JPWO2011071100A1 - 半導体発光素子、半導体発光素子を用いた発光装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
本発明の半導体発光素子1は、n型半導体層140と、n型半導体層140の一方の面に一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層150と、発光層150に積層されるp型半導体層160と、低屈折率層180aと低屈折率層180aよりも高い屈折率を有し且つ発光層150から出射される光に対する透過性を有する高屈折率層180bとを交互に積層して構成され、n型半導体層140の一方の面側の露出部位に積層される多層反射膜180と、多層反射膜180を貫通して形成され且つ一端がn型半導体層140の露出部位に接続されるn導体部400と、多層反射膜180に積層され且つn導体部400の他端が接続されるn電極310とを含み、フリップチップにて実装される半導体発光素子における光取り出し効率を向上させる。
Description
本発明は、半導体発光素子、半導体発光素子を用いた発光装置および電子機器に関する。
GaN等のIII族窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、通常、サファイア等の基板上に、発光層を含むIII族窒化物半導体層を形成して構成される。そして、このような半導体発光素子では、配線基板に対して半導体発光素子をフリップチップにて実装することで、発光層から出力される光を、基板を介して外部に出射するようにしたものが存在する。
公報に記載された従来技術として、III族窒化物半導体層の基板との接触面と反対側となる面側に、銀等からなる金属製の反射膜を形成することで、発光層から基板とは反対側に出力される光を、基板側に向けて反射するようにしたものが存在する(特許文献1参照)。
また、他の公報記載の技術として、III族窒化物半導体層の基板との接触面と反対側となる面側に、誘電体からなる多重反射膜を形成することで、発光層から基板とは反対側に出力される光を、基板側に向けて反射するようにしたものが存在する(特許文献2参照)。
また、他の公報記載の技術として、III族窒化物半導体層の基板との接触面と反対側となる面側に、誘電体からなる多重反射膜を形成することで、発光層から基板とは反対側に出力される光を、基板側に向けて反射するようにしたものが存在する(特許文献2参照)。
しかしながら、発光層からは、基板側および基板と反対側以外の方向にも光が出力されており、このような光については、取り出しに関する配慮が行われていなかった。
本発明は、フリップチップにて実装される半導体発光素子における光取り出し効率を向上させることを目的とする。
本発明は、フリップチップにて実装される半導体発光素子における光取り出し効率を向上させることを目的とする。
かかる目的のもと、本発明の半導体発光素子は、第1導電型を有するIII族窒化物半導体で構成される第1半導体層と、前記第1半導体層の一方の面に当該一方の面の一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層と、前記第1導電型とは異なる第2導電型を有するIII族窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第2半導体層と、第1屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第1屈折率層と当該第1屈折率よりも高い第2屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第2屈折率層とを交互に積層して構成され、前記第1半導体層の前記一方の面側の露出部位に積層される第1多層反射膜と、前記第1多層反射膜を貫通して形成され且つ一端が前記第1半導体層の前記露出部位に接続される第1導体部と、前記第1多層反射膜に積層され且つ前記第1導体部の他端が接続される第1電極とを含むことを特徴とする。
また、前記発光層から出射される光に対する透過性および導電性を有する金属酸化物で構成され、前記第2半導体層に積層される透明導電層と、第1屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第1屈折率層と当該第1屈折率よりも高い第2屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第2屈折率層とを交互に積層して構成され、前記透明導電層に積層される第2多層反射膜と、前記第2多層反射膜を貫通して形成され且つ一端が前記透明導電層に接続される第2導体部と、前記第2多層反射膜に積層され且つ前記第2導体部の他端が接続される第2電極とをさらに含むことを特徴とする。
さらに、前記第2導体部は、各々の一端が前記透明導電層に接続されるとともに各々の他端が前記第2電極に接続される、複数の接続導体を有していることを特徴とする。また、前記第2導体部を構成する複数の前記接続導体は、前記第1導体部と前記第1半導体層との接続部からの距離が大きくなるほど数が大きくなるように形成されていることを特徴とする。また、前記第2導体部を構成する複数の前記接続導体は、前記第1導体部と前記第1半導体層との接続部からの距離が大きくなるほど断面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする。
さらに、前記第1電極は前記発光層から出射される光に対する反射性を有する第1反射層を備え、前記第2電極は当該発光層から出射される光に対する反射性を有する第2反射層を備えることを特徴とする。
さらにまた、前記第2導体部と前記第2電極とが、面方向に連続する複数の層から形成されることを特徴とする。また、前記第1多層反射膜と前記第2多層反射膜は面方向で連続する一体として構成されていることを特徴とする。
さらに、前記第1電極および第2電極は、外部との電気的な接続に用いられる第1の開口部および第2の開口部を有し、前記第1の開口部および前記第2の開口部にそれぞれ外部との電気的な接続に用いられる第1突出電極および第2突出電極とをさらに備え、前記第1突出電極と、第2突出電極とは、外部と接続するためのSnを含む接続電極を先端部に有することを特徴とする。
さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される発光装置は、第1の配線および第2の配線が形成された基部と、当該基部に対しフリップチップ接続される半導体発光素子とを含み、前記半導体発光素子は、第1導電型を有するIII族窒化物半導体で構成される第1半導体層と、前記第1半導体層の一方の面に当該一方の面の一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層と、前記第1導電型とは異なる第2導電型を有するIII族窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第2半導体層と、第1屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第1屈折率層と当該第1屈折率よりも高い第2屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第2屈折率層とを交互に積層して構成され、前記第1半導体層の前記一方の面側の露出部位に積層される第1多層反射膜と、前記第1多層反射膜を貫通して形成され且つ一端が前記第1半導体層の前記露出部位に接続される第1導体部と、前記第1多層反射膜に積層され且つ前記第1導体部の他端が接続される第1電極とを備えることを特徴とする。
また、本発明が適用される電子機器は、上述のような半導体発光素子が組み込まれている。
また、本発明が適用される電子機器は、上述のような半導体発光素子が組み込まれている。
本発明によれば、フリップチップにて実装される半導体発光素子における光取り出し効率を向上させることができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本実施の形態が適用される半導体発光素子(発光ダイオード)1の平面模式図を示しており、図2は図1に示す半導体発光素子1のII−IIの断面図を示している。なお、図1においては、便宜上、後述する保護層320を取り除いた半導体発光素子1の上面図を示している。
図1および図2に示される半導体発光素子1は、基板110と、基板110の上に積層される中間層120と、中間層120の上に積層される下地層130とを備える。また、半導体発光素子1は、下地層130の上に積層される第1半導体層の一例としてのn型半導体層140と、n型半導体層140の上に積層される発光層150と、発光層150の上に積層される第2半導体層の一例としてのp型半導体層160とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらのn型半導体層140、発光層150、p型半導体層160をまとめて積層半導体層100と呼ぶ。
また、半導体発光素子1においては、積層されたp型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140の一部を切り欠くことによって露出したn型半導体層140の上面140cが形成される。
さらに、p型半導体層160の上には、導電性および発光層150から出力される光に対する透過性を有する透明導電層170が積層されている。
また、半導体発光素子1においては、積層されたp型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140の一部を切り欠くことによって露出したn型半導体層140の上面140cが形成される。
さらに、p型半導体層160の上には、導電性および発光層150から出力される光に対する透過性を有する透明導電層170が積層されている。
半導体発光素子1は、複数の貫通穴が形成された多層反射膜180をさらに備える。この多層反射膜180は、絶縁性および発光層150から出力される光に対する透過性を有する材料で構成されるが、後述する多層構造を備えていることにより、発光層150から出力される光を反射する機能を有している。この多層反射膜180は、透明導電層170、透明導電層170が積層されていないp型半導体層160、及び発光層150が積層されていないn型半導体層140の上に積層されて形成される。また、多層反射膜180は発光層150およびp型半導体層160の側面、すなわちp型半導体層160とn型半導体層140とで形成される段差の壁部にあたる部分を覆い、さらに、多層反射膜180は透明導電層170の側面も覆う。そして、多層反射膜180に設けられる複数の貫通穴の一部は、透明導電層170の上部に透明導電層170の面に対して垂直方向に形成されており、各貫通穴は略格子状に配置されている。また、多層反射膜180に設けられる複数の貫通穴の残りの一部は、n型半導体層140の上面140cの上部に、上面140cに対し垂直方向に形成されており、各貫通穴は略格子状に配置されている。
また、半導体発光素子1は、多層反射膜180に設けられた複数の貫通穴のうち、透明導電層170の上部に設けられた複数の貫通穴を貫通して形成される第2導体部の一例としてのp導体部200を備える。このp導体部200は、透明導電層170の上部に設けられた貫通穴と同じ数のp接続導体202によって構成されており、各p接続導体202は透明導電層170上に略格子状に配置されている。
さらに、半導体発光素子1は、多層反射膜180を挟んで透明導電層170と対向する位置において、多層反射膜180に積層された第2電極の一例としてのp電極300を備えている。そして、p導体部200を構成する複数のp接続導体202のそれぞれの一端は透明導電層170に接続され、それぞれの他端はp電極300に接続される。
さらに、半導体発光素子1は、多層反射膜180を挟んで透明導電層170と対向する位置において、多層反射膜180に積層された第2電極の一例としてのp電極300を備えている。そして、p導体部200を構成する複数のp接続導体202のそれぞれの一端は透明導電層170に接続され、それぞれの他端はp電極300に接続される。
また、半導体発光素子1は、多層反射膜180に設けられた複数の貫通穴のうち、露出部位の一例である上面140cの上部に設けられた複数の貫通穴を貫通して形成されるn導体部400を備える。このn導体部400は、上面140cの上部に設けられた貫通穴と同じ数のn接続導体402によって構成されており、各n接続導体402は上面140c上に略格子状に配置される。
さらに、半導体発光素子1は、多層反射膜180を挟んで上面140cと対向する位置において、多層反射膜180に積層された第1電極の一例としてのn電極310を備えている。そして、n導体部400を構成する複数のn接続導体402のそれぞれの一端は上面140cに接続され、それぞれの他端はn電極310に接続される。
さらに、半導体発光素子1は、多層反射膜180を挟んで上面140cと対向する位置において、多層反射膜180に積層された第1電極の一例としてのn電極310を備えている。そして、n導体部400を構成する複数のn接続導体402のそれぞれの一端は上面140cに接続され、それぞれの他端はn電極310に接続される。
さらにまた、半導体発光素子1は、保護層320を備える。保護層320は、n電極310およびp電極300、多層反射膜180、および多層反射膜180が積層されていない積層半導体層100の上に積層されている。
このように、本実施の形態の半導体発光素子1は、基板110とは反対側となる一方の面側に、p電極300およびn電極310が形成された構造を有している。
この半導体発光素子1においては、p電極300を正極、n電極310を負極とし、両者を介して積層半導体層100(より具体的には、p型半導体層160、発光層150およびn型半導体層140)に電流を流すことで、発光層150が発光するようになっている。
以下、半導体発光素子1の各構成を説明する。
<基板>
基板110としては、III族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。なお、本発明において、基板110は必須の構成ではない。
本実施の形態の半導体発光素子1は、後述するように、基板110側から光を取り出すようにフリップチップ実装される。したがって、発光層150から出射される光に対して光透過性を有していることが光取出し効率を高めるために好ましく、特に、C面を主面とするサファイアを基板110として用いることが光取出し効率を高めるために好ましい。サファイアを基板110として用いる場合は、サファイアのC面上に中間層120(バッファ層)を形成するとよい。
基板110としては、III族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。なお、本発明において、基板110は必須の構成ではない。
