WO2007032281A1 - ＧａＮ系半導体発光素子、発光装置、画像表示装置、面状光源装置、及び、液晶表示装置組立体 - Google Patents

ＧａＮ系半導体発光素子、発光装置、画像表示装置、面状光源装置、及び、液晶表示装置組立体 Download PDF

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Abstract

　ＧａＮ系半導体発光素子は、（Ａ）ｎ型の導電型を有する第１ＧａＮ系化合物半導体層１３、（Ｂ）井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造を有する活性層１５、及び、（Ｃ）ｐ型の導電型を有する第２ＧａＮ系化合物半導体層１７を備え、活性層１５における第１ＧａＮ系化合物半導体層側の井戸層密度をｄ1、第２ＧａＮ系化合物半導体層側の井戸層密度をｄ2としたとき、ｄ1＜ｄ2を満足するように活性層１５における井戸層が配置されている。

Description

明 細 書
GaN系半導体発光素子、発光装置、画像表示装置、面状光源装置、及 び、液晶表示装置組立体
技術分野
[0001] 本発明は、 GaN系半導体発光素子、並びに、係る GaN系半導体発光素子が組み 込まれた発光装置、画像表示装置、面状光源装置、及び、液晶表示装置組立体に 関する。
背景技術
[0002] 窒化ガリウム (GaN)系化合物半導体力も成る活性層を備えた発光素子 (GaN系半 導体発光素子）においては、活性層の混晶組成や厚さによってバンドギャップェネル ギーを制御することにより、紫外力 赤外までの広い範囲に亙る発光波長を実現し得 る。そして、既に、種々の色を発光する GaN系半導体発光素子が市販されており、 画像表示装置や照明装置、検査装置、消毒用光源等、幅広い用途に用いられてい る。また、青紫色を発光する半導体レーザや発光ダイオード (LED)も開発されており 、大容量光ディスクの書込みや読取り用のピックアップとして使用されている。
[0003] 一般に、 GaN系半導体発光素子は、駆動電流 (動作電流）が増加すると、発光波 長が短波長側にシフトすることが知られており、例えば、駆動電流を 20mAから 100 mAへと増カロさせた場合、青色の発光領域においては 3nm、緑色の発光領域に お!、ては 19nmもの発光波長のシフトが報告されて 、る（例えば、日亜化学工業株 式会社製品仕様書 NSPB500Sや日亜ィ匕学工業株式会社製品仕様書 NSPG500 S参照)。
[0004] そして、このような駆動電流（動作電流）の増加に起因した発光波長のシフトといつ た現象は、特に、可視光以上の発光波長を有する In原子を含有する GaN系化合物 半導体から成る活性層に共通する問題であり、活性層を構成する井戸層内での In原 子によるキャリアの局在（例えば、 Y. Kawakami, et al" J. Phys. Condens. Matter 13 ( 2001) pp. 6993参照）や、格子不整合に起因する内部電界効果 (S. F. Chichibu, Ma terials Science and Engineering B59 (1999) pp.298参照）が関与していると考えられ ている。
[0005] そして、このような GaN系半導体発光素子の発光波長を制御する試みもなされて おり、例えば、特開 2002— 237619号公報には、電流値を変化させることによって 発光波長が変化する発光ダイオードに、複数のピーク電流値を有するパルス電流を 供給することで複数の色を発光させる、発光ダイオードの発光色制御方法が開示さ れている。これにより、この発光ダイオードの発光色制御方法においては、発光源を 1箇所として小型化を図ることができると共に、容易に発光色を制御することができる とされている。
[0006] また、例えば、特開 2003— 22052号公報には、同時に駆動される複数の発光素 子を駆動する発光素子の駆動回路が開示されている。この発光素子の駆動回路は、 複数の発光素子間の発光波長のばらつきを当該発光素子に供給する電流を制御す ることによって補正する発光波長補正手段と、複数の発光素子間の輝度のばらつき を補正する発光輝度補正手段とを備えている。これにより、この発光素子の駆動回路 においては、製造上のばらつき力 均一な発光が困難である発光素子であっても、 発光素子間のばらつきを有効に補正することができるとされている。
[0007] ところで、 GaN系半導体発光素子においては、高効率化のために、井戸層と障壁 層とから成る多重量子井戸構造を有する活性層に関して様々な技術が提唱されて おり、例えば、特表 2003— 520453号公報には、少なくとも 2つの発光活性層、及び 、少なくとも 1つのノリア層を有する多重量子井戸構造の活性層において、発光活性 層あるいはノリア層がチヤ一ビングされた半導体発光素子が開示されている。ここで 、チヤ一ビングとは、類似した複数の層の厚さ及び Z又は組成が一様とならないよう に、又は、非対称となるように、これらの層を形成することを意味する。そして、このよう な構成にすることで、多重量子井戸構造を有する LEDにおける各井戸層の光出力 又は光生成効率を高めて 、る。
[0008] より具体的には、この特許出願公表公報の段落番号 [0031]には、第 1の例として 、 LED30における活性層 48〜56の厚さのみがチヤ一ビングされており、活性領域 3 6における活'性層 48, 50, 52, 54及び 56は、それぞれ、 200, 300, 400, 500及 び 600オングストロームの厚さを有するように構成されることが開示されている。また、 この特許出願公表公報の段落番号 [0032]には、第 3の例として、ノリア層 58〜64 の厚さのみがチヤ一ビングされており、バリア層は、ほぼ 10オングストロームからほぼ 500オングストローム以上の間に亙る厚さを有し、 n型の下部封層 34により近いところ に位置するノリア層力 n型の下部封層 34から離れたところに位置するバリア層よりも 厚くなるように構成されて 、ることが開示されて 、る。
[0009] 特許文献 1 :特開 2002— 237619号公報
特許文献 2：特開 2003 - 22052号公報
特許文献 3：特表 2003 - 520453号公報
非特許文献 1：日亜ィ匕学工業株式会社製品仕様書 NSPB500S
非特許文献 2：日亜ィ匕学工業株式会社製品仕様書 NSPG500S
非特許文献 3 : Y. Kawakami, et al, J. Phys. Condens. Matter 13 (2001) pp. 6993 非特許文献 4 : S. F. Chichibu, Materials Science and Engineering B59 (1999) pp.298 非特許文献 5 :日経エレクトロニクス 2004年 12月 20日第 889号の第 128ページ 発明の開示
[0010] ところで、 GaN系半導体発光素子の光出力を増カロさせるための一手段として、 Ga N系半導体発光素子を高!、駆動電流 (動作電流）にて駆動 (動作)させる方法を挙げ ることができる。し力しながら、このような手段を採用したのでは、上述したとおり、駆動 電流 (動作電流)の増加に起因した発光波長のシフトといった問題が生じてしまう。従 つて、従来の動作電流密度に対する発光波長変化の大きな GaN系半導体発光素子 においては、輝度を変化させる際、発光色が変化しないように、動作電流密度を一定 とし、動作電流のパルス幅 (ある 、はパルス密度）を変える方式が一般的である。
[0011] また、例えば、青色の発光波長を有する GaN系半導体発光素子 (発光ダイオード） と、緑色の発光波長を有する GaN系半導体発光素子 (発光ダイオード)と、赤色の発 光波長を有する AlInGaP系の化合物半導体発光ダイオードとを、各サブピクセルに 対応させて配列して構成される画像表示装置にお!ヽて、各発光ダイオードの発光波 長のシフトに起因して表示映像にざらつきが生じる場合がある。係る画像表示装置に おいては、ピクセル (画素）間の色度座標や輝度の調整が行われるものの、上述した ように、発光素子の発光波長がシフトし、所望の発光波長とは異なる発光波長となつ ている場合、調整後の色再現範囲が狭くなつてしまうといった問題がある。
[0012] 更には、 GaN系半導体発光素子と色変換材料とから成る発光装置 (例えば、紫外 又は青色発光ダイオードと蛍光体粒子とを組み合わせて白色を発光する発光装置） においては、発光装置の輝度（明るさ）を増加させるために GaN系半導体発光素子 の駆動電流 (動作電流)を増力 tlさせると、色変換材料を励起する GaN系半導体発光 素子における発光波長のシフトによって、色変換材料の励起効率が変化してしまい、 色度が変化し、色合いが均一な発光装置を得ることが困難な場合がある。
[0013] また、 GaN系半導体発光素子を用いたバックライトを備えた液晶表示装置が提案さ れているが、係る液晶表示装置においても、ノ ックライトの輝度（明るさ）を増カロさせる ために GaN系半導体発光素子の駆動電流 (動作電流)を増力！]させると、 GaN系半導 体発光素子における発光波長のシフトによって、色再現範囲が狭くなつたり、変化す るといった問題が生じる虞がある。
[0014] GaN系半導体発光素子を用いた照明装置、ノ ックライト、ディスプレイ等のコスト低 減や高密度化（高精細化）を実現するには、発光素子の大きさを、従来の 300 m角 や lmm角といった大きさから更に小さくする必要がある力 同じ動作電流値であれ ば動作電流密度が高くなることになり、高い動作電流密度での発光波長のシフトが 問題となる。また、 GaN系半導体発光素子の応用として微小な発光素子を配列した 表示装置が挙げられるが、このような微小な発光素子において発光波長のシフトを低 減することは表示装置への応用上、重要である。
