electrically conductive carrier surface 110 which, for example in the form of a metallization, can be formed on a non-electrically conductive substrate, not shown in FIG. 2a.
  • the circuit arrangement 100 further comprises a first optoelectronic semiconductor component 120 and a second optoelectronic semiconductor component 130, wherein the first
  • Optoelectronic semiconductor component 120 is arranged with an n-conductive surface opposite to the electrically conductive support surface 1 10 and electrically connected to the support surface 1 10 is connected. Further, the second one
  • Optoelectronic semiconductor component 130 having a p-type surface opposite to the support surface 1 10 arranged and electrically conductively connected thereto. This advantageously implicitly results in an electrical interconnection, which can be used, for example, as a series connection, of the semiconductor components 120, 130, without the need to provide bonding wires for this, as is the case with the known arrangement of Figure 1 is required, compare the
  • An electrical contacting of the circuit arrangement 100 according to the invention with an operating voltage ensues via the provision of bonding wires B, which electrically conductively conduct a connection region of the first semiconductor component 120 to a first reference potential V1 or a first reference potential V1
  • a contacting of the second semiconductor component 130 with a second reference potential V2 is also realized via bonding wires B.
  • a series circuit of the components V1, B, 120, 1 10, 130, B, V2 is formed, and advantageously without the use of bonding wires for electrically connecting the components 120, 130 together.
  • At least one side surface of the components 120, 130 may be provided with an insulating layer (not shown), for example with a nitride coating, so that a particularly dense placement of the components 120, 130 next to each other while simultaneously safely separating their opposite side surfaces is possible.
  • FIG. 2b shows a partial cross-section of the configuration according to FIG. 2a.
  • FIG. 2b below shows an electrically non-conductive substrate S on which the electrically conductive support surface 1 10, for example in the form of a
  • Semiconductor component 120 is arranged with its n-type surface 122 opposite to the support surface 1 10 and electrically conductively connected thereto.
  • a p-conducting surface 124 of the first semiconductor component 120 is arranged above the n-conducting surface or layer in FIG. 2b.
  • a metallization M is applied, which in its left in Figure 2b area a connection region 126 for electrically contacting the semiconductor component 120 to external
  • the semiconductor component 120 as a so-called VCSEL array, that is, as a semiconductor substrate having a plurality of vertically emitting
  • the second semiconductor component 130 has a layer structure comparable to the structure of the first semiconductor component 120, but is arranged with its p-conducting surface 134 opposite to the carrier surface 110 and electrically conductively connected thereto. Accordingly, in FIG. 2b, an n-conducting layer 132 is arranged over the p-conducting surface or layer 134, on which in turn a metallization M is applied, which in its right-hand region in FIG. 2b realizes a connection region 136 for contacting by means of bonding wires B.
  • n-up p-up
  • p-up p-up
  • FIG. 3 shows a plan view of a first semiconductor component 120 according to a further embodiment.
  • the semiconductor component 120 has the connection region 126 already described above for electrical contacting, for example by means of bonding wires or the like.
  • a plurality of surface emitting semiconductor lasers (VCSEL) 140 are in a non-electrical connection portion of the first
  • Semiconductor lasers per surface of the first semiconductor component 120 can be arranged.
  • surface-emitting semiconductor lasers may have outlet openings with a maximum opening width of a few ⁇ m to a few tens of ⁇ m.
  • FIG. 15 shows, by way of example, a side view or a partial cross section of a surface-emitting semiconductor laser.
  • the semiconductor laser 140 has a layer structure 142 along a layer thickness coordinate x1.
  • a first mirror layer 144 is arranged, which is formed for example as a Distributed Bragg Reflector, ie one each
  • a second dielectric mirror layer 146 forms an optical resonator together with the first dielectric mirror layer.
  • an active zone 148 is integrated between the mirror layers 144, 146, which contains, for example, a quantum film for generating laser radiation.
  • a first electrical contact can be seen in FIG.
  • a second electrical contact can be located below in the area of the substrate S 'or in FIG. 15. As soon as a potential difference is applied to the surface-emitting semiconductor laser 140 via these electrical contacts, a current flow I, compare the arrows, and laser radiation L is generated which, in FIG. 15, is directed upward through a light exit opening in the electrical field
  • the contacting layer 144a corresponds for example to the metallization M of the invention
  • a plurality of surface-emitting semiconductor lasers 140 of the type shown by way of example in FIG. 15 can be integrated in one or both of the semiconductor components 120, 130.
  • the semiconductor components 120, 130 are also referred to as a VCSEL array.
  • FIG. 4 schematically shows a plan view of a semiconductor component 120 according to a further embodiment.
  • the semiconductor component 120 has a substantially rectangular basic geometry with two long sides s1, s2 and two short sides s3, s4.
  • an electrical connection region 126 for contacting by means of bonding wires B is located in the region of a short side s3 of the rectangular configuration, so that the further sides s1, s2, s4 for the juxtaposition further
  • a circuit arrangement 100a of the type shown in FIG. 5 can be produced.
  • the circuit arrangement 100a has an electrically conductive carrier surface 110 and a first semiconductor component 120, which is formed, for example, according to FIG. 4, and thus has its electrical connection region 126 on the left in FIG.
  • a second semiconductor component 130 similarly designed for this likewise has its electrical connection region 136 in FIG. 5 on the left and on a short side of the semiconductor component 130, so that both
  • Connection areas 126, 136 of the same side s5 of the support surface 1 10 are assigned.
  • electrical contacting of the semiconductor components 120, 130 and thus of the entire circuit arrangement 100a can advantageously take place solely in the region of the side s5 of the carrier surface 110, so that the further sides s6, s7, s8 of the carrier surface 110 are in turn connected to the same type or otherwise formed circuit arrangement according to the present invention can be used without that in these areas bonding wires or the like would have to be provided.
  • the configuration according to FIG. 5 also has the advantage according to the invention that the different semiconductor components 120, 130 are each provided with an n.
  • the configuration of the individual semiconductor components is preferably selected such that a differential resistance in a preferred electrical
  • Operating point or the number of surface emitting semiconductor lasers per semiconductor component 120, 130 is approximately equal to realize approximately the same electrical resistances for the semiconductor components 120, 130. Otherwise, the semiconductor component with the greater electrical resistance could drive the operation in series with it
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a device according to the invention
  • Circuit arrangement 100b which has a substantially rectangular geometry. This geometry is achieved by arranging two rectangular semiconductor components 120, 130 with their short sides facing one another such that the
  • Terminal region 126 of the first semiconductor component 120 is located on a first short side s5 of the support surface 1 10, and that the electrical
  • Terminal region 136 of the second semiconductor component 130 on one of the first short side s5 opposite side s7 of the support surface 1 10 is located.
  • Circuit arrangement 100b according to FIG. 6 accordingly be electrically contacted on both short sides s5, s7 of the carrier surface, but the two long sides s6, s8 of the carrier surface 110 remain for the arrangement of further identical or different types according to the invention
  • Circuitry or other components The configuration of the circuit arrangement 100b according to FIG. 6 is next to FIG.
  • FIG. 8 shows a plan view of a corresponding configuration. Analogous to the configuration according to FIG. 6, the semiconductor components 120 ', 130' have electrical connection regions 126 ', 136'. The edge emitter of
  • Semiconductor components 120 ', 130' are arranged and configured to radiate upwardly in the plane of the drawing the laser radiation L that you have generated, i.e., in the plane of the drawing. from a side surface of the components 120 ', 130' which i.w. is perpendicular to the plane of Figure 8. At this
  • Embodiment 100c of the circuit arrangement according to the invention is in turn very advantageously the intercomponent spacing in a central region M 'of the carrier surface 110 or of the device 100c particularly small, so that a homogeneous "luminance" by the substantially regular juxtaposition of a plurality of edge emitters of the two semiconductor components 120' , 130 'is feasible.
  • Figure 7 shows schematically a plan view of a plurality of electrical
  • the support surfaces 1 10a, 1 10b for example, with the
  • the support surfaces 110d, 110e are similarly equipped with corresponding semiconductor components (not shown in FIG. 7).
  • the support surface 110c is equipped with two semiconductor components 120, 130 in the manner of the configuration 100b shown in FIG.
  • Guiding surfaces 150, 152, 154, 156, 158, 160 are provided, which may also be applied, for example, as a metallization on a non-conductive substrate (reference symbol S from Figure 2b). Accordingly, the baffles 150, ..,
  • FIG. 9a shows a configuration of the optoelectronic semiconductor circuit 1000, which results after the mounting of the carrier surfaces according to FIG. 7 with the semiconductor components 120, 130, 120, 130 already mentioned above.
  • An electrical connection for the optoelectronic semiconductor circuit 1000 according to FIG. 9a is realized, for example, in that a first
  • Reference potential is connected to the first guide surface 150.
  • This first guide surface 150 is electrically connected to an electrical connection region of a first semiconductor component 120, which is arranged on the first carrier surface 110a, by means of bonding wires which are not designated in detail in FIG. 9a.
  • the optoelectronic semiconductor circuit 1000 has a series connection of a total of five circuit arrangements which are respectively assigned to the carrier surfaces 110a to 110e and, in turn, one
  • the configuration shown in FIG. 9a has the particular advantage that bonding wires are used for electrical contacting of the circuit arrangement
  • Edge areas RA1, RA2 are required so that an interior of the Optoelectronic semiconductor circuit 1000 is completely free of bonding wires and the relevant Interkomponentenabmates between the individual circuits can be chosen very small.
  • the particular advantage of this configuration is that a large brilliance can be achieved in comparison to such systems, which in bonding regions between the various circuit arrangements bonding wires for electrical
  • FIG. 9a represents only a schematic plan view, and that the semiconductor components 120, 130, 120 ', 130' can advantageously be chosen with respect to their geometry so that they each have approximately half of the corresponding common carrier surface 110a, Cover 1 10c. Furthermore, the distances of the respective carrier surfaces
  • the components 120, 130, 120 ', 130' can be positioned substantially closer relative to one another than shown schematically in FIG. 9a, so that there are almost no intermediate regions between the different circuit arrangements or their
  • the brilliance of the optoelectronic semiconductor circuit 1000 according to FIG. 9a can clearly exceed the brilliance of the conventional systems, in particular increases of approximately 10% to approximately 20% being achievable.
