DE19963550A1 - Bipolare Beleuchtungsquelle aus einem einseitig kontaktierten, selbstbündelnden Halbleiterkörper - Google Patents

Abstract

Eine bipolare Beleuchtungsquelle mit selbstbündelnder Struktur ist für den Pseudo-Lateralbetrieb und eine einseitige Kontaktierung eingerichtet. DOLLAR A Auf einer optischen Platte 23 wird zwischen eine Al¶x¶Ga¶1-x¶As-DH-Schichtfolge und die Platte 23 eine Verteilerschicht 28 gelegt, die auch in die optischen Funktionselemente von zwei oder mehreren konusartigen Pfeilern 24, 34 unter der Platte 23 einbezogen ist. Die Pfeiler 24, 34 enden in einer kathodisch und einer oder mehreren anodisch gepolten Elektroden 32 und 36 auf einer Montagefläche 33. Die Pfeilerhöhe 31 von 25-35 mum und die Anordnung einer lumineszenzaktiven Schicht 26 unterhalb der Unterkante der optischen Platte 23 gewährleisten eine vollständige Umlenkung der lateral abgestrahlten Teile der isotropen Emission und unterdrückt die verlustbringende seitliche Ableitung. DOLLAR A Es werden sowohl der äußere optische Wirkungsgrad wie die Materialeffektivität verbessert und eine Anwendung in Schutz-, Sicherheits- und Alarmeinrichtungen ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine bipolare Beleuchtungsquelle aus einem einseitig kontaktierten, selbstbündelnden Halbleiterkörper, dessen für die Lumineszenzwellen transparentes Substrat mit einer Doppel-Hetero-Struktur aus Schichten ternärer und binärer III-V-Verbindungen, vorzugsweise AlGaAs-GaAs, verbunden und für einen pseudo-vertikalen Betrieb eingerichtet ist.

Die Beleuchtungsquelle soll in Service-, Schutz-, Sicherheits- und Alarmeinrichtungen wie

• a) Fernbedienungsanwendungen und Lichtschranken, sowie
• b) der stationären oder mobilen, impulsartigen oder kontinuierlichen Beleuchtung eines zu überwachenden Geländes, Raumes oder Fahrzeugs zum Zweck der Zugangs-, Anwesenheits- oder Bewegungskontrolle oder
• c) der Kurzstrecken-Datenübertragung und
• d) der Informationsdarstellung auf einer Anzeige

eingesetzt werden.

Dem Schutz- und Sicherheitsbedürfnis kommen andere Absperr- und Besitzschutzanlagen, wie Mauern, Gitter u. a. Zugangsblockaden nur mit massivem Aufwand entgegen.

Mit Hilfe von Überwachungsanlagen und neuen Beleuchtungsquellen kann diesem Bedürfnis besser entsprochen werden. Einen besonderen Akzent setzen hier Beleuchtungsquellen, die vom Menschen nicht wahrgenommen werden können. Bis dahin wurde vorzugsweise der Einsatz von Bewegungsmeldern gepflegt, die als passive Detektoren auf Wärmequellen wie Vögel, und Haustiere genauso ansprachen, wie auf menschliche Eindringlinge (z. B. US-A 3,476,946). Durch eine Tarnung der Wärmequellen mit Hilfe einer entsprechenden Maskierung waren diese Melder jedoch zu überlisten. Lichtschranken mit einem oder mehreren Paaren aus Lumineszenzdiode und Fototransistor sind schon schwerer zu täuschen (US-A 3,875,403; US-A 4,239,961; US-A 4,514,625), sprechen aber auch bei harmlosen Unterbrechungen an.

Auch Schall- und Ultraschallsignale wurden in zu überwachende Räume übertragen und auf die Änderungen der reflektierten Signalen hin überprüft, z. B. gemäß US-A 4,499,564. Vom Wind bewegte Flora oder auch harmlose Tiere konnten Eindringlinge vortäuschen.

Radar- und mikrowellengestützte Überwachungen von Lufträumen und Gewässern sind seit Jahrzehnten gebräuchlich, aber für die meisten Nutzer viel zu aufwendig.

Mit Hilfe einer stationären oder rotierenden Infrarot- Laserdiode ließen sich von bewegten Objekten reflektierte Strahlen auf geeigneten Empfängern schon etwas kostengünstiger feststellen (US-A 4,903,009, US-A 4,952,911 oder DE-A 41 30 619). Unabhängig von dem Aufwand bei der Bildauswertung mit IR-Fotoempfängern, behindern die relativ teuren IR-Laser die Ausweitung der Anwendung in weitere Einsatzgebiete.

Beleuchtungsquellen, deren Leistungsvermögen an Laser heranreicht, bei denen aber Herstellungs- und Einsatzkosten deutlich hinter diesen zurückbleiben, sind ebenfalls bekannt. Die Erfindung zielt für derartige Beleuchtungsquellen auf eine Verbesserung der Ausbeute sowohl bei der betriebssicheren ökologischen Fertigung, als auch eine kostengünstigere Umwandlung elektrischer in optische Energie unabhängig von der Betriebsdauer.

Wie bei gleichrichtenden Dioden wurden zunächst auch bei Lumineszenzdioden auf AlGaAs-Basis die beiden gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Halbleiterplättchens als Trägerebenen je eines Kontaktes genutzt, siehe US-A 3,677,836, DE-A 21 58 681, DE-A 197 41 609. Bei dieser Diodenkonstruktion fließt der elektrische Strom von einer Kontaktfläche vertikal durch den Halbleiter zur gegenüberliegende Kontaktfläche. Schon diese Vertikalstruktur bringt durch die Abdeckung der Lumineszenzregion unter dem Kontaktmetall und die geringe laterale Verbreitung des Ladungsträgerstromes im Halbleiterkörper Verluste bei der chipextern meßbaren Lumineszenz. Diese Verluste sind sowohl bei AlGaAs-Strukturen von Kish-F-A und Fletcher-R-M, Band 48 der Serie "Semiconductors and Semimetals", Vol. 48 (1997) S. 172ff, als auch an quarternären AlGaInP-Dioden von Lin-J-F et al., Electronics Letters 30 (1994) Nr. 21, S. 1794, an den Intensitätsprofilen der Oberflächenemission nachgewiesen worden. Der Strom fließt vom Kontaktmetall steil und ohne großes Breitsprühen in den darunter liegenden Halbleiter. Der Stromfluß ist dadurch in seiner lateralen Ausbreitung sehr beschränkt. Maßgeblich bestimmend dafür ist die relativ geringe Dotierbarkeit der Verbindungshalbleiter und die daraus resultierende Ladungsträgerkonzentration sowie die begrenzte Beweglichkeit der Ladungsträger in manchen Verbindungshalbleitern. Demzufolge ist der Lichthof um den Kontakt herum auch nur begrenzt ausgedehnt.

In der Regel werden bei den verschiedenen Lumineszenzdiodentypen auf AlGaAs-Basis GaAs-Substrate eingesetzt. Sie sind preiswert und eine spezielle Orientierung der Scheibennormale bringt Wachstumsverbesserungen für die Schichten. Von der nahezu isotrop nach allen Richtungen ausgesendeten Lumineszenz verschluckt jedoch dieses GaAs-Substrat auf Grund seiner optischen Eigenschaften (hohe Absorption) die nach unten abgestrahlte Emission und führt zu Verlusten bei der optischen Ausbeute.

Zur Abhilfe kann auf den Bragg-Effekt zurück gegriffen werden. Die von William Henry Bragg und William Lawrence Bragg gefundene Reflexionsbedingung für Röntgenstrahlen an Netzebenen von Einkristallen ist auch auf Strahlung der Wellenlänge λ zu übertragen. Bei einem Abstand a von zwei Netzebenen tritt eine Braggsche Reflexion nur unter den Glanzwinkeln δ (Winkel zwischen Strahl und Grenzfläche ≠ vom optischen Einfallswinkel) bei den Richtungen ein, für die die Wegunterschiede der reflektierten Teilwellen ein ganzzahliges Vielfaches b von λ haben (2a sinδ = b λ). Bragg-Reflektoren wirken nur in einem relativ begrenzten Wellenlängenbereich und sind demzufolge auf jeden anderen λ-Bereich neu zuzuschneiden.

Der mittlere Brechungsindex n kann mit dem Mischungsverhältnis von AlAs und GaAs im ternären Verbindungshalbleiter GaAlAs geändert werden. Mit einem mehrschichtigen GaAs-Ga0.7Al0.3As-Stapel, in dem niedrige und hohe Brechungsindizes wechseln und jedes Schichtpaar ein Viertel der Dicke der avisierten Wellenlänge λ der einfallenden Strahlung beträgt, kann eine Bragg-Reflektor realisiert werden. Kleine Werte von Δn erzwingen viele Schichtpaare. Die Veredelung der Substrate durch Bragg-Reflektoren läßt sich durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) mit weniger Defekten einkristallin und mit deutlich geringerer Streuung als durch Aufdampfung durchführen. Derartige Reflektoren wurden nach US-A 5,406,095, UK-B 23 20 136 oder DE-A 197 41 609 direkt auf dem GaAs-Substrat angebracht.

Die Anlagenkomplexität der MBE und die Grenzen der gleichzeitig bearbeitbaren Scheibenzahl oder Scheibendurchmesser engen den Flächendurchsatz pro Maschine allerdings erheblich ein.

Während die genannten Vertikal-LED-Strukturen lediglich auf die Frontabstrahlung vorbei am Frontkontakt zurückgriffen, kann zur Erhöhung der äußeren Lichtausbeute bei vertikal betriebenen AlGaAs- Lumineszenzdioden auch das Substrat einbezogen werden.

