JP7138711B2 - 埋め込みトランジスタを有するセグメント型ｌｅｄ - Google Patents

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Description

関連出願についてのクロス・リファレンス
本出願は、２０１７年１２月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／６０８，２９５号、２０１８年２月７日に出願された欧州特許出願第１８１５５４５５．１号、及び２０１８年１２月１９日に出願された米国特許出願第１６／２２５，９３４号の利益を主張し、これらの内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直空洞レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）、及び端面発光レーザを含む半導体発光デバイスは、現在利用可能な最も効率的な光源の一つである。可視スペクトルにわたって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のある材料系には、ＩＩＩ－Ｖ族半導体、特に、ＩＩＩ族窒化物材料とも称されるガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の二元、三元、及び四元合金が含まれる。
典型的には、ＩＩＩ族窒化物発光デバイスは、サファイア、シリコン炭化物、ＩＩＩ族窒化物、又は他の適切な基板上に、金属有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、又は他のエピタキシャル技術によって、異なる組成及びドーパント濃度の半導体層の積層体をエピタキシャル成長させることによって製造される。積層体は、しばしば、基板にわたって形成された、例えば、シリコンでドープされた１つ以上のｎ型層、１つ以上のｎ型層にわたって形成された活性領域内の１つ以上の発光層、及び活性領域にわたって形成された、例えば、マグネシウムでドープされた１つ以上のｐ型層を含む。電気コンタクトは、ｎ型及びｐ型領域上に形成される。
デバイスは、第１埋め込みトランジスタを第１領域内に、第２埋め込みトランジスタを第２領域内に備え得る。第１領域及び第２領域は、基板上に形成されたエピタキシャル層の少なくとも一部介して延在するトレンチによって分離され得る。第１埋め込みトランジスタは第１発光ダイオード（ＬＥＤ）に接続され、第２埋め込みトランジスタは第２ＬＥＤに接続され得る。第１光学的アイソレーション層は、エピタキシャル層と基板の第１領域との間にあり得る。第２光学的アイソレーション層は、エピタキシャル層と基板の第２領域との間にあり得る。
より詳細な理解は、添付の図面と共に例示として与えられ、以下の説明から得ることができる：
ＬＥＤアレイを部分的分解図と共に示す平面図である。 トレンチを有するＬＥＤアレイの断面図である。 トレンチを有する別のＬＥＤアレイの斜視図である。 埋め込みトランジスタを有する基板上に形成された光学的アイソレーション層の断面図である。 埋め込みトランジスタを示す断面図である。 光学的アイソレーション層上に第１半導体層を形成するステップを示す断面図である。 第１半導体層上に第２半導体層及び活性領域を形成するステップを示す断面図である。 第２半導体層上に共通コンタクト層を形成するステップを示す断面図である。 トレンチを形成するステップを示す断面図である。 共通コンタクト層上に波長変換層を形成するステップを示す断面図である。 トレンチを形成するステップを示す断面図である。 共通コンタクト層上に波長変換層を形成するステップを示す断面図である。 トレンチを形成するステップを示す断面図である。 トレンチを形成するステップを示す断面図である。 トレンチ内にコンタクトを形成するステップを示す断面図である。 デバイスを形成する方法を示すフローチャートである。 一実施形態におけるＬＥＤデバイス取り付け領域において基板に取り付けられたＬＥＤアレイを有する電子回路基板を示す上面図である。 回路基板の２つの表面に電子部品がマウントされた２チャンネル集積ＬＥＤ照明システムの一実施形態を示す図である。 車両のヘッドランプシステムの実施例を示す図である。 照明システムの実施例を示す図である。
異なる光照明システム及び／又は発光ダイオード（「ＬＥＤ」）の実施例は、添付の図面を参照して以下にさらに詳細に説明される。これらの実施例は、相互に排他的ではなく、一実施例において見出される特徴は、追加の実装を達成するために、１つ以上の他の実施例において見出される特徴と組み合わせられ得る。したがって、添付の図面に示された実施例は、例示目的のためにのみ提供されており、それらは、本開示をいかなる方法においても限定することを意図するものではないことが理解されるであろう。同様の参照符号は全体を通して同様の要素を指す。
本明細書では、第１、第２などの用語は、種々の要素を記載するために用いられ得るが、これらの要素はこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素から区別するためにのみ使用され得る。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素は第２の要素と称され得、同様に、第２の要素は第１の要素と称され得る。本明細書中で使用される場合、用語「及び／又は」は、関連する列挙されたアイテムの１つ以上の任意の及びすべての組み合わせを含み得る。
層、領域、又は基板などのある要素が、他の要素の「上に（ｏｎ）」ある又は「上へ（ｏｎｔｏ）」延在すると称される場合、それは、直接他の要素の上にあり若しくは他の要素の上へ延在することができるか、又は、介在要素が存在することもできると理解されるであろう。対照的に、ある要素が「直接上に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」ある又は「直接上へ（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎｔｏ）」延在すると称される場合、介在要素は存在しない。要素が「接続されている」又は「結合されている」と称される場合、要素は、他の要素に直接接続され又は結合され得る、及び／又は、１つ以上の介在要素を介して他の要素に接続され又は結合され得る。対照的に、要素が「直接接続（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」又は「直接結合（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」されていると称される場合、その要素と他の要素との間に介在要素は存在しない。これらの用語は、図中に示される任意の方向に加えて、要素の異なる方向を包含することが意図されることが理解されるであろう。
「下（ｂｅｌｏｗ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「下部（ｌｏｗｅ）」、「水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」又は「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」などの相対的な用語は、本明細書では、図示のように、ある要素、層又は領域と別の要素、層又は領域との関係を説明するために使用され得る。これらの用語は、図示される方向に加えて、デバイスの異なる方向を包含することが意図されることが理解されるであろう。
