KR102672299B1 - 자체(in situ) 실시간 강도 모니터링을 위한 일체형으로 통합된 광감지기들을 구비한 발광 다이오드(LED) - Google Patents

자체(in situ) 실시간 강도 모니터링을 위한 일체형으로 통합된 광감지기들을 구비한 발광 다이오드(LED) Download PDF

Info

Publication number
KR102672299B1
KR102672299B1 KR1020187036350A KR20187036350A KR102672299B1 KR 102672299 B1 KR102672299 B1 KR 102672299B1 KR 1020187036350 A KR1020187036350 A KR 1020187036350A KR 20187036350 A KR20187036350 A KR 20187036350A KR 102672299 B1 KR102672299 B1 KR 102672299B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
emitting diode
light emitting
photodetector
light
transparent substrate
Prior art date
Application number
KR1020187036350A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190008562A (ko
Inventor
호이 와이 초이
콰이 헤이 리
하이타오 루
Original Assignee
더 유니버시티 오브 홍콩
Filing date
Publication date
Application filed by 더 유니버시티 오브 홍콩 filed Critical 더 유니버시티 오브 홍콩
Priority claimed from PCT/CN2016/082320 external-priority patent/WO2017197576A1/en
Publication of KR20190008562A publication Critical patent/KR20190008562A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102672299B1 publication Critical patent/KR102672299B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/14—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the light source or sources being controlled by the semiconductor device sensitive to radiation, e.g. image converters, image amplifiers or image storage devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0756—Stacked arrangements of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/125—Composite devices with photosensitive elements and electroluminescent elements within one single body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure

Abstract

장치는 동일한 반도체 플랫폼 상에 광감지기가 통합된 발광 다이오드(LED)를 포함하여, 광감지기에 의해 생성된 광전류가 LED의 광출력을 모니터링하는데 사용될 수 있으며, LED는 광감지기에 인접하여 위치한다. 장치는 LED 방출을 모니터링하기 위한 조밀하고, 튼튼하며, 신뢰성있는 그리고 저비용의 방법을 제공한다.

Description

자체(in situ) 실시간 강도 모니터링을 위한 일체형으로 통합된 광감지기들을 구비한 발광 다이오드(LED)
본 발명은 발광 다이오드(LED) 장치들에 관한 것이다.
고체상(solid-state) 조명 장치들의 성능은 최근 들어 높은 발광 효율 및 긴 수명을 가진 발광 다이오드(LED)들의 발달 덕택에 크게 발전되었다. 그러나, 초기 조명 장치들이 그러하였듯이 LED 출력 강도의 점진적인 감소는, 비록 훨씬 느리게 일어날지라도, 피할 수가 없다.
특히, LED들의 열화 메커니즘은 매우 온도-의존적인데, 상승한 접합점 온도(junction temperature)가 조명 출력의 감소 및 그에 따른 칩 열화의 가속화를 야기하기 때문이다. 게다가, 광원 내의 개별 LED들은 그들이 동일한 환경적 요인들에 놓여 있는 경우일지라도 서로 다른 열화율들을 보인다. 그러한 조명 출력의 장기적인 변동(drift)은 예컨대, 가정용 램프들이나 실외 디스플레이들과 같은 복수의 LED들로 구성되는 전형적인 조명 제품들에 있어서 가장 중요한 도전 중의 하나이다. 일부 경우에, LED-기반의 조명 장치들은 충분한 수준의 밝기나 발광 균일성을 만들어내지 못하고, 제조업체가 지정한 예상값보다 훨씬 짧은 수명으로 이어진다. LED 발광에 의해 만들어지는 발산 각도가 본질적으로 크기 때문에, LED-기반 조명 장치의 전반적인 발광 패턴은 도 1에 도시된 것과 같이 복수의 LED들로부터의 발산 원추(emission cone)들을 오버래핑한 조합이다. 그 결과로서, 개별적인 LED들로부터의 이산적인(discrete) 강도 가변성은 전반적인 발광 패턴에서의 비-균질성을 야기할 것이다.
전술한 범용적인 조명 장치들과 달리, 섬유 광원나 실내 농업 및 온실 조명과 같은 다른 LED-기반 애플리케이션들은 광원들이 정전기 파괴, 전극 열화, 및 다른 열 및 습기 관련 문제들을 포함하는 요인들에 의해 초래되는 단기적 환경 변화들에 대항하여 고도로 안정적일 것(즉, 개별 LED들의 강도 변동이 없을 것)을 요구할 수 있다. 복수의 LED 출력에서 강도 변화를 모니터링하는 한가지 방법은 특정 각도에서 LED들을 향하는 별개의 광감지기(photodetector)를 제공하는 것이다(도 1).
쇼트키(Schottky) 장벽 광다이오드들, p-n, p-i-n, 금속-반도체-금속(metal-semiconductor-metal, MSM), 금속-절연체-반도체(metal-insulator-semiconductor, MIS), 및 고전자 이동도 트랜지스터(high-electron-mobility transistor, HFET) 센서들과 같은 일련의 반도체 광감지기들이 이런 용도로 사용할 수 있도록 만들어졌음에도 불구하고, 광원 위에 칩 캐리어 패키지들(chip carrier packages)과 함께 광감지기를 오프-칩(off-chip)으로 통합하는 것은 광감지기의 감지 각도를 유지하기 위한 몇가지 큰 부피의 기계적 구성요소들을 사용할 것을 요구하고, 조명 출력의 감소 및 비-균질적인 방출을 이끌어낸다. 좁은 발산각들을 가진 LED 광원들에 장황한 광감지기 구성들을 통합하는 것은 특히나 도전적일 수 있다.
이에 더하여, 현존하는 해결책들은 오직 단일 위치 및/또는 각도에서만 유효하고 따라서 복수의 개별 LED들로부터의 광도 변화들을 감지할 수 없다. 게다가, 전체적인 오프-칩 시스템은 쇼크나 진동과 같은 다른 예상치 못한 환경 요인들에 민감하여, 장치 전반의 신뢰성을 잠재적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명은 자체 실시간 강도 모니터링을 위한 일체형으로 통합된 광감지기들을 구비한 발광 다이오드(LED)를 제공하는 것을 목적으로 한다.