  • FIG. 9b shows a cross section of the optoelectronic semiconductor circuit 1000 according to FIG. 9a along the line A-A in FIG. 9a, looking in the direction of the arrow.
  • Support surfaces 1 10a, 1 10b, 1 10c can be seen. These support surfaces can, for example, in the form of an electrically conductive metallization on the
  • a layer structure of the first semiconductor component 120 of the carrier surface 1 10a consists of an n-type layer or surface 122 and a p-type layer or surface 124 arranged to the right in FIG. 9b, to which a metallization M continues to the right in FIG. 9b.
  • This layer structure 122, 124, M essentially corresponds to the
  • “Surface” is used, so that the corresponding surfaces of the n-type layer 122 and the p-type layer 124 are designated. For example, one of the support surface 1 10a ( Figure 9d) facing
  • n-type layer 122 is (via an unimaged active region) with p-type layer 124 of FIG.
  • Semiconductor component 120 connected, and so on.
  • the second semiconductor component 130 has a substantially inverse layer structure.
  • a p-type layer 134 is disposed on the electrically conductive support surface 110a, and an n-type layer 132 is disposed between the metallization M and the p-type layer 134. This results in an electrical series connection between the metallization M of the first semiconductor component 120 on the first carrier surface 110a, the layer 124, the layer 122, the common first carrier surface 110a, the layer 134, the layer 132, the metallization M of the second semiconductor component 130th
  • the semiconductor components 120, 130 on the second carrier surface 1 10d are constructed analogously thereto.
  • a series connection of the circuit arrangement of the carrier surfaces 110a, 110b relative to one another is realized, according to FIG. 9a, by the electrical conduction surface 152 and its associated bonding wires, which on the one hand communicate with the connection surface of the second semiconductor component 130 First carrier surface 1 10a and on the other hand connected to an unspecified terminal surface of the first semiconductor component 120 of the second support surface 1 10b.
  • the geometric extension d2, d3 of the semiconductor components 120, 130 according to FIG. 9b is preferably chosen to cover almost the entire support surface 110a, hence the sum of d2 and d3 is nearly d1, resulting in an advantageous area utilization and a particularly large area Laser radiation emitting surface results.
  • the distances of the support surfaces 1 10a, 1 10b with each other are to be chosen so that they in the electrical operating parameters of the optoelectronic semiconductor circuit a
  • FIG. 10a schematically shows a top view of a further embodiment of the invention, which provides a substantially trapezoidal design of a first semiconductor component 120 ",
  • the semiconductor component 120" may in turn be in the form of a VCSEL array.
  • Particularly advantageous is an electrical connection region 126 "for the electrical contacting of
  • Semiconductor component 120 is arranged along the longer base side G1 of the trapezoidal configuration by means of bonding wires (not shown) Alternatively or additionally, the electrical contacting can also take place along the shorter base side G2 or at least one of the other two sides
  • FIG. 10b schematically shows a plan view of a further embodiment of the invention, in which a semiconductor component 120 '"has a substantially triangular geometry
  • a connection region 126' ' for electrical contacting, for example by means of bonding wires (not shown), preferably again in the area of
  • Figure 1 1 shows schematically a plan view of an optoelectronic
  • semiconductor circuit 1000a according to another embodiment.
  • the configuration 1000a according to FIG. 11 has an essentially polygonal one
  • the individual electrical support surfaces 1 10a ', 1 10b', 1 10c ', 1 1 OD', 1 10e ' are already electrically connected in series with one another following the principle already described with reference to FIGS. 9a, 9b, in particular by means of the guide surfaces 1500, 1510, 1520, 1530 and their associated bonding wires.
  • trapezoidal shaped semiconductor components 1210, 1220 whose geometry is e.g. is selected similar to the embodiment according to FIG 10a.
  • the arrangement of the circuit arrangements shown in FIG. 11 with their short base sides to each other results in a substantially polygonal or circular geometry for the overall arrangement 1000a, which can be adapted by the individual geometric parameters of the trapezoidal basic forms with respect to the total number of elements, compare the points P.
  • FIG. 12 shows an embodiment 1000b comparable to FIG. 11, but with four essentially trapezoidal basic shapes
  • Circuit arrangements with their corresponding support surfaces 1 10a ', 1 10b', ... are provided, in which a fifth circuit arrangement according to the invention, however, has a substantially dumbbell-shaped geometry with a similarly shaped support surface 110c "This substantially dumbbell-shaped geometry is achieved in the present case that the relevant
  • Circuit arrangement with the semiconductor components 1250, 1260 is formed so that the shorter base sides G2 of the respective trapezoidal
  • Semiconductor components 1250, 1260 has the advantage that the radially inner
  • Figure 13 shows schematically a part of the contour WK of a wafer W, which may for example contain a plurality of surface-emitting semiconductor lasers (not shown) and thus serve as a basis for producing the semiconductor components 120, 130, 120 ', 130' described above.
  • trapezoidal semiconductor components 120 they can be arranged with their oblique sides adjacent to one another as shown in FIG. 13 such that the short or long base side of a first trapezoidal element 120" with the long or short basic side of a adjacent trapezoidal element is aligned, so that a strip-shaped configuration R results, which allows a particularly good utilization of the entire Waver configuration W.
  • Figure 14 shows a simplified flow diagram of an embodiment of the present invention.
  • an electrically conductive support surface 110 (FIG. 2a) is provided, for example by metallizing a corresponding region of a non-electrically conductive substrate S (FIG. 2b).
  • Optoelectronic semiconductor component 120 with an n-conductive surface 122 opposite to the electrically conductive support surface 1 10 arranged and electrically conductively connected to the support surface.
  • Semiconductor component 130 with a p-type surface opposite the support surface 1 10 arranged and electrically conductively connected to the support surface, whereby advantageously the series connection according to the invention between the two semiconductor components 120, 130 using the support surface 1 10 as an electrical contact between the semiconductor components 120, 130 is formed ,
  • the application of the inventive principle allows the construction of optoelectronic semiconductor circuits with particularly high brilliance, because the size of non-emitting radiation surfaces is minimized. Furthermore, can be using the principle of the invention, the Reduce the size of the radiation-emitting system, which is particularly useful in difficult installation conditions.
  • the inventive principle can be advantageously used in addition to the series connection described above for parallel connection.
  • edge emitters In addition to the provision of vertically emitting semiconductor lasers, it is also possible, for example, to use edge emitters, light-emitting diodes, photodiodes and the like in the inventively provided and described above
  • Semiconductor components 120, 130, 120 ', 130' are provided.
  • FIG. 16 shows a further embodiment of the invention, in which a first semicircular semiconductor component 1310, which is approximately semicircular, is arranged together with a second semicircular semiconductor component 1320, which is approximately semicircular, on a common carrier surface 1350.
  • n-up mounting is selected for the semiconductor component 1310, while a so-called “p-up” mounting is selected for the semiconductor component 1320.
  • the other semiconductor components 1330, 1340 are in turn on a second support surface 1360 the
  • a series electrical connection is as follows: bonding wires B10,
  • semiconductor component 1310 Semiconductor component 1310, carrier surface 1350, semiconductor component 1320, bonding wires B1 1, semiconductor component 1330, carrier surface 1360,

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (100) mit mindestens zwei optoelektronischen Halbleiterkomponenten (120, 130), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste optoelektronische Halbleiterkomponente (120) mit einer n- leitenden Oberfläche (122) gegenüber einer elektrisch leitenden Trägerfläche (110) angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche (110) verbunden ist, und dass eine zweite optoelektronische Halbleiterkomponente (130) mit einer p- leitenden Oberfläche (134) gegenüber der Trägerfläche (110) angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche (110) verbunden ist.

Description

Beschreibung
Titel
Schaltungsanordnung und Herstellungsverfahren hierfür Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit mindestens zwei optoelektronischen Halbleiterkomponenten. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen
Schaltungsanordnung.
Figur 1 zeigt beispielhaft eine bekannte Schaltungsanordnung 2000 mit einer Serienschaltung von zwei optoelektronischen Halbleiterkomponenten 2002, 2004, bei denen es sich beispielsweise um VCSEL-Arrays handelt, also um
Anordnungen mit jeweils einer Mehrzahl von oberflächenemittierenden
Halbleiterlasen (Vertical Cavitiy Surface Emitting Laser, VCSEL).
Die bekannten VCSEL-Arrays weisen einen Schichtaufbau aus einem n- leitenden Halbleitermaterial und einem p-leitenden Halbleitermaterial sowie einer dazwischen angeordneten aktiven Zone zur Erzeugung von Laserstrahlung auf. Ferner weisen beide VCSEL-Arrays 2002, 2004 auf einer ersten Seite jeweils einen Anschlussbereich 2002', 2004' auf, an dem sie elektrisch mittels
Bonddrähten kontaktiert werden können. Die bekannte Serienschaltung wird dadurch realisiert, dass das erste VCSEL-Array 2002 mit einer seiner ersten
Seite gegenüberliegenden zweiten Seite auf einer elektrisch leitenden
Trägerfläche, die in Figur 1 nicht näher bezeichnet ist, angeordnet und elektrisch leitend mit dieser verbunden wird. Analog hierzu wird das zweite VCSEL-Array 2004 mit seiner zweiten Seite auf einer ihm zugeordneten, ebenfalls nicht bezeichneten, weiteren Trägerfläche angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden. Die Serienschaltung der VCSEL-Arrays 2002, 2004 wird mittels Bonddrähten BD2 bewirkt, welche die Trägerfläche des ersten VCSEL-Arrays 2002 in an sich bekannter Weise elektrisch mit einem Kontaktierungs- beziehungsweise Anschlussbereich 2004' des zweiten VCSEL-Arrays 2004 verbinden.
Eine elektrische Energieversorgung der aus den VCSEL-Arrays 2002, 2004 bestehenden Serienschaltung wird über die Energieversorgungsanschlüsse V1 , V2 bewerkstelligt. Eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen V1 , V2 und der bekannten Serienschaltung wird mittels weiterer Bonddrähte BD1 , BD3 realisiert.
