TWI364117B - - Google Patents

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TWI364117B
TWI364117B TW095133395A TW95133395A TWI364117B TW I364117 B TWI364117 B TW I364117B TW 095133395 A TW095133395 A TW 095133395A TW 95133395 A TW95133395 A TW 95133395A TW I364117 B TWI364117 B TW I364117B
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TW
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gan
layer
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TW095133395A
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Goshi Biwa
Hiroyuki Okuyama
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Sony Corp
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Description

1364117 九、發明說明： 【發明所屬之技術:領域】 本發明係關於GaN系半導體發光元件、裝入有該GaN系 半導體發光元件之發光裝置、圖像顯示裝置、面狀光源裝 置、及液晶顯示裝置組裝體。 【先前技術】 於具備含有氮化鎵（GaN)系化合物半導體之活性層的發 光元件（GaN系半導體發光元件）中，根據活性層之混晶結 ® 構及厚度控制能隙能量’藉此可實現遍及自紫外至紅外之 廣範圍之發光波長。繼而’發出各種顏色光之GaN系半導 體發光元件業已有售’並已應用於圖像顯示裝置或照明裝 置、檢查裝置、消毒用光源等廣泛用途。又，發出藍紫色 光之半導體雷射及發光二極體（LED)亦得以開發，且作為 大容量光碟之寫入及讀取用之讀寫頭使用。 一般眾所周知的是，對於GaN系半導體發光元件而言， 若驅動電流（動作電流）增加，則發光波長移動至短波長 W 侧’例如，於使驅動電流自20 mA增加至1〇〇 mA之情形時 報告有：於藍色發光區域中，發光波長移動-3 nm，於綠 色發光區域中，發光波長移動-19 nm (例如，參照日亞化 學工業股份有限公司產品說明書NSPB500S或曰亞化學工 業股份有限公司產品說明書NSPG500S)。 繼而，此種因驅動電流（動作電流）增加而引起發光波長 移動之現象’尤其於具有可見光以上之發光波長之包含含 有In原子之GaN系化合物半導體的活性層中係共通之問 1122H.doc 1364117 通，其與於構成活性層之井層内局部存在之In原子之載子 (例如，參照 Y. Kawakami，Et al.，j. PhyS c〇ndens 驗⑽ 13 (2001) pp· 6993)，或因晶格不匹配而引起之内部場效 (參照 S. F. Chichibu，Materials Science and Engineering B59 (1999) pp. 298)有關。 繼而，業者亦嘗試控制.此種GaN系半導體發光元件之發 光波長’例如於曰本專利特開2002_237619號公報中，揭 示有如下之發光二極體之發光色控制方法’藉由將具有複 數個峰值電流值之脈衝電流供給至發光二極體而使之發出 複數種顏色之光，其中上述發光二極體，其發光波長隨電 流值之變化而變化。藉此，對於該發光二極體之發光色控 制方法而言，可使發光源為一處而實現小型化，並且可容 易地控制發光色。 又’例如’於日本專利特開2003-22052號公報中揭示有 如下之發光元件之驅動電路，其對被同時驅動之複數個發 光元件進行驅動。該發光元件之驅動電路包含：發光波長 校正機構，其對供給至該發光元件之電流進行控制，藉此 校正複數個發光元件間之發光波長的不均一；以及發光亮 度校正機構’其校正複數個發光元件間之亮度的不均一。 藉此，於該發光元件之驅動電路中，即使係因製作上之不 均一而難以均勻發光之發光元件’亦可有效校正發光元件 間之不均一。 然而’於GaN系半導體發光元件中’為高效率化，關於 具有包含井層與障壁層之多重量子井構造的活性層，提倡 U2211.doc
成，故而可提高具有多重量子 特表2003-520453號公報 1几件，其於含有至少2個發光 罾之多重量子井構造的活性層 啁啾。此處，所謂啁啾係指以 或組成不一樣之方式，或者 等層。繼而，因具有此種構 輸出或光生成效率。 量子井構造之LED之各井層的光 更具體而言，於每室 、该專利申睛案公表公報之段落序號 另如下構成作為第1例，即僅使LED30之活
400 ' 500 ' 及600 [0031]中，揭示有如+ 埃之厚度°又’於該專利中請案公表公報之段落序號 [0032]中’揭示有如下構成作為第3例，即僅使屏障層 58 64之厚度不同，屏障層具有自大致1〇埃至大致$⑽埃以 上之厚度，使位於更接近1!型下部封層34處之屏障層，厚 於位於遠離η型下部封層34處之屏障層。 [專利文獻1]日本專利特開2〇〇2-；237619號公報 [專利文獻2]曰本專利特開2〇〇3_22〇52號公報 [曰本專利特開3]曰本專利特表2003-5204 53號公報 [非專利文獻1]曰亞化學工業股份有限公司產品說明書
NSPB500S
[非專利文獻2]日亞化學工業股份有限公司產品說明書
NSPG500S 112211.doc 1364117 [非專利文獻 3] Y. Kawakami，et al.，J. Phys. Condenss. Matter 13 (2001) pp. 6993 [非專利文獻 4] S. F· Chichibu, Materials Science and Engineering B59 (1999) pp. 298 [非專利文獻5]曰經電子2004年12月20曰第889號之第128頁 【發明内容】 作為用以增加GaN系半導體發光元件之光輸出之一種方 法’可列舉以高驅動電流（動作電流）使GaN系半導體發光 元件驅動（動作）之方法。然而，採用此種方法時，如上所 述’將產生因驅動電流（動作電流）增加而引起發光波長移 動之問題。因此’對於相對於先前之動作電流密度，發光 波長變化大之GaN系半導體發光元件而言，為於使亮度變 化時’不使發光色產生變化，一般採用如下方式，即使動 作電流密度固定’並改變動作電流之脈衝寬度（或脈衝密 度）。 又’例如，於如下之圖像顯示裝置中，存在因各發光二 極體之發光波長移動而於顯示影像中產生不均一之情形， 該圖像顯示裝置構成為使具有藍色發光波長之GaN系半導 體發光元件（發光二極體）、具有綠色發光波長之〇aN系半 導體發光元件（發光二極體）、及具有紅色發光波長之 AlInGaP系化合物之半導體發光二極體，對應於各次像素 而進行排列。於該圖像顯示裝置中，雖可調整像素間之色 度座標或亮度，但如上所述，於發光元件之發光波長移 動’並成為與所期望之發光波長不同之發光波長時，存在 112211.doc 1364117 調整後之色彩重現範圍變窄之問題。 進而，於包含GaN糸半導體發光元件與色轉換材料之發 光裝置（例如，組合紫外或藍色發光二極體與螢光體粒子 而發出白光之發光裝置）中，存在如下情形，即若為使發 光裝置之*^度（明亮度）增加而使GaN系半導體發光元件之 驅動電流（動作電流）增加，則因激發色轉換材料之GaN系 半導體發光元件之發光波長移動，色轉換材料之激發效率 產生變化’且色度產生變化，故而難以獲得色調均勻之發 • 光裝置。 又’雖建議有具備使用有GaN系半導體發光元件之背光 之液晶顯示裝置，但於該液晶顯示裝置中，亦可能產生如 下問題’即若為使背光之亮度（明亮度）增加而使GaN系半 導體發光元件之驅動電流（動作電流）增加，則因GaN系半 導體發光元件之發光波長移動’色彩重現範圍變窄，或產 生變化。 為降低GaN系半導體發光元件之照明裝置、背光、顯示 ® 器等之成本或實現高密度化（高精細化），必須使發光元件 之尺寸自先前之300 μιη見方或1 mm見方變得更小，但若 為相同動作電流’則動作電流密度變高，故而高動作電流 密度下之發光波長之移動將成為問題。又，作為GaN系半 導體發光元件之應用，可列舉排列有微型發光元件之顯示 裝置，但對於此種微型發光元件而言，重要的是，於應用 至顯示裝置時，減少發光波長之移動。 於上述專利申請案公表公報中’僅揭示有逐步改變屏障 112211.doc •10· 1364117 層之組成之計算例，但未具體揭示非對稱性及其效果。進 而，於上述專利申請案公表公報或上述文獻中，絲毫未揭 示即使動作電流密度增大亦可抑制發光波長大幅移動之技 術。 因此，本發明之目的在於提供如下之GaN系半導體發光 元件、裝入有該GaN系半導體發光元件之發光裝置、圖像 顯示裝置、面狀光源裝置、及液晶顯示裝置組裝體，其中 上述GaN系半導體發光元件具有可抑制伴隨動作電流密度 增大而產生之發光波長之較大移動的結構，並且可於更廣 範圍内進行亮度控制。 用以達成上述目的之本發明之GaN系半導體發光元件， 其特徵在於包含： (A) 具有η型導電型之第1GaN系化合物半導體層； (B) 具有多重量子井構造之活性層，上述多重量子井構 造含有井層及分隔井層與井層之障壁層；及 (C) 具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層；且 並且於使活性層之第lGaN系化合物半導體層側之井層 密度為1，使第2GaN系化合物半導體層侧之井層密度為t 時’以滿足dfd2之方式配置活性層之井層。 用以達成上述目的之本發明之發光裝置，其特徵在於包 含：GaN系半導體發光元件；以及色轉換材料，其射入有 來自上述GaN系半導體發光元件之射出光，且射出波長與 來自GaN系半導體發光元件之射出光之波長不同的光，
GaN系半導體發光元件包含： 112211.doc I364U7 (A) 具有11型導電型的第IGaN系化合物半導體層； (B) 具有多重量子井構造之活性層上述多重量子井構 造包含井層以及分隔井層與井層之障壁層；及 (C) 具有P型導電型之第2GaN系化合物半導體層； 並且於使活性層之第1GaN系化合物半導體層側之井層 密度為d!使第2GaN系化合物半導體層側之井層密度為& 時，以滿Sl'd2之方式配置活性層之井層。 此處，本發明之發光裝置中，作為來自GaN系半導體發 光元件之射出光，可列舉可見光、紫外線以及可見光與紫 外線之組合。 本發明之發光裝置可為如下之構成，即來自GaN系半導 體發光元件之射出光為藍色，來自色轉換材料之射出光為 選自由黃色、綠色及紅色所組成之群中之至少一種光。此 處，作為由來自GaN系半導體發光元件之藍色射出光所激 發’且射出红色光之色轉換材料，具體而言，可列舉紅色 發光螢光體粒子，更具體而言，可列s [其中， 「ME」係指選自由ca、Sr及Ba所組成之群中之至少一種 原子，以下亦相同]、（M:Sm)x(Si，Al)12(〇，N)16 [其中， 「Μ」係指選自由Li、Mg、及Ca所組成之群中之至少一種 原子’以下亦相同]、ME2Si5N8:Eu、（Ca:Eu)SiN2以及 (Ca:EU)AlSiN3。又，作為由來自GaN系半導體發光元件之 藍色射出光所激發，且射出綠色光之色轉換材料，具體而 言可列舉綠色發光螢光體粒子，更具體而言可列舉 (ME:Eu)Ga2S4、（M:RE)x(Si，Al)12(0，N)16 [其中，rRE」係 112211.doc 1364117 ^Tb^Yb]^ (M.Tb)x(SijAl)12(〇}N)l6 . (M:Yb)x(Si,Al)12 〇，n)16以及Si6.zaiz〇zN8.z:Eu。進而，作為由來自㈣系 半導體發光元件之藍色射出光所㈣，且射出黃色光之色 轉換材料，具體而言可列舉黃色發光營光體粒子更具體 而言可列舉YAG (紀•铭•石權石）系螢光體粒子。再者，色 轉換材料可使用1種，亦可混合使用2種以上。進而可藉 由混合使用2種以上之色轉換材料，而自色轉換材料混合 。《射出育色、綠色、紅色以外顏色之射出光。具體而言， 例如，亦可為發出藍綠色之構成，於該情形時，亦可使用 /昆。有綠色發光營光體粒子（例如，Lap〇4:ce，Tb、
BaMgAl1G017:Eu，Mn、Zn2Si04:Mn、MgAluChrCe’Tb、 Y2Si〇5:Ce，Tb、MgAlHOaCiTb’Mn)與藍色發光勞光體粒 子（例如 ’ BaMgAl1()〇17:Eu、BaMg2Ali6027:Eu、 Sr2P2〇7:Eu、Sr5(P〇4)3Cl:Eu、（Sr，Ca，Ba，Mg)5(P〇4)3 Cl:Eu、CaW04、CaW04:Pb)者。 於來自GaN系半導體發光元件之射出光為紫外線之情形 時’伴隨動作電流密度增加而產生之發光波長的移動較少， 但可期待藉由規定井層密度，而提高發光效率、降低臨限電 流。此處，作為由來自GaN系半導體發光元件之射出光、即 紫外線所激發，且射出紅色光之色轉換材料，具體而言可列 舉紅色發光螢光體粒子，更具體而言可列舉Y2〇3:Eu、 YV〇4：Eu 、 Y(P,V)04:Eu 、 3.5MgO«0.5MgF2*Ge2：Mn 、
CaSi03:Pb,Mn 、Mg6As〇u:Mn 、 (Sr)Mg)3(P04)3:Sn 、
La202S:Eu以及Y2〇2S:Eu »又，作為由來自GaN系半導體發 112211.doc -13- 光兀件之射出光'即紫外線所激發，且射出綠色光之色轉 換材料’具禮而言，可列舉綠色發光營光體粒子，更具體 而言’可列舉 LaP〇4:Ce，Tb、BaMgAli()〇i7:Eu，Mn、 ZnAO^Mn、MgAlu〇 丨 9:CeTb、Y2Si〇5:CeTb、
MgAlnOKdTbWn 以及 Si6 zAlz〇zN8 z:Eu。進而，作為 由來自GaN系半導體發光元件之射出光、即紫外線所激 發，且射出籃色光之色轉換材料，具體而言，可列舉藍色 發光螢光體粒子，更具體而言，列舉BaMgAl1()017:Eu、 BaMg2Al16〇27：Eu > Sr2P2〇7：Eu > Sr5(P〇4)3Cl:Eu . (Sr，Ca,Ba，Mg)5(P〇4)3ci:Eu、CaW04 以及 CaW04:Pb。進 而作為由來自GaN系半導體發光元件之射出光、即紫外 線所激發，且射出黃色光之色轉換材料，具體而言，可列 舉兴色發光螢光體粒子’更具體而言，可列舉YAG系螢光 體粒子。再者，色轉換材料可使用1種，亦可混合使用2種 以上。進而’可藉由混合使用2種以上之色轉換材料，而 自色轉換材料混合品射出黃色、綠色、紅色以外顏色之射 出光。具體而言，亦可為發出藍綠色光之構成，於該情形 時’亦可使用混合有上述綠色發光螢光體粒子與藍色發光 螢光體粒子者。 然而’色轉換材料並不限定於螢光粒子，例如，可列舉 奈米級之CdSe/ZnS或奈米級之矽等具有量子效應之多色、 南效率的發光粒子’並且眾所周知的是，添加至半導體材 料之稀土類原子因核内躍遷而發出銳利之光，故而亦可列 舉使用有此種技術之發光粒子。 112211.doc -14· 1364117 上述含有較好構成之本發明之發光裝置可為如下構成， 即可混合來自GaN系半導體發光元件之射出光與來自色轉 換材料之射出光（例如，黃色；紅色及綠色；黃色及紅 色；綠色、黃色及紅色）後，射出白色光，但並不限定於 此’亦可進行可變色照明或用於顯示器。 用以達成上述目的之本發明第1態樣之圖像顯示裝置， 其特徵在於：其係具備用以顯示圖像之GaN系半導體發光 元件者，且 該GaN系半導體發光元件包含： (A) 具有n型導電型之第1GaN系化合物半導體層； (B) 具有多重量子井構造之活性層，上述多重量子井構 造含有井層及分隔井層與井層之障壁層；及 (C) 具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層； 於使活性層之第IGaN系化合物半導體層側之井層密度 為旬，使第2GaN系化合物半導體層側之井層密度為d2時， 以滿足dfd2之方式配置活性層之井層。 此處’作為本發明第1態樣之圖像顯示裝置，例如，可 列舉以下所說明之構成、構造的圖像顯示裝置。再者，只 要未特別說明’則根據圖像顯示裝置所要求之規格，決定 構成圖像顯示裝置或發光元件面板之GaN系半導體發光元 件的數量即可。又，可根據圖像顯示裝置所要求之規格， 而更具備光閥。 (1)第1A態樣之圆像顯示裝置 被動式矩陣型或主動式矩陣型之直視式圖像顯示裝置， 112211.doc -15· 其具備： (c〇 GaN系半導體發光元件排列為2次元矩陣狀之發光元 件面板， 藉由控制GaN系半導體發光元件各自之發光/非發光狀 態，使GaN系半導體發光元件之發光狀態直接可見，以此 顯TJT圖像。 (2) 第1B態樣之圖像顯示裝置 被動式矩陣型或主動式矩陣型之投影式圖像顯示裝置， 其具備： (ct) GaN系半導體發光元件排列為2次元矩陣狀之發光元 件面板， 藉由控制GaN系半導體發光元件各自之發光/非發光狀 態’並投影於螢幕而顯示圖像。 (3) 第1C態樣之囷像顯示裝置 彩色顯示之圖像顯示裝置（直視式或投影式），其具備： (α)紅色發光元件面板，其發出紅色光之半導體發光元 件（例如，AlGalnP系半導體發光元件或GaN系半導體發光 元件。以下亦相同）排列為2次元矩陣狀； (β)綠色發光元件面板，其發出綠色光之半導體發光元 件排列為2次元矩陣狀； (γ)藍色發光元件面板’其發出藍色光之半導體發光元件 排列為2次元矩陣狀；以及 (δ)用以將自紅色發光元件面板、綠色發光元件面板、及 藍色發光元件面板射出之光集中於一束光路上之機構（例 112211.doc • 16- 如，為雙色稜鏡，以下說明中亦相同）， 並控制紅色發光半導體發光元件、綠色發光GaN系半導 體發光元件以及藍色發光GaN系半導體發光元件各自之發 光/非發光狀態" (4) 第1D態樣之圊像顯示裝置 如下之圖像顯示裝置（直視式或投影式），其具備： (a) GaN系半導體發光元件；以及 (β)用以控制自G aN系半導體發光元件射出之射出光的通 過/非通過之一種光閥、即光通過控制裝置[例如，為液晶 顯示裝置或數位微鏡裝置（DMD，Digital Device)、LCOS (Liquid Crystal On Silicon，發上液晶）， 以下說明中亦相同]， 並由光藉由控制裝置控制自GaN系半導體發光元件射出 之射出光的通過/非通過，藉此顯示圖像。再者，根據圖 像顯示裝置所要求之規格，決定GaN系半導體發光元件之 數量即可’可設置1個或複數個。又，作為用以將自GaN 系半導體發光元件射出之射出光引導向光通過控制裝置的 機構（光引導部件），可例示導光部件、微透鏡陣列、鏡片 或反射板、聚光透鏡。 (5) 第1E態樣之圖像顯示裝置 如下之圖像顯示裝置（直視式或投影式），其具備. (a) GaN系半導體發光元件排列為2次元矩陣狀之發光元 件面板，以及 (β)用以控制自GaN系半導體發光元件射出之射出光的通 112211.doc -17- 丄364117 過/非通過的光通過控制裝置（光閥）， 並藉由藉由光通過控制裝置控制GaN系半導體發光元件 所射出之射出光的通過/非通過，而顯示圖像。 (6)第1F態樣之圖像顯示裝置 彩色顯示之圖像顯示裝置（直觀型或投影顯示型），其具 備： …' (α)發出紅色光之半導體發光元件排列為2次元矩陣狀的 紅色發光元件面板，及用以控制自紅色發光元件面板射出 之射出光的通過/非通過之紅色光通過控制裝置（光閥）； (β)發出絲色光之GaN系半導體發光元件排列為2次元矩 陣狀的綠色發光元件面板’及用以控制自綠色發光元件面 板射出之射出光的通過/非通過之綠色光通過控制裝置（光 閥）； (7)發出藍色光之GaN系半導體發光元件排列為2次元矩 陣狀的藍色發光元件面板，以及用以控制自藍色發光元件 面板射出之射出光的通過/非通過之藍色光通過控制裝置 (光閥）；以及 (δ)用以將通過紅色光控制裝置、綠色光控制裝置以及藍 色光控制裝置之光集中於一束光路上之機構， 並由光通過控制裝置控制自該等發光元件面板射出之射 出光的通過/非通過，藉此顱示圖像。 (7)第1G態樣之囷像顯示裝置 色序法顯示之圖像顯示裝置（直視式或投影式），其具 備： 112211.doc 1364117 (〇0發出紅色光之半導體發光元件， (β)發出綠色光之GaN系半導體發光元件， (γ)發出藍色光之GaN系半導體發光元件，以及 (δ)用以將自紅色發光半導體發光元件、綠色發光GaN系 半導體發光元件以及藍色發光GaN系半導體發光元件各自 射出之光集中於一束光路上的機構，其更具備： (ε)用以控制自將光集中於一束光路上之機構射出之光之 通過/非通過的光通過控制裝置（光閥）， 並由光通過控制裝置控制自該等發光元件射出之射出光 的通過/非通過，藉此顯示圖像。 (8)第1Η態樣之圖像顯示裝置 色序法顯示之圖像顯示裝置（直視式或投影式），其具 備： (α)紅色發光元件面板，其發出紅色光之半導體發光元 件排列為2次元矩陣狀； (β)綠色發光元件面板，其發出綠色光之GaN系半導體發 光元件排列為2次元矩陣狀； (γ)藍色發光元件面板’其發出藍色光之GaN系半導體發 光元件排列為2次元矩陣狀；以及 (δ)用以將自紅色發光元件面板、綠色發光元件面板以及 藍色發光元件面板各自射出之光集中於一束光路上的機 構，其更具備 (ε)用以控制自將光集中於一束光路上之機構射出之光之 通過/非通過的光通過控制裝置（光閥）， 112211.doc -19· 1364117 並由光通過控制裝置控制自該等發光元件面板射出之射 出光的通過/非通過，藉此顯示圖像。 又’用以達成上述目的之本發明第2態樣之圖像顯示裝 置’其特徵在於包含發出藍色光之第1發光元件、發出綠 色光之第2發光元件以及發出紅色光之第3發光元件，且用 以顯示彩色圖像之發光元件單元排列為2次元矩陣狀， 構成第1發光元件、第2發光元件以及第3發光元件内之 至少一個發光元件之GaN系半導體發光元件具備： (A) 具有η型導電型之第lGaN系化合物半導體層； (B) 具有多重量子井構造之活性層，上述多重量子井包 含井層以及分隔井層與井層之障壁層；及 (C) 具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層； 於使活性層之第IGaN系化合物半導體層側之井層密度 為，使第2GaN系化合物半導體層側之井層密度為d2時， 以滿足d^d2之方式配置活性層之井層。 此處，作為本發明第2態樣之圖像顯示裝置，例如，可 列舉以下說明之構成、構造的圖像顯示裝置。再者，根據 圖像顯示裝置所要求之規格，決定發光元件單元之數量即 可。又’可根據圖像顯示裝置所要求之規格，進而具備光 閥。 (1)第2A態樣之圊像顯示裝置 被動式矩陣型或主動式矩陣型之直視式彩色顯示圖像裝 置’其藉由控制第1發光元件、第2發光元件以及第3發光 元件各自之發光/非發光狀態，使各發光元件之發光狀態 U2211.doc •20· 1364117 直接可見，以此顯示圖像。 (2) 第2B態樣之圖像顯示裝置 被動式矩陣型或主動式矩陣型之投影式彩色顯示圖像裝 置’其控制第1發光元件、第2發光元件以及第3發光元件 各自之發光/非發光狀態’並投影於螢幕，藉此顯示圖 像。 (3) 第2C態樣之囷像顯示裝置 色序法顯示之圖像顯示裝置（直視式或投影式），其具借 用以控制來自排列為2次元矩陣狀之發光元件單元之射出 光之通過/非通過的光通過控制裝置（光閥），並分時控制發 光元件單元之第1發光元件、第2發光元件以及第3發光元 件客自之發光/非發光狀態，進而由光通過控制裝置栌制 自第1發光元件、第2發光元件以及第3發光元件射出之射 出光的通過/非通過，藉此顯示圖像。 用以達成上述目的之本發明之面狀光源裝置，其特徵在 於，其係自背面照射透過型或半透過型之液晶顯示裝置 者， 作為面狀光源裝置所具備之光源之GaN系半導體發光元 件包含： (A) 具有n型導電型之第1GaN系化合物半導體層； (B) 具有多重量子井構造之活性層，上述多重量子井構 造包含井層以及分隔井層與井層之障壁層；及 (C) 具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層； 於使活性層之第IGaN系化合物半導體層侧之井層密度 112211.doc -21 - 1364117 為心使第2GaN系化合物半導體層側之井層密度為d2時， 、滿足七<(12之方式配置活性層之井層。 用以達成上述目的之本發明之液晶顯示裝置組裝體，其 特徵在於.其係具備透過型或半透過型液晶顯示裝置，以 及自背面照射該液晶顯示裝置之面狀光源裝置者，且 作為面狀光《置所具^光源之GaN㈠導體發光元 件包含： (A)具有n型導電型之第1(}抓系化合物半導體層； i(B)具有多重量子井構造之活性層，上述多重量子井構 is·。3井層以及分隔井層與井層之障壁層；及 (C)具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層； ，於使活性層之第lGaN系化合物半導體層側之井層密产 从’使第2G_化合物半導體層侧之井層密度从/ 以滿足dfd2之方式配置活性層之井層。 本發明之面狀光源裝置，或本發明之液晶顯示裝置組裝 體之面狀顯示裝置可為如下態樣，即光源包含發出藍色： 之第1發光元件、發出綠色光之第2發光元件以及發出紅色 光之第3發光元件’ GaN系半導體發光元件構成第】發光元 件、第2發光兀件以及第3發光元件内之至少【個。種)發光 凡件’但並不限定於此，亦可由⑽或複數個本發明之發 光裝置構成面狀光源裝置之光源。又，第】發光元件、第2 發光元件以及第3發光元件可分別為"固，亦可分別為複數 個。 於本發明第2態樣之圖像顯示裝置、本發明之面狀光源 112211.doc 22- 1364117 裝置、或本發明之液晶顯示裝置組裝體中，於由第1發光 凡件、第2發光元件以及第3發光元件構成光源之情形時， 第1發光元件、第2發光元件以及第3發光元件内之至少1個 (1種）發光元件，係藉由GaN系半導體發光元件而構成。換 5之，第1發光元件、第2發光元件以及第3發光元件内之 任1種發光元件係由GaN系半導體發光元件構成，而剩餘 之2種發光元件由其他結構之半導體發光元件構成；或第i 發光元件、第2發光元件以及第3發光元件内之任2種發光 元件由GaN系半導體發光元件構成，而剩餘之丨種發光元 件由其他結構之半導體發光元件構成；亦或第i發光元 件、第2發光元件以及第3發光元件之全部由半導體 發光元件構成。再者，作為其他結構之半導體發光元件， 可列舉發出紅色光之A1GaInP系半導體發光元件。 本發明之面狀光源裝置，或本發明之液晶顯示裝置組裝 體之面狀光源裝置，可為2種面狀光源裝置（背光），即例如 可為日本專利實開昭63 18712〇或日本專利特開 277870號公報所揭示之直下型面狀光源裝置，以及例如日 本專利特開2002-131552號公報所揭示之邊緣發光型（亦稱 為側光型）面狀光源裝置n GaN系半導體發光元件之 數量原則上為任意，亦可根據面狀光源裝置所要求之規格 而決定。 此處，於直下型之面狀光源裝置中，以對向於液晶顯示 裝置之方式配置第1發光元件、第2發光元件以及第3發光 元件’並於液晶顯示裝置與第1發光元件、第2發光元件以 112211.doc -23· 及第3發光元件之間，配置有擴散板、擴散薄膜、稜鏡 膜、偏光轉換薄膜等之光學#薄膜群、或反射板。 於直下型之面狀光源裝置中，更具體而言，可為如下構 成即發出紅色光（例如，波長640 nm)之半導體發光元 件、發出綠色光（例如，波長53〇 nm)之GaN系半導體發光 元件以及發出藍色光（例如，波長450 nm)之GaN系半導體 發光το件配置、排列於框體内，但並不限定於此。此處， 於將複數個發出紅色光之半導體發光元件、複數個發出綠 色光之GaN系半導體發光元件以及複數個發出藍色光之 GaN系半導體發光元件配置、排列於框體内之情形時，作 為該等發光元件之排列狀態，可例示如下之排列，於液晶 顯不裝置之畫面水平方向上排列複數個發光元件列後，形 成發光元件列陣列，其中上述發光元件列以紅色發光之半 導體發光元件、綠色發光之GaN系半導體發光元件以及藍 色發光之GaN系半導體發光元件為1組，其後於液晶顯示 裝置之晝面垂直方向上排列複數個發光元件列陣列。再 者’作為發光元件列，可列舉（1個紅色發光之半導體發光 元件、1個綠色發光之GaN系半導體發光元件、1個藍色發 光之G aN系奉導體發光元件）、（1個紅色發光之半導體發光 元件、2個綠色發光之GaN系半導體發光元件、1個藍色發 光之GaN系半導體發光元件）、（2個紅色發光之半導體發光 元件、2個綠色發光之GaN系半導體發光元件、1個藍色發 光之GaN系半導體發光元件）等複數個組合《再者，亦可更 具備發出除紅色、綠色、藍色以外之第4種光之發光元 112211.doc -24- 1364117
第4侧面。至於導光板之更具體之形狀，大體而言可列舉 楔狀之截頭四角錐形狀，於該情形時，截頭四角錐2個對 向之側面相當於第1面及第2面，截頭四角錐之底面相當於 第1側面。繼而，較理想的是，於第1面（底面）之表面部設 件。又’亦可於GaN系半導體發光元件上，安裝例如曰經 電子2004年12月20日第889號第128頁所揭示之光取出透 鏡。 另一方面’於邊緣發光型之面狀光源裝置中，以對向於 液晶顯示裝置之方式配置導光板，並於導光板之側面（下 述之第1側面）上配置GaN系半導體發光元件。導光板具有 第1面（底面）、與該第i面對向之第2面（頂面）、第】側面、 第2侧面、與第丨側面對向之第3側面以及與第2側面對向之 置凸部及/或凹部。光自導光板之第1側面入射，其後光 第2面（頂面）向液晶顯不裝置射出。此處，可使導光板之 2面平滑（即’可使其為鏡面），亦可設置具有擴散效果之 塗顆粒（即，亦可使其為具有微細凹凸之面 較理想的是，於導光板之第1&(底面）上設置凸部及/ 凹部。即’較理想的是，於導光板之第！面上設置凸部 或者設置凹部’或者設置凹凸部。於設置有凹凸部之情, 時’凹部與凸部可連續，亦可不連續。設置於導光板之； 1面上之凸部及/或㈣’可為沿著與朝向導光板之光入身 方向成特定角度之方向延伸之連續的凸部及/或凹部。灰 此種構成中’作為於嚮導光板之光入射方向上，以垂直於 第】面之假想平面切斷導光板時之連續的凸形狀或凹形狀 1122Il.doc -25- 1364117 的。J面开V狀’可例不二角形；包含正方形、長方形梯形 之任意四角形；㈣多角形；包含圓形'橢圓形、抛物 線、雙曲線、懸鏈線等之任意圓滑曲線。再者，所謂與朝 向導光板之光入射方向成特定角度之方向，係指於使朝向 導光板之光入射方向為〇度時，與其成6〇度〜12〇度之方 向。於以下内容中亦相同。或者，設置於導光板之第π
之凸。卩及/或凹部，可為沿著與朝向導光板之光入射方 向成特定角度之方向延伸的不連續之凸部及/或凹部。於 此種構成中’作為錢續之凸形狀或凹形狀，可例示包含 角錐、圓錐、圓柱、三棱柱、或四棱柱之多角柱，以及球 體之-部分、旋轉橢圓體之—部分、旋轉抛物線體之一部 分、旋轉雙曲線體之-部分等各種圓滑曲面。再者，於導 光板中，根據情形，亦可不於第1面之周緣部上形成凸部 或凹部4而’自光源射出併入射至導光板之光，碰撞形 成於導光板的第1面上之凸部或凹部後散射，可使設置於 導光板之第1面上之凸部或凹部的高度或深度、間距、形 狀為固定’亦可使之隨著自光源離開而產生變化。於後者 之情形時，例如可使凸部或凹部之間距隨著自光源離開而 變細。此處，所謂凸部之間距或凹部之間⑨，係指沿朝向 導光板之光入射方向上之凸部之間距或凹部之間距。 對於具備導光板之面狀光源裂置，較理想的是以對向於 導光板之第丨面之方式配置反射部件4對向於導光板之 第2面之方式配置有液晶顯示裝置。自光源射出之光，自 導光板之第i側面(例如’相當於截頭四角錐之底面的面)入 112211.doc •26- 1364117 射至導光板，碰撞第1面之凸部或凹部後散射，自第i面射 出，由反射部件反射，再次入射至第丨面，其後自第2面射 出，照射液晶顯示裝置。於液晶顯示裝置與導光板之第2 面之間，例如亦可设置擴散薄膜或稜鏡膜。又，可將自光 源射出之光直接導至導光板，亦可將其間接導至導光板。 於後者之情形時’例如，亦可使用光纖。
對於導光板而言，較好的是由不太吸收光源射出之光之 材料製作導光板。具體而言，作為構成導光板之材料，例 如了列舉玻璃、或塑膠材料（例如，PMMA (Poly Methyl Meth Acrylate，聚甲基丙烯酸甲酯）、聚碳酸酯樹脂、丙 烯酸系樹脂、非晶形之聚丙烯系樹脂、含有AS (ACryl〇nitrile_Styrene，丙烯腈_苯乙烯）樹脂之苯乙烯系樹 脂）。 例如，透過型彩色液晶顯示裝置，例如包含具備透明第 1電極之前面板、具備透明第2電極之後面板以及配置於前 面板與後面板之間之液晶材料。 此處’對於前面板，更具體而言，例如包含含有玻璃基 板或矽基板之第1基板 '設置於第丨基板之内表面之透明第 1電極（亦稱為共通電極，例如，含有IT〇 (Indium Tin
Oxide，氧化銦錫））以及設置於第1基板之外表面之偏光薄 膜。進而，前面板具有如下構成：於第丨基板之内表面 上，設置有由包含丙烯酸樹脂或環氧樹脂之保護層所包覆 之彩色濾光片，於保護層上形成有透明第i電極。於透明 第1電極上形成有定向膜。作為彩色濾光片之配置圖案， 112211.doc 27· 1364117
可列舉三角形排列、條狀排列、對角排列、矩形排列。另 -方面，對於後純，更具體而言，例如包含含有玻璃基 板或矽基板之第2基板、形成於第2基板之内表面之開關元 件、由開關元件控制導通/非導通之透明第2電極（亦稱為像 素電極，例如含有ITO)以及設置於第2基本之外表面之偏 光薄膜。於含有透明第2電極之整個面上形成有定向膜。 構成該等透過型彩色液晶顯示裝置之各種部件或液晶材 料，可含有眾所周知之部件、材料。再者，作為開關元 件’可例示形成於單晶石夕半導體基板上之型FET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧 半場效電晶體）.或薄膜電晶體（TFT，Thin Film TranSiSto〇 專3端子元件、或MIM (Metal-Insulator-Metal，金屬-絕緣 體-金屬）元件、變阻器元件、二極體等2端子元件。 於含有以上所說明之較好形態、構成之本發明之GaN系 半導體發光元件、發光裝置、第丨態樣或第2態樣之圖像顯 示裝置、面狀光源裝置、或液晶顯示裝置組裝體（以下， 存在僅將該等總稱為本發明之情形）中，以動作電流密度 為30 A/cm2時之活性層的發光波長為(nm)，以動作電流 密度為300 A/cm2時之活性層的發光波長為χ3 (nm)時，較理 想的是滿足： 500 (nm)^X2^ 550 (nm) I λ2-λ3 I (nm) > 或者以動作電流密度為！ A/cm2時之活性層的發光波長為λι (nm) ’以動作電流密度為3〇 A/Cm2時之活性層的發光波長 112211.doc -28· 1364117 為λ2 ’以動作電流密度為300 A/cm2時之活性層的發光 波長為λ3 (nm)時，較理想的是滿足： 500 (nm)^X2^550 (nm) 〇 ^ | λι-λ21^10 (nm) 0 $ I λ2-λ3 丨 S 5 (nm)。 或者，於含有上述較好構成之本發明中，以動作電流密度 為30 A/cm2時之活性層的發光波長為λ2 (nm)，以動作電流 後度為300 A/cm時之活性層的發光波長為九3 (nm)時，較好 • 的是滿足： 430 (nm)^X2^480 (nm) 0 ^ I λ2-λ31 (nm) 或者’以動作.電流密度為1 A/cm2時之活性層的發光波長 為入丨（nm) ’以動作電流密度為30 A/cm2時之活性層的發光 波長為h ’以動作電流密度為3〇〇 A/cm2時之活性層的 發光波長為λ3 (nm)時’較理想的是滿足： 430 (ηΐϊΐ)^λ2^480 (nm) _ 0 ^ I λι-λ21 ^ 5 (nm) 0 S I λ2-λ31 S2 (nm)。 一般’對於半導體發光元件而言’因特性測定時之發熱 或溫度變化而於發光波長上產生變化。因此，本發明中， 以大致室溫（25°C )下之特性為對象。於GaN系半導體發光 元件自身之發熱較少之情形時，即使以直流電流進行驅 動’亦不會產生問題’但於發熱較大之情形時，必須採用 以脈衝電流進行驅動專不會使GaN系半導體發光元件自身 112211.doc •29· 1364117 之溫度（接合區域之溫度）自室溫大幅變化的測定方法。 又，關於發光波長，係、以光譜中之功率峰值之波長為對 象。並非考慮到人的視覺特性等之光譜，或用以表現通常 色調而使用之主波長（主波長）。進而，根據測定條件，因 薄膜干涉而自活性層發出之光多次反射，因此存在於外觀 上，可觀測到週期性變動之光譜的情形，但以無該等週期 性變動且反映於活性層上產生之光的光譜為對象。 再者，所謂GaN系半導體發光元件之動作電流密度，係 動作電流值除以活性層面積（接合區域面積）所得之值。 即，不僅市售之GaN系半導體發光元件具有各種封裝形 態’而且因用途或光量之不同，GaN系半導體發光元件之 大小亦不同。又，因根據GaN系半導體發光元件之大小， 標準驅動電流（動作電流）不同等，故而難以直接比較特性 對電流值之依存性。於本發明中，為一般化，並非以驅動 電流的值自身進行表現，而以此種驅動電流值除以活性層 面積（接合面積）所得之動作電流密度（單位：安“爪2)進行 表現。 本發明中，為使井層密度不同，較好的是使井層之厚度 固定，而使障壁層之厚度不同（具體而言，使活性層之第 2GaN系化合物半導體層側之障壁層的厚度薄於第〖Gw 系化合物半導體層側之障壁層側的厚度），但並不限定於 此，亦可使障壁層之厚度固定，而使井層之厚度不同（具 體而言，使活性層之第2GaN系化合物半導體層側之井層 的厚度’厚於第IGaN系化合物半導體層側之井層的厚 112211.doc -30- 度）’亦可使井層厚度以及障壁層厚度雙方
