светоизлучающий прибор и способ его изготовления

Формула изобретения

1. Светоизлучающий прибор, содержащий:

связанные друг с другом светоизлучающий элемент и элемент, преобразующий длину волны, при этом

светоизлучающий элемент содержит со стороны элемента, преобразующего длину волны, первую область и вторую область, а

элемент, преобразующий длину волны, содержит со стороны светоизлучающего элемента третью область и четвертую область, причем

первая область имеет нерегулярное расположение атомов по сравнению со второй областью, а третья область имеет нерегулярное расположение атомов по сравнению с четвертой областью,

при этом первая область и третья область связаны напрямую.

2. Светоизлучающий прибор по п.1, в котором светоизлучающий элемент содержит подложку, включающую указанные первую область и вторую область, и полупроводниковый многослойный элемент, сформированный на подложке, при этом элемент, преобразующий длину волны, содержит опорный элемент, включающий указанные третью область и четвертую область, и люминесцентный материал, содержащийся в опорном элементе.

3. Светоизлучающий прибор по п.2, в котором подложка изготовлена из сапфира, а опорный элемент изготовлен из оксида алюминия.

4. Светоизлучающий прибор по любому из пп.1-3, в котором первая область и/или третья область находятся в аморфном состоянии.

5. Светоизлучающий прибор по любому из пп.1-3, в котором обе области, первая и третья область, находятся в аморфном состоянии.

6. Светоизлучающий прибор по любому из пп.1-3, в котором вторая область и/или четвертая область являются монокристаллическими.

7. Светоизлучающий прибор по любому из пп.1-3, в котором обе области, вторая и четвертая область, являются монокристаллическими.

8. Светоизлучающий прибор по любому из пп.1-3, в котором первая область и третья область имеют толщину от 1 до 20 нм.

9. Светоизлучающий прибор по п.2 или 3, в котором указанный люминесцентный материал содержит люминесцентный материал на основе иттрий-алюминиевого граната или люминесцентный материал на основе тербий-алюминиевого граната.

10. Способ изготовления светоизлучающего прибора, включающий в себя этапы, на которых:

подготавливают светоизлучающий элемент;

подготавливают элемент, преобразующий длину волны; и

связывают светоизлучающий элемент и элемент, преобразующий длину волны, с помощью технологии поверхностно-активируемого связывания.

11. Способ изготовления светоизлучающего прибора по п.10, в котором светоизлучающий элемент содержит подложку, изготовленную из сапфира, и полупроводниковый многослойный элемент, сформированный на подложке, при этом элемент, преобразующий длину волны, содержит опорный элемент, изготовленный из оксида алюминия, и люминесцентный материал, содержащийся в опорном элементе, причем на этапе связывания связывают подложку и опорный элемент.

12. Способ изготовления светоизлучающего прибора по п.11, в котором указанный люминесцентный материал содержит люминесцентный материал на основе иттрий-алюминиевого граната или люминесцентный материал на основе тербий-алюминиевого граната.

13. Способ изготовления светоизлучающего прибора по любому из пп.10-12, в котором температура, при которой выполняют технологию поверхностно-активируемого связывания, составляет от 0°С до 300°С.

14. Способ изготовления светоизлучающего прибора по любому из пп.10-12, в котором температура, при которой выполняют технологию поверхностно-активируемого связывания, составляет от 0°С до 200°С.

15. Способ изготовления светоизлучающего прибора по любому из пп.10-12, в котором температура, при которой выполняют технологию поверхностно-активируемого связывания, составляет от 0°С до 100°С.

16. Способ изготовления светоизлучающего прибора по любому из пп.10-12, в котором связываемые поверхности светоизлучающего элемента и элемента, преобразующего длину волны, имеют шероховатость поверхности (Ra) 10 нм или менее.

17. Способ изготовления светоизлучающего прибора по любому из пп.10-12, в котором связываемые поверхности светоизлучающего элемента и элемента, преобразующего длину волны, имеют шероховатость поверхности (Ra) 5 нм или менее.

18. Способ изготовления светоизлучающего прибора по любому из пп.10-12, в котором связываемые поверхности светоизлучающего элемента и элемента, преобразующего длину волны, имеют шероховатость поверхности (Ra) 1 нм или менее.

