(57)【要約】  本発明の実施形態は、フリップチップ半導体発光デバイスと、該フリップチップ半導体発光デバイスから取り出された光の経路内に配置された波長変換構造とを含む。テクスチャ加工された頂面を有する基板が、底面を波長変換構造に面しさせて位置付けられる。波長変換構造は、上記基板とフリップチップ半導体発光デバイスとの間に配置される。
2018531517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリップチップ半導体発光デバイスと、
前記フリップチップ半導体発光デバイスから取り出された光の経路内に配置された波長変換構造と、
基板と
を有し、
前記波長変換構造は、前記基板と前記フリップチップ半導体発光デバイスとの間に配置され、
前記基板の底面が、前記波長変換構造に面し、且つ
前記基板の頂面がテクスチャ加工されている、
構造体。
【請求項２】
前記波長変換構造と前記基板の前記底面の一部との間のギャップ、を更に有する請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記底面が複数のピラーを有し、前記ギャップが前記ピラーの間に配置されている、請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
前記基板の前記頂面は、アレイにて配列された複数のフィーチャを有するようにテクスチャ加工されており、フィーチャ間のピークツーピーク間隔が、５０ｎｍと５００ｎｍとの間である、請求項１に記載の構造体。
【請求項５】
前記フィーチャは、柱、角錐、円錐、角錐台、円錐台、ジョンソンの立体、及び近ジョンソンの立体からなる群から選択された形状を有する、請求項４に記載の構造体。
【請求項６】
前記基板はサファイアである、請求項１に記載の構造体。
【請求項７】
前記基板は、
本体と、
該本体上に成長された誘電体層であり、当該誘電体層がテクスチャ加工されて前記テクスチャ加工された頂面を形成している、誘電体層と
を有する、請求項１に記載の構造体。
【請求項８】
前記本体はサファイアであり、前記誘電体層は、前記本体上に成長されたＩＩＩ族窒化物層を有する、請求項７に記載の構造体。
【請求項９】
前記本体は、接着層によって前記波長変換構造に取り付けられている、請求項８に記載の構造体。
【請求項１０】
前記接着層は非ＩＩＩ族窒化物材料である、請求項９に記載の構造体。
【請求項１１】
前記基板は第１の基板であり、当該構造体は更に、前記フリップチップ半導体発光デバイスから取り出された光の経路内に配置された第２の基板を有し、該第２の基板の頂面がテクスチャ加工されている、請求項１に記載の構造体。
【請求項１２】
半導体発光デバイスと、
前記半導体発光デバイスから取り出された光の経路内に配置された波長変換構造と、
前記波長変換構造から取り出された光の経路内に配置された基板であり、
本体と、
該本体上に成長された誘電体層であり、当該誘電体層の頂面がテクスチャ加工されている、誘電体層と
を有する基板と、
を有する構造体。
【請求項１３】
前記本体はサファイアであり、前記誘電体層はＩＩＩ族窒化物材料である、請求項１２に記載の構造体。
【請求項１４】
前記本体と前記波長変換構造との間に配置された非ＩＩＩ族窒化物接着材、を更に有する請求項１２に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１５年１０月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／２４３，４７０号に対する優先権を主張するものであり、米国仮特許出願第６２／２４３，４７０号をここに援用する。
【０００２】
本発明は、波長変換構造から取り出される光の経路内に位置付けてテクスチャ表面を持つ基板を有する波長変換式発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
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。
【０００４】
