(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を有する発光構造体と、
前記発光層によって放射される光の光路に配置されたセラミック蛍光体である第１の発光性材料と、
前記発光層によって放射される光の光路に配置された半導体を有する第２の発光性材料と、を備え、前記半導体が、第１波長の光を吸収し、第２波長の光を放射するように構成され、前記セラミック蛍光体は、接着材料がない密集した個々の蛍光体粒子の剛性の粒子塊である、デバイス。
【請求項２】
前記第１及び第２の発光性材料の１つは、前記発光構造体に結合されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１及び第２の発光性材料の１つと前記発光構造体の間に配置された結合材料をさらに有する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記結合材料は、ナノ粒子、ガラス、高屈折率ガラス、金属酸化物、金属フッ化物、酸化アルミニウム、酸化鉛、及び酸化タングステンのうちの１つを含む、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２の発光性材料は、ＩＩＩ−Ｖ族材料、及びＩＩ−ＶＩ族材料のうちの１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第２の発光性材料は、ナノ粒子、及び量子ドットのうちの１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記発光層によって放射された光、前記蛍光体によって放射された光、及び前記半導体によって放射された光は、異なる色を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１の発光性材料、及び前記第２の発光性材料のうちの１つは、スプレー・コーティング法、及びスクリーン・プリンティング法のうちの１つによって配置された、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記発光構造体は、ホスト基板上に設けられており、前記ホスト基板は、銅、銅合金、シリコン、窒化アルミニウム、及びダイアモンドのうちの１つを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記発光構造体、前記第１の発光性材料、及び前記第２の発光性材料のうちの少なくとも１つに設けられた反射鏡をさらに有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記反射鏡は、分散型ブラッグ反射鏡からなる、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記発光構造体は、非半導体基板を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
発光層と粗面化又はテクスチャ加工された面とを有する発光構造体と、
前記発光層によって放射される光の光路に配置されたセラミック蛍光体である第１の発光性材料と、
前記発光層によって放射される光の光路に配置された第２の発光性材料と、を備え、前記セラミック蛍光体は、接着材料がない密集した個々の蛍光体粒子の剛性の粒子塊である、デバイス。
【請求項１４】
前記面は、化学的機械研磨法、ドライエッチング法、及び光電気化学エッチング法のうちの１つによって粗面化又はテクスチャ加工されている、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記発光層は、ＩＩＩ−窒化物材料を含む、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記セラミック蛍光体の少なくとも１つの面が、粗面化、テクスチャ加工、又は形状加工されている、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記第１の発光性材料は、（Ｌｕ1-x-y-a-bＹxＧｄy）3（Ａｌ1-zＧａz）5Ｏ12：ＣｅaＰｒb（但し、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ≦０．１，０＜ａ≦０．２，及び０＜ｂ≦０．１）、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+、（Ｓｒ1-x-yＢａxＣａy）2-zＳｉ5-aＡｌaＮ8-aＯa：Ｅｕz2+（但し、０≦ａ＜５，０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，及び０＜ｚ≦１）、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+、（Ｓｒ1-a-bＣａbＢａc）ＳｉxＮyＯz：Ｅｕa2+（ａ＝０．００２−０．２，ｂ＝０．０−０．２５、ｃ＝０．０−０．２５、ｘ＝１．５−２．５，ｙ＝１．５−２．５，ｚ＝１．５−２．５）、ＳｒＳｉ2Ｎ2Ｏ2：Ｅｕ2+、（Ｓｒ1-u-v-xＭｇuＣａvＢａx）（Ｇａ2-y-zＡｌyＩｎzＳ4）：Ｅｕ2+、ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+、Ｓｒ1-xＢａxＳｉＯ4：Ｅｕ2+、（Ｃａ1-xＳｒx）Ｓ：Ｅｕ2+、ＣａＳ：Ｅｕ2+、及びＳｒＳ：Ｅｕ2+のうちの１つを含む、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１８】
セラミック蛍光体と、
前記セラミック蛍光体に取り付けられた波長変換半導体層と、を備えた構造体であって、前記波長変換半導体層は、第１波長の光子を吸収し、これに応答して、第２波長の光子を放射し、前記セラミック蛍光体は、接着材料がない密集した個々の蛍光体粒子の剛性の粒子塊である、構造体。
【請求項１９】
発光層と粗面化又はテクスチャ加工された面とを有する発光構造体と、
セラミック蛍光体と、
前記発光層によって放射される光の光路に配置された半導体層と、を備えたデバイスであって、
前記半導体層は、前記発光層によって放射される光を吸収し、異なる波長の光を放射するように構成され、前記セラミック蛍光体は、接着材料がない密集した個々の蛍光体粒子の剛性の粒子塊である、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換型の半導体発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振空洞型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直空洞型レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）、及び、エッジ発光型レーザを含む半導体発光デバイスは、現在入手可能な最も効率的な光源の部類に入る。可視域の全域で動作可能な高輝度発光デバイスを製造する上で、最近の興味ある材料系は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に、ＩＩＩ−窒化物材料とも呼ばれる、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の２成分、３成分、及び４成分合金、及び、ＩＩＩ-リン化物材料とも呼ばれる、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及びリンの２成分、３成分、及び４成分合金、を含む。通常、ＩＩＩ−窒化物発光デバイスは、サファイア、シリコンカーバイド、ＩＩＩ−窒化物、又は他の適切な基板上に、種々の組成とドーパント濃度を持った多くの半導体層を、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）、又は他のエピタキシャル法を用いて、エピタキシャルに成長させることによって製造される。その積層体は、多くの場合、基板上に形成され、例えばＳｉでドープされた１つ又はそれ以上のｎ型層と、該ｎ型層上に形成された発光又は活性領域と、活性領域上に形成され、例えばＭｇでドープされた１つ又はそれ以上のｐ型層とを含む。導電性基板上に形成されるＩＩＩ−窒化物デバイスは、デバイスの両側に形成されたｐ−コンタクト及びｎ−コンタクトを有することがある。ＩＩＩ−窒化物デバイスは、サファイア等の絶縁性基板上に、デバイスの同じ側に両方のコンタクトを有するように製造されることが多い。そのようなデバイスは、コンタクトを通して（エピタキシ・アップ・デバイス）、又は、コンタクトの反対側のデバイス表面を通して（フリップ・チップ型デバイスとして知られる）光を取り出すように実装される。
