JP5364771B2 - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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他の実施形態によれば、基板の上にエピタキシャル成長された後に前記基板が取除かれた半導体積層体を含み、第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、を有する発光層と、前記発光層の前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極と、前記第1主面上に設けられ、透光性を有し、その側面が前記発光層の側面よりも突出している透光層と、前記透光層の上に設けられ、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層と、前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、前記第2主面上に設けられ、前記発光層から放出される光に対して遮光性の材料により形成され、前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、を備え、前記透光層の側面は、前記蛍光層及び前記封止層に覆われていない部分を有し、前記発光層から放出された光の一部は前記透光層を伝搬し前記蛍光層において波長変換されて外部に放出され、前記発光層から放出された光の他の一部は前記透光層を伝搬し前記透光層の前記側面から外部に放出されることを特徴とする光半導体装置が提供される。
さらに他の実施形態によれば、基板の上にエピタキシャル成長された半導体層である発光層と、前記発光層の前記基板とは反対側の第2主面側に形成され前記発光層を発光させる電流を流す正極及び負極の複数の組と、前記正極のそれぞれに設けられた第1金属ポストと、前記負極のそれぞれに設けられた第2金属ポストと、前記第2主面側に設けられ、前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止する封止層と、を有する発光基材の前記封止層の上に支持基板を貼り付けずに、前記封止層と前記第1及び第2金属ポストとを含む支持体により前記発光層が支持された状態で前記発光層から前記基板を取り除く工程と、前記基板を取り除いた前記発光層の前記第2主面とは反対側の第1主面側に、透光性を有する材料からなる透光層を形成する工程と、前記透光層の上に、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層を形成する工程と、前記正極及び負極ごとに個片化を行う工程と、を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法が提供される。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態について、図1を参照しつつ説明する。
この観点からは、透光層5は、屈折率が1〜2の範囲にある透光材料により形成することが望ましい。
またさらに、封止層10は、発光層2の側面も覆っている。すなわち、図1(a)に表したように、発光層2の第1主面M1と第2主面M2との間にある側面は、絶縁層9を介して、封止層10により覆われている。これは、本実施形態のみならず、図2〜図20に関して後述するすべての実施形態について同様とすることができる。封止層10を、発光層2から放出される光に対して遮光性の材料により形成した場合、発光層2の側面を封止層10で覆うことによって、発光層2の側面からの光の漏れを防ぐことができる。
また、発光層2の上に透光層5を形成することにより、発光層2と空気との屈折率差を緩和することが可能になるので、光の取り出し効率を向上させることができる。また、本実施形態の構造によれば、発光層2の平面積と同サイズの光半導体装置1Aを一般的な配線基板であるガラスエポキシ基板に実装する場合にも、ガラスエポキシ基板と発光層2間の線膨張係数差を各金属ポスト8a、8bにより緩和することが可能である。その結果として、光半導体装置1Aの実装時の信頼性を確保することができる。
この光半導体装置1Aによれば、透光層5を無機物やシリコーン樹脂などにより形成した場合には、発光層2から放射された光(特に、青色光)による透光層5の劣化が防止されるので、寿命低下を抑止することができる。さらに、装置構成が簡略化されて製造コストが抑えられるので、低コスト化を実現することができる。加えて、装置構成が簡略化されて装置の平面サイズは発光層2の平面積と同程度になっているので、通常の光半導体素子と同程度に光半導体装置1Aを小型化することができる。
図2は、本実施形態の第2の具体例を表す模式図である。すなわち、図2(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図2(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図2(a)は図2(b)のA−A線断面を表す。
図3は、本実施形態の第3の具体例を表す模式図である。すなわち、図3(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図3(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図3(a)は図3(b)のA−A線断面を表す。
図4は、本実施形態の第4の具体例を表す模式図である。すなわち、図4(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図4(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図4(a)は図4(b)のA−A線断面を表す。
図5は、本実施形態の第5の具体例を表す模式図である。すなわち、図5(a)は本具体例の光半導体装置の断面図であり、図5(b)はそのZ方向から眺めた平面図である。なお、図5(a)は図5(b)のA−A線断面を表す。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態について図6を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
本実施形態においては、発光層2の上に、透光層5が直接設けられている。つまり、接着層3(図1参照)を介することなく、透光層5が発光層2の上に形成されている。
