(57)【要約】  本発明の実施形態に従ったデバイスは、第１のｎ型領域と第１のｐ型領域との間に配置された第１の半導体発光層を含む。第２のｎ型領域と第２のｐ型領域との間に配置された第２の半導体発光層が、第１の半導体発光層の上に配置される。非ＩＩＩ族窒化物材料が、第１の発光層と第２の発光層とを隔てる。
2018506187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のｎ型領域と第１のｐ型領域との間に配置された第１の半導体発光層と、
第２のｎ型領域と第２のｐ型領域との間に配置された第２の半導体発光層と、
前記第１の発光層と前記第２の発光層とを隔てる非ＩＩＩ族窒化物材料と
を有し、
前記第２の半導体発光層は前記第１の半導体発光層の上に配置されている、
デバイス。
【請求項２】
前記第１のｎ型領域、前記第１の発光層、及び前記第１のｐ型領域は、第１の成長基板上に成長されており、
前記第２のｎ型領域、前記第２の発光層、及び前記第２のｐ型領域は、第２の成長基板上に成長されており、且つ
前記非ＩＩＩ族窒化物材料は、前記第１の成長基板を前記第２の成長基板に取り付ける接着材である、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記接着材の中に配置された波長変換材料、を更に有する請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１のｎ型領域に電気的に接続された第１のコンタクトと、
前記第１のｐ型領域に電気的に接続された第２のコンタクトと、
を更に有する請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１の発光領域は、前記第１及び第２のコンタクトを介してマウントに機械的に取り付けられている、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第２のｎ型領域に電気的に接続された第３のコンタクトと、
前記第２のｐ型領域に電気的に接続された第４のコンタクトと、
前記第３のコンタクトを前記マウントに接続する第１のワイヤボンドと、
前記第４のコンタクトを前記マウントに接続する第２のワイヤボンドと、
を更に有する請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１のコンタクトをマウントに接続する第１のワイヤボンドと、
前記第２のコンタクトを前記マウントに接続する第２のワイヤボンドと、
を更に有する請求項４に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第２のｎ型領域に電気的に接続された第３のコンタクトと、
前記第２のｐ型領域に電気的に接続された第４のコンタクトと、
前記第３のコンタクトを前記マウントに接続する第３のワイヤボンドと、
前記第４のコンタクトを前記マウントに接続する第４のワイヤボンドと、
を更に有する請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記非ＩＩＩ族窒化物材料は、前記第１のｐ型領域を透明セパレータに取り付ける第１の接着層であり、且つ
第２の接着層が、前記第２の成長基板を前記透明セパレータに取り付けている、
請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記透明セパレータは波長変換構造である、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の成長基板は前記マウントに取り付けられている、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記非ＩＩＩ族窒化物材料は、第１の表面と該第１の表面の反対側の第２の表面とを持つ成長基板であり、
前記第１の半導体発光層、前記第１のｎ型領域、及び前記第１のｐ型領域は、前記成長基板の前記第１の表面上に成長されており、且つ
前記第２の半導体発光層、前記第２のｎ型領域、及び前記第２のｐ型領域は、前記成長基板の前記第２の表面上に成長されている、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２の半導体発光層の上に配置された波長変換素子、を更に有する請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