【０００３】
図１は、ＩＩＩ−窒化物のフリップ・チップ型デバイスの例を示すものであり、より詳しくは米国特許第６，６５０，０４４号に記載されている。ＬＥＤ２は第一導電型の第一半導体層１０と第二導電型の半導体層１２とを有する。半導体層１０及び１２は電気的に活性領域１４に結合される。活性領域１４は、例えば、層１０及び１２の界面に関わるｐ−ｎ接合部である。あるいは、活性領域１４は、ｎ型又はｐ型にドープされた、又はドープされていない、１つ又はそれ以上の半導体層を有する。随意的であるが、透明上層１６が、半導体層１０上に配置されている。コンタクト１８及び２０は、それぞれ、半導体層１０及び２０に電気的に結合される。活性領域１４は、コンタクト１８及び２０の両端に適切な電圧を加えることによって発光する。接続２２及び２４は、コンタクト１８及び２０を、それぞれ、基板コンタクト２６及び２８に、電気的に結合させる。１つの実施においては、半導体層１０及び１２、及び活性領域１４が、ＡｌxＩｎyＧａzＮ化合物などのＩＩＩ−窒化物化合物から形成され、活性領域１４は、例えば波長約４７０ｎｍの青色光を放射する。随意的な透明上層１６は、例えばサファイア又はシリコンカーバイドから形成される。基板４は、例えばシリコンを含む。米国特許第６，６５０，０４４号、第３欄４０−６３行を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，６５０，０４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＩＩ−窒化物ＬＥＤ構造体は、サファイアの高温安定性及び製造の比較的容易さのために、しばしばサファイア基板上に成長させられる。サファイア基板の使用は、半導体層と基板の間の界面における屈折率の大きな差のために、不満足な取り出し効率をまねくことがある。光が二つの材料の界面に入射するとき、屈折率の差が、どれだけの光が界面において内部全反射され、どれだけの光が界面を透過するか、を決定する。屈折率の差が大きい程、多くの光が反射される。サファイアの屈折率（１．８）はサファイア上に成長したＩＩＩ−窒化物デバイス層の屈折率（２．４）に比べて低い。従って、ＩＩＩ−窒化物デバイス層中に発生した光の大部分が、半導体層とサファイア基板の間の界面に達したとき、反射される。内部全反射光は散乱され、取り出される前に、デバイス中に渡って多くの光路を作る。これら多くの光路は、コンタクトにおける光学的損失、フリー・キャリア吸収、及び任意のＩＩＩ−窒化物デバイス層中におけるバンド間吸収のために、光の著しい減衰をもたらす。ＩＩＩ−窒化物材料の屈折率に、より接近して適合する屈折率を有する他の成長基板の使用は、光学的損失を低減することにはなるが、普通は、完全になくすことにはならない。同様に、ＩＩＩ−窒化物材料と空気の間における屈折率の大きな差のために、成長基板の除去も光学的損失を除くことにはならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、発光層を有する発光構造体を含む。蛍光体を有する第１の発光性材料が、発光層によって放射される光の光路に配置されている。また、半導体を有する第２の発光性材料が、発光層によって放射される光の光路に配置されている。第２の発光性材料は、発光層によって放射された光を吸収し、異なる波長の光を放射するように構成されている。ある実施形態では、第１及び第２の発光性材料の一方を、発光構造体に結合することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】従来技術のフリップ・チップ型ＩＩＩ−窒化物発光デバイスを図示する。
【図２】本発明の一実施形態による蛍光体−変換型ＩＩＩ−窒化物発光デバイスを図示する。
【図３】成長基板上に成長させたＩＩＩ−窒化物発光デバイスのエピタキシャル層を図示する。
【図４】ホスト基板に接合されたＩＩＩ−窒化物発光デバイスのエピタキシャル層を図示する。
【図５】本発明の実施形態による蛍光体−変換型ＩＩＩ−窒化物発光デバイスを図示する。
【図６】本発明の実施形態による蛍光体−変換型ＩＩＩ−窒化物発光デバイスを図示する。
【図７】図５及び図６に示されたデバイスの製造方法を図示する。
【図８】図５及び図６に示されたデバイスの製造方法を図示する。
【図９】図５及び図６に示されたデバイスの製造方法を図示する。
【図１０】図５及び図６に示されたデバイスの代替の製造方法を図示する。
【図１１】図５及び図６に示されたデバイスの代替の製造方法を図示する。
【図１２】パッケージされた発光デバイスの分解図である。
【図１３】パッケージ素子に接合された図５のデバイスを図示する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示された従来技術のデバイスは蛍光体を含む層３０を有する。蛍光体は励起エネルギー（普通は放射エネルギー）を吸収でき、次いで吸収されたエネルギーを初めの励起エネルギーとは異なるエネルギーを持った放射として放射できる発光性材料である。最先端の蛍光体は１００％に近い量子効率を持つが、これは励起エネルギーとして与えられた殆ど全ての光子が蛍光体によって再放射されることを意味する。最先端の蛍光体はまた、高吸収性である。もし、発光デバイスがそのような高効率、高吸収性の蛍光体中に直接に光を放射することができれば、蛍光体は効率的に光をデバイスから取り出して、上記の光学的損失を低減することができる。
【０００９】
図１に示されたデバイスは、蛍光体のこれらの特性を利用していない。図１に示されたデバイスにおいては、基板１６が、蛍光体層３０をＩＩＩ−窒化物デバイス領域１０、１２、及び１４から分離している。上記のように、多量の光が、デバイス層と基板の間の界面における屈折率の段差のために半導体層中にトラップされる。
【００１０】
本発明の実施形態によれば、蛍光体は、効率的な光の取り出しを促進するために、デバイス中の半導体層の１つに密に結合される。図２は本発明の第一実施形態を示し、そこでは、蛍光体の粒が、成長基板が取り除かれたときに露出するデバイスのＩＩＩ−窒化物表面上に、堆積されている。蛍光体粒３４は,ｎ型領域１０の表面上に堆積される。蛍光体粒３４は、活性領域１４から放射される光が直接に蛍光体粒３４に結合するように、ｎ型領域１０に直接に接触している。光学的結合媒体３２を、蛍光体粒３４を適切な位置に保持するために与えてもよい。光学的結合媒体３２は、屈折率が、普通の接着剤より高く、例えば１．５より高く、かつ、ｎ型領域１０の屈折率を大幅に超えることがなく、これにできる限り近くなるように選択される。最も効率的な動作のために、ｎ型領域１０、蛍光体粒３４、及び光学的結合媒体３２の間に、損失の大きい媒体は含まれない。蛍光体粒３４は、一般に０．１ミクロンから２０ミクロンまでの粒径を有し、より典型的には１ミクロンから８ミクロンまでの蛍光体粒径を有する。
