(57)【要約】  光源の配列が半導体波長コンバータに取り付けられる。それぞれの光源は、対応するピーク波長で発光し、光源の配列は、ピーク波長の第１の範囲によって特徴付けられる。この半導体波長コンバータは、光源の配列によってポンピングされたときに、ピーク波長の第２の範囲によって特徴付けられる。ピーク波長の第２の範囲は、ピーク波長の第１の範囲より狭い。この半導体波長コンバータは、光源の最長ピーク波長より長い波長を有する吸収端によって特徴付けられる。この波長コンバータは、また、延長された光源からの出力における波長の変動を低減するためにも使用できる。
2011508450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの光源が対応するピーク波長で発光することができ、前記光源の配列がピーク波長の第１の範囲によって特徴付けられる、光源の配列と、
前記光源の配列に取り付けられた半導体波長コンバータウェハーが、前記光源の配列からの光によってポンピングされたときにピーク波長の第２の範囲によって特徴付けられ、前記ピーク波長の第２の範囲が前記ピーク波長の第１の範囲より狭く、前記半導体波長コンバータウェハーが、前記光源の最長ピーク波長より長い波長を有する吸収端によって特徴付けられる、半導体波長コンバータウェハーと、を具備する、光デバイス。
【請求項２】
前記光源の配列が発光ダイオード（ＬＥＤ）の配列を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ＬＥＤがウェハー上にモノリシックに統合される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤがＧａＮ系ＬＥＤである、請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記半導体波長コンバータウェハーが、ＩＩ−ＶＩ多層半導体波長コンバータウェハーを備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記光源が、ウェハー上にモノリシックに統合されたＧａＮ系ＬＥＤを備える、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記吸収端が、前記最長ピーク波長に関連した光源によって発せられる光の少なくとも約９５％が前記吸収端波長より短い波長を有するように設定される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記吸収端が、前記最長ピーク波長に関連した光源によって発せられる光の少なくとも約９９％が前記吸収端波長より短い波長を有するように設定される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記光源の配列が第１の発光強度プロファイルによって特徴付けられ、前記半導体波長コンバータが、前記第１の発光強度プロファイルに実質的に比例する第２の発光強度プロファイルによって特徴付けられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記波長コンバータが前記光源の配列に接着によって取り付けられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記波長コンバータが前記光源の配列に光学的に結合される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
発光エリアを有する延長された光源が、前記発光エリアに関連したピーク波長の第１の空間的変動によって特徴付けられ、相対的発光の第１の空間的変動が発光エリアと関連して強度を増す、延長された光源と、
前記延長された光源の前記発光エリアに取り付けられた半導体波長コンバータが出力面を有し、前記半導体波長コンバータが前記延長された光源からの光によってポンピングされたときに、前記外面に関連したピーク波長の第２の空間的変動によって特徴付けられ、前記ピーク波長の第２の空間的変動が前記ピーク波長の第１の空間的変動より小さく、前記半導体波長コンバータが、前記延長された光源からの光によってポンピングされたときに、前記外面と関連した相対的発光強度の第２の空間的変動によって更に特徴付けられ、前記相対的発光強度の第２の変動が、前記相対的な発光強度の第１の空間的変動と実質的に比例する、半導体波長コンバータと、を具備する、光デバイス。
