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DE10213464B4 - Auf einem hochohmigen Substrat gebildetes monolithisches LED-Array - Google Patents

Auf einem hochohmigen Substrat gebildetes monolithisches LED-Array Download PDF

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DE10213464B4
DE10213464B4 DE10213464.2A DE10213464A DE10213464B4 DE 10213464 B4 DE10213464 B4 DE 10213464B4 DE 10213464 A DE10213464 A DE 10213464A DE 10213464 B4 DE10213464 B4 DE 10213464B4
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Abstract

Auf einem hochohmigen Substrat (20) gebildetes Array (40) zum Betrieb mit Gleichspannung, wobei das Array (40) umfasst:eine erste, Licht emittierende Anordnung (A), mit:einer über einem ersten Abschnitt des Substrates (20) liegenden ersten n-Schicht (42a);einem über der ersten n-Schicht (42a) liegenden ersten aktiven Gebiet (49a);einer über dem ersten aktiven Gebiet (49a) liegenden ersten p-Schicht (41a);einem mit der ersten n-Schicht (42a) verbundenen ersten n-Kontakt (45a);einem mit der ersten p-Schicht (41a) verbundenen ersten p-Kontakt (44a), wobei der erste n-Kontakt (45a) und der erste p-Kontakt (44a) auf der gleichen Seite der Anordnung (A) gebildet sind;eine zweite Anordnung (B) zum Schutz der ersten Anordnung (A) gegen elektrostatische Entladung, mit:einer über einem zweiten Abschnitt des Substrates (20) liegenden zweiten n-Schicht (42b);einem über der zweiten n-Schicht (42b) liegenden zweiten aktiven Gebiet (49b);einer über dem zweiten aktiven Gebiet (49b) liegenden zweiten p-Schicht (41b);einem mit der zweiten n-Schicht (42b) verbundenen zweiten n-Kontakt (45b);einem mit der zweiten p-Schicht (41b) verbundenen zweiten p-Kontakt (44b), wobei der zweite n-Kontakt (45b) und der zweite p-Kontakt (44b) auf der gleichen Seite der Anordnung (B) gebildet sind;entweder einen Graben (43) der die erste Anordnung (A) und die zweite Anordnung (B) trennt undeine erste Verdrahtung (46a), die den ersten p-Kontakt (44a) mit dem zweiten n-Kontakt (45b) verbindet, wobei das Array (40) weiterhin eine zweite Verdrahtung (46b) umfasst, die den zweiten p-Kontakt (44b) mit dem ersten n-Kontakt (45a) verbindet, wobei die Fläche der zweiten Anordnung kleiner ist als die Fläche der ersten Anordnung, wobei sich der Graben (43) über die gesamte Länge des Substrats (20) erstreckt.

Description

  • Herkömmliche Materialien für Leuchtdioden (LED), wie z.B. GaAs, haben den Aufbau von nur Einzelübergangs- oder Mehrfach-Parallelübergangsanordnungen ermöglicht, wenn sie monolithisch hergestellt werden. 1 A veranschaulicht ein typisches Mehrfach-Parallelübergangs-LED-Array 10. Mehrere p-Gebiete 13 sind über einem gemeinsamen n-Gebiet 18 aufgewachsen. Der n-Kontakt 11 schließt an ein n-Gebiet 18 und mehrere p-Kontakte 14 schließen an p-Gebiete 13 an. Die Anordnung wird durch Bildung eines n-Gebietes 18 auf einem Substrat 12, dann Bildung einer kontinuierlichen p-Schicht über dem n-Gebiet hergestellt. Die p-Schicht wird dann durch mechanisches Zersägen oder chemisches Ätzen von Gräben 15 zwischen p-Gebieten 13 in diskrete Gebiete unterteilt. 1B veranschaulicht ein anderes Mehrfach-Parallelübergangs-LED-Array 16. Statt durch mechanisches Zersägen oder chemisches Ätzen sind die p-Gebiete 13 durch Diffusion voneinander isoliert. Die in den 1A und 1B dargestellten monolithischen Arrays sind auf die in 2 erläuterte Parallelkonfiguration beschränkt, weil die Verwendung von Kontakten auf gegenüber liegenden Seiten der Anordnung eine gemeinsame leitfähige Schicht, d.h. n- oder p-Schicht erfordern.