層區域、即活性 1使第2GaN系化合物半導體層側之活性 性層第2區域AR2之厚度為t2 (其中， t〇 tl+t2)。又，使活性層第1區域AR1所含有之井層數量為 WLl (為正數，但並不限定為整數），使活性層第2區域ar2 所含有之井層數量為WL2 (為正數，但並不限定為整數， 井層之總數WL=WL1 + WL2^再者，於存在橫跨活性層第1 區域AR!與活性層第2區域ARz之！個井層（厚度tiF)的情形 時，使僅活性層第1區域八心内所含有之井層數量為WLIi， 使僅活性層第2區域AR_2内所含有之井層數量為wl'2，並使 橫跨活性層第1區域AR!與活性層第2區域AR2之井層中， 活性層第1區域AR,所含有之厚度為厚度tiFj，使活性層第 2區域Ah所含有之厚度為厚度，則 WL^WL^+AWL! WL2=WL'2+AWL2 。 其中， AWL!+AWL2=1 * WL=WL! + WL2 =WL'i + WL'2+1
△ WLi=tiF-i/tiF Δ WL2 = tiF-2/tiF ， 112211.doc •31· 1364117 繼而，井層密度旬及井層密度d2可藉由以下之式（i-i)、 式（1-2)而求得。其中，KE(t0/WL)。 di=(WL1/WL)/(t1/t〇) =k(WL1/t1) (1-1) d2=(WL2/WL)/(t2/t〇) =k(WL2/t2) (1-2) 此處，本發明可為如下構成：於使活性層之總厚為t〇， 使自活性層之第1 GaN系化合物半導體層側界面至厚度 (2t〇/3)處之活性層第1區域ar^内之井層密度為^，使自第 2GaN系化合物半導體層側界面至厚度（t(j/3)處之活性層第2 區域Ah内之井層密度為t時，以滿足i<d2之方式配置活 性層之井層；或於使活性層之總厚為tG，使自活性層之第 1 GaN系化合物半導體層側界面至厚度（t〇/2)處之活性層第1 區域ARl内之井層密度為di ’使自第2GaN系化合物半導體 層側界面至厚度（t〇/2)處之活性層第2區域Ah内之井層密 度為t時，以滿足dl<d2之方式配置活性層之井層；或於使 活性層之總厚為t〇，使自活性層之第IGaN系化合物半導體 層側界面至厚度（t〇/3)處之活性層第i區域ARi内之井層密 度為d!，使自第2GaN系化合物半導體層側界面至厚度 (2t〇/3)處至活性層第2區域AR2内之井層密度為&時，以滿 足d!<d2之方式配置活性層之井層。 於含有以上所說明之各種較好形態、構成之本發明中， 較理想的<，以滿足KdW㈣之方式、較好為滿足 USdVddio之方式、更好為滿足i 5‘d2/di^5之方式配 112211.doc -32· 1J04117 置活性層之井層。此處，此種配置可藉由使障壁層之厚声 不均-而實現，具體而言，例如，可藉由如下方式實現-即使活性層之障壁層之厚度，自第咖系化合物 層側至第細系化合物半導體層側產生變化(例如，藉 使其產生多階段變化’或者藉由使其產生3階段以上之變 化)》更具體而言，亦可採用如下構造，即使活性層之障
壁層之厚度’例如自第咖系化合物半導體層侧至第 2GaN系化合物半導體層側逐步減少。 或者’於含有以上所說明之各種較好形態、冑成之本發 月中較好的疋使最靠近第2GaN系化合物半導體層側之 障壁層之厚度為2G nm以下’或者較好的是，使最靠近第 IGaN系化合物半導體層側之障壁層之厚度為最靠近第 2GaN系化合物半導體層侧之障壁層之厚度的2倍以上，以 此方式使活性層之障壁層的厚度例如逐步變化。 進而，含有以上所說明之各種較好形態、構成之本發 明，可為於活性層中含有銦原子之形態，更具體而言，可 含有 AlxGai-x-yInyN (其中，xg〇，y>〇，ocx+yg)。又， 作為第1GaN系化合物半導體層、第2GaN系化合物半導體 層可列舉GaN層、AlGaN層、InGaN層、AlInGaN層。進 而，亦可於該等化合物半導體層中含有硼原子或鉈（们) 原子、砷（As)原子、磷（Ρ)原子、銻（Sb)原子。 進而，於含有以上所說明之各種較好形態 '構成之本發 月中’較理想的是’活性層之井層數量（WL)為2以上，較 好為4以上。 H2211.doc -33- 1364117 又，於含有以上所說明之各種較好形態、構成之本發明 中，可為如下構成，即GaN系半導體發光元件更具備： (D) 基礎層，其形成於第1GaN系化合物半導體層與活性 層之間’且含有In原子；以及 (E) 超晶格結構層，其形成於活性層與第2GaN系化合物 半導體層之間，且含有p型摻雜物； 以此種構成，可進一步提高發光效率、進一步降低動作電 壓，並可達成咼動作電流密度之更穩定之GaN系半導體發 修光元件的動作。 再者，於此種構成中，於活性層與超晶格結構層之間形 成有非摻雜GaN系化合物半導體層，且該非摻雜系化 合物半導體層之厚度較好為1〇〇 nm以下。又，較理想的 是，超晶格結構層之總厚為5 nm以上，且較好的是，超晶 格結構層之超晶格結構之週期為2原子層以上、2〇 nm以 下。又，較理想的是，超晶格結構層所含有之p型摻雜物 之濃度為lxl〇18/cm3至4xl〇2〇/cm3。或者，較理想的是，基 礎層之厚度較好為20 nm以上’於基礎層與活性層之間形 成非摻雜GaN系化合物半導體層，且該非摻雜GaN系化合 物半導體層之厚度為50 nm以下。進而，可為如下結構， 即基礎層及活性層含有In，基礎層之^組成比率為〇 〇〇5以 上，且低於活性層之In組成比率；並且亦可為如下構成， 即基礎層含有lxl016/cm3至IxiWcm3之n型摻雜物。
又，較好的是，構成活性層之GaN系化合物半導體層含 有非推雜之GaN系化合物半導體’或者，構成活性層I 112211.doc -34· 1364117
GaN系化合物半導體層之n型雜質濃度不。 於含有以上所說明之各種較好形態、構成之本發明中， 可為如下構成，即活性層之短邊（於活性層之平面形狀為 矩形之情形時）或短徑（於活性層之平面形狀為圓形或㈣ 形之情形時）之長度為0.1 mm以下，較好為〇〇3顏以下。 再者，於活性層之平面形狀具有多角形等無法以短邊或短 徑規定之形狀時，將假定具有與活性層相同面積之圓形時 之圓形的直徑規定為「短徑」。本發明之GaN系半導體發 光元件，尤其係減少高動作電流密度下之發光波長之移動 者’於尺寸更小之GaN系半導體發光元件中，減少發光波 長之移動之效果顯t。因此，將本發明應用至尺寸小於先 前之GaN系半導體發光元件的⑽系半導體發光元件，藉 此可實現低成本、高密度(高精細)之GaN系半導體發光元 件以及使用其之圖像顯示裝置。 例如，於家庭用電視接收器中，於將將此種GaN系半導 體發光元件排列為矩陣狀而實$—般之32英时型高畫質接 收器（192(m_xRGB)時’相當於次像素之紅色發光元 件、綠色發光元件、藍色發光元件之組合、即i個像素(像 素）的大小為大致360 μηι見方，且各次像素之長邊必須為 3 00 μιη以下、短邊必須為1〇〇 以下。或者，例如，於將 此種GaN系半導體發光元件排列為矩陣狀後以透鏡進行投 影之投影式顯示器的情形時’與先前之投影式顯示器之液 晶顯示裝置<DMD (Digital ___ Device，數位微 兄裝置）光間相同，考慮到光學設計及成本，較理想的是1 112211.doc -35* 英吋以下之尺寸。即使使用雙色稜鏡等而形成3板式，為 以對角1英吋實現DVD之一般之析像度720x480，GaN系半 導體發光元件之尺寸必須為30 μιη以下。如此，使短邊（短 徑）為0_1 mm以下，更好的是使短邊（短徑）為0.03 mm以 下，藉此與先前之GaN系半導體發光元件相比，可大幅減 少此種尺寸區域中之發光波長之移動，故而實際應用上之 範圍較廣，極為有用。 於含有以上所說明之各種較好形態、構成之本發明中， 作為第1 GaN系化合物半導體層、活性層、第2GaN系化合 物半導體層等各種GaN系化合物半導體層之形成方法，可 列舉有機金屬化學氣相沈積法（MOCVD法，Metal Organic Chemical Vapor Deposition)或 MBE (Molecular Beam Epitaxy，分子束蟲晶）法、有助於鹵素輸送或反應之氫化 物氣相沈積法等。 作為MOCVD法之有機鎵源氣體，可列舉三甲基鎵 (TMG，Tri Methyl Gallium)氣體或三甘醇（TEG，Tri Ethylene Glycol)氣體，作為氮源氣體，可列舉氨氣或聯氨 氣。又，於形成具有η型導電型之第1 GaN系化合物半導體 層時，例如，可添加矽（Si)作為η型雜質（η型摻雜物），於 形成具有Ρ型導電型之第2GaN系化合物半導體層時，例 如，可添加鎭（Mg)作為p型雜質（p型摻雜物）。又，於含有 鋁（A1)或銦（In)作為GaN系化合物半導體層之構成原子之情 形時，可使用三甲基銘（TMA，Tri methyl aluminum)氣體 作為A1源，且可使用.三甲基銦（TMI，Tri methyl Indium)氣 112211.doc -36- 1364117 體作為In源。進而，可使用單石夕院氣體⑶h4氣體）作為Si 源，且可使用環戊二婦鎮氣體或曱基環戌二締鎮、二茂鎮 (CP2Mg)作為鎖源。再者，作為η型雜質(η型摻雜物)，除Si 、卜可列舉Ge、Se、Sn、C、Ti，作為ρ型雜質（ρ型摻雜 物），除Mg以外，可列舉Zn、Cd、如、^、Ba、 連接於具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層之p 型電極’較好為包含選自由把（pd)、翻⑽、錦㈣、^
(鋁）、Ti (鈦）' 金（Au)以及銀（Ag)所組成之群中之至少1種 金屬，且具有單層構成或多層構成，《者，亦可使用ιτ〇 (Indium Tin 〇xide’氧化銦錫）等透明導電材料，其中，較 好的疋，使用可使光高效反射之銀（Ag)或、 Ag/Ni/Pt。另一方面，連接於具有n型導電型之第系 化合物半導體層之n型電極，較好為包含選自由金(Au)、 銀（Ag)、鈀（Pd)、A1 (鋁）、丁丨（鈦）、鎢（W)、Cu (銅）、Zn (辞）、錫（Sn)以及銦（In)所組成之群中之至少〖種金屬且 具有單層構成或多層構成’例如，可例示Ti/Au、Ti/A卜 丁雜…型電極以及p型電極，例如可藉由真空蒸鑛法 或減鑛法等PVD (Physical Vap〇r Dep〇shi〇n，物理氣相沈 積）法形成。 於η型電極或p型電極上，為與外部電極或電路電性連 接，亦可設置平頭電極。較理想的是，平頭電極包含選自 由Τι (鈦）链（Al)、pt (銘）、Au⑷、m (錄）所組成之群 中之至少1種金屬’且具有單層構成或多層構成。或者， 亦可使平頭電極具有例示為Ti/pt/Au之多層構成、Ti/Au之 112211.doc -37- 丄北4117 多層構成之多層構成。 /於含有以上所說明之較好形態、構成之本發明中， 系半導體發光元件之組裝品可具有面朝上結構，亦可具有 覆晶結構。 本發明中，對GaN系半導體發光元件之發光量（亮度）之 控制’不僅可藉由控制驅動電流之脈衝寬度而進行，或 者，藉由控制驅動電流之脈衝密度而進行，或者，藉由組 合上述各控制而進行，而且可藉由驅動電流之峰值電流值 進行。其原因在於：驅動電流之峰值電流值之變化對⑽ 系半導體發光元件之發光波長的影響較小。 具體而言，例如，於1種0}心系半導體發光元件中，以 獲得某發光波長λο時之驅動電流之峰值電流值為1()，以驅 動電流之脈衝寬度為ρ0，並以GaN系半導體發光元件、裝 入有該GaN系半導體發光元件之發光裝置、圖像顯示裝 置、面狀光源裝置、液晶顯示裝置組裝體中之GaN系半導 體發光元件之動作的丨個動作週期為τ〇ρ，則 (1) 可藉由控制（調整）驅動電流之峰值電流值“，而控制 來自GaN系半導體發光元件之發光量（亮度），而且 (2) 可藉由控制驅動電流之脈衝寬度Pg (驅動電流之脈衝 寬度控制），而控制來自GaN系半導體發光元件之射出光之 發光量（明亮、亮度），及/或 (3) 可藉由控制GaN系半導體發光元件之動作之丨個動作 週期T0P中的具有脈衝寬度p〇之脈衝數量（脈衝密度驅動 電流之脈衝密度控制），而控制來自GaN系半導體發光元件 112211.doc -38- 1364117 之射出光之發光量（明亮度、亮度）。 再者’上述GaN系半導體發光元件之發光量之控制’例 如’可藉由具備如下機構之GaN系半導體發光元件之驅動 電路而達成： (a)脈衝驅動電流供給機構，其將脈衝驅動電
GaN系半導體發光元件； (b) 脈衝駆動電流設定機構，其設定驅動電流之脈衝寬 度及脈衝密度；以及 (c) 設定峰值電流值之機構； 再者’該GaN系半導體發光元件之驅動電路，不僅可適用 於在井層密度上具有特徵之本發明之GaN系半導體發光元 件’亦可適用於先前之GaN系半導體發光元件。 作為本發明之GaN系半導體發光元件，具體而言，可例 示發光二極體（LED，Light Emitting Diode)、半導體雷射 (LD，Laser Diode)。再者，只要GaN系化合物半導體層之 積層構造具有發光二極體構造或雷射構造，那麼對其他構 造、構成無特別制約。又，作為本發明之GaN系半導體發 光元件之使用領域，不僅可列舉上述之發光裝置' 圖像顯 示裝置、面狀光源裝置、包含彩色液晶顯示裝置組裝體之 液晶顯示裝置組裝體，亦可列舉汽車、電車、船舶、飛機 等輸送機構之燈具或燈光（例如，頭燈、尾燈、第二刹車 燈、小燈、方向燈、霧燈、室内燈、儀錶板用燈、内藏於 各種按鈕中之光源、目的地顯示燈、緊急燈、緊急出口引 導燈等），建築物之各種燈具或燈光（外燈、室内产、 此 0 1^\ *7^1 112211.doc -39- 态具、緊急燈、緊急出口引導燈等），路燈、交通信號燈 或廣《牌、機械、裝置等之各種顯示燈具，隧道或地下通 '、等之”、、明器具或採光部，生物顯微鏡等各種檢測裝置之 Μ殊’、’、月冑用有光之殺菌裝置、組合有光觸媒之除臭· 菌裝置寫真或半導體微影技術之曝光裝置，調變光後 經由空間或者光纖及波導而傳達資訊之裝置。 本發明中’於以活性層之第1GaN下化合物半導體層側 之井層密度為di’以第2GaN系化合物半導體層側之井層密 為2時以滿足d 1 <d2之方式配置活性層之井層，可使發 光效率提高，並抑制伴隨動作電流密度增加而產生之發光 波長之較大移動。本發明者之實驗表明，於GaN系半導體 發光元件中，隨著動作電流密度增加，有助於發光之井層 逐漸向第2GaN系化合物半導體層側之井層移動。可列舉 電子與電洞之遷移率差異作為其理由。於⑽系化合物半 導體中’電洞之遷移率較小，因此電洞僅到達第2GaN系 化σ物半導體層附近之井層，故而作為電洞與電子之再結 合的發光集中於第2GaN系化合物半導體層側。又，相對 於含有井層與障壁層之異質障壁之載子之透過率，為有效 質$較大之電洞難以穿越複數層之障壁層而到達第⑴心 系化合物半導體層側之井層的重要原因。即，於本發明 中，因存在於電洞所到達之範圍（活性層之第2GaN系化合 物半導體層側）之井層的數量較多，例如，因較之活性層 之第1 GaN系化合物半導體層側之障壁層的厚度，活性層 之第2GaN系化合物半導體層側之障壁層的厚度較薄，故 112211.doc •40- 1364117 而電洞之透過率提高，且易於更均勻地分配電洞。伴隨 GaN系半導體發光元件之動作電流密度增加，發光波長向 短波長側移動，其主要原因在於，伴隨井層内載子濃度增 大而產生之「定域能級之能帶填充效應」與「壓電場之遮 蔽效應」，因此不但可藉由有效地分配電洞而提高再結合 概率’亦可藉由均勻地分配電洞而減少每個井層之載子濃 度’故而可減少發光波長向短波長側之移動。 因此，即使為使GaN系半導體發光元件之光輸出增加而 使GaN系半導體發光元件之驅動電流（動作電流）增加，亦 可防止產生因驅動電流（動作電流）增加而引起發光波長移 動的問題。尤其’於藍色發光或綠色發光之GaN系半導體 發光元件中，於使動作電流密度為30 A/cm2時，進而為50 A/cm2或1〇〇 A/cm2以上時，可獲得更大之效果（亮度增加， 以及減少發光波長向短波長側的移動）。於本發明中，由 於可有效利用來自集中於活性層之特定區域之井層的發 光，故而藉由光共振器效果等之與高光取出技術之相乘效 果’可實現更高之效率’並可期待提高半導體雷射之特 性。 於圖像顯示裝置、面狀光源裝置、包含彩色液晶顯示裝 置組裝體之液晶顯示裝置組裝體中’除控制驅動電流之脈 衝寬度及/或脈衝密度外’以驅動電流（動作電流）之高峰值 電流值驅動GaN系半導體發光元件，使光輸出增加，藉此 於已減少發光波長之移動之狀態下’即，於即使驅動電流 (動作電流）變化’發光波長亦不產生變動之狀賤下，可實 112211.doc 41 · 1364117 現亮度之增加。換言之，除控制驅動電流之脈衝寬度及/ 或脈衝密度外，可藉由控制驅動電流（動作電流）之峰值電 流值而控制亮度’故而亮度之控制參數較先前之技術有所 增加，因此可進行更廣範圍之亮度控制。即，可擴大亮度 之動態範圍。具體而言，例如，可藉由控制驅動電流（動 作電流）之峰值電流值而控制裝置整體之亮度，亦可藉由 控制脈衝電流之脈衝寬度及/或脈衝密度而進行細微之亮 度控制’或者’與此相反，可藉由控制驅動電流之脈衝寬 度及/或脈衝密度而控制裝置整體之亮度，亦可藉由控制 驅動電流（動作電流）之峰值電流值而進行細微之亮度控 制。又，於發光裝置中，因GaN系半導體發光元件之發光 波長之移動較小，故而可不依賴於電流值而實現穩定之色 度。尤其對於組合有藍色或近紫外之GaN系半導體發光元 件與色轉換材料的白色光源較為有用。 【實施方式】 以下，參照圖式並根據實施例說明本發明，但在此之 前，預先研究GaN系發光二極體之特性。 即，製作具備含有9層井層及8層障壁層之活性層的QaN 系半導體發光元件（參考品_〇)。該GaN系I導體發光元 件’如圖1之層構成的概念圖所示，具有於包含藍寶石之 基板ίο上依次積層有如下層之構成、構造：緩衝層η (厚 度30 nm);非摻雜之〇心層12 (厚度i μιη);具有^型導電 型之第1GaN系化合物半導體層13 (厚度3μιη);非捧雜㈣ 層14 (厚度5 nm);具有多重量子井構造之活性心（省略 112211.doc -42- 1364117 井層及障壁層之圖示）’上述多重量子井構造含有井層以 及分隔井層與井層之障壁層；非摻雜6州層16 (厚度ι〇 rnn);具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層17 (厚度 ⑽）；摻雜MRGaN層（接觸層川（厚度ι〇〇^ 者，於圖式t，存在省略緩衝層u、非摻雜之⑽層… 非摻雜GaN詹14、非摻雜G_16、摻雜^之㈣層此 圖示的情形。非摻雜_14係為於其上所晶體成長之活 性層15的結晶性而設置，非摻雜㈣層16係為防止第 系化合物半導體層17中之摻雜物（例如Mg)擴散至活性層15 内而設置。再者’活性層15之井層含有厚度為3⑽、匕組 成比率為0.23之InGaN (In^Ga^N)層，障壁層含有厚度 為15 nm之GaN層。再者，為方便起見，存在將此種組2 之井層稱為組成-A之井層的情形。 該GaN系半導體發光元件（參考品_〇)中，動作電流密度 60 A/cm2下之發光峰值波長為515 nm，發光效率為18〇 mW/A。再者，如市售之LED，若將其安裝於高反射率載 具上，並以高折射率之樹脂進行塑模，則於全光束測定 下，可獲得約2倍以上之效率。 其次，製作層構造相同，且僅調整9層之井層内之特定i 層之In組成比率的GaN系半導體發光元件，即製作如下之 GaN系半導體發光元件，其具備丨層含有厚度為3 nm、組 成比率為0.15之InGaN (InQ jGao.wN)層的井層（方便起見’ 存在將其稱為組成_B之井層的情形），且其他8層含有組成_ A之井層。自第iGaN系化合物半導體層側，將第】層井層 112211.doc •43- 含有組成-B之井㈣GaN系"體發光元件稱為參考品-1，將第3層井層含有組成_8之井層的GaN系半導體發光元 件稱為參考品_2，將第5層井層含有組成-B之井層的GaN系 半導體發光元件稱為參考品·3，將帛7層井層含有組成 之井層的GaN系半導體發光元件稱為參考品·4，將第9層井 層含有組成-B之井層的GaN系半導體發光元件稱為參考 5。於該等參考品_丨〜參考品_5之GaN系半導體發光元件 中’其他井層如上所述’含有組成_A之井層。 本實驗之目的在於’於使具有9層井層之綠色發光之 GaN系半導體發光元件（發光二極體）發光時，觀測各井層 之發光比率如何。 於該等參考品-1〜參考品_5之GaN系半導體發光元件中， 動作電流密度60 A/cm2下之發光峰值波長為515 nm，發光 效率為180 mW/A。然而’於若干參考品中，除綠色發光 (發光波長：約515 nm)以外，因存在組成-B之井層而於藍 色發光區域（發光波長：約450 nm)申出現較小之發光峰 值。圖3 6描繪出該藍色發光峰值成分占整體之比率。再 者’圖36橫轴之第1層、第3層…係指組成_B之井層距離第 1 GaN系化合物半導體層側之位置。即，相當於圖36橫軸 之第Q層（Q=l、3、5、7、9)之藍色發光峰值成分占整體之 比率的資料，表示第Q層井層占含有組成4之井層之GaN 系半導體發光元件之藍色發光峰值成分整體的比率的每個 動作電流密度的資料。 於綠色發光（發光波長：約5 15 nm)與藍色發光（發光波 112211.doc -44- 1364117 長：約450 nm)中，必須注意能隙能量35〇 _的不同點與 典型性發光衰減壽命之不同點（例如，於s f㈤心，d al·, Materials Science & Engineering B59 (1999) p. 298^
