特許 6042890 状態検出を備える固体変換器、関連システム、および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6042890

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】状態検出を備える固体変換器、関連システム、および方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/32 20100101AFI20161206BHJP

   H01L 33/10 20100101ALI20161206BHJP

   H01L 33/38 20100101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/32

   H01L33/10

   H01L33/38

【請求項の数】25

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-528427(P2014-528427)

(86)(22)【出願日】2012年8月15日

(65)【公表番号】特表2014-525685(P2014-525685A)

(43)【公表日】2014年9月29日

(86)【国際出願番号】US2012050855

(87)【国際公開番号】WO2013032699

(87)【国際公開日】20130307

【審査請求日】2014年12月16日

(31)【優先権主張番号】13/223,136

(32)【優先日】2011年8月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】595168543

【氏名又は名称】マイクロン テクノロジー， インク．

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100106851

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 泰久

(72)【発明者】

【氏名】シューバート，マーティン エフ．

(72)【発明者】

【氏名】オドノブリュドフ，ウラジーミル

【審査官】 小濱 健太

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１９２８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１８８３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１６２６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２８９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５８２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１９８６２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６１−２２０３８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固体変換器システムであって、
支持基板と、
前記支持基板の表面側に配置され、第１の半導体材料、第２の半導体材料、および前記第１の半導体材料と前記第２の半導体材料との間に位置する活性領域を備える固体エミッタと、
前記固体エミッタの状態を検出する状態デバイスと、を備え、
前記状態デバイスおよび前記固体エミッタは共通軸に沿って積層され、且つ前記状態デバイスは前記支持基板と前記固体エミッタとの間に配置され、
前記状態デバイスは光センサであり、前記光センサは、前記固体エミッタに対向する片側面と、前記支持基板に対向する反対面と、前記片側面に電気的に接続される第１状態デバイス接点と、前記反対面に電気的に接続される第２状態デバイス接点と、を有し、前記第１状態デバイス接点および前記第２状態デバイス接点はいずれも前記支持基板の裏面側に配置される、
システム。

【請求項2】

前記支持基板と前記固体エミッタとの間に位置すると共に、その一部に凹部が設けられた反射材料をさらに備え、前記光センサは、前記反射材料に設けられた前記凹部内に前記共通軸に沿って配置されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第１状態デバイス接点は、前記光センサの前記片側面に透明導電材料を介して電気的に接続されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記第１状態デバイス接点は、前記光センサの前記片側面に透明導電材料を介して電気的に接続され、前記凹部内には第１透明絶縁材料が配置されており、前記透明導電材料および前記第１透明絶縁材料は互いに接している、請求項２に記載のシステム。

【請求項5】

前記透明導電材料と前記第１状態デバイス接点との間に第１接点材料を更に含み、前記第２状態デバイス接点は、前記光センサの前記反対面に第２接点材料を介して電気的に接続されている、請求項３に記載のシステム。

【請求項6】

前記透明導電材料、前記光センサ、前記第１接点材料および前記第２接点材料は、第２透明絶縁材料により前記支持基板から電気的に絶縁される請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１状態デバイス接点と前記第２状態デバイス接点の各々は絶縁材料を介して前記支持基板から電気的に絶縁される請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記第１状態デバイス接点は、前記第２透明絶縁材料および前記支持基板を貫通する第４ビアを充填する導電材料を介して前記第１接点材料に電気的に接続され、
前記第２状態デバイス接点は、前記第２透明絶縁材料および前記支持基板を貫通する第３ビアを充填する導電材料を介して前記第２接点材料に電気的に接続されている、請求項６に記載のシステム。

【請求項9】

前記第１状態デバイス接点および前記第２状態デバイス接点は、コントローラーに接続される、請求項１に記載のシステム。

【請求項10】

前記第１の半導体材料に接続されると共に前記支持基板の前記裏面側に配置される固体エミッタ第１接点と、前記第２の半導体材料に接続されると共に前記支持基板の前記裏面側に配置される固体エミッタ第２接点と、をさらに備え、前記固体エミッタ第１接点と前記固体エミッタ第２接点の各々は前記絶縁材料を介して前記支持基板から電気的に絶縁される、請求項７に記載のシステム。

【請求項11】

前記固体エミッタ第１接点は、前記絶縁材料および前記支持基板を貫通する第２ビアを充填する導電材料を介して前記第１の半導体材料に電気的に接続され、
前記固体エミッタ第２接点は、前記絶縁材料および前記支持基板を貫通する第１ビアを充填する導電材料を介して前記第２の半導体材料に電気的に接続されている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記固体エミッタ第１接点および前記固体エミッタ第２接点は、電源に接続される、請求項１０に記載のシステム。

【請求項13】

前記固体エミッタ、前記光センサおよび前記支持基板は、単一のダイを構成し、前記支持基板は前記ダイの唯一の支持基板である、請求項１に記載のシステム。

【請求項14】

前記第２の半導体材料の上面は、前記活性領域によって放出される放射線が通過する外表面を構成し、前記光センサは第１の半導体材料と前記支持基板との間に配置される、請求項１に記載のシステム。

【請求項15】

固体変換器システムであって、
支持基板と、
前記支持基板の表面側に配置され、第１の半導体材料、第２の半導体材料、および前記第１の半導体材料と前記第２の半導体材料との間に位置する活性領域を備える固体エミッタと、
前記固体エミッタの状態を検出する状態デバイスと、を備え、
前記状態デバイスおよび前記固体エミッタは共通軸に沿って積層され、且つ前記状態デバイスは前記支持基板と前記固体エミッタとの間に配置され、
前記状態デバイスは静電放電デバイスであり、前記静電放電デバイスは、前記固体エミッタに対向する第１導電材料と、前記支持基板に対向する第２導電材料と、前記第１導電材料と前記第２導電材料とに挟まれる中間材料と、を備える、システム。

【請求項16】

前記静電放電デバイスは、前記第２の半導体材料および前記第１導電材料に
電気的に接続される第１接点と、前記第１の半導体材料および前記第２導電材料に電気的に接続される第２接点と、を備える、請求項１５に記載のシステム。

【請求項17】

前記支持基板は導電性を有し、前記第１接点は前記支持基板上に絶縁されて設けられ、前記第２の接点は前記支持基板に接続されている、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

前記固体エミッタは前記第２の半導体材料の表面で構成される上面と、上面に対向し前記第１の半導体材料の表面で構成される下面と、を有し、
前記上面は、前記活性領域によって放出される放射線が通過する外表面を構成し、前記静電放電デバイスは前記下面側に配置される、請求項１５に記載のシステム。

【請求項19】

前記固体エミッタの下面に接する反射材料と、前記反射材料と前記支持基板の間に配置され、その内部に前記静電放電デバイスが配置される絶縁材料と、をさらに備える請求項１５に記載のシステム。

【請求項20】

前記活性領域、前記第１の半導体材料、前記反射材料および前記絶縁材料を貫通する第１ビアを充填する導電材料をさらに備え、前記第２の半導体材料および前記第１導電材料は前記第１ビアを充填する導電材料を介して前記第１接点に接続される請求項１９に記載のシステム。

【請求項21】

前記絶縁材料を貫通する第２ビアを充填する導電材料をさらに備え、前記第１の半導体材料は前記反射材料および前記第２ビアを充填する導電材料を介して前記第２接点に接続され、前記第２導電材料は前記第２ビアを充填する導電材料を介して前記第２接点に接続される請求項１９又は２０に記載のシステム。

【請求項22】

前記固体エミッタと前記静電放電デバイスとは、前記第１接点と前記第２接点の間で並列に接続され、前記静電放電デバイスは前記固体エミッタに印加される電圧に応答する、請求項１６に記載のシステム。