  • DE 41 07 526 A1 offenbart eine Schaltung mit zwei anti-parallel geschalteten Dioden und einer ESD-Schutzschaltung.
  • US 6,185,250 B1 offenbart einen VCSEL, der mit einer monolithisch verbundenen Diode anti-parallel verschaltet ist.
  • US 5 952 681 A1 offenbart eine monolithische Anordnung mit mehreren LEDs zur Erzeugung einer Vielfarben-Anordnung.
  • JP H11-150 303 A offenbart eine monolithische Anordnung mehrerer in Reihe geschalteter LEDs zur Erzeugung eines Flächenstrahlers.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 ist auf einem isolierenden oder hochohmigen Substrat ein LED-Array gebildet worden, sodass sowohl die p- als auch die n-Kontakte für das Array an der gleichen Seite des Array liegen. Die einzelnen LEDs sind voneinander durch Gräben elektrisch isoliert. Auf dem Array aufgebrachte Verdrahtungen verbinden die Kontakte der einzelnen LEDs in dem Array. Bei manchen Ausführungsformen sind die LEDs auf Saphirsubstraten gebildete III-Nitrid-Anordnungen. Bei einer Ausführungsform sind die III-Nitrid-Anordnungen auf hochohmigen SiC- oder III-Nitrid-Substraten gebildet worden. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwei auf einem einzigen Substrat gebildete LEDs antiparallel geschaltet, um eine monolithische Schutzschaltung gegen elektrostatische Entladung zu bilden. Bei manchen Ausführungsformen bedeckt eine Leuchtstoffschicht einen Abschnitt des Substrates, auf dem eine oder mehrere einzelne LEDs gebildet worden sind.
    • 1A und 1B veranschaulichen typische Mehrfach-Parallelübergangs-LED-Arrays.
    • 2 veranschaulicht ein Schaltbild eines parallelen LED-Arrays (nicht Teil der vorliegenden Erfindung).
    • 3-6 veranschaulichen eine Ausführungsform eines seriellen LED-Arrays (nicht Teil der vorliegenden Erfindung) bei verschiedenen Stadien der Herstellung.
    • 7A und 7B veranschaulichen zwei Ausführungsformen von seriellen LED-Arrays (nicht Teil der vorliegenden Erfindung).
    • 8A veranschaulicht eine Draufsicht einer Ausführungsform eines seriellen LED-Arrays (nicht Teil der vorliegenden Erfindung).
    • 8B veranschaulicht ein Schaltbild eines seriellen LED-Arrays (nicht Teil der vorliegenden Erfindung).
    • 9A veranschaulicht eine Draufsicht eines seriellen/parallelen LED-Arrays (nicht Teil der vorliegenden Erfindung).
    • 9B veranschaulicht ein Schaltbild eines seriellen/parallelen LED-Arrays (nicht Teil der vorliegenden Erfindung).
    • 10 veranschaulicht ein Schaltbild eines Paares von antiparallelen LEDs gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 11 veranschaulicht eine Draufsicht einer Ausführungsform einer monolithischen ESD-Schutzstruktur zur Erläuterung der vorliegenden Erfidnung.
    • 12 veranschaulicht einen Querschnitt der in 11 gezeigten Struktur.
    • 13 veranschaulicht einen Querschnitt eines parallelen LED-Arrays (nicht Teil der vorliegenden Erfindung).
    • 14 veranschaulicht eine Draufsicht der in 13 gezeigten Struktur.