[0015] 上述の特許出願公表公報には、バリア層の組成を段階的に変えた計算例が示され ているのみで、非対称性とその効果は、具体的には示されていない。更には、上述 の特許出願公表公報、あるいは、上述した文献には、動作電流密度の増加によって も発光波長が大きくシフトすることを抑制する技術は、何ら、開示されていない。
[0016] 従って、本発明の目的は、動作電流密度の増加に伴う発光波長の大きなシフトを 抑制し得る構造を有し、し力も、一層広範囲の輝度制御を行うことを可能とする GaN 系半導体発光素子、並びに、係る GaN系半導体発光素子が組み込まれた発光装置 、画像表示装置、面状光源装置、及び、液晶表示装置組立体を提供することにある [0017] 上記の目的を達成するための本発明の GaN系半導体発光素子は、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えた GaN系半導体発光素子であって、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする。
[0018] 上記の目的を達成するための本発明の発光装置は、 GaN系半導体発光素子と、 該 GaN系半導体発光素子力もの射出光が入射し、 GaN系半導体発光素子からの 射出光の有する波長と異なる波長を有する光を射出する色変換材料とから成る発光 装置であって、
GaN系半導体発光素子は、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えており、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする。
[0019] ここで、本発明の発光装置にあっては、 GaN系半導体発光素子からの射出光とし て、可視光、紫外線、可視光と紫外線の組合せを挙げることができる。
[0020] 本発明の発光装置にあっては、 GaN系半導体発光素子力 の射出光は青色であ り、色変換材料力 の射出光は、黄色、緑色、及び、赤色から成る群から選択された 少なくとも 1種類の光である構成とすることができる。ここで、 GaN系半導体発光素子 力 の青色の射出光によって励起され、赤色を射出する色変換材料として、具体的 には、赤色発光蛍光体粒子、より具体的には、（ME :Eu) S [但し、「ME」は、 Ca、 Sr 及び Baから成る群力 選択された少なくとも 1種類の原子を意味し、以下においても 同様である]、 (M : Sm) (Si, Al) (O, N) [但し、「M」は、 Li、 Mg及び Caから成る x 12 16
群力 選択された少なくとも 1種類の原子を意味し、以下においても同様である]、 M E Si N： Eu、 (Ca:Eu) SiN、 (Ca :Eu)AlSiNを挙げることができる。また、 GaN系
2 5 8 2 3
半導体発光素子からの青色の射出光によって励起され、緑色を射出する色変換材 料として、具体的には、緑色発光蛍光体粒子、より具体的には、 (ME :Eu) Ga S、 (
2 4
M :RE) (Si, Al) (0， N) [但し、「RE」は、 Tb及び Ybを意味する]、 (M :Tb) (S x 12 16 x i, Al) (O, N) 、（M :Yb) (Si, Al) (O, N) 、 Si Al O N ： Euを挙げることが
12 16 x 12 16 6-Z Z Z 8-Z
できる。更には、 GaN系半導体発光素子力もの青色の射出光によって励起され、黄 色を射出する色変換材料として、具体的には、黄色発光蛍光体粒子、より具体的に は、 YAG (イットリウム.アルミニウム.ガーネット）系蛍光体粒子を挙げることができる。 尚、色変換材料は、 1種類であってもよいし、 2種類以上を混合して用いてもよい。更 には、色変換材料を 2種類以上を混合して用いることで、黄色、緑色、赤色以外の色 の射出光が色変換材料混合品から射出される構成とすることもできる。具体的には、 例えば、シアン色を発光する構成としてもよぐこの場合には、緑色発光蛍光体粒子（ 例えば、 LaPO： Ce, Tb、 BaMgAl O ： Eu, Mn、 Zn SiO： Mn、 MgAl O ： Ce
4 10 17 2 4 11 19
, Tb、 Y SiO： Ce, Tb、 MgAl O ： CE, Tb, Mn)と青色発光蛍光体粒子（例えば
2 5 11 19
、 BaMgAl O ： Eu、 BaMg Al O ： Eu, Sr P O： Eu, Sr
10 17 2 16 27 2 2 7
(PO ) Cl:Eu、 (Sr, Ca, Ba, Mg) (PO ) Cl:Eu、 CaWO、 CaWO： Pb)とを混
5 4 3 5 4 3 4 4
合したものを用いればょ 、。
GaN系半導体発光素子からの射出光である紫外線である場合、動作電流密度の 増加に伴う発光波長のシフトは少ないものの、井戸層密度を規定することで、発光効 率の向上、閾値電流の低減を図ることが期待できる。ここで、 GaN系半導体発光素 子からの射出光である紫外線によって励起され、赤色を射出する色変換材料として、 具体的には、赤色発光蛍光体粒子、より具体的には、 Y O： Eu、 YVO： Eu、 Y(P,
2 3 4
V) 0： Euゝ 3· 5MgO -0. 5MgF -Ge： Mn、 CaSiO： Pb, Mn、 Mg AsO ： Mn、 (
4 2 2 3 6 11
Sr, Mg) (PO ) ： Sn、 La O S :Eu、 Y O S :Euを挙げることができる。また、 GaN 系半導体発光素子からの射出光である紫外線によって励起され、緑色を射出する色 変換材料として、具体的には、緑色発光蛍光体粒子、より具体的には、 LaPO
4： Ce,
Tb、 BaMgAl O ： Eu， Mn、 Zn SiO： Mn、 MgAl O ： Ce, Tb、 Y SiO： Ce, T
10 17 2 4 11 19 2 5 MgAl O : CE， Tb， Mn、 Si Al O N ： Euを挙げることができる。更には、 Ga
11 19 6-Z Z Z 8-Z
N系半導体発光素子からの射出光である紫外線によって励起され、青色を射出する 色変換材料として、具体的には、青色発光蛍光体粒子、より具体的には、 BaMgAl
10
O ： Euゝ BaMg Al O ： Eu、 Sr P O： Euゝ Sr (PO ) Cl:Eu、 (Sr, Ca， Ba， Mg)
17 2 16 27 2 2 7 5 4 3
(PO ) Cl:Eu、 CaWO、 CaWO： Pbを挙げることができる。更には、 GaN系半導
5 4 3 4 4
体発光素子からの射出光である紫外線によって励起され、黄色を射出する色変換材 料として、具体的には、黄色発光蛍光体粒子、より具体的には、 YAG系蛍光体粒子 を挙げることができる。尚、色変換材料は、 1種類であってもよいし、 2種類以上を混 合して用いてもよい。更には、色変換材料を 2種類以上を混合して用いることで、黄 色、緑色、赤色以外の色の射出光が色変換材料混合品から射出される構成とするこ ともできる。具体的には、シアン色を発光する構成としてもよぐこの場合には、上記 の緑色発光蛍光体粒子と青色発光蛍光体粒子を混合したものを用いればょ ヽ。
[0022] 但し、色変換材料は、蛍光粒子に限定されず、例えば、ナノメートルサイズの CdSe /ZnSやナノメートルサイズのシリコンと 、つた量子効果を用いた多色 ·高効率の発 光粒子を挙げることもできるし、半導体材料に添加された希土類原子は殻内遷移に より鋭く発光することが知られており、このような技術を適用した発光粒子を挙げること ちでさる。
[0023] 上記の好ましい構成を含む本発明の発光装置にあっては、 GaN系半導体発光素 子からの射出光と、色変換材料からの射出光 (例えば、黄色;赤色及び緑色;黄色及 び赤色;緑色、黄色及び赤色）とが混色されて、白色を射出する構成とすることができ る力 これに限定するものではなぐ可変色照明やディスプレイ応用も可能である。
[0024] 上記の目的を達成するための本発明の第 1の態様に係る画像表示装置は、画像を 表示するための GaN系半導体発光素子を備えた画像表示装置であって、
該 GaN系半導体発光素子は、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、 (B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えており、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする。
[0025] ここで、本発明の第 1の態様に係る画像表示装置として、例えば、以下に説明する 構成、構造の画像表示装置を挙げることができる。尚、特に断りの無い限り、画像表 示装置あるいは発光素子パネルを構成する GaN系半導体発光素子の数は、画像表 示装置に要求される仕様に基づき、決定すればよい。また、画像表示装置に要求さ れる仕様に基づき、ライト'バルブを更に備えている構成とすることができる。
[0026] Π )第 ί Aの能様に係る画像表示 · · ·
( a ) GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された発光素子パネル、 を備えており、
GaN系半導体発光素子のそれぞれの発光 Z非発光状態を制御することで、 GaN 系半導体発光素子の発光状態を直接的に視認させることで画像を表示する、パッシ ブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置。
(2)第 I Bの能様に係る画像表示 置' · ·