半導体発光デバイス（ＬＥＤ）又は光出力発光デバイス、例えば紫外線（ＵＶ）又は赤外線（ＩＲ）の光出力を放射するデバイスは、現在利用可能な最も効果的な光源の１つである。これらのデバイス（以下「ＬＥＤ」と称する）は、発光ダイオード、共振空洞発光ダイオード、垂直空洞レーザダイオード、端面発光レーザなどを含み得る。それらのコンパクトなサイズ及び低電力要求のため、例えば、ＬＥＤは、多くの異なる用途にとって魅力的な候補になり得る。例えば、それらが、カメラ及び携帯電話などの携帯型バッテリ給電デバイス用の光源（例えば、フラッシュライト及びカメラフラッシュ）として用いられ得る。それらはまた、例えば、自動車照明、ヘッド・アップ・ディスプレイ（ＨＵＤ）照明、園芸照明、街灯、ビデオ用のトーチ、一般照明（例えば、家庭、店舗、オフィス及びスタジオ照明、劇場／舞台照明及び建築照明）、拡張現実（ＡＲ）照明、仮想現実（ＶＲ）照明、ディスプレイ用のバックライト及びＩＲ分光法のために用いられうる。単一のＬＥＤは、白熱光源より暗い光を提供しうるため、より多くの明るさが要望又は要求される用途のためには、ＬＥＤの多接合デバイス又はアレイ（例えば、モノリシックＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤアレイなど）が用いられうる。
開示された対象の実施形態によれば、ＬＥＤアレイ（例えば、マイクロＬＥＤアレイ）は、図１Ａ、１Ｂ、及び／又は１Ｃに示されるようなピクセルのアレイを含んでもよい。ＬＥＤアレイは、ＬＥＤアレイセグメントの精密制御を必要とするものなどの任意の用途に使用することができる。ＬＥＤアレイ内の画素は、個々にアドレス指定可能であることができ、グループ／サブセット内でアドレス指定可能であることができ、又はアドレス指定不能であることができる。図１Ａでは、画素１１１を有するＬＥＤアレイ１１０の上面図が示される。ＬＥＤアレイ１１０の３×３部分の分解図も図１Ａに示されている。３×３の分解図に示されるように、ＬＥＤアレイ１１０は、約１００μｍ以下（例えば、４０μｍ）の幅ｗ１を有するピクセル１１１を含み得る。ピクセル間のレーン１１３は、約２０μｍ以下（例えば、５μｍ）の幅ｗ２で分離され得る。レーン１１３は、図１Ｂ及び１Ｃに示され、本明細書にさらに開示されるように、ピクセル間にエアギャップを提供し得、又は他の材料を含み得る。１つのピクセル１１１の中心から隣り合うピクセル１１１の中心までの距離ｄ１は、約１２０μｍ以下（例えば、４５μｍ）であり得る。本明細書で提供される幅及び距離は例示に過ぎず、実際の幅及び／又は寸法は変化し得ることが理解されるであろう。
対称行列に配置された矩形ピクセルが図１Ａ、Ｂ及びＣに示されているが、任意の形状及び配置の画素が、本明細書に開示される実施形態に適用され得ることが理解されるであろう。例えば、図１ＡのＬＥＤアレイ１１０は、１００×１００マトリクス、２００×５０マトリクス、対称マトリクス、非対称マトリクスなどの任意の適用可能な配置における１０，０００ピクセルを超える画素を含み得る。また、ピクセル、マトリクス、及び／又は基板の複数のセットは、本明細書に開示される実施形態を実装するために、任意の適用可能なフォーマットで配列され得ることも理解されよう。
図１Ｂは、例示的なＬＥＤアレイ１０００の断面図を示す。示されるように、ピクセル１０１０、１０２０、及び１０３０は、ＬＥＤアレイ内の３つの異なるピクセルに対応し、したがって分離セクション１０４１及び／又はｎ型コンタクト１０４０が、ピクセルを互いに分離する。一実施形態によれば、ピクセル間の空間は、エアギャップによって占められ得る。示されるように、ピクセル１０１０は、エピタキシャル層１０１１から除去され得る、例えばサファイア基板などの任意の適用可能な基板上に成長され得るエピタキシャル層を含む。コンタクト１０１５から遠位の成長層の表面は、実質的に平坦であり得、又はパターン化され得る。ｐ型領域１０１２は、ｐコンタクト１０１７に近接して配置され得る。活性領域１０２１は、ｎ型領域及びｐ型領域１０１２に隣接して配置され得る。あるいは、活性領域１０２１は、半導体層又はｎ型領域と、ｐ型領域との間１０１２にあり得、活性領域１０２１が光ビームを放射するように電流を受け取り得る。ｐコンタクト１０１７は、ＳｉＯ２層１０１３及び１０１４並びにパターン化金属（例えばメッキ銅）層１０１６と接触し得る。ｎ型コンタクト１０４０は、Ｃｕなどの適用可能な金属を含み得る。金属層１０１６は、反射性であり得るコンタクト１０１５と接触し得る。
特に、図１Ｂに示すように、ｎ型コンタクト１０４０は、ピクセル１０１０、１０２０、及び１０３０の間に作製されるトレンチ１１３０内に堆積され得、エピタキシャル層を越えて延在し得る。分離セクション１０４１は、波長変換層１０５０の全て（図示のように）又は一部を分離し得る。ＬＥＤアレイは、かかる分離セクション１０４１無しに実装され得、又は分離セクション１０４１は、エアギャップに対応し得ることが理解されよう。分離セクション１０４１は、ｎ型コンタクト１０４０の延長であり得、その結果、分離セクション１０４１は、ｎ型コンタクト１０４０（例えば、銅）と同じ材料から形成される。あるいは、分離セクション１０４１は、ｎ型コンタクト１０４０とは異なる材料から形成され得る。一実施形態によれば、分離セクション１０４１は、反射性材料を含み得る。分離セクション１０４１及び／又はｎ型コンタクト１０４０内の材料は、例えば、ｎ型コンタクト１０４０及び／又は分離セクション１０４１の堆積を含む又は堆積を可能にするメッシュ構造を適用するなど、任意の適用可能な方法で堆積され得る。波長変換層１０５０は、図２Ａの波長変換層２０５と同様の特徴／特性を有し得る。本明細書に記載されるように、１つ以上の追加層が、分離セクション１０４１をコーティングし得る。かかる層は、反射層、散乱層、吸収層、又は任意の他の適用可能な層であり得る。１つ以上のパッシベーション層１０１９は、ｎコンタクト１０４０をエピタキシャル層１０１１から完全に又は部分的に分離し得る。
エピタキシャル層１０１１は、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、シリコンを含む励起されたときに光子を放出するために適用可能な任意の材料から形成され得、より詳しくは、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂを含むが、これらに限定されないＩＩＩ～Ｖ族半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅを含むがこれらに限定されないＩＩ～ＶＩ族半導体、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣを含むが、これらに限定されないＩＶ属半導体、及びそれらの混合物又は合金、から形成され得る。これらの例示的な半導体は、それらが存在するＬＥＤの典型的な発光波長において、約２．４～約４．１の範囲の屈折率を有し得る。例えば、ＧａＮなどのＩＩＩ－窒化物半導体は、５００ｎｍで約２．４の屈折率を有し、ＩｎＧａＰなどのＩＩＩ－リン化物半導体は、６００ｎｍで約３．７の屈折率を有し得る。ＬＥＤデバイス２００に結合されるコンタクトは、ＡｕＳｎ、ＡｕＧａ、ＡｕＳｉ又はＳＡＣ半田などの半田から形成され得る。
ｎ型領域は、成長基板上に成長させることができ、例えば、バッファ又は核形成層等の調製層、及び／又は成長基板の除去を容易にするように設計された層を含む、異なる組成及びドーパント濃度を含む半導体材料の１つ以上の層を含むことができる。これらの層は、ｎ型であるか、又は意図的にドープされていなくてもよいし、又はｐ型デバイス層であることもできる。これらの層は、発光領域が効率的に発光するために望ましい、特定の光学的、材料的、又は電気的特性のために設計され得る。同様に、ｐ型領域１０１２は、意図的にドープされていない層又はｎ型層を含む、異なる組成、厚さ、及びドーパント濃度の複数の層を含み得る。電流は、ｐ－ｎ接合（例えば、ビアコンタクト）を介して流れるように生じ得、ピクセルは、材料のバンドギャップエネルギーによって少なくとも部分的に決定される第１波長の光を生成し得る。ピクセルは、直接的に光を放射（例えば、通常又は直接発光ＬＥＤ）し得、又は発光された光の波長をさらに変更して第２波長の光を出力するように作用する波長変換層１０５０（例えば、蛍光体変換ＬＥＤ、「ＰＣＬＥＤ」など）に光を放射しし得る。