本実施の形態の半導体発光素子1は、後述するように、基板110側から光を取り出すようにフリップチップ実装される。したがって、発光層150から出射される光に対して光透過性を有していることが光取出し効率を高めるために好ましく、特に、C面を主面とするサファイアを基板110として用いることが光取出し効率を高めるために好ましい。サファイアを基板110として用いる場合は、サファイアのC面上に中間層120(バッファ層)を形成するとよい。
<中間層>
中間層120は、多結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)からなるものが好ましく、単結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)のものがより好ましく、例えば、多結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)からなる厚さ10〜500nmのものとすることができる。なお、中間層120は、基板110と下地層130との格子定数の違いを緩和し、基板110の(0001)面(C面)上にc軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層120の上に単結晶の下地層130を積層すると、より一層結晶性の良い下地層130が積層できる。なお、本発明において、中間層120は必須の構成ではない。
中間層120は、多結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)からなるものが好ましく、単結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)のものがより好ましく、例えば、多結晶のAlxGa1−xN(0≦x≦1)からなる厚さ10〜500nmのものとすることができる。なお、中間層120は、基板110と下地層130との格子定数の違いを緩和し、基板110の(0001)面(C面)上にc軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層120の上に単結晶の下地層130を積層すると、より一層結晶性の良い下地層130が積層できる。なお、本発明において、中間層120は必須の構成ではない。
<下地層>
下地層130としては、AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)を用いることができるが、AlxGa1−xN(0≦x<1)を用いると結晶性の良い下地層130を形成できるため好ましい。
下地層130の膜厚は0.1μm以上が好ましく、この膜厚以上にした方が結晶性の良好なAlxGa1−xN層が得られやすい。また、下地層130の膜厚は10μm以下が好ましい。なお、本発明において、下地層130は必須の構成ではない。
下地層130としては、AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)を用いることができるが、AlxGa1−xN(0≦x<1)を用いると結晶性の良い下地層130を形成できるため好ましい。
下地層130の膜厚は0.1μm以上が好ましく、この膜厚以上にした方が結晶性の良好なAlxGa1−xN層が得られやすい。また、下地層130の膜厚は10μm以下が好ましい。なお、本発明において、下地層130は必須の構成ではない。
<積層半導体層>
III族窒化物半導体を含んで構成される積層半導体層100は、図2に示すように、基板110上に、n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160の各層が、この順で積層されて構成されている。また、n型半導体層140、発光層150及びp型半導体層160の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。さらにまた、下地層130、中間層120を含めて積層半導体層100と呼んでもよい。
ここで、n型半導体層140は、電子をキャリアとする第1導電型にて電気伝導を行うものであり、p型半導体層160は、正孔をキャリアとする第2導電型にて電気伝導を行うものである。
III族窒化物半導体を含んで構成される積層半導体層100は、図2に示すように、基板110上に、n型半導体層140、発光層150およびp型半導体層160の各層が、この順で積層されて構成されている。また、n型半導体層140、発光層150及びp型半導体層160の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。さらにまた、下地層130、中間層120を含めて積層半導体層100と呼んでもよい。
ここで、n型半導体層140は、電子をキャリアとする第1導電型にて電気伝導を行うものであり、p型半導体層160は、正孔をキャリアとする第2導電型にて電気伝導を行うものである。
<n型半導体層>
第1導電型を有する第1半導体層の一例としてのn型半導体層140は、nコンタクト層とnクラッド層とから構成されるのが好ましい。なお、nコンタクト層はnクラッド層を兼ねることも可能である。また、前述の下地層130をn型半導体層140に含めてもよい。
nコンタクト層は、n電極310を設けるための層である。nコンタクト層としては、AlxGa1−xN層(0≦x<1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。
第1導電型を有する第1半導体層の一例としてのn型半導体層140は、nコンタクト層とnクラッド層とから構成されるのが好ましい。なお、nコンタクト層はnクラッド層を兼ねることも可能である。また、前述の下地層130をn型半導体層140に含めてもよい。
nコンタクト層は、n電極310を設けるための層である。nコンタクト層としては、AlxGa1−xN層(0≦x<1、好ましくは0≦x≦0.5、さらに好ましくは0≦x≦0.1)から構成されることが好ましい。
nコンタクト層と発光層150との間には、nクラッド層を設けることが好ましい。nクラッド層は、発光層150へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層である。なお、本明細書では、AlGaN、GaN、GaInNについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。nクラッド層はAlGaN、GaN、GaInNなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。nクラッド層をGaInNで形成する場合には、発光層150のGaInNのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。
なお、nクラッド層を、超格子構造を含む層とする場合には、100オングストローム以下の膜厚を有したIII族窒化物半導体からなるn側第1層と、n側第1層と組成が異なるとともに100オングストローム以下の膜厚を有したIII族窒化物半導体からなるn側第2層とが積層された構造を含むものであっても良い。
また、nクラッド層は、n側第1層とn側第2層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、GaInNとGaNとの交互構造又は組成の異なるGaInN同士の交互構造であることが好ましい。
また、nクラッド層は、n側第1層とn側第2層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、GaInNとGaNとの交互構造又は組成の異なるGaInN同士の交互構造であることが好ましい。
<発光層>
n型半導体層140の上に積層される発光層150としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
量子井戸構造の井戸層としては、Ga1−yInyN(0<y<0.4)からなるIII族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層の膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば1〜10nmとすることができ、好ましくは2〜6nmとすると発光出力の点で好ましい。
また、量子井戸構造の発光層150の場合は、上記Ga1−yInyNを井戸層とし、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいAlzGa1−zN(0≦z<0.3)を障壁層とする。井戸層および障壁層には、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
n型半導体層140の上に積層される発光層150としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
量子井戸構造の井戸層としては、Ga1−yInyN(0<y<0.4)からなるIII族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層の膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば1〜10nmとすることができ、好ましくは2〜6nmとすると発光出力の点で好ましい。
また、量子井戸構造の発光層150の場合は、上記Ga1−yInyNを井戸層とし、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいAlzGa1−zN(0≦z<0.3)を障壁層とする。井戸層および障壁層には、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
<p型半導体層>
第2導電型を有する第2半導体層の一例としてのp型半導体層160は、例えば正孔をキャリアとする。通常、pクラッド層およびpコンタクト層から構成される。また、pコンタクト層が、pクラッド層を兼ねることも可能である。
pクラッド層は、発光層150へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。pクラッド層としては、発光層150のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層150へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、AlxGa1−xN(0<x≦0.4)のものが挙げられる。
第2導電型を有する第2半導体層の一例としてのp型半導体層160は、例えば正孔をキャリアとする。通常、pクラッド層およびpコンタクト層から構成される。また、pコンタクト層が、pクラッド層を兼ねることも可能である。
pクラッド層は、発光層150へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。pクラッド層としては、発光層150のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層150へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、AlxGa1−xN(0<x≦0.4)のものが挙げられる。
pクラッド層が、このようなAlGaNからなると、発光層150へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。pクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは1〜400nmであり、より好ましくは5〜100nmである。
また、pクラッド層は、複数回積層した超格子構造としてもよく、AlGaNとAlGaNとの交互構造又はAlGaNとGaNとの交互構造であることが好ましい。
また、pクラッド層は、複数回積層した超格子構造としてもよく、AlGaNとAlGaNとの交互構造又はAlGaNとGaNとの交互構造であることが好ましい。
pコンタクト層は、p電極300を設けるための層である。pコンタクト層は、AlxGa1−xN(0≦x≦0.4)であることが好ましい。Al組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および透明導電層170との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
pコンタクト層の膜厚は、特に限定されないが、10〜500nmが好ましく、より好ましくは50〜200nmである。pコンタクト層の膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
pコンタクト層の膜厚は、特に限定されないが、10〜500nmが好ましく、より好ましくは50〜200nmである。pコンタクト層の膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
<透明導電層>
図2に示すように、p型半導体層160の上には透明導電層170が積層されている。
透明導電層170は、図1に示すように平面視したときに、n電極310を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたp型半導体層160の上面160cの周縁部を除くほぼ全面を覆うように形成されている。なお、図2において、透明導電層170は、多層反射膜180の背面側に形成されているため、その背後に隠れている。
図2に示すように、p型半導体層160の上には透明導電層170が積層されている。
透明導電層170は、図1に示すように平面視したときに、n電極310を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたp型半導体層160の上面160cの周縁部を除くほぼ全面を覆うように形成されている。なお、図2において、透明導電層170は、多層反射膜180の背面側に形成されているため、その背後に隠れている。
透明導電層170は、p型半導体層160とオーミックコンタクトがとれ、しかもp型半導体層160との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。また、この半導体発光素子1では、発光層150からの光を、多層反射膜180などを介して基板110側に取り出すことから、透明導電層170は光透過性に優れたものを用いることが好ましい。さらにまた、p型半導体層160の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、透明導電層170は優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。
なお、透明導電層170の厚さは2nm〜500nmの範囲より選択することができる。ここで、透明導電層170の厚さが2nmよりも薄いと、p型半導体層160とオーミックコンタクトが取れにくい場合があり、また、透明導電層170の厚さが500nmよりも厚いと、発光層150からの発光及び多層反射膜180などからの反射光の光透過性の点で好ましくない場合がある。
