特許 7316947 波長変換式半導体発光デバイス

(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】

(24)【登録日】2023-07-20

(45)【発行日】2023-07-28

(54)【発明の名称】波長変換式半導体発光デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/50 20100101AFI20230721BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20230721BHJP

【ＦＩ】

H01L33/50

G02B5/20

【請求項の数】 22

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020000327

(22)【出願日】2020-01-06

(62)【分割の表示】P 2016524924の分割

【原出願日】2014-07-03

(65)【公開番号】P2020074419

(43)【公開日】2020-05-14

【審査請求日】2020-01-06

【審判番号】

【審判請求日】2022-02-28

(31)【優先権主張番号】61/843,466

(32)【優先日】2013-07-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517152128

【氏名又は名称】ルミレッズ ホールディング ベーフェー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】シュリッカー，エイプリル ドーン

(72)【発明者】

【氏名】シュチェキン，オレグ ボリショヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】チョ，ハン ホ

(72)【発明者】

【氏名】シュミット，ペーター ヨゼフ

【合議体】

【審判長】山村 浩

【審判官】廣田 かおり

【審判官】吉野 三寛

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／１３１４０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１１－５１５８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－３６３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０４５７７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／０４２４５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－２１４５７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01L 33/00-33/64

C09K 11/00-11/89

F21V 9/00-9/45

G02B 5/20-5/28

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の波長の光を、より長い第２の波長の光へと変換するように構成された波長変換セラミック層と、
前記波長変換セラミック層上に配置された窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層と、
前記窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層上に融着され、前記第１の波長の光を、より長い、前記第２の波長とは異なる、第３の波長の光へと変換するように構成された波長変換ガラス層と
を有する波長変換器。

【請求項2】

前記第２の波長は赤色であり、前記第３の波長は緑色である、請求項１に記載の波長変換器。

【請求項3】

前記波長変換セラミック層及び前記波長変換ガラス層は、傾斜した側壁を有する、請求項１に記載の波長変換器。

【請求項4】

前記波長変換セラミック層及び前記波長変換ガラス層は、波長変換部材を形成し、
前記波長変換部材の第１の部分は、実質的に垂直な側壁を有し、且つ
前記波長変換部材の第２の部分は、傾斜した側壁を有する、
請求項１に記載の波長変換器。

【請求項5】

ｎ型領域とｐ型領域との間に配置され、第１の波長の光を発するように構成された発光層を有する半導体構造と、
前記発光層によって発せられる光の経路内に配置された、請求項１乃至４のいずれかに記載の波長変換器と、
を有する発光デバイス。

【請求項6】

前記波長変換セラミック層は、前記波長変換ガラス層と前記半導体構造との間に配置されている、請求項５に記載の発光デバイス。

【請求項7】

当該発光デバイスは更に反射材料を有し、
前記反射材料は、前記波長変換セラミック層の側壁、前記波長変換ガラス層の側壁、及び前記半導体構造の側壁の各々に隣接して配置されている、請求項６に記載の発光デバイス。

【請求項8】

波長変換素子を形成することを有し、
前記形成することは、
波長変換セラミック層を形成すること、
前記波長変換セラミック層の表面上に窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層を形成すること、及び
前記窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層の表面上に波長変換ガラス層を配置することであり、
波長変換材料をガラスと混合し、
混合物をローラでシートへと延ばし、
前記波長変換セラミック層に形状が合うように前記シートを切断し、且つ
前記切断されたシートを前記窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層の前記表面に融着する
ことを有する、配置すること
を有する、
方法。

【請求項9】

前記波長変換セラミック層を形成することは、蛍光体をウェハへと焼結することを有する、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記切断されたシートを前記窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層の前記表面に融着することは、前記切断されたシート及び前記波長変換セラミック層を加熱することを有する、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層の前記表面上に前記波長変換ガラス層を配置することに先立って、前記波長変換セラミック層を薄化すること、を更に有する請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層の前記表面上に前記波長変換ガラス層を配置することの後に、前記波長変換セラミック層を薄化すること、を更に有する請求項８に記載の方法。

【請求項13】

前記波長変換素子を複数のプレートレットへとダイシングすることと、
前記ダイシングの後に、プレートレットを半導体発光デバイスに取り付けることと、
を有する請求項８乃至１２のいずれかに記載の方法。