【請求項１３】
前記延長された光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ＬＥＤがＧａＮ系ＬＥＤである、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記半導体波長コンバータウェハーが、ＩＩ−ＶＩ多層半導体波長コンバータを備える、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記延長された光源によって発せられる光の少なくとも約９５％が前記吸収端波長より短い波長を有するように、ある波長で設定された吸収バンドによって半導体波長コンバータが特徴付けられる、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記延長された光源によって発せられる光の少なくとも約９９％が前記吸収端波長より短い波長を有するように、ある波長で前記吸収バンドが設定される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記半導体波長コンバータが前記延長された光源に接着によって取り付けられる、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記半導体波長コンバータが前記延長された光源に光学的に結合される、請求項１２に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオードに関するものであり、特に、ＬＥＤの発光する光の波長を変換する波長コンバータを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、一般に、ＭＯＣＶＤのような化学蒸着プロセスを使用して半導体ウェハー上に作製される。ＭＯＣＶＤ製作でのウェハー温度はかなり高く、約８００℃〜１０００℃であり、これは、ウェハー全体に一様の問題をもたらす場合がある。ウェハー全体の温度が均一でないことがこれらの問題の原因である場合があり、いくつかの特定の材料の組み合わせでは、構成材料の１つ以上を再蒸発させるためにプロセス温度が十分でない場合がある。例えば、ＧａＩｎＮ青色／緑色で発光するＬＥＤのようなインジウムを使用する窒化物系ＬＥＤの場合、プロセス温度がインジウムの再蒸発温度より高く、結果として、インジウムの留分がウェハー全体に均一でない。このインジウムの留分の不均一性は、ウェハー全体のＬＥＤデバイスの出力波長における不均一性を結果的にもたらす。
【０００３】
このウェハーから製造され結果として得られたＬＥＤデバイスを試験し、波長にしたがってビニングする必要があるため、この出力波長の変動はＬＥＤ製造コストを著しく増す。また、ＬＥＤの使用者は、ピーク波長の変動を許容するシステムを設計するか、若しくはＬＥＤビニングのプレミアムコストを支払うかのどちらかをしなくてはならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、ウェハー全体のＬＥＤデバイスの波長の不均一性を低減する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態は、光源の配列と半導体波長コンバータとを有する光デバイスを目的とする。それぞれの光源は、対応するピーク波長で発光することができ、光源の配列は、ピーク波長の第１の範囲によって特徴付けられる。半導体波長コンバータは、光源の配列に取り付けられる。半導体波長コンバータは、光源の配列からの光によってポンピングされたときにピーク波長の第２の範囲によって特徴付けられる。ピーク波長の第２の範囲は、ピーク波長の第１の範囲より狭い。この半導体波長コンバータは、光源の最長ピーク波長より長い波長を有する吸収端によって特徴付けられる。
【０００６】
