JP2008218878A - GaN BASED LED ELEMENT AND LIGHT-EMITTING DEVICE - Google Patents

GaN BASED LED ELEMENT AND LIGHT-EMITTING DEVICE Download PDF

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Susumu Hiraoka
Hiroaki Okagawa
Takahide Shiroichi
隆秀 城市
広明 岡川
晋 平岡
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Mitsubishi Chemicals Corp
三菱化学株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a GaN based LED element having a structure to reduce the light absorption caused by a pad electrode. <P>SOLUTION: The GaN based LED element 100 includes a substrate 101 and semiconductor laminate 102. The semiconductor laminate 102 includes an n-type layer 102-1, a light emitting layer 102-2 and p-type layer 102-3, wherein a light transmitting conductive oxide film 104 and positive pad electrode 106 are formed on the p-type layer 102-3. Part of the positive pad electrode 106 is formed on the conductive oxide film 104, while the remaining part thereof and p-type layer 102-3 are isolated by the light transmitting insulating film 105. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、GaN系半導体を用いて発光素子構造を構成したGaN系LED素子、および、GaN系LED素子を用いた発光装置に関する。 The present invention, a GaN-based LED element that constitutes the light emitting device structure using a GaN-based semiconductor, and a light-emitting device using a GaN-based LED element.

GaN系半導体は、化学式Al In Ga 1−a−b N(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)で表される化合物半導体であり、3族窒化物半導体、窒化物系半導体などとも呼ばれる。 GaN-based semiconductor is a chemical formula Al a In b Ga 1-a -b N (0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1,0 ≦ a + b ≦ 1) is represented by a compound semiconductor, group III nitride semiconductor , also referred to as a nitride-based semiconductor. pn接合構造、ダブルヘテロ構造、量子井戸構造などの発光素子構造をGaN系半導体で構成したGaN系LED素子は、緑色〜近紫外の光を発生することが可能であり、これまで、信号機やディスプレイ装置等の用途で実用化されている。 pn junction structure, a double hetero structure, the GaN-based LED element of the light emitting device structure is constituted by the GaN-based semiconductor such as a quantum well structure, it is possible to generate a green-light near-ultraviolet, heretofore, traffic lights and display It has been put into practical use in applications device. 現在、GaN系LED素子を照明用途に適用するための研究開発が盛んであるが、実用化のためには更なる高出力化が必要といわれている。 Currently, research and development for applying the GaN-based LED element lighting applications have been actively, for practical use is said to require further higher output.

従来技術に係るGaN系LED素子として、図10に断面図を示すように、基板11と、該基板上に形成された複数のGaN系半導体層からなる半導体積層体12とを有し、該半導体積層体12には、前記基板11から最も離れた位置に配置されたp型層12−3と、該p型層12−3と前記基板11との間に配置された発光層12−2と、前記p型層12−3とで前記発光層12−2を挟むように配置されたn型層12−1とが含まれており、前記p型層12−3の上に、透光性の導電性酸化物膜14と、該導電性酸化物膜14と電気的に接続した正パッド電極16とが形成された構成を有するGaN系LED素子10が公知である。 As GaN-based LED element according to the prior art, as shown in the sectional view of FIG. 10, it includes a substrate 11 and a semiconductor laminate 12 composed of a plurality of GaN-based semiconductor layer formed on the substrate, the semiconductor the laminate 12 includes a p-type layer 12-3 disposed farthest from the substrate 11, a light emitting layer 12-2 disposed between the substrate 11 and the p-type layer 12-3 the p-type layer 12-3 and the included light emitting layer 12-2 n-type layer 12-1 disposed so as to sandwich the are in, on the p-type layer 12-3, translucent a conductive oxide film 14, the conductive oxide film 14 and the GaN-based LED element 10 having electrically connected with the positive pad electrode 16 is formed configuration is known. このような、インジウム錫酸化物(ITO)などからなる導電性酸化物膜を電極に用いたGaN系LEDにおいて、導電性酸化物膜上に形成されるパッド電極による光吸収が、LED素子の高出力化を妨げる要因のひとつとして指摘され、その対策として、パッド電極を反射率の高い金属材料を用いて形成することが提案されている(特許文献1)。 Such indium tin oxide in a GaN-based LED using a conductive oxide film made of (ITO) on the electrode, light absorption by the pad electrode formed on the conductive oxide film, the LED element high it is pointed out as one of the factors preventing the output, as a countermeasure, it is proposed that the pad electrode is formed using a highly reflective metal material (Patent Document 1). なお、パッド電極とは、ボンディングワイヤ、導電性ペースト、ろう材(ハンダ、共晶合金を含む)などといった、外部電極との接続に用いられる材料が、接合される電極である。 Note that the pad electrode, a bonding wire, conductive paste, brazing material (solder, including a eutectic alloy) such as, materials used for connection with the external electrodes are electrodes to be joined.
特開2005−317931号公報 JP 2005-317931 JP

しかしながら、本発明者等が研究した結果、金属材料は、いくら反射率の良好なものであっても、光吸収体としての作用が強く、パッド電極の反射性の向上のみに頼ったのでは、GaN系LED素子の光出力の改善には限界があることが分かってきた。 However, as a result of the present inventors have studied, metal materials, even those of some of the reflectance good, strong action as light absorber, than rely only on improving the reflective pad electrode, the improvement of the light output of the GaN-based LED element has been found that there is a limit. 本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、その主な目的は、パッド電極による光吸収を軽減し得る構造を備えたGaN系LED素子を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, its main purpose is to provide a GaN-based LED element having a structure capable of reducing the light absorption by the pad electrode.

上記課題を達成するために、本発明は、次の特徴を有するGaN系LED素子を提供するものである。 To achieve the above object, the present invention is to provide a GaN-based LED element having the following features.
(1)基板と、該基板上に形成された複数のGaN系半導体層からなる半導体積層体とを有し、該半導体積層体には、前記基板から最も離れた位置に配置されたp型層と、該p型層と前記基板との間に配置された発光層と、前記p型層とで前記発光層を挟むように配置されたn型層とが含まれており、前記p型層の上に、透光性の導電性酸化物膜と、該導電性酸化物膜と電気的に接続した正パッド電極とが形成されているGaN系LED素子において、前記正パッド電極の一部が前記導電性酸化物膜の上に形成されており、前記正パッド電極の残りの部分と前記p型層とが透光性の絶縁膜によって隔てられていることを特徴とする、GaN系LED素子。 (1) substrate and, and a semiconductor laminate composed of a plurality of GaN-based semiconductor layer formed on the substrate, the semiconductor laminate, p-type layer disposed farthest from the substrate When a light emitting layer disposed between the substrate and the p-type layer, which includes a light emitting layer sandwiched so arranged n-type layer and the p-type layer, the p-type layer over, the transparent conductive oxide film, the GaN-based LED element and the conductive oxide film and electrically connected positive pad electrode is formed, a part of the positive pad electrode It is formed on the conductive oxide film, the remaining portion of the positive pad electrode and said p-type layer is characterized by being separated by transparent insulation film, GaN-based LED element .
(2)前記正パッド電極のうち、前記p型層と前記導電性酸化物膜との界面の上に形成された部分の面積が、当該正パッド電極の面積の50%以下である、前記(1)に記載のGaN系LED素子。 (2) the of the positive pad electrode, the area of ​​the portion formed on the interface between the conductive oxide film and the p-type layer is not more than 50% of the area of ​​the positive pad electrode, the ( GaN-based LED element according to 1).
(3)前記正パッド電極のうち、前記p型層と前記導電性酸化物膜との界面の上に形成された部分の面積が、当該正パッド電極の面積の25%以下である、前記(2)に記載のGaN系LED素子。 (3) said of the positive pad electrode, the area of ​​the portion formed on the interface between the conductive oxide film and the p-type layer is less than or equal to 25% of the area of ​​the positive pad electrode, the ( GaN-based LED element according to 2).
(4)前記正パッド電極のうち、前記p型層と前記導電性酸化物膜との界面の上に形成された部分の面積が、当該正パッド電極の面積の10%以下である、前記(3)に記載のGaN系LED素子。 (4) said of the positive pad electrode, the area of ​​the portion formed on the interface between the conductive oxide film and the p-type layer is less than 10% of the area of ​​the positive pad electrode, the ( GaN-based LED element according to 3).
(5)前記正パッド電極が、電極接続材料を接合するための本体部と、該本体部から突き出した突出部とから構成されており、前記正パッド電極の突出部のみが、前記p型層と前記導電性酸化物膜との界面の上に形成されている、前記(1)〜(4)のいずれかに記載のGaN系LED素子。 (5) the positive pad electrode, and a main body portion for joining the electrode connecting material, which is composed of a protruding portion that protrudes from the body portion, wherein only the projecting portions of the positive pad electrode, the p-type layer and said is formed on the interface between the conductive oxide film, GaN-based LED element according to any one of (1) to (4).
(6) (6)
前記導電性酸化物膜の上に前記絶縁膜が重なった部分を有する、前記(1)〜(5)のいずれかに記載のGaN系LED素子。 Wherein the insulating film on the conductive oxide film having the overlapping portion, GaN-based LED element according to any one of (1) to (5).
(7)前記導電性酸化物膜が、Zn、In、SnおよびMgから選ばれる少なくともひとつの元素を含む酸化物で形成されている、前記(1)〜(6)のいずれかに記載のGaN系LED素子。 (7) the conductive oxide film, Zn, In, is formed of an oxide containing at least one element selected from Sn and Mg, GaN according to any one of (1) to (6) system LED element.
(8)前記正パッド電極が、Al、Agまたは白金族元素を主成分とする反射層を有する、前記(1)〜(7)のいずれかに記載のGaN系LED素子。 (8) the positive pad electrode, Al, having a reflective layer mainly composed of Ag or a platinum group element, GaN-based LED element according to any one of (1) to (7).
(9)前記正パッド電極の面積が前記p型層の上面の面積の30%未満である、前記(1)〜(8)のいずれかに記載のGaN系LED素子。 (9) The area of ​​the positive pad electrode is less than 30% of the area of ​​the upper surface of the p-type layer, GaN-based LED element according to any one of (1) to (8).
(10)前記基板が透光性を有する基板である、前記(1)〜(9)のいずれかに記載のGaN系LED素子。 (10) wherein the substrate is a substrate having translucency, GaN-based LED element according to any one of (1) to (9).
(11)前記基板が金属材料からなる基板である、前記(1)〜(9)のいずれかに記載のGaN系LED素子。 (11) wherein the substrate is a substrate made of a metallic material, GaN-based LED element according to any one of (1) to (9).
(12)請求項10に記載のGaN系LED素子をフリップチップ実装してなる発光装置。 (12) formed by flip-chip mounting the GaN-based LED element according to claim 10 emitting device.