【請求項14】

前記波長変換素子を前記複数のプレートレットへとダイシングすることは、傾斜した側壁を各プレートレットに形成することを有する、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記波長変換素子を前記複数のプレートレットへとダイシングすることは、
各プレートレットの第１の部分に、前記プレートレットの頂面に対して第１の角度を持つ側壁を形成し、且つ
各プレートレットの第２の部分に、前記プレートレットの頂面に対して第２の角度を持つ側壁を形成する
ことを有し、
前記第１の角度は前記第２の角度と異なる、
請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

波長変換素子を形成することを有し、
前記形成することは、
波長変換セラミック層を形成すること、
前記波長変換セラミック層の表面上に窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層を形成すること、及び
前記窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層の表面上に波長変換ガラス層を融着することであり、
波長変換材料をガラスと混合し、
混合物を前記窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層上に置き、
実質的に均一な厚さの層を形成するように前記混合物を広げる
ことを有する、融着すること
を有する、
方法。

【請求項17】

前記窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層の前記表面上に前記波長変換ガラス層を融着することに先立って、前記波長変換セラミック層を薄化すること、を更に有する請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層の前記表面上に前記波長変換ガラス層を融着することの後に、前記波長変換セラミック層を薄化すること、を更に有する請求項１６に記載の方法。

【請求項19】

前記波長変換素子を複数のプレートレットへとダイシングすることと、
複数の半導体発光デバイスをマウントに取り付けることと、
前記ダイシングの後に、前記複数のうちの各半導体発光デバイスにプレートレットを取り付けることと、
前記複数のうちの隣接する半導体発光デバイス間に反射材料を配設することと、
を有する請求項１６乃至１８のいずれかに記載の方法。

【請求項20】

前記隣接する半導体発光デバイス間に前記反射材料を配設することの後に、前記反射材料を薄化すること、を更に有する請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記波長変換素子を前記複数のプレートレットへとダイシングすることは、傾斜した側壁を各プレートレットに形成することを有する、請求項１９に記載の方法。

【請求項22】

前記波長変換素子を前記複数のプレートレットへとダイシングすることは、
各プレートレットの第１の部分に、前記プレートレットの頂面に対して第１の角度を持つ側壁を形成し、且つ
各プレートレットの第２の部分に、前記プレートレットの頂面に対して第２の角度を持つ側壁を形成する
ことを有し、
前記第１の角度は前記第２の角度と異なる、
請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長変換式半導体発光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

現在利用可能な最も効率的な光源の中に、発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振器型（resonant cavity）発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）及び端面発光レーザを含む半導体発光デバイスがある。可視スペクトルで動作可能な高輝度発光デバイスの製造において現在関心ある材料系は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体、特に、ＩＩＩ族窒化物材料とも呼ばれる、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の二元、三元、及び四元合金を含む。典型的に、ＩＩＩ族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又はその他のエピタキシャル技術により、サファイア、炭化シリコン（シリコンカーバイド）、ＩＩＩ族窒化物若しくは複合材の基板、又はその他の好適な基板の上に、異なる組成及びドーパント濃度の複数の半導体層のスタック（積層体）をエピタキシャル成長することによって製造される。スタックは、しばしば、基板上に形成された、例えばＳｉでドープされた１つ以上のｎ型層と、該１つ以上のｎ型層上に形成された活性領域内の１つ以上の発光層と、活性領域上に形成された、例えばＭｇでドープされた１つ以上のｐ型層とを含んでいる。これらｎ型領域及びｐ型領域の上に、電気コンタクトが形成される。

【0003】

図１は、特許文献１（米国特許出願公開第２０１１／０２２７４７７号）に更に詳細に記載されている発光装置を示している。図１のデバイスは、光源（例えば、ＬＥＤ）が上にマウントされたサブマウント１００を含んでいる。特許文献１の段落５４は、「第１の発光層１１０は、第２の発光層１１５上に配置されており、光源１０５から放射された光の少なくとも一部を受ける。第２の発光層１１５は、従来のベースＬＥＤ１０５と第１の発光層１１０との間に配置されている。第２の発光層１１５は、光源１０５から放射された光の少なくとも一部を受ける。任意のカプセル材料樹脂１２０は、光源１０５、第１の発光層１１０、および第２の発光層１１５を覆って設置されている。いくつかの実施形態では、第１の発光層１１０および第２の発光層１１５は、一緒に固定されて、複合材料を形成する。」と教示している。

【0004】

特許文献１の段落６０は、「発光装置は、第１のガーネット蛍光体を有する第１の発光層、および第２のガーネット蛍光体を有する第２の発光層を含むことができる・・・。発光層は、いくつかの実施形態では、セラミックプレートであってもよい。・・・セラミックプレートは、一緒に固定されて、複合材料を形成してもよい。」と教示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２２７４７７号明細書

