(57)【要約】【課題】半導体発光デバイスを提供すること。【解決手段】半導体発光デバイスは、少なくとも部分的に透明な基板と、基板の第１の側に配置された活性半導体構造と、基板の第２の側の空洞内に少なくとも部分的に形成されたレンズ構造とを備える。活性半導体構造によって生成された光は、基板及びレンズ構造を通って出射される。空洞は、底面及び複数の側壁を備えてよく、複数の側壁は、底面から上方に、基板の第２の側の上面まで延びるが、多数の他の空洞形状が可能である。底面は、凸状又は凹状であってよい。底面及び複数の側壁は、基板の第２の側の上面と平行な平面を有する球の一部を形成してよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に透明な基板と、
前記基板の第１の側に配置された活性半導体構造と、
前記基板の第２の側の空洞内に少なくとも部分的に形成されたレンズ構造と
を備え、前記活性半導体構造によって生成された光は、前記基板及び前記レンズ構造を通って出射される、半導体発光デバイス。
【請求項２】
前記レンズ構造は、ある体積の樹脂材料を前記空洞内に堆積し、前記ある体積の樹脂材料をリフローすることによって形成され、前記樹脂材料は、ポリメチルメタクリレートを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記レンズ構造は、非半球レンズを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記レンズ構造は、両凸レンズ、両凹レンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、及びメニスカス・レンズのうちの１つとして実装された球面レンズ構造を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記レンズ構造は、円筒レンズ構造を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記空洞は、底面及び複数の側壁を備え、前記複数の側壁は、前記底面から上方に、前記基板の前記第２の側の上面まで延び、
前記底面は凸状である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記空洞は、底面及び複数の側壁を備え、前記複数の側壁は、前記底面から上方に、前記基板の前記第２の側の上面まで延び、
前記底面は凹状である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記空洞は、底面及び複数の側壁を備え、前記複数の側壁は、前記底面から上方に、前記基板の前記第２の側の上面まで延び、
前記底面及び前記複数の側壁は、前記基板の前記第２の側の前記上面と平行な平面を有する球の一部を形成する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
少なくとも部分的に透明な基板の第１の側に活性半導体構造を形成することと、
前記基板の第２の側に空洞を形成することと、
前記空洞内に少なくとも部分的にレンズ構造を形成することと
を含む方法であって、
前記活性半導体構造によって生成された光は、前記基板及び前記レンズ構造を通って出射される、方法。
【請求項１０】
１つ又は複数の半導体発光デバイス、及び
前記１つ又は複数の半導体発光デバイスに結合された、前記１つ又は複数の半導体発光デバイスによる光の生成を制御するための制御回路
を備える装置であって、
前記１つ又は複数の半導体発光デバイスの少なくとも所定の１つは、
少なくとも部分的に透明な基板と、
前記基板の第１の側に配置された活性半導体構造と、
前記基板の第２の側の空洞内に少なくとも部分的に形成されたレンズ構造と
を備え、
前記活性半導体構造によって生成された光は、前記基板及び前記レンズ構造を通って出射される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
分野は、全体的には半導体デバイスに関し、より詳細には半導体発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザ及び発光ダイオードを含む多くの異なる種類の半導体発光デバイスが、当該技術分野で既知である。これらのデバイスのいくつかは、光生成のための活性半導体構造を形成するために、窒化ガリウム（ＧａＮ）を利用する。ＧａＮ系面発光レーザ及びレーザダイオードは、交通信号灯及び他の種類の固体照明、屋内及び屋外の電子ディスプレイ、液晶ディスプレイ用バックライト、並びに多くの他のものを含む多数の用途で広範囲にわたって使用されるようになってきている。これらのＧａＮ系デバイスは、優れた光学的ビーム特性、並びにバッチ製造及び実装の容易さのような、多くの重要な利点を有する。他の種類の半導体発光デバイスは、他の半導体材料を用いて同様の利点を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施形態では、半導体発光デバイスは、少なくとも部分的に透明な基板と、基板の第１の側に配置された活性半導体構造と、基板の第２の側の空洞内に少なくとも部分的に形成されたレンズ構造とを備える。活性半導体構造によって生成された光は、基板及びレンズ構造を通って出射される。