    • 15 veranschaulicht ein monolithisches LED-Array mit Leuchtstoff, der eine der einzelnen LEDs bedeckt nicht Teil der vorliegenden Erfindung.
  • Materialsysteme, die derzeit bei der Herstellung von Leuchtdioden (LEDs) mit großer Helligkeit, welche im sichtbaren Spektrum arbeiten können, von Interesse sind, sind Halbleiter der Gruppe III-V, insbesondere binäre, ternäre, und quaternäre Legierungen aus Gallium, Aluminium, Indium und Stickstoff, auch als III-Nitridmaterialien bezeichnet. Die hier genannten III-Nitrid-Halbleiterschichten sind Verbindungen, die durch die allgemeine Formel AlxGayIn1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x+y ≤ 1) dargestellt werden, die weiterhin Elemente der Gruppe III enthalten können, wie z.B. Bor und Thallium, und in denen ein Teil des Stickstoffs durch Phosphor, Arsen oder Antimon ersetzt werden kann. Typischerweise werden III-Nitridschichten auf Saphir-, Siliciumcarbid- oder Galliumnitridsubstraten durch metallorganisches Abscheiden aus der Gasphase (MOCVD: metal-organic chemical vapor deposition), Molekularstrahlepitaxie (MBE: molecular beam epitaxy) oder andere Epitaxietechniken epitaktisch aufgewachsen. Saphirsubstrate werden wegen ihrer großen Verfügbarkeit und einfachen Handhabbarkeit häufig verwendet. Saphir ist ein Isolator. Die Anmeldung Nr. 09/469,657, mit dem Titel „III-Nitrid Light Emitting Device with Increased Light Generating Capability,“ eingereicht am 22. Dezember 1999 für eine Erfindung von Krames et al., offenbart Licht emittierende III-Nitrid-Anordnungen, die auf Substraten mit hoher Brechzahl aufgewachsen sind, die geringe optische Absorption aufweisen. Diese Substrate können SiC- oder III-Nitridmaterialien sein und haben infolge des geringen Fremdatomgehaltes einen hohen elektrischen Widerstand. Für die auf isolierenden oder hochohmigen Substraten aufgewachsenen III-Nitrid-Anordnungen müssen die elektrischen Kontakte zu den epitaktisch aufgewachsenen Halbleitern sowohl für die positive als auch die negative Polarität auf der gleichen Seite der Anordnung liegen. Im Unterschied dazu werden Halbleiteranordnungen, die auf leitenden Substraten aufgewachsen sind, wie z.B. die von 1A und 1B, typischerweise so hergestellt, dass der eine elektrische Kontakt auf dem epitaktisch aufgewachsenen Material und der andere elektrische Kontakt auf dem Substrat gebildet wird.
  • Unter Verwendung isolierender oder hochohmiger Substrate können monolithische III-Nitrid-LED-Arrays hergestellt werden, indem Gräben oder Ionenimplantationsgebiete zwischen den einzelnen LEDs gebildet werden, um die einzelne LEDs elektrisch zu isolieren. 3-7 veranschaulichen die Herstellung eines monolithischen III-Nitrid-LED-Array . In 3 ist eine n-Schicht 22 aus beispielsweise mit Si, Ge, oder 0 dotiertem GaN gebildet, die über einem hochohmigen Substrat 20 liegt. Danach ist eine aktive Schicht 23 aus beispielsweise InGaN gebildet, die über der n-Schicht 22 liegt, und schließlich eine p-Schicht 24 aus beispielsweise mit Zn, Mg, Be, Ca oder Cd dotiertem AlGaN, die über der aktiven Schicht liegt. Die Schichten 22, 23 und 24 können übrigens mehrere Teilschichten anderer Zusammensetzung und Dotierstoffkonzentration enthalten, die der Deutlichkeit halber weggelassen sind. Die n-Schicht 22 kann beispielsweise eine Nukleationsschicht, eine hochohmige GaN-Schicht (z.B. eine nicht absichtlich dotierte GaN-Schicht) und eine schwach n-dotierte Schicht und dann eine stärker dotiert n-Schicht enthalten. Die aktive Schicht 23 kann beispielsweise eine Multi-Quantum-Well-Struktur sein.