【発明の概要】

【0006】

本発明の１つの目的は、高い駆動電流及び／又は高い動作温度を必要とし得る用途に適した波長変換式半導体発光デバイスを提供することである。

【0007】

本発明の実施形態において、発光デバイスは、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を含んだ半導体構造を含む。発光層によって発せられる光の経路内に第１の波長変換層が配設される。第１の波長変換層は波長変換セラミックとし得る。第１の波長変換層に第２の波長変換層が融着される。第２の波長変換層は、ガラス内に置かれた波長変換材料とし得る。

【0008】

本発明の実施形態に従った方法は、波長変換素子を形成することを含む。波長変換素子を形成することは、波長変換セラミックとし得る第１の波長変換層を形成し、且つ第２の波長変換層を第１の波長変換層に融着することを含む。波長変換素子が複数のプレートレットへとダイシングされる。ダイシングの後に、１つ以上のプレートレットが単一の半導体発光デバイスに取り付けられる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ＬＥＤと２つのセラミック蛍光体プレートとを含んだ発光装置を示す図である。

【図2】半導体発光デバイスを例示する図である。

【図3】波長変換ウェハの一部の断面図である。

【図4】個々のプレートレットへとダイシングされた図３の構造を例示する図である。

【図5】整形された側面を有する個々のプレートレットへとダイシングされた図３の構造を例示する図である。

【図6】個々のＬＥＤに取り付けられた図４に示したプレートレットを例示する図である。

【図7】反射材料層を形成した後の図６の構造を例示する図である。

【図8】反射材料層をエッチバックして波長変換プレートレットの頂面を露出させた後の図７の構造を例示する図である。

【図9】整形された側面を有する個々のプレートレットへとダイシングされた図３の構造を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施形態は、２つ以上の波長変換材料を有する波長変換式半導体発光デバイスに向けられる。本発明の実施形態は、例えば自動車のヘッドランプなど、高い駆動電流及び／又は高い動作温度を必要とし得る用途で使用され得る。

【0011】

以下の例では、半導体発光デバイスは、青色光又はＵＶ光を発するＩＩＩ族窒化物ＬＥＤであるが、例えばレーザダイオードなどの、ＬＥＤ以外の半導体発光デバイスや、例えばその他のＩＩＩ－Ｖ族材料、ＩＩＩ族リン化物、ＩＩＩ族ヒ化物、ＩＩ－ＶＩ族材料、ＺｎＯ、又はＳｉ系材料などの、その他の材料系からなる半導体発光デバイスが使用されてもよい。

【0012】

図２は、本発明の実施形態で使用され得るＩＩＩ族窒化物ＬＥＤを例示している。如何なる好適な半導体発光デバイスが使用されてもよく、本発明の実施形態は、図２に例示されるデバイスに限定されない。

【0013】

図２のデバイスは、技術的に知られているように、成長基板の上にＩＩＩ族窒化物半導体構造を成長させることによって形成される。成長基板（図２には示されず）は、例えばサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ又は複合基板など、如何なる好適基板であってもよい。半導体構造は、ｎ型領域とｐ型領域との間に挟まれた発光領域又は活性領域を含む。先ずｎ型領域１４が成長され得る。ｎ型領域１３は、異なる組成及びドーパント濃度の複数の層を含み得る。該複数の層は、例えば、ｎ型あるいは意図的にはドープされないものとし得るバッファ層若しくは核生成層などのプリパレーション層及び／又は成長基板の除去を容易にするように設計される層と、発光領域が効率的に発光するのに望ましい特定の光学特性、材料特性若しくは電気特性に合わせて設計されるｎ型、若しくはｐ型であってもよい、デバイス層とを含み得る。ｎ型領域上に、発光領域又は活性領域１６が成長される。好適な発光領域の例は、単一の厚い若しくは薄い発光層、又はバリア層によって分離された複数の薄い若しくは厚い発光層を含んだマルチ量子井戸発光領域を含む。次いで、発光領域上に、ｐ型領域１８が成長され得る。ｎ型領域と同様に、ｐ型領域は、異なる組成、厚さ及びドーパント濃度の複数の層を含むことができ、該複数の層は、意図的にはドープされていない層又はｎ型層を含んでいてもよい。

