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JP5040355B2 - 半導体発光素子及びこれを備えた発光装置 - Google Patents

半導体発光素子及びこれを備えた発光装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体発光素子及びこれを備えた発光装置に関し、特に光反射率が向上された電極に係る半導体発光素子及びこれを備えた発光装置に関する。
窒化物系化合物半導体発光素子は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、半導体素子である発光素子は球切れ等の心配がない。さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)、レーザーダイオード(Laser Diode:LD)等の半導体発光素子は、各種の光源として利用されている。特に近年は、蛍光灯に代わる照明用の光源として、より低消費電力で長寿命の次世代照明として注目を集めており、更なる発光出力の向上及び発光効率の改善が求められている。
代表的な半導体発光素子の一例を図27に示す。図27(a)は半導体発光素子100の平面図を、図27(b)は、図27(a)の半導体発光素子100において、B−B’線に沿う断面図を示す。この図に示すGaN系化合物半導体素子100において、発光にかかわる半導体層105は、サファイヤ基板101上に成長されたn型窒化物半導体層102と、発光層103と、p型窒化物半導体層104で構成されている。電気を半導体層105に流すための電極は、p型窒化物半導体層104上に形成された透明電極106と、p型パッド電極107とからなるプラス側電極と、n型窒化物半導体層102上に、n型パッド電極108を配置したマイナス側電極とで構成されている。n型パッド電極108は、pn接合の下側と接続するため、発光層103の一部を切り欠き、露出されたn型半導体層102上に形成される。さらに素子を守る保護膜109が最表面に被覆される。また、パッド電極107、108には、ワイヤボンディング用のワイヤやフリップチップ用のバンプ等、半導体層105と外部電極とを電気的に接続するための部材(図示せず)が接続される。一般に、ワイヤはAu製のものが使用されていることから、これに接続されるパッド電極107、108の最表面には、ワイヤとの結合性を考慮してAuが採用されていた。
上記のような半導体発光素子100において、電極形成面を主光取り出し面とするフェイスアップ実装された場合、発光層103から発光した光は、光の視認側であるパッド電極107の形成面側からだけでなく、その一部は、水平面方向にも発光する。
上記の水平面方向に進行した光を視認側へと導光させることで、光取り出し効率を改善させた半導体発光素子が開発されている(例えば特許文献1及び特許文献2)。図28における半導体発光素子200において、図27と同様の部材については同一の符号を付し、詳細説明を省略する。半導体発光素子200のn型パッド電極108は、パナジウム(Pd)、タンタル(Ta)、白金(Pt)の上面に、金(Au)を積層した2層構造からなり、n型パッド電極108の上面がp型パッド電極107の上面と略同等の位置に形成されている。また、n型パッド電極108は、約45°の傾斜角度を有する側面を備えており、上面ほど先細り形状を成す。加えて、n型パッド電極108の表面には、Agからなる反射膜201が形成されている。この構造により、発光層103から放出した光を視認側へと反射させ、光を導光することにより光取り出し効率を向上させることができる。
特開2004−128321号公報 特開2005−19530号公報
上記の半導体発光素子であれば、発光層からの出射光の導光経路を反射膜でもって矯正できるが、一端、光進行方向を光視認側へと変更できたとしても、その光の一部は、発光装置内を構成する部材で反射を1もしくは複数回繰り返すことにより乱反射され、再び発光素子側へと進路を変更し、つまり戻り光となる虞があった。戻り光は発光素子の特性の悪化、及び光取り出し効率の低下を招く。特に戻り光がパッド電極107、108へと進行した場合、光の損失が大きい。なぜなら、従来、パッド電極107、108の表面はワイヤとの接合性を考慮してAuから構成されるものが一般的であったが、Auは光を吸収してしまう特性を有するからである。これにより、発光装置全体の光出力が低減してしまう。
同様の理由から、発光層より放出された光の一部が、パッド電極107、108の下層側へと進行した場合、パッド電極を構成するAuに吸収されてしまい発光素子外へと光が放出されない問題もあった。これは図27(b)に示すように、透明電極106と、GaN等のp型窒化物半導体層104との界面において、両者の屈折率差が小さいため全反射角が狭くなり大部分の光が透過されてしまう。したがって、発光層103からの光の一部が、接面するp型パッド電極107の下面に吸収されてしまい、光そのものが発光素子外へと放出されない虞があった。その結果、光の取り出し効率が低下する。
本発明は、従来のこのような問題点を解消するためになされたものである。本発明の目的は、電極により吸収されていた光の損失を低減し、且つ光出力を向上させた発光装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の第1の発光装置は、半導体発光素子1と、半導体発光素子1が発する光を反射または散乱可能な光散乱部材33とを備える発光装置であって、半導体発光素子1は、第1導電型の半導体層3と、第1導電型半導体層3上の少なくとも一部に形成され、360〜650nmに発光波長を有する発光層4と、発光層4の上に形成された第2導電型の半導体層5と、第2導電型の半導体層5上の少なくとも一部に設けられ、且つ第2導電型の半導体層5に電流を供給する第2導電型電極10と、が順次積層されて成り、第1導電型半導体層3上の少なくとも一部であって、第2導電型電極10と同一面側に配置され、第1導電型半導体層3に電流を供給する第1導電型電極20と、半導体発光素子1の積層方向において、第1導電型電極及び第2導電型電極20、10の少なくともいずれか一の電極は、表面側の反射層20c、10cと、反射層20c、10cの下層側に位置し、該反射層20c、10cに形成された貫通孔によって露出される第1層とからなる少なくとも2層から形成されており、反射層20c、10cは、Ag、Al、Rhの少なくとも一つからなる金属層、若しくはこれを含む合金の単層、又は複層を有し、反射層20c、10cの反射側と、半導体発光素子3の光出射側は同一面側であり、かつ光散乱部材33を含有する封止部材36で封止されてなることを特徴とする。
また、本発明の第2の発光装置は、封止部材36が、半導体発光素子1側に光散乱部材33の分布領域を有してなることを特徴とする。
また、本発明の第3の発光装置は、反射層20c、10cの反射率が90%以上であることを特徴とする。
また、本発明の第4の発光装置は、第1層は、外部電極と電気的接続が可能な導電性部材35によって接続される外部接続部14b、14aであることを特徴とする。
また、本発明の第の発光装置は、第1導電型電極20及び第2導電型電極10は、第1層の下層側に最下層を有しており、最下層が反射層20b、10bによって構成されており、最下層の反射層20b、10bの反射率は表面の反射層20c、10cの反射率より高いことを特徴とする。
また、本発明の第の発光装置は、半導体発光素子1の積層方向において、第1導電型電極及び第2導電型電極20、10は少なくとも2層から形成されており、第1導電型電極20及び第2導電型電極10における一方の電極は表面側に反射層を有しており、かつ他方の電極は最下層に反射層を備えており、最下層の反射層の反射率は表面の反射層の反射率より高く、反射層20c、10cの反射側と、半導体発光素子3の光出射側は同一面側であり、かつ光散乱部材を含有する封止部材36で封止されてなることを特徴とする。
また、本発明の第の発光装置は、半導体発光素子1を複数備えていることを特徴とする。
また、本発明の第の発光装置は、散乱部材33がYAG系蛍光体あるいはLAG系蛍光体であることを特徴とする。
第1及び4乃至5発明によれば半導体発光素子からの出射光の一部が光散乱部材によって反射または散乱することで生じる半導体発光素子側への戻り光を、電極の表面に設けられた反射層によって反射できるため、半導体発光素子内へと吸収されるのを抑制できる。したがって半導体発光素子のライフ特性を向上させられる。また、反射層によって光の進行方向を半導体発光素子の略積層方向である光観測面側へと導光でき、これにより光取り出し効率が向上する。
また、第2及び第3発明によれば、素子側への戻り光をさらに光側面側へと高効率に導光できるため、光損失を抑制し発光装置の出力をより向上させることができる。
第6発明によれば、発光層からの出射光の一部が電極の下層側に設けられた反射層でもって反射されるため、電極への光吸収を抑制でき素子自体からの光取り出し効率を向上できる。
第7発明によれば、受光量に応じた電極位置に反射層を設けることができる。
第8発明によれば、発光素子からの出射光である1次光の進行方向を、隣接する発光素子の反射層でもって光観測面側へと導光できる。また反射層の面積が総体的に増加するため、光散乱部材により反射された2次光における、光視認側への導光量が増大する。
第9発明によれば、高い反射率を有する反射層とできる。
第10発明によれば、光を反射または散乱する効果に加え、光源からの出射光の波長を変換可能であるため、所定の色域において高い発光効率を有する発光装置を得られる。加えて、所定のピーク波長を有する光源を選択的に搭載すれば、所望の発光色を高効率に出射できる発光装置となり、実現可能な出射光の波長幅が増大する。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための、半導体発光素子及びこれを備えた発光装置を例示するものであって、本発明は、半導体発光素子及びこれを備えた発光装置を以下のものに特定しない。さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」、及び「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。特に実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
