JP2016062940A - 発光ユニット及び半導体発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】マルチチップパッケージにおける複数の発光素子間を簡単な構造で接続可能な発光ユニット及び半導体発光装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、半導体発光装置は、それぞれが2つの外部端子を有する複数の発光素子と、複数の発光素子を一体に支持する樹脂層とを有する。複数の発光素子は第1方向に並んだn個の発光素子を含む。n個の発光素子の(2×n)個の外部端子は第1方向に並んでいる。(2×n)個の外部端子のうち、第1方向の一方の端の外部端子は第1パッドに接合され、第1方向の他方の端の外部端子は第2パッドに接合され、一方の端の外部端子と他方の端の外部端子との間の外部端子は第3パッドに接合されている。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、発光ユニット及び半導体発光装置に関する。
発光層を含むチップの一方の面側に蛍光体層を設け、他方の面側に電極、配線層および樹脂層を設けたチップサイズパッケージ構造の半導体発光装置が提案されている。また、マルチチップパッケージにおいて、パッケージ内の配線層で複数のチップ間を電気的に接続した構造も提案されている。
特開2013−38212号公報
本発明の実施形態は、マルチチップパッケージにおける複数の発光素子間を簡単な構造で接続可能な発光ユニット及び半導体発光装置を提供する。
実施形態によれば、発光ユニットは、実装基板と、半導体発光装置と、を備えている。前記実装基板は、第1パッドと、第2パッドと、前記第1パッドと前記第2パッドとの間に設けられた第3パッドと、を有する。前記半導体発光装置は、それぞれが2つの外部端子を有する複数の発光素子と、前記複数の発光素子を一体に支持する樹脂層と、を有する。前記複数の発光素子は第1方向に並んだn(nは2以上の整数)個の発光素子を含む。前記n個の発光素子の(2×n)個の前記外部端子は前記第1方向に並んでいる。前記(2×n)個の外部端子のうち、前記第1方向の一方の端の外部端子は前記第1パッドに接合され、前記第1方向の他方の端の外部端子は前記第2パッドに接合され、前記一方の端の外部端子と前記他方の端の外部端子との間の外部端子は前記第3パッドに接合されている。
実施形態の発光ユニットの模式平面図。 (a)は実施形態の実装基板の模式平面図であり、(b)は実施形態の半導体発光装置の模式平面図。 実施形態の半導体発光装置の模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の電極レイアウトを示す模式平面図。 実施形態の半導体発光装置の一部の模式断面図。 実施形態の実装基板の模式平面図。 実施形態の発光ユニットの模式平面図。 (a)は実施形態の実装基板の模式平面図であり、(b)は実施形態の半導体発光装置の模式平面図。 実施形態の発光ユニットの模式平面図。 (a)は実施形態の実装基板の模式平面図であり、(b)は実施形態の半導体発光装置の模式平面図。 実施形態の半導体発光装置の模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の模式平面図。 実施形態の半導体発光装置の模式断面図。 実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
図1は、実施形態の発光ユニットの模式平面図である。
図2(a)は、実施形態の実装基板70の模式平面図である。
図2(b)は、実施形態の半導体発光装置1の模式平面図である。
図3は、実施形態の半導体発光装置1の模式断面図である。
図2(b)は、半導体発光装置1の実装面を表し、図3に示す半導体発光装置1の下面図に対応する。
図1は、図2(b)に示す半導体発光装置1の実装面を、図2(a)に示す実装基板70のパッド81〜83に向けて、半導体発光装置1が実装基板70に実装された状態を表す。図1は、半導体発光装置1が実装基板70に実装された状態で半導体発光装置1の上面側(実装面の反対側)から見た模式平面図である。
半導体発光装置1は複数の発光素子10を有する。図1、図2(b)および図3に示す例では、半導体発光装置1は例えば2つの発光素子10を有する。複数の発光素子10はウェーハレベルで樹脂層25によってパッケージングされ、樹脂層25は複数の発光素子10を一体に支持している。
半導体発光装置1を上面またはその反対側の実装面側から見た外形形状は、例えば矩形状である。その矩形の長手方向(第1方向X)に、例えば2つの発光素子10が並んでいる。それぞれの発光素子10は同じ構成をもつ。
図3に示すように、発光素子10は、発光層13を含む半導体層15を備えている。半導体層15は、厚み方向の一方の側(第1の側)15aと、その反対側の第2の側15b(図4)とを有する。
図4は、1つの発光素子10における半導体層15の第2の側15bの模式平面図であり、p側電極16とn側電極17の平面レイアウトの一例を示す。
半導体層15の第2の側15bは、発光層13を含む部分(発光領域)15eと、発光層13を含まない部分15fとを有する。発光層13を含む部分15eは、半導体層15のうちで、発光層13が積層されている部分である。発光層13を含まない部分15fは、半導体層15のうちで、発光層13が積層されていない部分である。発光層13を含む部分15eは、発光層13が発光した光を外部に取り出し可能な積層構造となっている領域を示す。
第2の側15bにおいて、発光層13を含む部分15eの上に、第1電極としてp側電極16が設けられ、発光層を含まない部分15fの上に、第2電極としてn側電極17が設けられている。
図4に示す例では、発光層13を含まない部分15fが発光層13を含む部分15eを囲んでおり、n側電極17がp側電極16を囲んでいる。
p側電極16とn側電極17を通じて発光層13に電流が供給され、発光層13は発光する。そして、発光層13から放射される光は、第1の側15aから半導体発光装置1の外部に出射される。
半導体層15の第2の側には、図3に示すように支持体100が設けられている。半導体層15、p側電極16およびn側電極17を含む発光素子10は、第2の側に設けられた支持体100によって支持されている。
半導体層15の第1の側15aには、半導体発光装置1の放出光に所望の光学特性を与える光学層として、蛍光体層30が設けられている。蛍光体層30は、複数の粒子状の蛍光体31を含む。蛍光体31は、発光層13の放射光により励起され、その放射光とは異なる波長の光を放射する。