19. Способ изготовления светоизлучающего прибора по п.11 или 12, в котором связываемая поверхность элемента, преобразующего длину волны, имеет участки оксида алюминия и участки люминисцентного материала, причем разность по высоте участка оксида алюминия и участка иттрий-алюминиевого граната составляет 10 нм или менее.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к светоизлучающему прибору, в котором связаны светоизлучающий элемент и элемент, преобразующий длину волны, а также к способу изготовления светоизлучающего прибора.

Уровень техники

Обычно предлагается светоизлучающий прибор, способный излучать свет смешанного цвета путем комбинирования света от светодиодного чипа, который служит светоизлучающим элементом, и света от люминесцентного материала, который служит элементом, преобразующим длину волны. Например, в патентной литературе 1 описано, что «зародышевый слой», изготовленный из нитрида галлия, выращивают на подложке из сапфира, и «зародышевый слой» связывают с «керамическим люминофором» при высокой температуре и высоком давлении.

Документы известного уровня техники

Патентная литература

Патентная литература 1: JP2006-352085A

Раскрытие изобретения

Задача, решаемая изобретением

Однако в светоизлучающем приборе, раскрытом в патентной литературе 1, существует проблема, состоящая в том, что «подложку для выращивания» из сапфира и «зародышевый слой» из нитрида галлия подвергали простому сжатию с нагревом, что давало низкую прочность связи. Это является нежелательным, так как в процессе использования низкая прочность связи может привести к отслаиванию подложки для выращивания и зародышевого слоя.

Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание такого светоизлучающего прибора, который бы имел высокую прочность связи между светоизлучающим элементом и элементом, преобразующим длину волны.

Средства решения задачи

Светоизлучающий прибор как пример осуществления настоящего изобретения включает в себя связанные друг с другом светоизлучающий элемент и элемент, преобразующий длину волны. В частности, светоизлучающий элемент имеет со стороны элемента, преобразующего длину волны, первую область и вторую область, а элемент, преобразующий длину волны, имеет со стороны светоизлучающего элемента третью область и четвертую область, причем в первой области атомы расположены нерегулярно по сравнению со второй областью, а в третьей области атомы расположены нерегулярно по сравнению с четвертой областью, при этом первая область и третья область непосредственно связаны.

Согласно варианту осуществления изобретения светоизлучающий элемент включает в себя подложку, имеющую первую область и вторую область, и полупроводниковый многослойный элемент, сформированный на подложке. Элемент, преобразующий длину волны, имеет опорный элемент, имеющий третью область и четвертую область, и люминесцентный материал, который содержится в опорном элементе.

Кроме того, согласно варианту осуществления изобретения подложку изготавливают из сапфира, а опорный элемент изготавливают из оксида алюминия.

Способ изготовления светоизлучающего прибора согласно варианту осуществления изобретения включает в себя этап подготовки светоизлучающего элемента, этап подготовки элемента, преобразующего длину волны, и этап связывания светоизлучающего элемента и элемента, преобразующего длину волны, с помощью технологии поверхностно-активируемого связывания.

Предпочтительно светоизлучающий элемент имеет подложку из сапфира и полупроводниковый многослойный элемент, сформированный на подложке, а элемент, преобразующий длину волны, имеет опорный элемент из оксида алюминия и люминесцентный материал, содержащийся в опорном элементе, при этом подложка и опорный элемент связаны на этапе связывания.

Эффект изобретения

Согласно настоящему изобретению, как оно описано выше, может быть создан светоизлучающий прибор с прочной связью между светоизлучающим элементом и элементом, преобразующим длину волны.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - сечение светоизлучающего прибора по настоящему изобретению.

Фиг.2 - увеличенный вид области, ограниченной пунктирной линией на фиг.1.

Фиг.3А(а) - в разрезе этап подготовки светоизлучающего элемента 10 в способе изготовления светоизлучающего прибора по варианту осуществления настоящего изобретения; фиг.3A(b) - в разрезе этап подготовки элемента 20, преобразующего длину волны.

