JP4815013B2 - 窒化物系半導体発光素子、照明装置、液晶表示装置および照明装置の製造方法 - Google Patents

窒化物系半導体発光素子、照明装置、液晶表示装置および照明装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、窒化物系半導体発光素子、照明装置および液晶表示装置に関する。特に、本発明は、青色、緑色、オレンジ色、赤色など可視域全体から選ばれる任意の波長の光を出射することが可能な発光ダイオード、レーザダイオード等のＧａＮ系半導体発光素子および照明装置ならびにこれらを用いた液晶表示装置に関する。
Ｖ族元素として窒素（Ｎ）を含む窒化物半導体は、そのバンドギャップの大きさから、短波長発光素子の材料として有望視されている。そのなかでも、窒化ガリウム系化合物半導体の研究が盛んに行われており、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）、緑色ＬＥＤ、ならびに、ＧａＮ系半導体を材料とする半導体レーザも実用化されている（例えば、特許文献１、２参照）。
以下、窒化ガリウム系化合物半導体をＧａＮ系半導体と呼ぶ。ＧａＮ系半導体には、Ｇａの一部または全部をアルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）の少なくとも一方で置換した化合物半導体が含まれ、ＧａＮ系半導体は、組成式ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される。
ＧａをＡｌやＩｎで置換することによって、バンドギャップをＧａＮよりも大きくすることも小さくすることも可能である。これにより、青色や緑色などの短波長の光のみならず、オレンジ色や赤色の光を発光させることも可能となる。したがって、ＧａＮ系半導体を用いることによって、理論的には、全可視域から任意に選択される波長の光を出射する発光素子を実現することが可能であり、ＧａＮ系半導体発光素子を、画像表示装や照明装置への応用することも期待されている。
ＧａＮ系半導体はウルツ鉱型結晶構造を有している。図１は、ウルツ鉱型結晶構造の面を４指数表記（六方晶指数）で示している。４指数表記では、ａ１、ａ２、ａ３およびｃで示される基本ベクトルを用いて結晶面や方位が表される。基本ベクトルｃは、［０００１］方向に延びており、この方向は「ｃ軸」と呼ばれる。ｃ軸に垂直な面（ｐｌａｎｅ）は「ｃ面」または「（０００１）面」と呼ばれている。なお、「ｃ軸」および「ｃ面」は、それぞれ、「Ｃ軸」および「Ｃ面」と表記される場合もある。図２（ａ）はＧａＮ系半導体の結晶構造を棒球モデルで示しており、図２（ｂ）は、ｃ軸に垂直な平面におけるＧａＮ系半導体結晶のＧａおよびＮの位置を示している。
従来、ＧａＮ系半導体を用いて半導体素子を作製する場合、ＧａＮ系半導体結晶を成長させる基板として、ｃ面基板すなわち（０００１）面を表面に有する基板が使用される。この場合、図２（ａ）および（ｂ）から分かるように、ｃ軸方向にはＧａ原子のみが配置される層と、Ｎ原子のみが配置される層が形成される。このようなＧａ原子およびＮ原子の配置に起因して、ＧａＮ系半導体には自発的な分極（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が形成される。このため、「ｃ面」は「極性面」とも呼ばれている。
その結果、ＧａＮ系半導体発光素子の活性層におけるＩｎＧａＮの量子井戸には、ｃ軸方向に沿ってピエゾ電界が発生し、活性層内における電子およびホールの分布に位置ずれが生じるため、キャリアの量子閉じ込めシュタルク効果により、活性層の内部量子効率が低下する。半導体レーザの場合、しきい値電流の増大が生じ、ＬＥＤの場合、消費電力の増大や発光効率の低下が生じる。また、注入キャリア密度の上昇と共にピエゾ電界のスクリーニングが起こり、発光波長の変化も生じる。
また、緑色やオレンジ色、さらには赤色など長波長域の光を発光させるために、ＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成を増加すると、Ｉｎ組成と共にピエゾ電界の強度は益々増加し、内部量子効率は急激に低下する。このため、一般にｃ面のＩｎＧａＮ活性層を用いたＬＥＤでは、発光可能な光の波長は５５０ｎｍ程度であると言われている。
このような課題を解決するため、非極性面であるｍ面を表面に有する基板（ｍ面ＧａＮ系基板）を使用して、発光素子を製造することが検討されている。図１に示すように、ウルツ鉱型結晶構造におけるｍ面は、ｃ軸に平行であり、ｃ面と直交する６つの等価な面である。例えば、図１においてハッチングで示された［１０−１０］方向に垂直な（１０−１０）面である。（１０−１０）面と等価な他のｍ面には、（−１０１０）面、（１−１００）面、（−１１００）面、（０１−１０）面、（０−１１０）面がある。ここで、ミラー指数を表すカッコ内の数字の左に付された「−」は、「バー」を意味する。
図２（ｃ）は、ｍ面に垂直な面におけるＧａＮ系半導体結晶のＧａおよびＮの位置を示している。図２（ｃ）に示すように、ｍ面においては、Ｇａ原子および窒素原子は同一原子面上に存在するため、ｍ面に垂直な方向に分極は発生しない。このため、ｍ面上に形成した半導体積層構造を用いて発光素子を作製すれば、活性層にピエゾ電界が発生せず、上述の課題を解決することができる。
また、活性層のＩｎ組成を大きく増加させることが可能であるため、青色のみならず、緑色や、オレンジ色、赤色など、より長波長の光を発光することのできるＬＥＤやレーザダイオードを同一の材料系を用いて実現することができる。
なお、本明細書では、六方晶ウルツ鉱構造のＸ面（Ｘ＝ｃ、ｍ）に垂直な方向にエピタキシャル成長が生じることを「Ｘ面成長」と表現する。Ｘ面成長において、Ｘ面を「成長面」と称し、Ｘ面成長によって形成された半導体の層を「Ｘ面半導体層」と称する。
さらに、非特許文献１などに開示されているように、ｍ面上に形成されたＩｎＧａＮ活性層を用いたＬＥＤは、その価電子帯の構造に由来した偏光特性を有している。具体的にはａ軸に平行な方向に偏光した光を出射する。
このため、偏光特性を有する光を出射することが可能な発光素子として利用することが期待される。例えば、液晶表示装置は、液晶の偏光方向を制御する働きを利用するため、光源として、偏光した光を用いる必要がある。従来の液晶表示装置では、偏光特性を有する光を出射する適切な光源がないため、ＬＥＤやＣＣＦＬ蛍光管などの光源を用い、偏光板に出射した光を通過させることによって、偏光特性を有する光を得ていた。しかし、この様な構成によれば、光源から出射する光の大部分は偏光板で遮られるため、光の利用効率が低いという問題があった。したがって、ｍ面上に形成されたＩｎＧａＮ活性層を用いたＬＥＤを液晶表示装置の光源として使用すれば、光の利用効率が向上し、液晶表示装置の消費電力を大幅に低減したり、偏光板を設けなくてよいことから、製造コストを低減したりすることも可能となる。
特開２００１−３０８４６２号公報 特開２００３−３３２６９７号公報
ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ９２ （２００８） ０９１１０５
上述したように、ｍ面基板上で成長させたＧａＮ系半導体素子は、ｃ面基板上で成長させたものと比較して顕著な効果を発揮し得る。しかし、ｍ面基板上で成長させたＧａＮ系半導体素子は、ｃ面基板上で成長させたものよりも機械的強度が低いという課題がある。このことは、ｍ面基板上で成長させたＧａＮ系半導体素子を実用化する上で技術的な障害となっている。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、偏光特性に優れ、面基板上で結晶成長させたＧａＮ系半導体素子における物理的強度を高めることのできる構造およびそれを用いた照明装置および液晶表示装置を提供することにある。
本発明の照明装置は、少なくとも第１および第２の窒化物系半導体発光素子を備えた照明装置であって、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子のそれぞれは半導体チップを備え、前記半導体チップは、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体から形成された窒化物系半導体積層構造を含み、前記窒化物系半導体積層構造は、ｍ面窒化物半導体層からなる活性層領域を含み、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子は、それぞれ前記活性層領域から偏光を出射し、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子が出射する偏光の波長をそれぞれλ１およびλ２とし、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子の半導体チップの厚さをそれぞれｄ１およびｄ２としたとき、λ１＜λ２かつｄ１＜ｄ２の関係を満たしている。
ある好ましい実施形態において、照明装置は、前記半導体チップを備えた第３の窒化物系半導体発光素子をさらに備え、前記第３の窒化物系半導体発光素子が出射する偏光の波長をλ３とし、前記第３の窒化物系半導体発光素子の半導体チップの厚さをｄ３としたとき、λ１＜λ２＜λ３かつｄ１＜ｄ２＜ｄ３の関係を満たしている。
ある好ましい実施形態において、前記第１の窒化物半導体発光素子、前記第２の窒化物半導体発光素子、及び前記第３の窒化物系半導体発光素子が出射する偏光の偏光方向が、同一方向に揃っている。
ある好ましい実施形態において、照明装置は支持基板をさらに有し、前記第１、第２および第３の窒化物系半導体発光素子は前記支持基板上に支持されている。
ある好ましい実施形態において、前記λ１、λ２およびλ３は、それぞれ青色領域、緑色領域および赤色領域の波長である。
ある好ましい実施形態において、前記λ１、λ２およびλ３は、それぞれ、４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下、５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下および５９０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下である。
ある好ましい実施形態において、前記ｄ１、ｄ２およびｄ３は、それぞれ、１１０μｍ以上１５０μｍ以下、２００μｍ以上２４０μｍ以下および２５０μｍ以上２９０μｍである。
ある好ましい実施形態において、照明装置は、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子と、前記ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子から出射する光が透過する位置に設けられた偏光フィルタとをさらに備え、前記λ１およびλ２は、それぞれ青色領域および緑色領域の波長である。
ある好ましい実施形態において、前記ｄ１およびｄ２は、それぞれ、１１０μｍ以上１５０μｍ以下および２００μｍ以上２４０μｍ以下である。
ある好ましい実施形態において、前記λ１およびλ２は、それぞれ、４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下および５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である。
ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子のそれぞれは、前記窒化物系半導体積層構造の一部に設けられた、ＭｇまたはＭｇ合金から形成されたｐ型電極を有する。
ある好ましい実施形態において、照明装置は、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子から出射する偏光をそれぞれ集光する一対の光学レンズをさらに備える。
ある好ましい実施形態において、照明装置は、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子から出射する偏光を共通に集光する光学レンズをさらに備える。
ある好ましい実施形態において、前記光学レンズは、前記窒化物系半導体発光素子から出射した光を平行光に変換する。
ある好ましい実施形態において、前記光学レンズの焦点位置近傍に、前記第１の窒化物系半導体素子および前記第２の窒化物系半導体素子の発光面が配置されている。
ある好ましい実施形態において、照明装置は、光学シートと、光学板とをさらに備える。
本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、上記照明装置とを備える。
本発明の窒化物系半導体発光素子は、半導体チップを備えた窒化物系半導体発光素子であって、前記半導体チップは、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体から形成された窒化物系半導体積層構造を含み、前記窒化物系半導体積層構造は、ｍ面窒化物半導体層からなる活性層領域を有しており、前記活性層領域から４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長の偏光を出射し、前記半導体チップの厚さが１１０μｍ以上１５０μｍ以下である。
本発明の窒化物系半導体発光素子は、半導体チップを備えた窒化物系半導体発光素子であって、前記半導体チップは、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体から形成された窒化物系半導体積層構造を含み、前記窒化物系半導体積層構造は、ｍ面窒化物半導体層からなる活性層領域を有しており、前記活性層領域から５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長の偏光を出射し、前記半導体チップの厚さが２００μｍ以上２４０μｍ以下である。
本発明の窒化物系半導体発光素子は、半導体チップを備えた窒化物系半導体発光素子であって前記半導体チップは、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体から形成された窒化物系半導体積層構造を含み、前記窒化物系半導体積層構造は、ｍ面窒化物半導体層からなる活性層領域を有しており、前記活性層領域から５９０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の波長の偏光を出射し、前記半導体チップの厚さが２５０μｍ以上２９０μｍである。
本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法は、基板を用意する工程（ａ）と、ｍ面窒化物半導体層からなる活性層領域を有しており、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体から形成された窒化物系半導体積層構造を前記基板上に形成する工程（ｂ）と、前記窒化物系半導体積層構造に電極を形成し、前記活性層領域から偏光を出射する半導体チップを作製する工程（ｃ）と、前記活性層領域から出射する偏光の波長に応じた厚さとなるように、前記半導体チップの厚さを調整する工程（ｄ）とを包含する。
ある好ましい実施形態において、前記工程（ｄ）は、半導体チップの厚さをレーザリフトオフ、エッチングまたは研磨によって調整する。
本発明の照明装置の製造方法は、上記方法によって、発光波長および半導体チップの厚さがそれぞれ異なる第１および第２の窒化物系半導体発光素子を作製する工程と、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子を支持基板上に配置する工程とを包含する。
ある好ましい実施形態において前記第１の窒化物半導体発光素子及び前記第２の窒化物系半導体発光素子が出射する偏光の偏光方向が、同一方向に揃うように、前記支持基板上に配置する。
本発明の窒化物系半導体発光素子によれば、発光波長に応じて、半導体チップの厚さが所定の厚さに設定されているため、偏光特性に優れた光を出射することができ、また、半導体チップの機械的強度を高めることができる。
また、本発明の照明装置によれば、２つ以上の窒化物系半導体発光素子を備え、２つ窒化物系半導体発光素子１００の発光波長をλ１およびλ２とし、半導体チップの厚さｄ１およびｄ２としたとき、をλ１＜λ２およびｄ１＜ｄ２の関係を満たしている。このため、偏光特性に優れた光を出射することができ、また、半導体チップの機械的強度を高めることができる。
このよう照明装置を用いることにより、偏光特性を有効利用した高効率で低コストな液晶表示装置が実現する。
図１は、ウルツ鉱型結晶構造の基本ベクトルａ１、ａ２、ａ３、ｃを示す斜視図である。 図２（ａ）は、ＧａＮの単位格子を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、それぞれ、ｃ面の結晶構造およびｍ面の結晶構造を表す図である。 図３は、本発明の一実施形態である窒化物系半導体発光素子の断面模式図である。 図４は、本発明の一実施形態である照明装置の断面模式図である。 図５は、本発明の実施形態による窒化物系半導体発光素子の偏光特性を示すグラフである。 図６は、図５に示す偏光特性の測定に用いた測定系の構成図である。 図７（ａ）は偏光板の角度を０度とした時の、図７（ｂ）は９０度とした時の、カメラによって本発明の実施形態による窒化物系半導体発光素子を撮影したチップ写真である。 図８は、偏光板の角度が０度の時のシリコンディテクターによって検出した光強度と、９０度の時の光強度との比を偏光比とした、各発光波長における偏光比のチップ厚依存性を示すグラフである。 図９は、偏光比が０．９に減少する時のチップ厚の発光波長依存性を示すグラフである。 図１０は、窒化物系半導体発光素子のチップをダイシングし、フリップチップ実装を行った後の、各発光波長における破損しないチップの割合を示すグラフである。 図１１は、波長５９０ｎｍの窒化物系半導体発光素子のチップをダイシングし、フリップチップ実装を行った後の、各チップ厚における破損しないチップの割合を示すグラフである。 図１２は、本発明による照明装置の他の形態を示す断面模式図である。 図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、本発明の実施形態による液晶表示装置の模式的斜視図および断面図である。 図１４は、図１３に示す液晶表示装置の照明装置に用いられる照明ユニットを示す模式的断面図である。 図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、図１３に示す液晶表示装置の照明装置に用いられる照明ユニットの他の例を示す模式的断面図である。 図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、図１３に示す液晶表示装置の照明装置に用いられる光学板の例を示す模式図である。 図１７は、図１３に示す液晶表示装置の照明装置における照明ユニットの配置を示す図である。 図１８は、図１３に示す液晶表示装置の照明装置における照明ユニットの駆動回路の例を示す図である。 図１９（ａ）および図１９（ｂ）は、図１３に示す液晶表示装置の照明装置の他の例を示す図である。
本願発明者は、ｍ面上に形成したＧａＮ系発光素子の偏光特性および機械的強度について詳細な検討を行った。その結果、偏光特性および機械的強度は、ＧａＮ系発光素子を構成する半導体チップの厚さおよび活性層から出射する光の波長に依存することを見出した。この知見に基づき、本願発明者は、ｍ面上に形成したＧａＮ系発光素子において、半導体チップの厚さを最適化することによって、ｍ面上に形成した半導体積層構造を有し、偏光特性に優れ、かつ、十分な機械的強度を備えたＧａＮ系発光素子を創案した。以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明による窒化物系半導体発光素子および照明装置の実施形態を説明する。図３は、本発明の一実施形態である窒化物系半導体発光素子１００の断面構造を模式的に示している。図３に示す窒化物系半導体発光素子１００は、半導体チップ４５によって構成されている。
半導体チップ４５は、基板１０と、基板１０上においてエピタキシャル成長した窒化物系半導体積層構造２０を含む。窒化物系半導体積層構造２０は、ＧａＮ系半導体、より具体的には、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体から形成されている。また、窒化物系半導体積層構造２０は発光領域として機能する活性層領域２４を含んでいる。
本発明では、偏光特性に優れ、高い発光効率で発光する発光素子を実現するため、ｍ面上に形成された、窒化物半導体層からなる活性層領域を用いる。この活性層領域は、ｍ面に対して成長方向が垂直であり（ｍ面窒化物半導体層）、ｍ面に平行でもある。このために、窒化物系半導体発光素子１００において、活性層領域２４を含む窒化物系半導体積層構造２０はｍ面を表面１２とするＧａＮ系半導体からなる基板１０上に形成されている。ただし、ｒ面サファイア基板上にａ面ＧａＮが成長するという事例もあることから、窒化物系半導体積層構造２０の活性層領域２４がｍ面と平行な結晶方位を有する、すなわち活性層領域の成長方向がｍ軸方向である限り、基板１０の表面１２は必ずしもｍ面でなくてもよい。
ここで「ｍ面」とは、ｍ面に対して完全に平行な面のみだけでなく、ｍ面から僅かな角度（０〜±１°）だけ傾斜した面を含む。ｍ面から僅かに傾斜する程度では、自発分極の影響は非常に小さい。一方、結晶成長技術では結晶方位が厳密に一致した基板よりも僅かに傾斜した基板上の方が半導体層をエピタキシャル成長させやすい場合がある。したがって、自発分極の影響を十分に抑制させながら、エピタキシャル成長させる半導体層の質を向上させたり、結晶成長速度を高めたりするために結晶面を傾斜させることが有用な場合もある。
窒化物半導体積層構造２０は、活性層領域２４を挟むように配置された第１導電型の半導体層２２および第２導電型の半導体層２６を含んでいる。本実施形態では、第１導電型の半導体層２２が活性層領域２４に対して基板１０側に位置しており、第２導電型の半導体層２６は基板１０と反対側に位置している。活性層領域２４と第２導電型の半導体層２６との間に、アンドープのＧａＮ層を設けてもよい。
第１導電型の半導体層２２は、例えば、ｎ型のＡｌuＧａvＩｎwＮ（ｕ＋ｖ＋ｗ＝１、ｕ≧０、ｖ≧０、ｗ≧０）から形成されている。ｎ型ドーパントとして例えば、シリコン（Ｓｉ）を用いることができる。