非ＩＩＩ族窒化物成長基板の第１の表面上に、第１のｎ型領域と第１のｐ型領域との間に挟まれた第１の発光層を有する第１の半導体構造を成長させ、且つ
前記非ＩＩＩ族窒化物成長基板の第２の表面上に、第２のｎ型領域と第２のｐ型領域との間に挟まれた第２の発光層を有する第２の半導体構造を成長させる、
ことを有する方法。
【請求項１５】
前記第１のｎ型領域上に配置された第１のコンタクト及び前記第１のｐ型領域上に配置された第２のコンタクトを介して、前記第１の半導体構造をマウントに取り付け、
前記マウントと前記第２のｎ型領域上に配置された第３のコンタクトとの間に第１のワイヤボンドを形成し、且つ
前記マウントと前記第２のｐ型領域上に配置された第４のコンタクトとの間に第２のワイヤボンドを形成する、
ことを更に有する請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の積み重ねられた例えば発光ダイオードなどの発光デバイスを有するデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在利用可能な最も効率的な光源の中に、発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振器型（resonant  cavity）発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）及び端面発光レーザを含む半導体発光デバイスがある。可視スペクトルで動作可能な高輝度発光デバイスの製造において現在関心ある材料系は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に、ＩＩＩ族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、及び窒素の二元、三元、及び四元合金を含む。典型的に、ＩＩＩ族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又はその他のエピタキシャル技術により、サファイア、炭化シリコン、ＩＩＩ族窒化物若しくは複合材の基板、又はその他の好適な基板の上に、異なる組成及びドーパント濃度の複数の半導体層のスタック（積層体）をエピタキシャル成長することによって製造される。スタックは、しばしば、基板上に形成された、例えばＳｉでドープされた１つ以上のｎ型層と、該１つ以上のｎ型層上に形成された活性領域内の１つ以上の発光層と、活性領域上に形成された、例えばＭｇでドープされた１つ以上のｐ型層とを含んでいる。これらｎ型領域及びｐ型領域の上に、電気コンタクトが形成される。
【０００３】
ＬＥＤによって生成される光の量は、概して、ＬＥＤに印加される電流に比例する。より多くの電流が印加されるとき、より多くの光が生成される。しかしながら、ＬＥＤに印加される電流密度が高まるにつれて、ＬＥＤの外部量子効率は、当初、かなり低い電流密度でピークまで上昇し、その後、高い電流密度では低下する。従って、多くのＬＥＤは、かなり低い電流密度で最も効率的に動作する。
【０００４】
例えば自動車用途などの一部の用途は、比較的小さい光源サイズで高い光出力を要求する。要求される光出力を生成するには、単一のＬＥＤが、十分な光を生成するために、ＬＥＤが最も効率的である電流密度よりも一般的に高い電流密度で動作されなければならない。光源サイズは小さくなければならないため、一部の用途では、複数のＬＥＤを隣り合わせて配置して低めの電流密度で動作させることでは、必要とされる光出力を生成することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の１つの目的は、高い光出力及び小さい光源サイズを有するデバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に従ったデバイスは、第１のｎ型領域と第１のｐ型領域との間に配置された第１の半導体発光層を含む。第２のｎ型領域と第２のｐ型領域との間に配置された第２の半導体発光層が、第１の半導体発光層の上に配置される。非ＩＩＩ族窒化物材料が、第１の発光層と第２の発光層とを隔てる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態とともに使用され得るＬＥＤの断面図である。
【図２】本発明の実施形態とともに使用され得るＬＥＤの断面図である。
【図３】図１に例示されたＬＥＤの上に図２に例示されたＬＥＤが積み重ねられたデバイスを例示している。