Nachteilig ergibt sich bei der bekannten Konfiguration ein verhältnismäßig großer Interkomponentenabstand d24, der durch das Vorhandensein des
Anschlussbereichs 2004', der elektrischen Isolation der Trägerflächen der beiden VCSEL-Arrays 2002, 2004 voneinander, sowie die Montagefläche der
Bonddrähte BD2 auf dem in Figur 1 unteren Bereich der Trägerfläche des ersten VCSEL-Arrays 2002 bedingt ist. Innerhalb des durch den
Interkomponentenabstand d24 definierten Bereichs emittiert die bekannte Schaltung demnach keine Laserstrahlung. Dadurch ist nachteilig die Brillanz der bekannten Schaltungsanordnung 2000 verhältnismäßig gering, weil der
Zwischenraum mit der Ausdehnung d24 in Figur 1 in vertikaler Richtung nicht zur Erzeugung von Laserstrahlung beitragen kann.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Konfiguration 2000 besteht in der verhältnismäßig großen Bauteilgröße. Ferner ist die für die elektrische
Kontaktierung der VCSEL-Arrays 2002, 2004 erforderliche Verbindung mittels Bonddrähten kostenintensiv und zeitaufwändig.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die eingangs genannten Nachteile des Stands der Technik vermieden werden. Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste optoelektronische
Halbleiterkomponente mit einer n-leitenden Oberfläche gegenüber einer elektrisch leitenden Trägerfläche angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche verbunden ist, und dass eine zweite optoelektronische
Halbleiterkomponente mit einer p-leitenden Oberfläche gegenüber der
Trägerfläche angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Prinzip, das eine unterschiedliche Montage der beiden Halbleiterkomponenten auf ihrer gemeinsamen elektrisch leitenden Trägerfläche vorsieht, weist den Vorteil auf, dass bereits durch die elektrische Verbindung der Halbleiterkomponenten mit der gemeinsamen Trägerfläche eine elektrische Verbindung, z.B. Serienschaltung, der beiden Halbleiterkomponenten realisierbar ist. Dadurch kann vorteilhaft auf die bei konventionellen Systemen erforderlichen Bonddrähte BD2 (Figur 1 ) verzichtet werden, was den Montageaufwand und die damit einhergehenden Kosten wesentlich verringert. Darüber hinaus können die erfindungsgemäß vorgesehenen Halbleiterkomponenten mit einem geringeren Abstand zueinander auf ihrer gemeinsamen Trägerfläche montiert werden, so dass - insbesondere im Fall von VCSEL-Arrays - beispielsweise auch die Brillanz der resultierenden Schaltungsanordnung gesteigert werden kann, weil die nicht zur Emission von Laserstrahlung beitragende Fläche wesentlich geringer ist als die entsprechende Fläche bei dem bekannten System, vergleiche den Interkomponentenabstand d24 aus Figur 1 .
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens zwei optoelektronischen Halbleiterkomponenten jeweils eine Mehrzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern (VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser) und/oder kantenemittierenden Halbleiterlasern aufweisen.
Andere optoelektronische Komponenten wie beispielsweise lichtemittierende Dioden (LED), Photodioden und dergleichen können ebenfalls vorteilhaft in mindestens einer oder auch beide der erfindungsgemäß vorgesehenen
Halbleiterkomponenten integriert sein. Bei der Vorsehung von ein oder mehreren oberflächenemittierenden Lasern in einer oder in beiden Halbleiterkomponenten ist die Konfiguration der
Halbleiterlaser so zu wählen, dass eine der Emission von Laserstrahlung dienende Fläche jeweils auf derjenigen Oberfläche der Halbleiterkomponente angeordnet ist, welche der Montagefläche zur elektrischen Kontaktierung der gemeinsamen Trägerfläche gegenüberliegt. Beispielsweise sind
Lichtaustrittsflächen für oberflächenemittierende Halbleiterlaser einer ersten Halbleiterkomponente demnach so anzuordnen, dass sie in der p-leitenden Oberfläche bzw. Schicht liegen, während die n-leitende Oberfläche bzw. Schicht zur elektrischen Kontaktierung der Trägerfläche dient. Analog hierzu ist bei einer zweiten optoelektronischen Halbleiterkomponente, welche mit ihrer p-leitenden Oberfläche bzw. Schicht an der Trägerfläche angeordnet wird, vorzusehen, dass in der zweiten optoelektronischen Halbleiterkomponente enthaltene
Lichtaustrittsöffnungen in der n-leitenden Oberfläche bzw. Schicht, welche der p- leitenden Oberfläche gegenüberliegt, angeordnet sind. Die geometrische Größe der optoelektronischen Halbleiterkomponenten, welche zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendet werden, insbesondere ihre Fläche, ist im Wesentlichen beliebig wählbar und hängt unter anderem von der zur Herstellung der Halbleiterkomponenten verwendeten Technologie bzw. der gewünschten Zielkonfiguration ab.
Beispielsweise können die Halbleiterkomponenten direkt aus einem
entsprechenden Wafer herausgetrennt werden (mittels bekannter Verfahren) und anschließend erfindungsgemäß auf einer gemeinsamen elektrisch leitenden Trägerfläche angeordnet und mit dieser elektrisch kontaktiert werden. Die Kontaktierung kann einer Ausführungsform zufolge mittels stoffschlüssigem Fügen, z.B. Löten, erfolgen, alternativ oder ergänzend auch durch Klemmen usw.
Die Anzahl und/oder Dichte oder sonstige räumliche Anordnung von
optoelektronischen Elementen (VCSEL, LED, Photodioden, usw.) in den
Halbleiterkomponenten bzw. den das Ausgangsmaterial hierfür bildenden Wafern kann im Wesentlichen beliebig gewählt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine optoelektronische Halbleiterkomponente, bevorzugt jedoch beide Halbleiterkomponenten, etwa eine im Wesentlichen rechteckige Grundform mit jeweils zwei langen Seiten und zwei kurzen Seiten aufweist, also von einer quadratischen Form abweicht. Ferner ist vorteilhaft ein Anschlussbereich zur elektrischen Kontaktierung einer Oberfläche im Wesentlichen entlang mindestens einer der beiden kurzen Seiten angeordnet. Die elektrische Kontaktierung in dem Anschlussbereich kann wiederum mittels Bonddrähten erfolgen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Anschlussbereichs entlang mindestens einer der beiden kurzen Seiten der rechteckformigen Halbleiterkomponente ergibt sich vorteilhaft die Möglichkeit, an den nicht zur Kontaktierung dienenden, das heißt nicht den Anschlussbereich aufweisenden, Seiten der Halbleiterkomponente weitere Halbleiterkomponenten anzuschließen, so dass insbesondere im Falle von lichtemittierenden Halbleiterkomponenten eine sehr hohe Brillanz der Gesamtvorrichtung realisierbar ist, da die Inter-Komponenten-Abstände an den nicht-Anschlussbereichen gegenüber herkömmlichen Systemen deutlich verringert werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass beide optoelektronsische Halbleiterkomponenten so auf der Trägerfläche angeordnet sind, dass ihre Anschlussbereiche jeweils derselben Seite der Trägerfläche zugeordnet sind. Dadurch ergibt sich eine Konfiguration für die
Schaltungsanordnung, bei der nur eine Seite der elektrischen Trägerfläche der
Schaltungsanordnung Anschlussbereiche der betreffenden
Halbleiterkomponenten aufweist. Auf diese Weise können die restlichen Seiten der Trägerfläche wiederum verhältnismäßig dicht an weitere, benachbarte, inbesondere gleichartige, Schaltungsanordnungen angeordnet werden, ohne dass beispielsweise die Emission von Laserstrahlung aus den betreffenden
Halbleiterkomponenten durch in diesen Bereichen befindliche Bonddrähte und dergleichen beeinträchtigt wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass beide optoelektronischen Halbleiterkomponenten so auf der Trägerfläche angeordnet sind, dass ihre Anschlussbereiche jeweils einander gegenüberliegenden Seiten der Trägerfläche zugeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform besitzt die resultierende Konfiguration demnach zwei Anschlussbereiche auf jeweils gegenüberliegenden Seiten der elektrisch leitenden Trägerfläche, wobei immer noch zwei Seiten der im Wesentlichen rechteckformigen Geometrie nicht für die elektrische Kontaktierung verwendet werden und somit frei bleiben für die Anordnung benachbarter Schaltungsanordnungen. Gleichzeitig kann durch diese Konfiguration eine im Wesentlichen rechteckförmige Geometrie für die resultierende Schaltungsanordnung erzielt werden. Diese Konfiguration ist auch für die Anordnung von kantenemittierenden Halbleiterlasern in den
Halbleiterkomponenten besonders vorteilhaft, weil die beiden
Halbleiterkomponenten, die erfindungsgemäß auf der Trägerfläche angeordnet sind, sehr dicht zueinander angeordnet werden können und somit der Abstand zwischen Kantenemittern der ersten Halbleiterkomponente und der zweiten Halbleiterkomponente verhältnismäßig gering ausfällt, wodurch gleichsam eine nahtlose Aneinanderreihung der Kantenemitter über beide
Halbleiterkomponenten hinweg möglich ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass beide optoelektronischen Halbleiterkomponenten jeweils eine im Wesentlichen trapezförmige oder dreiecksförmige Grundform aufweisen, wodurch sich vorteilhaft polygonale Gesamtgeometrien der Schaltungsanordnung
beziehungsweise von Konfigurationen, die aus mehreren erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen zusammengebaut sind, erzielen lassen. Besonders vorteilhaft wird bei einer weiteren Ausführungsform im Falle einer trapezförmigen Grundform die längere Grundseite der trapezförmigen Geometrie mit einem Anschlussbereich zur elektrischen Kontaktierung versehen, so dass ein besonders großer Querschnitt von elektrisch leitenden Bereichen zur elektrischen Versorgung der Halbleiterkomponente verfügbar ist.
