(57)【要約】  発光ダイオード（ＬＥＤ）は基板上に設けられた各種のＬＥＤ層を有する。ＬＥＤで発生した光の波長をより長い波長の光に変換することが出来る多層半導体波長コンバータが、接合層によりＬＥＤの上側表面に付着されている。光がＬＥＤから波長コンバータまで移送される際の効率の改良のために、ＬＥＤ内の一つ以上の非平坦化表面が用いられる。幾つかの実施形態では、波長コンバータの一つ以上の表面が、コンバータ内で発生した長い波長の光の抽出効率を高めるために非平坦化表面を伴って設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）にサイコロ状に切断可能な半導体積層物であって、
ＬＥＤ基板に配置された第一のＬＥＤ半導体層の積層物を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）ウエハであって、前記ＬＥＤウエハの少なくとも一部が第一の非平坦化表面を含む、ＬＥＤウエハと、
前記ＬＥＤ層内で発生した光の波長の変換に効果的であるように構成された多層半導体波長コンバータと、
前記ＬＥＤウエハを前記波長コンバータに付着している接合層と、を含む半導体積層物。
【請求項２】
前記第一の非平坦化表面は、前記ＬＥＤ基板とは反対を向いている前記ＬＥＤウエハの表面上にある、請求項１に記載のウエハ。
【請求項３】
前記接合層が高分子層である、請求項１に記載のウエハ。
【請求項４】
前記波長コンバータの第一の側面の少なくとも一部が第二の非平坦化表面を含む、請求項１に記載の積層物。
【請求項５】
前記波長コンバータの第二の側面の少なくとも一部が非平坦化表面を含む、請求項４に記載の積層物。
【請求項６】
前記ＬＥＤ基板が、前記ＬＥＤ半導体層の積層物とは反対を向いている第一の側面を含み、
前記ＬＥＤ基板の前記第一の側面の少なくとも一部が第三の非平坦化表面を含む、請求項１に記載の積層物。
【請求項７】
前記ＬＥＤ基板と前記ＬＥＤ半導体層との間を接合する反射性の接合層を更に含む、請求項１に記載の積層物。
【請求項８】
前記反射性の接合層が金属層である、請求項７に記載の積層物。
【請求項９】
前記ＬＥＤ半導体層と前記ＬＥＤ基板との間の第四の非平坦化表面を更に含む、請求項６に記載の積層物。
【請求項１０】
前記半導体波長コンバータがＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を含む、請求項１に記載の積層物。
【請求項１１】
前記接合層が、接合材料内に配置された無機粒子を含む、請求項１に記載の積層物。
【請求項１２】
波長が変換された発光ダイオードの作製方法であって、
基板に配置された一組のＬＥＤ半導体層を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）ウエハを提供する工程であって、前記ＬＥＤウエハが非平坦化表面を有している工程と、
前記ＬＥＤ層内で発生した光の波長の変換に効果的であるように構成された多層半導体波長コンバータ・ウエハを提供する工程と、
前記ＬＥＤウエハと前記コンバータ・ウエハとの間に配置された接合層を利用してＬＥＤ／コンバータ・ウエハを製造するために、前記ＬＥＤコンバータ・ウエハを前記ＬＥＤウエハに接合する工程と、
前記コンバータ・ウエハから、変換された個々のＬＥＤダイを分離する工程と、を含む発光ダイオードの作製方法。
【請求項１３】
前記コンバータ・ウエハを前記ＬＥＤウエハに接合する工程が、前記ＬＥＤウエハを前記ＬＥＤウエハの前記非平坦化表面に接合することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記コンバータ・ウエハを前記非平坦化表面に接合する工程が、高分子材料を利用して前記コンバータ・ウエハを前記非平坦化表面に接合することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＬＥＤウエハの前記第一の側面の電気接続区域を露出するために、前記コンバータ・ウエハを貫通してエッチングする工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
変換された個々のＬＥＤダイを分離する工程が、ソー（saw）を使用したＬＥＤ／コンバータ・ウエハをダイシングすることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
コンバータ・ウエハを前記非平坦化表面に接合する工程の後に、コンバータ基板を前記コンバータ・ウエハから除去する工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記コンバータ・ウエハを前記非平坦化表面に接合する工程が、
前記コンバータ・ウエハの第一の側面を前記非平坦化表面に接合することと、
前記コンバータ・ウエハの第一の側面を非平坦化することと、を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記コンバータ・ウエハの第二の側面を非平坦化することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
反射性の接合層を用いて前記ＬＥＤ半導体層を前記ＬＥＤ基板に接合する工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＬＥＤ基板が透明であり、
前記波長コンバータ・ウエハとは反対を向いている前記ＬＥＤ基板の一側面上に非平坦化表面を提供する工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記第二のＬＥＤ基板に面している前記ＬＥＤ半導体層の一側面上に非平坦化表面を更に提供する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記ＬＥＤ／コンバータ・ウエハ内に遮光機能を提供する工程を更に含み、
前記個々のＬＥＤダイを分離する工程が、前記ＬＥＤ／コンバータ・ウエハを遮光機能の箇所で分離する工程を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２４】
前記波長コンバータ・ウエハを提供する工程が、ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を含有する多層波長コンバータ・ウエハを提供することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２５】
波長が変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
ＬＥＤ基板上のＬＥＤ半導体層を含むＬＥＤであって、前記ＬＥＤが前記ＬＥＤ基板とは反対を向いている前記ＬＥＤの一側面上に第一の表面を含む、ＬＥＤと、
接合層によって前記ＬＥＤの前記第一の表面に付着された多層半導体波長コンバータであって、前記波長コンバータが、前記ＬＥＤとは反対を向いている第一の側面及び前記ＬＥＤに面した第二の側面とを有し、前記第一の側面及び前記第二の側面のうちの一方の少なくとも一部が、第一の非平坦化表面を含んでいる、多層半導体波長コンバータと、
