ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД С КОНВЕРСИЕЙ ДЛИНЫ ВОЛНЫ Российский патент 2015 года по МПК H01L33/50 H01L33/64 

2420-185652RU/052

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД С КОНВЕРСИЕЙ ДЛИНЫ ВОЛНЫ

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к полупроводниковым светоизлучающим устройствам с конверсией длины волны.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Полупроводниковые светоизлучающие устройства, включающие в себя светоизлучающие диоды (LED), резонаторные светоизлучающие диоды (RCLED), лазерные диоды с вертикальным объемным резонатором (VCSEL) и лазеры с торцевым излучением, входят в круг наиболее эффективных источников света, доступных в настоящее время. Наиболее интересные сейчас системы материалов для производства светоизлучающих устройств с высокой яркостью, способные работать в видимой области спектра, включают в себя полупроводники из Групп III-V, в особенности двойные, тройные и четверные сплавы галлия, алюминия, индия и азота, также называемые III-нитридными материалами. Обычно III-нитридные светоизлучающие устройства изготавливают эпитаксиальным выращиванием пакета полупроводниковых слоев с различными составами и различными концентрациями легирующих добавок на сапфире, карбиде кремния, III-нитриде или прочих пригодных подложках путем химического осаждения металлоорганических соединений из газовой фазы (MOCVD), молекулярно-лучевой эпитаксией (МВЕ) или другими эпитаксиальными технологиями. Пакет часто включает в себя один или более слоев n-типа, легированных, например, кремнием (Si), сформированных поверх подложки, один или более светоизлучающих слоев в активной области, сформированных поверх слоя или слоев n-типа, и один или более слоев р-типа, легированных, например, магнием (Mg), сформированных поверх активной области. Электрические контакты формируют на областях n- или р-типа.

[0003] Длину волны света, излучаемого активной областью, можно сместить размещением на пути света, излученного активной областью, материала-конвертера длины волны, такого как люминофор или краситель. Материал-конвертер длины волны поглощает свет, излученный активной областью, и излучает свет с иной пиковой длиной волны, которая обычно больше, чем пиковая длина волны света, излученного активной областью. Фиг. 1 иллюстрирует полупроводниковое светоизлучающее устройство с конверсией длины волны, более подробно описанное в патентном документе US 6870311. В устройстве согласно фиг. 1 полупроводниковое светоизлучающее устройство 32 размещено в светоотражающей чаше 34. На одной или более поверхностях устройства 32 размещают слой 44 прозрачного материала. В материале 36 диспергированы наночастицы 38 и частицы 40 люминофора. Примеры пригодных наночастиц включают в себя наночастицы оксидов, нитридов, нитридосиликатов металлов и их смесей. Пригодные оксиды металлов могут включать в себя, но не ограничиваются таковыми, оксид кальция, оксид церия, оксид гафния, оксид титана, оксид цинка, оксид циркония и их комбинации. Наночастицы таких оксидов металлов, имеющие размеры, которые варьируются, например, от около 2 нм до около 10 нм, производятся, например, фирмой Degussa-Huls AG, Франкфурт-на-Майне, Германия. Пригодные наночастицы для таких вариантов применения также могут включать в себя II-VI-полупроводники, такие как сульфид цинка, селенид цинка, сульфид кадмия, селенид кадмия, теллурид кадмия и их тройные или четверные смеси, и наночастицы III-V-полупроводников, такие как III-нитриды, III-фосфиды и их смеси. Наночастицы выбирают имеющими больший коэффициент преломления, чем исходный материал.

[0004] Прозрачный материал 36 может быть органическим или неорганическим, и может включать в себя, например, материалы, включающие в себя, но не ограничивающиеся таковыми, общеупотребительные эпоксидные смолы, акриловые полимеры, поликарбонаты, силиконовые полимеры, оптические стекла, халькогенидные стекла, спиросоединения и их смеси.

[0005] В технологии требуются эффективные конструкции полупроводниковых светоизлучающих устройств с конверсией длины волны.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Цель изобретения состоит в представлении устройства, включающего в себя люминесцентный материал и термоконтактный материал, размещенный для рассеяния теплоты от люминесцентного материала.

