TW200952220A - GaN-based semiconductor light-emitting element, light-emitting element assembly, light-emitting apparatus, method of driving GaN-based semiconductor light-emitting element, and image display apparatus - Google Patents
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Description
200952220 » 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於GaN基半導體發光元件、包括該GaN基半 導體發光元件的發光元件總成與發光裝置、驅動該〇aN基 半導體發光元件之方法及包括該GaN基半導體發光元件的 影像顯示裝置。 【先前技術】 在包括由氮化鎵（GaN)基化合物半導體構成之一作用層 的發光元件（GaN基半導體發光元件）中，可藉由改變該作 用層之混合晶體組成物或厚度控制帶隙能量來實現在自紫 外線至紅外線之一較寬範圍内的光發射波長。發射各種類 型之色彩的GaN基半導體發光元件係市售的並用於各種應 用，例如一影像顯示裝置、一照明器件、一測試裝置及一 用於滅菌之光源。此外，發射藍紫光的半導體雷射與發光 二極體（LED)亦已開發並用作大容量光碟之寫入或讀取的 拾取器。
率類型之一 率類型之—第二GaN基化合物半導體層係循序層壓之一結
目的技術（例如， ^的技術之範例包括：其中指定井層之數 參見日本未經審核專利申請公開案第1〇_ I374J2.doc -4- 200952220 261838與10-256657號）；其中指定井層與障壁層之混合晶 體組成物的技術（例如’參見日本未經審核專利申請公開 案第2000-261106與2000-091629號）；以及其中將一多量子 障壁結構提供至佈置於具有不同光發射波長的井層之間的 障壁層藉此控制複數個光發射峰值之發射強度比的技術 (例如，參見日本未經審核專利申請公開案第2〇〇2_368268 號）。應注；&，在此專專利申請案中揭示的多量子井結構 中’假定所有該等障壁層具有相同組成物、相同厚度及相 同結構。曰本未經審核專利申請公開案第2004-179428號 揭示其中障壁層之每一者的組成物係改變的技術。此專利 申请案說明可將電洞與電子有意地集中在接近一 p侧包覆 層定位之一井層上《此外，曰本未經審核專利申請公開案 第2004-087763號揭示其中一應變力補償層係形成於一井 層與一障壁層之間的技術。 【發明内容】 在上述專利申請案中揭示的任何技術中，當增加施加至 一作用層的電流之密度時，難以防止具有一多量子井結構 的作用層中之發光效率減小。因此，一直強烈需要用於實 現一更高發光效率的技術。 需要提供具有用於實現一高發光效率（高光學輸出）之一 組態與一結構的GaN基半導體發光元件、包括該GaN基半 導體發光元件的發光元件總成與發光裝置、驅動該GaN基 半導體發光元件之方法及包括該GaN基半導體發光元件的 影像顯示裝置。 137412.doc 200952220 依據本發明之-具體實施例的GaN基半導體發光元件包 括（A)n導電率類型之一第一 GaN基化合物半導體層；（b) 一作用層’其具有-多量子井結構，該多量子井結構包括 井層與分開鄰近井層的障壁層；（c)p導電率類型之一第二 ⑽基化合物半導體層；⑼—第一電極，其係電連接至該 第-GaN基化合物半導㈣；以及⑻一第二電極，其係電 連接至該第二GaN基化合物半導體層，其中構成該作用層 的障壁層之至少-者係由—變化組成物障壁層構成，並且 該變化組成物障壁層之組成物在其厚度方向上改變使得在 該變化組成物障壁層之—第_區域中的帶隙能量係低於在 該變化組成物障壁層之一第二區域中的帶隙能量，該第一 區域係鄰近於在更接近該第二GaN基化合物半導體層之一 側上佈置之一井層與該變化組成物障壁層之間之一邊界， 該第二區域係鄰近於在更接近該第一 GaN基化合物半導體 層之一側上佈置之一井層與該變化組成物障壁層之間之一 邊界。 依據本發明之一具體實施例的發光元件總成包括一支撐 部件與佈置於該支撐部件上的依據本發明之一具體實施例 的GaN基半導體發光元件。 依據本發明之一具體實施例的發光裝置包括：（a)— GaN 基半導體發光元件；以及（b)—色彩轉換材料，其係藉由自 該GaN基半導體發光元件發射之光激發以發射具有與該發 射光之波長不同之一波長的光’其中該GaN基半導體發光 元件係由依據本發明之一具體實施例的GaN基半導體發光 137412.doc -6- 200952220 元件構成。 依據本發明之一具體實施例的影像顯示裝置包括用於顯 不一影像之一 GaN基半導體發光元件，其中該GaN基半導 體發光兀•件係由依據本發明之一具體實施例的GaN基半導 . 體發光元件構成。 . 在其中依據本發明之一具體實施例的影像顯示裝置係一 彩色影像顯示裝置的情況下，該影像顯示裝置至少包括： ❿-第-發光元件，其發射藍光；-第二發光元件，其發射 綠光；以及-第三發光元件，其發射紅光，並且依據本發 明之一具體實施例的GaN基半導體發光元件可構成該第— 發光7G件、該第二發光元件及該第三發光元件之至少—者 (一類型）。 在下文說明中，依據本發明之一具體實施例的基半 導體發光元件、依據本發明之一具體實施例的發光元件轉 成中之GaN基半導體發光元件、依據本發明之-具體實施 _ 例的發光裝置中之GaN基半導體發光元件或依據本發明之 -具體實施例的影像顯示裝置中之GaN基半導體發光元件 ， —般稱為「依據本發明之-具體實施例的GaN基半導體發 光元件或類似者」。 在依據本發明之-具體實施例的GaN基半導體發光元件 或類似者中，該變化組成物障壁層之組成物可在厚度方向 上逐梯階改變。在此情況下，該變化組成物障壁層之电成 物較佳的係在厚度方向上以兩個梯階改變，並且當在佈置 於更接近該第-GaN基化合物半導體層之側上的井層與該 137412.doc 200952220 變化組成物障壁層之間的邊界係假定為一參考時，於其該 組成物改變的厚；i ' ㈣与度方向上之一位置心較佳的係滿足以下關 係： 0.0 ltB^t〇<〇.5tB » 且更佳的係， 0.1tB<t〇<0.5tB > 其中tB表示該變化組成物障壁層之厚度。 替代地，在依據本發明之一具體實施例的GaN基半導體 發光兀件或類似者中，該變化組成物障壁層之組成物可在 厚度方向上連續地改變。 在包括上面說明的較佳具體實施例與組態的GaN基半導 體發光元件或類似者之每一者中，該變化組成物障壁層之 第二區域的組成物可以係GaN，該變化組成物障壁層之第 一區域的組成物可以係Ir^Ga^wN，並且該等井層之每一 者的組成物可以係InyGhwN(其中y>z)。在此情況下，不 限制該值z ’但較佳的係滿足該關係。 替代地，在包括上面說明的較佳具體實施例與組態的 GaN基半導體發光元件或類似者之每一者中，該變化組成 物障壁層之第二區域的組成物可以係AlGaN，該變化組成 物障壁層之第一區域的組成物可以係GaN或InzGa(1.z)N， 並且該等井層之每一者的組成物可以係InyGa(w)N(其中 y>z)。同樣在此情況下’不限制該值z，但較佳的係滿足 該關係 1χ10、ζ<3χ10·2。 此外，在包括上面說明的較佳具體實施例與組態的各種 137412.doc 200952220 類型之GaN基半導體發光元件或類似者之每一者中，井層 的數目係（例如）在6至15之範圍内。在此情況下，變化組成 物障壁層之數目較佳的係障壁層之總數的1/2或更多。此 外，該變化組成物障壁層較佳的係佔據更接近該第二 基化合物半導體層之位置。 此外’在包括上面說明的各種類型之較佳具體實施例與 組悲的GaN基半導體發光元件或類似者之每一者中，施加 至該作用層之一電流的密度（操作電流密度）較佳的係5〇安 培/cm2或更多，更佳的係1〇〇安培/cm2或更多，且進一步較 佳的係200安培/cm2或更多。 在包括上面說明的各種類型之較佳具體實施例與組態的 GaN基半導體發光元件或類似者之每一者中，該作用層具 有較佳的係在lxlO·12至lxl〇-8m2的範圍内且更佳的係在 1x10 至1χ1〇 9m2的範圍内之一面積。 在包括上面說明的各種類型之較佳具體實施例與組態的 GaN基半導體發光元件或類似者之每一者中，該GaN基半 導體發光元件具有較佳的係在lxlO·7至lxl0-5m的範圍内且 更佳的係在lx 1〇·6至lxl〇-5m的範圍内之一厚度。 此外’包括上面說明的各種類型之較佳具體實施例與組 態的GaN基半導體發光元件或類似者之每一者可進一步包 括：（F)—雜質擴散防止層，其用於防止一 p型雜質擴散至 該作用層中’該雜質擴散防止層係由一未摻雜GaN基化合 物半導體構成；以及（G) —層壓結構，該雜質擴散防止層 與該層壓結構係按自該作用層側的順序佈置於該作用層與 137412.doc 200952220 該第二GaN基化合物半導體層之間，其中該層壓結構包括 至少一層壓單元，在該層壓單元中卩導電率類型之一 GaN 基化合物半導體層與一未摻雜GaN基化合物半導體層係按 自該作用層側的順序予以層壓。為方便起見，此一結構係 稱為「具有一第一結構之GaN基半導體發光元件」。 替代地，包括上面說明的各種類型之較佳具體實施例與 組態的GaN基半導體發光元件或類似者之每一者可進一步 包括：（F)—雜質擴散防止層，其用於防止一p型雜質擴散 至該作用層中，該雜質擴散防止層係由一未摻雜GaN基化 合物半導體構成；以及（G)p導電率類型之一第三GaN基化 合物半導體層，該雜質擴散防止層與該第三GaN基化合物 半導體層係按自該作用層側的順序佈置於該作用層與該第 二GaN基化合物半導體層之間，其中至少一未摻雜基 化合物半導體層係提供於該第三GaN基化合物半導體層之 一側上，該側係更接近該第二GaN基化合物半導體層。為 方便起見，此一結構係稱為「具有一第二結構之GaN基半 導體發光元件」。 在具有該第一結構之GaN基半導體發光元件中，構成該 層壓單兀的P導電率類型之GaN基化合物半導體層與該未 摻雜GaN基化合物半導體層可具有相同組成物。在具有該 第二結構之GaN基半導體發光元件中，P導電率類型之第 二GaN基化合物半導體層與提供於該第三GaN基化合物半 導體層中之未摻雜GaN基化合物半導體層可具有相同組成 物。 137412.doc 200952220 在具有該第一結構之GaN基半導體發光元件中，構成該 層壓單元之一未摻雜GaN基化合物半導體層可具有一 GaN 基化合物半導體層，其組成物包含銦。在具有該第二結構 之GaN基半導體發光元件中，提供於該第三GaN基化合物 • 半導體層中之未摻雜GaN基化合物半導體層可具有一 基化合物半導體層，其組成物包含銦。 替代地，在具有該第一結構之GaN基半導體發光元件 ❿中’構成該層壓單元之未摻雜GaN基化合物半導體層可具 有三層結構，其包括：一第一層，其具有與構成該層壓單 凡的P導電率類型之GaN基化合物半導體層相同的组成 物’一第二層’其具有與該第一層之組成物相同並進一步 包含銦的組成物；以及一第三層，其具有與該第一層相同 的組成物。在此情況下，構成該層壓單元之未摻雜GaN基 化合物半導體層可具有三層結構，其包括由未摻雜GaN構 成之第一層、由未摻雜(其中〇<x<〇.3)構成之第 ❷ 一層及由未摻雜GaN構成之第三層。此外，該作用層可包 括一 InyGa(1-y)N層，其中滿足關係x$y。 同時，在具有該第二結構之GaN基半導體發光元件十， 提供於該第三GaN基化合物半導體層中之未摻雜GaN基化 ' 合物半導體層可具有三層結構，其包括：一第一層，其具 有與P導電率類型之第三GaN基化合物半導體層相同的組 成物；一第二層，其具有與該第一層之組成物相同並進一 步包含銦的組成物；以及一第三層，其具有與該第一層相 同的組成物。在此情況下，提供於該第三GaN基化合物半 137412.doc •11- 200952220 導體層中之未摻雜GaN基化合物半導體層可具有三層結構， 其包括由未摻雜GaN構成之第一層、由未摻雜InxGa(i x)N(其 中0<χ^0.3)構成之第二層及由未摻雜GaN構成之第三層。 此外，該作用層可包括一 ，其令滿足關係 x<y ° 在具有該第一結構之GaN基半導體發光元件之每一者中 - (該等發光元件包括上面說明的較佳具體實施例與組態）， . 该層壓結構較佳的係包括一至十個層壓單元。在具有該第 二結構之GaN基半導體發光元件之每一者中（該等發光元件 0 包括上面說明的較佳具體實施例與組態），該第三GaN基化 合物半導體層較佳的係包括一至十個未摻雜GaN基化合物 半導體層。 此外，在具有該第一結構之GaN基半導體發光元件之每 一者中（該等發光元件包括上面說明的較佳具體實施例與 組態），構成該層壓單元的p導電率類型之GaN基化合物半 導體層具有較佳的係lx10iVcm3至4xl〇2〇/cm3且更佳的係 lxl〇19/cm3至2xl〇20/cm3之一 p型雜質濃度。在具有該第二 ❹ 結構之GaN基半導體發光元件之每—者中（料發光元件包 括上面說明的較佳具體實施例與組態），t亥第三㈣基化纟 . 物半導體層具有較佳的係lxl〇18/cm3至4χ1〇Ά更佳的 係lxl019/cm3至2xl〇20/cm3之_ρ型雜質濃度。 此外，在具有該第—結構之GaN基半導體發光元件之每 一者中(該等發光元件包括上面說明的較佳具體實施例與 組態）’構成該層廢單元的p導電率類型之GaN基化合物半 137412.doc •12· 200952220 導體層可具有在二原子層厚度至5〇奈米的範圍内之一厚 度，構成該層壓單元之未摻雜GaN基化合物半導體層可具 有在一原子層厚度至5〇奈米的範圍内之一厚度，並且該層 壓結構可具有在5奈米至200奈米的範圍内之一厚度。在具 有該第二結構之GaN基半導體發光元件之每一者中（該等發 光凡件包括上面說明的較佳具體實施例與組態），提供於 該第三GaN基化合物半導體層中之未摻雜_基化合物半 ❹ 導體層可具有在二原子層厚度至50奈米的範圍内之一厚 度，並且該第二GaN基化合物半導體層可具有在5奈米至 200奈米的範圍内之一厚度。 依據本發明之一具體實施例的驅動一 GaN基半導體發光 元件之一方法包括以較佳的係5〇安培/em2或更多、更佳的 係100安培/cm2或更多及進一步較佳的係2〇〇安培/cm2或更 多之一電流密度（操作電流密度）將一電流施加至具有該第 一結構或該第二結構的GaN基半導體發光元件或類似者之 φ 作用層的步驟，該發光元件或類似者包括上面說明的各種 類型之較佳具體實施例與組態（下文中一般稱為「依據本 發明之一具體實施例的發光元件或類似者」）。 該GaN基半導體發光元件的操作電流密度係藉由將該操 • 作電流值除以該作用層之面積（接面區域之面積）所獲得之 值。即，市售GaN基半導體發光元件具有各種類型的封裝 形式，並且該等GaN基半導體發光元件的大小亦取決於應 用或光量來改變。此外，例如，標準驅動電流（操作電流） 取決於該等GaN基半導體發光元件的大小來改變。因此， 137412.doc -13- 200952220 難以直接彼此比較該等發光元件之性質的電流相依性。因 此，為了一般化起見，替代該驅動電流本身之值，在本發 明中使用以上操作電流密度（單位：安培/cm2)，其係藉由 將該驅動電流值除以該作用層之面積（接面區域之面積）來 獲得。 可藉由循序形成該第一 GaN基化合物半導體層、該作用 層、該雜質擴散防止層、該層壓結構及該第二GaN基化合 物半導體層來生產具有該第一結構之GaN基半導體發光元 件，其中在構成該層壓單元之未摻雜GaN基化合物半導體 層中的其組成物包含銦之GaN基化合物半導體層係以比以 其形成在該作用層中的其組成物包含銦之GaN基化合物半 導體層的溫度高之一溫度形成。 可藉由循序形成該第一 GaN基化合物半導體層、該作用 層、該雜質擴散防止層、該第三GaN基化合物半導體層及 該第二GaN基化合物半導體層來生產具有該第二結構之 GaN基半導體發光元件，其中在提供於該第三GaN基化合 物半導體層中的未摻雜GaN基化合物半導體層中的其組成 物包含銦之GaN基化合物半導體層係以比以其形成在該作 用層中的其組成物包含銦之GaN基化合物半導體層的溫度 高之一溫度形成。 在依據本發明之一具體實施例的發光元件或類似者中， 該第一GaN基化合物半導體層、該第二GaN基化合物半導 體層及該雜質擴散防止層之範例包括一 GaN層、一 AlGalSi 層、一 InGaN層及一 AlInGaN層。此外，按需要，此等化 137412.doc • 14- 200952220 合物半導體層可包含一硼（B)原子、一鉈（τ1)原子、一砷 (As)原子、一磷（Ρ)原子或一銻（Sb)原子。 在依據本發明之一具體實施例的發光元件或類似者中， 各種類型之GaN基化合物半導體層係循序形成於一發光元 件形成基板上。該發光元件形成基板之範例包括藍寶石基 板、GaAs基板、GaN基板、SiC基板、氧化鋁基板、ZnS基 板、ZnO基板、A1N基板、LiMgO基板、LiGa〇2基板、
