TWI442597B - 氮化鎵基半導體發光元件，發光元件總成，發光裝置，驅動氮化鎵基半導體發光元件之方法及影像顯示裝置 - Google Patents

氮化鎵基半導體發光元件，發光元件總成，發光裝置，驅動氮化鎵基半導體發光元件之方法及影像顯示裝置 Download PDF

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Description

氮化鎵基半導體發光元件，發光元件總成，發光裝置，驅動氮化鎵基半導體發光元件之方法及影像顯示裝置
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。
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內的光發射波長。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。
一般而言，一GaN基半導體發光元件具有其中n導電率類型之一第一GaN基化合物半導體層、一作用層及p導電率類型之一第二GaN基化合物半導體層係循序層壓之一結構。
在此一GaN基半導體發光元件中，為了實現一高發光效率，已建議與由井層與障壁層構成之一作用層相關的各種技術。先前技術中的技術之範例包括：其中指定井層之數目的技術(例如，參見日本未經審核專利申請公開案第10-261838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2002-368268號)。應注意，在此等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。日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。此專利申請案說明可將電洞與電子有意地集中在接近一p側包覆層定位之一井層上。此外，日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。
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。
依據本發明之一具體實施例的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的障壁層；(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，其中構成該作用層的障壁層之至少一者係由一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。
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)一GaN基半導體發光元件；以及(b)一色彩轉換材料，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示一影像之一GaN基半導體發光元件，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：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GaN基半導體發光元件可構成該第一發光元件、該第二發光元件及該第三發光元件之至少一者(一類型)。
在下文說明中，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元件總成中之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中之GaN基半導體發光元件或依據本發明之一具體實施例的影像顯示裝置中之GaN基半導體發光元件一般稱為「依據本發明之一具體實施例的GaN基半導體發光元件或類似者」。
在依據本發明之一具體實施例的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組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一GaN基化合物半導體層之側上的井層與該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度方向上之一位置t0 較佳的係滿足以下關係：
，
且更佳的係，
，
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Inz Ga(1-z) N，並且該等井層之每一者的組成物可以係Iny Ga(1-y) N(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Inz Ga(1-z) N，並且該等井層之每一者的組成物可以係Iny Ga(1-y) 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。
此外，在包括上面說明的較佳具體實施例與組態的各種類型之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之範圍內。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GaN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態的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50安培/cm2 或更多，更佳的係100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1×10-12 至1×10-8 m2 的範圍內且更佳的係在1×10-11 至1×10-9 m2 的範圍內之一面積。
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1×10-7 至1×10-5 m的範圍內且更佳的係在1×10-6 至1×10-5 m的範圍內之一厚度。
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)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，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)一層壓結構，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)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，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，構成該層壓單元的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導電率類型之第三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。
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GaN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元的p導電率類型之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，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Inx Ga(1-x) N(其中)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Iny Ga(1-y) N層，其中滿足關係。
同時，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Inx Ga(1-x) N(其中)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Iny Ga(1-y) N層，其中滿足關係。
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)，該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1×1018 /cm3 至4×1020 /cm3 且更佳的係1×1019 /cm3 至2×1020 /cm3 之一p型雜質濃度。在具有該第二結構之GaN基半導體發光元件之每一者中(該等發光元件包括上面說明的較佳具體實施例與組態)，該第三GaN基化合物半導體層具有較佳的係1×1018 /cm3 至4×1020 /cm3 且更佳的係1×1019 /cm3 至2×1020 /cm3 之一p型雜質濃度。
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基化合物半導體層可具有在二原子層厚度至50奈米的範圍內之一厚度，構成該層壓單元之未摻雜GaN基化合物半導體層可具有在二原子層厚度至50奈米的範圍內之一厚度，並且該層壓結構可具有在5奈米至200奈米的範圍內之一厚度。在具有該第二結構之GaN基半導體發光元件之每一者中(該等發光元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GaN基化合物半導體層可具有在二原子層厚度至50奈米的範圍內之一厚度，並且該第三GaN基化合物半導體層可具有在5奈米至200奈米的範圍內之一厚度。
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50安培/cm2 或更多、更佳的係100安培/cm2 或更多及進一步較佳的係200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，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AlGaN層、一InGaN層及一AlInGaN層。此外，按需要，此等化合物半導體層可包含一硼(B)原子、一鉈(T1)原子、一砷(As)原子、一磷(P)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、AlN基板、LiMgO基板、LiGaO2 基板、MgAl2 O4 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實施例的發光元件總成中之支撐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、一聚萘二甲酸乙二酯(PEN)膜、一聚醯亞胺(PI)膜及一聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜。該支撐部件之範例進一步包括藉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、一聚苯乙烯樹脂層或一聚矽氧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。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一表面上的基板。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，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯酚(PVP)及聚乙烯醇(PVA)。可組合使用此等材料。該等氧化矽材料的範例包括氧化矽(SiOX )、氮氧化矽(SiON)、旋塗式玻璃(SOG)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、一浸漬方法、一鑄造方法與一噴灑方法。