複数の蛍光体31は、結合材32により一体化されている。結合材32は、発光層13の放射光および蛍光体31の放射光を透過する。ここで「透過」とは、透過率が100%であることに限らず、光の一部を吸収する場合も含む。
半導体層15は、第1半導体層11と、第2半導体層12と、発光層13とを有する。発光層13は、第1半導体層11と、第2半導体層12との間に設けられている。第1半導体層11および第2半導体層12は、例えば、窒化ガリウムを含む。
第1半導体層11は、例えば、下地バッファ層、n型GaN層を含む。第2半導体層12は、例えば、p型GaN層を含む。発光層13は、青、紫、青紫、紫外光などを発光する材料を含む。発光層13の発光ピーク波長は、例えば、430〜470nmである。
半導体層15の第2の側は、凹凸形状に加工される。その凸部は、発光層13を含む部分15eであり、凹部は、発光層13を含まない部分15fである。発光層13を含む部分15eの表面は第2半導体層12の表面であり、第2半導体層12の表面にp側電極16が設けられている。発光層13を含まない部分15fの表面は第1半導体層11の表面であり、第1半導体層11の表面にn側電極17が設けられている。
半導体層15の第2の側において、発光層13を含む部分15eの面積は、発光層13を含まない部分15fの面積よりも広い。また、発光層13を含む部分15eの表面に設けられたp側電極16の面積は、発光層13を含まない部分15fの表面に設けられたn側電極17の面積よりも広い。これにより、広い発光面が得られ、光出力を高くできる。
図4に示すように、n側電極17は例えば4本の直線部を有し、そのうちの1本の直線部には、その直線部の幅方向に突出したコンタクト部17cが設けられている。そのコンタクト部17cの表面には、図3に示すようにn側配線層22のビア22aが接続される。
半導体層15の第2の側、p側電極16およびn側電極17は、図3に示すように、絶縁膜(第1絶縁膜)18で覆われている。絶縁膜18は、例えば、シリコン酸化膜などの無機絶縁膜である。絶縁膜18は、発光層13の側面及び第2の半導体層12の側面にも設けられ、それら側面を覆っている。
また、絶縁膜18は、半導体層15における第1の側15aから続く側面(第1半導体層11の側面)15cにも設けられ、その側面15cを覆っている。
さらに、絶縁膜18は、半導体層15の側面15cの周囲のチップ外周部にも設けられている。チップ外周部に設けられた絶縁膜18は、第1の側15aで、側面15cから遠ざかる方向に延在している。
第2の側の絶縁膜18上には、第1配線層としてのp側配線層21と、第2配線層としてのn側配線層22とが互いに分離して設けられている。絶縁膜18には、p側電極16に通じる複数の第1開口と、n側電極17のコンタクト部17cに通じる第2開口が形成される。
p側配線層21は、絶縁膜18上および第1開口の内部に設けられている。p側配線層21は、第1開口内に設けられたビア21aを介してp側電極16と電気的に接続されている。
n側配線層22は、絶縁膜18上および第2開口の内部に設けられている。n側配線層22は、第2開口内に設けられたビア22aを介してn側電極17のコンタクト部17cと電気的に接続されている。
p側配線層21及びn側配線層22が、第2の側の領域の大部分を占めて絶縁膜18上に広がっている。p側配線層21は、複数のビア21aを介してp側電極16と接続している。
また、半導体層15の側面15cを、絶縁膜18を介して反射膜51が覆っている。反射膜51は側面15cに接しておらず、半導体層15に対して電気的に接続されていない。反射膜51は、p側配線層21及びn側配線層22に対して分離している。反射膜51は、発光層13の放射光及び蛍光体31の放射光に対して反射性を有する。
反射膜51、p側配線層21およびn側配線層22は、例えば銅膜を含む。反射膜51、p側配線層21およびn側配線層22は、図5に示す共通の金属膜60上に例えばめっき法により同時に形成される。反射膜51、p側配線層21およびn側配線層22のそれぞれの厚さは、金属膜60の厚さよりも厚い。
金属膜60は、絶縁膜18側から順に積層された、下地金属膜61と、密着層62と、シード層63とを有する。
下地金属膜61は、発光層13の放射光に対して高い反射性を有する例えばアルミニウム膜である。
シード層63は、めっきで銅を析出させるための銅膜である。密着層62は、アルミニウム及び銅の両方に対するぬれ性に優れた例えばチタン膜である。
なお、半導体層15の側面15cに隣接するチップ外周部においては、金属膜60上にめっき膜(銅膜)を形成せずに、金属膜60で反射膜51を形成してもよい。反射膜51は、少なくともアルミニウム膜61を含むことで、発光層13の放射光及び蛍光体31の放射光に対して高い反射率を有する。
また、p側配線層21及びn側配線層22の下にも下地金属膜(アルミニウム膜)61が残されるので、第2の側の大部分の領域にアルミニウム膜61が広がって形成されている。これにより、蛍光体層30側に向かう光の量を増大できる。
p側配線層21における半導体層15とは反対側の面には、第1金属ピラーとしてp側金属ピラー23が設けられている。p側配線層21及びp側金属ピラー23は、p側配線部(第1配線部)41を形成している。
n側配線層22における半導体層15とは反対側の面には、第2金属ピラーとしてn側金属ピラー24が設けられている。n側配線層22及びn側金属ピラー24は、n側配線部(第2配線部)43を形成している。
p側配線部41とn側配線部43との間には、第2絶縁膜として樹脂層25が設けられている。樹脂層25は、p側金属ピラー23の側面とn側金属ピラー24の側面に接するように、p側金属ピラー23とn側金属ピラー24との間に設けられている。すなわち、p側金属ピラー23とn側金属ピラー24との間に、樹脂層25が充填されている。
また、樹脂層25は、p側配線層21とn側配線層22との間、p側配線層21と反射膜51との間、およびn側配線層22と反射膜51との間に設けられている。
樹脂層25は、p側金属ピラー23の周囲およびn側金属ピラー24の周囲に設けられ、p側金属ピラー23の側面およびn側金属ピラー24の側面を覆っている。
また、樹脂層25は、半導体層15の側面15cに隣接するチップ外周部、および互いに分離された複数の半導体層15の間にも設けられ、反射膜51を覆っている。