【請求項23】

前記静電放電デバイスは、前記固体エミッタに過電圧が印加された場合に放電パスを構成する請求項２２に記載のシステム。

【請求項24】

前記第１導電材料、前記中間材料および前記第２導電材料を含む単位静電放電デバイスが、前記第１接点および前記第２接点の間に直列に複数段配置される請求項１６に記載のシステム。

【請求項25】

前記固体エミッタ、前記静電放電デバイスおよび前記支持基板は、単一のダイを構成し、前記支持基板は前記ダイの唯一の支持基板である、請求項１６に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、概して、統合された状態検出デバイスおよび機能を有する変換器を含む固体変換器（「ＳＳＴ」）、関連システム、ならびに方法を対象とする。

【背景技術】

【0002】

固体照明（ＳＳＬ）デバイスは、多種多様の製品および用途に使用される。例えば、携帯電話、携帯情報端末（「ＰＤＡ」）、デジタルカメラ、ＭＰ３プレーヤー、および他の携帯用電子機器は、背面照明のためにＳＳＬデバイスを利用する。ＳＳＬデバイスはまた、標識、室内照明、屋外照明、および他の種類の全般照明にも使用される。ＳＳＬデバイスは一般的に、電気フィラメント、プラズマ、またはガスではなく、照明源として発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、有機発光ダイオード（「ＯＬＥＤ」）、および／またはポリマー発光ダイオード（「ＰＬＥＤ」）を使用する。図１Ａは、横方向接点を有する従来のＳＳＬデバイス１０ａの断面図である。図１Ａに示されるように、ＳＳＬデバイス１０ａは、Ｎ型ＧａＮ１５とＰ型ＧａＮ１６との間に位置決めされる活性領域１４であって、例えば、窒化ガリウム／窒化インジウムガリウム（ＧａＮ／ＩｎＧａＮ）多重量子井戸（「ＭＱＷ」）を含有する活性領域１４を有する、ＬＥＤ構造１１を担持する基板２０を含む。ＳＳＬデバイス１０ａはまた、Ｐ型ＧａＮ１６上の第１の接点１７と、Ｎ型ＧａＮ１５上の第２の接点１９とを含む。第１の接点１７は典型的に、光がＬＥＤ構造１１から漏れ出ることを可能にする透明な導電材料（例えば、インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」））を含む。動作中、接点１７、１９を介してＳＳＬデバイス１０ａに電力が提供され、活性領域１４に光を放出させる。

【0003】

図１Ｂは、第１の接点１７および第２の接点１９が例えば、横方向構成ではなく垂直に互いに向かい合う、別の従来のＬＥＤデバイス１０ｂの断面図である。ＬＥＤデバイス１０ｂの形成中、図１Ａに示される基板２０に類似の成長基板は最初、Ｎ型ＧａＮ１５、活性領域１４、およびＰ型ＧａＮ１６を担持する。第１の接点１７は、Ｐ型ＧａＮ１６上に配設され、担体２１が第１の接点１７に取り付けられる。基板は除去され、第２の接点１９がＮ型ＧａＮ１５上に配設されることを可能にする。この構造は次に、図１Ｂに示される配向をもたらすために反転させられる。ＬＥＤデバイス１０ｂでは、第１の接点１７は典型的に、光をＮ型ＧａＮ１５に方向付ける反射的導電材料（例えば、銀またはアルミニウム）を含む。

【0004】

図１Ａおよび１Ｂに示されるＬＥＤの一態様は、静電放電（「ＥＳＤ」）事象がＬＥＤに壊滅的な被害を及ぼし、ＬＥＤを動作不能にすることである。したがって、ＥＳＤ事象の影響を減少させることが望ましい。しかしながら、ＥＳＤの影響を軽減するための従来の手法は典型的に、保護ダイオードをＳＳＴデバイスに接続することを含み、追加の接続ステップを必要とし、得られた構造の電気的一体性を低下させ得る。図１Ａおよび１Ｂに示されるＬＥＤの別の態様は、デバイスの性能レベルが内部加熱、駆動電流、デバイス寿命、および／または環境影響により変動し得ることである。したがって、ＥＳＤおよび他の性能劣化要因に対する好適な保護を有するＬＥＤを確実かつ費用効率高く製造するための必要性が依然として存在する。

【図面の簡単な説明】

【0005】

本開示の多くの態様は、以下の図面を参照してより良く理解することができる。図面中の構成要素は必ずしも原寸に比例しない。その代わりに、本開示の原理を明確に例示することに重点が置かれている。さらに、図面中、いくつかの図および／または実施形態を通して同様の参照番号が対応する部分を示す。

【図1A】先行技術に従う、横方向配列を有するＳＳＬデバイスの部分概略断面図である。

【図1B】先行技術に従う、垂直配列を有する別のＳＳＬデバイスの部分概略断面図である。

【図2A】ここで開示される技術の一実施形態に従って構成されるシステムの概略ブロック図である。

【図2B】ここで開示される技術の実施形態に従って構成され、統合される静電放電デバイスを有するＳＳＴデバイスの断面図である。

【図3A】ここで開示される技術の実施形態に従う、ＳＳＴデバイスおよび関連する静電放電デバイスを形成するためのプロセスを経るマイクロ電子基板の一部分の断面図である。

【図3B】ここで開示される技術の実施形態に従う、ＳＳＴデバイスおよび関連する静電放電デバイスを形成するためのプロセスを経るマイクロ電子基板の一部分の断面図である。

【図3C】ここで開示される技術の実施形態に従う、ＳＳＴデバイスおよび関連する静電放電デバイスを形成するためのプロセスを経るマイクロ電子基板の一部分の断面図である。

【図3D】ここで開示される技術の実施形態に従う、ＳＳＴデバイスおよび関連する静電放電デバイスを形成するためのプロセスを経るマイクロ電子基板の一部分の断面図である。

【図3E】ここで開示される技術の実施形態に従う、ＳＳＴデバイスおよび関連する静電放電デバイスを形成するためのプロセスを経るマイクロ電子基板の一部分の断面図である。

【図3F】ここで開示される技術の実施形態に従う、ＳＳＴデバイスおよび関連する静電放電デバイスを形成するためのプロセスを経るマイクロ電子基板の一部分の断面図である。

【図3G】ここで開示される技術の実施形態に従う、ＳＳＴデバイスおよび関連する静電放電デバイスを形成するためのプロセスを経るマイクロ電子基板の一部分の断面図である。

【図4】ここで開示される技術の実施形態に従って構成され、統合される静電放電デバイスを有するＳＳＴデバイスの断面図である。

【図5A】ここで開示される技術の実施形態に従う、動作中の図４のＳＳＴデバイスの断面図である。

【図5B】ここで開示される技術の実施形態に従う、動作中の図４のＳＳＴデバイスの断面図である。

【図6】ここで開示される技術の一実施形態に従う、エピタキシャル成長基板から形成される統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスの部分概略図である。

【図7】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、追加の基板材料上に形成される統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスの部分概略断面図である。

【図8A】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8B】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8C】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8D】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8E】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8F】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8G】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8H】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8I】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8J】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8K】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図8L】ここで開示される技術の別の実施形態に従う、活性材料の下に位置する統合されたフォトダイオードを有するＳＳＴデバイスを形成するためのプロセスの部分概略断面図である。

【図9】ここで開示される開示のさらに別の実施形態に従う、統合された熱センサを有するＳＳＴデバイスの部分概略等角図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