예시적인 실시예에서, 본 발명은 발광 다이오드 장치를 제공한다. 발광 다이오드 장치는: 빛을 방출하도록 구성된, 발광 다이오드; 및 발광 다이오드에 의해 방출된 빛을 수신하고 발광 다이오드의 광도에 대응하는 전류를 생성하도록 구성된 광감지기;를 포함한다. 발광 다이오드와 광감지기는 단일 반도체 플랫폼에 대응하는 발광 다이오드 장치의 동일한 레이어에 적층된다.
다른 예시적인 실시예에서, 본 발명은 복수의 발광 다이오드 장치들을 포함하는 장치를 제공한다. 각각의 발광 다이오드 장치들은: 빛을 방출하도록 구성된, 발광 다이오드; 및 발광 다이오드에 의해 방출된 빛을 수신하고 발광 다이오드의 광도에 대응하는 전류를 생성하도록 구성된 광감지기;를 포함한다. 발광 다이오드와 광감지기는 단일 반도체 플랫폼에 대응하는 발광 다이오드 장치의 동일한 레이어에 적층된다.
또다른 예시적인 실시예에서, 본 발명은 발광 다이오드 장치를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은: n-타입 반도체 레이어를 기판의 윗면에 증착하는 단계; 활성 레이어를 n-타입 반도체 레이어 상에 증착하는 단계로서, 활성 레이어는 복수의 양자 우물들을 포함하는 단계; p-타입 반도체 레이어를 활성 레이어 상에 증착하는 단계; n-타입 반도체, 활성 및 p-타입 반도체 레이어들을 에칭하여 발광 다이오드와 광감지기 사이의 트렌치들을 형성하는 단계로서, 상기 발광 다이오드 및 광감지기는 트렌치들에 의해 서로 간에 전기적으로 절연되는 단계;를 포함한다.
본 발명은 예시적인 도면들에 기초하여 이하에서 더 상세하게 기술될 것이다. 본 발명은 예시적인 실시예들로 한정되지 않는다. 여기에 설명된 및/또는 도시된 모든 특징들은 본 발명의 실시예들에서 단독으로 또는 상이한 조합들로 조합되어 사용될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들의 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 뒤따르는 상세한 설명을 읽음으로서 명백해 질 것이며, 도면들은 이하의 내용을 도시한다:
도 1은 오프-칩 광감지기를 구비한 LED 어레이(LED array)의 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 일체형으로 통합된 LED-광감지기 장치를 제조하는 포토리소그래피 공정을 묘사하는 개념 다이어그램이다. 도 2의 (a) 부분은 ITO 레이어로 코팅된 시작 LED 웨이퍼(starting LED wafer)를 도시한다. 도 2의 (b) 부분은 메사 정의(mesa definition)의 결과 및 ICP 에칭을 도시한다. 도 2의 (c) 부분은 E-빔 증착(E-beam evaporation)에 의해 적층된 메탈 패드 코팅(metal pad coating)을 보여준다. 도 2의 (d) 부분은 LED와 광감지기 사이의 분리를 도시한다.
도 3은 광선(light beam)들이 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 LED, 사파이어 기판, 및 광감지기 내에서 광선 빔이 지나가는 다양한 각도들을 도시한 개념 다이어그램이다.
도 4의 (a) 부분은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 통합된 LED-광감지기 장치의 작동의 현미경 사진이다.
도 4의 (b) 부분은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 온-칩(on-chip) 광감지기의 전기발광(electroluminescence, EL) 스펙트럼(그래프의 중앙 근처에 피크가 있는 선) 및 스펙트럼 응답도(그래프의 위쪽, 좌측편 근처에서 시작하는 사각형)를 나타낸 것이다.
도 5의 (a) 부분은 LED와 통합된 예시적인 온-칩 광감지기의 각각 어두울 때와 빛이 날 때 측정된 I-V 특성들을 도시한 그래프이다.
도 5의 (b) 부분은 예시적인 장치의 작동 시간의 함수로 광출력 전력(사각형 그래프 점들을 가진, 더 높게 그려진 선) 및 광전류(원형 그래프 점들을 가진, 더 낮게 그려진 선)의 그래프를 보여준다.
도 5의 (c) 부분은 광전류(암페어) 대 LED 전류(밀리암페어)의 그래프를 보여준다.
도 6의 (a) 부분 및 (b) 부분은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 그 표면에 인광 물질(phosphor)이 증착된 장치의 현미경 사진이다.
도 6의 (c) 부분은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 인광 물질을 구비한 패키징된 장치의 EL 스펙트럼을 보여준다.
도 7은 멀티-칩 구성(도 7의 (a) 부분) 및 칩-쌓기 구성(도 7의 (b) 부분)으로 배열된 일체형으로 통합된 온-칩 광감지기들을 구비한 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드들의 개념 다이어그램이다. 도 7의 (a) 부분에 묘사되어 있듯이, 청색 LED는 좌측에, 녹색 LED는 상측에, 그리고 적색 LED는 우측에 있다. 도 7의 (b) 부분에 도시되어 있듯이, 청색 LED는 상단에, 녹색 LED는 청색 LED 밑에, 적색 LED는 녹색 LED 밑에 있다.
도 8은 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한, GaN-기반 반도체 플랫폼을 포함하는 일체형으로 통합된 LED-광감지기 장치를 보여준다.
도 9는 광전류(암페어) 대 전압(볼트)의 그래프를 보여준다.