【0014】

成長後、ｐ型領域の表面上にｐコンタクトが形成される。ｐコンタクト２０は、しばしば、例えば反射メタル及びガードメタルなどの複数の導電層を含む。ガードメタルは、反射メタルのエレクトロマイグレーションを防止あるいは抑制し得る。反射メタルは銀であることが多いが、如何なる好適な材料が使用されてもよい。ｐコンタクト２０を形成した後、ｎコンタクト２２が上に形成されるｎ型領域１４の部分を露出させるよう、ｐコンタクト２０、ｐ型領域１８及び活性領域１６の一部が除去される。ｎコンタクト２２とｐコンタクト２０は、例えばシリコンの酸化物又はその他の好適材料などの誘電体で充填され得る間隙２５によって、互いに電気的に分離（アイソレート）される。複数のｎコンタクトビアが形成されてもよく、ｎコンタクト２２及びｐコンタクト２０は、図２に例示される構成に限定されない。ｎ及びｐコンタクトは、技術的に知られているように、誘電体／金属スタックを有するボンドパッドを形成するように再分配されてもよい。

【0015】

ＬＥＤをマウント１２に取り付けるため、１つ以上のインターコネクト２４が、ｎコンタクト２２及びｐコンタクト２０の上に形成され、あるいはそれらに電気的に接続される。インターコネクト２４は、電気的且つ物理的にＬＥＤをマウント１２に接続する。インターコネクト２４は、例えば、金スタッドバンプ、金層、又はその他の好適構造とし得る。金スタッドバンプは、例えば、直径において６０μｍと１００μｍとの間とし得る。デバイスのウェハから、例えばインターコネクト２４を形成した後に、個々のＬＥＤがダイシングされる。

【0016】

マウント１２上にインターコネクト２６が形成され得る。マウント１２は、例えばメタル、セラミック、又はシリコンを含め、如何なる好適材料ともし得る。マウント１２上のインターコネクト２６は、ＬＥＤ上のインターコネクト２４と位置が揃っている。ＬＥＤ及びマウントの双方の上にではなく、ＬＥＤ及びマウントの一方のみの上にインターコネクトが形成されるように、インターコネクト２４又は２６の何れかが省かれてもよい。ＬＥＤが上に搭載されるマウントの頂面側を、別の構造に取り付けられ得るマウントの底面側に電気的に接続するため、マウントの中にビアが形成され、あるいはマウント１２の表面に配線が形成され得る。

【0017】

個々のＬＥＤは、半導体構造の成長方向に対して裏返されてマウント１２に取り付けられる。ＬＥＤはマウントに、例えば、超音波ボンディング、サーモソニックボンディング、はんだ取付け、又はその他の好適な接合技術によって取り付けられ得る。

【0018】

マウント１２への接合の前又は後に、ＬＥＤとマウント１２との間にアンダーフィル材３０が配設される。アンダーフィル３０は、後の処理において半導体構造を支持する。アンダーフィル３０は、隣接するインターコネクト２４間の隙間２８を充填し得る。アンダーフィル３０は、例えば注入又はその他の好適手法によって、ＬＥＤとマウント１２との間に導入され得る。アンダーフィル３０は、例えば、シリコーン、エポキシ、又はその他の好適材料とし得る。アンダーフィル３０は、液体の形態で注入された後に、固体を形成するように硬化され得る。余分なアンダーフィル材が、例えばマイクロビーズブラスティングなどの好適技術によって除去され得る。

【0019】

成長基板が、何らかの好適技術によって除去され得る。サファイア基板は、レーザ溶融によって除去されることが多く、その場合、レーザ光が基板を通して光らされて、基板と直に接触している半導体材料の層を溶融させることで、基板が半導体構造から解放される。その他の基板は、例えば、エッチング又は研削などの機械的技術によって除去され得る。基板を除去することは、ｎ型領域１４の表面３２を露出させる。表面３２は、例えば光電気化学エッチング又はその他の好適技術によって、パターン加工、テクスチャ加工、又は粗面加工されてもよく、それにより表面３２からの光取り出しが高められ得る。

【0020】

図２は、アンダーフィルと厚い金属インターコネクトとによって支持され、そこから成長基板が除去されたＬＥＤを例示している。他の好適ＬＥＤが使用されてもよい。一部の実施形態において、成長基板が半導体構造に取り付けられたままのＬＥＤが使用される。例えば、ＬＥＤ半導体構造がサファイア基板上に成長され、該サファイア基板が半導体構造に取り付けられたままとなる。サファイアは、必ずしもそうである必要はないが、成長後に例えば１００μｍ厚より小さい厚さまで薄化されてもよい。サファイアが半導体構造を機械的に支持するので、アンダーフィルが含められてもよいが、アンダーフィルは機械的支持のためには必要でない。厚い金属インターコネクトは必要とされないが、含められてもよい。ＬＥＤはマウントに、例えばはんだ付けなどの好適技術によって取り付けられ得る。