Nach Ishiguro-H et al. in Appl. Phys. Lett., Vol. 43 (1983), No. 11, S. 1034-1036, ist diese Lumineszenz nutzbar, wenn das Substrat für die Wellenlänge der Emission transparent ist. Die Emissionszone muß daher zur Frontseite wie zur Rückseite durchgängig mit Halbleiterschichten mit Fenstereigenschaften umkleidet werden. GaAlAs-Heterostrukturen wurden deshalb auf transparenten GaAlAs-Unterlagen erzeugt, die vorher auf GaAs-Scheiben abgeschieden worden waren. Die GaAs- Scheibe war deshalb nur zeitweise im Einsatz und wurde nach Fertigstellung der Gesamtstruktur wieder entfernt.

Dieser technologische Prozeß ist nach US-A 4,864,369 (Sp. 3 Z. 39-49) viel schwieriger und kostenintensiver, da verschiedene transparente Schichten auf einem später nicht genutzten Substrat erzeugt und dieses temporäre Substrat wieder entfernt werden muß. Darüber hinaus muß diejenige transparente Schicht, die später als Substratersatz dienen soll, erst langwierig in einem kostenintensiven Wachstumsprozeß gebildet werden.

Nach US-A 4,719,497 wird die Fertigung einer "High efficiency light-emitting diode" für die Lichtleiter- Nachrichtentechnik sofort mit einem n-AlGaAs-Substrat gestartet, auf dem dann mit konventioneller Epitaxietechnik die anderen AlGaAs-Schichten der DH- Struktur erzeugt werden. Die Schattenwirkung des p- Kontaktes bei einer Frontauskopplung (p-side up) und die entstehenden relativ hohen Verluste werden nun durch eine Zn-Diffusion unter dem Al-Kontakt vermindert. Die äußere Lichtausbeute wird um den Faktor 2-5 (S. 1, Z. 59-63; S. 2, Z. 59-61) bei unverkappten LED's erhöht.

Nach EP-A 0 350 242 wird für die "p-side up double heterojunction AlGaAs LED" das gleiche Schichtfolgeschema benutzt. Es zeigt sich jedoch, daß man ohne ein gutes Substrat für das Wachstum des Schichtpaketes nicht auskommt und daß das für die "n- side up DH-Struktur" erforderliche Startsubstrat vom p- GaAs-Typ nicht so leicht mit einer geringen Versetzungsdichte zu erhalten ist, wie das entsprechende n-leitende GaAs (S. 3, Z. 61-65). Dementsprechend wird die "p-side up DH-Struktur" genutzt, das GaAs-Substrat an der LED belassen und lediglich durch eine 10-30 µm dicke AlxGa1-xAs-Schicht für eine bessere Zuverlässigkeit der Struktur und vor allem für eine größeres Fenster für den Lichtaustritt auf der Frontkontaktseite gesorgt (S. 4, Z. 59-61). Der Rückkontakt bleibt unverändert.

Dennoch ist dieser technisch-technologische Prozeß schwierig und kostenintensiv. Daß verschiedene transparente Schichten auf einem später nicht genutzten Substrat erzeugt und das Substrat wieder entfernt werden muß, ist sowohl hinsichtlich des Materials wie bezüglich der Anlagen aufwendig. Abstriche an der Qualität der substituierten Substrate sind aber unzulässig. Darüber hinaus muß diejenige transparente Schicht, die später als Träger dienen soll, erst langwierig in einem kostenintensiven Wachstumsprozeß auf hochwertigen Epitaxieanlagen gebildet werden.

Als weitere Konstruktionsmöglichkeiten für Lumineszenzdioden ist die Formung und Anordnung der Kontakte auf der gleichen Oberflächenseite, die unbehinderte Lichtabstrahlung von einer freien Oberfläche und der Übergang vom Vertikal- zum Lateralbetrieb bekannt.

Zur Unterdrückung von Verlusten durch strahlungslose Rekombination an der Oberfläche von einseitig kontaktierten GaAsP-GaP oder GaP-Planar- Diffusionsdioden wurde in DE-A 27 12 412 vorgeschlagen, die Ströme der Minoritätsladungsträger durch Feldplatteneffekt in tiefer liegende Bereiche zu verdrängen. Die Majoritätsträger sollten in die n- leitende lumineszenzfähige Epitaxieschicht über ein hoch dotiertes n-leitendes Anschlußgebiet in eine höher n-leitende Schicht eingeführt werden. Dieser Schichtaufbau und die Realisierung von gleichartigen Diffusionszonen gelingt bei AlGaAs-DH-Strukturen nicht in gleicher Weise.

In UK-A 2,019,643 wird eine Lumineszenzdiode mit einer Schichtfolge aus Ga1-xAlxAs auf einem GaAs-Substrat vorgeschlagen, in der eine erhöhte äußere Quantenausbeute und eine reduzierte innere Absorption verwirklicht werden kann. Zu diesem Zweck wird eine aktive n-Lumineszenzschicht aus Ga0.90Al0.10As: Te (5.1017 cm³) mit einem mit Kompensationsgrad ND/NA von 10 und der Dicke von einer Absorptionslänge z. B. 3 µm von zwei Mantelschichten aus p-Ga0.70Al0.30As: Zn (5.1017 cm³) und n-Ga0.70Al0.30As: (5.1016 cm³) umhüllt. Eine p+-leitende Ringzone, dotiert mit Zn (1019 cm³) umfängt die aktive Lumineszenzschicht außen und schafft Anschluß zur tiefer liegenden p+-leitenden Mantelschicht. Der p+-leitende Ring ist mit einem p- Kontakt aus Au-Be oder Au-Zn und die n-leitende Mantelschicht mit einem n-Kontakt coplanar auf der gleichen Oberfläche versehen. Die Besonderheiten der aktiven Lumineszenzschicht (Dicke relativ zur Absorptionslänge, Kompensationsgrad und Dotierung) sorgen für ein Photonenrecycling der in die Lumineszenzzone durch Mehrfachreflexion zurück gekehrten Photonen. Die Photonen werden wieder in strahlend rekombinierbare Ladungsträgerpaare zurück verwandelt und können dann als neue Photonen den Halbleiter eventuell mit einem günstigeren Winkel zur Austrittsfläche doch verlassen.

In US-A 5,472,886 ist eine LED-Gebildestruktur für die Lichtleiter-Nachrichtentechnik angegeben worden, mit der die Emission im Nahfeldbereich eines präzise ausgerichteten Lichtemitters aus InGaAsP auf InP- Substrat genau gerichtet in eine Faser eingekoppelt werden kann. Die Struktur zielt darauf ab, Schwierigkeiten bei der Massenproduktion, besonders bei der Justierung zu überwinden und Drahtbondtechniken zu vermeiden. Um dieses Ziel zu erreichen, wird wie in Fig. 2 gezeigt, ein LED-Chip 1 aus einer n-leitenden und einer p-leitenden Schicht 3 gebildet. Eine Grube 4 durchtrennt aufwärts von der Oberfläche 5 der Unterseite der p-leitenden Schicht 3 ausgehend diese p- leitende Schicht. Die Grube 4 reicht bis zur n- leitenden Schicht 2 und hat beiderseits des Bodens 4c eine erste Seitenwand 4a und eine zweite Seitenwand 4b. Sie dient als Abstandselement zwischen der dicken p- leitenden Bondinsel 13 zum p-Kontakt 7 und der dicken n-leitenden metallischen Bondinsel 14 zum n-Kontakt 6. Die Bondinseln befinden sich auf dünnen Metallflächen 12a und 12b. Der n-Kontakt 6 besteht aus Au/Sb/Au und zieht sich von der Oberfläche 5 über die erste Seitenwand 4a der Grube 4 bis zum Boden 4c der Grube 4 und kontaktiert am Boden 4c der Grube 4 die n-leitende Schicht 2. Eine Maske 8 aus dielektrischem Material wie Si₃N₄, SiO₂ oder Photolack mit einer Dicke von 200 nm begrenzt den n-Kontakt 6. In Richtung der Projektion des p-Kontaktes 7 hinter dem pn-Übergang hinaus befindet sich zur Verbesserung der Einkopplung der Emission in eine Faser eine Linse 9. Die Linse ist in eine Aushöhlung ähnlich wie bei der Burrus-Struktur eingesetzt. Die Kontaktierung wird nun mit Lothügeln vorgenommen, wobei ein dielektrischer Film die Ausbreitung des Lotes über die metallischen Bondinseln 13 und 14 hinaus unterbindet. Die Größenverhältnisse zwischen dem p-Kontakt 7 und der pn-Übergangsfläche 11 deuten an, daß nur ein kleiner Teil der DH-Struktur in der p-leitenden Zone für die direkte Bedienung der Faser hinter der Linse 9 benötigt wird. Ähnlich wird auch bei der Burrus-Struktur vorgegangen.

Die geometrische Form des Halbleiterkörpers im vereinzelten Plättchen und die Individualisierung der lumineszenzaktiven Zone vor der Zerlegung der Scheiben hängt direkt von der Entscheidung für eine der beiden Hauptvarianten, den Kanten- oder den Flächenstrahler, ab. Während die Kantenabstrahlung überwiegend bei Laserdioden genutzt wird, greift man bei Lumineszenzdioden vorzugsweise auf Flächenstrahler zurück. Laserdioden verdanken ihre Effizienz der Anbringung von Spaltflächen an der Austrittsfläche der Emission. Bei Lumineszenzdioden wird der Chipkörper durch einen Trennprozeß mit Hilfe der Ritz- und Brechtechnik, durch einen Sägeprozeß mit Hilfe von Diamantscheiben bzw. Drähten oder einen Trennätzprozeß im Anschluß an eine selektive Maskierung einer oder beider Hauptoberflächen geformt.