を含む波長変換された発光ダイオード。
【請求項２６】
前記波長コンバータの前記第一の側面及び前記第二の側面のうちの他方少なくとも一部が、第二の非平坦化表面を含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記ＬＥＤの前記第一の表面の少なくとも一部が、第三の非平坦化表面を含み、
前記波長コンバータが、前記第三の非平坦化表面に付着している、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記ＬＥＤ基板が、前記波長コンバータとは反対を向いている第一の側面を含み、
前記ＬＥＤ基板の前記第一の側面の少なくとも一部が、第四の非平坦化表面を含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記ＬＥＤ基板を前記ＬＥＤ半導体層に付着させる反射性の接合層を更に含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項３０】
前記ＬＥＤ半導体層が、前記ＬＥＤ基板に面している第一の側面を含み、
前記ＬＥＤ半導体層の前記第一の側面の少なくとも一部が、第五の非平坦化表面を含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項３１】
前記ＬＥＤ半導体層内にて発生した光の漏れを減少するために、前記ＬＥＤ半導体層の端に設けられた少なくとも一つの遮光機能を含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項３２】
前記波長コンバータ積層物が、ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項３３】
前記ＬＥＤと前記波長コンバータとの間に配置された接合層を更に含む、請求項２５に記載の装置。
【請求項３４】
前記接合層が、接合材料内に配置された無機粒子を含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
波長が変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
ＬＥＤ基板上のＬＥＤ半導体層の積層物を含むＬＥＤであって、前記ＬＥＤ基板に面しているＬＥＤ半導体層の前記積層物の第一の側面の少なくとも一部が、第一の非平坦化表面を含む、ＬＥＤと、
前記ＬＥＤ基板とは反対を向いている前記ＬＥＤの側面に対して接合層により付着された多層半導体波長コンバータと、を含む発光ダイオード。
【請求項３６】
前記ＬＥＤ基板とは反対を向いた前記ＬＥＤの第二の側面の少なくとも一部が、第二の非平坦化表面を含み、
前記第二の非平坦化表面が、前記波長コンバータに付着されている、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記波長コンバータが、前記ＬＥＤとは反対を向いている第一と、前記ＬＥＤに面している第二の側面とを含み、
前記波長コンバータの前記第一の側面及び第二の側面のうちの一方の少なくとも一部が、第三の非平坦化表面を含む、請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
前記波長コンバータの前記第一の側面及び前記第二の側面のうちの他方の少なくとも一部が、第四の非平坦化表面を含む、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記ＬＥＤ半導体層内にて発生した光の漏れを減少するために、前記ＬＥＤ半導体層の端に設けられた少なくとも一つの遮光機能を更に含む、請求項３５に記載の装置。
【請求項４０】
前記接合層が高分子接合層を含む、請求項３５に記載の装置。
【請求項４１】
前記接合層が、接合材料内に配置された無機粒子を含む、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記波長コンバータが、ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を含む、請求項３５に記載の装置。
【請求項４３】
波長が変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
ＬＥＤ基板上のＬＥＤ半導体層の積層物を含むＬＥＤであって、ＬＥＤ半導体層の前記積層物とは反対を向いている前記ＬＥＤ基板の第一の側面の少なくとも一部が、第一の非平坦化表面を含む、ＬＥＤと、
前記ＬＥＤ基板とは反対を向いている前記ＬＥＤの側面に対して接合層により付着された多層半導体波長コンバータと、を含む波長変換された発光ダイオード装置。
【請求項４４】
前記ＬＥＤ基板とは反対を向いているＬＥＤ半導体層の前記積層物の第一の表面の少なくとも一部が、第二の非平坦化表面を含み、
前記第二の非平坦化表面が前記波長コンバータに接合された、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記波長コンバータが、前記ＬＥＤとは反対を向いている第一の側面と、前記ＬＥＤに面している第二の側面とを含み、
前記波長コンバータの前記第一の側面及び前記第二の側面のうちの一方の少なくとも一部が、第三の非平坦化表面を含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項４６】
前記波長コンバータの前記第一の側面及び前記第二の側面のうちの他方の少なくとも一部が、第四の非平坦化表面を含む、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
ＬＥＤ半導体層の前記積層物が、前記ＬＥＤ基板に面している第一の側面を有し、
ＬＥＤ半導体層の前記積層物の前記第一の側面の少なくとも一部が、第五の非平坦化表面を含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項４８】
前記ＬＥＤ基板が、前記ＬＥＤ半導体層内で発生された光に対してほぼ透明である、請求項４３に記載の装置。
【請求項４９】
前記ＬＥＤ半導体層内にて発生した光の漏れを減少するために、ＬＥＤ半導体層の前記積層物の端に設けられた少なくとも一つの遮光機能を含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項５０】
前記波長コンバータを前記ＬＥＤに付着させる接合層を更に含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項５１】
前記接合層が高分子接合層を含む、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記接合層が接着材料内に配置された無機粒子を含む、請求項５０に記載の装置。
【請求項５３】
前記波長コンバータが、ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項５４】
前記ＬＥＤ基板の前記第一の側面の前記非平坦化表面上にある反射性コーティングを更に含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項５５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）装置であって、