Фиг.3В - в разрезе этап активации связываемой поверхности в способе изготовления светоизлучающего прибора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3С - в разрезе этап связывания способа изготовления светоизлучающего прибора, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Варианты настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на чертежи. Варианты осуществления изобретения служат наглядным примером светоизлучающего прибора для того, чтобы придать конкретную форму техническим идеям настоящего изобретения, причем изобретение не ограничено рамками, описанными ниже. В частности, размеры, материалы, формы и относительное расположение элементов, описанные в примерах, даются в качестве примеров и не являются ограничением объема изобретения, кроме тех случаев, когда это особо оговорено. Размеры и взаимное расположение элементов на каждом из чертежей иногда преувеличены для простоты объяснения. Одинаковые или подобные элементы изобретения обозначены одними и теми же ссылочными позициями, и их подробное описание вследствие того опущено.

По настоящему варианту осуществления в светоизлучающем приборе связаны светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны. Фиг.1 согласно изобретению представляет собой сечение в плоскости, перпендикулярной плоскости наблюдения светового излучения светоизлучающего прибора.

На фиг.2 показан увеличенный вид области, ограниченной на фиг.1 пунктирной линией. В светоизлучающем приборе светоизлучающий элемент имеет, как показано, например на фиг.1, подложку из сапфира 11, полупроводниковый многослойный элемент 12, сформированный на подложке 11, р-электрод 13 и n-электрод 14, сформированные на полупроводниковом многослойном элементе 12. Элемент 20, преобразующий длину волны, сформирован из базового элемента (опорного элемента), который служит основой, и люминесцентного материала, содержащегося в базовом элементе. По настоящему варианту осуществления подложка 11 светоизлучающего элемента 10 имеет со стороны элемента 20, преобразующего длину волны, первую область 11а и вторую область 11b, a элемент 20, преобразующий длину волны, имеет со стороны светоизлучающего элемента 10 третью область 20а и четвертую область 20b. В подложке 11 первая область 11а по сравнению со второй областью 11b имеет нерегулярное расположение атомов, а в элементе 20, преобразующем длину волны, третья область 20а по сравнению с четвертой областью 20b имеет нерегулярное расположение атомов. Первая область 11а и третья область 20а связаны непосредственно таким образом, связывая светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны.

В настоящем описании изобретения, как указано выше, термин «первая область 11а» обозначает область в светоизлучающем элементе 10, непосредственно соприкасающуюся с элементом 20, преобразующим длину волны. Термин «вторая область 11b» обозначает область, состыкованную (непосредственно соприкасающуюся) с «первой областью 11а» в светоизлучающем элементе 10. Точно так же термин «третья область 20а» обозначает область элемента 20, преобразующего длину волны, непосредственно соприкасающуюся со светоизлучающим элементом 10. Наконец, термин «четвертая область 20b» обозначает область элемента 20, преобразующего длину волны, состыкованную с «третьей областью 20а». Как описано выше, первая область 11а, имеющая по сравнению со второй областью 11b нерегулярное расположение атомов, и третья область 20а, имеющая по сравнению с четвертой областью 20b нерегулярное расположение атомов, непосредственно соприкасаются друг с другом и связаны с образованием связанной поверхности раздела X, причем вторая область 11b и четвертая область 20b соответственно разнесены от поверхности раздела Х связи. В настоящем изобретении первая область 11а и вторая область 11b (третья область 20а и четвертая область 20b) примыкают друг к другу, но первая область и вторая область имеют одинаковый состав. Таким образом, в случае, когда элементы, имеющие разные составы, примыкают друг к другу, они не обозначаются как первая область и вторая область, как в настоящем изобретении. Точнее говоря, в светоизлучающем элементе, имеющем сапфировую подложку и примыкающий полупроводниковый слой, ни в одном из случаев полупроводниковый слой не обозначен как первая область, а сапфировая подложка как вторая область. То есть первая область 11а и вторая область 11b (третья область 20а и четвертая область 20b) в настоящем описании изобретения являются принципиально одним элементом с одинаковым составом, но часть элемента обозначена как первая область, а другая часть того же элемента обозначена как вторая область. К какому именно элементу принадлежит та или иная часть, можно определить, например, наблюдая сечение на атомном уровне с применением просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения или путем сравнения составов с помощью элементного анализа.

