專利名稱:氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及氮化物基化合物半導(dǎo)體裝置及其制造方法,更具體地,涉及具有改善了對(duì)于n電極歐姆接觸特性的氮化物基化合物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù):
一般認(rèn)為激光二極管(LD)或發(fā)光二極管(LED)是氮基半導(dǎo)體發(fā)光裝置。LED是當(dāng)加電時(shí)隨著電子從高能向低能遷移而發(fā)出特定波長(zhǎng)光線的半導(dǎo)體裝置。LED廣泛地用于各種應(yīng)用,以產(chǎn)生諸如當(dāng)硬盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)母板上的小綠光、安裝在市中心建筑物上的電子顯示板的光、或手機(jī)上的閃爍光。LED作為新型發(fā)光體出現(xiàn),與傳統(tǒng)燈泡相比,提供1/12的能耗、超過(guò)100倍的壽命和超過(guò)1000倍的反應(yīng)速度。由于高亮度和低能耗,所以LED作為諸如電子顯示板的有前途的顯示器而受到相當(dāng)?shù)年P(guān)注。LED根據(jù)所使用的化合物半導(dǎo)體材料的類(lèi)型(即磷化鎵(GaP)或砷化鎵(GaAs))而發(fā)出不同顏色的光。具體地,幾十年來(lái),發(fā)紅色或綠色光線的LED廣泛地用于各種工業(yè)應(yīng)用和家電應(yīng)用中。
根據(jù)光射出的方向,LED被分類(lèi)為頂部發(fā)光型發(fā)光二極管(TLED)和倒裝片LED(FCLED)。在通常使用的TLED中,光通過(guò)與p型化合物半導(dǎo)體層形成歐姆接觸的p電極而射出。p電極典型地由在p型化合物半導(dǎo)體層上的鎳(Ni)/金(Au)形成。然而,使用半透明Ni/Au的p電極的TLED具有低的光利用效率和低亮度。在FCLED中,在有源層中產(chǎn)生的光被反射電極反射并且反射光穿過(guò)基底發(fā)出。反射電極由高反射率的材料例如銀(Ag)、鋁(Al)、或銠(Rh)制成。使用反射電極的FCLED可以提供高的光利用效率和高亮度。
在LED或LD中的傳統(tǒng)n電極由應(yīng)該在超過(guò)600℃的高溫下退火的Al-Ti基材料制成。具體地,Al-Ti基材料在獨(dú)立的GaN基底的N極表面上形成歐姆接觸有困難。更具體地,傳統(tǒng)上Ti/Al或Al/Ti沉積在GaN基底上,然后在超過(guò)600℃的高溫下退火,以形成對(duì)n電極的歐姆接觸。但是,在超過(guò)600℃的高溫下的退火可以引起在退火之前形成為疊層的層的熱損傷。為了避免這個(gè)問(wèn)題,傳統(tǒng)上,在n電極上形成n型化合物半導(dǎo)體層、有源區(qū)、p型化合物半導(dǎo)體層、和p電極之前,n電極形成于GaN基底上。如上所述,Al-Ti基材料的另一缺點(diǎn)是其僅可以在Ga極表面上形成歐姆接觸。已知Al-Ti基材料難于在N極表面上形成歐姆接觸。因而,為了克服這些問(wèn)題,迫切需要研發(fā)可以改善對(duì)n電極的歐姆接觸特性并且改善n電極結(jié)構(gòu)的n電極材料。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有對(duì)于n電極的歐姆接觸特性改善的氮化物基化合物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置,包括n電極、p電極、和在n電極和p電極之間形成的n型化合物半導(dǎo)體層、有源層和p型化合物半導(dǎo)體層。n電極包括由選自Pd、Pt、Ni、Co、Rh、Ir、Fe、Ru、Os、Cu、Ag、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素形成的第一電極層;和使用包含選自由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、W、Re、Ir、Al、In、Pb、Ni、Rh、Ru、Os、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素的導(dǎo)電材料而在第一電極層上形成的第二電極層。
n電極在200℃至900℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行退火。第一電極層形成為1至1000的厚度。p型化合物半導(dǎo)體層包括p-GaN層。
有源層、p型化合物半導(dǎo)體、和p電極可以按順序形成于n型化合物半導(dǎo)體層的第一表面上,并且n電極形成于n型化合物半導(dǎo)體層的第二表面上。n型化合物半導(dǎo)體層是n-GaN層,并且n-GaN層的第二表面是Ga極表面、N極表面、或非極化表面。
氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置還包括GaN基底。n型化合物半導(dǎo)體層、有源層、p型化合物半導(dǎo)體層、和p電極可以按順序形成于GaN基底的第一表面上,并且n電極可以形成于GaN基底的第二表面上。GaN基底的第二表面可以是Ga極表面、N極表面、或非極化表面。
氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置還可以包括藍(lán)寶石基底。在這種情形,n型化合物半導(dǎo)體層、有源層、p型化合物半導(dǎo)體層、和p電極可以按順序形成于藍(lán)寶石基底上,并且n型化合物半導(dǎo)體層可以具有階梯表面,n電極形成于階梯表面上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法,包括的步驟是制備GaN基底;在GaN基底的第一表面上按順序形成n型化合物半導(dǎo)體層、有源層、p型化合物半導(dǎo)體層、和p電極;并且在GaN基底的第二表面上形成n-電極。
形成n電極的步驟包括由選自Pd、Pt、Ni、Co、Rh、Ir、Fe、Ru、Os、Cu、Ag、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素形成第一電極層;和使用包含選自由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、W、Re、Ir、Al、In、Pb、Ni、Rh、Ru、Os、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素的導(dǎo)電材料而在第一電極層上形成第二電極層;并且退火第一和第二電極層。
GaN基底的第二表面是Ga極表面、N極表面、或非極化表面。第一電極層形成為1至1,000的厚度。退火在200℃至900℃的溫度范圍進(jìn)行。
n型化合物半導(dǎo)體層和p型化合物半導(dǎo)體層可以分別包括n-GaN層和p-GaN層。
本發(fā)明可以提供一種具有對(duì)于n電極的歐姆接觸特性改善的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的典型實(shí)施例,本發(fā)明的上述和其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的示意截面圖;圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的示意截面圖;圖3A-3E是圖示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的一種制造方法的步驟的流程圖;以及圖4是圖示使用傳統(tǒng)Ti/Al的n電極的發(fā)光二極管(LED)和根據(jù)本發(fā)明的使用Pd/Ti/Al的n電極的LED的歐姆接觸特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法。在圖中,為了清楚起見(jiàn),夸大了層和區(qū)的厚度。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的示意截面圖。參照?qǐng)D1,根據(jù)本發(fā)明當(dāng)前實(shí)施例的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置包括n電極31、p電極20、和在n電極31和p電極20之間形成的n型化合物半導(dǎo)體層12、有源層14和p型化合物半導(dǎo)體層16。更具體地,n型化合物半導(dǎo)體層12、有源層14、p型化合物半導(dǎo)體層16、和p電極20按順序形成于GaN基底10的第一表面10a上。n電極31形成于GaN基底10的第二表面10b上并且包括第一電極層31a,第一電極層31a由選自Pd、Pt、Ni、Co、Rh、Ir、Fe、Ru、Os、Cu、Ag、Au構(gòu)成的組的至少一種元素形成,并且使用包含選自由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、W、Re、Ir、Al、In、Pb、Ni、Rh、Ru、Os、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素的導(dǎo)電材料而在第一電極層31a上形成第二電極層31b。第二電極層31b可以具有多層結(jié)構(gòu),例如Ti/Al或Al/Ti層。n電極31在200℃至900℃的溫度下退火。第一電極層31a可以形成為1至1000的厚度。GaN基底10的第二表面10b可以是Ga極表面、N極表面或非極化表面。
第一電極層的材料,例如Pd、Pt、Ni、Co、Rh、Ir、Fe、Ru、Os、Cu、Ag、或Au與GaN基底10的第二表面10b具有高的反應(yīng)性。例如,當(dāng)?shù)谝缓偷诙姌O層31a和31b分別由Pd和Ti/Al形成時(shí),Pd與GaN基底10上的Ga反應(yīng)以形成Pd-鎵化物,而Ti或Al與GaN基底10上的N反應(yīng)以形成AlN或TiN。因而,可以改善對(duì)于n電極31的歐姆接觸特性。具體地,n電極31具有在Ga極表面上以及在通常認(rèn)為難于形成歐姆接觸的N極表面上的出色的歐姆接觸特性。n電極31a的材料也是高反應(yīng)性的,以便當(dāng)接觸尺寸的寬度小時(shí)形成均勻的歐姆接觸。