MgAhO4基板、inP基板、si基板及其上一下層與一緩衝層 係提供於此等基板之一表面（主要表面）上的基板。在依據 本發明之一具體實施例的發光元件或類似者中，該發光元 件形成基板可保持在最終產品中，或可以係最後移除。在 後者情況下，依據本發明之一具體實施例的發光元件或類 似者係提供於一支撐部件上。 依據本發明之一具體貫施例的發光元件總成中之支撑部 件的範例包括作為發光元件形成基板所引用之基板、一玻 p 璃基板、一金屬基板、一金屬薄片、一合金基板、一合金 薄片、一陶瓷基板、一陶瓷薄片、一半導體基板、一塑膠 基板、一塑膠薄片及一塑膠膜。該塑膠膜之範例包括一聚 醚（PES)膜、一聚萘二曱酸乙二酯（PEN)膜、一聚醯亞胺 (PI)膜及一聚對笨二曱酸乙二酯（PET)膜。該支撐部件之範 例進一步包括猎由將上述膜之任一者接合至一玻璃基板所 製備之一基板，以及其上具有一聚醯亞胺樹脂層、一.丙烯 酸樹脂層、一聚本乙烯樹脂層或一聚;5夕氡橡膠層之一玻璃 基板。可以一金屬基板或一塑膠基板來取代該玻璃基板。 137412.doc •15· 200952220 替代地，該支持部件可以係其中一絕緣膜係提供於上述基 板之任一者之—表面上的基板。該絕緣膜之材料的範例包 括：無機絕緣材料，例如氧化矽材料、氮化矽（SiNY)及金 屬氧化物高介電絕緣膜；以及有機絕緣材料，例如聚曱基 丙烯酸甲酯（PMMA)、聚乙烯酚（PVP)及聚乙烯醇（PVA)。 可組合使用此等材料。該等氧化石夕材料的範例包括氧化矽 (SiOx)、氮氧化矽（si〇N)、旋塗式玻璃（s〇G)及低介電常 數SiOx材料（例如，聚芳醚、環全氟碳聚合物、苯環丁 烯、環氟碳樹脂、聚四氟乙烯、氟化芳醚、氟化聚醯亞 胺、非晶碳與有機SOG)。形成該絕緣膜之一方法的範例 包括PVD方法、CVD方法、一旋塗方法、印刷方法、塗布 方法、一浸潰方法、一鑄造方法與一喷灑方法。 在包括上面說明的各種類型之較佳具體實施例與組態的 發光裝置之每一者（下文中可一般稱為「依據本發明之一 具體實施例的發光裝置」）中，自一 GaN基半導體發光元件 發射的光之範例包括可見光、紫外線光及可見光與紫外線 光之一組合。 在依據本發明之一具體實施例的發光裝置中，自一 GaN 基半導體發光元件發射的光可以係藍光，而自—色彩轉換 材料發射的光可以係選自由黃光、綠光及紅光組成之群組 之至少一者。可混合自該GaN基半導體發光元件發射的光 與自該色彩轉換材料發射的光（例如，黃色；紅色與綠 色；黃色與紅色；綠色、黃色及紅色）以發射白光。此 處’藉由自一 GaN基半導體發光元件發射的藍光激發並發 137412.doc -16- 200952220 射紅光之一色彩轉換材料的範例包括紅色發光填光體粒 子。其特定範例包括（ME:Eu)S(其中「ME」表示選自由 Ca、Sr及Ba組成之群組的至少一類型之原子；下文同）、 (M:Sm)x(Si，Al)12(〇，N)16 (其中「M」表示選自由 Li、Mg及
Ca組成之群組的至少一類型之原子；下文同）、 ME2Si5N8:Eu、（Ca:Eu)SiN2 及（Ca:Eu)AlSiN3。藉由自一
GaN基半導體發光元件發射的藍光激發並發射綠光之一色 彩轉換材料的範例包括綠色發光磷光體粒子。其特定範例 包括（ME:Eu)Ga2S4、（M:RE)x(Si，Al)12(〇，N)16(其中「RE」表 示 Tb 或 Yb)、（M:Tb)x(Si,Al)12(〇，N)16、（M:Yb)x(Si，Al)12(〇，N)16 及Si6_zAlzOzN8.z:Eu。此外’藉由自一 GaN基半導體發光 元件發射的藍光激發並發射黃光之一色彩轉換材料的範例 包括黃色發光磷光體粒子。其一特定範例係釔鋁石榴石 (YAG)基磷光體粒子。可單獨或組合兩個或兩個以上之類 型的材料來使用該專色彩轉換材料。此外，藉由使用兩個 或兩個以上之類型的色彩轉換材料作為一混合物，可自該 等色彩轉換材料之混合物發射具有除黃色、綠色及紅色以 外之一色彩的光。明確地說，該發光元件可具有其中發射 青光之一結構》在此一情況下，可使用綠色發光磷光體粒 子（例如，LaP04:Ce，Tb、BaMgAl10O丨7:Eu，Mn、 Zn2Si04:Mn、MgAln019:Ce，Tb、Y2Si05:Ce，Tb 或
MgAlnOwCEJt^Mn)與藍色發光磷光體粒子（例如， BaMgAl10O17:Eu 、BaMg2Al16027：Eu 、 Sr2P2〇7：Eu、
Sr5(P04)3Cl:Eu、（Sr，Ca，Ba,Mg)5(P〇4)3Cl:Eu ' CaW〇4 或 137412.doc -17- 200952220
CaW04:Pb)之一混合物。 藉由自一 GaN基半導體發光元件發射的紫外線光激發並 發射紅光之一色彩轉換材料的範例包括紅色發光磷光體粒 子。其特定範例包括 Y203:Eu、YV04:Eu、Y(P，V)04:Eu、 3-5MgO.0.5MgF2 Ge2:Mn、CaSi03:Pb，Mn、Mg6ASOn:Mn、
_ I (Sr，Mg)3(P04)3:Sn、La202S:Eu及 Y202S:Eu。藉由自一 GaN 基半導體發光元件發射的紫外線光激發並發射綠光之一色 彩轉換材料的範例包括綠色發光磷光體粒子。其特定範例 包括 LaP〇4.Ce，Tb、BaMgAli〇〇i7:Eu，Mn、Zn2Si〇4:Mn、 β 、Y2Si05:Ce，Tb、MgAlnOaCEJt^Mn及 Si6_zAIzOzN8_z:Eu。此外，藉由自一 GaN基半導體發光元 件發射的紫外線光激發並發射藍光之一色彩轉換材料的範 例包括藍色發光磷光體粒子。其特定範例包括
BaMgAl10O17:Eu、BaMg2Al16〇27:Eu、Sr2P207:Eu、
Sr5(P04)3Cl:Eu、（Sr,Ca，Ba，Mg)5(P〇4)3C1:Eu、CaW04 及
CaW〇4:Pb。此外，藉由自一GaN基半導體發光元件發射的 紫外線光激發並發射黃光之一色彩轉換材料的範例包括黃 Ο 色發光磷光體粒子。其特定範例包括YAG基磷光體粒子。 可單獨或組合兩個或兩個以上之類型的材料來使用該等色 _ 彩轉換材料。此外，藉由使用兩個或兩個以上之類型的色 彩轉換材料作為一混合物’可自該等色彩轉換材料之混合 物發射具有除黃色、綠色及紅色以外之-色彩的光。明石雀 地說，該發光元件可具有其中發射青光之一結構。在此一 情況下’可使用該等綠色發光鱗光體粒子與該等藍色發光 J37412.doc -18- 200952220 罐光體粒子之一混合物。 該色彩轉換材料並不限於磷光體粒子。該色彩轉換材料 之其他範例包括發光粒子，其係由具有一量子井結構（例 如，二維量子井結構、一維量子井結構（量子線）或零維量 子井結構（量子點）)之一間接轉變型矽材料構成，其中載波 函數係定位以便載體如在一直接轉變型材料中係有效轉換 成光’因而利用一量子效應。亦已報告添加至一半導體材 料的稀土原子藉由殼内轉變急劇地發射光，並且施加此一 技術的發光粒子亦可予以使用。 包括上面說明的各種類型之較佳具體實施例與組態的影 像顯不裝置（下文中可一般稱為「依據本發明之一具體實 把例的影像顯示裝置」）之範例包括具有下文說明之組態 與結構的影像顯示裝置。除非另外說明，可在該影像顯示 裝置之規格的基礎上決定構成一影像顯示裝置或一發光元 件面板的GaN基半導體發光元件的數目。此外，可依據該 影像顯示裝置之規格進一步提供一光閥。 (1) 具有第一結構之影像顯示裝置 一被動矩陣型或主動矩陣型、直視型影像顯示裝置，其 包括（α)具有配置成二維矩陣的GaN基半導體發光元件的發 光元件面板，其中該等GaN基半導體發光元件之每一者的 光發射/非發射狀態係控制，並且該等GaN基半導體發光元 件之每一者的發射狀態係直接視覺上觀察以顯示一影像。 (2) 具有第二結構之影像顯示裝置 一被動矩陣型或主動矩陣型、投影型影像顯示裝置，其 137412.doc -19· 200952220 包括（〇0具有配置成二維矩陣的GaN基半導體發光元件的發 光元件面板’其中該等GaN基半導體發光元件之每一者的 光發射/非發射狀態係控制，並且在一螢幕上實行投影以 顯示一影像。 (3) 具有第三結構之影像顯示裝置 一（直視型或投影型）彩色影像顯示裝置，其包括（α)一紅 色發光元件面板’其具有發射紅光之半導體發光元件（下 文中亦稱為「紅色發光半導體發光元件」）（例如， AlGalnP基半導體發光元件或GaN基半導體發光元件；下 文同），該等發光元件係配置成二維矩陣；（β) 一綠色發光 元件面板，其具有發射綠光之GaN基半導體發光元件（下文 中亦稱為綠色發光GaN基半導體發光元件），該等發光元件 係配置成二維矩陣；一藍色發光元件面板，其具有發射 藍光之GaN基半導體發光元件（下文中亦稱為「藍色發光 GaN基半導體發光元件」）’該等發光元件係配置成二維矩 陣；以及（δ)用於將自該紅色發光元件面板、該綠色發光元 件面板及該藍色發光元件面板之每一者發射的光組合至一 單光學路徑中的構件（例如，二向色稜鏡；下文同）’其 中該等紅色發光半導體發光元件、該等綠色發光GaN基半 導體發光元件及該等藍色發光GaN基半導體發光元件之每 一者的光發射/非發射狀態係控制。 (4) 具有第四結構之影像顯示裝置 一（直視型或投影型）影像顯示裝置，其包括：（幻一^❿ 基半導體發光元件；以及（β) 一光透射控制器件（例如，一 】374】2.doc 200952220 液晶顯示器件、一數位微鏡器件（DMD)或一矽上液晶 (LCOS);下文同）’其係控制自該GaN基半導體發光元件 發射的光之透射/非透射之一光閥，其中自該GaN基半導體 發光元件發射的光之透射/非透射係受控於該光透射控制 器件以顯示一影像。
GaN基半導體發光元件的數目可在該影像顯示裝置之規 格的基礎上予以決定，並可以係一個或兩個或兩個以上。 用於將自該GaN基半導體發光元件發射的光導引至該光透 射控制器件的構件（即’ 一光導部件）之範例包括一光學導 引部件、一微透鏡陣列、一鏡、一反射器板與一聚光透 鏡。 (5) 具有第五結構之影像顯示裝置 (直視型或投影型）影像顯示裝置，其包括（α) 一發光元 件面板，其具有配置成二維矩陣的GaN基半導體發光元 件；以及（β)—光透射控制器件（光閥），其控制自該等GaN 基半導體發光元件之每一者發射的光之透射/非透射，其 中自該等GaN基半導體發光元件之每一者發射的光之透射'/ 非透射係受控於該光透射控制器件以顯示一影像。 (6) 具有第六結構之影像顯示裝置 一（直視型或投影型）彩色影像顯示裝置，其包括（α)一紅 色發光元件面板，其具有配置成二維矩陣的紅色發光半導 體發光元件，與一紅光透射控制器件（光閥），其控制自該 紅色發光元件面板發射之光的透射/非透射；（ρ)一綠色發 光兀件面板，其具有配置成二維矩陣的綠色發光基半 137412.doc -21 · 200952220 導體發光元件，與一綠光透射控制器件（光閥），其控制自 該綠色發光元件面板發射之光的透射/非透射；（γ) _藍色 發光元件面板，其具有配置成二維矩陣的藍色發光GaN基 半導體發光元件’與一藍光透射控制器件（光閥），其控制 自該藍色發光元件面板發射之光的透射/非透射；以及（δ) 用於將自該紅光透射控制器件、該綠光透射控制器件及該 藍光透射控制器件之每一者發射的光組合至一單一光學路 徑中的構件，其中自該等發光元件面板發射的光之透射/ 非透射係受控於對應的光透射控制器件以顯示一影像。 (7) 具有第七結構之影像顯示裝置 一（直視型或投影型）場循序彩色影像顯示裝置，其包 括.（α) —紅色發光半導體發光元件；（β) 一綠色發光 基半導體發光元件；（γ) 一藍色發光GaN基半導體發光元 件；（δ)用於將自該紅色發光半導體發光元件、該綠色發光 GaN基半導體發光元件及該藍色發光GaN基半導體發光元 件之母者發射的光組合至一單一光學路徑中的構件；以 及（ε) —光透射控制器件（光閥），其控制自用於將光組合至 該光學路徑中的構件發射之光的透射/非透射，其中自該 等發光7G件之每一者發射的光之透射/非透射係藉由該光 透射控制器件控制以顯示一影像。 (8)具有第八結構之影像顯示裝置 一（直視型或投影型）場循序彩色影像顯示裝置，其包 括（α)紅色發光元件面板，其具有配置成二維矩陣的 紅色發光半導體發光元件；（β) -綠色發光元件面板，其 137412.doc 200952220 具有配置成二維矩陣的綠色發光GaN基半導體發光元件； (γ)—藍色發光元件面板，其具有配置成二維矩陣的藍色發 光GaN基半導體發光元件；（§)用於將自該紅色發光元件面 板、該綠色發光元件面板及該藍色發光元件面板之每一者 發射的光組合至一單一光學路徑中的構件；以及一光透 射控制器件（光閥）’其控制自用於將光組合至該光學路徑 中的構件發射之光的透射/非透射，其中自該等發光元件 面板之每一者發射的光之透射/非透射係藉由該光透射控 制器件控制以顯示一影像。 (9) 具有第九結構之影像顯示裝置 一被動矩陣型或主動矩陣型、直視型彩色影像顯示裝 置，其包括：一第一發光元件；一第二發光元件；以及一 第二發光元件，其中該第一發光元件、該第二發光元件及 該第二發光元件之每一者的光發射/非發射狀態係控制， 並且該等發光元件之每一者的發射狀態係直接視覺上觀察 以顯不一影像。 (10) 具有第十結構之影像顯示裝置 一被動矩陣型或主動矩陣型、投影型彩色影像顯示裝 置，其包括：一第一發光元件；一第二發光元件；以及一 第三發光元件，其中該第一發光元件、該第二發光元件及 該第三發光元件之每一者的光發射/非發射狀態係控制， 並且在一螢幕上實行投影以顯示一影像。 (11) 具有第十一結構之影像顯示裝置 一（直視型或投影型）場循序彩色影像顯示裝置，其包 137412.doc •23- 200952220 括：發光元件單元，其係配置成二維矩陣；以及一光透射 控制器件（光閥）’其控制自該等發光元件單元之每一者發 射之光的透射/非透射，其中該等發光元件單元之每一者 中之-第-發光元件'一第二發光元件及一第三發光元件 之每一者的光發射/非發射狀態係藉由分時來控制，並且 自該第-發光元件、該第二發光元件及該第三發光元件之 — 每一者發射之光的透射/非透射係受控於該光透射控制胃 件以顯示一影像。 在生產依據本發明之一具體實施例的發光元件或類似I 〇 中，為了防止對作用層之熱損壞的產生，較佳的係滿足關 係TmaxOHw，且更佳的係μ關係Τμαχ<ι，25〇· 0·75λ ’其中TMAX(t：)係在形成該作用層之後形成的_基 化合物半導體層之每_者的晶體生長中的最大生長溫度， 而入係β亥作用層之光發射波長。形成該等基化合物半 導體層之每一者的方法之範例包括金屬有機化學氣相沈積 (MOCVD)刀子束蠢晶（MBE)及氫化物氣相磊晶， 其中一鹵素貢獻一運輪或反應。 ❹ 在MOCVD中使用之—有機鎵來源氣體的範例包括三甲 基錄（TMG)氣體與二乙基鎵（TEG)氣體。在中使用 之氮來源氣體的範例包括氨氣與聯氨氣體。在η導電率類 型之一 GaN基化合物半導體層的形成中，例如，可添加石夕 (Si)作為11型雜質（!!型摻雜物）。在p導電率類型之一 基化合物半導體層的形成中，例如，可添加鎮（㈣作為一 P型雜質(η型摻雜物）。在其中該GaN基化合物半導體層包 137412.doc -24 · 200952220 含紹（A1)或麵（In)作為一構成原子的情況下，可使用三甲 基紹（TMA)氣體作為一 A1來源並可使用三甲基銦（TMI)氣 體作為一 In來源。此外，可使用單矽烷氣體（SiH4氣體）作 為一 Si來源’並可使用環戊二烯基鎂氣體、甲基環戊二烯 基錢或雙（環戊二浠基）鎂（CpsMg)作為一 Mg來源。此外， 除Si以外’該n型雜質（n型摻雜物）之範例還包括Ge、Se、 Sn、C及Ti。除Mg以外，該p型雜質❻型摻雜物）之範例還 包括 Zn、Cd、Be、Ca、Ba及Ο 〇 m 電連接至p導電率類型之第二GaN基化合物半導體層的 第二電極（或提供於該接觸層上的第二電極）較佳的係具有 一單層結構或一多層結構，其包含選自由鈀（pd)、鉑 (Pt)、鎳（Ni)、鋁（A1)、鈦（Ti)、金（Au)及銀（Ag)組成之群 組的至少一金屬。替代地，可使用一透明導電材料，例如 氧化銦錫（ITO)。其中，較佳的係使用可以高效率反射光 的銀（Ag)、Ag/Ni或Ag/Ni/Pt。另一方面，電連接至n導電 φ 率類型之第一 GaN基化合物半導體層的第一電極較佳的係 具有一單層結構或一多層結構，其包含選自由金（Au)、銀 (Ag)、鈀（Pd)、紹（A1)、鈦（Ti)、鎢（w)、銅（Cu)、辞 (Zn)、錫（Sn)及銦（In)組成之群組的至少一金屬。該結構之 • 範例包括Ti/Au、Ti/A1與Ti/Pt/AU。可藉由諸如真空沈積或 濺鍍之物理氣相沈積（PVD)來形成該第一電極與該第二電 極。該第一電極係電連接至該第一 GaN基化合物半導體 層。在此情況下，該第一電極可以係沈積於該第一GaN基 化合物半導體層或可以係連接至該第一 GaN基化合物半導 137412.doc -25- 200952220 體層，其間具有一導電材料層或一導電發光元件形成基 板。該第二電極係電連接至該第二GaN基化合物半導體 層。在此情況下，同樣，該第二電極可以係沈積於該第二