[0007] В вариантах осуществления изобретения устройство включает в себя полупроводниковую структуру, содержащую светоизлучающий слой, размещенный между областью n-типа и областью р-типа. На пути света, излучаемого светоизлучающим слоем, размещается люминесцентный материал. В прозрачном материале размещается термоконтактный материал. Термоконтактный материал имеет большую теплопроводность, чем теплопроводность прозрачного материала. Термоконтактный материал размещается для рассеяния теплоты от люминесцентного материала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг. 1 иллюстрирует полупроводниковое светоизлучающее устройство известного уровня техники, покрытое прозрачным материалом, включающим в себя частицы люминофора и наночастицы.

[0009] Фиг. 2 иллюстрирует прозрачный материал, включающий в себя люминофор и термоконтактный материал, размещенный поверх светоизлучающего устройства.

[0010] Фиг. 3 иллюстрирует два отдельных слоя, каждый из которых включает в себя прозрачный материал, люминофор и термоконтактный материал, размещенные поверх светоизлучающего устройства.

[0011] Фиг. 4 иллюстрирует многослойное устройство, включающее в себя керамический люминофор, слой прозрачного материала, включающего в себя люминофор и термоконтактный материал, и клеевой слой, включающий в себя термоконтактный материал, размещенные на светоизлучающем устройстве.

[0012] Фиг. 5 иллюстрирует люминофорный слой и линзу, заполненную термоконтактным материалом, размещенные поверх светоизлучающего устройства.

[0013] Фиг. 6 иллюстрирует градиент температуры между светоизлучающим слоем и люминофорным слоем как функцию прямого тока для устройств с термоконтактными материалами и без них.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] При конверсии длины волны люминофором, иллюстрированным в фиг. 1, может выделяться теплота вследствие, например, потери энергии на эмиссию фотонов с большей длиной волны, конечной эффективности преобразования люминофоров и повторного поглощения фотонов, которые не были выведены из устройства. Рассеяние теплоты из устройства согласно фиг. 1 может быть затруднено плохим тепловым контактом люминофора с модулем устройства вследствие низкой теплопроводности прозрачного материала. Например, силиконовый прозрачный материал часто имеет теплопроводность от около 0,1 до 0,2 Вт/(м°С). Избыточная теплота от конверсии длины волны может приводить к рабочим температурам, достаточно высоким, чтобы вызвать разложение органических веществ в прозрачном материале, что может обусловливать пожелтение прозрачного материала или даже выход устройства из строя. В дополнение, квантовые выходы некоторых люминофоров снижаются при высоких температурах, что может вызывать нежелательное смещение цветового тона излучаемого устройством света или снижение светового выхода.

[0015] В вариантах осуществления изобретения термоконтактный материал размещается поверх полупроводникового светоизлучающего устройства для отведения теплоты внутри и вокруг материала-конвертера длины волны. Теплота от материала-конвертера длины волны рассеивается посредством термоконтактного материала в светоизлучающее устройство и в теплоотвод или основу, с которыми соединено светоизлучающее устройство.

[0016] Термоконтактный материал может быть размещен в прозрачном исходном материале. Одним примером пригодного исходного материала является силикон с коэффициентом преломления для видимого света между 1,4 и 1,55. Дополнительные примеры прозрачных исходных материалов включают в себя органические или неорганические материалы, такие как силиконовые полимеры, эпоксидные смолы, акриловые полимеры, поликарбонаты, оптические стекла, халькогенидные стекла и их смеси. Могут быть также использованы прозрачные исходные материалы с высоким коэффициентом преломления, такие как стекла и материалы с высоким коэффициентом преломления, такие как силиконы, эпоксидные смолы и золь-гели, коэффициент преломления которых был изменен добавлением наночастиц, как описано в патентном документе US 6870311.

[0017] Термоконтактный материал может иметь коэффициент преломления, который близок или соответствует коэффициенту преломления исходного материала. Коэффициент преломления термоконтактного материала отличается от коэффициента преломления исходного материала менее чем на 10% в некоторых вариантах осуществлении и менее чем на 1% в некоторых вариантах осуществления.

