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DE102006042061A1 - Semiconductor-illuminant has semiconductor-diode which is illuminated by tension admission, and substrate which is permeable for light produced by semiconductor-diode - Google Patents

Semiconductor-illuminant has semiconductor-diode which is illuminated by tension admission, and substrate which is permeable for light produced by semiconductor-diode Download PDF

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DE102006042061A1
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semiconductor
luminous element
carrier substrate
element according
base substrate
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DE102006042061A
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German (de)
Inventor
Georg Diamantidis
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NOCTRON SOPARFI S.A., BRIDEL, LU
Original Assignee
Noctron Holding SA
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Publication date
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Abstract

Bei einem Leuchtelement mit wenigstens einer Halbleiterstruktur (16), welche bei Spannungsbeaufschlagung elektromagnetische Strahlung emittiert, und einem die Halbleiterstruktur (16) tragenden Trägersubstrat (14) ist das Trägersubstrat (14) seinerseits von einem Basissubstrat (12) getragen.at a luminous element with at least one semiconductor structure (16), which when energized electromagnetic radiation and a carrier substrate supporting the semiconductor structure (16) (14) is the carrier substrate (14) in turn supported by a base substrate (12).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Leuchtelement mit wenigstens einer Halbleiterstruktur, welche bei Spannungsbeaufschlagung elektromagnetische Strahlung emittiert, und einem die Halbleiterstruktur tragenden Trägersubstrat.The The invention relates to a luminous element having at least one semiconductor structure, which emits electromagnetic radiation when exposed to voltage, and a carrier substrate supporting the semiconductor structure.

Üblicherweise werden bei derartigen Leuchtelementen, die beispielsweise in LEDs verwendet werden, die Halbleiterstrukturen aus einem EPI-Wafer, d.h. einem aus einem Halbleiter-Einkristall geschnittenen Wafer, gefertigt. Die Halbleiterstrukturen werden hierfür mittels an und für sich bekannter fotolithografischer und/oder Trockenätz-Verfahren aus dem EPI-Wafer aufgebaut. Das Trägersubstrat ist dabei häufig aus dem Wafermaterial selbst gebildet, welches wiederum die aufgebaute Halbleiterstruktur trägt. Der Wafer muß dann folglich ausreichend dick geschnitten sein, damit das fertiggestellte Leuchtelement eine hinreichende mechanische Stabilität und Festigkeit aufweist. Der erreichbaren mechanischen Belastbarkeit sind jedoch bereits durch die Sprödheit des Wafers selbst Grenzen gesetzt. Darüber hinaus geht dasjenige Material des Wafers, welches beim fertigen Leuchtelement als Trägersubstrat dient, für die Ausbildung von Halbleiterstrukturen verloren.Usually be in such lighting elements, for example, in LEDs be used, the semiconductor structures of an EPI wafer, i.e. a wafer cut from a semiconductor single crystal, manufactured. The semiconductor structures are known for this purpose by means of per se Photolithographic and / or dry etching process built from the EPI wafer. The carrier substrate is common formed from the wafer material itself, which in turn built up the Semiconductor structure carries. The wafer must then Consequently, cut sufficiently thick for the finished Luminous element of sufficient mechanical stability and strength having. The achievable mechanical strength, however already by the brittleness of the Wafers set limits themselves. In addition, that material goes of the wafer, which in the finished luminous element as a carrier substrate serves, for the Training of semiconductor structures lost.

Die Halbleiterstruktur kann jedoch auch von einem Trägersubstrat aus einem anderen Material als demjenigen des Wafers getragen sein. Auch in diesem Fall wird die Stabilität des Leuchtelements durch das Trägersubstrat gewährleistet.The However, semiconductor structure may also be from one carrier substrate to another Material to be worn as that of the wafer. Also in this Case becomes stability of the luminous element by the carrier substrate guaranteed.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leuchtelement der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Herstellungskosten gesenkt sind. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Leuchtelement der eingangs genannten Art bereitzustellen, dessen mechanische Belastbarkeit erhöht ist.task The invention is a luminous element of the type mentioned to create whose production costs are reduced. Furthermore It is an object of the invention to provide a luminous element of the aforementioned To provide type whose mechanical strength is increased.

Dies wird bei einem Leuchtelement der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß das Trägersubstrat seinerseits von einem Basissubstrat getragen ist.This is characterized in a luminous element of the type mentioned by achieved that carrier substrate itself supported by a base substrate.