ＬＥＤ基板上のＬＥＤ半導体層の積層物を含むＬＥＤであって、前記ＬＥＤ基板とは反対を向いているＬＥＤ半導体層積層物の前記積層物の上側側面の少なくとも一部が、非平坦化表面を含む、ＬＥＤと、
ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料から形成され、前記ＬＥＤ半導体層積層物に付着された、多層の波長コンバータと、
前記ＬＥＤ半導体層内で発生した光の端漏れを減少するために、前記ＬＥＤ半導体層の端に設けられた遮光機能と、を含む発光ダイオード装置。
【請求項５６】
前記波長コンバータが、ＬＥＤ半導体層の前記積層物とは反対を向いている第一の側面と、ＬＥＤ半導体層の前記積層物に面している第二の側面とを有し、
前記波長コンバータの前記第一の側面と前記第二の側面のうちの一方の少なくとも一部が、非平坦化表面を含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記波長コンバータの前記第一の側面と前記第二の側面のうちの他方の少なくとも一部が、非平坦化表面を含む、請求項５６に記載の装置。
【請求項５８】
前記ＬＥＤ基板が、前記波長コンバータとは反対を向いている第一の側面を含み、
前記ＬＥＤ基板の前記第一の側面の少なくとも一部が、非平坦化表面を含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項５９】
ＬＥＤ半導体層の前記積層物を前記ＬＥＤ基板に付着させる反射性の接合層を更に含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項６０】
前記ＬＥＤ基板が、前記ＬＥＤ半導体層内で発生した光に対してほぼ透明であり、
前記ＬＥＤ基板が、ＬＥＤ半導体層の前記積層物とは反対を向いている第一の側面を含み、
前記ＬＥＤ基板の前記第一の側面の少なくとも一部が、非平坦化表面を含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項６１】
ＬＥＤ半導体層の前記積層物が、前記ＬＥＤ基板に面している第一の側面を含み、
ＬＥＤ半導体層の前記積層物の前記第一の側面の少なくとも一部が、非平坦化表面を含む、請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
前記波長コンバータを前記ＬＥＤに付着させる接合層を更に含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項６３】
波長が変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）装置であって、
ＬＥＤ基板上のＬＥＤ半導体層の積層物を含むＬＥＤであって、前記ＬＥＤが第一の非平坦化表面を含む、ＬＥＤと、
接合層により前記ＬＥＤに対して付着された多層半導体波長コンバータと、
を含む、波長変換された発光ダイオード装置。
【請求項６４】
前記第一の非平坦化表面が前記ＬＥＤの出力面上にあり、
光が前記ＬＥＤから前記出力面を経由して前記波長コンバータへと通過する、請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
前記第一の非平坦化表面が前記ＬＥＤ基板上にある、請求項６３に記載の装置。
【請求項６６】
前記第一の非平坦化表面が、前記ＬＥＤ半導体層と前記ＬＥＤ基板との間にある、請求項６３に記載の装置。
【請求項６７】
前記波長コンバータが、前記接合層により前記第一の非平坦化表面に対して付着される、請求項６３に記載の装置。
【請求項６８】
前記波長コンバータが第二の非平坦化表面を含む、請求項６３に記載の装置。
【請求項６９】
発光ダイオード（ＬＥＤ）用の波長コンバータ装置であって、
多層半導体コンバータ素子と、
前記波長コンバータ素子の片面に配置された接合層と、
前記接合層を覆う取り外し可能な保護層と、
を含む、波長コンバータ装置。
【請求項７０】
前記接合層が接着接合層である、請求項６９に記載の装置
【請求項７１】
前記接合層が高分子接着接合層である、請求項６９に記載の装置。
【請求項７２】
前記波長コンバータ素子が、非平坦化表面を含む、請求項６９に記載の装置。
【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】
ＬＥＤでは通常発生しない光の色を必要とする場合や、単独のＬＥＤが、通常は複数の様々なＬＥＤを合わせて作られるスペクトルを有する光の製作に使用される場合の照明装置に関して、波長が変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）が益々重要となっている。この様な装置の例は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のコンピュターのモニターやテレビの様なディスプレイのバックライトにある。この様な装置では、ＬＣＤパネルの照明用にほぼ白色の光が必要である。単独のＬＥＤで白色を発生させる一つの方法としては、まずＬＥＤで青色を発生させて、次に光の一部若しくは全部を異なる色に変換するものがある。一例として、青色発光ＬＥＤが白色源として用いられる場合には、青色光の一部分は波長コンバータを用いて黄色光に変換され得る。結果として生ずる黄色と青色の組み合わせの光は、見る者には白く見える。
【０００３】
複数の方法において、波長コンバータは、ＬＥＤ内で発生された光の大部分がコンバータの中へと通過するように、ＬＥＤにごく接近して設置された半導体材料の層である。しかしながら、変換された波長がＬＥＤダイに付着されることが望まれる場合には問題が残る。一般的には、半導体材料は比較的高い屈折率を有するが、通常、波長コンバータをＬＥＤダイに付着するために考慮される接着剤の様な種類の材料は、比較的低い屈折率を有する。結果として、比較的高い屈折率の半導体ＬＥＤ材料と比較的低い屈折率の接着剤との間のインターフェースでの高度な全反射により、反射率の損失が高い。これにより、ＬＥＤから発せられ波長コンバータに入る光の不充分な結合がもたらされる。
【０００４】
更に一つの方法では、半導体波長コンバータをＬＥＤダイの半導体材料に直接ウエハ接合する。この方法は、二つの比較的屈折率の高い材料間に良好な光結合をもたらす。しかしながら、この技術は非常に滑らかで平坦な表面を必要するので、結果としてのＬＥＤ装置の価格を上昇させることになる。更に、波長コンバータとＬＥＤダイとの間の熱膨張の係数にいくらかの差があると、熱サイクルによる接合不良の可能性をもたらす。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一実施形態は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）にサイコロ状に切断可能な半導体の積層物を目的とする。積層物は、ＬＥＤ基板上に配置された第一のＬＥＤ半導体層を含んでいるＬＥＤウエハを有する。ＬＥＤ基板とは反対を向いているＬＥＤウエハの第一の側面の少なくとも一部が、第一の非平坦化表面を含む。また、積層物にはＬＥＤ層にて発生した光の波長の変換に関して効果的に構成された多層半導体波長コンバータがある。接合層によりＬＥＤウエハの第一の側面を波長コンバータの第一の側面に付着する。