Bei einer weiteren Erfindungsvariante ist vorgesehen, dass im Falle einer trapezförmigen Grundform die optoelektronischen Halbleiterkomponenten so zueinander angeordnet sind, dass sich ihre kürzeren Grundseiten einander gegenüberliegen. Dadurch kann eine im Wesentlichen hanteiförmige
Konfiguration für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung erzielt werden, welche beispielsweise bei einer radialen Anordnung mehrerer
Schaltungsanordnungen zueinander dazu verwendet werden kann, einen radial inneren Bereich ebenfalls mit den im Bereich ihrer kürzeren Grundseiten liegenden Bereichen der betreffenden trapezförmigen Halbleiterkomponenten zu füllen, während die weiteren Schaltungsanordnungen nicht bis in den radial inneren Bereich der Gesamtkonfiguration hineinragen. Einer weiteren Ausführungsform zufolge können die erfindungsgemäß zusammen auf einer gemeinsamen Trägerfläche anzuordnenden
Halbleiterkomponenten auch andere Geometrien aufweisen, z.B. etwa Kreisform und/oder Kreisringform. Damit kann eine Schaltung realisiert werden, welche in radial nach außen weisender Richtung eine Serienschaltung von jeweils zwei zusammen auf einer Trägerfläche angeordneten kreis- bzw. kreisringförmigen VCSEL-Arrays aufweist.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine optoelektronische Halbleiterschaltung mit mindestens zwei erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen vorgesehen, wobei die mindestens zwei
Schaltungsanordnungen elektrisch zueinander in Serie geschaltet sind. Dies kann einer Ausführungsform zufolge beispielsweise mittels elektrischer
Leitflächen erfolgen, welche vergleichbar zur elektrischen Trägerfläche der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind und beispielsweise ebenso aus einer Metallisierung auf einem an sich nicht leitenden Substrat gebildet sein kann. Ferner können zusätzliche oder alternative Bonddrähte zur Ausbildung der elektrischen Serienschaltung der mehreren Schaltungsanordnung untereinander verwendet werden. Alternativ oder ergänzend ist auch eine Parallelschaltung von mindestens zwei erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen möglich, ebenso wie Kombinationen hieraus.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Halbleiterschaltung ist vorgesehen, dass die einzelnen Schaltungsanordnungen so geformt und relativ zueinander angeordnet sind, dass eine Kontur der Halbleiterschaltung im Wesentlichen die Form eines, vorzugsweise regelmäßigen, n-Ecks, mit n>4, oder etwa Kreisform aufweist. Beispielsweise kann eine im Wesentlichen trapez- beziehungsweise dreiecksförmige Schaltungsanordnung dadurch realisiert werden, dass zwei ihrerseits im Wesentlichen Trapezform beziehungsweise Dreiecksform aufweisende Halbleiterkomponenten auf einer gemeinsamen elektrischen Trägerfläche, welche ebenfalls Trapezform aufweist, angeordnet werden. Eine Mehrzahl dieser im Wesentlichen trapezförmigen Schaltungsanordnung können so zueinander angeordnet werden, dass sich die vorstehend beschriebene im Wesentlichen polygonale beziehungsweise kreisförmige Geometrie für die optoelektronische Halbleiterschaltung ergibt. Bei dieser Konfiguration ist die Vorsehung eines elektrischen Anschlussbereiches im Bereich der längeren Grundseiten der trapezförmigen Geometrie der Halbleiterkomponenten besonders vorteilhaft, da der Innenbereich der resultierenden Geometrie vollständig freigehalten werden kann von
Bonddrähten oder anderen Mitteln zur elektrischen Kontaktierung, abgesehen von der zumindest teilweise unter den Halbleiterkomponenten angeordneten Trägerfläche. Bonddrähte und dergleichen sind bevorzugt vielmehr radial außenseitig der mehreren Schaltungsanordnungeb angebracht und
beeinträchtigen somit nicht die Brillanz der Gesamtvorrichtung.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein
Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 12 angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass eine erste optoelektronische Halbleiterkomponente mit einer n-leitenden Oberfläche gegenüber einer elektrisch leitenden Trägerfläche angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche verbunden wird, und dass eine zweite
optoelektronische Halbleiterkomponente mit einer p-leitenden Oberfläche gegenüber der Trägerfläche angeordnet und elektrisch leitend mit der
Trägerfläche verbunden wird. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Halbleiterkomponenten und der elektrisch leitenden Trägerfläche kann in an sich bekannter Weise beispielsweise mittels Löten oder Klemmen oder anderer dem Fachmann geläufiger Verbindungstechniken erfolgen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens zwei Schaltungsanordnungen hergestellt werden, insbesondere gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, und dass diese mindestens zwei Schaltungsanordnungen elektrisch zueinander in Serie geschaltet werden, insbesondere mittels elektrischer Leitflächen, welche bevorzugt in derselben Ebene angeordnet sind wie die Trägerflächen, und/oder mittels Bonddrähten. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beziehungsweise mehrere
Schaltungsanordnungen zur Realisierung einer optoelektronischen
Halbleiterschaltung können vorteilhaft auf einem elektrisch nicht leitenden Substrat angeordnet sein. Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch
Patentanspruch 14 angegeben. Das erfindungsgemäße Prinzip, eine Schaltungsanordnung durch zwei
Halbleiterkomponenten mit jeweils unterschiedlicher Montage („n-up", d.h. eine n- leitende Schicht gegenüber der Trägerfläche, bzw.„p-up", d.h. eine p-leitende Schicht gegenüber der Trägerfläche) auf einer gemeinsamen elektrischen Trägerfläche anzuordnen weist den wesentlichen Vorteil auf, dass in etwa die Hälfte der bei konventionellen Vorrichtungen erforderlichen Bonddrähte entfallen kann, wodurch sich ein Herstellungsaufwand und entsprechende Kosten signifikant verringern.
Das erfindungsgemäße Prinzip kann vorteilhaft zur Realisierung von
Serienschaltungen und/oder Parallelschaltungen von Halbleiterkomponenten angewandt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 schematisch eine Draufsicht auf eine bekannte
Schaltungsanordnung mit zwei optoelektronischen Halbleiterkomponenten,
Figur 2a schematisch eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
Figur 2b schematisch einen teilweisen Querschnitt der Ausführungsform gemäß Figur 2a,
Figur 3 schematisch eine Draufsicht auf eine optoelektronische
Halbleiterkomponente gemäß einer Ausführungsform, Figur 4 schematisch eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer optoelektronischen Halbleiterkomponente,
Figur 5 schematisch eine Draufsicht auf eine Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 6 schematisch eine Draufsicht auf eine Schaltungsanordnung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, schematisch eine Draufsicht auf elektrisch leitende Trägerflächen einer optoelektronischen Halbleiterschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 8 schematisch eine Draufsicht auf eine Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform, bei der kantenemittierende
Halbleiterlaser in den optoelektronischen Halbleiterkomponenten vorgesehen sind,
Figur 9a schematisch eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer optoelektronischen Halbleiterschaltung,
Figur 9b schematisch einen Querschnitt der Anordnung gemäß Figur 9a,
Figur 10a schematisch eine Draufsicht auf eine trapezförmige
Halbleiterkomponente gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 10b schematisch eine Draufsicht auf eine dreiecksförmige
Halbleiterkomponente gemäß einer weiteren Ausführungsform, Figur 1 1 schematisch eine Draufsicht auf eine weitere optoelektronische
Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche eine im Wesentlichen polygonale beziehungsweise kreisförmige Gesamtgeometrie aufweist, Figur 12 schematisch eine Draufsicht auf noch eine weitere
Ausführungsform einer optoelektronischen Halbleiterschaltung, welche eine im Wesentlichen polygonale beziehungsweise kreisförmige Gesamtgeometrie aufweist,
Figur 13 schematisch mehrere trapezförmige Halbleiterkomponenten
relativ zu einer Kontur eines Wafers,
Figur 14 ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 15 schematisch eine Seitenansicht eines oberflächenemittierenden
Halbleiterlasers, und
Figur 16 schematische eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform.
Die in Figur 1 abgebildete bekannte Schaltungsanordnung 2000 ist vorstehend bereits erläutert worden. Sie weist den wesentlichen Nachteil eines großen Interkomponentenabstands d24 auf und den weiteren Nachteil, dass
verhältnismäßig viele Bonddrähte BD2 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterkomponenten 2002, 2004 untereinander erforderlich sind.
Figur 2a zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung 100. Die Schaltungsanordnung 100 weist eine elektrisch leitende Trägerfläche 1 10 auf, welche beispielsweise in Form einer Metallisierung auf einem in Figur 2a nicht abgebildeten nicht elektrisch leitenden Substrat ausgebildet sein kann. Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung 100 weiter eine erste optoelektronische Halbleiterkomponente 120 sowie eine zweite optoelektronische Halbleiterkomponente 130 auf, wobei die erste
optoelektronische Halbleiterkomponente 120 mit einer n-leitenden Oberfläche gegenüber der elektrisch leitenden Trägerfläche 1 10 angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche 1 10 verbunden ist. Ferner ist die zweite
optoelektronische Halbleiterkomponente 130 mit einer p-leitenden Oberfläche gegenüber der Trägerfläche 1 10 angeordnet und elektrisch leitend mit ihr verbunden. Dadurch ergibt sich vorteilhaft implizit eine elektrische Verschaltung, die z.B. als Serienschaltung verwendbar ist, der Halbleiterkomponenten 120, 130, ohne dass hierfür Bonddrähte vorgesehen werden müssten, wie dies bei der bekannten Anordnung gemäß Figur 1 erforderlich ist, vergleiche das
Bezugszeichen BD2.
Eine elektrische Kontaktierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 100 mit einer Betriebsspannung erfolgt über die Vorsehung von Bonddrähten B, die einen Anschlussbereich der ersten Halbleiterkomponente 120 elektrisch leitend mit einem ersten Bezugspotenzial V1 beziehungsweise einer
entsprechend ausgebildeten elektrischen Leitfläche bilden. Eine Kontaktierung der zweiten Halbleiterkomponente 130 mit einem zweiten Bezugspotenzial V2 wird ebenfalls über Bonddrähte B realisiert. Hierdurch ist eine Serienschaltung der Komponenten V1 , B, 120, 1 10, 130, B, V2 gebildet, und das vorteilhaft ohne die Verwendung von Bonddrähten zur elektrischen Verbindung der Komponenten 120, 130 miteinander.