p側金属ピラー23におけるp側配線層21とは反対側の端部(面)は、樹脂層25から露出し、外部回路と接続可能なp側外部端子23aとして機能する。n側金属ピラー24におけるn側配線層22とは反対側の端部(面)は、樹脂層25から露出し、外部回路と接続可能なn側外部端子24aとして機能する。後述するように、p側外部端子23a及びn側外部端子24aは、例えば、はんだ、または導電性の接合材を介して、図2(a)に示す実装基板70のパッド81〜83に接合される。
図2(b)に示すように、p側外部端子23aは例えば矩形状に形成され、n側外部端子24aは、p側外部端子23aの矩形と同じサイズの矩形における2つの角を切り欠いた形状に形成されている。これにより、外部端子の極性を判別できる。なお、n側外部端子24aを矩形状にし、p側外部端子23aを矩形の角を切り欠いた形状にしてもよい。
p側外部端子23aとn側外部端子24aとの間隔は、絶縁膜18上におけるp側配線層21とn側配線層22との間隔よりも広い。p側外部端子23aとn側外部端子24aとの間隔は、実装時のはんだの広がりよりも大きくする。これにより、はんだを通じた、p側外部端子23aとn側外部端子24aとの間の短絡を防ぐことができる。
これに対し、p側配線層21とn側配線層22との間隔は、プロセス上の限界まで狭くすることができる。このため、p側配線層21の面積、およびp側配線層21とp側金属ピラー23との接触面積の拡大を図れる。これにより、発光層13の熱の放散を促進できる。
また、複数のビア21aを通じてp側配線層21がp側電極16と接する面積は、ビア22aを通じてn側配線層22がn側電極17と接する面積よりも広い。これにより、発光層13に流れる電流の分布を均一化できる。
絶縁膜18上で広がるn側配線層22の面積は、n側電極17の面積よりも広くできる。そして、n側配線層22の上に設けられるn側金属ピラー24の面積(n側外部端子24aの面積)をn側電極17よりも広くできる。これにより、実装に十分なn側外部端子24aの面積を確保しつつ、n側電極17の面積を小さくすることが可能となる。すなわち、半導体層15における発光層13を含まない部分15fの面積を縮小し、発光層13を含む部分(発光領域)15eの面積を広げて光出力を向上させることが可能となる。
第1の半導体層11は、n側電極17及びn側配線層22を介してn側金属ピラー24と電気的に接続されている。第2の半導体層12は、p側電極16及びp側配線層21を介してp側金属ピラー23と電気的に接続されている。
p側金属ピラー23の厚さ(p側配線層21とp側外部端子23aとを結ぶ方向の厚さ)は、p側配線層21の厚さよりも厚い。n側金属ピラー24の厚さ(n側配線層22とn側外部端子24aとを結ぶ方向の厚さ)は、n側配線層22の厚さよりも厚い。p側金属ピラー23、n側金属ピラー24および樹脂層25のそれぞれの厚さは、半導体層15よりも厚い。
金属ピラー23、24のアスペクト比(平面サイズに対する厚みの比)は、1以上であっても良いし、1より小さくても良い。すなわち、金属ピラー23、24は、その平面サイズより厚くても良いし、薄くても良い。
p側配線層21、n側配線層22、p側金属ピラー23、n側金属ピラー24および樹脂層25を含む支持体100の厚さは、半導体層15、p側電極16およびn側電極17を含む発光素子(LEDチップ)10の厚さよりも厚い。
半導体層15は、図示しない基板上にエピタキシャル成長法により形成される。その基板は、支持体100を形成した後に除去され、半導体層15は第1の側15aに基板を含まない。半導体層15は、剛直な板状の基板にではなく、金属ピラー23、24と樹脂層25との複合体からなる支持体100によって支持されている。
p側配線部41及びn側配線部43の材料として、例えば、銅、金、ニッケル、銀などを用いることができる。これらのうち、銅を用いると、良好な熱伝導性、高いマイグレーション耐性および絶縁材料に対する密着性を向上させることができる。
樹脂層25は、p側金属ピラー23およびn側金属ピラー24を補強する。樹脂層25は、実装基板70と熱膨張率が同じもしくは近いものを用いるのが望ましい。そのような樹脂層25として、例えば、エポキシ樹脂を主に含む樹脂、シリコーン樹脂を主に含む樹脂、フッ素樹脂を主に含む樹脂を挙げることができる。
また、樹脂層25におけるベースとなる樹脂に遮光材(光吸収剤、光反射剤、光散乱剤など)が含まれ、樹脂層25は発光層13が発光する光に対して遮光性を有する。これにより、支持体100の側面及び実装面側からの光漏れを抑制することができる。
半導体発光装置1を実装基板70に実装するときの熱サイクルにより、p側外部端子23aおよびn側外部端子24aを実装基板70のパッド81〜83に接合させるはんだに起因する応力が半導体層15に加わる。p側金属ピラー23、n側金属ピラー24および樹脂層25は、その応力を吸収し緩和する。特に、半導体層15よりも柔軟な樹脂層25を支持体100の一部として用いることで、応力緩和効果を高めることができる。
反射膜51は、p側配線部41及びn側配線部43に対して分離している。このため、実装時にp側金属ピラー23及びn側金属ピラー24に加わる応力は、反射膜51には伝達されない。したがって、反射膜51の剥離を抑制することができる。また、半導体層15の側面15c側に加わる応力を抑制することができる。
半導体層15の形成に用いた基板は、半導体層15から除去される。これにより、半導体発光装置1は低背化される。また、基板の除去により、半導体層15の第1の側15aに微小凹凸を形成することができ、光取り出し効率の向上を図れる。
例えば、第1の側15aに対して、アルカリ系溶液を使ったウェットエッチングを行い微小凹凸を形成する。これにより、第1の側15aでの全反射成分を減らして、光取り出し効率を向上できる。
基板が除去された後、第1の側15a上に絶縁膜19を介して蛍光体層30が形成される。絶縁膜19は、半導体層15と蛍光体層30との密着性を高め、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜である。
蛍光体層30は、結合材32中に複数の粒子状の蛍光体31が分散された構造を有する。結合材32には、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。
蛍光体層30は、半導体層15の側面15cの周囲のチップ外周部上、および発光素子10と発光素子10との間の領域上にも形成される。チップ外周部および発光素子10間領域においては、絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)18上に蛍光体層30が設けられている。