【０００６】
波長コンバータの更に一つの実施形態は、波長の変換された発光ダイオードを作製する方法を目的とする。この方法は基板上に配置された一組のＬＥＤ半導体層を含んでいるＬＥＤウエハを提供することを含む。ＬＥＤウエハの第一の側面の少なくとも一部は、非平坦化表面である。この方法は、ＬＥＤ層内で、発生した光の波長の変換に効果的であるように構成された多層の波長コンバータ・ウエハを提供する工程と、非平坦化表面とコンバータ・ウエハとの間に配置された接合層を用いてＬＥＤ／コンバータ・ウエハを製造するために、コンバータ・ウエハをＬＥＤウエハの非平坦化表面に接合する工程と、を含む。個々の変換されたＬＥＤダイはＬＥＤ／コンバータ・ウエハから分離される。
【０００７】
本発明の他の一実施形態は、ＬＥＤ基板上のＬＥＤ半導体層を含んでいるＬＥＤを含む波長が変換されたＬＥＤを目的とする。ＬＥＤの第一の表面はＬＥＤ基板とは反対を向いているＬＥＤの一側面上にある。多層半導体波長コンバータはＬＥＤの第一の表面に付着される。波長コンバータは、ＬＥＤとは反対を向いている第一の側面と、ＬＥＤに面している第二の側面とを有する。波長コンバータの第一の側面と第二の側面のうちの一方の少なくとも一部が、第一の非平坦化表面を含む。
【０００８】
本発明の他の一実施形態は、ＬＥＤ基板上のＬＥＤ半導体層の積層物を含んでいるＬＥＤを含む波長の変換されたＬＥＤを目的とする。ＬＥＤ基板に面するＬＥＤ半導体層の積層物の第一の側面の少なくとも一部が、第一の非平坦化表面を含む。多層半導体波長コンバータは、ＬＥＤ基板とは反対を向いているＬＥＤの一側面上に付着される。
【０００９】
本発明の他の一実施形態は、ＬＥＤ基板上のＬＥＤ半導体層の積層物を含んでいるＬＥＤを含むＬＥＤを目的とする。ＬＥＤ半導体層の積層物とは反対を向いているＬＥＤ基板の第一の側面の少なくとも一部が、第一の非平坦化表面を含む。多層半導体波長コンバータはＬＥＤ基板とは反対を向いているＬＥＤの一側面上に付着される。
【００１０】
本発明の他の一実施形態は、ＬＥＤ基板上のＬＥＤ半導体層の積層物を含んでいるＬＥＤを含むＬＥＤ装置を目的とする。ＬＥＤ基板とは反対を向いているＬＥＤ半導体層積層物の上側側面の少なくとも一部が、非平坦化表面である。ＩＩ〜ＶＩ族半導体材料で形成された多層の波長コンバータが、ＬＥＤ半導体層の積層物に付着されている。ＬＥＤ半導体層内で発生した光の端漏れを減少するために、ＬＥＤ半導体層の端には遮光性の機能が設けられている。
【００１１】
本発明の他の一実施形態は、ＬＥＤ基板上のＬＥＤ半導体層の積層物を含んでいるＬＥＤを有する、波長を変換されたＬＥＤ装置を目的とし、そのＬＥＤは、第一の非平坦化表面を有する。多層半導体波長コンバータは接合層によりＬＥＤに対して付着される。
【００１２】
本発明の更なる実施形態は、ＬＥＤ用の波長コンバータ装置を目的とする。本装置は、多層半導体波長コンバータ素子及び波長コンバータ素子の一つの側面上に配置された接合層を含む。接合層上には取り外し可能な保護層がある。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】本発明の主張に沿う波長を変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）の実施形態を図によって表わす。
【図２Ａ】本発明の主張に沿う波長を変換されたＬＥＤの製造工程の実施形態における処理手順を図によって表わす。
【図２Ｂ】本発明の主張に沿う波長を変換されたＬＥＤの製造工程の実施形態における処理手順を図によって表わす。
【図２Ｃ】本発明の主張に沿う波長を変換されたＬＥＤの製造工程の実施形態における処理手順を図によって表わす。
【図２Ｄ】本発明の主張に沿う波長を変換されたＬＥＤの製造工程の実施形態における処理手順を図によって表わす。
【図３】波長を変換されたＬＥＤから出力された光のスペクトル。
【図４Ａ】本発明の主張に沿う波長を変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）の実施形態を図によって表わす。
【図４Ｂ】本発明の主張に沿う波長を変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）の実施形態を図によって表わす。
【図５】本発明の主張に沿う波長を変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）の更なる実施形態を図によって表わす。
【図６】本発明の主張に沿う波長を変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）の更なる実施形態を図によって表わす。
【図７】本発明の主張に沿う波長を変換されたＬＥＤの製造における製造処理の実施形態中の処理手順を図によって表わす。
【図８】本発明の主張に沿う波長を変換された発光ダイオード（ＬＥＤ）の更なる実施形態を図によって表わす。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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等の窒化物系の青色若しくはＵＶ  ＬＥＤの半導体波長コンバータを効率的に用いる、実用的かつ製造可能な方法を目的とする。より詳細には、本発明の幾つかの実施形態は、中間接合層を用いる多層半導体波長コンバータの接合を目的とする。接合層の利用により、二つの半導体素子を共に直接接合する際に要求される超平坦な表面の要件が除かれる。このように、装置の組み立てはウエハ・レベルで可能であり、これにより製造費が大幅に減少される。更に、高分子接合層の様に接合層が適合する場合は、装置の熱サイクルにおいてＬＥＤからコンバータ層の層間剥離の可能性が減少する。これは、ＬＥＤと波長コンバータの熱膨張係数（ＣＴＥ）の差により生ずる応力が増加することで適合接合層にいくらかの変形がもたらされるからである。対照的に、ＬＥＤが波長コンバータに直接接合された場合には、熱応力はＬＥＤと波長コンバータとの間のインターフェースで加わるので、波長コンバータの剥離若しくは破損を招きかねない。
【００１８】
本発明の第一の実施形態による、波長が変換されたＬＥＤ装置１００の例は図１に示されている。装置１００には、ＬＥＤ基板１０６上にＬＥＤ半導体層１０４の積層物を有するＬＥＤ  １０２が含まれる。ＬＥＤ半導体層１０４にはｐ−及びｎ−タイプの接合層、発光層（通常は量子井戸を含む）、緩衝層及びスーパーストレート層が含まれるがそれに限定されるものではない、幾層かの異なるタイプの層を含んでも良い。ＬＥＤ半導体層１０４は、通常エピタキシー処理を用いて形成される事実に拠り、にエピレーヤーと称されることがある。ＬＥＤ基板１０６は一般的にはＬＥＤ半導体層より厚みがあり、下記に説明する様にＬＥＤ半導体層１０４を形成させる基板、あるいは形成後に半導体層１０４を付着させる基板になりうる。半導体波長コンバータ１０８は、接合層１１０を介してＬＥＤ  １０２の上側表面１１２に付着される。