本発明の別の実施形態は、発光エリアを有する延長された光源を含む光デバイスを目的とする。この延長された光源は、発光エリアに関連づけられるピーク波長の第１の空間的変動と、発光エリアに関連づけられる相対的発光強度の第１の空間的変動とによって特徴付けられる。この延長された光源の発光エリアに、半導体波長コンバータが取り付けられる。この半導体波長コンバータは、出力面を有する。この半導体波長コンバータは、延長された光源からの光によってポンピングされたときに、出力表面と関連づけられるピーク波長の第２の空間的変動によって特徴付けられる。ピーク波長の第２の空間的変動は、ピーク波長の第１の空間的変動より小さい。半導体波長コンバータは、延長された光源からの光によってポンピングされたときの出力表面と関連づけられる相対的発光強度の第２の空間的変動によって更に特徴付けられる。相対的発光強度の第２の空間的変動は、相対的発光強度の第１の空間的変動とほぼ比例する。
【０００７】
本発明の上記の概要は、本発明の各図示の実施形態又は全ての実施を説明しようとするものではない。下記の図面及び発明を実施するための形態は、これらの実施形態を更に詳しく例示する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
添付の図面と共に以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明はより完全に理解され得る。
【図１Ａ】実施例による光源の配列を図によって表わす。
【図１Ｂ】位置の関数としての光源のピーク波長の変動を図によって表わす。
【図１Ｃ】異なる光源から得たスペクトルを図によって表わす。
【図１Ｄ】光源の配列に対する出力強度のプロファイルを図によって表わす。
【図２Ａ】本発明の原則による、波長コンバータを伴う光源の配列の一実施例を図によって表わす。
【図２Ｂ】位置の関数としての、ポンプ光のピーク波長及び変換された光のピーク波長の変動を図によって表わす。
【図２Ｃ】異なるポンプスペクトル及び異なる変換光スペクトルを図によって表わす。
【図２Ｄ】波長コンバータの異なる実施形態でのポンプ光及び変換された光の強度のプロファイルを図によって表わす。
【図２Ｅ】波長コンバータの異なる実施形態でのポンプ光及び変換された光の強度のプロファイルを図によって表わす。
【図３】多層半導体波長コンバータの実施形態を図によって表わす。
【図４】ＬＥＤウェハーから測定されたスペクトルを表す。
【図５】半導体波長コンバータから測定された光ルミネセンスを表す。
【図６Ａ】本発明の原則による、波長コンバータを伴う延長された光源の一実施例を図によって表わす。
【図６Ｂ】位置の関数としての、ポンプ光のピーク波長及び変換された光のピーク波長の変動を図によって表わす。
【図６Ｃ】異なるポンプスペクトル及び異なる変換光スペクトルを図によって表わす。
【図６Ｄ】波長コンバータの異なる実施形態でのポンプ光及び変換された光の強度プロファイルを図によって表わす。
【図６Ｅ】波長コンバータの異なる実施形態でのポンプ光及び変換された光の強度プロファイルを図によって表わす。
【０００９】
本発明は種々の修正及び代替の形態に容易に応じるが、その細部は一例として図面に示しており、また詳しく説明することにする。しかしながら、その意図は、記載された特定の実施形態に本発明を限定することにはないことを理解するべきである。一方、添付の特許請求の範囲により規定されるように、本発明の趣旨及び範囲内にあるすべての変更、等価物、及び代替物を網羅しようとするものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明はＬＥＤの発光した光の少なくとも一部分の波長を、異なる、一般的にはより長い、波長に変換する波長コンバータを用いる発光ダイオードに適応可能である。本発明は、通常はＡｌＧａＩｎＮのような窒化物系である青色又は紫外線ＬＥＤを伴う半導体波長コンバータを効率的に使用する方法に特に好適である。より詳細には、本発明のいくつかの実施形態は、ＬＥＤウェハーに多層の半導体波長コンバータウェハーを取り付けることを目的とする。そのようなアセンブリは、ＬＥＤウェハー自体よりも低い波長不均一性を実現することができる。したがって、波長変換されたウェハーから採用されるＬＥＤデバイスは、試験する必要も波長に従ってビニングする必要もなく、ゆえに、全体的な製造コストを低減することが可能である。