図１Ｂは、例示的構成におけるピクセル１０１０、１０２０、及び１０３０を有する例示的ＬＥＤアレイ１０００を示すが、ＬＥＤアレイ内のピクセルは、複数の構成のうちの任意の１つにおいて提供され得ることが理解されよう。例えば、ピクセルは、フリップチップ構造、垂直注入薄膜（ＶＴＦ）構造、多接合構造、薄膜フリップチップ（ＴＦＦＣ）、横型デバイスなどであり得る。例えば、横方向ＬＥＤピクセルはフリップチップＬＥＤピクセルと類似し得るが、電極を基板又はパッケージに直接接続するために上下逆さまにされなくてもよい。また、ＴＦＦＣは、フリップチップＬＥＤピクセルに類似し得るが、（薄膜半導体層を指示しないままで）成長基板を除去し得る。対照的に、成長基板又は他の基板は、フリップチップＬＥＤの一部として含まれ得る。
活性領域１０２１によって放射された光が１つ以上の中間層（例えば、フォトニック層）を通過し得るように、波長変換層１０５０は活性領域１０２１によって放射された光の経路内にあり得る。実施形態によれば、波長変換層１０５０は、ＬＥＤアレイ１０００内に存在しなくてもよい。波長変換材料１０５０は、１つの波長の光を吸収して異なる波長の光を放出する、透明又は半透明の、バインダ又はマトリクス内の蛍光体粒子、又はセラミック蛍光体素子などの任意の発光性材料であり得る。波長変換層１０５０の厚さは、使用される材料、又はＬＥＤアレイ１０００又は個々のピクセル１０１０、１０２０、及び１０３０が配列される用途／波長に基づいて決定され得る。例えば、波長変換層１０５０は、約２０μｍ、５０μｍ又は２００μｍであり得る。波長変換層１０５０は、図示されるように、各個々のピクセル上に提供され得、又はＬＥＤアレイ１０００全体にわたって配置され得る。
一次光学系１０２２は、１つ以上のピクセル１０１０、１０２０、及び／又は１０３０上にあってもよく、光が活性領域１０１及び／又は波長変換層１０５０から一次光学系を通過することを可能にし得る。一次光学系を介する光は、一般に、一次光学系１０２２を介して放射される光の光強度が、理想的な拡散放射体から観察された場合に、入射光の方向と表面法線との間の角度のコサインに直接比例するように、ランベルト分布パターンに基づいて放射され得る。当然のことながら、一次光学系１０２２の１つ以上の特性は、ランベルト分布パターンとは異なる光分布パターンを生成するように修正され得る。
レンズ１０６５及び導波路１０６２の一方又は両方を含む二次光学系は、ピクセル１０１０、１０２０、及び／又は１０３０を備え得る。二次光学系は、複数のピクセルを有する図１Ｂに示される実施例にしたがって述べられるが、二次光学系は、単一ピクセルに対して提供され得ることが理解されよう。二次光学系は、入射光を拡散するため（発散光学系）、又は入射光を平行ビームに集めるため（コリメート光学系）に使用され得る。導波路１０６２は、誘電体材料、金属化層などでコーティングされ得、入射光を反射又は再方向付けするために設けられ得る。代替的実施形態では、照明システムは、波長変換層１０５０、一次光学系１０２２、導波路１０６２、及びレンズ１０６５のうちの１つ又は複数を含まなくてもよい。
レンズ１０６５は、ＳｉＣ、酸化アルミニウム、ダイヤモンド等、又はそれらの組み合わせ等の、任意の適用可能な透明材料から形成され得るが、これらに限定されない。レンズ１０６５は、レンズ１０６５からの出力ビームが所望の測光仕様を効率的に満たすように、レンズ１０６５に入力される光ビームを変更するために使用され得る。さらに、レンズ１０６５は、例えば、複数のＬＥＤデバイス２００Ｂの点灯及び／又は非点灯外観を決定することによって、１つ以上の美的目的を果たし得る。
図１Ｃは、ＬＥＤアレイ１１００の三次元図の断面図を示す。図示されるように、ＬＥＤアレイ１１００内のピクセルは、ｎコンタクト１１４０を形成するように充填されるトレンチによって分離され得る。ピクセルは、基板１１１４上に成長され得、ｐコンタクト１１１３、ｐ－ＧａＮ半導体層１１１２、活性領域１１１１、及びｎ－ＧａＮ半導体層１１１０を含み得る。この構造は、一実施例としてのみ提供され、本明細書に提供される開示を実施するために、１つ以上の半導体層又は他の適用可能な層を追加、除去、又は部分的に追加又は除去し得ることが理解されるであろう。コンバータ材料１１１７は、半導体層１１１０（又は他の適用可能な層）上に堆積され得る。
図示のように、パッシベーション層１１１５は、トレンチ１１３０内に形成され得、ｎコンタクト１１４０（例えば、銅コンタクト）は、トレンチ１１３０内に堆積され得る。パッシベーション層１１１５は、１つ以上の半導体層からｎコンタクト１１４０の少なくとも一部を分離し得る。実施形態によれば、ｎコンタクト１１４０又は他の適用可能な材料がピクセル間に完全な又は部分的な光学的アイソレーションをもたらすように、トレンチ内のｎコンタクト１１４０又は他の適用可能な材料は、コンバータ材料１１１７内へと延在し得る。
制御電子回路を有する小型ＬＥＤピクセルシステムの製造は、コストがかかり、困難である。ウェハスケールで、トランジスタ及び制御要素をＬＥＤ構造とコスト効率よく組み合わせることができるアーキテクチャ及びプロセスが望ましい。
制御エレメントをＬＥＤ構造と組み合わせるための１つのアプローチは、埋め込みトランジスタを含むウェハ上にＬＥＤ構造を形成することを含み得る。トランジスタは、ＬＥＤ構造体に接続されてもよく、ＬＥＤエミッタに供給される電力を制御するために使用され得る。トランジスタは、各ＬＥＤエミッタに接続することができ、パワーゲーティングされたクロスバーパターンを使用して互いに接続され得る。
エッチングされた窒化ガリウム（ＧａＮ）メサを用いて構成されたモノリシックセグメント化ＬＥＤは、可能であるが、関連するかなりの処理コストを有する。エッチングされたメサを除去し、埋め込まれた制御エレメントを組み合わせることにより、エッジ損失を低減することができ、より機械的に丈夫なデバイスを提供し得る。以下の説明は、エッチングされた個別のメサを必要とせずに、制御電子回路のための低減された構造を有するモノリシックセグメント化ＬＥＤを形成するために、埋め込みトランジスタ及び透明導電体を使用する方法を含む。本明細書に記載される装置は、約１μｍ未満の幅を有する非導電性レーンによって分離された、１００μｍ未満（例えば２０μｍ未満）から３００μｍを超えるピクセルを含み得る。制御エレクトロニクスは、各ピクセル間にトレンチを形成するように処理される下地基板に組み込まれ得る。ピクセルに対する共通のｎコンタクトは、透明導電体層によって提供され得る。
次に、図１Ｄを参照すると、基板１２０上に光学的アイソレーション層１２２を形成するステップを示す断面図が示されている。基板１２０は、半導体材料から構成されるウェハであり得る。一実施形態では、基板１２０は、単結晶シリコンから構成され得る。別の例では、基板１２０は、例えば、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、Ｇｅなどの別の要素と組のみ合わせでシリコンから構成されてもよい。他の実施例において、基板は、発光半導体構造１１５は、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂを含むが、これらに限定されないＩＩＩ－Ｖ半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅを含むが、これらに限定されないＩＩ‐ＶＩ半導体、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣを含むが、これらに限定されないＩＶ族半導体、及びそれらの混合物又は合金から構成され得る。基板１２０は、図１Ｃを参照して上述した基板１１１４と類似し得、以下の説明は、ＬＥＤアレイ１１００に適用され得る。
基板１２０は、１つ以上の埋め込みトランジスタ１２４を含み得る。１つ以上の埋め込みトランジスタ１２４を形成する組成物及び方法は、当技術分野で公知であり得、任意のタイプの埋め込みトランジスタが使用され得る。一実施形態では、１つ以上の埋め込みトランジスタ１２４は、１つ以上のトレンチを形成するために基板１２０をエッチングすることによって形成され得る。１つ以上のトレンチは、埋め込みトランジスタを形成するために、１つ以上の半導体材料で満たされ得る。例えば、１つ以上のトレンチは、ソース／ドレインとしての第１タイプ（例えば、ｎ型）の半導体材料、本体としての第２タイプ（例えば、ｐ型）の半導体材料、及びゲートとしての誘電体材料（例えば、高ｋ誘電体）で充填され得る。