このような構造は、例えば、透光層5を樹脂により形成することにより実現可能である。例えば、発光層2の第1主面M1の上に、硬化前の樹脂材料を塗布する。しかる後に、樹脂材料を熱やUV(紫外線)などにより硬化させる。こうすることにより、発光層2の上に、透光層5を直接形成することができる。
または、発光層2の第1主面M1の上に、例えば液状ガラスをスピンコートなどの方法で塗布し、その液状ガラスを硬化させることにより、透光層5を形成することができる。
また、製造工程において、接着層3を形成する工程を排除できるので、工程の短縮及びコストの低減を図ることが可能となる。
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態について図7を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1及び第2実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1及び第2実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
本実施形態においては、発光層2の上に、接着層3を介して蛍光層4が設けられている。蛍光層4は、発光層2から放出された光の波長を変換する蛍光体粒子を含有している。具体的には、蛍光層4は、例えば、シリコーン樹脂などの有機材料に蛍光体粒子が分散された構造を有する。また、蛍光層4は、例えば、酸化シリコンなどの無機材料に蛍光体粒子が分散されたものであってもよい。蛍光層4の厚さは、例えば15マイクロメータ程度とすることができる。あるいは、蛍光層4は、有機材料や無機材料からなるバインダによって蛍光体粒子どうしが結合され成形されたものであってもよい。
Y2O2S:Eu、
Y2O2S:Eu+顔料、
Y2O3:Eu、
Zn3(PO4)2:Mn、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Y,Gd,Eu)BO3、
(Y,Gd,Eu)2O3、
YVO4:Eu、
La2O2S:Eu,Sm、
LaSi3N5:Eu2+、
α−sialon:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
CaSiNX:Eu2+、
CaSiNX:Ce2+、
M2Si5N8:Eu2+、
CaAlSiN3:Eu2+、
(SrCa)AlSiN3:EuX+、
Srx(SiyAl3)z(OxN):EuX+
ZnS:Cu,Al、
ZnS:Cu,Al+顔料、
(Zn,Cd)S:Cu,Al、
ZnS:Cu,Au,Al,+顔料、
Y3Al5O12:Tb、
Y3(Al,Ga)5O12:Tb、
Y2SiO5:Tb、
Zn2SiO4:Mn、
(Zn,Cd)S:Cu、
ZnS:Cu、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu+Zn2SiO4:Mn、
Gd2O2S:Tb、
(Zn,Cd)S:Ag、
ZnS:Cu,Al、
Y2O2S:Tb、
ZnS:Cu,Al+In2O3、
(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、
(Zn,Mn)2SiO4、
BaAl12O19:Mn、
(Ba,Sr,Mg)O・aAl2O3:Mn、
LaPO4:Ce,Tb、
Zn2SiO4:Mn、
ZnS:Cu、
3(Ba,Mg,Eu,Mn)O・8Al2O3、
La2O3・0.2SiO2・0.9P2O5:Ce,Tb、
CeMgAl11O19:Tb、
CaSc2O4:Ce、
(BrSr)SiO4:Eu、
α−sialon:Yb2+、
β−sialon:Eu2+、
(SrBa)YSi4N7:Eu2+、
(CaSr)Si2O4N7:Eu2+、
Sr(SiAl)(ON):Ce
ZnS:Ag、
ZnS:Ag+顔料、
ZnS:Ag,Al、
ZnS:Ag,Cu,Ga,Cl、
ZnS:Ag+In2O3、
ZnS:Zn+In2O3、
(Ba,Eu)MgAl10O17、
(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu、
Sr10(PO4)6Cl2:Eu、
(Ba,Sr,Eu)(Mg,Mn)Al10O17、
10(Sr,Ca,Ba,Eu)・6PO4・Cl2、
BaMg2Al16O25:Eu
Li(Eu,Sm)W2O8、
(Y,Gd)3,(Al,Ga)5O12:Ce3+、
Li2SrSiO4:Eu2+、
(Sr(Ca,Ba))3SiO5:Eu2+、
SrSi2ON2.7:Eu2+
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態について図8を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第3実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第3実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
本実施形態においては、発光層2の上に、蛍光層4が直接設けられている。すなわち、接着層3(図7参照)を介することなく、蛍光層4が発光層2の上に形成されている。
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態について図9を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第4実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第4実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
本実施形態においては、発光層2の上に、接着層3を介して透光層5と蛍光層4とがこの順番に設けられている。接着層3と透光層5については、第1実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。また、蛍光層4については、第3及び第4実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。
(第6の実施の形態)
本発明の第6の実施の形態について図10を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第5実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第5実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