GaN基化合物半導體層或可以係連接至該第二GaN基化合 物半導體層，其間具有一導電材料層。 可在該第一電極與該第二電極之每一者上提供一墊電極 以便設置至一外部電極或電路的電連接。該墊電極較佳的 係具有一單層結構或一多層結構，其包含選自由鈦（丁丨）、 銘（A1)、銘（pt)、金（Au)及鎳（Ni)組成之群組的至少一金 屬°該塾電極可具有由Ti/Pt/Au或Ti/Au構成之一多層結 構。 在本發明之一具體實施例中’可藉由控制驅動電流之脈 衝寬度、驅動電流之脈衝密度或藉由驅動電流之脈衝寬度 與脈衝密度的組合來控制自該GaN基半導體發光元件發射 之光的數量（照度）。除此之外，可藉由驅動電流之峰值電 流值來控制光發射之數量。此係因為驅動電流之峰值電流 值的改變對该GaN基半導體發光元件的光發射波長之影響 較小。 明確地說，例如，自一 GaN基半導體發光元件發射的光 之數量（亮度或照度）可以係控制如下。在一 GaN基半導體 發光几件中，1〇表示用於獲得一特定光發射波長λ〇的驅動 電流之峰值電流值，pQ表示驅動電流之脈衝寬度，並且 T〇P表示該GaN基半導體發光元件或類似者之一個操作週 期或在驅動依據本發明之一具體實施例的GaN基半導體發 137412.doc 200952220 光元件的方法中之-個操作週期。在此情況下，⑴可藉由 控制（調整）驅動電流之峰值電流值1來控制自該GaN基半 導體發光元件發射的光之數量（照度）；以及⑺可藉由控制 驅動電流之脈衝寬度P〇(驅動電流之脈衝寬度控制)來控制 自°亥GaN基半導體發光元件發射的光之數量（亮度或照 • 度）；及/或（3)可藉由控制在該GaN基半導體發光元件之一 個操作週期T0P中的具有脈衝寬度Pq的脈衝之數目（脈衝密 ❹ 度）（驅動電流之脈衝密度控制）來控制自該GaN基半導體發 光元件發射的光之數量（亮度或照度）。 可藉由針對該GaN基半導體發光元件之一驅動電路來實 現自該GaN基半導體發光元件發射的光之數量的上面說明 之控制，該驅動電路包括：（a)一脈衝驅動電流供應單元’ 其以一脈衝驅動電流來供應該GaN基半導體發光元件；（b) 一脈衝驅動電流設定單元，其設定該驅動電流之脈衝寬度 與脈衝密度；以及（c)一單元，其設定該峰值電流值。 ❹ 包括上面說明的較佳具體實施例與組態的發光元件或類 似者之每一者可具有一面朝上結構（即，其中在該作用層 中產生的光係自該第二GaN基化合物半導體層發射之一結 構）或一覆晶結構（即，其中在該作用層中產生的光係自該 第GaN基化合物半導體層發射之一結構）。此外，依據本 發明之一具體實施例的發光元件或類似者可具有（例如）一 殼型結構或一表面黏著結構。 該GaN基半導體發光元件的特定範例包括一發光二極體 (LED)與一半導體雷射（LD)。該GaN基半導體發光元件的 137412.doc •27· 200952220 結構與組態並不受特定限制，只要GaN基化合物半導體層 的多層結構具有一發光二極體結構或一雷射結構。此外， 除包括GaN基半導體發光元件與色彩轉換材料之上面說明 的發光裝置及（直視型或投影型）影像顯示裝置以外，依據 本發明之一具體實施例的發光元件或類似者之應用領域的 範例還包括：表面光源器件（背光）；包括彩色液晶顯示器 件總成的液晶顯示器件總成；用於可變色彩照明的光源； 顯示器；諸如汽車、電力列車、輪船及飛機之類的交通工 具中之燈具與燈（例如，前燈、尾燈、第三刹車燈、小 燈、方向燈、霧燈、内燈、儀表板燈、提供於各種類型之 按鈕中的光源、目的地燈、緊急燈及緊急出口導引燈）； 建築物中之各種類型之燈具與燈（例如，室外燈、内燈、 照明設備、緊急燈及緊急出口導引燈）；街燈；交通信 號、廣告顯示器、機器及裝置中的各種類型之指示燈具； 隧道、地下通道及類似者中之發光設備與發光零件；諸如 生物顯微鏡之類的各種檢驗器件中的特殊照明；使用光之 滅菌器；與光催化劑組合的除臭滅菌器；用於攝影與半導 體微影術的曝光裝置；以及調變光以發送資訊穿過空間、 光纖或波導的器件。 在其中將依據本發明之一具體實施例之一發光元件或類 似者應用於一表面光源器件的情況下，如上面所說明，該 光源包括：一第一發光元件，其發射藍光；一第二發光元 件，其發射綠光；以及一第三發光元件’其發射紅光，並 且依據本發明之一具體實施例的發光元件或類似者可構成 】374】ldoc -28 - 200952220 該第一發光元件、該第二發光元件及該第三發光元件之至 少一者（一類型）。然而，該光源之結構並不限於此。該表 面光源器件中之光源可由依據本發明之一具體實施例的— 個或複數個發光裝置構成。此外，第一發光元件之數目、 第二發光元件之數目及第三發光元件之數目之每一者可以 係一個或兩個或兩個以上。該表面光源器件可以係選自以 下表面光源器件的兩種類型之表面光源器件（背光）之一 者.一直接型表面光源器件，例如在曰本未經審核實用新 案申請公開案第63-187120號或曰本未經審核專利申請公 開案第2002-277870號中所揭示；以及一邊緣光型（亦稱為 「侧光型」）表面光源器件，例如在日本未經審核專利申 請公開案第2002-131552號中所揭示^ GaN基半導體發光元 件的數目基本上係任意的，並可在該表面光源器件之規格 的基礎上予以決定。該第一發光元件、該第二發光元件及 該第三發光元件係配置以便面對一液晶顯示器件，並且一 φ 擴散板、包括一擴散薄片、一稜鏡薄片及一偏振轉換薄片 之一光學功能薄片群組、及一反射薄片係佈置在該液晶顯 示器件與該第一發光元件、該第二發光元件及該第三發光 元件之每一者之間。 在相關技術中的GaN基半導體發光元件中，因為每一障 壁層之組成物係恆定的，故自p導電率類型之第二基 化合物半導體層注入至構成該作用層之一井層的電洞係作 為整個作用層而不均勻地分佈，明確地說係密集地分佈於 該第二GaN基化合物半導體層側。相反，依據本發明之一 137412.doc •29- 200952220 具體實施例的GaN基半導體發光元件或類似者包括—變化 組成物障壁層。該變化組成物障壁層之組成物在其厚度方 向上改變，使得在該變化組成物障壁層之—第一區域中的 帶隙能量係低於在該變化組成物障壁層之—第二區域中的 帶隙能量，該第一區域係鄰近於在更接近該第二GaN基化 合物半導體層之一側上佈置之一井層與該變化組成物障壁 層之間之一邊界，該第二區域係鄰近於在更接近該第— GaN基化合物半導體層之一側上佈置之一井層與該變化組 成物障壁層之間之一邊界。因此，可減低電洞作為整個作 用層之分佈中的不均勻性而不改變自n導電率類型之第— GaN基化合物半導體層注入至構成該作用層之井層的電子 之分佈，該等電洞係自口導電率類型之第二GaN基化合物 半導體層注入至構成該作用層之井層。因此，與相關技術 之GaN基半導體發光元件相比較，其中一電子與一電洞係 重新組合之一區域在該作用層之上擴展。因此，可實現具 有一尚發光效率（高光學輸出）之一 GaN基半導體發光元 件，並且可藉由防止於—高電流密度之發光效率減小來解 決具有一較長波長的光之發射中的發光效率減小的問題。 此外，其中可發射光的作用層中之一區域擴展，並因而可 只現於一咼電流密度的照度飽和之減小與波長偏移的數量 之減小。 此外’具有該第一結構或該第二結構的GaN基半導體發 光元件包括一層壓結構’其包括其中層壓p導電率類型之 一 GaN基化合物半導體層與一未摻雜GaN基化合物半導體 137412.doc •30· 200952220 層的至少一層壓單元，或包括一第三GaN基化合物半導體 層，其上在更接近該第二GaN基化合物半導體層之一側上 提供至少一未掺雜GaN基化合物半導體層。因此，可實現 該GaN基半導體發光元件之更高發光效率。 【實施方式】 現將參考圖式使用範例說明本發明。 範例1 範例1係關於依據本發明之一具體實施例的—GaN基半
導體發光元件與依據本發明之一具體實施例的驅動一GaN 基半導體發光元件之一方法。圖丨A係範例i之_ GaN基半 導體發光元件的示意部分斷面圖。圖1B顯示構成一作用層 的井層與障壁層之一層壓狀態及該等井層與該等障壁層中 姻（In)的比例。 範例1之一 GaN基半導體發光元件！包括：（A) n導電率類 型之一第一 GaN基化合物半導體層21 ; (Β) 一作用層3〇，其 Φ 具有一多量子井結構，該多量子井結構包括井層31與分開 鄰近井層31的障壁層；（C) p導電率類型之一第二GaN基化 &物半V體層22，（D) —第一電極24，其係電連接至該第 GaN基化合物半導體層21 ;以及（e)一第二電極，其係 電連接至該第二GaN基化合物半導體層22。 在该GaN基半導體發光元件！中，構成該作用層3〇的障 壁層之至少一者係由一變化組成物障壁層33構成。該變化 組成物障壁層33之組成物在其厚度方向上改變，使得在該 變化組成物障壁層33之一第一區域33A中的帶隙能量係低 1374 丨 2.doc 31 · 200952220 於在β亥變化組成物障壁層33之一第二區域33B中的帶隙能 量，該第一區域33A係鄰近於在更接近該第二GaN基化合 物半導體層22之-側上佈置之一井層31與該變化組成物障 壁層33之間之一邊界，該第二區域33B係鄰近於在更接近 該第一GaN基化合物半導體層21之一側上佈置之一井層^ 與該變化組成物障壁層33之間之一邊界。明確地說，在範 例1中，該變化組成物障壁層33之組成物在厚度方向上逐 梯階改變。更明確地說，該變化組成物障壁層33之組成物 在厚度方向上以兩個梯階改變。當在更接近該第一 GaN基 化合物半導體層2 1之側上佈置的井層3丨與該變化組成物障 壁層3 3之間的邊界係假定為一參考時，於其該組成物改變 的厚度方向上之一位置t〇滿足以下關係：
〇.01tB<t〇<0.5tB 其中tB表示該變化組成物障壁層33之厚度。進一步明確地 說，滿足以下關係： tB= 15奈米 t〇=5奈米（=tB/3) 該變化組成物障壁層33之組成物在厚度方向上的變更之 梯階數並不限於二。替代地，該變化組成物障壁層33之組 成物可以三個或三個以上梯階改變。 該變化組成物障壁層33之第二區域33B的組成物係 GaN，該第二區域33B係鄰近於在更接近該第一 GaN基化 合物半導體層21之側上佈置的井層31與該變化組成物障壁 層33之間的邊界。另一方面，該變化組成物障壁層33之第 137412.doc -32- 200952220 一區域33A的組成物係inzGa(1-z)N ’該第一區域33A係鄰近 於在更接近該第二GaN基化合物半導體層22之側上佈置的 井層31與該變化組成物障壁層33之間的邊界。此外，該等 井層31之每一者的組成物係InyGa(1-y)N(其中y>zp在範例 • 1中y係〇.2而2係〇·01。藉由添加銦，該帶隙能量變得低 於在其中不添加銦之情況下的帶隙能量。 在範例1中，井層3丨之數目係9，而障壁層之總數係8。 ❹ 變化組成物障壁層33之數目係障壁層之總數的1/2或更 夕。更明確地說，變化組成物障壁層33之數目係4。此 外，此等變化組成物障壁層33佔據更接近該第二GaN基化 口物半導體層22之位置。除該等變化組成物障壁層33以外 的障壁層係藉由怪定組成物障壁層32表示。該等怔定组成 物障壁層32之每-者的組成物得、⑽，並且其厚度係邱 米。 〜第GaN基化合物半導體層21係由n導電率類型之摻 〇 雜Si_aN(GaN:Si)構成，1該第二GaN基化合物半導體層 22係由P導電率類型之摻雜Mg_aN(Ga:Mg)構成。此外， -33- 1 如上面所說明，該等井層3工之每-者係由In〇.2Ga〇8N構成 並具有-3奈米之厚度。該作用層3()具有__4xi()_1Gm2之面 積，並且該GaN基半導體發光元件丨具有一 5χΐ〇_6瓜之厚 度。如圖iA所示，該GaN基半導體發光元件丄包括一發光 元件形成基板1〇與一下層11，該下層包括一緩衝層與佈置 於該緩衝層上之一未摻雜GaN層。 在範例RGaN基半導體發光元件4，具有5〇安培 137412.doc 200952220 或更較佳的係100安培/cm2或更多，且更佳的係2〇〇安 培/cm2或更多）之—電流密度（操作電流密度）的電流係施加 至該作用層30。 現將說明生產範例iiGaN基半導體發光元件的方法。 步驟100 首先，使用其主要表面係C平面之一藍寶石基板來作為 該發光元件形成基板10。該發光元件形成基板10係在由氫 構成之一載體氣體中以一 10501之基板溫度來清洗1〇分 鐘’並接著將該基板溫度減小至5〇〇°c。藉由期間供應用 作一鎵來源之三甲基鎵（TMG)氣體同時供應用作氮來源之 氨氣的金屬有機化學氣相沈積（MOCVD)之晶體生長來在該 發光元件形成基板10上形成具有一 3〇奈米之厚度的由低溫 GaN構成之一緩衝層。在晶體生長之後，暫時停止供應 TMG氣體。隨後，將該基板溫度增加至i,〇2〇〇c，接著重 新開始供應TMG氣體。因而，藉由晶體生長來在該緩衝層 上形成具有一 1 μπι的厚度之一未摻雜GaN層。因此，形成 一下層11。隨後’開始供應用作一矽來源之單矽烷氣體 (SiH4氣體）。藉此，藉由晶體生長來在構成該下層丨丨之未 摻雜GaN層上形成具有一 3 μιη之厚度的由摻雜Si的 GaN(GaN: Si)構成的η導電率類型之一第一 GaN基化合物半 導體層21。摻雜濃度係大約5 X101 Vcm3。 步驟110 隨後，暫時停止供應TMG氣體與SiH4氣體，將該載體氣 體自氫氣切換至氮氣，並將該基板溫度減小至685°C。使 137412.doc -34- 200952220 用三乙基鎵（TEG)氣體來作為一 Ga來源並使用三甲基銦 (TMI)氣體來作為一 ΐη來源’並且藉由切換閥來供應此等 氣體。藉此，形成一作用層3〇，其具有一多量子井結構， 該結構包括九個由InwGa^N構成的井層31與八個障壁層 . (明確地說係由GaN構成的恆定組成物障壁層32及各包括由 1110.01〇&0_99>^構成之一第一區域33八與由（}心構成之一第二 區域33B的變化組成物障壁層33)。在形成該等井層”期 間，該基板溫度係685°C。在形成該等恆定組成物障壁層 32與該等變化組成物障壁層33期間，該基板溫度係8ι〇 °C。在此範例中，該光發射波長人係520奈米。 步驟120 在完成具有該多量子井結構之作用層3〇的形成之後，生 長具有一 5奈米之厚度的由未摻雜GaN構成之一雜質擴散 防止層23同時增加該基板溫度至8〇〇〇c。形成該雜質擴散 防止層23以便防止一 p型雜質擴散至該作用層3〇中。 ^ 步驟13 0 隨後’將該基板溫度增加至8 5 0 °C，開始供應TMG氣體 與雙（環戊二稀基）鎮（CpzMg)氣體’藉此藉由晶體生長來 形成具有一 100奈米之厚度的由摻雜Mg的GaN(GaNiMg)構 成之一第一 GaN基化合物半導體層22。摻雜漢度係大約 5 X 10 /cm3。隨後’藉由晶體生長來形成由InGaN構成之 一接觸層（未顯示）。停止供應TMG氣體與Cp2Mg氣體，並 減小該基板溫度。於600°C之一基板溫度停止供應氨氣， 並將該基板溫度減小至室溫以完成該晶體生長。 137412.doc •35· 200952220 關於在生長該作用層30之後的基板溫度。^，滿足關係 Tmax<1，350-0.75A(°C ) ’ 且較佳的係滿足關係 ΤΜΑχ<ί，25〇_ Ο.75λ(°〇，其中λ(奈米）係光發射波長。藉由使用在生長 該作用層30之後的此一基板溫度丁ΜΑχ，可抑制該作用層3〇 之熱劣化，如曰本未經審核專利申請公開案第2〇〇2_ 319702號令所說明。 步驟140 在完成該晶體生長之後，在氮氣大氣中於8〇〇rc實行一 退火處理十分鐘以活化該p型雜質（口型摻雜物）。 步驟150 隨後，如在針對LED之普通晶圓程序與晶片形成程序 中，形成一保護膜（未顯示），藉由微影蝕刻、蝕刻及金屬 氣相沈積來形成一第二電極25與一第一電極24，並接著藉 由切割來形成晶片。此外，實行該等晶片之樹脂模製與封 裝。因而，可生產範例i之一 GaN基半導體發光元件例 如，具有一殼型結構、一表面黏著結構或類似者的各種類 型之發光二極體之任一者；）。 比較範例1之一GaN基半導體發光元件係藉由與範例j中 所使用相同的方法生產，不同之處在於所有八個障壁層皆 具有一 GaN之組成物與一 15奈米之厚度。 