【００１１】
図２に示されたデバイスは、通常の成長基板上にデバイス層を成長させ、デバイス層をホスト基板に接合し、次いで成長基板を除去することによって、形成することができる。図３は、通常の成長基板１６上に成長させたデバイス層を示す。Ｎ型領域１０は基板１６上に成長させられる。Ｎ型領域１０は、バッファ層又は核生成層などの随意的に形成される準備層、及び、成長基板の分離又は基板除去後のエピタキシャル層の薄層化を促進することを目的とする随意的な分離層を含むことができる。活性領域１４がｎ型領域１０の上に成長させられ、その次に、ｐ型領域１２が成長させられる。例えば、オーム接触層、反射層、障壁層、及び接合層、を含んだ１つ又はそれ以上の金属層５０がｐ型領域１２の上に堆積させられる。
【００１２】
次に、デバイス層が、図４に示されるように、金属層５０の露出表面を経由してホスト基板３８に接合される。典型的には金属である一又はそれ以上の接合層（図示せず）が、エピタキシャル構造体とホスト基板の間の熱圧着又は共晶接合のための適合性材料として機能する。適切な接合層金属の例は、金及び銀を含む。ホスト基板３８は、成長基板が取り除かれた後でのエピタキシャル層の機械的支持物となり、かつ、ｐ型領域１２への電気的接触を与える。ホスト基板３８は一般に、導電性（即ち、約０．１Ωｃｍより小さい）であるように、熱伝導性であるように、エピタキシャル層のそれと適合する熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するように、そして強いウエーハ接合を形成するために十分に平坦（即ち、粗さの２乗平均平方根が約１０ｎｍより小さい）であるように、選択される。適切な材料には、例えば、Ｃｕ，Ｍｏ，Ｃｕ／Ｍｏ，及びＣｕ／Ｗなどの金属と、例えば、Ｐｄ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ａｕ，Ｎｉ，Ａｇの一又はそれ以上を含むオーム・コンタクトを有するＳｉ、及び、オーム・コンタクトを有するＧａＡｓのような、金属コンタクトを有する半導体と、ＡｌＮ、圧縮ダイアモンド、又は化学気相堆積法で成長させたダイアモンド層などのセラミックスと、が含まれる。
【００１３】
デバイス層は、デバイスのウエーハ全体がホストのウエーハに接合される形態でウエーハのスケールでホスト基板３８に接合され、次いで、接合後に個々のデバイスが切り分けられるようにすることができる。その代わりに、デバイスのウエーハを個々のデバイスに切り分け、次いで各デバイスをダイのスケールでホスト基板３８に接合することができる。
【００１４】
ホスト基板３８と金属層５０の間の界面に、例えば金属接合層（図示されず）の間の界面に形成される耐久性金属接合のような耐久性接合を形成するために、ホスト基板３８、及び、エピタキシャル層１０，１２、及び１４が、高温高圧において互いに圧着される。接合のための温度及び圧力の範囲は、下側は生成される接合の強さによって制限され、上側はホスト基板構造、メタライゼーション、及びエピタキシャル構造の安定性によって制限される。例えば、高温及び／又は高圧は、エピタキシャル層の分解、金属コンタクトの層間剥離、拡散障壁の破壊、又はエピタキシャル層中の成分材料のガス抜け、を起す可能性がある。適切な温度範囲は、例えば、約２００℃から約５００℃までである。適切な圧力範囲は、例えば、約１００ｐｓｉから約３００ｐｓｉまでである。
【００１５】
サファイア製成長基板を取り除くために、基板１６と結晶領域１０との間の界面の一部が、基板１６を通して、高フルエンスのパルス紫外レーザにステップ・アンド・リピート・パターン法で露光される。露光された部分は、レーザ照射によって生じる衝撃波を遮断するために、デバイスの結晶層を通してエッチングされたトレンチによって隔離することができる。レーザの光子エネルギーは、サファイア（ある実施形態においてはＧａＮ）に隣接する結晶層のバンドギャップより高く、従ってパルスエネルギーは、サファイアに隣接するエピタキシャル材料の、初めの１００ｎｍ以内の熱エネルギーに有効に変換される。十分に高いフルエンス（即ち、１．５Ｊ／ｃｍ2より大きい）で、光子エネルギーが、ＧａＮのバンドギャップより高く、サファイアの吸収端より低い（即ち、約３．４４ｅＶから約６ｅＶまでの）条件において、初めの１００ｎｍ以内の温度は、ナノ秒スケールで、ＧａＮをガリウム及び窒素ガスに分解して基板１６からエピタキシャル層を放出するのに十分に高い１０００℃より高温にまで上がる。生じる構造体は、ホスト基板３８に接合したエピタキシャル層１０、１２、及び１４を有する。特定の成長基板に適した任意の除去法を用いることができる。例えば、ある実施形態においては、Ｓｉ，ＳｉＣ，Ｓｉベースの加工基板、及びＧａＡｓなどの成長基板は、エッチング、ラッピング、又はそれらの組み合わせなど、他の方法によって除去できる。
【００１６】
成長基板が除去された後、例えば基板１６に最も近接したｎ型領域１０及び低材質の部分を除去するために、残存するエピタキシャル層を薄くすることができる。エピタキシャル層は、例えば、化学的機械研磨法、通常のドライエッチング法、又は光電気化学エッチング法（ＰＥＣ）によって薄くできる。エピタキシャル層の最上面は、取り出し光量を増加させるために、テクスチャ加工又は粗面化することができる。次にｎ型領域１０上にコンタクト１８が形成される。コンタクト１０は、例えば、グリッドにすることができる。コンタクト１８の真下のエピタキシャル層、図２の領域３６には、コンタクト１８の真下の活性領域１４の一部からの光放射を防ぐために、例えば、水素を注入することができる。
【００１７】
蛍光体粒３４が、次いでｎ型領域１０の露出表面上に直接に堆積される。蛍光体粒３４は、例えば、電気泳動堆積法、スピン・コーティング法、スプレー・コーティング法、スクリーン・プリンティング法、又は他のプリンティング法によって生成することができる。スピン・コーティング又はスプレー・コーティングなどの方法においては、蛍光体は有機接着剤とのスラリー中に入れられ、その有機接着剤はスラリーの堆積後に、例えば加熱によって蒸発させられる。次にカップリング媒体３２を加えてもよい。蛍光体の粒子は、それ自体ナノ粒子、即ち、大きさが１００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲にある粒子である。普通はスプレー熱分解法又は他の方法によって作られる球状の蛍光体粒子を利用して、有利な散乱特性を与える高パッケージ密度を有する層にすることができる。また、蛍光体粒子は、例えば、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｅＰＯ4又はポリリン酸塩、又は他の適切な金属酸化物など、蛍光体によって放射される光より大きなバンドギャップを有する材料でコーティングすることができる。
【００１８】
