KR20190098199A - 동작 피드백을 위한 센서 세그먼트를 구비한 발광 다이오드들 - Google Patents

동작 피드백을 위한 센서 세그먼트를 구비한 발광 다이오드들 Download PDF

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케니스 존 뱀폴라
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루미레즈 엘엘씨
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Abstract

동작 피드백을 위한 센서 세그먼트를 갖는 발광 다이오드들(LEDs)이 개시된다. 반도체 스택은 사파이어 기판 상에 성장된다. 반도체 스택은, 하나의 세그먼트가 다른 세그먼트(방사기 세그먼트)로부터의 광 방출들(광센서 세그먼트)을 감지하는 적어도 2 개의 세그먼트를 형성하도록 세그먼트화된다. 세그먼트화는 트렌치를 에칭하거나 세그먼트들 사이에 세그멘테이션 층을 형성함으로써 달성된다. 하나의 세그먼트는 미리 정해진 기준에 따라 광센서 세그먼트로서 기능하거나 또는 방사기 세그먼트로서 기능하는 것 사이에서 교번할 수 있다. 광센서 세그먼트는 방사기 세그먼트로부터 방출되는 측면 광선 또는 기판으로부터 반사된 광선을 검출할 수 있다. 광센서 세그먼트는 검출된 광선에 기초하여 전류를 생성한다. 검출기 회로는 감지된 전류에 기초하여 동작 피드백을 제공할 수 있다.

Description

동작 피드백을 위한 센서 세그먼트를 구비한 발광 다이오드들
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2017년 12월 22일자로 출원된 미국 가출원 제62/438,357호 및 2017년 3월 20일자로 출원된 유럽 가출원 제17161812.7호의 우선권을 주장하며, 이들의 내용은 그 전체가 본원에 기재되는 것처럼 참고로 포함된다.
발명의 분야
본 출원은 발광 디바이스들에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED) 다이에 근접하게 제공된 광센서들은 다이 상의 LED들로부터의 광 방출들을 검출하는 데 사용된다. 광센서들은, 예를 들어, 광다이오드들 또는 광트랜지스터들일 수 있다. 광센서를 통과하는 전류는 이후 LED 고장을 검출하는 데 사용될 수 있거나 LED 특성이 변함에 따라 일정한 휘도 레벨을 달성하도록 LED를 구동하는 구동기에 의해 피드백 루프에서 사용될 수 있다. 그러나, 광센서들은 피드백 신호가 제품마다 일관되게 유지되도록 하기 위해 LED 다이에 대해 적절하고 일관되게 배치되어야 한다. 또한, 광센서들은 LED 인쇄 회로 기판 또는 다른 영역 상의 실부지(real estate)를 사용한다. 또한, 광센서들은 광센서들의 정확도에 영향을 미치는 주변광을 포함하여 넓은 범위의 광을 감지한다.
본원에 개시되는 것은 동작 피드백을 위한 센서 세그먼트를 갖는 발광 다이오드들(LEDs)이다. 일반적으로, LED 층들은 사파이어 기판 상에 형성되거나 성장되며, LED 층들은, 예를 들어, 갈륨 질화물(GaN) 층들일 수 있다. 일 예로서, LED는 청색 광을 방출한다. LED 층들은 적어도 2 개의 LED 세그먼트를 형성하기 위해 세그먼트화, 분리, 또는 격리된다(본원에서 집합적으로 "세그먼트화"로 지칭된다). LED 세그먼트들 중 하나는 다른 LED 세그먼트(본원에서는 방사기 세그먼트로 지칭됨)에 대해 광센서(본원에서는 광센서 세그먼트로 지칭됨)로서 사용된다. 구현예에서, 세그먼트화는 트렌치를 에칭함으로써 달성될 수 있다. 다른 구현예에서, 세그먼트화는 LED 층 성장 중에 산화층을 형성, 퇴적 또는 제공함으로써 달성될 수 있다. 구현예에서, 광센서는 방사기 세그먼트와 구조적으로 동일할 수 있지만, LED 다이 상에서 보다 작은 풋프린트(footprint)를 갖는다. 구현예에서, 광센서 세그먼트는 미리 정해진 기준에 따라 광센서 세그먼트로서 기능하거나 또는 방사기 세그먼트로서 기능하는 것 사이에서 교번하게 된다. 모든 LED 세그먼트들에 대한 전극들이 LED 다이 상에 제공된다. 방사기 세그먼트는 방사기 세그먼트를 활성화시키기 위한 전원에 종래의 방식으로 연결된다.
구현예에서, 방사기 세그먼트로부터의 광의 작은 부분은 광센서 세그먼트에 측방향으로 전달되고, 이는 다시 전류를 생성하게 된다. 이 전류는 일반적으로 방사기 세그먼트에 의해 방출되는 광에 비례하게 된다. 이 전류는 방사기 세그먼트가 동작중임을 검출하는 데 사용될 수 있거나 또는 구동기에 대한 피드백 신호로서 사용될 수 있다. 구동기는 피드백 신호를 사용하여 구동 전류를 조정함으로써 방사기 세그먼트로부터 시간 경과에 따라 또는 노화에 따라 일정한 광 출력을 생성한다.
구현예에서, 방사기 세그먼트로부터의 광은 사파이어 기판으로 전달되고, 내부 반사로 인해 광센서 세그먼트로 되반사되며, 이는 다시 본 명세서에 설명된 바와 같이 사용될 수 있는 전류를 생성한다.
구현예에서, LED 층들은 다수의 LED 세그먼트들을 형성하도록 세그먼트화되고, 각 세그먼트는 특정 컬러를 나타낼 수 있다. 이 구현예에서, 적색 방사 세그먼트는 가장 작은 밴드 갭을 갖기 때문에 광센서 세그먼트로서 사용될 수 있다.
광센서 세그먼트는 방사기 세그먼트의 좁은 방출 파장에만 감지되기 때문에 입사되는 주변광에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 방사기 세그먼트가 기본 광을 백색광 또는 다른 컬러로 변환시키는 오버레이 형광체 층(overlaying phosphor layer)을 갖는 경우에도, 방사기 세그먼트는 여전히 자신의 기본 컬러 광을 광센서 세그먼트로 방출한다. 또한 광센서 세그먼트는 방사기 세그먼트에 대해 항상 동일한 포지션에 위치하고 있다. 따라서, 광센서 세그먼트는 LED 다이에 근접하게 위치된 종래의 광센서들보다 정확성이 더 높다.