【図４】図２に例示されたＬＥＤが２つ積み重ねられたデバイスを例示している。
【図５】単一の成長基板の反対側に成長されたＬＥＤが２つ積み重ねられたデバイスを例示している。
【図６】２つの積み重ねられたＬＥＤと波長変換素子とを有するデバイスを例示している。
【図７】波長変換素子を備えた図５のデバイスを例示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態においては、複数の例えばＬＥＤなどの発光デバイスが積み重ねられる。単一のデバイス内で複数のＬＥＤを積み重ねることは、例えば単一のＬＥＤのフットプリントに相当する光源サイズなどの小さい光源サイズを保ちながら、デバイスによって生成される光の量を増大させ得る。以下の例は２つ積み重ねられたＬＥＤを例示するものであるが、ここに記載される技術及び構造は、任意の数だけ積み重ねられたＬＥＤに拡張され得る。
【０００９】
以下の例では、半導体発光デバイスは、青色光又はＵＶ光を発するＩＩＩ族窒化物ＬＥＤであるが、例えばレーザダイオードなどの、ＬＥＤ以外の半導体発光デバイスや、例えばその他のＩＩＩ−Ｖ族材料、ＩＩＩ族リン化物、ＩＩＩ族ヒ化物、ＩＩ−ＶＩ族材料、ＺｎＯ、又はＳｉ系材料などの、その他の材料系からなる半導体発光デバイスが使用されてもよい。単一のデバイス内で積み重ねられるＬＥＤは、しばしば、同じ材料から作製されて実質的に同じ色の光を発するが、これは必要とされることではない。使用される材料は、後述するように、透明なＬＥＤが要求される場合には好適に透明でなければならない。
【００１０】
図１及び２は、本発明の実施形態で使用され得るＩＩＩ族窒化物ＬＥＤ１及び２を例示している。如何なる好適な半導体発光デバイスが使用されてもよく、本発明の実施形態は、図１及び２に例示されるＬＥＤに限定されない。図１では、光の大部分が、成長基板を通じてＬＥＤから取り出される。このようなデバイスは、フリップチップデバイスとして参照され得る。図２では、光の大部分が、成長基板とは反対側であり且つ電気コンタクトが上に形成される表面である頂面を通じてＬＥＤから取り出される。このようなデバイスは、横型デバイスとして参照され得る。
【００１１】
図１及び２に例示されたデバイスは各々、技術的に知られているように、成長基板１０上にＩＩＩ族窒化物半導体構造を成長させることによって形成される。成長基板はしばしばサファイアであるが、例えば非ＩＩＩ族窒化物材料、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ又は複合基板など、如何なる好適基板であってもよい。ＩＩＩ族窒化物半導体構造が上に成長される成長基板の表面は、成長前にパターン加工、粗面加工、又はテクスチャ加工されてもよく、そうすることはデバイスからの光取り出しを向上させ得る。成長表面とは反対側の成長基板の表面（すなわち、フリップチップ構成において光の大部分がそれを通して取り出される表面）は、成長の前又は後にパターン加工、粗面加工、又はテクスチャ加工されてもよく、そうすることはデバイスからの光取り出しを向上させ得る。
【００１２】
半導体構造は、ｎ型領域とｐ型領域との間に挟まれた発光領域又は活性領域を含む。先ずｎ型領域１６が成長され得る。ｎ型領域１６は、異なる組成及びドーパント濃度の複数の層を含み得る。該複数の層は、例えば、ｎ型あるいは意図的にはドープされないものとし得るバッファ層若しくは核生成層などのプリパレーション層と、発光領域が効率的に発光するのに望ましい特定の光学特性、材料特性若しくは電気特性に合わせて設計されるｎ型、若しくはｐ型であってもよい、デバイス層とを含み得る。ｎ型領域の上に、発光領域又は活性領域１８が成長される。好適な発光領域の例は、単一の厚い若しくは薄い発光層、又はバリア層によって分離された複数の薄い若しくは厚い発光層を含んだマルチ量子井戸発光領域を含む。次いで、発光領域の上に、ｐ型領域２０が成長され得る。ｎ型領域と同様に、ｐ型領域は、異なる組成、厚さ及びドーパント濃度の複数の層を含むことができ、該複数の層は、意図的にはドープされていない層又はｎ型層を含んでいてもよい。
【００１３】