在範例1與比較範例i的GaN基半導體發光元件之每一者 中，出於評估之目的，該第一GaN基化合物半導體層以係 使用微影術與蝕刻部分地曝露，由Ag/阳構成之一第二電 極係形成於該第二GaN基化合物半導體層22上，並且由 137412.doc 200952220 则構成之—第一電極係形成於該第―⑽基化合物半導 體層21上。探針係與該第-電極與該第二電極接觸。一驅 動電流係施加至該GaN基半導體發光元件，並且自咳發光 凡件形成基板1〇之反面發射的光係相。圖5係此评估程 序的示意圖。 圖3顯示範例！與比較範例1之每一者令的操作電流密度 (安培/Μ與光學輸出州之間的關係。從圖3可明白，在 ❹ 藉由曲線「A」顯示之範例1中，與藉由曲線「B」顯示之 比較範例1相比較，於相同操作電流密度的光學輸出確實 增加。可在自普通LED操作電流密度(5〇安培至高操 ^流密度（30()安培W)的整個㈣電流密度範圍内確認 予輸出的增加。範例1與比㈣例1之每-者的光發射波 長係5 2 0奈米。 圖4顯示當該操作電流密度係自6〇安培/cm2改變至則安 培/⑽2時光發射峰值波長之偏移量的結果。在圖4中，垂 直轴表示光發射峰值波長的偏移量（單位：奈米）’而水平 軸表不於一 12〇安培/cm2之操作電路密度的光發射峰值波 長在圖4中，黑色正方形與直線八顯示範例^之㈣基半 導體發光元件的資料，而黑色圓圈與直線B顯示比較範例1 之⑽基半導體發光元件的資料。從圖*可明白，範例1中 的光發射波長之偏移量係小於比較範例4的光發射波長 之偏移量。 如上面所說明’在範例i與下文說明的範例2至5中，可 藉由提供該等變化組成物障壁層來實現具有一高發光效率 137412.doc •37· 200952220 (高光學輸出）之一GaN基半導體發光元件。此外，可藉由 防止於一高電流密度之發光效率減小來解決具有一較長波 長的光之發射中的發光效率減小的問題。此外，可減小於 一咼電流密度之波長的偏移量，並可減低一影像顯示裝置 之電力消耗。可減小脈衝驅動中之脈衝寬度，並因而可增 加該GaN基半導體發光元件的壽命。 範例2 範例2係範例丨之一修改。在範例丨中，該等變化組成物 障壁層33之每一者的組成物在厚度方向上逐梯階改變。相 反，在範例2中，該等變化組成物障壁層33之每一者的組 成物在厚度方向上連續地改變。明確地說，一變化組成物 障壁層33之一第二區域33B的組成物係GaN，該第二區域 33B係鄰近於在更接近一第—GaN基化合物半導體層以之 侧上佈置的一井層31與該變化組成物障壁層33之間的邊 界。另一方面，該變化組成物障壁層33之一第一區域33A 的組成物係IrizGao^N，該第一區域33 A係鄰近於在更接近 第一 GaN基化合物半導體層22之側上佈置的一井層3 ι與 該變化組成物障壁層33之間的邊界。此外，該等井層31之 每一者的組成物係(其中y>z)。在範例2中，y係 0.2而z係0.01。圖2顯示構成—作用層的井層與障壁層之一 層壓狀態及該等井層與該等障壁層中銦（In)的比例。如圖2 所示，該銦（In)含量自該第二區域33B至該第一區域33八線 性改變。自該第二區域33B至該第一區域33入的“含量之變 更可以係圖2之右側所示的變更圖案之任一者。明確地 J37412.doc •38· 200952220 說’如自圖2之右側之頂部的第一變化組成物障壁層與第 二變化組成物障壁層33所示，該變化組成物障壁層33之第 二區域33B的組成物（例如’ GaN)可在某種程度上繼續並且 接著該In含量可線性改變。如自圖2之右側之頂部的第三 • 變化組成物障壁層33所示，該in含量可自該變化組成物障 壁層33之第二區域33B線性改變。替代地，如自圖2之右侧 之頂部的第四變化組成物障壁層33所示，可將一線性變更 與範例1之In含量的逐梯階變更組合。此外，In含量之變更 並不限於一線性變更。替代地，該In含量可改變以便形成 在向上方向上係凸形之一曲線或在向上方向上係凹形之一 曲線。 除以上該點’範例2之GaN基半導體發光元件之組態與 結構可與範例1之GaN基半導體發光元件之該些組態與結 構相同，並因而省略其詳細說明。 範例3 p 範例3亦係範例1之一修改。在範例1中，該等變化組成
物障壁層33之每一者的第二區域33B之組成物係GaN，其 第一區域33A之組成物係InzGa(1_z)N ’並且該等井層31之組 成物之每一者係InyGa(1.y)N。相反，在範例3中，一變化組 成物障壁層33之一第二區域33B的組成物係AlGaN，該第 二區域33B係鄰近於在更接近一第一 GaN基化合物半導體 層21之側上佈置之一井層3 1與該變化組成物障壁層3 3之間 的邊界’該變化組成物障壁層33之一第一區域33A的組成 物係GaN ’該第一區域33 A係鄰近於在更接近一第二GaN 137412.doc •39- 200952220 基化合物半導體層22之側上佈置之—井層3i與該變化组成 物障壁層33之間的邊界，並且該等井層31之每一者的組成 物係InyGa(1-y)N(其中y=0.2)。替代地，該變化組成物障壁 層33之第二區域33B的組成物係A1GaN，該變化組成物障 壁層33之第一區域μα的組成物係InzGa(i y)N(其中別）， 並且該等井層31之每一者的組成物係InyGa(~)N(其争 y=〇.2)。該變化組成物障壁層33之組成物在厚度方向上逐 梯階改變。藉由添加鋁，該帶隙能量變得高於在其中不添 加鋁之情況下的帶隙能量。 除以上該點，範例3之GaN基半導體發光元件之組態與 結構可與範例1之GaN基半導體發光元件之該些組態與結 構相同，並因而省略其詳細說明。在範例3中，該變化組 成物障壁層33之組成物可如範例2在厚度方向上連續地改 變0 範例4 範例4亦係範例1之一修改，並係關於依據一第一結構與 一第二結構的GaN基半導體發光元件。圖6A係範例4之一 GaN基半導體發光元件1 a的示意部分斷面圖。圖6b顯示該 GaN基半導體發光元件1A中之一第一 GaN基化合物半導體 層、一作用層、一層壓結構（第三GaN基化合物半導體層） 及一第二GaN基化合物半導體層等的結構。在圖6八等中， 一作用層30係表示為一單一層。 在範例4之GaN基半導體發光元件1A*，自該作用層 側，在該作用層30與該第二GaN基化合物半導體層22之間 1374l2.doc -40- 200952220 按以下順序進一步提供：(F)一雜質擴散防止層23，其用 於防止一？形雜質擴散至該作用層30中，該雜質擴散防止 層23係由一未摻雜GaN基化合物半導體構成；以及⑴)依據 具有該帛-結構之GaN基半導體發光元件的一層麼結構4〇 或（G)依據具有該第二結構之GaN基半導體發光元件的p導 電率類型之一第三GaN基化合物半導體層5〇。 依據具有該第一結構的GaN基半導體發光元件，該層壓 結構40包括至少一層壓單元41，明確地說係範例4中之兩 個層麼單元41，其中p導電#類型之一⑽基化合物半導 體層42與一未摻雜GaN基化合物半導體層43係按該順序自 該作用層側層麼。 同時，依據具有該第二結構的GaN基半導體發光元件， 至少一未摻雜GaN基化合物半導體層53係提供於該第三 GaN基化合物半導體層5〇之一側上，該側係更接近該第二 GaN基化合物半導體層22。明確地說，在範例4中，提供 兩個未摻雜GaN基化合物半導體層53。 在範例4中，構成該層壓單元“的卩導電率類型之基 化合物半導體層42與未摻雜GaN基化合物半導體層43具有 相同組成物，明確地說係GaN。同時，p導電率類型之第 =GaN基化合物半導體層5〇與提供於該第三基化合物 半導體層50中之未摻雜GaN基化合物半導體層53具有相同 組成物，明確地說係GaN。構成該層壓單元41的卩導電率 類型之GaN基化合物半導體層42的p型雜質濃度或該第三 GaN基化合物半導體層5〇之P型雜質濃度係在lx 1〇iVcm3至 137412.doc -41· 200952220 4xl02()/cm3的範圍内，明確地說係5xl〇i9/cm3。 此外，構成該層壓單元41的p導電率類型之GaN基化合 物半導體層42的厚度係5奈米。構成該層壓單元41的未摻 雜GaN基化合物半導體層43的厚度（或提供於該第三GaN基 化合物半導體層50中的未摻雜GaN基化合物半導體層53的 厚度）係13奈米。該層壓結構4〇的厚度（或該第三QaN基化 合物半導體層50的厚度）係36奈米（=18奈米χ2)。 現將說明生產範例4之一 GaN基半導體發光元件的方 法。 步驟400 首先，藉由實行與範例1中之步驟1〇〇與步驟11〇相同的 步驟’在一發光元件形成基板10上形成一下層11、一第一 GaN基化合物半導體層21及一作用層3〇，其具有一多量子 井結構，該多量子井結構包括井層3〗及障壁層32與。 步驟4 10 在完成具有該多量子井結構之作用層3〇的形成之後，生 長具有一 5奈米之厚度的由未摻雜GaN構成的一雜質擴散 防止層23同時增加該基板溫度至800。匚。 步驟420 隨後，開始供應作為一 Mg來源之雙（環戊二烯基）鎂 (CpaMg)氣體同時將該基板溫度維持於。藉此，生長 P導電率類型之一 GaN基化合物半導體層42(明確地說，摻 雜Mg的GaN層42)以便具有一5奈米之厚度。隨後，在其中 停止供應CP2Mg氣體的狀態中，生長—未摻雜⑽基化合 137412.doc •42- 200952220 物半導體層43(明確地說，未摻雜（^^^層43)以便具有一 13 奈米之厚度。以此方式重複生長具有一 5奈米之厚度的摻 雜Mg的GaN層42與具有一13奈米之厚度的未摻雜〇&^^層43 兩次。Mg的摻雜濃度係大約5xl〇19/cm3。因此，可獲得一 層壓結構40，其包括至少一層壓單元41，其中p導電率類 型之GaN基化合物半導體層42與未摻雜GaN基化合物半導 體層43係按該順序自該作用層側層壓。替代地，可獲得一 第二GaN基化合物半導體層5〇，其包括在更接近該第二 GaN基化合物半導體層22之側上的至少一未摻雜GaN基化 合物半導體層53(未摻雜GaN層53)。 步驟430 隨後，暫時停止供應TEG氣體與CP2Mg氣體，並將該載 體氣體自氮切換至氫。將該基板溫度增加至85〇，並開 始供應TMG氣體與CpzMg氣體，藉此藉由晶體生長來形成 具有一 100奈米之厚度的由摻雜Mg的GaN(GaN:Mg)構成之 一第二GaN基化合物半導體層22。摻雜濃度係大約 5xl019/cm\隨後，藉由晶體生長來形成由InGaN構成之 一接觸層（未顯示）。停止供應TMG氣體與Cp2Mg氣體，並 減小該基板溫度。於6001之一基板溫度停止供應氨氣， 並將該基板溫度減小至室溫以完成該晶體生長。 關於在生長該作用層30之後的基板溫度Tmax，如範例 1 ’滿足關係ΤΜΑΧ<1，350-0.75λ(°(：)，且較佳的係滿足關係 Tmax<1，250-0.75X(°C )，其中λ(奈米）係光發射波長。藉由 使用在生長該作用層30之後的此一基板溫度τΜΑΧ，可抑制 137412.doc •43· 200952220 該作用層30之熱劣化。 步驟440 在完成該晶體生長之後，在氮氣大氣中於800°C實行一 退火處理十分鐘以活化該P型雜質（P型摻雜物）。 步驟45 0 隨後，如在針對LED之普通晶圓程序與晶片形成程序 中，形成一保護膜（未顯示），藉由微影蝕刻、蝕刻及金屬 氣相沈積來形成一第二電極25與一第一電極24，並接著藉 由切割來形成晶片。此外，實行該等晶片之樹脂模製與封 裝。因而，可生產範例4之一 GaN基半導體發光元件1A(例 如，具有一殼型結構、一表面黏著結構或類似者的各種類 型之發光二極體之任一者）。 在範例4中，假定該作用層中的電洞濃度係藉由在該作 用層30與該第二GaN基化合物半導體層22之間形成包括該 未摻雜GaN基化合物半導體層43之層壓結構40(或包括該未 摻雜GaN基化合物半導體層53之第三GaN基化合物半導體 層5 0)來增加。因此，可在自一低操作電流密度至一高操 作電流密度之範圍内實現一更高發光效率。 範例5 範例5係關於範例4之GaN基半導體發光元件之一修改。 圖7顯示一第一 GaN基化合物半導體層、一作用層、一 層壓結構（一第三GaN基化合物半導體層）及一第二GaN基 化合物半導體層等的結構。在範例5之一 GaN基半導體發 光元件1A中，構成一層壓單元141之一未換雜G aN基化合 137412.doc -44- 200952220 物半導體層143具有一GaN基化合物半導體層，其組成物 包含銦（明確地說，一 InGaN層）。替代地，提供於一第三 GaN基化合物半導體層15〇中之一未摻雜GaN基化合物半導 體層1 53具有一 GaN基化合物半導體層，其組成物包含銦 (明確地說，一 InGaN層）。 替代地，構成該層壓單元141之未摻雜GaN基化合物半 導體層143具有三層結構，其包括：一第一層143 A，其具 有與構成該層壓單元141的p導電率類型之GaN基化合物半 導體層42相同的組成物；一第二層143B，其具有與該第一 層14 3 A之組成物相同並進一步包含銦的組成物；以及一第 二層143C ’其具有與該第一層143A相同的組成物。明確 地說’構成該層壓單元141之未摻雜GaN基化合物半導體 層143具有三層結構’其包括由未摻雜GaN構成之第一層 143A、由未摻雜(其中〇<χ<〇 3)構成之第二層 143Β及由未摻雜GaN構成之第三層143C。此外，一作用層 30包括一 InyGa(1-y)N層，其中滿足關係x<y。 同時，提供於該第三GaN基化合物半導體層i 50中之未 摻雜GaN基化合物半導體層i53具有三層結構，其包括： 一第一層153A，其具有與p導電率類型之第三GaN基化合 物半導體層150相同的組成物；一第二層i53B，其具有與 s亥第一層1 53 A之組成物相同並進一步包含銦的組成物；以 及一第二層153C ’其具有與該第一層153A相同的絚成 物。明確地說，提供於該第三GaN基化合物半導體層15〇 中之未摻雜GaN基化合物半導體層153具有三層結構，其 137412.doc •45· 200952220 包括由未摻雜GaN構成之第一層153A、由未摻雜InxGa(ix) N(其中〇<xs〇.3)構成之第二層153B及由未摻雜GaN構成之 第三層153C。此外，該作用層30包括一 InyGa(丨_y)N層，其 中滿足關係xSy。 更明確地說，在範例5中，χ係〇 23並且丫係〇2〇。可藉由 以间於形成該作用層3〇中的其組成物包含銦之GaN基化合 物半導體層（明確地說，井層）之溫度的溫度來形成構成該 . 層壓單元141之未摻雜GaN基化合物半導體層143 _的其組 成物包含銦之GaN基化合物半導體層（第二層143B)來實現 ❹