Таким образом, светоизлучающий элемент 10 и элемент, преобразующий длину волны 20, могут быть прочно связаны. Хотя причина неясна, считается, что первая область 11а и третья область 20а как одно целое способны поглощать напряжения, возникающие между светоизлучающим элементом 10 и элементом 20, преобразующим длину волны. Например, в случае, когда светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны, напрямую связаны при помощи сжатия с нагревом, то между светоизлучающим элементом 10 и элементом 20, преобразующим длину волны, могут возникнуть напряжения вследствие различия периодов кристаллических решеток или коэффициентов теплового расширения. Как описано выше, увеличение прочности связи между светоизлучающим элементом 10 и элементом 20, преобразующим длину волны, с помощью теплового связывания имеет ограничение. Тем не менее есть основания полагать, что создание нерегулярности расположения атомов в первой области 11а и третьей области 20а, примыкающих к поверхности раздела X, по сравнению с регулярным расположением атомов во второй области 11b и четвертой области 20b позволяет эффективно поглощать напряжения, возникающие вследствие различия периодов кристаллических решеток или коэффициентов теплового расширения и т.п., улучшая в итоге прочность связи. Есть также основания полагать, что высокая степень нерегулярности расположения атомов (предпочтительным является аморфное состояние, являющееся неравновесным метастабильным состоянием) снижает анизотропию, характерную для кристаллической структуры, и ведет к исчезновению «слабых мест», таких как хрупкость, дефекты кристаллической структуры и/или решетки, сопутствующие анизотропии, что тем самым позволяет улучшить прочность связи. Также, например, в случае, когда светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны, связаны с помощью клейкого вещества с полимерным составом, на каждой поверхности раздела могут возникать напряжения, так как полимер имеет больший коэффициент теплового расширения. Напротив, светоизлучающий прибор согласно настоящему варианту осуществления не требует полимерной прослойки, что позволяет достичь более прочной связи.

Кроме того, напряжения у поверхности раздела Х могут быть сняты на толщине первой области 11а и третьей области 20а таким образом, чтобы возникновение напряжений в люминесцентных материалах вокруг поверхности раздела Х связи оказалось подавленным. Элемент 20, преобразующий длину волны, содержит люминесцентный материал, что ведет к проявлению тенденции возникновения напряжений, связанных с тепловыделением в люминесцентном материале. Возникновение напряжений в люминесцентном материале может вызывать уширение полос спектра излучения и снижение светового потока и тем самым является нежелательным. Однако по настоящему варианту осуществления изобретения можно снизить вредное влияние напряжений на люминесцентный материал. В настоящем изобретении связывают напрямую светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны. Таким образом, по сравнению со случаем, в котором светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны, соединены клейким полимерным веществом, которое по своей природе имеет плохую теплопроводность, можно осуществить эффективный отвод тепла, выделяемого в элементе 20, преобразующем длину волны, со стороны светоизлучающего элемента 10. Такое исполнение позволяет дополнительно снизить напряжения, возникающие на поверхности раздела X.

Кроме того, прямое связывание светоизлучающего элемента 10 и элемента 20, преобразующего длину волны, позволяет свести количество поверхностей разделов, отражающих свет (в зависимости от угла падения свет может испытывать полное внутреннее отражение), к одной, тем самым позволяя улучшить вывод света из прибора в целом. Например, в случае наличия полимерной клеевой прослойки между светоизлучающим элементом 10 и элементом 20, преобразующим длину волны, необходимо учитывать суммарный эффект двух поверхностей раздела (поверхности раздела между светоизлучающим элементом и клейким веществом и поверхности раздела между элементом, преобразующим длину волны, и клейким веществом). С другой стороны, в случае, когда светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны, связаны напрямую, существует только одна поверхность раздела (поверхность раздела между светоизлучающим элементом 10 и элементом 20, преобразующим длину волны). Следовательно, по сравнению с первым случаем во втором случае существует возможность снижения оптических потерь. Также использование клейкого полимерного вещества приводит к высокому значению отражательной способности поверхности раздела из-за большой разницы коэффициентов преломления между неорганическими материалами, составляющими подложку, и полимером, являющимся органическим материалом. В отличие от этого настоящее изобретение позволяет уменьшить разницу показателей преломления между подложкой 11, являющейся частью светоизлучающего элемента, и элементом 20, преобразующим длину волны, снижая таким образом отражение на поверхности раздела.

Первая область 11а, или третья область 20а, или обе области предпочтительно находятся в аморфном состоянии с высокой степенью нерегулярности расположения атомов, а еще более предпочтительно в метастабильном, неравновесном аморфном состоянии. В таком случае можно эффективно препятствовать возникновению напряжений между светоизлучающим элементом 10 и элементом 20, преобразующим длину волны, снизить также анизотропию, возникающую при наличии кристаллической структуры, устранить дефекты кристаллической структуры и/или решетки и, таким образом, усилить прочность связи.