図１のデバイスにおいては、半導体構造の成長後に、ｐ型領域の表面上に反射性のｐコンタクトが形成される。ｐコンタクト２１は、しばしば、例えば反射メタル及びガードメタルなどの複数の導電層を含む。ガードメタルは、反射メタルのエレクトロマイグレーションを防止あるいは抑制し得る。反射メタルは銀であることが多いが、如何なる好適な１つ以上の材料が使用されてもよい。ｐコンタクト２１を形成した後、ｎコンタクト２２が上に形成されるｎ型領域１６の部分を露出させるよう、ｐコンタクト２１、ｐ型領域２０及び活性領域１８の一部が除去される。ｎコンタクト２２とｐコンタクト２１は、例えばシリコンの酸化物又はその他の好適材料などの誘電体２４で充填され得る間隙２５によって、互いに電気的に分離（アイソレート）される。複数のｎコンタクトビアが形成されてもよく、ｎコンタクト２２及びｐコンタクト２１は、図１に例示される構成に限定されない。ｎ及びｐコンタクトは、技術的に知られているように、誘電体／金属スタックを有するボンドパッドを形成するように再分配されてもよい。
【００１４】
ＬＥＤを別の構造体に電気的及び物理的に取り付けるため、１つ以上のインターコネクト２６及び２８が、ｎコンタクト２２及びｐコンタクト２１の上に形成され、あるいはそれらに電気的に接続される。図１では、インターコネクト２６がｎコンタクト２２に電気的に接続されている。インターコネクト２８がｐコンタクト２１に電気的に接続されている。インターコネクト２６及び２８は、誘電体層２４及び間隙２７によって、ｎ及びｐコンタクト２２及び２１から電気的に分離されるとともに互いから電気的に分離される。インターコネクト２６及び２８は、例えば、はんだ、スタッドバンプ、金層、又はその他の好適構造とし得る。多数の個々のＬＥＤが、単一のウエハ上に形成され、その後、デバイスのウエハからダイシングされる。基板１０は、半導体構造の成長後、又は図１を参照して上述した個々のデバイスを形成した後に、薄化され得る。一部の実施形態では、図１のデバイスから基板が除去される。
【００１５】
以降の図においては、図１に例示したデバイスがブロック１によって表される。以降の図においては、半導体構造、ｎコンタクト２２及びｐコンタクト２１、並びにインターコネクト２６及び２８（基板を除く全ての要素）が、ブロック１２によって表される。
【００１６】
図１のデバイスから取り出される光の大部分は、矢印３６によって指し示されるように、基板１０（又は、基板１０を除去することによって露出された半導体構造の表面）を通じて取り出される。
【００１７】
図２のデバイスにおいては、ｎコンタクト２２Ａが上に形成されるｎ型領域１６の部分を露出させるよう、ｐ型領域２０及び活性領域１８の一部が除去される。
【００１８】
残存するｐ型領域２０上で、後にボンディングパッドが形成されるところに絶縁層３０が形成される。絶縁層３０は、例えば、１つ以上の、シリコンの酸化物、シリコンの窒化物、又はその他の好適構造とし得る。
【００１９】
絶縁層と、絶縁層によって覆われていないｐ型領域２０の部分との上に、透明な導電層３４が形成される。透明導電層３４は、例えば、インジウム錫酸化物などの透明酸化物、又は、１層以上の金、銀及び／又はアルミニウムの薄い層などの透明金属層とし得る。金属である透明導電層３４は、一部の実施形態において、例えば酸化物又はその他の好適材料の薄い誘電体層で被覆され、それにより、可視光の透過率が向上され得る。
【００２０】
透明導電層の上に、絶縁層３０にアライメントして、ボンディングパッド３２が形成される。ボンディングパッド３２は、例えば、金属、金、又はその他の好適構造とし得る。絶縁層３０が、ボンディングパッド３２の真下に電流が注入されることを阻止することによって、ボンディングパッド３２の下方で生成される光の量を低減させる。ボンディングパッド３２は一般に光を吸収するものである。図２のデバイスへの電気接続は、ワイヤボンド又はその他の好適構造によって為される。ワイヤボンドは、以降の図に示されるように、ボンディングパッド３２及びｎコンタクト２２Ａの頂面に接続し得る。
【００２１】
以降の図においては、図２に例示したデバイスがブロック２によって表される。以降の図においては、半導体構造、ｎコンタクト２２Ａ、絶縁層３０、導電層３４及びボンディングパッド３２（基板を除く全ての要素）が、ブロック１４によって表される。
【００２２】
図２のデバイスから取り出される光の大部分は、矢印３８によって指し示されるように、透明導電層３４を通じて取り出される。
【００２３】