[0018] Теплопроводность термоконтактного материала больше, чем теплопроводность исходного материала. Например, термоконтактный материал может иметь теплопроводность свыше 0,5 Вт/(м°С) в некоторых вариантах осуществления, более 1 Вт/(м°С) в некоторых вариантах осуществления, и более 5 Вт/(м°С) в некоторых вариантах осуществления.

[0019] Примеры пригодных термоконтактных материалов включают в себя смешанные оксиды алюминия/кремния, диоксид кремния, некристаллический диоксид кремния, SiC, AlN, алмаз, частицы неактивированного люминофора, такие как прозрачные частицы YAG (алюмо-иттриевого граната) без легирования церием (Се), и их смеси. Частицы неактивированного люминофора, такого как YAG, не производят конверсию длины волны света, излучаемого светоизлучающим устройством.

[0020] Термоконтактный материал может представлять собой, например, порошок с большим медианным размером частиц, чем медианный размер частиц люминофора, с которым его объединяют в некоторых вариантах осуществления, более 1 мкм в некоторых вариантах осуществления, 5 мкм в некоторых вариантах осуществления, между 1 мкм и 50 мкм в некоторых вариантах осуществления, между 1 мкм и 10 мкм в некоторых вариантах осуществления и между 10 мкм и 50 мкм в некоторых вариантах осуществления. Порошкообразные люминофоры часто имеют размер частиц между 1 мкм и 10 мкм. Термоконтактный материал может быть порошком из сферических или близких к сферическим частиц. В некоторых вариантах осуществления термоконтактный материал размещается так, что значительная доля частиц термоконтактного материала находится в контакте с их ближайшими соседними частицами и формирует сеть. Теплота распространяется по сети, пока не будет рассеяна в светоизлучающее устройство.

[0021] Ниже иллюстрированы варианты осуществления изобретения. Хотя варианты осуществления иллюстрируют III-нитридные тонкопленочные устройства с перевернутыми кристаллами, варианты осуществления изобретения могут быть использованы с другими устройствами, такими как традиционные устройства, с перевернутыми кристаллами, где ростовая подложка остается частью конечного устройства, вертикальные устройства, где контакты сформированы на противолежащих сторонах полупроводниковой структуры, устройства, где свет выводится через контакты, сформированные на одной или противоположных сторонах полупроводниковой структуры, и устройства, сделанные из других систем материалов, например, таких как устройства AlInGaP или AlGaAs.

[0022] Иллюстрированные тонкопленочные устройства с перевернутыми кристаллами формируются первым выращиванием полупроводниковой структуры на ростовой подложке. Полупроводниковая структура включает в себя область n-типа, светоизлучающую, или активную область и область р-типа. Сначала выращивают область n-типа. Область n-типа может включать в себя многочисленные слои с различными составами и концентрациями легирующих добавок, включающие в себя, например, подготовительные слои, такие как буферные слои или нуклеационные слои, которые могут быть слоями n-типа или ненамеренно легированными, разделительные слои, предназначенные для облегчения последующего отделения подложки или уменьшения толщины полупроводниковой структуры после удаления подложки, и слои устройства n- или даже р-типа, предназначенные для создания конкретных оптических или электрических свойств, желательных для эффективного излучения света светоизлучающей областью.

[0023] Поверх области n-типа выращивают светоизлучающую или активную область. Примеры пригодных светоизлучающих областей включают в себя одиночный толстый или тонкий светоизлучающий слой или светоизлучающую область с множественными квантовыми ямами, включающую светоизлучающие слои с множественными тонкими или толстыми квантовыми ямами, разделенные барьерными слоями. Например, светоизлучающая область с множественными квантовыми ямами может включать многочисленные светоизлучающие слои, каждый из которых имеет толщину 25 Å (2,5 нм) или менее, разделенные барьерами, каждый с толщиной 100 Å (10 нм) или менее. В некоторых вариантах осуществления толщина каждого из светоизлучающих слоев в устройстве является большей чем 50 Å (5 нм).

