(57)【要約】動作フィードバックのためのセンサセグメントを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）が記載される。サファイア基板上に成長した半導体スタックが、少なくとも２つのセグメントを形成するよう分割され、１つのセグメント（光センサセグメント）は、他のセグメント（放射体セグメント）からの光放射を感知する。分割は、溝をエッチングすること、又はセグメント間にセグメンテーションレイヤを形成することによって、達成される。１つのセグメントは、所定の基準で、光センサセグメントとして機能することと、放射体セグメントとして機能することとの間を行ったり来たりすることができる。光センサセグメントは、放射体セグメントから放射する側面光線又は基板からの反射光線のいずれか一方を検出することができる。光センサセグメントは、検出された光線に基づき電流を生成する。検出器回路は、感知された電流に基づき動作フィードバックを供給することができる。
2020503679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器回路と、
発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと
を有し、
前記ＬＥＤダイは、
ｎ型レイヤ、アクティブレイヤ及びｐ型レイヤを含む、基板上に成長した半導体スタックと、
前記半導体スタックの１つのセグメントから形成され、光線を放射するよう構成される放射体セグメントと、
前記半導体スタックの他のセグメントから形成され、前記基板からの反射光線を感知し、該反射光線に応答して電流を生成するよう構成される光センサセグメントと、
前記放射体セグメントと前記光センサセグメントとの間に形成され、前記放射体セグメントを前記光センサセグメントから電気的に絶縁するセグメンテーションレイヤと、
前記放射体セグメントにエネルギを与えるように電力を供給するよう構成される第１電極と、
前記電流を前記検出器回路へ送るよう構成される第２電極と
を有し、
前記検出器回路は、前記電流を、前記放射体セグメントに関して動作フィードバックを提供する信号に変換するよう構成される、
発光デバイス。
【請求項２】
前記セグメンテーションレイヤは、酸化物レイヤである、
請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記セグメンテーションレイヤは、イオン注入レイヤである、
請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記セグメンテーションレイヤは、前記放射体セグメントを前記光センサセグメントから光学的に分離する、
請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項５】
検出器回路と、
発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイと
を有し、
前記ＬＥＤダイは、
ｎ型レイヤ、アクティブレイヤ及びｐ型レイヤを含む、基板上に成長した半導体スタックと、
前記半導体スタックの１つのセグメントから形成され、第１光線を放射するよう構成される放射体セグメントと、
前記半導体スタックの他のセグメントから形成され、第１モードでは、第２光線を感知し、該第２光線に応答して電流を生成するように動作するよう構成され、第２モードでは、第３光線を放射するように動作するよう構成され、所与の基準で前記第１モードと前記第２モードとの間で切り替わるよう構成される二重目的セグメントと、
前記放射体セグメントと前記二重目的セグメントとの間に形成され、前記放射体セグメントを前記二重目的セグメントから電気的に絶縁する絶縁構成と、
前記放射体セグメントにエネルギを与えるように電力を供給するよう構成される第１電極と、
前記第１モードでは、前記電流を前記検出器回路へ送り、該検出器回路が、前記電流を、前記放射体セグメントに関して動作フィードバックを提供する信号に変換するよう構成されるように動作するよう構成され、前記第２モードでは、前記二重目的セグメントにエネルギを与えるように電力を供給するように動作するよう構成される第２電極と
を有する発光デバイス。
【請求項６】
前記絶縁構成は、前記放射体セグメントを前記二重目的セグメントから光学的に分離する、
請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記絶縁構成は、セグメンテーションレイヤである、
請求項６に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記セグメンテーションレイヤは、酸化物レイヤである、
請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記第２光線は、前記基板からの反射光線である、
請求項８に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記第２光線は、前記放射体セグメントから放射され、前記二重目的セグメントの前記アクティブレイヤに衝突する側面光線を含む、
請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記絶縁構成は、溝である、
請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
前記第２光線は、前記放射体セグメントから放射され、前記二重目的セグメントの前記アクティブレイヤに衝突する側面光線を含む、
請求項１０に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記第２電極を介して結合され、前記二重目的セグメントを前記第１モードと前記第２モードとの間で切り替えるよう構成されるコントローラを更に有する
請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１４】
前記所与の基準は、周期基準である、
請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１５】
前記所与の基準は、オンデマンド基準である、
請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１６】
前記動作フィードバックは、感知された光出力に基づき前記放射体セグメントへの駆動電流をどのように調整すべきかを決定する、
請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１７】
発光デバイスの製造方法であって、
発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイを設けることと、
検出器を前記ＬＥＤダイへ接続することと
を有し、
前記ＬＥＤダイは、
ｎ型レイヤ、アクティブレイヤ、及びｐ型レイヤを含む半導体スタックを基板上に成長させることと、
前記半導体スタックのセグメントどうしを電気的に絶縁するよう前記半導体スタックの成長中に絶縁構成を形成することと、
第１光線を放射する構成される放射体セグメントをいくつかのセグメントから形成することと、