透明導電層170の一例としては、酸化物の導電性材料であって、発光層150から出射される波長の光に対する光透過性のよいものが用いられる。特に、Inを含む酸化物の一部は、他の透明導電膜と比較して光透過性および導電性の両者がともに優れている点で好ましい。Inを含む導電性の酸化物としては、例えば、IZO(酸化インジウム亜鉛(In2O3−ZnO))、ITO(酸化インジウム錫(In2O3−SnO2))、IGO(酸化インジウムガリウム(In2O3−Ga2O3))、ICO(酸化インジウムセリウム(In2O3−CeO2))等が挙げられる。なお、これらの中に、例えば、フッ素などのドーパントが添加されていてもかまわない。また、例えば、Inを含まない酸化物、例えば、キャリアをドープしたSnO2、ZnO2、TiO2等の導電性材料を用いてもよい。
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段によって設けることで、透明導電層170を形成できる。透明導電層170を形成した後に、熱アニールをすることにより、透明導電層170の透過率が上がり、シート抵抗が下がり、オーミックコンタクトが取れるようになる。
本実施の形態において、透明導電層170は、結晶化された構造のものを使用してよく、特に、六方晶構造又はビックスバイト構造を有するIn2O3結晶を含む透光性材料(例えば、IZOやITO等)を好ましく使用することができる。
また、透明導電層170に用いる膜としては、比抵抗が最も低くなる組成を使用することが好ましい。例えば、IZO中のZnO濃度は1〜20質量%であることが好ましく、5〜15質量%の範囲であることが更に好ましく、10質量%であると特に好ましい。
また、透明導電層170に用いる膜としては、比抵抗が最も低くなる組成を使用することが好ましい。例えば、IZO中のZnO濃度は1〜20質量%であることが好ましく、5〜15質量%の範囲であることが更に好ましく、10質量%であると特に好ましい。
<多層反射膜>
図2に示すように、多層反射膜180は、透明導電層170、透明導電層170が積層されていないp型半導体層160、および発光層150が積層されていないn型半導体層140をそれぞれ覆うように積層されている。また、多層反射膜180は、各層の面方向の表面を覆うだけでなく、発光層150およびp型半導体層160の側面、すなわちp型半導体層160とn型半導体層140とで形成される段差の壁部にあたる部分を覆い、さらに、多層反射膜180は透明導電層170の側面も覆う。
図2に示すように、多層反射膜180は、透明導電層170、透明導電層170が積層されていないp型半導体層160、および発光層150が積層されていないn型半導体層140をそれぞれ覆うように積層されている。また、多層反射膜180は、各層の面方向の表面を覆うだけでなく、発光層150およびp型半導体層160の側面、すなわちp型半導体層160とn型半導体層140とで形成される段差の壁部にあたる部分を覆い、さらに、多層反射膜180は透明導電層170の側面も覆う。
図2に示される多層反射膜180は、積層半導体層100の面方向で連続する一体の構成である。
ここで、多層反射膜180は、積層半導体層100の面方向で分離された二つ以上の多層反射膜180であってもよい。例えば、第2多層反射膜の一例である透明導電層170、および透明導電層170が積層されていないp型半導体層160の上に積層される部分と、第1多層反射膜の一例である発光層150が積層されていないn型半導体層140の上に積層される部分とを別個に形成して、二つの多層反射膜180としてもよい。これは、n電極310側とp電極300側とを別個の多層反射膜180として形成することを意味する。なお、図2に示されるように多層反射膜180を面方向で連続する一体として形成する構成のほうが、別個に形成する構成と比較して、光取出し効率を向上させることができるため好ましい。
さらに、多層反射膜180は、n電極310側あるいはp電極300側のいずれか一方にのみ形成される構成であってもよい。
ここで、多層反射膜180は、積層半導体層100の面方向で分離された二つ以上の多層反射膜180であってもよい。例えば、第2多層反射膜の一例である透明導電層170、および透明導電層170が積層されていないp型半導体層160の上に積層される部分と、第1多層反射膜の一例である発光層150が積層されていないn型半導体層140の上に積層される部分とを別個に形成して、二つの多層反射膜180としてもよい。これは、n電極310側とp電極300側とを別個の多層反射膜180として形成することを意味する。なお、図2に示されるように多層反射膜180を面方向で連続する一体として形成する構成のほうが、別個に形成する構成と比較して、光取出し効率を向上させることができるため好ましい。
さらに、多層反射膜180は、n電極310側あるいはp電極300側のいずれか一方にのみ形成される構成であってもよい。
図3は、多層反射膜180の断面模式図の一例を示している。
多層反射膜180は、屈折率が異なる第1屈折率層の一例としての低屈折率層180aと第2屈折率層の一例としての高屈折率層180bとを、交互に積層して構成されている。特に、本実施の形態では、2つの低屈折率層180aによって1つの高屈折率層180bを挟み込む構成を採用しており、この例では、6層の低屈折率層180aの間に5層の高屈折率層180bを挟み込むことにより、合計11層の積層構造を有している。なお、多層反射膜180のうち外部に露出する最上層については、低屈折率層180aで構成してもよいし、高屈折率層180bで構成してもよい。
多層反射膜180は、屈折率が異なる第1屈折率層の一例としての低屈折率層180aと第2屈折率層の一例としての高屈折率層180bとを、交互に積層して構成されている。特に、本実施の形態では、2つの低屈折率層180aによって1つの高屈折率層180bを挟み込む構成を採用しており、この例では、6層の低屈折率層180aの間に5層の高屈折率層180bを挟み込むことにより、合計11層の積層構造を有している。なお、多層反射膜180のうち外部に露出する最上層については、低屈折率層180aで構成してもよいし、高屈折率層180bで構成してもよい。
低屈折率層180aおよび高屈折率層180bには、発光層150から出力される光に対する光透過性能が高いものが用いられる。ここで、低屈折率層180aとしては、例えばSiO2(酸化珪素)やMgF2(フッ化マグネシウム)を使用することができ、また、高屈折率層180bとしては、TiO2(酸化チタン)、Ta2O5(酸化タンタル)、ZrO2(酸化ジルコニウム)、HfO2(酸化ハフニウム)、Nb2O5(酸化ニオブ)を使用することができる。ただし、高屈折率層180bとの間の屈折率の関係が満たされるのであれば、これらTiO2、Ta2O5、ZrO2、HfO2、Nb2O5を低屈折率層180aに用いてもかまわない。
ここで、本実施の形態では、低屈折率層180aとしてSiO2(酸化珪素)を用い、高屈折率層180bとしてTiO2(酸化チタン)を用いるようにした。これらは、発光層150の発光波長λ(=400nm〜450nm)の光に対して高い光透過性を有している。なお、発光層150の発光波長λがさらに短く、近紫外領域の光を発する場合は、近紫外領域の光を吸収してしまうTiO2(酸化チタン)に代えて、Ta2O5(酸化タンタル)、Nb2O5(酸化ニオブ)、ZrO2(酸化ジルコニウム)、HfO2(酸化ハフニウム)など、光学バンドギャップがTiO2(酸化チタン)より大きいものを高屈折率層180bとして使用することが望ましい。ただし、発光層150が紫外領域の光を発する場合であっても、低屈折率層180aにはSiO2(酸化珪素)を用いることができる。
また、各低屈折率層180aの層厚さdLおよび高屈折率層180bの層厚さdHは、発光層150の発光波長をλ(nm)、発光波長λにおける低屈折率層180aの屈折率をnL、発光波長λにおける高屈折率層180bの屈折率をnHとしたとき、以下に示す式に基づいて設定されている。
したがって、上記(1)式および(2)式から明らかなように、低屈折率層180aの層厚さdLは、高屈折率層180bの層厚さdHよりも必ず厚くなる。
<導体部>
第1導体部と第2導体部は、本実施の形態においてそれぞれp導体部200とn導体部400が一例として示されている。図1および図2に示されるように、p導体部200とn導体部400はそれぞれ多層反射膜180を貫通して設けられる。
また、p導体部200は、p電極300側の複数の接続導体であるp接続導体202からなる。p接続導体202は、基板110側の端部が透明導電層170の上面170cと接続され、もう一方の端部がp電極300と接続されている。
第1導体部と第2導体部は、本実施の形態においてそれぞれp導体部200とn導体部400が一例として示されている。図1および図2に示されるように、p導体部200とn導体部400はそれぞれ多層反射膜180を貫通して設けられる。
また、p導体部200は、p電極300側の複数の接続導体であるp接続導体202からなる。p接続導体202は、基板110側の端部が透明導電層170の上面170cと接続され、もう一方の端部がp電極300と接続されている。
n導体部400は、n電極310側の複数の接続導体であるn接続導体402からなる。n接続導体402は、基板110側の端部がn型半導体層140の上面140cと接続され、もう一方の端部がn電極310と接続されている。
なお、明確化のために、図2におけるp接続導体202およびn接続導体402の縮尺は変更されており、本実施の形態におけるp接続導体202およびn接続導体402の寸法とは大きく異なる。
本実施の形態においては、p接続導体202およびn接続導体402は、好ましくは直径10μm〜50μmの範囲がよく、長さ(深さ)については300nm〜5μmの範囲がよく、例えばp接続導体202およびn接続導体402は直径10μm、長さ(深さ)500nmである。
本実施の形態においては、p接続導体202およびn接続導体402は、好ましくは直径10μm〜50μmの範囲がよく、長さ(深さ)については300nm〜5μmの範囲がよく、例えばp接続導体202およびn接続導体402は直径10μm、長さ(深さ)500nmである。
p接続導体202は、図1に示すようにp電極300全体に複数形成されている。各p接続導体202を流れる電流が発光層150の発光に用いられる電流となる。
本実施の形態においては、単数ではなく複数のp接続導体202とすることで、上面160cの面上において、p型半導体層160の全面に渡って均一に電流を拡散させる。このことにより、発光層150における発光むらを改善することを可能とする。
本実施の形態においては、単数ではなく複数のp接続導体202とすることで、上面160cの面上において、p型半導体層160の全面に渡って均一に電流を拡散させる。このことにより、発光層150における発光むらを改善することを可能とする。
また、n接続導体402も、図1に示すようにn電極310全体に分布して、複数形成されている。複数のn接続導体402とすることにより、n型半導体層140の上面140c上においてむらが改善された状態の電流が供給される。このことは、発光層150における発光むらを改善して発光させることを可能とする。
p接続導体202およびn接続導体402は、ドライエッチングなどを用いて形成された貫通穴の壁面に金属メッキを施したものである。あるいは、p接続導体202およびn接続導体402は、多層反射膜180の貫通穴に金属、金属合金、導電性金属酸化物を充填したものとして形成されてもよい。金属メッキあるいは充填用金属の材質としては、Cu、AuNi、ITOまたはIZOなどが挙げられる。また、p接続導体202は、後で説明する第1導電層301成膜と同時に形成してもよい。n接続導体402も同じように第1金属層311の成膜と同時に形成してもよい。
<電極>
次に第1および第2電極の構成について説明する。
次に第1および第2電極の構成について説明する。
<第1電極>
本実施の形態における第1電極の一例であるn電極310の構成について説明する。
n電極310は、第1反射層の一例である多層反射膜180上に積層される第1金属反射層311と、図2において第1金属反射層311から上に向かって順に、第1拡散防止層312、第2拡散防止層313、第3拡散防止層314、第4拡散防止層315、第1ボンディング層316と積層され、第1ボンディング層316の露出部位を除いて第1ボンディング層316を覆うように積層される第1密着層317とを有している。第1金属反射層311乃至第1密着層317の少なくともいずれか一層が金属反射層であると、後述するように光取出し効率を向上させることができるため好ましい。例えば、第1金属反射層311がAl(アルミニウム)からなる金属反射層として構成される。また、第1金属反射層の下には後述する第2電極と同じようにITO、IZOまたはIGOからなる透明導電層を用いることもできる。
本実施の形態における第1電極の一例であるn電極310の構成について説明する。
n電極310は、第1反射層の一例である多層反射膜180上に積層される第1金属反射層311と、図2において第1金属反射層311から上に向かって順に、第1拡散防止層312、第2拡散防止層313、第3拡散防止層314、第4拡散防止層315、第1ボンディング層316と積層され、第1ボンディング層316の露出部位を除いて第1ボンディング層316を覆うように積層される第1密着層317とを有している。第1金属反射層311乃至第1密着層317の少なくともいずれか一層が金属反射層であると、後述するように光取出し効率を向上させることができるため好ましい。例えば、第1金属反射層311がAl(アルミニウム)からなる金属反射層として構成される。また、第1金属反射層の下には後述する第2電極と同じようにITO、IZOまたはIGOからなる透明導電層を用いることもできる。
<第2電極>
本実施の形態における第2電極の一例であるp電極300の構成について説明する。
p電極300は、多層反射膜180上に積層される第1導電層301と、図2において第1導電層301から上に向かって順に、第2反射層の一例である第2金属反射層302、第1拡散防止層303、第2拡散防止層304、第3拡散防止層305、第4拡散防止層306、第1ボンディング層307と積層され、第1ボンディング層307の露出部位を除いて第1ボンディング層307を覆うように積層される第1密着層308とを有している。第1導電層301乃至第1密着層308の少なくともいずれか一層が金属反射層であると、後述するように光取出し効率を向上させることができるため好ましい。例えば、第2金属反射層302がAg(銀)からなる金属反射層として構成される。
本実施の形態における第2電極の一例であるp電極300の構成について説明する。
p電極300は、多層反射膜180上に積層される第1導電層301と、図2において第1導電層301から上に向かって順に、第2反射層の一例である第2金属反射層302、第1拡散防止層303、第2拡散防止層304、第3拡散防止層305、第4拡散防止層306、第1ボンディング層307と積層され、第1ボンディング層307の露出部位を除いて第1ボンディング層307を覆うように積層される第1密着層308とを有している。第1導電層301乃至第1密着層308の少なくともいずれか一層が金属反射層であると、後述するように光取出し効率を向上させることができるため好ましい。例えば、第2金属反射層302がAg(銀)からなる金属反射層として構成される。