Die Quader- oder Säulenform der Chips ist dank ihrer einfachen Herstellung sehr verbreitet. Sie ist in der Regel einer zweiseitigen (DE-C 21 58 681), im Sonderfall aber auch einer Einebenen-Kontaktierung mit umgekippten Chips (US-A 5,670,797) zugänglich. Die Kantenlänge der Chips konnte solange verkleinert und die Chipzahl pro Scheibe erhöht werden, wie die Kontaktierung der Chips möglich blieb. Die Drahtbondtechnik ließ noch Kantenlängen bis zu 250 µm zu. Mit Verbindungen aus Lot oder Leitkleber konnte nach US-A 5,265,792 die Kantenlänge sogar auf 125 µm reduziert werden.

Es gehört zu einer lange gepflegten Montagepraxis derartige oder ähnliche Lumineszenzdiodenchips in Gehäusereflektoren einzufügen, siehe DE-A 20 62 209, US-A 4,013,915, DD-C 138 852, DD-C 232 377 oder US-A 5,298,768, oder, wie in US-A 5,606,181 beschrieben, daneben anzuordnen.

Die Vielzahl der übrigen Geometrie-Varianten der Lumineszenzdiodenchips konnte der Ökonomie des Materialeinsatzes nicht in gleicher Weise Rechnung tragen.

Die für die Lichtleiter-Nachrichtentechnik entwickelte Burrus-Struktur ist durch ein DH-AlGaAs-Halbleiterchip mit einer zweiseitigen Kontaktierung und einem ausgehöhltem GaAs-Substratteil direkt unter der optisch aktiven Zone gekennzeichnet. Die Oberfläche mit der lumineszenzaktiven Schicht trägt einen 50 µm großen Stromkontakt und ist an diesem und an der benachbarten Oberfläche in Kontakt mit einem Silberstempel. In der Höhlung wird eine hybride Kopplung in eine Faser oder eine angeschliffenen Linse vorgenommen (US-A 4,010,483; EP-A 0 047 591).

Die Ausstattung des Halbleiterchips mit einer Aushöhlung für die Einsetzung von angeschliffenen Linsen war nur eine Ausreifung der Burrusstruktur (US-A 5,472,886).

Nach DE-A 25 42 072 wurde der großflächige direkte Kontakt der BURRUS-Struktur zum Ag-Stempel aufgegeben und das Material bis unter die Ebene des aktiven Flächenbereichs unter Bildung eines Mesas mit abgeschrägten Randflächen entfernt. Die parallel zum Übergang sich ausbreitende Strahlung wird nach der Reflexion im wesentlichen senkrecht zur Übergangsebene abgestrahlt. Für eine maximale Ausgangsstrahlung ist eine um 45° geneigte Kante zu wählen, von der man im Bedarfsfall abweichen kann. Legt man dieser Struktur die von Burrus 1971 veröffentlichten Schichtdicken zugrunde, bleibt unklar, wie die 2,1-3,5 µm dünne n- Ga_0,7Al_0,3As-Mantelschicht, von der gemäß DE-A 25 42 072, Fig. 2, bipolare Beleuchtungsquelle aus einem einseitig kontaktierten, selbstbündelnden Halbleiterkörper auch noch weitere Teile abgeätzt werden, die hohen Sättigungsströme bewältigt und gleichmäßig auf die GaAs-Lumineszenzschicht verteilt werden können. Neben den Schwächen bei den elektronischen Eigenschaften der Schicht, die auch in US-A 4,010,483 angedeutet sind, blieben außerdem die Lichtableitung in dieser Schicht und die daraus resultierenden Verluste außer acht.

Sphärisch polierte Chipkörper mit einer aktiven Zone im Brennpunkt eines halbleitenden Linsenformkörpers nach US-A 4,017,881 oder DE-C 28 25 387 sichern eine gute Auskopplung über die gesamte Oberfläche und begünstigen die Beleuchtung eines sehr großen Raumwinkels. Sie erfordern aber bei ihrer Herausarbeitung einen hohen individuellen Aufwand pro Chip. Derartige oder anders geartete zentralsymmetrische Ausarbeitungen waren selbst bei flächig emittierenden Laserstrukturen nicht gefordert.

Hohlspiegelartige Anordnungen mit der aktiven Zone im Fokus des Hohlspiegels, die durch begrenzendes Ätzen der pn-Übergangsfläche auf der einen Seite und durch manuelles Abtragen des Halbleiterkörpers von der Rückseite und die Formung eines Parabolreflektors hergestellt werden, wurden ebenfalls bereits vorgeschlagen. Mit der Einfügung von Bragg-Reflektoren beiderseits der aktiven Schicht stieg die Komplexität der Erzeugnisstruktur. Darüber hinaus wurde von der Flächenstrahlerversion abgewichen und zum Kantenstrahler zurückgekehrt.

Nach US-A 5,498,883 wird eine Diodenstruktur gefertigt, die eine von zwei Bragg-Reflektoren umhüllte DH- Struktur besitzt und im Fokus einen Dom aufweist. Es entsteht eine Resonanzstruktur, aus der die Kantenstrahlung seitlich abgestrahlt wird. Nachdem die Strahlung den Dom verlassen hat, trifft sie auf die Wände eines Reflektors, der aus dem gleichen Halbleiter gebaut ist, wie die Emitterregion, zusätzlich aber mit einer reflektierenden Schicht überzogen wurde.

So ergibt sich eine hohlspiegelähnliche Gebildestruktur, bei der trotz des Aufwandes nur der Teil der Emissionskeule des Kantenstrahlers erfaßt wird, der nicht seitlich über den Reflektorrand hinaus gerät. Ferner stört bei dieser Konstruktion, daß die Strahlung Mediengrenzen z. B. Halbleiter-Luft passieren muß ehe sie erneut mit dem Halbleiter oder mit einer ihn bedeckenden Oberfläche in Berührung kommt.

Ein Vergleich dieser Laserstruktur mit einem herkömmlichen Kantenstrahler ergibt demzufolge, daß der Kantenstrahler hinsichtlich des Wirkungsgrades und bei der Abhängigkeit der optischen Leistung vom Flußstrom bezüglich des Schwellstroms und der Steilheit nach Jae- Hoon Kim et al. gemäß der Veröffentlichung in Applied Physics Letters 57 (1990), H. 20, S. 2048-2050, deutlich überlegen ist.

Konusförmige Chipkörper mit quer zum Konus liegender Emissionszone und umlenkenden Mantelflächen tragen nach Franklin-A-R et al. und der Veröffentlichung in Journal applied physics 35 (1964), S. 1153-1155 in GaAs zur Ausnutzung der Primärreflexion bei. Nach DE-A 198 07 758 kann zur Ausnutzung auch der Sekundärreflexionen die Seitenfläche in lichtemittierenden Elementen einem invertierten Pyramidenstumpf ähnlich gestaltet und mit einem einheitlichen stumpfen Winkel (β + 90°) mit β zwischen 20 und 50° versehen werden. Hierbei handelt es sich um eine von großen Flächenverlusten begleitete Chipstruktur. Um diese Materialverluste zu mindern müßten die Böschungslängen erheblich verkürzt werden ohne die Erfassung der Primär- und Sekundärstrahlen zu vermindern.

Zur Absenkung der Kosten werden anstelle von chipinternen häufig auch chipexterne Linsen und weitere Abbildungselemente eingesetzt. Dabei entstehen jedoch bereits Verluste beim Austritt aus dem Chip und bei der Abbildung in äußere optische Komponenten. Erhabene, über die allgemeine Chipfläche reichende und als Mesa bezeichnete Lumineszenzzonen wurden sehr früh vorgeschlagen und nach US-A 4,7427,378, nach DE-C 35 32 821 oder nach US-A 5,349,211 zur Erleichterung der justierten Befestigung von abbildenden Perlen für die Verbesserung der Einkopplung in Fasern verwendet.

Eine chipinterne Lenkung der Lumineszenz gelingt mit der Mesa-Struktur nach US-A 4,742,378, wo senkrecht auf ein Chipplättchen eine Säule aufgesetzt ist, in die hinein sich ein mantelförmig kontaktierter pn-Übergang fortsetzt. Die Lumineszenz wird in Richtung der optischen Achse der Säule geleitet und aus einem rohrförmigen pn-Übergang abgestrahlt. Die metallische Mantelelektrode verschattet die Stirnfläche der Säule nicht, so daß die Lumineszenz leicht in Lichtleitfasern übernommen werden kann. Einer einseitigen Kontaktierung und einer einfachen Herstellungstechnologie ist diese Mesastruktur der Laser- oder Lumineszenzdioden jedoch nicht zugänglich.

Mit dem Übergang zur einseitigen Kontaktierung entsteht gegenüber der zweiseitigen das Erfordernis der ausreichenden, niederohmigen Versorgung der aktiven lumineszierenden Schicht mit Ladungsträgern beider Arten und speziell durch eine zusätzlich zu installierende Verteilerschicht. Diese Schicht hat von der gleichen, bereits einmal kontaktierten Oberfläche aus für die elektrische Versorgung mit der zweiten Ladungsträgerart zu sorgen. Unabhängig davon besteht das Problem, die zunächst isotrop emittierte Lumineszenz aus der aktiven Zone richtungsorientiert zu bündeln. Dabei ist die Gefahr der gleichzeitig erfolgenden Ableitung der Photonen aus der aktiven Zone in eine nicht für die Bündelung und Auskopplung geeignete Richtung zu beseitigen. Die Verteilerschicht, die für die Energieversorgung notwendig ist, darf demzufolge andererseits nicht lichtableitend in Erscheinung treten und die Extraktion der gewandelten optischen Energie mindern.