図１に例示したデバイスはフリップチップデバイスであり、これは、横型デバイスである図２に例示したデバイスよりも高い電流で動作されることが多い。例えば、図１のフリップチップデバイスは０．７５Ａよりも大きい電流（例えば、１Ａが典型的であるとし得る）で動作され得るのに対し、図２の横型デバイスは０．７５Ａよりも小さい電流（例えば、０．３５Ａが典型的であるとし得る）で動作され得る。ここに記載されるデバイスは如何なる好適条件の下で動作されてもよいが、例えば図１のデバイスなどのフリップチップデバイスを、ここでは“高出力”デバイスとして参照し、例えば図２のデバイスなどの横型デバイスを、ここでは“中出力”デバイスとして参照することがある。
【００２４】
図２の横型デバイスが実質的に透明であるのに対し、図１のフリップチップデバイスでは、不透明なコンタクト及びインターコネクトとは反対側の表面を通じてのみ光が取り出され得る。従って、例えば以下にて図３、４及び５に例示される構造などの、（マウントとは反対側の）頂面を通じて光が構造体から取り出されるものである不透明なマウントを用いる構造においては、図１のフリップチップデバイスは、マウントに最も近いデバイスである底部デバイスとしてのみ好適である（対照的に、実質的に透明である図２の横型デバイスは、頂部、底部又は中間部のデバイスとして使用され得る）。透明なマウントを通じて光が取り出される構造では、図１のフリップチップデバイスは、マウントから最も離れたデバイスである頂部デバイスとしてのみ好適であり得る。
【００２５】
図３は、積層マルチジャンクションデバイスの第１の例を示している。図３のデバイスでは、例えば図１に例示したＬＥＤなどのフリップチップデバイスが、マウント４６に取り付けられる。このＬＥＤ１に、例えば図２に例示したＬＥＤなどの横型デバイスが取り付けられる。
【００２６】
マウント４６は、例えば、導電性の金属パッドを備えたセラミック基板、電気アイソレーションのための少なくとも１つの絶縁層を備えた金属基板、又はＰＣボードなどの、如好適な何なる構造体であってもよい。マウント４６の頂面４８は、マウント４６上に直接搭載されるＬＥＤ１と、ＬＥＤ１上に搭載されるＬＥＤ２との双方への電気接続のための複数のボンディングパッドを含んでいる。マウント４６は、例えば直列、並列又はその他の好適構成にて、ＬＥＤ１及び２を互いに電気接続するために、表面電気配線及び／又は埋め込み電気配線を含み得る。一部の実施形態において、ＬＥＤ１及び２を個別にアドレス指定するために、マウント４６の上又は中に配線が形成される。各ＬＥＤをその最適駆動電流又はその付近で動作させるため、ＬＥＤ１及び２は、ＬＥＤ１及び２が相異なる駆動電流で動作され得るように同じ又は異なるドライバ回路に接続され得る。
【００２７】
ＬＥＤ１は、マウント４６上にピックアンドプレースされ、そして、はんだ、金属インターコネクト、金インターコネクト、導電性接着剤、又はその他の好適な材料若しくは接合によって付着される。ＬＥＤ１は、そのコンタクトをマウント４６に近い側にし、基板１０をマウントから遠い側にして実装される。
【００２８】
透明な接着材４０が、ＬＥＤ１の基板１０の上に配置される。透明接着材は、ＬＥＤ１とＬＥＤ２との間に強い接合を形成し（例えば、一部の実施形態において、接着材は少なくともショアＡ６０の機械的強度を有し得る）、且つＬＥＤ１及び２からの光に曝されるときに黄変に抗うように選択される。例えば、１つ以上の非ＩＩＩ族窒化物材料、シリコーン、エポキシ、付着接着剤、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、又は２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）を含め、如何なる好適な接着材が使用されてもよい。
【００２９】
一部の実施形態において、ここに記載される透明接着層の何れかの中に、波長変換材料、光取り出しを改善する且つ／或いは散乱を生み出す材料、接着材の屈折率を変化させる材料、又は何らかのその他の好適材料が配置され得る。
【００３０】
ＬＥＤ２が、透明接着材４０を介してＬＥＤ１に取り付けられる。ＬＥＤ２は、ＬＥＤ２の成長基板１０をＬＥＤ１の成長基板１０に取り付けて、ＬＥＤ１の上に配置される。従って、透明接着材４０は、ＬＥＤ１又はＬＥＤ２のどちらのコンタクトとも干渉しない。ＬＥＤ２をＬＥＤ１に取り付けた後、ワイヤボンド４２及び４４が、ＬＥＤ２のｐボンディングパッド３２及びｎコンタクト２２Ａをそれぞれ、マウント４６の頂面４８に置かれた電気接続に接続し得る。
【００３１】
図４は、積層マルチジャンクションデバイスの第２の例を示している。図４のデバイスでは、例えば図２に例示したＬＥＤなどの横型デバイスが、マウント４６の頂面４８に取り付けられる。この第１の横型デバイスの上に、例えば図２に例示したＬＥＤなどの第２の横型デバイスが積み重ねられる。
