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DE102005008097A1 - Flip-Chip-Lichtemissionsbauteil - Google Patents

Flip-Chip-Lichtemissionsbauteil Download PDF

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DE102005008097A1
DE102005008097A1 DE200510008097 DE102005008097A DE102005008097A1 DE 102005008097 A1 DE102005008097 A1 DE 102005008097A1 DE 200510008097 DE200510008097 DE 200510008097 DE 102005008097 A DE102005008097 A DE 102005008097A DE 102005008097 A1 DE102005008097 A1 DE 102005008097A1
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Epistar Corp
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Abstract

Es wird ein Flip-Chip-Lichtemissionsbauteil (1) mit integriertem Mikroreflektor (16) angegeben. Der Mikroreflektor reflektiert durch eine Lichtemissionsschicht (13) erzeugtes Licht, das andernfalls durch interne Brechung und Absorption verloren gehen könnte, wodurch der Lichtemissions-Wirkungsgrad erhöht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Flip-Chip-Lichtemissionsbauteil.
  • Leuchtdioden verfügen über umfangreiche Anwendungen, wozu optische Displays, Verkehrssignale, Datenspeicher, Kommunikationsvorrichtungen, Beleuchtungsvorrichtungen sowie medizinische Geräte gehören. Infolgedessen ist es wesentlich, die Helligkeit derartiger Leuchtdioden zu erhöhen und den Herstellprozess zu vereinfachen, um die Bauteilkosten zu senken.
  • Das schematische Schnittbild der beigefügten 1 dient zum Veranschaulichen eines herkömmlichen Flip-Chip-Lichtemissionsbauteils und eines Herstellverfahrens für dieses, wie in TW-B-441859 offenbart. Bei diesem Flip-Chip-Lichtemissionsbauteil sorgen eine erste und eine zweite Elektrode dafür, dass Licht von einer Lichtemissionsschicht her reflektiert wird. Da jedoch beim bekannten Bauteil nur Licht, das innerhalb eines kritischen Winkels c emittiert wird, vollständig abgestrahlt wird, während anderes Licht reflektiert und absorbiert wird, liegen ein eingeschränkter Betrachtungswinkel und ineffiziente Abstrahlung aufgrund interner Absorption emittierten Lichts vor. Damit das erzeugte Licht vollständig nach außen emittiert werden könnte, müsste es innerhalb eines Kegels mit dem Öffnungswinkel 2c liegen. Wenn innerhalb eines Flip-Chip-Lichtemissionsbauteils erzeugtes Licht von einem Material mit hohem Brechungsindex zu einem Material mit niedrigem Brechungsindex läuft, wird der Emissionswinkel des Lichts durch Effekte eingeschränkt, die durch diese Brechungsindizes verursacht werden.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flip-Chip-Lichtemissionsbauteil mit großem Betrachtungswinkel und hoher Intensität aufgrund effizienter Lichtemission zu schaffen.
  • Diese Aufgabe ist durch die Flip-Chip-Lichtemissionsbauteile gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1, 26 und 27 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
  • Die erfindungsgemäßen Flip-Chip-Lichtemissionsbauteile verfügen über einen Mikroreflektor mit einer transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht. Der Mikroreflektor reflektiert vertikales Licht bei einfallendem Licht von einem Lichtemissionsgebiet, so dass das normal einfallende Licht durch den kritischen Winkel unbeeinflusst bleibt, wodurch die Lichtentnahme verbessert ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsformen näher erläutert.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines bekannten Flip-Chip-Lichtemissionsbauteils.
  • 2 bis 4 sind jeweils ein schematisches Diagramm jeweils einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flip-Chip-Lichtemissionsbauteils.