[0024] Поверх светоизлучающей области выращивают область р-типа. Подобно области n-типа, область р-типа может включать в себя многочисленные слои с различными составами, толщиной и концентрациями легирующих добавок, в том числе слои, которые являются ненамеренно легированными, или слои n-типа.

[0025] На области р-типа формируют отражающий металлический р-контакт, который может быть, например, серебряным и может включать в себя другие слои, такие как защитные слои. Части р-контакта, области р-типа и светоизлучающей области полупроводниковой структуры вытравливают для обнажения области n-типа. На открытых участках области n-типа формируют n-контакты.

[0026] Светоизлучающий диод 50 (LED) соединяют с опорой n- и р-межсоединениями, которые могут быть из любого подходящего материала, такого как припой, Au, Au/Sn или другие металлы, и могут включать в себя многочисленные слои материалов. В некоторых вариантах осуществления межсоединения включают в себя, по меньшей мере, один слой золота, и связь между LED и основой 54 формируют ультразвуковой сваркой.

[0027] После связывания кристалла LED с опорой вся подложка или ее часть, на которой были выращены полупроводниковые слои, может быть удалена. Полупроводниковая структура, остающаяся после удаления подложки-основы, может быть сделана более тонкой, например, фотоэлектрохимическим травлением. Поверхность полупроводника может быть сделана шероховатой или на нее может быть нанесен рисунок, например, со структурой фотонного кристалла. Затем LED 50 может быть присоединен к основе 54, которая может быть подложкой или отдельной структурой, на которой монтируют опору. Необязательное устройство 52, которое может представлять собой, например, схему защиты от электростатических разрядов (ESD) или другую схему, часто создаваемую в виде традиционной кремниевой интегральной схемы, может быть присоединено к основе 54 или встроено в основу 54.

[0028] В описанных ниже вариантах осуществления термоконтактный материал и один или более материалов-конвертеров длины волны, типично люминофоров, объединяют с III-нитридным LED. Могут быть использованы многие или немногие материалы-конвертеры длины волны и могут быть применены нелюминофорные материалы-конвертеры длины волны, такие как красители или квантовые точки. Материалы-конвертеры длины волны могут преобразовывать весь свет из LED с образованием монохроматического окрашенного света или белого света, или материалы-конвертеры длины волны могут быть сконфигурированы так, что некоторый свет, излучаемый LED, выходит из структуры непреобразованным. В некоторых вариантах осуществления непреобразованный свет и свет с конвертированной длиной волны объединяются с образованием белого света. Например, LED с синим излучением может быть объединен с излучающим желтый свет люминофором, или LED с синим излучением может быть объединен с люминофором, излучающим красный свет, и люминофором, излучающим желтый или зеленый свет. Для достижения желательного цветового тона могут быть добавлены другие люминофоры, излучающие свет других цветов.