(実施の形態1)
(半導体発光素子)
実施の形態1に係る半導体発光素子1を、図1を使用して説明する。図1(a)はその平面図、図1(b)は断面図を示す。図1(b)に示すように、例えばLEDのような半導体発光素子1は、成長基板2であるサファイヤ基板2aの上(図1(b)における上側)に、第1導電型半導体層3であるn型半導体層3a、発光層4、第2導電型半導体層5であるp型半導体層5aを順にエピタキシャル成長させた半導体層8と、さらに半導体層8の上に形成された透光性導電層6とを有する。結晶成長方法としては、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD:metal-organic chemical vapor deposition)、ハイドライド気相成長法(HVPE)、ハイドライドCVD法、MBE(molecularbeam epitaxy)などの方法が利用できる。
続いて、発光層4およびp型半導体層5aの一部を選択的にエッチング除去して、n型半導体層3aの一部を露出させ、この露出領域に、第1導電型電極20であるn型パッド電極20aを形成している。またn型電極と同一面側であって、透光性導電層6上には、第2導電型電極10であるp型パッド電極10aが形成される。さらに、n型パッド電極20a及びp型パッド電極10aの表面のみを露出し、他の部分は保護膜7で被覆される。
なお本明細書において、層上などでいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。以下に半導体発光素子1の各構成要素に関して、具体的に説明する。
(成長基板)
成長基板2は、半導体層8をエピタキシャル成長させることができる透光性基板で、基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。この基板としては、C面、R面、及びA面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル(MgA124)のような絶縁性基板、また炭化珪素(6H、4H、3C)、シリコン、ZnS、ZnO、Si、GaAs、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。また、デバイス加工が出来る程度の厚膜(数十μm以上)であればGaNやAlN等の窒化物半導体基板を用いることもできる。異種基板はオフアングルしていてもよく、サファイアC面を用いる場合には、0.01°〜3.0°、好ましくは0.05°〜0.5°の範囲とする。また、成長基板を半導体層形成後に除去した構造、その取り出した半導体層を支持基板、例えば導電性基板に接着した構造等とすることもできる。
(半導体層)
半導体としては、一般式がInxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)であって、BやP、Asを混晶してもよい。また、n型半導体層3a、p型半導体層5aは、単層、多層を特に限定しない。また、半導体層8にはn型不純物、p型不純物を適宜含有させる。n型不純物としては、Si、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr等のIV族、若しくはVI族元素を用いることができ、好ましくはSi、Ge、Snを、最も好ましくはSiを用いる。また、p型不純物としては、特に限定されないが、Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Caなどが挙げられ、好ましくはMgが用いられる。これにより、各導電型の半導体を形成することができる。半導体層8には活性層である発光層4を有し、この活性層は単一(SQW)又は多重量子井戸構造(MQW)とする。以下に半導体層8の詳細を示す。
成長基板2上に成長させる半導体はバッファ層(図1に図示せず)などの下地層を介して成長させても良い。バッファ層としては、一般式AlaGa1-aN(0≦a≦0.8)で表される窒化物半導体、より好ましくは、AlaGa1-aN(0≦a≦0.5)で示される窒化物半導体を用いる。バッファ層の膜厚は、好ましくは0.002〜0.5μm、より好ましくは0.005〜0.2μmとする。
次に、n型半導体層3aを成長させる。まずn型コンタクト層(図示せず)を成長させる。n型コンタクト層としては、通常、活性層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、AljGa1-jN(0≦j<0.3)が好ましい。n型コンタクト層の膜厚は特に限定されるものではないが、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上である。また、n型コンタクト層と活性層との間にクラッド層などを介在させても良い。
活性層は発光層4として機能し、少なくともAlaInbGa1-a-bN(0≦a≦1、0≦b≦1、a+b≦1)から成る井戸層と、AlcIndGa1-c-dN(0≦c≦1、0≦d≦1、c+d≦1)から成る障壁層とを含む量子井戸構造を有する。活性層に用いられる半導体は、ノンドープ、n型不純物ドープ、p型不純物ドープのいずれでも良い。好ましくは、ノンドープ又はn型不純物ドープの窒化物半導体を用いることにより、発光素子を高出力化することができる。さらに好ましくは、井戸層をアンドープとし、障壁層をn型不純物ドープとすることで、発光素子の出力と発光効率を高めることができる。また発光素子に用いる井戸層にAlを含ませることで、GaNのバンドギャップエネルギーである波長365nm付近、もしくはそれより短い波長を得ることができる。活性層から放出する光の波長は、発光素子の目的、用途等に応じて360nm〜650nm付近、好ましくは380nm〜560nmの波長とする。
井戸層の膜厚は、好ましくは1nm以上30nm以下、より好ましくは2nm以上20nm以下、さらに好ましくは2nm以上20nm以下であり、1つの井戸層の単一量子井戸、障壁層などを介した複数の井戸層の多重量子井戸構造とできる。
また、障壁層は、井戸層の場合と同様に、好ましくはp型不純物又はn型不純物がドープされているか又はアンドープであること、より好ましくはn型不純物がドープされているか又はアンドープであることである。例えば、LEDでは、5×1016/cm3以上2×1018/cm3以下が好ましい。この場合、井戸層はn型不純物を実質的に含有しないか、あるいはアンドープで成長させることが好ましい。また、障壁層にn型不純物をドープする場合、活性層内のすべての障壁層にドープしても良く、あるいは、一部をドープとし一部をアンドープとすることもできる。また、活性層内でn型層側に配置された障壁層にドープすることが好ましい。
次に、活性層上にp型半導体層5aとして例えば以下の層を形成する。まずp型クラッド層としては、活性層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、活性層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。例えばAlkGa1-kN(0≦k<1)が用いられ、特にAlkGa1-kN(0<k<0.4)が好ましい。p型クラッド層の膜厚は特に限定されないが、好ましくは0.01〜0.3μm、より好ましくは0.04〜0.2μmとする。p型クラッド層のp型不純物濃度は、1×1018〜1×1021/cm3、好ましくは1×1019〜5×1020cm3とする。p型クラッド層は、単一層でも多層膜層(超格子構造)でも良い。多層膜層の場合、例えばバンドギャップエネルギーの小さい層としては、n型クラッド層の場合と同様に、InlGa1-lN(0≦l<1)、AlmGa1-mN(0≦m<1、m>l)が挙げられる。多層膜層を形成する各層の膜厚は、超格子構造の場合は、一層の膜厚が好ましくは100Å以下、より好ましくは70Å以下、さらに好ましくは10〜40Åとすることができる。また、多層膜層である場合、バンドギャップエネルギーの大きい層及び小さい層の少なくともいずれか一方にp型不純物をドープさせても良い。
p型コンタクト層は、AlfGa1-fN(0≦f<1)が用いられ、特に、AlfGa1-fN(0≦f<0.3)で構成することにより、オーミック電極であるp電極と良好なオーミックコンタクトが可能となる。p型不純物濃度は1×1017/cm3以上が好ましい。
以上のように窒化物半導体を成長基板2上に成長させた後、ウェハーを反応装置から取り出し、その後、酸素及び/又は窒素を含む雰囲気中で450℃以上で熱処理をする。これによりp型層に結合している水素が取り除かれ、p型の伝導性を示すp型半導体層5aを形成する。
また、半導体層8の積層構造としては、MIS接合、PIN接合やPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。また、各層を超格子構造としたり、活性層である発光層4を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。次に、p型の半導体層5aの表面に所定の形状をなすマスク(図示せず)を形成し、p型の半導体層5a及び活性層である発光層4をエッチングして所定の位置のn型半導体層3aを構成するn型コンタクト層を露出させる。
(透光性導電層)