  • In 4 ist ein Abschnitt der n-Schicht 22, der aktiven Schicht 23 und der p-Schicht 24 weggeätzt, um einen Graben 26 zu bilden. Das verwendete Ätzen kann beispielsweise reaktives Ionenätzen sein, mit einem chlorhaltigen Ätzgas, wie z.B. BCl3. Der Graben 26 ist breit genug, um die Halbleiterschichten zu beiden Seiten des Grabens elektrisch zu isolieren. Der Graben 26 ist hinab bis zum Substrat oder bis zu einer unter der n-Schicht 22 liegenden hochohmigen Schicht, wie z.B. einer nicht absichtlich dotierten GaN-Schicht geätzt. Gleichermaßen können die benachbarten LEDs mit Hilfe eines Ionenimplantationsprozesses elektrisch isoliert werden, der das dazwischen liegende Material hochohmig machen kann. Dann wird ein Abschnitt der p-Schicht 24 und der aktiven Schicht 23 von jeder verbleibenden Insel aus Halbleitermaterial weggeätzt, wie in 5 veranschaulicht wird, wobei beispielsweise Ionenätzen verwendet wird. Die zweite Ätzung legt Vorsprünge 28 auf der n-Schicht 22 frei, wo schließlich n-Kontakte gebildet werden.
  • Wie in 6 ersichtlich, sind die Vorsprünge für die n-Kontaktbildung durch Deponieren eines dielektrischen Materials 30 über der Anordnung elektrisch isoliert. Das Dielektrikum wird dann strukturiert und an Stellen entfernt, um Kontaktlöcher auf der n-Schicht 22 und der p-Schicht 24 zu öffnen, sodass das Dielektrikum 30 im Graben 26 zwischen den einzelnen LEDs auf dem Substrat und auf den Mesa-Wänden zwischen der freigelegten p-Schicht und n-Schicht jeder LED bleibt. Das Dielektrikum 30 kann beispielsweise von Oxiden von Silicium, Nitriden von Silicium, Oxynitriden von Silicium, Aluminumoxid oder einem beliebigen anderen geeigneten dielektrischen Material gebildet werden.
  • 7A und 7B zeigen zwei Beispiele für fertiggestellte serielle LED-Arrays. 7A veranschaulicht eine Anordnung, bei der die LEDs in dem Array durch Gräben getrennt sind. 7B veranschaulicht eine Anordnung, bei der die LEDs in dem Array durch Ionenimplantationsgebiete 301 getrennt sind. Elektrodenmaterialien werden aufgebracht und strukturiert, um p- und n-Kontakte 32 zu bilden. Typische Kontaktmaterialien sind Al oder Ti-Al für den n-Kontakt und Ag, Au, Ni, Pt oder Legierungen davon für den p-Kontakt. Die Kontakte 32 können transparent sein, wie z.B. in Anordnungen, bei denen Licht durch die Oberfläche der Epitaxieschichten hindurch entnommen wird, oder reflektierend, wie z.B. bei Flip-chip-Anordnungen, bei denen Licht durch das Substrat entnommen wird. Nach dem Aufbringen und Strukturieren der Kontakte ist ein Array aus nicht verbundenen Leuchtdioden auf einem einzigen Substrat gebildet worden. Andere Prozessabläufe können verwendet werden, um die gleiche Endstruktur zu entwickeln. Die LEDs können danach in vielen verschiedenen Konfigurationen angeschlossen werden.
