СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2020 года по МПК G03F7/09 H01L33/44 H01S5/183 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству и способу изготовления такого светоизлучающего устройства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Светоизлучающие устройства такие как, например, массивы светодиодов (Light Emitting Diode - LED) или лазеров поверхностного излучения с вертикальным резонатором (Vertical Cavity Surface Emitting Laser - VCSEL), часто используются вместе с массивами микролинз для улучшения яркости всего массива и/или для улучшения формы луча. Массивы микролинз изготавливаются отдельно и фактически выравниваются над собранными массивами VCSEL специальной машиной. Этот процесс является относительно медленным и дорогостоящим.

Заявка на патент США 2007/0194337 А1 раскрывает оптоэлектронную композитную подложку, которая включает в себя подложку, светоизлучающий элемент, расположенный на подложке, и линзовое формованное изделие, расположенное на светоизлучающем элементе и конкурирующее по меньшей мере с частью подложки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является обеспечение улучшенного светоизлучающего устройства и улучшенного способа изготовления такого светоизлучающего устройства.

Согласно первому аспекту обеспечено светоизлучающее устройство. Светоизлучающее устройство содержит по меньшей мере одну светоизлучающую структуру, по меньшей мере один слой обработки и по меньшей мере одну оптическую структуру. Оптическая структура содержит по меньшей мере один материал, обрабатываемый посредством обрабатывающего света. Упомянутый по меньшей мере один слой обработки выполнен с возможностью уменьшения отражения обрабатывающего света в направлении оптической структуры по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 80%, более предпочтительно по меньшей мере на 95% и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 99% во время обработки материала посредством обрабатывающего света.

Светоизлучающая структура может быть полупроводниковой светоизлучающей структурой, такой как светодиод или лазерный диод. Предпочтительно, множественные светоизлучающие устройства расположены рядом друг с другом в матричном порядке. Лазерный диод может быть лазерным диодом с торцевым излучением или предпочтительно лазером поверхностного излучения с вертикальным резонатором (Vertical Cavity Surface Emitting Laser - VCSEL). VCSEL могут иметь преимущество, состоящее в том, они могут изготавливаться и испытываться параллельно на подложечной пластине. Таким образом, легко объединить множество VCSEL в матричном порядке. Отдельные светоизлучающие структуры, такие как светодиоды или светоизлучающие массивы, такие как, например, массивы VCSEL, часто объединяют с оптическими структурами, такими как массивы микролинз, для улучшения яркости массивов и/или формы луча (для увеличения коэффициента заполнения массивов или для формирования структуры излучения). Использование стандартных полимеров, отверждаемых ультрафиолетовым или синим светом, поверх обработанной подложечной пластины VCSEL для обработки массивов микролинз поверх подложечной пластины приводит к отверждению полимера в местах, которые должны оставаться непокрытыми, даже если отверждающий свет структурирован посредством, например, теневой маски. В то время как такая теневая маска хорошо работает в случае полимерных массивов, например, на стеклянных подложках, поперечная структура, особенно поперечная структура самого верхнего слоя светоизлучающей структуры (например, слоя золота VCSEL), может обеспечить отраженный свет во время затвердевания оптической структуры, который, по всей вероятности, является ответственным за отверждение полимера на контактных площадках или на линиях распиливания. Главным образом, контактные площадки для проволочного монтажа и линии распиливания могут быть покрыты отвержденным полимером, который трудно удалить после нежелательного затвердевания. Отвержденный полимер может, например, загрязнить распиливающее лезвие пилы для подложечных пластин и/или воспрепятствовать проволочному монтажу. Многие подходы для улучшения экранирования ультрафиолетового света сверху и применение разделителей, которые отталкивают полимер от контактных площадок/ линий распиливания, не привели к успеху. В результате многих экспериментов был использован слой обработки, который является встроенной частью светоизлучающего устройства и обеспечивает возможность повторения массивов микролинз, например, на всей подложечной пластине VCSEL и позволяет устранить нежелательное затвердевание в областях, которые должны оставаться свободными от полимера. Можно избежать отдельного изготовления массивов микролинз и их последующего выравнивания со светоизлучающей структурой. Слой обработки может быть выполнен с возможностью поглощения значительной части обрабатывающего света, который используется для обеспечения затвердевания или отверждения оптической структуры. Слой обработки может быть выполнен с возможностью предотвращения отражения от поперечно структурированной поверхности светоизлучающей структуры посредством обеспечения поглощения посредством последующих слоев по отношению к направлению излучения обрабатывающего света. Слой обработки содержит неотражающее покрытие, обеспечивающее возможность пропускания обрабатывающего света к последующему слою или слоям, где он может быть поглощен. Слой обработки может содержать один слой или последовательность из двух, трех, четырех или более подслоев. Множество подслоев может быть особенно полезным в случае использования широкополосного неотражающего покрытия или комбинации неотражающего покрытия и поглощающего слоя. Слой обработки может быть прозрачным или непрозрачным по отношению к свету, излучаемому светоизлучающей структурой. Слой обработки должен быть удален над светоизлучающей областью светоизлучающей структуры для обеспечения возможности излучения света в случае, когда этот слой является непрозрачным для излучаемого света.