【００１９】
本発明は使用出来るＬＥＤ半導体材料の種類及び、ＬＥＤ内で発生する光の波長を限定するものではないが、本発明が青色或いスペクトルのＵＶ部分の光を可視あるいは赤外線スペクトルのより長い波長に変換して、発光される光が例えば緑色、黄色、琥珀色、橙色、赤色若しくは複数の波長を組み合わせて、光をシアン、マゼンタ、あるいは白等の混合色に見せる際に最も有用であると想定される。一例としては、青色を作るＡｌＧａＩｎＮ  ＬＥＤは青色の光の一部分を吸収して黄色の光を作る波長コンバータと共に使用出来、その結果として青色と黄色の組み合わせが白色に見える。
【００２０】
一つの適切な半導体波長コンバータ１０８が合衆国にて記載されている。参照のために、米国特許出願第１１／００９，２１７号をここに組み込む。多層の波長コンバータは、通常例えばＣｄＭｇＺｎＳｅ等の各種の金属合金セレナイドを一例としたＩＩ〜ＶＩ族半導体材料を基とした多層の量子井戸構造を利用する。その様な多層の波長コンバータでは、量子井戸構造１１４は構造内の一部のバンド・ギャップが選択される様に工学的に操作されていて、ＬＥＤ  １０２の発光したポンプ光の少なくとも一部が、吸収される。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・ギャップを有する構造の一部である量子井戸に移動し、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。
【００２１】
半導体コンバータ１０８の上側表面１２２及び下側表面１２４は、米国特許出願シリアル番号第１１／００９，２１７号に記述されている様に、光フィルター層、反射体、あるいは鏡等の異なる種類の被膜を含むことが出来る。表面１２２及び１２４のいずれかの被膜は、反射防止コーティングを含むことが出来る。
【００２２】
接合層１１０は波長コンバータ１０８をＬＥＤ  １０２に接合し、光のほとんどがＬＥＤ  １０２から波長コンバータ１０８へと通過するようにほぼ透明である、任意の好適な材料より形成されている。例としては、ＬＥＤ  １０２より発光された光の９０％以上が接合層を貫通して透過し得る。一般的には、比較的高い熱伝導性を有する接合層１１０の使用が望まれる。これは、波長コンバータの光変換が１００％の効率では無いために、結果として発生した熱がコンバータの温度を上昇させて、これにより色ずれが起こり、光学変換効率を減少させるからである。接合層１１０の厚みを減少させ、又比較的高い熱伝導性を有する接合材料を選択することで熱伝導性は高められる。接合材料の選択に関しての更なる考慮としては、ＬＥＤ、波長コンバータ、及び接合材料間の異なる熱膨張率の結果として、機械的な応力が生成される可能性がある。二つの限定が熟考される。接合材料の熱膨張率（ＣＴＥ）がＬＥＤ  １０２及び／又は波長コンバータ１０８より著しく異なる場合には、ＬＥＤの熱サイクルに関連した応力を変形及び吸収出来る様に、接合材料が例えば、比較的低い絶対値を有する等、適合することが好ましい。接合層１１０の接着成分は下記に詳細に述べる様に、装置の製造に使用される各種の処理手順を通してＬＥＤ  １０２をコンバータ１０８に接合させるためには十分である。接合材料とＬＥＤ  １０２の半導体層との間のＣＴＥ差が小さい場合には、より高い絶対値を有するより硬い接合材料を使用しても良い。
【００２３】
実用的な接合材料は、硬化材及び非硬化材の両方を含む。硬化性の材料としては、例えばリアクタンス性の有機モノマーあるいは、アクリレート、エポキシ、オルガノポリシロキサンやポリシルセスキオキサン、ポリイミド、ペルフルオロビニルエーテル、若しくはこの混合物を含むシリコン含有樹脂を含むことが出来る。硬化性の接合材料は熱、光、あるいは両方の組み合わせを用いて、硬化、すなわち硬めることが出来る。使い易さのために熱硬化材料が好ましいが、本発明にとって必須ではない。非硬化の接合材料には、サーモプラスチックやワックス等のポリマーが含まれる。非硬化材料との接合は、接合材料の温度をそのガラス転移温度又は溶融温度より高くし、半導体積層物を組み立て、次に半導体積層物を室温（若しくは少なくともガラス転移温度より低く）に冷まして得られる。接合材料は、光学的に透明なポリマー接着剤の様な、光学的に透明な高分子材料を含んでも良い。ゾルゲル、硫黄、スピンオンガラス等の無機接合材料及びハイブリッドの有機−無機材料も考慮に入れる。各種の接合材料を組み合わせて使用しても良い。
【００２４】
例示の接合材料には、ノーランド（Norland）８３Ｈ（ニュー・ジャージー州クランベリーのノーランド・プロダクツ（Norland Products）供給）の様なアクリルベースの光学接着剤を含む光学的に透明な高分子接着剤等の光学的に透明な高分子材料；スコッチ−ウェルド（Scotch-Weld）等の瞬間接着剤（ミネソタ州セント・ポールの３Ｍカンパニー（3MCompany）供給）等のシアノアクリレート；シクロテン（Cyclotene）（商標）（ミズーリ州ミッドランドのダウ・ケミカル・カンパニー（DowChemical Company）供給）等のベンゾサイクロブテン；並びクリスタル・ボンド（CrystalBond）（カリフォルニア州レッディングのテッド・ペラ社（TedPella Inc.）供給）等の透明ワックスを含んで良い。
【００２５】
接合材料には熱伝導性を高めるため、熱膨張係数を減少するため、若しくは接合層の平均屈折率を高めるために、無機粒子を組み込んでも良い。好適な無機粒子の例としては、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＺｎＯ、ＳｎＯ２及びＳｉＯ２等の金属酸化物粒子が含まれる。他の好適な無機粒子には、セラミック若しくはＳｉ３Ｎ４、ダイアモンド、ＺｎＳ及びＳｉＣ、又は金属粒子等のバンドギャップの大きい半導体を含んで良い。好適な無機粒子のサイズは、薄い接合面をもたらすために、通常マイクロメートルあるいはサブミクロンであり、並びに、発光されたＬＥＤ及び波長コンバータ層の発光のスペクトルのバンド幅にわたり実質的に非吸収である。望まれる透過と散乱の値を得るために粒子のサイズと密度を選択することが可能である。接合材料内の均一な分散を促進するために、無機粒子には表面加工をすることが可能である。こうした表面処理化学物質の例としては、シラン類、シロキサン類、カルボン酸類、ホスホン酸類、ジルコン酸塩類、チタン酸塩類等がある。
【００２６】
一般的に、接合層１１０内で使用される接着剤並びに他の好適な材料は、ほぼ１．７以下の屈折率を有するが、ＬＥＤ及び波長コンバータに使用される半導体材料の屈折率は２をはるかに超え、３より高い場合もあり得る。接合層１１０の屈折率と、接合層１１０のいずれかの側面上の半導体材料との間には大きな差が有るにもかかわらず、驚くことに、図１に示された構造が、ＬＥＤ  １０２から波長コンバータ１０８への光の良好な結合を提供することが確認された。故に、半導体波長コンバータをＬＥＤに付着する際に、抽出効率に対して有害な影響を及ぼすことなく接合層を効果的に使用出来るので、波長コンバータをＬＥＤに付着している方法、ウエハの直接接合等を用いるなどの、より費用のかかる方法は必要ではない。