【０００４】
単に例として、空洞は、底面及び複数の側壁を備えてよく、複数の側壁は、底面から上方に、基板の第２の側の上面へと延びるが、多数の他の空洞形状が可能である。底面は、凸状又は凹状であってよい。底面及び複数の側壁は、基板の第２の側の上面と平行な平面を有する球の一部を形成してよい。
【０００５】
半導体発光デバイスは、面発光レーザ若しくは発光ダイオードの形態、又は他の形態で実装されてよい。
【０００６】
１つ若しくは複数の面発光レーザ、発光ダイオード、又は他の半導体発光デバイスが、照明システム、電子ディスプレイ、又は別の種類のシステム若しくはデバイス内の関連する制御回路と共に実装されてよい。より具体的な例として、複数の半導体発光デバイスが、関連する制御回路を有するアレイの形態で結合され、照明システム、電子ディスプレイ、又は別の種類のシステム若しくはデバイス内に実装されてよい。
【０００７】
本発明の他の実施形態は、方法、装置、集積回路、及び処理デバイスを含むが、これらに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な実施形態での基板の空洞内に形成されたレンズ構造を有する面発光レーザを備える例示的な半導体発光デバイスの断面図である。
【図２】図１の面発光レーザの基板内に空洞を形成するプロセスのステップを示す図である。
【図３】図１の面発光レーザの基板内に空洞を形成するプロセスのステップを示す図である。
【図４】図１の面発光レーザの基板内に空洞を形成するプロセスのステップを示す図である。
【図５】図１の面発光レーザの基板内に空洞を形成するプロセスのステップを示す図である。
【図６】図１の面発光レーザの基板内に空洞を形成するプロセスのステップを示す図である。
【図７】図１の面発光レーザの基板内に空洞を形成するプロセスのステップを示す図である。
【図８】図１の面発光レーザの基板内に空洞を形成するプロセスのステップを示す図である。
【図９】図１の面発光レーザの基板内に空洞を形成するプロセスのステップを示す図である。
【図１０】図１の面発光レーザの基板内に空洞を形成するプロセスのステップを示す図である。
【図１１】図１の面発光レーザの基板内に空洞を形成するプロセスのステップを示す図である。
【図１２】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す断面図である。
【図１３】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す断面図である。
【図１４】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す断面図である。
【図１５】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す断面図である。
【図１６】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す断面図である。
【図１７】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す断面図である。
【図１８】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す断面図である。
【図１９】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す断面図である。
【図２０】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す断面図である。
【図２１】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す断面図である。
【図２２】例示的な実施形態での複数の空洞及びその中に形成されたレンズ構造を有するウェハを示す平面図である。
【図２３】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す平面図である。
【図２４】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す平面図である。
【図２５】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す平面図である。