Вторая область 11b или четвертая область 20b (желательно обе) могут быть изготовлены предпочтительно из поликристалла или из монокристалла, а еще предпочтительнее из монокристалла. Предполагается, что поликристаллическая или монокристаллическая (особенно монокристаллическая) природа второй области 11b и/или четвертой области 20b может вызывать возникновение напряжений между данными областями. Следовательно, в подобном случае настоящий вариант осуществления будет особенно эффективен.

С точки зрения снятия напряжений первую область 11а и третью область 20а желательно размещать по всей площади поверхности раздела Х связи. Однако в настоящем изобретении область, с которой непосредственно связаны первая область 11а и третья область 20а, может являться частью поверхности раздела Х связи, что входит в объем настоящего изобретения при условии, что проявляются вышеописанные эффекты.

Первая область 11а и третья область 20а соответственно имеют толщину желательно от 1 нм до 20 нм, более предпочтительно от 2 нм до 10 нм. В таком исполнении можно получить достаточный эффект снятия напряжений и тем самым усилить прочность связи. Кроме того, создание нерегулярности расположения атомов в первой области 11а и третьей области 20а может отрицательно влиять на вывод света, но в вышеописанном диапазоне может быть значительно уменьшена толщина участка оптического затухания и, таким образом, уменьшены оптические потери.

По настоящему варианту осуществления выбор светоизлучающего элемента 10 для светоизлучающего прибора не ограничен и можно использовать известный светоизлучающий элемент. Например, как показано на фиг.1, светоизлучающий элемент 10 может включать в себя подложку 11, полупроводниковый многослойный элемент 12, расположенный на подложке 11, и пару электродов 13 и 14, расположенных на той же стороне поверхности полупроводникового многослойного элемента 12. В качестве подложки 11 можно использовать сапфир, нитрид галлия или другие подобные материалы. В качестве полупроводникового многослойного элемента 12 можно использовать многослойный элемент, образованный множеством нитридных полупроводниковых слоев (AlInGaN), или другой подобный элемент. С точки зрения вывода света, в качестве стороны наблюдения предпочтительно использовать сторону элемента 20, преобразующего длину волны.

В случае использования сапфира в качестве подложки 11 светоизлучающего элемента 10 целесообразно, чтобы опорный элемент, который будет описан позже, элемента 20, преобразующего длину волны, был изготовлен из оксида алюминия и чтобы сапфировая подложка и слой оксида алюминия были связаны напрямую. То есть первую область 11а и вторую область 11b формируют в сапфире, а третью область 20а и четвертую область 20b формируют в оксиде алюминия, при этом первая область 11а и третья область 20а связаны непосредственно.

Такое исполнение позволяет выбрать одинаковые составляющие для подложки и для опорного элемента, что позволяет дополнительно увеличить прочность связи. К тому же показатели преломления подложки и опорного элемента могут быть сделаны по существу одинаковыми, что позволяет уменьшить полное внутреннее отражение света на поверхности раздела и улучшить вывод света из светоизлучающего прибора. Несмотря на то, что эффекты, описанные выше, достигаются вне зависимости от кристаллической структуры оксида алюминия, составляющего опорный элемент, предпочтительно, чтобы оксид алюминия по своей кристаллической структуре являлся поликристаллом или монокристаллом, более предпочтительно монокристаллом (сапфир). В таком исполнении можно получить структуру, подобную или такую же, как структура сапфировой подложки, и таким образом с легкостью достичь эффектов, описанных выше.

По другому варианту, например, после формирования полупроводникового многослойного элемента на подложке в светоизлучающем элементе 10, связующую подложку из материала, такого как кремний, приклеивают к полупроводниковому многослойному элементу, затем удаляют первоначальную подложку, после чего появляется возможность связать связующую подложку и элемент, преобразующий длину волны. Кроме того, полупроводниковый элемент и элемент, преобразующий длину волны, могут быть связаны независимо от того, используется ли подложка. В случае когда полупроводниковый многослойный элемент и элемент, преобразующий длину волны, связаны, один полупроводниковый слой на самой внешней стороне полупроводникового многослойного элемента, связываемой с элементом, преобразующим длину волны, имеет на стороне элемента, преобразующего длину волны, первую область и вторую область, при этом расположение атомов в первой области по сравнению со второй областью является нерегулярным.