第１モードでは、第２光線を感知し、該第２光線に応答して電流を生成するように動作するよう構成され、第２モードでは、第３光線を放射するように動作するよう構成され、所与の基準で前記第１モードと前記第２モードとの間で切り替わるよう構成される二重目的セグメントをあるセグメントから形成することと、
前記放射体セグメントにエネルギを与えるよう電力を供給するために第１電極を前記放射体セグメントへ接続することと、
前記第１モードでは、前記電流を前記検出器へ送り、該検出器が、前記電流を、前記放射体セグメントに関して動作フィードバックを提供する信号に変換するよう構成されるように動作するよう構成され、前記第２モードでは、前記二重目的セグメントにエネルギを与えるように電力を供給するように動作するよう構成される第２電極を前記二重目的セグメントへ接続することと
によって形成される、方法。
【請求項１８】
前記絶縁構成は、前記放射体セグメントを前記二重目的セグメントから光学的に分離する、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２光線は、前記基板からの反射光線である、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２光線は、前記放射体セグメントから放射され、前記二重目的セグメントの前記アクティブレイヤに衝突する側面光線を含む、
請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、発光デバイスに関係がある。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイの近くに設けられた光センサは、ダイ上のＬＥＤからの光放射を検出するために使用される。光センサは、例えば、フォトダイオード又はフォトトランジスタであることができる。光センサを流れる電流は、その場合に、ＬＥＤの不具合を検出するために使用されるか、あるいは、ＬＥＤ特性が変化する場合に時間にわたって一定の輝度レベルを達成するようＬＥＤを駆動するためにドライバによってフィードバックループ内で使用され得る。しかし、光センサは、フィードバック信号が製品ごとに一貫しているように、ＬＥＤダイに対して適切に且つ一貫して位置付けられなければならない。更に、光センサは、ＬＥＤ印刷回路基板上の実質的な面（real  estate）又は他の領域を使用する。更には、光センサは、周囲光を含む広範囲の光に敏感であり、光センサの精度が影響を及ぼされる。
【発明の概要】
【０００３】
動作フィードバックのためのセンサセグメントを有する発光ダイオード（ＬＥＤ）が本明細書で記載される。一般に、ＬＥＤレイヤは、サファイア基板上に形成又は成長され、ここで、ＬＥＤレイヤは、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）レイヤであることができる。例において、ＬＥＤは青色光を放射する。ＬＥＤレイヤは、少なくとも２つのＬＥＤセグメントを形成するよう分割、分離又は絶縁（本明細書では、集合的に、“分割”と称される。）される。ＬＥＤセグメントの１つは、他のＬＥＤセグメント（本明細書では、放射体セグメントと称される。）に対して光センサ（本明細書では、光センサセグメントと称される。）として使用される。実施において、分割は、溝をエッチングすることによって達成され得る。他の実施において、分割は、ＬＥＤレイヤ成長中に酸化物レイヤを形成、堆積又は供与することによって達成され得る。実施において、光センサは、構造上、放射体セグメントと同じであってよいが、ＬＥＤダイ上でより小さいフットプリントを有する。実施において、光センサセグメントは、所定の基準で、光センサセグメントとして機能すること、放射体セグメントとして機能することとの間を行ったり来たりする。全てのＬＥＤセグメントに対してＬＥＤダイ上に電極が設けられる。放射体セグメントは、従来の方法で、放射体セグメントにエネルギを与える電源へ結合される。
【０００４】
実施において、放射体セグメントからの光のわずかな部分は、光センサセグメント内に横向きに伝送され、光センサセグメントは次いで、電流を生成する。この電流は、一般に、放射体セグメントによって放射された光に比例する。電流は、放射体セグメントが動作していることを検出するために使用されてよく、あるいは、ドライバへのフィードバック信号として使用されてよい。ドライバは、フィードバック信号を使用して駆動電流を調整し、時間にわたって又はそれが古くなるにつれて放射体セグメントから一定の光が出力されるようにする。
【０００５】
実施において、放射体セグメントからの光は、サファイア基板内に伝送され、内部反射により、光センサセグメントに反射され、光センサセグメントは次いで、本明細書で記載されるように使用され得る電流を生成する。
【０００６】
実施において、ＬＥＤレイヤは、複数のＬＥＤセグメントを形成するよう分割され、ここで、各セグメントは、特定の色に相当することができる。この実施において、赤色放射セグメントは、それが最も小さいバンドギャップを有するということで、光センサセグメントとして使用され得る。
【０００７】
光センサセグメントは、光センサセグメントが放射体セグメントの狭い放射波長にしか反応しないので、入射する周囲光によってそれほど影響を及ぼされない。たとえ放射体セグメントが、原色光を白色光又は他の色に変換する蛍光体層で覆われているとしても、放射体セグメントは依然として、その原色光を光センサセグメント内に放射する。更に、光センサセグメントは、放射体セグメントに対して常に同じ位置にある。従って、光センサセグメントは、ＬＥＤダイの近くに位置付けられた従来の光センサよりも精度が高い。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
より詳細な理解は、添付の図面とともに一例として与えられている以下の説明から得られる。
【０００９】
【図１】特定の実施に従って、フリップチップとして形成される単一のＬＥＤダイ、及びサブマウントの断面図の例示であり、ＬＥＤレイヤは、放射体セグメントと、放射体セグメントの光出力を検出するセンサセグメントとを形成するよう分割される。
【図２】特定の実施に従って、４つの電極を示す図１のＬＥＤダイの底面図の例示である。
【図３】特定の実施に従って、４つの電極を示す図１のＬＥＤダイの底面図の他の例示である。
【図４】特定の実施に従って、図１のＬＥＤ及びセンサの概略図の例示である。
【図５】特定の実施に従って、動作フィードバック回路の概略図の例示である。
【図６】特定の実施に従って、回路の概略図の例示である。
【図７】特定の実施に従って、回路の概略図の更なる他の例示である。
【図８】特定の実施に従って、複数のＬＥＤダイ上の複数のセンサを検出器へ接続する概略図の例示である。
【図９】特定の実施に従って、回路の概略図の例示である。
【図１０】特定の実施に従って、動作フィードバック回路の概略図の更なる他の例示である。
【図１１】特定の実施に従って、単一のＬＥＤダイ及びサブマウントの断面図の他の例示であり、ＬＥＤレイヤは、放射体セグメントと、放射体セグメントの光出力を検出する二重目的の放射体セグメント／センサセグメントとを形成するよう分割される。
【図１２】特定の実施に従って、単一のＬＥＤダイ及びサブマウントの断面図の他の例示であり、ＬＥＤレイヤは、放射体セグメントと、放射体セグメントの光出力を検出するセンサセグメントとを形成するよう分割される。
