JP7449584B2 - 光抽出が高められた発光ダイオードを備えた光電子デバイス - Google Patents
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Description
面を有する支持体と、
前記面上に載置されて、ワイヤ、円錐又は円錐台の形態の半導体素子を有する発光ダイオードと、
前記発光ダイオード又は一群の発光ダイオード毎に設けられて、前記発光ダイオードによって放射される放射線を少なくとも部分的に通して前記発光ダイオード又は前記一群の発光ダイオードを覆う封止ブロックと
を備えており、
前記封止ブロックの最大の厚さが1μm~30μmの範囲内であり、隣り合う発光ダイオード又は隣り合う群の発光ダイオードを覆う前記封止ブロック間に空隙が存在し、
前記光電子デバイスは、前記封止ブロックを覆って各発光ダイオードと接している導電層を更に備えており、
前記発光ダイオードの内の少なくとも1つ又は前記群の発光ダイオードの内の1つを覆う前記封止ブロックの屈折率が1.3 ~1.6 の範囲内であることを特徴とする光電子デバイスを提供する。
面を有する支持体と、
前記面上に載置されて、ワイヤ、円錐又は円錐台の形態の半導体素子を有する発光ダイオードと、
前記発光ダイオード又は一群の発光ダイオード毎に設けられて、前記発光ダイオードによって放射される放射線を少なくとも部分的に通して前記発光ダイオード又は前記一群の発光ダイオードを覆う封止ブロックと
を備えており、
前記封止ブロックの最大の厚さが1μm~30μmの範囲内であり、隣り合う発光ダイオード又は隣り合う群の発光ダイオードを覆う前記封止ブロック間に空隙が存在し、
前記光電子デバイスは、前記封止ブロックを覆って各発光ダイオードと接している導電層を更に備えており、
前記光電子デバイスは、前記封止ブロックの少なくとも1つに、前記封止ブロックを覆って前記発光ダイオードによって放射される放射線を少なくとも部分的に通す共形的な誘電体層を備えており、
前記封止ブロックの屈折率が1.8 ~2.2 の範囲内であり、前記誘電体層の厚さが200 nm~5μmの範囲内であり、前記誘電体層の屈折率が1.3 ~1.6 の範囲内であることを特徴とする光電子デバイスを提供する。
- 下面11及び上面12を有する導電性の支持体10(上面12は好ましくは少なくとも発光ダイオードの位置で平坦である)、
- 側壁18、下端壁19及び上端壁20を有するワイヤ16と、側壁18を少なくとも部分的に覆って下端壁19を完全に覆う半導体層の積層体を有するシェル22とを夫々有している発光ダイオードDEL (1つの発光ダイオードが図1に概略的に示されている)、
- 発光ダイオードDEL 毎に設けられて、第1の電極を形成してシェル22を覆ってシェル22と接している導電層24であって、ワイヤ16の下端壁19を覆うシェル22の部分と支持体10との間に置かれて支持体10と接している導電層24、
- 発光ダイオードDEL 毎に設けられて、支持体10上に載置されて発光ダイオードDEL を完全に囲み発光ダイオードDEL の側壁全体に沿って第1の電極24と接している絶縁性の封止ブロック25であって、上面26及び側壁27を有している封止ブロック25、
- 封止ブロック25の周りで支持体10の上面12に亘って延びている絶縁層14、
- 発光ダイオードDEL 毎に設けられて、封止ブロック25の上面26及びワイヤ16の上端壁20の一部に亘って延びている絶縁層28(ワイヤ16は、上端壁20で絶縁層28を通って延びている突出部29を有している)、
- 第2の電極を形成して、発光ダイオード毎に、関連付けられた封止ブロック25と、関連付けられた絶縁層28と、封止ブロック25間の絶縁層14とに亘って延びており、各発光ダイオードDEL の突出部29と接している導電層30、並びに
- 導電層30を覆って、特に封止ブロック25の上面26全体及び封止ブロック25の側壁27全体を覆う絶縁層32
を有する構造を示す。
- 関連付けられたワイヤ16の側壁18及び下端壁19全体を少なくとも部分的に覆うアクティブ層、
- アクティブ層を覆うワイヤ16の導電型と反対の導電型の中間層、並びに
- 中間層を覆って、電極層24で覆われている連結層
を特に含む複数の層の積層体を有することができる。