カップリング媒体３２は、例えば、化学気相堆積法によって堆積されたＳｉＮx又は高屈折率ガラスとすることができる。高屈折率ガラスの例は、ＳｃｈｏｔｔガラスＳＦ５９、ＳｃｈｏｔｔガラスＬａＳＦ３、ＳｃｈｏｔｔガラスＬａＳＦＮ１８、及びそれらの混合物を含む。これらのガラスは、ペンシルベニア州Ｄｕｒｙｅａ所在のＳｃｈｏｔｔガラス技術株式会社から入手できる。他の高屈折率カップリング媒体の例は、（Ｇｅ，Ｓｂ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）カルコゲナイド・ガラスなどのカルコゲナイド・ガラス、ＧａＮを含むがそれに限定されないＩＩＩ−Ｖ半導体、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＺｎＯ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，及びＣｄＴｅを含むがそれに限定されないＩＩ−ＶＩ半導体、有機半導体、酸化タングステン、酸化チタン、酸化ニッケル、酸化ジルコニウム、酸化インジウムスズ、及び酸化クロムを含むがそれに限定されない金属酸化物、アルミナ及びスピネルなどのアルミニウム・ベースの酸化物、フッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムを含むがそれに限定されない金属フッ化物、Ｚｎ，Ｉｎ，Ｍｇ，及びＳｎを含むがそれに限定されない金属、リン化物、砒化物、アンチモン化物、窒化物、高屈折率有機化合物、並びに、それらの混合物又は合金を含む。
【００１９】
他の適切なカップリング媒体の例は、接着媒質中に混合され、次いで蛍光体層３４中に注入される高屈折率ナノ粒子である。そのような実施形態においては、発光領域によって放射された光の波長において接着媒質のそれより大きな屈折率を有するナノ粒子が、実質的に透明な接着媒質中に分散させられる。ナノ粒子は、発光領域によって放射された光の波長（例えば、ピーク波長）より小さな直径を有するように選択され、それゆえ、放射された光を実質上散乱させない。ナノ粒子は、発光領域のピーク放射波長の約１／４より小さな直径を有することが好ましい。例えば、発光領域が約４００ｎｍより大きな波長を有する光を放射するデバイスにおいては、ナノ粒子は約２ｎｍから約５０ｎｍまでの直径を有するものとすることができる。接着媒質は実質的に透明であるが、これは接着媒質が、発光領域によって放射されたピーク波長における光を、約２５％より小さい、好ましくは約１０％より小さい、より好ましくは約２％より小さい、吸収又は散乱による単光路損失を伴って透過することを意味する。接着媒質は有機又は無機化合物であり、例えば、通常のエポキシ、アクリルポリマー、ポリカーボネート、シリコーンポリマー、光学ガラス、カルコゲナイド・ガラス、スピロ化合物、及びそれらの混合物を含むがそれに限定はされない材料を含む。ナノ粒子は発光領域によって放射される波長、特にピーク放射波長における光を実質的に吸収しない。“実質的に吸収しない”及び“実質的に吸収性でない”という句は、ここでは、そのような実施におけるナノ粒子が十分に非吸収性であって、カプセル材料による透過光の単光路損失を約３０％より大きくは、好ましくは約２０％より大きくは、増加させないことを意味する。当業者は、発光領域によって放射された光の、ナノ粒子の吸収による損失は、個々のナノ粒子の吸収断面積と、接着媒質中のナノ粒子の濃度と、そして多分ナノ粒子と周囲材料の間の相互作用と、に依存するであろうことを理解するであろう。そのような実施に関する適切なナノ粒子は、金属の酸化物、窒化物、リン酸塩、ニトリドシリケート、及びそれらの混合物を含むが、それらに限定はされない。適切な金属酸化物は、酸化カルシウム、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、及びそれらの組み合わせ、を含むがそれらに限定はされない。例えば、約２ｎｍから約１０ｎｍまでの大きさを有するそのような金属酸化物のナノ粒子は、例えばフランクフルト／マイン  ドイツのＤｅｇｕｓｓａ−Ｈｕｌｓ  ＡＧから入手できる。そのような実施における適切なナノ粒子はまた、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、テルル化カドミウムなどのＩＩ−ＶＩ半導体、及びそれらの３成分又は４成分混合物のナノ粒子と、ＩＩＩ−窒化物、ＩＩＩ−リン化物などのＩＩＩ−Ｖ半導体、及びそれらの混合物のナノ粒子と、を含む。二重又は多重シェルのナノ粒子を用いることもできる。ナノ粒子は接着媒質中に懸濁させる、又は、上記のように、前の加工処理ステップにおいて蛍光体上にコーティングすることができる。
【００２０】
適切な結合媒体のさらなる例は、ゾル−ゲルプロセスによって蛍光体粒３４中に注入される高屈折率ガラスである。いかなる有機物も、その後のアニーリングによって除去される。カップリング媒体がゾル−ゲルガラスである実施形態においては、チタン、セリウム、鉛、ガリウム、ビスマス、カドミウム、亜鉛、バリウム、又はアルミニウムの酸化物などの１つ又はそれ以上の材料をＳｉＯ2ゾル−ゲルガラス中に含ませて、ガラスの屈折率を増加させ、蛍光体及びデバイスのＩＩＩ−窒化物層の屈折率にガラスの屈折率を近接適合させることができる。例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+蛍光体は、約１．７５から１．８までの間の屈折率を有し、約２．４の屈折率を有するＩＩＩ−窒化物層に接合することができる。そのようなデバイスの好ましい実施形態においては、結合媒体の屈折率は、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+及びＩＩＩ−窒化物層の屈折率の中間にある。例えば、Ｆａｂｅｓ等による文献“ゾル−ゲル法で形成された干渉フィルターにおける有孔性及び組成の効果”、Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ  ２５４（１９９５）１７５−１８０は、ｎ＝１．８５と計算される理論的屈折率を有するＳｉＯ2−ＴｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3コーティング溶液について述べており、この文献は、引用によりここに組み入れられる。蛍光体をそのような溶液に注入して蛍光体とコーティング溶液のスラリーを形成することができ、これが次に、例えばスピン・コーティング法によってデバイス表面に堆積され、乾燥され、次いでコーティング溶液に適した温度において焼成される。
【００２１】
蛍光体粒にさらなる明るさ又は変換効率を与えるために、当技術分野において既知である二色性素子又は偏光子などの補助光学素子を、蛍光体粒３４、カップリング媒体３２、及びコンタクト１８の前又は後ろの発光表面上に用いることができる。
【００２２】
図５及び図６は、蛍光体が蛍光体粉末でなくセラミック蛍光体である、本発明の実施形態を示す。セラミック蛍光体は、粉末の蛍光体を高圧下で蛍光体粒子の表面が軟化し溶融し始めるまで加熱することによって形成することができる。部分的に溶融した粒子は、互いに付着して剛性の粒子塊を形成する。等軸性又は等方性静圧力により加圧するステップ、及び前成形された“グリーン体”を真空焼結するステップが、多結晶セラミック層を形成するために必要となるであろう。セラミック蛍光体の透光性は、即ち、それが生じる散乱量は、高度の不透明から高度の透明まで、加熱又は加圧条件、製造方法、使用する蛍光体粒子前駆体、及び蛍光体材料の適切な結晶格子を調節することによって制御することができる。蛍光体の他に、例えばセラミックの形成を促進するため、又はセラミックの屈折率を調節するために、アルミナのようなセラミック形成材料を含めることができる。
【００２３】