【図１３】特定の実施に従って、センサセグメントを有するＬＥＤを製造するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
動作フィードバックのためのセンサセグメントを有する発光ダイオードについての図及び記載は、明りょうさのために、典型的なデバイス処理において見られる多くの他の要素を無視しながら、明りょうな理解のために、関連する要素を説明するために簡略化されている点が理解されるべきである。当業者は、他の要素及び／又はステップが本発明を実施する際に望ましい及び／又は必要とされると理解し得る。しかし、そのような要素及びステップは当該技術でよく知られており、それらは本発明のより良い理解を促さないので、そのような要素及びステップの議論は本明細書では与えられない。
【００１１】
図１は、全ての電極が底面にあるフリップチップ構成で実装されたＬＥＤダイ１００の断面図を例示する。他の実施では、ＬＥＤダイは、上に１つ以上の電極を有し、ワイヤボンドを使用して電気接続を形成することができる。ＬＥＤダイ１００は、成長基板１１０上に成長された、ｎ型レイヤ１０５、アクティブレイヤ１０７及びｐ型レイヤ１０９を含む半導体エピタキシャルレイヤから形成される。ｎ型レイヤ１０５、アクティブレイヤ１０７及びｐ型レイヤ１０９は、まとめて半導体スタックと称されることがある。非限定的な、説明に役立つ例において、半導体エピタキシャルレイヤは窒化ガリウム（ＧａＮ）から作られ、アクティブレイヤ１０７は青色光を放射し、成長基板１１０は透明なサファイア基板である。成長基板１１０は残っても、あるいは、例えば、レーザーリストオフ、エッチング、研磨、又は他の技術によって、除去されてもよい。成長プロセスは、ウェハ規模で形成され、ＬＥＤダイは、次いで、ウェハから単体化される。蛍光体レイヤ（図示せず。）は、青色の原色光を白色光又は何らかの他の色の光へ変換するために成長基板１１０の上に横たわってよい。
【００１２】
金属電極１１９は、ｐ型レイヤ１０９に電気的に接触し、金属電極１１５は、ｐ型レイヤ１０９及びアクティブレイヤ１０７を通る垂直導体１１７を介してｎ型レイヤ１０５に電気的に接触する。薄膜誘電体（図示せず。）は、垂直導体１１７をｐ型レイヤ１０９及びアクティブレイヤ１０７から分離する。誘電体レイヤ１２０は、金属電極１１５からｐ型レイヤ１０９を分離する。非限定的な、説明に役立つ例において、電極１１９及び１１５は、セラミックサブマウント１３０又は印刷回路基板上のアノード及びカソード金属パッド１２９及び１２５へ超音波で溶接される金のパッドである。実施において、セラミックサブマウント１３０は、印刷回路基板へ結合するための底面金属パッドをもたらす導電ビア（図示せず。）を有してよい。
【００１３】
ＬＥＤダイ１００のウェハ処理中、表面は、溝１３５を形成するよう、従来技術によりパターン化及びエッチングされる。溝１３５は、光センサセグメント１４０を放射体セグメント１５０から電気的に絶縁する。光センサセグメント１４０は、ＬＥＤダイ１００において埋込型センサとして機能する。実施において、溝１３５は、放射体セグメント１５０と光センサセグメント１４０との間の光結合を改善するよう、透明な材料で満たされてよい。光センサセグメント１４０は、放射体セグメント１５０と全く同じレイヤを有し、そのｎ型レイヤ１０５を光センサ電極１４５へ接続する垂直導体１１７を備える。光センサセグメント１４０のｐ型レイヤ１０９は、光センサ電極１４９へ接続されている。実施において、光センサセグメント１４０は、通常、放射体セグメント１５０の１０％に満たない面積を有することになる。実施において、光センサセグメント１４０は、放射体セグメント１５０の一端に沿った小さい部分であってよい。他の実施では、光センサセグメント１４０は、放射体セグメント１５０によって囲まれてよい。他の実施では、光センサセグメント１４０は、ＬＥＤダイ１００の全縁を占めてよい。溝１３５は、完全な電気的絶縁のために光センサセグメント１４０を囲む。実施において、電気的絶縁は、光センサセグメント１４０の周りの特定のタイプの原子の注入によって提供され、これは、光センサセグメント１４０を囲むＧａＮ材料が有効に絶縁体であるようにする。
【００１４】
光センサ電極１４５及び１４９は、検出器回路（図４〜１０に図示あり。）への接続のためにサブマウント１３０又は印刷回路基板上のパッド１５５及び１５９に接触する。実施において、放射体セグメント１５０及び光センサセグメント１４０が完全に独立して接続されることを可能にするようＬＥＤダイ１００上には４つの電極がある。図２は、図１のＬＥＤダイ１００の底面図を表す。電極１１５及び１１９並びに光センサ電極１４９及び１４５は、ストリップとして示されている。図３は、電極１１５及び１１９並びに光センサ電極１４９及び１４５を正方形として示す代替の底面電極構成を表す。放射体セグメント１５０及び光センサセグメント１４０が共通の基準を共有する場合には、３つの電極しか必要とされない。
【００１５】
動作上、放射体セグメント１５０によって放射された側面光線１６０は、光センサセグメント１４０内のアクティブレイヤ１０７に衝突し、放射体セグメント１５０の電流とは逆方向にある小電流に変換される。電流は、光子が光センサセグメント１４０のアクティブレイヤ１０７内の電子を励起することの産物である。光センサセグメント１４０及び放射体セグメント１５０は、同じアクティブレイヤ１０７を有しているので、放射体セグメント１５０によって放射される光の挟波長のみが、光センサセグメント１４０によって小電流に変換される。これは、周囲光が光センサセグメント１４０の出力に対してほとんど影響を及ぼさないので、有益である。更に、光センサセグメント１４０は放射体セグメント１５０に非常に近いので、ギャップにおける光の減衰はほとんどない。然るに、システムは、非常に効率的で、再現性があり、且つ正確である。垂直導体１１７は、望ましくは、光を減衰させないように放射体セグメント１５０から離して配置される。放射体セグメント１５０の上から出る青色光線１６５は、蛍光体レイヤによって何らかの他の色に変換されてよい。そのような蛍光体レイヤは、光センサセグメント１４０の動作に影響を及ぼさない。
【００１６】
基板１１０が除去されない実施では、本明細書で記載されるように、完全に内部で反射され且つフレネル（Fresnel）反射された光線１６７が光センサセグメント１２４０に反射され、放射体セグメント１２５０の電流とは逆方向の電流に変換される。
【００１７】
図４は、電極１１５及び１１９を備える放射体セグメント１５０と、光センサ電極１４５及び１４９を備える光センサセグメント１４０とを示すＬＥＤダイ１００の概略図を例示する。放射体セグメント１５０にエネルギを与えるための放射体セグメント１５０への順方向電流ＩＬＥＤの方向が、光センサセグメント１４０によって生成されて逆方向に流れる電流ＩＳとともに示されている。
【００１８】
図５は、特定の実施に従って、動作フィードバック回路５００の概略図の例示である。動作フィードバック回路５００は、放射体セグメント５０５と、光センサセグメント５１０と、光センサセグメント５１０へ接続されている検出器回路５１５とを含む。光センサセグメント５１０は独立して電流を生成するが、逆バイアス電圧が、光センサセグメント５１０を線形範囲において動作させるようそれに印加されてよい。それにより、光センサセグメント５１０の出力は、放射体セグメント５０５の輝度に比例する。そのような任意の逆バイアス電圧は、説明のために回路５００に示されない。