因?yàn)樵诰哂猩鲜雠渲玫牡锘衔锇雽?dǎo)體發(fā)光裝置的制造期間,n電極31的退火溫度可以減小到低于600℃,所以可以減小對(duì)于在退火前形成的疊層的其它層的熱損傷,即對(duì)于n型化合物半導(dǎo)體層12、有源層14、p型化合物半導(dǎo)體層16和p電極20的熱損傷。
n型化合物半導(dǎo)體層12由n-GaN基III-V氮化物半導(dǎo)體材料制成,具體地,由n-GaN、或其它能夠引起激光振蕩(產(chǎn)生激光)的III-V化合物半導(dǎo)體材料制成。n型化合物半導(dǎo)體層12可以包括下覆層(未圖示)。下覆層可以由具有預(yù)定折射率的n-GaN/AlGaN或其它能夠產(chǎn)生激光的化合物半導(dǎo)體材料制成。
有源層14可以由任何能夠引起產(chǎn)生激光的材料制成,優(yōu)選可以具有低閾值電流和穩(wěn)定的橫向模式特性的引起激光振蕩的材料。有源層14可以由InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1,0≤y≤1,并且x+y≤1)形成,InxAlyGa1-x-yN是包含預(yù)定百分比的Al的GaN基III-V氮化物化合物半導(dǎo)體材料。有源層14可以具有單量子阱(SQW)或多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)或其它已知結(jié)構(gòu)。
p型化合物半導(dǎo)體層16可以由p-GaN基III-V氮化物半導(dǎo)體材料制成,具體地由p-GaN或可以引起激光振蕩(產(chǎn)生激光)的其它III-V氮化物半導(dǎo)體材料形成。p型化合物半導(dǎo)體層16可以包括上覆層(未圖示)。上覆層可以由具有預(yù)定折射率的p-GaN/AlGaN或其它可以引起產(chǎn)生激光的化合物半導(dǎo)體材料制成。
p電極20主要由在p型化合物半導(dǎo)體層16上形成的Ni/Au雙層構(gòu)成并且與p型化合物半導(dǎo)體層16形成歐姆接觸。
根據(jù)本發(fā)明的具有上述配置的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置可以提供改善了的對(duì)于n電極31的歐姆接觸特性以及輸出功率特性。雖然在上述描述中,GaN基底10和n型化合物半導(dǎo)體層12是分開(kāi)的獨(dú)立的元件,但是GaN基底10可以被結(jié)合進(jìn)n型化合物半導(dǎo)體層12之中。在這種情形,有源層、p型半導(dǎo)體層、和p電極可以按順序形成在n型化合物半導(dǎo)體層的第一表面上,同時(shí)n電極可以形成在n型化合物半導(dǎo)體層的第二表面上。
圖2是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的示意截面圖。在圖1和2中相似的參考標(biāo)號(hào)指示相似的元件,并且因此將省略其描述。
參照?qǐng)D2,氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置還包括藍(lán)寶石基底11、和按順序在藍(lán)寶石基底11上形成的n型化合物半導(dǎo)體層12、有源層14、p型化合物半導(dǎo)體層16和p電極20。n型化合物半導(dǎo)體層12被蝕刻到預(yù)定深度以在其一側(cè)上形成階梯表面12a,并且n電極31設(shè)置在階梯表面12a上。n型化合物半導(dǎo)體層12的階梯表面12a可以是Ga極表面、N極表面、或非極化表面。
圖3A-3E是圖示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的一種制造方法的步驟的流程圖。
參照?qǐng)D3A和3B,制備GaN基底10并且在GaN基底10的第一表面10a上按順序形成n型化合物半導(dǎo)體層12、有源層14、p型化合物半導(dǎo)體層16、和p電極20。因?yàn)閚型化合物半導(dǎo)體層12、有源層14、p型化合物半導(dǎo)體層16、和p電極20具有相同的結(jié)構(gòu)或使用上述使用普遍公知的技術(shù)由相同的材料形成,因此將不給出其詳細(xì)描述。例如,各層可以使用薄膜沉積技術(shù),例如化學(xué)氣相沉積(CVD)、金屬有機(jī)CVD(MOCVD)、等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)或物理氣相沉積(PVD)形成。
參照?qǐng)D3A-3E,在GaN基底10的第二表面10b上按順序形成第一和第二電極層30a和30b,并且使用例如退火的技術(shù)進(jìn)行熱處理以形成n-電極31。GaN基底10的第二表面10b可以是Ga極表面、N極表面、或非極化表面。