シード層としても知られている核生成層72と、核生成層72を覆う電気絶縁層74であって、発光ダイオードDEL が形成される所望の位置で核生成層72の一部を露出する貫通開口部76を有する電気絶縁層74とによって覆われた基板70上に発光ダイオードDEL を形成することができる。シード層72は、ワイヤの成長を刺激する層である。シード層72、ワイヤ16、シェル22及び電極層30を、化学蒸着法(CVD) 又は有機金属気相エピタキシ法(MOVPE) としても知られている有機金属化学蒸着法(MOCVD) によって堆積させることができる。しかしながら、分子線エピタキシ法(MBE) 、ガスソースMBE 法(GSMBE) 、有機金属MBE 法(MOMBE) 、プラズマ支援MBE 法(PAMBE) 、原子層エピタキシ法(ALE) 、ハイドライド気相エピタキシ法(HVPE)のような方法又は原子層堆積法(ALD) のような方法を使用することができる。更に、蒸着法又は反応性スパッタリング法のような方法を使用することができる。発光ダイオードを製造する更に詳細な方法は、米国特許第9537044 号明細書に記載されている。封止ブロック25を構成する材料の封止層78を、例えばスピン堆積法、ジェット印刷法又はシルクスクリーン法によって構造全体に堆積させる。封止層78が酸化物である場合、封止層78をCVD によって堆積させることができる。電極層30の一部を封止層78の表面で露出させる。
ハンドル79への固定を分子接合によって又は中間接合材料を使用して行うことができる。基板70の除去を化学機械平坦化(CMP) によって行うことができる。封止ブロック25及び絶縁層28の画定を可能にする切断をエッチング又は切り出しによって行うことができる。
固定を「フリップチップ」タイプの連結によって行うことができる。更なる実施形態によれば、固定を、支持体10上に設けられた導電性パッド52への発光ダイオードの分子接合とも称される直接接合によって行うことができる。図13に示されているように、図12に示されている構造の特定の発光ダイオードのみを支持体10に固定する。図14は、全ての発光ダイオードを支持体10上の所望の位置に固定したときに得られた結果を示す。
図14に示されている構造全体に亘って絶縁層を共形堆積させ、絶縁層14を形成するためにこの共形層の一部を取り除くことにより、絶縁層14を形成することができる。
切断をエッチング又は切り出しによって行うことができる。
固定を、図13に関連して工程3)で前述したように行うことができる。
Claims (16)
- 光電子デバイスであって、
面を有する支持体と、
前記面上に載置されて、ワイヤ、円錐又は円錐台の形態の半導体素子を有する発光ダイオードと、
前記発光ダイオード又は一群の発光ダイオード毎に設けられて、前記発光ダイオードによって放射される放射線を少なくとも部分的に通して前記発光ダイオード又は前記一群の発光ダイオードを覆う封止ブロックと
を備えており、
前記封止ブロックの最大の厚さが1μm~30μmの範囲内であり、隣り合う発光ダイオード又は隣り合う群の発光ダイオードを覆う前記封止ブロック間に空隙が存在し、
前記光電子デバイスは、前記封止ブロックを覆って各発光ダイオードと接している導電層を更に備えており、
前記発光ダイオードの内の少なくとも1つ又は前記群の発光ダイオードの内の1つを覆う前記封止ブロックの屈折率が1.3 ~1.6 の範囲内であることを特徴とする光電子デバイス。 - 光電子デバイスであって、
面を有する支持体と、
前記面上に載置されて、ワイヤ、円錐又は円錐台の形態の半導体素子を有する発光ダイオードと、
前記発光ダイオード又は一群の発光ダイオード毎に設けられて、前記発光ダイオードによって放射される放射線を少なくとも部分的に通して前記発光ダイオード又は前記一群の発光ダイオードを覆う封止ブロックと
を備えており、
前記封止ブロックの最大の厚さが1μm~30μmの範囲内であり、隣り合う発光ダイオード又は隣り合う群の発光ダイオードを覆う前記封止ブロック間に空隙が存在し、
前記光電子デバイスは、前記封止ブロックを覆って各発光ダイオードと接している導電層を更に備えており、
前記光電子デバイスは、前記封止ブロックの少なくとも1つに、前記封止ブロックを覆って前記発光ダイオードによって放射される放射線を少なくとも部分的に通す共形的な誘電体層を備えており、
前記封止ブロックの屈折率が1.8 ~2.2 の範囲内であり、前記誘電体層の厚さが200 nm~5μmの範囲内であり、前記誘電体層の屈折率が1.3 ~1.6 の範囲内であることを特徴とする光電子デバイス。 - 前記発光ダイオード又は一群の発光ダイオード毎に、前記封止ブロックは、前記発光ダイオードの側壁全体に沿って前記発光ダイオード又は前記一群の各発光ダイオードを覆っていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電子デバイス。