代表的なＳＳＴデバイスのいくつかの実施形態およびＳＳＴデバイスを製造する関連方法の具体的詳細が以下に記載される。用語「ＳＳＴ」は一般的に、可視、紫外、赤外、および／または他のスペクトルで電気エネルギーを電磁放射線に変換する活性媒体として半導体材料を含む固体変換器デバイスを指す。例えば、ＳＳＴは、電気フィラメント、プラズマ、またはガス以外に、固体光エミッタ（例えば、ＬＥＤ、レーザーダイオードなど）および／または他の発光源を含む。他の実施形態では、ＳＳＴは、電磁放射線を電気に変換する固体デバイスを含むことができる。用語、固体エミッタ（「ＳＳＥ」）は一般的に、可視、紫外、赤外、および／または他のスペクトルで電気エネルギーを電磁放射線に変換する固体部品または発光構造を指す。ＳＳＥは、所望のスペクトルで電気エネルギーを電磁放射線に変換する半導体ＬＥＤ、ＰＬＥＤ、ＯＬＥＤ、および／または他の種類の固体デバイスを含む。当業者であれば、新たなここで開示される技術が追加の実施形態を有し得ること、およびこの技術が図２Ａ〜９を参照して後述される実施形態の詳細のうちのいくつかを用いることなく実施され得ることを理解するであろう。

【0007】

「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、または類似の表現に対する本明細書の言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、動作、または特質が本技術の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書におけるこのような語句または表現の出現は、同じ実施形態をすべて指すことでは必ずしもない。さらに、様々な特定の特徴、構造、動作、または特質が、１つ以上の実施形態において任意の好適な様式で組み合わせられてもよい。

【0008】

特定の実施形態では、固体変換器システムは、支持基板と、支持基板によって担持される固体エミッタとを含む。固体エミッタは、第１の半導体部品と、第２の半導体部品と、第１の半導体部品と第２の半導体部品との間の活性領域とを備えることができる。本システムは、支持基板によって担持され、かつ固体エミッタおよび／または固体エミッタが一部を形成する電気経路の状態を検出するように位置決めされる状態デバイスをさらに含む。状態デバイスは、第１の半導体部品、第２の半導体部品、および活性領域の組成とは異なる組成を有する少なくとも１つの状態検知部品から形成される。状態デバイスおよび固体エミッタは、共通軸に沿って積層されてもよい。例えば、特定の実施形態では、状態デバイスは、静電放電保護デバイス、光センサ、または熱センサを含むことができる。状態デバイスは、ＳＳＥを形成するために使用される同じエピタキシャル成長基板の一部分を使用して（少なくともいくつかの実施形態において）、固体エミッタと一体に形成されてもよい。状態デバイスは、特定の実施形態に応じて、固体エミッタの積層軸の上もしくは下、軸に直接沿って、または軸から離れて形成されてもよい。

【0009】

図２Ａは、代表的なシステム２９０の概略図である。システム２９０は、ＳＳＴデバイス２００、電源２９１、ドライバ２９２、プロセッサ２９３、および／または他のサブシステムもしくは部品２９４を含むことができる。得られたシステム２９０は、背面照明、全般照明、発電、検知、および／または他の機能など、多種多様の機能のうちのいずれかを行うことができる。したがって、代表的なシステム２９０としては、手持ち型デバイス（例えば、セルラーまたは携帯電話、タブレット、デジタル読み取り器、およびデジタルオーディオプレーヤー）、レーザー、光電池、リモコン、コンピュータ、ライトおよび照明システム、ならびに電化製品（例えば、例として冷蔵庫）が挙げられ得るがこれらに限定されない。システム２９０の部品は、単一ユニット内に収容されるか、または複数の相互接続されたユニット（例えば、通信ネットワークを介する）にわたって分布されてもよい。システム２９０の部品はまた、ローカルおよび／またはリモートメモリ記憶デバイス、ならびに多種多様のコンピュータ可読媒体のうちのいずれかを含むことができる。

【0010】

多くの場合、ＳＳＴデバイス２００の性能および／またはＳＳＴデバイス２００が動作する環境を監視し、適切な調節をすることが望ましい。例えば、ＳＳＴデバイス２００が過電圧（例えば、静電放電または「ＥＳＤ」）を受ける場合、デバイスをダイオードまたは他の非線形回路部品で保護することが望ましい。ＳＳＴデバイス２００が過熱状態に近づく場合、デバイスが冷却するまでデバイスに供給される電流を減少させるのが望ましい場合がある。ＳＳＴデバイス２００が固体照明（ＳＳＬ）デバイスを含み、デバイスによって放出された光が目標の放出仕様を満たさない場合、デバイスの出力を調節するのが望ましい場合がある。これらの代表例のそれぞれにおいて、システム２９０は、ＳＳＴデバイス２００の状態を監視し、応答に関与するかまたはそれを容易にする状態モニタまたはデバイス２９５を含むことができる。いくつかの場合では、状態モニタ２９５は、応答を提供するために直接機能することができる。例えば、ＳＳＴデバイス２００と並列に配線されるダイオードは、閉じることによって高電圧に直接応答し、電流にＳＳＴデバイス２００を迂回させる。他の実施形態では、状態モニタ２９５は、別のデバイス、例えば、プロセッサ２９３の支援で応答することができる。例えば、状態モニタ２９５が光センサである場合、それは、放出された光の暖かさ、色、および／または他の特質に相当する信号をプロセッサ２９３に提供することができ、プロセッサ２９３は、応答コマンドを発行して、ＳＳＥの出力を変更することができる。別の実施形態では、状態モニタ２９５は、サーミスタを含み、高温状態に相当する信号をプロセッサ２９３に提供することができる。プロセッサ２９３は、ＳＳＴデバイス２００への高温の影響を軽減するために、温度が低下するまで電力を減少させるかまたは動作を停止するようにＳＳＴデバイス２００に指示することによって応答することができる。

【0011】

ＥＳＤ保護デバイスを含む状態モニタの具体的な例は、図２Ｂ〜５Ｂを参照して後述される。これらの例のある特定の特徴はまた、２０１１年８月３１日に出願された「Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ， ａｎｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題する、同時係属米国特許出願第１３／２２３，０９８号にも記載され、参照により本明細書に組み込まれる。光センサを含む状態モニタの例が、図６〜８Ｌを参照して後述され、熱センサ（例えば、サーミスタ）を含む状態モニタの例が、図９を参照して後述される。これらの実施形態のうちのいずれかでは、状態モニタは、ＳＳＥの状態（例えば、光センサおよび熱センサの場合と同様）、および／またはＳＳＥが一部を形成する電気経路もしくは回路の状態（ＥＳＤダイオードの場合と同様）を検出することができる。

【0012】

図２Ｂは、ここで開示される技術の実施形態に従って構成されるＳＳＴデバイス２００の断面図である。ＳＳＴデバイス２００は、支持基板２３０に装着されるか、または別の方法でそれによって担持されるＳＳＥ２０２を含むことができる。ＳＳＴデバイス２００は、ＳＳＥ２０２によって担持される静電放電デバイス２５０の形態で状態デバイスまたはモニタ２９５をさらに含む。したがって、静電放電デバイス２５０は、状態モニタの具体的な例を表す。以下にさらに記載されるように、静電放電デバイス２５０は、例えば、システム信頼性、製造可能性、および／もしくは性能を改善し、ならびに／またはシステムの大きさを縮小するために、ＳＳＴデバイス２００（および、特に、ＳＳＥ２０２）と一体であるように製造されてもよい。