Es ist nicht mehr zulässig, daß der gewünschte Flächenstrahler in seiner Emissionsfläche allein durch die Chip-Kantenlänge definiert wird. Es muß eine Einschränkung auf einen Teil der Chipfläche vorgenommen werden. Die isotrope Emissionsverteilung muß dennoch chipintern und vollständig auf eine einzige Oberfläche hin umgelenkt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dafür eine bipolare Gebildestruktur zu schaffen, die die elektronische Versorgung der aktiven Zone zeitlich und örtlich gleichmäßig und bis zu hohen Strompegeln sichert, die Lumineszenzfläche begrenzt, die Emission voll in eine Richtung lenkt und eine einheitliche, möglichst selbstjustierende Fügetechnologie für alle Kontaktelektroden zuläßt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf der Schaffung einer Chipstruktur, bei der die relevanten Erzeugnisfunktionen wie die Zuführung der elektrischen Energie, ihre Wandlung in optische Energie und die Auskopplung dieser Energie weitgehend von selbst und mit hohem Effekt im Chip ablaufen und kaum noch einer Unterstützung durch zusätzliche, äußere Abbildungselemente bedürfen.

Das den Patentansprüchen zugrunde liegende Gebildeprinzip besteht in der Unterordnung der Trassierung der Verteilerschicht und der Leiterzüge für die Zuleitung der Ladungsträger aus der kathodisch gepolten Elektrode unter die optischen Erfordernisse. Leitgedanke ist dabei die Unterbindung der Ableitung und die gerichtete Umlenkung des sich in der Schichtebene seitlich ausbreitenden Teils der isotropen Lumineszenzverteilung.

Der gewünschte Effekt wird durch eine räumliche Begrenzung der lateralen Ausdehnung des optisch- elektronischen Schichtpaketes auf die Form von Pfeilern und eine ganz spezielle konusförmige Erweiterung des Durchmessers der Pfeiler in Richtung auf eine die Pfeiler verbindende optische Platte herbeigeführt.

Die Höhe der Pfeiler muß der mittleren Diagonale des Pfeilers Rechnung tragen. Größere Diagonalen erfordern größere Pfeilerhöhen. Die optisch nutzbare Pfeilerhöhe kann durch eine Abstufung im Schichtprofil der Verteilerschicht erhöht werden.

Eine andere Variante nutzt einen vorher geschaffenen Vorsprung auf der optischen Platte, über die dann das gesamte Schichtpaket gezogen wird.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist ferner die Aufteilung des lumineszenzaktiven Pfeilers in zwei oder mehrere Pfeiler mit kleinerem Durchmesser. Mit diesem Merkmal sind sowohl Vorteile bei den Herstellungskosten, als auch bei den optoelektronischen Eigenschaften des Enderzeugnisses verbunden.

Die Anordnung einer Abbildungslinse aus Halbleitermaterial mit erhöhter Brennweite, oder von Lichtleitfasern mit adaptiertem Faserdurchmesser auf der optischen Platte in der optischen Sektion des Chips erhöhen den Bündelungseffekt im Fernordnungsbereich.

Die Lumineszenzdiodenchips werden zur einfachen Kontaktierung mit ihrer Montagefläche auf einer Leiterplatte aus Silizium befestigt. Diese Leiterplatte kann sehr zweckmäßig als Montagewanne ausgebildet sein.

Für die selbsttätige Kontrolle der Lumineszenzintensität der Beleuchtungsquelle hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn einer der als Gleichrichter betreibbaren DH-Schichtstrukturen als Photodiode in Sperrichtung betrieben wird und der gemessene Fotostrom zum Bewertungsmaßstab für die Beibehaltung oder Korrektur im Regelkreises des Injektionsstromes gemacht wird.

Schließlich kann eine spezielle rahmenförmige Pfeilerform, die alle übrigen Pfeiler eines Chips zusammenhängend umschließt, zum Aufbau einer automatischen Hermetisierung der optoelektronisch aktiven Bereiche des Chips genutzt werden. Dann kann sogar eine zusätzliche Verkappung des Chip-Chipträger- Systems entfallen. Wird dabei auf eine Anpassung der Dimensionen der lumineszierenden Pfeiler an die Abmessungen von Silberpolstern in Vertiefungen der Chipträgerplatte geachtet, läßt sich der Wärmewiderstand der gesamten Beleuchtungsquelle sehr vorteilhaft senken.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus den nachfolgenden, anhand der Zeichnungen erklärten Ausführungsbeispielen hervor. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Aufteilung des Schichtpaketes einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsquelle mit den zwei relevanten Funktionssektionen in der Durchsicht (a) und der Seitenansicht (b),

Fig. 2 eine Ausführungsform der Burrus-Struktur nach Dautartes (Stand der Technik),

Fig. 3 eine verbesserte Integration der Verteilerschicht in die optische Sektion,

Fig. 4 die Zerlegung der optischen Sektion der Beleuchtungsquelle in mehrere parallel geschaltete, p-leitende Zonen gegen eine gemeinsame Kathode,

Fig. 5 eine erfindungsgemäß gestaltete Beleuchtungsquelle mit (a) unvollständiger und (b) mit vollständiger Auskopplung der Lumineszenz aus der optischen Sektion in die gewünschte Richtung,

Fig. 6 eine Variante mit einer oberflächenoptimierten Beleuchtungsquelle,

Fig. 7 ein Schnittbild einer Beleuchtungsquelle mit chipinterner Umlenkung und Bündelung,

Fig. 8 das Anfügen eines erweiterten transparenten Fensters durch Scheibenbonden, versehen mit Schlitzen zum Abbau der Dilatations- und Kontraktionsspannungen an der Grenzfläche zwischen den Teilen,

Fig. 9 eine Montagestruktur der Beleuchtungsquelle,

Fig. 10 einen Vergleich der Strahlungsleistung- Flußstrom-Charakteristik verschiedener (?) eines Chips mit einem emittierenden Pfeiler a) ohne und b) mit Selbstbündelungseffekt,

Fig. 11 ein Ersatzschaltbild einer selbstkontrollierten Beleuchtungsquelle und

Fig. 12 eine Gebildestruktur einer Beleuchtungsquelle mit automatischer Hermetisierung der optoelektronisch aktiven Zone.

1. Ausführungsbeispiel

Dem verbesserten Auskopplungstuning kann mit dem Gebildekonzept eines selbstbündelnden isotropen Strahlers am besten Rechnung getragen werden. In Fig. 1(a) ist die Durchsicht auf die chipeigenen Kontakte einer derartige bipolaren Beleuchtungsquelle 20 wiedergegeben. Eine optische Sektion 22 hängt über eine mechanische Brücke 21 mit den übrigen Chipelementen zusammen. Die optische Sektion 22 besteht aus einem lumineszenzaktiven Pfeiler 24 mit einem sich konusartig erweiternden Querschnitt 25. Der Pfeiler 24 besteht aus einer lumineszenzaktiven Schicht 26, die auf beiden Seiten von einem Heteroübergang eingehüllt wird und einen Doppelheteroübergang (DH)-Schichtaufbau 27 entstehen läßt. In direkter Nachbarschaft zum DH- Schichtaufbau 27 befindet sich eine Verteilerschicht 28 für die erste Art von elektrischen Ladungsträgern. Die Verteilerschicht 28 bedeckt die gesamte Oberfläche der mechanischen Brücke 21. Von besonderer Bedeutung für die optische Sektion 22 der Beleuchtungsquelle 20 ist, daß der Teil der mechanischen Brücke 21 über dem Pfeiler 24 als optische Platte 23 ausgebildet ist. Dadurch kann die Lumineszenz aus der lumineszenzaktiven Schicht 26 den Chip als Abstrahlung 29 verlassen. Funktionswichtig für die optische Sektion 22 ist, daß neben der Querschnittvariation des Pfeilers 24 die eng benachbarte Verteilerschicht 28 an der Übergangsstelle zwischen dem Pfeiler 24 und der optischen Platte 23 mit einer Abstufung 30 des Oberflächenprofils versehen wird. Diese Abstufung 30 ist durch Entfernung von Material aus der Verteilerschicht 28 in dem gesamten Gebiet rund um den lumineszenzaktiven Pfeiler 24 ausgebildet. Durch diese Abstufung der Verteilerschicht 28 wird die Höhe 31 des Pfeilers 24 zwischen einer Kontaktelektrode 32 und dem Beginn der optischen Platte 23 örtlich begrenzt und nur in der optischen Sektion 22 erhöht. Die Folge dieser Maßnahme ist eine Vergrößerung des Abstandes der oberen Kante der lumineszenzaktiven Schicht 26 von der Ebene der durchgängig erhaltenen Verteilerschicht 28. Der Pfeiler 24 endet mit der später anodisch gepolten Kontaktelektrode 32 auf einer ebenen Montagefläche 33.

In der gleichen Ebene endet auch eine später kathodisch gepolte Kontaktelektrode 36 auf dem nicht lumineszenzfähigen Pfeiler 34. Zur Kontaktsektion 35 der Beleuchtungsquelle 20 gehören beide Elektroden 32 und 36, insbesondere auch eine Metallbelegung 37, die sich als Leiterzug von der Kontaktelektrode 36 über einen Teil der Mantelfläche des Pfeilers 34 bis unter das Dach der mechanischen Brücke 21 und hinein in die Abstufung 30 der Verteilerschicht 28 erstreckt.