첨부된 도면들과 함께 예로서 주어진 다음의 설명으로부터 보다 상세한 이해가 이루어질 수 있다:
도 1은 플립 칩으로 형성된 단일 LED 다이 및 서브마운트의 예시적인 횡단면도로서, LED 층들은 특정 구현예들에 따라 방사 세그먼트 및 방사기 세그먼트의 광 출력을 검출하기 위한 센서 세그먼트를 형성하도록 세그먼트화되고;
도 2는 특정 구현예들에 따른 4 개의 전극을 나타내는 도 1의 LED 다이의 예시적인 저면도이고;
도 3은 특정 구현예들에 따른 4 개의 전극을 나타내는 도 1의 LED 다이의 또 다른 예시적인 저면도이고;
도 4는 특정 구현예들에 따른 도 1의 LED 및 센서의 예시적인 개략도이고;
도 5는 특정 구현예들에 따른 동작 피드백 회로의 예시적인 개략도이고;
도 6은 특정 구현예들에 따른 회로의 예시적인 개략도이고;
도 7은 특정 구현예들에 따른 회로의 또 다른 예시적인 개략도이고;
도 8은 특정 구현예들에 따른 다수의 LED 다이 상의 다수의 센서들을 검출기에 접속하기 위한 예시적인 개략도이고;
도 9는 특정 구현예들에 따른 회로의 예시적인 개략도이고;
도 10은 특정 구현예들에 따른 동작 피드백 회로의 또 다른 예시적인 개략도이고;
도 11은 단일 LED 다이 및 서브마운트의 또 다른 예시적인 횡단면도로서, LED 층들은 특정 구현예들에 따라 방사 세그먼트 및 방사 세그먼트의 광 출력을 검출하기 위한 이중 목적의 방사기 세그먼트/센서 세그먼트를 형성하도록 세그먼트화되고;
도 12는 단일 LED 다이 및 서브마운트의 또 다른 예시적인 횡단면도로서, LED 층들은 특정 구현예들에 따라 방사 세그먼트 및 방사기 세그먼트의 광 출력을 검출하기 위한 센서 세그먼트를 형성하도록 세그먼트화되고;
도 13은 특정 구현예들에 따른 센서 세그먼트들을 구비한 LED들을 제조하기 위한 흐름도이다.
이해될 것은, 동작 피드백을 위한 센서 세그먼트들을 구비한 발광 다이오드들에 대한 도면 및 설명이, 명료함을 위해 전형적인 디바이스 처리에서 발견되는 많은 다른 요소를 제거하면서, 명확한 이해와 관련된 요소를 예시하도록 단순화되었다는 것이다. 본 기술 분야의 통상의 기술자들은 다른 요소들 및/또는 단계들이 본 발명을 구현하는 데 바람직하고 및/또는 요구된다는 것을 인식할 수 있다. 그러나, 그러한 요소들 및 단계들은 본 기술 분야에 잘 알려져 있고, 본 발명의 보다 나은 이해를 용이하게 하지 않기 때문에, 그러한 요소들 및 단계들에 대한 설명은 본원에 제공되지 않는다.
도 1은 플립 칩 구성으로 구현된 LED 다이(100)의 예시적인 횡단면도이며, 여기서 모든 전극들은 바닥에 존재한다. 또 다른 구현예에서, LED 다이는 하나 이상의 전극을 최상부에 가질 수 있으며, 와이어 본드들(wire bonds)을 사용하여 전기적 커넥션들(connections)을 생성할 수 있다. LED 다이(100)는 성장 기판(110) 상에 성장된, n 타입 층(105), 활성층(107), 및 p 타입 층(109)을 포함하는, 반도체 에피택셜 층들로 형성된다. n 타입 층(105), 활성층(107), 및 p 타입 층(109)은 집합적으로 반도체 스택으로 지칭될 수 있다. 비 제한적인 예시적인 예에서, 반도체 에피택셜 층들은 갈륨 질화물(GaN)로 제조되고, 활성층(107)은 청색 광을 방출하고, 성장 기판(110)은 투명 사파이어 기판이다. 상기 성장 기판(110)은 레이저 리프트-오프(laser lift-off), 에칭, 그라인딩, 또는 다른 기술들에 의해 유지될 수 있거나 제거될 수 있다. 성장 공정들이 웨이퍼 스케일 상에 형성되고 이후 웨이퍼로부터 LED 다이들이 개별화된다(singulated). 형광체 층(도시하지 않음)은 청색 기본 광을 백색광 또는 임의의 다른 컬러 광으로 변환하기 위해 성장 기판(110) 위에 놓일 수 있다.
금속 전극(119)은 p 타입 층(109)에 전기적으로 접촉하고, 금속 전극(115)은 p 타입 층(109) 및 활성층(107)을 관통하는 수직 도체(117)를 통해 n 타입 층(105)에 전기적으로 접촉한다. 얇은 유전체(도시되지 않음)는 수직 도체(117)를 p 타입 층(109) 및 활성층(107)으로부터 절연시킨다. 유전체 층(120)은 금속 전극(115)을 p 타입 층(109)으로부터 절연시킨다. 비 제한적인 예에서, 전극들(119 및 115)은 세라믹 서브마운트(130) 또는 인쇄 회로 기판 상의 양극 및 음극 금속 패드들(129 및 125)에 초음파 용접되는 금 패드들이다. 구현예에서, 세라믹 서브마운트(130)는 인쇄 회로 기판에 본딩하기 위한 하부 금속 패드들로 이어지는 도전성 비아들(미도시)을 가질 수 있다.
LED 다이들(100)의 웨이퍼 처리 동안, 광센서 세그먼트(140)를 방사기 세그먼트(150)로부터 전기적으로 격리시키는 트렌치(135)를 형성하기 위해, 종래의 기술들을 사용하여 표면이 패터닝되고 에칭된다. 광센서 세그먼트(140)는 LED 다이들(100) 내의 임베디드 센서로서 기능한다. 구현예에서, 트렌치(135)는 방사기 세그먼트(150)와 광센서 세그먼트(140) 사이의 광학적 결합을 개선하기 위해 투명 재료로 채워질 수 있다. 광센서 세그먼트(140)는 방사기 세그먼트(150)와 정확히 동일한 층들을 가지며, 자신의 n 타입 층(105)을 광센서 전극(145)에 접속하는 수직 도체(117)를 갖는다. 광센서 세그먼트(140)의 p 타입 층(109)은 광센서 전극(149)에 접속된다. 구현예에서, 광센서 세그먼트(140)는 전형적으로 방사기 세그먼트(150)의 10 % 미만의 영역을 가질 것이다. 구현예에서, 광센서 세그먼트(140)는 방사기 세그먼트(150)의 일 에지를 따르는 작은 부분일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 광센서 세그먼트(140)는 방사기 세그먼트(150)에 의해 둘러싸일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 광센서 세그먼트(140)는 LED 다이(100)의 전체 에지를 차지할 수 있다. 트렌치(135)는 완전한 전기 절연을 위해 광센서 세그먼트(140)를 둘러싸고 있다. 구현예에서, 광센서 세그먼트(140) 주위로의 특정 타입들의 원자들의 주입에 의해 전기 절연이 제공될 수 있으며, 이는 광센서 세그먼트(140)를 둘러싸는 GaN 재료가 효과적으로 절연체가 되게 한다.
광센서 전극들(145 및 149)은 검출기 회로(도 4 내지 도 10에 도시됨)로의 접속을 위해 서브마운트(130) 또는 인쇄 회로 기판 상의 패드들(155 및 159)과 접촉한다. 구현예에서, 방사기 세그먼트(150) 및 광센서 세그먼트(140)가 완전히 독립적으로 접속될 수 있게 하는 4 개의 전극이 LED 다이(100) 상에 존재한다. 도 2는 도 1의 LED 다이(100)의 저면도를 도시한다. 전극들(115 및 119) 및 광센서 전극들(149 및 145)은 스트립들로서 도시된다. 도 3은 전극들(115 및 119) 및 광센서 전극들(149 및 145)을 정사각형으로 도시한 대안의 하부 전극 구성을 도시한다. 방사기 세그먼트(150) 및 광센서 세그먼트(140)가 공통 기준을 공유하면, 3 개의 전극만이 필요하다.