本実施形態においては、発光層2の上に、透光層5と蛍光層4とがこの順番に設けられている。つまり、発光層2の上に、接着層3(図9参照)を介さずに、透光層5と蛍光層4とが直接形成されている。
またさらに、本実施形態においては、接着層3を用いないので、接着層3による光の吸収や散乱などを抑制し、光の取り出し効率をさらに向上させることも可能となる。
また、製造工程において、接着層3を形成する工程を排除できるので、工程の短縮及びコストの低減を図ることが可能となる。
(第7の実施の形態)
本発明の第7の実施の形態について図11を参照しつつ説明する。本実施形態については、第1乃至第6実施形態と異なる部分について主に説明する。なお、本実施形態に関しては、第1乃至第6実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を適宜省略する。
本実施形態に係る光半導体装置1Gでは、第1金属層11a及び各第2金属層11bがはんだバンプである。すなわち、直径100マイクロメータの半球状のはんだバンプが第1金属ポスト8a及び各第2金属ポスト8b上に形成されている。はんだバンプの組成は、Sn−3.0Ag−0.5CuやSn−0.8Cu、Sn−3.5Ag等の表面実装に使用されるはんだ材である。
なお、はんだバンプの代わりに、例えば、インジウムなどにより形成されたメタルバンプを設けてもよい。このようなメタルバンプは、例えば熱や超音波を与えながら圧着することで接合が可能である。
(第8の実施の形態)
本発明の第8の実施の形態について図12を参照しつつ説明する。本発明の第8の実施の形態では、第1乃至第7の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第8の実施の形態においては、第1乃至第7の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る光半導体装置1Hでは、第1クラッド層2aの下面に、例えば一辺100マイクロメータの正方形の第1電極7aが形成されている。一方、第2クラッド層2bの下面の第2電極7bは、例えば一辺500マイクロメータの正方形で、第1クラッド層2aのコーナ領域で例えば一辺150マイクロメータの正方形領域分が欠けた形状を有する。第1金属ポスト8aは、第1電極7aと同じ平面形状で直方体状の角柱となり、第2金属ポスト8bは、第2電極7bと同じ平面形状で角柱となる。さらに、第1金属層11aは第1電極7aと同じ平面形状となり、第2金属層11bは第2電極7bと同じ平面形状となる(図12(b)参照)。
(第9の実施の形態)
本発明の第9の実施の形態について図13乃至図15を参照しつつ説明する。本実施形態は、第1実施形態に係る光半導体装置1A及び第3実施形態に係る光半導体装置1Cの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第8の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
一方、図15(b)及び(c)に表した工程において、透光基材18の代わりに蛍光層4となるべき蛍光基材を用い、この蛍光基材を接着層20により発光基材12Aに接着して、図15(d)に表したようにダイシングを施せば、第3実施形態に係る光半導体装置1Cが得られる。
(第10の実施の形態)
本発明の第10の実施の形態について図16を参照しつつ説明する。本実施形態は、第2実施形態に係る光半導体装置1Bの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第9の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
図16(a)に表した工程までは、図13(a)乃至図15(a)に関して前述したものと同様とすることができる。
そして、図15(a)に関して前述したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光基材12Aがリフトオフされる。
あるいは、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)などの方法により、酸化シリコンなどの材料を堆積させてもよい。
最後に、図16(c)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Bが切り出され、第2実施形態に係る光半導体装置1Bが得られる。
(第11の実施の形態)
本発明の第11の実施の形態について図17を参照しつつ説明する。本実施形態は、第4実施形態に係る光半導体装置1Dの製造方法について説明する。本実施形態については、第1乃至第10の実施形態に関して説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る製造工程は、図13(a)に示す発光層12の成膜工程から図15(a)に表したリフトオフ工程までは、第9実施形態と同じ工程を有している。
蛍光体の材料をスパッタやCVDにより堆積させた場合には、高い濃度の蛍光体を含有する蛍光層41を形成することが可能である。
最後に、図17(c)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Dが切り出され、第4実施形態に係る光半導体装置1Dが得られる。
(第12の実施の形態)
本発明の第12の実施の形態について図18を参照しつつ説明する。本実施形態は、第5実施形態に係る光半導体装置1Eの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第11の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
図18(a)に表した工程までは、図13(a)乃至図15(d)に関して前述したものと同様とすることができる。
そして、図18(a)に表したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光層12がリフトオフされる。
最後に、図18(d)に表したように、ダイサによりダイシングが行われることにより、複数の光半導体装置1Eが切り出され、第5実施形態に係る光半導体装置1Eが得られる。
(第13の実施の形態)
本発明の第13の実施の形態について図19を参照しつつ説明する。本実施形態は、第6実施形態に係る光半導体装置1Fの製造方法である。本実施形態の説明においては、第1乃至第12の実施形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
図19(a)に表した工程までは、図13(a)乃至図15(a)に関して前述したものと同様とすることができる。