本発明の実施形態に係るGaN系LED素子は、発光出力に優れたものとなるので、照明用途をはじめとする、高出力が要求される用途において、好適に用いることができる。 GaN-based LED element according to an embodiment of the present invention, since excellent in light emission output, and other lighting applications, in applications where high output is required, can be suitably used.

本発明を説明する際に、GaN系LED素子を構成する部材が透光性である、あるいは、透光性を有しているという場合には、当該GaN系LED素子に通電したときに発光層から放出される光に対して、当該部材が透過性を示すことを意味する。 In describing the present invention, the members constituting the GaN-based LED element is translucent or a light-emitting layer when the case that has a light-transmitting property, a current is passed to the GaN-based LED element to the light emitted from the member is meant to indicate a transparency. 透光性は、透過率が100%であることを意味するものではないし、また、曇りなく透き通っていることを意味するものでもない。 Translucency, to transmittance does not mean that 100%, nor does it mean that the clear without cloudiness.

本発明の好適な実施形態に係るGaN系LED素子は、基板と、該基板上に形成された複数のGaN系半導体層からなる半導体積層体とを有し、該半導体積層体には、前記基板から最も離れた位置に配置されたp型層と、該p型層と前記基板との間に配置された発光層と、前記p型層とで前記発光層を挟むように配置されたn型層とが含まれており、前記p型層の上に、透光性の導電性酸化物膜と、該導電性酸化物膜と電気的に接続した正パッド電極とが形成されているGaN系LED素子であって、前記正パッド電極の一部が前記導電性酸化物膜の上に形成されており、前記正パッド電極の残りの部分と前記p型層とが透光性の絶縁膜によって隔てられている、という特徴的な構成を有している。 GaN-based LED element according to a preferred embodiment of the present invention includes a substrate, and a semiconductor laminate composed of a plurality of GaN-based semiconductor layer formed on the substrate, the said semiconductor stack, the substrate a p-type layer arranged farthest from a light emitting layer disposed between the substrate and the p-type layer, the light-emitting layer arranged n-type so as to sandwich between the p-type layer It is included and the layer, on the p-type layer, GaN system and the transparent conductive oxide film, and a conductive oxide film and electrically connected positive pad electrode is formed an LED element, the part of the positive pad electrode is formed on the conductive oxide film, by the remaining portion and the p-type layer and the light-transmissive insulating layer of the positive pad electrode It is separated, and has a characteristic structure referred. かかる構成を有するGaN系LED素子の構造例を図1および図2に示す。 The structure of GaN-based LED element having such a configuration shown in FIGS. 図1(a)はLED素子をGaN系半導体層の積層体が形成された側から見た平面図であり、図1(b)は、図1(a)のX−X線の位置における断面図であり、図2は、図1(a)のY−Y線の位置における断面図である。 1 (a) is a plan view of the LED elements from the side on which the laminated body is formed of a GaN-based semiconductor layer, FIG. 1 (b), cross section taken along the line X-X in FIGS. 1 (a) a diagram, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line Y-Y in FIG. 1 (a). なお、図1(a)では、後述するように、透光性の絶縁膜の図示を省略している。 In FIG. 1 (a), as will be described later, are omitted transparent insulating film.

GaN系LED素子100は、図1(b)および図2に断面図を示すように、基板101と、その上に形成された複数のGaN系半導体からなる半導体積層体102とを有している。 GaN-based LED element 100, as shown in the sectional view of FIG. 1 (b) and FIG. 2, has a substrate 101, a semiconductor stack 102 comprising a plurality of GaN-based semiconductor formed thereon . この半導体積層体102には、基板101側から順に、n型層102−1と、発光層102−2と、p型層102−3とが含まれている。 This semiconductor laminate 102, in order from the substrate 101 side, the n-type layer 102-1, and the light emitting layer 102-2 includes a p-type layer 102-3. 部分的に露出したn型層102−1の表面には、オーミック電極であり、かつパッド電極を兼用する、負電極103が形成されている。 The partially exposed surface of the n-type layer 102-1, an ohmic electrode, and also serves as a pad electrode, and negative electrode 103 are formed. p型層102−3の上には、オーミック電極である透光性の導電性酸化物膜104と、この導電性酸化物膜104と電気的に接続した正パッド電極106が形成されている。 On top of the p-type layer 102-3, and transparent conductive oxide film 104 is an ohmic electrode, the conductive oxide film 104 and the positive pad electrode 106 is electrically connected is formed. 正パッド電極106は、図1(a)に示すように、電極接続材料を接合するための円形の本体部106aと、該本体部106aからY−Y線に平行な方向に突き出した2つの突出部106bとを有しており、その突出部106bの一部分が導電性酸化物膜104の上に形成されている(図2に示すBの部分)。 Positive pad electrode 106, as shown in FIG. 1 (a), a circular body portion 106a for joining the electrode connection material, projecting from the body portion 106a of the two projecting in a direction parallel to the line Y-Y It has a section 106b, a portion of the projecting portion 106b is formed on the conductive oxide film 104 (the portion of the B shown in FIG. 2). 正パッド電極106のその他の部分とp型層102−3との間は、透光性の絶縁膜105によって隔てられている(図2に示すAの部分)。 Between the other portion and the p-type layer 102-3 of the positive pad electrode 106 are separated by a transparent insulating film 105 (portion A shown in FIG. 2). 図1(b)および図2に示すように、この絶縁膜105は、その一部が、正パッド電極106とp型層102−3とを隔てる膜となっており、他の一部は、導電性酸化物膜104の表面や半導体積層体102の露出面を覆う保護膜となっている。 As shown in FIG. 1 (b) and 2, the insulating film 105 is partially, has a film for separating the positive pad electrode 106 and the p-type layer 102-3, the other part, It has a protective film covering the exposed surface of the surface and the semiconductor stack 102 of the conductive oxide film 104. なお、図1(a)では、分かり易さのために、絶縁膜105の図示を省略している。 In FIG. 1 (a), for easy understanding of, it is not illustrated insulating film 105. 絶縁膜105は、正パッド電極の突出部106aと導電性酸化物膜104との間に挟まれた部分に開口部(貫通孔)105aを有しており、この開口部を通して正パッド電極106と導電性酸化物膜104とは直に接している。 Insulating film 105 has an opening (through hole) 105a at a portion held between the protruding portion 106a and the conductive oxide film 104 of the positive pad electrode, and the positive pad electrode 106 through the opening in direct contact with the conductive oxide film 104. この接触によって、正パッド電極106と導電性酸化物膜104との電気的な接続が達成されている。 This contact, electrical connection between the positive pad electrode 106 and the conductive oxide film 104 is achieved.

GaN系LED素子100を用いて発光装置を構成する場合、LED素子の半導体積層体102側の面が発光装置の光取出し方向を向くように、GaN系LED素子100を基板、スラグ、リードフレーム、ユニット基板などの実装基材の表面上に固定することができる。 When forming the light emitting device using a GaN-based LED element 100, so as to face the light extraction direction of the semiconductor stack 102-side surface light emitting device of the LED element, the substrate and the GaN-based LED element 100, slag, lead frame, it can be immobilized on the surface of the mounting substrate, such as a unit substrate. また、基板101が透光性基板である場合には、LED素子の基板101側の面が発光装置の光取出し方向を向くように、GaN系LED素子100を実装基材の表面上に固定することもできる。 The substrate 101 in the case of the translucent substrate, as the surface of the substrate 101 side of the LED element faces the light extraction direction of the light emitting device to fix the GaN-based LED element 100 on the surface of the mounting substrate it is also possible. 後者の実装形態をフリップチップ実装という。 The latter implementation is called flip chip mounting.