【００１１】
ここで、図１Ａ〜１Ｄを参照して、光源１００の配列の波長の不均一性を説明する。図１Ａは、実施例による光源１００の配列のＬＥＤウェハーを表す図である。ＬＥＤウェハー１００は、その幅全体に多数のＬＥＤデバイスを有する。図中、ウェハー１００は６つのＬＥＤデバイス、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、及び１０６を有するが、ＬＥＤウェハーはそれとは異なる数のデバイスを有することができるものと理解されたい。それぞれのＬＥＤデバイス、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６は、それぞれ、ピーク波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６を有するスペクトルを有する。
【００１２】
λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６の値が全て同じである必要はない。多くの場合、λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６の隣接する値には差がある。この差は規則的であってよく、また、不規則的であってもよい。図１Ｂに図示するように、図示された実施形態では、波長の変動がプロセス条件による場合のように、ＬＥＤウェハー１００にわたり差は規則的である。
【００１３】
ウェハー１００の波長の変動は、最長と最短のピーク波長間の差の絶対値として定義される。図の実施例では、最長ピーク波長はλ６であり、最短ピーク波長はλ１である。従って、図のウェハー１００全体の波長の均一性は、│λ６−λ１│として定義される。このように、より低い変動値はより均一な出力を表す。
【００１４】
異なるＬＥＤデバイス１０１〜１０６の出力スペクトルを図１Ｃに示す。これは、それぞれのデバイス１０１〜１０６が、ピーク波長を囲む、ある範囲の波長にかけて光を発することを示す。ウェハー１００のスペクトル出力は、個個別の発光デバイス１０１〜１０６それぞれの出力スペクトルの加算である。
【００１５】
いくつかの実施形態では、デバイスは同等の量の光を出力できる。しかし、より一般的には、デバイスが発光する光の量にはある程度の変動があるその変動はランダムである場合と系統的である場合がある。図１Ｃ及び１Ｄが示す図示された実例では、出力強度はウェハー１００の中央により近いデバイス１０３、１０４で最も高く、ウェハー１００の端に近いデバイス１０１、１０６で低くなっているが、駆動電流は全てのＬＥＤ  １０１〜１０６で同等である。デバイスが発する光出力が他の何らかのやり方で不均一性である場合があること、例えば、光出力がウェハーの１つの側で低く、そこから別の側にかけて高く変動する場合、あるいは、光出力がウェハーの中心で最低である場合があることを理解されたい。
【００１６】
図２Ａに示された、波長コンバータを含む光源２００の配列の一例の略図で、ＬＥＤウェハー２１０は光源の配列の一例として示されている。ＬＥＤウェハー２１０は、多数の個別のＬＥＤデバイスを有する。これらのＬＥＤデバイスを、例えばウェハー２１０上で成長させることによって、ウェハー２１０にモノリシックに統合することができる。図の実施形態では、ウェハー２１０は６つのＬＥＤデバイス２０１〜２０６を有するが、ウェハー２１０は異なる数のＬＥＤデバイスを有することができる。ＬＥＤデバイス２０１〜２０６は、それぞれ、対応するピーク波長λｐ１−λｐ６を有するポンプ光を発する。
【００１７】
多層の半導体波長コンバータウェハー２１２をＬＥＤウェハー２１０に取り付ける。ＬＥＤデバイス２０１〜２０６が発するポンプ光の少なくとも一部は、波長コンバータウェハー２１２に伝搬し、ここで吸収されて、より長い異なる波長で再び発光する。波長コンバータウェハー２１２は、例えば米国特許仮出願第６１／０１２，６０４号に詳述されているようにＬＥＤウェハー２１０に直接結合することができ、あるいは、米国特許仮出願第６０／９７８，３０４号に更に詳述されているように接着層によってＬＥＤウェハー２１０に付着することができる。