도 10의 (a) 부분 및 (b) 부분은 각각 멀티-칩 구성(도 10의 (a) 부분) 및 칩-쌓기 구성(도 10의 (b) 부분)으로 배열된 일체형으로 통합된 광감지기들을 구비한 적색, 녹색 및 청색광을 방출하는 마이크로-디스플레이들의 개념 다이어그램이다. 도 10의 (a) 부분에 묘사된 것과 같이, 묘사된 것과 같은 최상층 LED로 시작하여, 첫번째 좌-우 줄은 적색 LED들을 보여주며, 그 밑의 다음 줄은 녹색 LED들을, 이어서 청색, 적색, 녹색 및 청색 LED들이 그 순서대로 보여진다. 도 10의 (b) 부분에 도시되었듯이, 청색 LED의 배열이 맨 위에 있고, 그 청색 LED 배열 밑에 녹색 LED 배열이 있고, 녹색 LED 배열 밑에 적색 LED 배열이 있다.
도 11a는 전압(V) 대 전류(mA)의 그래프를 보여준다; 도 11b는 EL 강도(a.u.) 대 파장(nm)의 그래프를 보여준다; 그리고 도 11c는 스펙트럼 폭(nm) 대 전류(mA)의 그래프를 보여준다.
<관련 출원들에의 상호 참조>
본 출원은 2016년 5월 17일에 출원된 국제출원 PCT/CN2016/082320의 국내 단계 출원으로서, 상기 국제출원의 전체를 참조로서 여기에 통합한다. 국제 출원은 PCT 21조 2항에 따라 영어로 2017년 11월 23일에 WO2017/197576 A1로 간행되었다.
<구체적인 설명>
본 발명의 예시적인 실시예들은 광감지기들에 의해 출력이 효율적으로 모니터링될 수 있는 통합된 발광 다이오드(LED) 장치들을 제공한다. 본 발명의 예시적인 실시예들은 LED 조명 애플리케이션에 관한 장치들 및 이를 제조하는 방법들을 제공한다. 일부 실시예에서, 장치는 동일한 반도체 플랫폼 상에 광감지기가 통합된 LED를 포함할 수 있으며, 광감지기에 의해 생성된 광전류가 LED의 광출력을 모니터링하는 데 사용될 수 있고, LED는 광감지기에 인접하게 위치한다. 유리하게도, 본 발명에 예시적인 실시예들은 저비용으로 접할 수 있는, LED 방출을 모니터링할 수 있는 조밀하고, 튼튼하며, 신뢰성 있는 광감지기를 제공할 수 있다.
예시적인 일 실시예에서, 전자 장치는 단일 반도체 플랫폼 상에 집적되고 서로 간에 인접하게 위치하는 LED와 광감지기를 포함하고, 그 광감지기에 의해 생성된 전류는 LED의 광출력을 모니터링하는데 사용될 수 있다. LED 다이오드와 광감지기는 단일 반도체 플랫폼 상에 일체형으로(monolithically) 제조될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 전자 장치를 제조하는 방법은: n-타입 반도체 레이어를 바닥면에 코팅을 구비한 기판의 윗면에 적층하는 단계; 상기 기판 상에 활성 레이어를 적층하되, 상기 활성 레이어는 복수의 양자 우물(quantum well)들을 포함하는 단계; p-타입 반도체 레이어를 상기 활성 레이어 상에 적층하는 단계; 전류 확산 레이어(current spreading layer)를 상기 활성 레이어 상에 적층하는 단계; 포토레지스트 레이어(layer of photoresist)를 상기 전류 확산 레이어 상에 적층하는 단계; 상기 포토레지스트 레이어를 형성될 LED의 크기 및 위치를 정의하고 형성될 감광지기의 크기 및 위치를 정의하는 미리-정해진 패턴에 따라 마스킹(masking)하는 단계; 상기 마스킹된 포토레지스트를 UV광에 노광(exposing)하는 단계; 상기 UV-노광된 전자 장치의 표면을 포토레지스트 현상액 욕조 속에서 현상하여 LED와 광감지기를 형성하는 단계; 및 표면 상의 마스킹되지 않은 영역들을 에칭(etch)하여, LED와 광감지기 사이의 전기적 절연을 제공하도록 구성된 접촉 패드들과 트렌치(trench)들을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 발광 다이오드(LED) 조명 애플리케이션에 관한 장치들 및 그 제작 방법을 제공한다. 일부 실시예에서, 장치는 동일 반도체 플랫폼 상에 광감지기가 통합된 LED를 포함할 수 있어서, 그 광감지기에 의해 생성된 광전류가 LED의 광출력을 모니터링하는데 사용될 수 있고, LED는 광감지기에 인접해서 위치한다. 유리하게도, 본 발명에 예시적인 실시예들은 저비용으로 접할 수 있는, LED 방출을 모니터링할 수 있는 조밀하고, 튼튼하며, 신뢰성 있는 광감지기를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, LED와 광감지기는 동일 반도체 구조를 가진다. 발광(luminesce)과 흡광(absorption)이 상보적인 절차들(complementary processes)이기 때문에, 빛을 방출하도록 의도된 LED는 동시에 광흡수에 의해서 전자-정공 쌍들이 생성되고, 전극 사이의 상당한 광전류 흐름을 만들내는 광감지기로 기능할 수 있다. 장치의 한 영역을 광감지기로 정의함으로써, 생성된 광전류는 동일한 장치 상에 위치한 LED의 광출력을 모니터링하는데 활용될 수 있다.
일부 실시예에서, LED와 광감지기는 별개로 제조되기 보다 단일 마이크로-제조 공정의 집합에 의해 한 유닛으로서 함께 제조된다. 이 일체형으로 통합된 접근은, 종래의 외부 통합 방식의 접근의 대안으로서, 더 작은 회로 기판들의 사용, 더 적은 개별 구성요소들, 및 절감된 제조 비용 때문에 매력적인 제조 전략이 된다.
유리하게도, 여기에 개시된 일체형으로 통합된 방법들은 광감지기의 크기를 줄이고 구성요소들(예컨대, LED 및 광감지기)이 서로 간에 근접하게 위치되도록 하여, 그에 따라 LED와 광감지기 사이의 광결합(optical coupling)의 효과를 최대화 함으로써 장치의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있다. 게다가, 여기에 제공된 일체형 제조 공정은 장치가 개별 단계들로 제조되었을 때에 비해 훨씬 적은 재료들을 사용한다. 예시적인 실시예에서, LED와 LED와 동일(또는 유사)한 구조를 가진 광감지기는 예컨대 사파이어 상의 GaN을 포함하는 동일 반도체 플랫폼 상에서 함께 제조되며, 단일 포토리소그래피 공정을 사용한다.
