TWI474500B - 具改進的光萃取效率之發光裝置 - Google Patents

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Description

具改進的光萃取效率之發光裝置
本發明揭示一種包括與一光學元件焊接的一發光半導體裝置之裝置。
發光器的光萃取效率係定義為LED外部量子效率與LED內部量子效率的比率。通常而言，被封裝之LED的光萃取效率實質上小於1，即LED之作用區域中產生的許多光絕不會到達外部環境。
光萃取效率係由LED與周圍材料間介面上的全內反射，以及隨後LED中全內反射光的再吸收而減低。例如對於封裝在環氧樹脂中，透明基板上的立方體幾何形狀LED而言，在發射波長情況下的折射率(n)數值從LED半導體中的(例如)nsemi ~3.5變為環氧樹脂中的nepoxy ~1.5。從此範例之LED半導體，入射在環氧樹脂密封劑上的光之全內反射的對應臨界角度為θC =arcsin(nepoxy /nsemi )~25o 。忽略散射及多重反射，從立方體LED之作用區域中的一點發射的超過4 π球面度的光，僅在以下情況下才穿過半導體/環氧樹脂密封劑介面：該光係發射進入六個窄光錐之一，一光錐對應於一個介面，每個光錐具有等於臨界角度的一半角。在環氧樹脂/空氣介面中，可出現因全內反射而引起的額外損失。因此，例如封裝在環氧樹脂中有效之傳統幾何形狀(例如矩形平行六面體)透明基板AlInGaP LED，可能僅具有~40%的外部量子效率，儘管其內部量子效率接近 100%。
全內反射對LED的光萃取效率的影響係進一步論述在美國專利第5,779,924、5,793,062號及第6,015,719號中，其全部係以引用的方式整體併入本文中。
在改進光萃取效率的一個方法中，LED係打磨成半球形。從半球形成形的LED之作用區域中的一點發射的光，以接近垂直入射的角度與半球形介面相交。因此可減小全內反射。然而此技術比較複雜而且浪費材料。此外在打磨程序期間引入的缺陷可能會損害LED的可靠性及性能。
在另一方法中，LED係封裝(包裝)在具有圓頂或半球形成形表面的材料中。例如以上範例之環氧樹脂密封劑可加以成形為圓頂，以減小因環氧樹脂密封劑/空氣介面中的全內反射而引起的損失。然而，成形低折射率密封劑(例如環氧樹脂)之表面，並不減小因半導體/低折射率密封劑介面中的全內反射而引起的損失。
而且環氧樹脂密封劑通常具有與LED中的半導體材料之熱膨脹係數匹配較差之熱膨脹係數。因此環氧樹脂密封劑使LED在加熱或冷卻時遭受機械應力，並且可能會損壞LED。LED亦可封裝在圓頂成形的高折射率玻璃中，該玻璃可增加半導體/密封劑介面之臨界角度。遺憾的係高折射率玻璃中的光學吸收及機械應力通常會降低封裝在此類玻璃中的LED之性能。
依據本發明之具體實施例，一裝置包括與光學元件焊接 的發光半導體裝置。在某些具體實施例中，該光學元件可加以延長或成形以在實質上垂直於半導體發光裝置及光學元件之一中心軸的方向引導由作用區域發射的光之一部分。在某些具體實施例中，半導體發光裝置及光學元件係固定在反射器中或鄰近於光導中。光學元件可藉由一焊接劑與第一半導體發光裝置焊接，該焊接劑位於置放在光學元件與半導體發光裝置之間的一介面上。在某些具體實施例中，焊接劑實質上不含有機基黏著劑。
圖1至18解說發光裝置1，其包括實質透明光學元件2，該元件係與依據本發明之各具體實施例的發光器4焊接。圖式說明各種發光器、各種光學元件及各種將發光器與光學元件焊接的方法。所解說的發光器、光學元件及焊接劑之特定組合並不意味著具有限制性。一般而言，可以組合所說明的發光器、光學元件及焊接劑之任一項。將光學元件與發光器焊接可能會增加從裝置的頂部所萃取的光之數量及頂部光與側光之比率，從而使任一用於該裝置的光學構件可適合於頂部光，可能導致更有效率並且更小型的系統。
圖1A解說藉由焊接劑所連接的光學元件2及發光器4，該焊接劑係在依據本發明之具體實施例的發光器4與光學元件2之間的介面上。在整個說明書中，術語「發光器」包括但不限於發光二極體及雷射二極體。此外亦可將本發明之各具體實施例用作光偵測器及太陽能電池。
圖1B解說藉由焊接劑將光學元件2附於發光器4，該焊接劑包括依據本發明之具體實施例的實質透明焊接層6。
術語「透明」係在本文用以指示所說明的光學元件(例如「透明光學元件」、「透明焊接層」、「透明基板」或「透明上層」)以發光裝置之發射波長透射光時，其單程損失小於約50%，較佳小於因吸收或散射而引起的約10%的單程損失。發光裝置4的發射波長可在電磁頻譜的紅外線、可見光或紫外線區域內。熟習此項技術者將認識到：藉由透射路徑長度及吸收常數之各種組合，可滿足「小於50%的單程損失」及「小於10%的單程損失」之狀況。如本文所用，「光學集中器」包括但不限於全內反射器，並且包括具有採用反射金屬、介電材料、反射塗層所塗佈的壁或全內反射器之光學元件，以反射入射光或改變入射光的方向。此處反射塗層之範例為包括硫酸鋇的「白反射塗層」，其係由Munsell Color公司生產。
圖1A及1B解說其中發光器4包括半導體層之堆疊的具體實施例。堆疊包括能發光的半導體層及作用區域。詳細地說，發光器4包括n型導電性之第一半導體層8(n層)，及p型導電性之第二半導體層10(p層)。半導體層8及10係與作用區域12電耦合。作用區域12為(例如)與半導體層8及10之介面相關的p-n二極體接面。或者作用區域12包括一或多個半導體層，其為摻雜n型或p型或未摻雜。作用區域12亦可包括量子井。n接點14及p接點16係分別與半導體層8及10電耦合。作用區域12在施加橫跨接點14及16的合適電壓時 發射光。在替代實施方案中，倒轉半層體層8及10以及接點14及16之導電類型。亦即半導體層8為p型層，接點14為p接點，半導體層10為n型層，而接點16為n接點。