第２導電型の半導体層２６は、例えば、ｐ型のＡｌsＧａtＮ（ｓ＋ｔ＝１、ｓ≧０、ｔ≧０）半導体からなる。ドーパントとして例えばＭｇが添加されている。Ｍｇ以外のｐ型ドーパントとして、例えばＺｎ、Ｂｅなどを用いてもよい。第２導電型の半導体層２６において、Ａｌの組成比率ｓは、厚さ方向に一様であってもよいし、Ａｌの組成比率ｓが厚さ方向に連続的または階段的に変化していてもよい。具体的には、第２導電型の半導体層２６は、Ａｌの組成比率ｓが異なる複数の副層が積層された多層構造を有していてもよいし、ドーパントの濃度も厚さ方向に変化していてもよい。第２導電型の半導体層２６の厚さは、例えば、０．２〜２μｍである。
第２導電型の半導体層２６の上面が窒化物半導体積層構造２０の上面となる場合には、コンタクト抵抗低減の観点から、第２導電型の半導体層２６の上面近傍はＡｌの組成比率ｓがゼロである半導体、つまり、ＧａＮから形成されていることが好ましい。また、この場合、ＧａＮは第２導電型の不純物が高濃度で含まれており、コンタクト層として機能することが好ましい。
あるいは、窒化物半導体積層構造２０は第２導電型の半導体層２６の上に、第２導電型のＧａＮ層を含んでいてもよい。また、窒化物半導体積層構造２０は第２導電型のＧａＮ層上にさらにｐ+−ＧａＮからなるコンタクト層を含んでいてもよい。
活性層領域２４は、窒化物系半導体発光素子１００における電子注入領域である。活性層領域２４は、例えば、Ｇａ1-xＩｎxＮ井戸層（０．１４≦ｘ≦０．４５）（例えば、厚さ９ｎｍ）とＧａＮバリア層（例えば、厚さ９ｎｍ）とが交互に積層されたＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造（例えば、厚さ８１ｎｍ）を有している。窒化物系半導体発光素子１００から出射する光の波長は、活性層領域２４を構成する半導体のバンドギャップの大きさ、より具体的には、井戸層の半導体組成であるＧａ1-xＩｎxＮ半導体におけるＩｎの組成ｘによって決まる。ｍ面上に形成された活性層領域２４にはピエゾ電界が発生しない。このため、Ｉｎ組成を増加させても発光効率の低下が抑制される。その結果、窒化物系半導体を用いた発光素子であってもＩｎ組成を大きく増加することにより、赤色の発光ダイオードやレーザダイオードを実現することができる。また、ｍ面上に形成された活性層領域２４を用いることによって、ａ軸と平行な方向に偏光した光を発光させることができる。
青色領域の光の波長λ１は４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下であり、青色領域の光を発光させるためには、Ｉｎの組成ｘは例えば０．１４≦ｘ≦０．２２を満たす値に設定する。同様に、緑色領域の光の波長λ２は５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下であり、緑色領域の光を発光させるためには、Ｉｎの組成ｘは例えば０．２９≦ｘ≦０．３４を満たす値に設定する。赤色領域の光の波長λ３は５９０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下であり、赤色領域の光を発光させるためには、Ｉｎの組成ｘは例えば０．３８≦ｘ≦０．４５を満たす値に設定する。より具体的には、例えば発光波長が４５０ｎｍの青色であればｘ＝０．１８〜０．２であり、５２０ｎｍの緑色であればｘ＝０．２９〜０．３１であり、６３０ｎｍの赤色であればｘ＝０．４３〜０．４４である。なお、発光波長は井戸層厚、歪量、製造方法などに依存するため、発光波長に対応するＩｎの組成は、上述した範囲から多少ずれることもある。本実施形態の窒化物系半導体発光素子１００では、これらの波長の光のいずれもがａ軸と平行な方向に偏光している。
窒化物系半導体発光素子１００は、第１導電型の半導体層２２および第２導電型の半導体層２６にそれぞれ低抵抗で接続された第１導電型電極４０および第２導電型電極３０をさらに備えている。本実施形態では、半導体積層構造２０に凹部４２を設けることによって、第１導電型の半導体層２２の一部を露出させ、露出した第１導電型の半導体層２２上に第１導電型電極４０が設けられている。第１導電型電極４０は、例えば、Ｔｉ層およびＰｔ層の積層構造（Ｔｉ／Ｐｔ）を有し、第１導電型の半導体層２２にオーミック接合している。これにより第１導電型電極４０は、ｎ型オーミック電極として機能する。
また、第２導電型の半導体層２６上に第２導電型電極３０が設けられている。第２導電型電極３０は、好ましくは、第２導電型の半導体層２６とオーミック接合している。第２導電型電極３０は概ね第２導電型の半導体層２６の表面全体を覆っていることが好ましい。これにより第２導電型電極３０は、ｐ型オーミック電極として機能する。第２導電型電極３０はＭｇまたはＭｇ合金からなることが好ましい。Ｍｇは、従来ｐ型電極として用いられてきたＰｄよりも柔らかく、延性に富む。このため、Ｍｇからなる電極をｍ面上に形成された活性層領域２４を含む半導体積層構造２０に形成した場合、半導体積層構造２０に生じる歪みを吸収し、半導体積層構造２０に与える応力が小さくなり、機械的強度の低い半導体積層構造２０が破損するのを抑制することができる。
以上のように構成された窒化物系半導体発光素子１００において、第１導電型電極４０と第２導電型電極３０との間に電圧を印加すると、第２導電型電極３０から活性層領域２４に向かって正孔が、第１導電型電極４０から活性層領域２４に向かって電子が注入される。活性層領域２４において、正孔と電子とが再結合する際、活性層領域２４の半導体組成によって定まるバンドギャップに応じた波長の光であって、ａ軸と平行な方向に偏光した光を活性層領域２４から出射する。
偏光特性に優れた光を出射し、かつ、高い機械的強度を備えるために、窒化物系半導体発光素子１００は出射する光の波長に応じた半導体チップ４５の厚さを有している。つまり、窒化物系半導体発光素子１００において、活性層領域２４を構成する半導体のバンドギャップが大きくなり、発光波長が長くなれば、それに応じて半導体チップ４５も厚くなっている。
具体的には、窒化物系半導体発光素子１００が青色領域の光（λ１＝４２０ｎｍ〜４７０ｎｍ）を出射する場合、半導体チップ４５の厚さｄ１は１１０μｍ以上１５０μｍ以下（１３０±２０μｍ）である。同様にまた、窒化物系半導体発光素子１００が緑色領域の光（λ２＝５２０ｎｍ〜５６０ｎｍ）を出射する場合、半導体チップ４５の厚さｄ２は２００μｍ以上２４０μｍ以下（２２０±２０μｍ）である。赤色領域の光（λ３＝５９０ｎｍ〜６６０ｎｍ）を出射する場合には、半導体チップ４５の厚さｄ３は２５０μｍ以上２９０μｍ以下（２７０±２０μｍ）であることが好ましいと考えられる。半導体チップ４５の厚さは、最も波長の短い光を出射させる場合でも１１０μｍ以上であり、この厚さは、一般的なｃ面窒化物系半導体発光素子のチップの厚さよりも大きい。
ここで半導体チップ４５の厚さ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）とは、窒化物系半導体積層構造２０の積層方向において、第１導電型電極４０や第２導電型電極３０を含む半導体チップ４５全体の厚さを言う。ただし、第１導電型電極４０や第２導電型電極３０の厚さは数μｍ程度であり、また、窒化物系半導体積層構造２０の厚さも数μｍ以下である。このため、半導体チップ４５の厚さの大部分は基板１０によって占められる。
図４は、本発明による窒化物系半導体発光素子の照明装置の実施形態を示す模式的な断面図である。図４に示すように照明装置１１１は、支持基板５０と支持基板上に支持された３つの窒化物系半導体発光素子１００を備えている。窒化物系半導体発光素子１００は上述した構造を備えており、例えば、第２導電型電極３０が支持基板５０側に位置するように、配置され、第１導電型電極４０および第２導電型電極３０が図示しないパッド電極などと例えばフリップチップボンディングなどで接合され、固定されている。３つの窒化物系半導体発光素子１００から出射する光の偏光方向が一致するように、３つの窒化物系半導体発光素子１００の方向が調整されている。例えば、３つの窒化物系半導体発光素子１００の側面が互いに平行となるように配置すれば、３つの窒化物系半導体発光素子１００からそれぞれ出射する光の偏光方向を互いに一致させることができる。
３つの窒化物系半導体発光素子１００は、例えば、上述したようにそれぞれ青色領域の光（λ１）、緑色領域の光（λ２）および赤色領域の光（λ３）を出射するようにＩｎの組成比が決定された活性層領域２４を含んでいる。また、３つの窒化物系半導体発光素子１００の半導体チップ４５の厚さはそれぞれｄ１、ｄ２、ｄ３である。したがって、λ１＜λ２＜λ３であり、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３である。このように、発光波長が異なることによって半導体チップ４５の厚さｄ１、ｄ２、ｄ３が互いに異なっており、発光波長が長くなるにつれて半導体チップ４５の厚さが大きくなっていることが特徴である。
照明装置１１１は３つの窒化物系半導体発光素子１００を備えているが、窒化物系半導体発光素子１００は２つ以上であればよい。この場合、２つの窒化物系半導体発光素子１００は、例えば、青色領域の光（λ１）および緑色領域の光（λ２）を出射するようにＩｎの組成比が決定された活性層領域２４を含んでいる。また、２つの窒化物系半導体発光素子１００の半導体チップ４５の厚さはそれぞれｄ１、ｄ２である。したがって、λ１＜λ２であり、ｄ１＜ｄ２である。
照明装置１１１は、３つの窒化物系半導体発光素子１００を同時に発光させることにより、一方向（ａ軸に平行な方向）に偏光した白色光を出射することができ、また、３つの窒化物系半導体発光素子１００の発光強度を調節することによって、一方向（ａ軸に平行な方向）に偏光した任意の色の可視光を出射することができる。
以下、窒化物系半導体発光素子１００および照明装置１１１における、半導体チップ４５の厚さと偏光特性および半導体チップ４５の機械的強度との関係を詳細に説明する。
図５は、窒化物系半導体発光素子１００の偏光特性を測定した結果を示す。図６は、測定に用いた構成を模式的に示している。窒化物系半導体発光素子１００は実装基板６２上にフリップチップ実装されており、窒化物系半導体発光素子１００に電源６１から電流を流すことにより発光が得られる。窒化物系半導体発光素子１００から出射した光は偏光板６３を通過し対物レンズ６４によってカメラ６５およびシリコンディテクター６７の検出部６６に導かれ、光の強度が検出される。窒化物系半導体発光素子１００から出射する光が偏光特性を有する場合、偏光板６３を回転することにより光の強度が変化することが観測される。
図５はシリコンディテクター６７によって検出した光強度と偏光板６３の回転角の関係を示す。ｍ面に形成された活性層領域２４のａ軸に平行な方向に偏光した光を透過する偏光板の角度を０度として、偏光板６３の角度を示している。図５に示すように、偏光板６３を回転すると回転と共に光の検出強度が減少し、角度が９０度の時、すなわちｃ軸に平行な方向に偏光した光を透過するように偏光板６３が配置されたとき、光の検出強度は最小となった。このことから窒化物系半導体発光素子１００から出射する光がａ軸方向に偏光していることが確認できた。これに対し、ｃ面の窒化物系半導体発光素子から出射する光は、このような偏光特性を示さず、ランダム偏光（無偏光）状態となっている。