Упомянутый по меньшей мере один слой обработки может быть дополнительно выполнен с возможностью предотвращения отделения оптической структуры при температуре, равной по меньшей мере 200°С, более предпочтительно по меньшей мере 220°С и наиболее предпочтительно по меньшей мере 250°С.

Слой обработки или материал по меньшей мере одного подслоя слоя обработки может быть выбран таким образом, чтобы соединение между оптической структурой и светоизлучающей структурой было улучшено, особенно при высоких температурах. Упомянутый по меньшей мере один слой обработки улучшает сцепление оптической структуры, находящейся поверх светоизлучающей структуры. Отделение оптической структуры, особенно отделение на краях оптической структуры, при высоких температурах во время, например, пайки может быть уменьшено посредством упомянутого по меньшей мере одного слоя обработки. Некоторые процессы пайки требуют температур выше 300°С или даже 320°С.

Упомянутый по меньшей мере один материал, содержащийся в оптической структуре, содержит полимерный материал, отверждаемый ультрафиолетовым или синим светом. Этот полимерный материал может быть органическим или неорганическим материалом. Обрабатывающий свет содержит синий или ультрафиолетовый свет в диапазоне длин волн между 250 нм и 450 нм, предпочтительно в диапазоне длин волн между 300 нм и 400 нм, наиболее предпочтительно в диапазоне длин волн между 335 нм и 385 нм.

Этот полимерный материал содержит предпочтительно смолу на основе акрилата, метакрилата или тиолена в комбинации по меньшей мере с одним фотоинициатором. Фотоинициатор может содержать любое химическое соединение, которое разлагается на свободные радикалы под действием света. Фотоинициаторы используются для содействия реакциям полимеризации. Фотоинициаторы содержатся, например, в химических классах α-гидроксикетонов, фенилглиоксилатов, бензилдиметилкеталей, α-аминокетонов, бисацилфосфинов, металлоценов, окисей фосфина и т.д., или в их смесях.

Слой обработки содержит неотражающее покрытие. Неотражающее покрытие выполнено с возможностью пропускания обрабатывающего света к поглощающей структуре таким образом, чтобы отражение обрабатывающего света уменьшалось с помощью поглощения посредством поглощающей структуры.

Можно различить две ситуации:

- Неотражающее покрытие нанесено или обеспечено, например, на верхнем слое металла светоизлучающей структуры. В этом случае, толщину адаптируют согласно коэффициентам преломления и поглощения. Поглощающая структура может быть в этом случае верхним слоем металла светоизлучающей структуры.

- Набор из по меньшей мере двух слоев может быть нанесен на верхний слой светоизлучающей структуры. Поглощающий слой, который может быть подобным или даже идентичным поглощающему слою, описанному ниже, может быть нанесен прямо на верхний слой светоизлучающей структуры (например, слой золота). Поглощающий слой может быть в этом случае поглощающей структурой. Поглощающий слой может быть отражающим по отношению к обрабатывающему свету, используемому для отверждения оптической структуры, вследствие большой мнимой части его показателя преломления. Неотражающий слой может быть нанесен в качестве неотражающего покрытия поверх поглощающего слоя. Неотражающий слой адаптируют согласно характеристикам отражения поглощающего слоя или слоя поглощения, для предотвращения отражения на границе между неотражающим слоем и поглощающим слоем.

Неотражающее покрытие и особенно толщина разных слоев должны быть адаптированы таким образом, чтобы изменение углов падения и поляризация обрабатывающего света учитывались для уменьшения отражения обрабатывающего света, описанного выше.

Толщина неотражающего покрытия адаптирована таким образом, чтобы обрабатывающий свет, отраженный от первой поверхности неотражающего покрытия, более близкой к источнику обрабатывающего света, деструктивно интерферировал с обрабатывающим светом, отраженным от второй поверхности неотражающего покрытия, которая обращена от источника обрабатывающего света.

Неотражающее покрытие может содержать промежуточные слои металла толщиной несколько нм, которые могут быть размещены между слоями оксидов для дополнительного уменьшения отражения.

Неотражающая структура или неотражающее покрытие может также содержать структуру «moth-eye» или структуру с градиентным показателем.

Толщина неотражающего покрытия сильно зависит от последовательности материалов. Толщина неотражающего покрытия может быть в пределах четверти длины волны обрабатывающего света (с учетом показателя преломления материала неотражающего покрытия), если неотражающее покрытие содержит один слой диэлектрического материала, присоединенный к другому диэлектрическому материалу.

Слой обработки может, например, содержать слой металла, механически соединенный со светоизлучающей структурой. Слой обработки может дополнительно содержать слой оксида металла, присоединенный к слою металла. Слой оксида металла является неотражающим покрытием.

Оксид металла может предпочтительно содержать по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из оксида титана, оксида циркония, оксида тантала, оксида кремния, оксида гафния или оксида германия. Другие оксиды металлов могут быть использованы в зависимости от диапазона длин волн обрабатывающего света, материала слоя металла, материала верхнего слоя светоизлучающей структуры и материала оптической структуры.