[0029] Люминофоры хорошо известны, и может быть применен любой пригодный люминофор. Примеры подходящих люминофоров с красным спектром излучения включают eCAS, BSSNE, SSONE, а также (Ca_1-xSr_x)S:Eu²⁺, в котором 0<x≤1, включающий, например, CaS:Eu²⁺ и SrS:Eu²⁺; и (Sr_1-x-yBa_xCa_y)_2-zSi_5-aAl_aN_8-aO_a:Eu_z ²⁺, в котором 0≤a<5, 0<x≤1, 0≤y≤1, и 0<z≤1, включающий в себя, например, Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺. eCAS, который представляет собой Ca_1-xAlSiN₃:Eu_x, может быть синтезирован из 5,436 г Ca₃N₂ (с чистотой >98%), 4,099 г AlN (99%), 4,732 г Si₃N₄ (с чистотой >98%) и 0,176 г Eu₂O₃ (с чистотой 99,99%). Порошки смешивают в планетарной шаровой мельнице и подвергают обжигу в течение 4 часов при температуре 1500°C в атмосфере H₂/N₂ (5/95%). BSSNE, который представляет собой Ba_2-x-zM_xSi_5-yAl_yN_8-yO_y:Eu_z (M=Sr, Ca; 0≤x≤1, 0≤y≤4, 0,0005≤z≤0,05), может быть синтезирован карботермическим восстановлением, которое включает в себя смешение 60 г BaCO₃, 11,221 г SrCO₃ и 1,672 г Eu₂O₃ (все с чистотой 99,99%) в планетарной шаровой мельнице с использованием 2-пропанола в качестве диспергирующего агента. После высушивания смесь прокаливают в атмосфере форминг-газа (смеси водорода и азота) при температуре 1000°С в течение 4 ч, и 10 г полученного таким образом Ba_0,8Sr_0,2О:Eu (2%) смешивают с 5,846 г Si₃N₄ (с чистотой >98%), 0,056 г AlN (с чистотой 99%) и 1,060 г графита (микрокристаллического сорта). Порошки тщательно перемешивают в течение 20 мин в планетарной шаровой мельнице и подвергают обжигу в течение 4 ч при температуре 1450°С в атмосфере форминг-газа для получения порошка Ba_2-x-zM_xSi_5-yAl_yN_8-yO_y:Eu_z (M=Sr, Ca; 0≤x≤1, 0≤y≤4, 0,0005≤z ≤0,05). SSONE может быть приготовлен смешением 80,36 г SrCO₃ (с чистотой 99,99%), 20,0 г SiN_4/3 (с чистотой >98%) и 2,28 г Eu₂O₃ (с чистотой 99,99%) и обжигом при температуре 1200°С в течение 4 ч в атмосфере N₂/H₂ (93/7).

[0030] Примеры пригодных люминофоров с желто-зеленым излучением включают в себя люминофоры на основе алюминиевого граната с общей формулой (Lu_1-x-y-a-bY_xGd_y)₃(Al_1-zGa_z)₅О₁₂:Ce_aPr_b, в котором 0<x<1, 0<y<1, 0<z≤0,1, 0<a≤0,2, и 0<b≤0,1, так что Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ и Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺; SrSi₂N₂O₂:Eu²⁺; (Sr_1-u-v-xMg_uCa_vBa_x)(Ga_2-y-zAl_yIn_zS₄):Eu²⁺, в том числе, например, SrGa₂S₄:Eu²⁺; и Sr_1-xBa_xSiO₄:Eu²⁺. Пригодный керамический материал Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ может быть получен следующим образом: 40 г Y₂O₃ (99,998%), 32 г Al₂O₃ (99,999%), и 3,44 г CeO₂ размалывают с 1,5 кг шариков из высокочистого оксида алюминия (с диаметром 2 мм) в изопропаноле на роликовом стенде в течение 12 ч. Затем высушенный порошкообразный прекурсор кальцинируют при температуре 1300°С в течение двух часов в атмосфере СО. Затем полученный YAG-порошок измельчают с помощью планетарной шаровой мельницы (с агатовыми шариками) под этанолом. Затем суспензию керамического материала используют для шликерного литья с получением керамической заготовки после высушивания. Затем заготовки подвергают обжигу между графитовыми пластинами при температуре 1700°С в течение двух часов.

[0031] В варианте осуществления, иллюстрированном в фиг. 2, термоконтактный материал 56 смешивают с порошкообразными люминофорами 58а и 58b и размещают в прозрачном исходном материале 60. Смесь может быть распределена над LED 50 в форме жидкости или суспензии и затем отверждена. Например, смесь может быть отлита поверх LED 50, как описано в патентном документе US 7344902, озаглавленном «Линзы, полученные экструдерным покрытием бесшовной оболочкой поверх кристалла LED» и включенном здесь ссылкой. Или же пленка, содержащая люминофоры и термоконтактный материал, может быть сформирована отдельно от LED, затем позиционирована поверх LED 50. Другие примеры формирования смеси люминофора и прозрачного исходного материала на LED включают наслоение или наклеивание такой смеси, сформированной отдельно в виде пленки, трафаретную печать такой смесью, или ножевое осаждение такой смеси. В альтернативном варианте осуществления в смеси может присутствовать только один тип порошкообразного люминофора 58а.