【0013】

ＳＳＥ２０２は、第１の半導体材料２０４と、第２の半導体材料２０８と、第１の半導体材料２０４と第２の半導体材料２０８との間の活性領域２０６とを含むことができる。一実施形態では、第１の半導体材料２０４は、Ｐ型窒化ガリウム（「ＧａＮ」）材料であり、活性領域２０６は、窒化インジウムガリウム（「ＩｎＧａＮ」）材料であり、第２の半導体材料２０８は、Ｎ型ＧａＮ材料である。他の実施形態では、ＳＳＥ２０２の半導体材料は、ガリウムヒ素（「ＧａＡｓ」）、アルミニウムガリウムヒ素（「ＡｌＧａＡｓ」）、ガリウムヒ素リン（「ＧａＡｓＰ」）、アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）、ガリウム（ＩＩＩ）リン（「ＧａＰ」）、セレン化亜鉛（「ＺｎＳｅ」）、窒化ホウ素（「ＢＮ」）、窒化アルミニウム（「ＡｌＮ」）、窒化アルミニウムガリウム（「ＡｌＧａＮ」）、窒化アルミニウムガリウムインジウム（「ＡｌＧａＩｎＮ」）、および／または別の好適な半導体材料のうちの少なくとも１つを含むことができる。

【0014】

例示された静電放電デバイス２５０は、エピタキシャル成長基板２１０と、半導体材料２１６（例えば、緩衝材料）とを含む。静電放電デバイス２５０は、静電放電デバイス２５０およびＳＳＥ２０２の一部分を通って延在するビア２４０に電気的に接続される第１の接点２４６（例えば、第１の導電材料から形成される）をさらに含む。第１の接点２４６は、活性領域２０６の下に導電（かつ典型的に反射）材料２２０と電気的に接触し、電源またはシンクと連動するための外部端子を提供することができる。したがって、導電材料２２０は、Ｐ接点として動作する。第１の接点２４６は、絶縁体２４２によって周囲の半導体材料２１６およびＳＳＥ２０２の部分からビア２４０で電気的に絶縁される。図解された静電放電デバイス２５０は、ＳＳＥ２０２のためにＮ接点を兼ねる第２の接点２４８（例えば、第２の導電材料から形成される）をさらに含む。したがって、第２の接点２４８は、例えば、Ｎ型材料２０８と接触してＳＳＥ２０２の上面２０９にわたって延在することができる。第２の接点２４８は、第２の絶縁体２４４によって半導体材料２１６から電気的に絶縁され、放射線（例えば、可視光）が活性領域２０６からＳＳＴデバイス２００の外表面を通って出てくることを可能にするように透明である。図解された実施形態では、第１の接点２４６および第２の接点２４８は、ＳＳＥ２０２および静電放電デバイス２５０によって共有される。より具体的には、第１の接点２４６は、ＳＳＥ２０２の第１の半導体層２０４および静電放電デバイス２５０のエピタキシャル成長基板２１０の両方に電気的に結合される。第２の接点２４８は、ＳＳＥ２０２の第２の半導体層２０８および静電放電デバイス２５０のエピタキシャル成長基板２１０の両方に電気的に結合される。したがって、静電放電デバイス２５０は、ＳＳＥ２０２と並列に接続される。第１の接点２４６、第２の接点２４８、およびビア２４０を通る電気経路を形成する導電材料は、特定の実施形態に応じて同じかまたは異なってもよい。例えば、ビア２４０は、第１の導電材料と同じである第３の導電材料を含んでもよいが、それは、別個のステップで蒸着されてもよい。

【0015】

ＳＳＴデバイス２００は、電源２７０に結合されてもよく、電源２７０はその次にコントローラ２８０に結合される。電源２７０は、コントローラ２８０に従ってＳＳＴデバイス２００に電流を提供する。通常の動作中、電流が第１の半導体材料２０４から第２の半導体材料２０８に流れると、電荷担体が、第２の半導体材料２０８から第１の半導体材料２０４に向かって流れ、活性領域２０６に放射線を放出させる。放射線は、導電性の反射材料２２０によって外方に反射される。静電放電デバイス２５０は、高い（例えば、過剰の）電圧状態下で第１の接点２４６と第２の接点２４８との間に流れる電流に迂回経路を提供する。特に、第１の接点２４６と第２の接点２４８との間のエピタキシャル成長基板２１０は、ＳＳＥ２０２と並列であるが異極性でダイオードを形成することができる。通常の動作状態中、エピタキシャル成長基板２１０のバイアスは、第１の接点２４６から第２の接点２４８にそれを通って電流が流れるのを防ぎ、電流にＳＳＥ２０２を通過させる。接点２４６、２４８にわたって大きな逆電圧が印加される場合（例えば、静電放電事象中）、エピタキシャル成長基板２１０は、逆方向に高導電性になり、逆電流がそれを通って流れることを可能にし、それ故にＳＳＴデバイスを逆電流から保護する。

【0016】

本技術は、ＳＳＴデバイスを製造する方法をさらに含む。例えば、ＳＳＴデバイスを形成する１つの方法は、共通のエピタキシャル成長基板からＳＳＥおよび静電放電デバイスを形成することを含むことができる。このようなプロセスのための代表的なステップが図３Ａ〜３Ｇを参照して以下にさらに詳細に記載される。

【0017】

図３Ａ〜３Ｇは、本技術の実施形態に従う、上述されるＳＳＴデバイス２００の一実施形態を形成するプロセスを経るマイクロ電子基板３００の一部分の部分概略断面図である。図３Ａは、半導体材料２１６（例えば、緩衝材料）がエピタキシャル成長基板２１０上に配設された後の基板３００を示す。エピタキシャル成長基板２１０は、シリコン（例えば、Ｓｉ（１，０，０）またはＳｉ（１，１，１））、ＧａＡｓ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ポリアルミニウム（「ｐＡｌＮ」）、シリコンエピタキシャル表面を有する加工基板（例えば、窒化ポリアルミニウム上のシリコン）、および／または他の好適な材料であってもよい。半導体材料２１６は、エピタキシャル成長基板２１０と同じ材料またはエピタキシャル成長基板２１０に結合される別個の材料であってもよい。例えば、エピタキシャル成長基板２１０は、ｐＡｌＮであってもよく、半導体材料２１６は、Ｓｉ（１，１，１）であってもよい。これらの実施形態のうちのいずれかでは、ＳＳＥ２０２は、半導体材料２１６上で形成される。

【0018】

ＳＳＥ２０２は、第１の半導体材料２０４と、活性領域２０６と、第２の半導体材料２０８とを含み、これは、順次蒸着されるか、または別の方法で化学蒸着（「ＣＶＤ」）、物理蒸着（「ＰＶＤ」）、原子層蒸着（「ＡＬＤ」）、めっき、または半導体製造技術において既知である他の技法を使用して形成されてもよい。図３Ａに示される実施形態では、第２の半導体材料２０８は、半導体材料２１６上で成長されるかまたは形成され、活性領域２０６は、第２の半導体材料２０８上で成長されるかまたは形成され、第１の半導体材料２０４は、活性領域２０６上で成長されるかまたは形成される。一実施形態では、Ｎ型ＧａＮ（図２Ｂを参照して上述されるように）は、エピタキシャル成長基板２１０に近接して位置決めされるが、他の実施形態では、Ｐ型ＧａＮがエピタキシャル成長基板２１０に近接して位置決めされる。これらの実施形態のうちのいずれかでは、ＳＳＥ２０２は、追加の緩衝材料、応力制御材料、および／または他の材料を含むことができ、および／またはこれらの材料には、当該技術において既知である他の方法を用いることができる。