ＬＥＤから取り出される光の経路内に波長変換材料を位置付けることによって、白色光が作り出され得る。図１は、ＵＳ２０１３／０２５８６３４（特許文献１）に更に詳細に記載されている波長変換式ＬＥＤの一例を示している。ＵＳ２０１３／０２５８６３４（特許文献１）は、図１のデバイスが、ＬＥＤの上に形成されたマイクロ構造フィルムと、ＬＥＤの上且つ該フィルムの下に形成された光変換材料とを含むことを教示している。その光変換材料は、ＬＥＤ上に直に堆積され得る光蛍光体の層を含むことができ、あるいは、プリフォームフィルムの層としてＬＥＤ上に配置され又は取り付けられ得る。この構造は、光変換材料がＬＥＤ光を白色光へと変換する白色ＬＥＤ光デバイスに使用されることができる。ＬＥＤと光変換材料層との構造体の頂部に、マイクロ構造を有する光偏向フィルムの層が形成される。ＬＥＤから放出されたフォトン、及びＬＥＤ光の吸収により蛍光体層で放出されたフォトンが、頂部偏向フィルムと相互作用し、構造内で行ったり来たり跳ね返ることで、光がＬＥＤと光偏向フィルムとの間で跳ね返るとともに偏向フィルム内のマイクロ構造によって定められる選択方向にて頂部偏向フィルムを出て行くという光整形効果を生み出している。その偏向フィルムはまた、偏向フィルムから出て来る光に対する集光効果を生じさせることができ、その集光は、偏向フィルムの光学屈折率に依存し得る。偏向フィルムの幾何学構成も、集光に影響を及ぼし得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２５８６３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、波長変換構造から取り出される光を少なくとも部分的にコリメートし得るテクスチャ基板を有した波長変換式発光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】
【０００７】
本発明の実施形態は、フリップチップ半導体発光デバイスと、該フリップチップ半導体発光デバイスから取り出された光の経路内に配置された波長変換構造とを含む。テクスチャ加工された頂面を有する基板が、底面を波長変換構造に面しさせて位置付けられる。波長変換構造は、上記基板とフリップチップ半導体発光デバイスとの間に配置される。
【０００８】
本発明の実施形態は、半導体発光デバイスと、該半導体発光デバイスから取り出された光の経路内に配置された波長変換構造とを含む。波長変換構造から取り出された光の経路内に基板が配置される。該基板は、本体と、該本体上に成長された誘電体層とを含む。該誘電体層の頂面がテクスチャ加工される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ＬＥＤダイと、光変換材料と、オプティクス層とを含む従来技術の構造を例示している。
【図２】ＬＥＤの断面図である。
【図３】ＬＥＤと、波長変換構造と、テクスチャ基板とを含むデバイスの断面図である。
【図４】図３のテクスチャ基板の底面を例示している。
【図５】ＬＥＤと、波長変換構造と、本体上に成長されたテクスチャ加工された誘電体材料を含んだ基板と、を含むデバイスの断面図である。
【図６】基板と波長変換構造との間にギャップがない図５のデバイスの断面図である。
【図７】複数のテクスチャ基板を含むデバイスの断面図である。
【図８】テクスチャ基板を有するデバイスについての断面遠視野強度のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態においては、例えば半導体発光ダイオードなどの波長変換式半導体発光デバイスが、テクスチャ加工された表面を有する基板と組み合わされる。
【００１１】
図２は、ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤの一例を示している。好適な如何なる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２に例示するＬＥＤに限定されない。また、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。
【００１２】
図２のデバイスにおいては、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のＬＥＤは、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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２のデバイスから基板が除去される。図２のデバイスから取り出される光の大部分は、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。以降の図においては、ＬＥＤがブロック１によって表される。半導体構造、メタル、及び誘電体の層を含んだ、基板１０上に形成された構造が、ブロック１２によって表される。本発明の実施形態は、フリップチップＬＥＤに限定されるものではなく、好適な如何なるデバイスが使用されてもよい。