본 발명의 일부 실시예에 따르면, 동일 플랫폼 상에 LED와 인접하게 위치된 광감지기가 LED의 광출력을 감지하는 능력은 두 개의 독립적인 절차들을 포함하는 광결합 메커니즘에 의한 것이다(도 3). 먼저, 사이드-바이-사이드(side-by-side), 즉, 평면 구성은 LED의 에칭된 측벽으로부터 방출된 빛이 근처의 광감지기에 직접적으로 조사되도록 한다. 한편, LED로부터 위쪽 방향으로 방출된 빛은, 장치로부터 추출되어 자유 공간으로 가고 LED에 인접한 평판형 광감지에 의해 감지되지 않을 것이다. 두번째로, 사파이어와 같은 투명 기판은 아래쪽 방향으로 방출된 빛의 일정 부분이 광감지기를 향해 전파하도록 하는 도파관(waveguide)로 쓰일 수 있다. 그 뒤에 광감지기는 광신호를 측정가능한 광전류 신호로 변환한다. 유리하게도, LED의 광도 레벨을 모니터링하는 피드백 신호로서 광전류 데이터와 함께, 다이오드 내에서의 임의의 신호 변동들은 효율성을 위해 보정될 수 있으며, LED 장치의 장기적 및 단기적 성능을 자세하게 모니터링하는 것을 보장할 수 있다.
일부 실시예에서, LED와 그에 인접하게 위치한 광감지기를 포함하는 통합 장치는 표준 마이크로-제조 공정들을 사용하여 일체형으로 제조될 수 있는데, 이 공정들은, 그 중에서도, 포토리소그래피(photolithography), 에칭(etching) 및 금속 증착(metal deposition)을 포함한다. 일부 실시예에서, 레이어 증착은 열 증착(thermal deposition), 스퍼터링(sputtering), 전자선 증착(electron beam evaporation) 또는 이들의 조합을 사용하여 얻어질 수 있다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사파이어 상의 GaN 플랫폼이 통합된 장치를 제조하기 위해 사용된 예시적인 공정들의 집합을 도시하는 개념 다이어그램이다. 완료된 장치의 도시는 도 8에 보여진다.
도 2의 (a) 부분을 참조하면, GaN 기반 플랫폼은, 예컨대, 투명 사파이어 기판 상의 금속 유기 화학 증기 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)에 의해 성장될 수 있다. 결과적인 GaN 기반 LED 구조는 기판 상에 순차적으로 적층된 n-타입 GaN 레이어, 복수의 양자 우물들을 포함하는 활성 레이어, p-타입 GaN 레이어를 포함할 수 있으나, 실시예들은 이것에 한정되지 않는다. 투명한 전류 확산 레이어는, 예컨대, Ni/Au 또는 인듐-주석-산화물(indium-tin-oxide, ITO)를 포함하며, 장치의 표면 상에 균일한 발광을 보장하기 위하여 p-타입 GaN 레이어의 위쪽에 적층될 수 있다(예컨대, 도 8을 보라).
일부 실시예에서, GaN 기반 플랫폼의 바닥면은 예컨대, 은, 알루미늄, 또는 분산형 브래그 반사기(distributed Bragg reflector, DBR)일 수 있는 반사 코팅을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 코팅은 DBR을 포함한다. DBR은, 상이한 굴절률을 가진 교대하는 유전체 물질들의 쌍들을 필요로 하는데, 반사 밴드 내의 특정 파장대의 빛을 반사하고 투과 밴드 내의 상이한 파장대의 빛을 투과시키는 파장-선택성 거울을 포함한다. DBR의 특성은 예컨대 유전체 물질의 선택이나 그들 각각의 두께와 같은 설계 변수들에 의존한다.
도 2의 (b) 부분은 전류 확산 레이어 상에 스핀-코팅된(spin-coated) 포토레지스트 레이어를 도시하는데, 그 후에 통합된 장치의 다양한 구성요소들의 메사의 경계들을 정의하는 미리 정의된 패턴을 포함하는 포토마스크를 통해 UV광에 노광될 것이다. 여기에서 사용된 메사(mesa)는, 장치의 특정 구성요소를 정의하는 구분되는 경계를 가진 장치 표면 상의 영역을 지칭한다.
일부 실시예에서, UV-노광된 장치의 표면은 포토레지스트 현상액의 욕조에서 현상될 수 있다. 현상 뒤에, 포토레지스트 패턴은, 예컨대 115℃ 내지 170℃ 사이의 범위에서, 예컨대 약 3분 내지 약 10분 동안 고온 열처리(hard bake)될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 포토레지스트 패턴은, 예컨대 대략 120℃에서 약 5분 동안 고온 열처리될 수 있다. GaN의 코팅되지 않은 영역들은 아래에 있는 n-타입 레이어가 노출될 때까지 에칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 에칭은 예컨대 플라스마 에칭(plasma etching), 이온 에칭(ion etching) 및 레이저 에칭(laser etching)을 포함하나 이에 한정되지 않는 몇가지 방법들에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시예에서, 포토레지스트 패턴은 다른 포토리소그래피 공정을 사용하여 p-타입 및 n-타입 접촉 패드들의 영역들을 노광하는데 사용될 수 있는데, 이것은 도 8에서, 또다른 포토리소그래피 공정을 사용하여, 각각 p-전극들과 n-전극들로 보여진다. 특히, 예컨대 Ti/Au 및/또는 Ni/Au를 포함하는 이중-레이어 구조는 전자선(E-beam) 증착 및 욕조(예컨대 아세톤 욕조) 속에서 박피(lift-off)됨으로서 증착될 수 있다. 접촉들(contacts)은 예컨대 약 450℃ 내지 약 600℃ 사이의 범위에서 약 5분 내지 약 10분 동안 급속 열처리(rapid thermal annealing, RTA)를 받을 수 있다. 예시적인 실시예에서, RTA는 예컨대 약 550℃에서 약 5분 동안 질소 분위기 및/또는 산소 분위기에서 수행될 수 있다.