Толщина неотражающего покрытия должна быть адаптирована к комбинации металла и оксида металла вследствие комплексного показателя преломления металла. Толщина неотражающего покрытия может быть в этом случае, например, меньшей, чем четверть длины волны обрабатывающего света, например, толщина может быть в пределах от 45% до 80% четверти длины волны обрабатывающего света, более предпочтительно в пределах от 50% до 70% четверти длины волны обрабатывающего света и наиболее предпочтительно в пределах от 55% до 60% четверти длины волны обрабатывающего света (с учетом в вычислении толщины показателя преломления материала неотражающего покрытия). Альтернативно, могут быть использованы более толстые неотражающие покрытия (при добавлении целых чисел половин длины волны обрабатывающего света к толщине слоя обработки), поскольку обрабатывающий свет, отражающийся от первой поверхности, деструктивно интерферирует с обрабатывающим светом, отраженным от второй поверхности неотражающего покрытия.

Слой оксида металла может предпочтительно содержать оксид материала слоя металла. Слой металла, например, может быть нанесен поверх светоизлучающей структуры. Поверхность слоя металла, обращенная от светоизлучающей структуры, может быть окислена (например, с использованием термического окисления) таким образом, чтобы предпочтительно часть слоя металла была окислена. Слой металла может обеспечить хорошее сцепление со светоизлучающей структурой, и окисление части слоя металла обеспечивает хорошее сцепление между слоем оксида металла и слоем металла. Главным образом, термическое окисление металлов может обеспечить легкую обработку неотражающего слоя оксида металла с четкой толщиной. Альтернативно, также можно нанести слой оксида металла поверх слоя металла.

Светоизлучающее устройство может содержать светоизлучающую структуру с электродной структурой, обеспеченной поверх светоизлучающей структуры. Верхний слой электродной структуры может содержать золото для увеличения электрической проводимости и для обеспечения возможности легкого проволочного монтажа. Слой металла может быть присоединен к поверхности или нанесен на поверхность слоя золота электродной структуры. Материал слоя металла может предпочтительно быть титаном, поскольку титан довольно хорошо сцепляется с золотыми поверхностями. Толщина слоя титана может быть в пределах между 30 нм и 200 нм, предпочтительно в пределах между 50 нм и 150 нм и наиболее предпочтительно в пределах между 80 нм и 120 нм. Слой оксида металла может быть в этом случае слоем диоксида титана, присоединенным к слою титана. Слой диоксида титана может быть предпочтительно обработан посредством термического окисления, описанного выше. Толщину слоя диоксида титана выбирают таким образом, чтобы обрабатывающий свет, отражающийся от верхней поверхности, деструктивно интерферировал с обрабатывающим светом, отраженным от границы между слоем диоксида титана и слоем титана. Толщина неотражающего покрытия может быть в пределах между 10 нм и 20 нм, предпочтительно между 12 нм и 18 нм и более предпочтительно между 14 нм и 16 нм.

Слой обработки может содержать неотражающее покрытие, которое содержит два, три, четыре или более слоев для обеспечения возможности пропускания обрабатывающего света разных длин волн (широкополосного обрабатывающего света) и/или обрабатывающего света с широким диапазоном углов падения.

Материал неотражающего покрытия может предпочтительно содержать по меньшей мере один диэлектрический материал, причем этот диэлектрический материал содержит оксид металла или нитрид металла. Два, три, четыре или более слоев по меньшей мере двух разных диэлектрических материалов с разными показателями преломления могут быть использованы для обеспечения возможности пропускания обрабатывающего света с разными длинами волн (широкополосного обрабатывающего света) и/или обрабатывающего света с широким диапазоном углов падения.

Поглощающая структура может содержать один или несколько слоев светоизлучающего устройства (например, верхний слой металла), описанных выше или ниже.

Поглощающая структура может альтернативно или дополнительно содержать поглощающий слой, обеспеченный между светоизлучающим устройством (например, верхним слоем металла) и неотражающим покрытием. Поглощающий слой может быть выполнен с возможностью поглощения обрабатывающего света таким образом, чтобы отражение обрабатывающего света уменьшалось, как описано ниже.

Упомянутый по меньшей мере один слой обработки может быть альтернативно или дополнительно выполнен с возможностью поглощения обрабатывающего света таким образом, чтобы отражение обрабатывающего света уменьшалось. Слой обработки является в этом случае поглощающим слоем.

Слой обработки может предпочтительно содержать фоторезист и пигмент, причем пигмент выполнен с возможностью поглощения обрабатывающего света. Обрабатывающий свет содержит синий или ультрафиолетовый свет в диапазоне длин волн между 250 нм и 450 нм, так что полимерный материал, описанный выше, может быть отвержден. Пигмент может быть, например, цветным пигментом сажи в синем или ближнем ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Малые частицы углеродной сажи могут быть, например, распределены в фоторезисте и могут быть использованы в качестве пигмента, увеличивающего поглощение обрабатывающего света в поглощающем слое. Преимущество поглощающего слоя может состоять в том, что может не потребоваться никакое неотражающее покрытие. Поглощающий слой может дополнительно работать почти при произвольных углах падения.