동작상, 방사기 세그먼트(150)에 의해 방출된 측면 광선들(side light rays)(160)은 광센서 세그먼트(140) 내의 활성층(107)에 충돌하고, 방사기 세그먼트(150) 전류와 반대 방향으로의 작은 전류로 변환된다. 이 전류는 광센서 세그먼트(140)의 활성층(107)에서 전자들을 여기시키는 광자들의 곱이다. 광센서 세그먼트(140) 및 방사기 세그먼트(150)는 동일한 활성층(107)을 가지기 때문에, 방사기 세그먼트(150)에 의해 방출된 광의 좁은 파장만이 광센서 세그먼트(140)에 의해 작은 전류로 변환된다. 이것은 주변광이 광센서 세그먼트(140)의 출력에 거의 영향을 미치지 않을 것이기 때문에 유익하다. 또한, 광센서 세그먼트(140)는 방사기 세그먼트(150)에 매우 가깝기 때문에, 갭 내에서는 광 감쇠가 거의 없다. 따라서, 시스템은 매우 효율적이고, 재현가능하며, 정확하다. 수직 도체(117)는 바람직하게는 광을 감쇠시키지 않도록 하기 위해 방사기 세그먼트(150)로부터 떨어져 위치한다. 방사기 세그먼트(150)의 최상부에서 나오는 청색 광선(165)은 형광체 층에 의해 임의의 다른 컬러로 변환될 수 있다. 이러한 형광체 층은 광센서 세그먼트(140)의 동작에 영향을 미치지 않는다.
기판(110)이 제거되지 않는 구현예에서, 내부 전반사되고, 프레넬 반사된 광선들(167)은 광센서 세그먼트(1240)로 되반사되고 본원에 기술되는 방사기 세그먼트(1250) 전류의 반대 방향의 전류로 변환된다.
도 4는 전극들(115 및 119)을 구비한 방사기 세그먼트(150) 및 광센서 전극들(145 및 149)을 구비한 광센서 세그먼트(140)를 도시하는 LED 다이(100)의 예시적인 개략도이다. 방사기 세그먼트(150)를 활성화시키기 위한 방사기 세그먼트(150) 내로의 순방향 전류(ILED)의 방향은 광센서 세그먼트(140)에 의해 생성되어 반대 방향으로 흐르는 전류(IS)와 함께 도시된다.
도 5는 특정 구현예들에 따른 동작 피드백 회로(500)의 예시적인 개략도이다. 동작 피드백 회로(500)는 방사기 세그먼트(505), 광센서 세그먼트(510), 및 광센서 세그먼트(510)에 접속된 검출기 회로(515)를 포함한다. 광센서 세그먼트(510)가 전류를 독립적으로 생성하지만, 광센서 세그먼트(510)를 선형 범위로 동작시키기 위해 광센서 세그먼트(510)에 역 바이어스 전압이 인가될 수 있고, 이에 따라 광센서 세그먼트(510) 출력은 방사기 세그먼트(505)의 휘도에 비례하게 된다. 이러한 선택적인 역 바이어스 전압은 설명의 목적으로 회로(500)에는 도시되지 않는다.
검출기 회로(515)는 저항기들(RB, RC, 및 RE)에 접속된 트랜지스터(520)를 포함한다. 출력 전압(VOUT)은 방사기 세그먼트(505)의 휘도에 직접적으로 비례할 수 있는 생성된 광센서 세그먼트(510) 전류에 반비례한다. 광이 거의 또는 전혀 존재하지 않을 경우, VOUT은 대략 V+가 될 것이다. 광센서 세그먼트(510) 전류가 큰 경우(트랜지스터(520)의 VCE는 무시가능함), V+에 대한 VOUT의 비율은 대략 RE/(RE+RC)+VBE가 된다. 따라서, VOUT은 방사기 세그먼트(505)와의 결함을 검출하는 데 사용될 수 있거나, 시간 경과에 따라 변화하는 방사기 세그먼트(505)의 특성에도 불구하고 동일한 레벨에서 휘도를 유지하기 위한 LED 구동기(530)에 대한 피드백으로서 사용될 수 있다. 광센서 세그먼트(510) 출력은 온도에 의해 영향을 받을 수 있으므로, 온도 보상 회로(도시되지 않음)가 추가될 수 있다.
도 6은 특정 구현예들에 따른 회로(600)의 또 다른 예시적인 개략도이다. 회로(600)는 방사기 세그먼트(605), 광센서 세그먼트(610), 및 광센서 세그먼트(610)에 접속된 검출기 회로(615)를 포함한다. 검출기 회로(615)는 피드백 저항기 RFB에 접속된 연산 증폭기(620)를 포함한다. 출력 전압(Vout)은 피드백 저항이 곱해진 광센서 세그먼트(615) 전류(IS)와 동일하며, 네거티브 크기를 갖는다. 피드백 저항기(RFB)는 출력 전압(Vout)의 감도를 광센서 세그먼트(615) 전류(IS)로 조정하도록 선택될 수 있다. 이 구현예에서, 광센서 세그먼트(615)는 항상 0V로 바이어스되고, 이 바이어스는 광센서 세그먼트(615) 전류(IS)의 변화들에 따라서는 변하지 않는다. 일부 다른 전압 바이어스가 요구된다면, 그 바이어스는 연산 증폭기(620)의 "+" 입력 단자에 인가되어야 한다. 출력(Vout)은 센서 전류(IS)에 대해 반전된다.
도 7은 특정 구현예들에 따른 회로(700)의 또 다른 예시적인 개략도이다. 회로(700)는 방사기 세그먼트(705), 광센서 세그먼트(710), 및 광센서 세그먼트(710)에 접속된 검출기 회로(715)를 포함한다. 검출기 회로(715)는 피드백 저항기(RFB)에 접속된 연산 증폭기(720)를 포함한다. 출력 전압(Vout)은 피드백 저항이 곱해진 광센서 세그먼트(715) 전류(IS)와 동일하며, 네거티브 크기를 갖는다. 피드백 저항기(RFB)는 출력 전압(Vout)의 감도를 광센서 세그먼트(715) 전류(IS)로 조정하도록 선택될 수 있다. 이 구현예에서, 광센서 세그먼트(715)는 항상 0V로 바이어스되고, 이 바이어스는 광센서 세그먼트(715) 전류(IS)의 변화들에 따라서는 변하지 않는다. 일부 다른 전압 바이어스가 요구된다면, 그 바이어스는 연산 증폭기(720)의 "+" 입력 단자에 인가되어야 한다. 이 시점에서, 출력(Vout)은 센서 전류(IS)에 대해 반전된다. 출력(Vout)은 반전 회로(730)의 비반전 Vout에 입력된다. 구현예에서, 반전 회로(730)는 연산 증폭기(735)이다.