  • Danach werden Verdrahtungen 34 aufgebracht, um die einzelnen LEDs auf der Anordnung anzuschließen. Die Verdrahtung 34 kann beispielsweise Al, Cu, Au, Ag oder Legierungen wie z.B. AlSiCu sein. p- und n-Kontakte 32 sind Materialien, die für die Bildung eines ohmschen Kontakts mit den Halbleiterschichten optimiert sind, während die Verdrahtung 34 ein dickes, sehr gut leitendes Material ist, das für das Führen von Strom optimiert ist. Wenn Licht der Anordnung durch transparente Kontakte entnommen wird, wird die Verdrahtung 34 so aufgebracht, dass möglichst wenige der Kontakte blockiert werden, um die in der Verdrahtung absorbierte Menge Licht möglichst zu minimieren. Die beiden LEDs von 7A und 7B sind in Reihe geschaltet, wobei der n-Kontakt der LED B mit dem p-Kontakt der LED-A verbunden ist. Wie ersichtlich, können Metallverdrahtungen 34 aufgebracht werden, um die LEDs eines monolithischen Arrays in vielen verschiedenen Konfigurationen anzuschließen.
  • Bei einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform, wie der in 8A und 8B gezeigten, wird ein serielles Array aus vier LEDs in einer symmetrischen Quadrat-Konfiguration gebildet. 8B zeigt ein Schaltbild von vier in Reihe geschalteten LEDs in einem quadratischen Array. 8A zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform von 8B. Es ist wünschenswert, die größten Abmessungen des LED-Arrays zu minimieren, weil das Array nach der Herstellung in einer Optik montiert wird, um Licht aus dem montierten Array heraus zu lenken. Die Größe der Optik nimmt typischerweise geometrisch mit zunehmender Größe der Lichtquelle zu.
  • Das Array in 8A hat vier in Reihe geschaltete LEDs, die elektrisch isoliert sind, und zwar mittels Ätzen zur Entfernung von III-Nitridmaterial, um einen Graben 80 zwischen den einzelnen LEDs zu bilden, wie oben in 3-7A beschrieben. Das Ätzen verläuft bis zumindest einer hochohmigen III-Nitrid-Schicht, wie z.B. einer nicht absichtlich dotierten GaN-Schicht. Die elektrischen Durchverbindungen werden mittels Metallbahnen 81 verschafft. Die resultierende Anordnung kann durch die in 8B gezeigte elektronische Schaltung dargestellt werden. Diese Anordnung arbeitet somit bei der vierfachen Spannung und mit 4-mal weniger Strom als eine einzelne LED der gleichen aktiven Gebietsfläche. Eine 1 mm2 große III-Nitrid-LED kann beispielsweise bei 3,0 V und 350 mA arbeiten. Diese gleiche aktive Übergangsfläche, aufgeteilt in vier in Reihe geschaltete LEDs wie in 8A gezeigt, verschafft eine Anordnung, die bei 12,0 V und 87,5 mA arbeitet. Dieser Betrieb bei höherer Spannung und niedrigerem Strom stellt geringere Anforderungen an die elektronische Treiberschaltung für das LED-Array. Die elektronische Treiberschaltung kann nämlich bei höheren Spannungen mit größerem Wirkungsgrad arbeiten, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des LED-Beleuchtungssystems verbessert wird. Eine monolithische Anordnung gemäß dieser Ausführungsform wird einem herkömmlichen Ansatz, bei dem einzelne LED-Chips in Reihe befestigt werden, vorgezogen. Bei dem herkömmlichen Ansatz ist die von dem LED-Chip eingenommene Gesamtfläche wegen der von den Chip-Befestigungsmaschinen geforderten Toleranzen höher. Dies vergrößert in unerwünschter Weise das Ausmaß der optischen Quelle der gesamten LED und erfordert eine Zunahme bei den Abmessungen nachfolgender Optik in dem LED-System. Bei der bevorzugten Ausführungsform können die Dioden so dicht nebeneinander liegen, wie es das Ätzen des Grabens oder die Ionenimplantation zur elektrischen Isolierung zulassen. Die Breite des Grabens oder Ionenimplantationsgebietes kann einige wenige Mikrometer klein sein, sodass die Packungsdichte für Dioden in der Ausführungsform sehr groß sein kann.