【００１９】
検出器回路５１５は、抵抗ＲＢ、ＲＣ及びＲＥへ接続されたトランジスタ５２０を含む。出力電圧Ｖｏｕｔは、生成された光センサセグメント５１０の電流と逆関係にある。光センサセグメント５１０の電流は、放射体セグメント５０５の輝度と直接比例することができる。光がないか又はほとんどない場合に、ＶｏｕｔはおおよそＶ＋になる。光センサセグメント５１０の電流が大きい（トランジスタ５２０のＶＣＥが無視できる）場合に、Ｖ＋に対するＶｏｕｔの比はおおよそＲＥ／（ＲＥ＋ＲＣ）＋ＶＢＥである。よって、Ｖｏｕｔは、放射体セグメント５０５の不良を検出するために使用され得るか、あるいは、放射体セグメント５０５の特性が時間にわたって変化するにもかかわらず輝度を同じレベルに保つようＬＥＤドライバ５３０へのフィードバックとして使用され得る。光センサセグメント５１０の出力は温度によって影響を及ぼされ得るので、温度補償回路が加えられてもよい（図示せず。）。
【００２０】
図６は、特定の実施に従って、回路６００の概略図の他の例示である。回路６００は、放射体セグメント６０５と、光センサセグメント６１０と、光センサセグメント６１０へ接続されている検出器回路６１５とを含む。検出器回路６１５は、フィードバック抵抗ＲＦＢへ接続された演算増幅器６２０を含む。出力電圧Ｖｏｕｔは、光センサセグメント６１０の電流ＩＳにフィードバック抵抗を乗じた積に等しく、負の大きさを有する。フィードバック抵抗ＲＦＢは、光センサセグメント６１０の電流ＩＳに対する出力電圧Ｖｏｕｔの感度を調整するよう選択され得る。この実施では、光センサセグメント６１０は常に０Ｖでバイアスをかけられ、バイアスは、光センサセグメント６１０の電流ＩＳの変化とともに変化しない。何らかの他の電圧バイアスが望まれる場合に、そのバイアスは、演算増幅器６２０の“＋”入力端子に印加されるべきである。出力Ｖｏｕｔは、センサ電流ＩＳに対して逆である。
【００２１】
図７は、特定の実施に従って、回路７００の概略図の他の例示である。回路７００は、放射体セグメント７０５と、光センサセグメント７１０と、光センサセグメント７１０へ接続されている検出器回路７１５とを含む。検出器回路７１５は、フィードバック抵抗ＲＦＢへ接続された演算増幅器７２０を含む。出力電圧Ｖｏｕｔは、光センサセグメント７１０の電流ＩＳにフィードバック抵抗を乗じた積に等しく、負の大きさを有する。フィードバック抵抗ＲＦＢは、光センサセグメント７１０の電流ＩＳに対する出力電圧Ｖｏｕｔの感度を調整するよう選択され得る。この実施では、光センサセグメント７１０は常に０Ｖでバイアスをかけられ、バイアスは、光センサセグメント７１０の電流ＩＳの変化とともに変化しない。何らかの他の電圧バイアスが望まれる場合に、そのバイアスは、演算増幅器７２０の“＋”入力端子に印加されるべきである。この時点で、出力Ｖｏｕｔは、センサ電流ＩＳに対して逆である。出力Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔを反転させないよう反転回路７３０へ入力される。実施において、反転回路７３０は演算増幅器７３５である。
【００２２】
図８は、特定の実施に従って、複数のＬＥＤダイ上の複数のセンサを検出器へ接続する回路８００の概略図の例示である。回路８００は、複数のＬＥＤダイ８０５１〜８０５Ｎを含み、各ＬＥＤダイは、放射体セグメント８１０１〜８１０Ｎと、光センサセグメント８１５１〜８１５Ｎとを含む。各光センサセグメント８１５１〜８１５Ｎは、検出器回路８２０へ接続されている。実施において、各光センサセグメント８１５１〜８１５Ｎは、演算増幅器８２５の入力部へ接続されている。回路８００は、通常動作中、各光センサセグメント８１５１〜８１５Ｎが０Ｖでバイアスをかけられることを確かにする。出力電圧Ｖｏｕｔは、個々の光センサセグメント８１５１〜８１５Ｎの全電流の和にフィードバック抵抗ＲＦＢを乗じた積の負に等しい。これは、各光センサセグメント８１５１〜８１５Ｎからの信号が、出力電圧Ｖｏｕｔを生成するよう、加算又は平均化され、定数を乗じられ、反転されることを意味する。図８のバイアス回路は例示であり、他のスキームが、本明細書及び特許請求の範囲の適用範囲から逸脱することなしに可能である。
【００２３】
放射体セグメント１５０は、（同じ入力電流を前提として）経年劣化によりその輝度が低下する可能性があるが、光センサセグメント１４０は、高電流がそれに流されないので、よりずっとゆっくりした速度でその特性が変化する。また、光束及び温度は、放射体セグメント１５０がさらされるものよりも低いはずである。結果として、光センサセグメント１４０の応答は、放射体セグメント１５０の応答よりも時間にわたって安定していると期待される。光センサセグメント１４０の光束依存性及び温度依存性は、放射体セグメント１５０のそれらとは異なってよい。
【００２４】
図６〜８で記載及び説明されたように、検出器回路の出力は、ＬＥＤドライバを使用するフィードバックループにおいて使用され得る。例えば、ドライバの電流出力は、何らかの公称値に、センサ電流に反比例する（又は反転センサ回路の１つの反転出力に比例する）付加電流を加えたものに等しくされ得る。フィードバックは、生成される光が所望の値に達するまで、駆動電流を調整するだろう。生成される光の量（ドライバ電流に比例する。）は、公称電流、又はフィードバックの程度を調整することによって、制御され得る。フィードバックの量は、図６〜８ではフィードバック抵抗ＲＦＢを調整することによって調整され得、あるいは、それは、ドライバ回路において調整され得る。
【００２５】
このフィードバックを供給することの１つの利点は、ＬＥＤ（放射体セグメント）が古くなるにつれて、駆動電流が自動的に増大し得ることである。ＬＥＤが古くなる間、出力電力は、通常は低下することによって、変化する。光に基づくフィードバックをＬＥＤドライバへ供給することは、ＬＥＤドライバが、デバイスの寿命にわたって光出力を一定に保ちながら補償することを可能にし得る。ＬＥＤは、比較的に長い期間、極めて一定の光出力を保つことができる。ＬＥＤドライバが出力を調整する量に応じて、ＬＥＤドライバは、いつか電流を増大させることを中止し得る。この時点に達した後、ＬＥＤ光出力は、時間とともに低減し始めることになる。他方で、ＬＥＤドライバがＬＥＤの経年劣化を補償するよう電流を増大させることを決して止めない場合には、ＬＥＤは、それが破滅的に機能しなくなるまで、一定の光出力を保つだろう。これは、破滅的故障がユニットを交換するようユーザに伝えるということで、有益であり得る。
【００２６】
ＬＥＤ光出力が長期間一定のままであるから、ＬＥＤは、より激しく且つ駆動電流故障限界のより近くまで駆動され得る。より多くの光が単一のＬＥＤから生成されることになり、単位光束ごとのコストは削減される。同様に、ＬＥＤは、より高い温度で、温度故障限界のより近くまで駆動され得、ヒートシンクのコストが削減される。
【００２７】
究極の安価な光源の場合について、このフィードバックは、ＬＥＤが高温及び高電流密度で動作することを可能にすることができる。これは、ヒートシンクのコストを削減し、必要とされるＬＥＤの数を減らす。ＬＥＤは、破滅的な故障まで、一定の光出力で動作するだろう。