Flg. 6中’ In組成比率15 (藍&發光）之LED之發光衰減壽 命為6奈秒，相對於此，匕組成比率〇 22 (綠色發光）之咖 之發光衰減壽命為9奈秒），如圖36所示之實驗性表示發光 分佈之方法係先前未有之方法。 圖36表明’發光於任何動作電流密度下，均集中於具有 多重量子井構造之活性層之第2GaN系化合物半導體層 側、活性層厚度方向約2/3的區域。又，自至第之㈣系化 合物半導體層側之活性層厚度方向1/2處之區域發出之光. 占發光之80%。作為發光如此顯著集中的理由，如特表 2003-520453號公報所述，可列舉電子與電洞之遷移率的 差異。於GaN系化合物半導體中，電洞之遷移率較小，因 此電洞僅到達第2GaN系化合物半導體層附近之井層，故 而作為為電洞與電子之再結合之發光集中於第2(JaN系化 合物半導體層侧。又，相對於含有井層與障壁層之異質障 壁之載子的透過率，亦為使有效質量較大之電洞難以穿越 複數層障壁層後到達第1 GaN系化合物半導體層側之井層 的重要原因。 因此，為有效利用集中於第2GaN系化合物半導體層側 之發光，可提倡如下之多重量子井構造，其具有使井層之 分佈集中於第2GaN系化合物半導體層側之非對稱分佈之 井層。進而可知’發光分佈之峰值位於第2GaN系化合物 112211.doc -45- 1364117 半導體層侧之活性層厚度方向1/3至1/4之區域。如半導體 雷射或利用有光共振器效果之發光二極體（例如，參照γ C. Shen, et al., Applied Physics Letters, vol. 82 (2003) p 2221) ’為藉由將作為發光層之井層集中於特定之狹小區 域，而更有效地實現誘發發射或忐取出，較理想的是如下 的多長量子井構造’其使井層分佈集中於第2GaN系化合 物半導體層側活性層之厚度方向1/3左右的區域中。 [實施例1 ] Ί 實施例1關於本發明之GaN系半導體發光元件，更具體 而言，關於發光二極體（LED)。如圖1之概念性之層構成所 示’並如圖2之模式性剖面圖所示’實施例1之GaN系半導 體發光元件1之層構成，除活性層15之構成、構造外，具 有與參考品-0之層構成相同之構成、構造。 此種GaN系半導體發光元件1固定於載具21，GaN系半導 體發光元件1經由設置於載具21上之配線（未圖示）、金線 φ 23A而電性連接於外部電極23B ,外部電極23B電性連接於 驅動電路26。又，載具21安裝於反射杯24上，反射杯以安 裝於散熱片25上。進而’於GaN系半導體發光元件i之上 方配置有塑膠鏡片22，於塑膠鏡片22與GaN系半導體發光 凡件1之間，針對自GaN系半導體發光元件1射出之光填充 以如下材料例示之光透過媒體層（未圖示），上述材料為透 明環氧樹脂（折射率：例如1.5)、凝膠狀材料[例如，Nye公 司之商品名0CK_451(折射率：1.51)、商品名OCK-433 (折 ..)]以及矽橡膠、矽油化合物等之油化合物材料 112211.doc • 46 · 1364117 [例如，東芝矽酮股份有限公司之商品名TSK5353 (折射 率：1·45)]。 繼而，於以活性層1 5之第IGaN系化合物半導體層側之 井層密度為ch，以第2GaN系化合物半導體層側之井層密度 為d2時，以滿足di<d2之方式配置活性層15之井層。以下之 表1表示構成活性層15之多重量子井構造之詳細情況。再 者，表1或後述之表2、表3中，井層厚度及障壁層厚度之 值右側括弧内之數字，表示距離活性層15之第IGaN系化 ® 合物半導體層側界面（更具體而言，於實施例1中，為非摻 雜GaN層14與活性層15之界面）的累計厚度。 [表1]
實施例1 比較例1 實施例1之變形例-A 活性層總厚(t〇 nm) 150 147 162 於2t〇/3處將活性層分割為2部分 活性層第1區域(ti nm) 100 98 108 活性層第2區域(t2 nm) 50 49 54 井層之層數(WL) 10 同左 9 障壁層之層數 9 同左 8 活性層第1區域内之 井層之數量Win 6 6+2/3 4+1/3 活性層第2區域内之 井層之數量wl2 4 3+1/3 4+2/3 活性層第1區域内之 井層密度山 0.90 1.00 0.72 活性層第2區域内之 井層密度d2 1.20 1.00 1.04 第1井層厚度(nm) 3(3) 3(3) 3(3) 第1障壁層厚度(nm) 25 (28) 13(16) 50 (53) 第2井層厚度(rnn) 3(31) 3(19) 3(56) 第2障壁層厚度(nm) 25 (56) 13 (32) 25 (81) 第3井層厚度(nm) 3(59) 3(35) 3(84) 第3障壁層厚度(rnn) 10 (69) 13 (48) 10 (94) 112211.doc -47- 1364117
實施例1 比較例1 實施例1之變形例-A 第4井層厚度(nm) 3(72) 3(51) 3(97) 第4障壁層厚度(run) 10 (82) 13 (64) 10(107) 第5井層厚度(nm) 3(85) 3(67) 3(110) 第5障壁層厚度(nm) 10 (95) 13 (80) 10(120) 第6井層厚度(nm) 3(98) 3(83) 3 (123) 第6障壁層厚度(nm) 10(108) 13 (96) 10(133) 第7井層厚度(nm) 3(111) 3(99) 3 (136) 第7障壁層厚度(rnn) 10(121) 13 (112) 10(146) 第8井層厚度(nm) 3(124) 3(115) 3 (149) 第8障壁層厚度(nm) 10(134) 13 (128) 10(159) 第9井層厚度(nm) 3(137) 3(131) 3 (162) 第9障壁層厚度(run) 10 (147) 13 (144) ------ 第10井層厚度(nm) 3(150) 3(147) ---- 實施例1中，以活性層15之總厚為t〇，以自活性層15之第 IGaN系化合物半導體層侧界面（更具體而言，實施例1中， 為非摻雜GaN層14與活性層15之界面）至厚度（2t〇/3)處之活 性層第1區域AI内的井層密度為i，以自第2GaN系化合 物半導體層側界面（更具體而言，於實施例1中，為非摻雜 GaN層16與活性層15之界面）至厚度（t〇/3)處之活性層第2區 域AR2内的井層密度為d2時，以滿足山<(12之方式配置活性 層1 5之井層。 具體而言，若根據式（1-1)、式（1-2)求井層密度及井層 密度d2，則如下所述。 [實.施例1] d2=(WL2/WL)/(t2/t〇) =(4/10)/(50/150) = 1.20 d1 = (WL1/WL)/(t1/t〇) =(6/10)/(100/150) 112211.doc -48- 1364117 =〇.9〇 為進行比較，製作具有於表1中作為比較例1所示之活性 層的GaN系半導體發光元件。
再者’於實施例1及比較例1之GaN系半導體發光元件 中’為進行評估，且為簡化製造步驟，根據微影步驟及蝕 刻步驟，使具有η型導電型之第IGaN系化合物半導體層13 部分地露出，於摻雜Mg之GaN層18上形成含有Ag/Ni之p型 電極19B，於第IGaN系化合物半導體層13上形成含有丁i/A1 之11型電極19A’將探針插入該等n型電極19A及p型電極 9Β 其後供給驅動電流’檢測自基板10之背面放射之 光。圖5之概念圖表示該狀態。又，圖6Α表示自上方觀察 GaN系半導體發光元件1之模式圖，圖6Β表示沿圖6Α之箭 頭B-B之模式性剖面圖（其中，省略斜線）。此處，所謂 系半導體發光元件之動作電流密度，係指動作電流值除以
活性層面積（接合區域面積）所得之值。例如，以圖6a及圖 6B所示之GaN系半導體發光元件i之活性層面積（接合區域 )為6xi〇4 cm，算出流通有2〇 mA之驅動電流時之動 作電流密度為33 A/cm2。又，例如，即使於串聯連接如圖 7所示之GaN系半導體發光元件丨之狀態下，亦可算出動作 電流密度為33 A/cm2 » 之井層密度d!及井層 若根據式（1 -1)、式（1 -2)求比較例1 密度1，則如下所述。 [比較例1] d2=(WL2/WL)/(t2/t〇) 112211.doc •49· 1364117 = {(3 + l/3)/10}/(49/147) = 1.00 di = (WL1/WL)/(t,/t〇) ={(6 + 2/3)/10}/(98/147) = 1.00 圖3表示測定GaN系半導體發光元件之動作電流密度與 光輸出之關係的結果，實施例1之GaN系半導體發光元件i 之光輸出’較作為先别之GaN系半導體發光元件之比較例 # 1已增加。繼而，實施例1之GaN系半導體發光元件與比較 例1之GaN系半導體發光元件的光輸出差額，於動作電流 密度為50 A/cm2以上時變得顯著，且於動作電流密度為 100 A/cm2以上時，成為一成以上之差額。即，實施例i之 GaN系半導體發光元件1，於動作電流密度為5〇 A/cm2以上 時，較好的是於動作電流密度為100 A/cm2以上時，光輸 出較先前之GaN系半導體發光元件已大幅增加，故而較理 想的疋，於動作電流密度為50 A/cm2以上時，較好的是於 擊動作電流密度為100 A/cm2以上時進行使用。 進而，圖4表示GaN系半導體發光元件之動作電流密度 與發光峰值波長之關係。若使動作電流密度自〇1 A/cm2向 300 A/cm2增加，則可實現較小之發光波長移動，其中該 發光波長之移動於比較例1中為nm，相對於此，於 實施例1中為Δλ=-8 nm。尤其於動作電流密度為3〇 A/cm2 以上時’幾乎觀測不到波長移動。換言之，於使動作電流 密度為30 A/Cm2以上之情形時，發光波長僅產生微小變 •50· 112211.doc 化’故而於發光波長及發光色之管理方面較好。尤其於動 作電流密度為5〇 A/cm2以上時，進而於100 A/cm2以上時，
實施例1之GaN系半導體發光元件1與比較例1之先前之GaN 系半導體發光元件相比，波長移動顯著減少，故而優越性 明顯。 為理論驗證此種效果，計算實施例1與比較例1之能帶 圖。使組成、摻雜濃度等為由後述[步驟-1〇〇]〜[步驟-14〇] 所述之值，使活性層之n型雜質濃度為lxl〇n/cm3。又，使 外部偏壓為3伏特。 圖8及圖9表示藉由計算而求得之實施例1及比較例1各自 之活性層附近的能帶圖與費米能階。於實施例1及比較例1 之任一者中’於活性層内存在10層井層，且特徵在於因井 層内之壓電場而產生之能帶傾斜（下滑）與井層前後之較大 之能帶彎曲（上升）。實施例1與比較例1之差異表現於該包 絡曲線上’且該包絡曲線於將井層均等分配之比較例1中 為平緩下滑’於實施例1中，於已改變障壁層厚度之部分 (距離活性層與第IGaN系化合物半導體界面約1/3處）處大 幅彎曲。 圖10及圖1 1表示根據該結果算出實施例1及比較例1之電 洞濃度的結果。可知’於比較例1中，僅自第2GaN系化合 物半導體界面至第3層井層為止分配有電洞，但於實施例i 中，對於任一井層而言，電洞濃度均高於比較例i，且自 第2GaN系化合物半導體界面至第9層為止均分配有電洞。 比較例1中之此種電洞濃度分佈，如上所述，考慮到遷移 112211.doc 51 1364117 率及有效質量，使電洞僅到達第2祕系化合物半導體界 面附近，於實施例！中，可於更多之井層丨，或者亦可於 更加遠離S 2GaN系化合物半導體界面之井層上分配電 洞’其可提咼發光το件之輪出，並可減少發光波長之移 動。 使用同樣之計算，算出於實施例1之構造中，已改變活 性層之η型雜質濃度時之電洞濃度，並將計算結果表示於 圖12中。η型雜質濃度為5x，/cm3時，分配有電洞之井層 之數量較少，但以比η型雜質濃度為lxl〇17/cm3之情形時高 2位數以上之濃度，將電洞分配至4個井層中。另一方面， 於η型雜質濃度為2xl〇17/cm3以上之情形時，電洞僅到達第 2GaN系化合物半導體界面附近之2層或3層井層，且其濃 度較低。因此，較理想的是使11型雜質濃度不滿2><1〇17仏功3 或非摻雜。並非對活性層整體採用一樣之摻雜，於一部分 中採用瞬間摻雜的方法’於該情料，較理想的是，使對 活性層整體進行平均時之n型雜質濃度不。 製作具有表1右攔所示構造之GaN系半導體發光元件作 為實施例1之變形例。於實施例j之該變形例_A中，使第1 障壁層之厚度為實施例！雙倍的5〇 nm。繼而，減少i層井 層及障壁層’冑節活性層整體之厚度。粗略而言，成為障 壁層之厚度逐步減少之構造。 圖13及圖14表示實施例1及實施例1之變形例-A之電洞濃 度的計算結果。於實施例丨中，於較比較例丨更多之井層上 分佈有更高濃度之電洞’但電洞濃度特別高之井層只有1 112211.doc •52- 1364117 個。另一方面，於實施例1之變形例-A中，存在2個濃度更 高之井層，故而更有助於提高發光效率，或減少發光波長 之移動。 進而，以以下之表2表示井層數量為4之實施例1之變形 例（實施例1之變形例-B及實施例1之變形例-C)以及比較例 1-A之構造。又，圖15A、圖16A、及圖17A表示藉由計算 而求得之實施例1之變形例-B、實施例1之變形例-C、及比 較例1-A各自之活性層附近的能帶圖與費米能階，圖15B、 圖16B、及圖1 7B表示電洞濃度之計算結果。於實施例1之 變形例-B中，圖15B所示之最右側（最靠近第2GaN系化合 物半導體界面）井層之電洞濃度低於比較例1-A，但除此以 外高於比較例1-A，其中，於中央之2個井層上，電洞濃度 非常高。又，實施例1之變形例-C中，圖16B所示之最右側 (最靠近第2GaN系化合物半導體界面）井層之電洞濃度與比 較例1 - A相同，於除此以外之井層上，分佈有濃度高於比 較例1 - A之電洞。根據以上内容，於該等實施例中，亦有 助於提高發光效率，或減少發光波長之移動。 [表2] 實施例1之變形例-B 實施例I之變形例-C 比較例1-A 第1井層厚度(nm) 3(3) 3(3) 3⑶ 第1障壁層厚度(nm) 45 (48) 45 (48) 25 (28) 第2井層厚度(nm) 3(51) 3(51) 3(31) 第2障壁層厚度(nm) 25 (76) 25 (76) 25 (56) 第3井層厚度(nm) 3(79) 3(79) 3(59) 第3障壁層厚度(nm) 8(87) 15 (94) 25 (84) 第4井層厚度(nm) 3(90) 3(97) 3(87) 如此改變GaN系半導體發光元件之含有多重量子井之活 112211.doc •53· 1364117 性層的井層分配，藉此可多樣地改變電洞濃度之分佈。於 本發明中，已獲得使GaN系半導體發光元件於藍色至綠色 之可見光範圍内提高光效率，或減少發光波長之移動的效 果，但原來，即使於發光波長之移動較小之藍紫色（波長 約為400 nm)區域内，亦有利於提高發光效率且即使於 壓電場更大之A1GaN系之紫外線（波長為如咖乂下）區域 内，亦有利於減少發光波長之移動或提高發光效率。
再者’對於此種GaN系半導體發Μ件之發光量（亮度） 之控制，除以驅動電流之峰值電流值1進行之方法外二^ 藉由控制驅動電流之脈衝寬度而進行，或者可藉由控制驅 動電流之脈衝密度而進行’或者可藉由該等之組合而進 订。於後述實施例中’亦可以同樣方法控制_系半導體 發光元件之發光量（亮度）。 再者’若根據式（1])、式㈣求如下情 W則如下所述，，中上述情形為井=