По настоящему варианту осуществления для светоизлучающего прибора элемент 20, преобразующий длину волны, обладает способностью преобразовывать свет светоизлучающего элемента 10 в свет с другим распределением длин волн, при этом выбор материала не ограничен и можно использовать какой-либо известный материал. Элемент 20, преобразующий длину волны, может являться люминесцентным материалом или может включать в себя люминесцентный материал и опорный элемент, поддерживающий люминесцентный материал. Случаями, когда элемент 20, преобразующий длину волны, включает в себя люминесцентный материал и опорный элемент, являются, например, случаи, когда элемент 20, преобразующий длину волны, представляет собой эвтектическую смесь люминесцентного материала и опорного элемента, сформированную методом необратимой коагуляции, или когда элемент 20, преобразующий длину волны, формируется в цельном виде спеканием порошка люминесцентного материала и порошка материала опорного элемента.

Выбор люминесцентного материала не ограничен, и можно использовать какой-либо известный люминесцентный материал. Например, можно использовать люминесцентный материал на основе ИАГ (иттрий-алюминиевый гранат) и/или на основе ТАГ (тербий-алюминиевый гранат). Так, например, смешиванием излучения голубого цвета от светоизлучающего элемента 10 и излучения желтого цвета от люминесцентного материала можно получить белый свет.

Выбор опорного элемента не ограничен, и можно использовать какой-либо известный опорный элемент. Например, можно использовать оксид алюминия, нитрид алюминия, ИАГ (нелюминесцентный, так как не содержит активатор) и/или оксид иттрия.

Люминесцентный материал имеет базовый элемент и активатор, а опорный элемент изготавливают предпочтительно из тех же материалов, что и базовый элемент. Таким образом, можно по существу исключить разницу показателей преломления люминесцентного материала и опорного элемента. В результате можно существенно снизить полное внутреннее отражение света на поверхности раздела между опорным элементом и люминесцентным материалом и улучшить эффективность вывода света из светоизлучающего прибора в целом. Кроме того, использование одинаковых материалов для опорного элемента и базового элемента позволяет снизить напряжения, возникающие в люминесцентном материале. Например, для опорного элемента можно использовать ИАГ (нелюминесцентный, так как не содержит активатор), а для люминесцентного материала можно использовать так называемый люминесцентный материал на основе ИАГ с церием в качестве активатора и с ИАГ в качестве базового элемента.

Как показано на фиг.3, способ изготовления светоизлучающего прибора по варианту осуществления настоящего изобретения включает в себя этап подготовки светоизлучающего элемента 10 (см. фиг.3А(а)), этап подготовки элемента 20, преобразующего длину волны (см. фиг.3А(b)), и этап связывания светоизлучающего элемента 10 и элемента 20, преобразующего длину волны (см. фиг.3В и 3С).

В настоящем варианте осуществления термин «технология поверхностно активируемого связывания» относится к технологии травления распылением с обработкой связываемых поверхностей светоизлучающего элемента 10 и элемента 20, преобразующего длину волны, ионными пучками или плазмой для активации обеих поверхностей, подлежащих связыванию, и последующего прямого связывания светоизлучающего элемента 10 и элемента 20, преобразующего длину волны, по связываемым поверхностям.

Таким образом можно прочно связать светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны. В результате травления распылением формируются первая область 11а и третья область 20а, и обе они как единое целое поглощают напряжения между светоизлучающим элементом 10 и элементом 20, преобразующим длину волны (см. фиг.2). Детальное описание приведено выше и здесь повторяться не будет.