Фоторезист может содержать по меньшей мере один из материалов, выбираемых из группы, содержащей акрилат, полиметилметакрилат, полиметилглутаримид или поликарбонат. Кроме того, материал, содержащий фенолформальдегидную смолу, такой как SU 8, может быть использован в качестве фоторезиста. Слой обработки характеризуется толщиной, равной по меньшей мере 0,5 мкм, более предпочтительно равной по меньшей мере 1 мкм. Материал или материалы, используемые для поглощения, и соответствующая толщина слоя обработки могут быть адаптированы таким образом, чтобы отражение обрабатывающего света в направлении оптической структуры уменьшалось посредством поглощения слоя обработки, как описано выше.

Светоизлучающая структура может содержать по меньшей мере один лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором (Vertical Cavity Surface Emitting Laser - VCSEL), предпочтительно множество VCSEL, которые могут быть расположены в одномерном или двумерном массиве.

Согласно дополнительному аспекту обеспечен способ изготовления светоизлучающего устройства. Способ содержит:

- этап обеспечения светоизлучающей структуры,

- этап обеспечения по меньшей мере одного слоя обработки, причем слой обработки выполнен с возможностью уменьшения отражения обрабатывающего света в направлении по меньшей мере одного материала для создания оптической структуры по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 80%, более предпочтительно по меньшей мере на 95% и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 99%,

- этап обеспечения упомянутого по меньшей мере одного материала для создания оптической структуры,

- этап обеспечения обрабатывающего света для отверждения упомянутого по меньшей мере одного материала для создания оптической структуры, и

- этап соединения посредством слоя обработки оптической структуры со светоизлучающей структурой.

Этапы способа не обязательно должны выполняться в порядке, описанном выше. Этап соединения может быть, например, выполнен перед этапом обеспечения обрабатывающего света.

Процессный этап обеспечения по меньшей мере одного слоя обработки может содержать этап обеспечения или расположения слоя титана и этап термического окисления по меньшей мере части слоя титана до оксида титана, соответственно, диоксида титана. Толщина термически полученного диоксида титана может быть выбрана, как описано выше.

Следует понимать, что светоизлучающее устройство по любому из пунктов 1-11 формулы изобретения и способ по п. 12 формулы изобретения имеют подобные и/или идентичные варианты осуществления, в частности, варианты осуществления, определенные в зависимых пунктах формулы изобретения.

Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения может быть также любой комбинацией зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.

Дополнительные предпочтительные варианты осуществления определены ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут понятны из вариантов осуществления, описанных ниже, и будут разъясняться со ссылкой на них.

Настоящее изобретение будет теперь описано, в качестве примера, на основе вариантов осуществления со ссылкой на сопутствующие чертежи.

В чертежах:

Фиг. 1 показывает главный схематический чертеж примера светоизлучающей структуры.

Фиг. 2 показывает главный схематический чертеж первого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства.

Фиг. 3 показывает главный схематический чертеж второго процессного этапа обработки светоизлучающего устройства.

Фиг. 4 показывает главный схематический чертеж третьего процессного этапа обработки светоизлучающего устройства.

Фиг. 5 показывает главный схематический чертеж четвертого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства.

Фиг. 6 показывает главный схематический чертеж одного варианта осуществления пятого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства.

Фиг. 7 показывает главный схематический чертеж другого варианта осуществления пятого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства.

Фиг. 8 показывает главный схематический чертеж шестого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства.

Фиг. 9 показывает главный схематический чертеж седьмого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства.

Фиг. 10 показывает главный схематический чертеж восьмого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства.

Фиг. 11 показывает фотографию светоизлучающего устройства.

Фиг. 12 показывает уменьшение отражения.

Фиг. 13 показывает фотографию первого сравнительного примера светоизлучающего устройства.

Фиг. 14 показывает фотографию второго сравнительного примера светоизлучающего устройства.

Фиг. 15 показывает главный схематический чертеж способа изготовления светоизлучающего устройства.

На фигурах, подобные номера везде относятся к подобным объектам. Объекты на фигурах не обязательно приведены в масштабе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Различные варианты осуществления настоящего изобретения будут теперь описаны посредством фигур.

Фиг. 1 показывает главный схематический чертеж примера подложечной пластины, содержащей светоизлучающие структуры 110. Светоизлучающие структуры 110 являются в этом случае массивом VCSEL. Светоизлучающие структуры 110 содержат первый электрический контакт 111, находящийся внизу, полупроводниковую подложку 112, содержащую лазерные резонаторы с нижними и верхними DBR и активными слоями между ними. Дополнительно, может быть некоторое количество вспомогательных слоев, таких как буферные слои и т.п. Светоизлучающие структуры 110 дополнительно содержат множество светоизлучающих областей 113 или, более точно, объемов, которые созданы посредством активных слоев, встроенных между зеркалами резонаторов (resonator mirrors - DBR). Наконец, светоизлучающие структуры 110 содержат второй электрический контакт 114. Второй электрический контакт может содержать последовательность слоев, причем самый верхний слой может быть слоем золота для улучшения электрической проводимости. Светоизлучающие структуры 110 могут быть разделены с помощью распиливания вдоль линии 115 распиливания. Светоизлучающая структура 110 может, необязательно, содержать защитное покрытие поверх второго электрического контакта 114. Защитное покрытие может быть структурированным или неструктурированным. Неструктурированное защитное покрытие должно быть прозрачным на длинах волн излучения светоизлучающей структуры 110.