半導体層15と半導体層15との間の領域(チップ間領域)において、絶縁膜18は、連続していることに限らず、図13に示すように分断してもよい。樹脂層25の熱膨張係数によっては絶縁膜18にクラックが生じる場合があり得るが、図13に示すように、チップ間領域の絶縁膜18をパターニングにより分断することで、クラックを抑制できる。
蛍光体層30は、発光素子10よりも上の領域側に限定され、半導体層15の第2の側、金属ピラー23、24の周囲、および支持体100の側面にまわりこんで形成されない。蛍光体層30の側面と、支持体100の側面(樹脂層25の側面)とが揃っている。
光を外部に取り出さない実装面側には蛍光体層30が無駄に形成されず、コスト低減が図れる。また、第1の側15aに基板がなくても、第2の側に広がるp側配線層21及びn側配線層22を介して発光層13の熱を実装基板70側に放散させることができ、小型でありながらも放熱性に優れている。
一般的なフリップチップ実装では、LEDチップを実装基板にバンプなどを介して実装した後に、チップ全体を覆うように蛍光体層が形成される。あるいは、バンプ間に樹脂がアンダーフィルされる。
これに対して実施形態によれば、実装前の状態で、p側金属ピラー23の周囲及びn側金属ピラー24の周囲には、蛍光体層30と異なる樹脂層25が設けられ、実装面側に応力緩和に適した特性を与えることができる。また、実装面側にすでに樹脂層25が設けられているため、実装後のアンダーフィルが不要となる。
第1の側15aには、光取り出し効率、色変換効率、配光特性などを優先した設計の層が設けられ、実装面側には、実装時の応力緩和や、基板に代わる支持体としての特性を優先した層が設けられる。例えば、樹脂層25は、ベースとなる樹脂にシリカ粒子などのフィラーが高密度充填された構造を有し、支持体として適切な硬さに調整されている。
発光層13から第1の側15aに放射された光は蛍光体層30に入射し、一部の光は蛍光体31を励起し、発光層13の光と、蛍光体31の光との混合光として例えば白色光が得られる。
ここで、第1の側15a上に基板があると、蛍光体層30に入射せずに、基板の側面から外部に漏れる光が生じる。すなわち、基板の側面から発光層13の光の色みの強い光が漏れ、蛍光体層30を上面から見た場合に、外縁側に青色光のリングが見える現象など、色割れや色ムラの原因になり得る。
これに対して、実施形態によれば、第1の側15aと蛍光体層30との間には、半導体層15の成長に用いた基板がないため、基板側面から発光層13の光の色みが強い光が漏れることによる色割れや色ムラを防ぐことができる。
さらに、実施形態によれば、半導体層15の側面15cに、絶縁膜18を介して反射膜51が設けられている。発光層13から半導体層15の側面15cに向かった光は、反射膜51で反射し、外部に漏れない。このため、基板が第1の側15aにない特徴とあいまって、半導体発光装置の側面側からの光漏れによる色割れや色ムラを防ぐことができる。
反射膜51と、半導体層15の側面15cとの間に設けられた絶縁膜18は、反射膜51に含まれる金属の半導体層15への拡散を防止する。これにより、半導体層15の例えばGaNの金属汚染を防ぐことができ、半導体層15の劣化を防ぐことができる。
また、反射膜51と蛍光体層30との間、および樹脂層25と蛍光体層30との間に設けられた絶縁膜18は、反射膜51と蛍光体層30との密着性、および樹脂層25と蛍光体層30との密着性を高める。
絶縁膜18は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの無機絶縁膜である。すなわち、半導体層15の第1の側15a、第2の側、第1の半導体層11の側面15c、第2の半導体層12の側面、発光層13の側面は、無機絶縁膜で覆われている。無機絶縁膜は半導体層15を囲み、金属や水分などから半導体層15をブロックする。
複数の発光素子10間にまたがって蛍光体層30が広がっている。蛍光体層30上には、必要に応じてレンズ50が設けられる。レンズ50は、例えば透明樹脂で形成される。図3には、凸レンズを例示するが、凹レンズであってもよい。
複数の発光素子10は共通の樹脂層25でパッケージングされている。そのため、複数の発光素子10をカバーするように一体型のレンズ形成が可能となる。実施形態のマルチチップパッケージによれば、1つの発光素子ごとに分離された個別パッケージ上へのレンズ形成ではできないレンズ形状による配光特性制御が可能となる。
発光素子10、支持体100、蛍光体層30およびレンズ50を形成する工程は、多数の半導体層15を含むウェーハ状態で行われる。その後、ウェーハは、少なくとも2つの発光素子10(半導体層15)を含む複数の半導体発光装置1に分離される。半導体層15と半導体層15との間の領域(ダイシング領域)で切断される。ダイシング領域を任意に選択することで、1つの半導体発光装置に含まれる発光素子10(半導体層10)の数を選択できる。
ダイシングされるまでの各工程は、ウェーハ状態で一括して行われるため、分離された個々の半導体発光装置ごとに、配線層の形成、ピラーの形成、樹脂層によるパッケージング、および蛍光体層の形成を行う必要がなく、大幅なコストの低減が可能になる。
ウェーハ状態で、支持体100および蛍光体層30を形成した後に、それらが切断されるため、蛍光体層30の側面と、支持体100の側面(樹脂層25の側面)とは揃い、それら側面が分離された半導体発光装置1の側面を形成する。したがって、基板がないこともあいまって、小型の半導体発光装置を提供することができる。
実施形態によれば、半導体層15の第1の側15aに光学層が設けられている。光学層と、実装面(外部端子23a、24aが設けられた面)との間に、半導体層15及び電極16、17を含む発光素子10が設けられている。
光学層としては、蛍光体層に限らず、散乱層であってもよい。散乱層は、発光層13の放射光を散乱させる複数の粒子状の散乱材(例えばチタン化合物)と、複数の散乱材を一体化し発光層13の放射光を透過させる結合材(例えば樹脂層)とを含む。
前述した半導体発光装置1は、図2(a)に示す実装基板70に実装される。実装基板70は、第1パッド81と、第2パッド82と、第3パッド83とを有する。第1パッド81、第2パッド82および第3パッド83は、金属(例えば銅)で形成されている。第1パッド81、第2パッド82および第3パッド83は、絶縁体上に形成されている。第1パッド81、第2パッド82および第3パッド83のそれぞれは、周囲を絶縁体で囲まれている。