GaN系LED素子100では、正パッド電極106の一部分(突出部106bの一部)だけが導電性酸化物膜104の上に形成されており、該正パッド電極のその他の部分とp型層102−3との間は透光性の絶縁膜105によって隔てられているので、正パッド電極106の直下(とりわけ、本体部106aの直下)では、発光層102−2への電流の供給が不十分となる結果、光の発生が抑制される。 In the GaN-based LED element 100, and only a portion of the positive pad electrode 106 (a portion of the protrusion 106b) is formed on the conductive oxide film 104, the other portion and the p-type layer of the positive pad electrode 102 since between -3 are separated by transparent insulation film 105, directly below the positive pad electrode 106 (particularly, immediately below the main body portion 106a) in the supply of current to the light emitting layer 102-2 insufficient become a result, generation of light is suppressed. 正パッド電極の直下で発生する光は、正パッド電極による吸収を強く受けることになるが、GaN系LED素子100では、この光の発生を予め抑えること(この光の発生に費やされる電流を削減すること)によって、損失を減らし、発光出力を改善しているわけである。 Light generated immediately below the positive pad electrode is reduced but will undergo strong absorption by the positive pad electrode, the GaN-based LED element 100, the current consumed to suppress the generation of the light in advance (the generation of the light by which it), reduce loss, is not have improved emission output. このような、正パッド電極により吸収され易い光の発生を予め抑えることによる出力の改善効果は、とりわけ、GaN系LED素子100をフリップチップ実装した発光装置を構成したときに、顕著に現れることになる。 Such improvement in output due to suppress advance the occurrence of the absorbed easily light by the positive pad electrode, among other things, when forming the light emitting device is flip-chip mounted GaN-based LED element 100, to be noticeable Become.

GaN系LED素子100を、その半導体積層体102側の面が光取出し方向を向くように構成した発光装置において、正パッド電極106の直下での光の発生を抑制することによる出力改善効果が現れることは明らかである。 The GaN-based LED element 100, in the configuration with the light emitting device so as to face the surface light extraction direction of the semiconductor stacked body 102 side, the output improving effect by inhibiting the generation of light directly under the positive pad electrode 106 appears it is clear. かかる発光装置においては、正パッド電極106の直下で発生する光は、当該正パッド電極によって、吸収だけではなく、遮蔽も受けるために、光取出し方向側に効率的に取出すことができない。 In such a light emitting device, light generated immediately below the positive pad electrode 106, the by the positive pad electrode, not absorbed only in order to receive also shielding can not be efficiently taken out to the light extraction direction. よって、このような光の発生を予め抑えることによって得られる損失低減の効果が、明確に現れることになる。 Thus, loss reduction effect obtained by suppressing the generation of such light in advance, will clearly appear that.

また、GaN系LED素子100では、正パッド電極106の下面が直接p型層102−3の表面に接していないために、発光層102−2で発生した後、半導体積層体102内を層方向に伝播する光が、正パッド電極106により吸収され難くなっている。 Furthermore, the GaN-based LED element 100, to the lower surface of the positive pad electrode 106 is not in contact with the surface of the p-type layer 102-3 directly after generated in the light emitting layer 102-2, a layer direction of the semiconductor laminate 102 light propagating in has become difficult to be absorbed by the positive pad electrode 106. この効果は、p型層と正パッド電極とを隔てる絶縁膜の膜厚が大きいほど、また、この絶縁膜の屈折率が低いほど、顕著となる。 This effect, as the thickness of the insulating film separating the p-type layer and the positive pad electrode is larger or as the refractive index of the insulating film is low, becomes remarkable. よって、この絶縁膜の膜厚は、例えば、0.05μm〜3μmとすることができるが、好ましくは0.1μm以上であり、より好ましくは0.3μm以上であり、更に好ましくは0.5μm以上である。 Therefore, the thickness of the insulating film, for example, can be a 0.05Myuemu~3myuemu, preferably at 0.1μm or more, more preferably 0.3μm or more, more preferably at least 0.5μm it is. また、この絶縁膜の好ましい材料としては、フッ化マグネシウム、フッ化リチウムなどの金属フッ化物、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、スピネルなどの金属酸化物が例示される。 Further, the preferred materials of the insulating film, magnesium fluoride, metal fluorides such as lithium fluoride, silicon oxide, aluminum oxide, metal oxides such as spinel, and the like. この絶縁膜は多層膜構造とすることもできる。 The insulating film may be a multilayer structure.

正パッド電極106から供給される電流は、導電性酸化物膜104を通してp型層102−3に流れることから、発光が生じるのは、発光層102−2の中でも、主として、p型層102−3と導電性酸化物膜104との界面の下方に位置する部分となる。 The current supplied from the positive pad electrode 106, since the flow in the p-type layer 102-3 through the conductive oxide film 104, the light is emitted, among light-emitting layer 102-2, primarily, p-type layer 102 and a 3 and a portion located below the interface between the conductive oxide film 104. よって、正パッド電極106による光の吸収および/または遮蔽に起因する出力の低下を防止するためには、該正パッド電極のうち、この界面の上方に位置する部分の面積を、できるだけ小さくすることが望ましい。 Therefore, in order to prevent a decrease in output due to the absorption and / or shielding of light by the positive pad electrode 106 of the positive pad electrodes, that the area of ​​the portion located above the surface, as small as possible It is desirable 具体的には、正パッド電極106のうち、p型層102−3と導電性酸化物膜104との界面の上に形成する部分の面積の、当該正パッド電極の面積に対する比率を、好ましくは50%以下、より好ましくは25%以下、更に好ましくは10%以下とする。 Specifically, of the positive pad electrode 106, the area of ​​a portion formed on the interface between the p-type layer 102-3 and the conductive oxide film 104, the ratio of the area of ​​the positive pad electrode, preferably 50% or less, more preferably 25% or less, more preferably 10% or less. また、正パッド電極106の面積そのものもできる限り小さくすることが望ましく、正パッド電極106の面積の、p型層102−3の上面の面積に対する比率は、好ましくは30%以下であり、より好ましくは20%以下であり、更に好ましくは10%以下である。 Further, it is desirable to reduce as much as possible the area itself of the positive pad electrode 106, the area of ​​the positive pad electrode 106, the ratio of the area of ​​the upper surface of the p-type layer 102-3 is preferably 30% or less, more preferably it is 20% or less, more preferably 10% or less. とする。 To. なお、ここでいう正パッド電極の面積とは、LED素子を平面視したとき(半導体積層体の上方から見たとき)の面積のことである。 Note that the area of ​​the positive pad electrode here means the area when (when viewed from above the semiconductor stack) to the LED element in a plan view.

GaN系LED素子100では、導電性酸化物膜104の表面などを覆う保護膜と、p型層102−3と正パッド電極106の一部とを隔てる絶縁膜とが、一体となっているが、かかる構成は必須ではない。 In the GaN-based LED element 100, and a protective film covering the like surface of the conductive oxide film 104, an insulating film separating the part of the p-type layer 102-3 positive pad electrode 106, but are integrated , such a configuration is not essential. p型層と正パッド電極とを隔てる絶縁膜と、素子表面を保護するために設ける絶縁膜とは、別個に形成してもよく、また、その膜厚、材料、膜構造などが相違していてもよい。 An insulating film that separates the p-type layer and the positive pad electrode and the insulating film provided for protecting the device surface may be formed separately, also its thickness, material, such as a membrane structure is not different from it may be.

負電極、導電性酸化物膜、正パッド電極の平面形状や平面配置は、種々変形することができる。 Negative electrode, the conductive oxide film, the planar shape and plane configuration of the positive pad electrode can be variously modified. 例えば、図3に示すように、正パッド電極106は曲がった突出部106bを備えた形状とすることができる。 For example, as shown in FIG. 3, the positive pad electrode 106 may be a shape with a protruding portion 106b bent. 図4に示すように、正パッド電極は突出部106bをひとつだけ有する形状であってもよい。 As shown in FIG. 4, the positive pad electrode may have a shape having only one protrusion 106b. この図4の例では、正パッド電極の本体部106aが、方形のLED素子面の角の部分に配置されている。 In the example of FIG. 4, the main body portion 106a of the positive pad electrode is disposed on the corners of the LED element surface of the square. 図5に示すように、方形のLED素子面の角の部分に正パッド電極の本体部106aを配置し、2つの突出部106bを、相互に直交する方向に突き出すように形成してもよい。 As shown in FIG. 5, the main body portion 106a of the positive pad electrodes on the corners of the LED element surface of the square are arranged, two protrusions 106b, may be formed so as to project in a direction perpendicular to each other. この図5の例では、負電極103も、方形のLED素子面の角の部分に配置されている。 In the example of FIG. 5, the negative electrode 103 are also arranged in the corners of the LED element surface of the square. なお、図3〜図5では、分かり易くするために、絶縁膜の図示を省略しているが、いずれの例においても、正パッド電極106のうち、導電性酸化物膜104の上に形成された部分以外の部分と、p型層102−3との間は、透光性の絶縁膜で隔てられている。 In 3-5, for clarity, although not shown in the insulating film, in each of the examples, of the positive pad electrode 106 is formed on the conductive oxide film 104 and other portions moiety, between the p-type layer 102-3 are separated by a transparent insulating film.

