JPH0521842A - 光学素子および発光ダイオード - Google Patents
光学素子および発光ダイオードInfo
- Publication number
- JPH0521842A JPH0521842A JP4047736A JP4773692A JPH0521842A JP H0521842 A JPH0521842 A JP H0521842A JP 4047736 A JP4047736 A JP 4047736A JP 4773692 A JP4773692 A JP 4773692A JP H0521842 A JPH0521842 A JP H0521842A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- emitting diode
- light emitting
- region
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 結合効率および調節誤差許容度を増すために
多面反射体を備えた発光ダイオードを与える。 【構成】 発せられた光の光ファイバのような光学導波
路への結合を容易にするために、ＬＥＤ（１０）などの
光源に、多数の面を有する反射体を与える。好ましい実
施例においては、透明な基板（２０）の片面に作られた
通常のＬＥＤの基板の反対側に一連の同心の反射リング
（３１）を与える。これらのリングによって、ＬＥＤか
ら発散する光が、光ファイバ（４１）の中心軸の方向に
反射される。
多面反射体を備えた発光ダイオードを与える。 【構成】 発せられた光の光ファイバのような光学導波
路への結合を容易にするために、ＬＥＤ（１０）などの
光源に、多数の面を有する反射体を与える。好ましい実
施例においては、透明な基板（２０）の片面に作られた
通常のＬＥＤの基板の反対側に一連の同心の反射リング
（３１）を与える。これらのリングによって、ＬＥＤか
ら発散する光が、光ファイバ（４１）の中心軸の方向に
反射される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、導光波手段に光を加え
る光学素子に関し、好ましい実施例においては、光の放
射および放射光の光ファイバへの結合を容易にするため
に必要な多面反射体を有する発光ダイオードに関する。
る光学素子に関し、好ましい実施例においては、光の放
射および放射光の光ファイバへの結合を容易にするため
に必要な多面反射体を有する発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）は、光ファイ
バ通信システムにおいてレーザ光源に代わり信頼性のあ
るそれほど高価でない光源を提供する。ＬＥＤは、エネ
ルギー出力の制御に帰還を必要とせず比較的単純な駆動
回路を使用していて、さらに同じ材料で作られたレーザ
・ダイオードの素子寿命より１桁乃至２桁長い突出した
素子寿命で広い範囲の温度にわたって動作可能である。
ＧａＡｓＰの場合、光ファイバ・システムにはＬＥＤが
特に有用である。これらのＬＥＤは、約１．３マイクロ
メータの波長で光を放射するが、この波長の時、光ファ
イバは最低の減衰および分散を示す。
バ通信システムにおいてレーザ光源に代わり信頼性のあ
るそれほど高価でない光源を提供する。ＬＥＤは、エネ
ルギー出力の制御に帰還を必要とせず比較的単純な駆動
回路を使用していて、さらに同じ材料で作られたレーザ
・ダイオードの素子寿命より１桁乃至２桁長い突出した
素子寿命で広い範囲の温度にわたって動作可能である。
ＧａＡｓＰの場合、光ファイバ・システムにはＬＥＤが
特に有用である。これらのＬＥＤは、約１．３マイクロ
メータの波長で光を放射するが、この波長の時、光ファ
イバは最低の減衰および分散を示す。
【０００３】光ファイバ・システムにおけるＬＥＤ光源
の使用に対し重要な必要条件は、光の放射および放射光
の光ファイバへの結合における効率である。ＬＥＤの半
導体と空気との境界における光の完全内部反射のために
光の放射の非効率性が上昇する。一般のＬＥＤ半導体の
屈折率と空気のそれとの間には比較的大きな差が存在す
る。結果として、半導体と空気との境界に近付く光の臨
界角が比較的小さく、臨界角を超える角度で境界に近付
く光は、半導体から出ずに、完全に内部に反射される。
例えば、ＩｎＰの屈折率は、空気の１．０に比較して約
３．３である。従って、法線から約１８°以内の角度で
ＩｎＰの表面に近付いている光だけが、半導体を出るこ
とになる。１８°以上の角度の光は、反射されて半導体
へと戻される。
の使用に対し重要な必要条件は、光の放射および放射光
の光ファイバへの結合における効率である。ＬＥＤの半
導体と空気との境界における光の完全内部反射のために
光の放射の非効率性が上昇する。一般のＬＥＤ半導体の
屈折率と空気のそれとの間には比較的大きな差が存在す
る。結果として、半導体と空気との境界に近付く光の臨
界角が比較的小さく、臨界角を超える角度で境界に近付
く光は、半導体から出ずに、完全に内部に反射される。
例えば、ＩｎＰの屈折率は、空気の１．０に比較して約
３．３である。従って、法線から約１８°以内の角度で
ＩｎＰの表面に近付いている光だけが、半導体を出るこ
とになる。１８°以上の角度の光は、反射されて半導体
へと戻される。
【０００４】さらに、仮に光が半導体から出たとして
も、放射光の光ファイバへの結合における非効率性が存
在する。光ファイバは、第２の屈折率を有する同心のク
ラッドによって囲まれた第１の屈折率を有するコアを特
徴とする直径の小さい導波路である。臨界入射角より小
さい角度（ファイバの軸から計った角度）でコアに進入
する光線は、光ファイバ内部で完全内部反射を受ける。
これらの光線は、ファイバの軸に沿って最小の減衰量で
導かれる。臨界入射角を超える角度の光線は、ファイバ
には結合されない。このように一般の結合構造では、Ｌ
ＥＤによって放射された光の僅かな部分しかファイバを
伝わらない。
も、放射光の光ファイバへの結合における非効率性が存