<保護層>
図2に示すように、第1密着層308、第1密着層317、多層反射膜180、および透明導電層170が積層されていないp型半導体層160の上には保護層320が積層されている。保護層320は、SiO2(酸化珪素)などから形成される。外部の空気や水分が半導体発光素子1の発光層150まで浸入するおそれを低減して、半導体発光素子1のp電極300やn電極310の剥がれを防止することができる。
図2に示すように、第1密着層308、第1密着層317、多層反射膜180、および透明導電層170が積層されていないp型半導体層160の上には保護層320が積層されている。保護層320は、SiO2(酸化珪素)などから形成される。外部の空気や水分が半導体発光素子1の発光層150まで浸入するおそれを低減して、半導体発光素子1のp電極300やn電極310の剥がれを防止することができる。
<突出電極>
保護層320上と第1電極310の開口部と第2電極300の開口部上に図示しないTiまたはTiとWからなる合金層とAu層からなるアンダーバックメタル層(略してUBM膜と称する。)を形成した後にレジストを塗布する。
次に、開口部の上部のレジストを除去し、公知のメッキ法によって、図4に示すようにAuを突起状に堆積させる。このとき堆積させるAuの膜厚は、2μm〜25μmが望ましく、さらには5μm〜20μmが望ましく、またさらには10μm〜15μmが望ましい。Auの膜厚が2μmよりも薄いと、実装時に接続用に使用するSnを含む半田が正極や負極と接触してリークが生じることがある。また、Auの膜厚が25μmよりも厚い場合には生産コスト面で厳しくなる。
Auメッキを形成した後、メッキ法、蒸着法またはスパッタ法を用いてAuSn合金を成膜し、次いでレジストおよび突起状に堆積させたAu周辺のUBM膜をエッチングで除去する。エッチング液としては、例えば、AuのエッチングにはKIとI2の混合液を用いてエッチングを行い、TiまたはTiW合金のエッチングには硫酸加水溶液を用いてエッチングをすることができる。
保護層320上と第1電極310の開口部と第2電極300の開口部上に図示しないTiまたはTiとWからなる合金層とAu層からなるアンダーバックメタル層(略してUBM膜と称する。)を形成した後にレジストを塗布する。
次に、開口部の上部のレジストを除去し、公知のメッキ法によって、図4に示すようにAuを突起状に堆積させる。このとき堆積させるAuの膜厚は、2μm〜25μmが望ましく、さらには5μm〜20μmが望ましく、またさらには10μm〜15μmが望ましい。Auの膜厚が2μmよりも薄いと、実装時に接続用に使用するSnを含む半田が正極や負極と接触してリークが生じることがある。また、Auの膜厚が25μmよりも厚い場合には生産コスト面で厳しくなる。
Auメッキを形成した後、メッキ法、蒸着法またはスパッタ法を用いてAuSn合金を成膜し、次いでレジストおよび突起状に堆積させたAu周辺のUBM膜をエッチングで除去する。エッチング液としては、例えば、AuのエッチングにはKIとI2の混合液を用いてエッチングを行い、TiまたはTiW合金のエッチングには硫酸加水溶液を用いてエッチングをすることができる。
図4は、図2に示す半導体発光素子1を配線基板10に実装した発光装置の構成の一例を示す図である。
配線基板10の一方の面には、正電極11と負電極12とが形成されている。そして、配線基板10に対し、図2に示す半導体発光素子1の上下を反転させた状態で、正電極11にはp電極300を、また、負電極12にはn電極310を、それぞれ、はんだを用いて電気的に接続すると共に機械的に固定している。このような配線基板10に対する半導体発光素子1の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれるものである。フリップチップ接続においては、配線基板10からみて、半導体発光素子1の基板110が発光層150よりも遠い位置に置かれる。
配線基板10の一方の面には、正電極11と負電極12とが形成されている。そして、配線基板10に対し、図2に示す半導体発光素子1の上下を反転させた状態で、正電極11にはp電極300を、また、負電極12にはn電極310を、それぞれ、はんだを用いて電気的に接続すると共に機械的に固定している。このような配線基板10に対する半導体発光素子1の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれるものである。フリップチップ接続においては、配線基板10からみて、半導体発光素子1の基板110が発光層150よりも遠い位置に置かれる。
次に、図4に示す発光装置を用いて発光動作について説明する。
配線基板10の正電極11および負電極12を介して、半導体発光素子1に正電極11から負電極12に向かう電流を流すと、半導体発光素子1では、p電極300からp導体部200、透明導電層170、p型半導体層160、発光層150、n型半導体層140、およびn導体部400を介してn電極310に向かう電流が流れる。その結果、発光層150は四方に向けて光を出力する。図4には、p電極300側に向かう矢印A方向の光、基板110側に向かう矢印B方向の光、および側方に向かう矢印C方向の光を例示している。
配線基板10の正電極11および負電極12を介して、半導体発光素子1に正電極11から負電極12に向かう電流を流すと、半導体発光素子1では、p電極300からp導体部200、透明導電層170、p型半導体層160、発光層150、n型半導体層140、およびn導体部400を介してn電極310に向かう電流が流れる。その結果、発光層150は四方に向けて光を出力する。図4には、p電極300側に向かう矢印A方向の光、基板110側に向かう矢印B方向の光、および側方に向かう矢印C方向の光を例示している。
なお、半導体発光素子1は、絶縁性を有する多層反射膜180を、p電極300あるいはn電極310と積層半導体層100との間に設けているが、多層反射膜180を貫通してp導体部200およびn導体部400を設けることにより、発光層150の発光に必要な電流を流すことが可能となる。また、このとき、p電極300では、第1ボンディング層307、第4拡散防止層306、第3拡散防止層305、第2拡散防止層304、第1拡散防止層303、第2金属反射層302、および第1導電層301を介して電流が流れ、p型半導体層160には、上面160cの面上においてむらが抑制された状態の電流が供給される。
まず、発光層150から出射される光のうち多層反射膜180側に向かう矢印A方向の光は、p型半導体層160および透明導電層170を介して多層反射膜180に到達し、多層反射膜180で反射される。そして、多層反射膜180で反射した光は、透明導電層170、p型半導体層160、発光層150、n型半導体層140、下地層130、中間層120および基板110を透過し、主として、図4に示す矢印D方向すなわち半導体発光素子1の外部に出射される。
次に、発光層150から出力される光のうち基板110側に向かう矢印B方向の光は、n型半導体層140、下地層130、中間層120および基板110を透過し、主として、図4に示す矢印D方向すなわち半導体発光素子1の外部に出射される。しかしながら、発光層150から直接、基板110に向かう光の一部は、半導体発光素子1内へと戻ってくる。これは、例えば、中間層120と基板110との屈折率の違いにより、両者の界面において発光層150から基板110側に向かう光が反射しやすくなっているためである。
半導体発光素子1内に戻ってきた光は、n型半導体層140を介して、あるいはn型半導体層140、p型半導体層160および透明導電層170を介して、多層反射膜180に到達し、多層反射膜180で反射される。そして、半導体発光素子1内を進行し再び基板110側へと向かい、結果として図4に示す矢印D方向すなわち半導体発光素子1の外部に出射される。
発光層150から出射される光のうち側方に向かう矢印C方向の光は、例えば発光層150を介して多層反射膜180に到達し、多層反射膜180で反射される。そして、多層反射膜180で反射した光は、半導体発光素子1内を進行し、図4に示す矢印D方向すなわち半導体発光素子1の外部に出射される。
ここで、上述のように半導体発光素子1内へと戻ってくる光は、p電極300側に向かうのみでなく、n電極310の方向にも向かう。本実施の形態では、多層反射膜180をn電極310側にも設けており、半導体発光素子1内に戻ってくる光をn電極310側でも反射させることが可能となる。その結果、半導体発光素子1の光取出し効率がより向上することとなる。
さらに、p電極300およびn電極310が、それぞれの一層として金属反射層を備える場合、多層反射膜180ですべての光を反射できなかった場合であっても、金属反射層で反射させることにより、半導体発光素子1の外部に出射させることが可能となる。その結果として半導体発光素子1からの光の取出し効率をさらに高めることが可能となる。
このように、本実施の形態では、半導体発光素子1に多層反射膜180を設け、発光層150から基板110とは反対側に出射された光、あるいはさまざまな界面で反射することなどにより半導体発光素子1の外部ではない方向に向かった光を、多層反射膜180によって反射させる。さらに、p電極300およびn電極310が金属反射層を有する場合は、この金属反射層によっても反射される。そして反射させた光を半導体発光素子1の外部に出射させることによって、半導体発光素子1からの光の取り出し効率を高めている。
次に、図5乃至図7を用いて他の実施の形態について説明する。
図5および図6においては、n導体部400とn型半導体層140との接合部からの距離が大きくなるほどp接続導体202の断面積が大きくなる構成を示す。この構成により、発光層150がn電極310の近傍で局所的に発光することを本実施の形態は改善することができる。以下で、より具体的に述べる。
まず、半導体発光素子1においては、p接続導体202からn導体部400とn型半導体層140との接合部までの距離が長くなるほど、p接続導体202とn導体部400との間の電気抵抗が高まる。したがって、より電流が流れやすいp接続導体202aの周辺、すなわちn電極310の近傍に過度の電流量が流れる現象を招く可能性がある。その結果としてn電極310の近傍で局所的に発光層150が発光するという現象も起こり得る。
そこで、本実施の形態においては、p接続導体202a、202b、202cは、n導体部400とn型半導体層140との接合部までの距離がこの順番で長く、p接続導体202a、202b、202cの面積がこの順番で大きくなる構成となっている。同一の部材で長さが同じであれば、断面積が大きいほど電気抵抗が小さくなることから、p接続導体202自体の各電気抵抗は、p接続導体202a、202b、202cの順番で電気抵抗が小さくなる。このことにより、上述のn電極310の近傍に過度の電流が流れるという現象を抑制することができる。
以上より、n電極310の近傍の電流量が過度に増すことが主な原因で、発光層150がn電極310の近傍で局所的に発光すること、所謂光量むらを本実施の形態は改善することができる。
なお、上述のようにn導体部400は、複数のn接続導体402からなる場合がある。その場合において、p接続導体202からn導体部400とn型半導体層140との接合部までの距離とは、p接続導体202と、そのp接続導体202から最も近いn接続導体402とn型半導体層140との接合部との間の距離を示す。
なお、上述のようにn導体部400は、複数のn接続導体402からなる場合がある。その場合において、p接続導体202からn導体部400とn型半導体層140との接合部までの距離とは、p接続導体202と、そのp接続導体202から最も近いn接続導体402とn型半導体層140との接合部との間の距離を示す。
図7に、光量むらを改善することが可能となる他の実施の形態を示す。
図7においては、n導体部400とn型半導体層140との接合部からの距離が大きくなるほどp接続導体202の数が大きくなる構成を示す。
すなわち、p接続導体202a、202b、202c、202dは、この順番でn導体部400とn型半導体層140との接合部からの距離が長くなる。一方、p接続導体202は、p接続導体202a、202b、202c、202dの順番でp接続導体202の数が大きくなる。その結果として、n電極310の近傍で過度に電流量が増すことを防止し、局所的な発光を防止することができる。すなわち、光量むらを改善することができる。
図7においては、n導体部400とn型半導体層140との接合部からの距離が大きくなるほどp接続導体202の数が大きくなる構成を示す。
すなわち、p接続導体202a、202b、202c、202dは、この順番でn導体部400とn型半導体層140との接合部からの距離が長くなる。一方、p接続導体202は、p接続導体202a、202b、202c、202dの順番でp接続導体202の数が大きくなる。その結果として、n電極310の近傍で過度に電流量が増すことを防止し、局所的な発光を防止することができる。すなわち、光量むらを改善することができる。
以上のように、n導体部400とn型半導体層140との接合部からの距離に応じてp接続導体202の断面積が変化すること(図5および6参照)と、p接続導体202の数が変化すること(図7参照)を述べた。しかしながら、p接続導体202の断面積とp接続導体202の数とが、両者とも変化するものであってもよい。つまり、p接続導体202は、n導体部400とn型半導体層140との接合部からの距離が大きくなるほど、断面積および数が大きくなる構成であってもよい。
さらに、各p接続導体202の材質を異ならせる構成であってもよい。すなわち、p接続導体202は、n導体部400とn型半導体層140との接合部からの距離が大きくなるほど、より電気抵抗が小さい材質からなる構成であってもよい。
さらに、各p接続導体202の材質を異ならせる構成であってもよい。すなわち、p接続導体202は、n導体部400とn型半導体層140との接合部からの距離が大きくなるほど、より電気抵抗が小さい材質からなる構成であってもよい。
次に、貫通穴の壁面に金属メッキを施さずに、図8および図9に示されるようなp接続導体202およびn接続導体402を形成する構成を説明する。
すなわち、p電極300を構成する各層を貫通穴内に積層することによってp接続導体202を形成し、n電極310を構成する各層を貫通穴内に積層することによってn接続導体402を形成する構成である。
すなわち、p電極300を構成する各層を貫通穴内に積層することによってp接続導体202を形成し、n電極310を構成する各層を貫通穴内に積層することによってn接続導体402を形成する構成である。
まず、p接続導体202について説明すると、図8に示すように、p電極300を形成する各層である、第1導電層301、第2金属反射層302、第1拡散防止層303、第2拡散防止層304、第3拡散防止層305、第4拡散防止層306、第1ボンディング層307の各層をこの順番で、貫通穴に積層することによってp接続導体202を形成する。
なお、図8に示すように、p電極300およびp接続導体202を、面方向に連続する複数の層から形成すると、光取出し効率が向上する。