正パッド電極を本体部と突出部とから構成することによって、外部電極から正パッド電極の本体部に供給される電流を、突出部を通してLED素子の面方向に効率的に拡散させることができる。 By the positive pad electrode composed of a and the protrusion main body portion, it can be a current supplied from the external electrode to the body portion of the positive pad electrode, thereby efficiently diffused in the surface direction of the LED element through the projecting portion. ここで、突出部は本体部に比べて形状が細長いことから、突出部による吸収や遮蔽がLED素子の出力に与える影響は、本体部のそれに比べて小さい。 Here, the protrusion since elongated shape compared to the body portion, the effect of absorbing and shielding by protrusions on the output of the LED elements, smaller than that of the body portion. 従って、図1〜図5に示す各例のように、正パッド電極の突出部のみが、p型層と導電性酸化物膜の界面上に位置するように、正パッド電極を形成することにより、好ましい出力改善効果を得ることができる。 Therefore, as in the examples shown in FIGS. 1 to 5, by only projecting portions of the positive pad electrode is to be located on the interface of the p-type layer and the conductive oxide film, to form a positive pad electrode , it is possible to obtain a desirable output improvement.

図6に示すように、正パッド電極が突出部を有さないように構成することもできる。 As shown in FIG. 6, the positive pad electrode may also be configured such that it has no protruding portion. 図6(a)はLED素子をGaN系半導体層の積層体が形成された側から見た平面図であり、図6(b)は図6(a)のY−Y線の位置における断面図である。 6 (a) is a plan view of the LED elements from the side on which the laminated body is formed of a GaN-based semiconductor layer, cross-sectional view taken along line Y-Y in FIG. 6 (b) FIGS. 6 (a) it is. 図6(a)に示すように、この例では、導電性酸化物膜104が、円形の正パッド電極106の下に入り込むように形成された接点形成部104aを有しており、図6(b)に示すように、この接点形成部104aと正パッド電極106とが、透光性の絶縁膜105に設けられた開口部(貫通孔)105aを通して接している。 As shown in FIG. 6 (a), in this example, the conductive oxide film 104 has a contact forming portion 104a formed so as to enter the lower circular positive pad electrode 106, FIG. 6 ( as shown in b), and the contact forming portion 104a and the positive pad electrode 106 is in contact through an opening provided in the light-transmitting insulating film 105 (through holes) 105a. なお、図6(a)では、分かり易くするために、絶縁膜105の図示を省略している。 In FIG. 6 (a), for clarity, are not shown in the insulating film 105.

絶縁膜105に形成する開口部105aの平面形状は、特に限定されない。 The planar shape of the opening 105a formed in an insulating film 105 is not particularly limited. 開口部105aの面積は、正パッド電極106と導電性酸化物膜104との接触面積に影響する。 Area of ​​the opening 105a affects the contact area between the positive pad electrode 106 and the conductive oxide film 104. この接触面積を小さくし過ぎると、正パッド電極106と導電性酸化物膜104との接触抵抗が大きくなる。 When the contact area is too small, the contact resistance between the positive pad electrode 106 and the conductive oxide film 104 is increased. よって、開口部105aの面積は、正パッド電極106と導電性酸化物膜104との接触抵抗に起因して、GaN系LED素子100の動作電圧(順方向電圧)が実用上問題となるほど上昇することのないように、設定する。 Therefore, the area of ​​the opening 105a, due to the contact resistance between the positive pad electrode 106 and the conductive oxide film 104, increases as the operating voltage of the GaN-based LED element 100 (forward voltage) is a practical problem so as not to set.

図7に示すように、p型層102−3上に絶縁膜105を先に形成し、その上から導電性酸化物膜104を形成してもよい。 As shown in FIG. 7, an insulating film 105 on the p-type layer 102-3 is formed first, it may be formed a conductive oxide film 104 thereon. ここで、図7(a)はLED素子をGaN系半導体層の積層体が形成された側から見た平面図であり、図7(b)は、図7(a)のX−X線の位置における断面図である。 Here, FIG. 7 (a) is a plan view of the LED elements from the side on which the laminated body is formed of a GaN-based semiconductor layer, FIG. 7 (b), the line X-X in FIGS. 7 (a) is a cross-sectional view taken along. 図7(b)に示すように、導電性酸化物膜104は、絶縁膜105上を覆う部分に開口部104bを有している。 As shown in FIG. 7 (b), the conductive oxide film 104 has an opening 104b in a portion covering the insulating film 105. 図7(a)では、正パッド電極106の下に隠れた該開口部104bの輪郭を、破線で示している。 In FIG. 7 (a), the contour of the opening 104b hidden under the positive pad electrode 106 is indicated by broken lines. 正パッド電極106は、その縁部が導電性酸化物膜104の上(開口部104bに隣接する部分の上)に形成されており、正パッド電極106のその他の部分とp型層102−3との間は、絶縁膜105によって隔てられている。 Positive pad electrode 106, the upper edge portion of the conductive oxide film 104 is formed on (on the part adjacent to the opening 104b), the other portion and the p-type layer of the positive pad electrode 106 102-3 between it is separated by the insulating film 105. この図7に示すGaN系LED素子では、正パッド電極106の全体が、p型層102−3と絶縁膜105との界面の上に形成されている。 The GaN-based LED element shown in FIG. 7, the whole of the positive pad electrode 106 is formed on the interface between the p-type layer 102-3 and the insulating film 105. すなわち、正パッド電極106が、p型層102−3と導電性酸化物膜104との界面の上に形成された部分を全く有していない。 That is, the positive pad electrode 106, does not have any portions formed on the interface between the p-type layer 102-3 and the conductive oxide film 104. よって、正パッド電極106による光の吸収および/または遮蔽に起因する出力の低下が、極めて効果的に抑制される。 Thus, reduction in output due to the absorption and / or shielding of light by the positive pad electrode 106 is very effectively suppressed. また、導電性酸化物膜は絶縁膜よりバンドギャップが小さいことから、一般に、絶縁膜よりも光吸収性が大きいが、図7のLED素子では導電性酸化物膜104の一部を除去して開口部104bを設けているので、この開口部を設けないLED素子と比べて発光出力が改善される。 The conductive oxide film since a smaller band gap than the insulating film, in general, is large light absorption than that of the insulating film, the LED device of Figure 7 by removing part of the conductive oxide film 104 since the opening 104b is provided, the light emitting output is improved in comparison with the LED elements without the opening.

p型層上に導電性酸化物膜および絶縁膜を形成する順序についていうと、より好ましくは、図1に示す例のように、導電性酸化物膜を絶縁膜よりも先に形成する。 With respect to the order of forming the conductive oxide film and the insulating film on the p-type layer, more preferably, as in the example shown in FIG. 1, a conductive oxide film is formed before the insulating film. その理由は、製造プロセスの早い段階で導電性酸化物膜の形成を行うことにより、導電性酸化物膜を形成する工程の前に、p型層の表面がダメージを受ける確率を下げることができるからである。 This is because, by forming a conductive oxide film early in the manufacturing process steps, before the step of forming a conductive oxide film, the surface of the p-type layer can be reduced the probability of damage it is from. p型層の表面がダメージを受けると、該p型層と導電性酸化物膜との接触抵抗が増加する。 When the surface of the p-type layer is damaged, the contact resistance between the p-type layer and the conductive oxide film is increased. この接触抵抗はLED素子の動作電圧(順方向電圧)に大きく影響する。 The contact resistance significantly affects the operating voltage of the LED elements (a forward voltage). また、p型層の表面がダメージを受けることにより、該p型層と導電性酸化物膜との接触抵抗の面内均一性が低下した場合には、半導体積層体102に電流が均一に注入されなくなる結果、活性層における発光強度の面内均一性が低下する。 Further, by the surface of the p-type layer is damaged, when the in-plane uniformity of the contact resistance between the p-type layer and the conductive oxide film is lowered, current is uniformly injected into the semiconductor stack 102 It is not a result, the in-plane uniformity of the emission intensity in the active layer decreases.

図8に示すように、正パッド電極106の一部に、下側パッド電極層106−1と上側パッド電極層106−2とからなる2層構造部を設け、下側パッド電極層106−1と上側パッド電極層106−2との間に、絶縁膜105の一部を挟んだ構成とすることもできる。 As shown in FIG. 8, a part of the positive pad electrode 106 is provided with a two-layer structure consisting of the lower pad electrode layer 106-1 and the upper pad electrode layer 106-2 Prefecture, lower pad electrode layer 106-1 and between the upper pad electrode layer 106-2 may be configured to sandwich a part of the insulating film 105. 絶縁膜105は、下側パッド電極層106−1と上側パッド電極層106−2との間に挟まれた部分に開口部105aを有しており、この開口部を通して、下側パッド電極層106−1と上側パッド電極層106−2とが接触している。 Insulating film 105 has an opening 105a at a portion held between the lower pad electrode layer 106-1 and the upper pad electrode layer 106-2, through this opening, the lower pad electrode layer 106 -1 and the upper pad electrode layer 106-2 is in contact. 下側パッド電極層106−1の膜厚は、例えば、0.001μm〜0.2μmとすることができる。 The film thickness of the lower pad electrode layer 106-1, for example, be a 0.001Myuemu~0.2Myuemu.