【００１６】
以下に記載される実施形態においては、発光デバイスから取り出された光の経路内に波長変換構造が配置され得る。波長変換構造は、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、多色、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。波長変換構造は、例えばＴｉＯ２などの、光散乱要素又は光拡散要素を含んでいてもよい。
【００１７】
一部の実施形態において、波長変換構造は、ＬＥＤとは別個に製造されて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分散され、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。
【００１８】
以降の図においては、波長変換構造がブロック２によって表される。
【００１９】
一部の実施形態において、波長変換式ＬＥＤが、デバイスの輝度を高め得るものである指向性放射（すなわち、ＬＥＤの主表面に対する法線での輝度）を増強するための構造と組み合わされる。指向性放射を増強するための構造は、例えば、図３、５、６、及び７に示されるようなテクスチャ加工された基板（テクスチャ基板）とし得る。
【００２０】
ここで使用されるとき、“テクスチャ加工された”とは、粗面加工された（ランダムにテクスチャ加工された）又はパターン加工された（規則的且つ／或いは反復的なやり方でテクスチャ加工された）表面を指し得る。テクスチャ加工された表面の断面は、谷によって隔てられた山又は丘を含み得る。以下の図に示されるように、“山”は断面で三角形であり得るが、これは必要とされることではない。一部の実施形態において、テクスチャを形成するフィーチャ（造形）は、円錐、角錐、円錐台、角錐台、柱（ポスト）、又は、ジョンソンの立体（Ｊｏｈｎｓｏｎ  ｓｏｌｉｄｓ）若しくは近ジョンソンの立体（ｎｅａｒ  Ｊｏｈｎｓｏｎ  ｓｏｌｉｄｓ）を含め、その他の好適構造とし得る。フィーチャの底部が隣接フィーチャと接触してもよいし、あるいは、フィーチャが互いに離間されてもよい。これらフィーチャは、例えば三角形、正方形、六角形、準結晶、又はその他の好適な配列などの、アレイ状に配置され得る。フィーチャのピークツーピーク間隔は、一部の実施形態において少なくとも５００ｎｍ、一部の実施形態において少なくとも５０００ｎｍ、そして、一部の実施形態において５０μｍ以下とし得る。
【００２１】
図３は、テクスチャ基板３０を含む一実施形態の断面図である。図３のデバイスにおいて、ＬＥＤ１は、基板１０がマウント１４から遠い側に配置されるように、マウント１４に取り付けられている。マウントは、例えば、シリコン、セラミック、金属、プリント回路基板、又はその他の好適材料とし得る。ＬＥＤ１によって放たれる光の経路内に波長変換構造２が配置されている。一部の実施形態において、波長変換構造２は、ＬＥＤ１上に直に形成される。一部の実施形態において、波長変換構造２は、ＬＥＤ１とは別個に形成されて、ウエハボンディング及び接着層４２を用いた接着を含め、何らかの好適技術によって、ＬＥＤ１の基板１０に取り付けられる。接着層４２は、波長変換構造をＬＥＤ１に接着し、透明であり、且つＬＥＤ１の動作条件に曝されたとき及びＬＥＤ１と波長変換構造２から取り出された光に曝されたときに有意に劣化しない任意の好適材料とし得る。シリコーン、エポキシ、ガラス、及び非ＩＩＩ族窒化物材料は、好適な接着材４２の例である。
【００２２】
波長変換構造２から取り出された光の経路内に、波長変換構造２がＬＥＤ１と基板３０との間に配置されるようにして、テクスチャ基板３０が配置されている。基板３０の頂面（すなわち、そこから、光の大部分が基板３０から取り出される基板３０の表面）が、テクスチャ加工された表面である。基板３０は、一部の実施形態において少なくとも１００μｍの厚さ、一部の実施形態において３００μｍ以下の厚さ、そして、一部の実施形態において２００μｍの厚さとし得る。テクスチャ加工された部分は、一部の実施形態において少なくとも１μｍの深さ、そして、一部の実施形態において１０μｍ以下の深さを有し得る。基板３０の底面は、波長変換構造２に近接して配置されている。一部の実施形態において、基板３０は、ウエハボンディング及び接着層４０を用いた接着を含め、何らかの好適技術によって、波長変換構造２に取り付けられる。好適な接着材は、接着層４２に関して上述したものと同じとし得る。接着層４０及び４２は、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
