JPH0697498A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0697498A JPH0697498A JP4247793A JP24779392A JPH0697498A JP H0697498 A JPH0697498 A JP H0697498A JP 4247793 A JP4247793 A JP 4247793A JP 24779392 A JP24779392 A JP 24779392A JP H0697498 A JPH0697498 A JP H0697498A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は、光取り出し効率を向上させて、
高輝度化を達成し得ることを目的とする。 【構成】 この発明は、半導体基板2上に形成されたI
nGaAlPの混晶からなる発光層5と、発光層5に電
流を供給する電極1,10と、半導体基板2と発光層5
との間及び光取り出し側の電極10直下に配置形成さ
れ、異なる組成のIII −V族化合物層が交互に積層され
て発光層5の放射光を反射する反射層3,9と、反射層
3,9の間に、隣接する半導体層6,8と逆導電型に配
置形成され、光取り出し側の電極10下方部分の発光層
5に電流が流れることを抑制する電流ブロック層7とか
ら構成される。
高輝度化を達成し得ることを目的とする。 【構成】 この発明は、半導体基板2上に形成されたI
nGaAlPの混晶からなる発光層5と、発光層5に電
流を供給する電極1,10と、半導体基板2と発光層5
との間及び光取り出し側の電極10直下に配置形成さ
れ、異なる組成のIII −V族化合物層が交互に積層され
て発光層5の放射光を反射する反射層3,9と、反射層
3,9の間に、隣接する半導体層6,8と逆導電型に配
置形成され、光取り出し側の電極10下方部分の発光層
5に電流が流れることを抑制する電流ブロック層7とか
ら構成される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光取り出し効率を高
めた半導体発光素子に関し、特に屋内、屋外の情報表示
板、自動車のストップランプ、信号機等に使用される高
輝度の半導体発光素子に関する。
めた半導体発光素子に関し、特に屋内、屋外の情報表示
板、自動車のストップランプ、信号機等に使用される高
輝度の半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】上述した分野に用いられる発光ダイオー
ド(LED)としては、文献「日経エレクトロニクス,
1991.7.1(号外)P.P.71〜82」に記載
されているように、橙色(ピーク波長約620nm)か
ら緑色(ピーク波長約560nm)まで高輝度化を可能
とするInGaAlP系の半導体発光材料を用いたLE
Dが注目されており、実用化されつつある。
ド(LED)としては、文献「日経エレクトロニクス,
1991.7.1(号外)P.P.71〜82」に記載
されているように、橙色(ピーク波長約620nm)か
ら緑色(ピーク波長約560nm)まで高輝度化を可能
とするInGaAlP系の半導体発光材料を用いたLE
Dが注目されており、実用化されつつある。
【0003】このようなInGaAlP混晶のLEDの
ペレット構造は、図5(上記文献図9)に示すように、
n−GaAsからなる基板101上にn−InGaAl
Pからなるクラッド層102、アンドープのInGaA
lPからなる活性層(発光層)103、P−InGaA
lPからなるクラッド層104、P−GaAlAsから
なる低抵抗の電流拡散層105が順次積層形成され、電
流拡散層105上に所定の形状のP側電極106、基板
101側の全面にn側電極107がそれぞれ形成されて
いる。
ペレット構造は、図5(上記文献図9)に示すように、
n−GaAsからなる基板101上にn−InGaAl
Pからなるクラッド層102、アンドープのInGaA
lPからなる活性層(発光層)103、P−InGaA
lPからなるクラッド層104、P−GaAlAsから
なる低抵抗の電流拡散層105が順次積層形成され、電
流拡散層105上に所定の形状のP側電極106、基板
101側の全面にn側電極107がそれぞれ形成されて
いる。
【0004】このような構造において、両電極106,
107間に電圧を与えて活性層103に電流を供給する
ことによって、活性層103から上方へ発した光の一部
が外側へ放射されて取り出される。
107間に電圧を与えて活性層103に電流を供給する
ことによって、活性層103から上方へ発した光の一部
が外側へ放射されて取り出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
図5に示すような構造のInGaAlP系の従来のLE
Dにあっては、基板101がGaAsで形成されている
ため、活性層103から下方へ発した放射光は基板10
1に吸収されていた。また、活性層103から上方へ発
した放射光のうちP側電極106の直下に達する放射光
は、P側電極106に吸収されていた。