なお、図8に示すように、p電極300およびp接続導体202を、面方向に連続する複数の層から形成すると、光取出し効率が向上する。
一方、n接続導体402について説明すると、図9に示すように、n電極310を形成する各層である、第1金属反射層311、第1拡散防止層312、第2拡散防止層313、第3拡散防止層314、第4拡散防止層315、第1ボンディング層316の各層をこの順番で積層することによって、n接続導体402を形成する。
なお、図9に示すように、n電極310およびn接続導体402を、面方向に連続する複数の層から形成すると、光取出し効率が向上する。
なお、図9に示すように、n電極310およびn接続導体402を、面方向に連続する複数の層から形成すると、光取出し効率が向上する。
図8および図9に示すように、p電極300を構成する各層を貫通穴内に積層することによってp接続導体202を形成し、n電極310を構成する各層を貫通穴内に積層することによってn接続導体402を形成する場合、例えば次に示すような各層の構成をとることが考えられる。
なお、以下の構成では、p電極300およびp接続導体202の各層はそれぞれ同一であることから、以下ではp電極300およびp接続導体202をあわせて説明する。同様の理由により、n電極310およびn接続導体402を以下ではあわせて説明する。
なお、以下の構成では、p電極300およびp接続導体202の各層はそれぞれ同一であることから、以下ではp電極300およびp接続導体202をあわせて説明する。同様の理由により、n電極310およびn接続導体402を以下ではあわせて説明する。
<p接続導体>
p接続導体202およびp電極300は、第1導電層301と、この第1導電層301上に積層される第2金属反射層302と、この第2金属反射層302上に積層される第1拡散防止層303、第2拡散防止層304、第3拡散防止層305、第4拡散防止層306と、第1ボンディング層307とを有している。
p接続導体202およびp電極300は、第1導電層301と、この第1導電層301上に積層される第2金属反射層302と、この第2金属反射層302上に積層される第1拡散防止層303、第2拡散防止層304、第3拡散防止層305、第4拡散防止層306と、第1ボンディング層307とを有している。
<第1導電層>
p接続導体202において、図8に示すように第1導電層301は透明導電層170の上に積層される。したがって、透明導電層170との密着性の良い材質が好ましい。
一方で、p電極300全体で見ると、第1導電層301は、n電極310を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたp型半導体層160の上面160cに直接積層されるものではない。しかし、図1に示すように、平面視したときには、p型半導体層160の上面160cの周縁部を除くほぼ全面を第1導電層301が覆うような位置に、第1導電層301は形成されている。
p接続導体202において、図8に示すように第1導電層301は透明導電層170の上に積層される。したがって、透明導電層170との密着性の良い材質が好ましい。
一方で、p電極300全体で見ると、第1導電層301は、n電極310を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたp型半導体層160の上面160cに直接積層されるものではない。しかし、図1に示すように、平面視したときには、p型半導体層160の上面160cの周縁部を除くほぼ全面を第1導電層301が覆うような位置に、第1導電層301は形成されている。
そして、第1導電層301は、多層反射膜180の上に積層されることから、多層反射膜180との密着性が良いものを用いることが好ましい。また、この半導体発光素子1では、多層反射膜180を透過してきた発光層150からの光を、第2金属反射層302などを介して基板110側に取り出すことから、第1導電層301は光透過性に優れたものを用いることが好ましい。さらにまた、p型半導体層160の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、第1導電層301は優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。
これらの点から、第1導電層301の一例としては透明導電層が挙げられる。例えば、本実施の形態では、第1導電層301として、酸化物の導電性材料であって、発光層150から出射される波長の光に対する光透過性のよいものが用いられる。特に、Inを含む酸化物の一部は、他の透明導電膜と比較して光透過性および導電性の両者がともに優れている点で好ましい。Inを含む導電性の酸化物としては、例えばIZO(酸化インジウム亜鉛(In2O3−ZnO))が挙げられる。ただし、第1導電層301を構成するIZOには熱処理を行わず、アモルファス状態のままとしている。
この第1導電層301の膜厚は、上述の理由により、好ましくは1nm〜50nmの範囲で用いられる。膜厚が1nm未満の場合には、透明導電層170との密着性が悪くなり、接触抵抗が高くなる恐れがある。膜厚が50nmを越える場合には、光透過性が低下するとともに、直列抵抗が高くなるため発光素子の順方向電圧Vfの増加を招く。
<金属反射層>
第1導電層301の上には第2金属反射層302が積層されている。
p電極300においては、図2に示すように平面視したときに、第2金属反射層302は、第1導電層301の全域を覆うように形成されている。そして、第2金属反射層302の中央部は、一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される。一方、第2金属反射層302の端部側は、膜厚が漸次薄くなることで多層反射膜180のp電極側の上面180cに対し傾斜して形成されている。
第1導電層301の上には第2金属反射層302が積層されている。
p電極300においては、図2に示すように平面視したときに、第2金属反射層302は、第1導電層301の全域を覆うように形成されている。そして、第2金属反射層302の中央部は、一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される。一方、第2金属反射層302の端部側は、膜厚が漸次薄くなることで多層反射膜180のp電極側の上面180cに対し傾斜して形成されている。
また、第2金属反射層302は、第1導電層301上に形成され、多層反射膜180上には形成されないようになっている。すなわち、多層反射膜180と第2金属反射層302とが直接接触しないように構成されている。また、後述するように、第2金属反射層302は、第1導電層301などを介してp型半導体層160に給電を行う機能も有している。したがって、抵抗値は低く、しかも第1導電層301との接触抵抗を低く抑える必要がある。
本実施の形態の第2金属反射層302は、Al(アルミニウム)、Ag(銀)、Ni(ニッケル)、Cr(クロム)などの金属および少なくともこれらの1つを含む合金で構成されている。特に、第2金属反射層302として銀を用いた場合は、発光層150から出射される青色〜緑色の領域の波長の光に対して、高い光反射性を有しているため好ましい。
ここで、第2金属反射層302として銀を用いた場合の、第1導電層301の材質としては、大気開放した透明導電層170と密着性の良いIZO等の透明導電性材料を用いることが好ましい。
ここで、第2金属反射層302として銀を用いた場合の、第1導電層301の材質としては、大気開放した透明導電層170と密着性の良いIZO等の透明導電性材料を用いることが好ましい。
この第2金属反射層302の膜厚は、好ましくは80nm〜200nmの範囲で用いられる。膜厚が80nm未満の場合には、第2金属反射層302による反射率が低下する。また膜厚が200nmを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなり好ましくない。
<拡散防止層>
図2に示すように、第2金属反射層302の上には第1拡散防止層303が積層されている。そして、第1拡散防止層303の上には第2拡散防止層304が、第2拡散防止層304の上には第3拡散防止層305が、第3拡散防止層305の上には第4拡散防止層306が、それぞれ積層されている。
図2に示すように、第2金属反射層302の上には第1拡散防止層303が積層されている。そして、第1拡散防止層303の上には第2拡散防止層304が、第2拡散防止層304の上には第3拡散防止層305が、第3拡散防止層305の上には第4拡散防止層306が、それぞれ積層されている。
この第1拡散防止層303、第2拡散防止層304、第3拡散防止層305は、接触状態にある第2金属反射層302を構成する金属(この例ではAg(銀))、および第4拡散防止層306を構成する金属(この例ではPt(プラチナ))の拡散を抑制する。
また、第4拡散防止層306は、接触状態にある第3拡散防止層305を構成する金属(この例では、Ta(タンタル))と第1ボンディング層307を構成する金属(この例では、Au(金))の拡散を抑制する。
また、第4拡散防止層306は、接触状態にある第3拡散防止層305を構成する金属(この例では、Ta(タンタル))と第1ボンディング層307を構成する金属(この例では、Au(金))の拡散を抑制する。
p電極300においては、図2に示すように平面視したときに、第1拡散防止層303、第2拡散防止層304、第3拡散防止層305、第4拡散防止層306は、第2金属反射層302の全域を覆うように形成されている。そして、各拡散防止層の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される。一方、それぞれの端部側は、膜厚が漸次薄くなることで多層反射膜180のp電極側の上面180cに対し傾斜して形成されている。また、各拡散防止層は、第2金属反射層302上に形成され、多層反射膜180上には形成されないようになっている。すなわち、多層反射膜180と各拡散防止層303〜306とが直接接触しないように構成されている。
各拡散防止層303〜306は、それぞれの層が接触する層とのオーミックコンタクトがとれ、かつ、接触する層との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。ただし、各拡散防止層303〜306は発光層150からの光を透過させる機能を基本的に必要としないので、上記第1導電層301とは異なり、光透過性を有している必要はない。また、各拡散防止層303〜306は、第2金属反射層302および第1導電層301を介してp型半導体層160に給電を行う機能も有していることから、優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。
本実施の形態では、第1拡散防止層303としてTa(タンタル)、第2拡散防止層304としてTaN(窒化タンタル)、第3拡散防止層305としてTa(タンタル)、第4拡散防止層306としてPt(プラチナ)が用いられている。
第1拡散防止層303の膜厚は、好ましくは20nm〜200nmの範囲で用いられる。膜厚が20nm未満の場合には、第2金属反射層302(この例ではAg(銀))と第4拡散防止層306(この例ではPt(プラチナ))の拡散抑制へのバリヤー性が不十分となり、この例ではAgとPtが反応する恐れがある。また、膜厚が200nmを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなる。
第2拡散防止層304の膜厚は、好ましくは1nm〜50nmの範囲で用いられる。膜厚が1nm未満の場合には、その両側の拡散防止層との密着性が悪くなる。また、膜厚が50nmを越える場合には、直列抵抗が高くなるため発光素子の順方向電圧Vfの増加を招く。
第3拡散防止層305の膜厚は、好ましくは20nm〜200nmの範囲で用いられる。膜厚が20nm未満の場合には、第2拡散防止層304と第4拡散防止層306との密着性が悪くなる。さらに、第2金属反射層302(この例ではAg(銀))と第4拡散防止層306(この例ではPt(プラチナ))の拡散抑制へのバリヤー性が不十分となり、この例ではAgとPtが反応する恐れがある。また、膜厚が200nmを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなる。
第4拡散防止層306の膜厚は、好ましくは50nm〜200nmの範囲で用いられる。膜厚が50nm未満の場合には、第3拡散防止層305(例えば、Ta)と第2ボンディング層307(例えば、Au)とが反応する恐れがある。また、膜厚が200nmを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなり良くない。
<第1ボンディング層>
第4拡散防止層306の上面には、第4拡散防止層306を覆うように第1ボンディング層307が積層されている。
p電極300においては、図1に示すように平面視したときに、第1ボンディング層307は、第4拡散防止層306の全域を覆うように形成されている。そして、第1ボンディング層307の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第1ボンディング層307の端部側は膜厚が漸次薄くなることで多層反射膜180のp電極側の上面180cに対し傾斜して形成されている。
第4拡散防止層306の上面には、第4拡散防止層306を覆うように第1ボンディング層307が積層されている。
p電極300においては、図1に示すように平面視したときに、第1ボンディング層307は、第4拡散防止層306の全域を覆うように形成されている。そして、第1ボンディング層307の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第1ボンディング層307の端部側は膜厚が漸次薄くなることで多層反射膜180のp電極側の上面180cに対し傾斜して形成されている。
例えば、第1ボンディング層307は、最も内側すなわち第4拡散防止層306等と接するように少なくとも1層以上の金属層を備える。また、最も外側となる最表層の金属層には一般にAu(金)が用いられる。本実施の形態では、第1ボンディング層307としてAu(金)の単層膜を用いている。
第1ボンディング層307の膜厚は、好ましくは100nm〜2μmの範囲で用いられる。膜厚が100nm未満の場合には第1ボンディング層307としての抵抗が高くなる。また、膜厚が2μmを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなる。
第1ボンディング層307の膜厚は、好ましくは100nm〜2μmの範囲で用いられる。膜厚が100nm未満の場合には第1ボンディング層307としての抵抗が高くなる。また、膜厚が2μmを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなる。
<第1密着層>
第1ボンディング層307の上面および側面には、第1ボンディング層307の一部を除いて覆うように第1密着層308が積層されている。