【００２７】
接合材料との接着を改良するために、及び／又はＬＥＤ  １０２内で発生した光に対する反射防止用の被膜として作用するために、ＬＥＤ  １０２若しくは波長コンバータ１０８のいずれかにコーティングを塗布しても良い。これ等のコーティングは例えば、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ２、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４及び他の無機あるいは有機材料を含み得る。被膜は単層でも多層の被膜でも良い。接着を改良するために、例えばコロナ処理、Ｏ２プラズマの露光及びＵＶ／オゾンの露光の表面処理方法を施しても良い。
【００２８】
一部の実施形態では、ＬＥＤ半導体層１０４は任意の接合層１１６を介して基板１０６に付着され、電極１１８及び１２０はそれぞれＬＥＤ  １０２の上下表面に設けられて良い。この種の構造は、ＬＥＤが窒化物材料をベースにしている場合に普通使用される。ＬＥＤ半導体層１０４を例えばサファイアやＳｉＣの基板上に形成し、その後他のシリコンあるいは金属の基板１０６に移動しても良い。他の実施形態において、ＬＥＤは例えばサファイアやＳｉＣの基板１０６を用い、その上に半導体層１０４が直接形成される。
【００２９】
ある実施形態では、ＬＥＤ  １０２の上側表面１１２は、非平坦化層であり、それは、ＬＥＤからの光の注出量が上側表面１１２が平坦である所に比べて増加する。上側表面の組織は、表面の一部が、半導体層１０４に非平行である任意の好適な形態でも良い。例えば質感は穴、隆起、窪み、円錐、ピラミッド、各種その他の形、及び異なる形の組み合わせで良く、例としてここに参照のために組み込まれた米国特許第６，６５７，２３６号に記述されている。質感はランダムな特性あるいはランダムではない周期性な特性を含んでも良い。機能のサイズは一般的にサブミクロンであるが、数マイクロメートルの大きさでも良い。周期性あるいはコヒーレンスの長さはサブミクロンからマイクロメートルの単位の範囲であり得る。一部の場合には、非平坦化表面は、カスガイ等によりＰｈｓｙ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．３巻、２１６５ページ、（２００６）及び米国特許出願第１１／２１０，７１３号に記述されるような蛾の目表面を含んでもよい。
【００３０】
表面はエッチング等（湿式化学エッチング、リアクタンス性のイオンエッチングあるいは誘導結合プラズマエッチング等のドライエッチング処理、電子化学エッチング、あるいはフォトエッチングを含む）、フォトリソグラフィー等の各種の技術を用いて非平坦化することが可能である。非平坦化表面は、例えば系統単独運転を促進のための非格子整合の組成物等の急激な形成率の、半導体の形成処理を経て製造することが可能である。あるいは、形成基板そのものは、ＬＥＤ層の形成が始まる前に、前述のエッチング処理のいずれかを用いて非平坦化され得る。非平坦化表面が無い場合、ＬＥＤ内の光の伝搬方向が、抽出を許す角度分布にあるときのみ、光は効率よくＬＥＤから抽出される。この角度分布の少なくとも一部が、ＬＥＤの半導体層の表面での光の全反射により限定されている。ＬＥＤ半導体材料の屈折率は比較的高いので、注出のための角度分布は比較的狭くなる非平坦化表面の提供により、ＬＥＤ内の光の伝搬方向の再分配が可能になり、光のより高い割合を抽出することが出来る。
【００３１】
ここで、波長を変換されたＬＥＤ装置を製作するための例示の処理手順を図２Ａ〜２Ｄを参照して記述する。ＬＥＤウエハ２００はＬＥＤ基板２０６上にＬＥＤ半導体層２０４を有する。図２Ａを参照のこと。幾つかの実施形態では、ＬＥＤ半導体層２０４は基板２０６に直接形成され、他の実施形態ではＬＥＤ半導体層２０４は任意の接合層２１６を介して基板２０６に付着される。非硬化の接合材料には、サーモプラスチックやワックス等のポリマーが含まれ表面は非平坦化表面２１２である。ウエハ２００は次のワイヤボンディングで使用され得る金属化部分２２０で供給される。基板２０６の下側表面は金属化層で設けられても良い。ウエハ２００にエッチングをしてメサ２２２を製作することが可能である。接合材料２１０はウエハ２００上に配置される。
【００３２】
図２Ｂに示される様に、コンバータ基板２２４に形成された多層半導体波長コンバータ２０８は接合層２１０に付着されている。
【００３３】
接合材料２１０はウエハ２００の表面に、あるいは波長コンバータ２０８の表面に、あるいはその両方に、任意な好適な方法を用いて分配され得る。この様な方法には、スピンコーティング、ナイフコーティング、水蒸気コーティング、トランスファーコーティング及び他の当該技術分野において既知の方法が含まれるがこれに限定されるものではない。幾つかの方法では、接合材料は注射器アプリケータを用いて塗布しても良い。波長コンバータ２０８は任意の適切な方法を用いて接合層に付着され得る。例えば、接着剤等の接合材料の計量された量を、室温の電気こんろ上に置かれたウエハ２００、２０８のいずれかに塗布してもよい。波長コンバータ２０８あるいはＬＥＤウエハ２００は任意の適切な方法を用いて接合層に付着され得る。例えば、ウエハ２００と２００の平坦な表面を互いに上下に大まかにそろえて、既知の質量の重しをウエハ２００と２０８の上に載せて、接合材料がウエハの端に流れることを促進出来る。電気こんろの温度は接合材料を硬化するために適切な温度に上昇させ維持することができる。次に電気こんろを冷却して重しを外し、接着剤により接合されたコンバータ−ＬＥＤウエハの組み立て品を提供する。他の方法では、選択された粘着性の高分子材料のシートを、ウエハの形状にダイカットする転移ライナーを用いて、ウエハに塗布出来る。次にウエハは別のウエハと合わせられて、上記に記述された電気こんろ上などで、接合材料が硬化される。他の方法では、均一な接合材料の層は、波長コンバータウエハの表面と取り外し可能なライナーにより保護された接合材料の露出表面に、ウエハ２００及び２０８が接合される準備が出来るまで予備装着することが出来る。硬化接合材料の場合には、接合材料を部分的に硬化することにより、その接着機能を保ちながらも、充分高い粘度及び／又は取り扱いに対する機械的な安定性を持たせることが望ましい。
【００３４】
コンバータ基板２２４は、次にエッチングを施され、図２Ｃに示された接合ウエハの構造を作製する。次に、図２Ｄに示される様に、ビア２２６がを波長コンバータ２０８と接合材料２１０を貫してにエッチングされ、金属化部分２２０を露出するために、ウエハを例えばウエハソーを用いて点線２２８で切断し、別個の波長変換されたＬＥＤ装置を作製しても良い。例えば、レーザースクライビングや水ジェットスクライビング等の他の方法を用いてウエハより個々の装置を分離しても良い。ビアへのエッチングに加えて、ウエハソー又は他の分離手段を用いることに先立って、切断線に沿ってのエッチングが、切断工程中、波長コンバータ層にかかる応力を減少するために便利である場合がある。
【実施例】
【００３５】
（例１．非平坦化表面を有する金属接合ＬＥＤ）