Diese Ausbildung des Leuchtelements bietet die Möglichkeit, daß, wenn das Trägersubstrat aus dem Wafer-Material gebildet ist, weniger Wafer-Material als Trägersubstrat verwendet werden muß. Das Trägersubstrat aus Wafer-Material kann also dünner als bei bekannten Leuchtelementen ausgebildet sein. Dadurch wird Wafer-Material gespart und die Herstellungskosten werden insgesamt gesenkt. Die geforderte mechanische Stabilität und Belastbarkeit des Leuchtelements kann durch eine entsprechende Wahl des Materials für das Basissubstrat erzielt werden.These Formation of the luminous element offers the possibility that, if the carrier substrate formed from the wafer material, less wafer material than carrier substrate must be used. The carrier substrate made of wafer material can be thinner than be formed in known lighting elements. This will make wafer material saved and the production costs are reduced overall. The required mechanical stability and load capacity of the luminous element can by an appropriate choice of the material for the base substrate can be achieved.

Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Basissubstrat ein Glasmaterial, insbesondere ein Bor-Tonerde-Glas umfaßt. Bei der Verwendung derartiger Gläser haben sich Glasmaterialien als günstig erwiesen, deren Zusammensetzung etwa einer Zusammensetzung von a) 81% SiO2, 13% B2O3, 4% Alkali, 2% Al2O3 oder b) 57% SiO2, 1% Na2O, 12% MgO, 26% Al2O3, 4% B2O3 entspricht.It is particularly advantageous if the base substrate comprises a glass material, in particular a boron-alumina glass. When using such glasses, glass materials have proved to be favorable, the composition of which has a composition of a) 81% SiO 2 , 13% B 2 O 3 , 4% alkali, 2% Al 2 O 3 or b) 57% SiO 2 , 1% Na 2 O, 12% MgO, 26% Al 2 O 3 , 4% B 2 O 3 .

Derartige handelsübliche Glasmaterialien weisen gute mechanische Eigenschaften auf und sind zudem weitgehend unempfindlich gegen Temperaturschwankungen und sonstige äußere Einflüsse. Darüberhinaus sind sie über einen verhältnismäßig großen Wellenlängenbereich transparent.such commercial Glass materials have good mechanical properties and are also largely insensitive to temperature fluctuations and other external influences. Furthermore are they over a relatively large wavelength range transparent.

Alternativ kann das Basissubstrat auch eine Keramik oder ein Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium, umfassen. Auch solches Material verringert die Herstellungskosten des Leuchtelements, da weniger Wafer-Material als Trägersubstrat verwendet werden muss.alternative For example, the base substrate may also be a ceramic or a metal, in particular Copper or aluminum. Even such material is reduced the manufacturing cost of the luminous element, since less wafer material as a carrier substrate must be used.

Die gewünschte Hauptabstrahlrichtung eines Leuchtelements ist üblicherweise die dem Trägersubstrat entgegengesetzte Richtung, wobei eine Halbleiterstruktur normalerweise Licht in im wesentlichen alle Raumrichtungen emittiert. Um die Lichtausbeute des Lichtelements zu erhöhen, ist es dienlich, wenn das Trägersubstrat und das Basismaterial zumindest teilweise für die von der Halbleiterstruktur emittierte Strahlung transparent sind und die dem Trägersubstrat gegenüberliegende Seite des Basissubstrats mit einer diese Strahlung in Richtung auf das Trägersubstrat reflektierenden Schicht versehen ist. Strahlt nämlich die Halbleiterstruktur unter Spannungsbeaufschlagung Licht durch das transparente Basissubstrat hindurch ab, so wird dieses Licht von der reflektierenden Schicht in Richtung auf die gewünschte Hauptabstrahlrichtung des Leuchtelements reflektiert und trägt zusätzlich zur Lichtausbeute des Leuchtelements bei.The desired The main emission direction of a luminous element is usually that of the carrier substrate opposite direction, with a semiconductor structure normally Light emitted in essentially all spatial directions. To the light output to increase the light element, it is useful if the carrier substrate and the base material at least partially for the emitted from the semiconductor structure Radiation are transparent and the carrier substrate opposite Side of the base substrate with a radiation in the direction of the carrier substrate reflective layer is provided. It radiates the semiconductor structure under stress, light through the transparent base substrate Through, this light is from the reflective layer towards the desired Main emission of the light element reflects and contributes in addition to Luminous efficiency of the light element at.