Im Unterschied zu der bekannten Konfiguration gemäß Figur 1 weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 100 nach Figur 2a also den
wesentlichen Vorteil auf, dass beide Halbleiterkomponenten 120, 130 mit einem nahezu verschwindenden vertikalen Abstand d24 (Figur 1 ) zueinander montiert werden können. Dieser Abstand muss lediglich so groß gewählt werden, dass eine zuverlässige elektrische Trennung zwischen den beiden Komponenten 120, 130 realisiert ist, wozu beispielsweise einige nm beziehungsweise einige μηη genügen. Dadurch reduziert sich die für die Schaltungsanordnung 100 erforderliche Grundfläche und ferner können vorteilhaft die Bonddrähte BD2 zur elektrischen Verbindung der Komponenten 120, 130 untereinander entfallen, weil die entsprechende elektrische Verbindung durch die erfindungsgemäße gemeinsame Trägerfläche 1 10 realisiert ist.
Insbesondere bei Abständen d24 im nm-Bereich kann einer bevorzugten
Ausführungsform zufolge mindestens eine Seitenfläche der Komponenten 120, 130 mit einer Isolierschicht (nicht gezeigt) versehen sein, beispielsweise mit einer Nitridbeschichtung, so dass eine besonders dichte Platzierung der Komponenten 120, 130 nebeneinander bei gleichzeitiger sicherer elektrischer Trennung ihrer gegenüberliegenden Seitenflächen möglich ist. Figur 2b zeigt einen teilweisen Querschnitt der Konfiguration gemäß Figur 2a. In
Figur 2b unten ist ein elektrisch nicht leitendes Substrat S abgebildet, auf dem die elektrisch leitende Trägerfläche 1 10, beispielsweise in Form einer
Metallisierung, aufgebracht ist. Auf der Trägerfläche 1 10 sind die
Halbleiterkomponenten 120, 130 angeordnet, wobei die erste
Halbleiterkomponente 120 mit ihrer n-leitenden Oberfläche 122 gegenüber der Trägerfläche 1 10 angeordnet und elektrisch leitend mit ihr verbunden ist. Eine p- leitende Oberfläche 124 der ersten Halbleiterkomponente 120 ist in Figur 2b oberhalb der n-leitenden Fläche beziehungsweise Schicht angeordnet. Auf der p- leitenden Schicht beziehungsweise Fläche 124 ist eine Metallisierung M aufgebracht, welche in ihrem in Figur 2b linkem Bereich einen Anschlussbereich 126 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterkomponente 120 zu externen
Systemen bildet, beispielsweise wieder mittels Bonddrähten B. Im Falle der Ausbildung der Halbleiterkomponente 120 als sogenanntes VCSEL-Array, also als ein Halbleitersubstrat, das eine Vielzahl von vertikal emittierenden
Halbleiterlasern enthält, weist die Metallisierung M entsprechende
Austrittsöffnungen (nicht abgebildet) zur Emission der Laserstrahlung in Figur 2b nach oben auf. Lediglich der als Anschlussbereich 126 fungierende Randbereich der Metallisierung M kann vollflächig als Metallisierung, das heißt ohne entsprechende Strahlungsaustrittsöffnung, realisiert sein, um eine sichere Verbindung mit den Bonddrähten B zu ermöglichen.
Die zweite Halbleiterkomponente 130 weist einen zum Aufbau der ersten Halbleiterkomponente 120 vergleichbaren Schichtaufbau auf, ist jedoch mit ihrer p-leitenden Oberfläche 134 gegenüber der Trägerfläche 1 10 angeordnet und elektrisch leitend mit ihr verbunden. Demgemäß ist in Figur 2b über der p- leitenden Fläche beziehungsweise Schicht 134 eine n-leitende Schicht 132 angeordnet, auf der wiederum eine Metallisierung M aufgebracht ist, welche in ihrem in Figur 2b rechten Bereich einen Anschlussbereich 136 wiederum zur Kontaktierung mittels Bonddrähten B realisiert. Durch die bezüglich der beiden Halbleiterkomponenten 120, 130 inverse
Anordnung ihrer p- beziehungsweise n-leitenden Schichten relativ zu der Trägerfläche 1 10 („n-up" bzw.„p-up") ergibt sich vorteilhaft eine elektrische Serienschaltung unter Verwendung der Trägerfläche 1 10, so dass auf aufwendigere elektrische Verbindungstechniken wie beispielsweise die
Bonddrähte BD2 (Figur 1 ) verzichtet werden kann. Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Halbleiterkomponente 120 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Halbleiterkomponente 120 weist den vorstehend bereits beschriebenen Anschlussbereich 126 zur elektrischen Kontaktierung, beispielsweise mittels Bonddrähten oder dergleichen auf. Ferner sind eine Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern (VCSEL) 140 in einem nicht dem elektrischen Anschluss dienenden Bereich der ersten
Halbleiterkomponente 120 vorgesehen. Es ist zu beachten, dass Figur 3 nur eine grobe schematische Darstellung repräsentiert und die oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 140 bei realen Systemen weitaus kleiner ausgebildet sein können, so dass eine wesentlich höhere Zahl von oberflächenemittierenden
Halbleiterlasern je Fläche der ersten Halbleiterkomponente 120 angeordnet werden kann. Typischerweise können oberflächenemittierende Halbleiterlaser Austrittsöffnungen mit einer maximalen Öffnungsweite von einigen μηη bis einigen 10 μηη aufweisen.
Figur 15 zeigt beispielhaft eine Seitenansicht beziehungsweise einen teilweisen Querschnitt eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers. Der Halbleiterlaser 140 weist einen Schichtaufbau 142 entlang einer Schichtdickenkoordinate x1 auf. Auf einem Substrat S' ist eine erste Spiegelschicht 144 angeordnet, welche beispielsweise als Distributed Bragg Reflector ausgebildet ist, also jeweils einen
Schichtaufbau mit einer Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Schichten aufweist. Eine zweite dielektrische Spiegelschicht 146 bildet zusammen mit der ersten dielektrischen Spiegelschicht einen optischen Resonator. Zwischen den Spiegelschichten 144, 146 ist unter anderem eine aktive Zone 148 integriert, welche beispielsweise einen Quantenfilm zur Erzeugung von Laserstrahlung enthält. Eine erste elektrische Kontaktierung kann in Figur 15 auf
beziehungsweise oberhalb der zweiten Spiegelschicht 146 vorgesehen sein, vergleiche das Bezugszeichen 144a. Eine zweite elektrische Kontaktierung kann sich im Bereich des Substrats S' beziehungsweise in Figur 15 darunter befinden. Sobald eine Potenzialdifferenz über diese elektrischen Kontaktierungen an den oberflächenemittierenden Halbleiterlaser 140 angelegt wird, stellt sich ein Stromfluss I, vergleiche die Pfeile, ein, und es wird Laserstrahlung L erzeugt, die in Figur 15 nach oben durch eine Lichtaustrittsöffnung in der elektrischen
Kontaktierung 144a abgestrahlt wird. Die Kontaktierungsschicht 144a entspricht beispielsweise der Metallisierung M der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung gemäß Figur 2b. Wie bereits vorstehend beschrieben können eine Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern 140 des in Figur 15 beispielhaft gezeigten Typs in einer beziehungsweise in beiden der Halbleiterkomponenten 120, 130 integriert sein. In diesem Fall werden die Halbleiterkomponenten 120, 130 auch als VCSEL-Array bezeichnet.
Figur 4 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Halbleiterkomponente 120 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Halbleiterkomponente 120 weist eine im Wesentlichen rechteckförmige Grundgeometrie mit zwei langen Seiten s1 , s2 und zwei kurzen Seiten s3, s4 auf. Erfindungsgemäß befindet sich ein elektrischer Anschlussbereich 126 zur Kontaktierung mittels Bonddrähten B im Bereich einer kurzen Seite s3 der rechteckförmigen Konfiguration, so dass die weiteren Seiten s1 , s2, s4 zur Nebeneinanderanordnung weiterer
Halbleiterkomponenten (nicht in Figur 4 gezeigt) verwendet werden können, ohne dass diese Bereiche durch Bonddrähte beeinträchtigt werden müssten.
Beispielsweise kann durch eine Halbleiterkomponente 120 gemäß Figur 4 eine Schaltungsanordnung 100a des in Figur 5 gezeigten Typs hergestellt werden. Die Schaltungsanordnung 100a weist eine elektrisch leitende Trägerfläche 1 10 auf und eine erste Halbleiterkomponente 120, die beispielsweise gemäß Figur 4 ausgebildet ist, mithin ihren elektrischen Anschlussbereich 126 in Figur 5 links aufweist. Eine hierzu ähnlich ausgebildete zweite Halbleiterkomponente 130 weist ebenfalls ihren elektrischen Anschlussbereich 136 in Figur 5 links und an einer kurzen Seite der Halbleiterkomponente 130 auf, so dass beide
Anschlussbereiche 126, 136 derselben Seite s5 der Trägerfläche 1 10 zugeordnet sind. Dadurch kann eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterkomponenten 120, 130 und damit der gesamten Schaltungsanordnung 100a vorteilhaft allein im Bereich der Seite s5 der Trägerfläche 1 10 erfolgen, so dass die weiteren Seiten s6, s7, s8 der Trägerfläche 1 10 wiederum zur Anreihung mit gleichartigen oder anders ausgebildeten Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, ohne dass in diesen Bereichen Bonddrähte oder dergleichen vorgesehen werden müssten. Auch die Konfiguration gemäß Figur 5 weist den erfindungsgemäßen Vorteil auf, dass die unterschiedlichen Halbleiterkomponenten 120, 130 jeweils mit einer n- leitenden beziehungsweise einer p-leitenden Fläche elektrisch leitenden Kontakt zu der Trägerfläche 1 10 herstellen, so dass sich wiederum eine elektrische Serienschaltung ergibt, welche von dem ersten Anschlussbereich 126 der ersten Halbleiterkomponente 120 durch diese erste Halbleiterkomponente hindurch, durch die Trägerfläche 1 10 und aus der Zeichenebene der Figur 5 heraus durch die zweite Halbleiterkomponente 130 bis hin zu ihrem Anschlussbereich 136 verläuft.