波長変換されたＬＥＤは図２Ａ〜２Ｄに表されたような処理を用いて作製された。ＬＥＤウエハ２００は、台湾シンチューのエピスター（Epistar Corp）社より購入された。ウエハ２００は、シリコン基板２０６にエピタキシアルＡｌＧａＩｎＮ  ＬＥＤ層２０４を接合させた。取得された状態で、ＬＥＤウエハの上側側面のｎ−タイプ窒化物は１平方ｍｍのメサ２２２を有した。加えて、表面は、いくらかの部分が非平坦化表面２１２を有す様に粗くされていた。他の部分は微量の金Ａｕにより金属化されて、電流を散布させ、ワイヤボンディング用のパッドを提供する。シリコン基板２０６の背面は金系層２１８で金属化されて、ｐ−タイプの接点を提供する。
【００３６】
多層の量子井戸半導体コンバータ２０８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。次にウエハは、超高真空移送システムを貫通して、コンバータ用のＩＩ〜Ｖ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２２４も完備したコンバータ２０８の詳細は、図９に示され、表に要約されている。表にはコンバータ２０８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２０８は８個のＣｄＺｎＳｅ量子井戸２３０を含み、それぞれが２．１５ｅＶのエネルギーギャップを有する。各量子井戸２３０は、ＬＥＤ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２３２の間に挟まれていた。コンバータ２０８も種々の窓、緩衝体及びグレージング層を含む。
【００３７】
表Ｉ：波長コンバータ構造の詳細
【表１】
2010541295.tif 000003
【００３８】
ＬＥＤウエハ２００の背面はめっきテープ（ミネソタ州セント・ポールの３Ｍ供給）により保護され、コンバータウエハのエピタキシアル表面は、ノーランド８３Ｈ（ニュージャージー州クランベリーのノーランド・プロダクツ）光学接着剤の接合層２１０を用いてＬＥＤウエハの上側表面に付着された。接着剤の数滴がＬＥＤの表面上に置かれ、コンバータウエハは、接着剤の粒がウエハの端の周り全てに露見するまで手動で押された。ボンドは１３０℃の電気こんろ上で２時間かけて硬化された。接合層２１０の厚みは１〜１０μｍの範囲内である。
【００３９】
室温に冷却後、ＩｎＰウエハの背面は機械的に粗研磨されて、３ＨＣｌ：１Ｈ２Ｏ溶液で除去された。このエッチング液は波長コンバータのＧａＩｎＡｓ緩衝層で止まる。緩衝層は、次に、ＬＥＤウエハ２００に接合されたＩＩ−ＶＩ族半導体波長コンバータ２０８のみを残して、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の水を撹拌した液で除去された。
【００４０】
窒化ＬＥＤの上側側面に電気的接続をするために、ビア２２２が波長コンバータ２０８と接合層２１０を貫通してエッチングされた。負のフォトレジスト（ニュージャー州フランクリン（Franklin）フィーチャレックス（Futurrex）社のＮＲ７−１０００ＰＹ）を用いて、従来の接触フォトリソグラフィーによりこれが実現された。フォトレジストを貫通する穴はＬＥＤのワイヤボンディングのパッド上に位置合わせされる。波長コンバータ２０８は透明から緑色及び赤色の光なので、このやり方の位置合わせは容易であった。ウエハは次に、１部ＨＣｌ（３０重量％）、１０部Ｈ２Ｏ、Ｂｒで飽和させた停滞溶液に１０分間浸し、露出した波長コンバータのＩＩ〜ＶＩ族半導体層をエッチングした。次にウエハは、プラズマエッチャーに置かれ、酸素プラズマに２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）の圧力とＲＦパワー２００Ｗ（１．１Ｗ／ｃｍ２）で２０分間曝した。波長コンバータ内にエッチングされた穴に露出されたフォトレジストと接着剤の双方はプラズマにより除かれた。図２Ｄにその結果の構造が概略的に示されている。
【００４１】
次にウエハはウエハソーでサイコロ状に切断されて、個々のＬＥＤ装置は導電性エポキシを持つヘッダーに搭載され、ワイヤで接合された。結果の一つとしての波長が変換されたＬＥＤ装置のスペクトルが図３に示される。半導体コンバータにより発生させた主要な発光はピーク波長が５４７ｎｍであった。青色ポンプ光（４６７ｎｍ）は、ほぼ完全に吸収された。
【００４２】
発明の他の実施形態は図４Ａに概略的に表されている。波長を変換されたＬＥＤ装置４００は基板４０６上にあるＬＥＤ半導体層４０４を有するＬＥＤ  ４０２を含む。例示された実施形態では、ＬＥＤ半導体層４０４は接合層４１６を介して基板４０６に付着される。下側の電極層４１８が、ＬＥＤ層４０４とは反対を向いている基板４０６の表面上に設けられて良い。波長コンバータ４０８は接合層４１０によりＬＥＤ  ４０２に付着される。波長コンバータ４０８の上側表面４２０の少なくとも一部は、表面組織を伴って設けられている。
【００４３】
幾つか実施形態では、ＬＥＤ  ４０２に面している、波長コンバータの下側表面４２２の少なくとも一部が、非平坦化されていても良く、例として図４Ｂに概略的に示されている。この様に、波長コンバータ４０２は、ＬＥＤとは反対を向いている上側表面４２０の複数の部分及び／又は非平坦化されたＬＥＤに面している下側表面４２２の複数の部分を有することが可能である。波長コンータ４０８の表面は、上記の様なＬＥＤの表面を非平坦化する技術を用いて非平坦化してもよい。又、波長コンバータの非平坦化表面のトポグラフィーはＬＥＤ上の組織と同じであっても異なっても良い。波長コンバータ４０８の表面組織は上述された任意の技術を用いて非平坦化され得る。
【００４４】
本発明の他の実施形態は図５に概略的に示されている。波長を変換されたＬＥＤ装置５００には、ＬＥＤ層５０４をＬＥＤ基板５０６の上方に有するＬＥＤ  ５０２を含む。波長コンバータ５０８は接合層５１０によりＬＥＤ  ５０２に付着される。この実施形態では、ＬＥＤ半導体層５０４と基板５０６との間のボンド５１６は金属化されている。更に、ＬＥＤ基板５０６に一番近い最も下側のＬＥＤ層５１８は、金属接合表面５２０での表面組織を含む。この場合に、金属化ボンド５１６での角度分布の外にある方向内の入射光の少なくとも一部が、抽出のための角度分布内にリダイレクトされ得るという結果を伴って、表面５２０はＬＥＤ層５０４内の光をリダイレクトさせるために金属化される。表面５２０の非平坦化は、例えば上述された任意の技術を用いて形成され得る。
【００４５】
金属化ボンド５１６が下側のＬＥＤ層５１８とＬＥＤ基板５０６との間の電気経路を提供しても良い。幾つかの実施形態では、装置５００は波長コンバータ５０８の出力表面上に非平坦化表面５２０と一緒に設けられても良いが、これは必要条件ではない。
【００４６】
半導体波長コンバータのウエハは、例１の様に、例えば熱硬化性接着材料を用いてＬＥＤに付着出来る。例１の様に、ＬＥＤ  ５０２上に電気経路を提供するならば、通常一組のビアのみが必要である。
【００４７】