さらに、p型半導体層5a上に、透光性導電層6を形成する。露出したp型半導体層5aのほぼ前面に導電層が形成されることにより、電流をp型半導体層5a全体に均一に広げることができる。しかも透光性を備えることで、電極側を発光観測面とすることができる。なお透光性とは、発光素子の発光波長を透過できるという意味であって、必ずしも無色透明を意味するものではない。透光性導電層6は、オーミック接触を得るために、好ましくは酸素を含むものとする。酸素を含む透光性導電層6には数々の種類があるが、好ましくは亜鉛(Zn)、インジウム(In)、スズ(Sn)よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物とする。具体的には、ITO、ZnO、In23、SnO2等、Zn、In、Snの酸化物を含む透光性導電層6を形成することが望ましく、好ましくはITOを使用する。あるいはNi等の金属を30Å等の膜厚でスパッタして透明にした金属膜でもよい。このように、露出したp型半導体層5aのほぼ全面に導電層が形成されることにより、電流をp型半導体層5a全体に均一に広げることができる。しかも透光性を備えることで、電極側を発光観測面とすることもできる。以下の例では、透光性導電層6としてITOの透光性電極を使用する例を説明する。
透光性導電層6の中に酸素原子を含ませるには、酸素原子を含有させる層を形成した後、酸素を含む雰囲気にて熱処理すればよい。あるいは、反応性スパッタリング、イオンビームアシスト蒸着等により、それぞれの層に酸素原子を含有させることができるが、工程の容易さ等から熱処理が最も優れている。また、透光性導電層6の厚さは、凹凸面が形成できる程度の厚さとし、好ましくは1μm以下、さらに好ましくは100Åから5000Åとする。
(パッド電極)
図2を用いて本実施の形態1における、第1及び第2導電型電極を説明する。図2の半導体発光素子1は、図1に示される半導体発光素子1と同様のものであり、したがって同一の部材には同一の符号を付して詳細説明を省略する。図2における第2導電型電極10及び第1導電型電極20としての金属電極層であるパッド電極10a、20aは、p型半導体層5a側に設けられた透光性導電層6、および、露出したn型半導体層3aを構成するn型コンタクト層に対して形成される。また、パッド電極10a、20aは、単層あるいは多層の金属層を含有しており、さらに、パッド電極10a、20aの保護膜表面及び表面層をエッチングして孔を形成し、電極の下層側を露出させた領域でなる外部接続部14a、14bに、ボンディングワイヤ等の導電性部材35が接続される。例えば、パッド電極10a、20aの表面層10c、20cよりも下層に位置するAu層を露出させ、これにAu性の光導電性部材をボンディングさせれば、同一素材での結合が図れるため、両者の結合性を一層高めることができる。これにより装置の信頼性を高めることができる。さらに、導電性部材35は外部電極(図示せず)と接続され、これにより導電性部材35を介して半導体発光素子1に電力を供給することが可能となる。あるいは、パッド電極10a、20aの表面にAuバンプのような導電部材を配置し、この導電部材を介して対向された発光素子の電極と外部電極との電気的接続を図ることもできる。さらにp型パッド電極20aは、透光性導電層6と一部が直接接しており、透光性導電膜に均一に電流を流すことができる。
このように、電極に貫通孔、若しくは開口部を設けることで、その部分で好適な外部接続がなされ、残った表面層により、光反射を実現する構造となる。このため、好ましくは、上記電極の貫通孔、開口部で露出された下層側表面より、最表面層の反射層の光反射率を高くする。
図1(b)及び図2の例に示す半導体発光素子1では、p型パッド電極10aにおいて、半導体発光素子1の外面側を構成する最表面層に、高反射率の反射層10cが設けられる。高反射率とは、光の90%以上を反射可能な状態を言う。具体的に、反射層の部材としてはAg、Al、Rhの少なくとも1種類を含む単層もしくは合金を使用する。反射率に関して、Agは90%以上、Alは約90%であり、両部材とも高反射率である上にライフ特性にも優れる。これにより窒化物半導体よりなる発光素子の360nm〜650nm付近、望ましくは380nm〜560nmの波長の吸収を抑制できる。また、Rhは、光反射性およびバリア性に優れ、光取り出し効率が向上するため好適に用いることができる。実施の形態1では表面層の反射層として、上記の特長に加え安定性を加味してAlを使用した。また、n型パッド電極20aにおいても、外面側の最表面層に、p型パッド電極10aと同様の反射層20cを備えることができる。図1及び図3、図4、図5、図6における半導体発光素子1、1c、1d、1e、1fでは両電極10、20の最表面層に反射層10c、20cが設けられているが、反射層はp型パッド電極10a及びn型パッド電極20aの少なくともいずれか一方に設けられていればよく、好ましくは両方に設置される。これにより後述する発光装置の光取り出し効率を高めることができる。また、これらの反射層の上には、さらにSiO2、Al23等、保護膜と同様な材料からなる略透明な電極保護層(図示せず)が電極と同一パターンで被覆可能であり、これにより反射層の金属酸化が抑制される。
なお、p型パッド電極の最表面層10cに加えて、透光性導電層6との接面側である最下層にも反射層10bを設けることができる。同様にn型パッド電極20aにおいても、最表面層20cに加えて、n型半導体層3aとの接面側である最下層20bにも反射層を形成できる。つまりp型及びn型パッド電極10a、20aにおいて、反射層をその最表面層に加えて最下層にも構成できる。これにより、詳しくは後述するが、半導体発光素子1内部での光損失を低減でき、ひいては発光装置の光取り出し効率を高めることができる。
また、反射層の形成箇所に関して、両パッド電極10a、20aの内の一方の電極の最表面層に反射層を設け、他方の電極の最下層に反射層を設けもよい。例えば、p型パッド電極10aの最下層側に反射層10bを設けることで素子内部での光損失を低減させることができる。さらにn型パッド電極20aの最下層には反射層を設けずして、表面層のみに反射層20cを形成することにより、n型パッド電極10aにおいて受光量の大きい領域のみに反射層を構成できる。つまり反射層を選択的に形成させることで、高効率に部材を利用できる。
また、上記Agとしては、APC(Pd、Cuを添加したAg)などのAg合金を用いることもでき、Agと、Pdなどの白金属元素、Cu、Mgなど、例えばPt、Co、Au、Pd、Ti、Mn、V、Cr、Zr、Rh、Cu、Al、Mg、Bi、Sn、Ir、Ga、Nd及びReからなる群から選択される1種又は2種以上の合金が挙げられ、0.1〜10atm%、好ましくは5wt%以下程度、添加したものがある。Al合金としては、AlにSi、Cu、Ta、Zrなどを0.1〜5atm%程度、添加したものなどを用いても良い。
(電極の形状)
また、図1(a)の例における半導体発光素子1は、平面図において略正方形状を成す。この略正方形状内において、対向する辺の中点同士を結んだ中央線を境界とし、分割された2つの長方形状の各領域に、p型パッド電極10aとn型パッド電極20aが一組づつ設けられる。略正方形状である半導体発光素子1の角部であって、2分割された長方形領域における、長辺と短辺から構成された1つの略隅部に、p型パッド電極10aが設けられる。このp型パッド電極10aに接する短辺に対向する他方の短辺の中央領域近傍には、n型パッド電極20aが形成される。これと同様の部材が、略正方形状の中央線を基準にして他方の長方形状の領域にも、線対称に設けられている。
また、p型パッド電極10aは、延伸された幅細の延伸導電部9を有する。図1(a)の例における延伸導電部9は、円状のp型パッド電極10aから、略正方形状の半導体発光素子1の周縁と、さらに2組のpn電極を分割する中央域に延伸されており、これらの延伸導電部9は連接されてなる。延伸導電部9の延伸方向及びその数は特に限定されず適宜変更可能であり、これにより配線電極面積や素子への電流供給量を自在に変更できる。例えば、延伸導電部9を無くすこともでき、また、発光素子の構造、面積によりn型電極や、両電極に設けることもできる。一例として種々の電極構造を図3、図4、図5、図6に示す。図3、図4、図5、図6の半導体発光素子1c、1d、1e、1fにおいて、図1(a)に示す半導体発光素子1と同一もしくは同質の部材には同一の符号を付して詳細説明を省略する。半導体発光素子1c、1d、1e、1fは、n型パッド電極20aより単数或いは複数延伸されたn型延伸導電部9bを有しており、複数のn型延伸導電部9bは略櫛状に平行に位置する。p型パッド電極より延伸された延伸導電部9は、図1(a)に示される半導体発光素子1の延伸導電部9bにおける延伸領域に加えて、平行に位置したn型延伸導電部9b間にも延伸でき、その先端はn型パッド電極20a近傍に構成されている。また、延伸導電部9、9bはパッド電極10a、20a、透光性導電層6上の金属層と異なる構造、材質、工程で形成されても良いが、好ましくはパッド電極と一体で形成される。これにより延伸導電部9、9bの最表面や最下層にも反射層を備えることができ、反射層の総括的な面積が増大する。また、半導体発光素子1の形状、及び一対のパッド電極を形成する領域形状は適宜変更できる。例えば、一対のパッド電極が形成される領域において、各パッド電極を長手方向の両端に隔離して形成し、長手方向に略垂直を成す方向を幅方向とした際の、素子の幅方向を薄くすることで、光が反射することにより生じる光の吸収を最小限に抑えつつ、幅方向からの光の取り出しを向上できる。
また本発明に係る他の実施の形態において、第2導電型電極10及び第1導電型電極20としてのパッド電極10a、20aの一部は、透光性導電層6に設けた貫通孔内に延在させて半導体層8に直接設けたり、あるいは透光性導電層6の外縁にて半導体層8に直接設けてもよい。このように、パッド電極10a、20aの一部が窒化物半導体層8に直接設けられることによってパッド電極の剥離を防止することができる。加えて、パッド電極の最下層の反射層10b、20bと透光性導電層6との界面を凹凸面とすることもできる。これにより多くの光を外部に取り出すことができ、さらに出力が改善される。