In含量的差異。替代地，可藉由以高於形成該作用層3〇中 的其組成物包含銦之GaN基化合物半導體層（明確地說，井 層）之溫度的溫度來形成提供於該第三GaN基化合物半導體 層150中之未摻雜GaN基化合物半導體層153中的其組成物 包含銦之GaN基化合物半導體層（第二層153B)來實現“含 量的差異。當滿足關係x分時，該第二層1438或153B之帶 隙增加。因此，在該作用層3〇中產生的光不容易藉由該第 二層143B或153B吸收。 ❹ 現將說明生產範例5中之一 GaN基半導體發光元件的方 法。整體看來，所得GaN基半導體發光元件1A具有與圖从 所示之GaN基半導體發光元件實質上相同的結構。 步驟500 首先，如範例4中之步驟4〇〇與步驟410，在一發光元件 形成基板10上形成一下層1丨與一第一 GaN基化合物半導體 層21，並在其上進一步形成一作用層3〇與一雜質擴散防止 137412.doc -46- 200952220 層23。 步驟510 接下來’藉由開始供應用作一Mg來源之Cp2Mg氣體，生 長P導電率類型之一 GaN基化合物半導體層42(明確地說， 摻雜Mg的GaN層42)或一第三GaN基化合物半導體層15〇以 便具有一 5奈米之厚度。隨後，在其中停止供應Cp2Mg氣 體之狀態中’生長一未摻雜GaN基化合物半導體層（具有與 構成該層壓單元141的p導電率類型之GaN基化合物半導體 層42相同的組成物之一第一層143A或具有與p導電率類型 之第二GaN基化合物半導體層150相同的組成物之一第一 層153A)以便具有一 5奈米之厚度。隨後，藉由開始供應用 作一 In來源之三曱基銦（TMI)氣體，生長一 inGaN層（具有 與該第一層143 A之組成物相同並進一步包含銦的組成物之 一第一層143B，或具有與該第一層153A之組成物相同並 進一步包含銦的組成物之一第二層153B)以便具有一 3奈米 之厚度。接下來，在其中停止供應TMI氣體之狀態下，生 長一 GaN層（具有與該第一層143 A相同的組成物之一第三 層143C或具有與該第一層153A相同的組成物之一第三層 153 C)以便具有一 5奈米之厚度。在生長該第一層143 a或 153A、該第二層l43B或i53B及該第三層143(：或153(：期間 的基板溫度係760°C。此溫度係高於75(TC，其係在生長該 作用層30期間的基板溫度。因此，由InGaN構成之第二層 143B或153B的In之組成比例係0.2。Mg的摻雜濃度係大約 5xl019/cm3。 137412.doc -47- 200952220 以此一方式，以高於形成該作用層30中的其組成物包含 銦之GaN基化合物半導體層之溫度（明確地說，在範例5中 係750 C )的溫度（明確地說，在範例5中係76〇。〇），形成構 成忒層壓單元141之未摻雜GaN基化合物半導體層143中的 其組成物包含銦之GaN基化合物半導體層（第二層1438)或 形成提供於該第三GaN基化合物半導體層i 50中之未摻雜 GaN基化合物半導體層153中的其組成物包含銦之GaN基化 合物半導體層（第二層153B)。 重複生長具有一5奈米之厚度的摻雜厘§的〇心層42與具 有一 13奈米之厚度的未摻雜GaN基化合物半導體層143兩 次。因此，可獲得一層壓結構14〇，其包括至少一層壓單 π 141，其中p導電率類型之GaN基化合物半導體層與未 摻雜GaN基化合物半導體層143係按該順序自該作用層側 層壓。替代地，可獲得該第三GaN基化合物半導體層 150，其包括在更接近該第二GaN基化合物半導體層。之 侧上的至少一未摻雜GaN基化合物半導體層153(未摻雜 GaN層 1 53) 〇 、 步驟520 隨後藉由實行與範例4中之步驟430至步驟450相同的 步驟，可生產範例5之一 GaN基半導體發光元件丨A(例如， 、 &、、’Q構、一表面黏著結構或類似者的各種類型之 發光二極體之任一者）。 "在範例5中，構成該層壓單元14 1之未摻雜GaN基化合物 層包括其組成物包含姻的GaN基化合物半導體 137412.doc 200952220 層（第二層143B)，或提供於該第三GaN基化合物半導體層 150中之未摻雜GaN基化合物半導體層153包括其組成物包 含銦的GaN基化合物半導體層（第二層153B)。因為該第二 層143B或153B之組成物包含銦，故該第二層1436或153]8 ' 之帶隙係小於該第一層143A或153A之帶隙及該第三層 143C與153C之帶隙，並因而可維持一高電洞濃度。因 此，可進一步增加該作用層中的電洞濃度。因此，在範例 ❹ 5的GaN基半導體發光元件中，可於與範例4相比較相同的 操作電流密度實現一更高的發光效率。 範例6 範例6係關於依據本發明之具體實施例的發光元件總成 與依據本發明之具體實施例的影像顯示裝置。 圖8係範例6之一發光元件總成的示意部分斷面圖。如圖 8所示’範例6之發光元件總成包括上面說明的範例1至5的 GaN基半導體發光元件1與1A之任一者及其上具有該發光 φ 元件1或1A之一支撐部件。在圖8中，該GaN基半導體發光 元件1或1A與支撐部件之間在垂直方向上的位置關係係反 向顯示。此外，範例6之一影像顯示裝置包括範例1至5的 GaN基半導體發光元件1與丨A之任一者或範例6之一發光元 • 件總成，以便顯示一影像。 現將參考圖 9A、9B ' 10A、10B、11A、1 IB、12A、 12B、13 A及13B說明生產範例6之一發光元件總成的方 法。 步驟600 137412.doc -49- 200952220 首先，例如，實行與範例1之步驟1〇〇至步驟14〇相同的 步驟，並接著進一步實行直至範例1之步驟15〇中的藉由微 影蝕刻、蝕刻及金屬氣相沈積形成一第二電極乃的步驟。 替代地’實行與範例4之步驟400至步驟440相同的步驟， 並接著進一步實行直至範例4之步驟450中的藉由微影蝕 刻、蝕刻及金屬氣相沈積形成一第二電極25的步驟。替代 地’實行與範例2之步驟500至步驟520相同的步驟（直至步 驟520中的藉由微影蝕刻、蝕刻及金屬氣相沈積來形成一 第二電極25)。因而，可製備具有圖9A所示之一梯形斷面 的GaN基半導體發光元件1或ία。 步驟610 接下來’將GaN基半導體發光元件1或丨八暫時固定至一 暫時固定基板60上，其間具有第二電極25。明確地說，製 備由一玻璃基板構成之暫時固定基板6〇，在其一表面上具 有由一未固化黏合劑構成之一黏合層6丨。將該等GaN基半 導體發光元件1或1A接合至該黏合層6】，並接著固化該黏 合層61。因而，可將該等GaN基半導體發光元件1或以暫 時固定至該暫時固定基板6〇上（參見圖9b與i〇A)。 步驟620 隨後，自該發光元件形成基板10分離該GaN基半導體發 光元件1或1A(參見圖ι〇Β)。明確地說，藉由自該反面磨光 來減小該發光元件形成基板10的厚度。接下來，藉由濕式 蝕刻來移除該發光元件形成基板！ 〇與該下層丨1以曝露該第 一 GaN基化合物半導體層21。 137412.doc -50- 200952220 除該玻璃基板以外’構《暫時©定基板6G的材料之範 例進-步包括一金屬板、一合金板、一陶瓷板及一塑膠 板。除其中使用-點合劑之方法以外，將該等_基半導 體發光元件暫時固定至該暫時固定基板60的方法之範例進 步。括金屬接合方法、—半導體接合方法及一金屬半 ‘體接α方法°除姓刻方法以外’自該等GaN基半導體發 光元件移除該發光元件形成基板1〇等的方法之範例進-步 包括一雷射剝蝕方法與一加熱方法。 ® 步驟630 接下來，在每—GaN基半導體發光元件^戈丨八之曝露的 第一GaN基化合物半導體層21之底部表面上形成一第一電 極24。明確地說，首先，藉由微影術在整個表面上形成一
光阻層接著，在其上待形成該等第一電極24的第一 GaN 基化σ物半導體層21之底部表面上提供的光阻層之部分中 形成開口。隨後’藉由一 PVD方法（例如，真空沈積或錢 _ 錄）在整個表面上形成各由其中（例如）Au、Pt、Ti、Au、
AuGe及Pd係按該順序層壓之一多層膜構成的第一電極 24。接著，移除該光阻層與該光阻層上之多層膜。 步驟640 製備其上具有由聚矽氧橡膠構成之一略微黏合層71的一 轉移基板70與其-表面上具有由—未固化光敏樹脂構成之 黏合層81的由一玻璃基板構成之一黏著基板8〇。預先於 該黏著基板80之一預定位置處形成由一金屬薄膜或類似者 構成之一對準標記（未顯示）。 137412.doc •51· 200952220 構成該黏合層81之材料並不受特定限制，只要該材料藉 由-特定方法展現黏合性，例如藉由照射諸如光(特定言 之，紫外線光或類似者）、輻射線（例如，χ射線）或一電子 束之類的能量射線而展現黏合性之_材料；或藉由施加 熱、壓力或類似者而展現點合性之一材料。可容易地形成 一=層並展現黏合性的材料之範例包括樹脂基黏合劑， 特定言之包括光敏點合劑、熱固性黏合劑及熱塑性黏合 劑例如，當使用一光敏黏合劑時，可藉由以光或紫外線 光來照射所得黏合層或藉由加熱該黏合層來展現黏合性。 當使用-熱固性黏合劑時，可藉由經由照射光或類似者來 加熱所得黏合層來展現黏合性。當使用一熱塑性黏合劑 時，所得黏合層之-部分係藉由經由照射光或類似者選擇 性地加熱該部分來炼化，並因而可向該黏合層提供流動 性。該黏合層之另一範例係一壓敏黏合層(由一丙烯酸樹 月曰或類似者構成）。 接下來，將該略微黏合層71壓至以一陣列（以二維矩陣） 保持在該暫時固定基板60上#GaN基半導體發光元件u 1A(參見圖以與㈣）。構成該轉移基板7〇的材料之範例包 括一玻璃板、一金屬板、—合金板、一陶瓷板、一半導體 基板及-塑膠板。藉由一定位器件(未顯示)來固持該轉： 基板70。可藉由操作該定位器件來調整該轉移基板7〇與該 暫時固定基板60之間的位置關係。接下來，以（例如）準分 子雷射自言亥暫時固定基板60之反面側照射待黏著的⑽基 半導體發光元件β1Α(參見圖12A)。因此，雷射剝心 137412.doc •52- 200952220 生，並自該暫時固定基板6〇分離以準分子雷射照射的QaN 基半導體發光元件i或丨A。隨後，當自該等GaN基半導體 發光元件1或1A分開該轉移基板70時，自該暫時固定基板 60为離的GaN基半導體發光元件1或1A黏合於該略微黏合 層71(參見圖12B)。 接下來，將該GaN基半導體發光元件放置在（移動 至或轉移至）該黏合層81上（參見圖13A與13B)。明確地 說，在提供於該黏著基板80上之對準標記的基礎上將該 GaN基半導體發光元件1或1A自該轉移基板7〇轉移至該黏 著基板80上之黏合層81上，該GaN基半導體發光元件 1A僅較弱地黏合於該略微黏合層71。因此，當以其中該 GaN基半導體發光元件丨或丨a係接觸（壓至）該黏合層8丨之一 狀態下在遠離該黏著基板80之一方向上移動該轉移基板7〇 時，該GaN基半導體發光元件！或1A係留在該黏合層81 上。此外，藉由使用一滾輪或類似者將該GaN基半導體發 光元件1或1A深深地嵌入至該黏合層81中，可將該GaN基 半導體發光元件（發光二極體”或丨八黏著在該黏著基板8〇 上。 為方便起見，上面說明的使用該轉移基板7〇的方法係稱 為一「步驟轉移方法」。藉由重複該步驟轉移方法所需次 數，所需數目的GaN基半導體發光元件以二維矩陣 黏合於該略微黏合層71並接著係轉移至該黏著基板8〇上。 明確地說，在範例6中，在一步驟轉移中，允許以二維矩 陣將160XU0個GaN基半導體發光元件黏合於該略微 137412.doc -53· 200952220 黏合層71並接著轉移至該黏著基板8〇上。因此，藉由重複 該步驟轉移方法 108 次（（l，920xl,080)/( 160x120)= 108)，可 將1，920><1，080個〇&>^基半導體發光元件1或1八轉移至該黏 者基板80上。藉由重複上面的程序三次’可將預定數目之 紅色發光二極體、綠色發光二極體及藍色發光二極體以預 定間隔或間距黏著在該黏著基板8〇上。 隨後，以紫外線光來照射由一光敏樹脂構成並且其上配 置該等GaN基半導體發光元件！或1A的黏合層81以固化構 成該黏合層81的光敏樹脂。因此，將該等GaN基半導體發 光元件1或1A固定至該黏合層81。接下來，該等基半 導體發光元件1或1A之每一者係暫時固定至一第二暫時固 定基板，其間具有對應的第一電極24。明確地說，製備由 一玻璃基板構成之一第二暫時固定基板，在其一表面上具 有由一未固化黏合劑構成之一黏合層9〇。將該GaN基半導 體發光元件1或1A接合至該黏合層9〇,並接著固化該黏合 層90。因而，可將該GaN基半導體發光元件“戈丨八暫時固 定至該第二暫時固定基板上。接著，藉由一適當方法自該 GaN基半導體發光元件1或1入移除該黏合層8ι與該黏著基 板80。在此狀態下，曝露該GaN基半導體發光元件^戈以 的第二電極25。 步驟650 接下來，在整個表面上形成一第二絕緣層91，並在該 GaN基半導體發光元件的第二電極乃之上在該第二 絕緣層91中形成-開σ92。在該第二電極25上形成一第二 1374I2.doc -54· 200952220 佈線93 ’以便在該開口 92與該第二絕緣層91之上延伸。接 下來，將包括該第二佈線93之第二絕緣層91接合至由一玻 璃基板構成之-t樓部件95，Μ具有一黏合層Μ。藉 此，可將該GaN基半導體發光元件…八固定至該支撐部 件95。接下來，以（例如）準分子雷射來照射該第二暫時固 定基板的反面。因此，雷射剝蝕發生，並自該第二暫時固 定基板分離以準分子雷射照射的GaN基半導體發光元件i ❹ 或1A。在此狀態下，曝露該GaN基半導體發光元件1或1 a 的第一電極24。接下來，在整個表面上形成一第一絕緣層 96，並在該GaN基半導體發光元件的第一電極24之 上在該第一絕緣層96中形成一開口 97。在該第一電極以上 形成一第一佈線98，以便在該開口 97與該第一絕緣層％之 上延伸。圖8之示意部分斷面圖顯示此狀態。藉由將該第 一佈線與該第二佈線藉由一適當方法連接至驅動電路，可 生產一發光元件總成，或可生產一影像顯示裝置（發光二 φ 極體顯示裝置）。該GaN基半導體發光元件1或1八具有一覆 晶結構，並且在該作用層30中產生之光係在圖8之下部方 向上發射。 範例6之影像顯示裝置的範例包括具有下文說明之組態 • 與結構的影像顯示裝置。除非另外說明，可在該影像顯示 裝置之規格的基礎上決定構成一影像顯示裝置或一發光元 件面板的GaN基半導體發光元件的數目。此外，如上面所 說明’構成一影像顯示裝置或一發光元件面板的GaN基半 導體發光元件可以係範例1至5中說明的GaN基半導體發光 137412.doc -55- 200952220 元件之任一者’或可以係範例6之發光元件總成。在後者 情況下，可將下文說明中的GaN基半導體發光元件1或1A 讀取為該發光元件總成。 (1A)具有第一結構之影像顯示裝置_八 一被動矩陣型、直視型影像顯示裝置，其包括具有 配置成二維矩陣的GaN基半導體發光元件i或1Α之一發光 元件面板200，其中該等GaN基半導體發光元件之每一者 的光發射/非發射狀態係控制，並且該等GaN基半導體發光 元件之每一者的發射狀態係直接視覺上觀察以顯示一影 〇 像。 圖14A顯示包括構成此一被動矩陣型、直視型影像顯示 裝置之一發光元件面板200的電路圖。圖14B係具有配置成 二維矩陣的GaN基半導體發光元件1或丨八的發光元件面板 200之不意斷面圖。該等GaN基半導體發光元件i或1A之每 一者之一電極（一第二電極或第一電極）係連接至一行驅動 器221，並且該等GaN基半導體發光元件之每一者之 另一電極（該第一電極或第二電極）係連接至一列驅動器 〇 222。該等GaN基半導體發光元件之每一者的光發射/ 非發射狀態係受控於（例如）該列驅動器222，並自該行驅動 器221供應用於驅動該等GaN基半導體發光元件丄或丨八之每 一者之一驅動電流。可藉由普通方法來實行各別GaN基半 導體發光元件1或1A的選擇與驅動，並因而省略其說明。 該發光兀件面板200包括：—支撐體2〇1，其係由（例如） 一印刷電路板構成（在一些情況下，對應於該支撐部件 137412.doc -56· 200952220 95) ; GaN基半導體發光元件1或1A，其係佈置於該支樓體 201上；X方向佈線202，其係提供於該支撐體201上，電連 接至該等各別GaN基半導體發光元件！或丨a之一電極（第二 電極或第一電極），並連接至該行驅動器221或該列驅動器 222 ; Y方向佈線203，其係電連接至該等各別GaN基半導 體發光元件1或1A之另一電極（第一電極或第二電極），並 係連接至該列驅動器222或該行驅動器221 ; 一透明基底部 件2〇4,其覆蓋該等〇aN基半導體發光元件“戈以；以及微 透鏡205，其係提供於該透明基底部件2〇4上。然而，該發 光元件面板200之結構並不限於此。
(1B)具有第一結構之影像顯示裝置_B 一主動矩陣型、直視型影像顯示裝置，其包括（α)具有 配置成二維矩陣的GaN基半導體發光元件“戈以之一發光 元件面板200,其中該等GaN基半導體發光元件之每一者 的光發射/非發射狀態係控制，並且該等GaN基半導體發光 ❹ 元件之每一者的發射狀態係直接視覺上觀察以顯示一影 像。 圖15顯示包括構成此—主動矩陣型、直視型影像顯示裝 置之一發光兀件面板2〇〇的電路圖。6^基半導體發光元 ' #1或1A之每-者之-電極(-第二電極或第-電極)係連 接至-驅動器225’並且該驅動器225係連接至一行驅動号 223與-列驅動器224。該等祕基半導體發光元件 之每一者之另一電極（該第—電極或第二電極）係連接至一 接地線。例如’藉由該列驅動器224選擇該驅動器225，來 137412.doc -57. 200952220 控制該等GaN基半導體發光元件1或ία之每一者的光發射/ 非發射狀態，並且用於驅動該等GaN基半導體發光元件i 或1A之每一者的一照度信號係自該行驅動器223供應至對 應驅動器225。一預定電壓係自一電源供應（未顯示）供應至 每一驅動器225，並且該驅動器225以對應於該照度信號之 一驅動電流（基於一 PDM控制或PWM控制）來供應對應 基半導體發光元件1或1A。可藉由普通方法來實行各別