図5に示すような構造のInGaAlP系の従来のLE
Dにあっては、基板101がGaAsで形成されている
ため、活性層103から下方へ発した放射光は基板10
1に吸収されていた。また、活性層103から上方へ発
した放射光のうちP側電極106の直下に達する放射光
は、P側電極106に吸収されていた。
【0006】このため、活性層103で得られた光のう
ち外部に取り出せる割合を示す光取り出し効率が著しく
低下して、発光効率が低くなるという不具合を招いてい
た。
ち外部に取り出せる割合を示す光取り出し効率が著しく
低下して、発光効率が低くなるという不具合を招いてい
た。
【0007】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、光取り出し効
率を向上させて、より一層の高輝度化を図った半導体発
光素子を提供することにある。
たものであり、その目的とするところは、光取り出し効
率を向上させて、より一層の高輝度化を図った半導体発
光素子を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、半導体基板上に形成された
InGaAlPの混晶からなる発光層と、発光層に電流
を供給する電極と、半導体基板と発光層との間及び光取
り出し側の電極直下に配置形成され、異なる組成のIII
−V族化合物層が交互に積層されて発光層の放射光を反
射する反射層と、反射層の間に、隣接する半導体層と逆
導電型に配置形成され、光取り出し側の電極下方部分の
発光層に電流が流れることを抑制する電流ブロック層と
を有して構成される。
に、請求項1記載の発明は、半導体基板上に形成された
InGaAlPの混晶からなる発光層と、発光層に電流
を供給する電極と、半導体基板と発光層との間及び光取
り出し側の電極直下に配置形成され、異なる組成のIII
−V族化合物層が交互に積層されて発光層の放射光を反
射する反射層と、反射層の間に、隣接する半導体層と逆
導電型に配置形成され、光取り出し側の電極下方部分の
発光層に電流が流れることを抑制する電流ブロック層と
を有して構成される。
【0009】請求項3記載の発明は、前記電流ブロック
層が放射光に対して透明になる様に前記発光層よりバン
ドギャップを大きくして構成される。
層が放射光に対して透明になる様に前記発光層よりバン
ドギャップを大きくして構成される。
【0010】
【作用】上記構成において、この発明は、半導体基板な
らびに電極による放射光の吸収を反射層によって抑制す
るとともに、発光層における発光領域を電流ブロック層
により電極下方の領域を除く領域に設定するようにして
いる。
らびに電極による放射光の吸収を反射層によって抑制す
るとともに、発光層における発光領域を電流ブロック層
により電極下方の領域を除く領域に設定するようにして
いる。
【0011】
【実施例】以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明
する。
する。
【0012】図1はこの発明の第1の実施例に係わる半
導体発光素子の断面構造を示す図である。
導体発光素子の断面構造を示す図である。
【0013】図1において、n型のAuGeからなる電
極1が一方の面に形成されたn型のGaAsからなる半
導体基板2上には、n型の第1反射層3が形成されてい
る。この第1反射層3は、n型のInGaAlPとn型
のInAlPの厚さが発光波長(λ)に対してλ/4の
積層周期で交互に10から40対程度積層されて形成さ
れ、発光層から放射された光を反射する。
極1が一方の面に形成されたn型のGaAsからなる半
導体基板2上には、n型の第1反射層3が形成されてい
る。この第1反射層3は、n型のInGaAlPとn型
のInAlPの厚さが発光波長(λ)に対してλ/4の
積層周期で交互に10から40対程度積層されて形成さ
れ、発光層から放射された光を反射する。
【0014】この第1反射層3上には、n型のInGa
AlPからなるクラッド層4、n型のInGaAlPか
らなる発光層5、P型のInGaAlPからなるクラッ
ド層6が順次積層形成されている。
AlPからなるクラッド層4、n型のInGaAlPか
らなる発光層5、P型のInGaAlPからなるクラッ
ド層6が順次積層形成されている。
【0015】クラッド層6上には、n型のInGaAl
Pからなる電流ブロック層7が積層されている。この電
流ブロック層7は、後述する光取り出し側の電極10の
直下に相当する領域の発光層5に電流が流れることを抑
制し、発光層5における発光領域を電極10の直下に相
当する部分領域を除く領域に設定する。電流ブロック層
7は、上述した機能を達成するために、隣接する層と逆
導電型に形成される必要があり、また、発光層5への電
流抑制効果を十分に得るために、電極10と同等もしく
は広い面積で形成される必要がある。さらに、電流ブロ
ック層7は、そのバンドギャップを発光層5のバンドギ
ャップよりも大きく形成することにより、発光層5から
の放射光に対して透明にした場合には、光取り出し効率
をより高めることが可能となる。
Pからなる電流ブロック層7が積層されている。この電