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，而自一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(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 (O,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)、ME2 Si5 N8 :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)Ga2 S4 、(M:RE)X (Si,Al)12 (O,N)16 (其中「RE」表示Tb或Yb)、(M:Tb)X (Si,Al)12 (O,N)16 、(M:Yb)X (Si,Al)12 (O,N)16 及Si6-Z AlZ OZ N8-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，LaPO4 :Ce,Tb、BaMgAl10 O17 :Eu,Mn、Zn2 SiO4 :Mn、MgAl11 O19 :Ce,Tb、Y2 SiO5 :Ce,Tb或MgAl11 O19 :CE,Tb,Mn)與藍色發光磷光體粒子(例如，BaMgAl10 O17 :Eu、BaMg2 Al16 O27 :Eu、Sr2 P2 O7 :Eu、Sr5 (PO4 )3 Cl:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)5 (PO4 )3 Cl:Eu、CaWO4 或CaWO4 :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Y2 O3 :Eu、YVO4 :Eu、Y(P,V)O4 :Eu、3.5MgO‧0.5MgF2 ‧Ge2 :Mn、CaSiO3 :Pb,Mn、Mg6 ASO11 :Mn、(Sr,Mg)3 (PO4 )3 :Sn、La2 O2 S:Eu及Y2 O2 S: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LaPO4 :Ce,Tb、BaMgAl10 O17 :Eu,Mn、Zn2 SiO4 :Mn、MgAl11 O19 :Ce,Tb、Y2 SiO5 :Ce,Tb、MgAl11 O19 :CE,Tb,Mn及Si6-Z AlZ OZ N8-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BaMgAl10 O17 :Eu、BaMg2 Al16 O27 :Eu、Sr2 P2 O7 :Eu、Sr5 (PO4 )3 Cl:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)5 (PO4 )3 Cl:Eu、CaWO4 及CaWO4 :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，可使用該等綠色發光磷光體粒子與該等藍色發光磷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內轉變急劇地發射光，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示裝置(下文中可一般稱為「依據本發明之一具體實施例的影像顯示裝置」)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，AlGaInP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；(γ)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一光學路徑中的構件(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：(α)一GaN基半導體發光元件；以及(β)一光透射控制器件(例如，一液晶顯示器件、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
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，其具有配置成二維矩陣的GaN基半導體發光元件；以及(β)一光透射控制器件(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；(β)一綠色發光元件面板，其具有配置成二維矩陣的綠色發光GaN基半導體發光元件，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)一藍色發光元件面板，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)一紅色發光半導體發光元件；(β)一綠色發光GaN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每一者發射的光組合至一單一光學路徑中的構件；以及(ε)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)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；(β)一綠色發光元件面板，其具有配置成二維矩陣的綠色發光GaN基半導體發光元件；(γ)一藍色發光元件面板，其具有配置成二維矩陣的藍色發光GaN基半導體發光元件；(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一光學路徑中的構件；以及(ε)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示一影像。
(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一第一發光元件、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。
在生產依據本發明之一具體實施例的發光元件或類似者中，為了防止對作用層之熱損壞的產生，較佳的係滿足關係TMAX <1,350-0.75λ，且更佳的係滿足關係TMAX <1,250-0.75λ，其中TMAX (℃)係在形成該作用層之後形成的GaN基化合物半導體層之每一者的晶體生長中的最大生長溫度，而λ係該作用層之光發射波長。形成該等GaN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)、分子束磊晶(MBE)及氫化物氣相磊晶(HVPE)，其中一鹵素貢獻一運輸或反應。
在MOCVD中使用之一有機鎵來源氣體的範例包括三甲基鎵(TMG)氣體與三乙基鎵(TEG)氣體。在MOCVD中使用之氮來源氣體的範例包括氨氣與聯氨氣體。在n導電率類型之一GaN基化合物半導體層的形成中，例如，可添加矽(Si)作為一n型雜質(n型摻雜物)。在p導電率類型之一GaN基化合物半導體層的形成中，例如，可添加鎂(Mg)作為一p型雜質(n型摻雜物)。在其中該GaN基化合物半導體層包含鋁(Al)或銦(In)作為一構成原子的情況下，可使用三甲基鋁(TMA)氣體作為一Al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、甲基環戊二烯基鎂或雙(環戊二烯基)鎂(Cp2 Mg)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(p型摻雜物)之範例還包括Zn、Cd、Be、Ca、Ba及O。
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(Al)、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)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎢(W)、銅(Cu)、鋅(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/Al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(Ti)、鋁(Al)、鉑(Pt)、金(Au)及鎳(Ni)組成之群組的至少一金屬。該墊電極可具有由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該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基半導體發光元件中，I0 表示用於獲得一特定光發射波長λ0 的驅動電流之峰值電流值，P0 表示驅動電流之脈衝寬度，並且TOP 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基半導體發光元件的方法中之一個操作週期。在此情況下，(1)可藉由控制(調整)驅動電流之峰值電流值I0 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(2)可藉由控制驅動電流之脈衝寬度P0 (驅動電流之脈衝寬度控制)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)；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TOP 中的具有脈衝寬度P0 的脈衝之數目(脈衝密度)(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。