Bei der Herstellung der bipolaren Beleuchtungsquelle 20 wird auf einer (100)-orientierten, n-leitenden, mechanischen Al_xGa_1-xAs-Brücke 21 mit einem x-Wert von 0,27±0,12 und einer Dotierung von <3 10¹⁷ cm^-3 eine n- leitende Verteilerschicht 28 mit einer deutlich höheren Dotierung von 1±0,3 10¹⁸ cm^-3, einer Schichtkomposition von Al_xGa_1-xAs mit einem x-Wert von 0,2±0,08 und einer Schichtdicke von 30 µm abgeschieden. Daran schließt sich der Al_xGa_1-xAs-Schichtaufbau 27 mit einer lumineszenzaktiven GaAs-Schicht 26, die von einer n- und einer p-leitenden ternären Schicht mit einem x-Wert oberhalb 0,11 umhüllt wird. Der DH- Schichtaufbau 27 besitzt eine Gesamtdicke von 30 µm.

Die Definition der lateralen Größe der lumineszenzaktiven Schicht 26 und ihre Verknüpfung mit einer simultanen Integration in Umlenkelemente in einem pyramidenstumpfartigen Pfeiler 24 unter der optischen Platte 22 erfolgt durch gezieltes Ätzen. Um einen konusförmigen Pfeiler 24 zu erhalten, kann von der Zunahme der Ätzgeschwindigkeit mit abnehmendem Al- Gehalt in Al_xGa_1-xAs Gebrauch gemacht werden. Demzufolge wird in dem DH-Schichtaufbau 27 in jeder Schicht ein x- Wertgradient aufgebaut. Nahe der Montagefläche 33, wo der größte laterale Ätzabtrag gewünscht wird, ist ein kleiner x-Wert einzuhalten. In Richtung auf die optische Platte 23 steigt der x-Wert linear mit dem Abstand von der Montagefläche 33 an. Der Spielraum für die Ausnutzung dieses Effektes für kristallografisches Ätzen ist jedoch im Wesentlichen auf den x-Wertebereich zwischen 0,01 und 0,12 beschränkt. Aus diesem Grund wird bei der Verwendung größerer x-Werte für die Schichten ergänzend eine zusätzliche Unterstützung der Schrägätzung eingeführt. Die optische Platte 23 wird auf der Oberflächenseite der DH-Schichtfolge mit Fotopositivlack beschichtet und zu einer ersten Ätzmaske ausgebildet. Die erste Maske ermöglicht einen Ätzabtrag nur eines schmalen Streifens rund um die Kontaktelektroden 32 und 36. Nach dem Entfernen der ersten Maske wird eine zweite Ätzmaske aufgebracht und mit deren Hilfe sowohl die geätzten, wie Teile der bisher ungeätzten Bereiche einem erneuten Ätzangriff unterworfen. Dieser schrittweise Ätzprozeß wird mit ständig kleiner werdendem Maskierbereich rund um die Elektroden 32, 36 noch ein- oder zweimal wiederholt. Die so entstandene Stufenpyramide wird durch glättendes einebnendes Ätzen in die gewünschte Pfeilerform mit zur optischen Platte 23 hin erweitertem Querschnitt 25 gebracht. Die Abstufung 30 des Oberflächenprofils der Verteilerschicht 28 in der Nachbarschaft des Pfeilers 24 wird vorzugsweise nach der Glättung des Pfeilermantels ausgeführt. Die Restdicke der Verteilerschicht 28 beträgt dann mindestens noch 13 µm. Die Pfeiler 24 über der Montagefläche 33 besitzt am Ende des Ätzprozesses eine Höhe 31 von 35 µm. Erst jetzt erfolgt die Auftragung der Metallbelegung 37 durch Aufdampfung einer Au-Ge-Legierung. Die Vereinzelung der vollständigen, fertigen Scheibe in einzelne Plättchen für die Beleuchtungsquellen 20 kann durch geeignetes Sägen mit Drähten oder Diamantscheiben bzw. durch Einritzen und Brechen von der freien Oberflächenseite der optischen Platte 23 erfolgen. Dabei sind im Bedarfsfall die beiden Oberflächenflächen durch Abdeckfolien zu schützen.

2. Ausführungsbeispiel

Eine zweite Möglichkeit zur Gestaltung der Pfeilerstruktur ist aus Fig. 3 ersichtlich. Auf der optischen Platte 23 aus Al_xGa_1-xAs wird auf einer Oberflächenseite eine kolonnenförmige Anordnung trapezartiger Vorsprünge 41 angebracht. Sie werden durch naßchemische Ätzung nach photolithographischer Maskierung gebildet und springen 30 µm von der Fläche ab. Ihr Flächenmaß beträgt etwa 220 × 170 µm² und der Abstand voneinander liegt bei 75 µm. Über diese Anordnung werden nun zunächst eine 25 µm dicke Verteilerschicht 42 und dann alle anderen Al_xGa_1-xAs- Schichten der DH-Struktur gezogen. Die Schichtregion über dem Vorsprung wird mit einer Ätzmaske abgedeckt und anschließend die Schichtbestandteile der DH- Struktur um die Pfeiler herum durch Ätzung bis zur Verteilerschicht 42 wieder entfernt. Eine aufgedampfte Kontaktschicht bildet einen Kathodenkontakt 43, die Metallbelegung für eine Leitbahntrasse 44 und schafft den Anschluß der Kontaktes auf dem kathodisch gepolten Pfeiler zu einem Kragen 45 an der Verteilerschicht 42 nahe dem lumineszenzaktiven Pfeiler. Die optische Sektion 22 dieses Gebildes ist nun durch die Einbindung der ungeschmälerten Verteilerschicht 42 in die Pfeilerstruktur bezüglich der Stromversorgung und der wirkungsvollen Umlenkung der Lumineszenz deutlich verbessert. Die Höhe 31 zwischen der Unterkante der Verteilerschicht 42 und der Montagefläche des Pfeilers beträgt hier 50 µm. Ein Anodenkontakt 46 befindet sich am Fuß des Pfeilers.

3. Ausführungsbeispiel

Eine neue Entwicklungsform kann geschaffen werden, wenn die Definition der Größe der lumineszenzaktiven Zone gleichzeitig mit der Integration von Umlenkeinheiten für die Lumineszenz aus dieser Zone verknüpft wird. Die Vielstufigkeit des Ätzprozesses zur Formung des konusartigen Pfeilerquerschnitts, insbesondere für große Pfeilerhöhen L, ist unerwünscht aufwendig. Im Einzelnen folgt die Pfeilerhöhe L bei festem kritischem Reflexionswinkel θ_krit(n) dem Durchmesser D bzw. der größten Diagonale des Pfeilers gemäß Gleichung (1).

L = F (θ_krit(n), D) = D (tg θ_krit/(1 + 2tgθ_krit) (1)

Eine Reduzierung der Pfeilerhöhe L gelingt nur, wenn der Durchmesser D der lumineszenzaktiven Schicht verkleinert wird. Bei den Lumineszenzdioden 50 in Fig. 4(a) hängt die emittierte optische Leistung von der Größe der Emissionsfläche ab. Abstriche an der Fläche sind deshalb kaum zulässig. Die Emissionsfläche kann jedoch gemäß Fig. 4(b) erfindungsgemäß in drei Teildioden 51 mit gleich großen Teilflächen zerlegt werden. Fig. 4(c) zeigt ein dazugehöriges Chiplayout 52 mit drei anodisch gepolten Kontakten 53, 54, 55 neben einem zuständigen kathodisch gepolten Kontakt 56. Die Anodenkontakte 53, 54, 55 liegen nebeneinander und sind durch die pyramidenstumpfförmige Mantelflächen an den Pfeilerwänden gekennzeichnet. Durch die Dreiteilung der Fläche reduziert sich die erforderliche Pfeilerhöhe L auf weniger als 60% seiner ursprünglichen Höhe. Wird die Fläche in vier gleiche Teilflächen aufgeteilt, ist nur noch die Hälfte der sonst erforderlichen Höhe nötig. Fig. 4(d) zeigt ein Layout 57 der Anordnung der Chipelemente im Scheibenverband und die gespiegelte Disposition der Elemente der benachbarten Zeilen. Diese Disposition ist für die abschließende Vereinzelung der Chips vorteilhaft, da die Trennfuge zwischen den kathodisch gepolten Kontakten zweier benachbarter Chips keinen Anforderungen nach konusartiger Ausweitung unterliegt und demzufolge platzsparend ausgeführt werden kann. Zur Erleichterung des Trennens sind die Chipzeilen parallel zu einer kristallographisch orientierten Fase 58 angeordnet.

Eine Abweichung von der In-Linie-Anordnung der drei anodisch gepolten Pfeiler ist im Chiplayout 59 nach Fig. 4(e) gezeigt. So kann auch die Rückkehr zu quadratischen Chipkonturen ermöglicht werden. Außer den eckigen sind auch runde oder sichelförmige Pfeilerkonturen herstellbar.

In der Fig. 5 ist die Wirkungsweise der erfindungsgemäß gestalteten Beleuchtungsquelle unter Berücksichtigung der Auskopplung der Lumineszenz aus der optischen Sektion in eine gewünschte Richtung wiedergegeben. Die perspektivische Ansicht einer unvollständigen Chipstruktur 61 in Fig. 5(a) zeigt einen kathodisch gepolten Pfeiler 62 und zwei anodisch gepolte Pfeiler 63, 64. Eine lumineszenzaktive Schicht 65 liegt in sehr großer Nähe der Unterkante der optischen Platte. Demzufolge läuft ein vom Aufpunkt 67 ausgehender Strahl 69 voll gegen die konusartige Wand des Pfeilers 64 und wird von dort zur optischen Platte hin umgelenkt. Gleiches gilt noch für den Grenzfall eines Strahls 68. In einem Halbkegel 70 ist die umgelenkte Lumineszenz repräsentiert. Die nicht umgelenkte Lumineszenz ist z. T. durch einen Halbkegel 71 vertreten, in dem sich Strahlen 72a-d oder durch Lichtleiteffekt in der Verteilerschicht 66 fortgeleitete Strahlen 73 befinden. Die Strahlung in dem Halbkegel 71 ist für die Nutzung als Beleuchtungsquelle verloren und schmälert den externen optischen Wirkungsgrad.