  • Das in der 2 dargestellte Lichtemissionsbauteil 1 verfügt auf einem transparenten Substrat 10 über die folgenden Schichten in der genannten Reihenfolge: eine erste Kontaktschicht 11 mit einer ersten und einer zweiten Fläche; eine erste Mantelschicht 12; eine Lichtemissionsschicht 13; eine zweite Mantelschicht 14; einen Mikroreflektor mit einer zweiten Kontaktschicht 15; eine Reflexionsschicht 16; eine auf der zweiten Fläche hergestellte erste Elektrode 17 sowie eine auf der Reflexionsschicht 16 hergestellte zweite Elektrode 18. Die zweite Kontaktschicht 15 verfügt über transparente, strukturierte Formen, die kontinuierlich oder diskontinuierlich sein können.
  • Das in der 3 dargestellte Lichtemissionsbauteil 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform verfügt ebenfalls über einen Mikroreflektor. Auf einem transparenten Substrat 20 sind die folgenden Schichten in der genannten Reihenfolge vorhanden: eine erste Kontaktschicht 21 mit einer ersten und einer zweiten Fläche; ein Mikroreflektor mit einer transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht; eine um diese herum hergestellte Isolierschicht 29 sowie eine auf dieser hergestellte Reflexionsschicht 26; einen ohmschen Kontakt zwischen der Reflexionsschicht 26 und der transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht; eine erste Mantelschicht 22 auf der letzteren über der ersten Fläche; eine Lichtemissionsschicht 23; eine zweite Mantelschicht 24; eine über der zweiten Fläche ausgebildete erste Elektrode 27 sowie eine über der Reflexionsschicht 26 ausgebildete zweite Elektrode 28. Die transparente, strukturierte Lichtemissions-Stapelschicht verfügt über ausgebreitete, transparente geometrische Formen, die kontinuierlich oder diskontinuierlich sein können.
  • Schließlich veranschaulicht die 4 ein Lichtemissionsbauteil 3 mit Mikroreflektor gemäß einer dritten Ausführungsform. Bei diesem Lichtemissionsbauteil 3 ist ein Chip durch direktes Druckbonden oder durch Bonden mit einer transparenten Haftschicht auf ein transparentes Substrat gebondet. Das Lichtemissionsbauteil 3 verfügt über die folgenden Schichten in der genannten Reihenfolge auf dem Substrat 30: eine Bondfläche 300; eine transparente, leitende Schicht 32 mit einer ersten und einer zweiten Fläche; eine über der ersten Fläche ausgebildete erste Kontaktschicht; eine auf dieser ausgebildete erste Mantelschicht 34; eine auf dieser ausgebildete Lichtemissionsschicht 35; eine auf dieser ausgebildete zweite Mantelschicht 36; einen auf dieser ausgebildeten Mikroreflektor mit einer zweiten Kontaktschicht 37; eine auf der zweiten Kontaktschicht 37 ausgebildete Reflexionsschicht 38; eine über der zweiten Fläche ausgebildete erste Elektrode 39 sowie eine über der Reflexionsschicht 38 ausgebildete zweite Elektrode 40. Die Bondfläche 300 kann aus einem Kleber, einem Halbleitermaterial, einem transparenten Oxid oder einer transparenten Metallschicht bestehen, um das Substrat 30 mit der ersten Kontaktschicht 33 zu verbinden.