도 8은 특정 구현예들에 따른 다수의 LED 다이 상의 다수의 센서들을 검출기에 접속하기 위한 회로(800)의 예시적인 개략도이다. 회로(800)는 다수의 LED 다이들(8051 내지 805N)을 포함하며, 이들의 각각은 방사기 세그먼트(8101 내지 810N) 및 광센서 세그먼트(8151 내지 815N)를 포함한다. 각각의 광센서 세그먼트(8151 내지 815N)는 검출기 회로(820)에 접속된다. 구현예에서, 각각의 광센서 세그먼트(8151 내지 815N)는 연산 증폭기(825)의 입력에 접속된다. 회로(800)는 정상 동작 동안, 각각의 광센서 세그먼트(8151 내지 815N)가 0V에서 바이어스되는 것을 보장한다. 출력 전압(Vout)은 피드백 저항(RFB)이 곱해진 모든 개별 광센서 세그먼트(8151 내지 815N) 전류들의 합의 네거티브와 동일하다. 이것은 각 광센서 세그먼트(8151 내지 815N)로부터의 신호들이 가산되거나 평균화되고, 상수에 의해 곱해지고, 반전되어 출력 전압(Vout)을 생성하게 된다는 것을 의미한다. 도 8의 바이어스 회로는 예시적인 것이고 본 명세서 및 청구범위의 범주를 벗어나지 않고 다른 방식들이 가능하다.
(동일한 입력 전류가 주어진 경우) 방사기 세그먼트(150)가 노화에 따라 그의 휘도를 감소시킬 수 있지만, 광센서 세그먼트(140)는 높은 전류가 통과하지 않기 때문에 자신의 특성을 훨씬 느린 속도로 변화시킬 것이다. 또한, 광 플럭스 및 온도는 방사기 세그먼트(150)가 노출되는 것보다 낮아야 한다. 결과적으로, 광센서 세그먼트(140)의 응답은 방사기 세그먼트(150)의 응답보다 시간에 따라 보다 더 안정적일 것으로 예상된다. 광센서 세그먼트(140)의 플럭스 의존성 및 온도 의존성은 방사기 세그먼트(150)의 것과는 상이할 수 있다.
도 6 내지 도 8에 설명되고 도시된 바와 같이, 검출기 회로들의 출력은 LED 구동기를 사용하는 피드백 루프에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 구동기의 전류 출력은 일부 공칭 값과 센서 전류에 반비례하는(또는 반전 센서 회로들 중 하나의 반전된 출력에 비례하는) 추가 전류의 합과 동일하게 만들어질 수 있다. 피드백은 생성된 광이 원하는 값에 도달할 때까지 구동 전류를 조정할 것이다. (구동기 전류에 비례하는) 생성된 광의 양은 공칭 전류 또는 피드백의 정도를 조정하여 제어될 수 있다. 피드백의 양은 도 6 내지 도 8의 피드백 저항기(RFB)를 조정하여 조정될 수 있거나 구동기 회로에서 조정될 수 있다.
이 피드백을 제공하는 한 가지 이점은 LED(방사기 세그먼트)가 노화될수록 구동 전류가 자동으로 증가될 수 있다는 것이다. LED 노화 동안, 출력 전력은 변화하며, 통상적으로 감소된다. LED 구동기에 광 기반 피드백을 제공하면, LED 구동기는 디바이스의 수명 동안 광 출력을 일정하게 유지하도록 보상할 수 있다. LED는 비교적 오랜 시간 동안 매우 일정한 광 출력을 유지할 수 있다. LED 구동기가 출력을 조정하는 양에 따라, LED 구동기는 어느 시점에 전류를 증가시키는 것을 중단시킬 수 있다. 이 시점에 도달한 후, LED 광 출력은 시간이 경과하면서 감소하기 시작할 것이다. 반면에, LED 구동기가 LED의 노화를 보상하기 위해 전류를 증가시키는 것을 중단하지 않으면, LED는 파국적인 고장이 발생할 때까지 일정한 광 출력을 유지하게 될 것이다. 이는 파국적인 고장이 사용자에게 그 유닛을 교체할 것을 알리기 때문에 이점이 될 수 있다.
LED 광 출력이 오랜 시간 동안 일정하게 유지되기 때문에, LED는 더 많이 구동되고 구동 전류 고장 한계에 더 가깝게 구동될 수 있다. 단일 LED에서 더 많은 광이 생성될 것이고, 유닛 광 플럭스 당 비용이 감소될 것이다. 유사하게, LED는 온도 고장 한계에 더 가까운 고온에서 구동될 수 있어서 히트 싱크의 비용을 감소시킬 수 있다.
궁극적인 저비용 광원의 경우, 이 피드백은 LED가 고온 및 고 전류 밀도에서 동작할 수 있게 한다. 이는 히트 싱크의 비용을 감소시키고 필요한 LED들의 수를 감소시킨다. LED는 파국적인 고장이 발생할 때까지 일정한 광 출력으로 동작하게 될 것이다.
피드백을 제공하는 이 방법은 자동차, 직사 컬러(direct colors), 및 고장 모드에서는 플럭스가 저하되는 조명과 같은 많은 적용례들에서 유용할 것이다.
광센서 출력 전류가 상대적으로 온도와는 독립적일 수 있다면, 이 피드백은 또한 동작 온도의 변화들에 대해 LED 출력을 안정화시킬 수 있다.
방사기 세그먼트의 광 출력을 통합하는 것과 상응한, 일정 시간 동안 광센서 세그먼트로부터의 신호를 통합하는 것도 가능하다. 이것은 광의 도즈량에 관한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 방사기 세그먼트는 특정 수의 광자들이 수집될 때까지 온 상태를 유지할 수 있고, 이 후 방사기 세그먼트를 턴 오프하기 위해 신호가 LED 구동기에 전송된다. 이는 LED들의 적용례를 카메라 플래시 적용례들에서 찾을 수도 있다. 센서를 바이어스하고 통합 신호를 판독하는 통합 회로들의 예들에 대해, John David Vincent, John Vampola, Greg Pierce, Steve Hodges, Mark Stegall의 "Fundamentals of Infrared and Visible Detector Operation and Testing"의 7 장이 참조되며, 그 내용들은 본원에 포함된다.
미리 결정된 양의 플럭스가 방사기 세그먼트(140)에서 생성되고 있지 않으면, 신호를 전송하는 데 광센서 세그먼트(150)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 출력은 정상 동작 중에는 네거티브 값이 되고, 결함이 있을 경우 포지티브 값이 되도록 만들어질 수 있다. 또한 정상 동작 중에는 0V 또는 어떠한 기준 전압에 가까운 출력을 만들 수 있으며 결함이 있을 경우 어떠한 다른 전압에 가까운 출력을 만들 수 있다.
도 9는 특정 구현예들에 따른 회로(900)의 예시적인 개략도이다. 회로(900)는 방사기 세그먼트(905), 광센서 세그먼트(910), 및 광센서 세그먼트(910)에 접속된 검출기 회로(915)를 포함한다. 검출기 회로(915)는 포지티브 입력 단자에서 전압원(925)에 접속되고 네거티브 입력 단자에서 저항기(RFD)에 접속된 연산 증폭기(920)를 포함한다. 검출기 회로(915)는 방사기 세그먼트(905)가 정상적으로 동작할 때 충분한 플럭스와 함께 네거티브 전압 출력을 제공하고 결함이 있을 경우(즉, 방사기 세그먼트(905)에 의해 충분한 플럭스가 생성되지 않을 경우) 포지티브 전압을 제공한다. 저항기(RFD, VREF) 및 V1은 최소 허용 센서 전류 IS(min) = (VREF-V1)/RFD를 조정하도록 선택된다. V1은 저항기(RFD)를 바이어스하는 데 사용되는 전압이다. V1은 VREF와 센서 개방 회로 전압의 합보다 적어야 하며, 0V, -V 또는 VREF로 설정될 수 있다.