首先,參照?qǐng)D3C,第一電極層30a由選自Pd、Pt、Ni、Co、Rh、Ir、Fe、Ru、Os、Cu、Ag、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素形成,其厚度為1至1000。第二電極層30b可以使用包含選自由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、W、Re、Ir、Al、In、Pb、Ni、Rh、Ru、Os、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素的導(dǎo)電材料而在第一電極層上形成到任意厚度。第二電極層30b可以具有多層結(jié)構(gòu)。例如,第一和第二電極層31a和31b可以分別由Pd和Ti/Al形成。
然后,參照?qǐng)D3D和3E,第一和第二電極層30a和30b使用退火進(jìn)行熱處理,以形成具有改善了的歐姆接觸特性的n電極31。雖然退火可以在200℃至900℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,但是也可以在較低的溫度范圍,例如200℃至600℃進(jìn)行。
因?yàn)樵诘锘衔锇雽?dǎo)體發(fā)光裝置的制造期間,n電極31的退火溫度可以減小到600℃以下,所以可以減小對(duì)于退火前形成的疊層的其它層的熱損傷,即對(duì)于n型化合物半導(dǎo)體層12、有源層14、p型化合物半導(dǎo)體層16和p電極20的熱損傷。這使得在形成n電極31之前可以在GaN基底10上按順序形成n型化合物半導(dǎo)體層12、有源層14、p型化合物半導(dǎo)體層16和p電極20。因而可以比傳統(tǒng)裝置更容易地制造氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法可以容易地應(yīng)用于例如激光二極管(LD)和發(fā)光二極管(LED)的光學(xué)裝置的制造。
圖4是圖示使用傳統(tǒng)Ti/Al的n電極的發(fā)光二極管(LED)和根據(jù)本發(fā)明的使用Pd/Ti/Al的n電極的LED的歐姆接觸特性的曲線圖。當(dāng)n電極在400℃至600℃的低溫范圍下退火時(shí),本發(fā)明的LED比傳統(tǒng)的LED具有改善了的歐姆接觸特性。
本發(fā)明可以提供一種具有對(duì)于n電極的歐姆接觸特性改善的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。具體地,因?yàn)樵诰哂猩鲜雠渲玫牡锘衔锇雽?dǎo)體發(fā)光裝置的制造期間,n電極31的退火溫度可以減小到600℃以下,所以可以減小在退火前形成的疊層的其它層的熱損傷。因而,因?yàn)樵谛纬蒼電極31之前可以在GaN基底10上按順序形成n型化合物半導(dǎo)體層、有源層、p型化合物半導(dǎo)體層和p電極,所以可以比傳統(tǒng)裝置更容易地制造氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
在本發(fā)明中,n電極31在Ga極表面上以及在通常認(rèn)為時(shí)難于形成歐姆接觸的N極表面上具有出色的歐姆接觸特性。具體地,n電極的材料也是高反應(yīng)性的,使得當(dāng)接觸尺寸的寬度小時(shí)形成均勻的歐姆接觸。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法可以容易地應(yīng)用于例如LD或LED的光學(xué)裝置的制造。
雖然參照幫助理解本發(fā)明的典型實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明,但是所述實(shí)施例是作為示例而非限制呈現(xiàn)的。本發(fā)明不限于上述描述和示出的結(jié)構(gòu)和布置。即本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不脫離由在權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下,可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置,包括n電極、p電極、和在所述n電極和p電極之間形成的n型化合物半導(dǎo)體層、有源層、和p型化合物半導(dǎo)體層,其中所述n電極包括由選自Pd、Pt、Ni、Co、Rh、Ir、Fe、Ru、Os、Cu、Ag、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素形成的第一電極層;和使用包含選自由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、W、Re、Ir、Al、In、Pb、Ni、Rh、Ru、Os、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素的導(dǎo)電材料而在所述第一電極層上形成的第二電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其中所述n電極在200℃至900℃的溫度范圍內(nèi)退火。