在する。光ファイバは、第２の屈折率を有する同心のク
ラッドによって囲まれた第１の屈折率を有するコアを特
徴とする直径の小さい導波路である。臨界入射角より小
さい角度（ファイバの軸から計った角度）でコアに進入
する光線は、光ファイバ内部で完全内部反射を受ける。
これらの光線は、ファイバの軸に沿って最小の減衰量で
導かれる。臨界入射角を超える角度の光線は、ファイバ
には結合されない。このように一般の結合構造では、Ｌ
ＥＤによって放射された光の僅かな部分しかファイバを
伝わらない。
【０００５】光の放射を増加させる１つの方法は、ＬＥ
Ｄの活性領域より上の半導体の領域を球形に彫刻し、そ
して活性領域からの光の入射角を減少させることであ
る。球形の微妙な調節によって、放射光の隣接する光フ
ァイバへの結合を強める集光効果を与えることができ
る。この方法によって効率の増加が得られるが、彫刻を
行うために使用されるエッチング技術では約１０マイク
ロメートル以上の深さまで必要な精度で形成することは
容易にできないので、表面を彫刻し得る程度には限度が
ある。このように、彫刻される部分の範囲は限られてい
る。
Ｄの活性領域より上の半導体の領域を球形に彫刻し、そ
して活性領域からの光の入射角を減少させることであ
る。球形の微妙な調節によって、放射光の隣接する光フ
ァイバへの結合を強める集光効果を与えることができ
る。この方法によって効率の増加が得られるが、彫刻を
行うために使用されるエッチング技術では約１０マイク
ロメートル以上の深さまで必要な精度で形成することは
容易にできないので、表面を彫刻し得る程度には限度が
ある。このように、彫刻される部分の範囲は限られてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】発明が解決しようとす
る課題は、結合効率だけでなく製造時の調節誤差許容度
を高めた発光ダイオードを提供することである。
る課題は、結合効率だけでなく製造時の調節誤差許容度
を高めた発光ダイオードを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】光ファイバなどの光導波
路への放射光の結合を容易にするために、ＬＥＤのよう
な光源に多面反射体を与える。好ましい実施例におい
て、透明な基板の片面に作られた通常のＬＥＤの基板の
反対側に一連の同心の反射リングを与える。これらのリ
ングによって、ＬＥＤから発散する光が、光ファイバ光
の中心軸の方向に反射される。
路への放射光の結合を容易にするために、ＬＥＤのよう
な光源に多面反射体を与える。好ましい実施例におい
て、透明な基板の片面に作られた通常のＬＥＤの基板の
反対側に一連の同心の反射リングを与える。これらのリ
ングによって、ＬＥＤから発散する光が、光ファイバ光
の中心軸の方向に反射される。
【０００８】
【実施例】図１において、ＬＥＤは、透明な基板２０の
一方の表面２１に隣接して形成された活性領域１０、お
よび活性領域１０から発散する光線１１を中心軸ＡＡ’
の方向に反射させるための反射壁３３からなる反対側の
表面２２上の多面反射体を備えている。
一方の表面２１に隣接して形成された活性領域１０、お
よび活性領域１０から発散する光線１１を中心軸ＡＡ’
の方向に反射させるための反射壁３３からなる反対側の
表面２２上の多面反射体を備えている。
【０００９】実施例においては、多面反射体は、一連の
同心リング３１からなり、各リングは、半径の増加と共
に徐々に厚さが増加する領域３２とその領域に続いて突
然厚さが減少して形成される反射壁３３によって特徴付
けられる。反射壁３３を形成する厚さの減少の割合は、
領域３２を形成する増加の割合の少なくとも３倍はなけ
ればならない。一般的な用途の場合、領域１０の中心を
通って反射リングの共通の中心に至る軸ＡＡ’は、境を
接する光ファイバ４０の軸と一致する。この構造によっ
て、活性領域からの光線１１は、反射体構造が無ければ
内部の全反射によって半導体内部で捉えられるところで
あるが、傾斜が付けられた面に反射壁３３によって臨界
角より小さい角度で反射されて半導体から出て行く。さ
らに、図のように、境を接する光ファイバ４０のコア４
１を通常であれば外れる光線が、壁３３によってコア４
１へと反射される。反射構造の中心領域は、合成（多数
の部分からなる統一体としての）レンズ３４を備えてい
るので都合がよい。
同心リング３１からなり、各リングは、半径の増加と共
に徐々に厚さが増加する領域３２とその領域に続いて突
然厚さが減少して形成される反射壁３３によって特徴付
けられる。反射壁３３を形成する厚さの減少の割合は、
領域３２を形成する増加の割合の少なくとも３倍はなけ
ればならない。一般的な用途の場合、領域１０の中心を
通って反射リングの共通の中心に至る軸ＡＡ’は、境を
接する光ファイバ４０の軸と一致する。この構造によっ
て、活性領域からの光線１１は、反射体構造が無ければ
内部の全反射によって半導体内部で捉えられるところで
あるが、傾斜が付けられた面に反射壁３３によって臨界
角より小さい角度で反射されて半導体から出て行く。さ
らに、図のように、境を接する光ファイバ４０のコア４
１を通常であれば外れる光線が、壁３３によってコア４
１へと反射される。反射構造の中心領域は、合成（多数
の部分からなる統一体としての）レンズ３４を備えてい
るので都合がよい。
【００１０】図２において、反射体の構造は、中心軸Ａ
Ａ’を定義するそれぞれの中心間の線に関して、ＬＥＤ
の活性領域１０（図２には図示せず）の中心とは反対側
に中心を持つ。典型的な構造の外側の直径Ｄは、１６ミ
ル（１６／１０００インチ＝０．４０６４ミリメート
ル）である。合成レンズ３４は、直径は約２．１ミルが
好ましく、各々が緩やかな傾斜の領域３２および反射壁
３３からなる複数の反射リングが、レンズの外径ｄとこ
の構造の外径Ｄとの間に同心的に（中心を共有して）配
置されている。それぞれのリングの半径方向の広がり
は、中心軸の切片Ａ’からリングまでの距離に比例し、