【図２６】例示的な実施形態での面発光レーザの基板内のレンズ構造及び空洞に関する異なる可能な構成を示す平面図である。
【図２７】面発光レーザのアレイ及び関連する制御回路網を備える集積回路を示す。
【図２８】図２７の集積回路を組み込んだ処理デバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態が、例示的な面発光レーザ（ＳＥＬ）に関連して本明細書で説明され、面発光レーザの各々は、基板の空洞内に形成された少なくとも１つのレンズ構造を含む。しかしながら、本発明の実施形態を、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、幅広い代わりの種類及び構成の半導体発光デバイスを使用して実施することができる。
【００１０】
図１は、ＳＥＬ１００の形態の例示的な半導体発光デバイスを示す。ＳＥＬ１００は、サファイア基板１０４の第１の側に配置された活性半導体構造１０２を備える。
【００１１】
本実施形態の活性半導体構造１０２は、例示的にＧａＮ  ＳＥＬ構造を備えるが、多数の他の半導体材料及び構成が、他の実施形態で使用されてよい。ＧａＮ  ＳＥＬ構造は、サファイア基板上に既知の技術を使用してエピタキシャル成長又は別の方法で形成されてよい。
【００１２】
サファイア基板１０４は、活性半導体構造１０２によって生成される光の１つ又は複数の波長で実質的に透明であり、本明細書で「少なくとも部分的に透明な基板」と最も一般的に呼ばれるものの一例である。このような基板は、活性半導体構造１０２によって生成される光の典型的な波長を包含する特定の範囲の波長に対して実質的に透明であってよい。エッチング又は他の加工操作を使用して内部に空洞を形成するのに適した幅広い異なる種類の基板が、他の実施形態で使用されてよい。したがって、サファイア基板の使用は、必須ではない。
【００１３】
本実施形態のサファイア基板１０４の第２の側は、内部に形成された空洞を有する。レンズ構造１０６が、図１の空洞内に形成される。図に示すサファイア基板１０４の第１及び第２の側は、基板の下側及び上側主面のそれぞれに対応し、それぞれ基板の前側及び裏側と呼ぶこともできるが、この文脈で使用される「側」という用語は、活性半導体構造１０２及びレンズ構造１０６に対する他の基板配置を包含するように広く解釈されることを意図している。
【００１４】
以下でさらに詳細に論じるように、空洞は、様々な異なる形状及び構成であってよく、レンズ構造１０６は、様々なレンズの種類の１つ又は組み合わせであってよい。レンズ構造は、１ミリメートル未満の、数μｍほどの小さい直径を有するマイクロレンズであってよい。特定の実施形態で使用されるレンズ構造の大きさは、サファイア基板１０４及び／又は活性半導体構造１０２の大きさに部分的に基づいて選択されてよい。
【００１５】
ＳＥＬ１００は、さらに、活性半導体構造１０２及びその関連する基板１０４を支持するように構成されたサブマウント１０８を備える。サブマウント１０８の上面の一部は、活性半導体構造１０２の活性領域のストライプの下にある。活性半導体構造１０２、基板１０４、及びサブマウント１０８の配置は、ＳＥＬのフリップチップ構成の一例である。このようなフリップチップ構成は、強化された熱管理及び発光の光結合を提供することができるが、他の種類及び配置の半導体発光デバイス実装が使用されてよい。
【００１６】
光は、活性半導体構造１０２の活性領域のストライプを介してＳＥＬ１００内に生成されるが、多くの他の光生成配置が、他の実施形態で使用されてよい。活性半導体構造１０２によって生成された光の少なくとも一部が、基板の第１の側から基板の第２の側に基板１０４を通って、レンズ構造１０６を通って出射される。図１のレンズ構造１０６は、平凸円筒レンズを備える。しかしながら、以下に詳述するように、多数の他のレンズの種類が使用されてよい。
【００１７】
上述したように、サブマウント１０８は、活性半導体構造１０２及び基板１０４を支持する。はんだバンプ１１２及び１１８を介して活性半導体構造１０２の下面上の対応する接点１１４及び１２０と結合するための複数の接点１１０及び１１６が、サブマウント１０８の上面に形成される。
【００１８】
より具体的には、本実施形態では、サブマウント１０８の上面に形成された接点は、活性半導体構造１０２のそれぞれのｎ接点１１４−１及び１１４−２にそれぞれのはんだバンプ１１２−１及び１１２−２を介して結合された第１及び第２のサブマウント接点１１０−１及び１１０−２と、活性半導体構造１０２のｐ型接点１２０にはんだバンプ１１８を介して結合された第３の接点１１６と、を含む。ｐ型接点１２０は、活性半導体構造の反射器と一体に、又は別の方法で活性半導体構造の反射器に関連して形成される。
【００１９】