採用III-V半導體，其包括但不限於AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb；II-VI半導體，其包括但不限於ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe；IV族半導體，其包括但不限於Ge、Si、SiC；以及其混合物或合金形成半導體層8及10以及作用區域12。該等半導體在其出現的發光裝置之典型發射波長情況下具有範圍從約2.4至約4.1的折射率。例如III氮化物半導體(例如GaN)在500 nm波長情況下具有約2.4的折射率，而III磷化物半導體(例如InGaP)在600 nm波長情況下具有約3.6至3.7的折射率。
在一項實施方案中，接點14及16為採用金屬形成的金屬接點，該等金屬包括但不限於金、銀、鎳、鋁、鈦、鉻、鉑、鈀、銠、錸、釕、鎢及其混合物或合金。在另一實施方案中一或多個接點14及16係採用透明導體(例如氧化銦錫)形成。
雖然圖式解說特定發光裝置結構，但是本發明與發光器4中的半導體層之結構及數量以及作用區域12之詳細結構無關。而且發光器4可包括(例如)圖1A及1B中未解說的透明基板及上層。此外各圖式中解說的發光器4之各元件的尺度並非按比例繪製。
在某些具體實施例中，透明光學元件2包括金屬化層 20。金屬化層20電耦合發光器4之接點14。金屬化層20係採用金屬形成，該等金屬包括但不限於金、銀、鎳、鋁、鈦、鉻、鉑、鈀、銠、錸、釕、鎢及其混合物或合金。在另一實施方案中金屬化層20係採用透明導體(例如氧化銦錫)形成。在一項具體實施例中金屬化層20為網紗，而在其他具體實施例中其為連續或圖案化層。金屬化層20的厚度之範圍(例如)從約2至約5000。金屬化層20透射大於約10%的入射光，較佳透射大於約50%的入射光。金屬層20係形成於透明光學元件2之表面22上。在某些具體實施例中表面22實質上為平面。
透明光學元件2係由表面24限制。表面24的形狀減小由發光器4所發射的光之反射，如以下詳細地論述。此外藉由塗敷傳統抗反射塗層25於表面24上，可進一步減小表面24上的損失。
圖1B解說具體實施例，其中塗敷焊接材料層於發光器4之頂表面18上以形成透明焊接層6。透明焊接層6焊接光學元件2及發光器4。透明焊接層6的厚度為(例如)約10埃()至約100微米(μm)。焊接材料係藉由(例如)傳統沈積技術施加，該等技術包括但不限於旋轉、噴濺、蒸發、化學汽相沈積(CVD)，或焊接材料為材料生長的一部分，該生長係藉由(例如)金屬有機化學汽相沈積(MOCVD)、汽相磊晶(VPE)、液相磊晶(LPE)或分子束磊晶(MBE)。透明焊接層6視需要採用(例如)傳統微影及蝕刻技術加以圖案化，以使接點14未由焊接材料加以覆蓋，從而使接點14可與光學元 件2上的可選金屬化層20電接觸。
在替代具體實施例中，透明焊接層6係形成於光學元件2之實質平面表面22上或金屬化層20之表面上，並視需要採用(例如)傳統微影及蝕刻技術加以圖案化，以使可在接點14與金屬化層20之間進行電接觸。在另一具體實施例中透明焊接層(例如焊接層6)係形成於發光器4之表面18及光學元件2之表面22上。在其他具體實施例中，並非獨立提供接點14，而且圖案化焊接層6以使可以在金屬化層20與n層8之間進行電接觸。
圖1C解說無接點14及焊接層6的具體實施例。此外金屬化層20另外作為發光器4的接觸層並作為焊接層。在其他具體實施例中，接點14並非定位在表面18上，而且不使用金屬化層20。
在後來的具體實施例中，焊接層6係形成於發光器4上。然而在替代具體實施例中，焊接層6可形成於光學元件2之表面22上，或在發光器4及表面22上。
在某些實施方案中，透明焊接層6的焊接材料為高折射率光學玻璃，即具有在由作用區域12發射的波長範圍內大於約1.5的折射率之光學玻璃。焊接層6的折射率較佳大於約1.8。
在某些實施方案中，焊接層6的焊接材料具有適當較低的軟化溫度。軟化溫度之定義為玻璃在其自重量條件下開始略微變形情況下的溫度。軟化溫度可以高於玻璃轉化溫度。焊接材料的軟化溫度可以在約250℃至約500℃的範圍 內，例如可以在300℃至400℃的範圍。藉由將焊接材料加熱至接近於軟化溫度Ts之溫度以形成焊接層6，如以下說明。
在某些實施方案中，焊接層6的透明度比較高。藉由包括但不限於焊接層6之焊接材料的帶隙來控制透明度。具有較大帶隙的焊接材料通常具有較佳透明度。
形成透明焊接層6係採用(例如)Schott玻璃SF59，即重含鉛玻璃，其在~600奈米(nm)波長情況下具有折射率(n)~1.95並具有玻璃轉化溫度~362℃。或者透明焊接層6係採用高折射率光學玻璃形成，該等玻璃包括但不限於Schott玻璃LaSF 3，其在~600 nm波長情況下具有折射率n~1.81並具有玻璃轉化溫度~630℃；Schott玻璃LaSF N18，其在~600 nm波長情況下具有折射率n~1.91並具有玻璃轉化溫度~660℃；及其混合物。該等玻璃可從PA Duryea的Schott玻璃技術有限公司獲得。形成焊接層6亦可採用高折射率硫族玻璃，例如(Ge、As、Sb、Ga)(S、Se、Te)硫族玻璃，或採用高折射率硫族玻璃，例如(Ge、AS、Sb、Ga)(S、Se、Te、F、Cl、Br、I)硫族玻璃。