p電極300においては、平面視したときに、第1密着層308は第1ボンディング層307の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第1密着層308の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される。一方、第1密着層308の端部側は、多層反射膜180のp電極側の上面180cに対し傾斜して形成されている。この第1密着層308の側面側の端部は、多層反射膜180のp電極側の上面180cと接するように設けられている。
第1ボンディング層307の上面および側面には、第1ボンディング層307の一部を除いて覆うように第1密着層308が積層されている。
p電極300においては、平面視したときに、第1密着層308は第1ボンディング層307の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第1密着層308の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される。一方、第1密着層308の端部側は、多層反射膜180のp電極側の上面180cに対し傾斜して形成されている。この第1密着層308の側面側の端部は、多層反射膜180のp電極側の上面180cと接するように設けられている。
第1密着層308は、Au(金)で構成された第1ボンディング層307と保護層320との物理的な密着性を向上させるために設けられている。本実施の形態において、第1密着層308は、Ta(タンタル)で形成されている。
第1密着層308の膜厚は、好ましくは5nm〜20nmの範囲で用いられる。膜厚が5nm未満の場合には、第1ボンディング層307と保護層320との密着性が悪くなる。また、膜厚が20nmを越える場合には、エッチング工程における作業時間が長くなり、発光素子の製造コストが高くなってしまう。
第1密着層308の膜厚は、好ましくは5nm〜20nmの範囲で用いられる。膜厚が5nm未満の場合には、第1ボンディング層307と保護層320との密着性が悪くなる。また、膜厚が20nmを越える場合には、エッチング工程における作業時間が長くなり、発光素子の製造コストが高くなってしまう。
<第1電極>
次に、n電極310の構成について説明する。
n電極310は、第1金属反射層311と、第1金属反射層311上に積層される第1拡散防止層312と、第2拡散防止層313と、第3拡散防止層314と、および第4拡散防止層315と、第1ボンディング層316と、上述した第1ボンディング層316の露出部位を除いて第1ボンディング層316に積層される第1密着層317とを有している。
次に、n電極310の構成について説明する。
n電極310は、第1金属反射層311と、第1金属反射層311上に積層される第1拡散防止層312と、第2拡散防止層313と、第3拡散防止層314と、および第4拡散防止層315と、第1ボンディング層316と、上述した第1ボンディング層316の露出部位を除いて第1ボンディング層316に積層される第1密着層317とを有している。
<金属反射層>
n接続導体402において、図9に示すように第1金属反射層311はn型半導体層140の上に積層される。したがって、n型半導体層140との密着性の良い材質が好ましい。
一方で、n電極310全体で見ると、図2に示すように第1金属反射層311は、n型半導体層140の上面140cのほぼ全域を覆うように形成されている。そして、第1金属反射層311の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される。一方、第1金属反射層311の端部側は膜厚が漸次薄くなることで多層反射膜180のn電極側の上面180dに対し傾斜して形成されている。そして、第1金属反射層311は、多層反射膜180の上に積層されることから、多層反射膜180との密着性が良いものを用いることが好ましい。
n接続導体402において、図9に示すように第1金属反射層311はn型半導体層140の上に積層される。したがって、n型半導体層140との密着性の良い材質が好ましい。
一方で、n電極310全体で見ると、図2に示すように第1金属反射層311は、n型半導体層140の上面140cのほぼ全域を覆うように形成されている。そして、第1金属反射層311の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される。一方、第1金属反射層311の端部側は膜厚が漸次薄くなることで多層反射膜180のn電極側の上面180dに対し傾斜して形成されている。そして、第1金属反射層311は、多層反射膜180の上に積層されることから、多層反射膜180との密着性が良いものを用いることが好ましい。
本実施の形態の第1金属反射層311は、Al(アルミニウム)、Ag(銀)、Ni(ニッケル)などの金属および少なくともこれらの1つを含む合金で構成されている。なお、後述するように、第1金属反射層311は、n型半導体層140に給電を行う機能も有していることから、その抵抗値は低いことが好ましい。
第1金属反射層311の膜厚は、好ましくは80nm〜200nmの範囲で用いられる。膜厚が80nm未満の場合には、反射層としての反射率が下がってしまう。また、膜厚が200nmを超える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまう。
第1金属反射層311の膜厚は、好ましくは80nm〜200nmの範囲で用いられる。膜厚が80nm未満の場合には、反射層としての反射率が下がってしまう。また、膜厚が200nmを超える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまう。
<拡散防止層等>
本実施の形態において、n電極310の各拡散防止層312〜315、第1ボンディング層316、第1密着層317の構成は、p電極300の各拡散防止層303〜306、第1ボンディング層307、第1密着層308におけるそれぞれの構成と同一であることから、各構成に関する記載は上記n電極310における記載を参照されたい。
本実施の形態において、n電極310の各拡散防止層312〜315、第1ボンディング層316、第1密着層317の構成は、p電極300の各拡散防止層303〜306、第1ボンディング層307、第1密着層308におけるそれぞれの構成と同一であることから、各構成に関する記載は上記n電極310における記載を参照されたい。
なお、上記の形態では、貫通穴を形成することによってp接続導体202およびn接続導体402を備えさせることを記載したが、それに限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、多層反射膜180を積層する前に円柱状のp接続導体202およびn接続導体402が形成されていても、あるいは多層反射膜180を積層した後に銅などの金属部材を埋め込むことによって、p接続導体202およびn接続導体402を形成してもよい。
また、p接続導体202およびn接続導体402は、第1導電層301、第2金属反射層302および第1金属反射層311を除き同一の構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。また、p接続導体202およびn接続導体402の形状は、円柱に限定されるものではなく、三角形を含む多角形柱などでもよい。
また、p接続導体202およびn接続導体402は、第1導電層301、第2金属反射層302および第1金属反射層311を除き同一の構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。また、p接続導体202およびn接続導体402の形状は、円柱に限定されるものではなく、三角形を含む多角形柱などでもよい。
図10は、図1に示す半導体発光素子1を備えた発光装置30(発光チップ30又はランプ30とも言う)の構成の一例を示す図である。ここで、図10(a)は発光チップ30の上面図を、図10(b)は図10(a)のXB−XB断面図を、それぞれ示している。
この発光チップ30は、一方の側に凹部31aが形成された筐体31と、筐体31に形成されたリードフレームからなる第1リード部32および第2リード部33と、凹部31aの底面に取り付けられた半導体発光素子1と、凹部31aを覆うように設けられた封止部34とを備えている。なお、図10(a)においては、封止部34の記載を省略している。
基部の一例としての筐体31は、第1リード部32および第2リード部33を含む金属リード部に、白色の熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。
第1リード部32および第2リード部33は、0.1〜0.5mm程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄/銅合金をベースとし、その上にめっき層としてニッケル、チタン、金、銀などを数μm積層して構成されている。そして、本実施の形態では、第1リード部32および第2リード部33の一部が、凹部31aの底面に露出するようになっている。また、第1リード部32および第2リード部33の一端部側は筐体31の外側に露出し、且つ、筐体31の外壁面から裏面側に折り曲げられている。なお、本実施の形態では、第1リード部32が第1の配線として、第2リード部33が第2の配線として、それぞれ機能している。
また、半導体発光素子1は、凹部31aに、第1リード部32と第2リード部33とに跨って取り付けられている。
そして、封止部34は、可視領域の波長において光透過率が高く、また屈折率が高い透明樹脂にて構成される。封止部34を構成する耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。そして、本実施の形態では、封止部34を構成する透明樹脂に、半導体発光素子1から出射される光の一部を、緑色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させている。なお、このような蛍光体に代えて、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体、あるいは、青色光の一部を黄色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させるようにしてもよい。
本実施の形態では、発光チップ30の凹部31aに対し、図1に示す半導体発光素子1の上下を反転させた状態で、正電極の一例としての第1リード部32にはp電極300(第2ボンディング層307)を、負電極の一例としての第2リード部33にはn電極310(第1電極)を、それぞれはんだを用いて電気的に接続するとともに機械的に固定している。このような半導体発光素子1の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれるものである。
なお、本実施の形態の発光チップ30を組み込んだバックライト、携帯電話、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、優れた発光特性を有する半導体発光素子1を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器において、優れた発光特性を有する半導体発光素子1を具備した優れた製品を提供することができ、好ましい。また、半導体発光素子1を備えた発光チップ30の構成は、図10に示すものに限られるわけではなく、例えば砲弾型と呼ばれるパッケージ構成を採用したものであってもよい。
以下、本発明は発光層を有する半導体素子に関する実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみに限定されるものではない。
(実施例1)
以下に示すようにして、窒化ガリウム系化合物半導体を備えた発光素子部を有するIII族窒化物半導体発光素子を作製した。
以下に示すようにして、窒化ガリウム系化合物半導体を備えた発光素子部を有するIII族窒化物半導体発光素子を作製した。
図1および図2に示すように、C面サファイア単結晶の基板に、AlNからなる中間層120を介してアンドープGaNからなる厚さ4μmの下地層130、Siドープ(濃度1×1019/cm3)GaNからなる厚さ3μmのnコンタクト層、Siドープ(濃度1×1018/cm3)In0.1Ga0.9Nからなる厚さ13nmのnクラッド層(nコンタクト層およびnクラッド層からn型半導体層140が構成される。)、GaNからなる厚さ16nmの障壁層とIn0.2Ga0.8Nからなる厚さ2.5nmの井戸層を交互に6回積層させた後、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層150、Mgドープ(濃度1×1020/cm3)Al0.07Ga0.93Nからなる厚さ3nmのpクラッド層およびMgドープ(濃度8×1019/cm3)GaNからなる厚さ0.18μmのpコンタクト層(pクラッド層およびpコンタクト層によりp型半導体層160が構成される。)を順次積層して、厚み9μmのIII族窒化物半導体からなる積層半導体層(エピタキシャル層)100を形成した。
次に、積層半導体層(エピタキシャル層)100のpコンタクト層上の所定の位置に公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いて、IZOからなる透明導電層(透光性正極;第1導電層)170を形成した。
さらに、公知のフォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術により、n電極310を形成する領域のnコンタクト層の上面140cを半円状に露出させた。
続いて、図3に示すように多層反射膜180を成膜した。多層反射膜180は、低屈折率層(第1屈折率層)180aとして厚さ67nmのSiO2、高屈折率層(第2屈折率層)180bとして厚さ37nmのTiO2を用い、6層の低屈折率層180aの間に5層の高屈折率層180bを挟み込むことにより、合計11層の積層構造とした。
さらに、公知のフォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術により、n電極310を形成する領域のnコンタクト層の上面140cを半円状に露出させた。
続いて、図3に示すように多層反射膜180を成膜した。多層反射膜180は、低屈折率層(第1屈折率層)180aとして厚さ67nmのSiO2、高屈折率層(第2屈折率層)180bとして厚さ37nmのTiO2を用い、6層の低屈折率層180aの間に5層の高屈折率層180bを挟み込むことにより、合計11層の積層構造とした。
次に、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用い、p電極300およびn電極310を設ける領域の多層反射膜180に複数の貫通穴を図2のように形成した。なお、貫通穴の直径は10μmとした。続いて、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、p電極300およびn電極310をそれぞれ設ける領域に、IZOを用いて、図1に示すようなp導体部200および第1導電層301(膜厚10nm)、並びにn導体部400および第1金属反射層311(IZO/Agの積層構造)の下層のIZO膜(膜厚10nm)を同時に成膜した。