Bei der Ausbildung der Halbleiterkomponenten 120, 130 als VCSEL-Arrays wird die Konfiguration der einzelnen Halbleiterkomponenten bevorzugt so gewählt, dass ein differentieller Widerstand in einem bevorzugten elektrischen
Arbeitspunkt beziehungsweise die Anzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern je Halbleiterkomponente 120, 130 in etwa gleich ist, um in etwa gleiche elektrische Widerstände für die Halbleiterkomponenten 120, 130 zu realisieren. Anderfalls könnte diejenige Halbleiterkomponente mit dem größeren elektrischen Widerstand den Betrieb der zu ihr in Serie geschalteten
Halbleiterkomponente beeinträchtigen.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung 100b, welche eine im Wesentlichen rechteckförmige Geometrie aufweist. Diese Geometrie wird dadurch erzielt, dass zwei rechteckförmige Halbleiterkomponenten 120, 130 mit ihren kurzen Seiten einander gegenüberliegend derart angeordnet werden, dass der
Anschlussbereich 126 der ersten Halbleiterkomponente 120 an einer ersten kurzen Seite s5 der Trägerfläche 1 10 liegt, und dass der elektrische
Anschlussbereich 136 der zweiten Halbleiterkomponente 130 an einer der ersten kurzen Seite s5 gegenüberliegenden Seite s7 der Trägerfläche 1 10 liegt.
Im Unterschied zu der in Figur 5 abgebildeten Konfiguration muss die
Schaltungsanordnung 100b gemäß Figur 6 demnach an beiden kurzen Seiten s5, s7 der Trägerfläche elektrisch kontaktiert werden, es bleiben dennoch die beiden langen Seiten s6, s8 der Trägerfläche 1 10 zur Aneinanderreihung weiterer gleichartiger oder andersartiger erfindungsgemäßer
Schaltungsanordnungen oder weiterer Komponenten. Die Konfiguration der Schaltungsanordnung 100b gemäß Figur 6 ist neben der
Verwendung für VCSEL-Arrays (Figur 6) besonders vorteilhaft auch zur Verwendung von Halbleiterkomponenten 120', 130' (Figur 8) geeignet, welche eine Mehrzahl von kantenemittierenden Halbleiterlasern enthalten.
Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf eine entsprechende Konfiguration. Analog zu der Konfiguration gemäß Figur 6 weisen die Halbleiterkomponenten 120', 130' elektrische Anschlussbereiche 126', 136' auf. Die Kantenemitter der
Halbleiterkomponenten 120', 130' sind so angeordnet und konfiguriert, dass sie die von Ihnen erzeugte Laserstrahlung L in Figur 8 in der Zeichenebene nach oben abstrahlen, d.h. aus einer Seitenfläche der Komponenten 120', 130' heraus, welche i.w. senkrecht zur Zeichenebene der Figur 8 steht. Bei dieser
Ausführungsform 100c der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist wiederum sehr vorteilhaft der Interkomponentenabstand in einem Mittenbereich M' der Trägerfläche 1 10 beziehungsweise der Anordnung 100c besonders gering, so dass eine homogene "Leuchtdichte" durch die im Wesentlichen regelmäßige Nebeneinanderanordnung von einer Vielzahl von Kantenemittern der beiden Halbleiterkomponenten 120', 130' realisierbar ist.
Figur 7 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Vielzahl elektrischer
Trägerflächen 1 10a, ...,1 10e zur Ausbildung einer optoelektronischen
Halbleiterschaltung, welche insgesamt fünf erfindungsgemäß konfigurierte
Schaltungsanordnungen gemäß den Typen nach Figur 5 beziehungsweise nach Figur 6 aufweist.
Die Trägerflächen 1 10a, 1 10b werden beispielsweise mit den
Halbleiterkomponenten 120, 130 gemäß Figur 5 bestückt und weisen somit wiederum jeweils eine Serienschaltung der beiden Halbleiterkomponenten 120, 130 gemäß Figur 5 auf. Die Trägerflächen 1 10d, 1 10e werden analog hierzu mit entsprechenden Halbleiterkomponenten (nicht in Figur 7 gezeigt) bestückt. Die Trägerfläche 1 10c wird nach Art der in Figur 6 abgebildeten Konfiguration 100b mit zwei Halbleiterkomponenten 120, 130 bestückt.
Zusätzlich zu den Trägerflächen 1 10, 1 10e sind weitere elektrische
Leitflächen 150, 152, 154, 156, 158, 160 vorgesehen, welche beispielsweise ebenfalls als Metallisierung auf einem nichtleitenden Substrat (Bezugszeichen S aus Figur 2b) aufgebracht sein können. Demnach können die Leitflächen 150, ..,
160 vorteilhaft in derselben Ebene liegen wie die Trägerflächen 1 10a, .., 1 10e. Figur 9a zeigt eine Konfiguration der optoelektronischen Halbleiterschaltung 1000, welche sich nach dem Bestücken der Trägerflächen gemäß Figur 7 mit den vorstehend bereits erwähnten Halbleiterkomponenten 120, 130, 120, 130 ergibt.
Ein elektrischer Anschluss für die optoelektronische Halbleiterschaltung 1000 gemäß Figur 9a wird beispielsweise dadurch realisiert, dass ein erstes
Bezugspotenzial mit der ersten Leitfläche 150 verbunden wird. Diese erste Leitfläche 150 wird mittels nicht näher in Figur 9a bezeichneter Bonddrähte elektrisch verbunden mit einem elektrischen Anschlussbereich einer ersten Halbleiterkomponente 120, die auf der ersten Trägerfläche 1 10a angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Konfiguration der auf der ersten Trägerfläche 1 10a angeordneten Halbleiterkomponenten 120, 130 ergibt sich die vorstehend bereits mehrfach beschriebene Serienschaltung der Komponenten 120, 130 zueinander, die ihrerseits keine Bonddrähte zwischen den Komponenten 120, 130 erfordert. Lediglich der elektrische Anschlussbereich der zweiten Halbleiterkomponente 130 der Trägerfläche 1 10a ist mittels nicht näher bezeichneter Bonddrähte mit einer zweiten Leitfläche 152 kontaktiert, welche ihrerseits mittels weiterer Bonddrähte mit einem Anschlussbereich einer ersten Halbleiterkomponente 120 auf der zweiten Trägerfläche 1 10b verbunden ist und so fort. Insgesamt ergibt sich eine Serienschaltung zwischen dem ersten Bezugspotenzial 150 und einem zweiten Bezugspotenzial, das beispielsweise mit der elektrischen Leitfläche 160 verbunden ist, über die Komponenten 150, 120, 1 10a, 130, 152, 120, 1 10b, 130, 154, 120', 1 10c, 130', 156, 130, 1 10d, 120, 158, 130, 1 10e, 120, 160.
Demnach weist die optoelektronische Halbleiterschaltung 1000 gemäß Figur 9a eine Serienschaltung von insgesamt fünf Schaltungsanordnungen auf, die jeweils den Trägerflächen 1 10a bis 1 10e zugeordnet sind und ihrerseits eine
Serienschaltung ihrer beiden betreffenden Halbleiterkomponenten 120, 130 beziehungsweise 120', 130' enthalten.
Die in Figur 9a abgebildete Konfiguration weist den besonderen Vorteil auf, dass Bonddrähte zur elektrischen Kontaktierung der Schaltungsanordnung
untereinander und zu den Bezugspotenzialen 150, 160 allein in radial äußeren
Randbereichen RA1 , RA2 erforderlich sind, so dass ein Innenbereich der optoelektronischen Halbleiterschaltung 1000 vollständig frei ist von Bonddrähten und die betreffenden Interkomponentenabstände zwischen den einzelnen Schaltungsanordnungen sehr klein gewählt werden können. Der besondere Vorteil dieser Konfiguration liegt darin, dass eine große Brillanz erzielt werden kann im Vergleich zu solchen Systemen, welche in Innebereichen zwischen den verschiedenen Schaltungsanordnungen Bonddrähte zur elektrischen
Kontaktierung erfordern.
Es ist wiederum anzumerken, dass Figur 9a nur eine schematische Draufsicht repräsentiert, und dass die Halbleiterkomponenten 120, 130, 120', 130' vorteilhaft hinsichtlich ihrer Geometrie so gewählt werden können, dass sie jeweils nahezu etwa die Hälfte der entsprechenden gemeinsamen Trägerfläche 1 10a, 1 10c bedecken. Ferner können die Abstände der jeweiligen Trägerflächen
untereinander beziehungsweise der resultierenden Schaltungsanordnungen auf dem nicht elektrisch leitenden Substrat untereinander so gering gewählt werden, dass gerade eine elektrische Isolation, die für die Betriebsparameter der optoelektronischen Halbleiterschaltung 1000 ausreichend ist, erzielt wird. Mit anderen Worten können die Komponenten 120, 130, 120', 130' bei einem realen System wesentlich dichter als in Figur 9a schematisch gezeigt relativ zueinander positioniert werden, so dass sich nahezu keine Zwischenbereiche zwischen den verschiedenen Schaltungsanordnungen beziehungsweise ihren
Halbleiterkomponenten ergeben, welche nicht zur Emission von Laserstrahlung beitragen. Dadurch kann die Brillanz der optoelektronischen Halbleiterschaltung 1000 gemäß Figur 9a deutlich die Brillanz der herkömmlichen Systeme übersteigen, wobei insbesondere Steigerungen um ca. 10 % bis ca. 20 % erreichbar sind.
Figur 9b zeigt einen Querschnitt der optoelektronischen Halbleiterschaltung 1000 gemäß Figur 9a entlang der Linie A-A in Figur 9a mit Blick in Pfeilrichtung.