そして、図15(a)に関して前述したように、基板11と発光層12との層間にレーザが照射され、基板11から発光基材12Aがリフトオフされる。
あるいは、スパッタやCVD(Chemical Vapor Deposition)などの方法により、酸化シリコンなどの材料を堆積させてもよい。
(第14の実施の形態)
本発明の第14の実施の形態について図20を参照しつつ説明する。本実施形態は、第7実施形態に係る光半導体装置1Gの製造方法について説明する。なお、第14実施形態については、第1乃至第13の実施の形態で説明した部分と同一部分を同一符号で付し、その説明を省略する。
本実施形態に係る製造工程は、図13(a)に表した発光層12の成膜工程から図15(b)に表した示す貼り合わせ工程までは、第9実施形態と同じ工程を有している。
(他の実施の形態)
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。
Claims (11)
- 基板の上にエピタキシャル成長された後に前記基板が取り除かれた半導体積層体を含み、第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、を有する発光層と、
前記発光層の前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極と、
前記第1主面上に設けられ、透光性を有し、平面視で前記発光層よりも周囲にはみだしている透光層と、
前記透光層の上に設けられ、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層と、
前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、
前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、
前記第2主面上に設けられ、前記発光層から放出される光に対して遮光性の材料により形成され、前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、
を備え、
前記透光層の側面は、前記蛍光層及び前記封止層に覆われていない部分を有し、
前記発光層から放出された光の一部は前記透光層を伝搬し前記蛍光層において波長変換されて外部に放出され、前記発光層から放出された光の他の一部は前記透光層を伝搬し前記透光層の前記側面から外部に放出されることを特徴とする光半導体装置。 - 基板の上にエピタキシャル成長された後に前記基板が取除かれた半導体積層体を含み、第1主面と、前記第1主面の反対面である第2主面と、を有する発光層と、
前記発光層の前記第2主面上に形成された第1電極及び第2電極と、
前記第1主面上に設けられ、透光性を有し、その側面が前記発光層の側面よりも突出している透光層と、
前記透光層の上に設けられ、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層と、
前記第1電極上に設けられた第1金属ポストと、
前記第2電極上に設けられた第2金属ポストと、
前記第2主面上に設けられ、前記発光層から放出される光に対して遮光性の材料により形成され、前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止するとともに、前記発光層の側面を覆う封止層と、
を備え、
前記透光層の側面は、前記蛍光層及び前記封止層に覆われていない部分を有し、
前記発光層から放出された光の一部は前記透光層を伝搬し前記蛍光層において波長変換されて外部に放出され、前記発光層から放出された光の他の一部は前記透光層を伝搬し前記透光層の前記側面から外部に放出されることを特徴とする光半導体装置。 - 前記半導体積層体は、第1半導体層と、第2半導体層と、前記第1半導体と前記第2半導体層に挟持された活性層と、を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の光半導体装置。
- 前記透光層は、屈折率が1〜2の範囲にある材料からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の光半導体装置。
- 前記透光層は、無機材料からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の光半導体装置。
- 前記無機材料は、ガラスであることを特徴とする請求項5記載の光半導体装置。
- 基板の上にエピタキシャル成長された半導体層である発光層と、前記発光層の前記基板とは反対側の第2主面側に形成され前記発光層を発光させる電流を流す正極及び負極の複数の組と、前記正極のそれぞれに設けられた第1金属ポストと、前記負極のそれぞれに設けられた第2金属ポストと、前記第2主面側に設けられ、前記第1金属ポスト及び前記第2金属ポストを封止する封止層と、を有する発光基材の前記封止層の上に支持基板を貼り付けずに、前記封止層と前記第1及び第2金属ポストとを含む支持体により前記発光層が支持された状態で前記発光層から前記基板を取り除く工程と、
前記基板を取り除いた前記発光層の前記第2主面とは反対側の第1主面側に、透光性を有する材料からなる透光層を形成する工程と、
前記透光層の上に、前記発光層から放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体を含む蛍光層を形成する工程と、
前記正極及び負極ごとに個片化を行う工程と、
を備えたことを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 前記透光層を形成する工程は、液状ガラスを前記第1主面側に塗布し、硬化させる工程を含むことを特徴とする請求項7記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記支持体により前記発光層が支持された状態において、前記発光層は、前記正極及び負極ごとに分離され、
前記個片化された後に、透光層の側面は、平面視で前記発光層よりも周囲にはみだしている請求項7または8に記載の光半導体装置の製造方法。 - 前記支持体により前記発光層が支持された状態において、前記発光層は、前記正極及び負極ごとに分離され、
前記個片化された後に、透光層の側面は、前記発光層の側面よりも突出している請求項7または8に記載の光半導体装置の製造方法。 - 前記個片化された後に、前記発光層の側面は、前記封止層により覆われている請求項9または10に記載の光半導体装置の製造方法。
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