光学的不連続性を有しない単一の、大きな蛍光体粒子としての光学的挙動を示す薄膜とは異なり、セラミック蛍光体は、密集した個々の蛍光体粒子として挙動し、異なる蛍光体粒子間の界面に小さな光学的不連続性が存在する。従って、セラミック蛍光体は、光学的にほとんど均一で、セラミック蛍光体を形成する蛍光体材料と同じ屈折率を有する。コンフォーマルな蛍光体層又は樹脂などの透明材料中に配置された蛍光体層とは異なり、発光性セラミックは、一般に蛍光体自体の他には接着材料（有機樹脂又はエポキシなど）を必要とせず、個々の蛍光体粒子の間には、非常に小さな空間又は異なった屈折率の材料しかない。
【００２４】
例えば、ＹＡＧ：Ｃｅセラミックは以下のように生成することができる。４０ｇのＹ2Ｏ3（９９．９９８％）、３２ｇのＡｌ2Ｏ3（９９．９９９％）、及び、３．４４ｇのＣｅＯ2を、イソプロパノール中、ローラベンチ上で、１．５ｋｇの高純度アルミナ製ボール（直径２ｍｍ）を用いて、１２時間粉砕する。乾燥した前駆体粉末は、次に１３００℃において２時間ＣＯ雰囲気下で、か焼する（calcine）。得られたＹＡＧ粉末は次にプラネット・ボールミル（メノウ球）を用いてメタノール下で塊を崩す。セラミックのスラリーは次ぎに、乾燥後セラミック・グリーン体を得るために鋳込み成形する。グリーン体は次にグラファイト板の間で１７００℃において２時間焼結する。
【００２５】
セラミック蛍光体中に形成することのできる蛍光体の例は、一般式が（Ｌｕ1-x-y-a-bＹxＧｄy）3（Ａｌ1-zＧａz）5Ｏ12：ＣｅaＰｒb、但し、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ≦０．１，０＜ａ≦０．２，及び０＜ｂ≦０．１、であり、黄−緑色域の光を放射するＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+及びＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+など、及び、一般式が（Ｓｒ1-x-yＢａxＣａy）2-zＳｉ5-aＡｌaＮ8-aＯa：Ｅｕz2+，但し、０≦ａ＜５，０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１，及び０＜ｚ≦１、であり、赤色域の光を放射するＳｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+など、のアルミニウムガーネット蛍光体を含む。適切なＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+セラミックのスラブは、ノースカロライナ州Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ所在のＢａｉｋｏｗｓｋｉ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから購入できる。他の緑、黄、及び赤の発光蛍光体も適切であり、例えばＳｒＳｉ2Ｎ2Ｏ2：Ｅｕ2+を含んだ（Ｓｒ1-a-bＣａbＢａc）ＳｉxＮyＯz：Ｅｕa2+（ａ＝０．００２−０．２，ｂ＝０．０−０．２５、ｃ＝０．０−０．２５、ｘ＝１．５−２．５，ｙ＝１．５−２．５，ｚ＝１．５−２．５）と、例えばＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ2+を含んだ（Ｓｒ1-u-v-xＭｇuＣａvＢａx）（Ｇａ2-y-zＡｌyＩｎzＳ4）：Ｅｕ2+と、Ｓｒ1-xＢａxＳｉＯ4：Ｅｕ2+と、例えばＣａＳ：Ｅｕ2+及びＳｒＳ：Ｅｕ2+を含んだ（Ｃａ1-xＳｒx）Ｓ：Ｅｕ2+、但し０＜ｘ≦１、と、を含む。
【００２６】
セラミック蛍光体は、核生成構造体５８に、核生成構造体５８とセラミック蛍光体の間の界面にある接合材５６で、直接ウエーハ接合法により又は中間接合層（図５と図６には示されず）を通して、接合される。接合層が用いられる場合には、該接合層は、該接合層が適用されるＩＩＩ−窒化物層の屈折率とセラミック蛍光体の屈折率の中間の屈折率とを持つように選択される。上記の高屈折率結合材料の多くが適切な接合層を作ることができる。
【００２７】
図５に示される実施形態においては、ｐ−コンタクト２０は反射性とするか、又は付加的な反射鏡をコンタクト２０に近接して設けて、すべての光放射がセラミック蛍光体へ向かうようにする。セラミック蛍光体から変換されずに漏れる活性領域からの放射量を制御するために、随意的に、反射鏡５４、例えば分散型ブラッグ反射鏡をＩＩＩ−窒化物デバイス層の反対側のセラミック蛍光体表面に加えることができる。例えば、活性領域がＵＶ光を放射するデバイスにおいては、反射鏡５４は完全に非変換光を除去できる。活性領域が青色光を放射するデバイスにおいては、反射鏡５４は、所期の放射スペクトルを達成するために、セラミック蛍光体から漏れる非変換青色光を減衰させることができる。幾つかの実施形態においては、反射鏡５４を省き、デバイス層とは反対側のセラミック蛍光体５２の表面を粗面化し、テクスチャ加工し、又は光取り出しを改善するように形状加工することができる。さらに、セラミック蛍光体の透光性、即ち、それが生じる散乱量、は上記のように高度の不透明から高度の透明まで制御することができる。
【００２８】
図５に示される実施形態は、図１３に示されるようにパッケージ部品に接合することができる。そのようなデバイスは、２００４年１０月２８日付けで提出された米国特許出願番号第１０／９７７，２９４号、“Ｐａｃｋａｇｅ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  ＬＥＤ”により詳しく記載されており、この特許出願は、引用によりここに取り入れられる。図１３に示されるデバイスにおいては、光放射領域を含んだ半導体構造体１３０が、下記のように、セラミック蛍光体５２に接合インタフェース５６によって接合されている。コンタクト１８及び２０が半導体構造体１３０の上に形成され、それらは、パッケージ素子１３２に金属インターフェース１３４によって接合される。パッケージ素子１３２は、一般に半導体構造体１３０の横方向広がりを超えた横方向の広がりを有する。幾つかの実施形態においては、パッケージ素子１３２とセラミック蛍光体５２の間に配置される全ての層は、１００ミクロンより薄い厚さを有する。図１３は、両方のコンタクト１８及び２０が半導体構造体の同じ側に形成されるフリップ・チップ配置でパッケージ素子１３２に取り付けられた半導体構造体１３０を示すが、代替の実施形態においては、コンタクト１８が半導体構造体１３０の、コンタクト２０とは反対の側面に形成されるようにセラミック蛍光体５２の一部を除去することができる。
【００２９】
図６に示される実施形態においては、ｐ−コンタクト６０及び／又はｎ−コンタクト６１は少なくとも部分的に透明であり、反射鏡６２はセラミック蛍光体５２の裏面上に形成されるか又は取り付けられ、全ての光放射はコンタクト６０及び６１を通してデバイスから外に導かれる。
【００３０】
幾つかの実施形態においては、セラミック蛍光体は、蛍光体でなく不活性な粒子を含んだ部分、或いは、活性化ドーパントを持たない蛍光体結晶を含んだ部分を有し、それらの部分は、光を吸収も放射もしない。例えば、ＳｉＮxをセラミック蛍光体５２の中に不活性粒子として含めることができる。セラミック蛍光体中の活性化ドーパントに、例えばデバイス表面に近接したセラミックの部分における蛍光体が最高ドーパント濃度を持つように、勾配を付けることができる。デバイス表面からの距離が大きくなるにつれて、蛍光体中のドーパント濃度が減少する。ドーパントの濃度プロフィルは、例えば、直線的、階段的、又は指数関数的プロフィルを含んだ任意の形状をとることができ、そして一定ドーパント濃度領域を多重に含むか又は全く含まなくともよい。幾つかの実施形態においては、デバイス表面から最も離れたセラミック層の部分は、蛍光体又はドーパントを含まないようにすることができる。セラミック蛍光体の厚さ及び活性化ドーパントの含有量は、所望の放射スペクトルを生じるように調整することができる。幾つかの実施形態においては、セラミック蛍光体は、各々が同じ又は異なった波長の光を放射する複合の蛍光体を含む。複合蛍光体は、混合して単一の均一なセラミック蛍光体を形成してもよく、又は、多様な蛍光体を別々の層中に形成し、セラミック蛍光体中で蛍光体の積層を作ってもよい。同様に、同じ蛍光体材料の多数のセラミック層を互いに接合して、多重セラミック積層を形成してもよい。セラミック蛍光体を含むデバイスはまた、コンフォーマルな蛍光体層又は蛍光体がエポキシ中に配置された、通常の蛍光体層と共に用いることができる。