在其他實施方案中形成焊接層6係採用：III-V半導體，其包括但不限於GaP(600 nm波長情況下折射率為n~3.3)、InGaP(600 nm情況下n~3.7)、GaAs(500 nm情況下n~3.4)以及GaN(500 nm情況下n~2.4)；II-VI半導體，其包括但不限於ZnS(500 nm情況下n~2.4)、ZnSe(500 nm情況下n~2.6)、ZnTe(500 nm情況下n~3.1)、CdS(500 nm情況下n~2.6)、 CdSe(500 nm情況下n~2.6)及CdTe(500 nm情況下n~2.7)；IV族半導體及化合物，其包括但不限於Si(500 nm情況下n~3.5)、SiC、及Ge(500 nm情況下n~4.1)；有機半導體、金屬及稀土氧化物，其包括但不限於氧化鎢、氧化碲、氧化鉛、氧化鈦(500 nm情況下n~2.9)、氧化鎳(500 nm情況下n~2.2)、氧化鋯(500 nm情況下n~2.2)、氧化銦錫、氧化鉻、氧化銻(n~2.1)、氧化鉍(n~1.9至2.5)、氧化鎵(n~1.94)、氧化鍺(n~2.0)、氧化鉬(n~2.4)、氧化鎘(n~2.47)、氧化鈷(n~2.4)、氧化鈰(n~2.3)、氧化銦(n~2.0)、氧化鈦(n~2.0)；鹵氧化物，例如氯氧化鉍(n~2.15)；金屬氟化物，包括但不限於氟化鎂(500 nm情況下n~1.4)及氟化鈣(500 nm情況下n~1.4)；金屬，其包括但不限於Zn、In、Mg及Sri；釔鋁石榴石(YAG)、磷化合物、砷化合物、銻化合物、氮化合物、高折射率有機化合物及其混合物或合金。
在某些實施方案中，焊接層6包括發光材料，其將由作用區域12發射的光之波長轉換為其他波長。發光材料包括(例如)傳統磷光粒子、有機半導體、II-VI或III-V半導體、II-VI或III-V半導體量子點或奈米晶體、染料、聚合物以及從缺陷中心發光的材料(例如GaN)。若焊接層6包括傳統磷光粒子，則焊接層6應足夠厚以適應通常具有約5微米至約50微米的尺寸之粒子。
在一項實施方案中，採用在發光裝置之發射波長情況下具有高折射率n的材料以形成焊接層6。在某些具體實施例 中折射率大於約1.5，較佳大於約1.8。在某引起具體實施例中折射率小於發光器4的頂層(例如半導體層8)之折射率。因此因從發光器4內部入射在半導體層8/焊接層6上的光之全內反射而存在臨界角度。同發光器4與環氧樹脂或空氣之間的介面之臨界角度相比，此臨界角度得到增加，然而更多的光係透過表面18萃取至焊接層6中，而非萃取至環氧樹脂密封劑或空氣中。在另一實施方案中焊接層6(例如ZnS或ZnSe)的折射率大於或等於半導體層8(例如GaN)的折射率，而且從發光器4內部入射在焊接層6上的光並未得到內部反射。忽略菲涅爾反射損失，藉由近似地匹配焊接層6及發光器4之頂層的折射率可最小化該等損失，在後者情況下，較萃取至環氧樹脂密封劑或空氣中，更多光亦係透過表面18萃取至焊接層6中。
在某些具體實施例中發光器4與光學元件2之間的焊接劑實質上不含傳統有機基黏著劑(例如環氧樹脂)，因為此類黏著劑趨於具有低折射率。
在另一實施方案中，採用低折射率焊接材料以形成焊接層6，即在發光裝置之發射波長情況下具有小於約1.5的折射率之材料。例如氟化鎂為此類焊接材料之一。低折射率光學玻璃、環氧樹脂及聚矽氧亦可為合適的低折射率焊接材料。熟習此項技術者將認識到若焊接層6足夠薄，則可達到將自橫跨採用低折射率材料形成的透明焊接層6之發光器4的光有效地透射至光學元件2。因此在此實施方案中藉由使焊接層6的厚度小於約500，較佳小於約100，可 以減小因發光器4/焊接層6介面上的全內反射而引起的損失。若表面18或表面22的粗糙度或表面18或表面22上之不規則度的典型高度超過焊接層6的厚度，則光學元件2可能會與發光器4較差地焊接。在此具體實施例中表面18及22視需要加以拋光以達到表面粗糙幅度小於或等於焊接層6的厚度。
若發光器4包括吸收由作用區域12發射的光之材料，並且若焊接層6係採用低折射率材料形成但並非如以上說明那麼薄，則即使焊接層6本身沒有吸收性，通常仍在發光器4中捕獲由作用區域12發射的光之大部分。相反，採用高折射率材料形成的焊接層6通常從發光器4中耦合由作用區域12發射的光之較大部分至光學元件2，即使高折射率焊接材料為(例如)吸收所發射的光之一部分的硫族玻璃之材料。
在塗敷透明焊接層6於發光器4之後，將光學元件2之表面22固定在焊接層6上。接著將焊接層6的溫度提高至約室溫與約1000℃之間的溫度，並且在約1磅每平方英寸(psi)至約6000 psi的壓力下，將光學元件2及發光器4壓合在一起達約一秒至約6小時之時間週期。本發明者咸信此程序藉由光學元件2與焊接層6(形成於發光器4上)之間的介面上發揮效應的焊接劑，可將光學元件2與發光器4焊接，該焊接係利用(例如)經由剪切應力的材料轉化、蒸發與濃縮、液化、熔化或軟化，然後利用固化、擴散或煉製合金。本發明者咸信在某些實施方案中可藉由焊接劑將光學元件2 與發光器4焊接，該焊接劑藉由以下方式發揮類似效應：例如形成於光學元件2及發光器4之各項上的焊接層之間，或焊接層6(形成於光學元件2上)與發光器4之間的材料轉化。因此可將具有材料轉化特徵的焊接介面置放在光學元件2與發光器4之間。例如在某些實施方案中，n層8及焊接層6之介面上的表面18為此類焊接介面。在另一實施方案中，形成於光學元件2及發光器4之各項上的焊接層之介面為焊接介面。在另一實施方案中，光學元件2及焊接層6之介面為焊接介面。
若透明焊接層6係形成於(例如)採用光學玻璃製造的發光器4上，則在一項實施方案中，將焊接層6的溫度提高至約光學玻璃之應變點溫度。應變點溫度為光學玻璃具有約1014.5 泊之黏度情況下的溫度。應變點對應於光學玻璃之膨脹對溫度之繪圖中的第一非線性，並因此表示退火範圍之下限。應變點接近於玻璃轉化溫度但小於玻璃轉化溫度。玻璃轉化溫度情況下的黏度為約1013 泊。最後，軟化溫度為材料在其自重量條件下略微變情況下的溫度。轉化溫度情況下的黏度為約107.65 泊。將光學玻璃加熱至接近於或超過軟化溫度會增加其柔性並降低其表面張力，從而使光學玻璃可以精微地符合表面22並影響光學元件2與焊接層6之間的焊接劑。
執行以上說明的將光學元件2與發光器4焊接之程序，可採用美國專利第5,502,316號及第5,376,580號所揭示的裝置，該等申請專利係以引用的方式併入本文中。所揭示的 裝置在高溫度及壓力下將半導體晶圓相互焊接。該等裝置可加以修改以根據需要適合發光器及光學元件。或者，執行以上說明的焊接程序可採用傳統垂直壓合方法。