【0021】

ＬＥＤとは別個に、波長変換部材が、図３、４及び５に例示するように形成される。波長変換部材は、ＬＥＤによって発せられた光を吸収して、１つ以上の異なる波長の光を発する。必ずしもそうである必要はないが、ＬＥＤによって発せられた未変換の光が、この構造から取り出される光の最終的なスペクトルの一部をなすことが多い。一般的な組み合わせの例は、黄色発光の波長変換材料と組み合わされた青色発光のＬＥＤ、緑色発光及び赤色発光の波長変換材料と組み合わされた青色発光のＬＥＤ、青色発光及び黄色発光の波長変換材料と組み合わされたＵＶ発光のＬＥＤ、並びに青色発光、緑色発光及び赤色発光の波長変換材料と組み合わされたＵＶ発光のＬＥＤを含む。構造から発せられる光のスペクトルを調整するために、他の色の光を発する波長変換材料が追加されてもよい。

【0022】

図３にて、２つの波長変換層４０及び４２を有する波長変換器３８が形成される。波長変換層４０及び４２は、典型的に、異なる波長変換材料を含むが、必ずしもそうである必要はない。波長変換層４０及び４２は、異なる色の光を発することが多いが、必ずしもそうである必要はない。波長変換層４０及び４２は、高温及び高電流の動作条件に耐えることができる如何なる材料であってもよい。例えば、波長変換層４０及び４２は、２．５Ａに至る電流と２４０℃に至る動作温度とを伴う動作条件に耐えるように設計され得る。

【0023】

一部の実施形態において、波長変換層４０は、例えばセラミック層へと焼結された粉末蛍光体などのルミネセントセラミックである。一部の実施形態において、波長変換層４２は、ガラス又はその他の好適透明材料に、例えば従来からの蛍光体、有機蛍光体、量子ドット、有機半導体、ＩＩ－ＶＩ族若しくはＩＩＩ－Ｖ族半導体、ＩＩ－ＶＩ族若しくはＩＩＩ－Ｖ族半導体量子ドット若しくはナノ結晶、染料、ポリマー、又は発光するその他の材料などの１つ以上の波長変換材料を詰められたものである。

【0024】

一例において、波長変換層４０は、青色光を吸収して赤色光を放つセラミック蛍光体である。赤色光を放つ好適なセラミック蛍光体は、以下に限られないが、（Ｂａ_{１－ｘ－ｙ－ｚ}Ｓｒ_ｘＣａ_ｙＥｕ_ｚ）_２Ｓｉ_{５－ａ－ｂ}Ａｌ_ａＮ_{８－ａ－４ｂ}Ｏ_ａ＋４ｂ、ただし、０．５≦ｘ≦０．９、０≦ｙ≦０．１、０．００３≦ｚ≦０．０３、０≦ａ≦０．０５、且つ０≦ｂ≦０．２、（Ｃａ_{１－ｘ－ｙ－ｚ}Ｍ^ＩＩ _ｘＭ^ＩＩＩ _２ｙ／３Ｅｕ_ｚ）_ｍ／２Ｓｉ_{１２－ｍ－ｎ}（Ａｌ_１－ｋＢ_ｋ）_ｍ＋ｎＯ_ｎＮ_１６－ｎ；Ｍ^ＩＩ＝Ｍｇ，Ｓｒ，Ｍ^ＩＩＩ＝Ｙ，Ｌａ，Ｌｕ，Ｃｅ、ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．５、０．００５≦ｚ≦０．２、０．５≦ｍ≦３．５、０．０５≦ｎ≦２、０≦ｋ≦０．１５、Ｃａ_{１－ｘ－ｙ－ｚ－ｖ}Ｍ^ＩＩ _ｖＳｉ_{１＋ｘ－ｚ}Ａｌ_{１－ｘ＋ｚ}Ｎ_３－ｘＯ_ｘ：Ｅｕ_ｙ，Ｃｅ_ｚ；Ｍ^ＩＩ＝Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ、ただし、０≦ｘ≦０．０５、０≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．０４、０≦ｖ≦０．８５を含む。波長変換層４０は、一部の実施形態において少なくとも５μｍ厚、一部の実施形態において４００μｍ厚以下、一部の実施形態において少なくとも２０μｍ厚、そして一部の実施形態において２００μｍ厚以下とし得る。