【００３２】
図３を参照して上述したように、マウント４６は、如何なる好適構造ともし得る。第１のＬＥＤ２ａは、例えば、Ａｕ／Ｓｎはんだ又はその他の好適な材料及び／又はプロセスによって、成長基板１０を通じてマウント４６に取り付けられる。ワイヤボンド５０及び５２が、マウント４６上のボンディングパッドを、ＬＥＤ２ａのｐボンディングパッド３２及びｎコンタクト２２Ａに電気的に接続する。
【００３３】
ＬＥＤ２ａの上に、例えば図３を参照して上述した接着材のうちの１つ以上などの、透明な接着材５４が配置される。
【００３４】
接着材５４を介してＬＥＤ２ａに、透明なセパレータ５６が取り付けられる。透明セパレータ５６は、ＬＥＤ２ａをマウント４６に電気的に接続するワイヤボンド５０、５２を保護するために、第２のＬＥＤ２ｂをＬＥＤ２ａから離間させる。従って、図４に例示するように、透明セパレータ５６は、ＬＥＤ２ｂがワイヤボンドを押しつぶさないように、ＬＥＤ２ａ上のワイヤボンド接続の間隔よりも狭く、且つワイヤボンド５０、５２の頂部よりも高い。透明なセパレータ５６は、高度に透明で、機械的に堅牢で、且つＬＥＤ２ａ及び２ｂが動作される温度及び光束に耐えられるように選択される。一部の実施形態において、透明セパレータ５６及び接着材５４の屈折率が、ＬＥＤ２ａから効率的に光を取り出すように選択され得る。透明セパレータ５６は、例えば、サファイア、ガラス、透明セラミック、シリコーン（例えば、前もって硬化されて個片化された高屈折率シリコーンなど）、又はその他の好適材料とし得る。一部の実施形態において、透明セパレータ５６は、例えば一部の実施形態で１００℃を超える温度といった、高い動作温度で高度に透明であり且つ機械的に堅牢であるように選択される。透明セパレータ５６の屈折率は、一部の実施形態において、青色光の取り出しを最大化するように選択され得る。透明セパレータの屈折率は、一部の実施形態で少なくとも１．６、一部の実施形態で少なくとも１．７、そして、一部の実施形態で２．２以下であるとし得る。
【００３５】
一部の実施形態において、透明セパレータ５６は、例えばセラミック蛍光体などの波長変換構造である。一部の実施形態では、ＬＥＤ２ａからの光が、波長変換透明セパレータによって完全に変換され、そして、この構造体から取り出される合成光の色が、ＬＥＤ２ｂによって調節される。このようなデバイスは、例えば図６を参照して後述するように、デバイスの頂部に配置される更なる波長変換材料とともに使用されてもよいし、それなしで使用されてもよい。
【００３６】
透明セパレータ５６をＬＥＤ２ａに取り付けた後、典型的に、接着材５４が完全に硬化される。
【００３７】
透明セパレータ５６の上に、例えば図３を参照して上述した接着材のうちの１つ以上などの、第２の透明接着材料５８が配置される。第２の接着材料５８は、透明接着材５４と同じであってもよいが、これは必要とされることではない。第２のＬＥＤ２ｂが、第２の接着材料５８によって透明セパレータ５６に取り付けられ、次いで、第２の接着材料５８が完全に硬化される。第２のＬＥＤ２ｂは、接着材料５８により、成長基板１０を通じて透明セパレータ５６に取り付けられる。ＬＥＤ２ｂをセパレータ５６に取り付けた後、ワイヤボンド６０、６２が、マウント４６上のボンディングパッドを、ＬＥＤ２ｂのｐボンディングパッド３２及びｎコンタクト２２Ａに電気的に接続する。
【００３８】
図５は、積層マルチジャンクションデバイスの第３の例を示している。図５のデバイスでは、単一の成長基板１０の両面に２つのＬＥＤ３ａ及び３ｂが成長される。例えば、先ず、ＬＥＤ３ａへと形成される第１の半導体構造が成長基板１０上に成長され、その後、成長基板１０がひっくり返され、ＬＥＤ３ｂへと形成される第２の半導体構造が、成長基板１０の裏面上に成長される。一部の実施形態では、これら２つの半導体構造が同時に成長され得る。
【００３９】
その後、これらの半導体構造がＬＥＤへと形成される。ＬＥＤ３ａは、成長基板１０を通じて光が取り出されるように、コンタクト側を下にしてマウントされるデバイスとし得る。そのような構造の一例は、図１に例示したデバイスである。ＬＥＤ３ｂは、半導体構造上に形成されたコンタクトを通じて光が取り出されるように、コンタクト側を上にしてマウントされるデバイスとし得る。そのような構造の一例は、図２に例示したデバイスである。この構造体が、ＬＥＤ３ａのコンタクトを介してマウント４６に取り付けられる。ワイヤボンド７２及び７４、又はその他の好適な電気接続構造が、ＬＥＤ３ｂのｐボンディングパッド及びｎコンタクトを、マウント４６上の電気パッドに接続する。