形成透明光學元件2可採用(例如)SiC(500 nm情況下n~2.7)、氧化鋁(藍寶石，500 nm情況下n~1.8)、金剛石(500 nm情況下n~2.4)、立方體氧化鋯(ZrO2 )、由Sienna技術公司生產的氮氧化鋁(AlON)，多晶氧化矽(透明氧化鋁)、尖晶石、可從紐約Ontario的Optimax系統公司獲得的Schott玻璃LaFN21、Schott玻璃LaSFN35、LaF2、LaF3及LaF10或以上列舉用作透明焊接層6中的焊接材料之任一材料，而厚金屬層除外。光學元件2及與其焊接的發光器4之熱膨脹係數之間的失配，可以在加熱或冷卻時引起光學元件2與發光器4分開。而且接近匹配熱膨脹係數會減小由焊接層6及光學元件2在發光器4中導致的應力。因此在一項具體實施例中，採用具有接近匹配與光學元件2焊接的發光器4之熱膨脹係數的熱膨脹係數之材料形成光學元件2。尖晶石為所需光學元件材料，因為尖晶石的熱膨脹係數對於每個晶體方位而言均相同。
在一項具體實施例中透明光學元件2具有形狀及尺寸，以便從發光器4進入光學元件2的光將以接近於垂直入射的入射角與光學元件2的表面24相交。因而可減小表面24與環境媒介(通常為空氣)之介面中的全內反射。此外，因為入射角的範圍比較小，所以藉由塗敷傳統抗反射塗層25於表面24，可以減小表面24上的菲涅爾反射損失。光學元件 2之形狀為(例如)球形之一部分(例如半球面)、一韋氏球形(斜截球形)或小於半球形的球形之一部分。或者光學元件2的形狀為橢圓形之一部分，例如斜截橢圓形。隨著光學元件2之尺寸的增長，表面24上從發光器4進入光學元件2的光之入射角更接近於垂直入射角。因此透明光學元件2的基礎之長度與發光器4的表面18之長度的最小比率較佳為約1，更佳大於約2。例如在各種具體實施例中，可將1 mm長的發光器與直徑為2.5 mm及中心高度為1.25 mm的半球形光學元件焊接，可將2 mm長的發光器與直徑為5 mm及中心高度為2.5 mm的半球形光學元件焊接，並可將3 mm長的發光器與直徑為7.5 mm及中心高度為3.75 mm的半球形光學元件焊接。通常而言，光學元件比發光器厚甚多。例如具有以上說明的尺寸之III氮化物發光器可以為100微米厚，而具有以上說明的尺寸之III磷化物可以為250微米厚。
熟習此項技術者將認識到，藉由發光器之發射波長情況下的光學元件材料之吸收常數，可決定如以上定義連續透明的特定材料之光學元件2的最大尺寸。在一項實施方案中，光學元件2為形成於平面或曲面上的菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡通常比(例如)具有可比較焦距之球形光學元件薄，並因此不那麼具有吸收性。菲涅爾透鏡或槽形表面亦可形成於曲面上，例如發光器或光學元件之圓頂或圓筒形表面。利用菲涅爾透鏡的發光器已說明在美國專利申請案第09/823,841號中，其名稱為「形成光學元件於具改進的 光萃取之發光裝置的表面上」，由Douglas W.Pocius、Michael D.Camras及Gloria E.Hofler提供，其係整體上以引用的方式併入本文中。
在一項實施方案中，光學元件2包括發光材料，其將由作用區域12發射的光之波長轉換為其他波長。在另一實施方案中，表面22上的塗層包括(例如)發光材料。發光材料包括(例如)傳統磷光體粒子、有機半導體、II-VI或III-V半導體、II-VI或III-V半導體量子點或奈米晶體、染料、聚合物及從缺陷中心發光的材料(例如GaN)。或者採用(例如)發光材料摻雜接近表面22的光學元件2之區域。
可在六個排列中排序光學元件2之折射率(noptical element )、焊接層6之折射率(nbond )及發光器4的頂層之折射率(nLED )的幅度。若nLED nbond noptical element 或nLED noptical element nbond ，則可消除因全內反射而引起的損失，但是可能會出現菲涅爾損失。特定言之，若nLED =nbond =noptical element ，則光從發光器4進入光學元件2，而不會因菲涅爾反射或全內反射而引起損失。或者若nbond nLED noptical element ，但是nbond >nepoxy 或如上所說明焊接層6比較薄，則忽略菲涅爾反射損失，更多的光係萃取至光學元件2中而非萃取至環氧樹脂密封劑或空氣中。同樣若nbond noptical element nLED ，但是nbond >nepoxy 或如上所說明焊接層6比較薄並且noptical element >nepoxy ，則忽略菲涅爾反射損失，更多的光係萃取至光學元件2中而非萃取至環氧樹脂密封劑或空氣中。若noptical element nbond nLED 或noptical element nLED nbond ，但是noptical element >nepoxy ，則則忽略菲涅爾反射損失，更多的光係萃取至光學元件2中而非萃取至環氧樹脂密封劑或空氣中。因此透明光學元件2具有在發光器4之發射波長情況下大於約1.5的折射率，更佳具有大於約1.8的折射率。若環境媒介為空氣(nair ~1)而非環氧樹脂密封劑，則可施加類似分析，nair 替代nepoxy 。
若焊接層6包括磷光體粒子及焊接材料的折射係數，高折射率硫族玻璃較佳接近匹配磷光體粒子的折射率，則藉由由作用區域發射的光之磷光體粒子或藉由磷光體粒子的散射將忽略不計。磷光體粒子、焊接材料、發光器4之頂層(例如n層8)及光學元件的折射率較佳均約相等。若發光器4之頂層為InGaN、磷光體粒子為SrS：Eu及/或SrGaS：Eu並且光學元件為ZnS，則情況如此。
圖2解說替代具體實施例，其中透明光學元件2係與發光器4之頂表面18直接焊接，而無需使用獨立焊接層。本發明者咸信焊接劑係在光學元件2與發光器4之間藉由以下方式發揮效應：例如經由剪切應力的材料轉化、蒸發濃縮、分解濃縮、液化(或熔化或軟化)，然後係固化、擴散或煉製合金。圖案化金屬化層20(若其出現)以使光學元件2之表面22可直接接觸表面18。亦視需要藉由(例如)蝕刻來圖案化表面22。在此具體實施例之一項實施方案中，採用例如以上列舉的可用以形成獨立焊接層之材料形成透明光學元件2。在另一實施方案中，形成發光器4之頂層(例如圖2中的n層8)所用的材料適合作為焊接材料。因此光學元件2或 發光器4之頂層另外作為焊接層，而且無需獨立的焊接層。在一項實施方案中，例如表面18上的光學元件2及發光器4之介面為焊接層，其特徵為光學元件2與發光器4之間的質量轉化。