GaN基半導體發光元件1或1A的選擇與驅動，並因而省略 其說明。 (2)具有第二結構之影像顯示裝置 一被動矩陣型或主動矩陣型、投影型影像顯示裝置，其 包括（α)具有配置成二維矩陣的GaN基半導體發光元件1或 1A的發光元件面板2〇〇，其中該等GaN基半導體發光元件1 或1A之每一者的光發射/非發射狀態係控制，並且在一螢 幕上實行投影以顯示一影像。 包括構成此一被動矩陣型影像顯示裝置之一發光元件面 板的電路圖係類似於圖14A所示之電路圖，並且包括構成 此一主動矩陣型影像顯示裝置之一發光元件面板的電路圖 係類似於圖15所示之電路圖。因此，省略其詳細說明。圖 1 6係顯示具有配置成二維矩陣的GaN基半導體發光元件1 或1A的發光元件面板2〇〇等之概念圖。自該發光元件面板 200發射的光通過一投影機透鏡2〇6並係投影在一螢幕上。 該發光元件面板200之組態係與結構與參考圖〗4B說明的發 光元件面板200之該些組態與結構相同。因此，省略其詳 137412.doc -58- 200952220 細說明。 (3) 具有第三結構之影像顯示裝置 一直視型或投影型彩色影像顯示裝置，其包括：（〇〇 — 紅色發光元件面板200R，其具有配置成二維矩陣的紅色發 光半導體發光元件R(例如，AlGalnP基半導體發光元件或 GaN基半導體發光元件1R) ; (β)—綠色發光元件面板 200G，其具有配置成二維矩陣的綠色發光GaN基半導體發 光元件1G ; (γ)—藍色發光元件面板200B，其具有配置成 ® 二維矩陣的藍色發光GaN基半導體發光元件1Β;以及（δ)組 合構件（例如，二向色稜鏡207)，其用於將自該紅色發光元 件面板200R、該綠色發光元件面板200G及該藍色發光元 件面板200Β之每一者發射的光組合至一單一光學路徑中， 其中控制該等紅色發光半導體發光元件R、該等綠色發光 GaN基半導體發光元件1G及該等藍色發光GaN基半導體發 光元件1B之每一者的光發射/非發射狀態。 ϋ 包括構成此一被動矩陣型影像顯示裝置之一發光元件面 板的電路圖係類似於圖1 4Α所示之電路圖，並且包括構成 此一主動矩陣型影像顯示裝置之一發光元件面板的電路圖 係類似於圖1 5所示之電路圖。因此，省略其詳細說明。圖 17係顯示具有配置成二維矩陣的紅色發光半導體發光元件 R之發光元件面板200R及分別具有配置成二維矩陣的GaN 基半導體發光元件1G與1B之發光元件面板200G與200B等 的示意圖。自該等發光元件面板200R、200G及200B發射 的光分量進入二向色稜鏡207，並且此等光分量之光學路 137412.doc •59· 200952220 徑係組合至一單一光學路徑中。在一直視型影像顯示裝置 中，所得光係直接檢視。替代地，在一投影型影像顯示裝 置中，所得光通過一投影機透鏡206並係投影在一螢幕 上。該等發光元件面板200R、200G及200B之每一者的組 態與結構與參考圖14B說明的發光元件面板200的該些組態 與結構相同。因此，省略其詳細說明。 在此一影像顯示裝置中，分別構成該等發光元件面板 200R、200G及200B的半導體發光元件R、1G及1B之每一 者較佳的係由範例1至5中說明的GaN基半導體發光元件1 與1A之任一者構成。替代地，例如，構成該發光元件面板 200R之半導體發光元件R可由AlInGaP基化合物半導體發 光二極體構成，而分別構成該等發光元件面板200G與 200B的GaN基半導體發光元件1G與1B之每一者可由範例1 至5中說明的GaN基半導體發光元件1與1A之任一者構成。 (4) 具有第四結構之影像顯示裝置 一直視型或投影型影像顯示裝置，其包括：（〇〇 — GaN基 半導體發光元件1或1A ;以及（β) —光透射控制器件（例 如，一液晶顯示器件208，其包括一高溫多晶矽薄膜電晶 體；下文同），其係控制自該GaN基半導體發光元件1或1Α 發射的光之透射/非透射之一光閥，其中自該GaN基半導體 發光元件1或1A發射的光之透射/非透射係受控於屬於該光 透射控制器件的液晶顯示器件208以顯示一影像。
GaN基半導體發光元件的數目可在該影像顯示裝置之規 格的基礎上予以決定，並可以係一個或兩個或兩個以上。 137412.doc -60- 200952220 圖18係一影像顯示裝置的示意圖。在圖丨8所示之範例中， GaN基半導體發光元件1或ία的數目係一，並且該GaN基 半導體發光元件1或1A係固定至一散熱片210。自該GaN基 半導體發光元件1或1A發射的光係藉由包括由一光透射材 料（例如一聚矽氧樹脂、一環氧樹脂或一聚碳酸酯樹脂）構 成之一光學導引部件與一反射器（例如一鏡）的一光導部件 209導引，並進入該液晶顯示器件2〇8。在一直視型影像顯 示裝置中，自該液晶顯示器件2〇8發射的光係直接檢視。 替代地’在一投影型影像顯示裝置中，自該液晶顯示器件 208發射的光通過一投影機透鏡2〇6並係投影在一螢幕上β 可使用範例1至5中說明的GaN基半導體發光元件之任一者 作為§亥GaN基半導體發光元件1或ία。 一直視型或投影型彩色影像顯示裝置可藉由生產一影像 顯示裝置來獲得’該影像顯示裝置包括：一紅色發光半導 體發光元件R(例如，一 AlGalnP基半導體發光元件或一 GaN基半導體發光元件iR)，與一光透射控制器件（例如， 一液晶顯示器件208R) ’其係控制自該紅色發光半導體發 光元件R發射之光的透射/非透射之一光閥；一綠色發光 GaN基半導體發光元件1G，與一光透射控制器件（例如， 一液晶顯示器件208G) ’其係控制自該綠色發光GaN基半 導體發光元件1G發射之光的透射/非透射之一光閥；—藍 色發光GaN基半導體發光元件1B，與一光透射控制器件 (例如，一液晶顯示器件208B)，其係控制自該藍色發光 GaN基半導體發光元件18發射之光的透射/非透射之一光 137412.doc -61 - 200952220 閥；光導部件209R、209G及209B，其導引分別自該紅色 發光半導體發光元件R、該綠色發光GaN基半導體發光元 件1G及該藍色發光GaN基半導體發光元件ΐβ發射之光分 篁，以及組合構件（例如，二向色稜鏡2〇7)，其用於將該等 光分1組合至一單—光學路徑中。圖19係顯示此一投影型 彩色影像顯示裝置之一範例的示意圖。 在此一影像顯示裝置中，該等半導體發光元件R、及 1B之每一者較佳的係由範例i至5中說明的GaN基半導體發 光π件1與1A之任一者構成。替代地，例如，該半導體發 光元件R可由一 A1InGaP基化合物半導體發光二極體構成， 而该等GaN基半導體發光元件1G與1B之每一者可由範例j 至5中說明的GaN基半導體發光元件丨與丨八之任一者構成。 (5)具有第五結構之影像顯示裝置 一直視型或投影型影像顯示裝置，其包括：（α)一發光 元件面板200，其具有配置成二維矩陣的GaN基半導體發 光π件1或1A ;以及（β) 一光透射控制器件（液晶顯示器件 2〇8)，其控制自該等GaN基半導體發光元件之每一 者發射的光之透射/非透射，其中自該等GaN基半導體發光 π件1或1A之每一者發射的光之透射/非透射係受控於該光 透射控制器件（液晶顯示器件2〇8)以顯示一影像。 圖20係„亥發光元件面板2〇〇等之示意圖。該發光元件面 板200之組態與結構可與參考圖14B說明的發光元件面板 200之„亥些組態與結構相同。因此，省略其詳細說明。藉 由該液晶顯示器件208之操作來控制自該發光元件面板2〇〇 137412.doc •62· 200952220 發射的光之透射/非透射與亮度。因此，構成該發光元件 面板200的GaN基半導體發光元件1或1A可持續開啟，或可 以一適當循環重複地開啟與關閉。自該發光元件面板2〇〇 發射的光進入該液晶顯示器件2〇8。在一直視型影像顯示 裝置中，自該液晶顯示器件2〇8發射的光係直接檢視。替 代地在技衫型影像顯示裝置中，自該液晶顯示器件 208發射的光通過一投影機透鏡2〇6並係投影在一螢幕上。 (6)具有第六結構之影像顯示裝置 一直視型或投影型彩色影像顯示裝置，其包括（α) 一紅 色發光70件面板200R，其具有配置成二維矩陣的紅色發光 半導體發光元件R(例如，A1GaInP基半導體發光元件或 GaN基半導體發光元件1R)，與一紅光透射控制器件（液晶 顯示器件208R) ’其控制自該紅色發光元件面板2〇〇尺發射 之光的透射/非透射；（β)一綠色發光元件面板2〇〇G，其具 有配置成二維矩陣的綠色發光GaN基半導體發光元件ig， 與一綠光透射控制器件（液晶顯示器件2〇8G)，其控制自該 綠色發光元件面板200G發射之光的透射/非透射；（γ) 一藍 色發光元件面板200Β，其具有配置成二維矩陣的藍色發光 GaN基半導體發光元件1Β，與一藍光透射控制器件（液晶 顯示器件208Β)，其控制自該藍色發光元件面板2〇〇Β發射 之光的透射/非透射；以及（δ)組合構件（例如，二向色稜鏡 207)，其用於將自該紅光透射控制器件2〇8R、該綠光透射 控制器件208G及該藍光透射控制器件2〇8B之每一者發射 的光組合至-單-光學路徑中，其中自該等發光元件面板 137412.doc -63- 200952220 200R、200G及200B發射的光之透射/非透射係受控於對應 光透射控制器件208R、208G及208B以顯示一影像。 圖2 1係顯示具有配置成二維矩陣的紅色發光半導體發光 元件R之發光元件面板200R及分別具有配置成二維矩陣的 GaN基半導體發光元件1G與1B之發光元件面板200G與 200B等的示意圖。其透射/非透射分別係藉由該等光透射 控制器件208R、208G及208B控制的自該等發光元件面板 200R、200G及200B發射的光分量進入該二向色稜鏡207。 該等光分量之光學路徑係組合至一單一光學路徑中。在一 直視型影像顯示裝置中，所得光係直接檢視。替代地，在 一投影型影像顯示裝置中，所得光通過一投影機透鏡206 並係投影在一螢幕上。該等發光元件面板200R、200G及 200B之每一者的組態與結構可與參考圖14B說明的發光元 件面板200之該些組態與結構相同。因此，省略其詳細說 明。 在此一影像顯示裝置中，分別構成該等發光元件面板 200R、200G及200B的半導體發光元件R、1G及1B之每一 者較佳的係由範例1至5中說明的GaN基半導體發光元件1 與1A之任一者構成。替代地，例如，構成該發光元件面板 200R之半導體發光元件R可由AlInGaP基化合物半導體發 光二極體構成，而分別構成該等發光元件面板200G與 200B的GaN基半導體發光元件1G與1B之每一者可由範例1 至5中說明的GaN基半導體發光元件1與1A之任一者構成。 (7) 具有第七結構之影像顯示裝置 137412.doc -64- 200952220 一（直視型或投影型）場循序彩色影像顯示裝置，其包括 (α)—紅色發光半導體發光元件R(例如，AlGalnP基半導體 發光元件或GaN基半導體發光元件1R) ; (β) 一綠色發光 GaN基半導體發光元件1G ; (γ)—藍色發光GaN基半導體發 光元件1B ; (δ)組合構件（例如，二向色稜鏡207)，其用於 將自該紅色發光半導體發光元件r、該綠色發光GaN基半 導體發光元件1G及該藍色發光GaN基半導體發光元件之 每一者發射的光組合至一單一光學路徑中；以及（ε) 一光透 射控制器件（液晶顯示器件208)，其控制自用於將光組合至 該光學路徑中的構件（二向色稜鏡2〇7)發射的光之透射/非 透射，其中自該等發光元件之每一者發射的光之透射/非 透射係藉由該光透射控制器件2〇8控制以顯示一影像。 圖22係該等半導體發光元件R、1G及1Β等之示意圖。自 該等半導體發光元件R、1G及1Β發射的光分量進入二向色 稜鏡207’並且此等光分量之光學路徑係組合至一單—光 學路徑中。自該二向色稜鏡2〇7發射的光分量之每一者的 透射/非透射係受控於該光透射控制器件2〇8。在一直視型 影像顯示裝置中，所得光係直接檢視。替代地，在一投影 型影像顯示裝置中，所得光通過一投影機透鏡2〇6並係投 影在一螢幕上。在此一影像顯示裝置中，該等半導體發光 元件R、1G及1Β之每一者較佳的係由範例i至5中說明的 GaN基半導體發光元件1與1A之任一者構成。替代地，例 如，该半導體發光元件R可由一A1InGap基化合物半導體發 光二極體構成，而該等GaN基半導體發光元件1(}與1]6之每 1374l2.doc -65- 200952220 一者可由範例1至5申說明的GaN基半導體發光元件1與ΙΑ 之任一者構成。 (8) 具有第八結構之影像顯示裝置 一（直視型或投影型）場循序彩色影像顯示裝置，其包 括：（α)—紅色發光元件面板200R，其具有配置成二維矩 陣的紅色發光半導體發光元件R(例如，AlGalnP基半導體 發光元件或GaN基半導體發光元件1R) ; (β)—綠色發光元 件面板200G，其具有配置成二維矩陣的綠色發光GaN基半 導體發光元件1G ; (γ)—藍色發光元件面板200B，其具有 配置成二維矩陣的藍色發光GaN基半導體發光元件1Β ; (δ) 組合構件（例如，二向色棱鏡207)，其用於將自該紅色發光 元件面板200R、該綠色發光元件面板200G及該藍色發光 元件面板200Β發射之光組合至一單一光學路徑中；以及 (ε)—光透射控制器件（液晶顯示器件208)，其控制自用於 將光組合至該光學路徑中的構件（二向色棱鏡207)發射之光 的透射/非透射，其中自該等發光元件面板200R、200G及 200Β之每一者發射的光之透射/非透射係受控於該光透射 控制器件208以顯示一影像。 圖23係顯示具有配置成二維矩陣的紅色發光半導體發光 元件R之發光元件面板200R及分別具有配置成二維矩陣的 GaN基半導體發光元件1G與1Β之發光元件面板200G與 200B等的示意圖。自該等發光元件面板200R、200G及 200B發射的光分量進入該二向色稜鏡207，並且此等光分 量之光學路徑係組合至一單一光學路徑中。自該二向色稜 137412.doc •66· 200952220 鏡207發射的光分量之每一者的透射/非透射係受控於該光 透射控制器件208。在一直視型影像顯示裝置中，所得光 係直接檢視。替代地，在一投影型影像顯示裝置中，所得 光通過一投影機透鏡206並係投影在一螢幕上。該等發光 元件面板200R、200G及200B之每一者的組態與結構與參 考圖14B說明的發光元件面板200的該些組態與結構相同。 因此，省略其詳細說明。 在此一影像顯示裝置中，分別構成該等發光元件面板 200R、200G及200B的半導體發光元件r、…及丨^之每一 者較佳的係由範例1至5中說明的G aN基半導體發光元件i 與1A之任一者構成。替代地，例如，構成該發光元件面板 200R之半導體發光元件R可由A1InGap基化合物半導體發 光二極體構成，而分別構成該等發光元件面板2〇〇(}與 200B的GaN基半導體發光元件1(3與1B之每一者可由範例t 至5中說明的GaN基半導體發光元件1與1八之任—者構成。 範例7 範例7亦係關於影像顯示裝置。範例7之一影像顯示裝置 包括配置成二維矩陣的用於顯示一彩色影像之發光元件單 元UN，且該等發光元件單元UN之每一者包括發射藍光之 一第一發光元件、發射綠光之一第二發光元件及發射紅光 之一第三發光元件。構成該第一發光元件、該第二發光元 件及該第二發光元件之至少一者的一 GaN基半導體發光元 件（發光二極體）之基本組態與結構可如範例6與範例丨至5中 說明的GaN基半導體發光元件1與1八之任一者的該些基本 137412.doc _67- 200952220 組態與結構相同’或可與範例6之發光元件總成的該些基 本組態與結構相同。在後者情況下，可將下文說明中的 GaN基半導體發光元件丨或丨A讀取為該發光元件總成。在 此一影像顯示裝置中，該第一發光元件、該第二發光元件 及”亥第二發光元件之任一者係由範例1至5中說明的GaN基 半導體發光元件1與丨八之任一者構成係足夠的。在一些情 況下例如’發射紅光的第三發光元件可由一 AlInGaP基 化合物半導體發光二極體構成。 範例7之影像顯示裝置的範例包括具有下文說明之組態 與結構的影像顯示裝置。可在該影像顯示裝置之規格的基 礎上決定發光元件單元UN的數目。 (1)具有第九結構與第十結構之影像顯示裝置 一被動矩陣型或主動矩陣型、直視型彩色影像顯示裝 置’其包括一第一發光元件、一第二發光元件及一第三發 光το件，其中該第一發光元件、該第二發光元件及該第三 發光元件之每一者的光發射/非發射狀態係控制，並且該 等發光το件之每一者的發射狀態係直接視覺上觀察以顯示 一影像；以及一被動矩陣型或主動矩陣型、投影型彩色影 像顯示裝置，其包括一第一發光元件、一第二發光元件及 一第二發光元件’其中該第一發光元件、該第二發光元件 及該第三發光元件之每一者的光發射/非發射狀態係控 制’並且在一螢幕上實行投影以顯示一影像。 圖24係包括構成此一主動矩陣型、直視型彩色影像顯示 裝置之一發光元件面板的電路圖。每一 GaN基半導體發光 137412.doc -68· 200952220 元件1或1A(在圖24中，發射紅光之一半導體發光元件 (即，紅色發光半導體發光元件）係藉由「R」表示，發射 綠光之-GaN基半導體發光元件(即，綠色發光半導體發光 元件）係藉由「G」表示而發射藍光之一 GaN基半導體發光 兀件（即，藍色發光半導體發光元件）係藉由「B」表示）之 一電極（一第二電極或第一電極）係連接至一驅動器225。每 一驅動器225係連接至一行驅動器223與一列驅動器224。 該等GaN基半導體發光元件丨或丨八之每一者之另一電極（該 第一電極或第二電極）係連接至一接地線。例如，藉由該 列驅動器224選擇該驅動器225，來控制該等GaN基半導體 發光元件1或1A之每一者的光發射/非發射狀態，並且用於 驅動該等GaN基半導體發光元件I或丨A之每一者的一照度 k號係自該行驅動器223供應至對應驅動器22 5。