【0019】

図３Ａに示される実施形態では、導電性の反射材料２２０ａが第１の半導体材料２０４上に形成される。導電性の反射材料２２０ａは、図２Ｂを参照して上述されるように、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、金−スズ（ＡｕＳｎ）、銀−スズ（ＡｇＳｎ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または電気接点を提供し、かつ活性領域２０６から放出されて、第１の半導体材料２０４、活性領域２０６、および第２の半導体材料２０８を通って戻る光を反射することができる任意の他の好適な材料であってもよい。導電性の反射材料２２０ａは、その熱伝導率、電気伝導率、および／またはそれが反射する光の色に基づいて選択されてもよい。例えば、銀は一般的に、反射光の色を変化させない。金、銅、または他の着色の反射材料は、光の色に影響を及ぼすことができ、したがってＳＳＥ２０２によって放出される光に対して所望の色を生成するために選択されてもよい。導電性の反射材料２２０ａは、第１の半導体材料２０４上に直接蒸着されてもよく、あるいは、透明な導電性材料２２１（破線で図示される）は、第１の半導体材料２０４と反射材料２２０ａとの間に配設されてもよい。透明な導電性材料２２１は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）または透明な導電性である任意の他の好適な材料であってもよく、反射材料２２０ａを第１の半導体材料２０４に接着または結合する。透明な導電性材料２２１および反射材料２２０ａは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、めっき、または半導体製造技術において既知である他の技法を使用して蒸着されてもよい。したがって、透明な導電性材料２２１および／または反射材料２２０ａは、ＳＳＥ２０２に隣接して（例えば、それと接触して）導電性構造２２２を形成することができる。

【0020】

図３Ｂは、ＳＳＥ２０２に結合されるか、または別の方法で取り付けられる支持基板２３０の一実施形態を例示する。支持基板２３０は、任意の裏面反射材料２２０ｂを含むことができる。裏面反射材料２２０ｂは、高圧および／または高温プロセスを使用して反射材料２２０ａに結合されるか、または別の方法で取り付けられる。

【0021】

図３Ｃは、結合された反射材料２２０ａ、２２０ｂ（図３Ｂ）が組み合わせた反射材料２２０を形成する一実施形態を示す。エピタキシャル成長基板２１０はまた、例えば、裏面研削によって薄くされた。この時点で、残りのエピタキシャル成長基板２１０は、下地シリコンまたは他の半導体材料２１６でｐ−ｎ接合を形成するようにｐ型ドーパント（例えば、ホウ素）で埋め込まれてもよい。別の実施形態では、基板２１０は、前のステップでドープされてもよい。いずれかの実施形態では、半導体材料２１６が典型的に、ＳＳＥ２０２を形成することを容易にする緩衝層を含み、かつ緩衝層が典型的に、ドープされていない大きなバンドギャップの半導体層（例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、またはＡｌＮ）を含むため、ｐ−ｎ接合は、ＳＳＥ２０２を形成するエピタキシャル接合から電気的に絶縁される。

【0022】

図３Ｄは、（ａ）エピタキシャル成長基板２１０が背景であり、および／またはエッチングされ、（ｂ）基板３００が反転され、（ｃ）エピタキシャル成長基板２１０がドープされた後のマイクロ電子基板３００を例示する。半導体材料２１６およびエピタキシャル成長基板２１０の大部分は、第２の半導体材料２０８の外表面２０９またはＳＳＥ２０２の他の部分を暴露するように研削、エッチング、および／または他のプロセスを使用して除去された。半導体材料２１６およびエピタキシャル成長基板２１０の一部分は、静電放電デバイス２５０を形成するためにＳＳＥ２０２上にとどまる。これは、静電放電デバイス２５０がＳＳＥ２０２およびＳＳＴ３００と一体に作製され得る１つの様式である。さらなる実施形態では、同じまたは類似の技法は、例えば、表面２０９が選択的にエッチングされるか、または別の方法で処理された後に、ＳＳＥ２０２と一体で複数の静電放電デバイス２５０を形成するために使用されてもよい。

【0023】

図３Ｅは、ビア２４０が静電放電デバイス２５０およびＳＳＥ２０２を通って形成された後のマイクロ電子基板３００を例示する。ビア２４０は、ドリル穿孔、エッチング、または半導体製造技術において既知である他の技法によって形成されてもよい。ビア２４０は、側壁２４１を含み、第１の半導体材料２０４と電気通信している反射材料２２０へのアクセスを提供する。他の実施形態では、ビア２４０は、第１の半導体材料２０４と直接電気接触している導電材料２２１へのアクセスを提供する。図３Ｆは、第１の絶縁体２４２がビア２４０内に蒸着されるかまたは形成され、第２の絶縁体２４４が静電放電デバイス２５０の横方向の側壁２４３上に蒸着されるかまたは形成された後のマイクロ電子基板３００を示す。

【0024】

図３Ｇは、導電材料が第１の接点２４６を形成するようにビア２４０内（第１の絶縁体２４２の内側）およびビア２４０の外側に配設された後のマイクロ電子基板３００を示す。第１の接点２４６は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、金−スズ（ＡｕＳｎ）、銀−スズ（ＡｇＳｎ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、および／または他の導電材料を含むことができる。第１の接点２４６は、第１の絶縁体２４２によって半導体材料２１６およびＳＳＥ２０２から絶縁される。第２の接点２４８は、ＳＳＥ２０２の外表面２０９および静電放電デバイス２５０のエピタキシャル成長基板２１０上に蒸着されるか、または別の方法で配設されるかもしくは形成された。第２の絶縁体２４４は、半導体材料２１６から第２の接点２４８を絶縁する。

【0025】

選択された実施形態では、レンズ（図３Ｇに図示せず）がＳＳＥ２０２上に形成されてもよい。レンズは、シリコーン、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、樹脂、またはＳＳＥ２０２によって放出される放射線を透過するための好適な特性を有する他の材料から作製される光透過性材料を含むことができる。レンズは、ＳＳＥ２０２によって放出され、かつ反射材料２２０によって反射された光がレンズを通過するように、ＳＳＥ２０２上に位置決めされてもよい。レンズは、光がレンズに存在するときにＳＳＥ２０２によって放出される光の方向を回折するか、または別の方法で変更する湾曲形状などの様々な光学的特徴を含むことができる。

【0026】

一体型の静電放電デバイス２５０の実施形態は、従来のシステムに勝るいくつかの利点を提供する。例えば、特定の実施形態では、静電放電デバイス２５０がＳＳＥ２０２を形成するためにまた使用される材料（例えば、エピタキシャル成長基板２１０および半導体材料２１６）からなるため、材料費は、個別に形成された静電デバイスのものより少なくてもよい。さらに、別個の静電放電ダイを有する従来のシステムは、ＳＳＥ２０２に近接してダイを配置する追加のピックアンドプレースステップを必要とする。その上さらに、このような従来のシステムは、静電デバイスをＳＳＥに接続する追加および／または別個の電気的接続を形成することを必要とする。

【0027】

図４は、本技術のさらなる実施形態に従って構成される静電放電デバイス４５０を有するＳＳＴデバイス４００の断面図である。ＳＳＴデバイス４００は、図２〜３Ｇを参照して上述されるものに概して類似するいくつかの特徴を有することができる。例えば、ＳＳＴデバイス４００は、第１の半導体材料２０４（例えば、Ｐ型材料）と、第２の半導体材料２０８（例えば、Ｎ型材料）と、第１の半導体材料２０４と第２の半導体材料２０８との間の活性領域２０６とを順に含むＳＳＥ２０２を含むことができる。ＳＳＴデバイス４００は、支持基板２３０とＳＳＥ２０２との間に反射材料２２０をさらに含むことができる。典型的に、ＳＳＥ２０２および反射／導電材料２２０は、エピタキシャル成長基板２１０（図４において破線で図示される）上に形成される。静電放電デバイス４５０を形成し、静電放電デバイス４５０をＳＳＥに電気的に接続する構造は、ＳＳＥ２０２がエピタキシャル成長基板２１０によって支持される間、ＳＳＥ２０２上に形成されてもよい。次いで、エピタキシャル成長基板２１０は除去されてもよい。