【0025】

一例において、波長変換層４２は、ガラス内に置かれた蛍光体である。波長変換層４２内の蛍光体は、青色光を吸収して緑色光を放つ。緑色光を放つ好適なセラミック蛍光体は、以下に限られないが、（Ｌｕ_{１－ｘ－ｙ}Ｙ_ｘＣｅ_ｙ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２、ただし、０≦ｘ≦１、０．００１５≦ｙ≦０．０４、又はＳｒ_{１－ｘ－ｙ}Ｍ^ＩＩ _ｘＥｕ_ｙＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２；Ｍ＝Ｃａ，Ｂａ、ただし、０≦ｘ≦０．５、０．００２≦ｙ≦０．０４を含む。波長変換層４２は、一部の実施形態において少なくとも５μｍ厚、一部の実施形態において４００μｍ厚以下、一部の実施形態において少なくとも２０μｍ厚、そして一部の実施形態において２００μｍ厚以下とし得る。所与の用途の色点（カラーポイント）要求を満たす如何なる組み合わせの波長変換層４０及び４２の厚さが使用されてもよい。

【0026】

図３に示した構造は、先ず、例えば、粉末蛍光体を加圧して焼結することによって、あるいはその他の好適プロセスによって、セラミック波長変換層４０を形成することによって形成され得る。一部の実施形態において、波長変換層４０は、焼結後に、例えば研削などの機械的プロセスによって、あるいはその他の好適技術によって薄化される。波長変換層４０は、例えば８００μｍ厚以上から３００μｍ厚以下まで薄化され得る。薄化の後に、波長変換層４０が波長変換層４２と結合される。ここに記載されるように、波長変換層４０及び波長変換層４２の各々が、結合することの前又は後に薄化されてもよい。これらの薄化プロセスはオプションであり、図には示されていない。

【0027】

波長変換層４２は、例えば、選択された緑色蛍光体を所定の蛍光体負荷（ローディング）まで溶融ガラスに混合することによって形成され得る。この混合物が、ローラでシートへと延ばされ、波長変換層４０のディスクに形状が合うように切断され、そして、例えばガラスのリフロー温度よりも高い温度まで加熱することによって、波長変換層４０に融着される。他の例では、ガラスと蛍光体のこの混合物が、熱い間（例えば、リフロー温度よりも高い間）に直接的に波長変換層４０上に置かれ、そして、実質的に均一な厚さのガラス層を形成するように均等に広げられてもよい。一部の実施形態において、リフロー温度は、ガラス材料に応じて、３２０℃ほどの低さ又は１５００℃ほどの高さであり得る。使用される蛍光体は、一部の実施形態において１７００℃の温度に耐え、一部の実施形態において１８００℃の温度に耐え得る。如何なる好適なガラス又はその他の透明材料が使用されてもよい。ガラスは、例えば、取出しを高めるために、一部の実施形態において１．７未満、一部の実施形態において１．６未満、そして一部の実施形態において１．５２未満の屈折率を持つ低屈折率ガラスとし得る。波長変換層４２に関する蛍光体材料、ローディング量、及び薄化（後述）後の最終厚さは、発光デバイスと波長変換器との結合構造を出て行く光が所与の用途の色点及び光束強度に関する目標仕様を満足するよう、発光デバイスから放たれる青色光に適合するように選択される。

【0028】

一部の実施形態において、波長変換層４２と結合される波長変換層４０の表面を、粗面加工、パターン加工、又はテクスチャ加工し、それにより、この層の表面積を増大させ、よって、波長変換層４２と波長変換層４０との間の接合の強度を高め得る。波長変換層４２と波長変換層４０との間の境界面を粗面加工、パターン加工、又はテクスチャ加工することはまた、波長変換層４０から波長変換層４２への光取り出しを向上させ得るとともに、波長変換層４２から波長変換層４０への光の反射を抑制あるいは防止し得る。

【0029】

一部の実施形態において、波長変換層４０及び波長変換層４２の一方又は双方に、これら２つの材料間の接合を向上させるために、融剤又は前処理が適用される。例えば、セラミック波長変換層４０とガラス波長変換層４２との間の境界面を改善するため、及び／又は加熱中のセラミック酸化を防止するため、窒化シリコンバリア層及び酸化シリコン層の一方又は双方がセラミック波長変換層４０上に配設され得る。窒化シリコン層及び／又は酸化シリコン層は、例えば、メガトロンスパッタリング、化学気相成長、プラズマ化学気相成長、及び蒸着を含め、如何なる好適技術によって波長変換層４０上に形成されてもよい。