  • Insbesondere können monolithische serielle Arrays aus LEDs mehrere Vorteile bieten. Erstens verringern monolithische Arrays die Anzahl der Anschlüsse an externe Elektronik, wie z.B. eine Teilmontierung. Wenn die Anordnung so gebildet ist, dass Licht von der Epitaxieseite der Anordnung durch transparente Kontakte hindurch entnommen wird, bedeutet eine Verringerung der Anzahl Anschlüsse mit externer Elektronik, dass Licht aus einer größeren Fläche der Anordnung entnommen werden kann. Bei solchen Anordnungen werden die LEDs typischerweise mittels Drahtanschlüssen mit externer Elektronik verbunden, die das der LED entnommene Nutzlicht teilweise abdunkeln. Verdrahtungen würden dieses entnommene Licht typischerweise in viel geringerem Maße abdunkeln. Wenn die Anordnung ein Flip-Chip ist, bedeuten weniger Kontakte zur Teilmontierung, dass die Anordnung mehr aktive Gebiete zum Erzeugen von Licht haben kann. Zweitens arbeiten, wie oben beschrieben, monolithische serielle Arrays bei höherer Spannung als eine einzelne LED. Eine höhere Betriebsspannung kann den Entwurf einer Stromversorgung zum Ansteuern des LED-Arrays vereinfachen.
  • 9A und 9B veranschaulichen ein symmetrisches quadratisches serielles/paralleles LED-Array. 9B zeigt ein Schaltbild von vier LEDs, die als zwei parallele Ketten von zwei in Reihe geschalteten LEDs angeschlossen sind. 9A zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform von 9B. Ein solches serielles/paralleles Array ist wie oben anhand von 3-7A beschrieben gebildet.
  • 10 veranschaulicht eine Schaltung zum Schutz gegen elektrostatische Entladung (ESD), bei der zwei Dioden antiparallel geschaltet sind. Die erste LED klemmt Sperrdurchbruch in der zweiten LED. 11 und 12 veranschaulichen eine Ausführungsform 40 einer monolithischen ESD-Schutzschaltung. Die Strukturen A und B werden auf einem hocholunigen Substrat 20 gebildet. Eine Struktur A ist als LED geschaltet, um Licht zu erzeugen, während die andere Struktur B zum Klemmen von Sperrdurchbruch in LED-A verwendet wird. p-Schichten 41a und 41b liegen über den aktiven Gebieten 49a und 49b, die auf n-Schichten 42a und 42b gebildet sind. Ein Graben 43 ist zwischen Anordnungen A und B gebildet. Vorsprünge zur Kontaktbildung auf n-Schichten 42a und 42b sind freigelegt, sodass die n-Elektroden 45a und 45b beidseitig des Grabens 43 liegen. Eine dielektrische Schicht 47 isoliert p-Schichten und n-Schichten elektrisch voneinander. Die p-Elektrode 44a und die n-Elektrode 45b sind mittels der Verdrahtung 46a so verbunden, dass der p-Kontakt der LED-A mit dem n-Kontakt der Klemmanordnung B verbunden ist. In dem Gebiet, in dem die Verdrahtung 46a aufgebracht ist, ist der n-Kontakt von LED-A von der Verdrahtung 46a durch die dielektrische Schicht 47 isoliert, wie in 12 gezeigt. Wie in 11 gezeigt, ist die Durchverbindung zwischen dem p-Kontakt der LED-A und dem n-Kontakt der Klemmanordnung B auf einer einzigen Seite der Anordnung gebildet, und die Durchverbindung zwischen dem n-Kontakt der LED-A und dem p-Kontakt der Klemmanordnung B ist an der anderen Seite der Anordnung gebildet. Die Struktur kann dann über Lötbuckel oder Drahtanschlüsse 48 mit einer Teilmontierung oder einer anderen Struktur (nicht abgebildet) verbunden werden.