이어서 선택적 에칭 공정이 수행되어 각각 LED의 접촉 패드들과 광감지기 사이의 전기적 절연을 위한 트렌치들을 각각 형성할 수 있다. 사파이어 위의 GaN 에피레이어(epilayer)의 선택적 에칭은 플라스마 에칭 또는 펄스 레이저 에칭 방법을 사용하여 달성될 수 있다(도 2의 (d) 부분). 각각의 개별적인 통합된 LED-광감지기 칩은 레이저 가공(laser machining) 및/도는 다이아몬드 다이싱 톱(diamond dicing saw)에 의해 다이싱된다.
비록 본 발명의 실시예들이 거기에 한정되지는 않지만, LED와 광감지기의 메사들의 측벽들은 예컨대 이산화규소나 산화 알루미늄(aluminium oxide)과 같은 절연 물질들에 의해 부동태화(passivated) 될 수 있다. 산화물의 레이어는 예컨대, 전자선 증착(electron beam evaporation), 플라스마-강화 화학 기상 증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD), 또는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD)을 사용하여 전체 표면 위에 코팅될 수 있다(도 2의 (c) 부분).
일부 실시예에서, 통합된 LED-광감지기 칩은 접착성 물질(예컨대, 아크릴 또는 에폭시류)을 사용하여 트랜지스터 아웃라인(transistor outline, TO) 금속 캔 패키지(metal can package)에 접착될 수 있고, 접착 패드들은 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 패키지에 연결될 수 있다. 네 개의 와이어-본드들이 칩들로의 전기적 연결을 수립하기 위해 활용될 수 있으며, LED 및 광감지기의 p-패드 및 n-패드들을 포함한다.
일부 실시예들에서, LED의 표면 면적은 일체형으로 통합된 광감지기의 표면 면적보다 상당히 크다. 예시적인 실시예에서, LED의 표면 면적은 약 1000 x 1000 ㎛2(또는 미만)이고 통합된 광감지기의 표면 면적은 약 100 x 100 ㎛2(또는 미만)이다. 일부 실시예에서, 일체형으로 통합된 광감지기는 반도체 플랫폼의 구석에, LED와 인접하고 전기적으로 절연되게 위치하며, 반도체 플랫폼은 목적 용도에 따라 미리 정해진 크기를 갖는다. 주어진 플랫폼 상의 LED와 광감지기의 형상, 치수 및 상대적인 위치는 장치의 목적 용도에 기초하여 결정되며, 여기에 제공된 예시들에 한정되지 않는다.
도 4의 (a) 부분에 도시된 실시예에서, LED는 청색의 가시광선을 방출한다; 그러나, 본 발명의 실시예들은 전압 바이어스(voltage bias)가 가해졌을 때 다른 색상의 단색광을 방출하는 LED들을 제공할 수도 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예들은 사파이어나 벌크 GaN 기판들에서 성장한 GaN 기반 LED들과 호환가능하다. InGaN(약 0.7eV 부터 3.4eV까지) 또는 AlGaN(약 3.4eV부터 약 6.2eV까지)를 포함하는 반도체들의 직접 밴드갭(direct band gap)은 예컨대 대략 200nm부터 대략 1770nm까지의 광역 스펙트럼을 커버할 수 있는 양자 우물들을 제공하고, 그 방출 파장(즉, 색상)은 인듐 또는 알루미늄의 조성에 기초하여 조율될 수 있다. 도 4의 (a) 부분은 청색의 단색광을 방출하는 통합된 LED-광감지기 장치의 현미경 사진이고, 도 4의 (b) 부분은 본 발명의 실시예에 따른 장치의 대응하는 전기발광 스펙트럼(electroluminescence spectrum)을 보여준다.
스토크스 이동 효과(Stoke's shift effect) 때문에, 광흡수와 발광 사이에는 스펙트럼의 차이가 있다. 예컨대, 도 4의 (b) 부분에 보여진 흡수 스펙트럼은 광감지기가 LED 방출 스펙트럼의 절반(가운데)보다 짧은 파장에 대응할 수 있음을 나타낸다. 도 5의 (a) 부분은 LED가 10mA에서 동작하는 때에 측정된 광전류 레벨이 빛이 없는 조건 하에서 측정된 것보다 약 4자리(104배) 수준으로 높은 강도임을 보여주는데, 통합된 광감지기가 LED에 의해 생성된 약한 발광 강도에 강건하게 대응할 수 있음을 드러낸다. 이것은 온-칩 광감지기의 한가지 핵심 기능이 LED에 의해 방출된 광도의 변화를 모니터링하는 것이라는 점에서 유리하다. 도 5의 (b) 부분은 장치의 노화 시험 결과를 보여주는데 측정된 광전류가 LED 방출의 강도를 모니터링하는데 신뢰성있는 피드백 신호로서 쓰일 수 있음을 드러낸다. 유리하게도, 여기에 제공된 통합된 장치의 실시예들은 LED로부터 가시광 방출과 동일 플랫폼 상에 일체형으로 통합된 광감지기에 의해 가시광 감지 모두를 가능케 한다.
일부 실시예에서, 조명 장치는 각각이 동일 반도체 플랫폼 상에 집적된 LED와 광감지기를 포함하는 복수의 전자 장치들을 포함할 수 있고, 각각의 개별적인 전자 장치의 광감지기에 의해 생성된 전류는 동일한 전자 장치 상의 LED의 광출력을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 주어진 전자 장치에서의 LED 및 광감지기는 동일한 반도체 구조를 가질 수 있고, 단일 집합의 포토리소그래피 공정들을 통해 일체형으로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 조명 장치는 광대역 LED 광원을 포함한다.