（壁３３における）エッチングの最大の深さは約１０マ
イクロメータであることが好ましい。
Ａ’を定義するそれぞれの中心間の線に関して、ＬＥＤ
の活性領域１０（図２には図示せず）の中心とは反対側
に中心を持つ。典型的な構造の外側の直径Ｄは、１６ミ
ル（１６／１０００インチ＝０．４０６４ミリメート
ル）である。合成レンズ３４は、直径は約２．１ミルが
好ましく、各々が緩やかな傾斜の領域３２および反射壁
３３からなる複数の反射リングが、レンズの外径ｄとこ
の構造の外径Ｄとの間に同心的に（中心を共有して）配
置されている。それぞれのリングの半径方向の広がり
は、中心軸の切片Ａ’からリングまでの距離に比例し、
（壁３３における）エッチングの最大の深さは約１０マ
イクロメータであることが好ましい。
【００１１】図１に戻り、ＬＥＤの活性領域１０は、通
常の構造のものでもよい。ＬＥＤは、１．３マイクロメ
ータのＩｎＧａＡｓＰのＬＥＤである。基板２０は、５
ミルのＩｎＰ基板であり、厚さ２乃至５マイクロメータ
で約２ｘ１０18ｃｍ-3までＳｎをドープしたｎ−ＩｎＰ
バッファ層を含んでいる。活性層１０は、厚さ０．５乃
至１．５マイクロメータで約５ｘ１０17ｃｍ-3のｎ型ド
ーピングを有するＩｎＧａＡｓＰである。活性層１０を
覆うのは、１乃至２マイクロメータの厚さを有し０．５
乃至５ｘ１０18ｃｍー3の濃度までＺｎまたはＣｄでドー
プされたｐ−ＩｎＰからなる閉じ込め層２４である。接
触抵抗を減らすために、ＩｎＧａＡｓｐのキャップ層２
５を備えている。キャップ層２５は、０．５マイクロメ
ータの厚さで、約１ｘ１０19ｃｍー3までＺｎでドープし
たものでよい。コンタクト層２７は、絶縁層２６を介し
てＬＥＤに熱的に接着されているので、絶縁層２６は、
放熱体としても作用し好都合である。
常の構造のものでもよい。ＬＥＤは、１．３マイクロメ
ータのＩｎＧａＡｓＰのＬＥＤである。基板２０は、５
ミルのＩｎＰ基板であり、厚さ２乃至５マイクロメータ
で約２ｘ１０18ｃｍ-3までＳｎをドープしたｎ−ＩｎＰ
バッファ層を含んでいる。活性層１０は、厚さ０．５乃
至１．５マイクロメータで約５ｘ１０17ｃｍ-3のｎ型ド
ーピングを有するＩｎＧａＡｓＰである。活性層１０を
覆うのは、１乃至２マイクロメータの厚さを有し０．５
乃至５ｘ１０18ｃｍー3の濃度までＺｎまたはＣｄでドー
プされたｐ−ＩｎＰからなる閉じ込め層２４である。接
触抵抗を減らすために、ＩｎＧａＡｓｐのキャップ層２
５を備えている。キャップ層２５は、０．５マイクロメ
ータの厚さで、約１ｘ１０19ｃｍー3までＺｎでドープし
たものでよい。コンタクト層２７は、絶縁層２６を介し
てＬＥＤに熱的に接着されているので、絶縁層２６は、
放熱体としても作用し好都合である。
【００１２】図１のＬＥＤは、まず透明な基板２０の一
方の側２１にＬＥＤの活性領域を形成し、次に反対側２
２にリング３１からなる反射構造を形成することによっ
て作るのが好ましい。ＬＥＤの活性領域１０は、前記の
ように、通常の要領で形成される。上方のコンタクト層
（放熱層）２７は、当分野において周知の技術によって
素子の表面に形成することができる。光ファイバ４０
は、透明なエポキシ４２によって所定の位置に接合する
ことができる。
方の側２１にＬＥＤの活性領域を形成し、次に反対側２
２にリング３１からなる反射構造を形成することによっ
て作るのが好ましい。ＬＥＤの活性領域１０は、前記の
ように、通常の要領で形成される。上方のコンタクト層
（放熱層）２７は、当分野において周知の技術によって
素子の表面に形成することができる。光ファイバ４０
は、透明なエポキシ４２によって所定の位置に接合する
ことができる。
【００１３】異なる傾斜の同心面３２および３３からな
る反射構造は、単一の写真平板処理で形成する方がよ
い。本来、傾斜のある面は、ポジティブに作用するフォ
トレジストを基板に塗布し、除去されるべき基板材料の
量に逆比例した光量にレジストを露光し、マスクを形成
するためにレジストを現像し、さらにこのようにマスク
された構造を反応的にイオン・エッチングすることによ
って形成される。この処理の目的は、領域１０の中心か
ら発散する光を軸ＡＡ’の方向に反射させるために急な
反射壁３３を作ることである。
る反射構造は、単一の写真平板処理で形成する方がよ
い。本来、傾斜のある面は、ポジティブに作用するフォ
トレジストを基板に塗布し、除去されるべき基板材料の
量に逆比例した光量にレジストを露光し、マスクを形成
するためにレジストを現像し、さらにこのようにマスク
された構造を反応的にイオン・エッチングすることによ
って形成される。この処理の目的は、領域１０の中心か
ら発散する光を軸ＡＡ’の方向に反射させるために急な
反射壁３３を作ることである。
【００１４】好ましい製造過程は、反射構造を形成する
ためにポジティブに作用するレジストと共に使用される
好ましい露光マスクを写真で示した図３および４を参照
することによって理解することができる。図３は、マス
クの中心部分を示し、図４は、マスクの拡大した部分を
示す。本来、マスクは、一連の同心リング（Ｒi）から
なり、各リングは、底辺が共通の中心Ａ’（図３）の回
りに円となって連結している不透明で合同な二等辺三角
形６０（図４）からなる。反射リングを形成するため
に、これらの三角形の頂点６３は、内側に半径方向を指
している。レンズを形成するために、頂点６３は、外側
に半径方向を指している。小さく開いた領域６４が、連
続したリングの間に放射状に延びている。１つの三角形
の寸法は、底辺が約２．５マイクロメータ、高さが２７
マイクロメータである。このようなマスクは、パーキン
・エルマ社（Parkin-Elmer Corporation）から販売され
ているＭＥＢＥＳパタン発生機のような電子ビーム・パ
タン発生装置を用いて容易に作ることができる。
ためにポジティブに作用するレジストと共に使用される
好ましい露光マスクを写真で示した図３および４を参照
することによって理解することができる。図３は、マス