【００２３】
一部の実施形態において、基板３０は、波長変換構造２と基板３０との間にギャップ３８が形成されるように、波長変換構造２に形成され及び／又は取り付けられる。ギャップ３８は、空気、周囲の気体、又はその他の好適材料で充填され得る。ギャップ３８は、一部の実施形態において少なくとも１０μｍの厚さ、そして、一部の実施形態において２００μｍ以下の厚さとし得る。
【００２４】
ギャップ３８によって光がコリメートされ得る。構造を出て行く光は、高屈折率領域（例えば、少なくとも１．８の屈折率を持つＹＡＧ：Ｃｅとし得るものである波長変換構造２）から、低屈折率領域（例えば、１の屈折率を持つギャップ３８内の空気）へ、そして、第２の高屈折率領域（例えば、少なくとも１．７の屈折率を持つサファイアとし得るものである基板３０）へと進む。光は、特定の入射角でのみ、全反射を受けることなく、相異なる屈折率を持つ材料の境界面を通過することができるので、この境界面は光をコリメートする。特に低屈折率領域と第２の高屈折率領域との間で、屈折率比が高いほどコリメーション効果が大きいが、より大きなコリメーションは、より低い透過率という代償を伴い得る。高屈折率領域（基板１０及びテクスチャ基板３０）と低屈折率領域（ギャップ３８内の物質）との間の屈折率の差は、一部の実施形態において少なくとも０．５、そして、一部の実施形態において少なくとも０．６である。
【００２５】
一部の実施形態において、ギャップ３８は、波長変換構造２の１つ以上のエッジにのみ接着材４０を配置し、接着材４０が配置されないところにギャップ３８を残すことによって形成される。このような実施形態において、基板３０は平坦な底面を有し得る。
【００２６】
一部の実施形態において、図４に例示するように、基板３０の底面３５が、ギャップ３８を作り出すように形成される。図４に示す基板３０の底面３５上で、例えば、マスキングとエッチング、又は例えば研削などの機械的プロセス、などの好適技術によって、基板３０が、１つ以上のピラー（支柱部）３６を形成するように整形される。図４に示す実施形態では、４つの四角柱３６が基板３０のコーナーに配置されている。より多数又は少数のピラーが使用されてもよく、ピラーは、基板３０のエッジから離すことも含めて、異なる場所に配置されてもよい。ピラーは、図示のように正方形である必要はなく、如何なる好適形状ともし得る。ピラー３６間の領域３４の、底面３５の残りの部分では、基板の底部がピラーに対して凹所（リセス）化されている。換言すれば、基板３０は、ピラー３６が形成されるところで、より厚く、ピラーがない領域３４で、より薄い。基板が波長変換構造２又は接着材４０に取り付けられるとき、ピラー３６のみが波長変換構造２又は接着材４０と直に接触して、ギャップ３８を残す。ピラー３６は、如何なる好適な大きさ及び形状ともし得る。一例において、ピラー３６は、５０μｍ×５０μｍ以下の幅であり、且つ１０μｍと２００μｍとの間の高さである。
【００２７】
基板３０は、透明であり、ＬＥＤ１の動作条件に曝されたとき及びＬＥＤ１と波長変換構造２から取り出された光に曝されたときに有意に劣化せず、且つテクスチャ表面及び底面のピラーを形成するのに適した、如何なる好適材料ともし得る。一部の実施形態において、基板３０は、少なくとも１．５の屈折率を持ち得る。好適な材料の例は、サファイア及びガラスを含む。
【００２８】
基板３０のテクスチャ表面３２並びに底部のピラー３６及びギャップ３８は、例えば、マスキングとエッチング、及び例えば研削などの機械的な技術を含め、任意の好適技術によって形成され得る。
【００２９】
図８は、横断面の遠視野強度を、図３に示したデバイス（カーブ９０）及びテクスチャ基板を持たないデバイス（カーブ９２）について示している。図８に示されるように、図３に示したデバイスから取り出される光は、テクスチャ基板を持たない参照デバイスから取り出される光よりもコリメートされている。一部の用途では、光が、一部の平面内でのみいっそうコリメートされることがある。例えば、自動車ヘッドライトの例において、図８に示されたコリメートされたカーブは、道路に垂直な平面に沿って放たれる光を表し得る。道路に水平な光ビームは依然として幅広とし得る。
【００３０】