また、p型窒化物半導体層5a側およびn型窒化物半導体層3a側に形成されるパッド電極10a、20a及び延伸導電部9、9bは、用いる金属の種類や膜厚を同じ構成とすることが好ましい。これによりp型窒化物半導体層5a側およびn型窒化物半導体層3a側とで同時にパッド電極10a、20a及び延伸導電部9、9bを形成でき、つまり形成工程を1つにすることができる。したがって、p型窒化物半導体層5a側およびn型窒化物半導体層3a側とを別々に形成する場合と比較して、パッド電極10a、20aの形成の工程を簡略化することができる。さらに、本実施の形態に係るパッド電極10a、20aであれば、パッド電極10a、20aを構成する金属の種類及び積層順序を変更すれば良く、電極の形成面積等の設計上の変化がないため、従来のマスクパターンを使用できる。つまり、専用設計を必要としないため、工程の簡略化に加えてコストの削減が図れる。電極の最表面層に反射層を有するパッド電極10a、20aとしては、例えば、積層順にTi/Rh/Au/Rh、あるいはTi/Rh/Au/Rh/Al、あるいはTi/Rh/Au/Rh/Al23、あるいはTi/Rh/Al/SiO2等とできる。ここで、Al23、SiO2は電極の電極保護層である。また、最下層に位置するTiは、p型パッド電極10aにおいては接面する透光性導電層6との密着層として機能し、またn型パッド電極20aにおいてはn型コンタクト層と接面する際のオーミック電極として機能する。上記の電極層のように、両パッド電極10a、20aの最下層に共通のTiを使用すれば、それぞれの最下層としての機能を兼ねることができる。ただ、両パッド電極10a、20aは別個の工程でも製作でき、これにより両者を別々の構造とできる。この場合、各電極における最下層を共通の部材で構成せずして、各電極の最下層における上記の機能をそれぞれ備えていれば足りる。さらに、電極による反射層の形成箇所を相違とできる。
本発明の第1電極、第2電極としては、少なくとも最表面の反射層と、その下層を有し、下層側より反射層で光反射率を高くする。下層側には、半導体層とのオーミック接触用の層、透過性導電層との密着用の層などの接触層が設けられ、更にはその間に介在するバリア層、上記貫通孔、開口部で露出される外部接続用の層、を有していても良い。具体的には、半導体層側から順に、接触層/バリア層(外部接続層)/反射層の少なくとも3層の構造が好ましく、更に好ましくは、バリア層と外部接続層が別々の層として、接触層と反射層との間に設けられると、各層の機能を好適に高められ好ましい。また、最下層に、反射層を設ける場合には、上記接触層にそれを担う材料とすることができる。また、これらの各層は、複数の層で構成されても良く、各層の材料は種々の機能に応じた金属、合金などを用いる。更に、接触層から半導体層とのオーミック接触機能を分離して、本願中のp電極のように、透光性導電層を、各電極の接触層の下に設けることもでき、すなわち、半導体層、透光性導電層、第1、2電極をこの順に有する構造とできる。透光性導電層は、本願中のp電極のように、それよりも、光透過率の低い遮光性の第1、2電極に比して、大面積、若しくは断面において幅広に設けられて、電流拡散する構造、その第1、2電極から露出した領域を光取り出し領域とする素子構造であることが好ましく、特に発光層上の第2電極に好適に用いられる。
また、各電極は、少なくとも外部接続用の部分を有し、好ましくは、延伸導電部を有し、更に好ましくは、外部接続部が延伸導電部より、断面において幅広の構造とする。好適には延伸導電部の最表面層に少なくとも、反射層が設けられること、外部接続部に最下層の反射層が設けられることが好ましい。
最下層、最表面層に、高反射率の反射層を共に設ける場合には、少なくともその間に介在する層よりも、各々が高反射率の反射層とすることであり、更に好ましくは、最下層を最表面層より反射率を高くする。これにより、半導体層内部の光が半導体層の外からの戻り光よりも多く、それに対応した構造とでき、また、高反射材料において比較的不安定なAg、若しくはその合金でも、最下層で用いることで、それを抑制できる。また、最下層の反射層に対して、密着性を高めるために、光反射率低減を抑える薄膜で、密着層を下層の反射層と半導体層若しくは透光性導電層との間に設けることもできる。
ここで、バリア層はその下層(最下層)・上層(表面層)の拡散を防止、保護するようなものであれば良く、具体的な材料としては、W、Moなどの高融点材料や、白金属元素、Ni、Au等、好ましくはPt、W、Mo、Niが好適に用いられる。外部接続用の材料としてはAu、Alがある。各層の膜厚は、特に限定されないが、0.05〜5μmで形成され、また反射層は他の層(それより上層)に比して、薄膜に形成されることが好ましく、バリア層、外部接続層は、反射層より比較的厚膜に形成され、薄膜の密着層は1〜50nm程度で形成される。その他、上記各層間に保護層を有しても良い。密着層は、例えばTi、Niなど、を介在させる。
このような電極の具体例としては、10nm程度のNi薄膜層の上にAg(反射)/Ni・Ti(密着)/Pt(バリア)/Au(外部接続)/Al(反射)の他、Rh(反射)/Pt(バリア)/Au(外部接続)/Al(反射)、Al(反射)/Pt(バリア)/Au(外部接続)/Rh(反射)、Ti(密着層)/Rh(反射)/Pt(バリア)/Au(外部接続)/Al(反射)、Al(反射)/W(バリア)/Pt(バリア)/Au(外部接続)/Al(反射)、Ni(密着層)/Ag(反射)/Ni(密着・バリア)/Ti(密着層)/Au(外部接続)/Al(反射)を、この順に半導体層表面に積層した構造、若しくはその下層に透光性導電層を積層した構造などがある。
(下層の反射層の効果)
図7は実施の形態1に係る半導体発光素子1の断面図である。図7を用いて、発光層4からの出射光Lの光の進行具合について一例を説明する。出射光Lの少なくとも一部は、積層方向(図7における略上側)へと進行し、そのまま透光性導電層6内を透過する。これは、p型半導体層5a(例えば屈折率2.46)と透光性導電層6(例えば屈折率2.00)との界面では、両者の屈折率差が小さいため、全反射角が狭くなり大部分の光が進行してしまうためである。この透過光Lは、p型パッド電極10aや延伸導電部9の最下層に形成される高反射率の反射層10bによって、反射される。すなわち、従来であれば、p型パッド電極10aを構成する金属に吸収されていた出射光を光損失することなく、発光素子外へと取り出すことができる。さらに、反射層10bを形成することによって、金属電極であるp型パッド電極10aと透光性導電層6との界面における劣化を低減して、剥離、電気特性の悪化などを抑止できる。
一方、n型パッド電極20aの最下層に設けられた反射層20bは、発光層4よりも下側(図7における下側)に位置する。したがって、発光層4からの出射光Lを、素子外へと導光する効果は少ない。よって、n型パッド電極の最下層には、必ずしも反射層20bを設ける必要はない。ただ、n型パッド電極の最下層に反射層20bを設ける構造とすることで、上述したように、p型及びn型パッド電極10a、20aを、同種の材料でほぼ同時に形成可能となるため、製造工程を簡略化できる効果を有する。
(保護膜)
パッド電極10a、20aを形成した後、ワイヤボンディングを行う領域を除いて半導体発光素子1のほぼ全面に絶縁性の保護膜7が形成される。保護膜7にはSiO2、TiO2、Al23、ポリイミド等が利用できる。
また、半導体発光素子のサイズ及び形状、発光装置への搭載数は特に限定されず、発光装置における素子の搭載領域や所望される発光装置からの光束量、光出力量等を考慮して決定すればよい。
(発光装置)
次に、本発明の実施の形態1に係る発光装置として、砲弾型の発光装置の概略断面図を図8に示す。この発光装置30は導電性の部材からなるリードフレーム34で成型された凹形状のカップ31内であって、リードフレーム34上に載置されている発光素子32と、この発光素子32の発光層4から放たれた光の少なくとも一部を反射または散乱可能な光散乱部材33を有する。光散乱部材33としては、例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム等の拡散剤、および、これらを少なくとも一種以上含む混合物等を挙げることができる。蛍光体また、発光素子32は、上記の半導体発光素子1であるLEDを使用した。発光素子32に形成された第1及び第2導電型電極である正負の電極39は、導電性のボンディングワイヤ等の導電性部材35を介してリードフレーム34と電気的に接続される。さらにリードフレーム34の一部であるリードフレーム電極34aが突出するように、発光素子32、リードフレーム34、ボンディングワイヤ35は、砲弾形状のモールド37で覆われる。モールド37内には封止部材36として光透過性の樹脂が充填されており、さらに樹脂には光散乱部材33が含有されている。また、発光素子32の電極39が、樹脂36から突出しているリードフレーム電極34a及び導電性部材35等を介して外部電極と電気的に接続されることにより、発光素子32の層内に含有される発光層4から光が放出される。発光層4から出力される出射光の発光ピーク波長は特に限定されないが、実施の形態1においては、近紫外線から可視光の短波長領域である240nm〜500nm付近、好ましくは380nm〜420nm若しくは450nm〜470nmに発光スペクトルを有する半導体発光素子を用いた。また、実施の形態1に係る樹脂内の光散乱部材33は、図示されているように半導体発光素子1近傍に偏在して分布されている。これにより半導体発光素子1からの出射光を反射あるいは散乱させる効果が高まり、発光装置30より放出される光の出射角を広範囲とできるため四方に拡散された光を得ることができる。
封止部材36の材料は透光性であれば特に限定されず、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物等を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の透光性を有する絶縁樹脂組成物を用いることができる。また、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂およびこれらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた封止部材36も利用できる。さらに、封止部材36は有機物に限られず、ガラス、シリカゲル等の耐光性に優れた無機物を用いることもできる。さらにまた、封止部材36の発光面側を所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができ、発光素子チップからの発光を集束させることができる。実施の形態1では封止部材としてシリコーン樹脂を使用した。