Auf einem nicht elektrisch leitenden Substrat S ist die Anordnung der
Trägerflächen 1 10a, 1 10b, 1 10c ersichtlich. Diese Trägerflächen können beispielsweise in Form einer elektrisch leitfähigen Metallisierung auf dem
Substrat S ausgebildet sein. Ein Schichtaufbau der ersten Halbleiterkomponente 120 der Trägerfläche 1 10a besteht aus einer n-leitenden Schicht beziehungsweise Fläche 122 sowie einer in Figur 9b rechts daneben angeordneten p-leitenden Schicht beziehungsweise Fläche 124, an die sich in Figur 9b weiter nach rechts eine Metallisierung M anschließt. Dieser Schichtaufbau 122, 124, M entspricht im Wesentlichen dem
Schichtaufbau 144, 146, 144a des beispielhaft gezeigten Oberflächenemitters gemäß Figur 15, wobei in dem Querschnitt in Figur 9b die aktive Zone 148, die beispielsweise Quantenfilme oder andere gain-Medien enthält, nicht abgebildet ist.
Sofern vorliegend in Bezug auf die Halbleiterkomponenten der Begriff
"Oberfläche" verwendet wird, sind damit die entsprechenden Oberflächen der n- leitenden Schicht 122 beziehungsweise der p-leitenden Schicht 124 bezeichnet. Beispielsweise dient eine der Trägerfläche 1 10a (Figur 9d) zugewandte
Oberfläche der n-leitenden Schicht 122 der ersten Halbleiterkomponente 120 zur elektrischen Kontaktierung, und eine der ersten Trägerfläche 1 10a
gegenüberliegende Oberfläche der n-leitenden Schicht 122 ist (über eine nicht abgebildete aktive Zone) mit der p-leitenden Schicht 124 der
Halbleiterkomponente 120 verbunden, und so fort.
Im Unterschied zu dem Schichtaufbau der ersten Halbleiterkomponente 120 auf der ersten Trägerfläche 1 10a weist die zweite Halbleiterkomponente 130 einen im Wesentlichen hierzu inversen Schichtaufbau auf. Eine p-leitende Schicht 134 ist auf der elektrisch leitenden Trägerfläche 1 10a angeordnet, und zwischen der Metallisierung M und der p-leitenden Schicht 134 ist eine n-leitende Schicht 132 angeordnet. Dadurch ergibt sich eine elektrische Serienschaltung zwischen der Metallisierung M der ersten Halbleiterkomponte 120 auf der ersten Trägerfläche 1 10a, der Schicht 124, der Schicht 122, der gemeinsamen ersten Trägerfläche 1 10a, der Schicht 134, der Schicht 132, der Metallisierung M der zweiten Halbleiterkomponente 130.
Die Halbleiterkomponenten 120, 130 auf der zweiten Trägerfläche 1 10d sind analog hierzu aufgebaut. Eine Serienschaltung der Schaltungsanordnung der Trägerflächen 1 10a, 1 10b relativ zueinander wird gemäß Figur 9a durch die elektrische Leitfläche 152 und ihr zugeordnete Bonddrähte realisiert, welche einerseits mit der Anschlussfläche der zweiten Halbleiterkomponente 130 der ersten Trägerfläche 1 10a und andererseits mit einer nicht näher bezeichneten Anschlussfläche der ersten Halbleiterkomponente 120 der zweiten Trägerfläche 1 10b verbunden sind.
Insgesamt ist durch die Konfiguration gemäß Figur 9a, 9b demnach eine elektrische Serienschaltung von fünf erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnungen realisiert zwischen den Anschlüssen 150, 160.
Die geometrische Ausdehnung d2, d3 der Halbleiterkomponenten 120, 130 gemäß Figur 9b wird bevorzugt so groß gewählt, dass sie nahezu die gesamte Trägerfläche 1 10a bedeckt, mithin die Summe aus d2 und d3 nahezu d1 beträgt, wodurch sich eine vorteilhafte Flächennutzung und eine besonders große Laserstrahlung abstrahlende Fläche ergibt. Die Abstände der Trägerflächen 1 10a, 1 10b untereinander sind so zu wählen, dass sie bei den elektrischen Betriebsparametern der optoelektronischen Halbleiterschaltung eine
hinreichende Isolationswirkung zwischen den Flächen bewirken.
Figur 10a zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die eine im Wesentlichen trapezförmige Ausbildung einer ersten Halbleiterkomponente 120" vorsieht. Die Halbleiterkomponente 120" kann wiederum als VCSEL-Array ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist ein elektrischer Anschlussbereich 126" zur elektrischen Kontaktierung der
Halbleiterkomponente 120" mittels Bonddrähten (nicht gezeigt) entlang der längeren Grundseite G1 der trapezförmigen Konfiguration angeordnet. Alternativ oder ergänzend kann die elektrische Kontaktierung auch entlang der kürzeren Grundseite G2 oder wenigstens einer der beiden anderen Seiten der
trapezförmigen Konfiguration angeordnet sein.
Figur 10b zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Halbleiterkomponente 120"' eine im Wesentlichen dreiecksförmige Geometrie aufweist. Wie aus Figur 10b ersichtlich kann ein Anschlussbereich 126"' zur elektrischen Kontaktierung, beispielsweise mittels Bonddrähten (nicht gezeigt), vorzugsweise wiederum im Bereich einer
Grundseite der dreieckförmigen Konfiguration angeordnet sein. Figur 1 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine optoelektronische
Halbleiterschaltung 1000a gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der optoelektronischen Halbleiterschaltung gemäß Figur 9a, die eine im Wesentlichen rechteckförmige Grundgeometrie aufweist, weist die Konfiguration 1000a gemäß Figur 1 1 eine im Wesentlichen vieleckige
beziehungsweise annähernd kreisförmige Grundgeometrie auf.
Die einzelnen elektrischen Trägerflächen 1 10a', 1 10b', 1 10c', 1 1 Od', 1 10e' sind dem bereits unter Bezugnahme auf Figur 9a, 9b folgenden Prinzip elektrisch zueinander in Serie geschaltet, insbesondere mittels der Leitflächen 1500, 1510, 1520, 1530 und ihnen zugeordneter Bonddrähte.
Insgesamt ergibt sich demnach eine Serienschaltung zwischen den Bonddrähten B1 und den Bonddrähten B2 der Konfiguration gemäß Figur 1 1 , welche insgesamt fünf erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen aufweist. Jede Schaltungsanordnung weist hierbei eine im Wesentlichen trapezförmige
Grundgeometrie auf und verfügt über zwei ihrerseits im Wesentlichen
trapezförmig ausgebildete Halbleiterkomponenten 1210, 1220, deren Geometrie z.B. ähnlich der Ausführungsform gemäß Figur 10a gewählt ist. Durch die in Figur 1 1 abgebildete Anordnung der Schaltungsanordnungen mit ihren kurzen Grundseiten zueinander ergibt sich eine im Wesentlichen polygonale beziehungsweise kreisförmige Geometrie für die Gesamtanordnung 1000a, welche durch die einzelnen geometrischen Parameter der trapezförmigen Grundformen hinsichtlich der Gesamtanzahl der Elemente angepasst werden kann, vergleiche die Punkte P.
Figur 12 zeigt eine zu Figur 1 1 vergleichbare Ausführungsform 1000b, bei der jedoch vier im Wesentlichen trapezförmige Grundform aufweisende
Schaltungsanordnungen mit ihren entsprechenden Trägerflächen 1 10a', 1 10b', ... vorgesehen sind, bei der eine fünfte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung jedoch eine im Wesentlichen hanteiförmige Geometrie mit einer ebenso geformten Trägerfläche 1 10c" aufweist. Diese im Wesentlichen hanteiförmige Geometrie wird vorliegend dadurch erreicht, dass die betreffende
Schaltungsanordnung mit den Halbleiterkomponenten 1250, 1260 so ausgebildet ist, dass sich die kürzeren Grundseiten G2 der jeweils trapezförmig
ausgebildeten Halbleiterkomponenten 1250, 1260 gegenüberliegen. Auch bei der in Figur 12 abgebildeten Konfiguration 1000b ist auf den einzelnen Trägerflächen 1 10a', 1 10b', 1 10c" .. jeweils eine Serienschaltung der beiden darauf enthaltenen Halbleiterkomponenten 1210, 1220; 1230, 1240; 1250, 1260; 1270, 1280; 1290, 1300 realisiert, so dass sich im Ergebnis auch eine elektrische Serienschaltung zwischen den Bonddrähten B1 , B2 über die Komponenten 1210, 1 10a', 1220,
1500, 1230, 1 10b', 1240, 1510, 1250, 1 10c", 1260, 1520, 1270, 1 10d", 1280, 1530, 1290, 1 10e", 1300, B2 ergibt.
Die Vorsehung einer hanteiförmigen Schaltungsanordnung mit den
Halbleiterkomponenten 1250, 1260 bedingt den Vorteil, dass der radial innere
Bereich der optoelektronischen Halbleiterschaltung 1000b ebenfalls mit
Oberflächenemittern der Halbleiterkomponenten 1250, 1260, die in dem Bereich ihrer kurzen Grundseiten G2 angeordnet sind, gefüllt werden kann, so dass sich über die gesamte optoelektronische Halbleiterschaltung 1000b eine im
Wesentlichen homogene Leuchtdichte und damit gegenüber herkömmlichen
Vorrichtung gesteigerte Brillanz ergibt.
Besonders vorteilhaft sind die elektrischen Kontaktierungen zur Realisierung der Serienschaltung unterschiedlicher erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen untereinander wiederum allein radial außenseitig der Gesamtkonfiguration
1000a, 1000b angeordnet, so dass auch die Leitflächen beziehungsweise Bonddrähte nicht in solchen radial inneren Bereichen, angeordnet sein müssen, die wünschenswerter Weise für die Emission von Laserstrahlung zur Verfügung stehen sollten.
Figur 13 zeigt schematisch einen Teil der Kontur WK eines Wafers W, der beispielsweise eine Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern (nicht gezeigt) enthalten kann und somit als Basis zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Halbleiterkomponenten 120, 130, 120', 130' dienen kann.