Фиг. 1 обеспечивает только специальный пример светоизлучающих структур 110 на основе арсенида галлия, которые могут излучать лазерный свет в диапазоне длин волн между 750 и 1200 нм. Другим примером может быть светодиод или массив светодиодов на основе нитрида галлия-индия, излучающие свет, например, в синем диапазоне длин волн.

Фиг. 2 показывает главный схематический чертеж первого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства 100. Слой 120 обработки обеспечивают поверх самого верхнего слоя светоизлучающих структур 110, как показано, например, на фиг. 1. Слой 120 обработки может быть, необязательно, удален на этапе травления или отслаивания в линиях 115 распиливания и/или в окнах излучения света светоизлучающей структуры 110 и/или в области контактных площадок. Эти зоны или области покрывают теневой маской во время отверждения ультрафиолетом, как описано ниже. Слой 120 обработки может быть обеспечен посредством нанесения, например, слоя титана толщиной 100 нм и, затем, термического окисления поверхности слоя титана до диоксида титана, причем толщина слоя диоксида титана составляет, например, 15 нм. Слой диоксида титана толщиной 15 нм вызывает деструктивную интерференцию (по меньшей мере при угле падения около 90°) обрабатывающего света с длиной волны, равной 365 нм, отраженного от верхней поверхности слоя диоксида титана и границы между титаном и диоксидом титана. Слой диоксида титана является в этом случае неотражающим покрытием на соответствующей длине волны, равной 365 нм.

Фиг. 3 показывает главный схематический чертеж второго процессного этапа обработки светоизлучающего устройства. Слой 131 оптического материала обеспечивают поверх слоя 120 обработки. Слой 131 оптического материала является материалом, который является пригодным для создания оптической структуры 130. Слой 131 оптического материала является прозрачным на длинах волн излучения светоизлучающих устройств 100 и может быть обработан посредством обрабатывающего света с длиной волны около 365 нм.

Фиг. 4 показывает главный схематический чертеж третьего процессного этапа обработки светоизлучающего устройства 100. Оптическую формирующую структуру 132 обеспечивают для формирования, например, массива микролинз посредством слоя 131 оптического материала. Оптическая формирующая структура 132 является прозрачной для обрабатывающего света с длиной волны около 365 нм.

Фиг. 5 показывает главный схематический чертеж четвертого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства 100. Теневую маску 140 обеспечивают поверх оптической формирующей структуры 132. Теневая маска 140 расположена таким образом, что по существу никакой обрабатывающий свет 150 не принимается в объеме слоя 131 оптического материала над линиями 115 распиливания, окнами излучения света светоизлучающей структуры 110 и в области контактных площадок (не показаны), как показано на фиг. 6.

Фиг. 6 показывает главный схематический чертеж одного варианта осуществления пятого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства 100. Обрабатывающий свет 150 отверждает или обеспечивает затвердевание слоя 131 оптического материала, который образован посредством оптической формирующей структуры 132. Слой 120 обработки, который содержит неотражающий слой диоксида титана толщиной 15 нм, предотвращает отражение обрабатывающего света 150 от границы между слоем 131 оптического материала и самым верхним слоем светоизлучающей структуры 110. Самый верхний слой светоизлучающей структуры 110 является слоем золота, который улучшает электрическую проводимость второго электрического контакта 114. Главным образом, поперечное структурирование слоя золота (края структурированного слоя золота) может вызывать отражение обрабатывающего света 150 в объем слоя 131 оптического материала, который экранируется теневой маской 140. Слой диоксида титана предотвращает отражение от поверхности слоя золота, так что обрабатывающий свет 150 может войти в объем слоя золота. Слой золота поглощает обрабатывающий свет 150 таким образом, что по существу никакой обрабатывающий свет 150 не отражается в области, покрытые экранирующими структурами теневой маски 140.

Фиг. 7 показывает главный схематический чертеж другого варианта осуществления пятого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства 100. Слой 120 обработки содержит в этом случае слой PMMA толщиной 1 мкм с частицами углеродной сажи нанометрового размера, распределенными в слое PMMA. Показатель преломления слоя PMMA является подобным показателю преломления слоя 131 оптического материала, так что почти никакой свет не отражается от границы между слоем 131 оптического материала и слоем PMMA. Обрабатывающий свет 150 входит в слой 120 обработки и поглощается PMMA и частицами углеродной сажи. Такой поглощающий слой 120 обработки имеет преимущество, состоящее в том, что поглощение почти не зависит от угла падения, и что может быть поглощен широкий диапазон длин волн обрабатывающего света 150.

Фиг. 8 показывает главный схематический чертеж шестого процессного этапа обработки светоизлучающего устройства 100. Удаляют теневую маску 140 и оптическую формирующую структуру 132.