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一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、第三剎車燈、小燈、方向燈、霧燈、內燈、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、內燈、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一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，例如在日本未經審核實用新案申請公開案第63-187120號或日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「側光型」)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GaN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，依據本發明之一具體實施例的GaN基半導體發光元件或類似者包括一變化組成物障壁層。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。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導電率類型之第一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p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，可實現具有一高發光效率(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，其中可發射光的作用層中之一區域擴展，並因而可實現於一高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摻雜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。
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一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Ga N基半導體發光元件之一方法。圖1A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銦(In)的比例。
範例1之一GaN基半導體發光元件1包括：(A)n導電率類型之一第一GaN基化合物半導體層21；(B)一作用層30，其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基化合物半導體層22；(D)一第一電極24，其係電連接至該第一GaN基化合物半導體層21；以及(E)一第二電極25，其係電連接至該第二GaN基化合物半導體層22。
在該GaN基半導體發光元件1中，構成該作用層30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中的帶隙能量係低於在該變化組成物障壁層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之一側上佈置之一井層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31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t0 滿足以下關係：
0.01tB ≤t0 ≤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
t0 =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之第一區域33A的組成物係Inz Ga(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Iny Ga(1-y) N(其中y>z)。在範例1中，y係0.2而z係0.01。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31之數目係9，而障壁層之總數係8。變化組成物障壁層33之數目係障壁層之總數的1/2或更多。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基化合物半導體層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恆定組成物障壁層32表示。該等恆定組成物障壁層32之每一者的組成物係GaN，並且其厚度係15奈米。
該第一GaN基化合物半導體層21係由n導電率類型之摻雜Si的GaN(GaN:Si)構成，而該第二GaN基化合物半導體層22係由p導電率類型之摻雜Mg的GaN(Ga:Mg)構成。此外，如上面所說明，該等井層31之每一者係由In0.2 Ga0.8 N構成並具有一3奈米之厚度。該作用層30具有一4×10-10 m2 之面積，並且該GaN基半導體發光元件1具有一5×10-6 m之厚度。如圖1A所示，該GaN基半導體發光元件1包括一發光元件形成基板10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1之GaN基半導體發光元件1中，具有50安培/cm2 或更多(較佳的係100安培/cm2 或更多，且更佳的係200安培/cm2 或更多)之一電流密度(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1之GaN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一1,050℃之基板溫度來清洗10分鐘，並接著將該基板溫度減小至500℃。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上形成具有一30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1,020℃，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一1μm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11之未摻雜GaN層上形成具有一3μm之厚度的由摻雜Si的GaN(GaN:Si)構成的n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5×1018 /cm3 。
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℃。使用三乙基鎵(TEG)氣體來作為一Ga來源並使用三甲基銦(TMI)氣體來作為一In來源，並且藉由切換閥來供應此等氣體。藉此，形成一作用層30，其具有一多量子井結構，該結構包括九個由In0.2 Ga0.8 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In0.01 Ga0.99 N構成之一第一區域33A與由GaN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31期間，該基板溫度係685℃。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810℃。在此範例中，該光發射波長λ係520奈米。
步驟120
在完成具有該多量子井結構之作用層30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800℃。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30中。
步驟130
隨後，將該基板溫度增加至850℃，開始供應TMG氣體與雙(環戊二烯基)鎂(Cp2 Mg)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5×1019 /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Cp2 Mg氣體，並減小該基板溫度。於600℃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 ，滿足關係TMAX <1,350-0.75λ(℃)，且較佳的係滿足關係TMAX <1,250-0.75λ(℃)，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TMAX ，可抑制該作用層30之熱劣化，如日本未經審核專利申請公開案第2002-319702號中所說明。
步驟140
在完成該晶體生長之後，在氮氣大氣中於800℃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1之一GaN基半導體發光元件1(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1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1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21係使用微影術與蝕刻部分地曝露，由Ag/Ni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Ti/Al構成之一第一電極係形成於該第一GaN基化合物半導體層21上。探針係與該第一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，並且自該發光元件形成基板10之反面發射的光係偵測。圖5係此評估程序的示意圖。
圖3顯示範例1與比較範例1之每一者中的操作電流密度(安培/cm2 )與光學輸出(μW)之間的關係。從圖3可明白，在藉由曲線「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(50安培/cm2 )至高操作電流密度(300安培/cm2 )的整個操作電流密度範圍內確認光學輸出的增加。範例1與比較範例1之每一者的光發射波長係520奈米。