【００２８】
フィードバックを供給するこの方法は、故障モード（failure  mode）が光束低下である自動車、ダイレクトカラー、及び照明のような多くの応用で有用であるはずである。
【００２９】
光センサ出力電流が温度に比較的に依存しないようにされ得る場合に、このフィードバックはまた、動作温度の変化に対してＬＥＤ出力を安定させることができる。
【００３０】
一定期間の光センサセグメントからの信号を積分することも可能である。これは、放射体セグメントの光出力を積分することと等価である。これは、光の線量に関する情報を与えることができる。例えば、放射体セグメントは、一定数の光子が集められるまでオンのままであることができ、次いで、信号は、放射体セグメントをオフするようＬＥＤドライバへ送られる。これは、カメラフラッシュに適用されるＬＥＤにおいて用途を見出し得る。センサにバイアスをかけ、積分された信号を読み出す積分回路の例については、John  David  Vincent、John  Vampola、Greg  Pierce、Steve  Hodges、Mark  Stegallによる“Fundamentals  of  Infrared  and  Visible  Detector  Operation  and  Testing”の第７章を参照されたく、その内容は本願に援用される。
【００３１】
光センサセグメント１４０は、所定量の光束が放射体セグメント１５０で生成されていない場合に信号を送信するために使用され得る。例えば、出力は、通常動作中は負であり、不具合がある場合には正であるようにされ得る。また、出力を通常動作中は０Ｖ又は何らかの基準電圧に、不具合がある場合には何らかの他の電圧に近くすることも可能である。
【００３２】
図９は、特定の実施に従って、回路９００の概略図の例示である。回路９００は、放射体セグメント９０５と、光センサセグメント９１０と、光センサセグメント９１０へ接続されている検出器回路９１５とを含む。検出器回路９１５は、正入力端子で電圧源９２５へ接続され且つ負入力端子で抵抗ＲＦＤへ接続された演算増幅器９２０を含む。検出器回路９１５は、放射体セグメント９０５が十分な光束で正常に動作しているときは負電圧出力を供給し、不具合がある（すなわち、十分な光束が放射体セグメント９０５によって生成されていない）ときには正電圧を供給する。抵抗ＲＦＤ、Ｖｒｅｆ及びＶ１は、最低限の許容可能なセンサ電流ＩＳ（ｍｉｎ）＝（Ｖｒｅｆ−Ｖ１）／ＲＦＤを調整するよう選択される。Ｖ１は、抵抗ＲＦＤにバイアスをかけるために使用される電圧である。Ｖ１は、Ｖｒｅｆにセンサ開回路電圧を足したものよりも小さくなければならず、０Ｖ、−Ｖ又はＶｒｅｆにセットされ得る。
【００３３】
図１０は、特定の実施に従って、回路１０００の概略図の例示である。回路１０００は、放射体セグメント１００５と、光センサセグメント１０１０と、光センサセグメント１０１０へ接続されている検出器回路１０１５とを含む。検出器回路１０１５は、正入力端子で電圧源１０２５へ接続され且つ負入力端子で抵抗ＲＦＤへ接続された演算増幅器１０２０を含む。フィードバックダイオード１０３０は、演算増幅器１０２０の出力部と演算増幅器１０２０の負入力端子との間に接続されている。検出器回路１０１５は、通常動作中、基準電圧Ｖｒｅｆからフィードバックダイオード１０３０のターンオン電圧ＶＤを減じたものに等しい出力電圧Ｖｏｕｔを供給する。故障中、Ｖｏｕｔは、正レール電圧に近い。この実施では、光センサセグメント１０１０は、通常動作中、０Ｖでバイアスをかけられる。これらの回路は例であり、他の回路は、本明細書及び特許請求の範囲の適用範囲から逸脱することなしに想定される。
【００３４】
図１１は、全ての電極が底面にあるフリップチップ構成で実装されるＬＥＤダイ１１００の断面図の例示である。他の実施では、ＬＥＤダイは、上に１つ以上の電極を有し、ワイヤボンドを使用して電気接続を形成することができる。ＬＥＤダイ１１００は、成長基板１１１０上に成長された、ｎ型レイヤ１１０５、アクティブレイヤ１１０７及びｐ型レイヤ１１０９を含む半導体エピタキシャルレイヤから形成される。非限定的な、説明に役立つ例において、半導体エピタキシャルレイヤは窒化ガリウム（ＧａＮ）から作られ、アクティブレイヤ１１０７は青色光を放射し、成長基板１１１０は透明なサファイア基板である。成長基板１１１０は残っても、あるいは、例えば、レーザーリストオフ、エッチング、研磨、又は他の技術によって、除去されてもよい。成長プロセスは、ウェハ規模で形成され、ＬＥＤダイは、次いで、ウェハから単体化される。蛍光体レイヤ（図示せず。）は、青色の原色光を白色光又は何らかの他の色の光へ変換するために成長基板１１１０の上に横たわってよい。
【００３５】
金属電極１１１９は、ｐ型レイヤ１１０９に電気的に接触し、金属電極１１１５は、ｐ型レイヤ１１０９及びアクティブレイヤ１１０７を通る垂直導体１１１７を介してｎ型レイヤ１１０５に電気的に接触する。薄膜誘電体（図示せず。）は、垂直導体１１１７をｐ型レイヤ１１０９及びアクティブレイヤ１１０７から分離する。誘電体レイヤ１１２０は、ｐ型レイヤ１１０９から金属電極１１１５を分離する。非限定的な、説明に役立つ例において、電極１１１９及び１１１５は、セラミックサブマウント１１３０又は印刷回路基板上のアノード及びカソード金属パッド１１２９及び１１２５へ超音波で溶接される金のパッドである。実施において、セラミックサブマウント１１３０は、印刷回路基板へ結合するための底面金属パッドをもたらす導電ビア（図示せず。）を有してよい。
【００３６】
ＬＥＤダイ１１００のウェハ処理中、表面は、溝１１３５を形成するよう、従来技術によりパターン化及びエッチングされる。溝１１３５は、二重目的セグメント１１４０を放射体セグメント１１５０から電気的に絶縁する。二重目的セグメント１１４０は、ＬＥＤダイ１１００において埋込型センサとして及び放射体として機能する。実施において、溝１１３５は、放射体セグメント１１５０と二重目的セグメント１１４０との間の光結合を改善するよう、透明な材料で満たされてよい。二重目的セグメント１１４０は、放射体セグメント１１５０と全く同じレイヤを有し、そのｎ型レイヤ１１０５を二重目的電極１１４５へ接続する垂直導体１１１７を備える。二重目的セグメント１１４０のｐ型レイヤ１１０９は、二重目的電極１１４９へ接続されている。溝１１３５は、完全な電気的絶縁のために二重目的セグメント１１４０を囲む。実施において、電気的絶縁は、二重目的セグメント１１４０の周りの特定のタイプの原子の注入によって提供され、これは、二重目的セグメント１１４０を囲むＧａＮ材料が有効に絶縁体であるようにする。
【００３７】
二重目的電極１１４５及び１１４９は、検出器回路１１８０（詳細は図４〜１０に図示あり。）への接続のためにサブマウント１１３０又は印刷回路基板上のパッド１１５５及び１１５９に接触するよう接続される。実施において、放射体セグメント１１５０及び二重目的セグメント１１４０が完全に独立して接続されることを可能にするようＬＥＤダイ１１００上には４つの電極がある。
【００３８】