【００３１】
図５に示されるデバイスは、セラミック蛍光体５２を成長基板として用いて、図７、図８、及び図９に示されるように製造することができる。図７において、単結晶核生成層５８が、成長基板１６上に成長させられる。図７の好ましい実施形態においては、核生成層５８はＧａＮで、成長基板１６はサファイアである。核生成層５８の表面とセラミック蛍光体５２の表面は互いに接合される。随意的な接合層を二つの接合表面の間に配置してもよい。接合層は高度に透明であることが好ましい。好ましい実施形態において、接合層は高い屈折率、例えばセラミック蛍光体５２の屈折率と核生成層５８の屈折率との間の屈折率を有する。適切な高屈折率材料の例はＴｉＯ2である。接合層が薄いことを条件に、透明で、低屈折率の材料を接合層として用いることができる。例えば、ＳｉＯ2は、厚さが例えば１００Åより薄いとき、接合層として用いることができる。接合層が極めて薄いことを条件に、光吸収性の材料を用いてもよい。例えば、厚さが例えば数単分子層より薄いときには、Ｓｉを接合層として用いることができる。
【００３２】
表面は、典型的には、高温高圧において接合される。接合のための適切な温度は、例えば、５００℃から１０００℃までの間であり、接合のための適切な圧力は、例えば５から１０００ｐｓｉまでである。表面は、上記の温度及び圧力において、例えばＮ2雰囲気中で、所定の時間、例えば少なくとも１時間、互いに圧着される。これらの条件下で二つの表面間に堅牢な接合が形成される。そのような接合は、付加的な半導体層の成長ステップなど、接合に続く更なる半導体加工処理に必要な温度に耐えることができる。接合の後、成長基板１６は、上記のようにサファイア基板に対するレーザ溶融法、エッチング法、又はラッピング法など、基板に適した方法で除去できる。
【００３３】
代わりに、図８に示されるように、単結晶核生成層５８を、成長基板１６上に形成される層７４の一部として形成することができる。図８において、核生成層５８は、例えばＳｉＣ，Ａｌ2Ｏ3，ＧａＮ又はＡｌＮとすることができる。成長基板１６は、任意の適切な基板とすることができる。水素などの注入種が、図８に示されるように、層７４中に７２において注入される。核生成層５８の表面及びセラミック蛍光体５２の表面が、次に、図７を参照して上述されたように、互いに接合される。接合の後、成長基板１６及び残存層７４が、構造体を加熱して、注入種７２が分解し、核生成層５８及びセラミック蛍光体５２から成長基板を分離させるまで、加熱することによって除去される。
【００３４】
図７及び図８の両方において、セラミック蛍光体５２及び核生成層５８の間に、付加的な半導体層の成長に耐えることのできる接合が形成される。図９に示されるように、ｎ型領域１０、活性領域１４、及びｐ型領域１２を含んだデバイス層が、次に核生成層５８上に成長させられる。完成したデバイスにおいては、核生成層５８の側面からの光漏れの量を最小にするために、核生成層をできる限り薄く、例えば１００ミクロンより薄く、好ましくは１０ミクロンより薄く、より好ましくは１ミクロンより薄く、することが望ましい。ＩＩＩ−窒化物デバイス層を成長させる前に、核生成層５８を随意に薄くしてもよい。
【００３５】
図７の好ましい実施形態においては、基板１６はサファイアであり、核生成層５８はＧａＮ又はＡｌＮである。ウルツ鉱型ＩＩＩ−窒化物層は、ガリウム結晶面及び窒素結晶面を有する。ＧａＮ又はＡｌＮがサファイア上に普通に成長させられるときは、結晶層の上面は普通ガリウム面である。従って、核生成層５８がセラミック蛍光体５２に接合され、成長基板１６が除去されたときは、核生成層５８の露出表面は窒素面である。ｎ型領域１０、活性領域１４、及びｐ型領域１２を含んだデバイス層は、核生成層５８と同じ窒素面配向をもって、核生成層５８の窒素面上に成長させることができる。窒素面膜は、例えば分子線エピタキシ法又はＭＯＣＶＤ法によって成長させることができ、より詳しくは、“有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）によって成長させたホモエピタキシャルＧａＮの形態的及び構造的特性”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｇｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２０４（１９９９）４１９−４２８及び“極性を持った振る舞い”，Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ｂ）２２８，Ｎｏ．２，５０５−５１２（２００１）に記載されており、この文献は、共に、引用によりここに組み入れられる。その代わりに、ガリウム面に結晶成長を再配向させる構造体、例えば低温半導体層などは、デバイス層をガリウム面上に普通に成長させるように、デバイス層に先立って成長させてもよい。幾つかの実施形態においては、核生成層５８を表面上に窒素面を有するように成長させてもよく、その結果、セラミック蛍光体５２に接合し成長基板１６を除去した後に、露出表面はガリウム面となる。デバイス層を成長させた後、デバイスは通常の方法によって、例えばｎ型領域１０の一部を露出させるためにエッチングし、次いでｎ型領域１０及びｐ型領域１２の上にコンタクトを形成することによって、図５及び図６に示されたデバイスのどちらかに加工される。セラミック蛍光体は、ウエーハを切り分ける前にエッチング又はラッピングなどの通常のプロセスによって除去又は薄くできる、キャリアを含んでもよい。
【００３６】
代替的に、図５及び図６に示されたデバイスは、図１０及び図１１に示されるように、成長基板上にデバイス層を成長させ、次いでデバイス層をホスト基板としてのセラミック蛍光体に接合することによって製造することもできる。そのような実施形態においては、ｐ型領域が、活性領域及びｎ型領域の前に成長させられる。従って、ｎ型又は非ドープ領域７６が成長基板１６上に直接成長させられる。この領域は、バッファ層又は核生成層などの随意の準備層、及び成長基板の剥離を促進するため或いは基板除去後のエピタキシャル層の薄層化のために予定される随意の剥離層を含んでもよい。Ｐ型領域１２が次に成長させられ、活性領域１４及びｎ型領域１０がそれに続く。次にｎ型領域１０の表面がセラミック蛍光体層５２に、図１０に示され、図７を参照して上述されたように、接合材５６を通じて接合される。図１０はｎ型領域１０の表面に形成された接合材５６を示しているが、セラミック蛍光体５２に接合される半導体構造体の表面はｐ型、ｎ型、又は非ドープ型であってよい。接合材５６は透明でなくてはならない。接合層は、上記のように、接合を促進するために二つの接合表面の間に配置することができる。図１１に示されるように、一旦成長基板１６が除去されると、成長基板上に直接成長した領域を除去するためにエピタキシャル層がエッチングされ、ｐ型領域１２が露出する。ｐ型領域１２の表面は、より詳しくは、引用によりここに組み入れられる“分極反転型ＩＩＩ−窒化物発光デバイス”、特許出願番号第［代理人整理番号ＬＵＭ−０４−１０−０２］に記載されているように、ホール密度を増加するため及びエッチングによって生じた損傷を修復するために、例えばｐ＋材料７８を再成長させる又はアンモニア雰囲気下でアニールすることによって、処理することができる。ウエーハは、次に、通常の方法によって図５及び図６のデバイスのいずれかに加工処理される。しかし、そのようなデバイスは、図５及び図６に示されている核生成層５８を含まず、むしろ接合材５６がセラミック蛍光体層５２及びｎ型領域１０の間に配置されたものとなる。