圖4顯示當該操作電流密度係自60安培/cm2 改變至300安培/cm2 時光發射峰值波長之偏移量的結果。在圖4中，垂直軸表示光發射峰值波長的偏移量(單位：奈米)，而水平軸表示於一120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A顯示範例1之GaN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GaN基半導體發光元件的資料。從圖4可明白，範例1中的光發射波長之偏移量係小於比較範例1中的光發射波長之偏移量。
如上面所說明，在範例1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(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，可減小於一高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一GaN基化合物半導體層21之側上佈置的一井層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Inz Ga(1-z) N，該第一區域33A係鄰近於在更接近一第二GaN基化合物半導體層22之側上佈置的一井層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Iny Ga(1-y) N(其中y>z)。在範例2中，y係0.2而z係0.01。圖2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33A線性改變。自該第二區域33B至該第一區域33A的In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之右側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
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Inz Ga(1-z) N，並且該等井層31之組成物之每一者係Iny Ga(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31與該變化組成物障壁層33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33A係鄰近於在更接近一第二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之間的邊界，並且該等井層31之每一者的組成物係Iny Ga(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AlGaN，該變化組成物障壁層33之第一區域33A的組成物係Inz Ga(1-y) N(其中z=0.01)，並且該等井層31之每一者的組成物係Iny Ga(1-y) N(其中y=0.2)。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。
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1A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6A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中，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p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(G)依據具有該第一結構之GaN基半導體發光元件的一層壓結構40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50。
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中之兩個層壓單元41，其中p導電率類型之一GaN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壓。
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50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41的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具有相同組成物，明確地說係GaN。同時，p導電率類型之第三GaN基化合物半導體層50與提供於該第三GaN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p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50之p型雜質濃度係在1×1018 /cm3 至4×1020 /cm3 的範圍內，明確地說係5×1019 /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40的厚度(或該第三GaN基化合物半導體層50的厚度)係36奈米(=18奈米×2)。
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10d與步驟110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30，其具有一多量子井結構，該多量子井結構包括井層31及障壁層32與33。
步驟410
在完成具有該多量子井結構之作用層30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℃。
步驟420
隨後，開始供應作為一Mg來源之雙(環戊二烯基)鎂(Cp2 Mg)氣體同時將該基板溫度維持於800℃。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Cp2 Mg氣體的狀態中，生長一未摻雜GaN基化合物半導體層43(明確地說，未摻雜GaN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GaN層43兩次。Mg的摻雜濃度係大約5×1019 /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，可獲得一第三GaN基化合物半導體層50，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CP2 Mg氣體，並將該載體氣體自氮切換至氫。將該基板溫度增加至850℃，並開始供應TMG氣體與Cp2 Mg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5×1019 /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Cp2 Mg氣體，並減小該基板溫度。於600℃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TMAX <1,350-0.75λ(℃)，且較佳的係滿足關係TMAX <1,250-0.75λ(℃)，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TMAX ，可抑制該作用層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℃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450
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50)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內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之一未摻雜GaN基化合物半導體層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150中之一未摻雜GaN基化合物半導體層153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143A，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143A之組成物相同並進一步包含銦的組成物；以及一第三層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Inx Ga(1-x) N(其中)構成之第二層143B及由未摻雜GaN構成之第三層143C。此外，一作用層30包括一Iny Ga(1-y) N層，其中滿足關係。
同時，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153B，其具有與該第一層153A之組成物相同並進一步包含銦的組成物；以及一第三層153C，其具有與該第一層153A相同的組成物。明確地說，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具有三層結構，其包括由未摻雜GaN構成之第一層153A、由未摻雜Inx Ga(1-x) N(其中)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Iny Ga(1-y) N層，其中滿足關係。
更明確地說，在範例5中，x係0.23並且y係0.20。可藉由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(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中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In含量的差異。替代地，可藉由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(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In含量的差異。當滿足關係時，該第二層143B或153B之帶隙增加。因此，在該作用層30中產生的光不容易藉由該第二層143B或153B吸收。
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6A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400與步驟410，在一發光元件形成基板10上形成一下層11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30與一雜質擴散防止層23。