  • 11 und 12 zeigen eine Struktur, bei der die Klemmanordnung die gleiche Größe hat wie die LED. Da die Klemmanordnung unter normalen Betriebsbedingungen kein Licht emittiert, ist erfindungsgemäß die Größe der Klemmanordnung relativ zur LED verringert. Bei einer Ausführungsform kann der pn-Übergang für die Klemmanordnung unter einem Lötbuckel oder Drahtanschluss 48 gebildet werden, sodass keine Nutzlicht emittierende Fläche verloren geht. Bei einer anderen nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Größe der beiden antiparallelen Dioden ungefähr gleich und die Anordnung kann mit einer Wechselstromquelle betrieben werden.
  • Parallele LED-Arrays können auch auf hochohmigen Substraten gebildet werden. 13 und 14 veranschaulichen eine nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines solchen Arrays. Drei p-Gebiete 90, 91, und 92 sind durch ein einziges kontinuierliches n-Gebiet 93, das zwischen den p-Gebieten liegt, voneinander isoliert. Auf der p-Schicht 24 aufgebrachte p-Kontakte 32b und auf der n-Schicht 22 aufgebrachte n-Kontakte 32a sind mit einer Teilmontierung (nicht abgebildet) über Lötbuckel 95 verbunden. Die Teilmontierung kann Steuerelektronik oder geeignete Verbindungsfähigkeit enthalten, um jedes p-Gebiet unabhängig zu adressieren. Bei solchen Ausführungsformen kann jede LED unabhängig von den anderen betrieben werden.
  • Eine einzige LED, bei der das n-Gebiet zwischen Abschnitten eines einzigen p-Gebietes liegt, wird in der Anmeldung Nr. 09/469,657, mit dem Titel „Ill-Nitrid Light Emitting Device with Increased Light Generating Capability“, eingereicht am 22. Dezember 1999 für eine Erfindung von Krames et al. beschrieben. Der Anordnung von Krames et al. fehlt der obere horizontale Abschnitt 96 des n-Kontaktes 93 und die oberen beiden Lötbuckel auf dem n-Kontakt, in 14 gezeigt. Daher verteilt sich Strom aus den beiden unteren n-Kontakt-Lötbuckeln nicht leicht in die obersten Abschnitte der vertikalen Arme 97 des n-Kontakts 93. Elektromigration des n-Kontaktmaterials kann nämlich den gesamten Stromfluss in die vertikalen Abschnitte des n-Kontaktes einer solchen Anordnung sperrren. Im Unterschied dazu verschafft die in 14 gezeigte symmetrische parallele Übergangsanordnung mehr Wege für Stromfluss und erhöhte Redundanz. Der obere horizontale Arm 96 des n-Kontaktes beseitigt „Sackgassen“ oben an den vertikalen Armen 97, somit verteilt sich der Strom in einfacher Weise in allen Abschnitten des n-Kontaktes 93.
  • Eine oder mehrere der einzelnen LEDs in entweder einem seriellen oder einem parallelen monolithischen Array aus LEDs kann mit einem Leuchtstoff bedeckt werden, um die Farbe des von der LED erzeugten Lichtes zu ändern, wie in 15 veranschaulicht. In einer Flip-Chip-Anordnung ist eine Leuchtstoffbeschichtung 100 auf die Bodenfläche eines Abschnitts des Substrates gedruckt, auf dem eine einzige LED in dem Array gebildet wird. Ein Verfahren zum Anbringen von Leuchtstoffbeschichtungen an den Substraten von Flip-Chip-Anordnungen wird in der Anmeldung Nr. 09/688,053, eingereicht am 13. Oktober 2000 für eine Erfindung von Lowery mit dem Titel „Stenciling Phosphor Layers an Light Emitting Diodes“, ausführlicher beschrieben. Durch Anbringen einer Leuchtstoffbeschichtung über einigen der LEDs in einem monolithischen Array können LED-Arrays gleichzeitig verschiedene Lichtfarben erzeugen. Ein solches Array kann brauchbar sein, um zur Bildung von weißem Licht Farben zu mischen. Für ein LED-Array, das unabhängig adressierbare parallele LEDs enthält, gekoppelt mit selektiver Leuchtstoffplatzierung, kann man farbabstimmbare LED-Arrays kreieren.