クの中心部分を示し、図４は、マスクの拡大した部分を
示す。本来、マスクは、一連の同心リング（Ｒi）から
なり、各リングは、底辺が共通の中心Ａ’（図３）の回
りに円となって連結している不透明で合同な二等辺三角
形６０（図４）からなる。反射リングを形成するため
に、これらの三角形の頂点６３は、内側に半径方向を指
している。レンズを形成するために、頂点６３は、外側
に半径方向を指している。小さく開いた領域６４が、連
続したリングの間に放射状に延びている。１つの三角形
の寸法は、底辺が約２．５マイクロメータ、高さが２７
マイクロメータである。このようなマスクは、パーキン
・エルマ社（Parkin-Elmer Corporation）から販売され
ているＭＥＢＥＳパタン発生機のような電子ビーム・パ
タン発生装置を用いて容易に作ることができる。
【００１５】写真平板露光処理において、図３のマスク
により、連続するリング間の空間６４にある最大露光領
域から、半径距離の頂点６３から底辺への移動にともな
い線形的に光が減少する領域を通って、底辺が接続して
いる領域６２の最小露光領域に至るまで半径方向の距離
が進むにつれて徐々に露光が減少する連続した要素リン
グが生成される。使用に際し、所与の半径距離ｒにある
フォトレジストに達する光の強度は、その半径距離ｒに
おいてマスクを通過する平均強度となる。結果は、開い
た領域６４の最大に露光されたレジスト、頂点から底辺
まで移動し直線的に露光が減少するレジスト、および底
辺リング６２の基礎となる最小に露光されたレジストで
ある。従って、開いた領域６４によって反射壁３３の位
置が定義され、頂点から底辺までの領域によって緩やか
な傾斜の領域３２が定義される。
により、連続するリング間の空間６４にある最大露光領
域から、半径距離の頂点６３から底辺への移動にともな
い線形的に光が減少する領域を通って、底辺が接続して
いる領域６２の最小露光領域に至るまで半径方向の距離
が進むにつれて徐々に露光が減少する連続した要素リン
グが生成される。使用に際し、所与の半径距離ｒにある
フォトレジストに達する光の強度は、その半径距離ｒに
おいてマスクを通過する平均強度となる。結果は、開い
た領域６４の最大に露光されたレジスト、頂点から底辺
まで移動し直線的に露光が減少するレジスト、および底
辺リング６２の基礎となる最小に露光されたレジストで
ある。従って、開いた領域６４によって反射壁３３の位
置が定義され、頂点から底辺までの領域によって緩やか
な傾斜の領域３２が定義される。
【００１６】レンズ領域３４を形成するために、頂点６
３が放射状に外を向くように頂点の方向を逆にする。こ
れによって、半径距離がレンズ３４の周辺に向かって半
径方向外側に移るにつれて露光フォトレジストの量が徐
々に増す。
３が放射状に外を向くように頂点の方向を逆にする。こ
れによって、半径距離がレンズ３４の周辺に向かって半
径方向外側に移るにつれて露光フォトレジストの量が徐
々に増す。
【００１７】露光の後、レジストは、現像され、焼かれ
る。レジストにより制作品に沈み彫りパタンを形成す
る。ポジティブ・レジストなので、露光が多いほど、現
像により除去されるレジストの量が多くなる。結果的に
得られる構造を反応イオン・エッチング装置に入れ、エ
ッチング処理によって、レジストの現像によって形成さ
れた沈み彫りパタンに相当するものを基板表面上に生成
する。
る。レジストにより制作品に沈み彫りパタンを形成す
る。ポジティブ・レジストなので、露光が多いほど、現
像により除去されるレジストの量が多くなる。結果的に
得られる構造を反応イオン・エッチング装置に入れ、エ
ッチング処理によって、レジストの現像によって形成さ
れた沈み彫りパタンに相当するものを基板表面上に生成
する。
【００１８】具体的な例として、５ミルのリン化インジ
ウム基板上のＬＥＤに図１に示した種類の多面反射体構
造を与えた。このため、基板の裏面に４マイクロメート
ルのＡＺ１４００−３１フォトレジストを形成し、図３
に示した５Ｘリダクション・マスクを通して露光した。
露光は、ＧＣＡステッパーのモデルＭＡＮＮ４８００に
ある水銀アーク・ランプに対し２秒間であった。露光し
たレジストは、Ｓｈｉｐｌｅｙ５０５現像機の中で３０
秒間現像し、さらに９０°Ｃで３０分間焼いた。
ウム基板上のＬＥＤに図１に示した種類の多面反射体構
造を与えた。このため、基板の裏面に４マイクロメート
ルのＡＺ１４００−３１フォトレジストを形成し、図３
に示した５Ｘリダクション・マスクを通して露光した。
露光は、ＧＣＡステッパーのモデルＭＡＮＮ４８００に
ある水銀アーク・ランプに対し２秒間であった。露光し
たレジストは、Ｓｈｉｐｌｅｙ５０５現像機の中で３０
秒間現像し、さらに９０°Ｃで３０分間焼いた。
【００１９】結果的に得られた構造を陽極処理を施した
アルミ電極を有するプラズマ技術社（Plasma Technolog
ies）のプラズマラボ（Plasmalab）反応イオン・エッチ
ング装置に入れた。底の電極は、７０°の温度に維持
し、その電極に熱的に接着した石英板によって完全に覆
った。プラズマによりＯ2でエッチング室を浄化した
後、構造を拡散ポンプ液の薄膜によって石英版に熱的に
接着させる。次に、エッチング装置を１０ー5トル（tor
r）まで真空にし、１０sccmのＳｉＣｌ4、１０sccmのＨ
2および１sccmのＣＨ4からなるプラズマ・ガスを１．５
ｘ１０ー2トルの総圧力で通した。１３．６ＭＨｚのＲＦ
電力を１８０ワットで６０分間、３００ボルトの直流自
己バイアスを与えながら、加えた。
アルミ電極を有するプラズマ技術社（Plasma Technolog
ies）のプラズマラボ（Plasmalab）反応イオン・エッチ
ング装置に入れた。底の電極は、７０°の温度に維持
し、その電極に熱的に接着した石英板によって完全に覆
った。プラズマによりＯ2でエッチング室を浄化した
後、構造を拡散ポンプ液の薄膜によって石英版に熱的に
接着させる。次に、エッチング装置を１０ー5トル（tor
r）まで真空にし、１０sccmのＳｉＣｌ4、１０sccmのＨ