また封止部材36は、接着性を有していることが好ましい。封止部材36に接着性を持たせることにより、発光素子32と、これを載置させるリードフレーム34の中央領域との固着性を高めることができる。接着性は、常温で接着性を示すものだけでなく、封止部材36に所定の熱と圧力を加えることにより接着するものも含む。また封止部材36の、固着強度を高めるために、温度や圧力を加える他、乾燥させることもできる。
(波長変換部材)
封止部材36に、発光素子32の光で励起されて蛍光を発する蛍光物質等の波長変換部材を混入することで、発光素子32の光を異なる波長の光に変換し、発光素子32の光と波長変換部材で波長変換された光との混色光を外部に取り出すことが可能となる。つまり、光源からの光の一部が蛍光体を励起することで、主光源の波長とは異なった波長を持つ光が得られる。この波長変換部材としては蛍光体が好適に利用できる。なぜなら蛍光体は光散乱性及び光り反射性の機能をも備えているため、波長変換機能に加えて光散乱部材33としての役割を果たし上述した光の拡散効果を得ることができるからである。蛍光体は、封止部材36中にほぼ均一の割合で混合することも、部分的に偏在するように配合することもできる。例えば、発光素子32から所定の距離だけ離間させることにより、発光素子32で発生した熱が蛍光物質に伝達し難くして蛍光物質の劣化を抑制できる。また、蛍光体は、発光装置の表面上において一層からなる発光層中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる発光層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。これにより所望の波長を有する発光装置を実現できる。
代表的な蛍光体としては、銅で付括された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付括されたYAG系蛍光体及びLAG系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては(Re1-xSmx3(Al1-yGay512:Ce(0≦x<1、0≦y≦1、但し、Reは、Y、Gd、La、Luからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。)等が好ましい。実施の形態1の波長変換部材としては、YAGまたはLAG蛍光体を使用した。発光装置30において、上記の波長を有する光源からの出射光と、その出射光の一部が該蛍光体により励起されて出射光とは異なる波長を有する光との混色により、例えば白色を得ることができる。また、蛍光体としては、ガラスや樹脂に蛍光体を混合した蛍光体ガラスや蛍光体含有樹脂を用いてもよい。また、光源から発する熱に耐性のあるもの、使用環境に左右されない耐候性のあるものがより望ましい。
本発明の実施の形態1に係る発光装置30において、蛍光体は、2種類以上の蛍光体を混合させてもよい。即ち、Al、Ga、Y、La、Lu及びGdやSmの含有量が異なる2種類以上の(Re1-xSmx3(Al1-yGay512:Ce蛍光体を混合させて、RGBの波長成分を増やすことができる。また、黄〜赤色発光を有する窒化物蛍光体等を用いて赤味成分を増し、平均演色評価数Raの高い照明や電球色LED等を実現することもできる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせてCIEの色度図上の色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。
(表面層の反射層の効果)
図9は、実施の形態1に係る発光装置30であって、発光素子32近傍における一部拡大図である(パッド電極10a、20aの外部接続部及び導電性部材は省略)。これを用いて、発光素子32であるLEDの発光層4より放出された出射光Lの進行方向の一例を説明する。出射光Lは、LED側に配置された光散乱部材33でもって反射され四方へと散乱し、この散乱光の一部はLED側へと進行する。従来、この戻り光がパッド電極10a、20aへと進行した場合、パッド電極の最表面を構成するAu金属により光吸収され、光の損失を招いていた。実施の形態1の構造を備えるパッド電極10a、20aであれば、その最表面層の反射層10c、20cに高反射率を有する反射層を備えるため、戻り光の進行方向を略光視認側(図9における略上側)へと誘導できる。つまり光損失を抑制し、発光装置としての光取り出し効率を増加させることができる。また、発光素子32側への戻り光としては、光散乱部材33によって生じた散乱光に限らない。リードフレーム等の発光装置30内の全ての部材によって反射された光も含む。
また、図8に示すように、実施の形態1に係る発光装置30では、蛍光体を封止部材36中にほぼ均一の割合で混合するのではなく、発光素子32近傍に沈降させている。このように、蛍光体を発光素子32の近傍に偏在させることで、波長変換された光の戻り光をパッド電極の最表面層の反射層10c、20cによって光視認側へと確実に誘導できる。また、光散乱部材33として蛍光体を用いた場合、発光素子の出射光と、蛍光体の変換光との混色により実現される発光装置としての出射光において、所望の波長変換量が低減することなく光視認側へと進行可能であるため、混色の割合を安定したものにでき、これにより発光装置毎の光ムラを低減できる。また当然ながら、光損失が低減できるため、総体的に発光装置としての光取り出し効率が上昇する。
さらに、光散乱部材33を発光素子32近傍に沈降させる構造をとることで、発光体の光源付近に均一に蛍光体層を薄く塗布できる。従って必要な部分だけに蛍光体層を形成することで材料や工程の利用効率が高まる。また生産性が高く、同じプロセスで多くの種類の蛍光体を扱えることになる。この蛍光体層は、薄く粒子が均一に塗布されているのが好適である。蛍光体層の厚膜が厚すぎると蛍光体の結晶が重なり合ってかげができ、効率が低下してしまうからである。
(添加部材)
また、封止部材36は、波長変換部材の他、粘度増量剤、顔料、蛍光物質等、使用用途に応じて適切な部材を添加することができ、これによって良好な指向特性を有する発光装置が得られる。同様に外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たせたフィルター材として各種着色剤を添加させることもできる。
ここで本明細書において拡散剤とは、例えば中心粒径が1nm以上5μm未満のものをいう。1μm以上5μm未満の拡散剤は、発光素子32及び蛍光物質からの光を良好に乱反射させ、大きな粒径の蛍光物質を用いることによって生じやすい色ムラを抑制することができるので、好適に使用できる。また、発光スペクトルの半値幅を狭めることができ、色純度の高い発光装置が得られる。一方、1nm以上1μm未満の拡散剤は、発光素子32からの光波長に対する干渉効果が低い反面、透明度が高く、光度を低下させることなく樹脂粘度を高めることができる。
(フィラー)
さらに、封止部材36中に蛍光物質の他にフィラーを含有させてもよい。具体的な材料としては、拡散剤と同様のものが使用できる。ただ、拡散剤とフィラーとは中心粒径が異なり、本明細書においてはフィラーの中心粒径は5μm以上100μm以下とすることが好ましい。このような粒径のフィラーを封止部材36中に含有させると、光散乱作用により発光装置の色度バラツキが改善される他、封止部材36の耐熱衝撃性を高めることができる。これにより、高温下での使用においても、発光素子と外部電極とを電気的に接続しているワイヤの断線や発光素子底面とパッケージの凹部底面と剥離等を防止可能な信頼性の高い発光装置とできる。さらには樹脂の流動性を長時間一定に調整することが可能となり、所望とする場所内に封止部材を形成することができ歩留まり良く量産することが可能となる。
(凸部)
また、光視認側への導光を高めるため、半導体発光素子内の発光素子表面上に、反射率の高い表層を備えた凸部を設けることもできる。図10に半導体発光素子1aの平面図を示す。この図の半導体発光素子1aにおいて、図1に示す半導体発光素子1と同様の部材については同一の符号を付し、詳細説明を省略する。半導体発光素子1aは、n型パッド電極20a形成用の露出面であるn型コンタクト層13の表面上に、電極と離間されて配置された複数の凸部11を有する。凸部11は、活性層を含む半導体積層構造を取り囲むように備えられる。この際の各凸部の搭載位置は均等に離間されても良く、また光の反射による導光経路を考慮して偏心した配置としても良い。さらに、凸部は発光観測面側から見て円形、菱形、三角形や六角形など所望に応じて種々の形状、また自在な載置個数をとりうる。また、実施の形態1に係る凸部11の頂部は、図1(b)における断面図において発光層4とほぼ同じ位置であるが、その高さはこれに限定されず自在に変更可能であり、例えば発光層4の位置よりも高くすることもできる。また上方に従って徐々に細くなる形状としてもよい。このような構造により発光層4からの出射光を観測面側へと高効率に反射できる。さらに、凸部11は単層、或いは多層の金属からなり、少なくとも上層にはAg、Al、Rhのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせからなる反射層で構成される。あるいは、凸部11の露出面を上記の反射層を構成する金属で被覆する。これにより発光層からの出射光、および発光装置内の反射光が、凸部11によって光観測面側へと反射され、総括的に装置の光取り出し効率が上昇する。