- 前記誘電体層は前記導電層と前記封止ブロックとの間に配置されているか、又は前記導電層は、前記誘電体層と前記封止ブロックとの間に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の光電子デバイス。
- 各半導体素子はIII-V 族化合物であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1つに記載の光電子デバイス。
- 各半導体素子は窒化ガリウムを含んでいることを特徴とする請求項5に記載の光電子デバイス。
- 各半導体素子の平均直径が200 nm~2μmの範囲内であり、各封止ブロックの平均直径が3μm~30μmの範囲内であることを特徴とする請求項1~6のいずれか1つに記載の光電子デバイス。
- 少なくとも1つの発光ダイオードに、前記封止ブロックを覆う光輝性層を更に備えており、
前記光輝性層は、前記発光ダイオードによって放射される放射線の波長とは異なる波長で放射線を放射するように構成されていることを特徴とする請求項1~7のいずれか1つに記載の光電子デバイス。 - 前記封止ブロックを覆うレンズを更に備えており、前記レンズ間に空隙が存在することを特徴とする請求項1~8のいずれか1つに記載の光電子デバイス。
- 前記レンズを覆う角度フィルタを更に備えており、
前記角度フィルタは、前記面に直交する方向に対する入射角が第1の入射角範囲内である放射線を遮断して、前記入射角が前記第1の入射角範囲とは異なる第2の入射角範囲内である放射線を通すように構成されていることを特徴とする請求項9に記載の光電子デバイス。 - 前記角度フィルタは、可視光線を少なくとも部分的に通さず、開口部を有する層を有していることを特徴とする請求項10に記載の光電子デバイス。
- 面を有する支持体と、前記面上に載置されてワイヤ、円錐又は円錐台の形態の半導体素子を有する発光ダイオードとを備えた光電子デバイスを製造する方法であって、
前記発光ダイオード又は一群の発光ダイオード毎に、前記発光ダイオードによって放射される放射線を少なくとも部分的に通して前記発光ダイオード又は前記一群の発光ダイオードを覆う封止ブロックを形成し、
前記封止ブロックを覆って各発光ダイオードと接する導電層を形成し、
前記封止ブロックの最大の厚さが1μm~30μmの範囲内であり、隣り合う発光ダイオード又は隣り合う群の発光ダイオードを覆う前記封止ブロック間に空隙が存在し、
前記発光ダイオードの内の少なくとも1つ又は前記群の発光ダイオードの内の1つを覆う前記封止ブロックの屈折率が1.3 ~1.6 の範囲内であることを特徴とする方法。 - 面を有する支持体と、前記面上に載置されてワイヤ、円錐又は円錐台の形態の半導体素子を有する発光ダイオードとを備えた光電子デバイスを製造する方法であって、
前記発光ダイオード又は一群の発光ダイオード毎に、前記発光ダイオードによって放射される放射線を少なくとも部分的に通して前記発光ダイオード又は前記一群の発光ダイオードを覆う封止ブロックを形成し、
前記封止ブロックを覆って各発光ダイオードと接する導電層を形成し、
前記封止ブロックの最大の厚さが1μm~30μmの範囲内であり、隣り合う発光ダイオード又は隣り合う群の発光ダイオードを覆う前記封止ブロック間に空隙が存在し、
前記光電子デバイスは、前記封止ブロックの少なくとも1つに、前記封止ブロックを覆って前記発光ダイオードによって放射される放射線を少なくとも部分的に通す共形的な誘電体層を備えており、前記封止ブロックの屈折率が1.8 ~2.2 の範囲内であり、前記誘電体層の厚さが200 nm~5μmの範囲内であり、前記誘電体層の屈折率が1.3 ~1.6 の範囲内であることを特徴とする方法。 - 前記発光ダイオード又は一群の発光ダイオード毎に、前記封止ブロックは、前記発光ダイオードの側壁全体に沿って前記発光ダイオード又は前記一群の各発光ダイオードを覆っていることを特徴とする請求項12又は13に記載の方法。
- 前記封止ブロックを覆うレンズを形成することを特徴とする請求項12~14のいずれか1つに記載の方法。
- 凹部を夫々有するレンズを有する一体構造を形成し、
前記一体構造を前記支持体に固定し、
前記封止ブロックを前記凹部に挿入することを特徴とする請求項15に記載の方法。
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