( a ) GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された発光素子パネル、 を備えており、
GaN系半導体発光素子のそれぞれの発光 Z非発光状態を制御し、スクリーンに投 影することで画像を表示する、ノッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリック スタイプのプロジェクシヨン型の画像表示装置。
(3)第 1Cの ¾に係る画像表示装置' · ·
( a )赤色を発光する半導体発光素子 (例えば、 AlGalnP系半導体発光素子や GaN 系半導体発光素子。以下においても同様)が 2次元マトリクス状に配列された赤色発 光素子パネル、 ( 18 )緑色を発光する GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された緑色 発光素子パネル、及び、
( y )青色を発光する GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された青色 発光素子パネル、並びに、
( δ )赤色発光素子パネル、緑色発光素子パネル及び青色発光素子パネルから射 出された光を 1本の光路に纏めるための手段 (例えば、ダイクロイツク 'プリズムであり 、以下の説明においても同様である）、
を備えており、
赤色発光半導体発光素子、緑色発光 GaN系半導体発光素子及び青色発光 GaN 系半導体発光素子のそれぞれの発光 Z非発光状態を制御するカラー表示の画像 表示装置（直視型あるいはプロジェクシヨン型)。
(4)第 I Dの能様に係る画像表示 · · ·
( « ) GaN系半導体発光素子、及び、
( i8 ) GaN系半導体発光素子から射出された射出光の通過 Z非通過を制御するた めの一種のライト'バルブである光通過制御装置 [例えば、液晶表示装置やデジタル マイクロミラーデバイス（DMD)、 LCOS (Liquid Crystal On Silicon)であり、以下の説 明においても同様である]、
を備えており、
光通過制御装置によって GaN系半導体発光素子から射出された射出光の通過 Z 非通過を制御することで画像を表示する画像表示装置（直視型あるいはプロジェクシ ヨン型)。尚、 GaN系半導体発光素子の数は、画像表示装置に要求される仕様に基 づき、決定すればよぐ 1又は複数とすることができる。また、 GaN系半導体発光素子 から射出された射出光を光通過制御装置へと案内するための手段 (光案内部材)と して、導光部材、マイクロレンズアレイ、ミラーや反射板、集光レンズを例示することが できる。
(5)第 1Eの餱様に係る画像表示装置' · ·
( a ) GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された発光素子パネル、及 び、 ( i8 ) GaN系半導体発光素子から射出された射出光の通過 Z非通過を制御するた めの光通過制御装置 (ライト'バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置によって GaN系半導体発光素子から射出された射出光の通過 Z 非通過を制御することで画像を表示する画像表示装置（直視型あるいはプロジェクシ ヨン型)。
(6)第 1Fの餱様に係る画像表示装置' · ·
( a )赤色を発光する半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された赤色発光素 子パネル、及び、赤色発光素子パネルから射出された射出光の通過 Z非通過を制 御するための赤色光通過制御装置 (ライト'バルブ）、
( )8 )緑色を発光する GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された緑色 発光素子パネル、及び、緑色発光素子パネルから射出された射出光の通過 Z非通 過を制御するための緑色光通過制御装置 (ライト'バルブ）、
( y )青色を発光する GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された青色 発光素子パネル、及び、青色発光素子パネルから射出された射出光の通過 Z非通 過を制御するための青色光通過制御装置 (ライト'バルブ）、並びに、
( δ )赤色光通過制御装置、緑色光通過制御装置及び青色光通過制御装置を通過 した光を 1本の光路に纏めるための手段、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子パネルから射出された射出光の通過 Ζ 非通過を制御することで画像を表示するカラー表示の画像表示装置 (直視型ある 、 はプロジェクシヨン型）。
(7)第 1 Gの餱¾に係る画像表示装置' · ·
( a )赤色を発光する半導体発光素子、
( β )緑色を発光する GaN系半導体発光素子、及び、
( γ )青色を発光する GaN系半導体発光素子、並びに、
( δ )赤色発光半導体発光素子、緑色発光 GaN系半導体発光素子及び青色発光 G aN系半導体発光素子のそれぞれから射出された光を 1本の光路に纏めるための手 段、更には、
( ε ) 1本の光路に纏めるための手段力 射出された光の通過 Ζ非通過を制御するた めの光通過制御装置 (ライト'バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子から射出された射出光の通過 Ζ非通過 を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画 像表示装置（直視型あるいはプロジェクシヨン型)。
(8)第 1Hの餱様に係る画像表示装置' · ·
( a )赤色を発光する半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された赤色発光素 子パネル、
( )8 )緑色を発光する GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された緑色 発光素子パネル、及び、
( y )青色を発光する GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された青色 発光素子パネル、並びに、
( δ )赤色発光素子パネル、緑色発光素子パネル及び青色発光素子パネルのそれ ぞれ力 射出された光を 1本の光路に纏めるための手段、更には、
( ε ) 1本の光路に纏めるための手段力 射出された光の通過 Ζ非通過を制御するた めの光通過制御装置 (ライト'バルブ）、
を備えており、
光通過制御装置によってこれらの発光素子パネルから射出された射出光の通過 Ζ 非通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表 示の画像表示装置（直視型ある 、はプロジェクシヨン型)。
また、上記の目的を達成するための本発明の第 2の態様に係る画像表示装置は、 青色を発光する第 1発光素子、緑色を発光する第 2発光素子、及び、赤色を発光す る第 3発光素子から構成された、カラー画像を表示するための発光素子ユニットが、 2 次元マトリクス状に配列されて成る画像表示装置であって、
第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子の内の少なくとも 1つの発光素子を 構成する GaN系半導体発光素子は、 (A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えており、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする。
[0028] ここで、本発明の第 2の態様に係る画像表示装置として、例えば、以下に説明する 構成、構造の画像表示装置を挙げることができる。尚、発光素子ユニットの数は、画 像表示装置に要求される仕様に基づき、決定すればよい。また、画像表示装置に要 求される仕様に基づき、ライト'バルブを更に備えている構成とすることができる。
[0029] Π )第 2Aの能様に係る画像表示 置' · ·
第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子のそれぞれの発光 Z非発光状態を 制御することで、各発光素子の発光状態を直接的に視認させることで画像を表示す る、ノッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプの直視型、カラー表 示の画像表示装置。
(2)第 2Bの能様に係る画像表示 置' · ·
第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子のそれぞれの発光 Z非発光状態を 制御し、スクリーンに投影することで画像を表示する、ノッシブマトリックスタイプある いはアクティブマトリックスタイプのプロジェクシヨン型、カラー表示の画像表示装置。
(3)第 2Cの ¾に係る画像表示装置' · ·
2次元マトリクス状に配列された発光素子ユニットからの射出光の通過 Z非通過を 制御するための光通過制御装置 (ライト'バルブ)を備えており、発光素子ユニットに おける第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子のそれぞれの発光 Z非発光 状態を時分割制御し、更に、光通過制御装置によって第 1発光素子、第 2発光素子 及び第 3発光素子から射出された射出光の通過 Z非通過を制御することで画像を表 示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の画像表示装置（直視型ある ヽ はプロジェクシヨン型）。
[0030] 上記の目的を達成するための本発明の面状光源装置は、透過型あるいは半透過 型の液晶表示装置を背面力 照射する面状光源装置であって、