В большинстве случаев способ изготовления светоизлучающего элемента заключается в том, что имеющий форму столбика монокристалл сапфира нарезают на тонкие дискообразные пластины, на каждой пластине формируют множество полупроводниковых многослойных элементов 12 и затем разделяют на отдельные светоизлучающие элементы. В настоящем изобретении на этапе связывания светоизлучающего элемента 10 и элемента 20, преобразующего длину волны, с помощью технологии поверхностно-активируемого связывания пластина, на которой сформировано множество полупроводниковых многослойных элементов 12 и элемент 20, преобразующий длину волны, могут связываться до разделения на отдельные светоизлучающие элементы, или же после разделения на отдельные светоизлучающие элементы элемент 20, преобразующий длину волны, связывается с каждым из светоизлучающих элементов 10 с помощью технологии поверхностно-активируемого связывания. Однако в случае, когда светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны, связывают с помощью технологии поверхностно-активируемого связывания, использование светоизлучающих элементов 10, уже разделенных на отдельные элементы, имеет преимущество, описанное ниже (в настоящем описании изобретения под термином «светоизлучающий элемент» понимается не только состояние, когда элементы уже разделены на самостоятельные единицы, но и предыдущее состояние пластины). То есть, вообще говоря, светоизлучающие элементы, сформированные на пластине, имеют различные характеристики, такие как пиковая длина волны и/или оптическая выходная мощность, зависящие от их расположения на пластине. Однако такие светоизлучающие элементы, полученные делением пластин, могут быть сгруппированы путем отбора элементов с одинаковыми или близкими характеристиками, и для каждой из таких групп можно выбрать подходящие элементы 20, преобразующие длину волны, и связать их соответственно. Примеры конкретных этапов включают в себя размещение множества светоизлучающих элементов с близкими характеристиками на одном клейком листе (первый этап), связывание каждого из светоизлучающих элементов, размещенных на клейком листе, с одним листом элемента, преобразующего длину волны, с помощью технологии поверхностно-активируемого связывания (второй этап), удаление клейкого листа (третий этап) и резку элемента, преобразующего длину волны, для получения отдельных светоизлучающих приборов (четвертый этап).

Нагрев светоизлучающего элемента может приводить к повреждению электродов и/или светоизлучающего слоя, но технология поверхностно-активируемого связывания не обязательно включает в себя нагрев. Так, светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны, можно связать без нарушения характеристик светоизлучающего элемента. Несмотря на то, что материалы и исполнение электродов и материал и исполнение многослойного полупроводникового элемента позволяют применять технологию поверхностно-активируемого связывания в предпочтительном диапазоне температур от 0°С до 300°С, более предпочтительно от 0°С до 200°С, еще предпочтительнее от 0°С до 100°С, еще более предпочтительным является диапазон от 0°С до 50°С. При таких условиях можно достичь прочной связи без нарушения характеристик светоизлучающего элемента.

Связываемые поверхности светоизлучающего элемента 10 и элемента 20, преобразующего длину волны, могут иметь шероховатость поверхности (Ra) 10 нм или менее, более предпочтительно 5 нм или менее и еще более предпочтительно 1 нм или менее. При таких условиях можно легко и прочно связать светоизлучающий элемент 10 и элемент 20, преобразующий длину волны

Тем не менее в зависимости от материала и состояния связываемой поверхности светоизлучающего элемента 10 и связываемой поверхности элемента 20, преобразующего длину волны, их связь с помощью технологии поверхностно-активируемого связывания может быть затруднена. Даже в таком случае формирование связующего элемента, способного связываться со светоизлучающим элементом 10 и элементом 20, преобразующим длину волны, или с одним из них, позволяет осуществить их связь. Например, с помощью технологии поверхностно-активируемого связывания трудно связать стекло (включающее в себя люминесцентный материал) с сапфировой подложкой светоизлучающего элемента. По этой причине на поверхности стекла при помощи распыления или другой подобной технологии формируют связующий элемент, такой как слой оксида алюминия, что позволяет связать слой оксида алюминия с сапфировой подложкой при помощи технологии поверхностно-активируемого связывания. В этом случае элемент 20, преобразующий длину волны, изготавливают из люминесцентного материала, опорного элемента (стекло) и связующего элемента (оксид алюминия), при этом связующий элемент имеет со стороны светоизлучающего элемента третью область и четвертую область, при этом третья область по сравнению с четвертой областью имеет нерегулярное расположение атомов.