In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Basissubstrat eine Dicke von 0,5 mm bis 2,0 mm, bevorzugt von 0,75 mm bis 1,5 mm und nochmals bevorzugt von etwa 1,0 mm hat. Bei diesen Dicken des Basissubstrats wird eine gute mechanische Stabilität des Leuchtelements erreicht.In In practice, it has proved to be advantageous if the base substrate a thickness of 0.5 mm to 2.0 mm, preferably 0.75 mm to 1.5 mm and more preferably about 1.0 mm. At these thicknesses of the base substrate becomes a good mechanical stability of the luminous element reached.

Es ist günstig, wenn das Trägersubstrat ein Glasmaterial oder ein Kristallmaterial umfaßt. In diesem Fall wird nochmals Wafer-Material bei der Herstellung des Leuchtelements gespart, da nunmehr lediglich die Halbleiter struktur aus Wafer-Material aufgebaut ist und diese von dem Trägersubstrat aus einem anderem Material getragen sind.It is cheap, when the carrier substrate a glass material or a crystal material. In this case will be again Wafer material saved in the production of the luminous element, since now only the semiconductor structure constructed of wafer material is and this from the carrier substrate are worn from a different material.

Dabei ist es dienlich, wenn das Trägersubstrat ein Al2O3-Material umfaßt. Ein derartiges Material, welches als Korundglas oder auch als Saphirglas bekannt ist, ist transparent und gut als Trägermaterial für eine Halbleiterstruktur geeignet. Durch die Transparenz kann auch nach hinten abgestrahltes Licht verwendet werden, was bereits oben im Zusammenhang mit einer reflektierenden Schicht angesprochen wurde. Bei Verwendung eines Basissubstrats aus einem Keramikmaterial oder einem Metall kann das Basissubstrat selbst als reflektierende Schicht dienen.It is useful if the carrier substrate comprises an Al 2 O 3 material. Such a material, which be as corundum or as sapphire be is transparent and is well suited as a carrier material for a semiconductor structure. Due to the transparency, light emitted to the rear can also be used, which has already been mentioned above in connection with a reflective layer. When using a base substrate of a ceramic material or a metal, the base substrate itself may serve as a reflective layer.

Ein Al2O3-Material weist zudem eine besonders große Härte auf. Zudem ist ein Saphirglas auch chemisch besonders beständig und daher auch als Unterlage bei fotolithografischen Verfahren, wie sie zur Erzeugung der Halbleiterstruktur angewendet werden, gut verwendbar.An Al 2 O 3 material also has a particularly high hardness. In addition, a sapphire crystal is also chemically particularly stable and therefore also useful as a support in photolithographic processes, as they are used to produce the semiconductor structure, well usable.

Im Hinblick auf das Trägersubstrat ist es vorteilhaft, wenn dieses eine Dicke von 5 μm bis 400 μm, bevorzugt von 5 μm bis 200 μm, nochmals bevorzugt von 10 μm bis 100 μm und nochmals bevorzugt von 50 μm bis 75 μm hat.in the With regard to the carrier substrate it is advantageous if this a thickness of 5 microns to 400 microns, preferably of 5 μm up to 200 μm, more preferably 10 microns up to 100 μm and more preferably 50 μm up to 75 μm Has.

Es ist besonders günstig, wenn mindestens eine Halbleiterstruktur eine erste Halbleiterschicht, eine zweite Halbleiterschicht und eine dazwischen angeordnete MQW-Schicht umfaßt. Bei einer derartigen Halbleiterstruktur wird die dem Leuchtelement zugeführte elektrische Energie mit besonders hohem Wirkungsgrad in Licht umgesetzt. Ergänzend läßt sich das Spektrum durch die MQW-Schicht beeinflussen.It is particularly cheap if at least one semiconductor structure comprises a first semiconductor layer, a second semiconductor layer and an MQW layer interposed therebetween includes. In such a semiconductor structure, the light supplied to the lighting element is electrical Energy with particularly high efficiency converted into light. In addition can be affect the spectrum through the MQW layer.