図７（ａ）および図７（ｂ）は、それぞれ偏光板６３の角度を０度とした時、および、９０度とした時の、カメラ６５によって撮影した窒化物系半導体発光素子１００を示している。窒化物系半導体発光素子１００の動作電流は１０ｍＡであり、カメラ６５のシャッタースピードは１／１０秒であった。偏光板６３の角度が９０度の場合、発光がほとんど観測されず、偏光板６３の偏光方向と窒化物系半導体発光素子１００から出射する光の偏光方向が直交していることが分かる。この場合は偏光比がほぼ１である。
図８は、偏光比の波長依存性および偏光比の半導体チップ厚さ依存性を示すグラフである。図６に示す構成を用い、偏光板６３の角度が０度である場合においてシリコンディテクター６７によって検出した光強度Ａと、偏光板６３の角度が９０度である場合に検出した光強度Ｂとを測定し、（Ａ−Ｂ）／Ａを偏光比として求めた。偏光板の角度が９０度のときに光が偏光板を透過しなければ、偏光比は１となり、偏光板の角度が９０度のときに透過する光が増えるほど、偏光比は小さくなる。発光波長は４３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５３０ｎｍおよび５９０ｎｍである。半導体チップ４５の厚さは、５μｍ、１０μｍ、８０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍおよび３５０μｍである。各波長の光を出射するように活性層領域２４の半導体の組成を決定した上で、図３に示す窒化物系半導体発光素子１００と同じ構造を備えた窒化物系半導体発光素子を作製する。半導体チップ４５の厚さを異ならせるために、基板１０を研磨することによって、半導体チップの厚さが異なる試料を作製し、図６に示す構成を用いて偏光比を測定した。５μｍおよび１０μｍの厚さを有する半導体チップ４５は、ドライエッチも併用して作製した。
図８から分かるように、いずれの波長においても、半導体チップ４５の厚さが増加すると偏光比は減少する。しかし、発光波長が長くなるほど、偏光比が減少をし始める厚さは大きくなっている。
非特許文献１によれば、ＩｎＧａＮ系半導体の最上位レベルの価電子帯は２つの原子軌道の混合によって構成され、これにより、ａ軸に平行な偏光とｃ軸に平行な偏光とが発光し得るが、ｍ面上に形成されたＩｎＧａＮ系半導体では、圧縮応力の影響により、ａ軸に平行な偏光が発光する遷移が主として生じると報告されている。図８に示す結果は、半導体チップ４５が厚くなると、活性層領域２４に与える応力の影響が変化し、ｃ軸に平行な偏光が発光する遷移が増加することを示していると考えられる。
このように、半導体チップの厚さによって偏光比が変化するのは、ｍ面窒化物半導体層に特有な性質である。ｃ面窒化物半導体層からなる活性層領域を用いた場合では、３６０°全て強度が同一の偏光を有するので、偏光比は０で一定となる。
図９は、偏光比が０．９に減少したときの半導体チップの厚さと、発光波長との関係を示している。波長が４３０ｎｍ付近である場合、偏光比が０．９となる半導体チップ４５の厚さは１００μｍ強である。発光波長が長くなると偏光比を０．９に維持できる半導体チップの厚さも増大し、発光波長が５９０ｎｍ付近では２７０μｍ程度となる。発光波長が４８０ｎｍ付近では１６０μｍ程度、発光波長が５３０ｎｍ付近では２２０μｍ程度となる。
一方、図１０は、発光波長と、窒化物系半導体発光素子の半導体チップの機械的強度との関係を示すグラフである。発光波長が４３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５３０ｎｍおよび５９０ｎｍの光を出射するように活性層領域２４の半導体の組成を決定した上で、半導体チップ４５の厚さ以外が図３に示す窒化物系半導体発光素子１００と同じ構造を備えた窒化物系半導体発光素子を作製し、半導体チップ４５の厚さが９０μｍになるように基板１０を研磨し、フリップチップ実装を行った。実装によって破損したチップを数え、各発光波長において、破損しないチップの割合を求めた。
図１０から分かるように、発光波長が長くなると、破損しないチップの割合が低下している。これは、活性層領域２４を構成する半導体中のＩｎの組成比が高くなるにつれて、特に活性層領域２４の機械的強度が低下するためであると考えられる。
図１１は、窒化物系半導体発光素子の半導体チップの機械的強度との関係を示すグラフである。波長が５９０ｎｍの光を出射するように活性層領域２４の半導体の組成を決定した上で、半導体チップ４５の厚さ以外が図３に示す窒化物系半導体発光素子１００と同じ構造を備えた窒化物系半導体発光素子を作製し、半導体チップ４５の厚さが９０μｍ、１５０μｍ、２５０μｍおよび２７０μｍになるように基板１０を研磨し、フリップチップ実装を行った。実装によって破損したチップを数え、各発光波長において、破損しないチップの割合を求めた。
図１１から分かるように、チップが厚くなるほど、破損しないチップの割合は高くなる。したがって、半導体チップ４５の機械的強度を高めるためには、半導体チップ４５は厚い方が好ましいことが分かる。
以上の実験結果から、優れた偏光特性を維持しつつ、十分な機械的強度を有する発光素子を実現するためには、偏光特性が劣化しない範囲で半導体チップ４５は厚い方が好ましいことが分かる。特に、発光波長が長い窒化物系半導体発光素子では、半導体中のＩｎの組成比が高いため、機械的強度が相対的に弱くなるが、半導体チップ４５を厚くしても偏光比は低下しにくい。このため、半導体チップ４５を厚くして、機械的強度を高め、かつ、優れた偏光特性を維持することができる。ｍ面窒化物半導体層は、ｃ面窒化物半導体層と比べて機械的強度が劣るため、ｍ面窒化物系半導体発光素子において、良好な偏光特性を維持しつつ、機械的強度を高めることができるのは、実用的な窒化珪素系半導体素子を実現する上で重要である。
また、以上の結果から明らかなように、λ１、λ２、λ３が青色、緑色、および赤色の波長に限られず、出射する光の波長が長いほど、半導体チップの厚さを大きくすることにより、良好な偏光特性を維持しつつ、半導体チップの機械的強度を高められることが分かる。
偏光比が０．９以上であれば実用上十分な偏光が得られていると考えられるため、図８に示すように、発光波長が４３０ｎｍ程度の場合、半導体チップ４５の厚さは１１０μｍ程度であることが好ましい。また、発光波長が５９０ｎｍ程度である場合には、半導体チップ４５の厚さは２７０μｍ程度であることが好ましい。
図１１から分かるように、波長５９０ｎｍの光を出射する窒化物系半導体発光素子１００は、半導体チップ４５の厚さが２７０μｍであることによって、チップが破損しない割合は９０％以上となる。これに対し、波長５９０ｎｍの光を出射するが、半導体チップ４５の厚さが９０μｍの窒化物系半導体発光素子は、破損しやすく、チップが破損しない割合は６０％程度にとどまる。上述したように一般的なｃ面窒化物系半導体発光素子では半導体チップの厚さは１００μｍ以下であることが一般的であるため、本発明によれば、歩留まりが１．５倍に改善するといえる。また、図８から分かるように、半導体チップ４５の厚さを２７０μｍにしても、０．９以上の偏光比でａ軸に平行な偏光を出射することができることが分かる。
白色光源の３原色となる典型的な青色、緑色および赤色の光は波長４５０ｎｍ、５３０ｎｍおよび５９０ｎｍである。これらの波長の光を高い偏光比で出射することが可能であり、かつ、半導体チップ４５の機械的強度を確保するためには、半導体チップ４５の厚さはそれぞれ、１３０μｍ、２２０μｍおよび２７０μｍである。ただし、半導体チップ４５の機械的強度は結晶成長条件や形成する保護膜の種類は厚さなどにより変化する。このため、半導体チップ４５は上記値より多少薄くても十分な強度が確保できる場合もあり、また、上記値よりも多少厚い方が好ましい場合もある。また研磨などによりチップ厚を最適化する際、研磨面の角度の傾きや厚さの面内ばらつきが生じるため、加工精度を考慮すべきである。したがって、青色、緑色および赤色の光を発光する窒化物系半導体発光素子の半導体チップ４５の厚さは、上述した値の±２０μｍの範囲において、同様の効果が得られる。
以上説明したように、本実施形態の窒化物系半導体発光素子１００によれば、発光波長に応じて、半導体チップの厚さが所定の厚さに設定されているため、偏光特性に優れた光を出射することができ、また、半導体チップの機械的強度を高めることができる。
また、本実施形態の照明装置１１１によれば、２つ以上の窒化物系半導体発光素子１００を備え、２つの窒化物系半導体発光素子１００の発光波長をλ１およびλ２とし、半導体チップの厚さをｄ１およびｄ２としたとき、λ１＜λ２およびｄ１＜ｄ２の関係を満たしている。このため、偏光特性に優れた光を出射することができ、また、半導体チップの機械的強度を高めることができる。
また、半導体チップの機械的強度を確保することができるため、オレンジ色や赤色など従来困難であった長波長の偏光を出射する発光素子を実現することが可能となる。
次に、図３および図４を参照しながら、窒化物系半導体発光素子１００および照明装置１１１の製造方法を説明する。
まず、図３に示すように、主面がｍ面である基板１０を用意する。本実施形態では、基板１０として、ＧａＮ基板を用いる。本実施形態のＧａＮ基板は、例えば、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて製造される。
例えば、まずｃ面サファイア基板上に数ｍｍのオーダでＧａＮの厚膜を成長させる。その後、ＧａＮの厚膜をｃ面に垂直であり、かつ、ｍ面に平行な方向で切り出すことによりｍ面ＧａＮ基板が得られる。ＧａＮ基板の作製方法は、これに限らず、例えばナトリウムフラックス法などの液相成長やアモノサーマル法などの融液成長方法を用いてバルクＧａＮのインゴットを作製し、インゴットからｍ面を有する基板を切り出してもよい。
基板１０としては、ＧａＮ基板の他、例えば、酸化ガリウム、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、サファイア基板などを用いることができる。基板上にｍ面から成るＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させるためには、ＳｉＣ基板やサファイア基板の面方位もｍ面である方が好ましい。ただし、ｒ面サファイア基板上にａ面ＧａＮが成長することが報告されているように、ｍを主面とする半導体層を成長させるために、基板１０の表面がｍ面であることは必須ではない。少なくとも活性層領域２４がｍ面に平行であり、その結晶成長の方向がｍ面と垂直であればよい。
本実施形態では、基板１０の上に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により半導体積層構造２０を形成していく。
具体的には、ｍ面を有するＧａＮの基板１０の上に、第１導電型の半導体層２２をエピタキシャル成長させる。例えば、ｎ型不純物としてシリコンを用い、ＴＭＧ（Ｇａ（ＣＨ3）3）、およびＮＨ3を原料として供給し、１１００℃の成長温度で、ＧａＮからなる厚さ３μｍの第１導電型の半導体層２２を形成する。
次に、第１導電型の半導体層２２上に、活性層領域２４を形成する。活性層領域２４は、例えば、厚さ９ｎｍのＧａ1-xＩｎxＮ井戸層と、厚さ９ｎｍのＧａＮバリア層が交互に積層された厚さ８１ｎｍのＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。Ｇａ1-xＩｎxＮ井戸層を形成する際には、Ｉｎの取り込みを行うために、成長温度を８００℃に下げることが好ましい。窒化物系半導体発光素子１００の用途に応じて発光波長を選択し、波長に応じたＩｎ組成ｘを決定する。波長を４５０ｎｍ（青色）にする場合にはＩｎ組成ｘを０．１８〜０．２に決定する。５２０ｎｍ（緑色）であればｘ＝０．２９〜０．３１であり、６３０ｎｍ（赤色）であればｘ＝０．４３〜０．４４となる。このＩｎ組成の制御によって照明装置１１１に用いる、青色、緑色および赤色を発光する窒化物系半導体発光素子１００が得られる。