一預定電 壓係自一電源供應（未顯示）供應至每一驅動器2 2 5，並且該 驅動器225以對應於該照度信號之一驅動電流（基於一 pDM 控制或PWM控制）來供應對應GaN基半導體發光元件1或 1A。s亥紅色發光半導體發光元件r、該綠色發光基半 導體發光元件G及該藍色發光GaN基半導體發光元件b之選 擇係藉由對應驅動器225來實行。可藉由分時來控制該紅 色發光半導體發光元件R、該綠色發光GaN基半導體發光 元件G及該藍色發光GaN基半導體發光元件B之每一者的光 發射/非發射狀態，或該等半導體發光元件r、G及B可同 時發射光。可藉由普通方法來實行各別GaN基半導體發光 元件1或1A的選擇與驅動，並因而省略其說明。在一直視 137412.doc -69- 200952220 型影像顯示裝置中，所得光係直接檢視。替代地，在一投 衫型影像顯不裝置中，所得光通過一投影機透鏡並係投影 在—螢幕上。 (2)具有第十一結構之影像顯示裝置 一直視型或投影型場循序彩色影像顯示裝置，其包括： 發光7C件單元，其係配置成二維矩陣；以及一光透射控制 态件（例如’液晶顯示器件）’其控制自該等發光元件單元 之每一者發射之光的透射/非透射，其中該等發光元件單 元之每一者中之一第一發光元件、一第二發光元件及一第 二發光元件之每一者的光發射/非發射狀態係藉由分時來 控制’並且自該第一發光元件、該第二發光元件及該第三 發光元件之每一者發射之光的透射/非透射係受控於該光 透射控制器件以顯示一影像。 此一影像顯示裝置之示意圖係類似於圖16所示之示意 圖。在一直視型影像顯示裝置中，所得光係直接檢視。替 代地’在一投影型影像顯示裝置中，所得光通過一投影機 透鏡並係投影在一螢幕上。 範例8 範例8係關於依據本發明之一具體實施例的發光裝置。 範例8之一發光裝置包括範例1至5中說明的GaN基半導體 發光元件1與1A之任一者及一色彩轉換材料，其係藉由自 該GaN基半導體發光元件1或1A發射的光來激發以發射具 有與自該GaN基半導體發光元件1或1A發射的光之波長不 同的波長之光。該色彩轉換材料係（例如）施加至該GaN基 137412.doc -70- 200952220 半導體發光元件1或1A之一發光部分。替代地，可將—色 彩轉換材料膜施加至該GaN基半導體發光元件}或！ Α作為 該色彩轉換材料。在範例8之發光裝置中，自該GaN基半 導體發光元件1或1A發射的光之範例包括可見光、紫外線 光及可見光與紫外線光之一組合。可以範例6之發光元件 總成來取代該GaN基半導體發光元件1或1 a。在此一情況 下’可將下文說明中的GaN基半導體發光元件i或丨a讀取 為一發光元件總成。 _ 範例8之發光裝置可具有一結構，其中自該GaN基半導 體發光元件1或1A發射的光係藍光，而自該色彩轉換材料 發射的光係選自由黃光、綠光及紅光組成之群組的至少一 者。替代地，該發光裝置可具有一結構，其中自該GaN基 半導體發光元件1或1A發射的光與自該色彩轉換材料發射 的光（例如，黃色；紅色與綠色；黃色與紅色；或綠色、 黃色及紅色）係混合以發射白光。該發光裝置的結構並不 0 限於此’並亦可將該發光裝置應用於可變色彩照明與一顯 示器。 更明確地說’在範例8中，自該GaN基半導體發光元件1 ’或1A發射的光係藍光，而自該色彩轉換材料發射的光係黃 光。該色彩轉換材料係由釔鋁石榴石（YAG)基磷光體粒子 構成。自該GaN基半導體發光元件1或丨八發射的光（藍光）與 自該色彩轉換材料發射的光（黃光）係混合以發射白光。 替代地’在範例8中，自該GaN基半導體發光元件1或1A 發射的光係藍光，而自該色彩轉換材料發射的光係由綠光 137412.doc -71- 200952220 與紅光構成。自該GaN基半導體發光元件1或ία發射的光 (藍光）與自該色彩轉換材料發射的光（綠光與紅光）係混合 以發射白光。在此情況下，發射綠光的色彩轉換材料係由 綠色發光磷光體粒子（例如，SrGa2S4:Eu)構成，其係藉由 自該GaN基半導體發光元件1或1 a發射的藍光來激發。發 射紅光的色彩轉換材料係由紅色發光磷光體粒子（例如， CaS:Eu)構成，其係藉由自該GaN基半導體發光元件^或丄八 發射的藍光來激發。 範例9 範例9係其中在範例1至5中說明的GaN基半導體發光元 件之任一者係應用於一表面光源器件與一液晶顯示器件總 成（明確地說’ 一彩色液晶顯示器件總成）的範例。範例9之 表面光源器件自後表面側輻射光至一透射或半透射彩色液 晶顯示器件。範例9之彩色液晶顯示器件總成包括一透射 或半透射彩色液晶顯示器件與一表面光源器件，其自後表 面側輕射光至該彩色液晶顯示器件。作為該表面光源器件 中之光源提供的GaN基半導體發光元件（發光二極體）1R、 1G及1B的基本組態與結構與範例1至5中說明的GaN基半導 體發光元件的該些基本組態與結構相同。可以範例6之發 光元件總成來取代該等GaN基半導體發光元件1R、1G及 1B°在此一情況下，可將下文說明中的GaN基半導體發光 元件1R、1G及1B讀取為發光元件總成。 圖25A不意性顯示在範例9之一表面光源器件中的GaN基 半導體發光元件（發光二極體）1R、1G及1B之配置。圖25丑 137412.doc -72· 200952220 係一表面光源器件與一彩色液晶顯示器件總成的示意部分 斷面圖。圖26係一彩色液晶顯示器件的示意部分斷面圓。
更明確地說’範例9之一彩色液晶顯示器件總成3〇〇包括 一透射彩色液晶顯示器件31〇,其包括··（a)__前面板32〇, 其具有一透明第一電極324 ; (b)—後面板330，其具有一透 明第二電極334 ;以及（c)一液晶材料327，其係佈置於該前 面板320與該後面板330之間；以及（d)一表面光源器件（直 接型奇光）340’其具有用作光源的半導體發光元件ir、[ο 及1B。該表面光源器件（直接型背光）34〇係佈置以便面對 該後面板330，並且該彩色液晶顯示器件31〇係自該後面板 側以自該表面光源器件340發射之光照射。 該直接型表面光源器件340包括一外殼341，其包括一外 框架343與一内框架344。該透射彩色液晶顯示器件31〇之 每一末端係固持以便係夾在該外框架343與該内框架3料之 間’其間分別具有間隔物345A與345B。一導引部件346係 佈置在該外框架343與該内框架344之間，使得夾在該外框 架343與該内框架344之間的彩色液晶顯示器件31〇不自適 當位置偏移。一擴散板35 1係於該外殼341中之上部部分處 附著於該内框架344，其間具有一間隔物345c與一支架部 件347。包括一擴散薄片352、一稜鏡薄片353及一偏振轉 換薄片354之一光學功能薄片群組係佈置於該擴散板351 上0 一反射薄片355係提供於該外殼341之下部部分處。令反 射薄片355係配置以使得其一反射表面面對該擴散板， 137412.doc •73· 200952220 並係附著於該外殼341之一底部表面342A，其間具有一固 定部件（未顯示）。該反射薄片355可由（例如）一高反射銀膜 構成，其具有其中一銀反射膜、一低折射率膜及一高折射 率膜係按該順序層壓於一薄片基底材料上之一結構。該反 射薄片355反射自複數個紅色發光GaN基半導體發光元件 1R(或AlGalnP基半導體發光元件）、複數個綠色發光GaN基 半導體發光元件1G及複數個藍色發光GaN基半導體發光元 - 件1B發射之光及藉由該外殼341之一側表面342B反射之 光。因而’自該等半導體發光元件1R、及iB發射的紅 ⑬ 光、綠光及藍光係混合，並可獲得具有高色彩純度之白光 作為照明光。此照明光通過該擴散板3 5 1與包括該擴散薄 片352、該稜鏡薄片353及該偏振轉換薄片354之光學功能 薄片群組，並自後表面側照射該彩色液晶顯示器件3丨〇。 關於β哀專發光元件之配置，（例如）可在水平方向上配置 複數個發光元件列以形成一發光元件列陣列，該等發光元 件列各包括預定數目之紅色發光GaN基半導體發光元件 1R(或AlGalnP基半導體發光元件）、綠色發光GaN基半導體 ❹ 發光元件1G及藍色發光GaN基半導體發光元件1B，並且可 在垂直方向上配置複數個此類發光元件列陣列。關於構成 、 該發光元件列的發光元件之數目，該發光元件列包括（例 如）兩個紅色發光AlGalnP基半導體發光元件、兩個綠色發 光GaN基半導體發光元件及一個藍色發光GaN基半導體發 光元件。在此情況下’例如’一紅色發光AlGalnP基半導 體發光元件、一綠色發光GaN基半導體發光元件、一藍色 137412.doc 200952220 發光GaN基半導體發光元件、一綠色發光GaN基半導體發 光元件及一紅色發光AlGalnP基半導體發光元件係按該順 序配置。 如圖26所示，構成該彩色液晶顯示器件3丨〇的前面板32〇 包括.一第一基板3 21，其係（例如）由一玻璃基板構成；以 及一偏振膜326，其係提供於該第一基板321之外表面上。 以由一丙烯酸樹脂或一環氧樹脂構成之一外套層323塗布 ❹ 之一彩色濾光片322係提供於該第一基板321之内表面上。 一透明第一電極（亦稱為由（例如）IT〇構成之一「共同電 極」）324係提供於該外套層323上，一對準層325係提供於 該透明第一電極324上。該後面板33〇包括：一第二基板 331，其係（例如）由一玻璃基板構成；切換元件（明確地 說，薄膜電晶體（TFT))332 ,其係佈置於該第二基板331之 内表面上，透明第二電極（亦稱為由（例如）IT〇構成之「像 素電極」）334，其導電/非導電係受控於該等切換元件 ❷ 332 ;以及一偏振膜336 ’其係佈置於該第二基板Μ〗之外 表面上。一對準層335係提供於包括該等透明第二電極334 之整個表面上。該前面板32〇與該後面板330係彼此接合於 其外周邊處’其間具有一密封部件(未顯示)。該等切換元 . 件332並不限於玎丁。替代地，該等切換元件332可由'(例 如）職元件構成。—料層337❹供於該等切換元件 332之間。 構成該透射彩色液晶顯示器件的各種部件與液晶材料可 由共同使用的部件與材料構成，並因而省略其詳細說明。 137412.doc -75- 200952220 此外，藉由將該表面光源器件分成複數個區域並藉由獨 立地動態控制每一區域，可進一步增加相對於該彩色液晶 顯示器件之照度的動態範圍。明確地說，該表面光源器件 係針對每一影像顯示框來分成複數個區域，並且該表面光 源器件之壳度係依據每一區域中之一影像信號予以改變 (例如，该表面光源器件之每一區域的照度係與一影像之 對應區域的最大照度成比例地改變）。在此情況下，在該 衫像之一較亮區域中，該表面光源器件之對應區域係變 冗，而在該影像之一較暗區域中，該表面光源器件之對應 區域係變暗。藉此，可顯著改良該彩色液晶顯示器件之對 比率。此外，可減低平均電力消耗。在此技術中，重要的 係減小該表面光源器件的區域之間的色彩不均勻性❶在 GaN基半導體發光元件中，在生產期間容易發生發光色彩 的變更。然而，在範例9中使用的GaN基半導體發光元件 之每一者與範例i至5中說明的GaN基半導體發光元件丄與 1A之任一者相同，並因而可能實現其中該等區域之間的發 光色彩之變更係抑制之一表面光源器件。此外，除用作光 源的GaN基半導體發光元件的操作電流密度（或驅動電流） 之控制以外，還可藉由控制驅動電流之脈衝寬度及/或驅 動電流之脈衝密度來控制用作光源的GaN基半導體發光元 件的照度（亮度）。因此，可更可靠且容易地動態且獨立地 控制複數個分割區域之每一者。明確地說，例如，可藉由 驅動電流（操作電流）之峰值電流值來控制該表面光源^件 之每一區域的照度，並可藉由控制驅動電流之脈衝寬度及/ 137412.doc -76- 200952220 或脈衝密度來精細地控制該照度。替代地，與此4 η 藉由控制驅動電流之脈衝寬度及，或脈衝密度目:二 表面光源器件的照度’並可藉由驅動電流(操作電流 值電流值來精細地控制該照度。 範例1 〇
範例10係範例9之-修改。在範例9中，已說明_直接型 表面光源器件。另-方面，在範例1G中，將說明一邊緣光 型表面光源器件。圖27係範例10之—彩色液晶顯示器件總 成的示意圖。範例10中的彩色液晶顯示器件之示意部分斷 面圖與圖26所示之示意部分斷面圖相同。 範例10之一彩色液晶顯示器件總成3〇〇Α包括一透射彩色 液晶顯不器件310，其包括：一前面板32〇，其具有一透 明第一電極324; (b) —後面板330,其具有一透明第二電極 334 ;以及（c)一液晶材料327，其係佈置在該前面板32〇與 該後面板330之間；以及（d)—表面光源器件（邊緣光型背 光）350，其係由一光導板370與一光源36〇構成並自後面板 側輻射光至該彩色液晶顯示器件310〇該光導板37〇係佈置 以便面對該後面板330。 該光源360係由（例如）紅色發光AlGalnP基半導體發光元 件、綠色發光GaN基半導體發光元件及藍色發光GaN基半 導體發光元件構成。圖27不顯示此等半導體發光元件。該 等綠色發光GaN基半導體發光元件與該等藍色發光GaN基 半導體發光元件之每一者可係與範例1至5中說明的GaN基 半導體發光元件1與1A之任一者相同。構成該彩色液晶顯 1374I2.doc •77· 200952220 不器件310的前面板32〇與後面板33〇之組態與結構可係與 參考圖26說明的範例9之前面板32〇與後面板33〇的該些組 態與結構相同，並因而省略其詳細說明。 由（例如）一聚碳酸酯樹脂構成之光導板3 7 〇具有一第一 表面（底部表面）371、與該第一表面371相對之—第二表面 (頂部表面）373、一第一側表面；374、一第二侧表面375、與 该第一側表面374相對之—第三側表面376及與該第二側表 面375相對之一第四側表面。更明確地說，整體上，該光 導板370具有一楔狀截頭四邊金字塔形狀。該截頭四邊金 字塔之兩個相對侧表面對應於該第一表面371與該第二表 面373,並且該截頭四邊金字塔之底部表面對應於該第一 側表面3 74。s亥第一表面3 7丨具有一不規則部分3 。當沿 在入射至該光導板370之光的方向上延伸並垂直於該第一 表面371之一假定平面切割該光導板37〇時，該連續不規則 部分之斷面形狀係三角形。即，在該第一表面371上提供 的不規則部分372係稜鏡形的。該光導板37〇之第二表面 373可以係一平滑表面（即，鏡面），或可具備具有一擴散效 應之不規則性，該不規則性係藉由爆炸形成（即，精細不 規則表面）。一反射部件381係配置以便面對該光導板370 之第一表面371。該彩色液晶顯示器件3 1〇係配置以便面對 »亥光導板370之第二表面373。此外，一擴散薄片382與一 稜鏡薄片383係配置於該彩色液晶顯示器件31〇與該光導板 之第二表面373之間。自該光源36〇發射之光自該光導 板370之第一側表面374(例如，對應於該截頭四邊金字塔 137412.doc -78- 200952220 之底部表面的表面）進入該光導板370，與該第一表面371 上之不規則部分3 7 2碰撞以係散射，自該第一表面3 71發 射’在該反射部件381上反射，再次進入該第一表面371， 自該第二表面373發射，通過該擴散薄片382與該稜鏡薄片 3 83，並照射該彩色液晶顯示器件310。 已在較佳範例的基礎上說明本發明。然而，本發明並不 限於此等範例。範例中說明的GaN基半導體發光元件之組 態與結構及包括該GaN基半導體發光元件之發光元件總 成、發光裝置、影像顯示裝置、表面光源器件與彩色液晶 顯示器件總成僅係說明性。構成此等裝置之部件、材料及 類似者僅係說明性並可予以適當改變。可反轉該GaN基半 導體發光元件中的層壓之順序。該直視型影像顯示裝置可 以係其中一影像係投影在人的視網膜上之一影像顯示裝 置。該GaN基半導體發光元件可構成一半導體雷射。 本申月案包含與2008年4月14曰向日本專利局申請之曰 本優先專利申請案JP 2008-104405所揭示有關之標的，其 全部内容在此以引用方式併入。 熟習此項技術者應明白’可根據設計要求與其他因素進 行各種修改、組合、次組合與變更，只要其係在隨附申請 專利範圍或其等效物的範疇内即可。 【圖式簡單說明】 圖1Α係範例1之一 GaN基半導體發光元件的示意部分斷 面圖； 圖1B包括顯示構成範例1之GaN基半導體發光元件之一 137412.doc •79· 200952220 作用層的井層與障壁層之一層壓狀態的視圖與顯示該等井 層與該等障壁層中銦（In)之比例的圖式； 圖2包括顯示構成範例2之一 GaN基半導體發光元件之一 作用層的井層與障壁層之一層壓狀態的視圖與顯示該等井 層與該等障壁層中銦（In)之比例的圖式； 圖3係顯示範例1與比較範例1之GaN基半導體發光元件 之每者中的操作電流密度（安培/cm2)與光學輸出（gw)之 間的關係之圖表； 圖4係顯示在範例1與比較範例1之GaN基半導體發光元 件中當操作電流密度係自6〇安培/cm2改變至3〇〇安培/cm2時 光發射峰值波長的偏移量之結果的圖表； 圖5係在該GaN基半導體發光元件之特性評估期間一 基半導體發光元件的示意圖； 圖6 A係範例4之一 G a N基半導體發光元件的示意部分斷 面圖； 圖6B係顯示範例4之GaN基半導體發光元件中之一第一 GaN基化合物半導體層、一作用層、一層壓結構（第三 基化合物半導體層）及一第二GaN基化合物半導體層等的結 構之視圖； 圖7係顯示範例5之一 GaN基半導體發光元件中之一第一 GaN基化合物半導體層、一作用層、一層壓結構（一第三