流ブロック層7は、後述する光取り出し側の電極10の
直下に相当する領域の発光層5に電流が流れることを抑
制し、発光層5における発光領域を電極10の直下に相
当する部分領域を除く領域に設定する。電流ブロック層
7は、上述した機能を達成するために、隣接する層と逆
導電型に形成される必要があり、また、発光層5への電
流抑制効果を十分に得るために、電極10と同等もしく
は広い面積で形成される必要がある。さらに、電流ブロ
ック層7は、そのバンドギャップを発光層5のバンドギ
ャップよりも大きく形成することにより、発光層5から
の放射光に対して透明にした場合には、光取り出し効率
をより高めることが可能となる。
【0016】このような電流ブロック層7及びクラッド
層6上にはP型のGaAlAsからなる電流拡散層8が
形成され、発光層5に供給される電流を拡散する。電流
拡散層5上には、第1反射層と同様の第2反射層9が半
導体基板2上の略中央一部に形成され、第2反射層9上
にP型のAuZnからなる光取り出し側の電極10が積
層形成されている。
層6上にはP型のGaAlAsからなる電流拡散層8が
形成され、発光層5に供給される電流を拡散する。電流
拡散層5上には、第1反射層と同様の第2反射層9が半
導体基板2上の略中央一部に形成され、第2反射層9上
にP型のAuZnからなる光取り出し側の電極10が積
層形成されている。
【0017】次に、このような構造を得るための一製造
方法を説明する。
方法を説明する。
【0018】まず、有機金属気相成長法(MOCVD
法)により、第1反射層を積層形成した後、続けてIn
0.5(Ga1−xAlx)0.5Pを1μm程度の厚
さ、In0.5(Ga1−yAly)0.5Pを0.6
μm程度の厚さ、In0.5(Ga1−zAlz)0.
5Pを1.0μm程度の厚さ、In0.5(Ga1−u
Alu)0.5Pを0.2μ程度の厚さに順次成長させ
て、クラッド層4、発光層5、クラッド層6、電流ブロ
ック層を積層形成する。
法)により、第1反射層を積層形成した後、続けてIn
0.5(Ga1−xAlx)0.5Pを1μm程度の厚
さ、In0.5(Ga1−yAly)0.5Pを0.6
μm程度の厚さ、In0.5(Ga1−zAlz)0.
5Pを1.0μm程度の厚さ、In0.5(Ga1−u
Alu)0.5Pを0.2μ程度の厚さに順次成長させ
て、クラッド層4、発光層5、クラッド層6、電流ブロ
ック層を積層形成する。
【0019】次に、リソグラフィ工程により所定形状の
レジストパターンを形成して、このレジスタパターンを
マスクとして電流ブロック層をウェット又はドライエッ
チングにより選択的に除去し、所定形状の電流ブロック
層7を形成する。
レジストパターンを形成して、このレジスタパターンを
マスクとして電流ブロック層をウェット又はドライエッ
チングにより選択的に除去し、所定形状の電流ブロック
層7を形成する。
【0020】次に、レジスタパターンを除去した後、M
OCVD法によりGa1−wAlwAsを7.0μm程
度の厚さに成長させて電流拡散層8を形成し、続いて第
2反射層を成長形成する。
OCVD法によりGa1−wAlwAsを7.0μm程
度の厚さに成長させて電流拡散層8を形成し、続いて第
2反射層を成長形成する。
【0021】ここでn−クラッド層4、発光層5、P−
クラッド層6のAl混晶比は、z≒x>yとなるように
設定され、発光層5と電流ブロツク層7のAl混晶比
は、u>yとなるように設定され、電流拡散層8のAl
混晶比(W)も発光波長に対して透明になるように設定
される。
クラッド層6のAl混晶比は、z≒x>yとなるように
設定され、発光層5と電流ブロツク層7のAl混晶比
は、u>yとなるように設定され、電流拡散層8のAl
混晶比(W)も発光波長に対して透明になるように設定
される。
【0022】次に、半導体基板2側にAuGeを、第2
反射層上にAuZnをそれぞれ蒸着した後500℃で1
0分間熱処理して、オーミック電極層を形成する。
反射層上にAuZnをそれぞれ蒸着した後500℃で1
0分間熱処理して、オーミック電極層を形成する。
【0023】次に、フォトリソグラフィー工程によりレ
ジストパターンを、電流ブロック層7の面積と同等もし
くは小さくなるようにAuZnのオーミック電極層上に
形成する。続いて、このレジストパータンをマスクにし
てAuZnのオーミック電極層及び第2反射層をウェッ
ト又はドライエッチングにより選択的に除去して、所定
形状の第2反射層9とP側の電極10を形成し、P側の
電極10の周囲に発光層5からの放射光を外部に取り出
す光取り出し面を形成する。
ジストパターンを、電流ブロック層7の面積と同等もし
くは小さくなるようにAuZnのオーミック電極層上に
形成する。続いて、このレジストパータンをマスクにし
てAuZnのオーミック電極層及び第2反射層をウェッ
ト又はドライエッチングにより選択的に除去して、所定
形状の第2反射層9とP側の電極10を形成し、P側の
電極10の周囲に発光層5からの放射光を外部に取り出
す光取り出し面を形成する。
【0024】最後に、ダイシング工程により、素子を個
別化して、図1に示すような半導体発光素子が製造され