図9は、導電性基板を用いたGaN系LED素子の例を示すもので、図9(a)はLED素子をGaN系半導体層の積層体が形成された側から見た平面図であり、図9(b)は図9(a)のX−X線の位置における断面図である。 Figure 9 shows an example of a GaN-based LED element using a conductive substrate, 9 (a) is a plan view of the LED elements from the side on which the laminated body is formed of a GaN-based semiconductor layer, 9 (b) is a cross-sectional view taken along line X-X in FIG. 9 (a). GaN系LED素子200は、図9(b)に断面図を示すように、基板201と、その上に形成された複数のGaN系半導体層からなる半導体積層体202とを有している。 GaN-based LED element 200, as shown in the sectional view in FIG. 9 (b), has a substrate 201, a semiconductor stacked body 202 comprising a plurality of GaN-based semiconductor layer formed thereon. 半導体積層体202には、基板201側から順に、n型層202−1と、発光層202−2と、p型層202−3とが含まれている。 A semiconductor stacked body 202 includes, in order from the substrate 201 side, the n-type layer 202-1, and the light emitting layer 202-2 includes a p-type layer 202-3. 基板201の裏面には負電極203が形成されている。 The back surface of the substrate 201 are negative electrode 203 is formed. p型層202−3上には、オーミック電極である透光性の導電性酸化物膜204と、この導電性酸化物膜204と電気的に接続した正パッド電極206が形成されている。 On the p-type layer 202-3, a transparent conductive oxide film 204 is an ohmic electrode, the conductive oxide film 204 and the positive pad electrode 206 is electrically connected is formed. 図9(a)に示すように、正パッド電極206は、電極接続材料を接合するための円形の本体部206aと、そこから突き出した4つの突出部206bとを有しており、その突出部206bが導電性酸化物膜204の上に形成されている(図9(b)に示すBの部分)。 As shown in FIG. 9 (a), the positive pad electrode 206 includes a circular body portion 206a for joining the electrode connecting material, has four protrusions 206b protruding therefrom, the projecting portions 206b is formed on the conductive oxide film 204 (the portion of the B shown in FIG. 9 (b)). 正パッド電極206のその他の部分とp型層202−3との間は、透光性の絶縁膜205によって隔てられている(図9(b)に示すAの部分)。 Between the other portion and the p-type layer 202-3 of the positive pad electrode 206 are separated by a transparent insulating film 205 (portion A shown in FIG. 9 (b)). この例では、正パッド電極206が、下側パッド電極層206−1と上側パッド電極層206−2とからなる積層構造を有しており、突出部206bは下側パッド電極層206−1のみに設けられている。 In this example, the positive pad electrode 206 has a laminated structure comprising a lower pad electrode layer 206-1 and the upper pad electrode layer 206-2 Prefecture, protrusion 206b is only the lower pad electrode layer 206-1 It is provided to. 絶縁膜205は、その一部が、正パッド電極206とp型層202−3とを隔てる膜となっており、他の一部は、導電性酸化物膜204の表面や半導体積層体202の露出面を覆う保護膜となっている。 Insulating film 205 is partially, has a film for separating the positive pad electrode 206 and the p-type layer 202-3, the other part, the conductive oxide film 204 surface and semiconductor laminate 202 It has a protective film covering the exposed surface. なお、図9(a)では、分かり易さのために、絶縁膜205の図示を省略している。 In FIG. 9 (a), for easy understanding of, it is omitted insulating film 205. 絶縁膜205は、正パッド電極の突出部206bと導電性酸化物膜204との間に挟まれた部分に開口部(貫通孔)205aを有しており、この開口部を通して正パッド電極206と導電性酸化物膜204とが直に接している。 Insulating film 205 has an opening (through hole) 205a at a portion held between the protruding portion 206b and the conductive oxide film 204 of the positive pad electrode, and the positive pad electrode 206 through the opening conductive and oxide film 204 are in direct contact. この接触によって、正パッド電極206と導電性酸化物膜204との電気的な接続が達成されている。 This contact, electrical connection between the positive pad electrode 206 and the conductive oxide film 204 is achieved.

次に、GaN系LED素子100の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the GaN-based LED element 100.
GaN系LED素子100は、基板101の上に、MOVPE法(有機金属化合物気相成長法)、MBE法(分子ビームエピタキシー法)、HVPE法(ハイドライド気相成長法)などを用いてGaN系半導体結晶をエピタキシャル成長させて、半導体積層体102を形成することにより、製造することができる。 GaN-based LED element 100 on the substrate 101, MOVPE method (metal organic vapor phase epitaxy), MBE method (molecular beam epitaxy method), HVPE method GaN-based semiconductor using (hydride vapor phase epitaxy) etc. the crystals were epitaxially grown, by forming a semiconductor stacked body 102 can be manufactured. この場合には、基板101として、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、ケイ素、GaN系半導体(GaN、AlGaNなど)、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、LGO、NGO、LAO、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタンなどの材料からなる結晶基板(単結晶基板、テンプレート)を、好ましく用いることができる。 In this case, as the substrate 101, sapphire, spinel, silicon carbide, silicon, GaN-based semiconductor (GaN, AlGaN, etc.), gallium arsenide, gallium phosphide, gallium oxide, zinc oxide, LGO, NGOs, LAO, boride zirconium, the crystal substrate made of a material such as titanium boride (single crystal substrate, a template) can be preferably used. 透光性の基板としては、発光層102−2から放出される光の波長に応じて、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、GaN系半導体、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、LGO、NGO、LAOなどから選択される材料で構成される基板を、好ましく用いることができる。 The light-transmitting substrate, according to the wavelength of the light emitted from the light emitting layer 102-2, sapphire, spinel, silicon carbide, GaN-based semiconductor, gallium phosphide, gallium oxide, zinc oxide, LGO, NGOs, LAO the substrate made of a material selected from the like can be used preferably. また、導電性の基板としては、炭化ケイ素、ケイ素、GaN系半導体、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウムなどからなる基板を、好ましく用いることができる。 As the conductive substrate, silicon carbide, silicon, GaN-based semiconductor, gallium arsenide, gallium phosphide, gallium oxide, zinc oxide, titanium boride, a substrate made of zirconium boride, can be preferably used . 基板101の上にGaN系半導体結晶をエピタキシャル成長させるにあたっては、バッファ層技術を用いることが推奨される。 In the epitaxial growth of GaN-based semiconductor crystal on the substrate 101, it is recommended to use a buffer layer technology. 好ましいバッファ層として、GaN系半導体で形成する低温バッファ層や高温バッファ層が例示される。 Preferred buffer layer, the low-temperature buffer layer or high-temperature buffer layer formed of GaN-based semiconductors are exemplified. GaN系半導体結晶のラテラル成長を発生させるために、基板101の表面に酸化ケイ素などからなるマスクを部分的に形成したり、あるいは、基板101の表面を凹凸状に加工するといったことは、任意に行うことができる。 In order to generate the lateral growth of GaN-based semiconductor crystal, or a mask made of silicon oxide on the surface of the substrate 101 partially or things like processing the surface of the substrate 101 uneven, the optionally It can be carried out.

基板101上にGaN系半導体からなる半導体積層体102を形成する他の方法として、成長用基板の上にエピタキシャル成長法によりn型層102−1、発光層102−2、p型層102−3をこの順に形成して半導体積層体102を得た後、エッチング、研削、研磨、レーザリフトオフなどの方法を用いて、該半導体積層体102から成長用基板を取り除き、露出したn型層102−1の表面に、別途準備した基板101を貼り合わせる方法を用いることができる。 As another method of forming a semiconductor stacked body 102 formed of GaN-based semiconductor on the substrate 101, n-type layer by epitaxial growth on a growth substrate 102-1, light emitting layer 102-2, a p-type layer 102-3 after obtaining the semiconductor laminate 102 formed in this order, etching, grinding, polishing, using methods such as laser lift-off, removing the growth substrate from the semiconductor stack 102, the exposed n-type layer 102-1 on the surface, it is possible to use a method of bonding a substrate 101 which is separately prepared. あるいは、同様の方法で半導体積層体102を形成し、成長用基板を取り除いた後、露出したn型層102−1の表面にシード層を形成したうえで、電解メッキまたは無電解メッキによって金属層を50μm以上の厚さに堆積させ、該金属層を基板101とする方法も採用可能である。 Alternatively, to form a semiconductor stack 102 in a similar manner, after removing the growth substrate, after forming a seed layer on the exposed surface of the n-type layer 102-1, the metal layer by electrolytic plating or electroless plating It was deposited on the above 50μm thickness, a method in which the metal layer and the substrate 101 can also be employed. これらの方法では、成長用基板として、上記例示した結晶基板を好ましく用いることができる。 In these methods, the growth substrate can be preferably used the above exemplified crystal substrate. n型層102−1の表面に貼り合わせることのできる基板の種類や、貼り合わせの方法に限定はなく、従来公知の技術を適宜参照して決定することができる。 Type of the substrate that can be attached to the surface of the n-type layer 102-1, limited to bonding methods are not, can be determined with reference conventionally known techniques as appropriate. 具体的には、基板の種類として、上記例示した結晶基板や、金属基板、ガラス基板などが例示される。 Specifically, as the type of substrate, and crystal substrates exemplified above, a metal substrate, such as a glass substrate is exemplified. 貼り合わせの方法としては、導電性接着剤(導電ペースト、ろう材)を用いる方法、絶縁性接着剤を用いる方法、ダイレクトウェハボンディングなどが例示される。 The bonding method, a conductive adhesive (conductive paste, brazing material) method using a method of using an insulating adhesive, and direct wafer bonding are exemplified. 基板101をメッキ法を用いて形成する場合には、その材料として、Au(金)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Ag(銀)などが好ましく例示される。 When forming the substrate 101 using a plating method, as a material, Au (gold), Ni (nickel), Cu (copper), such as Ag (silver) is preferably exemplified.