Vorteilhafter ist demgegenüber eine wie in Fig. 5(b) gezeigte Chipstruktur 81, in der die konusartige Pfeilerstruktur tiefer in die optische Platte hinein reicht. Dadurch ist gewährleistet, daß eine lumineszenzaktive Schicht 85 in anodisch gepolten Pfeilern 83 und 84 eine mittlere Ebene einnimmt und Teile einer Verteilerschicht 86 zu einem Wandelement der anodisch gepolten Pfeiler 83, 84 geworden sind. Ein vom Aufpunkt 87 ausgehende Strahlungskegel 90 mit den Randstrahlen 88 und 89 wird jetzt voll von der Konuswand der Pfeiler 83, 84 erfaßt und in die gewünschte Richtung gelenkt.

4. Ausführungsbeispiel

Im vierten Ausführungsbeispiel ist die Optimierung der Halbleiteraußenflächen der Beleuchtungsquelle beschrieben, siehe Fig. 6. In der optischen Sektion 22 ist die optische Platte 23 auf den trapezförmigen Vorsprüngen 41 mit mindestens einem anodisch gepolten Pfeiler 98 besetzt. Eine gleichmäßig dicke, n-leitende Verteilerschicht 92 wird von einem Kathodenkontakt 93 eines Pfeilers 91 über eine Leitbahntrasse 94 mit Ladungsträgern versorgt. Eine lumineszenzaktive Schicht 95 emittiert im Betrieb bei 810 nm. Eine über der lumineszenzaktiven Schicht 95 im Pfeiler 98 liegende Mantelschicht 96 wird durch einen p-leitenden Bragg- Reflektor 97 von einem Anodenkontakt 99 getrennt. Um ein Durchlegieren des Bragg-Reflektors 97 durch das Au- Ge-Kontaktmetall des Anodenkontaktes 99 zu vermeiden, wird der Bragg-Reflektor 97 mit einer hochdotierten GaAs-Schicht vor Aufdampfung der Metallegierung überzogen. Derartige Reflektoren werden nach von der Ziel-J-P und Ilegems-M, wie 1975 in der Zeitschrift Applied Optics Vol. 14, Heft 11, S. 2627-2630, veröffentlicht, aus einem Stapel von Schichtpaaren aus GaAs-AlxGa1-xAs gebildet, wobei der x-Wert zwischen zwei festen Werten 0 und 0,38 hin und her springt. Die Anzahl der Schichtpaare und Schichtdicke der einzelnen Schichten wird der Wellenlänge der Reflexionsbande und dem angestrebten Reflexionsgrad angepaßt. Im Photonen- Energiebereich von 1,53±0,019 eV beträgt die Brechungsindexdifferenz Δn 0,25 zwischen den beiden Schichtpartnern. Die Dicke der binären Schicht d1 liegt bei 55 nm und die der ternären Schicht d2 bei 60 nm. Mit einem Schichtstapel von 25 Schichtpaaren wird ein Reflexionsgrad von über 85% bei der gewählten Lumineszenzbande erreicht.

Diese Bragg-Reflektoren 97 lassen sich durch Molekularstrahlepitaxie (MBE), durch Atomschichtepitaxie (ALE), durch Epitaxie mit phasenweisem Wechsel der Abscheidung und Unterbrechung (Phase-locked Epitaxy), aber auch durch chemische Dampfabscheidung mit Hilfe metallorganischer Verbindungen (MOCVD) herstellen.

Zur Erleichterung der Auskopplung der durch die Formgebung der Pfeiler 91, 98 und die Bragg-Reflektoren 97 umgelenkten Lumineszenz wird die Austrittsseite der optischen Platte 23 mit einer Antireflexionsschicht 100 überzogen. Die Antireflexionsschicht 100 besteht aus Aluminiumoxid. Wahlweise kann auch Siliziumoxid verwendet werden.

5. Ausführungsbeispiel

In Fig. 7 soll eine Beleuchtungsquelle mit verbesserter Reichweite dargestellt werden. Um ein Fernfeldchip 101 gemäß Fig. 7 zu schaffen, wird eine optische Platte 102 hinsichtlich ihrer Plattenstärke erhöht. Die Montageebene kathodischer und anodischer Kontakte 103, 104, 105 bleibt erhalten. Auch eine lumineszenzaktive Schicht 106 behält ihre Position in den anodisch gepolten Pfeilern. Infolge der vorgesehenen und ausgeführten Dickenzunahme der optischen Platte 102 erhöht sich die Distanz 111 zwischen der lumineszenzaktiven Schicht 106 und der Austrittsfläche der Strahlung aus dem Chipkörper. Zur Erhöhung der Bündelung der Strahlung wird mit der Vergrößerung der Distanz 111 auch der Krümmungsradius der Linsenform auf der Austrittsseite vergrößert. Auf diese Weise kann die Winkelverteilung der Lumineszenz schrittweise von einer breiten Keule 108 zu einer schmaleren Keule 109 bis zu einer spitzen Keule 110 fokussiert werden.

Stützt man sich bei der Vergrößerung der Dicke der optischen Platte 102 allein auf epitaxiale Beschichtungsprozesse, wächst der Aufwand für die Herstellung der Ausgangsmaterialien für die Fernfeldchips 101 zu schnell. Es wird deshalb nach Fig. 8(a) und (b) vorgeschlagen, eine erfindungsgemäß gestaltete optische Platte 121 mit einem Pfeilerrelief 122 auf einer freien erweiterbaren Ausbauebene 123 mit einer optischen Ergänzung zu versehen. Werden dabei Halbleiter-Ergänzungsscheiben 124 mit deutlich abweichenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten eingesetzt, dann ist eine Fügeebene 125 auf der Ergänzungsscheibe 124 außerhalb der optischen Sektion mit sacklochförmigen Aussparungen 126 zu versehen. Beim Fügeprozeß des bekannten Scheibenbondens werden so die Verspannungen und Wölbungen der Scheiben reduziert und der technologische Fertigungsprozeß nicht behindert. Auf der Ergänzungsscheibe 124 befinden sich bereits gewölbte Vorsprünge, die als Konzentratoren 127 zur Bündelung beitragen.

Nach der Fig. 8(b) kann die Ergänzungsscheibe 124 auch mit bündelnden Lichtleitfasern 128 bestückt sein.

In Fig. 9 ist eine Gehäusestruktur für die Endmontage der Beleuchtungsquelle dargestellt. Hierbei wird z. B. das in Fig. 6 dargestellte Chip mit der optischen Platte 23 nach oben und den Kathoden- und Anodenkontakten 93 und 99 nach unten in ein vorgefertigtes Siliziumgehäuse 133 eingelegt. In einer Montagewanne 134 des Siliziumgehäuses 133 stellt eine Lötverbindung 131 eine Zuleitung zum Kathodenkontakt 93 und eine Lötverbindung 132 einen Anschluß zu den Anodenkontakten 99 her. Die Lötverbindungen 131 und 132 benetzen auf der anderen Seite Leiterzüge 136 und 137. Über individuelle Durchkontaktierungen 138 bekommen die Leiterzüge 136 und 137 eine Verknüpfung mit Außenanschlüssen 139 und 140 an der Unterseite des Siliziumgehäuses 133. Die optische Platte 23 wird auf der ebenen Oberfläche mit der Antireflexionsschicht 100 mit einer für Lumineszenzlicht durchlässigen Dichtungsplatte 141 formschlüssig abgedeckt. Die Dichtungsplatte 141 ist mit der Innenwand 135 der Montagewanne 134 hermetisch verbunden. Über den anodisch gepolten Pfeilern befindet sich in der Dichtungsplatte 141 eine abbildende Wölbung 142.

Die Kenndaten einer erfindungsgemäßen Beleuchtungs­ quelle mit einem einzelnen lumineszenzaktiven Pfeiler und einer lumineszensaktiven Schicht aus Al_xGa_1-xAs mit einem x-Wert von 0,29±0,02 und einer Emissionswellenlänge von 880 nm wurde in Abhängigkeit von extern aufgeprägten Versorgungsbedingungen untersucht. Der Durchlaßgleichstrom I_F wächst nach der Überschreitung der Diffusionsspannung von ca. 1,2 V gemäß Fig. 10a kräftig an. Trotz des gegenüber Silizium oder anderen Verbindungshalbleitern relativ breitbandigen Einsatzmaterials und der lateralen Anordnung der Kontakte entsteht eine überraschend steile I_F-U_F-Kennlinie. Der niedrige, aus dem Anstieg ablesbare Widerstand von unter 2 Ohm ist der funktionell angepaßten, hochleitfähigen Verteilerschicht der Ladungsträger erster Art zu verdanken.

Die bei Raumtemperatur aufgenommene Beziehung der Strahlungsleistung P_opt(I_F) vom Flußstrom wurde für zwei verschieden weit fortgeschrittenen Ausformungsstufen des lumineszenzaktiven Pfeilers ermittelt und in Fig. 10b dargestellt. Bei annähernd gleichem Durchmesser des anodisch gepolten Pfeilers von D ≈ 250 µm wurde die Pfeilerhöhe L variiert. Einmal wurde L nur bis zum Beginn der Verteilerschicht ausgedehnt. Im zweiten Fall wurde die Pfeilerhöhe L noch um 250 µm vergrößert, indem die Verteilerschicht mit der oben beschriebenen Abstufung versehen wurde. Bei einem festen Durchlaßstrom von I_F = 250 mA erreicht die über dem einseitig kontaktierten Chip gemessene ausgekoppelte Strahlungsleistung des Chips mit der abgestuften Verteilerschicht im Mittel einen Wert von 50 mW innerhalb der Kurve 151. Endet der lumineszenzaktive Pfeiler bereits am Beginn der Verteilerschicht, dann kommt die gemessene Strahlungsleistung innerhalb der Kurve 150 bei gleichem Flußstrom nur auf 40 mW.