2および１sccmのＣＨ4からなるプラズマ・ガスを１．５
ｘ１０ー2トルの総圧力で通した。１３．６ＭＨｚのＲＦ
電力を１８０ワットで６０分間、３００ボルトの直流自
己バイアスを与えながら、加えた。
【００２０】結果的に、同心リングからなる合成反射構
造を有するＬＥＤが得られた。実験により、反射構造を
備えたＬＥＤは、処理をしていないＬＥＤからの光の約
５倍の光量を接する光ファイバに結合することが示され
た。
造を有するＬＥＤが得られた。実験により、反射構造を
備えたＬＥＤは、処理をしていないＬＥＤからの光の約
５倍の光量を接する光ファイバに結合することが示され
た。
【００２１】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考えられるが、それらはいずれも本発明の技
術的範囲に包含される。
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考えられるが、それらはいずれも本発明の技
術的範囲に包含される。
【００２２】添付の図面は、本発明の概念を説明するた
めのものであり、図３および４を除いて等尺ではない。
めのものであり、図３および４を除いて等尺ではない。
【００２３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による構造に
は多数の利点がある。第１に、半導体からの光の放射効
率が高くなる。平坦な表面からであれば内部的に全反射
されるはずの光は、代わりに反射壁３３に当たって反射
し、傾斜した表面３２を通って半導体から出る。第２
に、放射光の光ファイバへの結合効率が高くなる。反射
壁は、半導体からの光を反射するだけでなく、その光を
光ファイバに方向付けもする。実質的な結果として、光
を余分に利用することができる。このように、本発明
は、ファイバ４０への光量を増加させるために利用した
り、ファイバ４０とＬＥＤ２０との間の位置的な許容度
の余裕を与えることによって製造費用を低減するために
利用することができる。
は多数の利点がある。第１に、半導体からの光の放射効
率が高くなる。平坦な表面からであれば内部的に全反射
されるはずの光は、代わりに反射壁３３に当たって反射
し、傾斜した表面３２を通って半導体から出る。第２
に、放射光の光ファイバへの結合効率が高くなる。反射
壁は、半導体からの光を反射するだけでなく、その光を
光ファイバに方向付けもする。実質的な結果として、光
を余分に利用することができる。このように、本発明
は、ファイバ４０への光量を増加させるために利用した
り、ファイバ４０とＬＥＤ２０との間の位置的な許容度
の余裕を与えることによって製造費用を低減するために
利用することができる。
【図１】多面反射体を有するＬＥＤの略断面図である。
【図２】図１のＬＥＤの略平面図である。
【図３】図１および２に示した種類のＬＥＤの製造に使
用される写真平板マスクの写真図である。
用される写真平板マスクの写真図である。
【図４】図１および２に示した種類のＬＥＤの製造に使
用される写真平板マスクの写真図である。
用される写真平板マスクの写真図である。
１０ 活性領域
１１ 光線
２０ 透明な基板
２１、２２ 基板の表面
１０ 活性層
２３
２４ 閉じ込め層
２５ キャップ層
２６ 絶縁層
２７ コンタクト層（放熱層）
３１ 一連の同心リング
３２ 厚さが増加する領域
３３ 反射壁
３４ レンズ
４０ 光ファイバ
４１ コア
４２ エポキシ
フロントページの続き
(72)発明者 グレツグ イー ブロンダー
アメリカ合衆国 07901 ニユージヤージ
ー サミツト、マウンテン アヴエニユー
112
(72)発明者 ロバート エス フルーンド
アメリカ合衆国 07039 ニユージヤージ
ー リビングストン、ノールウツド ドラ
イブ ５
(72)発明者 ロデリツク ケー ワツツ
アメリカ合衆国 07901 ニユージヤージ
ー サミツト、オーク ノール ロード
14
(72)発明者 ロバート シー ウエツエル
アメリカ合衆国 07055 ニユージヤージ
ー パセツク、アムステルダム アヴエニ
ユー 137
Claims (12)
- 【請求項１】 透明基板（２０）の第１の表面上にあっ
て、この基板を介して該基板の第２の表面に光を発する
光源（１０）と、 前記第２の表面に隣接して配置され、入射光を受け導く
光導波手段（４１）と、 前記光源と前記光導波手段との間の前記第２の表面上に
配置された複数の反射壁からなり、前記光源から発散す
る光を前記光導波手段に向けて反射する光反射構造（３
１）とを備えたことを特徴とする光導波手段に光を印加
する光学素子。 - 【請求項２】 前記の光反射構造が、前記基板の前記第
２の表面上に多数の部分からなる統一体として形成され
ることを特徴とする請求項１記載の光学素子。 - 【請求項３】 前記の光学素子が、発光ダイオードを備
え、かつ前記光源が、該発光ダイオードの光学活性領域
であることを特徴とする請求項２記載の光学素子。 - 【請求項４】 前記光導波手段が、光導波路であること
を特徴とする請求項２記載の光学素子。 - 【請求項５】 前記光導波路が、光ファイバであること
を特徴とする請求項４記載の光学素子。 - 【請求項６】 前記光反射構造（３１）が、共通の中心
の回りに複数の同心リングを備え、各リングが、前記の
共通の中心から半径方向に距離が増すと共に厚さが増加
する第１の領域（３２）と、これに続き半径距離が増す
と共に厚さが減少する第２の領域（３３）とを備え、前
記第２の領域における減少率が、前記第１の領域におけ
る増加率の少なくとも３倍であることを特徴とする請求
項１記載の光学素子。 - 【請求項７】 透明な基板の第１の表面上に形成された
光学活性領域を有し、前記基板を通過して前記基板の第
２の表面へと光を発する発光ダイオード、 前記基板の前記第２の表面上の複数の反射壁からなり、
前記光学活性領域から発散する光を受けて、この光を中
心領域（隣接する光導波手段）に向けて反射する光反射