上記の反射器は、一般に、活性領域のストライプで生成された光を、活性半導体構造１０２の下面から離れ、基板１０４に向かって反射するように配置される。
【００２０】
再び、ＳＥＬ１００は、例示にすぎず、他の種類のＳＥＬ構造、又はより一般に半導体発光デバイスを使用することができる。例えば、上記で示したように、図１の活性半導体構造として使用されるＳＥＬ構造は、他の実施形態では、ＬＥＤ構造だけでなく他の種類の半導体レーザ構造で置き換えられてよい。
【００２１】
図２〜１１を参照して説明するように、レンズ構造１０６は、基板１０４の第２の側に形成された不活性化層のパターン化された開口部を介してエッチングすることによって空洞内に形成されてよい。
【００２２】
図２は、サファイア基板１０４の第１の側に取り付けられた活性半導体構造１０２を示し、サファイア基板は、本例では約４００マイクロメートル（μｍ）の特定の初期厚さである。ＧａＮ  ＳＥＬ構造は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いてサファイア基板上に複数のＧａＮ層をエピタキシャル成長させることによって形成されるものとする。ＬＥＤ構造のような他の種類の活性半導体構造を形成するために、同様の技術が使用されてよい。
【００２３】
サファイア基板１０４の第２の側は、その後、本例では約２００μｍの所望の厚さまで研削され、結果として、図３に示す構造が生じる。上述したように、基板１０４の第１及び第２の側は、本明細書では、それぞれ前側又は裏側とも呼ばれる。したがって、本実施形態では、裏側研削プロセスは、図３に示すように基板の厚さを減らすために適用されるものとする。
【００２４】
本例での所望の厚さは、約２００μｍであるが、多数の他の厚さが使用されてよい。したがって、本明細書で言及される厚さ及び他の寸法は、例示にすぎないことを理解すべきである。図３に示すような基板１０４の所望の厚さは、基板の空洞内に形成されることになるレンズ構造の特定の種類に基づいて選択されてよい。例えば、所望の厚さは、平均自由行程を減らし、光抽出を改善するために、基板に１つ又は複数の空洞を形成した後に、指定された最小量の基板材料が残るように選択されてよい。また、活性半導体構造１０２のＧａＮバッファ層は、平均自由行程をさらに減少させるために、エッチ・ストップとして使用されてよい。
【００２５】
次に、図４に示すように、不活性化層４００Ａ及び４００Ｂが、図３の構造の上面及び下面に形成される。このような層は、例えば、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）を使用して堆積されてよい。不活性化層は、約１．０〜２．０μｍ厚であってよく、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）から形成されてよいが、他の厚さ及び材料が使用されてよい。
【００２６】
図５に示すように、パターン化された開口部５００が、基板１０４の第２の側を覆う不活性化層４００Ｂに形成される。これは、例えば、緩衝酸化物エッチング（ＢＯＥ）プロセスのような従来のウェット・エッチング技術を使用して、不活性化層４００Ｂをストライプ・マスクにエッチングすることを含んでよい。開口部５００の形状は、基板１０４に形成すべき空洞に応じて変化してよい。開口部は、矩形パターン、円形パターン、又は様々な他のパターンであってよい。図５では、開口部５００は、図１に示すような円筒型レンズ１０６を形成するための５００μｍ×５００μｍの大きさを有する正方形パターンである。しかしながら、様々な他の大きさ及び幾何学的形状が、他の実施形態で使用されてよいことを、留意することが重要である。例えば、いくつかの実施形態では、不活性化層４００Ｂに円形開口部が形成されてよい。
【００２７】
次に、図６に示すように、不活性化層４００Ｂのパターン化された開口部を介して、空洞６００が、基板１０４の第２の側にエッチングされる。図１の実施形態のように、空洞６００は、逆メサとして示される。以下に詳述するように、様々な他の空洞形状及び幾何学的形状が利用されてよい。いくつかの実施形態では、エッチ・プロファイルは、対称的なメサ空洞のために＜１−１００＞サファイア方向に沿って整列されてよい。しかしながら、他の方向が他の実施形態で使用されてよい。＜１１−２０＞サファイア方向に対して、非対称的な空洞の幾何学的形状がエッチングされてよい。
【００２８】
空洞６００は、３：１の比のＨ２ＳＯ４：Ｈ３ＰＯ４の混合溶液でウェット・エッチングすることによって形成されてよい。適切なエッチング温度は、約２７０〜３００℃である。１２時間の３００℃でのこの種類のウェット・エッチングは、約１６０〜１７０ｐｍの空洞深さを結果として生じる。エッチング時間及び温度、溶液、不活性化層の厚さ、並びにパターン化された開口部の大きさのようなプロセス・パラメータは、空洞６００の深さ、幅、及び形状を変えるために変更されてよい。