일 실시예에서, 광대역 LED 방출은 색상을 하향-변환하기 위한 인광물질의 사용에 의해 얻어질 수 있다. 특정 파장의 복사(radiation)에 노출되었을 때 빛을 방출하는 인광을 내는 물질들은 LED들에서 색상 변환을 위해 사용된다. 장치가 (예컨대, 더 짧은 파장의) 고-에너지 광자를 방출함에 따라, 인광 물질은 그것을 흡수하고 난 후 (예컨대 더 긴 파장의) 저에너지, 따라서 상이한 색상의 광자를 재-방출한다. 백색광 방출에 대하여, 황색, 녹색 및/또는 적색을 발광하는 인광 물질이 사용될 수 있다. 비록 인광 물질들의 집적은 인광 파우더 뿐만 아니라 봉지 레이어(encapsulation layer)의 표면 증착을 요구하지만, 광감지기의 감지 능력은 밑에 있는 투명 기판에 의해 제공되는 광결합 메커니즘 때문에 영향을 받지 않을 것이다(도 6의 (a) 부분 및 (b) 부분).
다른 실시예에서, 광대역 LED 방출은 복수의 LED들을 장착하는 것에 의해 달성되며, 각각의 LED는 광감지기에 통합되고 다른 LED들의 주된 색상(즉, 적색, 녹색 및 청색)과 동일하거나 다른 가시광을 방출할 수 있고, 평면상 지오메트리(즉, 멀티-칩 구성) 또는 수직 적층 지오메트리(즉, 칩-쌓기 구성)로 단일 패키지가 될 수 있다. 칩-쌓기 구성은 청색 LED를 녹색 LED에 쌓고, 그 녹색 LED는 적색 LED 위에 쌓이는 것에 의해 최적 색상을 제공한다. 적색 LED 구조는 GaAs 기판 상에 성장시킨 AlInGaP 합금일 수 있으며, 그 경우에 기판은 방출된 빛에 투명하지 않고 광감지기는 전부 측벽 흡광에 의존하게 될 것이다. 각각의 3개의 쌓인 LED들은 칩-쌓기 구성으로 배열되었을 때 개별적으로 제어가능하다. 만약 세 개 모두가 발광하는 경우, 광학적으로 혼합된 출력은 백색광을 방출할 것이다. 각각의 개별 LED의 광출력은 대응하는 일체형으로 통합된 광감지기에 의해 쉽게 모니터링될 수 있다. 멀티-칩 접근에서는, 광대역 조명 장치 내의 분리된 청색, 녹색 및 적색 LED들은 개별적으로 구동되고 따라서 다양한 색상 구성요소들의 강도가 변화할 수 있다. 쌓는 구성과 달리, 멀티-칩 구성은 혼합된 색상들을 만들어내지 않고 따라서 색상-조율이 가능한 조명 장치를 구성하지 않는다. 일 실시예에서, 멀티-칩 구성 또는 칩-쌓기 구성으로 배열된 광원들은 풀-컬러 마이크로-디스플레이와 같은 장치들을 구현하는데 사용될 수 있다.
여기에 제공된 통합된 LED-광감지기 장치들 및 방법들의 예시적인 실시예들은 다양한 장점들을 제안한다. 먼저, 온-칩 기능성 및 신뢰성이 절감된 패키징 비용과 함께 향상되는데, 혼성 광학 및 다른 지원 구성요소들을 제거함으로서 얻어진다. 두번째로, LED와 광감지기 사이의 분리가 LED 방출을 방해하지 않으면서 최소화되어, 극도로 조밀한 장치 구조를 낳는다. 세번째로, 온-칩 광감지기들은 오프-칩 상대방들에 비하여 개별 LED들로부터의 강도 변화들을 더 잘 구별지을 수 있다. 넷째로, 인광 파우더 및/또는 봉지 레이어와 같은 물질들을 윗 표면에 증착하는 것에 의해 광감지기의 감지 성능은 영향을 받지 않는데, 광감지기가 인접한 LED로부터 하향 방향으로 진행하는 빛 신호들에 의존하기 때문이다.
비록 본 발명이 도면 및 전술한 설명들에서 상세히 도시 및 설명되었지만, 그러한 도시 및 설명은 설명적이거나 예시적인 것이며 제한적인 것이 아니다. 이하의 청구항들의 범위 내에서 당업자에 의해 변경들과 수정들이 만들어질 수 있음이 이해되어야 한다. 특히, 본 발명은 전술한 또는 후술하는 상이한 실시예들로부터의 특징들의 임의의 조합을 구비한 추가적인 실시예들을 포함하는 것이다. 추가적으로, 발명을 특징짓기 위하여 여기에 만들어진 서술들은 발명의 일 실시예를 참조하는 것이며 반드시 모든 실시예들을 참조하는 것이 아니다.
청구항들에 사용된 용어들은 전술한 설명과 일치하면서 가장 넓은 합리적인 해석(broadest reasonable interpretation)을 가지는 것으로 여겨져야 한다. 예컨대, 구성요소를 도입할 때 관사 "하나(a)" 또는 "그(the)"의 사용은 복수의 구성요소들을 배척하는 것으로 해석되어서는 안된다. 마찬가지로, "또는(or)"의 사용은 포괄적(inclusive)인 것으로 해석되어야 해서, "A 또는 B"라는 표현은 문맥상 또는 전술한 설명으로부터 A와 B 중 오직 하나만이라고 의도된 것임이 명백하지 않는 이상 "A 및 B"를 배척하는 것이 아니다. 게다가, "A, B, C 중 적어도 하나"라는 표현은 A, B 및 C로 구성되는 구성요소들의 그룹의 하나 또는 그 이상으로서 해석되어야 하며, A, B 및 C가 카테고리로서 또는 다른 것으로서 연관되어 있는지 여부와 상관없이 A, B 및 C의 열거된 구성요소들 각각 중의 적어도 하나를 요구하는 것으로 해석되어서는 안된다. 게다가, "A, B 및/또는 C" 또는 "A, B 또는 C 중의 적어도 하나"라는 표현은 열거된 구성요소들로부터 임의의 단일 개체, 예컨대 A, 열거된 구성요소들 중의 임의의 하위집합, 예컨대 A 및 B, 또는 구성요소들 A, B 및 C의 목록 전체를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
여기에 참조되거나 인용된 모든 특허, 특허출원, 가출원 및 출판물은 그 전체가 도면 및 표들을 포함하여 그들이 본 명세서의 명시적 가르침에 불일치하지 않는 한도 내에서 참조로서 통합된다.