Материал слоя 131 оптического материала над линией распиливания или дорожкой 115 распиливания (не показана), который экранировался или покрывался теневой маской 140, удаляют на седьмом процессном этапе обработки светоизлучающего устройства 100, показанном на фиг. 9. Материал слоя 131 оптического материала может быть, например, смыт, поскольку материал слоя 131 оптического материала может быть жидким, когда он не экспонируется или не отверждается.

Фиг. 10 показывает необязательный этап удаления (например, травления) частей слоя 120 обработки. Слой обработки может быть, например, удален в линиях 115 распиливания или над контактными площадками. Удаление слоя 120 обработки может быть необходимым, только если слой 120 обработки еще не был структурирован после его нанесения. Процессные этапы и последовательность операций могут быть адаптированы в зависимости от используемых материалов.

Фиг. 11 показывает фотографию подложечной пластины, содержащей светоизлучающее устройство 100, которое было обработано согласно этапам, обсужденным в отношении фиг. 2-6 и 8-10. Фотография показывает светоизлучающую структуру 110, которая покрыта массивом микролинз, который является оптической структурой 130. Дополнительно, показан слой 120 обработки, который содержит слой диоксида титана толщиной 15 нм. Слой 120 обработки был удален в областях второго электрического контакта 114, которые должны контактировать с проволочным соединителем. Фотография дополнительно показывает, что не существует по существу никакого оставшегося материала оптической структуры 130 в линии 115 распиливания. Подложечная пластина со светоизлучающими устройствами 100, показанная на фиг. 11, была затем нагрета до температуры, равной 240°С. Оптическая структура 130, которая состоит из полимерного материала, который имеется в продаже под товарным знаком OrmoComp^®, не была повреждена при этом последующем этапе нагревания. OrmoComp^® является отверждаемым ультрафиолетом материалом для впечатывания, который является гибридной полимерной смолой на основе акрилата (более точно, триметилолпропан-триакрилата TMPTA). Фотополимеризация обеспечивается посредством фотоинициатора. Гибридный полимер означает, что сетка на основе неорганического SiO₂ объединена с отверждаемыми ультрафиолетом группами акрилата. В других экспериментах оптические структуры 130, обработанные посредством впечатывающейся под действием ультрафиолета смолы серии Exfine^TM CO (CO150) компании ChemOptics, были успешно испытаны в комбинации со слоем 120 обработки. Серия Exfine^TM CO содержит фотоактивные отверждаемые ультрафиолетом смолы на основе различных многофункциональных акрилатов.

Фиг. 12 показывает уменьшение отражения обрабатывающего света 150 посредством слоя диоксида титана толщиной 15 нм, описанного выше. Абсцисса 160 показывает отражение в процентах. Ордината 170 показывает угол падения. Отражение было вычислено для трех длин волн обрабатывающего света 150 (355 нм, 365 нм, и 375 нм) для углов падения от 0° до 80°. Линии 182 показывают отражение от слоя титана толщиной 100 нм, которое составляет около 48% для углов падения от 0° до 40°. Зависимость отражения является почти идентичной для всех трех длин волн. Линии 184 показывают отражение от слоя титана толщиной 100 нм, который был окислен таким образом, что появился слой диоксида титана толщиной 15 нм, описанный выше. Зависимость отражения является почти идентичной для всех трех длин волн. Отражение обрабатывающего света 150 было уменьшено до менее чем 2% для углов падения от 0° до около 30°. Данные об оптических материалах в отношении титана и диоксида титана (напыленного слоя диоксида титана) были взяты из литературы. Экспериментальные результаты, показанные на фиг. 11, подтверждают вычисления, показанные на фиг. 12.

Фиг. 13 показывает фотографию первого сравнительного примера светоизлучающего устройства 100 без слоя 120 обработки. Было невозможно открыть линию 115 распиливания и контактную площадку второго электрического контакта 114 посредством процессов отслаивания.

Фиг. 14 показывает фотографию второго сравнительного примера светоизлучающего устройства 100. Оптическая структура 130 была обработана посредством оптической формирующей структуры 132, содержащей дополнительные вертикальные экранирующие структуры для предотвращения отражения обрабатывающего света 150, например, в объем слоя 131 оптического материала над линией 115 распиливания. Обработка оптической структуры 130 была успешной. Слой 131 оптического материала мог быть удален посредством процесса смывания. Так или иначе, оптическая структура 130, которая состояла из того же полимерного материала, что и материал, который был использован в варианте осуществления, показанном на фиг. 11, и который имеется в продаже под торговым знаком OrmoComp^®, была разрушена в последующем процессе нагревания. По-видимому, сцепление оптической структуры 130 со светоизлучающей структурой 110 не может выдерживать быстрые термические циклы и/или температуру, равную 240°С. Слой 120 обработки, таким образом, обеспечивает возможность структурирования и последующего смывания ненужного оптического материала, и он улучшает, дополнительно, сцепление между оптической структурой 130 и светоизлучающей структурой 110.