第1パッド81、第2パッド82および第3パッド83は、第1方向Xに互いに離間して並んでいる。第1パッド81と第2パッド82との間に、第3パッド83が設けられている。
第1パッド81と半導体発光装置1のp側外部端子23aとは合同図形の関係にあり、第2パッド82と半導体発光装置1のn側外部端子24aとは合同図形の関係にある。
第1パッド81は第1方向Xに対して直交する第2方向Yに延びる長辺を有する矩形状に形成されている。第2パッド82は、第1パッド81の矩形と同じサイズの矩形における2つの角を切り欠いた形状に形成されている。これにより、パッドの極性を判別できる。
なお、半導体発光装置1のn側外部端子24aを矩形状にし、p側外部端子23aを矩形の角を切り欠いた形状にした場合、第2パッド82を矩形状にし、第1パッド81を矩形の角を切り欠いた形状にすることができる。
第3パッド83は例えば四角形状に形成されている。第3パッド83の面積は、第1パッド81の面積および第2パッド82の面積よりも広い。第3パッド83を第1方向Xに2等分する中心線Cに対して、第1パッド81と第2パッド82は対称配置されている。
図2(b)に示すように、半導体発光装置1において、2つの発光素子10は第1方向Xに並んでいる。それぞれの発光素子10は、1つのp側外部端子23aと1つのn側外部端子24aを有する。1つの発光素子10においてp側外部端子23aとn側外部端子24aは第1方向Xに並んでいる。
したがって、2つの発光素子10の4つの外部端子23a、24aが第1方向Xに並んでいる。p側外部端子23aとn側外部端子24aは交互に第1方向Xに並んでいる。
図2(b)において左側の発光素子10のp側外部端子23aは、左側の発光素子10のp側電極16に接続され、左側の発光素子10のn側外部端子24aは、左側の発光素子10のn側電極17に接続されている。
図2(b)において右側の発光素子10のp側外部端子23aは、右側の発光素子10のp側電極16に接続され、右側の発光素子10のn側外部端子24aは、右側の発光素子10のn側電極17に接続されている。
第1方向Xに並んだ4つの外部端子23a、24aのうち、第1方向Xの一方の端のp側外部端子23aは、実装基板70の第1パッド81に例えばはんだを介して接合される。すなわち、図2(b)において左側の発光素子10のp側外部端子23aは第1パッド81に接合される。
4つの外部端子23a、24aのうち、第1方向Xの他方の端のn側外部端子24aは、実装基板70の第2パッド82に例えばはんだを介して接合される。すなわち、図2(b)において右側の発光素子10のn側外部端子24aは第2パッド82に接合される。
第1パッド81に接合される左端のp側外部端子23aと、第2パッド82に接合される右端のn側外部端子24aとの間の、2つの外部端子23a、24aは、実装基板70の第3パッド83にはんだを介して接合される。それら2つの外部端子23a、24aが共通の第3パッド83に接合される。
したがって、第1方向Xで隣り合う2つの発光素子10のうち一方の(図2(b)において左側の)発光素子10のn側外部端子24aと、他方の(図2(b)において右側の)発光素子10のp側外部端子23aとが、共通の第3パッド83に接合される。
第1パッド81には、実装基板70に形成された図示しない配線を通じてアノード電位が与えられる。第2パッド82には、実装基板70に形成された図示しない配線を通じて、アノード電位より低いカソード電位が与えられる。
第3パッド83は電気的にどこにも接続されず、その電位はフローティングである。一方(左側)の発光素子10のn側外部端子24aと、他方(右側)の発光素子10のp側外部端子23aは、第3パッド83を介して電気的に接続されている。
電流は、第1パッド81、それに接合された左端のp側外部端子23a、左側の発光素子10のp側金属ピラー23、p側配線層21、p側電極16、および第2半導体層12を経由して発光層13に供給され、さらに、左側の発光素子10の第1半導体層11、n側電極17、n側配線層22、n側金属ピラー24、およびn側外部端子24aを流れる。
さらに、電流は、第3パッド83、右側の発光素子10のp側外部端子23a、p側金属ピラー23、p側配線層21、p側電極16、および第2半導体層12を経由して右側の発光素子10の発光層13に供給され、さらに、右側の発光素子10の第1半導体層11、n側電極17、n側配線層22、n側金属ピラー24、n側外部端子24a、およびこのn側外部端子24aが接合された第2パッド82を流れる。
すなわち、図1に模式的にダイオードの回路記号で表すように、2つの発光素子10は第1パッド81と第2パッド82との間で直列接続されている。
2つの発光素子10は実装基板70に形成された第3パッド83を通じて電気的に接続されている。パッケージ内の配線層で2つの発光素子10を接続する必要がなく、マルチチップパッケージの半導体発光装置1の構造を簡単にできる。
第3パッド83の面積は、第1パッド81の面積および第2パッド82の面積よりも広い。また、第3パッド83の面積は、第1パッド81の面積と第2パッド82の面積とを合わせた面積よりも広い。さらに、第3パッド83の面積は、1つのp側外部端子23aの面積と1つのn側外部端子24aの面積とを合わせた面積よりも広い。そのような広い第3パッド83を通じて、半導体発光装置1の熱を実装基板70側に効率よく逃がすことができる。
第1パッド81と第3パッド83との間の距離、すなわち、図2(b)において左側の発光素子10のp側外部端子23aとn側外部端子24aとの間の距離は、はんだを介したショートを起こしにくくするために200μm以上が望ましい。同様に、第2パッド82と第3パッド83との間の距離、すなわち、図2(b)において右側の発光素子10のp側外部端子23aとn側外部端子24aとの間の距離も、はんだを介したショートを起こしにくくするために200μm以上が望ましい。
これに対して一方(左側)の発光素子10のn側外部端子24aと、他方(右側)の発光素子10のp側外部端子23aは共通の第3パッド83に接合されるため、それら隣り合う発光素子10の隣り合う外部端子23a、24a間の距離には制約がなく、設計自由度が高い。
1つのパッケージに1つの発光素子を含むシングルチップ構造の2つの半導体発光装置を隣接させて実装基板に実装する場合には、半導体発光装置を保持するコレットが隣の半導体発光装置にぶつからないように、実装された半導体発光装置間にはクリアランスが必要となる。したがって、個々の半導体発光装置のパッケージサイズを小型化しても、実装スペースはコレットサイズの制約を受ける。