また、n型コンタクト層の表面に形成させた円形、三角形、四角形など所定の形状に開口したマスクを利用して、RIE(反応性イオンエッチング)により該所定の形状の凹部を設けることにより、凸部11を形成することもできる。また、該所定の形状を残して他の部分を除去することにより凹凸すなわち凸部11を形成することもできる。n型コンタクト層に凹凸を形成する場合、n型電極とn型コンタクト層の界面以外はもちろん、該界面に凹凸を形成することもできる。さらに、凸部11の露出面に、上記電極の表面・最下層と同様な反射層を被覆する。
また、凸部11の高さは自在に変更でき、例えば活性層の位置よりも高くすることもできる。図11は、図10における半導体発光素子1aのn電極20a、p電極10a近傍の断面を拡大した概略図である(保護膜7は図示を省略)。この図の半導体発光素子1aにおいて、図1に示す半導体発光素子1と同様の部材については同一の符号を付し、詳細説明を省略する。半導体発光素子1aは、発光層4からほぼ水平側へと放出された出射光Lを、観測面側(図11における上側)へと反射させるための凸部として、凸状柱状物11aを有する。凸状柱状物11aは以下のような形成方法を採用すれば、工程を簡略化して形成できる。すなわち、半導体発光素子1aの製造において、p型半導体層5aを積層した後に、マスク材、例えばSiO2とレジスト膜を塗布して所望のパターンに露光してマスクを画定し、マスクを介したエッチングなどで、発光素子として機能する発光層4が残存する部位、n型半導体層3a表面の最終的にn型電極が配置される部位、そしてn型半導体層3aから発光層4及びp型半導体層5aまでを含んだ凸状柱状物11aを形成することができる。あるいは、凸状柱状物11aをn型パッド電極20aの構成層と同じ部材及び積層高さとし、両者を同一工程で形成することもできる。また、その時、図11のように凸部11の露出面を覆う反射層12を別に被覆する構造でも良く、好ましくは図14のように表面層20cが被覆層12同様に下層の上面・側面を被覆する構造とすることで、被覆層12を省略できる。
このような凸状柱状物11aの形成方法であれば、n型電極を形成する露出面を形成すると共に、半導体層あるいはn型電極と同時に凸状柱状物11aを形成できるため、工程が簡略化される。また凸状柱状物11aを容易に活性層よりも高い位置に形成でき、これにより活性層4から側面方向に出射された光Lを、凸状柱状物11aでもって反射しやすい。つまり観測面方向へと光の進行方向を変えることができる。本実施の形態に係る半導体発光素子1aでは、凸状柱状物11aにおいて、露出する部分、すなわち外側表面に反射層12を被覆することで、凸状柱状物11a自身への光の吸収を防ぎ、さらに光の反射率を高めることができるため、観測面側への光取り出し効率が上昇する。反射層12は、上記に記載したパッド電極10a、20aの上下層に形成可能な反射層10b、10c、20b、20cと同一素材である、Ag、Al、Rhの少なくとも一つからなる金属層、あるいは、これを含む合金の単層もしくは複層とする。さらに、凸状柱状物11aはn型コンタクト層側からp型コンタクト層側に向かって徐々に細くなっていることが好ましい。凸状柱状物11aの側面が傾斜を帯びることにより、観測面側への光の取り出しをさらに向上させることができる。
また、凸状柱状物11aの形成工程を、n型電極を形成する露出面の形成工程に兼用しなければ、凸状柱状物11aの高さは上記のものに限定されず自在とできる。この際、凸状柱状物11aの材質は特に限定されず、半導体発光素子の積層部材と同一、または反射層を構成するAg、Al、Rhの少なくとも一つからなる金属層、或いは、これを含む合金の単層もしくは複層とできる。
(実施の形態2)
図12(a)に、本発明の一実施例による発光装置50の斜視図を示す。図12(b)は、図12(a)で示す発光装置50の6B−6B’線における断面図である。以下、図12(a)及び(b)に基づいて、表面実装型の発光装置50の概略を説明する。発光装置50は、リードフレーム54上に、上部に向かって略凹形状に開口している空間を備えるパッケージ57が装着されてなる。さらに、このパッケージ57の空間内であって、露出しているリードフレーム54上に発光素子52が実装されている。実施の形態2における発光素子52は、図6に示された半導体発光素子1fが単独で使用されているが、半導体発光素子の種類、搭載個数は特に限定されない。パッケージ57は、発光素子52を包囲する枠体となっている。また、パッケージ57の開口している空間内にはツェナーダイオード等、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になる保護素子58も載置できる。さらに、発光素子52は、導電性部材であるボンディングワイヤ55やバンプ等を介して、リードフレーム54と電気的に接続されている。加えて、パッケージ57の開口している空間部は封止部材56により充填されている。また、封止部材56の表面にエポキシやシリコーン樹脂あるいはガラスなどでできたレンズを取り付けることにより、一層の指向性を高められる。さらに、リードフレーム54の底面に銅などのヒートシンクを取り付けて放熱性を高め、大電流投入を可能にすることもできる。
パッケージ57内に含有されている光散乱部材としての蛍光体53を図12(b)に示す(図12(a)中の蛍光体53は省略されている。)。この蛍光体53には、実施の形態1と同様の蛍光体が使用できる。蛍光体53は、パッケージ57内で沈降しており、図12(b)に示すように、発光素子52の近傍に配置される。
実施の形態3に係る発光装置50であれば、実施の形態1及び2と同様、発光素子52に形成されたパッド電極の反射層(図示せず)により、光の損失を抑制し、光取り出し効率を上昇できる。
(実施の形態3)
さらに実施の形態3として、複数の発光素子が実装された発光装置の一例を図13に示す。図13の発光装置60は、図12に示される発光装置50と比して、素子の搭載個数の点で相違であるが、他は同様の構造を有する。したがって同様の部材については同一の符号を付し、詳細説明を省略する。また、図13の発光装置60において、封止部材56は蛍光体3を含有するが図示が省略されている。
図13に係る発光装置60は、リードフレーム54の中央域において、図6(a)に示される半導体発光素子1fを3個搭載してなる。さらに、図14は、図13における6A−6A’線で切断した際の断面の一部拡大概略図である。なお、図14に示される半導体発光素子1fは図6(b)に係る半導体発光素子1fの断面図を使用している。
発光装置60は、リードフレーム54上に3つの発光素子52a、52b、52cが搭載されており、つまり各発光素子のp型パッド電極及びn型パッド電極の最表面層、最下層には適宜反射層が備えられる。また、封止部材56は、半導体発光素子1側に偏在された光散乱部材33の分布領域を有する。ただし、図14に示された光散乱部材33の量、形状、サイズ、搭載位置等は簡略化されたものである。図14を用いて発光装置60における光の進行方向の一例を説明する。一の発光素子(例えば図14の左側に載置する発光素子52a)における発光層4aからの出射光L1は、矢印L1で示すように、隣接する発光素子52bのp型パッド電極の最表面層に形成された反射層10c2によって反射され、光観測面側へと導光される。また上述の通り、発光層4aからの出射光の一部は、光散乱部材33等の発光装置60を構成する部材によって反射され、素子側への戻り光となる。この戻り光は、p型及びn型パッド電極の表面層に形成された反射層(例えば10c1、20c2、20c3)により光観測面側(図14における上側)へと導光される。また、パッド電極の最下層に位置する反射層(例えば10b3)は、発光層4aからの出射光Lが電極に吸収されるのを抑止する。
このように、反射層4aを有するパッド電極を備えた発光素子52a、52b、52cが、発光装置内60に複数載置されている場合、光散乱部材33等を介した発光層4aからの2次光のみならず、発光層4aより出射された直接光である1次光をも、その進行方向を矯正することができる。つまり、近傍に配置された複数の発光素子同士において、互いの1次光(図におけるL1の光)や2次光(図におけるL2の光)を光視認側へと導光できるため、素子自体から発光する光そのものの光取り出し効率を上昇させることができると共に、装置全体としての出力を上昇させることができる。また、図14に示すp型及びn型パッド電極では、その積層方向において、上層の部材が下層の部材を覆うように積層されており、つまり電極の上面と側面を含む全ての露出面が反射層で被覆されている。これにより反射層の受光量が増大するため、上記の効果が一層増す。さらに、発光装置において素子を複数搭載することにより、封止部材56の界面における光の反射角を大きくできるため、装置の出射光をより立体的にできる。
(表面実装型:比較例1、実施例1〜3)
図12に示されるように単独の素子を搭載した表面実装型の発光装置における特性を表1〜2に示す。比較例1〜2及び実施例1〜5の発光装置に搭載される半導体発光素子は、図6に示される電極形状を成しており、800μm×800μmの略正方形のサイズを有する。具体的に素子の中央領域にはn電極20aを、また素子の一辺の両方の角にはpパッド電極10aを有する。さらに、n電極20aからpパッド電極10a方向へ一方向に延伸された延伸導電部9bが形成されており、また、pパッド電極10aは素子の周辺及び対向辺に延伸された延伸導電部を備える。表1内において、比較例1の発光装置におけるパッド電極は、Ti/Rh/Au/Niからなる積層構造を有している。この最表面のNi層は、上述した最下層のNi密着層と同様な構成(組成・膜厚)で、保護膜との密着層として機能し、例えば6nmの薄膜層を設ける。尚、外部接続部の開口部では薄膜層であるため除去されている。比較例1に対して、実施例1〜3の発光装置のパッド電極は、積層順に、Ti/Rh/ASC/SiO2から構成され、その最表面層に反射層(ASC)を有する。ASCは、アルミニウム(Al)にケイ素(Si)と銅(Cu)を添加したAlの合金である。合金とすることでAlのマイグレーションを防止でき、発光装置のライフ特性が向上する。実施例1〜3は、電極保護層の膜厚が100Å、500Å、1000Åと相違している他は同じ構造を有する。表1は、該条件を有する比較例1及び実施例1〜3の各発光装置において、その光出力、光束、順電圧、電力効率の値を示す。