Die für diese Messung benutzten Chips lassen sich noch vorteilhaft für eine später im Ausführungsbeispiel 7 erläuterte Endmontage verwenden und ermöglichen so erhöhte thermische Belastungen.

6. Ausführungsbeispiel

In diesem Ausführungsbeispiel wird die Möglichkeit der selbsttätigen Kontrolle des Betriebes der Beleuchtungsquelle beschrieben. Zu diesem Zweck wird die Chipstruktur 160 und die elektrische Beschaltung mit definierten Betriebspotentialen erweitert. Fig. 11 zeigt, daß von drei Dioden 163, 165 und 167 die erste Diode 163 durch einen Überbrückungswiderstand 162 kurzgeschlossen und auf Massepotential 161 gelegt ist. Das Massepotential 161 gelangt dadurch an eine Verteilerschicht 164 und an alle übrigen Dioden 165 und 167. Die DH-Struktur der Diode 165 erhält über die individuelle Kontaktebene eines Kontaktes 166 eine impulsförmige oder anhaltend gleich große Versorgungsspannung in Durchlaßrichtung. Der dabei fließende Injektionsstrom ruft, wie beschrieben, die Lumineszenz in der lumineszenzaktiven Schicht der Diode 165 hervor. Die Lumineszenz wird durch die Umlenkung an der Mantelfläche und der Kontaktfläche des Pfeilers im wesentlichen in Richtung auf die Austrittsfläche geführt. Ein Teile der Lumineszenz trifft jedoch unter einem ungünstigen Winkel auf die Austrittsfläche und verbleibt infolge der Totalreflexion im Halbleiterkörper. Diese Lumineszenz erreicht auch die in der Nachbarschaft befindliche Diode 167. Wird diese Diode nicht wie die Diode 165 in Flußrichtung betrieben, sondern erhält über einen Kontakt 168 eine negative Vorspannung, bleibt die lumineszenzaktive Schicht hinsichtlich der Emission passiv. Die von der benachbarten Diode 165 stammenden Photonen werden in der DH-Struktur der Diode 167 nach ein- oder mehrmaligem Durchdringen der DH-Struktur schließlich absorbiert und in Elektronen-Loch-Paare gewandelt. Die vom Kontakt 168 ausgehende Polung in Sperrichtung erzeugt in der DH-Struktur ein elektrisches Feld, das die Ladungsträgerpaare trennt. Der dabei fließende Strom fließt als Sperrstrom durch den Kontakt 168 und hängt reproduzierbar und linear von der Intensität der chipinternen Lumineszenz ab. Selbst bei einem niedrigen Kopplungsfaktor zwischen der Lumineszenzintensität der lumineszenzaktiven Diode 165 und dem Photostrom der Diode 167 läßt sich dank des linearen Zusammenhanges zwischen Lumineszenz und Photostrom eine Führung oder Nachführung der Lumineszenzintensität realisieren. Dadurch kann die derartig gestaltete und betriebene Beleuchtungsquelle ganz einfach in einen üblichen elektrischen Regelkreis der Beleuchtungsintensität eingefügt werden.

7. Ausführungsbeispiel

Im letzten Ausführungsbeispiel wird eine selbsthermetisierende Lumineszenzchipstruktur 200 auf einem wärmeableitenden Chipträger erläutert. Die Chipstruktur 200 nach Fig. 12(a) ist durch einen geschlossenen, ringförmigen Pfeiler 201 mit Außenkontakt 204 und einen quadratischen Pfeiler 202 mit einem Zentralkontakt 203 gebildet. Beide Kontakte 203 und 204 enden in einer gemeinsamen Ebene und sind mit einer lötbaren Oberfläche bedeckt. Besonders der quadratische Pfeiler 202 ist mit einer konusförmigen Mantelfläche ausgestattet und dient der Umlenkung der Lumineszenz in Richtung der kontaktfreien Oberfläche. Dieser Chip 200 wird auf eine wärmeleitende Montageunterlage 210 aus n-leitendem Silizium montiert, siehe Fig. 12(b). Weitere Einzelheiten zeigt der Schnitt entlang der Schnittlinie A-A' in Fig. 12(c). Zur Erleichterung der Montage ist die Montageunterlage 210 auf ihrer Rückseite 211 glatt und eben und auf ihrer Kontaktseite 212 mit Vertiefungen 213 nach Maßgabe der Größe des Zentralkontaktes 203 versehen. Die profilierte Kontaktseite 212 ist mit einer hochleitfähigen, p-leitenden Schicht 214 überzogen.

Während die p-leitende Schicht 214 in den Vertiefungen 213 frei kontaktierbar zugänglich ist, bedeckt eine isolierende dielektrische Schicht 215, z. B. aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, die ebenen Regionen der profilierten Oberflächenseite. Die freie Halbleiterfläche der p-leitenden Schicht 214 in der Vertiefung 213 ist mit massiven Metallpolstern 216 aus Silber belegt. Diese Metallpolster 216 lassen sich durch galvanische Abscheidungen, z. B. nach der DE-C 16 14 982 schneller und haftfester als durch andere Verfahren herstellen. Ein dünnes Lotdepot 217 auf dem Metallpolster 216 schafft die Voraussetzungen für eine mechanische, elektrische und wärmeableitende Verbindung zwischen dem Zentralkontakt 203 und dem Metallpolster 216. Am äußeren Rand der Montageunterlage 210 ist die dielektrische Schicht 215 örtlich wieder entfernt und der Zugang zu der p-leitenden Schicht 214 freigelegt. Über die Bondinsel 218 kann die p-leitende Schicht 214 mit der Betriebsspannung der Beleuchtungsquelle verbunden werden. Der zweite Anschluß erfolgt über einen auf der Isolierschicht niedergeschlagenen Streifenleiter 219. Auch er ist mit einem dünnen Lotdepot 217 belegt und stellt die Verbindung zum ringförmigen Außenkontakt 204 des Lumineszenzchips her. Die Streifenleiter 219 für die Außenkontakte der selbsthermetisierenden Lumineszenzchips sind zeilenweise bis zum Rand der Montageunterlage 210 gezogen und bilden dort ein Anschlußfeld 220 für die zweite Anschlußklemme. Über die Anzahl der eingesetzten Lumineszenzchips auf der Montageunterlage 210 kann die erzielbare Gesamtintensität dem Bedarf in der Anwendungssituation angepaßt werden. Die Lötverbindung zwischen den Außenkontakten 204 der Einzelchips und den adäquat gestalteten ringförmigen Zonen der Streifenleiter 219 auf der Montageunterlage 210 trennt die Mikro- Atmosphäre um das Metallpolster 216 und die Mantelfläche des lumineszenzaktiven Pfeilers 202 auf Dauer hermetisch dicht von der Außenatmosphäre. Die gesamte Beleuchtungsquelle nach Fig. 12(b) kann deshalb ohne weitere zusätzliche Verkappung benutzt werden.

Beleuchtungsquellen, die in aggressiver Umgebung eingesetzt werden sollen, sind vorher chemisch zu imprägnieren.

Die Chips der Beleuchtungsquelle können elektrisch sowohl individuell X-Y-adressiert oder als geschlossenes Clysterfeld aktiviert werden.

Liste der verwendeten Bezugszeichen Fig. 2

1

LED-Chip

2

n-leitende Schicht

3

p-leitende Schicht

4

Grube

4

a erste Seitenwand der Grube

4

b zweite Seitenwand der Grube

4

c Boden der Grube

5

Oberfläche (der p-Schicht)

6

n-Kontakt

7

p-Kontakt

8

Maske (aus Dielektrikum-Material)

9

Linse

10

Oberfläche der n-Schicht

11

pn-Übergangsfläche

12

a,

12

b dünne Metallflächen

13

,

14

Bondinsel

Fig. 1

20

Beleuchtungsquelle

21

mechanische Brücke

22

optische Sektion

23

optische Platte

24

(lumineszenzaktiver) Pfeiler

25

konusartig erweiterter Querschnitt

26

lumineszenzaktive Schicht

27

Schichtaufbau

28

Verteilerschicht

29

Abstrahlung

30

Abstufung (des Profils)

31

Höhe (des Pfeilers)

32

(anodisch gepolte) Kontaktelektrode

33

Montagefläche

34

(nicht lumineszenzaktiver) Pfeiler

35

Kontaktsektion

36

(kathodisch gepolte) Elektrode

37

Metallbelegung

Fig. 3

41

trapezförmiger Vorsprung

42

Verteilerschicht

43

Kathodenkontakt

44

Leitbahntrasse

45

Kragen

46

Anodenkontakt

Fig. 4

50

Lumineszenzdiode

51

Teildioden

52

Chiplayout

53

Anodischer Kontakt

54

Anodischer Kontakt

55

Anodischer Kontakt

56

Kathodischer Kontakt

57

Layout

58

Fase

59

Chiplayout

Fig. 5(a)

61

unvollständige Chipstruktur

62

(kathodisch gepolter) Pfeiler

63

,

64

(anodisch gepolte) Pfeiler

65

lumineszenzaktive Schicht

66

Verteilerschicht

67

Aufpunkt

68

,

69

Strahl

70

Halbkegel

71

Halbkegel

72

a-d Strahl

73

(fortgeleiteter) Strahl

Fig. 5(b)