【００４０】
図６は、複数の積み重ねられたＬＥＤを有する波長変換式のデバイスを例示している。第１及び第２のＬＥＤ４及び５が、マウント４６上に積み重ねられている。第１及び第２のＬＥＤ４及び５は、上述の構造のうちの何れかとし得る。マウント４６から最も離れたＬＥＤである頂部ＬＥＤ５の頂面の上に、波長変換素子７０が形成されている。
【００４１】
波長変換素子７０は、例えばコンベンショナルな蛍光体、有機蛍光体、量子ドット、有機半導体、ＩＩ−ＶＩ族若しくはＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族若しくはＩＩＩ−Ｖ族半導体量子ドット若しくはナノ結晶、染料、ポリマー、又は発光するその他の材料とし得る１つ以上の波長変換材料を含んでいる。波長変換材料は、ＬＥＤによって発せられた光を吸収して、１つ以上の異なる波長の光を発する。ＬＥＤによって発せられた未変換の光が、この構造から取り出される光の最終的なスペクトルの一部をなすことが多いが、必ずしもそうである必要はない。構造から取り出される光の最終的なスペクトルは、白色又は単色であり得る。一般的な組み合わせの例は、黄色発光の波長変換材料と組み合わされた青色発光のＬＥＤ、緑色発光及び赤色発光の波長変換材料と組み合わされた青色発光のＬＥＤ、青色発光及び黄色発光の波長変換材料と組み合わされたＵＶ発光のＬＥＤ、並びに青色発光、緑色発光及び赤色発光の波長変換材料と組み合わされたＵＶ発光のＬＥＤを含む。構造から発せられる光のスペクトルを調整するために、他の色の光を発する波長変換材料が追加されてもよい。
【００４２】
一部の実施形態において、波長変換素子７０は、ＬＥＤとは別個に製造されて頂部ＬＥＤに取り付けられる（例えば、ウエハボンディング、又はシリコーン若しくはエポキシなどの好適な接着材によって）構造体である。そのような予め製造される波長変換素子の一例は、セラミック蛍光体であり、それは、例えば、粉末蛍光体又は蛍光体の前駆物質を、個々の波長変換素子へと後にダイシングされ得るものであるセラミックスラブへと焼結することによって形成される。セラミック蛍光体はまた、例えば、テープキャスティングによって形成されてもよく、その場合、ダイシング又は切断を必要とせずに、セラミックが正確な形状に製造される。好適な非セラミックのプリフォーム波長変換素子の例は、ロール、キャスト、又はその他の方法でシートへと形成される例えばシリコーン又はガラスなどの透明材料内に配置され、次いで個々の波長変換素子へと個片化される粉末蛍光体、及びシリコーンと混合されて透明基板上に置かれた蛍光体を含む。
【００４３】
図７は、波長変換素子７０が接着材料の層８０によってＬＥＤ３ｂに取り付けられた、図５のデバイスを示している。波長変換素子７０は、図３及び４のデバイスの上にも同様にして配置され得る。
【００４４】
光が頂面を通じてデバイスを出て行くことを強いるために、ＬＥＤ及び波長変換素子の側面に反射材料が配置されてもよい。
【００４５】
本発明を詳細に説明したが、当業者が認識するように、本開示を所与として、ここに記載の発明概念の精神を逸脱することなく、本発明に変更が為され得る。故に、本発明の範囲は、図示して説明した特定の実施形態に限定されるものではない。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月21日(2017.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のｎ型領域と第１のｐ型領域との間に配置された第１の半導体発光層を含む第１の発光構造と、
第２のｎ型領域と第２のｐ型領域との間に配置された第２の半導体発光層を含む第２の発光構造と、
前記第１の発光構造と前記第２の発光構造とを隔てる非ＩＩＩ族窒化物材料であり、セパレータと該セパレータを前記第１及び第２の発光構造間に取り付ける接着材とを含む非ＩＩＩ族窒化物材料と
を有し、
前記第２の半導体発光層は前記第１の半導体発光層の上に配置されている、
デバイス。
【請求項２】
前記接着材の中に配置された波長変換材料、を更に有する請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１のｎ型領域、前記第１の発光層、及び前記第１のｐ型領域は、第１の成長基板上に成長されており、且つ