一実施形態では、図１Ｅに示すように、１つ又は複数のトレンチのうちの第１トレンチは、底部及び側壁上をゲート絶縁体層１２６で及びゲート絶縁体層１２６上をゲート導体層１２８で充填され得る。一般に、ゲート絶縁体層１２６は、ソース／ドレイン領域とゲート電極層１２８との間の電子空乏を防止し得る。一実施形態によると、ゲート絶縁体層１２６は、酸化プロセス又は高ｋ誘電体材料によって形成された酸化物から構成され得る。ゲート電極層１２８は、金属（例えば、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、白金、アルミニウム、ハフニウム、ルテニウム）、金属ケイ化物（例えば、チタンケイ化物、コバルトケイ化物、ニッケルケイ化物、タンタルケイ化物）、金属窒化物（例えば、チタン窒化物、タンタル窒化物）、ドープ多結晶シリコン、その他の導電性材料、又はそれらの組み合わせなどの導電性材料から構成されてもよい。誘電体層１３０は、誘電体層１３０の上面が基板１２０の上面と実質的に同一平面になるように、ゲート電極層上に形成され得る。ゲート絶縁体層１２６、ゲート電極層１２８、及び誘電体層１３０は、例えば、化学気相体積（ＣＶＤ）、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、有機金属化学気相体積（ＭＯＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、蒸着、反応性スパッタリング、化学溶液堆積、スピンオン堆積、又は他の同様のプロセスなどの従来の堆積技術を用いて形成され得る。
誘電体層の両側の基板１２０の部分は、ソース／ドレイン領域１３２を形成するためにｎ型又はｐ型ドーパントを注入することによってドープされ得る。例えば、ｎ型トランジスタは、リンイオンなどのｎ型イオンを、約１Ｅ１５～約５Ｅ１５原子／ｃｍ２の用量で、約２０～約１００ＫｅＶのエネルギーで注入することによって形成され得る。ｐ型トランジスタは、約１Ｅ１５～約５Ｅ１５原子／ｃｍ２の用量で、約１０～約５０ＫｅＶのエネルギーで、ホウ素イオンなどのｐ型イオンによって形成され得る。
１つ以上のトレンチはまた、導電性金属（例えば、金、銅、銀など）で充填されることができ、１つ以上の埋め込みトランジスタ１２４を互いに接続する相互接続部を形成し得る。あるいは、相互接続部は、基板１２０の頂部に形成され得る。相互接続部は、埋め込まれたトランジスタがパワーゲーティングされたクロスバーパターンに配置されるように形成され得る。上述のエッチング及び堆積プロセスは、基板１２０の上部表面から、又は基板１２０の裏側表面から行うことができる。図１Ｅに示す埋め込みトランジスタは、例示的な実施例であることを意味し、任意のタイプの埋め込みトランジスタが使用され得ることに留意されたい。
光学的アイソレーション層１２２は、基板１２０の上部表面の上に形成され得る。光学的アイソレーション層１２２は、分布ブラッグ反射体層、反射性材料、及び／又は吸収材料などの任意の適用可能な光学的アイソレーション材料から構成され得る。特定の例として、反射性材料は、ステンレス鋼、金、銀、チタン、又はアルミニウムなどの金属であり得る。ＤＢＲ層は、ＳｉＯ２及びＴｉＯ２；ＳｉＯ２及びＺｒＯ２；ＳｉＣ及びＭｇＯ；ＳｉＣ及びシリカ；ＧａＡｓ及びＡｌＡｓ；ＩＴＯ；又はａ－Ｓｉ及びａ－Ｓｉの層を含み得るが、これらに限定されない。光学的アイソレーション層１２２は、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＡＬＤ、蒸着、反応性スパッタリング、化学溶液堆積、スピンオン堆積、又は他の同様のプロセスなどの従来の堆積技術を用いて形成され得る。実施例において、上記の相互接続は、光学的アイソレーション層にコンタクトし得、及び／又は光学的アイソレーション層を介して延在し得る。
次に、図１Ｆを参照すると、光学的アイソレーション層１２２上に第１半導体層１３４を形成するステップの断面図が示される。第１半導体層１３４は、ＩＩＩ族－窒化物材料とも称されるガリウム、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、任意のＩＩＩ－Ｖ族半導体から構成され得る。例えば、第１半導体層１３４は、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂを含むが、これらに限定されないＩＩＩ－Ｖ族半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅを含むが、これらに限定されないＩＩ‐ＶＩ半導体、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣを含むが、これらに限定されないＩＶ族半導体、及びそれらの混合物又は合金から構成され得る。これらの半導体は、それらが存在するＬＥＤの典型的な発光波長において、約２．４～約４．１の範囲の屈折率を有し得る。例えば、ＧａＮなどのＩＩＩ－窒化物半導体は、５００ｎｍで約２．４の屈折率を有し、ＩｎＧａＰなどのＩＩＩ－リン化物半導体は、６００ｎｍで約３．７の屈折率を有する。一実施形態では、第１半導体層１３４は、ＧａＮから構成され得る。
半導体層１３４は、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、又は他のエピタキシャル技術などの従来の堆積技術を用いて形成され得る。エピタキシャル堆積プロセスでは、１つ以上のソースガスによって提供される化学反応物が制御され、システムパラメータが設定され、したがって、堆積原子は、表面上を移動してまわり堆積表面の原子の結晶配列に自身で配列するのに十分なエネルギーで堆積表面に到達する。したがって、第１半導体層１３４は、従来のエピタキシャル技術を用いて光学的アイソレーション層１２２上に成長し得る。第１半導体層１３４は、ｎ型ドーパントでドープされ得る。
第１半導体層１３４上に第２半導体層１３８及び活性領域１３６を形成するステップの断面図が示される。第２半導体層１３８及び活性領域１３６は、ＩＩＩ族－窒化物材料とも称されるガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の二元合金、三元合金、及び四元合金を含む、任意のＩＩＩ－Ｖ族半導体から構成され得る。例えば、第２半導体層１３８は、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂを含むが、これらに限定されないＩＩＩ－Ｖ族半導体、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅを含むが、これらに限定されないＩＩ‐ＶＩ半導体、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣを含むが、これらに限定されないＩＶ族半導体、及びそれらの混合物又は合金から構成され得る。これらの半導体は、それらが存在するＬＥＤの典型的な発光波長において、約２．４～約４．１の範囲の屈折率を有し得る。例えば、ＧａＮなどのＩＩＩ－窒化物半導体は、５００ｎｍで約２．４の屈折率を有し、ＩｎＧａＰなどのＩＩＩ－リン化物半導体は、６００ｎｍで約３．７の屈折率を有し得る。一実施形態では、第２半導体層１３８及び活性領域１３６は、ＧａＮから構成され得る。
第２半導体層１３８及び活性領域１３６は、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、又は他のエピタキシャル技術などの従来の堆積技術を使用して形成され得る。エピタキシャル堆積プロセスでは、１つ以上のソースガスによって提供される化学反応物が制御され、システムパラメータが設定され、したがって、堆積原子が、表面上を移動してまわり堆積表面の原子の結晶配列に自身で配向するのに十分なエネルギーで堆積表面に到達する。活性領域１３６及び第２半導体層１３８は、第１半導体層１３４と共に形成され得るか、又は別々に形成され得る。活性領域１３６及び第２半導体層１３８は、第１半導体層１３４と同様の半導体材料から構成され得るか、又はその組成は変化し得る。