81

Chipstruktur

82

(kathodisch gepolter) Pfeiler

83

,

84

(anodisch gepolte) Pfeiler

85

lumineszenzaktive Schicht

86

Verteilerschicht

87

Aufpunkt

88

,

89

Randstrahlen

90

Strahlungskegel

Fig. 6

91

(kathodisch gepolter) Pfeiler

92

(n-leitende) Verteilerschicht

93

Kathodenkontakt

94

Leitbahntrasse

95

Lumineszenzaktive Schicht

96

p-leitende Mantelschicht

97

(p-leitender) Bragg-Reflektor

98

(anodisch gepolter) Pfeiler

99

Anodenkontakt

100

Antireflexionsschicht

Fig. 7

101

Fernfeldchip

102

optische Platte

103

(kathodischer) Kontakt

104

anodischer Kontakt

105

anodischer Kontakt

106

lumineszenzaktive Schicht

107

konkaver Vorsprung

108

,

109

,

110

Keule

111

Distanz

Fig. 8(a) und (b)

121

optische Platte

122

Pfeilerrelief

123

Erweiterbare Ausbauebene

124

Ergänzungsscheibe

125

Fügeebene

126

Aussparung

127

Konzentratoren

128

Lichtleitfaser

Fig. 9

131

,

132

Lötverbindung

133

Siliziumgehäuse

134

Montagewanne

135

Innenwand (der Montagewanne)

136

,

137

Leiterzüge (zu Chipkontakten)

138

Durchkontaktierung

139

Außenanschluß (der Anode)

140

Außenanschluß (der Kathode)

141

Dichtungsplatte

142

Abbildende Wölbung

Fig. 10

150

P_opt

(I_F

) bei Raumtemperatur ohne

151

P_opt

(I_F

) bei Raumtemperatur mit Verbesserung
der Auskopplung

Fig. 11

160

Chipstruktur

161

Massepotential

162

Überbrückungswiderstand

163

Kurzgeschlossene DH-Struktur

164

Verteilerschicht

165

Lumineszenzaktive DH-Struktur

166

Positiv gegen Masse vorgespannter Kontakt

167

Photoempfindliche DH-Struktur

168

Kontakt

Fig. 12(a)

200

selbsthermetisierende Chipstruktur

201

(ringförmiger) Pfeiler

202

(quadratischer) Pfeiler

203

Zentralkontakt

204

Außenkontakt

Fig. 12(b) und (c)

210

Montageunterlage

211

Rückseite

212

Kontaktseite

213

Vertiefungen

214

p-leitende Schicht

215

Dielektrische Schicht

216

Metallpolster

217

Dünnes Lotdepot

218

Bondinsel

219

Streifenleiter

220

Anschlußfeld

Claims (17)

1. Bipolare Beleuchtungsquelle aus einem einseitig kontaktierten, selbstbündelnden Halbleiterkörper, der ein für die Lumineszenzwellen transparentes Substrat mit einer Struktur aus Schichten ternärer und binärer III-V-Verbindungen, vorzugsweise AlGaAs-GaAs, verbindet und für einen pseudo-lateralen Betrieb eingerichtet ist,
mit einer mechanischen Brücke (21) aus einer optischen Platte (23) aus einem für die Lumineszenz einheitlich transparenten Halbleiterkörper, mit der mindestens ein lumineszenzfähiger und ein zugeordneter nichtlumineszenzfähiger Pfeiler (24, 34, 62-64, 82-84, 91, 98, 201) nebeneinander in einem gewünschten Abstand gehalten sind,
wobei die lumineszenzfähigen Pfeiler (34, 62, 82, 91, 202) einen Schichtaufbau (27) und eine lumineszenzaktive Schicht (26, 65, 85, 95, 106) aufweisen,
alle Pfeiler (24, 34, 62-64, 82-84, 91, 98, 201, 202) auf der Unterseite in gleicher Ebene in einer ebenen Montagefläche (33) enden,
die Pfeiler (24, 34, 62-64, 82-84, 91, 98, 201, 202) sich zur optischen Platte (23) hin bezüglich ihres Querschnitts (25) stetig konusartig erweitern und in eine durchgängige, transparente, einheitlich leitende, hoch leitfähige Verteilerschicht (28, 42, 66, 86, 92, 164) zur Versorgung der lumineszenzaktiven Schicht (26, 65, 85, 95, 106) mit Ladungsträgern einer ersten Art aus einer ersten Elektrode (36, 43, 93, 204) übergehen und diese Verteilerschicht (28, 42, 66, 86, 92, 164) über eine metallische Leitbahn (37, 94) entlang der Neigung der Mantelfläche eines nicht lumineszenzfähigen Pfeilers (34, 62, 82, 91, 201) mit dessen Kontakt (36, 43, 204) auf der Montagefläche (33) verbunden ist,
jede lumineszenzaktive Zone auf ihrer zugeordneten Montagefläche (33) mit einer entgegengesetzt gepolten Kontaktelektrode (32, 46, 53-55, 99, 203) zur Versorgung mit Ladungsträgern einer zweiten Art versehen ist,
und die benachbarten Montageflächen (33) mit gleichartiger Metallbelegung (37) für eine gleichzeitige und identische Einfügung in eine Versorgungs- oder Ansteuerschaltung (210) versehen sind.

2. Beleuchtungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerschicht (28, 42, 86, 92) eine Abstufung (30, 41) ihres Profils aufweist.

3. Beleuchtungsquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerschicht (28, 42, 66, 86, 92, 164) eine n-Leitfähigkeit besitzt und mit einem kathodisch gepolten Pfeiler (34, 62, 82, 91, 201) in elektrischem Kontakt steht, während jeder andere Pfeiler (32, 46, 53-55, 99, 202) anodisch gepolt ist.

4. Beleuchtungsquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerschicht eine p-Leitfähigkeit besitzt und einem anodisch gepolten Pfeiler in elektrischem Kontakt steht, während jeder andere Pfeiler kathodisch gepolt ist.

5. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerschicht (28, 42, 66, 86, 92, 164) aus einem ternären III-V-Verbindungshalbleiter, vorzugsweise aus Al_xGa_1-xAs, mit einem x-Wert von 0,19-0,33 besteht.

6. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerschicht (28, 42, 66, 86, 92, 164) eine Schichtdicke von 15-30 µm und eine Dotierung von 1±0,5.10¹⁸ cm^-3 aufweist.

7. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verteilerschicht (28) in einem schmalen Gebiet rund um jeden lumineszenzaktiven Pfeiler (24) eine Abstufung (30) des Profils durch lokale Entfernung von 33-50% der Schichtdicke gebildet ist und die konusartige Erweiterung des Pfeilers (24) sich in diese Abstufung hinein stetig fortsetzt.

8. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung des Profils der Verteilerschicht (42, 92) durch einen trapezförmigen Vorsprung (41) von ca. 20 µm Dicke an der optischen Platte (23) hervorgerufen ist, über die sich die Verteilerschicht (42, 92) als gleichmäßig dicke Schicht ausbreitet und eine Schichtdicke von 5-25 µm, vorzugsweise 15 µm aufweist.

9. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte lumineszenzaktive Fläche auf einem Chip aus einer größeren Anzahl von lumineszenzaktiven Pfeilern (53, 54, 55) mit kleinerem Querschnitt gebildet und neben einem nicht lumineszenzfähigen Pfeiler pro Chip angeordnet ist.

10. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Leitbahn auf der geneigten Mantelfläche des nicht lumineszenzfähigen Pfeilers (34, 62, 82, 91) mit einer Lötstoppmaske abgedeckt ist.

11. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung der Lumineszenz chipintern durch die Pfeilerdimensionierung mit einer auf die Diagonalen bezogenen Höhe und einer Formgebung mit konusförmigem Zuschnitt erfolgt und die Bündelung durch eine Anordnung eines Abbildungselementes (107, 124, 141, 142) mit erhöhter Brennweite auf der optischen Platte eintritt.

12. Beleuchtungsquelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelung durch eine unlösbar angefügte Linsenplatte (124) vorgenommen ist, die auch beim Vereinzelungs- und Montageprozeß an jedem Einzelchip befestigt bleibt.

13. Beleuchtungsquelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelung durch eine unlösbar angefügte Lichtleitfaser-Platte (128) mit mindestens einer Faser pro Lumineszenzelement vorgenommen ist.

14. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß speziell einer der lumineszenzaktiven Pfeiler zeitweise oder ununterbrochen wie eine Photodiode (168) in Sperrichtung betrieben und der an der Kontaktebene dieses Pfeilers abnehmbare Fotostrom zum Maßstab der Höhe des auf die übrigen Pfeiler (165) impulsartig oder dauernd aufzuprägenden elektrischen Injektionsstroms gemacht ist.

15. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusammenhängende, ring- oder rahmenförmige Pfeilerstruktur, die den oder die lumineszenzaktiven Pfeiler (203) umgibt, eine Dichtungszone für die hermetische Verbindung zwischen dem einzelnen Chip und einer Montageunterlage (210) bildet und durch ein Lot oder einen leitenden Kleber gleichzeitig eine dauerhafte mechanische und elektrische Verbindung zwischen einem Außenkontakt (201) des Chips (200) und adäquaten Ringzonen eines Streifenleiters (219) der Montageunterlage (210) herbeigeführt ist.

16. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Montageunterlage (210) an den Chipaufnahmestellen Vertiefungen (213) enthält, die mit massiven Silberpolstern (216) gefüllt sind und eine thermische und elektrische Verbindung zu den lumineszenzaktiven Pfeilern (203) herstellen.

17. Beleuchtungsquelle nach den Ansprüchen 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatte (210) aus n-leitendem Silizium besteht und auf der Kontaktseite von paralell angeordneten dem Oberflächenprofil des Siliziums folgenden p-leitenden Schichten (214) bedeckt ist, die an einer Bondinsel (218) mit der Betriebsspannung verbindbar ist.