【0030】

一部の実施形態において、波長変換層４２をセラミック波長変換層４０と完全に融着させるために、結合構造３８は、不活性環境下で、波長変換層４２内のガラスのリフロー温度よりも高い温度まで加熱されなければならない。一部の実施形態において、リフロー温度は、ガラス材料に応じて、３２０℃ほどの低さ又は１５００℃ほどの高さであり得る。融着中にリフロー温度よりも高くまで加熱した後、ガラス波長変換層４２は、平坦でなかったり、十分に均一な厚さのものでなかったりすることがある。一部の実施形態において、波長変換構造３８の中心からエッジまでの厚さ均一性を改善するため、及び／又は所与の用途の色点を満足するため、波長変換層４０に融着された後に、ガラス波長変換層４２が、例えば、図３に示すウェハの頂面４１を研削することによって、あるいはその他の好適技術によって薄化され得る。

【0031】

一部の実施形態において、ガラス波長変換層４２及びセラミック波長変換層４０の双方が、融着後に、例えば研削又はその他の好適技術によって薄化され得る。一部の実施形態において、セラミック波長変換層４０のみが融着後に薄化されてもよい。一部の実施形態において、セラミック波長変換層４０は、融着後に、３００μｍ以上から１２０μｍ以下まで薄化される。セラミック波長変換層４０は、融着前に粗削り技術によって（例えば、上述のように８００μｍの厚さから３００μｍの厚さまで）薄化され、その後、融着後にもっと細かい研削／研磨技術を用いて（例えば、上述のように３００μｍの厚さから１２０μｍ以下まで）薄化され得る。薄化は概して、図３の構造が後述のように個々のプレートレットへとダイシングされる前に、波長変換構造３８がなおもウェハ形態にある間に行われる。

【0032】

セラミック波長変換層４０は典型的に、ガラス波長変換層４２よりも敏速に熱を伝える。従って、一部の実施形態において、構造３８の向きは、波長変換層４０が発光デバイスに隣接して配置され、光が取り出される頂部層が波長変換層４２であるようにされる。一部の実施形態において、構造３８からの光取り出しを高めるとともに後方反射を抑制あるいは防止するため、薄化中に波長変換層４２の頂面が、粗面加工、パターン加工、又はテクスチャ加工される。

【0033】

波長変換器３８は、単一の発光デバイス、又は複数の発光デバイスのタイル、に合った大きさにされたプレートレットへとダイシングされる。図４、５及び９は、ダイシングされた波長変換プレートレットを例示している。

【0034】

図４において、プレートレット４４は、ウェハ表面に対して垂直な向きのソーブレードでダイシングされている。図４のプレートレット４４は、実質的に垂直な側面を有している。プレートレットは、発光デバイスと同じ形状及びサイズであってもよいし、発光デバイスよりも僅かに大きくてもよいし（例えば、１．０６×１．０６ｍｍ^２のプレートレットが１×１ｍｍ^２のＬＥＤダイ上に置かれ得る）、あるいは発光デバイスよりも僅かに小さくてもよい（例えば、０．９６５×０．９６５ｍｍ^２のプレートレットが１×１ｍｍ^２のＬＥＤダイ上に置かれ得る）。

【0035】

図５において、プレートレット４６は、斜めの側面４８を有している。側壁の角度は、プレートレット４６の厚さ全体にわたって一貫している。プレートレット４６は、斜めにされたソーブレードを用いてウェハ３８からプレートレットを切断することによって形成され得る。例えば、ソーブレードは、一部の実施形態においてウェハの頂面への法線に対して８０°以下、一部の実施形態においてウェハの頂面への法線に対して３０°以上、一部の実施形態においてウェハの頂面への法線に対して６５°以下、そして、一部の実施形態においてウェハの頂面への法線に対して４５°以上、の角度に傾斜され得る。

【0036】

図９において、プレートレット７０は、２つ以上の表面を持つ側壁を有している。この側壁は、第１の向きを持つ第１の表面７２と、第１の向きとは異なる第２の向きを持つ第２の表面７４とを有している。図９の構造において、第１の部分７２は実質的に垂直であり、第２の部分７４は傾斜している。他の例において、第１の部分は、ウェハの頂面への法線に対して傾斜され、第２の部分は、第１の部分とは異なる角度で傾斜され得る。第１の部分と第２の部分との間の境界は、波長変換層４０内にあってもよいし、図９に示すように波長変換層４２内にあってもよいし、あるいは波長変換層４０と４２との間の境界にあってもよい。図９に示す構造は、図３に示した波長変換ウェハ３８を２パスでソーイングすることによって形成される。一実施形態において、傾斜されたブレードが傾斜部分７４をカットする。次に、垂直部分７２を形成する真っ直ぐなブレードでウェハがカットされる。一実施形態において、２回目のカットがプレートレット７０を互いから完全に分離する。何れの表面が最初に形成されてもよい。