도 10은 특정 구현예들에 따른 회로(1000)의 예시적인 개략도이다. 회로(1000)는 방사기 세그먼트(1005), 광센서 세그먼트(1010), 및 광센서 세그먼트(1010)에 접속된 검출기 회로(1015)를 포함한다. 검출기 회로(1015)는 포지티브 입력 단자에서 전압원(1025)에 접속되고 네거티브 입력 단자에서 저항기(RFD)에 접속된 연산 증폭기(1020)를 포함한다. 피드백 다이오드(1030)는 연산 증폭기(1020)의 출력과 연산 증폭기(1020)의 네거티브 입력 단자 사이에 접속된다. 검출기 회로(1015)는 정상 동작 중에 기준 전압(VREF)에서 피드백 다이오드(1020)의 턴온 전압(VFD)을 감산한 것과 동일한 출력 전압(Vout)을 제공한다. 결함 동안, Vout은 포지티브 레일 전압에 가깝다. 이러한 구현예에서, 광센서 세그먼트(1010)는 정상 동작 동안 0V로 바이어스된다. 이러한 회로들은 예시적인 것이고, 본 명세서 및 청구범위의 범주를 벗어나지 않고 다른 회로들이 예상된다.
도 11은 플립 칩 구성으로 구현된 LED 다이(1100)의 예시적인 횡단면도이며, 여기서 모든 전극들은 바닥에 존재한다. 또 다른 구현예에서, LED 다이는 하나 이상의 전극을 최상부에 가질 수 있으며, 와이어 본드들을 사용하여 전기적 커넥션들을 생성할 수 있다. LED 다이(1100)는 성장 기판(1110) 상에 성장된, n 타입 층(1105), 활성층(1107), 및 p 타입 층(1109)을 포함하는, 반도체 에피택셜 층들로 형성된다. 비 제한적인 예시적인 예에서, 반도체 에피택셜 층들은 갈륨 질화물(GaN)로 제조되고, 활성층(1107)은 청색 광을 방출하고, 성장 기판(1110)은 투명 사파이어 기판이다. 상기 성장 기판(110)은 레이저 리프트-오프, 에칭, 그라인딩, 또는 다른 기술들에 의해 유지될 수 있거나 제거될 수 있다. 성장 공정들이 웨이퍼 스케일 상에 형성되고 이후 웨이퍼로부터 LED 다이들이 개별화된다. 형광체 층(도시하지 않음)은 청색 기본 광을 백색광 또는 임의의 다른 컬러 광으로 변환하기 위해 성장 기판(1110) 위에 놓일 수 있다.
금속 전극(1119)은 p 타입 층(1109)에 전기적으로 접촉하고, 금속 전극(1115)은 p 타입 층(1109) 및 활성층(1107)을 관통하는 수직 도체(1117)를 통해 n 타입 층(1105)에 전기적으로 접촉한다. 얇은 유전체(도시되지 않음)는 수직 도체(1117)를 p 타입 층(1109) 및 활성층(1107)으로부터 절연시킨다. 유전체 층(1120)은 금속 전극(1115)을 p 타입 층(1109)으로부터 절연시킨다. 비 제한적인 예에서, 전극들(1119 및 1115)은 세라믹 서브마운트(1130) 또는 인쇄 회로 기판 상의 양극 및 음극 금속 패드들(1129 및 1125)에 초음파 용접되는 금 패드들이다. 구현예에서, 세라믹 서브마운트(1130)는 인쇄 회로 기판에 본딩하기 위한 하부 금속 패드들로 이어지는 도전성 비아들(미도시)을 가질 수 있다.
LED 다이들(1100)의 웨이퍼 처리 동안, 이중 목적 세그먼트(1140)를 방사기 세그먼트(1150)로부터 전기적으로 격리시키는 트렌치(1135)를 형성하기 위해, 종래의 기술들을 사용하여 표면이 패터닝되고 에칭된다. 이중 목적 세그먼트(1140)는 LED 다이들(1100) 내의 임베디드 센서 및 방사기로서 기능한다. 구현예에서, 트렌치(1135)는 방사기 세그먼트(1150)와 이중 목적 세그먼트(1140) 사이의 광학적 결합을 개선하기 위해 투명 재료로 채워질 수 있다. 이중 목적 세그먼트(1140)는 방사기 세그먼트(1150)와 정확히 동일한 층들을 가지며, 자신의 n 타입 층(1105)을 이중 목적 전극(1145)에 접속하는 수직 도체(1117)를 갖는다. 이중 목적 세그먼트(1140)의 p 타입 층(1109)은 이중 목적 전극(1149)에 접속된다. 트렌치(1135)는 완전한 전기 절연을 위해 이중 목적 세그먼트(1140)를 둘러싸고 있다. 구현예에서, 광센서 세그먼트(1140) 주위로의 특정 타입들의 원자들의 주입에 의해 전기 절연이 제공될 수 있으며, 이는 이중 목적 세그먼트(1140)를 둘러싸는 GaN 재료가 효과적으로 절연체가 되게 한다.
이중 목적 전극들(1145 및 1149)은 검출기 회로(1180)(세부 사항은 도 4 내지 도 10에 도시됨)로의 접속을 위해 서브마운트(1130) 또는 인쇄 회로 기판 상의 접촉 패드들(1155 및 1159)에 접속된다. 구현예에서, 방사기 세그먼트(1150) 및 광센서 세그먼트(1140)가 완전히 독립적으로 접속될 수 있게 하는 4 개의 전극이 LED 다이(1100) 상에 존재한다.
구현예에서, 이중 목적 세그먼트(1140)는 광센서로서 동작하는 것과 방사기로서 동작하는 것 사이에서 주기적 기준에 따라 스위칭된다. 구현예에서, 이중 목적 세그먼트(1140)는 광센서로서 동작하는 것과 방사기로서 동작하는 것 사이에서 온-디맨드(on-demand) 기준에 따라 스위칭된다. 구현예에서, 제어기(1190)는 이중 목적 세그먼트(1140)를 본원에 기술된 광센서로서 또는 방사기 세그먼트(1150)와 같은 방사기로서 동작시킬 수 있다. 제어기(1190)는 서브마운트(1130) 및 이중 목적 전극들(1145 및 1149) 및 접촉 패드들(1155 및 1159)를 통해 이중 목적 세그먼트(1140)에 접속될 수 있다.