  • Bei diesen drei Ausführungsformen kann zwischen der zweiten Elektrode und der Reflexionsschicht eine transparente, leitende Schicht vorhanden sein. Die transparente, strukturierte Form entspricht mindestens einem der folgenden geometrischen Profile: Halbkreis, Pyramide, Kegel oder ähnliches. Das transparente Substrat besteht aus mindestens einem der folgenden Materialien: GaP, Glas, SiC, GaN, ZnSe, Saphir oder einem ähnlichen Material. Die Reflexionsschicht besteht aus mindestens einem der folgenden Materialien: In, Sn, Al, Au, Pt, Zn, Ge, Ag, Ti, Pb, Pd, Cu, AuBe, AuGe, Ni, Cr, PbSn, AuZn, Indiumzinnoxid oder einem ähnlichen Material. Die transparente, leitende Schicht besteht aus mindestens einem der folgenden Materialien: Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinkoxid, Zinkzinnoxid, Be/Au, Ge/Au, Ni/Au oder einem ähnlichen Material. Die erste und die zweite Mantelschicht bestehen aus mindestens einem der folgenden Materialien: AlGaInP, AlInP, AlN, GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN, ZnSe oder einem ähnlichen Material. Die Lichtemissionsschicht besteht aus mindestens einem der folgenden Materialien: AlGaInP, GaN, InGaN, AlInGaN, ZnSe oder einem ähn lichen Material. Die erste und die zweite Kontaktschicht bestehen aus mindestens einem der folgenden Materialien: GaP, GaAs, GaAsP, InGaP, AlGaInP, AlGaAs, GaN, InGaN, AlGaN, ZnSe oder einem ähnlichen Material. Die Isolierschicht besteht aus mindestens einem der folgenden Materialien: SiNx, SiO2 oder einem ähnlichen Material.
  • Die transparente, strukturierte Lichtemissions-Stapelschicht wird durch Ätzen einer Lichtemissions-Stapelschicht gebildet, die durch Verdampfungsabscheidung oder ein Bondverfahren auf eine darunter liegende Schicht aufgebracht wurde. Auf dieser transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht wird dann eine Reflexionsschicht durch Verdampfungsabscheidung so hergestellt, dass sie über eine spezielle Form verfügt, um einen Mikroreflektor zu bilden.
    •

Claims (37)

  1. Flip-Chip-Lichtemissionsbauteil mit: – einem Substrat und – einem auf diesem hergestellten Mikroreflektor mit einer transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht und einer auf dieser hergestellten Reflexionsschicht.
  2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente, strukturierte Lichtemissions-Stapelschicht Folgendes aufweist: – eine erste Halbleiter-Stapelschicht; – eine Lichtemissionsschicht; und - eine zweite Halbleiter-Stapelschicht.
  3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbleiter-Stapelschicht eine erste Mantelschicht aufweist.
  4. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbleiter-Stapelschicht Folgendes aufweist: - eine erste Kontaktschicht; und - eine auf dieser hergestellte erste Mantelschicht.
  5. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiter-Stapelschicht Folgendes aufweist: – eine auf der Lichtemissionsschicht hergestellte zweite Mantelschicht; und – eine auf dieser hergestellte zweite Kontaktschicht.
  6. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht und dem Substrat eine erste Halbleiter-Stapelschicht vorhanden ist und die transparente, strukturierte Lichtemissions-Stapelschicht über eine Lichtemissionsschicht und eine zweite Halbleiter-Stapelschicht verfügt.
  7. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbleiter-Stapelschicht Folgendes aufweist: - eine erste Kontaktschicht; und - eine auf dieser hergestellte erste Mantelschicht.
  8. Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiter-Stapelschicht Folgendes aufweist: – eine auf der Lichtemissionsschicht hergestellte zweite Mantelschicht; und eine auf dieser hergestellte zweite Kontaktschicht.
  9. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht und dem Substrat eine transparente, leitende Schicht vorhanden ist.
  10. Bauteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente, leitende Schicht aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: Indiumzinnoxid, Cadmiumzinnoxid, Antimonzinnoxid, Zinkoxid, Zinkzinnoxid oder einem ähnlichen Material.
  11. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mikroreflektor und dem Substrat eine Haftschicht vorhanden ist.
  12. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Haftschicht und dem Substrat eine erste Reaktionsschicht vorhanden ist.
  13. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Haftschicht und dem Mikroreflektor eine zweite Reaktionsschicht vorhanden ist.
  14. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: Kleber, Halbleiter, transparentem Metall oder einem ähnlichen Material.
  15. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht und der Reflexionsschicht eine Isolierschicht vorhanden ist.
  16. Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: SiNx, SiO2 oder einem ähnlichen Material.