る。
別化して、図1に示すような半導体発光素子が製造され
る。
【0025】このような工程によって製造される構造の
発光素子にあっては、半導体基板2と発光層5及び発光
層5と光取り出し側の電極10のそれぞれの間に第1,
第2反射層3,9を設けているので、発光層5からの放
射光がそれぞれ反射層3,9によって反射され、半導体
基板2ならびに電極10による放射光の吸収が抑制され
る。
発光素子にあっては、半導体基板2と発光層5及び発光
層5と光取り出し側の電極10のそれぞれの間に第1,
第2反射層3,9を設けているので、発光層5からの放
射光がそれぞれ反射層3,9によって反射され、半導体
基板2ならびに電極10による放射光の吸収が抑制され
る。
【0026】さらに、電流ブロック層7により発光層5
における発光領域を取り出し面の直下に設定しているた
め、発光領域から上方への放射光の一部は何等妨げられ
ることなく直接光取り出し面から外部に取り出される。
における発光領域を取り出し面の直下に設定しているた
め、発光領域から上方への放射光の一部は何等妨げられ
ることなく直接光取り出し面から外部に取り出される。
【0027】また、電流ブロック層7によって発光領域
を光取り出し側の電極10の周囲に設定しているため、
第1,第2反射層3,9間での多重反射が減少し、反射
層3,9によって反射された光が発光層5を通過するこ
とによって生じる再吸収の影響を低減することができ
る。さらに、電流ブロック層7を放射光に対して透明に
なる様に設定することにより、反射層3、及び9により
反射された放射光の吸収を低減することができる。
を光取り出し側の電極10の周囲に設定しているため、
第1,第2反射層3,9間での多重反射が減少し、反射
層3,9によって反射された光が発光層5を通過するこ
とによって生じる再吸収の影響を低減することができ
る。さらに、電流ブロック層7を放射光に対して透明に
なる様に設定することにより、反射層3、及び9により
反射された放射光の吸収を低減することができる。
【0028】これらのことから、図2に示すような構造
にあっては、図5に示す構造では外部に取り出せずに無
効となっていた放射光を外部に有効に取り出すことが可
能となり、光取り出し効率が大幅に向上して、従来構造
に比べて輝度を10倍程度にまで高めることができるよ
うになる。
にあっては、図5に示す構造では外部に取り出せずに無
効となっていた放射光を外部に有効に取り出すことが可
能となり、光取り出し効率が大幅に向上して、従来構造
に比べて輝度を10倍程度にまで高めることができるよ
うになる。
【0029】図2はこの発明の第2の実施例に係わる半
導体発光素子の断面構造を示す図である。
導体発光素子の断面構造を示す図である。
【0030】この第2の実施例の特徴とするところは、
電流ブロック層11を第1反射層3とn型のクラッド層
4の間にP型となるように配置形成したことにあり、他
の構造は図1と同様である。このような構造にあって、
第1の実施例と同様な効果を得ることが可能となる。
電流ブロック層11を第1反射層3とn型のクラッド層
4の間にP型となるように配置形成したことにあり、他
の構造は図1と同様である。このような構造にあって、
第1の実施例と同様な効果を得ることが可能となる。
【0031】図3はこの発明の第3の実施例に係わる半
導体発光素子の断面構造を示す図である。
導体発光素子の断面構造を示す図である。
【0032】この第3の実施例の特徴とするところは、
図1に示す構造に対して、光取り出し面をペレットの中
央部に設定し、電流ブロック層12、第2反射層13、
P側の電極14をペレットの周囲に配置形成したことに
ある。このような構造にあっては、集光性が向上し、指
向性が要求される用途に好適となる。
図1に示す構造に対して、光取り出し面をペレットの中
央部に設定し、電流ブロック層12、第2反射層13、
P側の電極14をペレットの周囲に配置形成したことに
ある。このような構造にあっては、集光性が向上し、指
向性が要求される用途に好適となる。
【0033】図4はこの発明の第4の実施例に係わる半
導体発光素子の断面構造を示す図である。
導体発光素子の断面構造を示す図である。
【0034】この第4の実施例の特徴とするところは、
図3に示す構造に対して、電流ブロック層15を第1反
射層3とn型のクラッド層4との間にP型となるように
配置形成したことにあり、他の構造は図3と同様であ
る。このような構造にあっても、第3の実施例と同様な
効果を得ることが可能となる。
図3に示す構造に対して、電流ブロック層15を第1反
射層3とn型のクラッド層4との間にP型となるように
配置形成したことにあり、他の構造は図3と同様であ
る。このような構造にあっても、第3の実施例と同様な
効果を得ることが可能となる。
【0035】なお、この発明は、上記実施例に限ること
はなく、半導体基板にならびに各層はP型であってもよ
い。
はなく、半導体基板にならびに各層はP型であってもよ
い。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、発光層からの放射光の半導体基板ならびに光取り出