Eine hohe Lichtausbeute in der Halbleiterstruktur läßt sich insbesondere damit erreichen, daß die erste Halbleiterschicht ein III-V-Material umfaßt.A high luminous efficacy in the semiconductor structure can be particularly so achieve that first semiconductor layer comprises a III-V material.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:below is an embodiment of Invention with reference to the drawing explained. In show this:

1 eine Aufsicht auf ein Leuchtelement, welches mehrere Halbleiterstrukturen umfaßt; 1 a plan view of a luminous element, which comprises a plurality of semiconductor structures;

2 eine Aufsicht auf einen vergrößerten Ausschnitt des Leuchtelements von 1, wobei eine Halbleiterstruktur vollständig zu erkennen ist; und 2 a plan view of an enlarged section of the light element of 1 wherein a semiconductor structure is completely visible; and

3 einen Schnitt durch den in 2 gezeigten Ausschnitt des Leuchtelements entlang der dortigen Schnittlinie III-III. 3 a section through the in 2 shown section of the luminous element along the section line III-III.

In 1 ist mit 10 insgesamt ein Leuchtelement bezeichnet, welches ein Basissubstrat 12 umfaßt. Das Basissubstrat 12 kann aus einem gängigen, transparenten temperatur- und chemikalienbeständigen Glas gefertigt sein, wie es in der Technik häufig eingesetzt wird. Alternativ kann für das Basissubstrat 12 eine Keramik oder auch eine Metallplatte aus beispielsweise Kupfer oder Aluminium verwendet werden. Das Basissubstrat hat in der Praxis eine Dicke von ca. 1 mm.In 1 is with 10 overall a luminous element, which is a base substrate 12 includes. The base substrate 12 can be made of a common, transparent temperature and chemical resistant glass, as is commonly used in the art. Alternatively, for the base substrate 12 a ceramic or a metal plate made of, for example, copper or aluminum may be used. The base substrate has a thickness of about 1 mm in practice.

Auf das Basissubstrat 12 ist ein transparentes Trägersubstrat 14 aus Korundglas (Al2O3-Glas) aufgebracht. Korundglas ist auch unter dem Namen Saphirglas bekannt. Das Trägersubstrat 14 hat beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Dicke von etwa 200 μm, es kann jedoch, wie eingangs erwähnt, auch andere Dicken haben, welche zwischen 5 und 400 μm liegen können.On the base substrate 12 is a transparent carrier substrate 14 made of corundum (Al 2 O 3 glass) applied. Corundum glass is also known as sapphire crystal. The carrier substrate 14 has in the present embodiment has a thickness of about 200 microns, but it may, as mentioned above, have other thicknesses, which may be between 5 and 400 microns.

Das Tägersubstrat 14 trägt seinerseits sechs voneinander beabstandet angeordnete Halbleiterstrukturen 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5 und 16.6, welche weitgehend baugleich sind und nachstehend am Beispiel der Halbleiterstruktur 16.2 anhand der 2 und 3 näher erläutert werden.The carrier substrate 14 in turn carries six spaced apart semiconductor structures 16.1 . 16.2 . 16.3 . 16.4 . 16.5 and 16.6 , which are largely identical and below the example of the semiconductor structure 16.2 based on 2 and 3 be explained in more detail.

Die Halbleiterstruktur 16.2 umfaßt drei Schichten. Eine untere Schicht 18 ist aus einem p-leitenden III-V-Halbleitermaterial gefertigt, beispielsweise aus GaN.The semiconductor structure 16.2 includes three layers. A lower layer 18 is made of a p-type III-V semiconductor material, such as GaN.

Eine mittlere Schicht 20 ist eine MQW-Schicht. MQW ist die Abkürzung für "multiple quantum well". Ein MQW-Material stellt ein Übergitter dar, welches eine gemäß der Übergitterstruktur veränderte elektronische Bandstruktur aufweist, und entsprechend bei anderen Wellenlängen Licht emittiert. Über die Wahl der MQW-Schicht läßt sich das Spektrum der von den Halbleiterstrukturen 16 abgegebenen Strahlung beeinflussen.A middle layer 20 is an MQW layer. MQW is the abbreviation for "multiple quantum well". An MQW material is a superlattice which has an electronic band structure altered according to the superlattice structure and accordingly emits light at other wavelengths. By choosing the MQW layer, the spectrum of the semiconductor structures can be determined 16 influence emitted radiation.

Eine obere Schicht 22 ist ein n-leitende Schicht, welche z.B. aus InGaN besteht.An upper layer 22 is an n-type layer, which consists of eg InGaN.