【００１８】
１つの適切な多層の半導体波長コンバータ２１２が、米国特許出願第１１／００９，２１７号及び米国特許仮出願第６０／９７８，３０４号に記述されている。多層の波長コンバータは、典型的に、多層の量子井戸構造を採用する。多層の波長コンバータに使用される半導体材料は、ＬＥＤが発する光の波長及び変換された光に望まれる波長に基づいて選択される。例えば、ＩＩ〜ＶＩ半導体材料を使用して、ＧａＩｎＮ青色又は紫外線発光ＬＥＤウェハーからの出力を緑色の光に変換することができる。別の例では、ＩＩＩ〜Ｖ半導体材料を使用して、緑色を発するＧａ系又はＧａＩｎＮ系ＬＥＤを赤色又は近赤外線光に変換することができる。
【００１９】
多層の波長コンバータでは、吸収層は、ＬＥＤが発したポンプ光の少なくともいくらかが吸収されるようにエネルギーが選択されたバンドギャップと共に提供される。ポンプ光の吸収によって発生した電荷担体は、より小さなバンドギャップを有する、他の構造の一部、ポテンシャル井戸、典型的には量子井戸に移動し、そこで担体は再結合してより長い波長の光を発生する。この記述は、半導体材料の種類や波長コンバータの種類を限定するものではない。
【００２０】
好適な波長コンバータの１つの具体的な例が、米国特許仮出願第６０／９７８，３０４号に記述されている。多層の量子井戸半導体コンバータ３００は最初に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を用いてＩｎＰ基板に用意された。ＧａＩｎＡｓバッファー層は先ずＭＢＥによりＩｎＰ基板に形成されて、ＩＩ〜ＶＩ形成用の表面を準備する。次にウェハーは、超高真空移送システムを貫通して、コンバータ用のＩＩ〜ＶＩエピタキシアル層の形成用に別のＭＢＥ室チャンバへと移動する。この様に形成され、基板３０２も完備したコンバータ３００の詳細は、図３に示され、表１に要約されている。表にはコンバータ３００の異なる層における厚み、材料構成、バンドギャップと層の詳細が記載されている。コンバータ３００は８個のＣｄＺｎＳｅ量子井戸３０４を含み、それぞれが２．１５ｅＶのエネルギーギャップ（Ｅｇ）を有する。各量子井戸３０４は、ＧａＩｎＮＬＥＤより発光される青色光を吸収出来る２．４８ｅＶのエネルギーギャップを有するＣｄＭｇＺｎＳｅ吸収層３０６の間に挟まれていた。コンバータ３００も種々の窓、緩衝体及びグレージング層を含む。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
ＩｎＰ基材３０２の裏面は、波長コンバータ３００がＬＥＤウェハーに取り付けられた後に機械的にラッピングし、３ＨＣｌ：１Ｈ２Ｏの溶液によって取り除くことができる。このエッチング液はＧａＩｎＡｓ緩衝層３２０で停止する。続いて、緩衝層３２０を、３０ｍＬの水酸化アンモニウム（３０重量％）、５ｍＬの過酸化水素（３０重量％）、４０ｇのアジピン酸及び２００ｍＬの水の溶液にて取り除き、ＩＩ〜ＶＩ半導体波長コンバータ３００のみをＬＥＤに取り付けることができる。
【００２３】
波長コンバータウェハー２１２の異なるエリアは、異なる波長で発光する。例えば、ウェハー２１２の、主に上記ＬＥＤ  ２０１の上にあるエリアは、λｅ１のピーク波長を有する光を発する。同様に、ウェハー２１２の、ＬＥＤ  ２０２〜２０６の上にあるエリアは、それぞれ、λｐ２〜λｐ６のピーク波長を有する光を発する。コンバータウェハー２１２が発光する光の波長における位置的な小さい変動は、通常、コンバータ層の蒸着中のウェハー全体の温度の変動のように、製造プロセスの結果である。
【００２４】
図２Ｂは、ＬＥＤウェハー２１０にわたる位置ｘに対するポンプ波長λｐ及び位置ｘの関数としての変換された波長λｅの代表的なグラフを示す。図２は、図１Ｃと類似した方法による、異なるＬＥＤでのスペクトル出力を示す。ピークポンプ波長の範囲│λｐ１〜λｐ６│は、ピーク変換光の波長の範囲│λｅ１〜λｅ６│より大きい。
【００２５】