[0032] В варианте осуществления, иллюстрированном на фиг. 3, два люминофора являются раздельными и размещены поверх LED в виде отдельных слоев. Каждый люминофор смешивают с термоконтактным материалом 56 и прозрачным связующим материалом 60. В некоторых вариантах осуществления термоконтактный материал 56 может быть включен только в один из многочисленных люминофорных слоев или в отдельный слой исходного материала без люминофора. Отдельные слои могут быть сформированы различными способами, которые включают, но не ограничиваются таковыми: наслоение, приклеивание, трафаретную печать, осаждение на острой кромке.

[0033] В устройствах согласно фиг. 2 и 3 совокупный объем люминофоров и термоконтактного материала может составлять, по меньшей мере, 30% от общего объема люминофора, термоконтактного материала и исходного материала в некоторых вариантах осуществления и, по меньшей мере, 60% от общего объема люминофора, термоконтактного материала и исходного материала в некоторых вариантах осуществления. Соотношение по весу «люминофор с желтым или зеленым излучением: люминофор с красным излучением: прозрачный материал: термоконтактный материал» может составлять 3,67:1,33:7:3 в одном примере, 3,67:1,33:8:2 в одном примере, и 3,67:1,33:5:5 в одном примере.

[0034] Устройство, иллюстрированное на фиг. 4, включает термоконтактный материал и люминесцентный керамический материал или керамический люминофор 66. Керамические люминофоры более подробно описаны в патентном документе US 7361938, который включен здесь ссылкой. Керамический люминофор 66 может быть предварительно сформован в пластину независимо от обработки LED 50, затем приклеен к LED 50 адгезивным слоем 62, включающим прозрачный адгезив 63. Термоконтактный материал 56 может быть смешан с прозрачным адгезивом 63 в адгезивном слое 62.

[0035] Необязательный второй люминофорный слой 64 размещают между керамическим люминофором 66 и кристаллом 50. Необязательный второй люминофорный слой 64 может представлять собой, например, порошкообразный люминофор 56, смешанный с прозрачной основой 60, как описано выше, затем нанесенный и отвержденный на нижней поверхности керамического люминофора 66. Термоконтактный материал 56 может быть смешан с люминофором 58 в исходном материале 60, хотя это не требуется. В устройстве, иллюстрированном на фиг. 4, термоконтактный материал 56 может быть размещен только в одном или в обоих адгезивных слоях 62 и втором люминофорном слое 64. В некоторых вариантах осуществления, если исходный материал 60 в люминофорном слое 64 пригоден для присоединения керамического люминофора 66 к кристаллу 50, от отдельного адгезивного слоя 62 можно отказаться.

[0036] В устройстве согласно фиг. 5 поверх LED 50 сформирован оптический элемент, такой как линза. Линза 68 может быть сформирована, например, из силикона или любого другого пригодного прозрачного материала 60. Объем термоконтактного материала может составлять, по меньшей мере, 30% от общего объема термоконтактного материала и прозрачного исходного материала в некоторых вариантах осуществления, и, по меньшей мере, 60% от общего объема термоконтактного материала и прозрачного исходного материала в некоторых вариантах осуществления. Поверх линзы 68 может быть сформирован люминесцентный слой 70. Люминесцентный слой 70 может включать один или более люминофоров 58а и 58b, размещенных в прозрачном исходном материале 60. Один или оба компонента из линзы 68 и люминесцентного слоя 70 могут включать термоконтактный материал 56.

[0037] Фиг. 6 иллюстрирует температурный градиент между светоизлучающим слоем и люминофорным слоем как функцию прямого тока для устройств с термоконтактными материалами и без них. В устройствах, иллюстрированных на фиг. 6, смесь LuAG и легированных европием люминофоров (Ca_0,2Sr_0,8)AlSiN₃ внедрили в силиконовый исходный материал и разместили поверх тонкопленочного устройства с перевернутым кристаллом. Залитые кружки иллюстрируют устройство с термоконтактным материалом, помещенным в исходный материал, согласно вариантам осуществления изобретения. Светлые кружки иллюстрируют устройство без термоконтактного материала. Как иллюстрировано на фиг. 6, при всех значениях прямого тока температурный градиент является меньшим для устройства, включающего термоконтактный материал, показывая, что термоконтактный материал рассеивает теплоту от люминофора, в то же время не вызывая снижения светового выхода устройства при всех значениях прямого тока.