Пример 1

(Светоизлучающий элемент 10)

Соответствующие слои нитридного полупроводника, выращенные на сапфировой подложке 11, формируют полупроводниковый многослойный элемент 12. N-электрод 13 и р-электрод 14 сформированы на части заданного участка полупроводникового многослойного элемента 12. Сапфировую подложку в состоянии пластины шлифуют до толщины около 85 микрометров. Затем с помощью технологии ХМП (химико-механической полировки) удаляют оставленные полировкой царапины и сглаживают поверхность до значения Ra 1 нм или менее. Светоизлучающий элемент в состоянии пластины, полученный вышеописанным способом, скрайбируют и разрезают на отдельные светоизлучающие элементы. 10. В настоящем примере формируют каждый световой элемент 10 длиной 1 мм и шириной 1 мм на виде сверху.

У каждого из светоизлучающих элементов 10 определяют характеристики, такие как вольт-амперная характеристика, длина волны, ток утечки, и сортируют светоизлучающие элементы 10 по группам в зависимости от их характеристик. Светоизлучающие элементы 10 соответствующих групп располагают на соответствующем клейком листе с интервалом 200 микрометров друг от друга.

(Элемент 20, преобразующий длину волны)

Подготавливают элемент 20, преобразующий длину волны, сформированный методом необратимой коагуляции. Элемент 20, преобразующий длину волны, в данном примере изготовлен из сапфира (опорный элемент), содержащего ИАГ (люминесцентный материал). В соответствии с хроматичностью требуемого белого цвета СИП (светоизлучающего прибора), элемент 20, преобразующий длину волны шлифуют, и полируют до требуемой толщины. Затем для дальнейшего сглаживания поверхности, которая будет служить связываемой поверхностью, выполняют полировку и ХМП. На данном этапе вследствие разницы в скорости полировки сапфировый участок приобретает выпуклую форму, а участок ИАГ приобретает вогнутую форму, но в данном примере разность высот сапфирового участка и участка ИАГ доведена до 10 нм или менее. Шероховатость поверхности ИАГ и сапфира на связываемой поверхности соответственно доведена до значения Ra 2 нм или менее.

(Поверхностно-активируемое связывание)

В верхней части камеры для связывания размещено на клейком листе множество светоизлучающих элементов 10 таким образом, чтобы сапфировая подложка, которая служит связывающей поверхностью, была обращена вниз. В нижней части камеры для связывания элемент 20, преобразующий длину волны, размещают так, чтобы его связываемая поверхность была обращена вверх.

Камеру для связывания откачивают до остаточного давления 8,0-10^-6 Па или менее. Затем с помощью двух источников быстрых ионных пучков (БАП: быстрые атомные пучки) пучок ионов аргона направляют соответственно на верхний и нижний образцы. Бомбардировку ионами аргона производят с плотностью потока 40 сем и ускоряющим током 100 мА в течение 180 секунд. Затем в течение короткого промежутка времени, 30 секунд или менее, верхний и нижний образцы связываются. При этом на образцы в течение 30 секунд оказывают давление 0,2 Н/мм ² или более. Связанный образец извлекают из камеры для связывания и удаляют клейкий лист с образца.

(Разделение пластин на кристаллы)

Множество светоизлучающих элементов 10, размещенных на одном листе элемента 20, преобразующего длину волны, разделяют путем нарезки для получения отдельных светоизлучающих приборов. Один из светоизлучающих приборов монтируют методом перевернутого кристалла на монтажную плату с электродами, покрытую белым полимером, представляющим собой кремнийорганический полимер с наполнителем из дисперсного оксида титана, за исключением верхней поверхности элемента 20, преобразующего длину волны, которая служит светоизлучающей поверхностью.

Для светоизлучающих приборов, полученных в данном примере, были подтверждены значения прочности кристалла при сдвиге (прочности связи) примерно в два раза лучше по сравнению со значениями для приборов из сравнительного примера. Кроме того, подтверждается улучшение светового потока примерно на 10% по сравнению со сравнительным примером.

Сравнительный пример

Были изготовлены светоизлучающие приборы, имеющие по существу ту же самую структуру, как в примере 1, кроме того, что сапфировая подложка и элемент, преобразующий длину волны, были связаны с помощью клейкого материала, изготовленного из кремнийорганического полимера.

Промышленная применимость

По варианту осуществления настоящего изобретения светоизлучающий прибор можно использовать, например, для осветительных приборов или устройств отображения.

Обозначение номеров позиций

10 светоизлучающий элемент

11 подложка

11а первая область

11b вторая область

12 многослойный полупроводниковый элемент

13 р-электрод

14 n-электрод

20 элемент, преобразующий длину волны

20а третья область

20b четвертая область