步驟510
接下來，藉由開始供應用作一Mg來源之Cp2 Mg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150以便具有一5奈米之厚度。隨後，在其中停止供應Cp2 Mg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導電率類型之第三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來源之三甲基銦(TMI)氣體，生長一InGaN層(具有與該第一層143A之組成物相同並進一步包含銦的組成物之一第二層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143A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153C)以便具有一5奈米之厚度。在生長該第一層143A或153A、該第二層143B或153B及該第三層143C或153C期間的基板溫度係760℃。此溫度係高於750℃，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5×1019 /cm3 。
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℃)的溫度(明確地說，在範例5中係760℃)，形成構成該層壓單元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143B)或形成提供於該第三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)。
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GaN基化合物半導體層143兩次。因此，可獲得一層壓結構140，其包括至少一層壓單元141，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22之側上的至少一未摻雜GaN基化合物半導體層153(未摻雜GaN層153)。
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5中，構成該層壓單元141之未摻雜GaN基化合物半導體層143包括其組成物包含銦的GaN基化合物半導體層(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143B或153B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1A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、11B、12A、12B、13A及13B說明生產範例6之一發光元件總成的方法。
步驟600
首先，例如，實行與範例1之步驟100至步驟140相同的步驟，並接著進一步實行直至範例1之步驟150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1A。
步驟610
接下來，將GaN基半導體發光元件1或1A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60，在其一表面上具有由一未固化黏合劑構成之一黏合層61。將該等GaN基半導體發光元件1或1A接合至該黏合層61，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1A暫時固定至該暫時固定基板60上(參見圖9B與10A)。
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10B)。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10與該下層11以曝露該第一GaN基化合物半導體層21。
除該玻璃基板以外，構成該暫時固定基板60的材料之範例進一步包括一金屬板、一合金板、一陶瓷板及一塑膠板。除其中使用一黏合劑之方法以外，將該等GaN基半導體發光元件暫時固定至該暫時固定基板60的方法之範例進一步包括一金屬接合方法、一半導體接合方法及一金屬半導體接合方法。除蝕刻方法以外，自該等GaN基半導體發光元件移除該發光元件形成基板10等的方法之範例進一步包括一雷射剝蝕方法與一加熱方法。
步驟630
接下來，在每一GaN基半導體發光元件1或1A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基化合物半導體層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，真空沈積或濺鍍)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與其一表面上具有由一未固化光敏樹脂構成之一黏合層81的由一玻璃基板構成之一黏著基板80。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)。
構成該黏合層81之材料並不受特定限制，只要該材料藉由一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，X射線)或一電子束之類的能量射線而展現黏合性之一材料；或藉由施加熱、壓力或類似者而展現黏合性之一材料。可容易地形成一黏合層並展現黏合性的材料之範例包括樹脂基黏合劑，特定言之包括光敏黏合劑、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。當使用一熱固性黏合劑時，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，所得黏合層之一部分係藉由經由照射光或類似者選擇性地加熱該部分來熔化，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(由一丙烯酸樹脂或類似者構成)。
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上的GaN基半導體發光元件1或1A(參見圖11A與11B)。構成該轉移基板70的材料之範例包括一玻璃板、一金屬板、一合金板、一陶瓷板、一半導體基板及一塑膠板。藉由一定位器件(未顯示)來固持該轉移基板70。可藉由操作該定位器件來調整該轉移基板70與該暫時固定基板60之間的位置關係。接下來，以(例如)準分子雷射自該暫時固定基板60之反面側照射待黏著的GaN基半導體發光元件1或1A(參見圖12A)。因此，雷射剝蝕發生，並自該暫時固定基板60分離以準分子雷射照射的GaN基半導體發光元件1或1A。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分離的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1或1A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70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1或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1或1A係接觸(壓至)該黏合層81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70時，該GaN基半導體發光元件1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)1或1A黏著在該黏著基板80上。
為方便起見，上面說明的使用該轉移基板70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1或1A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80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160×120個GaN基半導體發光元件1或1A黏合於該略微黏合層71並接著轉移至該黏著基板80上。因此，藉由重複該步驟轉移方法108次((1,920×1,080)/(160×120)=108)，可將1,920×1,080個GaN基半導體發光元件1或1A轉移至該黏著基板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80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1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GaN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90。將該GaN基半導體發光元件1或1A接合至該黏合層90，並接著固化該黏合層90。因而，可將該GaN基半導體發光元件1或1A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1A移除該黏合層81與該黏著基板80。在此狀態下，曝露該GaN基半導體發光元件1或1A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1或1A的第二電極25之上在該第二絕緣層91中形成一開口92。在該第二電極25上形成一第二佈線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一支撐部件95，其間具有一黏合層94。藉此，可將該GaN基半導體發光元件1或1A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1或1A。在此狀態下，曝露該GaN基半導體發光元件1或1A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1或1A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24上形成一第一佈線98，以便在該開口97與該第一絕緣層96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(發光二極體顯示裝置)。該GaN基半導體發光元件1或1A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-A