n型層102−1の形成時には、Si、Geなどのn型不純物を添加することが好ましい。 In the formation of the n-type layer 102-1, Si, it is preferable to add an n-type impurity such as Ge. また、p型層102−3の形成時には、Mg、Znなどのp型不純物を添加することが好ましい。 Further, at the time of forming the p-type layer 102-3, Mg, it is preferable to add a p-type impurity such as Zn. p型層102−3の形成後、添加したp型不純物の活性化を促進させるために、アニーリング処理、電子線照射処理などを行うことができる。 After formation of the p-type layer 102-3, in order to promote the activation of the added p-type impurity, it is possible to perform annealing treatment, and electron beam irradiation treatment. 発光層102−2は、その導電型により限定されるものではなく、例えば、不純物無添加の層であってもよいし、不純物の添加によってn型またはp型の導電性を付与した層であってもよいし、n型層とp型層が混在した積層体であってもよい。 Emitting layer 102-2 is not intended to be limited by its conductivity type, for example, may be a layer of undoped, there a layer imparted with n-type or p-type conductivity by the addition of impurities may be, it may be a laminate n-type layer and the p-type layer are mixed. n型層102−1、発光層102−2、p型層102−3を構成するGaN系半導体の組成に限定はなく、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaNなど、任意の組成を有するGaN系半導体を用いて構成することができる。 n-type layer 102-1, the light-emitting layer 102-2, limited to the composition of the GaN-based semiconductor forming the p-type layer 102-3 is not, GaN, AlGaN, InGaN, etc. AlInGaN, GaN-based semiconductor having any composition it can be configured using. 好ましくは、ダブルヘテロ構造が形成されるように、発光層とそれを挟む層を構成するGaN系半導体の組成を選択する。 Preferably, as the double heterostructure is formed, selecting the composition of the GaN-based semiconductor forming the light-emitting layer and the layer sandwiching it. 発光層は、量子井戸構造とすることが好ましく、特に、障壁層と井戸層を交互に積層した多重量子井戸構造とすることが好ましい。 Emitting layer is preferably in the quantum well structure, in particular, it is preferable that the multiple quantum well structure formed by alternately laminating a barrier layer and a well layer. n型層102−1、発光層102−2、p型層102−3のそれぞれは、厚さ方向に均質である必要はなく、各層の内部において、不純物濃度、結晶組成などが厚さ方向に連続的または不連続的に変化していてもよい。 n-type layer 102-1, the light-emitting layer 102-2, each of the p-type layer 102-3 need not be homogeneous in the thickness direction, in the interior of each layer, the impurity concentration, etc. crystal composition in the thickness direction continuously or discontinuously may be changed. また、各層の間に付加的な層を設けることもできる。 It is also possible to provide an additional layer in between each layer.

半導体積層体102は、例えば、次のような構成とすることができる。 The semiconductor stack 102, for example, can be configured as follows.
n型層102−1:膜厚4μm、電子濃度5×10 18 cm −3のSiドープGaN層。 n-type layer 102-1: thickness 4 [mu] m, Si-doped GaN layer of electron concentration 5 × 10 18 cm -3.
発光層102−2:膜厚8nmのGaN障壁層と膜厚2nmのInGaN井戸層とを、最上層および最下層が障壁層となるように、かつ、含まれる井戸層の層数が2〜20となるように、交互に積層した多重量子井戸層。 Emitting layer 102-2: an InGaN well layer having a thickness of 8nm GaN barrier layer and the thickness of 2 nm, as the top and bottom layers is a barrier layer, and the number of well layers that contain 2-20 become such, the multiple quantum well layer alternately laminated.
p型層102−3:発光層102−2に接するp型クラッド層と、その上に積層されたp型コンタクト層とからなる2層構造の積層体。 p-type layer 102-3: emitting layer 102-2 and p-type cladding layer in contact with the laminate of two-layer structure composed of a p-type contact layer laminated thereon. p型クラッド層は、膜厚100nm、Mg濃度5×10 19 cm −3のMgドープAl 0.1 Ga 0.9 N層。 p-type cladding layer has a thickness 100 nm, Mg-doped Al 0.1 Ga 0.9 N layer Mg concentration 5 × 10 19 cm -3. p型コンタクト層は、膜厚200nm、Mg濃度1×10 20 cm −3のMgドープGaN層。 p-type contact layer has a thickness 200 nm, Mg-doped GaN layer of Mg concentration 1 × 10 20 cm -3.

負電極103は、公知のRIE(反応性イオンエッチング)技術を用いてp型層102−3、発光層102−2を部分的に除去し、それによって露出するn型層102−1の表面に形成することができる。 Negative electrode 103, p-type layer 102-3 using a known RIE (reactive ion etching) technique, a light-emitting layer 102-2 was partially removed, thereby the surface of the n-type layer 102-1 exposed it can be formed. 負電極103の材料や形成方法については、公知技術を参照することができる。 The material and forming method of the negative electrode 103, reference may be made to known techniques. 好ましい実施形態では、負電極103の、少なくともn型層102−1と接する部分を、Ti(チタン)、Al(アルミニウム)、W(タングステン)、V(バナジウム)などの単体、または、これらから選ばれる1種以上の金属を含む合金を用いて形成することができる。 In a preferred embodiment, the negative electrode 103, a portion in contact with at least the n-type layer 102-1, Ti (titanium), Al (aluminum), W (tungsten), a single such V (vanadium), or selected from these it can be formed using an alloy containing one or more metals. また、負電極103は、n型層102−1と接する部分に、導電性酸化物材料からなる薄層を含んでいてもよい。 Moreover, the negative electrode 103, a portion in contact with the n-type layer 102-1 may include a thin layer of conductive oxide material. 外部電極との接続が容易となるように、負電極103には、表層として、Ag(銀)、Au(金)、Sn(錫)、In(インジウム)、Bi(ビスマス)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)などからなる層を設けることが好ましい。 As connection between the external electrodes is facilitated, the negative electrode 103, as a surface layer, Ag (silver), Au (gold), Sn (tin), an In (indium), Bi (bismuth), Cu (copper) , it is preferable to provide a layer made of Zn (zinc). 負電極103の膜厚は、例えば、0.2μm〜10μmとすることができるが、好ましくは、0.5μm〜2μmである。 Thickness of the negative electrode 103, for example, can be a 0.2Myuemu~10myuemu, preferably from 0.5Myuemu~2myuemu. 負電極103の形成は、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法などを用いて行うことができる。 Forming the negative electrode 103 may be performed using a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method. 負電極103の形成は、p型層102−3上に導電性酸化物膜104を形成した後に行うことが好ましい。 Forming the negative electrode 103 is preferably performed after forming the conductive oxide film 104 on the p-type layer 102-3. なお、基板101が導電性を有する場合には、負電極を基板の表面に形成することも可能である。 In the case where the substrate 101 is conductive, it is also possible to form a negative electrode on the surface of the substrate. また、基板が金属製である場合には、基板自体を負電極として利用することが可能である。 Further, when the substrate is made of metal, it is possible to use the substrate itself as the negative electrode.