第２半導体層１３８は、ｐ型ドーパントでドープされ得る。したがって、活性領域１３６は、第１半導体層１３４と第２半導体層１３８との界面に関連するｐ－ｎダイオード接合であり得る。あるいは、活性領域１３６は、ドープされたｎ型、ドープされたｐ型、又はドープされていない１つ以上の半導体層を含み得る。活性領域１３６は、第１半導体層１３４及び第２半導体層１３８を介して適切な電圧を印加することにより発光し得る。代替的な実装では、第１半導体層１３４及び第２半導体層１３８の導電型は逆にされ得る。すなわち、第１半導体層１３４はｐ型層であり得、第２半導体層１３８はｎ型層であり得る。第１半導体層１３４、活性領域１３６、及び第２半導体層１３８は、集合的にエピタキシャル層１５０と称され得る。エピタキシャル層１５０は、図１Ｂで上述したエピタキシャル層１０１１と同様であり得、同様の方法を用いて形成され得る。
次に、図１Ｈを参照すると、第２半導体層１３８上に共通の接触層１４０を形成するステップの断面図が示されている。共通コンタクト層１４０は、ブランケット透明導電体から構成され得る。一実施形態では、共通コンタクト層１４０は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）で構成され得る。共通コンタクト層１４０は、例えば、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、ＡＬＤ、蒸着、反応性スパッタリング、化学溶液堆積、スピンオン堆積、又は他の同様のプロセスなどの従来の堆積技術を用いて形成され得る。共通コンタクト層１４０は、第１半導体層１３４及び第２半導体層１３８の配置に応じて、ｎ型コンタクトであり得、又はｐ型コンタクトであり得る。
次に、図１Ｉを参照すると、トレンチ１４２を形成するステップを示す断面図が示される。トレンチ１４２は、一方の埋め込みトランジスタ１２４を他方から分離し得る。トレンチ１４２は、基板１２０の全体厚さ、光学的アイソレーション層１２２の全体厚さ、及び第１半導体層１３４の一部を介して延在することができる。トレンチ１４２は、ピクセル１１１のうちの１つ以上を画定し得る。
一実施形態では、トレンチ１４２は、基板１２０の全体厚さ、光学的アイソレーション層１２２の全体厚さ、及び第１半導体層１３４の少なくとも一部を通ってエッチングすることによって形成され得る。トレンチ１４２は、例えば、ウェットエッチング、プラズマエッチング、及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの従来のエッチングプロセスを用いて形成され得る。
次に、図１Ｊを参照すると、共通コンタクト層１４０上に波長変換層１４４を形成するステップの断面図が示されている。波長変換層１４４は、元素蛍光体又はその化合物から構成され得る。波長変換層１４４は、例えば、ＣＶＤ、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、ＭＯＣＶＤ、原子層堆積（ＡＬＤ）、蒸発、反応性スパッタリング、化学溶液堆積、スピンオン堆積、又は他の同様のプロセスなどの従来の堆積技術を用いて形成され得る。波長変換層１４４は、１つ以上の蛍光体を含み得る。蛍光体は、励起エネルギー（通常は放射線エネルギー）を吸収し、その後、吸収されたエネルギーを、初期励起エネルギーとは異なるエネルギーの放射として放出するルミネッセンス材料である。蛍光体は、１００％に近い量子効率を有することができ、これは、励起エネルギーとして提供されるほぼ全ての光子が、蛍光体によって再放射され得ることを意味する。蛍光体はまた、高吸収性であり得る。発光活性領域１３６は、高効、率高吸収性の波長変換層１４４内へ直接光を放出し得るため、蛍光体は、デバイスからの光を効率的に抽出し得る。波長変換層１４４で使用される蛍光体は、従来の緑色、黄色、及び赤色の発光蛍光体を含み得るが、これらに限定されない。
波長変換層１４４は、共通コンタクト層１４０上に蛍光体の粒子を堆積させることによって形成され得る。蛍光体粒子は、活性領域１３６から放射される光が蛍光体粒子に直接結合され得るように、共通コンタクト層１４０と直接コンタクトすることができる。図１Ｊには示されていないが、蛍光体粒子を所定の位置に保持するために、光学的結合媒体が提供され得る。光学的結合媒体は、第１半導体層１３４の屈折率を著しく超えることなく、できるだけ近い屈折率を有するように選択され得る。最も効率的な動作のために、第１半導体層１３４と、波長変換層１４４の蛍光体粒子と、光学的結合媒体との間に、損失媒体は含まれないことができる。
蛍光体粒子は、０．１μｍ～２０μｍの粒子サイズを有し得る。蛍光体粒子は、例えば、電気泳動堆積、スピンコーティング、スプレーコーティング、スクリーン印刷、又は他の印刷技術によって、波長変換層１４４を形成するために適用され得る。スピンコーティング又はスプレーコーティングなどの技術では、蛍光体は有機バインダを有するスラリー中に配置され、その後、スラリーの堆積後、例えば加熱により蒸発し得る。その後、任意に、光学的結合媒体が適用され得る。蛍光体粒子は、それ自身がナノ粒子（すなわち、サイズが１００ｎｍ～１０００ｎｍの範囲の粒子）であり得る。典型的にスプレー熱分解法（ｓｐｒａｙ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ）又は他の方法によって製造される球状蛍光体粒子は適用されることができ、有利な散乱特性を提供する高パッケージ密度を有する層を得ることができる。また、蛍光体粒子は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｅＰＯ４又は－ポリリン酸塩、又は他の適切な金属酸化物などの、蛍光体によって放出される光よりも大きなバンドギャップを有する材料でコーティングされ得る。
波長変換層１４４は、蛍光体粉末よりむしろ、セラミック蛍光体であり得る。セラミック蛍光体は、蛍光体粒子の表面が軟化し溶融し始めるまで、粉末蛍光体を高圧で加熱することによって形成され得る。部分的に溶融した粒子は互いに付着して、粒子の硬質凝集体を形成し得る。多結晶セラミック層を形成するためには、予め形成された「グリーン体」の一軸又はアイソスタティックプレス工程及び真空焼結が必要であろう。セラミック蛍光体の透明度（すなわち、それが生成する散乱の量）は、加熱又はプレス条件、調製方法、使用される蛍光体粒子前駆体、及び蛍光体材料の適切な結晶格子の調整によって、高い不透明度から高い透明度まで制御され得る。蛍光体の他に、例えば、セラミックの形成を容易にするため、又はセラミックの屈折率を調整するために、アルミナなどの他のセラミック形成材料が含まれ得る。
波長変換層１４４は、シリコン及び蛍光体粒子の混合物から構成され得る。この例では、波長変換層１４４は、プレートからダイシングされ、共通コンタクト層１４０上に配置され得る。波長変換層１４４は連続層として示されているが、その組成は各ピクセル１１１にわたって変化し得ることに留意されたい。別の実施例では、波長変換層１４４は、各ピクセル１１１が個別の波長変換層１４４を有するように、１つ以上のアイソレーション構造によって分離され得る。波長変換層１４４の形成は、任意のステップであり、波長変換層１４４は、最終構造内に提示されてはならない現れないであろうことに留意されたい。
次に、図１Ｋを参照すると、トレンチ１４２を形成する別の例を示す断面図が示される。トレンチ１４２は、一方の埋め込みトランジスタ１２４を他方から分離し得る。トレンチ１４２は、基板１２０の全体厚さ、光学的アイソレーション層１２２の全体厚さ、第１半導体層１３４の全体厚さ、活性領域１３６の全体厚さ、及び第２半導体層１３８の一部を介して延在し得る。トレンチ１４２は、ピクセル１１１のうちの１つ以上を画定し得る。トレンチ１４２は、例えば、ウェットエッチング、プラズマエッチング、及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの従来のエッチングプロセスを用いて形成し得る。