一部の実施形態において、ＬＥＤ１、波長変換構造２、及び基板３０のうちの１つ以上の側面に反射材料が配置される。図３に示す実施形態では、３つ全ての構造体の側面に反射材料４４が配置されている。一部の実施形態において、ＬＥＤ１及び／又は波長変換構造２のみの側面に反射材料が配置されてもよいし、あるいは、これら３つの構造体のうちの何れかの側壁の一部に反射材料が配置されてもよい。反射材料４４は、例えば、シリコーンなどの透明材料内に置かれたＴｉＯ２、側壁に配置される金属フォイル若しくは反射塗料などの反射コーティング若しくは反射フォイル、又はその他の好適材料とし得る。反射材料４４は、ＬＥＤ１、波長変換構造２、及びテクスチャ基板３０を含む構造体の上に成形されてもよいし、該構造体の上にプレス加工されてもよいし、あるいは、その他の好適技術によって形成されてもよい。テクスチャ加工された表面３２の上に置かれた余分な反射材料は、例えばビーズブラスティング又はその他の好適技術によって除去され得る。
【００３１】
図５及び６は、テクスチャ基板を含む他の実施形態の断面図である。図５及び６におけるＬＥＤ１、マウント１４、波長変換構造２、接着層４０及び４２、並びに反射材料４４は、図３を参照して上述したものと同じとし得る。
【００３２】
図５及び６のデバイスにおいては、基板３０が、本体５０と誘電体層５２とを含んでいる。誘電体層５２の頂面がテクスチャ加工されている。誘電体層５２のテクスチャ表面は、図３を参照して上述したのと同じ形状及び寸法を有し得る。誘電体層５２は、本体５０の主表面上に成長され又はその他の方法で堆積され得る。誘電体層５２が上に形成される本体５０の表面は、平坦であってもよいし、あるいは、それ自体がテクスチャ加工されていてもよい（図示せず）。
【００３３】
一部の実施形態において、本体５０は、透明であり、誘電体層５２を形成してパターン加工するのに適しており、且つ可能な限り安価である。一部の実施形態において、本体５０及び誘電体層５２は、相対的に高い屈折率を有するように選択され、一部の実施形態において少なくとも２の屈折率を有する。一部の実施形態において、本体５０は、例えばサファイアなどの非ＩＩＩ族窒化物材料であり、誘電体層５２は、例えばＧａＮなどのアンドープのＩＩＩ族窒化物材料である。ＧａＮ層が、サファイアの本体上に成長させ、次いで、例えば、研削などの機械的な技術、マスキングとエッチング、又は光電気化学エッチングなどのランダムにテクスチャ加工された表面を形成する技術、などの好適技術を用いて粗面加工又はパターン加工され得る。ＧａＮ層５２は典型的に発光層を含まない。
【００３４】
図５に示す実施形態では、本体５０の底面５６において、使用される場合には接着層４０と本体５０との間に、又は接着層が使用されない場合には波長変換構造２と本体５０との間に、ギャップ５８が形成されている。このギャップは、図３を参照して上述したギャップと同じとすることができ、それと同じようにして形成されることができる。図６では、ギャップは存在していない。図６では、波長変換構造２の頂面及び本体５０の底面がどちらも平坦な表面である。
【００３５】
図７に例示する実施形態では、ＬＥＤ及び波長変換構造の上に、テクスチャ加工された頂面を持つ複数の基板が配置されている。図７におけるＬＥＤ１、マウント１４、波長変換構造２、接着層４０及び４２、並びに反射材料４４は、図３を参照して上述したものと同じとし得る。これらの複数の基板は、図３を参照して上述したようなテクスチャ基板であってもよいし、あるいは、図５及び６を参照して上述したような、本体とテクスチャ加工された誘電体層とを含む基板であってもよい。
【００３６】
第１の基板７０が、例えば接着層４０を介して、波長変換構造２に取り付けられる。第１の基板７０の頂面７２の少なくとも一部はテクスチャ加工されている。第２の基板７４が、第１の基板７０に取り付けられる。第２の基板７４の頂面７６はテクスチャ加工されている。第２の基板７４は、接着材８２によって、又はその他の好適な方法又は材料によって、第１の基板に取り付けられ得る。
【００３７】
一部の実施形態において、第２の基板７４は、図３にて説明した基板のように、第１の基板と第２の基板との間にギャップ８０を形成する１つ以上のピラーを底面に有して形成される。第１の基板７０の頂面７２は、第２の基板７４上のピラーが第１の基板７０の頂面７２と接触する領域がテクスチャ加工されないようにテクスチャ加工されることができ、あるいは、これらのピラーは、テクスチャ加工された表面７２上に置かれてもよい。第１の基板７０を第２の基板７４に取り付けるために、第２の基板７４の底面のピラーの領域に接着材８２が配置され得る。図７に示す実施形態では、波長変換構造２と第１の基板７０との間、及び第１の基板７０と第２の基板７４との間に、ギャップ７８及び８０が形成されている。ギャップ７８及び８０のどちらか又は双方が省略されてもよい。