一被動矩陣型、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1或1A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1A的發光元件面板200之示意斷面圖。該等GaN基半導體發光元件1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1或1A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222。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1或1A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。
該發光元件面板200包括：一支撐體201，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95)；GaN基半導體發光元件1或1A，其係佈置於該支撐體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1或1A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204，其覆蓋該等GaN基半導體發光元件1或1A；以及微透鏡205，其係提供於該透明基底部件204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1或1A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像。
圖15顯示包括構成此一主動矩陣型、直視型影像顯示裝置之一發光元件面板200的電路圖。GaN基半導體發光元件1或1A之每一者之一電極(一第二電極或第一電極)係連接至一驅動器225，並且該驅動器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1或1A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1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GaN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200，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16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200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206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。
(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，AlGaInP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)一藍色發光元件面板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1B；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200B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。
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20dB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：(α)一GaN基半導體發光元件1或1A；以及(β)一光透射控制器件(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1A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。圖18係一影像顯示裝置的示意圖。在圖18所示之範例中，GaN基半導體發光元件1或1A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208。在一直視型影像顯示裝置中，自該液晶顯示器件208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206並係投影在一螢幕上。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該GaN基半導體發光元件1或1A。
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AlGaInP基半導體發光元件或一GaN基半導體發光元件1R)，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；一藍色發光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1B發射之光的透射/非透射之一光閥；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1B發射之光分量；以及組合構件(例如，二向色稜鏡207)，其用於將該等光分量組合至一單一光學路徑中。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、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，該半導體發光元件R可由一AlInGaP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。
(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基半導體發光元件1或1A；以及(β)一光透射控制器件(液晶顯示器件208)，其控制自該等GaN基半導體發光元件1或1A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208)以顯示一影像。
圖20係該發光元件面板200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之該些組態與結構相同。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200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200發射的光進入該液晶顯示器件208。在一直視型影像顯示裝置中，自該液晶顯示器件208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206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，AlGaInP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200R發射之光的透射/非透射；(β)一綠色發光元件面板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，與一綠光透射控制器件(液晶顯示器件208G)，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1B，與一藍光透射控制器件(液晶顯示器件208B)，其控制自該藍色發光元件面板200B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208R、該綠光透射控制器件208G及該藍光透射控制器件208B之每一者發射的光組合至一單一光學路徑中，其中自該等發光元件面板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21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
一(直視型或投影型)場循序彩色影像顯示裝置，其包括(α)一紅色發光半導體發光元件R(例如，AlGaInP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)一藍色發光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1B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207)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208控制以顯示一影像。
圖22係該等半導體發光元件R、1G及1B等之示意圖。自該等半導體發光元件R、1G及1B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一光學路徑中。自該二向色稜鏡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。在此一影像顯示裝置中，該等半導體發光元件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，該半導體發光元件R可由一AlInGaP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。
(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)一紅色發光元件面板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，AlGaInP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)一藍色發光元件面板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1B；(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200B發射之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200B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、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。