面状光源装置に備えられた光源としての GaN系半導体発光素子は、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えており、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする。
[0031] 上記の目的を達成するための本発明の液晶表示装置組立体は、透過型ある!/ヽは 半透過型の液晶表示装置、及び、該液晶表示装置を背面から照射する面状光源装 置を備えた液晶表示装置組立体であって、
面状光源装置に備えられた光源としての GaN系半導体発光素子は、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えており、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする。
[0032] 本発明の面状光源装置にあっては、また、本発明の液晶表示装置組立体における 面状光源装置にあっては、光源は、青色を発光する第 1発光素子、緑色を発光する 第 2発光素子、及び、赤色を発光する第 3発光素子を備えており、 GaN系半導体発 光素子は、第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子の内の少なくとも 1つ（1種 類)の発光素子を構成する態様とすることができるが、これに限定するものではなぐ 面状光源装置における光源を 1又は複数の本発明の発光装置力 構成することもで きる。また、第 1発光素子、第 2発光素子、及び、第 3発光素子は、それぞれ、 1つで あってもよいし、複数であってもよい。
[0033] 本発明の第 2の態様に係る画像表示装置、本発明の面状光源装置、あるいは、本 発明の液晶表示装置組立体において、光源を第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3 発光素子から構成する場合、第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子の内の 少なくとも 1つ（1種類)の発光素子は GaN系半導体発光素子によって構成される。 云い換えれば、第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子の内のいずれか 1種 類の発光素子は GaN系半導体発光素子力 構成され、残りの 2種類の発光素子は 他の構成の半導体発光素子カゝら構成されていてもよいし、第 1発光素子、第 2発光素 子及び第 3発光素子の内のいずれか 2種類の発光素子は GaN系半導体発光素子 から構成され、残りの 1種類の発光素子は他の構成の半導体発光素子から構成され ていてもよいし、第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子の全ての発光素子 力 SGaN系半導体発光素子カゝら構成されていてもよい。尚、他の構成の半導体発光 素子として、赤色を発光する AlGalnP系半導体発光素子を挙げることができる。
[0034] 本発明の面状光源装置、あるいは、本発明の液晶表示装置組立体における面状 光源装置は、 2種類の面状光源装置 (バックライト）、即ち、例えば実開昭 63— 1871 20ゃ特開 2002— 277870号公報に開示された直下型の面状光源装置、並びに、 例えば特開 2002— 131552号公報に開示されたエッジライト型 (サイドライト型とも呼 ばれる）の面状光源装置とすることができる。尚、 GaN系半導体発光素子の数は本 質的に任意であり、面状光源装置に要求される仕様に基づき決定すればよい。
[0035] ここで、直下型の面状光源装置にあっては、液晶表示装置に対向して、第 1発光素 子、第 2発光素子及び第 3発光素子が配置され、液晶表示装置と第 1発光素子、第 2 発光素子及び第 3発光素子との間には、拡散板、拡散シート、プリズムシート、偏光 変換シートと 、つた光学機能シート群や、反射シートが配置されて!、る。
[0036] 直下型の面状光源装置にあっては、より具体的には、赤色 (例えば、波長 640nm) を発光する半導体発光素子、緑色 (例えば、波長 530nm)を発光する GaN系半導 体発光素子、及び、青色 (例えば、波長 450nm)を発光する GaN系半導体発光素 子力 筐体内に配置、配列されている構成とすることができるが、これに限定するもの ではない。ここで、複数の赤色を発光する半導体発光素子、複数の緑色を発光する GaN系半導体発光素子、及び、複数の青色を発光する GaN系半導体発光素子が、 筐体内に配置、配列されている場合、これらの発光素子の配列状態として、赤色発 光の半導体発光素子、緑色発光の GaN系半導体発光素子及び青色発光の GaN系 半導体発光素子を 1組とした発光素子列を液晶表示装置の画面水平方向に複数、 連ねて発光素子列アレイを形成し、この発光素子列アレイを液晶表示装置の画面垂 直方向に複数本、並べる配列を例示することができる。尚、発光素子列として、（1つ の赤色発光の半導体発光素子， 1つの緑色発光の GaN系半導体発光素子， 1つの 青色発光の GaN系半導体発光素子）、（1つの赤色発光の半導体発光素子， 2つの 緑色発光の GaN系半導体発光素子， 1つの青色発光の GaN系半導体発光素子）、 (2つの赤色発光の半導体発光素子， 2つの緑色発光の GaN系半導体発光素子， 1 つの青色発光の GaN系半導体発光素子)等の複数個の組合せを挙げることができ る。尚、赤色、緑色、青色以外の第 4番目の色を発光する発光素子を更に備えてい てもよい。また、 GaN系半導体発光素子には、例えば、日経エレクトロニクス 2004 年 12月 20日第 889号の第 128ページに掲載されたような光取出しレンズが取り付け られていてもよい。
一方、エッジライト型の面状光源装置にあっては、液晶表示装置に対向して導光板 が配置され、導光板の側面 (次に述べる第 1側面）に GaN系半導体発光素子が配置 される。導光板は、第 1面 (底面)、この第 1面と対向した第 2面 (頂面)、第 1側面、第 2側面、第 1側面と対向した第 3側面、及び、第 2側面と対向した第 4側面を有する。 導光板のより具体的な形状として、全体として、楔状の切頭四角錐形状を挙げること ができ、この場合、切頭四角錐の 2つの対向する側面が第 1面及び第 2面に相当し、 切頭四角錐の底面が第 1側面に相当する。そして、第 1面 (底面）の表面部には凸部 及び Z又は凹部が設けられていることが望ましい。導光板の第 1側面から光が入射さ れ、第 2面 (頂面)から液晶表示装置に向けて光が射出される。ここで、導光板の第 2 面は、平滑としてもよいし (即ち、鏡面としてもよいし）、拡散効果のあるブラストシボを 設けてもよい (即ち、微細な凹凸面とすることもできる)。
[0038] 導光板の第 1面 (底面）には、凸部及び Z又は凹部が設けられていることが望まし い。即ち、導光板の第 1面には、凸部が設けられ、あるいは又、凹部が設けられ、ある いは又、凹凸部が設けられていることが望ましい。凹凸部が設けられている場合、凹 部と凸部とが連続していてもよいし、不連続であってもよい。導光板の第 1面に設けら れた凸部及び Z又は凹部は、導光板への光入射方向と所定の角度を成す方向に沿 つて延びる連続した凸部及び Z又は凹部である構成とすることができる。このような構 成にあっては、導光板への光入射方向であって第 1面と垂直な仮想平面で導光板を 切断したときの連続した凸形状あるいは凹形状の断面形状として、三角形;正方形、 長方形、台形を含む任意の四角形;任意の多角形；円形、楕円形、放物線、双曲線 、力テナリー等を含む任意の滑らかな曲線を例示することができる。尚、導光板への 光入射方向と所定の角度を成す方向とは、導光板への光入射方向を 0度としたとき、 60度〜 120度の方向を意味する。以下においても同様である。あるいは又、導光板 の第 1面に設けられた凸部及び Z又は凹部は、導光板への光入射方向と所定の角 度を成す方向に沿って延びる不連続の凸部及び Z又は凹部である構成とすることが できる。このような構成にあっては、不連続の凸形状あるいは凹形状の形状として、角 錐、円錐、円柱、三角柱や四角柱を含む多角柱、球の一部、回転楕円体の一部、回 転放物線体の一部、回転双曲線体の一部といった各種の滑らかな曲面を例示するこ とができる。尚、導光板において、場合によっては、第 1面の周縁部には凸部ゃ凹部 が形成されていなくともよい。更には、光源カゝら射出され、導光板に入射した光が導 光板の第 1面に形成された凸部あるいは凹部に衝突して散乱されるが、導光板の第 1面に設けられた凸部あるいは凹部の高さや深さ、ピッチ、形状を、一定としてもよい し、光源カゝら離れるに従い変化させてもよい。後者の場合、例えば凸部あるいは凹部 のピッチを光源力 離れるに従い細力べしてもよい。ここで、凸部のピッチ、あるいは、 凹部のピッチとは、導光板への光入射方向に沿った凸部のピッチ、あるいは、凹部の ピッチを意味する。
[0039] 導光板を備えた面状光源装置にあっては、導光板の第 1面に対向して反射部材を 配置することが望ましい。導光板の第 2面に対向して液晶表示装置が配置されている 。光源力 射出された光は、導光板の第 1側面 (例えば、切頭四角錐の底面に相当 する面)から導光板に入射し、第 1面の凸部あるいは凹部に衝突して散乱され、第 1 面力 射出し、反射部材にて反射され、第 1面に再び入射し、第 2面から射出され、 液晶表示装置を照射する。液晶表示装置と導光板の第 2面との間に、例えば、拡散 シートやプリズムシートを配置してもよい。また、光源力も射出された光を直接、導光 板に導いてもよいし、間接的に導光板に導いてもよい。後者の場合、例えば、光ファ ィバーを用いればよい。