変数λａは、波長コンバータ２１２におけるポンプ波長吸収のバンドエッジを表す。λａの値は、半導体波長コンバータにおける光の吸収に使用される半導体材料の組成に依存し、組成を変更することによって選択することができる。λａの値は、波長コンバータにおける吸収材を形成する材料の精確な割合を選択することによって、ＬＥＤウェハー２１０が発する光の最長ピーク波長より長く設定することができる。例えば、図３に図示した実施例の波長コンバータにおいて、吸収材のエネルギーギャップが５００ｎｍと等しいλａに相当する２．４８ｅＶになるように、Ｚｎ、Ｃｄ及びＭｇの割合が選択される。
【００２６】
λａの値は、ＬＥＤウェハー２１０上のＬＥＤ  ２０１〜２０６の最長ピーク波長より長く設定することができる。図の実施例において、最長ピーク波長はλ６であるので、λａはλ６。より大きく設定できる。λａの値は、また、最長のポンプ波長を有するＬＥＤに関連づけられる選ばれた光のフラクションがλａの値より短くなるように設定してもよい。例えば、代表的な例として、ＬＥＤ  ２０６が最長のピーク波長であるλ６を有するポンプ光を作り出す場合を考慮する。図２Ｃに図示するように、ＬＥＤ  ２０６が発するポンプ光のスペクトルはスペクトル２１６である。また、λａの値は、最長ピーク波長のＬＥＤ  ２０６が発する光の与えられたフラクションがλａの短い波長の側に位置するように選択することができる。別の言い方でこれを表現すると、λａの左側に位置するスペクトル２１６のエリアということであり、それは、スペクトル２１６の総エリアの所望のフラクションである。例えば、λａの値は、スペクトル２１６の光の少なくとも８０％がλａより短い波長を有するように選択できる。他の代表的な基準は、最長のピーク波長のＬＥＤが発する光の少なくとも９５％又は９９％がλａより短い波長を有することである。
【００２７】
ピーク波長λｅ１〜λｅ６を有する、波長コンバータ２１２の異なる領域からのスペクトル出力もまた、図２Ｃに示す。ピーク波長にいくらかの散布度があるが、この散布度はポンプ光の散布度より低い。この理由の１つは、ＭＯＣＶＤより有意に低い成長温度を要求することが可能な分子線エピタキシー法を用いて波長コンバータを作製できることである。その結果得られる構造的及び付随的な光の不均一性は、ＭＯＣＶＤによって高い温度で成長されたデバイスほど顕著でない。
【００２８】
与えられたポンプ波長では、変換された出力電力、すなわち変換された波長での出力電力は、入力ポンプ電力とほぼ直線的に変動し、ポンプ電力が２倍に変化すると、変換された電力も同様に２倍変化する。λａの値が最長ピーク波長の光源のスペクトルのほとんどより大きく設定された場合、波長コンバータはそれぞれの光源からおよそ同じ光のフラクションを吸収する。結果的に、波長コンバータにわたって発せられる変換された光の強度プロファイルは、波長コンバータに入るポンプ光の強度プロファイルとほぼ同じになる。
【００２９】
例えば、図２Ｄに曲線２２０として示された代表的なポンプ光強度プロファイルについて考える。この曲線は、ＬＥＤ  ２１０にわたる位置の関数としてのポンプ光の強度を表す。数字１〜６は、それぞれ、ＬＥＤ  ２０１〜２０６の位置を表す。この例によると、ＬＥＤ  ２０１及び２０６は、中央のＬＥＤ  ２０３及び２０４より少ない光を発する。図２Ｃに図示したスペクトルでは、波長の均一性の説明を簡易にするために、規模における変更が排除されていることに注意されたい。
【００３０】
曲線２２２は、波長変換された光の強度プロファイルを表す。この例では、λａの値は最長のピーク波長を有するスペクトルのほぼ全ての光を吸収するように設定され、強度プロファイル２２２はポンプ光のプロファイル２２０に非常に近い（すなわち、プロファイル２２２はプロファイル２２０に比例する。すなわち、拡大縮小因子を除き、それらの形はほぼ同一である）。
【００３１】
図２Ｅは類似の例であるが、ここでは、λａは図２Ｄの場合より短い値で設定されているので、波長コンバータによって吸収される最長ピーク波長スペクトル２１６のフラクションは実質的に１００％未満である。結果的に、位置６では変換された光の発光がより少ないので、波長変換された光のプロファイル２２６はポンプ光２２０のプロファイル２２０と比例しなくなる。したがって、波長変換された光の強度プロファイルは、ほぼ全てのポンプ光が吸収されたとき、ポンプ光の強度プロファイルとほぼ比例する。しかし、最長ピーク波長スペクトルの少なくともいくらかが吸収されないようにλａが設定されると、変換された光の強度プロファイルはポンプ光の強度プロファイルと比例せず、均一性が下がる。