對於與發光器4直接焊接的光學元件2而言，若nLED noptical element 或若noptical element <nLED ，但是noptical element >nepoxy ，則忽略菲涅爾反射損失，更多的光係萃取至光學元件2而非萃取至環氧樹脂密封劑中。若環境媒介為空氣(nair ~1)而非環氧樹脂密封劑，則施加類似分析，nair 替代nepoxy 。
在以上說明的用於利用焊接層6的焊接程序之溫度及壓力情況下，將透明光學元件2與發光器4直接焊接。在一項實施方案中，採用展現出高擴散率的材料(例如Zn或Si)摻雜發光器4之表面18或光學元件2之表面22。可在藉由(例如)MOCVD、VPE、LPE或MBE的材料生長期間，或在藉由(例如)植入的材料生長之後完成此類摻雜。在另一實施方案中，藉由沈積於表面18及22之至少一表面上，將高擴散率材料的薄層置放在光學元件2與發光器4之間。藉由傳統方式(例如蒸發或噴濺)可完成沈積。本發明者咸信在焊接程序期間，高擴散率材料橫跨光學元件2與發光器4之間的介面擴散，並且增強光學元件2與發光器4之間的材料轉化。所用的高擴散率材料之數量應足夠少，以維持(例如)光學元件2及發光器4之頂層的透明度。
應用焊接方法不限於預製光學元件。更正確地說，透明 光學元件2可以為透明光學元件材料之區塊，其係採用以上說明的方式與發光器4焊接，並接著形成為光學元件2。光學元件2可採用蝕刻加以形成，該蝕刻可結合光微影或其他微影技術、電子束微影、離子束微影、X射線微影或全像微影。亦可使用濕式或乾式化學蝕刻技術，例如電漿蝕刻、反應離子蝕刻(RIE)及化學輔助離子束蝕刻(CAIBE)。而且光學元件2可採用離子束研磨或集中離子束研磨(FIB)方式加以研磨至透明光學元件材料之表面中、採用掃描電子或雷射束融入表面中或藉由鋸開、研磨或劃開而機械式加工至表面中。此外，採用美國專利申請案第09/823,841號所揭示的方法，可將光學元件2壓印至透明光學元件材料之區塊中。
有利的係將發光器4與光學元件2焊接，而非傳統上將發光器4包裝在密封劑中。例如與傳統環氧樹脂封裝發光器相比，可改進透過採用或不用以上說明的焊接層6與光學元件2焊接的發光器4之表面18的光萃取效率。此外發光器4無需經歷由環氧樹脂封裝(包裝)發光器經歷的損傷應力。此外，在缺少於相對較低溫度情況下退化的環氧樹脂密封劑時，發光器4可在較高溫度情況下運行。因此藉由在較高電流密度情況下運行發光器，可以增加發光器4的光輸出。
然而若需要，則可另外將與光學元件2焊接的發光器4封裝在(例如)環氧樹脂或聚矽氧中。與光學元件2焊接的發光器4之此類封裝，將不會影響透過發光器4之表面18進入光 學元件2的光萃取效率。如以上說明，藉由光學元件2的形狀及尺寸，將最小化表面24及密封劑之介面上的全內反射。
在某些實施方案中，發光器4包括(例如)在高溫情況下退化的電性接點之金屬化。在其他實施方案中，採用在高溫情況下退化的焊劑或銀方位晶黏環氧樹脂將發光器與基座(圖中未顯示)焊接。(應注意晶黏環氧樹脂將不同於環氧樹脂密封劑)。因此，在一項實施方案中採用或不用焊接層6將光學元件2與發光器4焊接之程序出現在低於約500℃的溫度情況下，以避免(例如)使金屬化或晶黏環氧樹脂退化。在另一實施方案中，將光學元件2與不完整的發光裝置(即失去某些或全部金屬化的發光裝置)焊接。在後者實施方案中，在光學元件焊接程序之後完成發光裝置的製造。
圖3解說具體實施例，其中斜切發光器4的側面26及28，以便該等側面分別以小於90o 的角α及β與焊接層6相交，並分別以大於90o 的角γ及δ與作用區域12相交。雖然圖3顯示二個斜切面，但是在其他具體實施例中發光器4具有二個以上或以下的斜切面，並實質上為(例如)錐形或金字塔形。
斜切面26及28反映從作用區域12朝焊接層6發射的光。因此透過焊接層6及光學元件2，可有利地萃取另外可能已在發光器4中捕獲或在發光器之側面上遺失的光。在一項具體實施例中，發光器4係由低折射率媒介(例如空氣)圍 繞，而從作用區域12入射在斜切面26及28上的光之一部分係朝焊接層6完全內部反射。在另一具體實施例中，斜切面26及28係採用反射塗層加以塗佈，在一項實施方案中該塗層為金屬層而在另一實施方案中其為介電層，該塗層朝焊接層6反射光。
在一項具體實施例中，接點16具有高度的反射性。因此在此具體實施例中，入射在接點16上的光係直接從側面26及28或在從該等側面進行另外反射之後朝焊接層6及光學元件2反射。因此可增加發光器4之光萃取效率。
圖4及5解說各具體實施例，其中發光器4包括傳導透明上層30，其係與金屬層20電耦合並與n層8電耦合；並視需要包括傳導透明基板32，其係與p層10電耦合並與接點16耦合。上層30及(視需要的)基板32係採用(例如)半導體形成，該等半導體具有大於由發光器4發射的光子之能量的帶隙能量。亦可採用藍寶石、SiC(碳化矽)、Sienna技術公司之氮氧化鋁(AlON)、GaN、AIN、尖晶石、及多晶氧化鋁(透明氧化鋁)形成上層30及(視需要的)基板32。
採用具有在作用區域12之發射波長情況下，折射率較佳大於約1.5，更佳大於約1.8的材料形成上層30。在其他實施方案中，發光器4之側面26及28得到斜切並具有高度反射性，而且接點16具有高度反射性，如以上說明。在圖4所解說的具體實施例中，透明光學元件2係採用焊接層6與上層30焊接，而n層8係藉由n接點14與金屬化層20電耦合。
圖5解說具體實施例，其中透明光學元件2係與上層30直接焊接，而n接點14並非獨立提供。