  17. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Vorderseite desselben, entfernt vom Substrat, eine erste und eine zweite Elektrode ausgebildet sind.
  18. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Elektrode an der Vorderseite desselben ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode auf der Seite des Substrats entfernt von der ersten Elektrode ausgebildet ist.
  19. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht mindestens einem der folgenden geometrischen Profile entspricht: Halbkreis, Pyramide, Kegel oder ähnliche Form.
  20. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Reflexionsschicht mindestens einem der folgenden geometrischen Profile entspricht: Halbkreis, Pyramide, Kegel oder ähnliche Form.
  21. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht einem kontinuierlichen, verteilten, geometrischen Profil entspricht.
  22. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der transparenten, strukturierten Lichtemissions-Stapelschicht einem diskontinuierlichen, verteilten, geometrischen Profil entspricht.
  23. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: GaP, SiC, GaN, ZnSe, Glas, Saphir oder einem ähnlichen Material.
  24. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: Sn, Al, Au, Pt, Zn, Ag, Ti, Pb, Pd, Ge, Cu, AuBe, AuGe, Ni, PbSn, AuZn, Indiumzinnoxid oder einem ähnlichen Material.
  25. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch direktes Waferbonden mit dem Mikroreflektor verbunden ist.
  26. Flip-Chip-Lichtemissionsbauteil mit einem Mikroreflektor, mit: – einem Substrat; – einer auf diesem ausgebildeten ersten Halbleiter-Stapelschicht; – einer auf dieser ausgebildeten Lichtemissionsschicht; und – einem auf dieser ausgebildeten Mikroreflektor mit einer transparenten, strukturierten Halbleiter-Stapelschicht und einer auf dieser ausgebildeten Reflexionsschicht.
  27. Flip-Chip-Lichtemissionsbauteil mit einem Mikroreflektor, mit: – einem Substrat; – einer auf diesem ausgebildeten ersten Halbleiter-Stapelschicht; – einer auf dieser ausgebildeten Lichtemissionsschicht; - einer auf dieser ausgebildeten zweiten Halbleiter-Stapelschicht; und – einem auf dieser hergestellten Mikroreflektor mit einer transparenten, strukturierten Schicht und einer auf dieser hergestellten Reflexionsschicht.
  28. Bauteil nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Halbleiter-Stapelschicht und dem Substrat eine transparente Haftschicht vorhanden ist.
  29. Bauteil nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: Kleber, Halbleitermaterial, transparentes Oxid, transparentes Metall oder einem ähnlichen Material.
  30. Bauteil nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der transparenten Haftschicht und dem Substrat eine erste Reaktionsschicht vorhanden ist.
  31. Bauteil nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der transparenten Haftschicht und der ersten Halbleiter-Stapelschicht eine zweite Reaktionsschicht vorhanden ist.
  32. Bauteil nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Reaktionsschicht und der ersten Halbleiter-Stapelschicht eine transparente, leitende Schicht vorhanden ist.
  33. Bauteil nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der transparenten, strukturierten Schicht mindestens einem der folgenden geometrischen Profile entspricht: Halbkreis, Pyramide, Kegel oder ähnliche Form.
  34. Bauteil nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Reflexionsschicht mindestens einem der folgenden geometrischen Profile entspricht: Halbkreis, Pyramide, Kegel oder ähnliche Form.
  35. Bauteil nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der transparenten, strukturierten Schicht einem kontinuierlichen, verteilten, geometrischen Profil entspricht.
  36. Bauteil nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht aus mindestens einem der folgenden Materialien besteht: Sn, Al, Au, Pt, Zn, Ag, Ti, Pb, Pd, Ge, Cu, AuBe, AuGe, Ni, PbSn, AuZn, Indiumzinnoxid oder einem ähnlichen Material.
  37. Bauteil nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat durch direktes Waferbonden mit dem Mikroreflektor verbunden ist.
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