導電性酸化物膜104は、Zn(亜鉛)、In(インジウム)、Sn(錫)およびMg(マグネシウム)から選ばれる少なくともひとつの元素を含む酸化物で形成することができる。 Conductive oxide film 104 may be formed of an oxide containing at least one element selected from Zn (zinc), an In (indium), Sn (tin) and Mg (magnesium). 具体的には、ITO(インジウム錫酸化物)、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどが好ましく例示される。 Specifically, ITO (indium tin oxide), indium oxide, tin oxide, zinc oxide, magnesium oxide is preferably exemplified. 特に好ましいのはITOである。 Especially preferred is ITO. 導電性酸化物膜104の膜厚は、例えば、0.1μm〜1μmとすることができるが、好ましくは、0.2μm〜0.5μmである。 Thickness of the conductive oxide film 104, for example, can be a 0.1 to 1 m, preferably from 0.2Myuemu~0.5Myuemu. 更に、発光層102−2から放出される光の波長に応じて、無反射膜条件が達成されるように膜厚を調整することが望ましい。 Furthermore, depending on the wavelength of the light emitted from the light emitting layer 102-2, it is desirable to adjust the thickness as antireflection coating conditions are achieved. 導電性酸化物膜104は、全体または一部を多層構造とすることも可能である。 Conductive oxide film 104 may be all or part the multilayer structure. 導電性酸化物膜104は、発光層102−2から放出される光の波長における透過率が、80%以上以上となるように形成することが好ましい。 Conductive oxide film 104, the transmittance at the wavelength of the light emitted from the light emitting layer 102-2, it is preferably formed to have a 80% or more. この透過率は、より好ましくは85%以上であり、更に好ましくは90%以上である。 The transmittance is more preferably 85% or more, more preferably 90% or more. 導電性酸化物膜104は、抵抗率が1×10 −4 Ωcm以下となるように形成することが望ましい。 Conductive oxide film 104, the resistivity may be desirable to form to be equal to or less than 1 × 10 -4 Ωcm. 導電性酸化物膜104の形成方法に限定はなく、従来公知の方法を任意に用いて形成することができる。 Limited to the method of forming the conductive oxide film 104 is not, it can be formed by optionally using a known method. 具体的には、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、CVD法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法などが例示される。 Specifically, a sputtering method, reactive sputtering method, a vacuum deposition method, an ion beam assisted deposition, ion plating, laser ablation method, CVD method, spray method, spin coating method, a dip method, and the like. 導電性酸化物膜104は、成膜後、必要に応じて熱処理を行ってもよい。 Conductive oxide film 104, after forming, heat treatment may be performed as needed. 導電性酸化物膜104の製造方法については、特許文献1などを参照することもできる。 Method for producing a conductive oxide film 104 can also refer to Patent Document 1. 導電性酸化物膜104のパターニングは、リフトオフ法を用いて行うことができる。 Patterning the conductive oxide film 104 may be performed by lift-off. あるいは、導電性酸化物膜104は、p型層102−3上の全面に形成した後、不要部分をフォトリソグラフィとエッチングの技法を用いて除去することによって、パターニングすることもできる。 Alternatively, the conductive oxide film 104 is formed by forming on the entire surface of the p-type layer 102-3, by removing with an unnecessary portion of the photo-lithography and etching techniques can also be patterned.

導電性酸化物膜104をパターニングした後、透光性の絶縁膜105を形成する。 After patterning the conductive oxide film 104, to form a transparent insulating film 105. 絶縁膜105は、発光層102−2から放出される光の波長において高い透過率を有する、絶縁性の金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物または金属フッ化物で形成することが好ましい。 Insulating film 105 has a high transmittance at the wavelength of the light emitted from the light emitting layer 102-2, an insulating metal oxide, metal nitride, it is preferable to form a metal oxynitride, or metal fluorides. GaN系LEDの典型的な発光波長の範囲は350nm〜600nmであるから、この波長範囲における透過率の高い絶縁体が、絶縁膜105の好適な材料となる。 Since typical range of the emission wavelength of the GaN-based LED is 350 nm to 600 nm, high insulation transmittance in this wavelength range, a suitable material of the insulating film 105. LED素子の保護膜としての観点からは、絶縁膜105の好ましい材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムなどである。 From the viewpoint as a protective film of the LED elements, the preferred material of the insulating film 105, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum nitride, tantalum oxide, zirconium oxide, and the like hafnium oxide. 絶縁膜105は、多層膜構造とすることもできる。 Insulating film 105 may be a multilayer structure. 絶縁膜105の形成方法に限定はなく、スパッタリング法、CVD法、真空蒸着法などの公知の方法を用いることができる。 There is no limitation on the method for forming the insulating film 105, it is possible to use a sputtering method, CVD method, a known method such as a vacuum deposition method. 特に好ましい方法としては、ピンホールがなく、密着性の良好な膜を形成できる、プラズマCVD法が挙げられる。 Particularly preferred methods, no pinholes, can form a good film adhesion, plasma CVD method. 開口部105aなどを形成するために必要な絶縁膜105のパターニングは、リフトオフ法を用いて行うことができる。 Patterning the insulating film 105 required in order to form a opening 105a can be performed by using a lift-off method. あるいは、絶縁膜105をウェハ面上の全面に形成した後、不要部分をフォトリソグラフィとエッチングの技法を用いて除去することによって、パターニングすることもできる。 Alternatively, after the insulating film 105 is formed on the whole surface of the wafer surfaces, by removing with an unnecessary portion of the photo-lithography and etching techniques can also be patterned.

絶縁膜105の形成後、正パッド電極106を形成する。 After formation of the insulating film 105, to form a positive pad electrode 106. 正パッド電極106の材料に限定はないが、好ましい実施形態では、正パッド電極106の、少なくとも導電性酸化物膜104に接する部分を、白金族(Rh、Pt、Pd、Ir、Ru、Os)、Ni(ニッケル)、Ti(チタン)、W(タングステン)、Ag(銀)、Al(アルミニウム)などを用いて形成することができる。 Without limitation on the material of the positive pad electrode 106, in a preferred embodiment, the positive pad electrode 106, a portion in contact with at least the conductive oxide film 104, platinum group (Rh, Pt, Pd, Ir, Ru, Os) , Ni (nickel), Ti (titanium), W (tungsten), Ag (silver), can be formed by using a Al (aluminum). 正パッド電極106の、発光層102−2側の部分には、当該正パッド電極による光吸収を低減するために、光反射性の良好な金属であるAl、Agまたは白金属元素を主成分として構成した反射層を設けることが好ましい。 The positive pad electrode 106, the portion of the light-emitting layer 102-2 side, in order to reduce the light absorption by the positive pad electrode, Al is light reflective good metal, Ag or white metal element as a main component it is preferable to provide a configuration with the reflective layer. かかる反射層を設ける場合、正パッド電極106と導電性酸化物膜104との間の接着力が低下しないように、該反射層と導電性酸化物膜の表面との間に、Ni、Ti、W、Ti−Wなどからなる透光性の薄膜を挟んでもよい。 When providing such a reflective layer, so that the adhesive force between the positive pad electrode 106 and the conductive oxide film 104 is not reduced, between the reflective layer and the conductive oxide film surface, Ni, Ti, W, may sandwich the light-transmitting thin film made of Ti-W. この薄膜は、膜厚を20nm以下、より好ましくは10nm以下、更に好ましくは5nm以下とする。 This thin film, 20 nm thickness or less, more preferably 10nm or less, and more preferably 5nm or less. また、外部電極との接続が容易となるように、正パッド電極106には、表層として、Ag(銀)、Au(金)、Sn(錫)、In(インジウム)、Bi(ビスマス)、Cu(銅)、Zn(亜鉛)などからなる層を設けることが好ましい。 Moreover, as it is easy to connect the external electrodes, the positive pad electrode 106, as a surface layer, Ag (silver), Au (gold), Sn (tin), an In (indium), Bi (bismuth), Cu (copper), it is preferable to provide a layer made of Zn (zinc). 正パッド電極106の膜厚は、例えば、0.2μm〜10μmとすることができるが、好ましくは、0.5μm〜2μmである。 The film thickness of the positive pad electrode 106, for example, can be a 0.2Myuemu~10myuemu, preferably from 0.5Myuemu~2myuemu. 正パッド電極106の形成は、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法などを用いて行うことができる。 Formation of the positive pad electrode 106 may be performed using a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method.

正パッド電極の本体部106aの形状は円形に限定されるものではないが、ワイヤボンディングを行うためには、円形が最も好ましい形状となる。 Although the shape of the main body portion 106a of the positive pad electrode are not limited to a circle, in order to perform the wire bonding, the circular is most preferred shape. 円形以外の好ましい形状としては、正三角形、正方形、正五角形、正六角形などの正多角形が挙げられる他、円形や正多角形を基に、些細な変形を加えた形状が挙げられる。 Preferred shapes other than a circle, an equilateral triangle, square, pentagonal, besides include regular polygons such as a regular hexagon, based on a circular or regular polygon, and a shape obtained by adding the trivial modifications. 現在の技術水準では、ワイヤボンディングのためには、パッド電極が直径60μmの円を包含するサイズおよび形状を有することが必要といわれているが、将来的には、ワイヤボンディングが可能なパッド電極のサイズが今より小さくなるであろうことはほぼ確実である。 In the present state of the art, for wire bonding, although the pad electrode is said to be necessary to have a size and shape including a circle with a diameter of 60 [mu] m, in the future, wire bonding is possible pad electrode size will be smaller than it is now it is almost certain. 正パッド電極の本体部に導電性ペーストやろう材を接合する場合には、該正パッド電極の本体部の好ましい形状として、円形、正多角形に加えて、長方形、台形などが挙げられる。 When joining a conductive paste or brazing material to the body portion of the positive pad electrode, as a preferred shape of the body portion of the positive pad electrode, circular, in addition to a regular polygon, a rectangle, etc. trapezoidal and the like.