Um eine wirtschaftliche Fertigung zu ermöglichen, können im Falle trapezförmig ausgebildeter Halbleiterkomponenten 120" diese wie in Figur 13 abgebildet mit ihren Schrägseiten zueinander benachbart derart angeordnet werden, dass jeweils die kurze beziehungsweise lange Grundseite eines ersten trapezförmigen Elements 120" mit der langen beziehungsweise kurzen Grundseite eines benachbarten trapezförmigen Elements fluchtet, so dass sich eine streifenförmige Konfiguration R ergibt, welche eine besonders gute Ausnutzung der gesamten Waverfläche W ermöglicht.
Figur 14 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In einem ersten Schritt 200 wird eine elektrisch leitende Trägerfläche 1 10 (Figur 2a) bereitgestellt, beispielsweise durch Metallisieren eines entsprechenden Bereichs eines nicht elektrisch leitenden Substrats S (Figur 2b).
In einem darauf folgenden Schritt 210 (Figur 14) wird eine erste
optoelektronische Halbleiterkomponente 120 mit einer n-leitenden Oberfläche 122 gegenüber der elektrisch leitenden Trägerfläche 1 10 angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche verbunden.
In einem darauf folgenden Schritt 220 wird die zweite optoelektronische
Halbleiterkomponente 130 mit einer p-leitenden Oberfläche gegenüber der Trägerfläche 1 10 angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche verbunden, wodurch vorteilhaft die erfindungsgemäße Serienschaltung zwischen den beiden Halbleiterkomponenten 120, 130 unter Verwendung der Trägerfläche 1 10 als elektrisches Kontaktierungsmittel zwischen den Halbleiterkomponenten 120, 130 entsteht.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannte Reihenfolge der Schritte 210, 220 auch umkehrbar ist bzw. die Ausbildung der ersten und zweiten
Halbleiterkomponente, so dass zuerst eine p-leitende Oberfläche einer ersten der beiden Halbleiterkomponenten auf die Trägerfläche aufbringbar ist, usw.
Durch das erfindungsgemäße Prinzip kann vorteilhaft auf die Vorsehung von Bonddrähten zur elektrischen Kontaktierung der beiden Komponenten 120, 130 untereinander verzichtet werden.
Insgesamt ermöglicht die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips den Aufbau von optoelektronischen Halbleiterschaltungen mit besonders großer Brillanz, weil die Größe von nicht Strahlung emittierenden Flächen minimiert wird. Des weiteren lässt sich unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips die Baugröße des Strahlung emittierenden Systems reduzieren, was insbesondere bei schwierigen Einbaubedingungen nützlich ist.
Ferner ist durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips eine Reduktion der Bauteilkosten zu erwarten, da Bonddrähte eingespart werden können.
Darüber hinaus kann das Handling von Einzelteilen verringert werden und die Komplexität optoelektronischer Halbleiterschaltungen reduziert werden.
Das erfindungsgemäße Prinzip kann neben der vorstehend beschriebenen Serienverschaltung auch für Parallelverschaltung vorteilhaft eingesetzt werden.
Neben der Vorsehung von vertikal emittierenden Halbleiterlasern können beispielsweise auch Kantenemitter, Leuchtdioden, Photodioden und dergleichen in den erfindungsgemäß vorgesehenen und vorstehend beschriebenen
Halbleiterkomponenten 120, 130, 120', 130' vorgesehen werden.
Figur 16 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine erste etwa halbkreisringförmig ausgebildete Halbleiterkomponente 1310 zusammen mit einer zweiten etwa halbkreisförmig ausgebildeten Halbleiterkomponente 1320 auf einer gemeinsamen Trägerfläche 1350 angeordnet ist. Dem
erfindungsgemäßen Prinzip folgend ist für die Halbleiterkomponente 1310 eine sog.„n-up"-Montage gewählt, während für die Halbleiterkomponente 1320 eine sog. ,,-p-up"-Montage gewählt ist. Die weiteren Halbleiterkomponenten 1330, 1340 sind ihrerseits auf einer zweiten Trägerfläche 1360 dem
erfindungsgemäßen Prinzip folgend angeordnet.
Eine elektrische Serienschaltung ergibt sich wie folgt: Bonddrähte B10,
Halbleiterkomponente 1310, Trägerfläche 1350, Halbleiterkomponente 1320, Bonddrähte B1 1 , Halbleiterkomponente 1330, Trägerfläche 1360,
Halbleiterkomponente 1340, Bonddrähte B12.

Claims

Ansprüche
1 . Schaltungsanordnung (100) mit mindestens zwei optoelektronischen
Halbleiterkomponenten (120, 130), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste optoelektronische Halbleiterkomponente (120) mit einer n-leitenden
Oberfläche (122) gegenüber einer elektrisch leitenden Trägerfläche (1 10) angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche (1 10) verbunden ist, und dass eine zweite optoelektronische Halbleiterkomponente (130) mit einer p-leitenden Oberfläche (134) gegenüber der Trägerfläche (1 10) angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche (1 10) verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 1 , wobei die mindestens zwei optoelektronischen Halbleiterkomponenten (120, 130) jeweils eine Mehrzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern (140) und/oder
kantenemittierenden Halbleiterlasern aufweisen.
3. Schaltungsanordnung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine optoelektronische Halbleiterkomponente (120), bevorzugt jedoch beide Halbleiterkomponenten (120, 130), etwa eine im Wesentlichen rechteckige Grundform mit jeweils zwei langen Seiten (s1 , s2) und zwei kurzen Seiten (s3, s4) aufweist, und wobei ein Anschlussbereich (126) zur elektrischen Kontaktierung einer Oberfläche (124) sich im Wesentlichen entlang mindestens einer der beiden kurzen Seiten (s3, s4) erstreckt.
4. Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 3, wobei beide
optoelektronische Halbleiterkomponenten (120, 130) so auf der Trägerfläche (1 10) angeordnet sind, dass ihre Anschlussbereiche (126, 136) jeweils derselben Seite (s5) der Trägerfläche (1 10) zugeordnet sind.
5. Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 4, wobei beide
optoelektronische Halbleiterkomponenten (120, 130) so auf der Trägerfläche (1 10) angeordnet sind, dass ihre Anschlussbereiche (126, 136) jeweils einander gegenüberliegenden Seiten (s5, s7) der Trägerfläche (1 10) zugeordnet sind.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei beide optoelektronische Halbleiterkomponenten (120, 130) jeweils etwa eine im wesentlichen trapezförmige oder dreickecksförmige Grundform aufweisen.
Schaltungsanordnung (100) nach Anspruch 6, wobei im Falle einer trapezförmigen Grundform die längere Grundseite (G1 ) einen
Anschlussbereich (126") zur elektrischen Kontaktierung aufweist.
Schaltungsanordnung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei im Falle einer trapezförmigen Grundform die optoelektronischen
Halbleiterkomponenten (120") so zueinander angeordnet sind, dass sich ihre kürzeren Grundseiten (G2) einander gegenüberliegen.
Optoelektronische Halbleiterschaltung (1000) mit mindestens zwei
Schaltungsanordnungen (100) nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Schaltungsanordnungen (100) elektrisch zueinander in Serie geschaltet sind, insbesondere mittels elektrischer Leitflächen (150, 152, .., 160; 1500, 1510, 1520, 1530), welche bevorzugt in derselben Ebene angeordnet sind wie die Trägerflächen (1 10; 1 10a', 1 10b', .., 1 10e'), und/oder mittels Bonddrähten (B).
0. Halbleiterschaltung (1000) nach Anspruch 9, wobei die einzelnen
Schaltungsanordnungen (100) so geformt und relativ zueinander angeordnet sind, dass eine Kontur der Halbleiterschaltung (1000) im Wesentlichen die Form eines, vorzugsweise regelmäßigen, n-Ecks, mit n größer gleich 4, oder etwa Kreisform aufweist.
1 1 . Halbleiterschaltung (1000) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die einzelnen Schaltungsanordnungen (100) so geformt und relativ zueinander angeordnet sind, dass die Leitflächen und/oder Bonddrähte nur in einem äußeren Randbereich (RA1 , RA2) angeordnet sind.
12. Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsanordnung (100) mit mindestens zwei optoelektronischen Halbleiterkomponenten (120, 130), dadurch gekennzeichnet, dass eine erste optoelektronische Halbleiterkomponente (120) mit einer n-leitenden Oberfläche (122) gegenüber einer elektrisch leitenden Trägerfläche (1 10) angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche (1 10) verbunden wird (210), und dass eine zweite
optoelektronische Halbleiterkomponente (130) mit einer p-leitenden
Oberfläche (134) gegenüber der Trägerfläche (1 10) angeordnet und elektrisch leitend mit der Trägerfläche (1 10) verbunden wird (220).
3. Verfahren nach Anspruch 12, wobei mindestens zwei
Schaltungsanordnungen (100) hergestellt und elektrisch zueinander in Serie geschaltet werden, insbesondere mittels elektrischer Leitflächen (150, 152, .., 160; 1500, 1510, 1520, 1530), welche bevorzugt in derselben Ebene angeordnet sind wie die Trägerflächen (1 10; 1 10a', 1 10b', .., 1 10e'), und/oder mittels Bonddrähten (B).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei als erste
optoelektronische Halbleiterkomponente (120) eine erste Anordnung mit einer Mehrzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern (140) verwendet wird, wobei die erste Anordnung auf einer ihrer n-leitenden Oberfläche (122) gegenüberliegenden Oberfläche Auskoppelflächen zur Auskopplung der von den oberflächenemittierenden Halbleiterlasern (140) erzeugten Laserstrahlung aufweist, und wobei als zweite optoelektronische Halbleiterkomponente (130) eine zweite Anordnung mit einer Mehrzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern (140) verwendet wird, wobei die zweite Anordnung auf einer ihrer p-leitenden Oberfläche (134)
gegenüberliegenden Oberfläche Auskoppelflächen zur Auskopplung der von den oberflächenemittierenden Halbleiterlasern (140) erzeugten
Laserstrahlung aufweist.
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