同様に、p電極300およびn電極310を構成する共通の電極材料は、同時に成膜する方法を採用した。
同様に、p電極300およびn電極310を構成する共通の電極材料は、同時に成膜する方法を採用した。
即ち、第1金属反射層311の上層と第2金属反射層302は、膜厚100nmのAgで形成し、第1拡散防止層303と312は、膜厚40nmのTaで形成し、第2拡散防止層304と313は、膜厚20nmのTaNで形成し、第3拡散防止層305と314は、膜厚100nmのTiで形成し、第4拡散防止層306と315は、膜厚100nmのPtで形成し、第1ボンディング層307と316は、膜厚500nmのAuで形成し、第1密着層308と317は、膜厚10nmのTaで順次形成し、例えば、IZO/Ag/Ta/TaN/Ti/Pt/Au/Ta構造の第2電極300と第1電極310を形成した。
次にSiO2からなる保護膜320を成膜し、公知のフォトリソグラフィー技術および反応性エッチング技術によりエッチングして、第1ボンディング層307及び316の一部を直径90μmの円形に露出させた。
次に、TiWを公知のスパッタ法でウェハ全面に成膜した後、第1ボンディング層307と316の露出部以外にレジストを形成し、公知の電解メッキ法により露出部上にAuを13μm成長させ、その後、蒸着法によりAuSnを2μm成膜した。次いで、レジストおよび突出電極周辺のTiWを除去し、図2にあるような第1突出電極21および第2突出電極20を形成した。次にサファイア基板の研磨、分離を行い350μm×350μmの発光チップを得た。
次に、TiWを公知のスパッタ法でウェハ全面に成膜した後、第1ボンディング層307と316の露出部以外にレジストを形成し、公知の電解メッキ法により露出部上にAuを13μm成長させ、その後、蒸着法によりAuSnを2μm成膜した。次いで、レジストおよび突出電極周辺のTiWを除去し、図2にあるような第1突出電極21および第2突出電極20を形成した。次にサファイア基板の研磨、分離を行い350μm×350μmの発光チップを得た。
最後に、AlN基板を用いたサブマウント10上に発光チップを裏返して設置し、サブマウント10上の正電極11および負電極12と、半導体発光素子の第2突出電極20および第1突出電極21とが対応するように半導体発光素子とサブマウント10とを位置合わせし、その後、300℃に加熱しつつ、半導体発光素子をサブマウント10に押圧(圧着)し、正電極11および負電極12と第2突出電極20および第1突出電極21とをそれぞれ電気的に接続した。
半導体発光素子を搭載したサブマウント10をTO18に載せてワイヤーで接続した。実施例1において得られた発光チップのLED特性は、順方向電圧Vfが3.14V(電流20mA)のとき、発光波長が452nmであり、発光出力が28.3mWであった。
半導体発光素子を搭載したサブマウント10をTO18に載せてワイヤーで接続した。実施例1において得られた発光チップのLED特性は、順方向電圧Vfが3.14V(電流20mA)のとき、発光波長が452nmであり、発光出力が28.3mWであった。
(実施例2)
第1突出電極21および第2突出電極20を形成しないこと、またAlNサブマウントとの接続子として、ハンダボールをつけ、発光チップと接続すること以外は実施例1と同様に半導体発光素子を製造した。実施例2において得られた発光チップのLED特性を表1に記載した。
第1突出電極21および第2突出電極20を形成しないこと、またAlNサブマウントとの接続子として、ハンダボールをつけ、発光チップと接続すること以外は実施例1と同様に半導体発光素子を製造した。実施例2において得られた発光チップのLED特性を表1に記載した。
(実施例3)
p接続導体202のパターンを図5に示す所定パターンに形成したこと以外は、実施例1と同様に半導体発光素子を製造した。実施例3において得られた発光チップのLED特性を表1に記載した。なお、p接続導体202では、直径の異なる3種の貫通穴(直径10μm、30μm、50μm)を形成し、n接続導体402では、直径10μmの貫通穴を形成した。
p接続導体202のパターンを図5に示す所定パターンに形成したこと以外は、実施例1と同様に半導体発光素子を製造した。実施例3において得られた発光チップのLED特性を表1に記載した。なお、p接続導体202では、直径の異なる3種の貫通穴(直径10μm、30μm、50μm)を形成し、n接続導体402では、直径10μmの貫通穴を形成した。
(実施例4)
p接続導体202のパターンを図7に示す所定パターンに形成したこと以外は、実施例1と同様に半導体発光素子を製造した。実施例4において得られた発光チップのLED特性を表1に記載した。なお、p接続導体202およびn接続導体402では、直径10μmの貫通穴を形成した。
p接続導体202のパターンを図7に示す所定パターンに形成したこと以外は、実施例1と同様に半導体発光素子を製造した。実施例4において得られた発光チップのLED特性を表1に記載した。なお、p接続導体202およびn接続導体402では、直径10μmの貫通穴を形成した。
(比較例)
多層反射層180、p導体部200およびn導体部400を形成しないこと以外は、実施例1と同様に半導体発光素子を製造した。比較例において得られた発光チップのLED特性を表1に記載した。
多層反射層180、p導体部200およびn導体部400を形成しないこと以外は、実施例1と同様に半導体発光素子を製造した。比較例において得られた発光チップのLED特性を表1に記載した。
表1から分かるように、実施例1〜4では、比較例と比べ、順方向の駆動電圧Vfはほぼ同等レベルであるが、発光出力Poが高くなっている。このように、本発明の半導体発光素子は、光取り出し効率の点で格段と向上した発光素子チップを提供することができる。
1…半導体発光素子、20…第2突出電極、21…第1突出電極、100…積層半導体層、110…基板、120…中間層、130…下地層、140…n型半導体層、140c…上面、150…発光層、160…p型半導体層、170…透明導電層、170c…上面、180…多層反射膜、180a…低屈折率層、180b…高屈折率層、180c…p電極側の上面、180d…n電極側の上面、200…p導体部、202…p接続導体、300…p電極、310…n電極、400…n導体部、402…n接続導体
Claims (12)
- 第1導電型を有するIII族窒化物半導体で構成される第1半導体層と、
前記第1半導体層の一方の面に当該一方の面の一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層と、
前記第1導電型とは異なる第2導電型を有するIII族窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第2半導体層と、
第1屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第1屈折率層と当該第1屈折率よりも高い第2屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第2屈折率層とを交互に積層して構成され、前記第1半導体層の前記一方の面側の露出部位に積層される第1多層反射膜と、
前記第1多層反射膜を貫通して形成され且つ一端が前記第1半導体層の前記露出部位に接続される第1導体部と、
前記第1多層反射膜に積層され且つ前記第1導体部の他端が接続される第1電極と
を含む半導体発光素子。 - 前記発光層から出射される光に対する透過性および導電性を有する金属酸化物で構成され、前記第2半導体層に積層される透明導電層と、
第1屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第1屈折率層と当該第1屈折率よりも高い第2屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第2屈折率層とを交互に積層して構成され、前記透明導電層に積層される第2多層反射膜と、
前記第2多層反射膜を貫通して形成され且つ一端が前記透明導電層に接続される第2導体部と、
前記第2多層反射膜に積層され且つ前記第2導体部の他端が接続される第2電極と
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。 - 前記第2導体部は、各々の一端が前記透明導電層に接続されるとともに各々の他端が前記第2電極に接続される、複数の接続導体を有していることを特徴とする請求項2に記載の半導体発光素子。
- 前記第2導体部を構成する複数の前記接続導体は、前記第1導体部と前記第1半導体層との接続部からの距離が大きくなるほど数が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体発光素子。
- 前記第2導体部を構成する複数の前記接続導体は、前記第1導体部と前記第1半導体層との接続部からの距離が大きくなるほど断面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項3または4に記載の半導体発光素子。
- 前記第1電極は前記発光層から出射される光に対する反射性を有する第1反射層を備え、前記第2電極は当該発光層から出射される光に対する反射性を有する第2反射層を備えることを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第2導体部と前記第2電極とが、面方向に連続する複数の層から形成されることを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1多層反射膜と前記第2多層反射膜は面方向で連続する一体として構成されていることを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 積層半導体層の前記第1電極および前記第2電極の表面に形成され、
外部との電気的な接続に用いられる第1の開口部および第2の開口部を有し、
前記第1の開口部および前記第2の開口部に外部との電気的な接続に用いられる第1突出電極および第2突出電極と
をさらに備えることを特徴とする請求項2乃至8のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 - 前記第1突出電極と前記第2突出電極とは、外部と接続するためのSnを含む接続電極を先端部に有することを特徴とする請求項9に記載の半導体発光素子。
- 第1の配線および第2の配線が形成された基部と、当該基部に対しフリップチップ接続される半導体発光素子とを含み、
前記半導体発光素子は、
第1導電型を有するIII族窒化物半導体で構成される第1半導体層と、
前記第1半導体層の一方の面に当該一方の面の一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層と、
前記第1導電型とは異なる第2導電型を有するIII族窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第2半導体層と、
第1屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第1屈折率層と当該第1屈折率よりも高い第2屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第2屈折率層とを交互に積層して構成され、前記第1半導体層の前記一方の面側の露出部位に積層される第1多層反射膜と、
前記第1多層反射膜を貫通して形成され且つ一端が前記第1半導体層の前記露出部位に接続される第1導体部と、
前記第1多層反射膜に積層され且つ前記第1導体部の他端が接続される第1電極と
を備えることを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の半導体発光素子が組み込まれていることを特徴とする電子機器。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014139997A (ja) * | 2013-01-21 | 2014-07-31 | Rohm Co Ltd | 発光素子および発光素子パッケージ |
Families Citing this family (57)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9461201B2 (en) | 2007-11-14 | 2016-10-04 | Cree, Inc. | Light emitting diode dielectric mirror |
US7915629B2 (en) | 2008-12-08 | 2011-03-29 | Cree, Inc. | Composite high reflectivity layer |
US9293656B2 (en) * | 2012-11-02 | 2016-03-22 | Epistar Corporation | Light emitting device |
US8716723B2 (en) | 2008-08-18 | 2014-05-06 | Tsmc Solid State Lighting Ltd. | Reflective layer between light-emitting diodes |
US9362459B2 (en) | 2009-09-02 | 2016-06-07 | United States Department Of Energy | High reflectivity mirrors and method for making same |
US9435493B2 (en) | 2009-10-27 | 2016-09-06 | Cree, Inc. | Hybrid reflector system for lighting device |
US9105824B2 (en) | 2010-04-09 | 2015-08-11 | Cree, Inc. | High reflective board or substrate for LEDs |
US9012938B2 (en) | 2010-04-09 | 2015-04-21 | Cree, Inc. | High reflective substrate of light emitting devices with improved light output |
US8764224B2 (en) | 2010-08-12 | 2014-07-01 | Cree, Inc. | Luminaire with distributed LED sources |
US8653542B2 (en) * | 2011-01-13 | 2014-02-18 | Tsmc Solid State Lighting Ltd. | Micro-interconnects for light-emitting diodes |