，以自活性層15之第1GaN系化合物半導體 二、 非摻雜GaN層14與活性層15之界 )至厚度（t〇/2)處之活性層第 , i 木1·域*AK丨内的井層密度為 心’以自第2GaN系化合物丰莫 兆攸… 〇料導體層料面（更具體而言， 非摻雜GaN層16與活性層15 層第# 層15之界面）至厚度（W2)處之活性 層第2&域八化内的井層 配置活性層15之井層。 則以滿足之方式 [相當於實施例1] d2=(WL2/WL)/(t2/t〇) 112211.doc •54· 1364117 =(6/10)/(75/150) = 1.20 d1=(WL1/WL)/(t,/t〇) =(4/10)/(75/150) = 0.80 [相當於比較例1] d2 = (WL2/WL)/(t2/t〇) = (5/10)/((73 + 1/2)/147} = 1.00 d1 = (WL1/WL)/(t1/t〇) = (5/10)/((73 + 1/2)/147} = 1.00 又’若根據式（1-1)、式（1-2)求如下該情形時之井層密度 d,及井層密度1，則如下所述，其中上述情形為：以活性 層15之總厚為t〇，以自活性層15之第1 GaN系化合物半導體 層側界面（更具體而言，非摻雜GaN層14與活性層15之界 面）至厚度（t〇/3)處之活性層第i區域ARl内的井層密度為 I ’以自第2GaN系化合物半導體層側界面（更具體而言， 非換雜GaN層16與活性層15之界面）至厚度（2t()/3)處之活性 層第2區域AR2内的井層密度為幻，則以滿足七以2之方式 配置活性層15之井層。 [相當於實施例1] d2=(WL2/WL)/(t2/t〇) = (8/10)/(50/150) U2211.doc -55- 1364117 =2.40 d,=(WL,/WL)/(t1/t〇) =(2/10)/(100/150) = 0.30 [相當於比較例1] d2=(WL2/WL)/(t2/t〇) ={(6+2/3)/10}/(98/147) =1.00 di=(WL1/WL)/(t1/t〇) ={(3 + 1/3)/10}/(49/147) = 1.00 如上所述’於任一情形中，在相當於實施例1之情形 時’以滿足di<d2之方式配置活性層15之井層。 實施例1之驅動電流26，如圖2所示，具備控制部27、作
為驅動電流供給源之驅動電流源28、產生特定脈衝訊號之 脈衝產生電路29以及驅動器3〇 ^此處，驅動電流源28、脈 衝產生電路29、及驅動器30，相當於將脈衝驅動電流供給 至GaN系半導體發光元件之脈衝驅動電流供給機構。又， 控制部27相當於設定脈衝驅動電流之脈衝寬度及脈衝密 之脈衝驅動電流設定機構，以及設定峰值電流值之機構 繼而，於驅動電路26中，於控制部27之控制下自驅 電流源28輸出驅動電流之峰值電流值“。而且，為於控 部27之控制下，控制GaN系半導 卞守體發先兀件1之脈衝寬 Ρ〇，且控制GaN系半導體發光元件 1干i之動作之1個動作週 112211.doc •56· 1364117 Τ0Ρ中，具有脈衝寬度P〇的脈衝數量（脈衝密度），自脈衝產 生電路29輸出脈衝訊號。繼而，於接收該等驅動電流及脈 衝訊號之驅動器30中，根據自脈衝產生電路29輸出之脈衝 訊號，對自驅動電流源28輸出之驅動電流實施脈衝調變， 其後將該脈衝驅動電流供給至GaN系半導體發光元件i。 藉此’可對GaN系半導體發光元件1之發光量進行控制。 以下，說明實施例1之GaN系半導體發光元件1之製作方 法的概要。 [步驟-100] 首先，使用以C面為主面之藍寶石作為基板10，並於含 有氫之載氣中，於基板溫度105(rc下對基板清洗10分鐘 後，將基板溫度降至500。〇，繼而，根據M〇CVD法，一面 供給作為氮原料之氨氣，一面供給作為鎵原料之三甲基鎵 (Trimethylgallium，TMG)氣體，使含有低溫之厚度為 3〇 nm之緩衝層丨丨晶體成長於基板1〇上後，中斷tmg氣體 之供給。 [步驟-110] 其次，將基板溫度上升至1020。(:後，再次開始供給TMG 氣體藉此使厚度為i μΓη之非換雜之0州層12晶體成長於 緩衝層u上’繼而開始供給作為發原料之單㈣（siH4)氣 體’藉此使含有摻雜Si之GaN (GaN: Si)且具有η型導電型 之厚度為3 μπι的第1GaN系化合物半導體層ΐ3，晶體成長 於非摻雜的GaN層12上。涵·去 增 上冉者，摻雜濃度為約 112211.doc •57 · [步驟-120] 其後，暫時中斷TMG氣體與SiH4氣體之供給，將載氣自 氫氣切換為氮氣，並且使基板溫度降至750°C。繼而，使 用三甘醇（Triethylgallium，TEG)氣體作為Ga原料，使用三 曱基銦（Trimethylindium，TMI)氣體作為In原料，並藉由 閥門切換而供給該等氣體，藉此，首先最初使厚度為5 nm 之非摻雜GaN層14晶體成長，繼而，形成具有多重量子井 構造之活性層15,上述多重量子井構造包含含有非摻雜或 n型雜質濃度不滿2xl017/cm3之InGaN的井層，以及含有非 摻雜或η型雜質濃度不滿2xl017/cm3之GaN的障壁層。再 者’井層之In組成比率例如為0.23，相當於發光波長λ 5 15 nm °井層之in組成比率根據所期望之發光波長決定即可。 多重量子井構造之詳細情況，例如，如表1所示。 [步驟-130] 形成多重量子井構造後，繼而，一面使非摻雜之1〇 nm 之GaN層16成長，一面使基板溫度上升至8〇〇。(：，並開始供 給三甲基鋁（Trimethylaluminium，TMA)氣體作為A1原 料，供給二茂鎮（Biscyclopentadienyl Magnesium，CP2Mg) 氣體作為Mg原料，藉此使含有摻雜Mg之A1組成比率為 0.20之AlGaN (AlGaN : Mg)，且具有p型導電型之厚度為 20 nm的第2GaN系化合物半導體層17晶體成長。再者，摻 雜ί農度為約5 X 1 〇 1Vcm3。 [步驟-140] 其後’中斷TEG氣體、TMA氣體以及Cp2Mg氣體之供 112211.doc -58- 1364117 給，並且將載氣自氮氣切換為氫氣，·使基板溫度上升至 850 C，並開始供給TMG氣體與cPzMg氣體，藉此使厚度 為100 nm之摻雜Mg之GaN層（GaN: Mg)18晶體成長於第 2GaN系化合物半導體層17上。再者，摻雜濃度為約 5xl019/cm3。其後，中止TMg氣體及cp2Mg氣體之供給， 並且使基板溫度下降，於基板溫度為6〇〇。〇時，中止氨氣 之供給，使基板溫度降至室溫後，完成晶體成長。 此處’關於活性層15成長後之基板溫度ΤΜΑχ，使發光波 長為λ nm時，滿足Τμαχ<135〇_〇 75λ fc)，較好的是滿足 ΤΜΑΧ<1250-〇.75λ (°C)。藉由採用此種活性層15成長後之基 板溫度τΜΑΧ，如日本專利特開2002_3197〇2號公報所述， 可抑制活性層15之熱劣化。 藉此，完成晶體成長後，於氮氣氣體環境中對基板進行 800C、10分鐘之退火處理，使p型雜質（p型摻雜物）活性 化。其後’與通常之LED之晶圓製程、晶片化步驟同樣， 經過藉由光微影步驟或蝕刻步驟、金屬蒸鍍而形成p型電 極、η型電極之步驟後，藉由切割而進行晶片化，進而進 行樹脂塑模、封裝化，藉此可製作炮彈型或面安裝型等各 種發光二極體* [實施例2] 實施例2為實施例1之變形例。於實施例2之GaN系半導 體發光元件中，於第IGaN系化合物半導體層13與活性層 15之間（更具體而言，實施例2中，於第1GaN系化合物半導 體層13與非摻雜（^心層14之間）形成有含有In原子之基礎 112211.doc •59· 層，於活性層15與第2GaN系化合物半導體層17之間（更具 體而言’實施例2中，於非摻雜GaN層16與第2GaN系化合 物半導體層17之間）形成有含有p型摻雜物之超晶格結構 層。藉由此種構成，可進一步提高發光效率並進一步降低 動作電壓’故而可達成高動作電流密度下之更穩定之GaN 系半導體發光元件的動作。 此處’基礎層含有In組成比率為〇.〇3且厚度為150 nm之 摻雜Si的InGaN層。摻雜濃度為5xl〇18/cm3。另一方面，超 晶格結構層具有如下之超晶格結構，該超晶格結構積層有 5週期之厚度為2.4 nm之AlGaN層（掺雜Mg)與厚度為 1.6 nm 之GaN層（摻雜Mg)。再者，AlGaN層之AI組合比率為 〇_15。又，超晶格結構層所含有之p型摻雜物之濃度為 5 X 1019/cm3 ° 除以上方面’實施例2之GaN系半導體發光元件具有與 實施例1之GaN系半導體發光元件相同之構成、構造，故 而省略詳細之說明。再者’亦可將實施例2之GaN系半導 體發光元件的構成、構造，應用於後述實施例3〜實施例4 之GaN系半導體發光元件。 [實施例3] 實施例3為實施例1之變形。以下之表3表示構成實施例3 之GaN系半導體發光元件之活性層15之多重量子井構造的 詳細情況。再者，於實施例3及比較例3中，調整井層之in 組成比率’使發光波長大致為445 nm。 112211.doc -60· 1364117
[表3] 實施例3 比較例3 活性層總厚(to nm) 122 124.5 於2t〇/3處將活性層分隔為2部分 活性層第1區域厚度(ti nm) 81+1/3 83 活性層第2區域厚度(t2.nm) 40+2/3 41+1/2 井層之層數(WL) 10 同左 障壁層之層數 9 同左 活性層第1區域内之井層之數量WLi 4+7/9 6+2/3 活性層第2區域内之井層之數量WL2 5+2/9 3+1/3 活性層第1區域内之井層密度山 0.72 1.00 活性層第2區域内之井層密度d2 1.57 1.00 第1井層厚度(nm) 3(3) 3(3) 第1障壁層厚度(nm) 52 (55) 10.5(13.5) 第2井層厚度(nm) 3(58) 3 (16.5) 第2障壁層厚度(nm) 5(63) 10.5 (27) 第3井層厚度(nm) 3(66) 3 (30) 第3障壁層厚度(nm) 5(71) 10.5 (40.5) 第4井層厚度(nm) 3(74) 3 (43.5) 第4障壁層厚度(nm) 5(79) 10.5 (54) 第5井層厚度(nm) 3(82) 3(57) 第5障壁層厚度(nm) 5(87) 10.5 (67.5) 第6井層厚度(rnn) 3(90) 3 (70.5) 第6障壁層厚度(nm) 5(95) 10.5(81) 第7井層厚度(nm) 3(98) 3(84) 第7障壁層厚度(nm) 5(103) 10.5 (94.5) 第8井層厚度(rnn) 3(106) 3 (97.5) 第8障壁層厚度(nm) 5(111) 10.5 (108) 第9井層厚度(nm) 3(114) 3(111) 第9障壁層厚度(ran) 5(119) 10.5(121.5) 第10井層厚度(nm) 3(122) 3 (124.5) 若根據式（1-1)、式（1-2)求井層密度1及井層密度d2，則 如下所述。 [實施例3] d2 = (WL2/WL)/(t2/t〇) = ((5+2/9)/10}/((40+2/3)/122} = 1.57 112211.doc -61 - di==(WL1/WL)/(t1/t〇) = ((4+7/9)/10)/((81 + 1/3)/122} =0.72 為進行比較’製作具有表3中作為比較例3所示之活性層 的GaN系半導體發光元件。若根據式（11)、式（1_2)求比較 例3之井層密度d!及井層密度d2，則如下所述》 [比較例3] d2=(WL2/WL)/(t2/t〇) = ((3 + 1/3)/10)/((41 + 1/2)/(124+1/2)} = 1.00 di = (WL1/WL)/(t1/t〇) ={(6+2/3)}/10)/(83/(124+1/2)} = 1.00 繼而’根據與實施例1同樣之方法，評估實施例3及比較 例3之GaN系半導體發光元件。 圖18表示GaN系半導體發光元件之動作電流密度與發光 峰值波長之關係。若使動作電流密度自〇.1 A/cm2向300 A/cm2增加至’則可實現極小之發光波長移動，該發光波 長之移動於比較例3中為Δλ=-9 nm ’相對於此，於實施例3 中為Δλ=-1 nm。如此’發出藍色光之實施例3之GaN系半 導體發光元件1與比較例3之先前GaN系半導體發光元件相 比’波長移動顯著變小，故而優越性明顯。 [實施例4] 實施例4亦為實施例i之變形。於實施例4中，圖19A表示 112211.doc • 62 · 1364117 自上方觀察實施例4之GaN系半導體發光元件】的模式圖， 圖19B表示沿圖19A之箭頭B-B之模式性剖面圖（其中，省 略斜線）。對於實施例4之GaN系半導體發光元件！而言，其 活性層之平面形狀與圖6A及圖6B所示之實施例1之GaN系 半導體發光元件1不同。即，於實施例4中，GaN系半導體 發光元件1之活性層15之平面現狀係直徑（相當於短徑） 為14 μιη的圓形，面積約為i 5xl〇-6 。除該點以外，實 施例4之G a N系半導體發光元件丨具有與實施例丨之G a N系半 導體發光元件1相同之構成、構造。再者，方便起見，將 該實施例4之GaN系半導體發光元件丨稱為實施例4A2GaN 系半導體發光元件。 又’製作如下之GaN系半導體發光元件1，其具有與圖 6A及圖6B所示之實施例1之GaN系半導體發光元件丨相同的 構成、構造’且GaN系半導體發光元件之活性層之平面形 狀係缺少一邊（相當於短邊）之長度1^1為3〇〇 μπι之正方形之 一部分的形狀（面積：約6.8 xlO·4 cm2)。再者，方便起見， 將該GaN系半導體發光元件1稱為實施例4B之GaN系半導 體發光元件。 [比較例4] 為進行比較，製作如下之GaN系半導體發光元件作為比 較例4，該GaN系半導體發光元件具有與實施例4之GaN系 半導體發光元件1相同之構造，且其活性層之構成與比較 例1相同。再者，方便起見，將該比較例4之GaN系半導體 發光元件稱為比較例4A之GaN系半導體發光元件。進而， 112211.doc • 63 - 1364117 製作如下之GaN系半導體發光元件，其具有與比較例1之 GaN系半導體發光元件相同的構成、構造，且GaN系半導 體發光元件之活性層之平面形狀係缺少一邊（相當於短邊） 長度Li為300 μιη之正方形之一部分的形狀（面積：約 6.8 xl0_4 cm2)。再者，方便起見，將該GaN系半導體發光 元件稱為比較例4B之GaN系半導體發光元件。 於以動作電流密度30 A/cm2驅動實施例4A及比較例4A， 以及實施例4B及比較例4B之GaN系半導體發光元件時，驅 動電流值分別為約50 μΑ及約20 mA。 圖20A表示實施例4A及比較例4A之GaN系半導體發光元 件之動作電流密度與峰值波長移動量的關係，圖2〇B表示 實施例4B及比較例4B之GaN系半導體發光元件之動作電流 密度與峰值波長移動量的關係。 於任一大小之GaN系半導體發光元件中，於動作電流密 度為30 A/cm2以上之情形時，與比較例相比，實施例中之 發光波長之移動較小，可以說，使活性層非對稱分佈之效 果不依賴於GaN系半導體發光元件之大小而存在。另一方 面，於相同動作電流密度下進行比較之情形時，可知與實 施例4B相比，實施例4A中之發光波長之移動較小。 於GaN系半導體發光元件之面内，存在例如量子井層之 組成及厚度、摻雜、發光、臨限電壓之不均一，GaN系半 導體發光元件之面積越大，則上述不均一之最大·最小幅 度越大。又，於GaN系半導體發光元件之尺寸較大，且存 在使電流橫向流動之路徑的情形時，難以藉由該層之薄層 112211.doc -64- 電阻使電流均勻地流通，故而於面内產生動作電流密度之 不均。藉由該等理由’於較大之GaN系半導體發光元件 中’更強調伴隨動作電流密度之變化而產生之發光波長的 移動。相反’於GaN系半導體發光元件之尺寸較小之情形 時，可使發光波長之移動更少。 於基板上’高密度地將可進一步減少此種波長之移動， 且活性層之直徑例如為μπι左右之GaN系半導體發光元 件製成矩陣狀，將其用於投影式顯示器，或者，藉由將其 安裝至大型基板而可實現直視式電視接收器，因發光波長 移動之減少，不僅可減少GaN系半導體發光元件之製造成 本’亦可藉由對脈衝寬度與脈衝密度進行調變，而實現動 態範圍、灰階、色穩定性良好之顯示裝置。。 [實施例5] 實施例5係關於本發明之發光裝置。該實施例5之發光裝 置包含GaN系半導體發光元件與色轉換材料，該色轉換材 料中射入有來自上述GaN系半導體發光元件之射出光，且 射出波長與來自GaN系半導體發光元件之射出光不同的 光。實施例5之發光裝置的構造自身具有與先前發光裝置 相同之構造，色轉換材料例如塗佈於GaN系半導體發光元 件之光射出部上。 此處，GaN系半導體發光元件（發光二極體）之基本構 成、構造與實施例1〜實施例4中所說明者之相同’包含： (A) 具有η型導電型之第IGaN系化合物半導體層13 ; (B) 具有多重量子井構造之活性層15’上述多重量子井 112211.doc • 65- 構造含有井層*分隔井層與井層 ⑹具有P型導電型一系化合物半導體; 於以活性；S夕筮,ρ χτ β ^ 17 d，以J 合物半導體層側之井層密度為 !以第2GaN系化合物半導體層側 為 滿足d丨<d2之方今觖w w a θ在度為七時，以 2疋万式配置活性層15之井層。 實施例5 _，來自GaN系半 备.^ , 千导體發先凡件之射出光為藍 色，來自色轉換材料之射出 YAG 印尤為汽色，色轉換材料含有
鋁•石榴石）系螢光體粒子 栌恭止成合來自GaN系半導 體發先το件之射出光（藍色）與 色）後，射出白色光。 色轉換材枓之射出光（黃 或者，於實施例5中，來自GaN系半導體發光元件之射 出先為藍色’ |自色轉換材料之射出光包含綠色及紅色， 混合來自㈣系半導體發光元件之射出光(藍色)與來自色 轉換材料之射出光（綠色及紅色）後，射出白色光。此處， 射出綠色光之色轉換材肖，具體而言，含有由自