【0028】

図解された実施形態では、静電放電デバイス４５０は、ＳＳＥ２０２上に製造され、ＳＳＥ２０２および静電放電デバイス４５０の両方は、静電放電デバイス４５０が基板２３０とＳＳＥ２０２との間に位置決めされて基板２３０によって担持される。典型的に、静電放電デバイス４５０を形成するための製造ステップは、ＳＳＥ２０２が図４に示される配向から反転される間、および基板２３０が取り付けられる前に行われる。静電放電デバイス４５０は、複数の静電接合４６０（第１の接合４６０ａ〜第３の接合４６０ｃとして個別に識別される）を含むことができる。それぞれの静電接合４６０は、第１の導電材料４５４（参照番号４５４ａ〜４５４ｃによって個別に識別される）と、中間材料４５６（参照番号４５６ａ〜４５６ｃによって個別に識別される）と、第２の導電材料４５８（参照番号４５８ａ〜４５８ｃによって個別に識別される）とを含むことができる。この材料は、様々な好適な蒸着、マスキング、および／またはエッチングプロセスのうちのいずれかを使用して配設されてもよい。これらの材料は、発光機能を果たすことを必要とされないため、ＳＳＥ２０２を形成する材料とは異なってもよい。前述され、当業者によって理解されるように、これらの技法は、ＳＳＴ４００が図４に示される配向に対して反転される間にＳＳＥ２０２上に図解された層を順次形成するために使用されてもよい。１つ以上の絶縁材料４６１は、第１の半導体材料２０４および／または支持基板２３０からこれらの層を電気的に絶縁する。

【0029】

中間材料４５６は、第１の導電材料４５４および第２の導電材料４５８のものとは異なる電気特性を有することができる。いくつかの実施形態では、中間材料４５６は、半導体（例えば、アモルファスシリコン）または金属であってもよい。１つの接合（例えば、第１の接合４６０ａ）の第１の導電材料４５４ａは、隣接する接合（例えば、第２の接合４６０ｂ）の第２の導電材料４５８ｂに電気的に結合される。図解された静電放電デバイス４５０は、直列に配置される３つの接合４６０を含むが、さらなる実施形態では、より多いかまたはより少ない接合４６０が使用されてもよい。さらに、静電放電デバイス４５０のための異なる電流処理容量を得るために、接合４６０は、大きさが変化され、および／または複数の接合４６０が並列に配列されてもよい。

【0030】

静電放電デバイス４５０は、第１のビア４４９に位置決めされ、かつ接合４６０のうちの１つ（例えば、第３の接合４６０ｃの第１の金属層４５４ｃ）と第２の半導体材料２０８への間に電気的に接続される第１の接点４４８をさらに含むことができる。静電放電デバイス４５０は、静電放電デバイス４５０を通って延在する第２のビア４４０に位置決めされる第２の接点４４６をさらに含む。第２の接点４４６は、接合４６０（例えば、第１の接合４６０ａの第２の金属層４５８ａ）を反射材料２２０に、さらなる実施形態では、別個の導電層に、または第１の半導体材料２０４に電気的に結合する。基板２３０は、電流を第２の接点４４６に送るために導電性であってもよい。絶縁材料４６１は、隣接構造から第１の接点４４６および第２の接点４４８を電気的に絶縁する。

【0031】

いくつかの実施形態では、静電放電デバイス４５０の部品は、ＰＶＤ、ＡＬＤ、めっき、または半導体製造技術において既知である他の技法によってＳＳＥ２０２上に蒸着される。第１のビア４４９および第２のビア４４０は、図３Ｅを参照して上述される方法を使用して静電放電デバイス４５０および／またはＳＳＥ２０２内に形成されてもよい。代表的な実施形態では、静電放電デバイス４５０は、基板２３０が取り付けられる前にＳＳＥ２０２上に形成される。いくつかの実施形態では、静電放電デバイス４５０は、結合層によって基板および／またはＳＳＥ２０２に取り付けられてもよい。さらに他の実施形態では、静電放電デバイス４５０は、基板２３０を用いることなくＳＳＥ２０２の外表面の一部分上に位置決めされてもよい。

【0032】

図５Ａおよび５Ｂは、本技術の実施形態に従う、動作中の図４のＳＳＴデバイス４００の断面図である。通常の動作中、図５Ａに例示されるように、第２の接点４４６から第１の半導体材料２０４に、ＳＳＥ２０２を通って上述されるように第２の半導体材料２０８に、第１の接点４４８に、矢印の方向に電流が流れる。図５Ｂに例示されるように、静電放電事象中、ＳＳＴデバイス４００は、接合４６０を通って、矢印によって例示される逆電流に経路を提供することによって逆電流から保護されてもよい。逆電流は、ＳＳＥ２０２によるのではなく、基板２３０によって方向付けられてもよい。

【0033】

図６は、第１の半導体材料２０４と第２の半導体材料２０８との間に位置決めされる活性領域２０６を含む、上述されるものに概して類似する部品を有する固体エミッタ２０２を含むシステム６００の部分概略の部分断面図である。ＳＳＥ２０２は、支持基板２３０によって担持され、導電／反射材料が、第２の半導体材料２０８を通って放出された放射線を外方に反射する。支持基板２３０は、導電性であってもよく、したがって第１の接点６４６として機能することができる。ＳＳＥ２０２は、第１の接点６４６および第２の接点６４８から電力を受信する。

【0034】

システム６００は、光センサ６５０（例えば、フォトダイオード）を順に含む状態デバイス６９５をさらに含むことができる。光センサ６５０は、図２Ｂ〜３Ｄを参照して上述されるものに概して類似する様式で緩衝層２１６およびエピタキシャル成長基板２１０からの残留材料を使用して形成されてもよい。図６に示される一実施形態の特定の態様では、エピタキシャル成長基板２１０は、感光性状態検知部品６１１を形成するようにドープされ、および／または別の方法で処理される。状態検知部品６１１を形成するための代表的な材料としては、シリコンゲルマニウム、ガリウムヒ素、および硫化鉛が挙げられる。状態検知部品６１１は、第１の状態デバイス接点６５１および第２の状態デバイス接点６５２に結合されてもよく、これらは、その次にコントローラ２８０に接続される。絶縁材料６５３は、光センサ６５０と第２の接点６４８との間に電気絶縁を提供する。この実施形態のさらなる特定の態様では、緩衝層２１６は透明であり、活性領域２０６から放出された光が状態検知部品６１１に影響を与えることを可能にする。これは、その次に状態検知部品６１１を作動させることができ、コントローラ２８０に信号を順に送信する。状態デバイス６９５から受信された信号に基づいて、コントローラは、ＳＳＥ２０２に提供される電力を供給、停止、および／または変更するように電源２７０に指示することができる。例えば、状態デバイス６９５がＳＳＥ２０２の低出力レベルを識別する場合、コントローラ２８０は、ＳＳＥ２０２に提供される電力を増加させることができる。ＳＳＥ２０２が十分過ぎるほどの光を生成する場合、コントローラ２８０は、ＳＳＥ２０２に供給される電力を減少させることができる。状態デバイス６９５によって検出された光の色、暖かさ、および／もしくは他の特質が目標範囲外である場合、コントローラ２８０は、ＳＳＥ２０２に提供される電力を制御することができ、ならびに／または特定の光出力をともに生成する複数のＳＳＥ２０２に提供される電力を変動することができる。