正パッド電極106の形成後、この分野で通常用いられているウェハ分割の方法(例えば、ダイシング、スクライビング、レーザ加工)を用いてウェハを切断し、GaN系LED素子100のチップを得る。 After the formation of the positive pad electrode 106, the wafer dividing method generally used in this field (e.g., dicing, scribing, laser processing) cutting the wafer is used to obtain a chip of the GaN-based LED element 100. チップのサイズは特に限定されるものではなく、例えば、200μm角〜2mm角とすることができる。 The size of the chip is not particularly limited, for example, it is 200μm angle ~2mm angle. チップ形状は方形(正方形、長方形)に限定されるものではなく、平行四辺形、三角形、五角形、六角形などとしてもよい。 Chip shape is not limited to a square (square, rectangle), a parallelogram, a triangle, a pentagon, or the like hexagon. レーザ加工技術を用いたウェハ分割法の進歩により、様々なチップ形状のLED素子の製造が可能となっている。 Advances in the wafer division method using a laser processing technique, which enables fabrication of LED elements of different insert shape.

GaN系LED素子100は、SMD(表面実装)型LEDパッケージ、砲弾型ランプ、LED素子が直接ユニット基板に実装されるチップオンボード(COB)型ユニットなど、各種の発光装置に用いることができる。 GaN-based LED element 100 can be used SMD (surface mounted) type LED package, bullet type lamp, such as chip-on-board (COB) type unit LED element is mounted directly on the unit substrate, for various light emitting devices. GaN系LED素子100は、基板、スラグ、リードフレーム、ユニット基板などの実装基材上に直接固定してもよいし、サブマウントを介して固定してもよい。 GaN-based LED element 100, the substrate, slag, lead frame, may be fixed directly on a mounting substrate such as the unit substrate, it may be fixed through a sub-mount.

本発明は、本明細書に明示的に記載した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を損なわない範囲内で、種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the explicitly described embodiments herein, within the scope not departing from the spirit of the invention, various modifications are possible.

本発明の実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示す図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)のX−X線の位置における断面図である。 Is a diagram showing a structure of a GaN-based LED element according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a plan view, in cross-sectional view taken along line X-X in FIG. 1 (b) FIGS. 1 (a) is there. 図1に示すGaN系LED素子の、図1(a)のY−Y線の位置における断面図である。 GaN-based LED element shown in FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line Y-Y in FIG. 1 (a). 本発明の実施形態に係るGaN系LED素子の電極形状を説明するための平面図である。 Is a plan view illustrating the electrode shape of the GaN-based LED element according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るGaN系LED素子の電極形状を説明するための平面図である。 Is a plan view illustrating the electrode shape of the GaN-based LED element according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るGaN系LED素子の電極形状を説明するための平面図である。 Is a plan view illustrating the electrode shape of the GaN-based LED element according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示す図であり、図6(a)は平面図、図6(b)は図6(a)のY−Y線の位置における断面図である。 Is a diagram showing a structure of a GaN-based LED element according to an embodiment of the present invention, FIGS. 6 (a) is a plan view, in cross-sectional view taken along line Y-Y in FIG. 6 (b) FIGS. 6 (a) is there. 本発明の実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示す図であり、図7(a)は平面図、図7(b)は図7(a)のX−X線の位置における断面図である。 Is a diagram showing a structure of a GaN-based LED element according to an embodiment of the present invention, FIGS. 7 (a) is a plan view, FIG. 7 (b) is a sectional view at the position of line X-X in FIGS. 7 (a) is there. 本発明の実施形態に係るGaN系LED素子の構造を説明するための断面図である。 It is a cross-sectional view for explaining the structure of a GaN-based LED element according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るGaN系LED素子の構造を示す図であり、図9(a)は平面図、図9(b)は図9(a)のX−X線の位置における断面図である。 Is a diagram showing a structure of a GaN-based LED element according to an embodiment of the present invention, FIG. 9 (a) a plan view, in cross-sectional view taken along line X-X in FIG. 9 (b) FIG. 9 (a) is there. 従来のGaN系LED素子の構造を示す断面図である。 It is a sectional view showing a structure of a conventional GaN-based LED element.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

100、200 GaN系LED素子101、201 基板102、202 半導体積層体103、203 負電極104、204 導電性酸化物膜105、205 絶縁膜106、206 正パッド電極 100, 200 GaN-based LED element 101, 201 substrate 102, 202 a semiconductor stack 103, 203 negative electrode 104 and 204 conductive oxide film 105, 205 insulating film 106, 206 positive pad electrode

Claims (12)

  1. 基板と、該基板上に形成された複数のGaN系半導体層からなる半導体積層体とを有し、該半導体積層体には、前記基板から最も離れた位置に配置されたp型層と、該p型層と前記基板との間に配置された発光層と、前記p型層とで前記発光層を挟むように配置されたn型層とが含まれており、前記p型層の上に、透光性の導電性酸化物膜と、該導電性酸化物膜と電気的に接続した正パッド電極とが形成されているGaN系LED素子において、 Comprises a substrate and a semiconductor laminate composed of a plurality of GaN-based semiconductor layer formed on the substrate, the said semiconductor stack, and the p-type layer disposed farthest from the substrate, the a light emitting layer disposed between the p-type layer substrate, wherein includes a p-type layer and disposed so as to sandwich the light emitting layer with n-type layer, on the p-type layer , and the transparent conductive oxide film, the GaN-based LED element and the conductive oxide film and electrically connected positive pad electrode is formed,
    前記正パッド電極の一部が前記導電性酸化物膜の上に形成されており、前記正パッド電極の残りの部分と前記p型層とが透光性の絶縁膜によって隔てられていることを特徴とする、GaN系LED素子。 Said part of the positive pad electrode is formed on the conductive oxide film, wherein the remaining portion between the p-type layer of the positive pad electrode are separated by transparent insulation film wherein, GaN-based LED element.
  2. 前記正パッド電極のうち、前記p型層と前記導電性酸化物膜との界面の上に形成された部分の面積が、当該正パッド電極の面積の50%以下である、請求項1に記載のGaN系LED素子。 Said of the positive pad electrode, the area of ​​the portion formed on the interface between the conductive oxide film and the p-type layer is not more than 50% of the area of ​​the positive pad electrode, according to claim 1 GaN-based LED element of.
  3. 前記正パッド電極のうち、前記p型層と前記導電性酸化物膜との界面の上に形成された部分の面積が、当該正パッド電極の面積の25%以下である、請求項2に記載のGaN系LED素子。 Said of the positive pad electrode, the area of ​​the portion formed on the interface between the conductive oxide film and the p-type layer is less than or equal to 25% of the area of ​​the positive pad electrode, according to claim 2 GaN-based LED element of.
  4. 前記正パッド電極のうち、前記p型層と前記導電性酸化物膜との界面の上に形成された部分の面積が、当該正パッド電極の面積の10%以下である、請求項3に記載のGaN系LED素子。 Said of the positive pad electrode, the area of ​​the portion formed on the interface between the conductive oxide film and the p-type layer is less than 10% of the area of ​​the positive pad electrode, according to claim 3 GaN-based LED element of.
  5. 前記正パッド電極が、電極接続材料を接合するための本体部と、該本体部から突き出した突出部とから構成されており、前記正パッド電極の突出部のみが、前記p型層と前記導電性酸化物膜との界面の上に形成されている、請求項1〜4のいずれかに記載のGaN系LED素子。 The positive pad electrode, and a main body portion for joining the electrode connecting material, which is composed of a protruding portion that protrudes from the body part, the only projection of the positive pad electrode, the conductive and the p-type layer It is formed on the interface between sexual oxide film, GaN-based LED element according to any one of claims 1 to 4.
  6. 前記導電性酸化物膜の上に前記絶縁膜が重なった部分を有する、請求項1〜5のいずれかに記載のGaN系LED素子。 Having a portion having an insulating film overlying said conductive oxide film, GaN-based LED element according to any one of claims 1 to 5.
  7. 前記導電性酸化物膜が、Zn、In、SnおよびMgから選ばれる少なくともひとつの元素を含む酸化物で形成されている、請求項1〜6のいずれかに記載のGaN系LED素子。 The conductive oxide film, Zn, In, is formed of an oxide containing at least one element selected from Sn and Mg, GaN-based LED element according to any one of claims 1 to 6.
  8. 前記正パッド電極が、Al、Agまたは白金族元素を主成分とする反射層を有する、請求項1〜7のいずれかに記載のGaN系LED素子。 The positive pad electrode has a reflective layer composed mainly Al, Ag or a platinum group element, GaN-based LED element according to any one of claims 1 to 7.
  9. 前記正パッド電極の面積が前記p型層の上面の面積の30%未満である、請求項1〜8のいずれかに記載のGaN系LED素子。 The area of ​​the positive pad electrode is less than 30% of the area of ​​the upper surface of the p-type layer, GaN-based LED element according to any one of claims 1 to 8.
  10. 前記基板が透光性を有する基板である、請求項1〜9のいずれかに記載のGaN系LED素子。 Wherein the substrate is a substrate having translucency, GaN-based LED element according to any one of claims 1 to 9.
  11. 前記基板が金属材料からなる基板である、請求項1〜9のいずれかに記載のGaN系LED素子。 Wherein the substrate is a substrate made of a metallic material, GaN-based LED element according to any one of claims 1 to 9.
  12. 請求項10に記載のGaN系LED素子をフリップチップ実装してなる発光装置。 Flip-chip mounting and comprising a light emitting device a GaN-based LED element according to claim 10.
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