Claims (45)

  1. 발광 다이오드 장치에 있어서, 상기 발광 다이오드 장치는,
    투명 기판;
    상기 투명 기판의 제 1 측에 배치되는 광감지기; 및
    상기 투명 기판의 제 1 측에 배치되며 광감지기와 사이드-바이-사이드(side-by-side) 구조로 배치되는 발광 다이오드로서, 상기 광감지기와 상기 발광 다이오드는 서로 인접하게 배치되며, 상기 발광 다이오드는 발광 다이오드의 위쪽인 제 1 방향 및 발광 다이오드의 아래쪽인 제 2 방향으로 빛을 방출하도록 된, 발광 다이오드;를 포함하되,
    상기 제 1 방향으로 방출된 빛은 자유 공간으로 방출되되 상기 광감지기에 의해 감지되지 않으며,
    상기 제 2 방향으로 방출된 빛은 상기 투명 기판으로 방출되되, 상기 투명 기판은 상기 광감지기를 향하여 제 2 방향으로 방출된 빛의 적어도 일부를 지향하시키는 도파관으로서 작용하며, 상기 광감지기는 상기 투명 기판을 통하여 상기 광감지기를 향하여 지향된 빛을 감지하도록 되며,
    상기 광감지기는, 상기 광감지기에 의해 감지되는 빛에 기초하여, 상기 발광 다이오드의 광도(emission intensity)에 대응하는 전류를 생성하도록 되며,
    상기 발광 다이오드와 상기 광감지기는 단일 반도체 플랫폼에 대응하는 상기 발광 다이오드 장치의 단일 레이어에 배치되는, 발광 다이오드 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 및 상기 광감지기는 동일한 반도체 구조를 가지는, 발광 다이오드 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드와 상기 광감지기의 접촉 패드들(contact pads)은 트렌치들(trenches)에 의해 전기적으로 절연되는, 발광 다이오드 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 표면 면적은 상기 광감지기의 표면 면적보다 더 큰, 발광 다이오드 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드의 표면 면적은 상기 광감지기의 표면 면적보다 적어도 10배 이상 큰, 발광 다이오드 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드와 상기 광감지기 각각은 n-타입 GaN 레이어, 활성 레이어(active layer), 및 p-타입 GaN 레이어를 포함하는, 발광 다이오드 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 약 200nm 내지 약 1770nm 사이의 스펙트럼 범위의 빛을 생성하도록 구성되고, 상기 광감지기는 상기 발광 다이오드의 상기 스펙트럼 범위의 일부분 내의 빛을 감지하도록 구성되는, 발광 다이오드 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 기판의 제 2 측에 배치되는 반사기(reflector);를 더 포함하는, 발광 다이오드 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 투명 기판은 사파이어 기판인, 발광 다이오드 장치.
  31. 삭제
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 반사기는 반사 코팅인, 발광 다이오드 장치.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 반사기는, 은, 알루미늄, 또는 분산형 브래그 반사기(distributed Bragg reflector, DBR)를 포함하는, 발광 다이오드 장치.
  34. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드와 상기 광감지기의 위에 배치되는 전류 확산 레이어(current spreading layer)를 더 포함하는, 발광 다이오드 장치.
  35. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 장치는 디스플레이의 일부분인, 발광 다이오드 장치.
  36. 투명 기판 및 복수의 발광 다이오드 장치들을 포함하는 장치로서, 각각의 상기 발광 다이오드 장치는:
    상기 투명 기판의 제 1 측에 배치되는 광감지기; 및
    상기 투명 기판의 제 1 측에 배치되며 광감지기와 사이드-바이-사이드 구조로 배치되는 발광 다이오드로서, 상기 광감지기와 상기 발광 다이오드는 서로 인접하게 배치되며, 상기 발광 다이오드는 발광 다이오드의 위쪽인 제 1 방향 및 발광 다이오드의 아래쪽인 제 2 방향으로 빛을 방출하도록 된, 발광 다이오드;를 포함하되,
    상기 제 1 방향으로 방출된 빛은 자유 공간으로 방출되되 상기 광감지기에 의해 감지되지 않으며,
    상기 제 2 방향으로 방출된 빛은 상기 투명 기판으로 방출되되, 상기 투명 기판은 상기 광감지기를 향하여 제 2 방향으로 방출된 빛의 적어도 일부를 지향하시키는 도파관으로서 작용하며, 상기 광감지기는 상기 투명 기판을 통하여 상기 광감지기를 향하여 지향된 빛을 감지하도록 되며,
    상기 광감지기는, 상기 광감지기에 의해 감지되는 빛에 기초하여, 상기 발광 다이오드의 광도(emission intensity)에 대응하는 전류를 생성하도록 되며,
    상기 발광 다이오드와 상기 광감지기는 단일 반도체 플랫폼에 대응하는 상기 발광 다이오드 장치의 단일 레이어에 배치되는, 장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 장치는 디스플레이인, 장치.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 다이오드 장치들의 각각의 발광 다이오드 장치는 개별적으로 제어되는, 장치.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 다이오드 장치들의 각각의 발광 다이오드 장치는, 상기 복수의 발광 다이오드 장치들의 모든 다른 발광 다이오드 장치들로부터 방출되는 빛과 동일한 스펙트럼 범위의 빛을 방출하도록 구성되는, 장치.
  40. 제 36 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 다이오드 장치들의 적어도 두 개의 발광 다이오드 장치들은 상이한 스펙트럼 범위들의 빛을 방출하도록 구성되는, 장치.
  41. 제 36 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 다이오드 장치들은 사이드-바이-사이드(side-by-side) 구성으로 단일 패키지 상에 장착되는, 장치.