【0035】

図７は、別の実施形態に従う、光センサ７５０の形態で状態デバイス７９５を含むデバイス７００の部分概略の部分断面図である。図６を参照して上述される配列とは異なり、図７に示される光センサ７５０は、ＳＳＥ２０２を形成するために使用される残留材料から形成されない。その代わりに、光センサ７５０は、状態検知部品７１１と、状態検知部品７１１と第２の半導体材料２０８との間に配設される導電性の透明材料７１２（例えば、酸化亜鉛）とを含むことができる。状態検知部品７１１は、活性領域２０６から生じ、かつ導電／透明材料７１２を通過する光に反応するアモルファスシリコンおよび／または別の材料を含むことができる。状態デバイス７９５は、活性領域２０６から受信された光の量、品質、および／または他の特質に相当する信号をコントローラ２８０に送信する第１の状態デバイス接点７５１と、第２の状態デバイス接点７５２とをさらに含むことができる。絶縁材料７５３は、状態デバイス７９５と第２の接点６４８との間に電気絶縁を提供する。したがって、システム７００（および特に、コントローラ２８０）は、状態デバイス７９５から受信された情報に基づいてＳＳＥ２０２の動作を指示することができる。

【0036】

図６および７を参照して上述される実施形態の両方では、状態デバイスおよび状態検知部品は、固体変換器から直接外へ通常送信される光のうちの少なくとも一部を受容するように位置決めされる。特に、状態検知デバイスは、活性領域２０６と活性領域２０６からの光を受容する外部環境との間の視線または光軸に沿って位置決めされてもよい。他の実施形態では、状態検知デバイスは、ＳＳＥ２０２によって放出される光または他の放射線との状態検知デバイスの潜在的干渉を減少または除去し得る様式で光軸のＳＳＥ２０２内または下に埋め込まれてもよい。図８Ａ〜８Ｌは、開示される技術の特定の実施形態に従う、このようなデバイスを形成するためのプロセスを説明する。

【0037】

図８Ａは、デバイス８００が図３Ａを参照して上述されるものと概して類似する部品を含む特定の製造段階中のデバイス８００を例示する。したがって、本システムは、緩衝層２１６およびＳＳＥ２０２が上に製造されるエピタキシャル成長基板２１０を含むことができる。ＳＳＥ２０２は、第１の半導体材料２０４と第２の半導体材料２０８との間に位置決めされる活性領域２０６を含むことができる。導電性の反射材料２２０は、これらの第１の半導体材料２０４から離れ、かつ活性領域２０６および第２の半導体材料２０８を通って入射光を反射するように位置決めされる。

【0038】

図８Ｂ〜８Ｌを参照して上述されるプロセスは、ＰＶＤまたはＣＶＤ（蒸着用）および除去のためのマスキング／エッチングを含む様々な好適な技法のうちのいずれかを使用して材料を配設および除去することを含む。これらの技法を使用して、連続的な材料層が最終生成物を生成するために共通軸に沿って積層される。図８Ｂから始めると、凹部８０１が導電性の反射材料２２０内に形成される。凹部８０１は、光がＳＳＥ２０２から、凹部８０１内に形成され、および／またはそれと光通信する感光性状態デバイスに通過することを可能にする。図８Ｃでは、透明な絶縁材料８０２が凹部８０１内に配設される。図８Ｄでは、透明な導電材料７１２が凹部８０１内の透明な絶縁材料８０２上に配設される。図８Ｅに示されるように、透明な導電材料７１２の一部分が除去され、除去された部分によって以前に占められた空間は、追加の透明な絶縁材料８０２で充填される。したがって、透明な導電材料７１２は、透明な絶縁材料８０２によって周囲の導電性の反射材料２２０から電気的に絶縁される。

【0039】

図８Ｆでは、透明な絶縁材料８０２の追加の層が透明な導電材料７１２上に配設される。図８Ｇでは、透明な導電材料７１２上に位置決めされる透明な絶縁材料８０２の一部分が除去され、状態検知部品８１１で置き換えられる。代表的な実施形態では、状態検知部品８１１は、アモルファスシリコンを含み、他の実施形態では、状態検知部品８１１は、他の材料を含むことができる。これらの実施形態のうちのいずれかでは、透明な絶縁材料８０２の追加量が状態検知部品８１１の片側に配設され、第１の接点材料８０３が透明な導電材料７１２と接触するように反対側に配設される。

【0040】

図８Ｈでは、さらに、透明な絶縁材料８０２のさらなる層が下層構造上に配設される。この層の一部分が除去され、追加の第１の接点材料８０３で充填されて、透明な導電材料７１２を介して状態検知部品８１１の片側と電気接点を形成する。第２の接点材料８０４が状態検知部品８１１の反対面と接触して配設されて、完全な回路を提供する。

【0041】

図８Ｉでは、透明な絶縁材料８０２のさらなる層が第１の接点材料８０３および第２の接点材料８０４上に配設され、基板支持体８３０が絶縁材料８０２に取り付けられる。次に、図８Ｊに示されるように、この構造が反転され、図８Ｉに示されるエピタキシャル成長基板２１０および緩衝材料２１６が除去される。したがって、第２の半導体材料２０８がここで露出される。図８Ｋでは、デバイス８００内の複数の部品と電気接触するのに十分な程度、複数のビア８４０（ビア８４０ａ〜８４０ｄとして４つが図８Ｋに示される）が基板支持体２３０を通って作製される。例えば、第１のビア８４０ａが第２の半導体材料２０８（または破線で示されるように、第２の半導体材料２０８を覆う透明な導電層）と接触し、第２のビア８４０ｂが導電性の反射材料２２０と接触し、第３のビア８４０ｃが第２の接点材料８０４と接触し、第４のビアが第１の接点材料８０３と接触する。ビア８４０ａ〜８４０ｄのそれぞれは、積層における他の素子との不要な電気接触を防ぐように絶縁材料８０５と並んでいる。

【0042】

図８Ｌは、ビア８４０のそれぞれが導電材料８０６で充填された後のデバイス８００の部分概略図である。導電材料８０６は、第１の接点８４６および第２の接点８４８を形成し、これは、電源２７０からＳＳＥ２０２に電力を提供する。導電材料８０６はまた、コントローラ２８０との電気通信を提供する第１の状態デバイス接点８５１および第２の状態デバイス接点８５２を形成する。図６および７を参照して上述される実施形態の場合と同様に、得られた状態デバイス８９５は、ＳＳＥ２０２と共通軸に沿って積層される。図６および７を参照して上述される配列とは異なり、状態デバイス８９５（光センサ８５０の形態である）は、ＳＳＥ２０２によって放出される光または他の放射線の直接光学経路内ではない。動作中、状態検知部品８１１は、透明な絶縁材料８０２および透明な導電材料７１２を通じて放射線を受容する。状態検知部品８１１への入射放射線に基づいて、光センサ８５０は、電源２７０およびＳＳＥ２０２を順に制御するコントローラ２８０に信号を送信することができる。

【0043】

図８Ａ〜８Ｌを参照して上述されるものと概して類似するＳＳＴデバイスを構築するための特定の実施形態のさらなる詳細は、２０１１年８月２５日に出願され、「Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｂａｃｋｓｉｄｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌｓ ａｎｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」と題する、同時係属米国特許出願第１３／２１８，２８９号に含まれ、参照により本明細書に組み込まれる。他の実施形態では、ＳＳＴデバイスは、接点が明示的に上述されるものとは異なる位置、配列、および／または製造手法を有する外部デバイスに結合されてもよい。