本発明の更なる実施形態はここで図６を参照して記述する。この実施形態では、波長を変換されたＬＥＤ装置６００はＬＥＤ基板６０６に付着されたＬＥＤ層６０４を有するＬＥＤ  ６０２を含む。ＬＥＤ層６０４はＬＥＤ基板６０６に形成されても、接合層（非表示）を介して付着されても良い。波長コンバータ６０８は接合層６１０によりＬＥＤ  ６０２に付着される。波長コンバータ６０８は例１に記述されたものに類似した方法で、その光学的及び機械的特質により選択された接合材料を用いてＬＥＤ  ６０２に付着して良い。
【００４８】
ＬＥＤ基板６０６は例えばサファイアやシリコンカーバイド等の透明な材料で形成され得る。本実施形態では、ＬＥＤ  ６０２よりの光と波長コンバータとの結合を改良するための非平坦化表面を提供する幾つかの機会が有る。例えば、ＬＥＤ基板６０６の下表面６２２を非平坦化しても良い。非平坦化はＬＥＤ半導体層６０４の形成以前に基板６０６にエッチングして良い。
【００４９】
ＬＥＤ基板６０６が電気的に非導電である場合には、二つのボンドパッド６１８ａ、６１８ｂが設けられてよい。第一のボンドパッド６１８ａはＬＥＤ半導体層６０４の上表面に接続され、第二のボンドパッド６１８ｂはＬＥＤ層６０４の下に接続される。ボンドパッドは、例えば金か金ベースの合金等の、任意の好適な金属材料で形成して良い。
【００５０】
（例２：非平坦化表面対平坦な面のモデル化された効果）
異なる非平坦化表面を有する波長を変換されたＬＥＤがＴｒａｃｅＰｒｏ  ４．１の光学モデル用ソフトを用いてモデル化された。ＬＥＤはＧａＮの１ｍｍ×１ｍｍ×０．０１ｍｍブロックとしてモデル化された。ＬＥＤはカプセル材料の半球に埋め込まれたと仮定された。ＬＥＤの底面は、例えばＬＥＤ基板の下側側面に８８％の反射率を有するシルバーリフレクターと一緒に設けられていると仮定された。２μｍの厚みを有し、カプセル材料と同じ屈折率を有する接合層が、ＬＥＤの発光表面と半導体の波長コンバータ層を隔離した。変換層はその入力側面と出力側面の両方が平坦な表面であると仮定された。モデルのパラメーターは表Ｉに要約されている。
【００５１】
表Ｉ：効率モデリングに用いられたパラメーター
【表２】
2010541295.tif 000004
【００５２】
吸収／通過は、光学素子を貫通する青色光の一回の走行のための光学的吸収であり、例えば一回の通過当りの吸収が３％である場合には、ｔがｍｍで表される層の厚みである場合に、吸収係数α＝−Ｉｎ（０．９７）／ｔである。
【００５３】
ＬＥＤダイよりの発光は、ＬＥＤの真ん中に中心のある二つの埋め込まれた均一のグリッドソース（半角＝９０°）を用いてモデル化された。半導体波長コンバータ層内に結合された光の量は、ｉ）非平坦化表面が全く存在しない、ｉｉ）ＬＥＤの上側側面のみに非平坦化表面がある（例えば、装置６００の様にであるが、表面６１２のみが非平坦化表面である）、及びｉｉｉ）ＬＥＤの反射する下側側面にのみ非平坦化表面がある（例えば、装置６００においてであるが、表面６２２のみが非平坦化表面である）場合を計算した。非平坦化表面は、１μｍのベースと、最大限の結合効率のために選択された一側面の傾き角を有する最密構造の四角いピラミッドとしてモデル化された。下記の表ＩＩは、非平坦化表面を持つ半導体波長コンバータ層とこれを持たないものが吸収する青色光の量のモデル結果を比較する。結合効率は、ＬＥＤから発光される青色光の内波長コンバータと結合してコンバータ層に吸収される割合と定義する。ｉｉ）ピラミッドの非平坦化が８０°の頂角を持つ場合とｉｉｉ）１２０°の頂角を持つ場合。モデル用ソフトは、一つ以上の非平坦化表面を持つ装置の考察は出来なかった。
【００５４】
表ＩＩ：結合効率
【表３】
2010541295.tif 000005
【００５５】
この様に、ＬＥＤに非平坦化表面を加えることは波長コンバータ内で結合する青色光の量を著しく改良し、結合層と波長コンバータの屈折率の差が１以上であっても、５０％に近い結合効率が可能である。
【００５６】
図７は、図６に表されたような装置で切断出来るウエハ７００を表すが、表面７１４と６２２のみが平坦化されている。ＬＥＤ半導体層６０４上のワイヤボンドパッド６１８ａ、６１８ｂのビア７２６はフォトリソグラフィー又はエッチングの手順を用いて設けられ得る。各ダイに電気接点を提供しながら、各ビアの底の接合パッド６１８ａ、６１８ｂにワイヤボンドを作製することが出来る。ウエハ７００を７２８の線で切断することにより個々のＬＥＤ装置が制作出来る。例えば、波長コンバータ６０８の上及び／又は下の表面での、あるいはＬＥＤ半導体層６０４と基板６０６との間の表面での、ウエハ内のその他の表面に表面の非平坦化が設けられ得る。
【００５７】
上記の実施形態では、操作中に波長が変換されたＬＥＤの端から、幾らかのポンプの迷光が逃げることが可能である。幾つかの金属接合された薄膜ＬＥＤの場合にはこの効果は小さいが、幾つかの適用例では、ＬＥＤの観察される色への効果は望ましくないことがある。この迷光を排除するために、遮光機能がＬＥＤメサの端付近に含まれても良い。これらの機能は、例えば半導体変換材料を接合する前のＬＥＤウエハ上のＬＥＤの最終製造手順の間に、設けられ得る。一つの実施形態では、遮光材料がフォトレジストになり得る（例えば、青色あるいはＵＶポンプ光を吸収するため）。別の方法としては、ＬＥＤメサ構造間の区域の全部若しくは一部を、反射あるいは吸収材料で埋めるために、フォトリソグラフィー及び蒸着手順を行うことができる。他の方法では、遮光機能は多層を含んでも良く、遮光機能は、例えば絶縁体、透明な材料及び金属層の組み合わせを含んでも良い。この様な構成では、金属層は光をＬＥＤの中に反射を返す一方、絶縁体はＬＥＤ層と金属反射層との間の電気絶縁を確実にする。
【００５８】
遮光機能を含む波長変換されたＬＥＤ装置８００の実施形態は、図８の概略図のよって表わされている。装置８００は、ＬＥＤ基板８０６上のＬＥＤ半導体層８０４を有するＬＥＤ  ８０２を含む。波長コンバータ８０８は接合層８１０を介してＬＥＤ  ８０２に接合されている。図中の実施形態では、ＬＥＤ  ８０２の上側表面８１２は非平坦化表面である。電極８１８、８２０は、ＬＥＤ装置８００への電流の適用を提供する。遮光機能８２２は、ＬＥＤ  ８０２の端を貫通して逃げる光の量を減少するためにＬＥＤ  ８０２の端に提供される。製造中のウエハ段階では、遮光機能８２４は個々のダイがウエハから分離される切断箇所に設置されても良い。
【００５９】
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。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。例えば、上記の記述はＧａＮ−ベースの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。
【図１】
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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３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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