【００２９】
不活性化層４００Ａ及び４００Ｂは、空洞６００をエッチングした後に除去され、図７に示すように、ある体積の樹脂材料７００が、空洞６００内に堆積される。樹脂材料７００は、適切な樹脂材料を回転及び平坦化することによって堆積される。ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が、適切な樹脂材料の一例である。しかしながら、実施形態は、樹脂材料としてＰＭＭＡを使用することに単に限定されない。代わりに、様々な他の樹脂材料が利用されてよい。空洞６００は、空洞６００内に堆積されたある体積の樹脂材料７００をリフローすることによって、形成すべきレンズ構造１０６のための場所を画定する。
【００３０】
樹脂材料７００を堆積した後、図８に示すように、フォトレジストの層がスピン・オンされる。フォトレジスト８００は、図９に示すようにパターン化される。残ったフォトレジスト８００を除去するために、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）又は別の適切なプロセスが利用され、図１０に示すように、樹脂材料７００は、開放されたままである。結果として、樹脂材料７００の角柱が、基板１０４の第２の側の表面の上方に残る。次のステップは、図１１に示すように、レンズ構造１０６を形成するために、樹脂材料７００をリフローすることである。上述したように、レンズ構造１０６は、平凸円筒レンズである。しかしながら、上記の処理ステップは、他のレンズの種類及び幾何学的形状を形成するために、適切に変更されてよく、その例を以下に説明する。
【００３１】
ｎ型接点及びｐ型接点は、活性半導体構造１０２上に形成される。対応するはんだバンプの形成前に、活性領域の側壁を維持するために、井戸段差被覆ＳｉＯ２不活性化層が、ＰＥＣＶＤによって堆積されてよい。次に、はんだバンプパターンを画定するために、フォトリソグラフィ・プロセス及びウェット・エッチング・プロセスが使用されてよい。次に、スズ（Ｓｎ）を含んでよいはんだバンプは、接点上に電気めっきされることになる。
【００３２】
上述したプロセス動作は、ウェハ・レベルで実行されるものとし、その後、処理されたウェハは、個々の集積回路に分割される。集積回路の所定の１つが、上述したようなサブマウント１０８に結合することによって、フリップチップ・パッケージ内に配置される。
【００３３】
上述したように、基板１０４に形成された空洞は、他の実施形態では、多様な異なる形状をとることができる。異なる空洞形状、及びその中に形成されてよいレンズ構造の例が、図１２〜２０の断面図に関連して図示され、説明される。
【００３４】
図１２は、上述した空洞６００内の平凹円筒レンズ構造１２０６を示す。空洞６００が、正方形開口部５００又は他の矩形開口部ではなく円形開口部に形成された場合、平凹円筒レンズ構造１２０６は、平凹球面レンズ構造となる。
【００３５】
図１３は、円形開口部に形成された空洞１３００を有する基板１３０４を示す。空洞１３００は、湾曲した形状を有する。湾曲した形状は、凹状の底面及び湾曲した側壁によって画定され、側壁は、底面のエッジから上方に、基板１３０４の第２の側の上面まで延びる。空洞１３００の形状は、基板１３０４の第２の側の上面と平行な平面を有する球の一部を画定する。
【００３６】
図１４は、空洞１３００内に形成された両凸レンズ構造１４０６を示し、図１５は、空洞１３００内に形成された平凸レンズ構造１５０６を示し、図１６は、空洞１３００内に形成された凹凸、ペリスコープ凸面、収束メニスカス・レンズ構造１６０６を示す。
【００３７】
図１７は、円形開口部に形成された空洞１７００を有する基板１７０４を示す。空洞１７００は、凹状の底面及び複数の側壁を有し、複数の側壁は、底面のエッジから上方に、基板１７０４の第２の側の上面まで延びる。図１７は、基板１７０４の上面と実質的に垂直な側壁を示す。他の実施形態では、側壁は、非垂直状に傾斜してよい。
【００３８】
図１８は、空洞１７００内に形成された凹凸、ペリスコープ凹面、発散メニスカス・レンズ構造１８０６を示す。
【００３９】
図１９は、空洞１７００のものと同様の断面形状を有する空洞内に形成された凸円筒レンズ構造１９０６を示す。図１９の空洞は、図１７のような円形開口部ではなく、基板１９０４の矩形開口部に形成される。凸円筒レンズ構造１９０６は、レンズ構造の凸側が、図１及び図１１でのように活性半導体構造１０２から離れておらず、活性半導体構造１０２に面して示されている。したがって、図１９の円筒レンズ構造１９０６の凸側は、「下向き」であると考えられ、図１１の円筒レンズ構造１０６の凸側は、「上向き」であると考えられる。本明細書に記載の様々な他のレンズ構造は、同様に、特定の空洞の形状に応じて「下向き」又は「上向き」に形成されてよいことは、当業者には明らかであろう。