Die so aufgebaute Halbleiterstruktur 16 – und somit das Leuchtelement 10 – strahlt bei Anlegen einer Spannung ultraviolettes Licht sowie blaues Licht in einem Wellenlängenbereich von 420 bis 480 nm ab. Eine Weißlicht-LED kann mit derartigen Halbleiterstrukturen 16 dadurch erhalten werden, daß das Leuchtelement 10 in der LED von einem Silikonöl umgeben ist, in welchem Phosphorpartikel homogen verteilt sind. Geeignete Phosphorpartikel sind aus einem Farbzentren aufweisenden transparenten Festkörpermaterial hergestellt. Um das von den Halbleiterstrukturen 16 emittierte ultraviolette und blaue Licht in Weißlicht umzuwandeln, werden drei Arten Phosphorpartikel verwendet, die das ultraviolette und blaue Licht absorbieren und im Blauen, Gelben und Roten emittieren.The thus constructed semiconductor structure 16 - And thus the lighting element 10 - emits ultraviolet light and blue light in a wavelength range of 420 to 480 nm when a voltage is applied. A white light LED can be provided with such semiconductor structures 16 be obtained by the fact that the luminous element 10 in the LED is surrounded by a silicone oil in which phosphor particles are homogeneously distributed. Suitable phosphor particles are made from a color-centered transparent solid state material. To that of the semiconductor structures 16 To convert emitted ultraviolet and blue light into white light, three types of phosphor particles are used, which absorb the ultraviolet and blue light and emit in the blue, yellow and red.

Indem die Halbleiterstruktur 16 aus Schichten 18, 20 und 22 aufgebaut wird, die aus anderen Materialien ausgebildet sind, kann eine Halbleiterstruktur 16 hergestellt werden, welche entsprechend den ausgewählten Materialien anderes Licht als ultraviolettes oder blaues Licht emittieren kann.By the semiconductor structure 16 from layers 18 . 20 and 22 is constructed of other materials, may be a semiconductor structure 16 which, in accordance with the materials selected, have light other than ul can emit traviolet or blue light.

Die p-leitende Schicht 18 ragt seitlich über die MQW-Schicht 20 und die n-leitende Schicht 22 hinaus. In einem Randbereich der p-leitenden Schicht ist neben der MQW-Schicht 20 und der n-leitenden Schicht 22 eine Leiterbahn 24 aufgedampft, an deren jeweiligem Ende ein Anschlußkontakt n1 bzw. n2 vorgesehen ist.The p-type layer 18 protrudes laterally over the MQW layer 20 and the n-type layer 22 out. In an edge region of the p-type layer is adjacent to the MQW layer 20 and the n-type layer 22 a trace 24 vapor-deposited, at the respective end of a terminal contact n1 or n2 is provided.

Um die p-leitende Schicht 18 auch mittig kontaktieren zu können, weisen die MQW-Schicht 20 und die n-leitende Schicht 22 eine gemeinsame schlitzförmige Ausnehmung 26 auf. In dieser verläuft unter seitlichem Abstand eine Leiterbahn 28, bei welcher mittig zur Halbleiterstruktur 16 ein weiterer Anschlußkontakt n3 vorgesehen ist. Die Leiterbahn 28 verläuft senkrecht zur Leiterbahn 24 und ist mit dieser verbunden, so daß die Leiterbahnen 24 und 28 zusammen eine insgesamt T-förmige Leiterbahn mit den drei Anschlußkontakten n1, n2 und n3 bilden. Entlang der beiden zur Leiterbahn 28 parallel verlaufenden Ränder der p-leitenden Schicht 18 sind noch jeweils zwei mit dieser verbundene Anschlußkontakte n4 und n6 bzw. n5 und n7 vorgesehen (vgl. 2).Around the p-type layer 18 can also contact the center, have the MQW layer 20 and the n-type layer 22 a common slot-shaped recess 26 on. In this runs at a lateral distance a conductor track 28 , in which at the center of the semiconductor structure 16 another terminal contact n3 is provided. The conductor track 28 runs perpendicular to the conductor track 24 and is connected to this, so that the tracks 24 and 28 together form an overall T-shaped track with the three terminal contacts n1, n2 and n3. Along the two to the track 28 parallel edges of the p-type layer 18 are still two each with this connected terminal contacts n4 and n6 or n5 and n7 provided (see. 2 ).