【0037】

プレートレット４６が、図５及び９においてのように傾斜した側面を有するとき、傾斜された領域の厚さが、側壁の角度と組み合わさって、プレートレットの底面の面積、すなわち、ＬＥＤダイに隣り合わせて置かれる表面の面積を決定する。例えば、１×１ｍｍ^２であるＬＥＤダイに対し、プレートレットの頂面が１．０６×１．０６ｍｍ^２である場合、プレートレットの可能な底面寸法は、０．９８×０．９８ｍｍ^２、０．９６５×０．９６５ｍｍ^２、０．９４×０．９４ｍｍ^２、及び、１×１ｍｍ^２ＬＥＤダイに等しいかそれよりも小さいかであるその他の寸法を含む。プレートレットの底面は、ＬＥＤダイと同じサイズであるか、それよりも小さいかであることが多いが、必ずしもそうである必要はない。

【0038】

図６－８は、波長変換式発光デバイスの組み立てを例示している。図６にて、図２に示したデバイス又はその他の好適デバイスとし得るものである個々のＬＥＤ１０が、マウント１２に取り付けられる。例えば図４、５又は９に示した構造のうちの１つなどの、個々の波長変換プレートレットが、各ＬＥＤ１０にピックアンドプレースにより取り付けられる。一部の実施形態において、波長変換プレートレットをＬＥＤに取り付けるのに先立って、ＬＥＤ１０上に、接着剤５０の層がキャストされ、ディスペンスされ、噴射され、あるいはその他の方法で配設される。例えばシリコーンなど、如何なる好適な接着剤が用いられてもよい。図６－８において、波長変換プレートレットは、セラミック波長変換層４０がＬＥＤ１０に付着されて、ガラス波長変換層４２が構造体の頂部層であるようにマウントされている。これに代わる実施形態において、ガラス波長変換層４２がＬＥＤ１０に付着されて、セラミック波長変換層４０が構造体の頂部層であってもよい。一部の実施形態において、接着剤５０を硬化させるために、この構造が加熱され得る。マウント１２上のボンドパッド８０が、複数のＬＥＤ１０のための電気接続を提供する。

【0039】

図７にて、隣接するデバイス間の空間５６に、反射材料５２が押し込められる。反射材料５２は、これらの図において、その他の層から区別するためにハッチング付きで示されている。反射材料５２は、例えば、シリコーンなどの透明材料内に置かれた酸化チタン粒子とし得る。個々のデバイス間の反射材料５２は、例えば自動車ヘッドランプの明暗コントラスト仕様といった、所与の用途の仕様を満足するために必要とされ得る。反射材料は、隣接するデバイス間に加えて、反射材料５４によって例示するように個々のＬＥＤ１０の上にも配設され得る。

【0040】

図８にて、各デバイスの波長変換層４２の頂面５５を通じて光が放出され得るよう、個々のデバイスの上の材料を除去するように反射材料５２が薄化される。一部の実施形態において、複数のＬＥＤ１０のための電気接続を提供するものであるマウント１２上の１つ以上のボンドパッド８０が、図７で反射材料５２によって覆われ、それが図８で除去される。余分な反射材料は、如何なる好適技術によって除去されてもよい。一部の実施形態において、余分な反射材料は、乾式ビーズブラスティング又は湿式ビーズブラスティングによって除去される。例えば、乾式ビーズブラスティングにおいて、空気と８０μｍの平均直径を持つ重曹粒子との流れが、反射材料の表面に向けられて、余分な反射材料が除去される。湿式ビーズブラスティングの一例においては、水スラリー内の１８０μｍの平均直径を持つプラスチック粒子が、反射材料の表面に向けられて、余分な反射材料が除去される。一部の実施形態において、図８における余分な反射材料の除去中に波長変換層４２の頂面５５が粗面化されて、光取り出しが向上される。

【0041】

本発明を詳細に説明したが、当業者が認識するように、本開示を所与として、ここに記載の発明概念の精神を逸脱することなく、本発明に変更が為され得る。故に、本発明の範囲は、図示して説明した特定の実施形態に限定されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】