次に、活性層領域２４の上に、例えば厚さ３０ｎｍのアンドープＧａＮ層を堆積する。アンドープＧａＮ層の上に、第２導電型の半導体層層２６を形成する。例えば、ｐ型不純物としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ＴＭＧ、ＴＭＡおよびＮＨ3を原料として供給し、１１００℃の成長温度で、厚さ７０ｎｍのｐ−Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎからなる第２導電型の半導体層２６を形成する。
次に、第２導電型の半導体層２６上に、Ｃｐ2Ｍｇをドーパントとして用い、例えば厚さ０．５μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層を堆積する。
その後、塩素系ガスを用いてドライエッチングを行うことにより、ｐ−ＧａＮコンタクト層、第２導電型の半導体層２６、アンドープＧａＮ層、活性層領域２４および第１導電方の半導体層２２の一部を除去して凹部４２を形成し、第１導電方の半導体層２２の一部を露出させる。
次いで、凹部４２の底部に位置し、露出した第１導電型の半導体層２２の一部上に、第１導電型の電極４０として、Ｔｉ／Ｐｔ層を形成する。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層上に第２導電型の電極３０としてＭｇ／Ｐｔ層を形成する。その後、熱処理を行って、Ｔｉ／Ｐｔ層と第１導電型の半導体層２２、および、Ｍｇ／Ｐｔ層とｐ−ＧａＮコンタクト層を合金化させ、第１導電型の半導体層２２およびｐ−ＧａＮコンタクト層にそれぞれオーミック接合した第１導電型の電極４０および第２導電型の電極３０を得る。
その後、レーザリフトオフ、エッチング、研磨などの方法を用いて、半導体チップ４５が発光波長に応じた所定の厚さになるように、基板１０の一部を除去する。半導体チップ４５の厚さが所定の値となる限り、基板１０は全部除去してもよい。また、第１導電型の半導体層２２の一部も除去されていてもよい。あるいは、基板１０は除去されていなくてもよい。以上の工程により、窒化物系半導体発光素子１００が完成する。
照明装置１１１を作製する場合、図４に示すように、セラミック基板などからなる支持基板５０上に波長の異なる３種類の窒化物系半導体発光素子１００フリップチップ実装する。このとき、３種類の窒化物系半導体発光素子１００から出射する光の偏光方向が一致するように、窒化物系半導体発光素子１００を支持基板５０上配置することが好ましい。あるいは、発光する光に応じて、偏光方向が異なるように窒化物系半導体発光素子１００を支持基板５０上配置してもよい。
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明による照明装置の他の実施形態を説明する。図１２は、照明装置１１２の構造を模式的に示している。図１２に示すように、照明装置１１２は、第１の実施形態の２つの窒化物系半導体発光素子１００と、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子７１と偏光フィルタ７２とを備えている。２つの窒化物系半導体発光素子１００はそれぞれ青色領域の波長λ１の光および緑色領域の波長λ２の光を出射する。また、２つの窒化物系半導体発光素子１００の半導体チップ４５の厚さはそれぞれｄ１、ｄ２である。第１の実施形態で説明したようにλ１＜λ２およびｄ１＜ｄ２の関係を満たしている。
ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子７１は赤色領域の波長の光を出射する。しかしＡｌＧａＩｎＰ系発光素子７１は偏光特性を有しないため、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子７１から出射する光が透過する位置に偏光フィルタ７２が配置されている。
照明装置１１２は好ましくは支持基板５０をさらに備え、２つの窒化物系半導体発光素子１００およびＡｌＧａＩｎＰ系発光素子７１が支持基板５０に支持されている。より好ましくは、２つの窒化物系半導体発光素子１００から出射する光の偏光方向と偏光フィルタ７２の偏光方向とが一致するように、窒化物系半導体発光素子１００およびＡｌＧａＩｎＰ系発光素子７１が支持基板５０に支持されている。
ｍ面上に形成された活性層領域２４（図３）にはピエゾ電界が発生しないため、Ｉｎ組成を増加させても発光効率の低下が抑制される。しかし、赤色領域、つまり、６５０ｎｍ程度の波長の光を出射する活性層領域２４を備えた窒化物系半導体発光素子１００は、青色や緑色領域の光を出射する窒化物系半導体発光素子１００よりも出力が小さい場合がある。このような場合には発光効率の高いＡｌＧａＩｎＰ系発光素子７１を用いることによって窒化物系半導体発光素子１００から出射する青色および緑色の光と同程度の強度を有する赤色の光をＡｌＧａＩｎＰ系発光素子７１から出射させることができる。これにより、偏光特性を有し、加法混色によって白色光を出射する照明装置１１２を実現することができる。
また、第１の実施形態で説明したように、青色や緑色領域の光を出射する窒化物系半導体発光素子１００は、発光波長に応じて、半導体チップ４５の厚さが所定の厚さに設定されているため、偏光特性に優れた光を出射することができ、また、半導体チップの機械的強度を高めることができる。
（第３の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明による液晶表示装置の実施形態を説明する。本発明の窒化物系半導体発光素子は偏光を出射する。このような偏光は液晶表示装置のバックライトとして好適に用いられる。ここでは、本発明の窒化物系半導体発光素子を用いた液晶表装置の実施形態を説明する。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は液晶表示装置１１３の概念的な斜視図および断面図を示している。液晶表示装置１１３は、照明装置１１４と液晶パネル５０１とを備える。液晶パネル５０１は筐体５１２に支持されており、筐体５１２内に液晶表示装置１１３が配置されている。照明装置１１４は、扁平な直方体状の筐体５１１にマトリクス状に配置された複数の照明ユニット５０９を含む。
なお、本実施形態では、液晶パネル５０１は照明装置１１４の筐体５１１と別な筐体５１２により支持されている。これは、液晶パネル５０１と照明装置１１４とが別々に製造され、液晶パネル５０１のみで搬送する必要があるからである。液晶パネル５０１と照明装置１１４とを同じ場所で製造し、液晶表示装置を完成させる場合には、１つの筐体に液晶パネルと照明装置とを支持してもよい。
本実施形態においては、液晶パネル５０１の裏面にバックライトを配置して、バックライトの光をほぼ直接照射する「直下型」について述べた。しかし本発明はこのような構成に限られず、液晶パネル５０１の額縁部分にバックライトを装着し、光を導光板と拡散板で液晶パネルに導いて照射する「エッジライト型」にも本発明を適用することができる。
図１４は、照明ユニット５０９の断面構造を示す模式図である。照明ユニット５０９は、パッケージ２０２と３つの窒化物系半導体発光素子１００を含む。パッケージ２０２は開口および内空間を有しており、支持基板５０として機能するパッケージ２０２の底部にバンプ２０３が形成されている。パッケージ２０２の底部は例えば、絶縁性が高く、熱伝導性の高い材料により形成されており、本実施形態ではセラミック基板からなる。パッケージ２０２他の部分は絶縁性があり、形成しやすくかつ接着性の高いものが好ましく、本実施形態ではエポキシ樹脂によって形成されている。
３つの窒化物系半導体発光素子１００はパッケージ２０２の内空間に収められ、窒化物系半導体発光素子１００の第１導電型電極４０および第２導電型電極３０がバンプ２０３にフリップチップボンディングにより接合されている。バンプ２０３は導電性の高い材料によって形成されており、本実施形態では金からなる。これにより、３つの窒化物系半導体発光素子１００が第１の実施形態で説明した照明装置１１１を構成している。なお、本実施形態では、３つの窒化物系半導体発光素子１００を用いて照明ユニットを構成しているが、第２の実施形態として説明した照明装置１１２を照明ユニットとして用いてもよい。
３つの窒化物系半導体発光素子１００は第１の実施形態で詳細に説明したようにそれぞれ青色、緑色および赤色の偏光を出射するように活性層領域２４の半導体組成が選択されている。また、３つの窒化物系半導体発光素子１００から出射する光の偏光方向が一致するように３つの窒化物系半導体発光素子１００は配置されている。例えば、３つの窒化物系半導体発光素子１００の側面が互いに平行になるように配置することによって、３つの窒化物系半導体発光素子１００からそれぞれ出射する光の偏光方向を互いに一致させる。
パッケージ２０２の裏面には導電性の高い材料からなる配線２０４が設けられており、パッケージ２０２の底部を貫通してバンプ２０３に電気的に接続されている。
パッケージ２０２の開口には光学レンズ２０５が設けられており、光学レンズ２０５の外側が封止部材２０６によって封止されている。光学レンズ２０５は、凸レンズ、フレネルレンズ、ホログラムのような発散された光を平行にするものであればよく、本実施形態ではシリンドリカルフレネルレンズを使用した。なお、３つの窒化物系半導体発光素子１００のそれぞれは、対応する光学レンズ２０５の焦点位置付近に発光面が位置するように配置することが好ましい。これにより、３つの素子から出射する光が全て光学レンズ２０５により、正確に平行光にすることができるからである。具体的には、支持基板５０の素子を配置する領域に素子の大きさに応じて凹部を設け、その凹部に窒化物系半導体発光素子１００を配設すればよい。凹部の深さは、３つの窒化物系半導体発光素子１００の半導体チップ４５のそれぞれの厚さに応じた値に設定すればよい。封止部材２０６には、シリコーン、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。
照明ユニット５０９の外形は、光学レンズ２０５と平行な面が０．３ｍｍ〜２ｍｍ×０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度の矩形であることが実用的である。本実施形態においては、１ｍｍ×１ｍｍの大きさを有している。また、３つの窒化物系半導体発光素子１００が配置されて平面上において、最も離れた２つの窒化物系半導体発光素子１００の距離に対して、照明ユニット５０９のパッケージ２０２の内空間の高さ２０８が５〜６倍であれば、３つの窒化物系半導体発光素子１００から出射する光が十分に混色し、白色光となる。
配線２０４に電圧が印加されると、３つの窒化物系半導体発光素子１００が同時に発光し、光学レンズ２０５により平行光に変換されて白色光が出射する。この白色光は第１の実施形態で説明したように一方向に偏光している。３つの窒化物系半導体発光素子１００に印加する電力を調整することにより照明ユニット５０９の発光強度を調節することができる。