これに対し、実施形態によれば、1つのパッケージ内で複数の発光素子10を近接させることができるため、1つずつ個片化された複数の発光素子を実装するよりも、実装基板上での実装スペースを小さくできる。
図6は、実装基板のパッドの他の例を示す模式平面図である。
図6によれば、第3パッド83に一体に第4パッド84が設けられ、放熱面積が図2(a)に示す例よりも広くなっている。第4パッド84は、第1パッド81および第2パッド82を避けるように、第3パッド83から第2方向Yに広がっている。
図7は、他の実施形態の発光ユニットの模式平面図である。
図8(a)は、他の実施形態の実装基板70の模式平面図である。
図8(b)は、他の実施形態の半導体発光装置1の模式平面図である。
図7、図8(a)および図8(b)は、それぞれ、図1、図2(a)および図2(b)に対応する図であり、同じ要素には同じ符号を付している。
図8(b)に示す半導体発光装置1は例えば4つの発光素子10を有する。4つの発光素子10はウェーハレベルで樹脂層25によってパッケージングされ、樹脂層25は4つの発光素子10を一体に支持している。
第1方向Xに並んだ2つの発光素子10のグループ(列)が、第1方向Xに対して直交する第2方向Yに2列並んでいる。
第1方向Xに並んだ2つの発光素子10のグループ(列)において、p側外部端子23aとn側外部端子24aが交互に第1方向Xに並んでいる。
実装基板70には、1つの第1パッド81と、1つの第2パッド82と、2つの第3パッド83とが形成されている。
2つの第3パッド83は、第1パッド81と第2パッド82との間で、第2方向Yに互いに離間して並んでいる。
第1方向Xに一列に並んだ4つの外部端子23a、24aのうち、第1方向Xの一方の端のp側外部端子23aは、実装基板70の第1パッド81に例えばはんだを介して接合される。すなわち、図8(b)において左側の2つの発光素子10の2つのp側外部端子23aは第1パッド81に接合される。
第1方向Xに一列に並んだ4つの外部端子23a、24aのうち、第1方向Xの他方の端のn側外部端子24aは、実装基板70の第2パッド82に例えばはんだを介して接合される。すなわち、図8(b)において右側の2つの発光素子10の2つのn側外部端子24aは第2パッド82に接合される。
第1パッド81に接合される左端のp側外部端子23aと、第2パッド82に接合される右端のn側外部端子24aとの間の、外部端子23a、24aは、実装基板70の第3パッド83にはんだを介して接合される。
図8(b)において上側の列で第1方向Xで隣り合う2つの発光素子10のうち一方(左側)の発光素子10のn側外部端子24aと、他方(右側)の発光素子10のp側外部端子23aとが、2つの第3パッド83のうちの一方に接合される。
図8(b)において下側の列で第1方向Xで隣り合う2つの発光素子10のうち一方(左側)の発光素子10のn側外部端子24aと、他方(右側)の発光素子10のp側外部端子23aとが、2つの第3パッド83のうちの他方に接合される。
第1パッド81には、実装基板70に形成された図示しない配線を通じてアノード電位が与えられる。第2パッド82には、実装基板70に形成された図示しない配線を通じて、アノード電位より低いカソード電位が与えられる。
第3パッド83は電気的にどこにも接続されず、その電位はフローティングである。第1方向Xで隣り合う一方(左側)の発光素子10のn側外部端子24aと、他方(右側)の発光素子10のp側外部端子23aは、第3パッド83を介して電気的に接続されている。
したがって、図7に模式的にダイオードの回路記号で表すように、第1方向Xに並んだ2つの発光素子10は第1パッド81と第2パッド82との間で直列接続されている。また、上の列と下の列は、第1パッド81と第2パッド82との間に並列接続されている。
第1方向Xで隣り合う一方(左側)の発光素子10のn側外部端子24aと、他方(右側)の発光素子10のp側外部端子23aは共通の第3パッド83に接合されるため、それら隣り合う発光素子10の隣り合う外部端子23a、24a間の距離には制約がなく、設計自由度が高い。
また、1つのパッケージ内で複数の発光素子10を近接させることができるため、1つずつ個片化された複数の発光素子を実装するよりも、実装基板上での実装スペースを小さくできる。
図9は、さらに他の実施形態の発光ユニットの模式平面図である。
図10(a)は、さらに他の実施形態の実装基板70の模式平面図である。
図10(b)は、さらに他の実施形態の半導体発光装置1の模式平面図である。
図9、図10(a)および図10(b)は、それぞれ、図7、図8(a)および図8(b)に対応する図であり、同じ要素には同じ符号を付している。
図10(b)に示す半導体発光装置1は例えば6つの発光素子10を有する。6つの発光素子10はウェーハレベルで樹脂層25によってパッケージングされ、樹脂層25は6つの発光素子10を一体に支持している。
第1方向Xには3つの発光素子10が並んでいる。第1方向Xに並んだ3つの発光素子10のグループ(列)が、第1方向Xに対して直交する第2方向Yに2列並んでいる。
第1方向Xに並んだ3つの発光素子10のグループ(列)において、p側外部端子23aとn側外部端子24aが交互に第1方向Xに並んでいる。
実装基板70には、2つの第1パッド81と、2つの第2パッド82と、4つの第3パッド83とが形成されている。
2つの第1パッド81は第2方向Yに互いに離間して並んでいる。2つの第2パッド82は第2方向Yに互いに離間して並んでいる。あるいは、図8(a)に示す例のように、第2方向Yにつながった1つの第1パッド81と、第2方向Yにつながった1つの第2パッド82であってもよい。この場合、パッド面積が増え、放熱性が向上する。
第1パッド81と第2パッド82との間には、第1方向Xに並んだ2つの第3パッド83および第2方向Yに並んだ2つの第3パッド83の合わせて4つの第3パッド83が設けられている。
第1方向Xに一列に並んだ3つの発光素子10の6つの外部端子23a、24aのうち、第1方向Xの一方の端のp側外部端子23aは、実装基板70の第1パッド81に例えばはんだを介して接合される。すなわち、図10(b)において第2方向Yに並んだ左端の2つの発光素子10の2つのp側外部端子23aは第1パッド81に接合される。