【0044】

図９は、ＳＳＥ２０２と関連付けられる熱特質を検出するように構成される状態デバイス９９５を含むＳＳＴデバイス９００の部分概略の部分分解図である。図解された実施形態では、状態デバイス９９５は、導電性反射接点２２０と状態検知部品９１１との間に位置決めされる絶縁層９０２を含むことができる。さらなる特定の実施形態では、状態検知部品９１１は、サーミスタ材料（例えば、好適なポリマーまたはセラミック）を含むことができ、他の実施形態では、状態検知部品９１１は、他の感熱材料（例えば、抵抗金属）を含むことができる。これらの実施形態のうちのいずれかでは、絶縁材料９０２の追加量が、状態検知部品９１１を「挟む」ように状態検知部品９１１に対して位置決めされ、ＳＳＥ２０２から状態検知部品９１１を電気的に絶縁する。第１の状態デバイス接点９５１および第２の状態デバイス接点９５２は、状態検知部品９１１との電気通信を提供する。特定の実施形態では、状態検知部品９１１は、部品感度を増大する（例えば、温度の関数としてインピーダンスまたは抵抗変化を増大する）蛇行形状を有する材料帯を含むことができる。他の実施形態では、状態検知部品９１１は、他の形状を有することができる。状態デバイス接点９５１、９５２およびＳＳＥ接点は、図９に示されるものを含む様々な位置のうちのいずれかを有することができる。例えば、すべての接点がデバイスの上部に位置してもよく、状態デバイス接点がデバイスの上部にあってもよく、１つ以上のＳＳＥ接点がデバイスの底にあってもよく、あるいは、すべての接点が（例えば、図８Ｌに示されるように）埋め込まれてもよい。これらの選択肢は、同様に図２Ｂ〜８Ｌを参照して上述されるＥＳＤ状態検知部品および光学的状態検知部品に適用する。

【0045】

動作中、状態検知部品９１１は、図７を参照して上述されるものに概して類似するコントローラに結合されてもよく、熱入力に基づく様式でＳＳＥの動作を制御することができる。特に、状態検知部品９１１は、ＳＳＥ２０２および／またはＳＳＴデバイス９００の他の部品の温度を検知することができる。高温表示に応答して、コントローラは、ＳＳＴデバイス９００に提供される電力を減少させて、ＳＳＴデバイス９００が障害を受ける前に冷却することを可能にする。ＳＳＴデバイス９００が冷却した（状態検知部品９１１によっても示される事象）後、コントローラは、ＳＳＴデバイス９００に提供される電力を増大することができる。図９を参照して上述される配列の利点は、状態検知部品９１１がＳＳＥ２０２の高温動作を減少させるフィードバックを提供することができることである。特に、フィードバックは、減少されたＳＳＥ出力、減少された安全な駆動電流、減少された順電圧、および／または減少されたＳＳＥ寿命を説明するために使用されてもよく、このすべては、高温動作と関連付けられる。

【0046】

上述される実施形態のうちのいくつかの１つの特徴は、状態検知部品がＳＳＴおよび／またはＳＳＥと一体であるように形成され得ることである。一体に形成された状態デバイスの実施形態は、予め形成された構造ではなく、したがってユニットとしてＳＳＴに取り付け可能ではなく、またはＳＳＥに損傷を与えることなく、もしくはそれを動作不能にすることなく、ユニットとしてＳＳＴから着脱可能ではない。したがって、ＳＳＥおよび状態デバイスは、単一パッケージでともに電気的に接続され得る２つの別個のダイとして形成されるのではなく、単一チップまたはダイとして形成されてもよい。例えば、ＳＳＥおよび状態デバイスは両方とも、同じ単一の支持基板（例えば、支持基板２３０）によって支持されてもよい。例えば、それらは、固体エミッタ部品が図２〜３Ｇおよび６を参照して上述されるように形成される同じ基板の一部分から形成されてもよい。図４、５、７および８Ａ〜８Ｌを参照して記載される実施形態では、同じエピタキシャル成長基板は、固体エミッタおよび状態デバイスの両方に使用されないが、状態デバイスを形成する部品は、固体エミッタ上の原位置で形成されてもよい。後者の手法の利点は、少なくともいくつかの実施形態では、状態デバイスは、固体エミッタによって放出される光の経路とは反対の固体エミッタの側であるように形成されてもよいことである。したがって、状態デバイスの存在は、光または他の放射線を放出する固体エミッタの能力を妨げない。

【0047】

状態デバイスは、ＳＳＥまたはＳＳＴと一体に形成され得るが、それは、ＳＳＥのものとは異なる機能を果たし、したがって、ＳＳＥを形成するものとは異なる（例えば、第１の半導体材料、第２の半導体材料、および中間の活性領域とは異なる）材料を含む。これは、固体エミッタに使用される同じエピタキシャル成長基板が状態デバイスに使用されるかどうか、または状態デバイスが同じエピタキシャル成長基板を使用しないかどうかの場合である。結果として、状態デバイスの材料および構造配列は、ＳＳＥの材料および構造配列に限定されない。この改善された柔軟度は、より小さい状態デバイスおよびより高い状態デバイス効率を可能にすることができる。例えば、フォトダイオードの形態での状態デバイスは、ＳＳＥによって放出される波長で薄く、および／または高吸収性であるように具体的に選択される材料を含むことができ、小型の効率的な構造を生成する。

【0048】

前述から、本技術の具体的な実施形態が本明細書で例証の目的で記載されているが、本開示から逸脱することなく種々の修正が行われてもよいことが理解されるであろう。例えば、上述される実施形態のうちのいくつかは、ダイオード（例えば、ＥＳＤ保護ダイオードまたはフォトダイオード）として状態デバイスを論述する。他の実施形態では、状態デバイスは、異なる非線形回路素子を含むことができる。さらに他の実施形態では、状態デバイスは、線形であってもよい（例えば、熱センサが線形熱センサであってもよい）。静電放電デバイスは、特定の実施形態において上述されるように、ＳＳＥを大きな逆電圧から保護するように構築され、接続されてもよい。他の実施形態では、静電放電デバイスは、ＳＳＥを大きな順電圧から防ぐように順バイアスと接続されてもよい。さらに他の実施形態では、ＳＳＥは、高い順電圧および高い逆電圧の両方から保護するように両方の種類のＥＳＤに接続されてもよい。加えて、ある特定の実施形態では、特定のＳＳＴデバイスに対する２つ以上の状態デバイスがあってもよい。さらに、ＳＳＥおよび基板のための材料選択肢は、本開示の異なる実施形態によって異なってもよい。

【0049】

一実施形態のある特定の要素は、他の実施形態と組み合わされてもよく、他の実施形態の要素に加えて、またはその代わりに除外されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、開示される緩衝材料は除外されてもよい。いくつかの実施形態では、緩衝材料は、ＳＳＥを形成するが状態デバイスを形成しないために使用されてもよい。開示される状態デバイスは、他の実施形態に組み合わされてもよい。例えば、単一のＳＳＴデバイスは、ＥＳＤデバイス、光センサ、および／または熱センサの様々な組み合わせのうちのいずれかを含むことができる。したがって、本開示は、本明細書に明示的に示されないか、または記載されない他の実施形態を包含することができる。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図8F】

【図8G】

【図8H】

【図8I】

【図8J】

【図8K】

【図8L】

【図9】