[0038] В некоторых вариантах осуществления частицы прозрачного материала смешиваются с порошкообразным люминофором в прозрачном исходном материале. Частицы прозрачного материала имеют коэффициент преломления, соответствующий или близкий коэффициенту преломления исходного материала, и размещены для предотвращения осаждения люминофора в исходном материале. Совокупный объем частиц прозрачного материала может составлять, по меньшей мере, 0,1% от общего объема люминофора, частиц прозрачного материала и исходного материала в некоторых вариантах осуществления; по меньшей мере, 1% от общего объема люминофора, частиц прозрачного материала и исходного материала в некоторых вариантах осуществления; и, по меньшей мере, 20% от общего объема люминофора, частиц прозрачного материала и исходного материала в некоторых вариантах осуществления. Частицы прозрачного материала могут представлять собой, например, порошок с медианным размером частиц между 0,1 мкм и 5 мкм в некоторых вариантах осуществления, между 1 мкм и 10 мкм в некоторых вариантах осуществления и между 10 мкм и 50 мкм в некоторых вариантах осуществления. Частицы прозрачного материала обычно являются сферическими и близкими к сферическим по форме.

[0039] На основе подробного описания изобретения специалистам в данной области техники должно быть понятно, что на основе настоящего раскрытия могут выполняться модификации изобретения без отклонения от описанной здесь сущности изобретения. Поэтому не предполагается, что объем изобретения ограничивается конкретными иллюстрированными и описанными вариантами осуществления. В формуле изобретения любые ссылочные позиции, указанные в скобках, не должны толковаться как ограничивающие формулу изобретения. Слово «содержащий» не исключает присутствия элементов или стадий, иных, нежели перечисленные в формуле изобретения. Единственное число элемента не исключает присутствия многочисленных таких элементов. В пункте формулы на устройство, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом оборудования. Просто тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных пунктах формулы, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована наилучшим образом.

Полупроводниковое светоизлучающее устройство содержит полупроводниковую структуру, содержащую светоизлучающий слой; люминесцентный материал, размещенный на пути света, излучаемого светоизлучающим слоем; и термоконтактный материал, размещенный в прозрачном материале; причем термоконтактный материал не производит конверсии длины волны света, излучаемого светоизлучающим слоем; термоконтактный материал имеет большую теплопроводность, чем теплопроводность прозрачного материала; термоконтактный материал размещен для рассеяния теплоты от люминесцентного материала; термоконтактный материал имеет медианный размер частиц больше чем 10 мкм; и коэффициент преломления термоконтактного материала отличается от коэффициента преломления прозрачного материала менее чем на 10% . Изобретение обеспечивает исключение возможности нежелательного смещения цветового тона и снижения светового выхода. 2 н. и 18 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Полупроводниковое светоизлучающее устройство, содержащее:
полупроводниковую структуру, содержащую светоизлучающий слой;
люминесцентный материал, размещенный на пути света, излучаемого светоизлучающим слоем; и
термоконтактный материал, размещенный в прозрачном материале;
причем:
термоконтактный материал не производит конверсии длины волны света, излучаемого светоизлучающим слоем;
термоконтактный материал имеет большую теплопроводность, чем теплопроводность прозрачного материала;
термоконтактный материал размещен для рассеяния теплоты от люминесцентного материала;
термоконтактный материал имеет медианный размер частиц больше чем 10 мкм; и
коэффициент преломления термоконтактного материала отличается от коэффициента преломления прозрачного материала менее чем на 10%.