GaN基化合物半導體層）及一第二GaN基化合物半導體層等 的結構之視圖； 圖8係範例6之一發光元件總成的示意部分斷面圖； 137412.doc -80- 200952220 圖9A與9B係說明生產範例6之發光元件總成夕 一方法的 一 GaN基半導體發光元件等之示意斷面圖； 圖10A與10B係在生產範例6之發光元件總成之 〜〜万法令已 實行圖9B所示之步驟之後該GaN基半導體發光元件等 _ 意斷面圖； 圖11A與11B係在生產範例6之發光元件總成之 〜〜々法中已 實行圖10B所示之步驟之後該GaN基半導體發光元件等之 不意斷面圖； 圖12A與12B係在生產範例6之發光元件總成之方法中已 實行圖11B所示之步驟之後該GaN基半導體發光元件等之 示意斷面圖； 圖13A與13B係在生產範例6之發光元件總成之方法令已 貫行圖12B所示之步驟之後該GaN基半導體發光元件等之 不意斷面圖； 圖14A係範例6中之一被動矩陣型、直視型影像顯示裝置 (具有一第一結構之影像顯示裝置_A)的電路圖； 圖14B係具有配置成二維矩陣的GaN基半導體發光元件 之一發光元件面板的示意斷面圖； 圖15係範例6中之一主動矩陣型、直視型影像顯示裝置 (具有該第一結構之影像顯示裝置_B)的電路圖； 圖16係包括具有配置成二維矩陣的範例6或範例7之GaN 基半導體發光tl件的—發光元件面板之—投影型影像顯示 裝置（具有一第二結構之影像顯示裝置）的示意圖； 圖17係包括範例6中之一紅色發光元件面板、一綠色發 137412.doc • 81 - 200952220 光兀件面板、-藍色發光元件面板之一投影型色彩影像顯 不裝置（具有-第二結構之影像顯示裝置）的示意圖； 圖18係包括範例6中之一 GaN基半導體發光元件與一光 透射控制器件之-投影型影像顯示裝置（具有一第四結構 之影像顯示裝置）的示意圖； 圖19係包括三組範例6中之⑽基半導體發光元件與三 組光透射控制器件之—投影型彩色影像顯示裝置（具有# * 第四結構之影像顯示裝置）的示意圖； 圖2 0係包括範例6中之發光元件面板與-光透射控制n Ο 件之型影像顯示裝置（具有一第五結構之影像顯示 裝置）的示意圖； 圖21係包括三組範例6中之GaN基半導體發光元件盥三 組光透射控制器件之-投影型彩色影像顯示裝置（具i 一 第六結構之影像顯示裝置）的示意圖； 圖22係包括三組範例6中之_基半導體發光元件與一
光透射控制器件之一投影型彩色影像顯示裝置（具有二第 七結構之影像顯示裝置）的示意圖； Q 圖23係包括三組範例6中之發光元件面板與一光透射控 制器件之—投影型彩色影像顯示裝置（具結狀 · 景夕像顯示裝置）的示意圖； 圖24係軌例7中之—主動矩陣型、直視型彩色影像顯示 裝置(具有—第九或第十結構之影像顯示裝置)的電路圖； 圖25A係顯示範例9之一表面光源器件中的發光元件之配 置的不意圖； 137412.doc -82 - 200952220 圖2 5 B係一表面光源器件與一彩色液晶顯示器件總成的 示意部分斷面圖； 圖26係一彩色液晶顯示器件的示意部分斷面圖；及 圖27係範例10之一彩色液晶顯示器件總成的示意圖。 【主要元件符號說明】 I GaN基半導體發光元件 1A GaN基半導體發光元件 1B 藍色發光GaN基半導體發光元件
1G 綠色發光GaN基半導體發光元件 1R AlGalnP基半導體發光元件或GaN基半導體發 光元件/紅色發光GaN基半導體發光元件 10 發光元件形成基板 II 下層 21 第一 GaN基化合物半導體層 22 第二GaN基化合物半導體層 23 雜質擴散防止層 24 第一電極 25 第二電極 30 作用層 31 井層 32 恒定組成物障壁層 33 變化組成物障壁層 33A 第一區域 33B 第二區域 137412.doc -83 - 200952220 40 層壓結構 41 層壓單元 42 GaN基化合物半導體層/摻雜Mg的GaN層 43 未摻雜GaN基化合物半導體層/未摻雜GaN層 50 第三GaN基化合物半導體層 53 未摻雜GaN基化合物半導體層/未摻雜GaN層 60 暫時固定基板 61 黏合層 70 轉移基板 71 略微黏合層 80 黏著基板 81 黏合層 90 黏合層 91 第二絕緣層 92 開口 93 第二佈線 94 黏合層 95 支撐部件 96 第一絕緣層 97 開口 98 第一佈線 140 層壓結構 141 層壓單元 143 未摻雜GaN基化合物半導體層 137412.doc -84- 200952220 143A 第一層 143B 第二層 143C 第三層 150 第三GaN基化合物半導體層 153 未摻雜GaN基化合物半導體層/未摻雜GaN層 153A 第一層 153B 第二層 153C 第三層 Ο 200 發光元件面板 200Β 藍色發光元件面板 200G 綠色發光元件面板 200R 紅色發光元件面板 201 支撐體 202 X方向佈線 203 Y方向佈線 ο 204 透明基底部件 205 微透鏡 206 投影機透鏡 207 二向色棱鏡 ' 208 液晶顯示器件/光透射控制器件 208Β 液晶顯示器件/藍光透射控制器件 208G 液晶顯示器件/綠光透射控制器件 208R 液晶顯示器件/紅光透射控制器件 209 光導部件 137412.doc •85- 200952220 209B 光導部件 209G 光導部件 209R 光導部件 210 散熱片 221 行驅動器 222 列驅動器 223 行驅動器 224 列驅動器 225 驅動器 300 彩色液晶顯示器件總成 300A 彩色液晶顯示器件總成 310 透射彩色液晶顯示器件 320 前面板 321 第一基板 322 彩色濾光片 323 外套層 324 透明第一電極 325 對準層 326 偏振膜 327 液晶材料 330 後面板 331 第二基板 332 切換元件 334 透明第二電極 137412.doc -86- 200952220 335 對準層 336 偏振膜 337 絕緣層 340 表面光源器件（直接型背光） 341 外殼 342A 底部表面 342B 側表面 343 外框架 Φ 344 内框架 345Α 間隔物 345Β 間隔物 345C 間隔物 346 導引部件 347 支架部件 350 表面光源器件（邊緣光型背光） φ 351 擴散板 352 擴散薄片 353 稜鏡薄片 354 偏振轉換薄片 ' 355 反射薄片 360 光源 370 光導板 371 第一表面（底部表面） 372 不規則部分 137412.doc •87- 200952220
373 374 375 376 381 382 383 R UN 第二表面（頂部表面） 第一側表面 第二側表面 第三側表面 反射部件 擴散薄片 稜鏡薄片 紅色發光半導體發光元件 發光元件單元 137412.doc -88-
Claims (1)
- 200952220 七、申請專利範園： 1. 一種GaN基半導體發光元件，其包含二 ()11導電率類型之一第一 GaN基化合物半導體層； (B) 作用層，其具有一多量子井結構，該多量子 井結構包括井層與分開鄰近井層之障壁層； (c) P導電率類型之一第二GaN基化合物半導體層； (D) 一第一電極，其係電連接至該第—6心基化合物 半導體層；以及 (E) 一第二電極，其係電連接至該第二GaN基化合物 半導體層， 其中構成該作用層的該等障壁層之至少一者係由 變 化組成物障壁層構成，以及 該變化組成物障壁層之組成物在其厚度方向上改變， 使得在該變化組成物障壁層之一第一區域中的帶隙能量 ，低於在該變化組成物障壁層之―第二區域中的帶隙能 量，該第—區域係鄰近於在更接近該kGaN基化合物 半導體層之-側上佈置之—井層與該變化組成物障壁層 之間之一邊界，該第二區域係鄰近於在更接近該第一 . ⑽基化合物半導體層之-側上佈置之—井層與該變化 ， 組成物障壁層之間之一邊界。 2. 如請求们之⑽基半導體發光元件，其中該變化組成物 障壁層之該組成物在該厚度方向上逐梯階改變。 3. 如請求項2之GaN基半導體發光元件， 其中s亥變化組成物障壁層之該組成物在該厚度方向上 137412.doc 200952220 以兩個梯階改變，以及 當在更接近該第一 GaN基化合物半導體層之該側上佈 置的該井層與該變化組錢障壁層 < 間的該邊界係假定 為參考時，於其該組成物改變的該厚度方向上之—位 置to滿足以下關係： 〇-〇itB<t0<o.5tB 其中tB表示該變化組成物障壁層之厚度。 4. 如請求項1之GaN基半導體發光元件，其中該變化組成物 障壁層之该組成物在該厚度方向上連續地改變。 5. 如請求項1之GaN基半導體發光元件， 其中該變化組成物障壁層之該第二區域之該組成物係 GaN， 該變化組成物障壁層之該第一區域之該組成物係 InzGa(1-z)N，以及 該等井層之每一者之該組成物係InyGa(i y)N(其中 y>z) ° 6. 如請求項5之GaN基半導體發光元件，其中滿足該關係 1χ1〇·4<ζ<3χ1〇·2 〇 7. 如請求項1之GaN基半導體發光元件， 其中該變化組成物障壁層之該第二區域之該組成物係 AlGaN， s玄變化組成物障壁層之s亥第一區域之該組成物係 或 InzGa(i-z)N，以及 該等井層之每一者之該組成物係InyGa(i y)N(其中 137412.doc 200952220 y>z)。 8. 9. 10. ❹11. 12. 13. 14. Φ 如請求項1之GaN基半導體發光元件’其中井層之數目係 在6至15之範圍内。 如請求項8之GaN基半導體發光元件，其中變化組成物障 壁層之該數目係障壁層之總數的1/2或更多。 如請求項9之GaN基半導體發光元件，其中該等變化組成 物障壁層佔據更接近該第二GaN基化合物半導體層之位 置。 如請求項1之GaN基半導體發光元件，其中施加至該作用 層之一電流的密度係50安培/cm2或更多。 如請求項1之GaN基半導體發光元件，其中該作用層具有 在1 〇 至1 〇 8 m2之範圍内之一面積。 如請求項1之GaN基半導體發光元件，其中該GaN基半導 體發光元件具有在lxl〇-7至1 xl〇-5 m之範圍内之一厚度。 如請求項1至13中任一項之GaN基半導體發光元件，其進 一步包含： (F) -雜質擴散防止層’其用於防止_p型雜質擴散 至該作用層中’該雜質擴散防止層係由_未摻雜_基 化合物半導體構成，以及 (G) —層壓結構， 該雜質擴散防止層與該層壓結構係按順序自作用層側 佈置於該作用層與該第二GaN基化合物半導體層之門 其中該層壓結構包括至少-層遂單元，其二導0電率 類型之一 GaN基化合物半導體層與— 千 未摻雜GaN基化合 137412.doc 200952220 物半導體層係按該順序自該作用層側層壓。 κ如請求項α13中任—項之GaN基半導體發光元件，其進 一步包含： (F) 一雜質擴散防止層，其用於防止一 p型雜質擴散 至該作用層中’ s亥雜質擴散防止層係由一未摻雜基 化合物半導體構成，以及 (G) P導電率類型之一第三GaN基化合物半導體層， 該雜質擴散防止層與該第三GaN基化合物半導體層係 按該順序自該作用層侧佈置於該作用層與該第二㈣基 化合物半導體層之間， 其中至少一未摻雜GaN基化合物半導體層係提供於該 第三GaN基化合物半導體層之一側上，該侧係更接近該 弟—GaN基化合物半導體層。 16. —種發光元件總成，其包含： —支撐部件；以及 —GaN基半導體發光元件，其係佈置於該支撐部件 上， 其中該GaN基半導體發光元件包括 (A) η導電率類型之一第一 GaN基化合物半導體 層； (B) 一作用層，其具有一多量子井結構，該多量 子井結構包括井層與分開鄰近井層之障壁層； (C) P導電率類型之一第二GaN基化合物半導體 層； 137412.doc 200952220 (D) 一第一電極’其係電連接至該第一 GaN基化合 物半導體層；以及 (E) 一第二電極，其係電連接至該第二GaN基化合 物半導體層， 其中構成该作用層的該等障壁層之至少一者係由一變 化組成物障壁層構成，以及 該變化組成物障壁層之該組成物在其厚度方向上改 變，使得在該變化組成物障壁層之一第一區域中的帶隙 能量係低於在該變化組成物障壁層之一第二區域中的帶 隙能量，該第一區域係鄰近於在更接近該第二GaN基化 合物半導體層之一側上佈置之一井層與該變化組成物障 壁層之間之一邊界，該第二區域係鄰近於在更接近該第 一 GaN基化合物半導體層之一側上佈置之一井層與該變 化組成物障壁層之間之一邊界。 17. —種發光裝置，其包含： (a) —GaN基半導體發光元件；以及 (b) —色彩轉換材料，其係藉由自該GaN基半導體發 光元件發射的光來激發以發射具有與該發射光之一波長 不同之波長的光， 其中該GaN基半導體發光元件包括 (A) n導電率類型之一第一 GaN基化合物半導體 層； (B) 一作用層，其具有一多量子井結構，該多量 子井結構包括井層與分開鄰近井層之障壁層； I37412.doc 200952220 (c) P導電率類型之一第二GaN基化合物半導體 層； (D) 一第一電極，其係電連接至該第—QaN基化合 物半導體層；以及 (E) 一第二電極，其係電連接至該第二GaN基化合 物半導體層， . 其中構成該作用層的該等障壁層之至少一者係由一 . 變化組成物障壁層構成，以及 該變化組成物障壁層之該組成物在其厚度方向上& ❹ 變，使得在該變化組成物障壁層之__第__區域中的帶隙 能量係低於在該變化組成物障壁層之一第二區域中的帶 隙能1，該第—區域係鄰近於在更接近該第二_基化 口物半導體層之-側上佈置之_井層與該變化組成物障 土層之間之if界，s亥第二區域係鄰近於在更接近該第 - GaN基化合物半導體層之一側上佈置之一井層與該變 化組成物障壁層之間之一邊界。 18 -種驅動-GaN基半導體發光元件之方法，該㈣基半 ◎ 導體發光元件包括 (A) η導電率類型之一第一 GaN基化合物半導體層； (B) 一作用層，其具有一多量子井結構，該多量子 井結構包括井層與分開鄰近井層之障壁層丨 · (C) p導電率類型之—第二㈣基化合物半導體層； (D) 一第一電極，其係電連接至該第一 GaN基化合物 半導體層；以及 137412.doc -6 - 200952220 (E) 一第二電極，其係電連接至該第二GaN基化合物 半導體層， 其中構成該作用層的該等障壁層之至少一者係由一變 化組成物障壁層構成，以及 該變化組成物障壁層之該組成物在其厚度方向上改 變，使得在該變化組成物障壁層之一第一區域中的帶隙 月&量係低於在該變化組成物障壁層之一第二區域中的帶 隙能量，該第一區域係鄰近於在更接近該第二GaN基化 合物半導體層之一側上佈置之一井層與該變化組成物障 壁層之間之一邊界，該第二區域係鄰近於在更接近該第 一 GaN基化合物半導體層之一側上佈置之一井層與該變 化組成物障壁層之間之一邊界， 該方法包含： 以50安培/cm2或更多之一電流密度將一電流施加至該 作用層之一步驟。 19. 一種影像顯示裝置，其包含： 一 GaN基半導體發光元件，其用於顯示一影像， 其中該GaN基半導體發光元件包括 (A) η導電率類型之一第一 GaN基化合物半導體 層； (B) —作用層，其具有一多量子井結構，該多量 子井結構包括井層與分開鄰近井層之障壁層； (C) p導電率類型之一第二GaN基化合物半導體 層； 137412.doc 200952220 (D) —第 ''電極， 物半導體層；以及 (E) —第二電極， 物半導體層， 其係電連接至該第一 GaN基化合 其係電連接至該第二GaN基化合 料成該作用層的該等障壁層之至少-者係由-變化、.且成物障壁層構成，以及 該變化組成物障壁層之該組成物在其厚度方向上改 變，使得在該變化組成物障壁層之-第-區域中的帶隙 能量係低於在該變化組成物障壁層之—第：區域中的帶 隙能量，該第一區域係鄰近於在更接近該第二㈣基化 合物半導體層之-側上佈置之—井層與該變化組成物障 I層之間t it# 1¾第—區域係、鄰近於在更接近該第 一⑽基化合物半導體層之-側上佈置之-井層與該變 化組成物障壁層之間之一邊界。 137412.doc
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