構造を備えたことを特徴とする光導波手段に光を結合し
易くした発光ダイオード。 - 【請求項８】 前記光反射手段が、前記基板の前記第２
の表面上に多数の部分からなる統一体として形成された
ことを特徴とする請求項７記載の発光ダイオード。 - 【請求項９】 前記光反射構造が、共通の中心を有する
複数の同心リングを備え、各リングが、前記の共通の中
心から半径方向に距離が増すと共に厚さが増加する第１
の領域と、これに続き、反射壁の輪郭を成し厚さが減少
する領域とを備えた、 ことを特徴とする請求項８記載の発光ダイオード。 - 【請求項１０】 前記光反射構造が、前記同心リングの
半径方向内側に同心レンズ手段をさらに備えたことを特
徴とする請求項８記載の発光ダイオード。 - 【請求項１１】 前記の透明な基板が、リン化インジウ
ムであることを特徴とする請求項６記載の発光ダイオー
ド。 - 【請求項１２】 ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓ発光ダイ
オードからなることを特徴とする請求項６記載の発光ダ
イオード。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US658144 | 1991-02-20 | ||
| US07/658,144 US5101454A (en) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Light emitting diode with multifaceted reflector to increase coupling efficiency and alignment tolerance |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0521842A true JPH0521842A (ja) | 1993-01-29 |
| JPH0779171B2 JPH0779171B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=24640081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4773692A Expired - Lifetime JPH0779171B2 (ja) | 1991-02-20 | 1992-02-05 | 光学素子および発光ダイオード |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5101454A (ja) |
| EP (1) | EP0499946B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0779171B2 (ja) |
| DE (1) | DE69214480T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075690A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Matsushita Electric Works Ltd | トランスミッタ及びレシーバ |
| US6547416B2 (en) | 2000-12-21 | 2003-04-15 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Faceted multi-chip package to provide a beam of uniform white light from multiple monochrome LEDs |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5114513A (en) * | 1988-10-27 | 1992-05-19 | Omron Tateisi Electronics Co. | Optical device and manufacturing method thereof |
| US5157746A (en) * | 1990-06-08 | 1992-10-20 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Optical waveguide array including two-dimensional lens and its manufacturing method |
| US5182787A (en) * | 1991-04-29 | 1993-01-26 | At&T Bell Laboratories | Optical waveguide structure including reflective asymmetric cavity |
| US5212707A (en) * | 1991-12-06 | 1993-05-18 | Mcdonnell Douglas Corporation | Array of diffraction limited lasers and method of aligning same |
| US6002829A (en) * | 1992-03-23 | 1999-12-14 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Luminaire device |
| US5528720A (en) * | 1992-03-23 | 1996-06-18 | Minnesota Mining And Manufacturing Co. | Tapered multilayer luminaire devices |
| JP2797875B2 (ja) * | 1993-01-08 | 1998-09-17 | 日本電気株式会社 | 光学基板及び光接続素子 |