Auf die n-leitende Schicht 22 ist eine U-förmige Leiterbahn 30 aufgedampft, deren Basisschenkel der Leiterbahn 24 auf der p-leitenden Schicht 18 gegenüberliegt und deren beiden Seitenschenkel die Leiterbahn 28 flankieren, wie dies insbesondere in 2 zu erkennen ist.On the n-type layer 22 is a U-shaped track 30 evaporated, whose base legs of the track 24 on the p-type layer 18 opposite and the two side legs of the track 28 flank, as this particular in 2 can be seen.

Die Leiterbahn 30 ist mit sechs Anschlußkontakten p1 bis p6 versehen, von denen jeweils drei auf einem Seitenschenkel der U-förmigen Leiterbahn 30 angeordnet sind.The conductor track 30 is provided with six terminal contacts p1 to p6, of which three each on a side leg of the U-shaped conductor track 30 are arranged.

Die Leiterbahnen 24, 28 und 30 sind durch Aufdampfen einer Kupfer-Gold-Legierung erhalten. Alternativ können auch Silber- oder Aluminium-Legierungen verwendet werden. Die Anschlußkontakte n1 bis n7 bzw. p1 bis p6 sind in üblicher Weise aus Gold hergestellt, welches in an und für sich bekannter Weise für den Anschluß an eine p-leitende Schicht bzw. eine n-leitende Schicht dotiert ist.The tracks 24 . 28 and 30 are obtained by vapor deposition of a copper-gold alloy. Alternatively, silver or aluminum alloys may also be used. The terminal contacts n1 to n7 and p1 to p6 are made in the usual way of gold, which is doped in a conventional manner for connection to a p-type layer or an n-type layer.

Bei dem in 1 vollständig zu erkennenden Leuchtelement 10 mit sechs Halbleiterstrukturen 16 sind je drei Halbleiterstrukturen 16.1, 16.2 und 16.3 sowie 16.4, 16.5 und 16.6 zu je einem Satz elektrisch in Reihe geschaltet. Bei den außen liegenden Halbleiterstrukturen 16.1 und 16.4 eines Satzes sind die Leiterbahnen 24 mit jeweils einer Anschlußplatte 32 verbunden. In entsprechender Weise sind die Leiterbahnen 30 der gegenüberliegend außenliegenden Halbleiterstrukturen 16.3, 16.6 eines Satzes aus drei in Reihe geschalteten Halbleiterstrukturen mit jeweils einer Anschlußplatte 34 verbunden.At the in 1 completely recognizable light element 10 with six semiconductor structures 16 are each three semiconductor structures 16.1 . 16.2 and 16.3 such as 16.4 . 16.5 and 16.6 one set electrically connected in series. For the external semiconductor structures 16.1 and 16.4 of a sentence are the tracks 24 each with a connection plate 32 connected. In a similar way are the tracks 30 the opposite outer semiconductor structures 16.3 . 16.6 a set of three series-connected semiconductor structures each having a connection plate 34 connected.

Die beiden Sätze aus drei in Reihe geschalteten Halbleiterstrukturen 16 sind in Parallelschaltung zwischen den Anschlußplatten 32 und 34 geschaltet. Unter Betriebsbedingungen des Leuchtelements 10 sind die Anschlußplatten 32 und 34 mit den Anschlußklemmen einer hier nicht eigens gezeigten Spannungsquelle verbunden.The two sets of three series-connected semiconductor structures 16 are in parallel connection between the connection plates 32 and 34 connected. Under operating conditions of the luminous element 10 are the connection plates 32 and 34 connected to the terminals of a voltage source not shown here specifically.

Bei der Herstellung des oben beschriebenen Leuchtelements 10 wird das Basissubstrat 12, beispielsweise ein Glasplatte mit einer Dicke von 1 mm, mit dem Trägersubstrat 14 aus Saphirglas (Al2O3-Glas) beschichtet. Auf das Saphierglas 14 wird wiederum ein GaN-Wafer aufgebracht. Mittels der an und für sich bekannten Verfahren der Fotolithografie und der Trockenätzung werden dann aus dem GaN-Material auf dem Trägersubstrat 14 die Halbleiterstrukturen 16.1 bis 16.6 aufgebaut und durch Aufdampfen der Leiterbahnen 24, 28 und 30 vollendet.In the manufacture of the luminous element described above 10 becomes the base substrate 12 , For example, a glass plate with a thickness of 1 mm, with the carrier substrate 14 made of sapphire glass (Al 2 O 3 glass). On the sapphire glass 14 In turn, a GaN wafer is applied. By means of the per se known methods of photolithography and dry etching are then made of the GaN material on the carrier substrate 14 the semiconductor structures 16.1 to 16.6 constructed and by vapor deposition of the conductors 24 . 28 and 30 completed.