[0040] 導光板は、光源が射出する光を余り吸収することの無い材料力 導光板を作製す ることが好ましい。具体的には、導光板を構成する材料として、例えば、ガラスや、プ ラスチック材料 (例えば、 PMMA、ポリカーボネート榭脂、アクリル系榭脂、非晶性の ポリプロピレン系榭脂、 AS榭脂を含むスチレン系榭脂）を挙げることができる。
[0041] 例えば、透過型のカラー液晶表示装置は、例えば、透明第 1電極を備えたフロント' パネル、透明第 2電極を備えたリア'パネル、及び、フロント.パネルとリア'パネルとの 間に配された液晶材料カゝら成る。
[0042] ここで、フロント 'パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板から 成る第 1の基板と、第 1の基板の内面に設けられた透明第 1電極 (共通電極とも呼ば れ、例えば、 ITOから成る）と、第 1の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構 成されている。更には、フロント 'パネルは、第 1の基板の内面に、アクリル榭脂ゃェポ キシ榭脂から成るオーバーコート層によって被覆されたカラーフィルターが設けられ、 オーバーコート層上に透明第 1電極が形成された構成を有している。透明第 1電極 上には配向膜が形成されている。カラーフィルターの配置パターンとして、デルタ配 列、ストライプ配列、ダイァゴナル配列、レクタンダル配列を挙げることができる。一方 、リア 'パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板やシリコン基板力も成る第 2の 基板と、第 2の基板の内面に形成されたスイッチング素子と、スイッチング素子によつ て導通 Z非導通が制御される透明第 2電極 (画素電極とも呼ばれ、例えば、 ITOから 成る）と、第 2の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。透明第 2電極を含む全面には配向膜が形成されて 、る。これらの透過型のカラー液晶表示 装置を構成する各種の部材ゃ液晶材料は、周知の部材、材料カゝら構成することがで きる。尚、スイッチング素子として、単結晶シリコン半導体基板に形成された MOS型 FETや薄膜トランジスタ (TFT)といった 3端子素子や、 MIM素子、バリスタ素子、ダ ィオード等の 2端子素子を例示することができる。
[0043] 以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の GaN系半導体発光素子、発 光装置、第 1の態様あるいは第 2の態様に係る画像表示装置、面状光源装置、ある いは、液晶表示装置組立体 (以下、これらを総称して、単に、本発明と呼ぶ場合があ る）において、動作電流密度を 30AZcm2としたときの活性層の発光波長をえ (nm)
2
、動作電流密度を 300AZcm2としたときの活性層の発光波長をえ （nm)とするとき、
3
500 (nm)≤ λ ≤550 (nm)
2
0≤ \ λ - λ ≤5 (nm
2 3 I )
を満足することが望ましぐあるいは又、動作電流密度を lAZcm2としたときの活性 層の発光波長を λ (nm)、動作電流密度を 30AZcm2としたときの活性層の発光波
1
長をえ （nm)、動作電流密度を 300AZcm2としたときの活性層の発光波長をえ (n
2 3 m)とするとき、
500 (nm)≤ λ ≤550 (nm)
2
0≤ \ λ - λ
1 2 I ≤10 (nm)
0≤ \ λ - λ
2 3 I ≤5 (nm)
を満足することが望ましい。
[0044] あるいは又、上記の好ま ヽ構成を含む本発明にお ヽて、動作電流密度を 30AZ cm2としたときの活性層の発光波長を λ (nm)、動作電流密度を 300AZcm2とした
2
ときの活性層の発光波長をえ （nm)とするとき、
3
430 (nm)≤ λ ≤480 (nm)
2
0≤ \ λ - λ
2 3 I ≤2 (nm)
を満足することが望ましぐあるいは又、動作電流密度を lAZcm2としたときの活性 層の発光波長を λ (nm)、動作電流密度を 30AZcm2としたときの活性層の発光波
1
長をえ （nm)、動作電流密度を 300AZcm2としたときの活性層の発光波長をえ (n
2 3 m)とするとき、
430 (nm)≤ λ ≤480 (nm) 0≤ \ λ - λ ≤5 (nm)
1 2 I
0≤ \ λ - λ
2 3 I ≤2 (nm)
を満足することが望ましい。
[0045] 一般に、半導体発光素子は、特性測定時の発熱や温度変化によっても発光波長 に変化が生じる。従って、本発明においては、ほぼ室温（25° C)での特性を対象とす る。 GaN系半導体発光素子自身の発熱が少ない場合には、直流電流での駆動でも 問題は生じないが、発熱が大きい場合、パルス電流で駆動する等、 GaN系半導体発 光素子自身の温度 (接合領域の温度）が室温から大幅に変化しな!、ような測定方法 を採用する必要がある。
[0046] また、発光波長に関しては、スペクトルにおけるパワーピークの波長を対象とする。
人間の視感特性等を考慮したスペクトルや、通常色合 、を表現するために用いるドミ ナント波長（主波長)ではない。更には、測定条件によっては、薄膜干渉等によって 活性層から発せられた光が多数回反射することで、見掛け上、周期的な変動をもつ たスぺ外ルとして観測される場合があるが、これらの周期的な変動分を取り除いた、 活性層で生じた光を反映したスペクトルを対象とする。
[0047] 尚、 GaN系半導体発光素子の動作電流密度とは、動作電流値を活性層面積 (接 合領域面積)で除した値である。即ち、市販の GaN系半導体発光素子は、種々のパ ッケージ形態を有するだけでなぐ用途や光量によって GaN系半導体発光素子の大 きさも異なる。また、 GaN系半導体発光素子の大きさに応じて標準的な駆動電流 (動 作電流)が異なる等、特性の電流値依存性を直接比較することは困難である。本発 明においては、一般化のために、駆動電流の値それ自体ではなぐこのような駆動電 流値を活性層面積 (接合領域面積)で除した動作電流密度 (単位：アンペア /cm2) で表現する。
[0048] 本発明において、井戸層密度を異ならせるために、井戸層の厚さを一定とし、障壁 層の厚さを異ならせる（具体的には、活性層における第 2GaN系化合物半導体層側 の障壁層の厚さを、第 IGaN系化合物半導体層側の障壁層の厚さよりも薄くする)構 成とすることが好ましいが、これに限定されるものではなぐ障壁層の厚さを一定とし、 井戸層の厚さを異ならせる (具体的には、活性層における第 2GaN系化合物半導体 層側の井戸層の厚さを、第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層の厚さよりも厚くす る)構成としてもよいし、井戸層の厚さ及び障壁層の厚さの両方を異ならせる構成とし てもよい。
[0049] 本発明にお 、て、井戸層密度 d及び井戸層密度 dを、以下のように定義する。即
1 2
ち、総厚 tの活性層を厚さ方向に 2つに分割したとき、第 IGaN系化合物半導体層
0
側の活性層の領域である活性層第 1領域 ARの厚さを t、第 2GaN系化合物半導体
1 1
層側の活性層の領域である活性層第 2領域 ARの厚さを t (但し、 t =t +t )とする
2 2 0 1 2
。また、活性層第 1領域 ARに含まれる井戸層の数を WL (正数であり、整数には限
1 1
定されない）、活性層第 2領域 ARに含まれる井戸層の数を WL (正数であり、整数
2 2
には限定されず、井戸層の総数 WL=WL +WL )とする。尚、活性層第 1領域 AR
1 2 1 と活性層第 2領域 ARに跨って 1つ井戸層 (厚さ t )が存在する場合には、活性層第
2 IF
1領域 AR内のみに含まれる井戸層の数を WL，、活性層第 2領域 AR内のみに含
1 1 2
まれる井戸層の数を WL'とし、活性層第 1領域 ARと活性層第 2領域 ARに跨った
2 1 2
井戸層における活性層第 1領域 ARに含まれる厚さを厚さ t 、活性層第 2領域 AR
1 IF - 1 2 に含まれる厚さを厚さ t (t =t +t )としたとき、
IF-2 IF IF-1 IF-2
WL WL, + AWL
1 1 1
WL WL, + AWL
2 2 2
である。但し、
AWL + AWL = 1
1 2
であり、
WL=WL +WL
1 2
=WL' +WL' + 1
1 2
AWL =t /t
1 IF- 1 IF
AWL =t /t
2 IF-2 IF
である。
[0050] そして、井戸層密度 d及び井戸層密度 dは、以下の式（1 1)、式（1 2)から求
1 2
めることができる。但し、 k≡ (t ZWL)である。
0
[0051] d = (WL /WL) / (t /t ) = k (WL /t ) (1 - 1)
1 1
d = (WL ZWL) / (t /t )
2 2 2 0
= k (WL /t ) (1 - 2)
2 2
[0052] ここで、本発明においては、活性層の総厚を tとし、活性層における第 IGaN系化
0
合物半導体層側界面から厚さ（2t Z3)までの活性層第 1領域 AR内の井戸層密度
0 1
を d、第 2GaN系化合物半導体層側界面から厚さ (t Z3)までの活性層第 2領域 AR
1 0
内の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層における井戸層が配
2 2 1 2
置されている構成とすることができ、あるいは又、活性層の総厚を tとし、活性層にお
0
ける第 IGaN系化合物半導体層側界面力 厚さ (t /2)までの活性層第 1領域 AR