第1方向Xに一列に並んだ6つの外部端子23a、24aのうち、第1方向Xの他方の端のn側外部端子24aは、実装基板70の第2パッド82に例えばはんだを介して接合される。すなわち、図10(b)において第2方向Yに並んだ右端の2つの発光素子10の2つのn側外部端子24aは第2パッド82に接合される。
第1パッド81に接合される左端のp側外部端子23aと、第2パッド82に接合される右端のn側外部端子24aとの間の、外部端子23a、24aは、実装基板70の第3パッド83にはんだを介して接合される。
図10(b)において上側の列の左端およびその右隣の2つの発光素子10のうち一方(左側)の発光素子10のn側外部端子24aと、他方(右側)の発光素子10のp側外部端子23aとが、図10(a)に示す第1パッド81の横の2つの第3パッド83のうちの一方に接合される。
図10(b)において下側の列の左端およびその右隣の2つの発光素子10のうち一方(左側)の発光素子10のn側外部端子24aと、他方(右側)の発光素子10のp側外部端子23aとが、図10(a)に示す第1パッド81の横の2つの第3パッド83のうちの他方に接合される。
図10(b)において上側の列の右端およびその左隣の2つの発光素子10のうち一方(左側)の発光素子10のn側外部端子24aと、他方(右側)の発光素子10のp側外部端子23aとが、図10(a)に示す第2パッド82の横の2つの第3パッド83のうちの一方に接合される。
図10(b)において下側の列の右端およびその左隣の2つの発光素子10のうち一方(左側)の発光素子10のn側外部端子24aと、他方(右側)の発光素子10のp側外部端子23aとが、図10(a)に示す第2パッド82の横の2つの第3パッド83のうちの他方に接合される。
第1パッド81には、実装基板70に形成された図示しない配線を通じてアノード電位が与えられる。第2パッド82には、実装基板70に形成された図示しない配線を通じて、アノード電位より低いカソード電位が与えられる。
第3パッド83は電気的にどこにも接続されず、その電位はフローティングである。第1方向Xで隣り合う2つの発光素子10の一方の発光素子10のn側外部端子24a(p側外部端子23a)と、他方の発光素子10のp側外部端子23a(n側外部端子24a)は、第3パッド83を介して電気的に接続されている。
したがって、図9に模式的にダイオードの回路記号で表すように、第1方向Xに並んだ3つの発光素子10は第1パッド81と第2パッド82との間で直列接続されている。
第1方向Xで隣り合う一方の発光素子10のn側外部端子24a(p側外部端子23a)と、他方の発光素子10のp側外部端子23a(n側外部端子24a)は共通の第3パッド83に接合されるため、それら隣り合う発光素子10の隣り合う外部端子23a、24a間の距離には制約がなく、設計自由度が高い。
また、1つのパッケージ内で複数の発光素子10を近接させることができるため、1つずつ個片化された複数の発光素子を実装するよりも、実装基板上での実装スペースを小さくできる。
図11は、他の実施形態の半導体発光装置2の模式断面図である。
図12は、半導体発光装置2の模式平面図である。図12は、半導体発光装置2の実装面を表し、図11に示す半導体発光装置2の下面図に対応する。
半導体発光装置2は、第3金属ピラー26および第3外部端子26aを有する点で、上記実施形態の半導体発光装置1と異なる。半導体発光装置2において、半導体発光装置1と同じ要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
半導体発光装置2は複数の発光素子10を有する。図11、図12に示す例では、半導体発光装置2は例えば2つの発光素子10を有する。複数の発光素子10はウェーハレベルで樹脂層25によってパッケージングされ、樹脂層25は複数の発光素子10を一体に支持している。
半導体発光装置2を上面またはその反対側の実装面側から見た外形形状は、例えば矩形状である。その矩形の長手方向(第1方向X)に、例えば2つの発光素子10が並んでいる。
第1方向Xで隣り合う2つの発光素子10の一方の発光素子10は、p側金属ピラー23およびp側外部端子23aを有し、n側金属ピラー24およびn側外部端子24aを持たない。他方の発光素子10は、逆に、p側金属ピラー23およびp側外部端子23aを持たず、n側金属ピラー24およびn側外部端子24aを有する。
第1方向Xで隣り合う2つの発光素子10に共通に第3金属ピラー26が設けられている。第3金属ピラー26は、p側金属ピラー23およびn側金属ピラー24と同じ材料で形成され、同じ方法(例えばめっき法)で同時に形成される。
第3金属ピラー26は、第1方向Xで隣り合う2つの発光素子10の一方の発光素子10のn側配線層22と、他方の発光素子10のp側配線層21とを接続している。
第3金属ピラー26の端部(図11における下面)は、樹脂層25から露出し、第3外部端子26aとして機能する。
図12に示すように、2つの発光素子10が第1方向Xに並んでいる。一方の発光素子10のp側外部端子23aは第1方向Xの一方の端に設けられ、他方の発光素子10のn側外部端子24aは第1方向Xの他方の端に設けられている。それら第1方向Xの両端のp側外部端子23aとn側外部端子24aとの間に、第3外部端子26aが設けられている。
第3外部端子26aは例えば四角形状に形成されている。第3外部端子26aの面積は、p側外部端子23aの面積およびn側外部端子24aの面積よりも広い。第3外部端子26aを第1方向Xに2等分する中心線Cに対して、p側外部端子23aとn側外部端子24aは対称配置されている。
図11、12において左側の発光素子10のp側外部端子23aは、左側の発光素子10のp側電極16に接続され、左側の発光素子10のn側電極17は、第3外部端子26aに接続されている。
図11、12において右側の発光素子10のn側外部端子24aは、右側の発光素子10のn側電極17に接続され、右側の発光素子10のp側電極16は、第3外部端子26aに接続されている。
図11、12に示す半導体発光装置2は、例えば図2(a)に示す実装基板に実装することができる。
p側外部端子23aは、実装基板70の第1パッド81に例えばはんだを介して接合される。n側外部端子24aは、実装基板70の第2パッド82に例えばはんだを介して接合される。p側外部端子23aとn側外部端子24aとの間の第3外部端子26aは、実装基板70の第3パッド83にはんだを介して接合される。
第1パッド81には、実装基板70に形成された図示しない配線を通じてアノード電位が与えられる。第2パッド82には、実装基板70に形成された図示しない配線を通じて、アノード電位より低いカソード電位が与えられる。