加从⑶等之GaN系半導體發光元件射出之藍色光所激 發之綠色發光螢光體粒子’ #出紅色光之色轉換材料，且 體而言’含有由自CaS: Eu等之GaN系半導體發光元件射 出之藍色光所激發之紅色發光螢光體粒子。 本實施例5之|光裝置之GaN系半導體發光元件的驅 動’例如，可藉由實施例1中所說明之驅動電路％而進 行’且可藉由控制所期望之驅動電流之峰值電流值，以及 控制驅動電流之脈衝寬度及/或控制驅動電流之脈衝密 度，而控制發光裝置之亮度（明亮度）。而且，於該情形時， 112211.doc • 66 - 1364117 可藉由使用與實施例1〜實施例4所說明者相同之GaN系半導 體發光元件（發光二極體），而抑制發光波長之較大移動，故 而可實現GaN系半導體發光元件之發光波長之穩定化。 [實施例6] 實施例6係關於本發明第1態樣之圖像顯示裝置。實施例 6之圖像顯示裝置係具有用以顯示圖像之GaN系半導體發 光元件者’該G aN系半導體發光元件（發光二極體）之基本 構成、構造與實施例1〜實施例4所說明者相同，包含： (A) 具有n型導電型之第lGaN系化合物半導體層13 ; (B) 具有多重量子井構造之活性層15，上述多重量子井 含有井層以及分隔井層與井層之障壁層；以及 (C) 具有ρ型導電型之第2GaN系化合物半導體層η， 於以活性層1 5之第IGaN系化合物半導體層側之井層密度 為旬’以第2GaN系化合物半導體層侧之井層密度為d2時， 以滿足d!<d2之方式配置活性層15之井層。 於實施例6之圖像顯示裝置中’除控制用以顯示圖像之 GaN系半導體發光元件之動作電流密度（或者驅動電流） 外，控制驅動電流之脈衝寬度及/或控制驅動電流之脈衝 密度，藉此可控制顯示圖像之亮度（明亮度）。即，亮度之 控制參數較先前技術有所增加’故而可進行更廣範圍之亮 度控制，且可獲得較廣之亮度之動態範圍。具體而言，例 如，可藉由控制驅動電流（動作電流）之峰值電流值而控制 圖像顯示裝置整體之亮度’藉由控制驅動電流之脈衝寬度 及/或脈衝密度而進行細微之亮度控制，或者與此相反= 112211.doc •67· 1364117 藉由控制驅動電流之脈衝寬度及/或脈衝密度而控制圖像 顯示裝置整體之亮度，藉由控制驅動電流（動作電流）之峰 值電流值而進行細微之亮度控制。而且，於該情形時，可 藉由使用與實施例1〜實施例4所說明者相同之GaN系半導 體發光元件（發光二極體）’而抑制發光波長之較大移動， 故而可實現GaN系半導體發光元件之發光波長之穩定化。 此處，作為實施例6之圖像顯示裝置，例如，可列舉以 下所說明之構成、構造之圖像顯示裝置。再者，只要未特 別說明’則根據圖像顯示裝置所要求之規格，決定構成圖 像顯示裝置或發光元件面板之GaN系半導體發光元件的數 量即可。 [1】第1A態樣之囷像顯示裝置 被動式矩陣型之直視式圖像顯示裝置，其具有： (c〇 GaN系半導體發光元件丨排列為2次元矩陣狀之發光 元件面板50， 藉由控制GaN系半導體發光元件i各自之發光/非發光狀 態，使GaN系半導體發光元件1之發光狀態直接可見，以 此顯示圖像。 圖21A表示包含構成此種被動式矩陣型之直視式圖像顯 示裝置之發光元件面板50的電路圖，圖21B表示GaN系半 導體發光元件1排列為2次元矩陣狀之發光元件面板的模式 性剖面圖，將各GaN系半導體發光元件丨一方之電極（p型電 極或11型電極）連接於行驅動器41，將各GaN系半導體發光 元件1另一方之電極（n型電極或p型電極）連接於列驅動器 112211.doc •68· 1364117 42。例如，藉由列驅動器42控制各QaN系半導體發光元件 1之發光/非發光狀態，並自行驅動器41供給用以驅動各 GaN系半導體發光元件！之驅動電流。行驅動器4!之功能 之一與實施例1之驅動電路26所具有的功能相同。各GaN 系半導體發光元件1之選擇、驅動以及其自身可使用眾所 周知之方法，故而省略詳細說明。 發光凡件面板50例如包含：含有印刷配線板之支撐體 51，安裝於支撐體51上之GaN系半導體發光元件}，形成 於支撐體51上、電性連接於GaN系半導體發光元件1一方 之電極（p型電極或！!型電極）、且連接於行驅動器41或列驅 動器42之X方向配線52，電性連接於GaN系半導體發光元 件1另一方之電極（η型電極或p型電極）、且連接於列驅動器 42或行驅動器41之Υ方向配線53，覆蓋GaN系半導體發光 元件1之透明基材54，以及設置於透明基材54上之微透鏡 55。但是’發光元件面板50並不限定於此種構成。 [2】第1A態樣之圖像顯示裝置 被主式矩陣型之直視式圖像顯示裝置，其具有： (a) GaN系半導體發光元件1排列為2次元矩陣狀之發光 元件面板50， 藉由控制GaN系半導體發光元件1各自之發光/非發光狀 態’使GaN系半導體發光元件1之發光狀態直接可見，以 此顯示圖像。 圖22表示包含構成此種主動式矩陣型之直視式圖像顯示 裝置之發光元件面板的電路圖，各GaN系半導體發光元件 112211.doc -69· 1364117 1 一方之電極（p型電極或η型電極）連接於驅動器45，驅動器 45連接於行驅動器43及列驅動器44。又，各GaN系半導體 發光元件1另一方之電極（n型電極或p型電極）連接於接地 線。例如，對列驅動器44之驅動器45進行選擇，藉此控制 各GaN系半導體發光元件1之發光/非發光狀態，並將用以 驅動各GaN系半導體發光元件1之亮度訊號自行驅動器43 供給至驅動器45。將特定電壓自未圖示之電源另外供給至 各驅動器45’驅動器45 (根據PDM (Pulse Density M〇dulation，脈衝密度調變）控制或PWM (Pulse Width Modulation，脈衝寬度調變）控制）將對應於亮度訊號之驅 動電流供給至GaN系半導體發光元件1。行驅動器43之功 能之一與實施例1之驅動電路26所具有的功能相同。各
GaN系半導體發光元件1之選擇、驅動以及其自身可使用 眾所周知之方法，故而省略詳細說明。 [3】第1B態樣之囷像顯示裝置 被動式矩陣型或主動式矩陣型之投影式圖像顯示裝置， 其具有： (〇〇 GaN系半導體發光元件丨排列為2次元矩陣狀之發光 元件面板5 0， 藉由控制GaN系半導體發光元件i各自之發光/非發光狀 態’並投影於螢幕而顯示圖像。 包含構成此種被動式矩陣型之圖像顯示裝置之發光元件 面板的電路圖與圖21A所示者相同，包含構成主動式矩陣 型之圖像顯示裝置之發光元件面板的電路圖與圖22所示者 112211.doc -70- 1364117 相同，故而省略詳細說明。又，圖23表示GaN系半導體發 光元件1排列為2次元矩陣狀之發光元件面板50等的概念 圖’自發光元件面板50射出之光經由投影透鏡56，投影至 螢幕。由於可使發光元件面板50之構成、構造與參照圖 21B說明之發光元件面板50的構成、構造相同，故而省略 詳細說明。 [4】第1C態樣之圖像顯示裝置 彩色顯示之直視式或投影式圖像顯示裝置，其具有： (α)紅色發光元件面板50R，其發出紅色光之半導體發光 元件（例如’ AlGalnP系半導體發光元件或GaN系半導體發 光元件）1R排列為2次元矩陣狀； (β)綠色發光元件面板50G，其發出綠色光之GaN系半導 體發光元件1G排列為2次元矩陣狀； (γ)藍色發光元件面板50B，其發出藍色光之GaN系半導 體發光元件1B排列為2次元矩陣狀；以及 (δ)用以將自紅色發光元件面板50R、綠色發光元件面板 50G、及藍色發光元件面板5〇b射出之光集中於一束光路 上之機構（例如雙色稜鏡57)， 並控制紅色發光半導體發光元件1R、綠色發光GaN系半 導體發光元件1G、及藍色發光GaN系半導體發光元件1B各 自之發光/非發光狀態。 包含構成此種被動式矩陣型之圖像顯示裝置之發光元件 面板的電路圖與圖21A所示者相同，包含構成主動式矩陣 型之圖像顯示裝置之發光元件面板的電路圖與圖22所示者 112211.doc •71 - 1364117 相同’故而省略詳細說明。又，圖24表示GaN系半導體發 光元件1R、1G、1B排列為2次元矩陣狀之發光元件面板 50R、50G、50B等的概念圖，自發光元件面板5〇r、 5 0G、5 0B射出之光入射至雙色稜鏡57，該等光之光路集 中於一束光路上，於直視式圖像顯示裝置中被直視，或者 於投影式圖像顯示裝置中，經由投影透鏡5 6而投影至螢 幕。由於可使發光元件面板5 OR、50G、5 0B之構成、構造 與參照圖21B說明之發光元件面板5〇的構成、構造相同， 故而省略詳細說明。 再者，於此種圖像顯示裝置中，較理想的是，使構成發 光元件面板50R、50G、50B之半導體發光元件ir、ig、 1B為實施例1〜實施例4中所說明之GaN系半導體發光元件 1 ’但根據情形’例如’亦可使構成發光元件面板5 〇R之半 導體發光元件1R含有AlInGaP系化合物半導體發光二極 體，使構成發光元件面板50G、50B之半導體發光元件 1G、1B為實施例1〜實施例4中所說明的GaN系半導體發光 元件1。 [S]第1D態樣之圖像顯示裝置 直視式或投影式圖像顯示裝置，其具有： (a) GaN系半導體發光元件i 〇 1 ;以及
(β)用以控制自GaN系半導體發光元件1〇1射出之射出光的 通過/非通過之一種光閥、即光通過控制裝置（例如，具有高 溫多晶碎型薄膜電晶體之液晶顯示裝置58。以下亦相同）， 並由作為光通過控制裝置之液晶顯示裝置58控制自GaN H22ll.doc -72- 1364117 系半導體發光元件101射出之射出光的通過/非通過，藉此 顯示圖像。 再者，GaN系半導體發光元件之數量可根據圖像顯示裝 置所要求之規格而定，可為1個或複數個。於將圖像顯示 裝置之概念圖表示於圖25之一例中，GaN系半導體發光元 件1〇1之數量為1個，且GaN系半導體發光元件1〇1安裝於 散熱片102上。自GaN系半導體發光元件1〇1射出之光，藉 由具有導光部件或鏡片等反射體之導光部件59引導後，入 射至液晶顯示裝置58，其中上述導光部件含有矽樹脂或環 氧樹脂、聚碳酸酯樹脂等之透光性物質。自液晶顯示裝置 58射出之光，於直視式圖像顯示裝置中被直視，或者於投 影式圖像顯示裝置中，經由投影透鏡56而投影至螢幕。 GaN系半導體發光元件1 〇 1可為實施例i〜實施例4中所說明 之GaN系半導體發光元件1。 又，若使圖像顯示裝置具有：發出紅色光之半導體發光 元件（例如，AlGalnP系半導體發光元件或GaN系半導體發 光元件）101R，及用以控制自發出紅色光之半導體發光元 件101R射出之射出光之通過/非通過的一種光閥、即光通 過控制裝置（例如，液晶顯示裝置58R);發出綠色光之GaN 系半導體發光元件101G，及用以控制自發出綠色光之半導 體發光元件101G射出之射出光之通過/非通過的一種光 閥、即光通過控制裝置（例如’液晶顯示裝置58G);發出 藍色光之GaN系半導體發光元件101B，及用以控制自發出 藍色光之半導體發光元件101B射出之射出光之通過/非通 112211.doc •73- 1364117 過的一種光閥、即光通過控制裝置（例如，液晶顯示裝置 58B);引導自該等GaN系半導體發光元件1〇1R、i〇1G、 101B射出之光的導光部件59R、59G、59B ;以及用以將光 集中於一束光路上之機構（例如雙色稜鏡57)，則可獲得彩 色顯示之直視式或投影式圖像顯示裝置。再者，將概念圖 表示於圖26之例為彩色顯示之投影式圖像顯示裝置。 再者’於此種圖像顯示裝置中’較理想的是，使半導體 發光元件101R、101G、101B為實施例1〜實施例4中所說明 之GaN系半導體發光元件1 ’但根據情形，例如，亦可使 半導體發光元件101R含有AlInGaP系化合物半導體發光二 極體’使半導體發光元件1 〇 1G、10 1B為實施例1〜實施例4 中所說明之G aN系半導體發光元件1。 [6]第1E態樣之圖像顯示裝置 直視式或投影式圖像顯示裝置，其具有： (a) GaN系半導體發光元件排列為2次元矩陣狀之發光元 件面板5 0，以及 (β)用以控制自GaN系半導體發光元件1射出之射出光的 通過/非通過的光通過控制裝置（液晶顯示裝置58)， 並由光通過控制裝置（液晶顯示裝置58)控制自GaN系半導 體發光元件1射出之射出光的通過/非通過，藉此顯示圖像。 圖27表示發光元件面板50等之概念圖，由於可使發光元 件面板50之構成、構造與參照圖21B所說明之發光元件面 板50的構成、構造相同，故而省略詳細說明。再者，發光 元件面板50所射出之光之通過/非通過以及亮度係由液晶 H22ll.doc -74- 1364117 顯示裝置58之動作所控制，故而構成發光元件面板％之 GaN系半導體發光元件i可長時間詩，亦可以適當週期 反覆點燈/熄燈。繼而’自發光元件面板5〇射出之光入射 至液晶顯示裝置58，自液晶顯示裝置58射出之光，於直視 式圖像顯示裝置中被直視，或者於投影式圖像顯示裝置 中，經由投影透鏡56而投影至螢幕。 [7]第1F態樣之囷像顯示裝置 彩色顯示之直視式或投影式圖像顯示裝置，其具有： (α)發出紅色光之半導體發光元件（例如，A1GaInp系半導 體發光元件或GaN系半導體發光元件）1R排列為2次元矩陣 狀的紅色發光元件面板5 0R，以及用以控制自紅色發光元 件面板50R射出之射出光的通過/非通過的紅色光通過控制 裝置（液晶顯示裝置58R); (β)發出綠色光之GaN系半導體發光元件1G排列為2次元 矩陣狀的綠色發光元件面板5 0 G，及用以控制自綠色發光 元件面板50G射出之射出光的通過/非通過的綠色光通過控 制裝置（液晶顯示裝置58G); (γ)發出藍色光之GaN系半導體發光元件1B排列為2次元 矩陣狀的藍色發光元件面板50B，及用以控制自藍色發光 元件面板50B射出之射出光的通過/非通過的藍色光通過控 制裝置（液晶顯示裝置58B);以及 (δ)用以將通過紅色光通過控制裝置58R、綠色光通過控 制裝置58G、及藍色光通過控制裝置58Β之光集中於一束 光路上的機構（例如雙色棱鏡57)， 112211.doc •75- 並由光通過控制裝置58R、58G、58B控制自該等發光元 件面板5 OR 50G、5 0B射出之射出光的通過/非通過，藉 此顯示圖像。 圖28表示GaN系半導體發光元件1R、1G、1B排列為2次 兀矩陣狀之發光元件面板5〇R、5〇G、5〇B等之概念圖藉 由光通過控制裝置5 8R、58G、58B控制自發光元件面板 50R、50G、50B射出之光之通過/非通過，並使之入射至 雙色稜鏡57’肖等光之光路集中於—束光路上，於直視式 圖像顯不裝置中被直視’或者於投影式圖像顯示裝置中， 經由投影透鏡56而投影至螢幕。由於可使發光元件面板 5 0R、50G、50B之構成、構造與參照圖21B所說明之發光 元件面板50的構成、構造相同，故而省略詳細說明。 再者，於此種圖像顯示裝置中，較理想的是，使構成發 光/0件面板50R、50G、50B之半導體發光元件1R、ig、 1B為實施例1〜實施例4中所說明之GaN系半導體發光元件 1，但根據情形，例如，亦可使構成發光元件面板5〇R之半 導體發光元件1R含有AlInGaP系化合物半導體發光二極 體’使構成發光元件面板5〇G、5 0B之半導體光元件1G、 1B為實施例1〜實施例4中所說明之GaN系半導體發光元件1。 [8]第1G態樣之圓像顯示裝置 色序法顯示之圖像顯示裝置（直視式或投影式），其具 有： (α)發出紅色光之半導體發光元件（例如，AiGalnP系半導 體發光元件或GaN系半導體發光元件）1R， 112211.doc -76- (β)發出綠色光之GaN系半導體發光元件1G， (γ)發出藍色光之GaN系半導體發光元件1B，以及
(δ)用以將自紅色發光半導體發光元件1R、綠色發光GaN 系半導體發光元件1G、及藍色發光GaN系半導體發光元件 1B各自射出之光集令於一束光路上的機構（例如雙色棱鏡 57) ’其更具備： (ε)用以控制自將光集中於一束光路上之機構（雙色棱鏡 57)射出之光之通過/非通過的光通過控制裝置（液晶顯示裝 置 58)， 並由光通過控制裝置58控制自該等發光元件射出之射出 光的通過/非通過，藉此顯示圖像。 圖29表示半導體發光元件101R、101G、101Β等之概念 圖’自半導體發光元件101R、101G、101Β射出之光入射 至雙色棱鏡57’該等光之光路集中於一束光路上，其後藉 由光通過控制裝置58控制自雙色稜鏡57射出之該等光之通 過/非通過，該等光於直視式圖像顯示裝置中被直視，或 者於投影式圖像顯示裝置中，經由投影透鏡56而投影至榮 幕。於此種圖像顯示裝置中，較理想的是，使半導體發光 元件101R、101G、101Β為實施例卜實施例4中所說明之 GaN系半導體發光元件1，但根據情形，例如，亦可使半 導體發光元件101R含有AlInGaP系化合物半導體發光二極 體，使半導體發光元件101G、101B為實施例1〜實施例4中 所說明之GaN系半導體發光元件1。 [9】第1H態樣之囷像顯示裝置 112211.doc -77- 1364117 色序法顯示之圖像顯示裝置（直視式或投影式），其具 有： (α)紅色發光凡件面板5〇R，其發出紅色光之半導體發光 凡件（例如，AlGalnP系半導體發光元件或GaN系半導體發 光元件）1R排列為2次元矩陣狀； (β)綠色發光元件面板50G，其發出綠色光之GaN系半導 體發光元件1G排列為2次元矩陣狀； (γ)藍色發光元件面板50B，其發出藍色光之GaN系半導 體發光元件1B排列為2次元矩陣狀；以及 (δ)用以將自紅色發光元件面板5〇R、綠色發光元件面板 5 0G、及藍色發光元件面板5〇B各自射出之光集中於一束 光路上的機構（例如雙色稜鏡57)，其更具備 (ε)用以控制自將光集中於一束光路上之機構（雙色稜鏡 57)射出之光之通過/非通過的光通過控制裝置（液晶顯示裝 置 58)， 並由光通過控制裝置58控制自該等發光元件面板5〇R、 5〇G、50B射出之射出光的通過/非通過，藉此顯示圖像。 圖30表示GaN系半導體發光元件1R、ig、1B排列為2次 元矩陣狀之發光元件面板5〇R、5〇G、50B等之概念圖，自 發光元件面板50R、50G、50B射出之光，入射至雙色稜鏡 57’該等光之光路集中於一束光路上，藉由光藉由控制裝 置58控制自雙色稜鏡57射出之該等光之通過/非通過，該 等光於直視式圖像顯示裝置中被直視，或者於投影式圖像 顯示裝置中，經由投影透鏡56而投影至螢幕。由於可使發 112211.doc • 78 - 1364117 光凡件面板50R、5〇G、50B之構成、構造與參照圖21B所 說明之發光元件面板50的構成、構造相同，故而省略詳細 說明》 再者’於此種圖像顯示裝置中，較理想的是，使構成發 光元件面板50R、50G、50B之半導體發光元件1R、1G、 為實施例1〜實施例4中所說明之GaN系半導體發光元件 1 ’但根據情形，例如，亦可使構成發光元件面板50R之半 導體發光元件1R含有A1InGap系化合物半導體發光二極 體’使構成發光元件面板50G、50B之半導體發光元件 1G、1B為實施例1〜實施例4中所說明之GaN系半導體發光 元件1。 [實施例7] 實施例7係關於本發明第2態樣之圖像顯示裝置。實施例 7之圖像顯示裝置係包含發出藍色光之第1發光元件、發出 綠色光之第2發光元件以及發出紅色光之第3發光元件，且 用以顯示彩色圖像之發光元件單元UN排列為2次元矩陣狀 者， 構成第1發光元件、第2發光元件、及第3發光元件内之 至少1個發光元件之GaN系半導體發光元件（發光二極體）的 基本構成、構造，與實施例1〜實施例4中所說明者相同， 其包含： (A) 具有η型導電型之第IGaN系化合物半導體層13 ; (B) 具有多重量子井構造之活性層15，上述多重量子井 構造含有井層以及分隔井層與井層之障壁層；以及 112211.doc -79- 1364117 (C)具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層17， 於以活性層15之第IGaN系化合物半導體層侧之井層密 度為A ’以第2GaN系化合物半導體層側之井層密度為d2 時’以滿足d丨<d2之方式配置活性層15之井層。 再者，於此種圖像顯示裝置中，可使第1發光元件、第2 發光元件、及第3發光元件之任一者為實施例卜實施例4中 所說明之GaN系半導體發光元件1，根據情形，例如，亦 可使發出紅色光之發光元件含有A1InGap系化合物半導體 發光二極體。 於實施例7之圖像顯示裝置中，除控制用以顯示圖像之 GaN系半導體發光元件之動作電流密度（或者驅動電流） 外’控制驅動電流之脈衝寬度及/或控制驅動電流之脈衝 密度，藉此可控制顯示圖像之亮度（明亮度）。即，亮度之 控制參數較先前之技術有所增加，故而可進行更廣範圍之 免度控制，且可獲得較廣之亮度之動態範圍。具體而言， 例如’可藉由控制驅動電流（動作電流）之峰值電流值而控 制圖像顯示裝置整體之亮度，藉由控制驅動電流之脈衝寬 度及/或脈衝密度而進行細微之亮度控制，或者，亦可與 此相反’藉由控制驅動電流之脈衝寬度及/或脈衝密度而 控制圖像顯示裝置整體之亮度，藉由控制驅動電流（動作 電流）之峰值電流值而進行細微之亮度控制。