0 1 内の井戸層密度を d、第 2GaN系化合物半導体層側界面から厚さ（t Z2)までの活
1 0
性層第 2領域 AR内の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層に
2 2 1 2
おける井戸層が配置されている構成とすることができ、あるいは又、活性層の総厚を t とし、活性層における第 IGaN系化合物半導体層側界面力 厚さ (t Z3)までの活
0 0
性層第 1領域 AR内の井戸層密度を d、第 2GaN系化合物半導体層側界面から厚
1 1
さ（2t Z3)までの活性層第 2領域 AR内の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足
0 2 2 1 2 するように活性層における井戸層が配置されて ヽる構成とすることができる。
[0053] 以上に説明した種々の好ま 、形態、構成を含む本発明にお ヽては、 1 < d 2 Zd 1
≤ 20、好ましくは、 1. 2≤d /d≤ 10、より好ましくは、 1. 5≤d /d≤ 5を満足する
2 1 2 1
ように、活性層における井戸層が配置されていることが望ましい。ここで、このような配 置は障壁層の厚さを不均一にすることで実現でき、具体的には、活性層における障 壁層の厚さを、例えば、第 IGaN系化合物半導体層側力 第 2GaN系化合物半導 体層側にかけて変化させることで (例えば、多段階に変化させることで、あるいは又、 3段階以上に変化させることで)、実現することができる。より具体的には、活性層に おける障壁層の厚さを、例えば、第 IGaN系化合物半導体層側力 第 2GaN系化合 物半導体層側にかけて段階的に減少させる構造を採用すればよい。
[0054] あるいは又、以上に説明した種々の好ましい形態、構成を含む本発明においては 、最も第 2GaN系化合物半導体層側に位置する障壁層の厚さを 20nm以下とするこ とが好ましぐあるいは又、最も第 IGaN系化合物半導体層側に位置する障壁層の 厚さが、最も第 2GaN系化合物半導体層側に位置する障壁層の厚さの 2倍以上とな るように、活性層における障壁層の厚さを、例えば段階的に変化させることが好まし い。
[0055] 更には、以上に説明した種々の好ましい形態、構成を含む本発明においては、活 性層にはインジウム原子が含まれている形態、より具体的には、 Al Ga In N (但し
Ι
、 x≥0, y>0, 0<x+y≤l)とすることができる。また、第 IGaN系化合物半導体層 、第 2GaN系化合物半導体層として、 GaN層、 AlGaN層、 InGaN層、 AlInGaN層 を挙げることができる。更には、これらの化合物半導体層にホウ素（B)原子やタリウム (T1)原子、ヒ素 (As)原子、リン (P)原子、アンチモン (Sb)原子が含まれていてもよい
[0056] 更には、以上に説明した種々の好ましい形態、構成を含む本発明において、活性 層における井戸層の数 (WL)は、 2以上、好ましくは 4以上であること望ましい。
[0057] また、以上に説明した種々の好まし!/、形態、構成を含む本発明にお 、ては、 GaN 系半導体発光素子は、
(D)第 IGaN系化合物半導体層と活性層との間に形成された In原子を含有する下 地層、及び、
(E)活性層と第 2GaN系化合物半導体層との間に形成され、 p型ドーパントを含有 する超格子構造層、
を更に備えている構成とすることができる。このような構成にすることで、発光効率の 一層の向上と動作電圧の一層の低下を図りつつ、高い動作電流密度における一層 安定した GaN系半導体発光素子の動作を達成することができる。
[0058] 尚、このような構成にあっては、活性層と超格子構造層との間には、アンドープ Ga N系化合物半導体層が形成され、該アンドープ GaN系化合物半導体層の厚さは 10 Onm以下であることが好ましい。また、超格子構造層の総厚は 5nm以上であることが 望ましぐ超格子構造層における超格子構造の周期は、 2原子層以上、 20nm以下 であることが好ましい。また、超格子構造層が含有する p型ドーパントの濃度は、 1 X 1 018/cm3乃至 4 X 102°/cm3であることが望ましい。あるいは又、下地層の厚さは 20 nm以上であることが好ましぐ下地層と活性層との間には、アンドープ GaN系化合物 半導体層が形成され、該アンドープ GaN系化合物半導体層の厚さは 50nm以下で あることが望ましい。更には、下地層及び活性層は Inを含有し、下地層における In組 成割合は 0. 005以上であり、且つ、活性層における In組成割合よりも低い構成とす ることもでき、また、下地層は、 1 X 1016Zcm3乃至 1 X 1021/cm3の n型ドーパントを 含有する構成とすることもできる。
[0059] また、活性層を構成する GaN系化合物半導体層は、アンドープの GaN系化合物 半導体から構成され、あるいは又、活性層を構成する GaN系化合物半導体層の n型 不純物濃度は、 2 X 1017Zcm3未満であることが好ましい。
[0060] 以上に説明した種々の好ま 、形態、構成を含む本発明にお ヽて、活性層の短辺
(活性層の平面形状が矩形の場合)ある ヽは短径 (活性層の平面形状が円形や楕円 形の場合)の長さは 0. 1mm以下、好ましくは、 0. 03mm以下である構成とすること 力 Sできる。尚、活性層の平面形状が多角形等の、短辺や短径で規定できない形状を 有する場合には、活性層の面積と同じ面積を有する円形を想定したときの円形の直 径を「短径」と規定する。本発明における GaN系半導体発光素子は、特に高い動作 電流密度での発光波長のシフトを低減するものである力 一層小さいサイズの GaN 系半導体発光素子において、発光波長のシフト低減効果が顕著である。よって、従 来の GaN系半導体発光素子よりも小さいサイズの GaN系半導体発光素子への本発 明の適用により、低コスト、高密度 (高精細）の GaN系半導体発光素子及びそれを用 V、た画像表示装置を実現することが可能となる。
[0061] 例えば、家庭用テレビジョン受像機で一般的な 32インチ型ハイビジョン受像機（19 20 X 1080 X RGB)をこのような GaN系半導体発光素子をマトリックス状に並べて実 現する場合、サブピクセルに相当する赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子 の組合せである 1ピクセル（画素）の大きさは、おおよそ 360 m角であり、各サブピク セルは長辺 300 μ m、短辺 100 μ m以下が必須となる。あるいは又、例えばこのよう な GaN系半導体発光素子をマトリックス状に並べてレンズで投影するプロジェクショ ン型ディスプレイの場合、従来のプロジェクシヨン型ディスプレイの液晶表示装置若し くは DMDライトバルブと同様に、 1インチ以下のサイズが光学設計やコストの面で望 まし 、。ダイクロイツクプリズムなどを用いて 3板式にするとしても DVDの一般的な解 像度 720 X 480を対角 1インチで実現するには、 GaN系半導体発光素子のサイズは 30 m以下が必要となる。このように、短辺（短径）を 0. 1mm以下、より好ましくは短 辺（短径）を 0. 03mm以下にすることで、このような寸法領域での発光波長シフトを、 従来の GaN系半導体発光素子よりも大幅に低減でき、実用上の応用範囲が広がり、 極めて有用である。
[0062] 以上に説明した種々の好ましい形態、構成を含む本発明において、第 IGaN系ィ匕 合物半導体層、活性層、第 2GaN系化合物半導体層等の種々の GaN系化合物半 導体層の形成方法として、有機金属化学的気相成長法 (MOCVD法)や MBE法、 ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法等を挙げることがで きる。
[0063] MOCVD法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム (TMG)ガスやトリ ェチルガリウム (TEG)ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガ スゃヒドラジンガスを挙げることができる。また、 n型の導電型を有する第 IGaN系化 合物半導体層の形成においては、例えば、 n型不純物 (n型ドーパント）としてケィ素（ Si)を添加すればよいし、 p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層の形成 においては、例えば、 p型不純物（p型ドーパント）としてマグネシウム（Mg)を添加す ればよい。また、 GaN系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム (A1)あるい はインジウム（In)が含まれる場合、 A1源としてトリメチルアルミニウム (TMA)ガスを用 いればよいし、 In源としてトリメチルインジウム (TMI)ガスを用いればよい。更には、 S i源としてモノシランガス（SiHガス）を用いればよいし、 Mg源としてシクロペンタジェ
4
-ルマグネシウムガスゃメチルシクロペンタジェ-ルマグネシウム、ビスシクロペンタ ジェ-ルマグネシウム（Cp Mg)を用いればよい。尚、 n型不純物（n型ドーパント）とし
2
て、 Si以外に、 Ge、 Se、 Sn、 C、 Tiを挙げることができるし、 p型不純物（p型ドーパン ト）として、 Mg以外に、 Zn、 Cd、 Be、 Ca、 Ba、 Oを挙げることができる。