次に、図１Ｌを参照すると、共通コンタクト層１４０上に波長変換層１４４を形成するステップの断面図が示される。波長変換層１４４は、図１Ｊに関して記載されている波長変換層１４４と類似し得、類似の方法を使用して形成され得る。
次に、図１Ｍを参照すると、トレンチ１４２を形成する別の例を示す断面図が示される。トレンチ１４２は、一方の埋め込みトランジスタ１２４を他方から分離し得る。トレンチ１４２は、基板１２０の全体厚さ、光学的アイソレーション層１２２の全体厚さ、第１半導体層１３４の全体厚さ、活性領域１３６の全体厚さ、第２半導体層１３８の全体厚さ及び共通コンタクト層１４０の全体厚さを介して延在し得る。トレンチ１４２は、ピクセル１１１のうちの１つ以上を画定し得る。トレンチ１４２は、例えば、ウェットエッチング、プラズマエッチング、及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの従来のエッチングプロセスを用いて形成し得る。波長変換層１４４は、トレンチ１４２にわたって形成され得る。
次に、図１Ｎを参照すると、トレンチ１４２を形成する別の例を示す断面図が示される。トレンチ１４２は、一方の埋め込みトランジスタ１２４を他方から分離し得る。トレンチ１４２は、基板１２０の全体厚さ、光学的アイソレーション層１２２の全体厚さ、第１半導体層１３４の全体厚さ、活性領域１３６の全体厚さ、第２半導体層１３８の全体厚さ及び共通コンタクト層１４０の全体厚さを介して延在し得る。トレンチ１４２は、ピクセル１１１のうちの１つ以上を画定し得る。トレンチ１４２は、例えば、ウェットエッチング、プラズマエッチング、及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの従来のエッチングプロセスを用いて形成し得る。
次に、図１Ｏを参照すると、図１Ｎのトレンチ内にコンタクト１４６を形成する断面図が示される。コンタクト１４６は、図１Ｂを参照して上述したｎ型コンタクト１０４０と同様のｃであってもよく、同様の方法を用いて形成されてもよい。１つ以上のパッシベーション層１４８は、コンタクト１４６をエピタキシャル層１５０から完全に又は部分的に分離し得る。１つ以上のパッシベーション層１４８は、図１Ｂを参照して上述した１つ以上のパッシベーション層１０１９と同様であってもよく、同様の方法を使用して形成されてもよい。
次に、図１Ｐを参照すると、デバイスを形成する方法を示すフローチャートが示される。ステップ１５２において、トレンチは、基板の第１領域と基板の第２領域との間に形成され得る。第１領域は、第１埋め込みトランジスタを含み得、第２領域は、第２埋め込みトランジスタを含み得る。ステップ１５４において、トレンチは、基板上に形成された半導体層の少なくとも一部を介して形成され得る。任意のステップ１５６において、トレンチは、基板とエピタキシャル層との間の光学的アイソレーション層を介して形成されてもよい。任意のステップ１５８において、トレンチは、第１半導体層の全厚さ、活性領域の全厚さ、及び第２半導体層の一部を介して形成され得る。
図２Ａは、一実施形態におけるＬＥＤデバイス取り付け領域３１８において基板に取り付けられたＬＥＤアレイ４１０を有する電子回路基板を示す上面図である。電子回路基板はＬＥＤアレイ４１０と共に、ＬＥＤシステム４００Ａを表す。さらに、パワー電力モジュール３１２は、Ｖｉｎ４９７で電圧入力を受け取り、接続性及び制御モジュール３１６からの制御信号をトレース４１８Ｂ上で受け取り、トレース４１８Ａ上でＬＥＤアレイ４１０に駆動信号を提供する。ＬＥＤアレイ４１０は、パワーモジュール３１２からの駆動信号を介してオン及びオフにされる。図２Ａに示す実施形態では、接続性及び制御モジュール３１６は、トレース４１８Ｃを介してセンサモジュール３１４からセンサ信号を受信する。
図２Ｂは、回路基板の２つの表面に電子部品がマウントされた２チャンネル集積ＬＥＤ照明システムの一実施形態を示す。図２Ｂに示すとおり、ＬＥＤ照明システム４００Ｂは、第１表面４４５Ａを含み、第１表面４４５Ａは、その上に取り付けられたＡＣ／ＤＣコンバータ回路４１２と、調光信号及びＡＣパワー信号を受信するための入力とを有する。ＬＥＤシステム４００Ｂは、第２表面４４５Ｂを含み、第２表面４４５Ｂは、その上に取り付けられたＬＥＤアレイ４１０と、調光インターフェース回路４１５と、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路４４０Ａ及び４４０Ｂと、マイクロコントローラ４７２を有する接続性及び制御モジュール４１６（この例ではワイヤレスモジュール）とを有する。ＬＥＤアレイ４１０は、２つの独立したチャネル４１１Ａ及び４１１Ｂによって駆動される。代替的実施形態では、単一チャネルは、ＬＥＤアレイに駆動信号を提供するために用いられることができ、又は任意の数の複数チャネルは、ＬＥＤアレイに駆動信号を提供するために用いられることができる。
ＬＥＤアレイ４１０は、２つのグループのＬＥＤデバイスを含み得る。例示的な実施形態では、グループＡのＬＥＤデバイスは第１チャネル４１１Ａに電気的に結合され、グループＢのＬＥＤデバイスは第２チャネル４１１Ｂに電気的に結合される。２つのＤＣ－ＤＣコンバータ４４０Ａ及び４４０Ｂの各々は、ＬＥＤアレイ４１０内のＬＥＤＡ及びＢのそれぞれのグループを駆動するために、それぞれ単一のチャネル４１１Ａ及び４１１Ｂを介して、それぞれの駆動電流を提供し得る。ＬＥＤグループのうちの１つの中のＬＥＤは、第２ＬＥＤグループの中のＬＥＤとは異なる色点を有する光を放出するように構成され得る。ＬＥＤアレイ４１０によって放出される光の合成色点の制御は、それぞれ、個々のＤＣ／ＤＣコンバータ回路４４０Ａ及び４４０Ｂによって、単一のチャネル４１１Ａ及び４１１Ｂを介して印加される電流及び／又はデューティサイクルを制御することによって、ある範囲内で調整され得る。図２Ｂに示される実施形態は、（図２Ａに記載されるように）センサモジュールを含まないが、代替的実施形態は、センサモジュールを含み得る。
図示されたＬＥＤ照明システム４００Ｂは、ＬＥＤアレイ４１０と、ＬＥＤアレイ４１０を動作させるための回路と、が単一の電子回路基板上に設けられた統合システムである。回路基板４９９の同じ表面上のモジュール間の接続は、例えば、電圧、電流、及び、モジュール間の制御信号を交換するために、トレース４３１、４３２、４３３、４３４、及び４３５などの、表面による又は表面下の（ｂｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｒ ｓｕｂ－ｓｕｒｆａｃｅ）、相互接続又は金属化（図示せず）によって、電気的に結合され得る。回路基板４９９の対向する表面上のモジュール間の接続は、ビア及び金属化（図示せず）などの基板相互接続によって電気的に結合され得る。
実施形態によれば、ＬＥＤアレイが駆動回路及び制御回路とは別の電子回路基板上にあるＬＥＤシステムは提供され得る。他の実施形態によれば、ＬＥＤシステムは、ＬＥＤアレイを、駆動回路とは別個の電子回路基板上の電子部品の一部と共に有することができる。例えば、ＬＥＤシステムは、ＬＥＤアレイとは別個の電子回路基板上に配置されたＬＥＤモジュールとパワー変換モジュールとを含み得る。
実施形態によれば、ＬＥＤシステムは、マルチチャネルＬＥＤドライバ回路を含み得る。例えば、ＬＥＤモジュールは、埋め込まれたＬＥＤ較正及び設定データ、並びに、例えば、３つのグループのＬＥＤを含んでもよい。当業者は、任意の数のＬＥＤグループが１つ以上の用途と一致して使用され得ることを認識するであろう。各グループ内の個々のＬＥＤは、直列又は並列に配置され、異なる色点を有する光が提供され得る。例えば、暖白色光が第１ＬＥＤグループによって提供され、冷白色光が第２ＬＥＤグループによって提供され、中間色の白色光が第３グループによって提供され得る。
図２Ｃは、データバス３０４を含む車両パワー３０２を含む車両ヘッドランプシステム３００の一例を示す。センサモジュール３０７は、環境条件（例えば、周囲の光条件、温度、時間、雨、霧など）、車両条件（駐車中、動作中、速度、方向）、他の車両、歩行者、物体の存在／位置などに関するデータを提供するために、データバス３０４に接続され得る。センサモジュール３０７は、図２Ａのセンサモジュール３１４と類似又は同一であり得る。ＡＣ／ＤＣコンバータ３０５は、車両パワー３０２に接続され得る。