  42. 제 36 항에 있어서,
    상기 복수의 발광 다이오드 장치들은 수직 쌓기(vertically stacked) 구성으로 단일 패키지 상에 장착되는, 장치.
  43. 제 36 항에 있어서,
    상기 투명 기판의 제 2 측에 배치되는 반사기;를 더 포함하는, 장치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 투명 기판은 사파이어 기판인, 장치.
  45. 발광 다이오드 장치를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
    n-타입 반도체 레이어를 투명 기판의 윗면 상에 증착하는 단계;
    복수의 양자 우물들을 포함하는 활성 레이어를 상기 n-타입 반도체 레이어 상에 증착하는 단계;
    p-타입 반도체 레이어를 상기 활성 레이어 상에 증착하는 단계;
    상기 n-타입 반도체 레이어, 상기 활성 레이어 및 상기 p-타입 반도체 레이어를 에칭하여, 발광 다이오드와 광감지기 사이에 트렌치들을 형성하되, 상기 발광 다이오드와 상기 광감지기는 상기 트렌치들에 의하여 서로 간에 전기적으로 절연되는, 단계;를 포함하며,
    상기 광감지기는 상기 투명 기판의 제 1 측에 배치되며,
    상기 발광 다이오드는 상기 투명 기판의 제 1 측에 배치되며 상기 광감지기와 사이드-바이-사이드(side-by-side) 구조로 배치되고, 상기 광감지기와 상기 발광 다이오드는 서로 인접하게 배치되며, 상기 발광 다이오드는 발광 다이오드의 위쪽인 제 1 방향 및 발광 다이오드의 아래쪽인 제 2 방향으로 빛을 방출하도록 되며,
    상기 제 1 방향으로 방출된 빛은 자유 공간으로 방출되되 상기 광감지기에 의해 감지되지 않으며,
    상기 제 2 방향으로 방출된 빛은 상기 투명 기판으로 방출되되, 상기 투명 기판은 상기 광감지기를 향하여 제 2 방향으로 방출된 빛의 적어도 일부를 지향하시키는 도파관으로서 작용하며, 상기 광감지기는 상기 투명 기판을 통하여 상기 광감지기를 향하여 지향된 빛을 감지하도록 되며,
    상기 광감지기는, 상기 광감지기에 의해 감지되는 빛에 기초하여, 상기 발광 다이오드의 광도(emission intensity)에 대응하는 전류를 생성하도록 되며,
    상기 발광 다이오드와 상기 광감지기는 단일 반도체 플랫폼에 대응하는 상기 발광 다이오드 장치의 단일 레이어에 배치되는, 방법.
KR1020187036350A 2016-05-17 자체(in situ) 실시간 강도 모니터링을 위한 일체형으로 통합된 광감지기들을 구비한 발광 다이오드(LED) KR102672299B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2016/082320 WO2017197576A1 (en) 2016-05-17 2016-05-17 Light-emitting diodes (leds) with monolithically-integrated photodetectors for in situ real-time intensity monitoring

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190008562A KR20190008562A (ko) 2019-01-24
KR102672299B1 true KR102672299B1 (ko) 2024-06-04

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100001300A1 (en) * 2008-06-25 2010-01-07 Soraa, Inc. COPACKING CONFIGURATIONS FOR NONPOLAR GaN AND/OR SEMIPOLAR GaN LEDs
US20140184062A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 GE Lighting Solutions, LLC Systems and methods for a light emitting diode chip
US20160020353A1 (en) * 2014-05-24 2016-01-21 Hiphoton Co., Ltd Semiconductor structure
US20160064439A1 (en) * 2010-10-13 2016-03-03 Monolithic 3D Inc. SEMICONDUCTOR AND OPTOELECTRONIC METHODS and DEVICES

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100001300A1 (en) * 2008-06-25 2010-01-07 Soraa, Inc. COPACKING CONFIGURATIONS FOR NONPOLAR GaN AND/OR SEMIPOLAR GaN LEDs
US20160064439A1 (en) * 2010-10-13 2016-03-03 Monolithic 3D Inc. SEMICONDUCTOR AND OPTOELECTRONIC METHODS and DEVICES
US20140184062A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 GE Lighting Solutions, LLC Systems and methods for a light emitting diode chip
US20160020353A1 (en) * 2014-05-24 2016-01-21 Hiphoton Co., Ltd Semiconductor structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109478533B (zh) 具有单片集成的光电检测器用于原位实时强度监视的发光二极管（led）
US7279350B2 (en) White-light emitting devices and methods for manufacturing the same
US8714778B2 (en) Light-emitting diode (LED) module with light sensor configurations for optical feedback
US11335843B2 (en) Semiconductor device package
KR20170129009A (ko) 반도체 소자
KR102575580B1 (ko) 반도체 소자
KR102410809B1 (ko) 반도체 소자
KR20180005896A (ko) 반도체 소자
KR102672299B1 (ko) 자체(in situ) 실시간 강도 모니터링을 위한 일체형으로 통합된 광감지기들을 구비한 발광 다이오드(LED)
KR102417710B1 (ko) 반도체 소자 패키지 및 그 제조 방법
KR20190116827A (ko) 반도체 소자
KR20180121081A (ko) 발광소자 및 이를 이용한 가스 센서
KR102437784B1 (ko) 반도체 소자
KR102529364B1 (ko) 반도체 소자, 발광 소자 및 이를 구비한 조명 장치
KR20190109848A (ko) 반도체 소자
KR20180057144A (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 패키지
KR102093816B1 (ko) 반도체 소자
KR102250479B1 (ko) 레이저 다이오드, 반도체 소자 패키지, 객체 검출 장치
KR101230914B1 (ko) 광측정소자를 내장한 발광 소자 패키지
KR102250471B1 (ko) 레이저 다이오드, 반도체 소자 패키지, 객체 검출 장치
KR102385938B1 (ko) 반도체 소자 패키지
KR102411948B1 (ko) 반도체 소자
KR20180077535A (ko) 반도체 소자
KR20180044118A (ko) 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지
KR20180009220A (ko) 반도체 소자