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其中所述有源層、p型化合物半導(dǎo)體、和p電極按順序形成于所述n型化合物半導(dǎo)體層的第一表面上,并且其中所述n電極形成于所述n型化合物半導(dǎo)體層的第二表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置,其中所述n型化合物半導(dǎo)體層是n-GaN層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置,其中所述n-GaN層的第二表面是Ga極表面、N極表面、或非極化表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,還包括GaN基底,其中所述n型化合物半導(dǎo)體層、有源層、p型化合物半導(dǎo)體層、和p電極按順序形成于所述GaN基底的第一表面上,并且其中所述n電極形成于所述GaN基底的第二表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置,其中所述GaN基底的第二表面是Ga極表面、N極表面、或非極化表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,還包括藍(lán)寶石基底,其中所述n型化合物半導(dǎo)體層、有源層、p型化合物半導(dǎo)體層、和p電極按順序形成于所述藍(lán)寶石基底上,并且其中所述n型化合物半導(dǎo)體層具有階梯表面,并且所述n電極形成于所述階梯表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置,其中所述n型化合物半導(dǎo)體層是n-GaN層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置,其中所述n-GaN層的階梯表面是Ga極表面、N極表面、或非極化表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其中所述第一電極層形成為1至1,000的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置,其中所述p型化合物半導(dǎo)體層包括p-GaN層。
13.一種氮化物基化合物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的制造方法,所述方法包括制備GaN基底;在所述GaN基底的第一表面上按順序形成n型化合物半導(dǎo)體層、有源層、p型化合物半導(dǎo)體層、和p電極;并且在所述GaN基底的第二表面上形成n-電極,其中n電極的形成包括由選自Pd、Pt、Ni、Co、Rh、Ir、Fe、Ru、Os、Cu、Ag、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素形成第一電極層;和使用包含選自由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、W、Re、Ir、Al、In、Pb、Ni、Rh、Ru、Os、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素的導(dǎo)電材料而在所述第一電極層上形成第二電極層;并且退火所述第一和第二電極層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法,其中所述GaN基底的第二表面是Ga極表面、N極表面、或非極化表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法,其中所述第一電極層形成為1至1,000的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法,其中所述退火在200℃至900℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法,其中所述n型化合物半導(dǎo)體層和p型化合物半導(dǎo)體層分別包括n-GaN層和p-GaN層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有對(duì)于n電極的歐姆接觸特性改善的氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光裝置及其制造方法。所述氮化物基半導(dǎo)體發(fā)光裝置包括n電極、p電極、和在n和p電極之間形成的n型化合物半導(dǎo)體層、有源層、和p型半導(dǎo)體層。所述n電極包括由選自Pd、Pt、Ni、Co、Rh、Ir、Fe、Ru、Os、Cu、Ag、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素形成的第一電極層;和使用包含選自由Ti、V、Cr、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、W、Re、Ir、Al、In、Pb、Ni、Rh、Ru、Os、和Au構(gòu)成的組的至少一種元素的導(dǎo)電材料而在所述第一電極層上形成的第二電極層。
文檔編號(hào)H01S5/00GK1905225SQ20061009436
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月30日
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