図２ＣのＡＣ／ＤＣコンバータ３１２は、図２ＢのＡＣ／ＤＣコンバータ４１２と同じか、又はこれに類似していてもよく、車両パワー３０２からＡＣ電力を受け取り得る。それは、ＡＣ－ＤＣコンバータ４１２について図２Ｂに記載されるように、ＡＣパワーをＤＣパワーに変換することができる。車両ヘッドランプシステム３００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０５、接続性及び制御モジュール３０６、及び／又はセンサモジュール３０７によって提供される、又はそれらに基づいて提供される１つ以上の入力を受信する活性ヘッドランプ３３０を含み得る。一例として、センサモジュール３０７は、歩行者の存在を検出するために、運転者が歩行者を見る可能性を低くする、歩行者が十分に照らされていないような歩行者の存在を検出し得る。かかるセンサ入力に基づいて、接続性及び制御モジュール３０６は、出力データが活性ヘッドランプ３３０内に収容されたＬＥＤアレイ内のＬＥＤのサブセットを作動させるように、ＡＣ／ＤＣコンバータ３０５から供給される電力を使用して、活性ヘッドランプ３３０にデータを出力することができる。ＬＥＤアレイ内のＬＥＤのサブセットは、活性化（ａｃｔｉｖａｔｅｄ）されると、センサモジュール３０７が歩行者の存在を感知した方向に光を発することができる。歩行者がもはや車両ヘッドランプシステムを含む車両の経路内にいないことを確認する更新データを、センサモジュール２０７が提供した後に、ＬＥＤのこれらのサブセットは不活性化され得、又は、そうでなければそれらの光ビーム方向が変更され得る。
図３は、アプリケーションプラットフォーム５６０、ＬＥＤシステム５５２及び５５６、ならびに光学系５５４及び５５８を含む、例示的なシステム５５０を示す。ＬＥＤシステム５５２は、矢印５６１ａと５６１ｂとの間に示される光ビーム５６１を生成する。ＬＥＤシステム５５６は、矢印５６２ａと５６２ｂとの間に光ビーム５６２を生成し得る。図３に示す実施形態では、ＬＥＤシステム５５２から放射された光は、二次光学系５５４を通過し、ＬＥＤシステム５５６から放射された光は、二次光学系５５４を通過する。代替の実施形態では、光ビーム５６１及び５６２は、任意の二次光学系を通過しない。二次光学系は、１つ以上の光ガイドであり得るか、又は１つ以上の光ガイドを含み得る。１つ以上の光ガイドは、エッジライトであり得るか、又は光ガイドの内部エッジを画定する内部開口を有し得る。ＬＥＤシステム５５２及び／又は５５６は、１つ以上の光ガイドの内部エッジ（内部開口光ガイド）又は外部エッジ（エッジライト光ガイド）に光を注入するように、１つ以上の光ガイドの内部開口に挿入され得る。ＬＥＤシステム５５２及び／又は５５６のＬＥＤは、光ガイドの一部であるベースの外周の周囲に配置され得る。実施形態によれば、ベースは熱伝導性であり得る。実施形態によれば、ベースは、光ガイドにわたって配置された放熱要素に結合され得る。放熱要素は、熱伝導性ベースを介してＬＥＤによって生成された熱を受け取り、受け取った熱を放散するように構成されてもよい。１つ以上の光ガイドは、ＬＥＤシステム５５２及び５５６によって放出される光を、例えば、勾配、面取り分布、狭い分布、広い分布、角度分布などを用いて所望の方法で成形することを可能にする。
例示的な実施形態では、システム５５０は、カメラ・フラッシュシ・システムの携帯電話、屋内住宅又は商業照明、街路照明などの屋外照明、自動車、医療装置、ＡＲ／ＶＲ装置、及びロボットデバイスであり得る。図２Ａに示されるＬＥＤシステム４００Ａ及び図２Ｃに示される車両ヘッドランプシステム３００は、例示的実施形態におけるＬＥＤシステム５５２及び５５６を示す。
アプリケーションプラットフォーム５６０は、本明細書で説明するように、ライン５６５を介するパワーバスを介して又は他の適応可能な入力を介して、ＬＥＤシステム５５２及び／又は５５６にパワーを提供し得る。さらに、アプリケーションプラットフォーム５６０は、ＬＥＤシステム５５２及びＬＥＤシステム５５６の動作のために、ライン５６５を介して入力信号を提供し得、この入力は、ユーザの入力／好み、検知された読み、予めプログラムされた、又は自律的に決定された出力などに基づき得る。１つ以上のセンサは、アプリケーションプラットフォーム５６０のハウジングの内部又は外部であり得る。代替的にあるいは付加的に、図２ＡのＬＥＤシステム４００に示されるように、各ＬＥＤシステム５５２及び５５６は、それ自体のセンサモジュール、接続性及び制御モジュール、電力モジュール、及び／又はＬＥＤデバイスを含み得る。
実施形態において、アプリケーションプラットフォーム５６０、センサ及び／又はＬＥＤシステム５５２及び／又は５５６センサは、視覚データ（例えば、ＬＩＤＡＲデータ、ＩＲデータ、カメラを介して収集されたデータなど）、音声データ、距離ベースのデータ、移動データ、環境データなど、又はそれらの組み合わせなどのデータを収集し得る。データは、物体、個人、車両などの物理的アイテム又は構成要素と関連付けられ得る。例えば、検出装置は、ＡＤＡＳ／ＡＶベースのアプリケーションのためのオブジェクト近接データを収集し得、これは、物理的なアイテム又は構成要素の検出に基づく検出及びその後の動作を優先し得る。データは、例えば、ＩＲ信号などのＬＥＤシステム５５２及び／又は５５６によって光信号を放射し、放射された光信号に基づくデータの収集に基づいて収集され得る。データは、データ収集のために光信号を放出するコンポーネントとは異なるコンポーネントによって収集され得る。続いて、検知装置は、自動車上に配置され、垂直共振器表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いてビームを放出することができる。１つ以上のセンサは、放射されたビーム又は他の任意の適用可能な入力に対する応答を検知し得る。
例示的な実施形態では、アプリケーションプラットフォーム５６０は、自動車を表し得、ＬＥＤシステム５５２及びＬＥＤシステム５５６は、自動車ヘッドライトを表し得る。様々な実施形態では、システム５５０は、ＬＥＤが選択的に活性化されて操作可能な光を提供することができる操作可能な光ビームを有する自動車を表し得る。例えば、ＬＥＤのアレイは、形状又はパターンを画定若しくは投影し、又は道路の選択された部分のみを照明するために使用され得る。例示的な実施形態では、ＬＥＤシステム５５２及び／又は５５６内の赤外線カメラ又は検出器ピクセルは、照明を必要とするシーンの部分（道路、歩行者交差など）を識別するセンサ（例えば、図２Ａ及び図２Ｃのセンサモジュール３１４に類似の）であり得る。
実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本発明の概念の意図から逸脱することなく、本明細書に記載した実施形態に修正を加え得ることを理解するであろう。したがって、本発明の範囲は、図示及び説明された特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。

Claims (28)

  1. デバイスであって、前記デバイスは、
    基板、
    前記基板上の１つ以上のエピタキシャル層、
    前記基板の第１領域内に第１埋め込みトランジスタ、及び
    前記基板の第２領域内に第２埋め込みトランジスタ、を備え、
    前記第１領域及び前記第２領域は、前記基板を完全に貫通して延在し、且つ前記１つ以上のエピタキシャル層の１つ以上の部分の中を延在するトレンチによって分離されている、
    前記第１埋め込みトランジスタは、前記基板上の前記第１領域上で前記１つ以上のエピタキシャル層によって形成される第１発光ダイオード（第１ＬＥＤ）に結合されるものであり、
    前記第２埋め込みトランジスタは、前記基板上の前記第２領域上で前記１つ以上のエピタキシャル層によって形成される第２ＬＥＤに結合されるものである、
    デバイス。