| JPH1127217A (ja) * | 1997-07-03 | 1999-01-29 | Sony Corp | 光通信装置および光通信方法 |
| US6987613B2 (en) * | 2001-03-30 | 2006-01-17 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Forming an optical element on the surface of a light emitting device for improved light extraction |
| DE10120703A1 (de) * | 2001-04-27 | 2002-10-31 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterchip für die Optoelektronik |
| US20030156819A1 (en) * | 2002-02-15 | 2003-08-21 | Mark Pruss | Optical waveguide |
| DE10214566B4 (de) * | 2002-04-02 | 2007-05-24 | G.L.I. Global Light Industries Gmbh | Homogen paralleles Licht emittierende Leuchtdiode |
| US6878969B2 (en) * | 2002-07-29 | 2005-04-12 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Light emitting device |
| US6773154B2 (en) | 2002-08-21 | 2004-08-10 | North American Lighting, Inc. | Automotive lighting device |
| DE10251955A1 (de) * | 2002-11-08 | 2004-05-19 | Hella Kg Hueck & Co. | Einbaumodul mit leistungsstarker LED, insbesondere für ein Kraftfahrzeug |
| USD616141S1 (en) | 2009-11-06 | 2010-05-18 | Osram Sylvania Inc. | Lamp optic |
| JP5877749B2 (ja) * | 2012-03-29 | 2016-03-08 | 日東電工株式会社 | 光電気混載基板の製法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2727508A1 (de) * | 1977-06-18 | 1979-01-04 | Siemens Ag | Lichtemittierende diode mit hohem wirkungsgrad |
| FR2459986A1 (fr) * | 1979-06-22 | 1981-01-16 | Commissariat Energie Atomique | Lentille de fresnel integree |
| DE3035849A1 (de) * | 1980-09-23 | 1982-05-06 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Planare wellenleiter-bragg-linse |
| JPS61162010A (ja) * | 1985-01-12 | 1986-07-22 | Canon Inc | 光導波路レンズ |
| JPS6218076A (ja) * | 1985-07-16 | 1987-01-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体発光装置 |
| CA1293880C (en) * | 1986-04-02 | 1992-01-07 | John C. Nelson | Lens |
| JPS6370203A (ja) * | 1986-09-11 | 1988-03-30 | Brother Ind Ltd | 屈折率分布型光導波路レンズの製造方法 |
| US4815084A (en) * | 1987-05-20 | 1989-03-21 | Spectra Diode Laboratories, Inc. | Semiconductor laser with integrated optical elements |
| FR2642530A1 (fr) * | 1989-01-30 | 1990-08-03 | Seiko Epson Corp | Mecanisme de focalisation et tete optique |
| US4935939A (en) * | 1989-05-24 | 1990-06-19 | Liau Zong Long | Surface emitting laser with monolithic integrated lens |
| ES2150409T3 (es) * | 1989-05-31 | 2000-12-01 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Procedimiento para montar un opto-componente que se puede montar sobre una superficie. |
-
1991