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三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1至5中說明的GaN基半導體發光元件1與1A之任一者的該些基本組態與結構相同，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1或1A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、該第二發光元件及該第三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1A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。
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，發射綠光之一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基半導體發光元件(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1或1A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1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GaN基半導體發光元件1或1A。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。
(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：發光元件單元，其係配置成二維矩陣；以及一光透射控制器件(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基半導體發光元件1或1A之一發光部分。替代地，可將一色彩轉換材料膜施加至該GaN基半導體發光元件1或1A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1A。在此一情況下，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1A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與紅光構成。自該GaN基半導體發光元件1或1A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，SrGa2 S4 :Eu)構成，其係藉由自該GaN基半導體發光元件1或1A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1或1A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，其自後表面側輻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示意性顯示在範例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25B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。
更明確地說，範例9之一彩色液晶顯示器件總成300包括一透射彩色液晶顯示器件310，其包括：(a)一前面板320，其具有一透明第一電極324；(b)一後面板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(直接型背光)340，其具有用作光源的半導體發光元件1R、1G及1B。該表面光源器件(直接型背光)340係佈置以便面對該後面板330，並且該彩色液晶顯示器件310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與一內框架344。該透射彩色液晶顯示器件310之每一末端係固持以便係夾在該外框架343與該內框架344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與該內框架344之間，使得夾在該外框架343與該內框架344之間的彩色液晶顯示器件310不自適當位置偏移。一擴散板351係於該外殼341中之上部部分處附著於該內框架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。
一反射薄片355係提供於該外殼341之下部部分處。該反射薄片355係配置以使得其一反射表面面對該擴散板351，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AlGaInP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、1G及1B發射的紅光、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351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310。
關於該等發光元件之配置，(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AlGaInP基半導體發光元件)、綠色發光GaN基半導體發光元件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AlGaInP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AlGaInP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AlGaInP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310的前面板320包括：一第一基板321，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塗布之一彩色濾光片322係提供於該第一基板321之內表面上。一透明第一電極(亦稱為由(例如)ITO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330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之內表面上；透明第二電極(亦稱為由(例如)ITO構成之「像素電極」)334，其導電/非導電係受控於該等切換元件332；以及一偏振膜336，其係佈置於該第二基板331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320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TFT。替代地，該等切換元件332可由(例如)MIM元件構成。一絕緣層337係提供於該等切換元件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。
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亮度係依據每一區域中之一影像信號予以改變(例如，該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，在該影像之一較亮區域中，該表面光源器件之對應區域係變亮，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。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，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器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/或脈衝密度來精細地控制該照度。替代地，與此相反，可藉由控制驅動電流之脈衝寬度及/或脈衝密度來控制整個表面光源器件的照度，並可藉由驅動電流(操作電流)之峰值電流值來精細地控制該照度。
範例10
範例10係範例9之一修改。在範例9中，已說明一直接型表面光源器件。另一方面，在範例10中，將說明一邊緣光型表面光源器件。圖27係範例10之一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300A包括一透射彩色液晶顯示器件310，其包括：(a)一前面板320，其具有一透明第一電極324；(b)一後面板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320與該後面板330之間；以及(d)一表面光源器件(邊緣光型背光)350，其係由一光導板370與一光源360構成並自後面板側輻射光至該彩色液晶顯示器件310。該光導板370係佈置以便面對該後面板330。
該光源360係由(例如)紅色發光AlGaInP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。構成該彩色液晶顯示器件310的前面板320與後面板330之組態與結構可係與參考圖26說明的範例9之前面板320與後面板330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370具有一第一表面(底部表面)371、與該第一表面371相對之一第二表面(頂部表面)373、一第一側表面374、一第二側表面375、與該第一側表面374相對之一第三側表面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側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374。該第一表面371具有一不規則部分372。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370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370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310係配置以便面對該光導板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310與該光導板370之第二表面373之間。自該光源360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372碰撞以係散射，自該第一表面371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383，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。