Фиг. 15 показывает главный схематический чертеж способа изготовления светоизлучающего устройства. Светоизлучающую структуру обеспечивают на этапе 210. По меньшей мере один слой обработки обеспечивают на этапе 220. Слой обработки выполнен с возможностью уменьшения отражения обрабатывающего света в направлении по меньшей мере одного материала для создания оптической структуры по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 80%, более предпочтительно по меньшей мере на 95% и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 99%. На этапе 230 обеспечивают упомянутый по меньшей мере один материал для создания оптической структуры. Обрабатывающий свет для фотообработки или отверждения упомянутого по меньшей мере одного материала для создания оптической структуры обеспечивают на этапе 240. Слой обработки механически и оптически соединяет на этапе 250 оптическую структуру со светоизлучающей структурой.

Для создания полимерных микролинз посредством фотополимеризации поверх светоизлучающих структур 110, но сохранения в неотвержденном состоянии полимерной смолы поверх соседних структур, таких как контактные площадки, дорожки разделения пластин на кристаллы (линии 115 распиливания) и т.д., требуется затемнить прямой обрабатывающий свет (т.е. теневой маской) и подавить также рассеянный свет, который может привести к нежелательной полимеризации в затененных областях.

Рассеяние света является критическим вблизи сильно отражающих и/или наклонных поверхностей (электрических соединителей, мезаструктур и т.д.).

Слой 120 обработки выполнен с возможностью уменьшения рассеяния обрабатывающего света. Дополнительно, он может содействовать сцеплению полимеров.

Таким образом, основной идеей настоящего изобретения является идея встраивания неотражающего или слабоотражающего слоя 120 обработки поверх светоизлучающей структуры 110, такой как массив VCSEL, для обеспечения на подложечной пластине возможности обработки светоизлучающих структур 130, таких как массивы микролинз. Слой 120 обработки выполнен с возможностью предотвращения отражения обрабатывающего света 150, который используется для отверждения материала оптической структуры 130 (например, органического или неорганического полимера), от поверхности светоизлучающей структуры 110. Слой 120 обработки может обеспечить возможность уменьшения отражения посредством поглощения обрабатывающего света 150 после прохождения материала оптической структуры 130. Альтернативно или дополнительно, слой обработки может быть неотражающим покрытием, которое обеспечивает возможность поглощения обрабатывающего света 150 посредством последующего слоя, который может быть, например, слоем или слоями светоизлучающей структуры. Слой 120 обработки дополнительно должен обеспечивать хорошее сцепление с материалом оптической структуры и не должен искажать световое излучение светоизлучающей структуры 110.

В то время как настоящее изобретение было подробно проиллюстрировано в чертежах и описано в приведенном выше описании, такую иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие.

По прочтении настоящего раскрытия, другие модификации станут понятны специалистам в данной области техники. Такие модификации могут включать в себя другие признаки, которые уже известны в данной области техники и которые могут быть использованы вместо или дополнительно к признакам, уже описанным здесь.

Варианты раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и реализованы специалистами в данной области техники на основании изучения чертежей, настоящего раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а форма единственного числа не исключает множества элементов или этапов. Тот факт, что некоторые меры перечислены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована с преимуществом.

Никакие ссылочные позиции в формуле изобретения не должны считаться ограничением ее объема.

Перечень ссылочных позиций

100 - светоизлучающее устройство

110 - светоизлучающая структура

111 - первый электрический контакт

112 - полупроводниковая подложка

113 - светоизлучающая область

114 - второй электрический контакт

115 - линия распиливания

120 - слой обработки

130 - оптическая структура

131 - слой оптического материала

132 - оптическая формирующая структура

140 - теневая маска

150 - обрабатывающий свет

160 - процент отраженного обрабатывающего света

170 - угол падения

182 - слой титана толщиной 100 нм

184 - слой титана толщиной 100 нм с окисленным затем слоем диоксида титана толщиной 15 нм

210 - этап обеспечения светоизлучающей структуры

220 - этап обеспечения слоя обработки

230 - этап обеспечения материала для создания оптической структуры

240 - этап обеспечения обрабатывающего света

250 - этап соединения оптической структуры со светоизлучающей структурой

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и касается светоизлучающего устройства. Светоизлучающее устройство содержит светоизлучающую структуру, слой обработки и оптическую структуру. Оптическая структура содержит материал, обрабатываемый посредством обрабатывающего света. Слой обработки выполнен с возможностью уменьшения отражения обрабатывающего света в направлении оптической структуры во время обработки материала посредством обрабатывающего света. При этом слой обработки содержит неотражающее покрытие, которое выполнено с возможностью пропускания обрабатывающего света к поглощающей структуре таким образом, чтобы отражение обрабатывающего света уменьшалось с помощью поглощения посредством поглощающей структуры. Технический результат заключается в улучшении качества получаемых оптических структур светоизлучающего устройства. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Светоизлучающее устройство (100), причем светоизлучающее устройство (100) содержит по меньшей мере одну светоизлучающую структуру (110), по меньшей мере один слой (120) обработки и по меньшей мере одну оптическую структуру (130), причем оптическая структура (130) содержит по меньшей мере один материал, обрабатываемый посредством обрабатывающего света (150), и причем упомянутый по меньшей мере один слой (120) обработки выполнен с возможностью уменьшения отражения обрабатывающего света (150) в направлении оптической структуры (130) по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 80%, более предпочтительно по меньшей мере на 95% и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 99% во время обработки материала посредством обрабатывающего света (150), причем слой (120) обработки содержит неотражающее покрытие, причем неотражающее покрытие выполнено с возможностью пропускания обрабатывающего света (150) к поглощающей структуре таким образом, чтобы отражение обрабатывающего света (150) уменьшалось с помощью поглощения посредством поглощающей структуры, и причем толщина неотражающего покрытия адаптирована таким образом, чтобы обрабатывающий свет (150), отраженный от первой поверхности неотражающего покрытия, более близкой к источнику обрабатывающего света (150), деструктивно интерферировал с обрабатывающим светом (150), отраженным от второй поверхности неотражающего покрытия, которая обращена от источника обрабатывающего света (150).