Figure 0005040355
加えて、図15は比較例1及び実施例1〜3の発光装置に係る電力効率のグラフを、図16はその順電圧のグラフを、図17はその光出力のグラフを、図18はその光束のグラフを示す。表1及び図15〜18の各データより、反射層を有するパッド電極を備えた発光装置(実施例1〜3)は、反射層を有しない従来のパッド電極を有する発光装置(比較例1)と比較して、高い発光出力を得られることが確認された。特に、反射層上に被覆された電極保護層の膜厚が小さい発光装置(実施例1)は優れた特性を示した。
(表面実装型:比較例2、実施例4〜5)
また、パッド電極の露出面である電極保護層の材質を各々変化させた、表面実装型の発光装置(実施例4、5)と、従来の発光装置(比較例2)との特性を比較したデータを表2に示す。比較例2はパッド電極内に反射層を有さず、比較例1と同様の積層構造をとる。実施例4及び5に係る発光装置は、Ti/Rh/ASC/電極保護層、から構成されたパッド電極を有するが、実施例4の電極保護層はSiO2、実施例5の電極保護層はAl23からなる点で異なる。
Figure 0005040355
また、図19は比較例2及び実施例4〜5の発光装置に係る電力効率のグラフを、図20はその順電圧のグラフを、図21はその光出力のグラフを、図22はその光束のグラフを示す。表2及び図19〜22の各データより、反射層を有するパッド電極を備えた発光装置(実施例4〜5)は、反射層を有しない従来のパッド電極を有する発光装置(比較例2)と比較して、高い発光出力を得られることが確認された。また、パッド電極の電極保護層の材料において、酸化ケイ素(SiO2)、及び酸化アルミニウム(Al23)間には、発光装置の特性としての違いは表れなかった。つまり、電力効率など発光装置としての特性が向上した要因は、電極保護層による依存は少なく反射層によるものが大きいと考えられる。
(砲弾型:比較例3、実施例6〜8)
また、図8に示されるように砲弾型の発光装置における特性を表3〜6に示す。表における比較例3〜4及び実施例6〜11の半導体発光装置に搭載される半導体発光素子は、図1または図4に示される電極形状を成しており、両半導体発光素子とも800μm×800μmの略正方形状のサイズを有する。具体的に、表3に示される特性評価は、図1に係る発光素子を搭載した砲弾型の発光装置に係るものである。また、比較例3の電極構造は積層順にTi/Rh/Au/Niであり、実施例6はTi/Rh/Au/Rh、実施例7はTi/Rh/Au/Rh/Al、実施例8はTi/Rh/Au/Rh/Al/Al23の電極構造を有する。さらに、電力効率及び、反射層の有無における特性を比較するため、比較例3を基準とした実施例6〜8の対比評価を表4に示す。
Figure 0005040355
Figure 0005040355
また、図23は、表3に基づいた比較例3及び実施例6〜8の光出力及び光束を示すグラフであり、図24は表4に係る電力効率、光出力比、光束比、電力効率比を示すグラフである。表及び図より、反射層を有する素子を搭載した発光装置は、反射層を備えないものと比較して全ての値で向上しており、特性の改善が確認された。
(砲弾型:比較例4、実施例9〜11)
また、図4に係る半導体発光素子を搭載した砲弾型の発光装置に係る特性評価を表5に示す。比較例4、実施例9〜11の発光装置に搭載される半導体発光素子は、比較例3、実施例6〜8に係る半導体発光素子と比較して、その電極面積、電極配置、電極形状は異なるが、複層における積層材料及び積層順は同様である。さらに、電力効率及び反射層の有無における特性を比較するため、比較例4を基準とした実施例9〜11の対比評価を表6に示す。
Figure 0005040355
Figure 0005040355
また、図25は、表5に係る比較例4、実施例9〜11の光出力及び光束を示すグラフであり、図26は表6に関する電力効率、光出力比、光束比、電力効率比を示すグラフである。表及び図より、反射層無しの発光素子を搭載した発光装置と比して、反射層ありのそれは、全ての値において上昇しており特性の向上が認められた。
また、図1及び図4における半導体発光素子1、1dは、半導体層の積層方向と略直交する方向における半導体層の断面において、形状および断面積は同じであるが、電極配置領域が異なっている。具体的には図示されるように、半導体発光素子1の電極面積は、半導体発光素子1dの電極面積と比較して小さい。また反射層は電極の最上下層を構成するため、反射層領域は電極領域に準ずることになる。上記比較例及び実施例より、素子の電極配置面積の割合における発光装置の特性に関して、電極面積の小さい半導体発光素子を搭載した発光装置では、その光出力値及び光束値(表3及び図23)が、電極面積の大きい半導体発光素子を搭載した発光装置の光出力値及び光束値(表5及び図25)と比して大きい。これは電極配置面積が小さいと、露出する発光層領域の割合が増大するためである。一方、電極面積が同じである素子における、反射層無しを基準にした反射層有りの素子に係る光出力比、光束比、電力効率比を比較すれば、電極配置面積の大きい素子の光出力比、光束比、電力効率比(表4、図24)が、電極配置面積の小さい素子のそれら(表6、図26)に比して、同等以上に向上した。すなわち発光層における反射層の割合が一定以上の素子において、これを搭載する発光装置の光出力比、光束比、電力効率比が改善されることが確認された。尚、蛍光体を含有しない青色LEDの場合について評価したところ、上述したような最表面層の相違により、光出力、光束が変化しない、若しくは僅かな上昇程度の傾向が観られたに過ぎなかった。このことから、本実施例の発光装置は、蛍光体、光散乱部材との組み合わせにより、相乗的な効果を発現しうるものであることが確認できた。
本発明の半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法は、照明用光源、LEDディスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。
実施の形態1に係るLEDの説明図であって、図1(a)はその平面図であり、図1(b)は、図1(a)の1B−1B’線における断面図である。 実施の形態1に係るLEDの断面図である。 実施の形態1に係る別のLEDの平面図である。 実施の形態1に係る別のLEDの平面図である。 実施の形態1に係る別のLEDの平面図である。 実施の形態1に係るLEDの説明図であって、図6(a)はその平面図であり、図6(b)は図6(a)の6B−6B’線における断面図である。 実施の形態1に係るLEDの断面図である。 実施の形態1に係る発光装置の断面図である。 実施の形態1に係る発光装置の一部拡大図である。 実施の形態1に係る半導体発光素子の平面図である。 実施の形態1に係る半導体発光素子の一部拡大断面概略図である。 実施の形態2に係る発光装置の説明図であって、図12(a)はその斜視図であり、図12(b)は、(a)の6B−6B’線における断面図である。 実施の形態3に係る発光装置の斜視図である。 図13の6A−6A’線における一部拡大断面概略図である。 比較例1、実施例1〜3に係る発光装置の電力効率のグラフである。 比較例1、実施例1〜3に係る発光装置の順電圧のグラフである。 比較例1、実施例1〜3に係る発光装置の光出力のグラフである。 比較例1、実施例1〜3に係る発光装置の光束のグラフである。 比較例2、実施例4〜5に係る発光装置の電力効率のグラフである。 比較例2、実施例4〜5に係る発光装置の順電圧のグラフである。 比較例2、実施例4〜5に係る発光装置の光出力のグラフである。 比較例2、実施例4〜5に係る発光装置の光束のグラフである。 比較例3、実施例6〜8に係る発光装置の特性を示すグラフである。 比較例3、実施例6〜8に係る発光装置の電力効率及び出力比、光束比、電力効率比を示すグラフである。 比較例4、実施例9〜11に係る発光装置の特性を示すグラフである。 比較例4、実施例9〜11に係る発光装置の電力効率及び出力比、光束比、電力効率比を示すグラフである。 従来の半導体発光素子の概略図であって、図27(a)はその平面図を、図27(b)は、(a)のB−B’線における断面図を示す。 従来の半導体発光素子の断面図を示す。
1、1a、1c、1d、1e、1f、100、200…半導体発光素子
2…成長基板
2a…サファイヤ基板
3…第1導電型半導体層
3a…n型半導体層
4、4a…発光層
5…第2導電型半導体層
5a…p型半導体層
6…透光性導電層
7…保護膜
8…半導体層
9…延伸導電部
9b…n型延伸導電部
10…第2導電型電極
10a…p型パッド電極
10b、10b3…p型パッド電極の最下層の反射層
10c、10c1、10c2…p型パッド電極の最表面層の反射層
11…凸部
11a…凸状柱状物
12…反射層
13…n型コンタクト層
14a、14b…外部接続部
20…第1導電型電極
20a…n型パッド電極
20b…n型パッド電極の最下層の反射層
20c、20c1、20c2、20c3…n型パッド電極の最表面層の反射層
30、40…発光装置
31…カップ
32、52a、52b、52c…発光素子
33…光散乱部材
34…リードフレーム
34a…リードフレーム電極
35…導電性部材
36…封止部材
37…モールド
39…電極
50、60…発光装置
52…発光素子
53…蛍光体
54…リードフレーム
55…ボンディングワイヤ
56…封止部材
57…パッケージ
58…保護素子
101…サファイヤ基板
102…n型窒化物半導体層
103…発光層
104…p型窒化物半導体層
105…半導体層
106…透明電極
107、108…パッド電極
109…保護膜
201…反射膜
L、L1、L2…出射光

Claims (8)

  1. 半導体発光素子(1)と、