2. Устройство по п. 1, в котором:
люминесцентный материал представляет собой первый люминесцентный материал, сконфигурированный для излучения света с первой пиковой длиной волны;
устройство дополнительно содержит второй люминесцентный материал, сконфигурированный для излучения света со второй пиковой длиной волны; и
первый и второй люминесцентные материалы смешаны и размещены в прозрачном материале.

3. Устройство по п. 1, в котором:
люминесцентный материал представляет собой первый люминесцентный материал, сконфигурированный для излучения света с первой пиковой длиной волны;
устройство дополнительно содержит второй люминесцентный материал, сконфигурированный для излучения света со второй пиковой длиной волны; и
первый и второй люминесцентные материалы размещены в прозрачном материале и позиционированы поверх полупроводниковой структуры в отдельных слоях.

4. Устройство по п. 1, в котором люминесцентный материал представляет собой керамический люминофор.

5. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее порошкообразный люминофор, размещенный в прозрачном материале.

6. Устройство по п. 1, в котором прозрачный материал сформирован в линзу, и прозрачный материал размещен между полупроводниковой структурой и люминесцентным материалом.

7. Устройство по п. 1, в котором светоизлучающий слой представляет собой ΙΙΙ-нитридный материал.

8. Устройство по п. 1, в котором термоконтактный материал имеет теплопроводность, по меньшей мере, 5 Вт/м˚С.

9. Устройство по п. 1, в котором термоконтактный материал содержит одно из смешанных оксидов алюминия/кремния, диоксида кремния, некристаллического диоксида кремния, SiC, AlN, алмаза, частиц неактивированного люминофора, YAG без Се-легирования и их смесей.

10. Устройство по п. 1, в котором термоконтактный материал содержит порошок с медианным размером частиц между 10 мкм и 50 мкм.

11. Устройство по п. 1, в котором термоконтактный материал содержит порошок, в котором, по меньшей мере, часть частиц термоконтактного материала находится в непосредственном контакте с ближайшими соседними частицами и формирует путь теплопроводности к полупроводниковой структуре.

12. Устройство по п. 1, в котором плотность термоконтактного материала достаточна для того, чтобы гарантировать, что подавляющее большинство частиц термоконтактного материала контактируют друг с другом.

13. Устройство по п. 1, в котором отношение масс термоконтактного материала по сравнению с прозрачным материалом, по меньшей мере, 1:4.

14. Устройство по п. 1, в котором отношение масс термоконтактного материала по сравнению с люминесцентным материалом, по меньшей мере, 1:2,5.

15. Способ изготовления полупроводникового светоизлучающего устройства, содержащий этапы, на которых:
создают полупроводниковую структуру, содержащую светоизлучающий слой;
позиционируют люминесцентный материал на пути света, излучаемого светоизлучающим слоем; и
позиционируют термоконтактный материал, размещенный в прозрачном материале, для рассеяния теплоты от люминесцентного материала;
в котором:
термоконтактный материал не производит конверсии длины волны света, излучаемого светоизлучающим слоем;
термоконтактный материал имеет большую теплопроводность, чем теплопроводность прозрачного материала;
термоконтактный материал имеет медианный размер частиц больше чем 10 мкм; и
коэффициент преломления термоконтактного материала отличается от коэффициента преломления прозрачного материала менее чем на 10%.

16. Способ по п. 15, в котором люминесцентный материал представляет собой керамический люминофор.

17. Способ по п. 15, в котором термоконтактный материал содержит одно из смешанных оксидов алюминия/кремния, диоксида кремния, некристаллического диоксида кремния, SiC, AlN, алмаза, частиц неактивированного люминофора, YAG без Се-легирования и их смесей.

18. Способ по п. 15, в котором плотность термоконтактного материала достаточна для того, чтобы гарантировать, что подавляющее большинство частиц термоконтактного материала контактируют друг с другом.

19. Способ по п. 15, в котором отношение масс термоконтактного материала по сравнению с прозрачным материалом, по меньшей мере, 1:4.

20. Способ по п. 15, в котором отношение масс термоконтактного материала по сравнению с люминесцентным материалом, по меньшей мере, 1:2.5.