第3パッド83は電気的にどこにも接続されず、その電位はフローティングである。一方(左側)の発光素子10のn側電極17と、他方(右側)の発光素子10のp側電極16とは、第3金属ピラー26、第3外部端子26a、および第3パッド83を介して電気的に接続されている。
電流は、第1パッド81、それに接合された一方の発光素子10のp側外部端子23a、p側金属ピラー23、p側配線層21、p側電極16、および第2半導体層12を経由して発光層13に供給され、さらに、その一方の発光素子10の第1半導体層11、n側電極17、n側配線層22、第3金属ピラー26、および第3外部端子26aを流れる。
さらに、電流は、第3パッド83、他方の発光素子10のp側配線層21、p側電極16、および第2半導体層12を経由して他方の発光素子10の発光層13に供給され、さらに、他方の発光素子10の第1半導体層11、n側電極17、n側配線層22、n側金属ピラー24、n側外部端子24a、および第2パッド82を流れる。
すなわち、図12に模式的にダイオードの回路記号で表すように、半導体発光装置2の2つの発光素子10は第1パッド81と第2パッド82との間で直列接続されている。
2つの発光素子10は、第3外部端子26aを含む第3金属ピラー26を通じて電気的に接続されている。2つの発光素子10は実装基板70に実装されていない状態で、はんだを介さずに、はんだよりも熱伝導率が高い例えば銅で形成された第3金属ピラー26を通じて電気的に接続されている。さらに、パッケージ内の配線層21、22よりも厚い第3金属ピラー26を通じて2つの発光素子10は接続されている。
すなわち、はんだや薄い配線層よりも放熱性に優れた厚い金属ピラー26を通じて複数チップが接続されている。このため、複数のチップ(半導体層15)間の温度特性差(発光特性差)を小さくできる。
また、発光素子10の熱を、p側外部端子23aおよびn側外部端子24aよりも広い第3外部端子26aおよび第3パッド83を通じて、実装基板70側へ効率よく放熱できる。
また、1つのパッケージ内で複数の発光素子10を近接させることができるため、1つずつ個片化された複数の発光素子を実装するよりも、実装基板上での実装スペースを小さくできる。
マルチチップパッケージ構造の1つの半導体発光装置に含まれる発光素子10(半導体層15)の数は、上記実施形態で示した数に限らず、ダイシング領域の選択により任意に選択できる。
図11の構造においても、半導体層15と半導体層15との間の領域(チップ間領域)において、絶縁膜18は、連続していることに限らず、図14に示すように分断してもよい。チップ間領域の絶縁膜18をパターニングにより分断することで、クラックを抑制できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1,2…半導体発光装置、10…発光素子、13…発光層、15…半導体層、16…p側電極、17…n側電極、23a…p側外部端子、24a…n側外部端子、25…樹脂層、26a…第3外部端子、30…蛍光体層、70…実装基板、81…第1パッド、82…第2パッド、83…第3パッド

Claims (9)

  1. 第1パッドと、第2パッドと、前記第1パッドと前記第2パッドとの間に設けられた第3パッドと、を有する実装基板と、
    それぞれが2つの外部端子を有する複数の発光素子と、前記複数の発光素子を一体に支持する樹脂層と、を有する半導体発光装置と、
    を備え、
    前記複数の発光素子は第1方向に並んだn(nは2以上の整数)個の発光素子を含み、
    前記n個の発光素子の(2×n)個の前記外部端子は前記第1方向に並び、
    前記(2×n)個の外部端子のうち、前記第1方向の一方の端の外部端子は前記第1パッドに接合され、前記第1方向の他方の端の外部端子は前記第2パッドに接合され、前記一方の端の外部端子と前記他方の端の外部端子との間の外部端子は前記第3パッドに接合されている発光ユニット。
  2. それぞれの前記発光素子は第1電極および第2電極を有し、
    前記n個の発光素子の前記(2×n)個の外部端子は、前記第1電極に接続されたn個の第1外部端子と、前記第2電極に接続されたn個の第2外部端子とを有し、
    前記第1外部端子と前記第2外部端は前記第1方向に交互に並んでいる請求項1記載の発光ユニット。
  3. 前記第1方向で隣り合う2つの発光素子のうち一方の発光素子の前記第1外部端子と、他方の発光素子の前記第2外部端子とが、共通の前記第3パッドに接合されている請求項2記載の発光ユニット。
  4. 前記第1方向に並んだ前記n個の発光素子のグループが、前記第1方向に対して直交する第2方向に複数並んでいる請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光ユニット。
  5. 前記第3パッドの面積は、前記第1パッドの面積及び前記第2パッドの面積よりも大きい請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光ユニット。
  6. 前記半導体発光装置は、
    蛍光体層と、
    前記蛍光体層と前記外部端子との間に設けられ、発光層を有する半導体層と、
    を有する請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光ユニット。
  7. それぞれが第1電極および第2電極を有し、第1方向に並んだ複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子を一体に支持する樹脂層と、
    前記複数の発光素子のうち前記第1方向の一方の端の発光素子の前記第1電極と接続された第1外部端子と、
    前記複数の発光素子のうち前記第1方向の他方の端の発光素子の前記第2電極と接続された第2外部端子と、
    前記第1外部端子と前記第2外部端子との間に設けられ、前記第1方向で隣り合う複数の発光素子に共通に設けられた第3外部端子と、
    を備えた半導体発光装置。
  8. 前記第3外部端子の面積は、前記第1外部端子の面積および前記第2外部端子の面積よりも大きい請求項7記載の半導体発光装置。
  9. 蛍光体層と、
    前記蛍光体層と前記第1電極との間、および前記蛍光体層と前記第2電極との間に設けられ、発光層を有する半導体層と、
    をさらに備えた請求項7または8に記載の半導体発光装置。
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