本申請案包含與2008年4月14日向日本專利局申請之日本優先專利申請案JP 2008-104405所揭示有關之標的，其全部內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內即可。
1．．．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．．．AlGaInP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
11．．．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．．．恆定組成物障壁層
33．．．變化組成物障壁層
33A．．．第一區域
33B．．．第二區域
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
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
200．．．發光元件面板
200B．．．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
204．．．透明基底部件
205．．．微透鏡
206．．．投影機透鏡
207．．．二向色稜鏡
208．．．液晶顯示器件/光透射控制器件
208B．．．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
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
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
344．．．內框架
345A．．．間隔物
345B．．．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)
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
373．．．第二表面(頂部表面)
374．．．第一側表面
375．．．第二側表面
376．．．第三側表面
381．．．反射部件
382．．．擴散薄片
383．．．稜鏡薄片
R．．．紅色發光半導體發光元件
UN．．．發光元件單元
圖1A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一者中的操作電流密度(安培/cm2 )與光學輸出(μW)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60安培/cm2 改變至300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GaN基半導體發光元件的示意圖；
圖6A係範例4之一GaN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；
圖9A與9B係說明生產範例6之發光元件總成之一方法的一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之發光元件總成之方法中已實行圖9B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11A與11B係在生產範例6之發光元件總成之方法中已實行圖10B所示之步驟之後該GaN基半導體發光元件等之示意斷面圖；
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中已實行圖12B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基半導體發光元件的一發光元件面板之一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、一綠色發光元件面板、一藍色發光元件面板之一投影型色彩影像顯示裝置(具有一第三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一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GaN基半導體發光元件與三組光透射控制器件之一投影型彩色影像顯示裝置(具有該第四結構之影像顯示裝置)的示意圖；
圖20係包括範例6中之發光元件面板與一光透射控制器件之一投影型影像顯示裝置(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基半導體發光元件與三組光透射控制器件之一投影型彩色影像顯示裝置(具有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GaN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(具有一第七結構之影像顯示裝置)的示意圖；
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一投影型彩色影像顯示裝置(具有一第八結構之影像顯示裝置)的示意圖；
圖24係範例7中之一主動矩陣型、直視型彩色影像顯示裝置(具有一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示意圖；
圖25B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。
1．．．GaN基半導體發光元件
10．．．發光元件形成基板
11．．．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

Claims (19)

  1. 一種GaN基半導體發光元件，其包含：(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；(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。
  2. 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，其中該變化組成物障壁層之該組成物在該厚度方向上以兩個梯階改變，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成物障壁層之間的該邊界係假定為一參考時，於其該組成物改變的該厚度方向上之一位置t0 滿足以下關係：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該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Inz Ga(1-z) N，以及該等井層之每一者之該組成物係Iny Ga(1-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。
  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，該變化組成物障壁層之該第一區域之該組成物係GaN或Inz Ga(1-z) N，以及該等井層之每一者之該組成物係Iny Ga(1-y) N(其中y>z)。
  8. 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之範圍內。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 如請求項1之GaN基半導體發光元件，其中該作用層具有在10-12 至10-8 m2 之範圍內之一面積。
  13. 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1×10-7 至1×10-5 m之範圍內之一厚度。
  14. 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)　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，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)　一層壓結構，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間，其中該層壓結構包括至少一層壓單元，其中p導電率類型之一GaN基化合物半導體層與一未摻雜GaN基化合物半導體層係按該順序自該作用層側層壓。
  15. 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)　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，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該順序自該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，該側係更接近該第二GaN基化合物半導體層。
  16. 一種發光元件總成，其包含：一支撐部件；以及一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)　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；(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. 一種發光裝置，其包含：(a)　一GaN基半導體發光元件；以及(b)　一色彩轉換材料，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；(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。
  18. 一種驅動一GaN基半導體發光元件之方法，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；(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，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)　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；(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。
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