- 1991-02-20 US US07/658,144 patent/US5101454A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-02-05 JP JP4773692A patent/JPH0779171B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-02-11 DE DE69214480T patent/DE69214480T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1992-02-11 EP EP92102245A patent/EP0499946B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6547416B2 (en) | 2000-12-21 | 2003-04-15 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Faceted multi-chip package to provide a beam of uniform white light from multiple monochrome LEDs |
| JP2003075690A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Matsushita Electric Works Ltd | トランスミッタ及びレシーバ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69214480T2 (de) | 1997-04-30 |
| DE69214480D1 (de) | 1996-11-21 |
| JPH0779171B2 (ja) | 1995-08-23 |
| US5101454A (en) | 1992-03-31 |
| EP0499946A1 (en) | 1992-08-26 |
| EP0499946B1 (en) | 1996-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0521842A (ja) | 光学素子および発光ダイオード | |
| US7648256B2 (en) | Lighting system having lenses for light sources emitting rays at different wavelengths | |
| CN101088176B (zh) | 高亮度led封装 | |
| US4501637A (en) | LED having self-aligned lens | |
| CN102338347B (zh) | 适用于半导体灯的光学装置 | |
| TW200521508A (en) | Optical waveguide and optical information processor | |
| CN101088174A (zh) | 具有复合光学元件的高亮度led封装 | |
| JPS60113979A (ja) | 発光ダイオードによつて放出された光線を集中させるための光学装置及び該光学装置を備えた発光ダイオード | |
| CN101088173A (zh) | 带有多个光学元的高亮度led封装 | |
| CN101379625A (zh) | 发光二极管设备及其制造和使用 | |
| KR20020065893A (ko) | 구형 패턴을 가지는 유기발광 다이오드 | |
| JPH034571A (ja) | オプトエレクトロニク半導体デバイスとその製造方法 | |
| GB2614126A (en) | Display substrate and display apparatus | |
| US7145181B2 (en) | Semiconductor chip for optoelectronics | |
| CN1738117A (zh) | 自监视光发射装置 | |
| CN108183157A (zh) | 一种发光二极管及制备方法 | |
| TW200828631A (en) | A LED chip with micro lens | |
| US20240231017A1 (en) | Three-dimensional micro-optical systems | |
| US20020105809A1 (en) | Light emitting diode and method of making the same | |
| KR20230002597A (ko) | 마이크로-led용 마이크로-광가이드 | |
| RU2055420C1 (ru) | Светоизлучающий диод | |
| TW202129381A (zh) | 直下式背光裝置 | |
| CN216307509U (zh) | 具有球型调制器的照明装置 | |
| CN101226974B (zh) | 具有微镜体结构的发光二极管芯片 | |
| CN217740554U (zh) | 发光二极管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080823 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080823 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090823 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090823 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100823 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110823 Year of fee payment: 16 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120823 Year of fee payment: 17 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120823 Year of fee payment: 17 |