【実施例】
【００３２】
エピスター社（Epistar Corp.）（台湾新竹市所在）から入手した青色ＧａＩｎＮ  ＬＥＤウェハーからの発光スペクトルをウェハーの５箇所の異なる位置で測定した。結果を図４に示す。記録された様々なスペクトルのピーク波長はウェハーにわたり４６０ｎｍから４６６ｎｍの変動を示した。すなわち、波長の変動は約６ｎｍ（波長の約１．３％）であった。
【００３３】
図３に図示したタイプの波長変換ウェハーを、青色レーザーダイオードで励起し、ウェハー全体の様々な位置で光輝性スペクトルを測定した。結果を図５に示す。波長コンバータにわたる波長は約２．５ｎｍ（波長の約０．４６％）変動し、ＬＥＤウェハーのみの場合より有意に均一性が増している。
【００３４】
現在利用可能なＧａＩｎＮ系の緑色ＬＥＤウェハーの波長変動は、凝離及び再蒸発の影響を受けるインジウムの量がより高いために青色ＬＥＤウェハーでの測定値６ｎｍより有意に劣る。したがって、緑色を発光する波長変換されたウェハーは、緑色を発光するＧａＩｎＮ  ＬＥＤのウェハーより有意に高い波長均一性をもたらすことができ、波長の試験及びビニングの必要性を低減することが可能である。
【００３５】
本発明は、また、延長された光源の発光面積にわたってピーク発光の波長が変動し得る延長された光源にも適用可能である。延長された光源の１つの具体例は、例えば０．５ｍｍ×０．５ｍｍ以上の、大きい発光表面を有するＬＥＤである。ＬＥＤの発光面積が大きくなると、上述のような理由のために、発光表面にわたる様々な点で発せられるピーク波長の変動が増す。
【００３６】
図６Ａで略図として図示された、ＬＥＤである場合がある延長された光源の実施例６００は、発光面積６０８を有し、この面積は、ピークポンプ波長λｐ１〜λｐ６と関連づけられる領域６０１〜６０６として図示された多数の発光領域を有するものと考慮される。ピークポンプ波長は同じである必要はない。図６Ｂは、光源６００にわたる位置の関数としてのポンプピーク波長の代表的なプロットを示し、図６Ｃは、発光領域６０１〜６０６と関連づけられる対応するピーク波長λｐ１〜λｐ６を有するスペクトルを示す。
【００３７】
半導体波長コンバータ６１０は、延長された光源６００に取り付けられる。半導体波長コンバータ６１０は、上述のタイプの多層の半導体波長コンバータであってよい。半導体波長コンバータ６１０は、延長された光源６００が発するポンプ光を吸収するための半導体材料を含む。半導体波長コンバータ６１０は、また、変換された光と呼ばれる、より長い波長の光を発する。
【００３８】
半導体波長コンバータ６１０の異なる領域６２１〜６２６は、延長された光源６００のそれぞれの領域６０１〜６０６からのポンプ光によってほとんどポンピングされる。領域６２１〜６２６のそれぞれから発せられた変換された光のスペクトルは、対応するピーク波長λｅ１〜λｅ６を有する。λｅ１〜λｅ６の値が全て同じである必要はない。図６Ｂは、光源６００にわたる位置の関数としての変換されたピーク波長の代表的なプロットを示し、図６Ｃは、発光領域６２１〜６２６に関連付けられるそれぞれ対応するピーク波長ｅ１〜λｅ６を有するスペクトルを示す。変換されたピーク波長における変動は、ポンプピーク波長における変動から実質的に独立しており、両方とも、製作の時点で存在する多様なプロセス条件から生じるものである。図６Ａ〜６Ｅに図示する実施例では、ポンプ波長は、左から右に、延長された光源にわたる位置と共に増加し、一方、変換された波長は、左から右に、延長された光源にわたる位置と共に低減する。λｐ及びλｅの空間的変動はどちらも図のものと異なる場合があることを理解されたい。
【００３９】
上述と同様のやり方で、波長コンバータは、吸収性の半導体材料のバンドギャップに相当する関連付けられた吸収波長λａを有する。λａの値は、最長ピークポンプ波長（現在の実施例ではλｐ６）より長い値を選択することができ、最長ピークポンプ波長のスペクトル内の電力光の少なくとも８０％、９５％又は９９％がλａより短い波長を有するように設定できる。変換されたピーク波長の均一性は、ポンプ光の均一性より良い。