前記第２のｎ型領域、前記第２の発光層、及び前記第２のｐ型領域は、第２の成長基板上に成長されている、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１のｎ型領域に電気的に接続された第１のコンタクトと、
前記第１のｐ型領域に電気的に接続された第２のコンタクトと、
を更に有する請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２のｎ型領域に電気的に接続された第３のコンタクトと、
前記第２のｐ型領域に電気的に接続された第４のコンタクトと、
前記第３のコンタクトをマウントに接続する第１のワイヤボンドと、
前記第４のコンタクトを前記マウントに接続する第２のワイヤボンドと、
を更に有する請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１のコンタクトをマウントに接続する第１のワイヤボンドと、
前記第２のコンタクトを前記マウントに接続する第２のワイヤボンドと、
を更に有する請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第２のｎ型領域に電気的に接続された第３のコンタクトと、
前記第２のｐ型領域に電気的に接続された第４のコンタクトと、
前記第３のコンタクトを前記マウントに接続する第３のワイヤボンドと、
前記第４のコンタクトを前記マウントに接続する第４のワイヤボンドと、
を更に有する請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記セパレータは、前記第２の発光構造を前記第１の発光構造から離間させて、前記第１及び第２のワイヤボンドを保護する、請求項６に記載のデバイス。
【請求項９】
前記接着材は、
前記第１のｐ型領域を前記セパレータに取り付ける第１の接着層と、
前記第２の成長基板を前記セパレータに取り付ける第２の接着層と
を有する、請求項３に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１の成長基板はマウントに取り付けられている、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記セパレータは波長変換構造である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
非ＩＩＩ族窒化物材料からなり、且つ第１の表面と該第１の表面の反対側の第２の表面とを持つ成長基板と、
第１のｎ型領域と第１のｐ型領域との間に配置された第１の半導体発光層を含む第１の発光構造であり、前記第１の半導体発光層、前記第１のｎ型領域、及び前記第１のｐ型領域が、前記成長基板の前記第１の表面上に成長されている、第１の発光構造と、
第２のｎ型領域と第２のｐ型領域との間に配置された第２の半導体発光層を含む第２の発光構造であり、前記第２の半導体発光層、前記第２のｎ型領域、及び前記第２のｐ型領域が、前記成長基板の前記第２の表面上に成長されている、第２の発光構造と、
を有するデバイス。
【請求項１３】
前記第１の発光構造は、コンタクト側を下にしてマウントに取り付けられており、且つ
前記第２の発光構造は、前記マウントにワイヤボンドされている、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
非ＩＩＩ族窒化物成長基板の第１の表面上に、第１のｎ型領域と第１のｐ型領域との間に挟まれた第１の発光層を有する第１の半導体構造を成長させ、且つ
前記非ＩＩＩ族窒化物成長基板の、前記第１の表面の反対側である第２の表面上に、第２のｎ型領域と第２のｐ型領域との間に挟まれた第２の発光層を有する第２の半導体構造を成長させる、
ことを有する方法。
【請求項１５】
前記第１のｎ型領域上に配置された第１のコンタクト及び前記第１のｐ型領域上に配置された第２のコンタクトを介して、前記第１の半導体構造をマウントに取り付け、
前記マウントと前記第２のｎ型領域上に配置された第３のコンタクトとの間に第１のワイヤボンドを形成し、且つ
前記マウントと前記第２のｐ型領域上に配置された第４のコンタクトとの間に第２のワイヤボンドを形成する、
ことを更に有する請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
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