【００３７】
セラミック蛍光体の長所は、特にセラミック蛍光体を通して光が取り出される図５のデバイスにおいては、例えば、光取り出し量を増すために、セラミック層を成型し、研磨し、機械加工し、熱間鍛造又は光学研磨して、望ましい形態に加工できることである。発光性セラミック層は、一般に高い屈折率、例えばＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+のセラミック蛍光体の場合には１．７５から１．８までといった屈折率を有する。高屈折率セラミック蛍光体と空気の間の界面における内部全反射を避けるために、セラミック蛍光体をドーム型レンズ又はフレネルレンズなどのレンズに成型することができる。デバイスからの光取り出し量は、セラミック蛍光体の上面を、粗面化するか、或いはランダムに又は繰り返しパターンにテクスチャ加工することによって、さらに改善することができる。また、セラミック蛍光体の大きさは、視角に関して一様な色を与えるように選択することができる。例えば、１つ又はそれ以上の蛍光体が、発光領域によって放射された非変換青色光と結合するデバイスにおいて、もしセラミック蛍光体が活性領域より有意に小さければ、上から見ると、白色光が青色の環で囲まれているように見えるであろう。もしセラミック蛍光体が活性領域より有意なほど大きければ、白色光が黄色の環で囲まれているように見えるであろう。セラミック蛍光体がレンズに加工成型される実施形態においては、セラミック蛍光体が取り付けられるデバイス面の少なくとも２倍の長さの底面を有する成型されたセラミック蛍光体に対して、良好な光取り出しが期待される。そのような実施形態において、波長変換蛍光体のセラミック体中での位置は、光の一様な混合をもたらすように選択することができる。例えば、波長変換材料は、デバイスの上端の半導体層に最も近いセラミック体の部分に、閉じ込めることができる。他の実施形態においては、波長変換材料は、第一のセラミック蛍光体本体中に与え、次いで第二の成型された透明なセラミック体に接合することができる。
【００３８】
図１２は、詳細は米国特許第６，２７４，９２４号中に記載されており、パッケージされた発光デバイスの分解図である。放熱スラグ１００は挿入成型されたリードフレーム中に配置される。挿入成型リードフレームは、例えば、電気的経路を与える金属フレーム１０６の周りに成型された充填プラスチック材料１０５である。スラグ１００は随意的に反射キャップ１０２を含んでよい。発光デバイス・ダイ１０４は、上記の実施形態中で説明されたどのデバイスであってもよいが、スラグ１００に、直接に又は熱伝導性補助マウント１０３を介して取り付けられる。カバー１０８は、これは光学レンズであってもよいが、加えてもよい。
【００３９】
本発明の実施形態は幾つかの利点を提供する。第一に、活性領域から放射された光は非常に小さな損失で蛍光体に吸収される高い確率を有する。光が蛍光体によって再放射されるときは、蛍光体領域を脱出しなければならないが、しかし蛍光体領域内の環境はほぼ光学的に無損失である。蛍光体領域は、蛍光体による散乱、及び吸収と再放射を通じて、蛍光体領域から周囲へ光が脱出するのに必要な、多くのランダム化事象をもたらす。その結果、上記の実施形態は、従来技術のデバイスより優れた光取り出しをもたらすことになる。第二に、上記の幾つかの実施形態は、図１に示された従来技術のデバイスに使用される有機接着剤を除去し、それゆえ、例えば高温作業中に、それらの有機接着剤の劣化によって引き起こされる問題を取り除く。
【００４０】
蛍光体の上記の望ましい特性、例えば第一発光層によって放射された光に対する高吸収性及び高量子収率など、を有する任意の発光性材料は、上記の実施形態において効率的に光を生ずるために用いることができる。それゆえに、本発明は蛍光体に限定されない。発光領域によって放射される波長において、大きな屈折率虚数部分、ｋ、及び、変換される波長において無視できるｋ、を有する波長変換材料、例えば幾つかのＩＩＩ−Ｖ及びＩＩ−ＶＩ半導体、を本発明の幾つかの実施形態において蛍光体の替わりに用いることができる。特に、適切な材料においては、第一発光領域によって放射される波長において、ｋは０．０１より大きく、より好ましくは０．１より大きく、さらにより好ましくは１より大きい。そのような実施形態において、特にＩＩＩ−Ｖ及びＩＩ−ＶＩ半導体の実施形態において、第一発光領域からの高いフルエンス（１００Ｗ／ｃｍ2程に又はそれ以上に高い）が発光性材料中の効率的な周波数逓降変換のために必要になるであろう。さらに、例えばテクスチャ加工、粗面化、又は成形などのような、発光性材料から光を取り出す手段を用意しなければならない。
【００４１】
以上、本発明を詳細に説明したが、当業者は、本開示が与えられた状態では、ここで説明された本発明の着想の精神から離れることなしに、本発明に変更を加えることができることを、認識するであろう。例えば、上記の実施例はＩＩＩ−窒化物半導体デバイスを説明しているが、他の材料系のデバイスを用いることもできる。また、上記の例は蛍光体を含むが、他の発光性材料、例えば半導体ナノ粒子、量子ドット、又は有機色素など、を用いることもできる。従って、本発明の範囲が図示され説明された特定の実施形態に限定されることは、意図されない。
以下に本発明の実施態様を記載する。
［態様１］セラミック体蛍光体が第一ピーク波長の光を吸収し第二ピーク波長の光を放射するように形成された蛍光体を含むセラミック体を準備するステップと、
前記セラミック体を核生成構造体に接合するステップと、
前記核生成構造体上に、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置されて前記第一ピーク波長の光を放射するように形成された発光領域を有する半導体構造体を成長させるステップと、を含み、
前記核生成構造体は、成長前における厚さが１００ミクロンより小さいことを特徴とする方法。
［態様２］前記接合ステップが、実質的に金属又は接着剤のない接合を形成するステップを含むことを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様３］前記接合ステップが、前記セラミック体と前記核生成構造体とを５００℃より高い温度及び５ｐｓｉより高い圧力において互いに圧着するステップを含むことを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様４］前記核生成構造体が、ＧａＮ，ＡｌＮ，ＳｉＣ，及びＡｌ2Ｏ3の群から選択されることを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様５］基板上に形成された核生成構造体を準備するステップと、
接合後に前記基板を除去するステップと、
をさらに含むことを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様６］前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域の両方の一部を露出させるために、前記半導体構造体をエッチングするステップと、