なお、照明ユニット５０９において、出射する光の色度を調節するために、窒化物系半導体発光素子１００と光学レンズ２０５との間、光学レンズ２０５と封止部材２０６との間、あるいは封止部材２０６の外側に蛍光体を配置してもよい。また、光学レンズ２０５と封止部材２０６の配置の順序を変えてもよいし、他の光学レンズや封止部材をさらに設けてもよい。また、光学レンズ２０５に封止部材２０６の機能をもたせ、封止部材２０６を省略してもよい。
また、照明ユニット５０９では、３つの窒化物系半導体発光素子１００は１つのパッケージ内に収納されているが、個別のパッケージに収納された窒化物系半導体発光素子１００を用いてもよい。例えば、図１５（ａ）に示す照明ユニット５０９’を照明装置１１４に用いてもよい。照明ユニット５０９’は青色、緑色および赤色の偏光を発光する窒化物系半導体発光素子３０１、３０２および３０３がそれぞれ実装された発光ユニット５１０Ｂ、５１０Ｇおよび５１０Ｒと、ハーフミラー２１２と、光学レンズ２１１とを備えている。
図１５（ｂ）は、発光ユニット５１０Ｂの断面構造を模式的に示している。発光ユニット５１０Ｂはパッケージ２０２を含む。照明ユニット５０９と同様、パッケージ２０２は、開口および内空間を有しており、支持基板５０として機能するパッケージ２０２の底部にバンプ２０３が形成されている。窒化物系半導体発光素子３０１はパッケージ２０２の内空間に収められ、窒化物系半導体発光素子３０１の第１導電型電極４０および第２導電型電極３０がバンプ２０３にフリップチップボンディングにより接合されている。パッケージ２０２の裏面には配線２０４が設けられており、パッケージ２０２の底部を貫通してバンプ２０３に電気的に接続されている。パッケージ２０２の開口には光学レンズ２０５が設けられており、光学レンズ２０５の外側が封止部材２０６によって封止されている。発光ユニット５１０Ｇおよび５１０Ｒも同様の構造を備えている。
図１５（ａ）に示すように、発光ユニット５１０Ｂから出射する平行光でかつ偏光した青色の光は、２つのハーフミラー２１２を透過し、光学レンズ２１１に入射する。発光ユニット５１０Ｇおよび５１０Ｒからそれぞれ出射する平行光でかつ偏光した緑色および赤色の光は、ハーフミラー２１２で反射し、光学レンズ２１１に入射する。これにより、光学レンズ２１１が青色、緑色および赤色の光を集光し、混合することによって、平行光であり白色の偏光が出射する。出射する白色光が平行光となるように、必要に応じて光学系２０５を設けてもよい。発光ユニット５１０Ｂ、５１０Ｇおよび５１０Ｒから出射する光の偏光方向が一致するように、発光ユニット５１０Ｂ、５１０Ｇおよび５１０Ｒは配置されている。
本実施形態では、液晶表示装置１１３は３２インチサイズである。照明装置１１４において、照明ユニット５０９は縦方向に５個、横方向に８個配列されている。照明ユニット５０９は５×８個すべての偏光の方向が同じになるように配置されている。
図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、照明装置１１４は、マトリクス状に配置され複数の照明ユニット５０９から出射する光が透過するように配置された光学シート５０７および光学板５０８を備える。
光学板５０８は光入射面５０８ａと光出射面５０８ｂとを備え、照明ユニット５０９から出射する光を光入射面５０８ａから光出射面５０８ｂに偏光を維持したまま導き、光学シート５０７を介して液晶パネル５０１へ向けて出射する。照明ユニット５０９からはＰ偏光の光が平行光で出射される。液晶パネル５０１は一対の偏光板５０２、５０３と、偏光板５０２、５０３にはされた液晶基板５０５とを含み、偏光板５０３はＰ偏光のみを透過するように設計されている。また、照明装置１１４から出射する光の偏光方向は偏光板５０３の偏光方向と一致している。このため、照明装置１１４の照明ユニット５０９から出射した光を、非常に効率よく透過することができる。偏光板５０３を透過した光は液晶基板５０５において、画像データに基づき、表示画素ごとに液晶の配向により偏光方向が回転し、偏光板５０２と偏光の方向が一致した画素から光が出射する。
光学板５０８は１〜３ｍｍ程度の厚さを有し、アクリル系樹脂のメタクリルスチレン（ＭＳ）、ポリカボネート（ＰＣ）、ゼオノア等の樹脂からなる。光学板５０８には、少量のシリカなどの拡散材が添加されていてもよい。
また、拡散材を添加する替わりに、図１６（ａ）に示すように、片面に凹凸が設けられた光学板７０１または、図１６（ｂ）に示すように両面に凹凸が設けられた光学板７０２を用いてもよい。このように光を拡散する理由は照明装置１１４から出射する光の均斉度を高めるためである。したがって、照明ユニット５０９から出射する光の光量に差がなく均一に発光しているのであればこのような拡散手段は不要である。本実施形態においては、シリカが少量混入された２ｍｍ厚のアクリル板を光学板５０８として使用する。
光学シート５０７は、数十μｍから数百μｍの厚さを有し、光学板５０８と同様、少量シリカなどの拡散材が混入されたアクリルなどの樹脂からなる。本実施形態においては、少量のシリカが添加された１５０μｍの厚さの拡散シートを使用した。シリカにより、光学板５０８による光を若干拡散させることで均斉度の向上を調整している。
このように均斉度を高めるために光学板５０８および光学シート５０７を使用しているため、マトリクス状に配置された照明ユニット５０９から出射する光の均斉度が基準値以上であれば、光学板５０８および光学シート５０７の少なくとも一方を省略してもよい。逆に、マトリクス状に配置された照明ユニット５０９から出射する光の均斉度が高くない場合には、光学シート５０７を複数用いてもよい。
また、光学板５０８および光学シート５０７は、液晶パネル５０１の偏光板５０３から反射された光の偏光を変化させて反射する役割も果たす。シリカが混入されたり、上面、または両面に凹凸にあることによって偏光を変化させて反射する効果が向上する。
本実施形態の液晶表示装置では、照明装置１１４における光学板５０８と光学シート５０７との間に偏光を制御する光学部品を設置する必要がなく、簡単な光学板５０８および光学シート５０７のみを備えることによって部品点数が少なく、かつ正面輝度や輝度効率が高い照明装置５０４を実現できることが特長である。さらに、照明ユニット５０９から出射する光の偏光性が映像の画質に影響を及ぼさないほど高いときは偏光板５０３を使用しなくてもよい。これにより、さらに部品点数を少なくすることができ、製造コストを削減することができる。
なお、均斉度を向上させるためには、照明装置の出射面における窒化物系半導体発光素子の発光領域の占める割合を高めることが重要である。このためには、照明ユニット５０９間の間隔をできるだけ短くする。例えば、図１４に示す照明ユニット５０９において、パッケージ２０２の裏面に設けられた配線２０４がパッケージ２０２からはみ出ないように構成することによって、図１７に示すように、筐体５１１内において、複数の照明ユニット５０９を隙間なくマトリクス状に配置し、均斉度を高めることができる。この場合、光学板５０８や光学シート５０７を用いなくても高い均斉度を有する照明装置が実現する。
図１８は、５×８で照明ユニット５０９が配列された照明装置１１４において、照明ユニット５０９の各々を独立に制御できるように点灯回路を配置した照明装置１１４の駆動回路の一例を示している。
このように個々の照明ユニット５０９の光量を制御することによって、液晶パネル１１３に表示される映像のコントラストを高めるとともにエネルギーを節減することができる。
上記実施形態では、照明ユニット５０９をマトリクス状に配置していた。しかし、照明ユニット５０９から出射する光の強度が高い場合には、照明ユニット５０９の数を減らしたバックライトとして機能する表示装置を実現してもよい。
図１９（ａ）は、本実施形態の液晶表示装置に用いられる他の照明装置１１５の構造を模式的に示している。照明装置１１５は複数の照明部１１６を備えている。図１９（ｂ）は照明部１１６の構造を模式的に示している。照明部１１６は、導光板５２１と、一対の照明ユニット５０９とを備える。
導光板５２１は例えば液晶パネル５０１の横方向の長さと同程度の長さを有している。導光板５２１の両端には、照明ユニット５０９が配置され、照明ユニット５０９から出射する光が導光板５２１内を透過する。導光板５２１は１〜３ｍｍ程度の厚さを有し、アクリル系樹脂のメタクリルスチレン（ＭＳ）、ポリカボネート（ＰＣ）、ゼオノア等の樹脂でからなる。本実施形態では２ｍｍ厚のアクリル板を用いた。導光板５２１内には光路変換素子５２２が所定の間隔で複数配置されている。光路変換素子５２２は、導光板５２１内透過する光の一部を垂直に反射し、導光板５２１の表面から出射させる。光路変換素子５２２は、例えば、ホログラムやハーフミラーなどからなる。本実施形態ではホログラムを用いる。このような構成によって、照明ユニット５０９から出射する光の偏光を保ちながら導光板５２１の主面から偏光を出射することができる。
照明装置１１５は液晶パネル５０１の縦方向に複数の照明部１１６を備える。照明部１１６の数や、導光板５２１に設ける光路変換素子５２２の数は、照明ユニット５０９から出射する光の強度、照明装置１１５に求められる光の強度、出射する光の均斉度に応じて決定される。本実施形態では５つの照明部１１６が照明部１１６の長手方向に対して垂直な方向に配列されている。これにより、５つの照明部１１６の主面から同じ方向に偏光した光が出射する。均斉度の向上や液晶パネルから反射された光をもう一度反射するために光学板５０８や光学シート５０７を使用してもよい。
照明装置１１５を用いた場合でも、従来必要であったレンズシート４０６および輝度上昇フィルムを省略できるため、製造コストを低減し、光の利用効率が高く、低消費電力の液晶表示装置が実現する。
なお、本実施形態の照明装置１１４に用いられる照明ユニット５０９や５０９’や発光ユニット５１０Ｂ、５１０Ｇ、５１０Ｒは、液晶表示装置以外の照明に用いてもよい。第１の実施形態で説明したように、青色、緑色および赤色を発光する窒化物系半導体素子に与える電力を調節することによって、一方向に偏光した任意の波長の可視光を出射することのできる照明装置として、種々の用途に使用することができる。
また、上記第１から第３の実施形態の窒化物系半導体素子や照明装置において、波長変換のための蛍光物質を設けてもよい、これにより、波長帯域の拡大した光を出射することのできる光源を実現することができる。
本発明によれば、ダイシングや実装時のチップ破損率を低減しながら、照明装置として十分な偏光比を実現することが可能となる。したがって、従来、機械的強度の悪さから積極的な利用が困難であった、ｍ面基板上で結晶成長させたＧａＮ系半導体発光素子を種々の分野における光源として使用することができる。また、偏光特性を生かした、高効率で低コストな照明装置や液晶表示装置を実現できる。
１０ 基板（ＧａＮ系基板）
１２ 表面（ｍ面）
２０ 半導体積層構造
２２ 第１導電型の半導体層
２４ 活性層領域
２６ 第２導電型の半導体層
３０ 第１導電型電極
４０ 第２導電型電極
４２ 凹部
５０ 支持基板
６１ 電源
６２ 実装基板
６３ 偏光板
６４ 対物レンズ
６５ カメラ
６６ 検出部
６７ シリコンディテクター
７１ ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子
７２ 偏光フィルタ