在圖6及7所解說的「倒裝晶片」具體實施例中，接點14及16係置放在發光器4的相同側上。因為光學元件2係從接點14及16與發光器4之對立側焊接，所以在該等具體實施例中光學元件2不需要金屬化層。藉由金屬化層的缺少而改進進入光學元件2的光萃取效率。在其他實施方案中，發光器4之側面26及28得到斜切並具有高度反射性，而且接點16具有高度反射性，如以上說明。採用具有在作用區域12之發射波長情況下，折射率較佳大於約1.5，更佳大於約1.8的材料(例如藍寶石、SiC、GaN、AIN或GaP)形成透明上層34。亦可採用Sienna技術公司之氮氧化鋁(AlON)、尖晶石、碲氧化物、鉛氧化物、鎢氧化物及多晶氧化鋁(透明氧化鋁)形成透明上層34。
圖6解說具體實施例，其中光學元件2係採用焊接層6與透明上層34焊接。圖7解說具體實施例，其中光學元件2係與透明上層34直接焊接。
在圖6及7所解說的具體實施例之一項實施方案中，光學元件2係採用ZnS形成，上層34係採用SiC或GaN形成，而n層8係採用III氮化物半導體(例如GaN)形成。在另一實施方案中，光學元件2係採用GaP形成，上層34係採用GaP形成，而n層8係採用III磷化物半導體(例如AlInGaP合金)形成。若出現透明焊接層6，則採用(例如)ZnS形成該層。
圖8及9解說具體實施例，其中n層8、p層10及作用區域 12之方位實質上垂直於光學元件2。如圖6及7所解說的具體實施例所說明，光學元件2不需要金屬化層。在圖8所解說的具體實施例中，光學元件2係採用焊接層6與發光器4焊接。在圖8及9所解說的具體實施例中，光學元件2係與發光器4直接焊接。在一項實施方案中，發光器4係採用晶圓鋸開(「劃開」)，該晶圓具有在實質上垂直於層8及10並垂直於作用區域12的方向形成的切口。在此實施方案中，視需要拋光要與光學元件2焊接的發光器4之表面以減小其粗糙度。在其他實施方案中，斜切發光器4之側面26及28，接點14及接點16具有高度反射性，並且定位反射層36以將光反射至光學元件2。
圖10及11解說具體實施例，其中發光器4係定位在與發光器4焊接的光學元件2之表面22中的凹槽38中。在圖10所解說的具體實施例中，光學元件2係與發光器4直接焊接。在圖11之具體實施例中，光學元件2係採用焊接層6與發光器4焊接。
圖12A至13解說頂部發射器之具體實施例，其係調適成引導透過發光器4之頂部區域所產生的光。圖12A至12C解說圓筒形具體實施例。在該等具體實施例中，具有平行於發光器4之半導體層的平面之光學元件2的斷面實質上為圓形。圓筒形具體實施例具有軸39，其實質上垂直於圓形之平面。在某些具體實施例中軸39可以不垂直於圓形之平面。
圖12A解說基本具體實施例，其中圓頂形光學元件2係與 表面22上的發光器4焊接。
圖12B解說頂部發射器之具體實施例，其係調適成引導透過具體實施例之頂部區域所發射的光。在某些具體實施例中，反射鏡層40係形成於光學元件2的表面24之一實質部分上，從而使較小孔徑41接近於具體實施例的軸39。此具體實施例使某些應用所優選的發光表面變窄。到達孔徑41的光射器4之光透過孔徑41離開具體實施例。可將到達採用反射鏡層40加以塗佈之表面24的發光器4之光反射回至光學元件2。反射光之一部分再進入發光器4，其中該部分可激發電子及電洞，其後來可再組合以發射光子。此程序有時係稱為光子再循環。此再循環光可透過孔徑41離開具體實施例。在某些具體實施例中，孔徑41可位於光學元件2之表面上的任一處。光學元件2係由焊接劑附於表面22上的發光器4。在某些具體實施例中，在表面22上存在金屬化層20以方便與發光器4之頂部電連接，在其他具體實施例中使用其他接觸辦法。圖12B之裝置係更詳細地說明在申請案第10/283,737號中，其名稱為「增強亮度之發光裝置之點發射器」，於2002年10月29日提出申請，其係以引用的方式併入本文中。
可採用金屬層、介電層、反射塗層、或一般採用具有不同於光學元件2之折射率的折射率之任一實質反射層形成反射鏡層40。
在圖12A至12B之兩具體實施例中，光學元件2可具有蝕刻在其中的菲涅爾圖案。菲涅爾圖案包括一組溝槽，其通 常係配置在中心圖案中。菲涅爾圖案可蝕刻在整個表面24上、或僅在頂部區域上、或僅在表面24之側面區域上。
圖12C解說另一頂部發射器具體實施例。此處光學元件2為光學集中器，其具有形成於集中器之側面上的光學反射鏡層40。在某些具體實施例中，光學集中器的形狀類似於拋物面形。雖然圖12C描述光學集中器為具有拋物面形，但是表面24可具有設計成集中光的任一形狀，例如錐形或斜切形。此處說明的光學集中器亦在非成像光學領域中為人所熟知。
圖13A至13B解說細長具體實施例。圖13A解說具體實施例，其中發光器4得到延長並且光學元件2得到相應延長。光學元件2為光學集中器。光學集中器之斷面實質上可以為拋物線形。斷面拋物線具有軸39。在某些具體實施例中軸39實質上可垂直於表面22。在具有細長拋物線形光學集中器的具體實施例中，由發光器4發射的光在從反射鏡層40反射之後係實質上平行於軸39而引導。
雖然圖13A至13B描述光學集中器為具有拋物面斷面，但是表面24可具有設計成集中光的任一形狀，例如細長錐形或斜切形。
圖13B解說細長具體實施例。在此具體實施例中多個發光器4係與光學元件2焊接。發光器4可與共享光學元件2之底表面焊接。發光器4可具有類似或不同特徵。某些具體實施例具有發射具有不同顏色的光之發光器4。
圖14A解說具體實施例，其中發光器4係與光學元件2焊 接，此組件係置放在反射器42內。反射器42為調適成將光引向光學元件之頂表面的結構。
在某些具體實施例中，發光裝置1可進一步與散熱片46耦合。在發光裝置1與散熱片46之間可存在另外的結構。而且可採用許多方法相對於不同於圖14A之配置的反射器42而置放散熱片46。可採用具有良好熱傳導的材料(例如採用金屬或某些陶瓷)形成散熱片46。某些具體實施例利用不同方法來控制發光器4的熱產生。