[0064] p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層に接続された p型電極は、パラ ジゥム（Pd)、白金（Pt)、ニッケル (Ni)、 A1 (アルミニウム）、 Ti (チタン）、金 (Au)及 び銀 (Ag)から成る群から選択された少なくとも 1種類の金属を含む、単層構成又は 多層構成を有していることが好ましぐあるいは又、 ITO (Indium Tin Oxide)等の透明 導電材料を用いることもできるが、中でも、光を高い効率で反射させることができる銀
(Ag)や AgZNi、 AgZNiZPtを用いることが好ましい。一方、 n型の導電型を有す る第 IGaN系化合物半導体層に接続された n型電極は、金 (Au)、銀 (Ag)、パラジ ゥム（Pd)、 A1 (アルミニウム）、 Ti (チタン）、タングステン (W)、 Cu (銅）、 Zn (亜鉛）、 錫 (Sn)及びインジウム (In)力 成る群力 選択された少なくとも 1種類の金属を含む 、単層構成又は多層構成を有することが望ましぐ例えば、 TiZAu、 Ti/AU Ti/P tZAuを例示することができる。 n型電極や p型電極は、例えば、真空蒸着法ゃスパ ッタリング法等の PVD法にて形成することができる。
[0065] n型電極や p型電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パ ッド電極を設けてもよい。パッド電極は、 Ti (チタン）、アルミニウム (Al)、 Pt (白金）、 Au (金）、 Ni (ニッケル)から成る群カゝら選択された少なくとも 1種類の金属を含む、単 層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、ノ^ド電極を、 Ti/Pt/ Auの多層構成、 TiZAuの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。
[0066] 以上に説明した好ま ヽ形態、構成を含む本発明にお!/ヽて GaN系半導体発光素 子の組立品は、フェイスアップ構造を有していてもよいし、フリップチップ構造を有し ていてもよい。
[0067] 本発明にあっては、 GaN系半導体発光素子の発光量 (輝度）の制御を、駆動電流 のパルス幅制御で行うことができ、あるいは又、駆動電流のパルス密度制御で行うこ とができ、あるいは又、これらの組合せで行うことができるだけでなぐ併せて、駆動電 流のピーク電流値で行うことができる。これは、駆動電流のピーク電流値の変化が Ga N系半導体発光素子の発光波長に及ぼす影響が小さいからである。
[0068] 具体的には、例えば、 1種類の GaN系半導体発光素子において、或る発光波長 λ を得るときの駆動電流のピーク電流値を I、駆動電流のパルス幅を Ρとし、 GaN系半
0 0 0
導体発光素子、あるいは、係る GaN系半導体発光素子が組み込まれた発光装置、 画像表示装置、面状光源装置、液晶表示装置組立体における GaN系半導体発光 素子の動作の 1動作周期を T とするとき、
OP
(1)駆動電流のピーク電流値 I
0を制御 (調整)することによって、 GaN系半導体発光 素子からの発光量 (輝度)の制御し、併せて、 (2)駆動電流のパルス幅 Pを制御することによって (駆動電流のパルス幅制御）、 Ga
0
N系半導体発光素子からの射出光の発光量（明るさ、輝度)を制御することができ、 及び Z又は、
(3) GaN系半導体発光素子の動作の 1動作周期 T 中におけるパルス幅 Pを有する
OP 0 パルスの数 (パルス密度）を制御することによって（駆動電流のパルス密度制御）、 Ga N系半導体発光素子からの射出光の発光量（明るさ、輝度)を制御することができる。
[0069] 尚、上述した GaN系半導体発光素子の発光量の制御は、例えば、
(a) GaN系半導体発光素子にパルス駆動電流を供給するパルス駆動電流供給手段
(b)駆動電流のパルス幅及びパルス密度を設定するパルス駆動電流設定手段、及 び、
(c)ピーク電流値を設定する手段、
を備える GaN系半導体発光素子の駆動回路によって達成することができる。尚、この GaN系半導体発光素子の駆動回路は、井戸層密度に特徴を有する本発明の GaN 系半導体発光素子に対して適用することができるだけでなぐ従来の GaN系半導体 発光素子に対して適用することもできる。
[0070] 本発明の GaN系半導体発光素子として、具体的には、発光ダイオード (LED)、半 導体レーザ (LD)を例示することができる。尚、 GaN系化合物半導体層の積層構造 が発光ダイオード構造あるいはレーザ構造を有する限り、その構造、構成にも特に制 約は無い。また、本発明の GaN系半導体発光素子の適用分野として、上述した発光 装置、画像表示装置、面状光源装置、カラー液晶表示装置組立体を含む液晶表示 装置組立体だけでなぐ自動車、電車、船舶、航空機等の輸送手段における灯具や 灯火（例えば、ヘッドライト、テールライト、ハイマウントストップライト、スモールライト、 ターンシグナルランプ、フォグライト、室内灯、メーターパネル用ライト、各種のボタン に内蔵された光源、行き先表示灯、非常灯、非常口誘導灯等)、建築物における各 種の灯具や灯火 (外灯、室内灯、照明具、非常灯、非常口誘導灯等)、街路灯、信号 機や看板、機械、装置等における各種の表示灯具、トンネルや地下通路等における 照明具や採光部、生物顕微鏡等の各種検査装置における特殊照明、光を用いた殺 菌装置、光触媒と組合せた消臭 ·殺菌装置、写真や半導体リソグラフィ一における露 光装置、光を変調して空間若しくは光ファイバ一や導波路を経由して情報を伝達す る装置を挙げることがでさる。
[0071] 本発明にあっては、活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度 を d、第 2GaN系化合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足する
1 2 1 2 ように活性層における井戸層が配置されており、発光効率を向上させつつ、動作電 流密度の増加に伴う発光波長の大きなシフトを抑制することができる。本発明者の実 験によれば、 GaN系半導体発光素子においては、動作電流密度の増加と共に、発 光に寄与する井戸層が次第に第 2GaN系化合物半導体層側の井戸層へと移行して いくことが分力つた。その理由として、電子と正孔のモピリティの違いが挙げられる。 G aN系化合物半導体においては正孔のモピリティが小さいため、正孔は第 2GaN系 化合物半導体層近傍の井戸層までし力到達せず、正孔と電子の再結合である発光 が第 2GaN系化合物半導体層側に偏ると考えられる。また、井戸層と障壁層から成る ヘテロ障壁のキャリアに対する透過率という点でも、有効質量の大きな正孔は複数の 障壁層を越えて第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層まで到達することが困難で あるという要因も考えられる。即ち、本発明にあっては、正孔が到達する範囲 (活性層 の第 2GaN系化合物半導体層側）に存在する井戸層の数が多ぐ例えば、活性層の 第 IGaN系化合物半導体層側の障壁層の厚さよりも活性層の第 2GaN系化合物半 導体層側の障壁層の厚さが薄いので、正孔の透過率が向上し、正孔がより均一に配 分され易くなると考えられる。 GaN系半導体発光素子における動作電流密度の増加 に伴う発光波長の短波長側へのシフトの要因としては、井戸層内のキャリア濃度増大 に伴う「局在準位のバンドフィルング」と「ピエゾ電界のスクリーニング」が提唱されて ヽ る力 正孔が有効に配分されることで再結合確率が向上したことに加え、正孔が均一 に配分されることで 1つの井戸層当たりのキャリア濃度を低減することができ、発光波 長の短波長側へのシフトを低減させることができると考えられる。
[0072] 従って、 GaN系半導体発光素子の光出力を増加させるために GaN系半導体発光 素子の駆動電流 (動作電流)を増力 tlさせても、駆動電流 (動作電流)の増加に起因し た発光波長のシフトといった問題の発生を防ぐことが可能となる。特に、青色発光や 緑色発光の GaN系半導体発光素子において、動作電流密度を 30AZcm2、更には 50AZcm2や lOOAZcm2以上としたとき、より一層大きな効果 (輝度の増カロ、及び、 発光波長の短波長側へのシフトの低減)を得ることができる。本発明においては、活 性層の特定の領域に偏った井戸層力 の発光を有効に利用するため、光共振器効 果等の高い光取出し技術との相乗効果により、更に高い効率を実現することが可能 となるし、半導体レーザの特性向上も期待できる。
[0073] 画像表示装置、面状光源装置、カラー液晶表示装置組立体を含む液晶表示装置 組立体にぉ 、ては、駆動電流のパルス幅及び Z又はパルス密度の制御をすることに 加え、駆動電流 (動作電流)の高いピーク電流値にて GaN系半導体発光素子を駆動 することで光出力を増カロさせることによって、発光波長のシフトを低減したまま、即ち、 駆動電流 (動作電流)の変化によっても発光波長が左程変動しない状態にて、輝度 の増加を図ることができる。云い換えれば、輝度の制御を、駆動電流のパルス幅及び Z又はパルス密度の制御に加えて、駆動電流 (動作電流）のピーク電流値制御に基 づき行うことができるので、輝度の制御パラメータが従来の技術よりも増え、一層広範 囲の輝度制御を行うことが可能となる。即ち、輝度のダイナミックレンジを広くとること が可能となる。具体的には、例えば、装置全体の輝度制御を駆動電流 (動作電流)の ピーク電流値制御にて行 、、細かな輝度制御を駆動電流のパルス幅及び Z又はパ ルス密度の制御にて行えばよぐあるいは又、これとは逆に、装置全体の輝度制御を 駆動電流のパルス幅及び Z又はパルス密度の制御にて行 、、細かな輝度制御を駆 動電流 (動作電流）のピーク電流値制御にて行えばよい。また、発光装置にあっては 、 GaN系半導体発光素子の発光波長のシフトが小さいことから、電流値に依らず安 定した色度を実現できる。特に青色や近紫外の GaN系半導体発光素子と色変換材 料とを組み合わせた白色光源に有用である。