【００３８】
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。特に、特定の一実施形態にて説明された機構が任意の実施形態に組み込まれることがあり、また、機構が実施形態から省略されることがある。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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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月20日(2018.6.20)
【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】
フリップチップ半導体発光デバイスと、
前記半導体発光デバイスの上に配置された波長変換構造と、
基板と、
透光層と
を有し、
前記波長変換構造は、前記基板と前記フリップチップ半導体発光デバイスとの間に配置され、
前記基板の底面が、前記波長変換構造と接続され、
前記透光層は、前記波長変換構造と前記基板の前記底面の一部との間に位置し、且つ
前記基板の頂面がテクスチャ加工されている、
構造体。
【請求項２】
前記底面が複数のピラーを有し、前記透光層が前記ピラーの間に配置されるようにされている、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記基板の前記頂面は、アレイにて配列された複数のフィーチャを有するようにテクスチャ加工されており、フィーチャ間のピークツーピーク間隔が、５０ｎｍと５００ｎｍとの間である、請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
前記フィーチャは、柱、角錐、円錐、角錐台、円錐台、ジョンソンの立体、及び近ジョンソンの立体からなる群から選択された形状を有する、請求項３に記載の構造体。
【請求項５】
前記基板はサファイアである、請求項１に記載の構造体。
【請求項６】
前記基板は、
本体と、
該本体上に成長された誘電体層であり、当該誘電体層がテクスチャ加工されて前記テクスチャ加工された頂面を形成している、誘電体層と
を有する、請求項１に記載の構造体。
【請求項７】
前記本体はサファイアであり、前記誘電体層は、前記本体上に成長されたＩＩＩ族窒化物層を有する、請求項６に記載の構造体。
【請求項８】
前記本体は、非ＩＩＩ族窒化物材料を有する接着層によって前記波長変換構造に取り付けられている、請求項７に記載の構造体。
【請求項９】
前記基板は第１の基板であり、当該構造体は更に、前記第１の基板の上に配置された第２の基板を有し、該第２の基板の頂面が、テクスチャ加工され、且つ前記第１の基板に面しない側にある、請求項１に記載の構造体。
【請求項１０】
前記波長変換構造の屈折率が前記透光層の屈折率よりも高く、且つ前記透光層の前記屈折率が前記基板の屈折率よりも低い、請求項１に記載の構造体。
【請求項１１】
前記基板の前記屈折率と前記透光層の前記屈折率との間の差が少なくとも０．５である、請求項１０に記載の構造体。
【請求項１２】
半導体発光デバイスと、
前記半導体発光デバイスの上に配置された波長変換構造と、
前記波長変換構造の上に配置された基板であり、前記波長変換構造と当該基板の底面の第１の部分との間に透光層が位置するように且つ前記底面の第２の部分が前記波長変換構造と接続されるように配置され、当該基板は、
本体と、
該本体上に成長された誘電体層であり、当該誘電体層の頂面がテクスチャ加工されている、誘電体層と
を有する、基板と、
を有する構造体。
【請求項１３】
前記本体はサファイアであり、前記誘電体層はＩＩＩ族窒化物材料である、請求項１２に記載の構造体。
【請求項１４】
前記本体と前記波長変換構造との間に配置された非ＩＩＩ族窒化物接着材、を更に有する請求項１２に記載の構造体。
【請求項１５】
前記基板は第１の基板であり、当該構造体は更に、前記半導体発光デバイスの上に配置された第２の基板を有し、該第２の基板の頂面が、前記半導体発光デバイスに面しない側にあり、且つテクスチャ加工されている、請求項１２に記載の構造体。
【国際調査報告】
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