実施において、二重目的セグメント１１４０は、周期的に、光センサとして動作することと放射体として動作することとの間で切り替えられる。実施において、二重目的セグメント１１４０は、オンデマンドで、光センサとして動作することと放射体として動作することとの間で切り替えられる。実施において、コントローラ１１９０は、二重目的セグメント１１４０を、本明細書で記載されるように光センサとして、又は放射体セグメント１１５０のような放射体として動作させることができる。コントローラ１１９０は、サブマウント１１３０と、二重目的電極１１４５及び１１４９並びに接触パッド１１５５及び１１５９とを介して、二重目的セグメント１１４０へ接続され得る。
【００３９】
動作上、二重目的セグメント１１４０が光センサとして動作しているとき、放射体セグメント１１５０によって放射された側面光線１１６０は、二重目的セグメント１１４０内のアクティブレイヤ１１０７に衝突し、放射体セグメント１１５０の電流とは逆方向にある小電流に変換される。電流は、光子が二重目的セグメント１１４０のアクティブレイヤ１１０７内の電子を励起することの産物である。二重目的セグメント１１４０及び放射体セグメント１１５０は、同じアクティブレイヤ１１０７を有しているので、放射体セグメント１１５０によって放射される光の挟波長のみが、二重目的セグメント１１４０によって小電流に変換される。これは、周囲光が二重目的セグメント１１４０の出力に対してほとんど影響を及ぼさないので、有益である。更に、二重目的セグメント１１４０は放射体セグメント１１５０に非常に近いので、ギャップにおける光の減衰はほとんどない。然るに、システムは、非常に効率的で、再現性があり、且つ正確である。垂直導体１１１７は、望ましくは、光を減衰させないように放射体セグメント１１５０から離して配置される。放射体セグメント１１５０の上から出る青色光線１１６５は、蛍光体レイヤによって何らかの他の色に変換されてよい。そのような蛍光体レイヤは、二重目的セグメント１１４０の動作に影響を及ぼさない。二重目的セグメント１１４０が放射体として動作しているとき、二重目的セグメント１１４０の上から出る青色光線１１６７は、蛍光体レイヤによって何らかの他の色に変換されてよい。
【００４０】
図１２は、全ての電極が底面にあるフリップチップ構成で実装されるＬＥＤダイ１２００の断面図の例示である。他の実施では、ＬＥＤダイは、上に１つ以上の電極を有し、ワイヤボンドを使用して電気接続を形成することができる。ＬＥＤダイ１２００は、成長基板１２１０上に成長された、ｎ型レイヤ１２０５、アクティブレイヤ１２０７及びｐ型レイヤ１２０９を含む半導体エピタキシャルレイヤから形成される。非限定的な、説明に役立つ例において、半導体エピタキシャルレイヤは窒化ガリウム（ＧａＮ）から作られ、アクティブレイヤ１２０７は青色光を放射し、成長基板１２１０は透明なサファイア基板である。成長基板１２１０は残っても、あるいは、例えば、レーザーリストオフ、エッチング、研磨、又は他の技術によって、除去されてもよい。成長プロセスは、ウェハ規模で形成され、ＬＥＤダイは、次いで、ウェハから単体化される。蛍光体レイヤ（図示せず。）は、青色の原色光を白色光又は何らかの他の色の光へ変換するために成長基板１２１０の上に横たわってよい。
【００４１】
金属電極１２１９は、ｐ型レイヤ１２０９に電気的に接触し、金属電極１２１５は、ｐ型レイヤ１２０９及びアクティブレイヤ１２０７を通る垂直導体１２１７を介してｎ型レイヤ１２０５に電気的に接触する。薄膜誘電体（図示せず。）は、垂直導体１２１７をｐ型レイヤ１２０９及びアクティブレイヤ１２０７から分離する。誘電体レイヤ１２２０は、ｐ型レイヤ１２０９から金属電極１２１５を分離する。非限定的な、説明に役立つ例において、電極１２１９及び１２１５は、セラミックサブマウント１２３０又は印刷回路基板上のアノード及びカソード金属パッド１２２９及び１２２５へ超音波で溶接される金のパッドである。実施において、セラミックサブマウント１２３０は、印刷回路基板へ結合するための底面金属パッドをもたらす導電ビア（図示せず。）を有してよい。
【００４２】
ＬＥＤダイ１２００のウェハ処理中、セグメンテーションレイヤ１２３５は、光センサセグメント１２４０を放射体セグメント１２５０から電気的及び光学的に分離及び／又は絶縁する。実施において、セグメンテーションレイヤ１２３５は、光出力を最小限にするよう光センサセグメント１２４０を放射体セグメント１２５０から電気的及び光学的に分離及び／又は絶縁する。実施において、更なるレイヤが、放射体セグメント１２５０から出力される光線の焦点を合わせ又は方向付けるよう、セグメンテーションレイヤ１２３５とともに付加されてよい。実施において、セグメンテーションレイヤ１２３５は、例えば、表面をパターン化し、当該技術で知られているように所与の材料をマスク及び堆積することを含む従来技術を用いて堆積される酸化物レイヤである。実施において、セグメンテーションレイヤ１２３５は、イオン注入によって形成される。光センサセグメント１２４０は、ＬＥＤ１２００において埋込型センサとして機能する。光センサセグメント１２４０は、放射体セグメント１２５０と全く同じレイヤを有し、そのｎ型レイヤ１２０５を光センサ電極１２４５へ接続する垂直導体１２１７を備える。光センサセグメント１２４０のｐ型レイヤ１２０９は、光センサ電極１２４９へ接続されている。実施において、光センサセグメント１２４０は、通常、放射体セグメント１２５０の１０％に満たない面積を有することになる。実施において、光センサセグメント１２４０は、放射体セグメント１２５０の一端に沿った小さい部分であってよい。他の実施では、光センサセグメント１２４０は、放射体セグメント１２５０によって囲まれてよい。他の実施では、光センサセグメント１２４０は、ＬＥＤダイ１２００の全縁を占めてよい。
【００４３】
動作上、例えば、青色光線１２６５が、放射体セグメント１２５０の上部から成長基板１２１０内に放射される。完全に内部で反射され且つフレネル反射された光線１２６７が光センサセグメント１２４０に反射され、放射体セグメント１２５０の電流とは逆方向の電流に変換される。電流は、光子が光センサセグメント１２４０のアクティブレイヤ１２０７内の電子を励起することの産物である。光センサセグメント１２４０及び放射体セグメント１２５０は、同じアクティブレイヤ１２０７を有しているので、放射体セグメント１２５０によって放射される光の挟波長のみが、光センサセグメント１２４０によって電流に変換される。これは、周囲光が光センサセグメント１２４０の出力に対してほとんど影響を及ぼさないので、有益である。垂直導体１２１７は、望ましくは、光を減衰させないように放射体セグメント１２５０から離して配置される。放射体セグメント１２５０の上から出る青色光線１２６５は、蛍光体レイヤによって何らかの他の色に変換されてよい。そのような蛍光体レイヤは、光センサセグメント１２４０の動作に影響を及ぼさない。
【００４４】
光センサ電極１２４５及び１２４９は、検出器回路（図４〜１０に図示あり。）への接続のためにサブマウント１２３０又は印刷回路基板上のパッド１２５５及び１２５９に接触する。実施において、放射体セグメント１２５０及び光センサセグメント１２４０が完全に独立して接続されることを可能にするようＬＥＤダイ１２００上には４つの電極がある。
【００４５】
本明細書で記載される実施の夫々は、他の実施の技術とともに使用され得る。例えば、図１１の実施は、図１２に記載される絶縁レイヤを有して実装され得る。
【００４６】