而且，於該 情形時’可藉由使用與實施例1〜實施例4中所說明者相同 之GaN系半導體發光元件（發光二極體），而抑制發光波長 之較大移動，故而可實現GaN系半導體發光元件之發光波 112211.doc -80 - 1364117 長之穩定化。 此處，作為實施例7之圖像顯示裝置，例如，可列舉以 下說明之構成、構造之圖像顯示裝置。再者，發光元^單 元UN之數量亦可根據圖像顯示裝置所要求之規格而定。 [1]第2A態樣之圖像顯示裝置及第2B態樣之囷像顯示裝置 被動式矩陣型或主動式矩陣型之投影式彩色顯示之圖像 顯示裝置，其藉由控制第1發光元件、第2發光元件、及第 3發光元件各自之發光/非發光狀態，使各發光元件之發光 狀態直接可見，以此顯示圖像；以及被動式矩陣型或主動 式矩陣型之直視式彩色顯示之圖像顯示裝置，其藉由控制 第1發光元件、第2發光元件及第3發光元件各自之發光/非 發光狀態，並投影於螢幕而顯示圖像。 例如，圖31表示包含構成此種主動式矩陣型之直視式彩 色顯示圖像顯示裝置之發光元件面板的電路圖，各GaN系 半導體發光元件1 (圖31t，以「R」表示發出紅色光之半 導體發光元件，以「G」表示發出綠色光之GaN系半導體 發光元件’以「B」表示發出藍色光之GaN系半導體發光 元件）一方之電極（p型電極或η型電極）連接於驅動器45，驅 動器45連接於行驅動器43及列驅動器44。又，各GaN系半 導體發光元件1另一方之電極（11型電極或p型電極）連接於接 地線。例如’對列驅動器44之驅動器45進行選擇，藉此控 制各GaN系半導體發光元件1之發光/非發光狀態，並將用 以驅動GaN系半導體發光元件1之亮度訊號自行驅動器43 供給至驅動器45。將特定電壓自未圖示之電源另外供給至 112211.doc -81- 1364117 各各驅動器45,驅動器45 (根據格局pDM控制或pwM控 制）將對應於亮度訊號之驅動電流供給至GaN系半導體發光 元件1。行驅動器43之功能之一與實施例！之驅動電路26所 具有之功能相同。由驅動器45選擇發出紅色光之半導體發 光元件R、發出綠色光之GaN系半導體發光元件^以及發出 藍色光之GaN系半導體發光元件b，可分時控制該等發出 紅色光之半導體發光元件r、發出綠色光之GaN系半導體 發光元件G以及發出藍色光之GaN系半導體發光元件b各自 之發光/非發光狀態’或者亦可使上述發光元件同時發 光。各GaN系半導體發光元件1之選擇、驅動以及其自身 可使用眾所周知之方法，故而省略詳細說明。再者，於直 視式圖像顯示裝置中被直視，或者於投影式圖像顯示裝置 中，經由投彩透鏡而投影至螢幕。 [2】第2C態樣之圖像顯示裝置 色序法顯示之直視式或投影式圖像顯示裝置，其具備用 以控制來自排列為2次元矩陣狀之發光元件單之射出光的 通過/非通過的光通過控制裝置（例如液晶顯示裝置），並分 時控制發光元件單元之第1發光元件、第2發光元件、及第 3發光元件各自之發光/非發光狀態，進而由光通過控制裝 置控制自第〖發光元件、第2發光元件、及第3發光元件射 出之射出光的通過/非通過，藉此顯示圖像。 再者’此種圖像顯示裝置之概念圖與圖23所示者相同。 繼而’於直視式圖像顯示裝置中被直視，或者於投影式圖 像顯示裝置中，經由投影透鏡而投影至螢幕。 112211.doc -82· 1364117 [實施例8] 實施例8係關於本發明之面狀光源及液晶顯示裝置組裝 體（具體而言，彩色液晶顯示裝置組裝體）。實施例8之面狀 光源裝置係自背面照射透過型或半透過型之彩色液晶顯示 裝置者。又，實施例8之彩色液晶顯示裝置組裝體係具有 透過型或半透過型彩色液晶顯示裝置，及自背面照射該彩 色液晶顯示裝置之面狀光源裝置者》 繼而’作為面狀光源裝置所具備之光源之GaN系半導體 發光元件（發光二極體）的基本構成、構造，與實施例卜實 施例4中所說明者相同，其包含： (A) 具有n型導電型之第IGaN系化合物半導體層13 ; (B) 具有多重量子井構造之活性層15，上述多種量子井 構造含有井層以及分隔井層與井層之障壁層；以及 (C) 具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層17， 於以活性層15之第IGaN系化合物半導體層側之井層密 度為d! ’以第2GaN系化合物半導體層側之井層密度為d2 時’以滿足d^d2之方式配置活性層15之井層。 於實施例8之面狀光源裝置中，除控制作為光源之GaN 系半導體發光元件之動作電流密度（或者驅動電流）外，控 制驅動電流之脈衝寬度及/或控制驅動電流之脈衝密度， 藉此可控制作為光源之GaN系半導體發光元件之亮度（明亮 度）°即’亮度之控制參數較先前之技術有所增加，故而 可進行更廣範圍内之亮度控制，且可獲得較廣之亮度之動 態範圍。具體而言，例如，可藉由控制驅動電流（動作電 112211.doc
\A •83· 1364117 流）之峄值電流值而控制面狀光源裝置整體之亮度，藉由 控制駆動電流之脈衝寬度及/或脈衝密度而進行細微之亮 度控制’或者，亦可與此相反’藉由控制驅動電流之脈衝 寬度及/或脈衝密度而控制面狀光源裝置整體之亮度，藉 由控制驅動電流（動作電流）之峰值電流值而進行細微之亮 度控制。而且，於該情形時，可藉由使用與實施例丨〜實施 例4中所說明者相同之GaN系半導體發光元件（發光二極 體）’而抑制發光波長之較大移動，故而可實現GaN系半導 體發光元件之發光波長之穩定化。 圖32A模式性表示實施例8之面狀光源裝置之發光元件的 配置、排列狀態，圖32B表示面狀光源裝置及彩色液晶顯 示裝置組裝體之模式性部分剖面圖’圖3 3表示彩色液晶顯 示裝置之模式性部分剖面圖。 實施例8之彩色液晶顯示裝置組裝體2〇〇，更具體而言包 含： (a) 具備透明第1電極224之前面板220， (b) 具備透明第2電極234之後面板230， (c) 含有配置於前面板220與後面板230之間之液晶材料 227的透過型彩色液晶顯示裝置21〇，以及 (d) 具有作為光源之半導體發光元件1R、ig、iB的面狀 光源裝置（直下型背光）240。 此處，面狀光源裝置（直下型背光）24〇對向（面對）於後面板 23 0而配置，並自後面板側照射彩色液晶顯示裝置21〇。 直下型面狀光源裝置240包含具有外側框架243與内側框 112211.doc ，84 · 1364117 架244之框體241。繼而，透過型彩色液晶顯示裝置210之 端部以介隔間隔片245A、245B而夾入之方式，由外側框 架243與内側框架244所保持。又，於外側框架243與内側 框架244之間配置有導向部件246，故而成為如下構造，即 不會使由外側框架243與内侧框架244所夾入之彩色液晶顯 示裝置210產生偏移。於框體241内部之上部，擴散板251 介隔間隔片245C、托架部件247而安裝於内側框架244上。 又’於擴散板251上，積層有擴散薄膜252、棱鏡薄膜 253、偏光轉換薄膜254等之光學功能薄膜群。 於框體241内部之下部包含有反射板255。此處，該反射 板255以使其反射面與擴散板251對向之方式配置，且藉由 未圖示之安裝用部件而安裝於框體241之底面242a上。反 射板255’例如，可含有銀增反射膜，該銀增反射膜具有 於薄板基材上順次積層有銀反射膜、低折射率膜、高折射 率膜之構造。反射板255反射自發出紅色光之複數個 AlGalnP系半導體發光元件1R、發出綠色光之複數個QaN 系半導體發光元件1G、及發出藍色光之複數個GaN系半導 體發光元件1B射出的光，或由框體241之側面242B所反射 之光。藉此’混合自複數個半導體發光元件1R、1G、1B 射出之紅色光、綠色光、及藍色光，其後可獲得作為照明 光之色純度高<白色《。該照明光通過擴散板251、擴散 薄膜252、稜鏡膜253、偏光轉換薄膜254等之光學功能薄 膜群並自责面照射彩色液晶顯示裝置21〇。 發光疋件之排列狀態，例如，可為如下之排列：於水平 112211.doc -85· 1364117 方向上排列複數個發光元件列後，形成光元件列陣列，其 中該發光元件列陣列以紅色發光之AlGalnP系半導體發光 元件1R、綠色發光之GaN系半導體發光元件1G、及藍色發 光之GaN系半導體發光元件1 b為1組，其後於垂直方向上 排列複數個上述發光元件列陣列。繼而，構成發光元件列 之各發光元件之個數，例如為（2個紅色發光之AlGalnP系 半導體發光元件、2個綠色發光之GaN系半導體發光元 件、1個藍色發光之GaN系半導體發光元件），以紅色發光 之AlGalnP系半導體發光元件、綠色發光之GaN系半導體 發光元件、藍色發光之GaN系半導體發光元件、綠色發光 之GaN系半導體發光元件、紅色發光之AlGalnP系半導體 發光元件之順序進行排列。 如圖33所示’構成彩色液晶顯示裝置21〇之前面板22〇， 例如包含含有玻璃基板之第板基板221、與設置於第1 基板221外表面之偏光薄膜226。於第i基板221之内表面設 置有由含有丙烯酸樹脂或環氧樹脂之保護層223所包覆的 彩色濾光片222，於保護層223上形成有透明第1電極（亦稱 為共通電極’例如含有IT〇)224，於透明第1電極224上形 成有定向膜225 ^另一方面，後面板230，更具體而言，例 如包含含有玻璃基板之第2基板231、形成於第2基板231之 内表面上的開關元件（具體而言，為薄膜電晶體、Τρτ) 232、由開關元件232控制導通/非導通之透明第2電極（亦稱 為像素電極’例如，含有ITO) 234以及設置於第2基板231 之外表面之偏光薄膜236。於包含透明第2電極234之整個 112211.doc • 86 - 1364117 面上形成有定向膜235 »前面板220與後面板230於其外周 部’藉由密封材料（未圖示）而接合。再者，開關元件232並 不限定於TFT，例如’亦可含有MIM元件。又，圖式中之 參照序號237係設置於開關元件232與開關元件232之間之 絕緣層。 再者，構成該等透過型彩色液晶顯示裝置之各種部件或 液晶材料.，可含有眾·所周知之部件、材料，故而省略詳細 說明。 紅色發光之半導體發光元件1R、綠色發光之GaN系半導 體發光元件1G、及藍色發光之GaN系半導體發光元件1 b分 別具有圖2(A)所示之構造’且連接於驅動電路26。繼而， 以與實施例1中所說明者同樣之方法被驅動。 再者，將面狀光源裝置分割為複數個區域，並動態地獨 立控制各區域，藉此可進一步擴大彩色液晶顯示裝置之亮 度的動態範圍。即’針對每個圖像顯示訊框，將面狀光源 裝置分割為複數個區域，並於各區域中，根據圖像訊號而 使面狀光源裝置之明亮度產生變化（例如，使面狀光源裝 置之適當區域之亮度與相當於各區域之圖像區域的最大亮 度成比例），藉此於圖像明亮之區域中，使面狀光源裝置 之適當區域變党.’而於圖像暗淡之區域中，使面狀光源裝 置之適當區域變暗，由此可大幅提高彩色液晶顯示裝置之 對比度比。進而，亦可降低平均耗電。於該技術中，重要 的是降低面狀光源裝置之區域間之色差。GaN系半導體發 光元件於製作時易產生發光色不均一，但實施例8中所使 112211.doc -87- 1364117 用之GaN系半導體發光元件為實施例丨〜實施例4中所說明 之GaN系半導體發光元件，故而可達成各區域之發光色不 均一較少的面狀光源裝置。而且，除控制作為光源之 系半導體發光元件之動作電流密度（或者驅動電流）外，控 制驅動電流之脈衝寬度及/或控制驅動電流之脈衝密度， 藉此可控制作為光源之GaN系半導體發光元件之亮度（明亮 度），故而，可更可靠且更容易地分割為複數個區域，並 動態地獨立控制各區域《即，具體而言，例如，可藉由控 制驅動電流（動作電流）之峰值電流值而控制面狀光源裝置 之各區域各自之亮度，藉由控制驅動電流之脈衝密度及/ 或脈衝密度而進行細微之亮度控制，或者，亦可與此相 反’藉由控制驅動電流之脈衝寬度及/或脈衝密度而控制 面狀光源裝置整體之亮度，藉由控制驅動電流（動作電流） 之峰值電流值而進行細微之亮度控制。 [實施例9] 實施例9為實施例8之變形。於實施例8中，使面狀光源 裝置為直下型。另一方面’於實施例9中，使面狀光源裝 置為邊緣發光型。圖34表示實施例9之彩色液晶顯示裝置 組裝體之概念圖。再者，實施例9之彩色液晶顯示裝置之 模式性部分剖面圖，與圖33所示之模式性部分剖面圖相 同。 實施例9之彩色液晶顯示裝置組裝體2〇〇a包含： (a) 具備透明第1電極224之前面板220， (b) 具備透明第2電極234之後面板230， 112211.doc -88 - 1364117 (C)含有配置於前面板220與後面板230之間之液晶材料 227的透過型彩色液晶顯示裝置210，以及 (d)含有導光板270及光源260且自後面板側照射彩色液 晶顯示裝置210之面狀光源裝置（邊緣發光型背光）250， 此處，導光板270對向（面對）於後面板230而配置。 光源260，例如包含紅色發光之AlGalnP系半導體發光元 件 '綠色發光之GaN系半導體發光元件、及藍色發光之 GaN系半導體發光元件。再者，該等半導體發光元件並未 具體圖示。可使綠色發光之GaN系半導體發光元件及藍色 發光之GaN系半導體發光元件，與實施例卜實施例4中所 說明之GaN系半導體發光元件相同。又，由於可使構成彩 色液晶顯示裝置210之前面板220及後面板230之構成、構 造為’與參照圖33所說明之實施例8之前面板220及後面板 2 3 0相同的構成、構造’故而省略詳細說明。 例如’含有聚碳酸酯樹脂之導光板27〇具有第1面（底 面）271、與該第1面271對向之第2面（頂面）273、第1側面 274、第2侧側面275、與第1側面274對向之第3側面276、 及與第2侧面274對向之第4側面。對於導光板27〇之更具體 之形狀，整體而言為楔狀之截頭四角錐形狀，截頭四角錐 之2個對向之側面相當於第1面271及第2面273，截頭四角 錐之底面相當於第1側面274。繼而，於第1面271之表面部 议置有凹凸部272。於嚮導光板27〇之光入射方向上，以與 第1面271垂直之假想平面將導光板27〇切斷時之連續之凸 凹部的剖面形狀為三角形。即，設置於第1面271之表面部 112211.doc -89 - 1364117 之凹凸°卩272為棱鏡狀。導光板270之第2面273可平滑 (即，可為鏡面），亦可設置具有擴散效果之喷塗顆粒（即， 亦可為具有微細凹凸之面以對向於導光板270之第1面 271之方式配置反射部件281。又，以對向於導光板27〇之 第2面273之方式配置彩色液晶顯示裝置21〇。進而，於彩 色液晶顯示裝置21〇與導光板270之第2面273之間，配置有 擴散薄膜282及稜鏡膜283。自光源260射出之光自導光板 27〇之第1側面274 (例如，相當於截頭四角錐之底面的面） 入射至導光板270’碰撞第1面271之凹凸部272後散射，自 第1面271射出，由反射部件281反射，其後再次入射至第i 面271’自第2面273射出’通過擴散薄膜282及稜鏡膜283 後’照射彩色液晶顯示裝置21 〇。 以上，已根據較好之實施例說明了本發明，但本發明並 非限定於該等實施例。實施例中所說明之GaN系半導體發 光元件以及裝入有該GaN系半導體發光元件之發光裝置、 圖像顯示裝置、面狀光源裝置、彩色液晶顯示裝置組裝體 的構成、構造為例不，構成該等之部件、材料等亦為例 示，故而可適當進行變更。GaN系半導體發光元件之積層 順序亦可相反。直視式圖像顯示裝置亦可為將圖像投影於 人之視網膜形式的圖像顯示裝置。於實施例中，將η電極 與Ρ型電極形成於GaN系半導體發光元件之相同側（上側）， 但取而代之，亦可剝離基板10，將η型電極與p型電極形成 於GaN系半導體發光元件之不同侧，即將^型電極形成於 下侧’將ρ型電極形成於上側。又，亦可採用使用有銀或 112211、doc • 90· 1364117 鋁等反射電極而非透明電極料電極之形態，以及長邊 (長徑）或短邊（短徑）不同之形態。 圖35表示包含具有覆晶結構之LED之GaN系半導體發光 元件1的模式性剖面圖。但是，於圖35中，省略對各構成 要素添加斜線之步驟。可使GaN系半導體發光元件丨之層 構成，與實施例1〜實施例4中所說明之GaN系半導體發光 兀件1的層構成相同。各層之側面等由鈍化膜3〇5所覆蓋， 於露出之第1 GaN系化合物半導體層13之部分上形成有11型 電極19A，於摻雜Mg之GaN層18上形成有作為光反射層起 作用之p型電極19Β»繼而，GaN系半導體發光元件i之下 °P*Si〇2層304、紹層303所包圍。進而，p型電極19B及銘 層303藉由焊錫層301、302而固定於載具21上。此處，於 以自活性層15至作為光反射層起作用之p電極19B的距離為 L ’以存在於活性層15與p型電極19B之間之化合物半導體 層的折射率為n() ’以發光波長為χ時，較好的是滿足 〇.5(λ/η〇)$Ι^(λ/η〇)。 又’可藉由GaN系半導體發光元件構成半導體雷射。作 為此種半導體雷射之層構成，可例示於GaN基板上依次形 成以下之層的構成。再者，發光波長約為450 nm。 (1) 厚度為3 μιη，摻雜Si之GaN層（摻雜濃度為 5x l〇18/cm3) (2) 總厚度為1 pm之超晶格層（以厚度為2.4 nm且換雜Si 之Al〇 jGawN層與厚度為1.6 nm且摻雜Si之GaN層為1組 時’其為積層有250組之構造，摻雜濃度為5xl〇18/cm3) 112211 .doc -91- 1364117 (3) 厚度為150 nm ’推雜Si之In〇.〇3Ga(^97N層（捧雜濃产為 5 X 1 〇18/cm3) (4) 厚度為 5 nm之非捧雜 In〇.〇3Ga().97iN^ (5) 具有多重量子井構造之活性層（自下依次為，含有厚 度為3 nm之In〇_ i5Ga〇.85N層之井層/含有厚度為μ nm之 In〇.〇3Ga〇.97N層之障壁層/含有厚度為3 nm之In〇 15Ga〇 85n層 之井層/含有厚度為5 nm之Ino.osGaowN層之障壁層/含有厚 度為3 nm之In〇.丨sGao.ssN層之井層/含有厚度為5賺之 In0.〇3Ga〇.97N層之障壁層/含有厚度為3請之InQ i5Ga() 85n層 之井層） (6) 厚度為10 nm之非摻雜GaN層 (7) 總厚度為20 nm之超晶格層（以厚度2_4 nm且摻雜Mg 之AlojGao.sN層與厚專為I.6 nm且摻雜Mg之GaN層為1組 時，其為積層有5組之構造，、摻雜濃度為5xl0i9/cm3) (8) 厚度為120 nm，摻雜Mg之GaN層（摻雜濃度為 1 X 1 019/cm3) (9) 總厚度為500 nm之超晶格層（以厚度為2.4 nm且換雜 Mg之AltMGaojN層與厚度為l_6 nm且摻雜Mg之GaN層為1 組時’其為積層有125組之構造，摻雜濃度為5xl〇19/Cm3) (1〇)厚度為20 nm ’摻雜Mg之GaN層（摻雜濃度為 1 x 102()/cm3)，以及 (11)厚度為5 nm，摻雜Mg之In()15Ga()85N層（摻雜濃度為 1 X 1020/cm3) 預先求得AlGalnP系半導體發光元件或GaN系半導體發 H2211.doc 92· 1364117 光元件之溫度特性（溫度-發光波長之關係），並監控面狀光 源裝置或彩色液晶顯示裝置組裝體之AlGalnP系半導體發 光元件或G aN系半導體發光元件之溫度，藉此可於接通電 源後’立即實現穩定之AlGalnP系半導體發光元件及GaN 系半導體發光元件之動作。 