동작상, 이중 목적 세그먼트(1140)가 광센서로서 동작중인 경우, 방사기 세그먼트(1150)에 의해 방출된 측면 광(1160)은 이중 목적 세그먼트(1140) 내의 활성층(1107)에 충돌하고, 방사기 세그먼트(1150) 전류와 반대 방향으로의 작은 전류로 변환된다. 이 전류는 이중 목적 세그먼트(1140)의 활성층(1107)에서 전자들을 여기시키는 광자들의 곱이 된다. 이중 목적 세그먼트(1140) 및 방사기 세그먼트(1150)는 동일한 활성층(1107)을 가지기 때문에, 방사기 세그먼트(1150)에 의해 방출된 광의 좁은 파장만이 이중 목적 세그먼트(1140)에 의해 작은 전류로 변환된다. 이것은 주변광이 이중 목적 세그먼트(1140)의 출력에 거의 영향을 미치지 않을 것이기 때문에 유익하다. 또한, 이중 목적 세그먼트(1140)는 방사기 세그먼트(1150)에 매우 가깝기 때문에, 갭 내에서는 광 감쇠가 거의 없다. 따라서, 시스템은 매우 효율적이고, 재현가능하며, 정확하다. 수직 도체(1117)는 바람직하게는 광을 감쇠시키지 않도록 하기 위해 방사기 세그먼트(1150)로부터 떨어져 위치한다. 방사기 세그먼트(1150)의 최상부에서 나오는 청색 광선(1165)은 형광체 층에 의해 임의의 다른 컬러로 변환될 수 있다. 이러한 형광체 층은 이중 목적 세그먼트(1140)의 동작에 영향을 미치지 않는다. 이중 목적 세그먼트(1140)가 방사기로서 동작중인 경우, 이중 목적 세그먼트(1140)의 최상부에서 나오는 청색 광선(1167)은 형광체 층에 의해 임의의 다른 컬러로 변환될 수 있다.
도 12는 플립 칩 구성으로 구현된 LED 다이(1200)의 예시적인 횡단면도이며, 여기서 모든 전극들은 바닥에 존재한다. 또 다른 구현예에서, LED 다이는 하나 이상의 전극을 최상부에 가질 수 있으며, 와이어 본드들을 사용하여 전기적 커넥션들을 생성할 수 있다. LED 다이(1200)는 성장 기판(1210) 상에 성장된, n 타입 층(1205), 활성층(1207), 및 p 타입 층(1209)을 포함하는, 반도체 에피택셜 층들로 형성된다. 비 제한적인 예시적인 예에서, 반도체 에피택셜 층들은 갈륨 질화물(GaN)로 제조되고, 활성층(1207)은 청색 광을 방출하고, 성장 기판(1210)은 투명 사파이어 기판이다. 상기 성장 기판(1210)은 레이저 리프트-오프, 에칭, 그라인딩, 또는 다른 기술들에 의해 유지될 수 있거나 제거될 수 있다. 성장 공정들이 웨이퍼 스케일 상에 형성되고 이후 웨이퍼로부터 LED 다이들이 개별화된다. 형광체 층(도시하지 않음)은 청색 기본 광을 백색광 또는 임의의 다른 컬러 광으로 변환하기 위해 성장 기판(1210) 위에 놓일 수 있다.
금속 전극(1219)은 p 타입 층(1209)에 전기적으로 접촉하고, 금속 전극(1215)은 p 타입 층(1209) 및 활성층(1207)을 관통하는 수직 도체(1217)를 통해 n 타입 층(1205)에 전기적으로 접촉한다. 얇은 유전체(도시되지 않음)는 수직 도체(1217)를 p 타입 층(1209) 및 활성층(1207)으로부터 절연시킨다. 유전체 층(1220)은 금속 전극(1215)을 p 타입 층(1209)으로부터 절연시킨다. 비 제한적인 예에서, 전극들(1219 및 1215)은 세라믹 서브마운트(1230) 또는 인쇄 회로 기판 상의 양극 및 음극 금속 패드들(1229 및 1225)에 초음파 용접되는 금 패드들이다. 구현예에서, 세라믹 서브마운트(1230)는 인쇄 회로 기판에 본딩하기 위한 하부 금속 패드들로 이어지는 도전성 비아들(미도시)을 가질 수 있다.
LED 다이들(1200)의 웨이퍼 처리 중에, 세그멘테이션 층(1235)은 방사기 세그먼트(1250)로부터 광센서 세그먼트(1240)를 전기적 및 광학적으로 격리 및/또는 절연시킨다. 구현예에서, 세그멘테이션 층(1235)은 광 출력을 최대화하기 위해 방사기 세그먼트(1250)로부터 광센서 세그먼트(1240)를 전기적으로 및 광학적으로 격리 및/또는 절연시킨다. 구현예에서, 방사기 세그먼트(150)로부터의 광선들을 포커싱하거나 지향시키기 위해 세그멘테이션 층(1235)과 함께 부가적인 층들이 추가될 수 있다. 구현예에서, 세그멘테이션 층(1235)은, 예를 들어, 표면을 패터닝하고, 본 기술 분야에 공지된 바와 같은 주어진 재료를 마스킹하고 증착하는 것을 포함하는 종래의 기술들을 사용하여 증착되는 산화물 층이다. 구현예에서, 세그멘테이션 층(1235)은 이온 주입에 의해 형성된다. 광센서 세그먼트(1240)는 LED 다이들(1200) 내의 임베디드 센서로서 기능한다. 광센서 세그먼트(1240)는 방사기 세그먼트(1250)와 정확히 동일한 층들을 가지며, 자신의 n 타입 층(1205)을 광센서 전극(1245)에 접속하는 수직 도체(1217)를 갖는다. 광센서 세그먼트(1240)의 p 타입 층(1209)은 광센서 전극(1249)에 접속된다. 구현예에서, 광센서 세그먼트(1240)는 전형적으로 방사기 세그먼트(1250)의 10 % 미만의 영역을 가질 것이다. 구현예에서, 광센서 세그먼트(1240)는 방사기 세그먼트(1250)의 일 에지를 따르는 작은 부분일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 광센서 세그먼트(1240)는 방사기 세그먼트(1250)에 의해 둘러싸일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 광센서 세그먼트(1240)는 LED 다이(1200)의 전체 에지를 차지할 수 있다.
동작상, 예를 들어, 청색 광선(1265)은 방사기 세그먼트(1250)의 최상부로부터 성장 기판(1210) 내로 방출된다. 내부 전반사되고, 프레넬 반사된 광선들(1267)은 광센서 세그먼트(1240)로 되반사되고 방사기 세그먼트(1250) 전류의 반대 방향의 전류로 변환된다. 이 전류는 광센서 세그먼트(1240)의 활성층(1207)에서 전자들을 여기시키는 광자들의 곱이다. 광센서 세그먼트(1240) 및 방사기 세그먼트(1250)는 동일한 활성층(1207)을 가지기 때문에, 방사기 세그먼트(1250)에 의해 방출된 광의 좁은 파장만이 광센서 세그먼트(1240)에 의해 작은 전류로 변환된다. 이것은 주변광이 광센서 세그먼트(1240)의 출력에 거의 영향을 미치지 않을 것이기 때문에 유익하다. 수직 도체(1217)는 바람직하게는 광을 감쇠시키지 않도록 하기 위해 방사기 세그먼트(1250)로부터 떨어져 위치한다. 방사기 세그먼트(1250)의 최상부에서 나오는 청색 광선(1265)은 형광체 층에 의해 임의의 다른 컬러로 변환될 수 있다. 이러한 형광체 층은 광센서 세그먼트(1240)의 동작에 영향을 미치지 않는다.
광센서 전극들(1245 및 1249)은 검출기 회로(도 4 내지 도 10에 도시됨)로의 접속을 위해 서브마운트(1230) 또는 인쇄 회로 기판 상의 패드들(1255 및 1259)과 접촉한다. 구현예에서, 방사기 세그먼트(1250) 및 광센서 세그먼트(1240)가 완전히 독립적으로 접속될 수 있게 하는 4 개의 전극이 LED 다이(1200) 상에 존재한다.