【００４０】
λａの値が、延長された光源６００の最長ピーク波長のスペクトルのほとんどより大きく設定されるならば、波長コンバータ６１０は延長された光源６００のそれぞれの領域からの光のフラクションとほぼ同じフラクションを吸収する。結果的に、波長コンバータにわたる変換された光の強度プロファイルは、波長コンバータに入るポンプ光の強度プロファイルとほぼ同じになる。
【００４１】
図６Ｄに曲線６２０として示された代表的なポンプ光強度プロファイルを例にとって考える。この曲線は、延長された光源６１０にわたる位置の関数としてのポンプ光の強度を表す。数字１〜６は、それぞれ、延長された光源の領域２０１〜２０６に対応する。この実施例によると、端の領域６０１及び６０６は、中央領域６０３及び６０４より多くのポンプ光を発する。図６Ｃに図示したスペクトルでは、波長の均一性の説明を簡潔化するために、規模の変化が排除されていることに注意されたい。
【００４２】
曲線６２２は、波長変換された光の強度プロファイルを表す。この例では、λａの値は最長のピーク波長を有するスペクトルのほぼ全ての光を吸収するように設定され、強度プロファイル６２２はポンプ光のプロファイル６２０に比例する（すなわち、拡大縮小因子を除き、それらの形は同様である）。
【００４３】
図６Ｅは類似した例であるが、この実施例では、λａは図６Ｄの場合より短い値で設定されているので、波長コンバータによって吸収される最長ピーク波長スペクトル６１６のフラクションは実質的に１００％未満である。結果的に、位置６では変換された光の発光がより少ないので、波長変換された光のプロファイル６２６はポンプ光６２０のプロファイル６２０と比例しなくなる。
【００４４】
本発明は、上記の特定の実施形態に限定されると考えられるべきではなく、むしろ添付された特許請求の範囲に適正に記載されるように、本発明のすべての態様を網羅すると理解されるべきである。具体的には、ピーク波長及びピーク強度変動の多様な実施例は、例示のみを目的として提供されたのであって、これらの実施例で示されたようなやり方でピーク波長及びピーク強度波長が変動するデバイスに本発明を限定する意図はないものと理解されるべきである。例えば、最長ピーク波長は、必ずしも光源の配列又は延長された光源の端にでなく、その中央に見出されてもよい。また、ピーク強度は、光源の配列又は延長された光源の端か中央のいずれかに見出される必要はなく、他のどこかの位置にあってもよい。
【００４５】
加えて、上記の記述はＧａＮ系ＬＥＤを論じたものであるが、本発明は他のＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料を用いて作製されたＬＥＤにも応用出来、更にＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を用いるＬＥＤにも応用出来る。また、波長コンバータは、ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料の形態に限定されず、ＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料の形態であってもよい。したがって、本発明が応用され得る波長は、本明細書に記述した特定の実施例よりはるかに大きい範囲である。例えば、波長コンバータを使用して、青色、緑色及び／又は黄色の光源のピーク波長変動を低減して、波長変動が低減された赤色又は赤外線の光を生成することができる。
【００４６】
本明細書を検討すれば、本発明が適用可能であっても良い様々な変更、等価の処理、並びに多数の構造が、本発明が対象とする技術の当業者には容易に明らかになるであろう。特許請求の範囲はこのような変更例及び装置を網羅しようとするものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【国際調査報告】
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