圖14B解說側面發射具體實施例。在此側面發射具體實施例中，光學元件2係調適成引導以相對於軸39的較大角所發射的光。以較大角發射的此光係接著由反射器42反射。在此側面發射具體實施例中，發光器4係再次與光學元件2焊接。在某些具體實施例中，發光器4係亦與散熱片46耦合。
圖15A至15C解說各種側面發射具體實施例，其係調適成引導以相對於軸39的較大角所發射的光。
圖15A解說具體實施例，其中光學元件2具有斷面，其在中心區域比在周邊區域細。表面24之一實質部分可由反射鏡層40覆蓋。由發光器4發射的光向反射鏡層40傳播，其中光可以得到橫向反射。此反射光可透過側面48離開光學元件2。具有不同成形表面24的具體實施例不同地引導所反射的光。其中表面24具有二個半拋物線狀斷面的具體實施例實質上水平地引導光。在某些具體實施例中，光學元件2為圓筒形，即其具有水平面的斷面實質上為圓形。
圖15B解說具有不對稱光學元件2的具體實施例。表面24上的反射鏡層40向右側反射光，以便光可透過右側48離開光學元件2。表面24可以為曲面。其斷面可以為(例如)拋物線。
圖15C解說具有不對稱光學元件2的具體實施例。表面24上的反射鏡層40向右側反射光，以便反射的光可透過右側48離開光學元件2。表面24本質上可以為平面。
圖16解說不對稱細長具體實施例。光學元件2係成形為柱狀或板狀。在某些具體實施例中，反射鏡層40係形成於柱子的頂部上。在某些具體實施例中，反射鏡層40係形成於柱子的側面24之一上。在某些其他具體實施例中沒有反射鏡層係形成於側面上。在某些具體實施例中散射層係形成於柱子的頂部上。光線透過表面22進入光學元件2。上升光線55及下降光線65係重複地由側面及頂部上的反射鏡層40反射。當作為光線55及65之一部分的現有光線75得到反射時，到達右表面48的該等光線之另一部分會離開。在其中於光學元件2之側面的任一側面上不存在反射鏡層之具體實施例中，光線55及65可在柱狀光學元件2之側面的任一側面上離開。在其中於柱子之頂部上不存在反射鏡層之具體實施例中，光線55及65亦可透過柱子的頂部離開。因此，該等具體實施例可用作「光板」、「光柱」或「光片」之光源。此類光源可用於大範圍的各種應用。
圖17A至17C解說具體實施例，其中發光裝置1係固定成接近於光導。某些光導具有低折射率並可由聚四氟乙烯丙 烯酸或PMMA製造。光導50可與發光裝置1接觸，或可與發光裝置1分開，該接觸或分開係採用(例如)空氣、聚矽氧、環氧樹脂、一或多個濾鏡或塗層，例如發光裝置1與光導50之間的抗反射塗層。光導能將光引入遙遠的目標或應用區域。光導可併入顯示器，例如指示器及液晶顯示器。在圖17及18之所有後來的光導設計中，可利用圖1至16的發光裝置之任一裝置。
圖17解說具體實施例，其中圖14A至14B之設計係固定成接近於由(例如)空氣、聚矽氧或環氧樹脂分離的光導50。反射器42將光引向光導50。
圖17B解說具體實施例，其中光學元件2為如圖12C之具體實施例中的光學集中器。在此具體實施例中光學集中器將光引向光導50。
圖17C解說具體實施例，其中光學元件2為如圖13A至13B之具體實施例中的細長光學集中器。在此具體實施例中細長光學集中器將光引向細長光導50。
圖18解說具體實施例，其中光導50具有錐形側表面48，其係從發光裝置1擴大。在某些具體實施例中，反射鏡層40係形成於光導50的端部。在某些具體實施例中，反射鏡層40係形成於光導50的側面24之一上。在某些具體實施例中沒有反射鏡層會形成於光導50之側面上。在某些具體實施例中，散射表面係形成於光導50之端部。上升光線55得到反射並散射至頂部反射鏡層40或散射表面上的下降光線65中。
尖角可以比較小。上升光線55因為擴大的錐度而可在側面24上經歷全內反射(TIR)，並停留在光導50內。此額外的路徑長度可混合不同顏色的光。返回光線65不經歷TIR，因為其經歷窄化錐度。因此在每次反射中，返回光線65會局部地離開光導50作為現有光線75。在該等具體實施例中，重複反射的光可得到足夠均勻地分配，以便現有光線75之強度具有沿光導50的實質均勻強度，從而提供光片。在某些具體實施例中，該等側面之僅一個側面可能會為錐形側面。
在某些具體實施例中，光導50係與圖13B之設計耦合，該設計具有二或多個發光裝置4。在各種具體實施例中可使用具有不同顏色的發光裝置。在某些具體實施例中選擇二或多個發射顏色，以便該等顏色可組合成接近於白色的顏色。某些具體實施例組合琥珀色及藍色、某青色及紅色及某組合紅色、藍色及綠色。在從光導50之表面48進行重複反射之後，不同顏色的光線變得充分混合以顯現為接近於白色光。具有此類光導的具體實施例可用作白色光片之光源。此類白色光片之光源可用作(例如)液晶顯示器中的背景光。
雖然本發明係採用特定具體實施例解說，但是希望本發明包括所附申請專利範圍之範疇內的所有變化及修改。
1‧‧‧發光裝置
2‧‧‧光學元件
4‧‧‧發光器
6‧‧‧焊接層
8‧‧‧第一半導體層/n層
10‧‧‧第二半導體層/p層
12‧‧‧作用區域
14‧‧‧n接點
16‧‧‧p接點
18‧‧‧頂表面
20‧‧‧金屬化層
22‧‧‧平面
24‧‧‧表面
25‧‧‧抗反射塗層
26‧‧‧斜切面
28‧‧‧斜切面
30‧‧‧上層
32‧‧‧基板
34‧‧‧上層
36‧‧‧反射層
39‧‧‧軸
40‧‧‧反射鏡層
41‧‧‧孔徑
42‧‧‧反射器
46‧‧‧散熱片
48‧‧‧側表面
50‧‧‧光導
55‧‧‧光線
65‧‧‧光線
75‧‧‧光線
n‧‧‧折射率
Ts‧‧‧軟化溫度
圖1A為依據本發明之一具體實施例的相互焊接的光學元件及發光器之示意圖。
圖1B為採用焊接層與依據本發明之一具體實施例的發光器焊接的光學元件之示意圖。
圖1C為與依據本發明之另一具體實施例的發光器焊接的光學元件之示意圖。
圖1D為與依據本發明之另一具體實施例的發光器焊接的光學集中器之示意圖。
圖2為與依據本發明之一具體實施例的發光器直接焊接的光學元件之示意圖。