以上所說明之驅動電路26’不僅可用於驅動本發明之 GaN系半導體發光元件，而且可用於驅動具有先前之構 成、構造之GaN系半導體發光元件（例如，比較例i中所說 明之GaN系半導體發光元件）。 作為驅動電路，亦可使用曰本專利特開2〇〇3 22〇52號公 報所揭示之驅動電路。該驅動電路具有：發光波長校正機 構，其藉由控制供給至GaN系半導體發光元件之電流而校 正複數個GaN系半導體發光元件間之發光波長不均一；以 及發光亮度校正機構，其校正GaN系半導體發光元件間之 亮度不均一。此處，發光波長校正機構可為如下之構成， 即具有設置於所驅動之每個GaN系半導體發光元件上之電 流鏡電路，並藉由該電流鏡迴路而調整流經GaN系半導體 發光元件之電流。再者，藉由控制流經並聯連接之複數個 主動7G件之電流，而控制流經電流鏡電路之參照側之電 流。又’發光亮度校正機構可為如下之構成，具有將電 流供給至所驅動之GaN系半導體發光元件之定電流電路， 並控制該定電流電路之開關元件之接通斷開。 【圖式簡單說明】 圖丨係概念性表示實施例半導體發光元件之層 112211.doc -93- 1364117 構成的圖式》 圖2係實施例iiGaN系半導體發光元件之模式性剖面 圖。 圖3係表示測定實施例丨及比較例1之（}&>^系半導體發光 元件之動作電流密度與光輸出之關係的結果的圖表。 圖4係表示實施例1及比較例1之GaN系半導體發光元件 之動作電流密度與發光峰值波長之關係的圖表。 圖5係表示為對GaN系半導體發光元件進行評估，而將 驅動電流供給至GaN系半導體發光元件上之狀態的概念 圖。 圖όΑ係自上方觀察實施例1之GaN系半導體發光元件之 模式圖。 圖6B係沿圖6A之箭頭B-B之模式性剖面圖（其中，省略 斜線）。 圖7係自上方觀察所串聯連接之2個GaN系半導體發光元 件之模式圖。 圖8係表示實施例〗之活性層附近之能帶圖與費米能階之 圖表。 圖9係表示比較例丨之活性層附近之能帶圖與費米能階之 圖表。 圖⑺係表示算出實施例1之電洞濃度之結果的圖表。 圖11係表示算出比較例1之電洞濃度之結果的圖表。 圖12係表示算出於實施例1之構造中’改變活性層之打型 雜質濃度時之電洞濃度之結果的圖表。 112211.doc -94- 1364117 圖13係表示實施例1之電洞濃度之計算結果的圖表。 圖14係表示實施例1之變形例-A之電洞濃度之計算結果 的圖表。 圖15 A係表示實施例1之變形例-B之活性層附近之能帶圖 與費米能階的圖表。 圖15B係表示實施例1之變形例-B之電洞濃度之計算結果 的圖表。 圖16 A係表示實施例1之變形例-C之活性層附近之能帶圖 與費米能階的圖表。 圖16B係表示實施例1之變形例-C之電洞濃度之計算結果 的圖表。 圖17A係表示比較例1-A之活性層附近之能帶圖與費米 能階的圖表。 圖17B係表示比較例1 - A之電洞濃度之計算結果的圖表。 圖18係表示實施例3及比較例3之GaN系半導體發光元件 之動作電流密度與發光峰值波長之關係的圖表。 圖19A係自上觀察實施例4之GaN系半導體發光元件之模 式圖。 圖19B係沿圖19A之箭頭B-B之模式性剖面圖（其中，省 略斜線）。 圖20A係表示實施例4A及比較例4A之GaN系半導體發光 元件之動作電流密度與峰值波長移動量之關係的圖表。 圖20B係表示實施例4B及比較例4B之GaN系半導體發光 元件之動作電流密度與峰值波長移動量之關係的圖表。 112211.doc -95- 1364117 圖21A係實施例6之被動式矩陣型之直視式圖像顯示裝置 (第1Α態樣之圖像顯示裝置）的電路圖。 圖2 1B係GaN系半導體發光元件排列為2次元矩陣狀之發 光元件面板之模式性剖面圖。 圖22係實施例6之主動式矩陣型之直視式圖像顯示裝置 (第1A態樣之圖像顯示裝置）的電路圖。 圖23係具備GaN系半導體發光元件排列為2次元矩陣狀 之發光元件面板之投影式圖像顯示裝置（第1B態樣之圖像 顯示裝置）的概念圖》 圖24係具備紅色發光元件面板、綠色發光元件面板以及 藍色發光元件面板之投影式彩色顯示之圖像顯示裝置（第 1C態樣之圖像顯示裝置）的概念圖。 圖25係具備GaN系半導體發光元件及光通過控制裝置之 投影式圖像顯示裝置（第1D態樣之圖像顯示裝置）之概念 圖。 圖26係具備3組GaN系半導體發光元件及光通過控制裝 置之彩色顯示之投影式圖像顯示裝置（第iD態樣之圖像顯 示裝置）的概念圖。 圖27係具備發光元件面板及光通過控制裝置之投影式圖 像顯示裝置（第1E態樣之圖像顯示裝置）之概念圖。 圖28係具備3組GaN系半導體發光元件及光通過控制裝 置之彩色顯示之投影式圖像顯示裝置（第1F態樣之圖像顯 示裝置）的概念圖。 圖29係具備3組GaN系半導體發光元件，及光通過控制 112211.doc -96 - 1364117 裝置之彩色顯示之投影式圖像顯示裝置（第1G態樣之圖像 顯示裝置）的概念圖。 圖30係具備3組發光元件面板，及光通過控制裝置之彩 色顯示之投影式圖像顯示裝置（第1H態樣之圖像顯示裝置） 的概念圖。 圖31係實施例7之主動式矩陣型之直視式彩色顯示之圖 像顯示裝置（第2A態樣之圖像顯示裝置）的電路圖。 圖32A係模式表示實施例8之面狀光源裝置之發光元件之 配置、排列狀態的圖式。 圖32B係面狀光源裝置及彩色液晶顯示裝置組裝體之模 式性部分剖面圖。 圖3 3係彩色液晶顯示裝置之模式性部分剖面圖。 圖34係實施例9之彩色液晶顯示裝置組裝體之概念圖。 圖35係包含具有覆晶結構之led之GaN系半導體發光元 件的模式性剖面圖。
圖36係描繪於參考品參考品_52GaN系半導體發光元 件中’藍色發光峰值成分占整體之比率的圖表。 【主要元件符號說明】 1，101 GaN系半導體發光元件 UN 發光元件單元 10 基板 11 緩衝層 12 非摻雜之GaN層 13 具有η型導電型之第IGaN系化合物半導體層 I12211.doc -97- 1364117
14 非摻雜GaN層 15 活性層 16 非摻雜GaN層 17 具有P型導電型之第2GaN系化合物半導體層 18 摻雜Mg之GaN層 19A η型電極 19B ρ型電極 21 載具 22 塑膠鏡片 23A 金線 23B 外部電極 24 反射杯 25 散熱片 26 驅動電路 27 控制部 28 驅動電流源 29 脈衝產生電路 30 驅動器 41, 43 行驅動器 42, 44 列驅動器 45 驅動器 50 發光元件面板 51 支撐體 52 X方向配線 112211.doc -98- 1364117
53 Y方向配線 54 透明基材 55 微透鏡 56 投影透鏡 57 雙色稜鏡 58 液晶顯不裝置 59 導光部件 102 散熱片 200, 200A 彩色液晶顯示裝置組裝體 210 彩色液晶顯不裝置 220 前面板 221 第1基板 222 彩色濾光片 223 保護層 224 透明第1電極 225 定向膜 226 偏光薄膜 227 液晶材料 230 後面板 231 第2基板 232 開關元件 234 透明第2電極 235 定向膜 236 偏光薄膜 112211.doc -99- 1364117
240 面狀光源裝置 241 框體 242A 框體底面 242B 框體側面 243 外側框架 244 内側框架 245A, 245B 間隔片 246 導向部件 247 托架部件 251 擴散板 252 擴散薄膜 253 棱鏡膜 254 偏光轉換薄膜 255 反射板 250 面狀光源裝置 260 光源 270 導光板 271 導光板第1面 272 第1面之凹凸部 273 導光板第2面 274 導光板第1側面 275 導光板第2侧面 276 導光板第3側面 281 反射部件 112211.doc •100· 1364117 282 擴散薄膜 283 稜鏡膜 301, 302 焊錫層 303 銘層 304 Si02 層 304 鈍化膜
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Claims (1)

1364117 公告本 第095133395號專利申請宰 中文申請翻細^^98年12月） 十、申請專利範圍： 1. -種GaN系半導體發光元件，其特徵在於包含· ㈧具有η型導電型之第咖系化合物半導體層； (B)具有多重量子井構造的活性層，上述多 造含有井層及分隔井層與井層之障壁層；及 冓 (C)具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層；且 於使活性層之第1GaN系化合物半導體層側之井層穷产 料，使第2GaN系化合物半導體層側之井層密度= 時，以滿足dfd2之方式配置活性層之井層。 2.如請求項1之GaN系半導體發光元件，其申 以使動作電流密度為30 A/cm2時之活性層的發光波長 為入2 (nm)，以使動作電流密度為300 A/cm2時之活性層的 發光波長為λ3 (nm)時，滿足： 500 (ηιη)^λ2^550 (nm) 0 ^ I λ2-λ31 ^ 5 (nm) ° φ 3.如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 以使動作電流密度為1 A/cm2時之活性層的發光波長為 λ! (nm) ’以使動作電流密度為3〇 A/cm2時之活性層的發 光波長為λ2(ηιη)，以使動作電流密度為300 A/cm2時之活 性層的發光波長為λ3 (nm)時，滿足： 500 (nm)^X2^ 550 (nm) 0 ^ I λι-λ21^10 (nm) 0 S I λ2-λ3 丨 $ 5 (nm)。 4.如請求項1之GaN系半導體發光元件’其中 112211-981222.doc 1364117 以使動作電流密度為3 0 A/cm2時之活性層的發光波長 為λ2(ηιη)，以使動作電流密度為300 A/cm2時之活性層的 發光波長為λ3(ηιη)時，滿足： 430 (nm)^X2^480 (nm) 0 S I λ2-λ3 丨 g 2 (nm)。 5·如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中
以使動作電流密度為1 A/cm2時之活性層的發光波長為 λι (nm)，以使動作電流密度為30 A/cm2時之活性層的發 光波長為λ2 (nm) ’以使動作電流密度為300 A/cm2時之活 性層的發光波長為λ3 (nm)時，滿足： 430 (nm)^X2^480 (nm) Ο ^ I λι-λ21 ^ 5 (nm) Ο S I λ2-λ31 $ 2 (nm)。 6. 如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中
於以活性層之總厚為t〇 ’以自活性層之第1 GaN系化合 物半導體層側界面至厚度（t〇/3)之活性層第1區域内之井 層密度為4，以自第2GaN系化合物半導體層側界面至厚 度（2t〇/3 )之活性層第2區域内之井層密度為d2時，以滿足 dfdz之方式配置活性層之井層。 7. 如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 於以活性層之總厚為t〇，以自活性層之第1 GaN系化合 物半導體層側界面至厚度（t〇/2)之活性層第1區域内的井 層密度為d!’以自第2GaN系化合物半導體層側界面至厚 度（t〇/2)之活性層第2區域内的井層密度為七時，以滿足 112211-981222.doc 1364117 之方式配置活性層之井層。 8.如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 於以活性層之總厚為t〇，以自活性層之第丨GaN系化合 物半導體層側界面至厚度（2t0/3)之活性層第i區域内的井 層在、度為di ’以自第2GaN系化合物半導體層側界面至厚 度（t〇/3)之活性層第2區域内的井層密度為t時，以滿足 4<(12之方式配置活性層之井層。 φ 9.如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 以滿足1.2Sd2/d丨$10之方式配置活性層之井層。 10. 如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 活性層之障壁層之厚度自第1GaN系化合物半導體層側 至第2GaN系化合物半導體層側係作變化。 11. 如請求項10之GaN系半導體發光元件，其中 活性層之障壁層之厚度自第1GaN系化合物半導體層側 至第2GaN系化合物半導體層側係作3階段以上之變化。 • 12.如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 最位於第2GaN系化合物半導體層側之障壁層之厚度為 20 nm以下。 13.如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 最位於第1 GaN系化合物半導體層側之障壁層厚度為最 位於第2GaN系化合物半導體層側之障壁層厚度的2倍以 上。 14·如s青求項1之GaN系半導體發光元件，其中 於活性層中含有銦原子。 112211-98I222.doc 1364117 15. 如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 活性層之井層數量為4以上。 16. 如請求項丨之GaN系半導體發光元件，其中更包含： (D) 形成於第lGaN系化合物半導體層與活性層之間且 含有In原子之基礎層；及 (E) 形成於活性層與第2GaN系化合物半導體層之間且 含有P型摻雜物之超晶格結構層。 17. 如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 構成活性層之GaN系化合物半導體層含有非摻雜之 GaN系化合物半導體，或者構成活性層之GaN系化合物 半導體層之η型雜質濃度小於2xl〇17/cm3。 1 8.如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 活性層之短邊或短徑之長度為0.1 mm以下。 19.如請求項1之GaN系半導體發光元件，其中 活性層之短邊或短徑之長度為〇〇3 mm以下。 20·種發光裝置’其特徵在於：包含GaN系半導體發光元 件與色轉換材料，該色轉換材料係有來自該GaN系半導 體發光元件之射出光入射，且射出具有與來自GaN系半 導體發光元件之射出光所具有之波長不同之波長之光，且 GaN系半導體發光元件包含： (A) 具有n型導電型之第1GaN系化合物半導體層； (B) 具有多重量子井構造之活性層，上述多重量子井 構造包含井層以及分隔井層與井層之障壁層；及 (C) 具有p型導電型之第2〇aN系化合物半導體層； 112211-981222.doc 13641.17 於以活性層之^GaN系化合物半導體層側的井層密度 為d丨，以第2GaN系化合物半導體層側之井層密度為心 時，以滿足dfd2之方式配置活性層之井層。 21. 如請求項20之發光裝置，其中 來自GaN系半導體發光元件之射出光為藍色； 來自色轉換材料之射出光為選自由黃色、綠色及紅色 所组成之群中之至少一種光。 22. 如請求項2〇之發光裝置’其中混合來自⑽系半導體發 光元件之射出光與來自色轉換材料之射出光後，射出白 色光。 23. —種圖像顯示裝置，其特徵在 π、 ^、係具備用以顯示圖 像之GaN系半導體發光元件者，且 該GaN系半導體發光元件包含： (A)具有n型導電型之第咖系化合物半導體層； (Β)具有多重量子井構造之活性層，上述多重量子井 構造包含井層以及分隔井層與井層之障壁層；及 (C)具有ρ型導電型之第咖系化合物半導體層· 、於以活性層之第1㈣系化合物半導體層侧的井㈣度 為山，以第2GaN系化合物半導體層 守遐臂侧之井層密度為d2 時，以滿足d〗<d2之方式配置活性層之井層。 24. -種圖像顯示襄置，其特徵在於：包含發出藍色光之第 】發光元件、發出綠Μ之第2發光元件及發出紅色光之 第3發光7L件且用以顯示彩声 々色圖像之發光元件單元係排 列為2次元矩陣狀，且 1122ll-981222.doc 1364117 構成第1發光元件、第2發光元件及第3發光元件内之 至少一個發光元件的GaN系半導體發光元件包含： (A) 具有η型導電型之第1GaN系化合物半導體層； (B) 具有多重量子井構造之活性層，上述多重量子井 構造包含井層以及分隔井層與井層之障壁層；及 (C) 具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層； 於以活性層之第1GaN系化合物半導體層側的井層密度 為山’以第2GaN系化合物半導體層側之井層密度為二 時，以滿足d,<d2之方式配置活性層之井層。 25·如請求項23或24之圖像顯示裝置，其中 更包含光閥。 26. 如請求項23或24之圖像顯示裝置，其中 活性層之短邊或短徑之長度為〇.1 以下。 27. 如請求項23或24之圖像顯示裝置，其中 活性層之短邊或短徑之長度為〇〇3 以下。 28· —種面狀光源裝置，其特徵在於：其係自背面照射透過 型或半透過型液晶顯示裝置者，且 作為面狀光源裝置所具備之光源的GaN系半導體發光 元件包含： (A) 具有η型導電型之第1GaN系化合物半導體層； (B) 具有多重量子井構造之活性層，上述多重量子井 構造包含井層以及分隔井層與井層之障壁層，·及 (C) 具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層； 於以活性層之第IGaN系化合物半導體層側的井層密度 112211-981222.doc 1364 Π 7 為旬，以第2GaN系化合物半導體層側之井層密度為d2 時’以滿足(1丨<(12之方式配置活性層之井層。 29.種液晶顯示裝置組裝體，其特徵在於：具備透過型或 半透過型液晶顯不裝置以及自背面照射該液晶顯示裝置 者之面狀光源裝置，且 作為面狀光源裝置所具備之光源的GaN系半導體發光 元件包含： • (A)具有11型導電型之第IGaN系化合物半導體層； (B) 具有多重量子井構造之活性層，上述多重量子井 構ie包含井層以及分隔井層與井層之障壁層；及 (C) 具有p型導電型之第2GaN系化合物半導體層； 於以活性層之第咖系化合物半導體層側的井層密产 為dl’以第咖系化合物半導體層側之井層密二 時，以滿足毛以2之方式配置活性層之井層。 112211-981222.doc
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