    前記半導体発光素子(1)が発する光を反射または散乱可能な光散乱部材(33)と、を備える発光装置であって、
    前記半導体発光素子(1)は、
    第1導電型の半導体層(3)と、
    前記第1導電型半導体層(3)上の少なくとも一部に形成され、360〜650nmに発光波長を有する発光層(4)と、
    前記発光層(4)の上に形成された第2導電型の半導体層(5)と、
    前記第2導電型の半導体層(5)上の少なくとも一部に設けられ、且つ前記第2導電型の半導体層(5)に電流を供給する第2導電型電極(10)と、
    が順次積層されて成り、
    前記第1導電型半導体層(3)上の少なくとも一部であって、前記第2導電型電極(10)と同一面側に配置され、該第1導電型半導体層(3)に電流を供給する第1導電型電極(20)と、
    前記半導体発光素子(1)の積層方向において、前記第1導電型電極(20)及び第2導電型電極(10)の少なくともいずれか一の電極は、表面側の反射層(20c,10c)と、該反射層(20c,10c)の下層側に位置し、該反射層(20c,10c)に形成された貫通孔によって露出される第1層とからなる少なくとも2層から形成されており、
    前記反射層(20c,10c)は、Ag、Al、Rhの少なくとも一つからなる金属層、若しくはこれを含む合金の単層、又は複層を有し、
    前記反射層(20c,10c)の反射側と、前記半導体発光素子(3)の光出射側は同一面側であり、かつ前記光散乱部材(33)を含有する封止部材(36)で封止されてなることを特徴とする発光装置。
  2. 請求項1に記載の発光装置であって、
    前記封止部材(36)が、前記半導体発光素子(1)側に前記光散乱部材(33)の分布領域を有してなることを特徴とする発光装置。
  3. 請求項1または2に記載の発光装置であって、
    前記反射層(20c,10c)の反射率が90%以上であることを特徴とする発光装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記第1層は、外部電極と電気的接続が可能な導電性部材(35)によって接続される外部接続部(14b,14a)であることを特徴とする発光装置。
  5. 請求項1乃至のいずれか一に記載の発光装置であって、
    さらに、前記第1導電型電極(20)及び前記第2導電型電極(10)は、前記第1層の下層側に最下層を有しており、
    前記最下層が反射層(20b,10b)によって構成されており、
    前記最下層の反射層(20b,10b)の反射率は前記表面の反射層(20c,10c)の反射率より高いことを特徴とする発光装置。
  6. 請求項1に記載の発光装置であって、
    前記半導体発光素子(1)の積層方向において、前記第1導電型電極及び第2導電型電極(20,10)は少なくとも2層から形成されており、
    前記第1導電型電極(20)及び第2導電型電極(10)における一方の電極は表面側に反射層を有しており、かつ他方の電極は最下層に反射層を備えており、
    前記最下層の反射層の反射率は前記表面の反射層の反射率より高く、
    前記反射層(20c,10c)の反射側と、前記半導体発光素子(3)の光出射側は同一面側であり、かつ前記光散乱部材を含有する封止部材(36)で封止されてなることを特徴とする発光装置。
  7. 請求項1乃至のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記半導体発光素子(1)を複数備えていることを特徴とする発光措置。
  8. 請求項1乃至のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記散乱部材(33)がYAG系蛍光体あるいはLAG系蛍光体であることを特徴とする発光装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9412906B2 (en) 2014-02-20 2016-08-09 Epistar Corporation Light-emitting device

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5560674B2 (ja) * 2009-11-27 2014-07-30 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子
JP2011119491A (ja) 2009-12-04 2011-06-16 Showa Denko Kk 半導体発光素子、電子機器および発光装置
US20110147784A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 Sharp Kabushiki Kaisha Light emitting device with more uniform current spreading
KR101014155B1 (ko) * 2010-03-10 2011-02-10 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
JP2011199211A (ja) * 2010-03-24 2011-10-06 Kowa Denki Sangyo Kk 照明装置
DE202011111091U1 (de) 2010-11-18 2019-08-07 Seoul Viosys Co., Ltd. Lichtemittierender Diodenchip mit Elektrodenfeld
US9520536B2 (en) 2010-11-18 2016-12-13 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting diode chip having electrode pad
WO2012127660A1 (ja) * 2011-03-23 2012-09-27 創光科学株式会社 窒化物半導体紫外線発光素子
JP5682427B2 (ja) * 2011-04-11 2015-03-11 日亜化学工業株式会社 発光素子
JP5949140B2 (ja) * 2012-05-21 2016-07-06 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子
JP5983068B2 (ja) * 2012-06-12 2016-08-31 日亜化学工業株式会社 半導体発光素子及び発光装置
KR20160017905A (ko) * 2014-08-07 2016-02-17 엘지이노텍 주식회사 발광소자 및 조명시스템
WO2016051857A1 (ja) * 2014-09-30 2016-04-07 シャープ株式会社 窒化物半導体発光装置
CN104347776B (zh) * 2014-10-31 2017-01-25 厦门市三安光电科技有限公司 一种led结构及其制备方法
JP2016100510A (ja) * 2014-11-25 2016-05-30 泰谷光電科技股▲ふん▼有限公司 電流拡散構成を有する発光ダイオード
CN104510238B (zh) * 2015-01-08 2016-10-19 东华大学 一种蓄热调温功能毛毯及其制备方法
JP2018006535A (ja) * 2016-06-30 2018-01-11 ウシオ電機株式会社 半導体発光素子
WO2018026191A1 (ko) * 2016-08-05 2018-02-08 서울바이오시스주식회사 발광소자
KR102386513B1 (ko) 2016-08-05 2022-04-22 서울바이오시스 주식회사 발광소자
CN108336200A (zh) * 2018-03-27 2018-07-27 湘能华磊光电股份有限公司 Led芯片结构及其制备方法
JP7223046B2 (ja) 2021-02-24 2023-02-15 晶元光電股▲ふん▼有限公司 光電部品

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07183573A (ja) * 1993-12-24 1995-07-21 Ricoh Co Ltd 端面発光型発光ダイオード
JPH10321913A (ja) * 1997-05-19 1998-12-04 Sharp Corp 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその製造方法
JP3690968B2 (ja) * 1999-06-30 2005-08-31 日亜化学工業株式会社 発光装置及びその形成方法
JP4932078B2 (ja) * 2000-12-04 2012-05-16 日亜化学工業株式会社 発光装置及びその製造方法
JP2006066903A (ja) * 2004-07-29 2006-03-09 Showa Denko Kk 半導体発光素子用正極
JP5138873B2 (ja) * 2005-05-19 2013-02-06 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9412906B2 (en) 2014-02-20 2016-08-09 Epistar Corporation Light-emitting device
US9755109B2 (en) 2014-02-20 2017-09-05 Epistar Corporation Light-emitting device
US10056525B2 (en) 2014-02-20 2018-08-21 Epistar Corporation Light-emitting device
US10396243B2 (en) 2014-02-20 2019-08-27 Epistar Corporation Light-emitting device

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