Soweit es die Fläche des Basissubstrats und des darauf aufgebrachten Trägersubstrats mit GaN-Material zuläßt, werden mehrere Halbleiterstrukturen 16 verschiedener Leuchtelemente 10 in einem Prozess erzeugt und die verschiedenen Leuchtelemente 10 hiernach mittels bekannter Techniken aus dem Basissubstrat 12 herausgeschnitten.As far as the area of the base substrate and the carrier substrate applied thereon with GaN material allows, a plurality of semiconductor structures 16 different lighting elements 10 generated in a process and the different lighting elements 10 Thereafter, by known techniques, from the base substrate 12 cut out.

Die Halbleiterstrukturen 16.1 bis 16.6 eines herausgeschnittenen Leuchtelements werden wie oben beschrieben in Reihe bzw. parallel geschaltet.The semiconductor structures 16.1 to 16.6 a cut-out light emitting element are connected in series or in parallel as described above.

Die den Halbleiterstrukturen 16 gegenüberqliegende Seite des Basissubstrats wird zusätzlich mit einer Verspiegelung 36 versehen (vgl. 3). Falls anstelle eines Glases eine Keramik oder ein Metall mit reflektierender Wirkung für das Basissubstrat 12 verwendet wird, kann auf die rückseitige Verspiegelung verzichtet werden.The the semiconductor structures 16 opposite side of the base substrate is additionally coated with a mirror 36 provided (see. 3 ). If, instead of a glass, a ceramic or a metal having a reflective effect for the base substrate 12 is used, can be dispensed with the backside mirroring.

Wenn für das Basissubstrat 12 ein Glas verwendet wird, kommt insbesondere ein Bor-Tonerde-Glas in Frage. Derartige Gläser werden unter vielen Bezeichnungen vertrieben. Zusammenfassend kommen alle Gläser in Frage, welche eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse, wie Temperaturschwankungen und Chemikalien, aufweisen.If for the base substrate 12 a glass is used, in particular a boron-alumina glass comes into question. Such glasses are sold under many names. In summary, all glasses come into question, which have sufficient resistance to external influences, such as temperature fluctuations and chemicals.

Jede Halbleiterstruktur 16 kann auch als Halbleiter-Chip bezeichnet werden. Ein derartiger einzelner Halbleiter-Chip hat beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Seitenlänge von 1500 μm. Somit hat ein einzelner Halbleiter-Chip 16 eine Fläche von 1500 μm × 1500 μm. Ein einzelner Halbleiter-Chip hat dabei eine Aufnahmeleistung von 2,25 W. Bei einer Anordnung von sechs Halbleiter-Chips 16 in der gezeigten 2×3-Matrix ergeben sich somit insgesamt 13,5 W Aufnahmeleistung.Each semiconductor structure 16 can also be referred to as a semiconductor chip. Such a single semiconductor chip has a side length of 1500 microns in the embodiment described here. Thus, a single semiconductor chip has 16 an area of 1500 μm × 1500 μm. A single semiconductor chip has a recording power of 2.25 W. In an arrangement of six semiconductor chips 16 in the 2 × 3 matrix shown, this results in a total of 13.5 W recording power.

Wird ein einzelner Halbleiter-Chip 16 mit einer Fläche von 1800 μm × 1800 μm aufgebaut, so ergibt sich hieraus eine Aufnahmeleistung von 3,24 W. Daraus resultiert bei 2×3 Halbleiter-Chips 16 eine Gesamtaufnahmeleistung von 19,44 W. Bei letzterem Aufbau wird eine Lichtleistung von etwa 1555 Lumen erreicht.Will be a single semiconductor chip 16 constructed with an area of 1800 microns × 1800 microns, this results in a recording power of 3.24 W. This results in 2 × 3 semiconductor chips 16 a total input power of 19.44 W. In the latter construction, a light output of about 1555 lumens is achieved.