JP4940363B1 (ja) | 2011-02-28 | 2012-05-30 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
US8680556B2 (en) | 2011-03-24 | 2014-03-25 | Cree, Inc. | Composite high reflectivity layer |
TWI483431B (zh) * | 2011-04-01 | 2015-05-01 | Huga Optotech Inc | 半導體發光結構 |
US8686429B2 (en) | 2011-06-24 | 2014-04-01 | Cree, Inc. | LED structure with enhanced mirror reflectivity |
US9728676B2 (en) | 2011-06-24 | 2017-08-08 | Cree, Inc. | High voltage monolithic LED chip |
US10243121B2 (en) | 2011-06-24 | 2019-03-26 | Cree, Inc. | High voltage monolithic LED chip with improved reliability |
US20140138731A1 (en) * | 2011-07-15 | 2014-05-22 | Panasonic Corporation | Semiconductor light emitting element |
JP2013030634A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子 |
DE102011052605B4 (de) * | 2011-08-11 | 2014-07-10 | Infineon Technologies Austria Ag | Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung |
KR101872735B1 (ko) | 2011-11-15 | 2018-08-02 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 패키지 |
KR101969334B1 (ko) | 2011-11-16 | 2019-04-17 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 및 이를 구비한 발광 장치 |
JP5639626B2 (ja) * | 2012-01-13 | 2014-12-10 | シャープ株式会社 | 半導体発光素子及び電極成膜方法 |
TWI572054B (zh) | 2012-03-16 | 2017-02-21 | 晶元光電股份有限公司 | 高亮度發光二極體結構與其製造方法 |
KR102019497B1 (ko) * | 2012-04-19 | 2019-09-06 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광소자 |
US9660043B2 (en) | 2012-06-04 | 2017-05-23 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Ohmic contact to semiconductor layer |
US9793439B2 (en) | 2012-07-12 | 2017-10-17 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Metallic contact for optoelectronic semiconductor device |
JP2014053593A (ja) * | 2012-08-09 | 2014-03-20 | Sharp Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
KR102071036B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2020-01-29 | 서울바이오시스 주식회사 | 발광 다이오드 및 그것을 채택하는 조명 장치 |
CN105074941B (zh) | 2012-12-06 | 2019-10-08 | 首尔伟傲世有限公司 | 发光二极管、照明模块、照明设备和背光单元 |
US9536924B2 (en) | 2012-12-06 | 2017-01-03 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Light-emitting diode and application therefor |
JP2014127565A (ja) * | 2012-12-26 | 2014-07-07 | Toyoda Gosei Co Ltd | 半導体発光素子 |
KR20140140166A (ko) * | 2013-05-28 | 2014-12-09 | 포항공과대학교 산학협력단 | 발광 다이오드 |
CN105264678B (zh) * | 2013-06-04 | 2019-06-21 | 克利公司 | 发光二极管介质镜 |
JP6261927B2 (ja) * | 2013-09-24 | 2018-01-17 | スタンレー電気株式会社 | 半導体発光素子 |
TWI478387B (zh) * | 2013-10-23 | 2015-03-21 | Lextar Electronics Corp | 發光二極體結構 |
TWI509836B (zh) * | 2013-10-24 | 2015-11-21 | Lextar Electronics Corp | 發光二極體結構 |
TW201517328A (zh) * | 2013-10-25 | 2015-05-01 | Wintek Corp | 發光二極體結構 |
TWI536607B (zh) * | 2013-11-11 | 2016-06-01 | 隆達電子股份有限公司 | 一種電極結構 |
TWI591848B (zh) | 2013-11-28 | 2017-07-11 | 晶元光電股份有限公司 | 發光元件及其製造方法 |
TWI616002B (zh) * | 2013-12-30 | 2018-02-21 | 新世紀光電股份有限公司 | 發光晶片 |
CN105449068A (zh) * | 2014-07-28 | 2016-03-30 | 无锡华润华晶微电子有限公司 | 一种led芯片及其制作方法 |
US10658546B2 (en) | 2015-01-21 | 2020-05-19 | Cree, Inc. | High efficiency LEDs and methods of manufacturing |
CN105895776B (zh) * | 2015-02-17 | 2020-01-14 | 新世纪光电股份有限公司 | 具有布拉格反射镜的发光二极管及其制造方法 |
TWI583019B (zh) * | 2015-02-17 | 2017-05-11 | 新世紀光電股份有限公司 | Light emitting diode and manufacturing method thereof |
US10236413B2 (en) | 2015-04-20 | 2019-03-19 | Epistar Corporation | Light-emitting device and manufacturing method thereof |
JP6160726B2 (ja) * | 2015-04-27 | 2017-07-12 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
JP6260640B2 (ja) * | 2015-05-22 | 2018-01-17 | 日亜化学工業株式会社 | 発光素子 |
US10217914B2 (en) | 2015-05-27 | 2019-02-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device |
KR102373677B1 (ko) * | 2015-08-24 | 2022-03-14 | 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 | 발광소자 |
CN106848032B (zh) * | 2015-12-04 | 2019-06-18 | 上海芯元基半导体科技有限公司 | 一种晶圆级封装的led器件结构 |
US9893239B2 (en) * | 2015-12-08 | 2018-02-13 | Nichia Corporation | Method of manufacturing light emitting device |
TWI723207B (zh) | 2016-08-18 | 2021-04-01 | 新世紀光電股份有限公司 | 微型發光二極體及其製造方法 |
JP6520964B2 (ja) | 2017-01-26 | 2019-05-29 | 日亜化学工業株式会社 | 発光素子の製造方法 |
TWI676285B (zh) * | 2017-05-04 | 2019-11-01 | 國立交通大學 | 無電極遮光之發光二極體顯示器的結構及其製程 |
JP2019149480A (ja) * | 2018-02-27 | 2019-09-05 | 豊田合成株式会社 | 半導体素子、発光装置、および発光装置の製造方法 |
US10643964B2 (en) | 2018-07-02 | 2020-05-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Structures for bonding a group III-V device to a substrate by stacked conductive bumps |
WO2024087087A1 (zh) * | 2022-10-27 | 2024-05-02 | 厦门三安光电有限公司 | 发光二极管及发光装置 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06296041A (ja) * | 1993-04-08 | 1994-10-21 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
JP2005244207A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-09-08 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
JP2009164423A (ja) * | 2008-01-08 | 2009-07-23 | Nichia Corp | 発光素子 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4453515B2 (ja) | 2004-10-22 | 2010-04-21 | 豊田合成株式会社 | 半導体発光素子 |
KR100638813B1 (ko) | 2005-04-15 | 2006-10-27 | 삼성전기주식회사 | 플립칩형 질화물 반도체 발광소자 |
JP2007214276A (ja) * | 2006-02-08 | 2007-08-23 | Mitsubishi Chemicals Corp | 発光素子 |
JP5092419B2 (ja) | 2007-01-24 | 2012-12-05 | 三菱化学株式会社 | GaN系発光ダイオード素子 |
KR20090032207A (ko) * | 2007-09-27 | 2009-04-01 | 삼성전기주식회사 | 질화갈륨계 발광다이오드 소자 |
JP5634003B2 (ja) | 2007-09-29 | 2014-12-03 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
JP5522032B2 (ja) * | 2008-03-13 | 2014-06-18 | 豊田合成株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
JP5311408B2 (ja) | 2008-12-26 | 2013-10-09 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
-
2010
- 2010-12-09 JP JP2011545236A patent/JPWO2011071100A1/ja active Pending
- 2010-12-09 US US13/514,809 patent/US8637888B2/en active Active
- 2010-12-09 WO PCT/JP2010/072088 patent/WO2011071100A1/ja active Application Filing
- 2010-12-10 TW TW099143238A patent/TWI446589B/zh active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06296041A (ja) * | 1993-04-08 | 1994-10-21 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
JP2005244207A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-09-08 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
JP2009164423A (ja) * | 2008-01-08 | 2009-07-23 | Nichia Corp | 発光素子 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014139997A (ja) * | 2013-01-21 | 2014-07-31 | Rohm Co Ltd | 発光素子および発光素子パッケージ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TW201130164A (en) | 2011-09-01 |
US20120235204A1 (en) | 2012-09-20 |
TWI446589B (zh) | 2014-07-21 |
WO2011071100A1 (ja) | 2011-06-16 |
US8637888B2 (en) | 2014-01-28 |
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