１００、３０１、３０２、３０３ 窒化物系半導体発光素子
１１１、１１２、１１４ 照明装置
１１３ 液晶表示装置
２０２ パッケージ
２０３ バンプ
２０４ 配線
２０５ 光学レンズ
２０６ 封止部材
５０１ 液晶パネル
５０２、５０３ 偏光板
５０７ 光学シート
５０８、７０１、７０２ 光学板
５１１、５１２ 筐体
５２１ 導光板
５２２ 光路変換素子

Claims (23)

  1. 少なくとも第１および第２の窒化物系半導体発光素子を備えた照明装置であって、
    前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子のそれぞれは半導体チップを備え、
    前記半導体チップは、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体から形成された窒化物系半導体積層構造と、ｍ面を表面とするＧａＮ系半導体からなる基板とを含み、前記窒化物系半導体積層構造は、ｍ面窒化物半導体層からなる活性層領域を含み、
    前記ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体は、ＧａＮ系半導体であり、
    前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子は、それぞれ前記活性層領域から偏光を出射し、
    前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子が出射する偏光の波長をそれぞれλ１およびλ２とし、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子の半導体チップの厚さをそれぞれｄ１およびｄ２としたとき、
    λ１＜λ２かつｄ１＜ｄ２
    の関係を満たしている照明装置。
  2. 前記半導体チップを備えた第３の窒化物系半導体発光素子をさらに備え、
    前記第３の窒化物系半導体発光素子が出射する偏光の波長をλ３とし、前記第３の窒化物系半導体発光素子の半導体チップの厚さをｄ３としたとき、
    λ１＜λ２＜λ３かつｄ１＜ｄ２＜ｄ３
    の関係を満たしている請求項１に記載の照明装置。
  3. 前記第１の窒化物半導体発光素子、前記第２の窒化物半導体発光素子、及び前記第３の窒化物系半導体発光素子が出射する偏光の偏光方向が、同一方向に揃っている請求項２に記載の照明装置。
  4. 支持基板をさらに有し、
    前記第１、第２および第３の窒化物系半導体発光素子は前記支持基板上に支持されている、請求項２に記載の照明装置。
  5. 前記λ１、λ２およびλ３は、それぞれ青色領域、緑色領域および赤色領域の波長である、請求項２に記載の照明装置。
  6. 前記λ１、λ２およびλ３は、それぞれ、４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下、５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下および５９０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下である請求項５に記載の照明装置。
  7. 前記ｄ１、ｄ２およびｄ３は、それぞれ、１１０μｍ以上１５０μｍ以下、２００μｍ以上２４０μｍ以下および２５０μｍ以上２９０μｍ以下である、請求項２に記載の照明装置。
  8. ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子と、
    前記ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子から出射する光が透過する位置に設けられた偏光フィルタと、
    をさらに備え、前記λ１およびλ２は、それぞれ青色領域および緑色領域の波長である、請求項１に記載の照明装置。
  9. 前記ｄ１およびｄ２は、それぞれ、１１０μｍ以上１５０μｍ以下および２００μｍ以上２４０μｍ以下である、請求項８に記載の照明装置。
  10. 前記λ１およびλ２は、それぞれ、４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下および５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下である請求項８に記載の照明装置。
  11. 前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子のそれぞれは、前記窒化物系半導体積層構造の一部に設けられた、ＭｇまたはＭｇ合金から形成されたｐ型電極を有する、請求項１に記載の照明装置。
  12. 前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子から出射する偏光をそれぞれ集光する一対の光学レンズをさらに備える、請求項１に記載の照明装置。
  13. 前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子から出射する偏光を共通に集光する光学レンズをさらに備える、請求項１に記載の照明装置。
  14. 前記光学レンズは、前記窒化物系半導体発光素子から出射した光を平行光に変換する請求項１２または１３に記載の照明装置。
  15. 前記光学レンズの焦点位置近傍に、前記第１の窒化物系半導体素子および前記第２の窒化物系半導体素子の発光面が配置されている請求項１４に記載の照明装置。
  16. 請求項１１または１２に記載の複数個の照明装置と、
    光学シートと、
    光学板と、
    を備える照明装置。
  17. 液晶パネルと、
    請求項１４に記載の照明装置と、
    を備えた液晶表示装置。
  18. 半導体チップを備えた窒化物系半導体発光素子であって、
    前記半導体チップは、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体から形成された窒化物系半導体積層構造と、ｍ面を表面とするＧａＮ系半導体からなる基板とを含み、
    前記ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体は、ＧａＮ系半導体であり、
    前記窒化物系半導体積層構造は、ｍ面窒化物半導体層からなる活性層領域を有しており、前記活性層領域から４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長の偏光を出射し、
    前記半導体チップの厚さが１１０μｍ以上１５０μｍ以下である窒化物系半導体発光素子。
  19. 半導体チップを備えた窒化物系半導体発光素子であって、
    前記半導体チップは、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体から形成された窒化物系半導体積層構造と、ｍ面を表面とするＧａＮ系半導体からなる基板とを含み、
    前記ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体は、ＧａＮ系半導体であり、
    前記窒化物系半導体積層構造は、ｍ面窒化物半導体層からなる活性層領域を有しており、前記活性層領域から５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の波長の偏光を出射し、
    前記半導体チップの厚さが２００μｍ以上２４０μｍ以下である窒化物系半導体発光素子。
  20. 半導体チップを備えた窒化物系半導体発光素子であって、
    前記半導体チップは、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体から形成された窒化物系半導体積層構造と、ｍ面を表面とするＧａＮ系半導体からなる基板とを含み、
    前記ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体は、ＧａＮ系半導体であり、
    前記窒化物系半導体積層構造は、ｍ面窒化物半導体層からなる活性層領域を有しており、前記活性層領域から５９０nmの波長の偏光を出射し、
    前記半導体チップの厚さが２５０μｍ以上２９０μｍ以下である窒化物系半導体発光素子。
  21. 前記窒化物系半導体積層構造は、偏光比０．９以上の波長の偏光を出射する請求項１８、１９または２０に記載の窒化物系半導体発光素子。
  22. 少なくとも第１および第２の窒化物系半導体発光素子を備えた照明装置の製造方法であって、
    ｍ面を表面とするＧａＮ系半導体からなる基板を用意する工程（ａ）と、
    ｍ面窒化物半導体層からなる活性層領域を有しており、ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体であって、から形成された窒化物系半導体積層構造を前記基板上に形成する工程（ｂ）と、
    前記窒化物系半導体積層構造に電極を形成し、前記活性層領域から偏光を出射する半導体チップを作製する工程（ｃ）と、
    前記活性層領域から出射する偏光の波長に応じた厚さとなるように、前記半導体チップの厚さを調整する工程（ｄ）と、
    を含み、発光波長および半導体チップの厚さがそれぞれ互いに異なる第１および第２の窒化物系半導体発光素子を作製する工程（Ａ）と、
    前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子を支持基板上に配置する工程（Ｂ）と、
    を包含し、
    前記ＡｌxＩｎyＧａzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ≧０、ｙ≧０、ｚ≧０）半導体は、ＧａＮ系半導体であり、
    前記工程（Ａ）の前記工程（ｄ）において、
    前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子が出射する偏光の波長をそれぞれλ１およびλ２とし、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子の半導体チップの厚さをそれぞれｄ１およびｄ２としたとき、
    λ１＜λ２かつｄ１＜ｄ２
    の関係を満たすように、前記第１および第２の窒化物系半導体発光素子の前記半導体チップの厚さをそれぞれ調整する照明装置の製造方法。
  23. 前記工程（Ｂ）において、前記第１の窒化物半導体発光素子及び前記第２の窒化物系半導体発光素子が出射する偏光の偏光方向が、同一方向に揃うように、前記支持基板上に配置する請求項２２に記載の照明装置の製造方法。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5643720B2 (ja) 2011-06-30 2014-12-17 株式会社沖データ ディスプレイモジュール及びその製造方法と表示装置
KR101957816B1 (ko) * 2012-08-24 2019-03-13 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
KR101428001B1 (ko) 2013-01-07 2014-09-12 한국과학기술원 플렉서블 액정표시장치 및 그 제조방법