【００４０】
図２０は、円形開口部に形成された空洞２０００を有する基板２００４を示す。空洞２０００は、凸状の底面及び複数の側壁を有し、複数の側壁は、底面のエッジから上方に、基板２００４の第２の側の上面まで延びる。図２０は、基板２００４の上面と実質的に垂直な側壁を示す。他の実施形態では、側壁は、非垂直状に傾斜してよい。
【００４１】
図２１は、空洞２０００内に形成された両凹レンズ構造２１０６を示す。図１９に関連して上述したように、レンズ構造は、下向き又は上向きに形成されてよい。例えば、平凹レンズ構造が、レンズの凹面側が活性半導体構造１０２に面する状態で、空洞２０００内に形成されてよい。様々なメニスカス・レンズ構造及び凹円筒レンズを含む様々な他のレンズ構造が、空洞２０００内に形成されてよく、ここで、円筒レンズの凹面側は、活性半導体構造１０２に面する。
【００４２】
多数の他の空洞形状及びレンズ構造が可能である。加えて、２つ以上のレンズ構造が、単一の空洞内に並べて形成されてよい。複数のレンズ構造が、互いの上に積層されてもよい。例えば、様々な直径及び／又は様々な種類のレンズ構造を空洞内に形成することができるように、空洞が、段付きの側壁を有してよい。本明細書で使用される空洞という用語は、これら及び他の配置を包含するように、広く解釈されることが意図される。
【００４３】
当業者は、所望の経路に沿って光の焦点を合わせるために、様々なレンズ構造を利用することができることを知っているであろう。所定の半導体発光デバイスに形成された特定の空洞形状及びレンズ構造は、特定の用途又は使用目的に基づいて選択されてよい。
【００４４】
本発明の実施形態は、基板の空洞内の合成又は複合レンズ構造の形成を可能にする。合成及び複合レンズ構造は、上述したもののような多数の非半球状レンズ構造を含む。複合レンズ構造の使用は、レンズ構造の複雑な形状及びパターンの形成と、低減した収差、内部反射の抑制、及び改善された外部量子効率のような、改善された光学特性、並びに、半導体発光デバイスから出射される光の光結合を含むが、これらに限定されない、従来技術に対する多くの明白な利点を提供する。
【００４５】
図２２は、ウェハ２２００の平面図を示す。ウェハ２２００は、活性半導体構造２２０２を有し、活性半導体構造２２０２上に、基板２２０４−１、２２０４−２、及び２２０４−３が形成される。基板２２０４−１、２２０４−２、及び２２０４−３は、それぞれ、空洞を有し、空洞内に、レンズ構造２２０６−１、２２０６−２、及び２２０６−３がそれぞれ形成される。図２２に示すように、空洞は、ウェハ２２００の長さ全体にわたるように画定され、ウェハ２２００のエッジに達する前に打ち切られる。ウェハ２２００は、多数の個々のダイに分離されてよい。図２３は、ウェハ２２００から形成された単一のダイの平面図を示す。レンズ構造１０６の左エッジ及び右エッジは、レンズ構造１０６が形成される空洞によって画定され、レンズ構造１０６の上エッジ及び下エッジは、図２３に示す単一のダイへのウェハ２２００の分離中に画定される。
【００４６】
上述したように、レンズ構造１０６は、樹脂材料を空洞内に堆積し、凸円筒レンズの幾何学的形状を得るように樹脂材料をリフローすることによって形成されてよい。リフロー・プロセスは、空洞内に堆積された樹脂材料を空洞のエッジに向かって引っ張ることになる。いくつかの実施形態では、例えば、個々のダイへのウェハ２２００のダイシング又は別の方法の分割の前に、トラフ空洞の長さ全体にわたる凸状又は凹状の表面幾何学的形状を正確に実現するために、図２２のウェハ２２００に示す長いトラフ空洞が使用される。
【００４７】
他の実施形態では、レンズ構造のエッジは、それが形成される空洞によってのみ画定されてよい。図２４は、基板２４０４の矩形空洞内に形成された円筒レンズ構造２４０６の平面図を示す。円筒レンズ構造の左エッジ、右エッジ、上エッジ、及び下エッジは、レンズ構造２４０６が形成される基板２４０４の矩形空洞によって画定される。図２５は、基板２５０４の円形空洞に形成された球面レンズ構造２５０６の平面図を示す。球面レンズ構造２５０６のエッジは、レンズ構造２５０６が形成される基板２５０４の円形空洞によって画定される。球面レンズは、両凸、両凹、平凸、平凹、及びメニスカス幾何学的形状を含むが、これらに限定されない多数の球面幾何学的形状の１つであってよい。
【００４８】
図２６は、内部の空洞に形成された多数のレンズ構造を有する基板２６０４を示す。基板２６０４は、４つの別個の空洞を有し、これらの空洞内には、レンズ構造２６０６−１〜２６０６−４が形成される。図２６に示すように、円筒レンズ構造２６０６−１及び２６０６−２並びに球面レンズ構造２６０６−３及び２６０６−４の組み合わせが形成される。４つより多い又は少ない空洞並びに２つより多い又は少ない異なる空洞形状を有する基板を含む、様々な他の組み合わせが可能である。加えて、上記のように、所定の空洞は、２つ以上のレンズ構造が単一の空洞内に形成されるように成形されてよい。