Claims (12)

Leuchtelement mit wenigstens einer Halbleiterstruktur (16), welche bei Spannungsbeaufschlagung elektromagnetische Spannung emittiert, und einem die Halbleiterstruktur (16) tragenden Trägersubstrat (14), dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (14) seinerseits von einem Basissubstrat (12) getragen ist.Luminous element with at least one semiconductor structure ( 16 ), which emits electromagnetic voltage when exposed to voltage, and the semiconductor structure ( 16 ) supporting carrier substrate ( 14 ), characterized in that the carrier substrate ( 14 ) in turn from a base substrate ( 12 ) is worn. Leuchtelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basissubstrat (12) ein Glasmaterial, insbesondere ein Bor-Tonerde-Glas, umfaßt.Luminous element according to claim 1, characterized in that the base substrate ( 12 ) comprises a glass material, in particular a boron-alumina glass. Leuchtelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Glasmaterials etwa einer der folgenden entspricht: a) 81% SiO2, 13% B2O3, 4% Alkali, 2% Al2O3; oder b) 57% Si02, 1% Na2O, 12% MgO, 26% Al2O3, 4% B2O3.Luminous element according to claim 2, characterized in that the composition of the glass material corresponds approximately to one of the following: a) 81% SiO 2 , 13% B 2 O 3 , 4% alkali, 2% Al 2 O 3 ; or b) 57% Si0 2 , 1% Na 2 O, 12% MgO, 26% Al 2 O 3 , 4% B 2 O 3 . Leuchtelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basissubstrat (12) ein Keramikmaterial umfaßt.Luminous element according to claim 1, characterized in that the base substrate ( 12 ) comprises a ceramic material. Leuchtelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Basissubstrat (12) ein Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium, umfaßt.Luminous element according to claim 1, characterized in that the base substrate ( 12 ) comprises a metal, in particular copper or aluminum. Leuchtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (14) und das Basissubstrat (12) zumindest teilweise für die von der Halbleiterstruktur (16) emittierte Strahlung transparent sind und die dem Trägersubstrat (14) gegenüberliegende Seite des Basissubstrats (12) mit einer diese Strahlung in Richtung auf das Trägersubstrat (14) reflektierenden Schicht (36) versehen ist.Luminous element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the carrier substrate ( 14 ) and the base substrate ( 12 ) at least partially for those of the semiconductor structure ( 16 ) are transparent and the carrier substrate ( 14 ) opposite side of the base substrate ( 12 ) with this radiation in the direction of the carrier substrate ( 14 ) reflective layer ( 36 ) is provided. Leuchtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Basissubstrat (12) eine Dicke von 0,5 mm bis 2,0 mm, bevorzugt von 0,75 mm bis 1,5 mm und nochmals bevorzugt von etwa 1,0 mm hat.Luminous element according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the base substrate ( 12 ) has a thickness of 0.5 mm to 2.0 mm, preferably 0.75 mm to 1.5 mm, and more preferably about 1.0 mm. Leuchtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (14) ein Glasmaterial oder ein Kristallmaterial umfaßt.Luminous element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the carrier substrate ( 14 ) comprises a glass material or a crystal material. Leuchtelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat ein Al2O3-Material umfaßt.Luminous element according to claim 8, characterized in that the carrier substrate comprises an Al 2 O 3 material. Leuchtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (14) eine Dicke von 5 μm bis 400 μm, bevorzugt von 5 μm bis 200 μm, nochmals bevorzugt von 10 μm bis 100 μm und nochmals bevorzugt von 50 μm bis 75 μm hat.Luminous element according to one of claims 1 to 9, characterized in that the carrier substrate ( 14 ) has a thickness of 5 .mu.m to 400 .mu.m, preferably from 5 .mu.m to 200 .mu.m, more preferably from 10 .mu.m to 100 .mu.m, and more preferably from 50 .mu.m to 75 .mu.m. Leuchtelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Halbleiterstruktur (16) eine erste Halbleiterschicht (18), eine zweite Halbleiterschicht (22) und eine dazwischen angeordnete MQW-Schicht (20) umfaßt.Luminous element according to one of Claims 1 to 10, characterized in that at least one semiconductor structure ( 16 ) a first semiconductor layer ( 18 ), a second semiconductor layer ( 22 ) and an intermediate MQW layer ( 20 ). Leuchtelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (18) ein III-V-Material umfaßt.Luminous element according to claim 11, characterized in that the first semiconductor layer ( 18 ) comprises a III-V material.
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