前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域のそれぞれの上にコンタクトを形成するステップと、
をさらに含むことを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様７］前記コンタクトの少なくとも１つが反射性であることを特徴とする態様６に記載の方法。
［態様８］前記セラミック体をレンズに成型するステップをさらに含むことを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様９］前記セラミック体の表面をテクスチャ加工又は粗面化するステップをさらに含むことを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様１０］前記セラミック体が透明であることを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様１１］前記セラミック体が不透明であることを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様１２］
前記核生成構造体は、成長前における厚さが１０ミクロンより小さいことを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様１３］前記核生成構造体は、成長前における厚さが１ミクロンより小さいことを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様１４］
前記核生成構造体と前記セラミック構造体との間に接合層を生成するステップをさらに含むことを特徴とする態様１に記載の方法。
［態様１５］第一ピーク波長の光を吸収し第二ピーク波長の光を放射するように形成された蛍光体を含むセラミック体を準備するステップと、
成長基板上に形成され、第一ピーク波長の光を放射するように形成された発光領域がｎ型領域とｐ型領域との間に配置された半導体構造体を準備するステップと、
前記セラミック体を前記半導体構造体の表面に接合するステップと、
接合後に成長基板を除去するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
［態様１６］前記ｎ型領域を成長させる前に前記ｐ型領域が前記成長基板上に成長させられることを特徴とする態様１５に記載の方法。
［態様１７］前記成長基板の除去後に前記半導体構造体をアニールするステップをさらに含むことを特徴とする態様１６に記載の方法。
［態様１８］前記セラミック体に接合される前記半導体構造体の表面がｎ−型領域の表面であることを特徴とする態様１５に記載の方法。
［態様１９］前記半導体構造体と前記セラミック体との間に接合層を生成するステップをさらに含むことを特徴とする態様１５に記載の方法。
［態様２０］ｎ−型領域とp−型領域の間に挟まれた発光領域を有する複数の層を含む半導体構造体と、
前記複数の層の１つに直接接触する発光性材料と、
を備え、
前記発光領域によって放射される光の波長において、前記発光性材料の屈折率の虚数部ｋが０．０１より大きいことを特徴とする発光デバイス。
［態様２１］ｋが０．１より大きいことを特徴とする態様２０に記載の発光デバイス。
［態様２２］前記発光領域がＩＩＩ−窒化物材料を含むことを特徴とする態様２０に記載の発光デバイス。
［態様２３］前記発光性材料が蛍光体を含むことを特徴とする態様２０に記載の発光デバイス。
［態様２４］前記発光性材料がセラミック蛍光体を含むことを特徴とする態様２３に記載の発光デバイス。
［態様２５］前記発光性材料が蛍光体粒を含むことを特徴とする態様２３に記載の発光デバイス。
［態様２６］前記蛍光体粒の上に配置され、１．７より大きな屈折率をもつ透明材料をさらに含むことを特徴とする態様２５に記載の発光デバイス。
［態様２７］前記透明材料がガラスを含むことを特徴とする態様２６に記載の発光デバイス。
［態様２８］前記ガラスがゾルーゲルガラスを含むことを特徴とする態様２７に記載の発光デバイス。
［態様２９］前記透明材料中に配置され、約２ｎｍから約５０ｎｍまでの間の直径を有するナノ粒子をさらに含むことを特徴とする態様２６に記載の発光デバイス。
［態様３０］前記蛍光体粒に直接接触する複数の層の表面層が、テクスチャ加工されているか又は粗面化されていることを特徴とする態様２５に記載の発光デバイス。
［態様３１］前記半導体構造体が、前記半導体構造体の横方向の広がりを超えた広がりを有するパッケージ部品に接合されていることと、
前記パッケージ部品が前記発光性材料から１００ミクロンより小さな距離だけ隔てられていることと、
を特徴とする態様２０に記載の発光デバイス。
［態様３２］セラミック体と、
百ミクロンより薄い核生成構造体と、
前記セラミック体と前記核生成層の間に配置され、前記セラミック体を前記核生成構造に接続する接合インターフェースと、
を含む構造体であって、
前記核生成構造体が、前記核生成構造体上にエピタキシャル構造体が成長させられる  ように形成されており、
前記セラミック体と前記核生成構造体の間のいかなる距離も１００ミクロンより小さいこと、
を特徴とする構造体。
［態様３３］前記核生成構造体上に成長させられた半導体構造体をさらに含み、該半導体構造体がｎ−型領域とｐ−型領域の間に配置された発光領域を含み、前記発光領域が第一ピーク波長の光を放射するように形成されており、前記核生成構造体が前記半導体構造体と前記セラミック体との間に配置されたことを特徴とする態様３２に記載の構造体。
［態様３４］
前記セラミック体が、第一ピーク波長の光を吸収し、第二ピーク波長の光を放射するように形成された蛍光体を含むことを特徴とする態様３３に記載の構造体。
［態様３５］前記核生成構造体が、ＧａＮ，ＡｌＮ，ＳｉＣ，及びＡｌ2Ｏ3の群から選択されることを特徴とする態様３３に記載の構造体。
［態様３６］パッケージ部品と、
セラミック体と、
前記セラミック体と前記パッケージ部品の間に配置され、それらに接続された半導体構造体と、
を含み、前記半導体構造体がｎ−型領域とｐ−型領域の間に配置され、前記発光領域が第一ピーク波長の光を放射するように形成された発光領域を有する構造体であって、
前記パッケージ部品がセラミック体から１００ミクロンより小さな距離だけ離れ、前記パッケージ部品が、半導体構造体の横方向の広がりを超えた横方向の広がりを有する、
ことを特徴とする構造体。
［態様３７］前記セラミック体が、第一ピーク波長の光を吸収し、第二ピーク波長の光を放射するように形成された蛍光体を含むことを特徴とする態様３６に記載の構造体。
【符号の説明】
【００４２】
４：基板
１０：半導体層
１２：半導体層
１４：活性領域
１６：透明上層（成長基板）
１８、２０、６０、６１：コンタクト
２２、２４：接続
２６、２８：基板コンタクト
３０：蛍光体層
３２：光学的結合媒体
３４：蛍光体粒（蛍光体層）
３６：エピタキシャル層
３８：ホスト基板
５０：金属層
５２：セラミック蛍光体層
５４、６２：反射鏡
５６：接合材
５８：核生成層
７２：水素注入部
７６：準備層
７８：再成長ｐ＋材料
１００：放熱スラグ
１０２：反射キャップ
１０３：熱伝導性補助キャップ
１０４：発光デバイス・ダイ
１０５：充填プラスチック材料
１０６：リードフレーム
１０８：カバー
１３０：半導体構造体
１３２：パッケージ素子
１３４：金属インターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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