2. Светоизлучающее устройство (100) по п. 1, в котором светоизлучающие структуры (110) являются массивом VCSEL, причем массив VCSEL содержит первый электрический контакт (111), находящийся внизу массива VCSEL, причем массив VCSEL дополнительно содержит полупроводниковую подложку (112), содержащую лазерные резонаторы с нижними и верхними DBR и активными слоями между ними, причем массив VCSEL дополнительно содержит второй электрический контакт (114), причем слой (120) обработки расположен между вторым электрическим контактом (114) и упомянутой по меньшей мере одной оптической структурой (130).

3. Светоизлучающее устройство (100) по п. 1 или 2, в котором упомянутый по меньшей мере один слой (120) обработки выполнен с возможностью предотвращения отделения оптической структуры (130) при температуре, равной по меньшей мере 200°С, более предпочтительно по меньшей мере 220°С и наиболее предпочтительно по меньшей мере 250°С.

4. Светоизлучающее устройство (100) по п. 1, 2 или 3, в котором материал, содержащийся в оптической структуре (130), содержит полимерный материал, отверждаемый ультрафиолетовым или синим светом, и причем обрабатывающий свет (150) содержит свет в диапазоне длин волн между 250 нм и 450 нм, предпочтительно в диапазоне длин волн между 300 нм и 400 нм, наиболее предпочтительно в диапазоне длин волн между 335 нм и 385 нм.

5. Светоизлучающее устройство (100) по п. 4, в котором полимерный материал содержит смолу на основе акрилата, метакрилата или тиолена в комбинации с по меньшей мере одним фотоинициатором.

6. Светоизлучающее устройство (100) по п. 1 или 2, в котором слой (120) обработки содержит слой металла, механически соединенный со светоизлучающей структурой (110), причем слой обработки дополнительно содержит слой оксида металла, присоединенный к слою металла, и причем слой оксида металла является неотражающим покрытием.

7. Светоизлучающее устройство (100) по п. 6, в котором слой оксида металла содержит оксид материала слоя металла.

8. Светоизлучающее устройство (100) по п. 7, в котором слой металла присоединен к золоту, причем материал слоя металла является титаном и причем слой оксида металла является слоем диоксида титана толщиной между 10 нм и 20 нм, предпочтительно между 12 нм и 18 нм и более предпочтительно между 14 нм и 16 нм.

9. Светоизлучающее устройство (100) по п. 1, 2 или 3, в котором упомянутый по меньшей мере один слой (120) обработки выполнен с возможностью поглощения обрабатывающего света (150) таким образом, чтобы уменьшалось отражение обрабатывающего света (150).

10. Светоизлучающее устройство (100) по п. 1 или 2, в котором поглощающая структура содержит слой светоизлучающего устройства (100).

11. Светоизлучающее устройство (100) по п. 1, в котором светоизлучающая структура (110) содержит по меньшей мере один лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором.

12. Способ изготовления светоизлучающего устройства (100), причем способ содержит этапы, на которых:

- обеспечивают светоизлучающую структуру (110),

- обеспечивают по меньшей мере один слой (120) обработки, причем слой (120) обработки выполнен с возможностью уменьшения отражения обрабатывающего света (150) в направлении по меньшей мере одного материала для создания оптической структуры (130) по меньшей мере на 50%, предпочтительно по меньшей мере на 80%, более предпочтительно по меньшей мере на 95% и наиболее предпочтительно по меньшей мере на 99%,

- обеспечивают упомянутый по меньшей мере один материал для создания оптической структуры (130),

- обеспечивают обрабатывающий свет (150) для отверждения упомянутого по меньшей мере одного материала для создания оптической структуры (130), причем слой (120) обработки содержит неотражающее покрытие, причем неотражающее покрытие выполнено с возможностью пропускания обрабатывающего света (150) к поглощающей структуре таким образом, чтобы отражение обрабатывающего света (150) уменьшалось с помощью поглощения посредством поглощающей структуры, и причем толщина неотражающего покрытия адаптирована таким образом, чтобы обрабатывающий свет (150), отраженный от первой поверхности неотражающего покрытия, более близкой к источнику обрабатывающего света (150), деструктивно интерферировал с обрабатывающим светом (150), отраженным от второй поверхности неотражающего покрытия, которая обращена от источника обрабатывающего света (150), и

- соединяют оптическую структуру (130) со светоизлучающей структурой (110) посредством слоя (120) обработки.