実施において、ＬＥＤダイは、複数のセグメントに分割され得、このとき、１つのセグメントは、光センサとして機能する。この実施では、光センサとして機能するセグメントは、全ての放射体セグメントについての性能を感知するために使用される。実施において、各セグメントは、異なる色を放射してよい。実施において、赤色を放射する放射体セグメントは、赤色を放射する放射体セグメントが最小のバンドギャップを有しているということで、光センサとして動作する。
【００４７】
本明細書で記載される実施について、通常は、ＬＥＤが直列に接続される場合に、不具合検出は、ＬＥＤ列電圧を期待値と比較することによって行われる。しかし、多くの電圧感知回路は、不具合が短絡であることを前提とし、あるいは、不具合が開回路であることを前提とする。また、電圧感知式不具合検出回路は、デバイスの寿命にわたって起こるＬＥＤ電圧の変化によって影響を及ぼされる。本発明は、光に基づく不具合検出又はフィードバックをもたらす。感知されるのは光であって、電圧ではない。この光に基づく不具合検出スキームは、不具合が開放又は短絡であるとの前提を必要としない。また、それは、デバイスの寿命にわたる動作電圧の変化によって影響を及ぼされない。
【００４８】
センサダイオード電極がＬＥＤ電極とは別個であることで、ＬＥＤ及びセンサをともに配線で結ぶことも可能である。それらが並列に配線で結ばれる場合に、センサダイオードは、ＬＥＤとともに光を生成し、デバイスをより効率的なものにある。それらが逆並列に配線で結ばれる場合に、センサダイオードは、過渡電圧抑制ダイオードのように振る舞う。ＬＥＤ及びセンサダイオードをダイ上で分離することの１つの利点は、接続構成がＬＥＤチップ上では起こらず、サブマウント又は印刷回路基板上で起こることである。異なるサブマウント構成は、より高い効率のための並列接続、過渡電圧抑制のための逆並列構成、又はＬＥＤ及びセンサとしての使用のための独立した配線をもたらすことができる。
【００４９】
他の実施では、センサは、ＬＥＤダイよりも小さい、分かれて形成されたダイであるが、同じ半導体レイヤを有する。センサチップは、所定の位置関係を保つようＬＥＤチップと同じパッケージ内に実装される。パッケージは、その場合に、図２又は２に示されるように、４つの電極を有する。
【００５０】
図１３は、特定の実施に従って、発光デバイスを製造するフローチャートである。発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイが、基板上に半導体スタックを成長させることによって形成され、このとき、半導体スタックは、ｎ型レイヤ、アクティブレイヤ、及びｐ型レイヤを含む（１３０５）。絶縁構成が、半導体スタックのセグメントを電気的に絶縁するよう半導体スタックの成長中に形成される（１３１０）。実施において、絶縁構成は、セグメントを光学的に分離する。実施において、絶縁構成は溝である。実施において、絶縁構成は、イオン注入又は酸化プロセスを介して実装される絶縁バリアである。放射体セグメントは、第１光線を放射するよう構成された１つのセグメントから形成される（１３１５）。二重目的セグメントは、第１モードでは、第２構成を感知し、第２構成に応答して電流を生成するように動作するよう、他のセグメントから形成され、第２モードでは、第３光線を放射するように動作するよう構成され、二重目的セグメントは、所与の基準で第１モードと第２モードとの間で切り替わるよう構成される（１３２０）。第１電極が、放射体セグメントにエネルギを与えるように電力を供給するよう放射体セグメントへ接続される（１３２５）。第２電極が二重目的セグメントへ接続され、第２電極は、第１モードでは、電流を検出器へ送るように動作するよう構成され、検出器回路は、電流を、放射体セグメントに関して動作フィードバックを供給する信号に変換するよう構成され、第２電極は、第２モードでは、第３光線を放射するよう二重目的セグメントにエネルギを与えるように電力を供給するように動作するよう構成される（１３３０）。
【００５１】
本明細書で記載される実施形態は、如何なる適切な発光デバイスにも組み込まれてよい。本発明の実施形態は、例えば、図１〜１３のデバイスのような、説明されている特定の構造に限られない。
【００５２】
上述された例及び実施形態では、半導体発光デバイスは、青色又はＵＶ光を放射するＩＩＩ族窒化物ＬＥＤであるが、レーザダイオードのような、ＬＥＤ以外の半導体発光デバイスが本発明の適用範囲内にある。その上、本明細書で記載される原理は、他のＩＩＩ−Ｖ族物質、ＩＩＩ族りん化物、ＩＩＩ族ひ化物、ＩＩ−ＶＩ族物質、ＺｎＯ、又はＳｉベースの材料のような、他の材料システムから作られた半導体発光デバイスに適用可能であってよい。
【００５３】
動作フィードバックのためのセンサセグメントを備えた発光ダイオードについて本明細書で記載される非限定的な方法は、特許請求の範囲の主旨及び適用範囲内にありながら、様々な応用及び使用のために変更されてよい。本明細書で記載され、及び／又は図面に示される実施及び変形は、単に一例として提示され、主旨及び適用範囲に関する限定ではない。本明細書中の記載は、たとえ特定の実施に関して記載され得るとしても、動作フィードバックのためのセンサセグメントを備えた発光ダイオードを使用及び製造する方法の全ての実施に適用可能であってよい。
【００５４】
本明細書で記載されるように、本明細書で記載される方法は、如何なる特定の機能も実行する如何なる特定の要素にも制限されず、提示されている方法のいくつかのステップは、必ずしも、示されている順序で起こる必要はない。例えば、いくつかの場合に、２つ以上の方法ステップは、異なる順序で又は同時に起こってよい。その上、記載されている方法のいくつかのステップは、（たとえ、任意であると明示的に述べられていないとしても）任意であってよく、従って、省略されてよい。本明細書で開示されている方法のこれら及び他の変形は、特に、本明細書で記載されているような、動作フィードバックのためのセンサセグメントを備えた発光ダイオードを使用及び製造する方法の記載を鑑みて、容易に明らかであり、本発明の完全な適用範囲の中にあると見なされる。
【００５５】
いくつかの実施のいくつかの特徴は省略されても、又は他の実施とともに実装されてもよい。本明細書で記載されるデバイス要素及び方法要素は交換可能であり、本明細書で記載される例又は実施のいずれかにおいて使用され、又はいずれかから省略されてよい。
【００５６】
特徴及び要素は、特定の組み合わせで上述されているが、夫々の特徴又は要素は、他の特徴又は要素なしで単独で、又は他の特徴及び要素の有無にかかわらず様々な組み合わせで使用され得る。
【００５７】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１７年１２月２２日付けで出願された米国特許仮出願第６２／４３８３５７号、及び２０１７年３月２０日付けで出願された欧州特許仮出願第１７１６１８１２．７号の優先権を主張するものであり、それらの特許出願の内容は、これをもって、あたかも十分に記載されているかのように本願に参照により援用される。
【図１】
2020503679.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月17日(2019.7.17)
【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】