  2. 前記第１埋め込みトランジスタは、前記基板上の前記第１領域上で前記１つ以上のエピタキシャル層によって形成された第１発光ダイオード（第１ＬＥＤ）に結合されており、
    前記第２埋め込みトランジスタは、前記基板上の前記第２領域上で前記１つ以上のエピタキシャル層によって形成された第２ＬＥＤに結合されている、
    請求項１記載のデバイス。
  3. 前記デバイスはさらに、
    前記１つ以上のエピタキシャル層と前記基板の前記第１領域との間の第１光学的アイソレーション層、及び
    前記１つ以上のエピタキシャル層と前記基板の前記第２領域との間の第２光学的アイソレーション層、を備える、
    請求項２記載のデバイス。
  4. 前記１つ以上のエピタキシャル層は、
    第１半導体層、及び
    前記第１半導体層が前記基板と第２半導体層との間にある、第２半導体層、及び
    前記第１半導体層と前記第２半導体層との間の活性領域、を備える、
    請求項２記載のデバイス。
  5. 前記トレンチは、第１半導体層の少なくとも一部を介して延在する、
    請求項４記載のデバイス。
  6. 前記トレンチは、前記第１半導体層の全体厚さ、前記活性領域の全体厚さ、及び前記第２半導体層の一部を介して延在する、
    請求項４記載のデバイス。
  7. 前記デバイスはさらに、
    前記１つ以上のエピタキシャル層が前記基板と共通コンタクト層との間にある、共通コンタクト層を備える
    請求項２記載のデバイス。
  8. 前記トレンチは、前記１つ以上のエピタキシャル層及び前記共通コンタクト層の全体厚さを介して延在する、
    請求項７記載のデバイス。
  9. 前記デバイスはさらに、
    前記トレンチ内のコンタクト、及び
    前記コンタクトと前記基板と前記エピタキシャル層の１つ以上の部分との間のパッシベーション層、を備える、
    請求項８記載のデバイス。
  10. 前記デバイスはさらに、
    前記共通コンタクト層が前記１つ以上のエピタキシャル層と波長変換層との間にある、
    波長変換層、を備える、
    請求項７記載のデバイス。
  11. （ｉ）前記第１ＬＥＤ及び前記第２ＬＥＤは１００μｍ未満の幅であるか、又は
    （ｉｉ）前記トレンチは２０μｍ未満の幅である、
    請求項２記載のデバイス。
  12. ＬＥＤアレイであって、前記ＬＥＤアレイは、
    基板、
    前記基板の第１領域内の第１埋め込みトランジスタ、
    前記基板の第２領域内の第２埋め込みトランジスタであって、前記基板の前記第１領域及び前記第２領域は、前記基板を完全に貫通して延在し、且つ前記基板上の第１半導体層の少なくとも一部の中を延在するトレンチによって分離されている、第２埋め込みトランジスタ、
    前記第１半導体層の部分を含み、前記第１埋め込みトランジスタと結合され、前記基板の前記第１領域上に配置された第１ＬＥＤ、及び
    前記第１半導体層の部分を含み、前記第２埋め込みトランジスタに結合され、前記基板の前記第２領域上に配置された第２ＬＥＤ、
    を備える、ＬＥＤアレイ。
  13. 前記ＬＥＤアレイはさらに、
    前記第１半導体層と前記基板の前記第１領域との間の第１光学的アイソレーション層、及び
    前記第１半導体層と前記基板の前記第２領域との間の第２光学的アイソレーション層、
    を備える、
    請求項１２記載のＬＥＤアレイ。
  14. 前記第１ＬＥＤ及び前記第２ＬＥＤのそれぞれは、
    前記第１半導体層の対応する領域、
    前記第１半導体層が前記基板と第２半導体層との間にある、前記第２半導体層の対応する部分、
    前記第１半導体層と前記第２半導体層との間の活性領域の対応する部分、を備える、
    請求項１２記載のＬＥＤアレイ。
  15. 前記トレンチは、前記第１半導体層の全体厚さ、前記活性領域の全体厚さ、及び前記第２半導体層の一部を介して延在する、
    請求項１４記載のＬＥＤアレイ。
  16. 前記ＬＥＤアレイはさらに、
    前記第２ＬＥＤが前記基板と共通コンタクト層との間にある、共通コンタクト層を備える
    請求項１２記載のＬＥＤアレイ。
  17. 前記トレンチは、前記第１ＬＥＤ及び前記第２ＬＥＤの全体厚さ、前記共通コンタクト層の全体厚さを介して延在する、
    請求項１６記載のＬＥＤアレイ。
  18. 前記ＬＥＤアレイはさらに、
    前記トレンチ内のコンタクト、及び
    前記コンタクトと、前記基板と、前記第１ＬＥＤ及び前記第２ＬＥＤの１つ以上の部分との間のパシベーション層を備える、
    請求項１７記載のＬＥＤアレイ。
  19. 前記ＬＥＤアレイはさらに、
    波長変換層を備え、前記波長変換層は、前記共通コンタクト層が前記第１ＬＥＤ及び前記第２ＬＥＤと波長変換層との間に配置されるように配置されている、
    請求項１６記載のＬＥＤアレイ。
  20. （ｉ）前記第１ＬＥＤ及び前記第２ＬＥＤは１００μｍ未満の幅であるか、又は
    （ｉｉ）前記トレンチは２０μｍ未満の幅である、
    請求項１２記載のＬＥＤアレイ。
  21. デバイスを製造する方法であって、前記方法は、
    基板を用意するステップであって、
    （ｉ）前記基板内に第１埋め込みトランジスタを有する前記基板の第１領域と、（ｉｉ）前記基板内に第２埋め込みトランジスタを有する前記基板の第２領域とを有する、ステップと、
    前記第１領域及び第２領域を有する前記基板上に１つ以上のエピタキシャル層を形成するステップと、
    前記第１領域と前記第２領域との間にトレンチを形成するステップであって、前記トレンチは、前記基板から前記エピタキシャル層まで、前記基板を完全に貫通して延在し、且つ前記基板上の前記１つ以上のエピタキシャル層の１つ以上の部分の中を延在する、ステップと、を含み、
    前記第１埋め込みトランジスタは、前記基板上の前記第１領域上に前記１つ以上のエピタキシャル層によって形成される第１発光ダイオード（ＬＥＤ）に結合され、
    前記第２埋め込みトランジスタは、前記基板上の前記第２領域上で前記１つ以上のエピタキシャル層によって形成される第２ＬＥＤに結合される、
    方法。
  22. 前記方法はさらに、
    前記基板と前記１つ以上のエピタキシャル層との間の光学的アイソレーション層を介して前記トレンチを形成するステップを含む、
    請求項２１記載の方法。
  23. 前記１つ以上のエピタキシャル層は、
    第１半導体層、
    前記第１半導体層が前記基板と第２半導体層との間にある、第２半導体層、及び
    前記第１半導体層と前記第２半導体層との間の活性領域、を有する、
    請求項２１記載の方法。
  24. 前記方法はさらに、
    前記第１半導体層の全体厚さ、前記活性領域の全体厚さ、及び前記第２半導体層の一部を介して延在する前記トレンチを形成するステップを含む、
    請求項２３記載の方法。
  25. 前記１つ以上のエピタキシャル層が前記基板と共通コンタクト層との間にある、共通コンタクト層を設け、
    前記トレンチは、前記１つ以上のエピタキシャル層及び前記共通コンタクト層の全体厚さを介して延在する、
    請求項２１記載の方法。
  26. 前記方法はさらに、
    前記基板及び前記エピタキシャル層の１つ以上の部分の上の前記トレンチ内部にパッシベーション層を形成するステップと、
    前記パッシベーション層がコンタクトと前記基板と前記１つ以上のエピタキシャル層の１つ以上の部分との間にある、コンタクトを前記トレンチ内に形成するステップと、を備える、
    請求項２５記載の方法。
  27. 前記方法はさらに、
    前記共通コンタクト層を前記１つ以上のエピタキシャル層と波長変換層との間に配置するように前記波長変換層を形成するステップを備える、
    請求項２５記載の方法。
  28. （ｉ）前記第１ＬＥＤ及び前記第２ＬＥＤは１００μｍ未満の幅であるか、又は
    （ｉｉ）前記トレンチは２０μｍ未満の幅である、
    請求項２１記載の方法。
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