TWM458672U (zh) * 2013-04-10 2013-08-01 Genesis Photonics Inc 光源模組
US9722145B2 (en) 2015-06-24 2017-08-01 Sharp Laboratories Of America, Inc. Light emitting device and fluidic manufacture thereof
TWI563490B (en) 2015-12-04 2016-12-21 Ind Tech Res Inst Display pixel and display panel
JP7244745B2 (ja) * 2019-02-15 2023-03-23 日亜化学工業株式会社 発光装置、及び、光学装置
CN113640328B (zh) * 2021-08-12 2024-01-23 安徽长飞先进半导体有限公司 基于x射线的AlGaN层Al组分测定方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05166923A (ja) * 1991-12-12 1993-07-02 Nichia Chem Ind Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーの切断方法
JPH07169715A (ja) * 1993-10-21 1995-07-04 Nichia Chem Ind Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体チップの製造方法
JP2001168388A (ja) * 1999-09-30 2001-06-22 Sharp Corp 窒化ガリウム系化合物半導体チップ及びその製造方法ならびに窒化ガリウム系化合物半導体ウエハー
JP2007115663A (ja) * 2005-09-21 2007-05-10 Victor Co Of Japan Ltd 面光源装置
JP2007142484A (ja) * 2007-03-08 2007-06-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 発光素子
JP2008218645A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Rohm Co Ltd 発光装置
JP2008235804A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Rohm Co Ltd 発光素子
JP2008544552A (ja) * 2005-06-21 2008-12-04 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 偏光発光ダイオードの作製に関するパッケージ技術
JP2008305962A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Rohm Co Ltd 光学装置
JP2009021643A (ja) * 1997-01-31 2009-01-29 Panasonic Corp 発光装置及びその製造方法
JP2009044067A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Rohm Co Ltd 半導体発光素子

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3087743B2 (ja) 1998-11-12 2000-09-11 住友電気工業株式会社 中間色ｌｅｄ
TW406442B (en) 1998-07-09 2000-09-21 Sumitomo Electric Industries White colored LED and intermediate colored LED
JP3122644B2 (ja) 1998-09-10 2001-01-09 シャープ株式会社 半導体発光素子の製造方法
JP2001308462A (ja) 2000-04-21 2001-11-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化物半導体素子の製造方法
ES2227200T3 (es) 2000-05-19 2005-04-01 Tibor Balogh Metodo y aparato para presentar imagenes 3d.
US6967359B2 (en) * 2001-09-13 2005-11-22 Japan Science And Technology Agency Nitride semiconductor substrate production method thereof and semiconductor optical device using the same
JP2003332697A (ja) 2002-05-09 2003-11-21 Sony Corp 窒化物半導体素子及びその製造方法
US7186004B2 (en) 2002-12-31 2007-03-06 Karlton David Powell Homogenizing optical sheet, method of manufacture, and illumination system
WO2005039248A1 (ja) 2003-09-19 2005-04-28 Sony Corporation 表示装置およびその製造方法、ならびに有機発光装置およびその製造方法
TWI306316B (en) 2006-07-28 2009-02-11 Huga Optotech Inc Semiconductor light emitting device and method of fabricating the same
JP2008159606A (ja) 2006-12-20 2008-07-10 Rohm Co Ltd 窒化物半導体発光素子およびその製造方法
JP2008198952A (ja) 2007-02-15 2008-08-28 Rohm Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
US20080225202A1 (en) 2007-03-15 2008-09-18 Hanbitt Joo Optical sheet and liquid crystal display device having the same
JP2008258503A (ja) 2007-04-06 2008-10-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法
JP2009021349A (ja) 2007-07-11 2009-01-29 Rohm Co Ltd 半導体発光素子の製造方法及び半導体発光素子
US7858995B2 (en) 2007-08-03 2010-12-28 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
JP5309386B2 (ja) 2007-08-20 2013-10-09 国立大学法人北海道大学 半導体発光素子アレー、その製造方法、及び光送信機器
JP4631884B2 (ja) * 2007-08-22 2011-02-16 日立電線株式会社 閃亜鉛鉱型窒化物半導体自立基板、閃亜鉛鉱型窒化物半導体自立基板の製造方法、及び閃亜鉛鉱型窒化物半導体自立基板を用いた発光装置
JP2009070893A (ja) 2007-09-11 2009-04-02 Rohm Co Ltd 発光装置及びその製造方法
KR100882112B1 (ko) * 2007-09-28 2009-02-06 삼성전기주식회사 반도체 발광소자 및 그의 제조방법
JP2009111012A (ja) 2007-10-26 2009-05-21 Rohm Co Ltd 半導体発光素子
JP2011511463A (ja) * 2008-02-01 2011-04-07 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア インジウム混和の増加による、窒化物発光ダイオードの偏光の向上
WO2009097611A1 (en) * 2008-02-01 2009-08-06 The Regents Of The University Of California Enhancement of optical polarization of nitride light-emitting diodes by wafer off-axis cut
CN102648535A (zh) * 2009-12-09 2012-08-22 松下电器产业株式会社 氮化物系半导体发光元件、照明装置、液晶显示装置以及照明装置的制造方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05166923A (ja) * 1991-12-12 1993-07-02 Nichia Chem Ind Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体ウエハーの切断方法
JPH07169715A (ja) * 1993-10-21 1995-07-04 Nichia Chem Ind Ltd 窒化ガリウム系化合物半導体チップの製造方法
JP2009021643A (ja) * 1997-01-31 2009-01-29 Panasonic Corp 発光装置及びその製造方法
JP2001168388A (ja) * 1999-09-30 2001-06-22 Sharp Corp 窒化ガリウム系化合物半導体チップ及びその製造方法ならびに窒化ガリウム系化合物半導体ウエハー
JP2008544552A (ja) * 2005-06-21 2008-12-04 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 偏光発光ダイオードの作製に関するパッケージ技術
JP2007115663A (ja) * 2005-09-21 2007-05-10 Victor Co Of Japan Ltd 面光源装置
JP2008218645A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Rohm Co Ltd 発光装置
JP2007142484A (ja) * 2007-03-08 2007-06-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 発光素子
JP2008235804A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Rohm Co Ltd 発光素子
JP2008305962A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Rohm Co Ltd 光学装置
JP2009044067A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Rohm Co Ltd 半導体発光素子

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