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
発光素子を有し、該発光素子は、
ｎ型レイヤ、アクティブレイヤ及びｐ型レイヤを有し、前記ｐ型レイヤ及び前記ｎ型レイヤの一方の表面が前記発光素子の第１面を形成する半導体スタックと、
前記半導体スタックを放射体セグメント及び光センサセグメントに電気的に絶縁する電気的絶縁領域と、
前記発光素子の第２面を形成するよう前記放射体セグメント及び前記光センサセグメントの両方を覆うよう配置された透明基板と、
前記発光素子の前記第１面上に配置される少なくとも１つのアノード電極と、
前記発光素子の前記第１面上に配置される少なくとも１つのカソード電極と
を有し、
前記放射体セグメント及び前記光センサセグメントの夫々は、前記少なくとも１つのカソード電極の１つ及び前記少なくとも１つのアノード電極の１つへ電気的に結合される、
デバイス。
【請求項２】
前記電気的絶縁領域は、前記半導体スタック内の半導体材料の絶縁領域及び溝のうちの１つを有する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
溝において透明材料を更に有する、
請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記透明基板を覆うよう配置される波長変換レイヤを更に有する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記放射体セグメントの前記ｎ型レイヤ及び前記ｐ型レイヤのうちの一方及び前記アクティブレイヤを通って前記第１面で形成される第１ビアを更に有し、該第１ビアは、電気的絶縁材料で裏打ちされ、導電性材料で満たされている、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記光センサセグメントの前記ｎ型レイヤ及び前記ｐ型レイヤのうちの一方及び前記アクティブレイヤを通って前記第１面で形成される第２ビアを更に有し、該第２ビアは、電気的絶縁材料で裏打ちされ、導電性材料で満たされている、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記透明基板は、前記第１面の反対側に第２面を有し、前記透明基板の前記第２面に衝突するある量の光の全内部反射を提供するよう配置される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記電気的絶縁領域は、前記光センサセグメントを完全に取り囲む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスシステムであって、
ｎ型レイヤ、アクティブレイヤ及びｐ型レイヤを有する半導体スタックと、該半導体スタックを第１セグメント及び第２セグメントに電気的に絶縁する電気的絶縁領域とを有する発光素子と、
前記第１セグメントへ電気的に結合され、駆動電流を供給して前記第１セグメントを放射体として駆動するよう構成されるドライバ回路と、
前記第２セグメントを少なくとも光センサとして動作させ、当該システムが電源を投入されているときに前記第２セグメントに衝突する光の量に基づき入力電流を前記ドライバ回路へ供給するよう電気的に結合されるバイアス回路と
を有するシステム。
【請求項１０】
透明基板の第１面が、前記発光素子の第２面を形成し、
当該システムは、前記発光素子の第２面を形成するよう前記第１セグメント及び前記第２セグメントの両方を覆うよう配置される透明基板を更に有する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記発光素子の第１面上に配置される少なくとも１つのアノード電極と、
前記発光素子の前記第１面上に配置される少なくとも１つのカソード電極と
を有し、
前記第１セグメント及び前記第２セグメントの夫々は、前記少なくとも１つのカソード電極の１つ及び前記少なくとも１つのアノード電極の１つへ電気的に結合される、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記透明基板を覆うよう配置される波長変換レイヤを更に有する、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記透明基板は、前記第１面の反対側に第２面を有し、前記透明基板の前記第２面に衝突するある量の光の全内部反射を提供するよう配置される、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電気的絶縁領域は、前記半導体スタック内の半導体材料の絶縁領域及び溝のうちの１つを有する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
放射体としての動作と光センサとしての動作との間で前記第２セグメントを周期的に切り替えることと、
放射体としての動作と光センサとしての動作との間で前記第２セグメントを制御信号に応答して切り替えることと
のうちの１つを行うよう構成されるコントローラを更に有する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
前記バイアス回路は、前記第１セグメントによって放射される光が閾レベルを下回るという条件で正電圧を供給し、前記第１セグメントによって放射される光が閾レベルを上回るという条件で負電圧を供給するように前記第２セグメントにバイアスをかけるよう構成される、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ドライバ回路への前記入力電流は、前記第１セグメントによって放射される光がある量を下回るという条件で前記駆動電流をより高く調整する、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１８】
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスの製造方法であって、
基板上に半導体スタックを形成するよう前記基板上にｎ型レイヤ、アクティブレイヤ、及びｐ型レイヤを成長させることと、
前記ｐ型レイヤ、前記アクティブレイヤ及び前記ｎ型レイヤを通る溝をエッチングし前記基板で止め、該溝が前記半導体スタックを放射体セグメント及び光センサセグメントに分けるようにすることと、
前記放射体セグメント及び前記光センサセグメントの前記ｐ型レイヤ及び前記ｎ型レイヤの１つへ直接に各々の第１電極を電気的に結合することと、
前記放射体セグメント及び前記光センサセグメントの夫々を通って前記ｐ型レイヤ及び前記ｎ型レイヤの他方で止まる別個のビアを形成することと、
夫々の別個のビアを通じて前記ｐ型レイヤ及び前記ｎ型レイヤの前記他方へ各々の第２電極を電気的に結合することと
を有する方法。
【請求項１９】
前記溝を透明材料で満たすことを更に有する、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記基板を覆うよう波長変換レイヤを配置することを更に有する、
請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
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