圖3為採用焊接層與依據本發明之一具體實施例的具有斜面之發光器焊接的光學元件之示意圖。
圖4為採用焊接層與依據本發明之一具體實施例的具有基板及上層之發光器焊接的光學元件之示意圖。
圖5為與依據本發明之一具體實施例的具有基板及上層之發光器直接焊接的光學元件之示意圖。
圖6為採用焊接層與依據本發明之一具體實施例的具有「倒裝晶片」幾何形狀之發光器焊接的光學元件之示意圖。
圖7為與依據本發明之一具體實施例的具有「倒裝晶片」幾何形狀之發光器直接焊接的光學元件之示意圖。
圖8為採用焊接層與具有實質上垂直於光學元件之作用區域的發光器焊接的光學元件之示意圖。
圖9為與具有實質上垂直於光學元件之作用區域的發光器直接焊接的光學元件之示意圖。
圖10為定位在與發光器直接焊接的光學元件之表面的凹 槽中的發光器之示意圖。
圖11為定位在採用焊接層與發光器焊接的光學元件的表面之凹槽中的發光器之示意圖。
圖12A為與依據本發明之一具體實施例的發光器焊接的光學元件之示意圖。
圖12B至12C為與依據本發明之具體實施例的形成頂部發光裝置之發光器焊接的光學元件之示意圖。
圖13A至13B為與依據本發明之具體實施例的發光器焊接的細長光學元件之示意圖。
圖14A至14B為與發光器焊接並固定在依據本發明之具體實施例的反射器中的光學元件之示意圖。
圖15A至15C為與依據本發明之具體實施例的發光器焊接的不對稱光學元件之示意圖。
圖16為與依據本發明之具體實施例的發光器焊接的柱狀光學元件之示意圖
圖17A至17C為與發光器焊接並與依據本發明之具體實施例的光導耦合的光學元件之示意圖。
圖18為依據本發明之一具體實施例的錐形光導之光線的路徑之示意圖。
2‧‧‧光學元件
4‧‧‧發光器
8‧‧‧第一半導體層/n層
10‧‧‧第二半導體層/p層
12‧‧‧作用區域
14‧‧‧n接點
16‧‧‧p接點
18‧‧‧頂表面
20‧‧‧金屬化層
22‧‧‧平面
24‧‧‧表面
25‧‧‧抗反射塗層

Claims (19)

  1. 一種半導體裝置，其包括：一第一半導體發光裝置，其包括包含一作用區域(active region)的一半導體層堆疊(stack)；以及一光學元件，其係與該第一半導體發光裝置接合且包含：一側表面(side surface)；及一反射鏡(mirror)，其設置在該側表面上；其中該第一半導體發光裝置與該光學元件係在一第一方向上且沿著該第一方向延伸，該光學元件在複數個平面上具有相同的橫截面，其中各平面均垂直於該第一方向，其中各平面均包含至少一軸，該至少一軸係垂直於該第一方向，其中由該第一半導體發光裝置所發射的光在自該反射鏡反射之後被導引為實質上平行於該橫截面之軸。
  2. 如請求項1之半導體裝置，其進一步包括一第二半導體發光裝置，該第二半導體發光裝置包括包含與該第一半導體發光裝置旁邊的該光學元件接合之一作用區域的複數層之一堆疊(a stack of layers)。
  3. 如請求項2之半導體裝置，其中該第一半導體發光裝置之該作用區域發射的光與該第二半導體發光裝置之該作用區域發射的光具有不同顏色。
  4. 如請求項1之半導體裝置，其中該光學元件係藉由置放 在該光學元件與該第一半導體發光裝置之間的一介面上的一接合劑而與該第一半導體發光裝置接合，其中該接合劑實質上不含有機基黏著劑(organic-based adhesives)。
  5. 如請求項1之半導體裝置，其中該光學元件為一光學集中器。
  6. 如請求項1之半導體裝置，其中：該光學元件具有鄰近於將該光學元件與該第一半導體發光裝置連接的該接合劑之一第一表面、實質上平行於該第一表面的一第二表面、及一實質拋物線斷面；以及該第一表面之一面積小於該第二表面之一面積。
  7. 如請求項6之半導體裝置，其中該側表面將該第一表面與該第二表面連接。
  8. 一種半導體裝置，其包括：一第一半導體發光裝置，其包括：包含一作用區域的一半導體層堆疊；以及一發光表面；及一光學元件，其係與該第一半導體發光裝置之該發光表面接合且包含：至少一側表面(side surface)；及一光入射表面(light entry surface)；其中該光入射表面係與該第一半導體發光裝置之該發光表面接合，其中該光學元件係在一第一方向上且沿著該第一方向延伸，該光學元件在複數個平面上具有相同的橫截面， 其中各平面均垂直於該第一方向，其中各平面均包含至少一軸，該至少一軸係垂直於該第一方向。
  9. 如請求項8之半導體裝置，其進一步包括鄰近於該光學元件之一光導(light guide)。
  10. 如請求項9之半導體裝置，其中該光導與該光學元件接觸。
  11. 如請求項9之半導體裝置，其中該光導與該光學元件隔開。
  12. 如請求項8之半導體裝置，其中該第一半導體發光裝置沿著該第一方向延伸。
  13. 如請求項8之半導體裝置，其進一步包括一第二半導體發光裝置，該第二半導體發光裝置包括包含與該第一半導體發光裝置旁邊的該光學元件接合之一作用區域的複數層之一堆疊。
  14. 如請求項13之半導體裝置，其中該第一半導體發光裝置之該作用區域發射的光與該第二半導體發光裝置之該作用區域發射的光具有不同顏色。
  15. 如請求項8之半導體裝置，其中該光學元件係藉由置放在該光學元件與該第一半導體發光裝置之間的一介面上的一接合劑而與該第一半導體發光裝置接合，其中該接合劑實質上不含有機基黏著劑。
  16. 如請求項8之半導體裝置，其中該光學元件為一光學集中器。
  17. 如請求項8之半導體裝置，其中： 該光學元件具有實質上平行於該光入射表面之一第二表面及一實質拋物線斷面；以及該光入射表面之一面積小於該第二表面之一面積。
  18. 如請求項17之半導體裝置，其中該側表面將該光入射表面與該第二表面連接。
  19. 如請求項8之半導體裝置，其進一步包括位於該側表面之至少一部分上的一反射鏡。
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