し側の電極への入射を反射層により抑制したので、外部
に取り出される有効な放射光を増やすことができる。ま
た、電流ブロック層により発光領域を光取り出し側の電
極下方の領域を除く領域に設定するようにし、さらに放
射光に対し透明になる様設定したので、外部に取り出さ
れる有効な放射光を増やすことができる。
ば、発光層からの放射光の半導体基板ならびに光取り出
し側の電極への入射を反射層により抑制したので、外部
に取り出される有効な放射光を増やすことができる。ま
た、電流ブロック層により発光領域を光取り出し側の電
極下方の領域を除く領域に設定するようにし、さらに放
射光に対し透明になる様設定したので、外部に取り出さ
れる有効な放射光を増やすことができる。
【0037】この結果、光取り出し効率が向上し、高輝
度化を達成することができるようになる。
度化を達成することができるようになる。
【図1】この発明の第1の実施例に係わる半導体発光素
子の断面構造を示す図である。
子の断面構造を示す図である。
【図2】この発明の第2の実施例に係わる半導体発光素
子の断面構造を示す図である。
子の断面構造を示す図である。
【図3】この発明の第3の実施例に係わる半導体発光素
子の断面構造を示す図である。
子の断面構造を示す図である。
【図4】この発明の第4の実施例に係わる半導体発光素
子の断面構造を示す図である。
子の断面構造を示す図である。
1 n−AuGe電極 2 n−GaAs基板 3 第1反射層 4 n−クラッド層 5 発光層 6 P−クラッド層 7,11,12,15 電流ブロック層 8 電流拡散層 9,13 第2反射層 10,14 P−AuZn電極
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体基板上に形成されたInGaAl
Pの混晶からなる発光層と、 発光層に電流を供給する電極と、 半導体基板と発光層との間及び光取り出し側の電極直下
に配置形成され、異なる組成のIII −V族化合物層が交
互に積層されて発光層の放射光を反射する反射層と、 反射層の間に、隣接する半導体層と逆導電型に配置形成
され、光取り出し側の電極下方部分の発光層に電流が流
れることを抑制する電流ブロック層とを有することを特
徴とする半導体発光素子。 - 【請求項2】 前記電流ブロック層は、光取り出し側の
電極と同等又は広い面積により形成されてなることを特
徴とする請求項1記載の半導体発光素子。 - 【請求項3】 前記電流ブロック層は、そのバンドギャ
ップが発光層のバンドギャップよりも大きいことを特徴
とする請求項1又は2記載の半導体発光素子。 - 【請求項4】 前記光取り出し側の電極は、半導体基板
上の略中央一部に形成されてなることを特徴とする請求
項1,2又は3記載の半導体発光素子。 - 【請求項5】 前記光取り出し側の電極は、半導体基板
上の周辺部に形成されてなることを特徴とする請求項
1,2又は3記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4247793A JPH0697498A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4247793A JPH0697498A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697498A true JPH0697498A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17168738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4247793A Pending JPH0697498A (ja) | 1992-09-17 | 1992-09-17 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697498A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008159627A (ja) * | 2006-12-20 | 2008-07-10 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子 |
| US7488989B2 (en) | 2003-06-10 | 2009-02-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting element, its manufacturing method and semiconductor light emitting device |
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-
1992
- 1992-09-17 JP JP4247793A patent/JPH0697498A/ja active Pending
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