【００４９】
上述したように、上述したもののような半導体発光デバイスは、集積回路の形態で実装されてよい。所定のこのような集積回路実装では、同一のダイが、典型的には、半導体ウェハの表面上に繰り返しパターンで形成される。各ダイは、本明細書に記載のような回路網を含み、他の構造又は回路を含んでよい。個々のダイは、ウェハから切断又はダイシングされ、次に、集積回路としてパッケージングされる。当業者は、集積回路を製造するために、ウェハをダイシングし、ダイをパッケージングする方法を知っているであろう。このように設計された集積回路は、本発明の実施形態とみなされる。
【００５０】
図２７は、本発明の集積回路の実施形態の一例を示す。この実施形態では、集積回路２７００は、図１に関連して上述したようにそれぞれ構成されたＳＥＬ１００のアレイ２７０２を備える。制御回路網２７０４が、ＳＥＬのアレイ２７０２に結合され、これらのＳＥＬによる光の生成を制御するように構成される。集積回路２７００は、照明システム、電子ディスプレイ、又は別の種類のシステム若しくはデバイスに実装されてよい。
【００５１】
別の例として、所定の発光デバイス集積回路２７００は、図２８に示すように、処理デバイス２８００内に組み込まれてよい。このような処理デバイスは、ラップトップ若しくはタブレット・コンピュータ、携帯電話、電子リーダ、又は、背面照明を提供する若しくは他の機能のために１つ若しくは複数のＳＥＬ集積回路を利用する他の種類の処理デバイスを含むことができる。
【００５２】
処理デバイス２８００では、発光デバイス集積回路２７００は、ＳＥＬの対応するアレイによる光の生成を制御するプロセッサ２８１０に結合される。
【００５３】
プロセッサ２８１０は、例えば、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、中央処理装置（ＣＰＵ）、演算論理装置（ＡＬＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又は他の処理デバイス構成要素、並びに、他の種類及び配置の回路網を、任意の組み合わせで備えてよい。
【００５４】
プロセッサ２８１０は、メモリ２８１２に結合される。メモリ２８１２は、処理デバイス２８００の機能の一部を実施する際にプロセッサ２８１０によって実行するためのソフトウェア・コードを格納する。対応するプロセッサによって実行するためのソフトウェア・コードを格納する所定のこのようなメモリは、本明細書で、コンピュータ・プログラム・コードを内部で具体化したコンピュータ可読媒体又は他の種類のコンピュータ・プログラム製品と呼ばれるものの一例であり、例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）若しくは読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気メモリ、光メモリ、又は他の種類の記憶装置を、任意の組み合わせで含んでよい。上述したように、プロセッサは、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＣＰＵ、ＡＬＵ、ＤＳＰ、若しくは他の回路網の一部又は組み合わせを含んでよい。プロセッサを実装するために利用されるこのような回路網は、１つ又は複数の集積回路を備えてよい。
【００５５】
図２７及び２８にそれぞれ示すような集積回路２７００及び処理デバイス２８００の特定の構成は、例にすぎず、他の実施形態では、集積回路及び処理デバイスは、これらの特に示したものに加えて、又はその代わりに、このような回路及びデバイスの従来の実装で一般的に見られる種類の１つ若しくは複数の要素を含む他の要素を含んでよい。
【００５６】
本明細書に記載の本発明の実施形態は、例示のみを意図していることが、再度強調されるべきである。例えば、本発明の他の実施形態は、本明細書に記載の特定の実施形態で利用されているもの以外の、多様な異なる種類及び配置の半導体発光デバイス、活性半導体構造、基板、空洞、及びレンズ構造を利用して実施されてよい。また、特定のプロセス動作、並びに、材料、厚さ、溶液、及び温度のような関連するパラメータは、例示にすぎない。加えて、本明細書で特定の実施形態を説明する文脈でなされた特定の仮定は、他の実施形態に当てはまる必要はない。以下の特許請求の範囲内のこれらの実施形態及び多数の他の代わりの実施形態は、当業者に容易に明らかであろう。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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