Claims (6)

  1. Auf einem hochohmigen Substrat (20) gebildetes Array (40) zum Betrieb mit Gleichspannung, wobei das Array (40) umfasst: eine erste, Licht emittierende Anordnung (A), mit: einer über einem ersten Abschnitt des Substrates (20) liegenden ersten n-Schicht (42a); einem über der ersten n-Schicht (42a) liegenden ersten aktiven Gebiet (49a); einer über dem ersten aktiven Gebiet (49a) liegenden ersten p-Schicht (41a); einem mit der ersten n-Schicht (42a) verbundenen ersten n-Kontakt (45a); einem mit der ersten p-Schicht (41a) verbundenen ersten p-Kontakt (44a), wobei der erste n-Kontakt (45a) und der erste p-Kontakt (44a) auf der gleichen Seite der Anordnung (A) gebildet sind; eine zweite Anordnung (B) zum Schutz der ersten Anordnung (A) gegen elektrostatische Entladung, mit: einer über einem zweiten Abschnitt des Substrates (20) liegenden zweiten n-Schicht (42b); einem über der zweiten n-Schicht (42b) liegenden zweiten aktiven Gebiet (49b); einer über dem zweiten aktiven Gebiet (49b) liegenden zweiten p-Schicht (41b); einem mit der zweiten n-Schicht (42b) verbundenen zweiten n-Kontakt (45b); einem mit der zweiten p-Schicht (41b) verbundenen zweiten p-Kontakt (44b), wobei der zweite n-Kontakt (45b) und der zweite p-Kontakt (44b) auf der gleichen Seite der Anordnung (B) gebildet sind; entweder einen Graben (43) der die erste Anordnung (A) und die zweite Anordnung (B) trennt und eine erste Verdrahtung (46a), die den ersten p-Kontakt (44a) mit dem zweiten n-Kontakt (45b) verbindet, wobei das Array (40) weiterhin eine zweite Verdrahtung (46b) umfasst, die den zweiten p-Kontakt (44b) mit dem ersten n-Kontakt (45a) verbindet, wobei die Fläche der zweiten Anordnung kleiner ist als die Fläche der ersten Anordnung, wobei sich der Graben (43) über die gesamte Länge des Substrats (20) erstreckt.
  2. Array (40) nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten n-Schichten (42a, 42b), die ersten und zweiten aktiven Gebiete (49a, 49b) und die ersten und zweiten p-Schichten (41a, 41b) III-Nitrid-Schichten umfassen.
  3. Array (40) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (20) aus der aus Saphir, SiC und III-Nitridmaterialien bestehenden Gruppe gewählt worden ist.
  4. Array (40) nach Anspruch 1, das weiterhin eine Schicht (47) aus dielektrischem Material umfasst, das unter einem Abschnitt der ersten und der zweiten Verdrahtung (46a, 46b) liegt.
  5. Array (40) nach Anspruch 1, das weiterhin eine Schicht aus einem Leuchtstoff umfasst, die eine Oberfläche des ersten Abschnittes des Substrates (20) gegenüber der ersten n- Schicht (42a) bedeckt.
  6. Array (40) nach Anspruch 1, das weiterhin eine hochohmige Schicht unter der ersten n-Schicht (42a) und der zweiten n-Schicht (42b) umfasst, wobei die hochohmige Schicht den Boden des Grabens (43) bildet.
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