본원에 설명된 구현예들의 각각은 다른 구현예들의 기술들과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 11의 구현예는 도 12에 설명된 절연층으로 구현될 수 있다.
구현예에서, LED 다이는, 하나의 세그먼트가 광센서로서 기능하는 다수의 세그먼트로 세그먼트화될 수 있다. 이 구현예에서, 광센서로서 기능하는 세그먼트는 모든 방사기 세그먼트들에 대한 성능을 감지하는 데 사용된다. 구현예에서, 각 세그먼트는 다른 컬러를 방출할 수 있다. 구현예에서, 적색 방사 방사기 세그먼트는 가장 작은 밴드 갭을 갖기 때문에 광센서로서 기능한다.
본원에 설명된 구현예들의 경우, 통상적으로, LED들이 직렬로 연결될 때, LED 스트링 전압을 예상과 비교함으로써 결함 검출이 수행된다. 그러나, 많은 전압 감지 회로는 결함이 단락 회로이거나 결함이 개방 회로라고 가정한다. 또한, 전압 감지 결함 검출 회로는 디바이스의 수명 동안 발생하는 LED 전압의 변화들에 영향을 받는다. 본 발명은 광 기반 결함 검출 또는 피드백을 유도한다. 감지되는 것은 전압이 아니라 광이다. 이 광 기반 결함 검출 체계는 고장이 개방 회로이거나 단락 회로가 될 가정을 요구하지 않는다. 또한, 이는 디바이스의 수명 동안 동작 전압의 변화들에 영향을 받지 않는다.
센서 다이오드 전극들이 LED 전극들과 분리되어 있으므로, LED와 센서를 함께 와이어링하는 것도 가능하다. 그들이 병렬로 와이어링되면, 센서 다이오드는 LED와 함께 광을 발생시켜 디바이스를 보다 효율적으로 만든다. 그들이 역 병렬(anti-parallel)로 와이어링될 경우, 센서 다이오드는 과도 전압 억제 다이오드처럼 동작한다. 다이 상에서 LED 및 센서 전극들이 분리된 한 가지 이점은 접속 구성이 LED 칩이 아니라 서브마운트 또는 인쇄 회로 기판에서 발생한다는 것이다. 각각 다른 서브마운트 구성들은 고효율을 위한 병렬 접속, 과도 전압 억제를 위한 역 병렬 구성, 또는 LED 및 센서로서 사용하기 위해 독립적으로 와이어링된 것을 유도할 수 있다.
다른 실시예에서, 센서는 LED 다이보다 작지만 동일한 반도체 층들을 갖는 개별적으로 형성된 다이이다. 센서 칩은 LED 칩과 동일한 패키지 내에 장착되어 미리 결정된 포지션 관계를 유지한다. 그런 다음 패키지는 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같은 4 개의 전극을 갖는다.
도 13은 특정 구현예들에 따른 발광 디바이스를 제조하기 위한 흐름도이다. 발광 다이오드(LED) 다이는 기판 상에 반도체 스택을 성장시킴으로써 형성되며, 반도체 스택은 n 타입 층, 활성층 및 p 타입 층을 포함한다(1305). 격리 구성은 반도체 스택의 성장 동안 형성되어 반도체 스택의 세그먼트들을 전기적으로 격리시킨다(1310). 구현예에서, 격리 구성은 세그먼트들을 광학적으로 격리시킨다. 구현예에서, 격리 구성은 트렌치이다. 구현예에서, 격리 구성은 이온 주입 또는 산화 공정을 통해 구현되는 절연 장벽이다. 방사기 세그먼트는 제1 광선을 방출하도록 구성된 하나의 세그먼트로부터 형성된다(1315). 이중 목적 세그먼트는 또 다른 세그먼트로부터 형성되어, 제2 광선을 감지하고 제2 광선에 응답하여 전류를 생성하는 제1 모드로 동작하고, 제3 광선을 방출하는 제2 모드로 동작하도록 구성되며, 이중 목적 세그먼트는 제1 모드와 상기 제2 모드 사이에서 주어진 기준에 따라 스위칭하도록 구성된다(1320). 제1 전극들은 방사기 세그먼트에 접속되어 방사기 세그먼트를 활성화시키는 전력을 제공한다(1325). 제2 전극들은 이중 목적 세그먼트에 접속되고, 제2 전극들은 검출기에 전류를 보내는 제1 모드로 동작하도록 구성되고, 검출기 회로는 전류를 방사기 세그먼트에 대한 동작 피드백을 제공하는 신호로 변환하도록 구성되며, 상기 제2 전극들은 이중 목적 세그먼트를 활성화시키는 전력을 제공하여 제3 광선을 방출하는 제2 모드로 동작하도록 구성된다(1330).
본원에 기술된 실시예들은 임의의 적절한 발광 디바이스에 통합될 수 있다. 본 발명의 실시예들은, 예를 들어, 도 1 내지 도 13의 디바이스들과 같이 도시된 특정 구조들에 제한되지 않는다.
전술한 예들 및 실시예들에서, 반도체 발광 디바이스가 청색 또는 자외선 광을 방출하는 Ⅲ-질화물 LED이지만, 레이저 다이오드들과 같은 LED들 이외의 반도체 발광 디바이스들은 본 발명의 범주 내에 있다. 또한, 본원에 설명된 원리들은 다른 III-V 재료들, III-인화물, III-비화물, II-VI 재료들, ZnO, 또는 Si-기반 재료들과 같은 다른 재료들 시스템들로 제조된 반도체 발광 디바이스들에도 적용될 수 있다.
동작 피드백을 위한 센서 세그먼트들을 구비한 발광 다이오드들에 대해 본원에서 설명된 비 제한적인 방법들은 청구범위의 사상 및 범주 내에서 유지되면서 다양한 적용례들 및 용도들로 수정될 수 있다. 본원에 설명된 및/또는 도면에 도시된 구현예들 및 변형례들은 단지 예로서만 제시된 것이며 본 범주 및 사상에 대해 제한되는 것이 아니다. 본원의 설명들은 특정 구현예와 관련하여 설명될 수 있지만, 동작 피드백을 위한 센서 세그먼트들을 구비한 발광 다이오드들을 사용 및 제조하는 방법들의 모든 구현예들에 적용 가능할 수 있다.
본원에 설명된 바와 같이, 본원에 설명된 방법들은 임의의 특정 기능(들)을 수행하는 특정 요소(들)에 한정되지 않으며 제시된 방법들의 일부 단계들은 도시된 순서로 반드시 발생할 필요는 없다. 예를 들어, 어떤 경우에는 두 개 이상의 방법 단계들이 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 설명된 방법들의 일부 단계들은 (선택적인 것으로 명시적으로 언급되지 않을지라도) 선택적일 수 있으며, 따라서 생략될 수 있다. 본원에 개시된 방법들의 이들 및 다른 변형들은, 특히 본원에 설명된 바와 같이 동작 피드백을 위한 센서 세그먼트들을 구비한 발광 다이오드들을 사용 및 제조하는 방법의 설명을 고려하면, 쉽게 이해될 것이며, 본 발명의 전체 범주 내에 있는 것으로 간주된다.
일부 구현예들의 일부 특징들은 생략될 수 있거나 다른 구현예들과 함께 구현될 수 있다. 본원에 설명된 디바이스 요소들 및 방법 요소들은 상호 교환 가능할 수 있으며, 본원에 설명된 예들 또는 구현예들 중 어느 하나에서 사용되거나 생략될 수 있다.
특징들 및 요소들이 위에서 특정의 조합들로 기술되었지만, 각각의 특징 또는 요소는 다른 특징들 및 요소들 없이 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 다양한 조합들에서 다른 특징들 및 요소들과 함께 또는 이들 없이 사용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 발광 디바이스로서,
    검출기 회로; 및
    발광 다이오드(LED) 다이
    를 포함하고, 상기 발광 다이오드(LED) 다이는:
    기판 상에 성장된 반도체 스택 - 상기 반도체 스택은 n 타입 층, 활성층 및 p 타입 층을 포함함 -;
    상기 반도체 스택의 하나의 세그먼트로부터 형성되고, 광선을 방출하도록 구성된 방사기 세그먼트;
    상기 반도체 스택의 또 다른 세그먼트로부터 형성되고, 상기 기판으로부터 반사된 광선을 감지하고 상기 반사된 광선에 응답하여 전류를 생성하도록 구성된 광센서 세그먼트;
    상기 방사기 세그먼트와 상기 광센서 세그먼트 사이에 형성되고, 상기 광센서 세그먼트로부터 상기 방사기 세그먼트를 전기적으로 격리시키는 세그멘테이션 층;
    상기 방사기 세그먼트를 활성화시키기 위한 전력을 제공하도록 구성된 제1 전극들; 및
    상기 검출기 회로에 상기 전류를 보내도록 구성된 제2 전극들
    을 포함하고, 상기 검출기 회로는 상기 전류를 상기 방사기 세그먼트에 대한 동작 피드백을 제공하는 신호로 변환하도록 구성되는 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세그멘테이션 층은 산화물 층인 발광 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 세그멘테이션 층은 이온 주입 층인 발광 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세그멘테이션 층은 상기 광센서 세그먼트로부터 상기 방사기 세그먼트를 광학적으로 격리시키는 발광 디바이스.
  5. 발광 디바이스로서,
    검출기 회로; 및
    발광 다이오드(LED) 다이
    를 포함하고, 상기 발광 다이오드(LED) 다이는:
    기판 상에 성장된 반도체 스택 - 상기 반도체 스택은 n 타입 층, 활성층 및 p 타입 층을 포함함 -;
    상기 반도체 스택의 하나의 세그먼트로부터 형성되고, 제1 광선을 방출하도록 구성된 방사기 세그먼트;
    상기 반도체 스택의 또 다른 세그먼트로부터 형성되고, 제2 광선을 감지하고 상기 제2 광선에 응답하여 전류를 생성하는 제1 모드로 동작하도록 구성되고, 제3 광선을 방출하는 제2 모드로 동작하도록 구성되며, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 사이에서 주어진 기준에 따라 스위칭하도록 구성되는 이중 목적 세그먼트;
    상기 방사기 세그먼트와 상기 이중 목적 세그먼트 사이에 형성되고, 상기 이중 목적 세그먼트로부터 상기 방사기 세그먼트를 전기적으로 격리시키는 격리 구성;
    상기 방사기 세그먼트를 활성화시키기 위한 전력을 제공하도록 구성된 제1 전극들; 및
    상기 검출기 회로에 상기 전류를 보내는 상기 제1 모드로 동작하도록 구성되고 - 상기 검출기 회로는 상기 전류를 상기 방사기 세그먼트에 대한 동작 피드백을 제공하는 신호로 변환하도록 구성됨 -, 상기 이중 목적 세그먼트를 활성화시키는 전력을 제공하는 상기 제2 모드로 동작하도록 구성되는 제2 전극들
    을 포함하는 발광 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 격리 구성은 상기 이중 목적 세그먼트로부터 상기 방사기 세그먼트를 광학적으로 격리시키는 발광 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 격리 구성은 세그멘테이션 층인 발광 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 세그멘테이션 층은 산화물 층인 발광 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 광선은 상기 기판으로부터의 반사된 광선인 발광 디바이스.
  10. 제5항에 있어서, 상기 제2 광선은 상기 방사기 영역으로부터 방출되어 상기 이중 목적 세그먼트의 활성층에 충돌하는 측면 광선을 포함하는 발광 디바이스.
  11. 제5항에 있어서, 상기 격리 구성은 트렌치인 발광 디바이스.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제2 광선은 상기 방사기 영역으로부터 방출되어 상기 이중 목적 세그먼트의 활성층에 충돌하는 측면 광선인 발광 디바이스.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 제2 전극들을 통해 결합된 제어기를 추가로 포함하고, 상기 제어기는 상기 이중 목적 세그먼트를 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 사이에서 스위칭하도록 구성되는 발광 디바이스.
  14. 제5항에 있어서, 상기 주어진 기준은 주기적 기준인 발광 디바이스.
  15. 제5항에 있어서, 상기 주어진 기준은 온-디멘드 기준인 발광 디바이스.
  16. 제5항에 있어서, 상기 동작 피드백은 감지된 광 출력에 기초하여 상기 방사기 영역으로의 구동 전류를 조절하는 방법을 결정하는 발광 디바이스.
  17. 발광 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    발광 다이오드(LED) 다이를 제공하는 단계;
    검출기를 상기 LED 다이에 접속하는 단계
    를 포함하고, 상기 LED 다이는:
    기판 상에 성장된 반도체 스택을 성장시키는 것 - 상기 반도체 스택은 n 타입 층, 활성층 및 p 타입 층을 포함함 -;
    상기 반도체 스택의 세그먼트들을 전기적으로 격리시키기 위해 상기 반도체 스택의 성장 동안 격리 구성을 형성하는 것;
    일부의 세그먼트들로부터 방사기 세그먼트들을 형성하는 것 - 상기 방사기 세그먼트들은 제1 광선들을 방출하도록 구성됨 -;
    세그먼트로부터 이중 목적 세그먼트를 형성하는 것 - 상기 이중 목적 세그먼트는, 제2 광선을 감지하고 상기 제2 광선에 응답하여 전류를 생성하는 제1 모드로 동작하도록 구성되고, 제3 광선을 방출하는 제2 모드로 동작하도록 구성되며, 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 사이에서 주어진 기준에 따라 스위칭하도록 구성됨 -;
    상기 방사기 세그먼트를 활성화시키는 전력을 제공하기 위해 제1 전극들을 상기 방사기 세그먼트에 접속하는 것; 및
    제2 전극들을 상기 이중 목적 세그먼트에 접속하는 것 - 상기 제2 전극들은 상기 검출기에 상기 전류를 보내는 상기 제1 모드로 동작하도록 구성되고, 상기 검출기 회로는 상기 전류를 상기 방사기 세그먼트에 대한 동작 피드백을 제공하는 신호로 변환하도록 구성되며, 상기 제2 전극들은 상기 이중 목적 세그먼트를 활성화시키는 전력을 제공하는 상기 제2 모드로 동작하도록 구성됨 -
    에 의해 형성되는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 격리 구성은 상기 이중 목적 세그먼트로부터 상기 방사기 세그먼트를 광학적으로 격리시키는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제2 광선은 상기 기판으로부터의 반사된 광선인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 광선은 상기 방사기 영역으로부터 방출되어 상기 이중 목적 세그먼트의 활성층에 충돌하는 측면 광선을 포함하는 방법.
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