図面の簡単な説明
[0074] [図 1]図 1は、実施例 1の GaN系半導体発光素子における層構成を概念的に示す図 である。
[図 2]図 2は、実施例 1の GaN系半導体発光素子の模式的な断面図である。
[図 3]図 3は、実施例 1及び比較例 1の GaN系半導体発光素子の動作電流密度と光 出力との関係を測定した結果を示すグラフである。
[図 4]図 4は、実施例 1及び比較例 1の GaN系半導体発光素子の動作電流密度と発 光ピーク波長の関係を示すグラフである。
[図 5]図 5は、 GaN系半導体発光素子の評価のために、 GaN系半導体発光素子に 駆動電流を供給して!/ヽる状態を示す概念図である。
[図 6A]図 6Aは、実施例 1の GaN系半導体発光素子を上から眺めた模式図である。
[図 6B]図 6Bは、図 6Aの矢印 B— Bに沿った模式的な断面図（但し、斜線は省略)で ある。
[図 7]図 7は、直列に接続された 2つの GaN系半導体発光素子を上力 眺めた模式 図である。
[図 8]図 8は、実施例 1における活性層近傍のバンドダイアグラムとフェルミレベルを示 すグラフである。
[図 9]図 9は、比較例 1における活性層近傍のバンドダイアグラムとフェルミレベルを示 すグラフである。
[図 10]図 10は、実施例 1におけるホール濃度を算出した結果を示すグラフである。
[図 11]図 11は、比較例 1におけるホール濃度を算出した結果を示すグラフである。
[図 12]図 12は、実施例 1の構造において活性層の n型不純物濃度を変えた場合の ホール濃度を算出した結果を示すグラフである。
[図 13]図 13は、実施例 1のホール濃度の計算結果を示すグラフである。
[図 14]図 14は、実施例 1の変形例 Aのホール濃度の計算結果を示すグラフである
[図 15A]図 15Aは、実施例 1の変形例 Bにおける活性層近傍のバンドダイアグラム とフェルミレベルを示すグラフである。
[図 15B]図 15Bは、実施例 1の変形例 Bにおけるホール濃度の計算結果を示すグ ラフである。
[図 16A]図 16Aは、実施例 1の変形例 Cにおける活性層近傍のバンドダイアグラム とフェルミレベルを示すグラフである。
[図 16B]図 16Bは、実施例 1の変形例― Cにおけるホール濃度の計算結果を示すグ ラフである。
[図 17A]図 17Aは、比較例 1— Aにおける活性層近傍のバンドダイアグラムとフェルミ レベルを示すグラフである。
[図 17B]図 17Bは、比較例 1— Aにおけるホール濃度の計算結果を示すグラフである
[図 18]図 18は、実施例 3及び比較例 3の GaN系半導体発光素子の動作電流密度と 発光ピーク波長の関係を示すグラフである。
[図 19A]図 19Aは、実施例 4の GaN系半導体発光素子を上から眺めた模式図である
[図 19B]図 19Bは、図 19Aの矢印 B— Bに沿った模式的な断面図（但し、斜線は省略 )である。
[図 20A]図 20Aは、実施例 4A及び比較例 4Aの GaN系半導体発光素子における動 作電流密度とピーク波長シフト量の関係を示すグラフである。
[図 20B]図 20Bは、実施例 4B及び比較例 4Bの GaN系半導体発光素子における動 作電流密度とピーク波長シフト量の関係を示すグラフである。
[図 21A]図 21Aは、実施例 6におけるパッシブマトリックスタイプの直視型の画像表示 装置 (第 1Aの態様に係る画像表示装置)の回路図である。
[図 21B]図 21Bは、 GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された発光素 子パネルの模式的な断面図である。
[図 22]図 22は、実施例 6におけるアクティブマトリックスタイプの直視型の画像表示装 置 (第 1Aの態様に係る画像表示装置)の回路図である。
[図 23]図 23は、 GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された発光素子 パネルを備えたプロジヱクシヨン型の画像表示装置 (第 1Bの態様に係る画像表示装 置）の概念図である。
[図 24]図 24は、赤色発光素子パネル、緑色発光素子パネル及び青色発光素子パネ ルを備えたプロジヱクシヨン型、カラー表示の画像表示装置 (第 1Cの態様に係る画 像表示装置)の概念図である。
[図 25]図 25は、 GaN系半導体発光素子、及び、光通過制御装置を備えたプロジ ク シヨン型画像表示装置 (第 1Dの態様に係る画像表示装置)の概念図である。
[図 26]図 26は、 GaN系半導体発光素子、及び、光通過制御装置を 3組備えたカラー 表示のプロジ クシヨン型画像表示装置 (第 1Dの態様に係る画像表示装置)の概念 図である。
[図 27]図 27は、発光素子パネル、及び、光通過制御装置を備えたプロジヱクシヨン型 画像表示装置 (第 1Eの態様に係る画像表示装置)の概念図である。
[図 28]図 28は、 GaN系半導体発光素子及び光通過制御装置を 3組備えたカラー表 示のプロジ クシヨン型画像表示装置 (第 1Fの態様に係る画像表示装置)の概念図 である。
[図 29]図 29は、 GaN系半導体発光素子を 3組、及び、光通過制御装置を備えたカラ 一表示のプロジ クシヨン型画像表示装置 (第 1Gの態様に係る画像表示装置)の概 念図である。
[図 30]図 30は、発光素子パネルを 3組、及び、光通過制御装置を備えたカラー表示 のプロジ クシヨン型画像表示装置 (第 1Hの態様に係る画像表示装置)の概念図で ある。
[図 31]図 31は、実施例 7におけるアクティブマトリックスタイプの直視型のカラー表示 の画像表示装置 (第 2Aの態様に係る画像表示装置)の回路図である。
[図 32A]図 32Aは、実施例 8の面状光源装置における発光素子の配置、配列状態を 模式的に示す図である。
圆 32B]図 32Bは、面状光源装置及びカラー液晶表示装置組立体の模式的な一部 断面図である。
[図 33]図 33は、カラー液晶表示装置の模式的な一部断面図である。
[図 34]図 34は、実施例 9のカラー液晶表示装置組立体の概念図である。
[図 35]図 35は、フリップチップ構造を有する LED力も成る GaN系半導体発光素子の 模式的な断面図である。
[図 36]図 36は、参考品 1〜参考品 5の GaN系半導体発光素子において、青色 の発光ピーク成分の全体に占める割合をプロットしたグラフである。
符号の説明 [0075] 1, 101· "GaN系半導体発光素子、 UN. ··発光素子ユニット、 10···基板、 11··· ノ ッファ層、 12···アンドープの GaN層、 13···η型の導電型を有する第 IGaN系化 合物半導体層、 14···アンドープ GaN層、 15···活性層、 16· · ·アンドープ GaN層 、 17···ρ型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、 18· · 'Mgドープの Ga N層、 19Α···η型電極、 19Β···ρ型電極、 21···サブマウント、 22· "プラスチック レンズ、 23Α· · '金線、 23Β· · '外部電極、 24· ··リフレタターカップ、 25· · 'ヒートシ ンク、 26·· '駆動回路、 27· · '制御部、 28· · '駆動電流源、 29·· 'パルス生成回路、 30···ドライバ、 41, 43···コラム ·ドライバ、 42, 44 · · ·ロウ'ドライバ、 45···ドライノく 、 50· · ·発光素子パネル、 51·· ·支持体、 52· · ·Χ方向配線、 53· · ·Υ方向配線、 54 • · '透明基材、 55·· 'マイクロレンズ、 56·· '投影レンズ、 57· · 'ダイクロイツク 'プリズ ム、 58· · ·液晶表示装置、 59·· ·光案内部材、 102· · 'ヒートシンク、 200, 200Α· · · カラー液晶表示装置組立体、 210· · 'カラー液晶表示装置、 220· · 'フロント 'パネル 、 221'.'第1の基板、 222···カラーフィルター、 223···オーバーコート層、 224··· 透明第 1電極、 225·· '配向膜、 226· · '偏光フィルム、 227· · '液晶材料、 230· · 'リ ァ 'パネル、 231·· '第 2の基板、 232· · 'スイッチング素子、 234· · '透明第 2電極、 2 35···配向膜、 236···偏光フィルム、 240···面状光源装置、 241···筐体、 242Α . · ·筐体の底面、 242Β· · ·筐体の側面、 243·· '外側フレーム、 244· · ·内側フレー ム、 245Α, 245Β· · 'スぺーサ、 246·· 'ガイド部材、 247· · 'ブラケット部材、 251· · '拡散板、 252· · '拡散シート、 253·· 'プリズムシート、 254· · '偏光変換シート、 255 …反射シート、 250···面状光源装置、 260···光源、 270···導光板、 271···導 光板の第 1面、 272· · '第 1面における凹凸部、 273· · '導光板の第 2面、 274· · '導 光板の第 1側面、 275·· '導光板の第 2側面、 276·· '導光板の第 3側面、 281· · '反 射部材、 282···拡散シート、 283···プリズムシート、 301, 302···半田層、 303··· アルミニウム層、 304· · 'SiO層、 304· · ·パッシベーシヨン膜
2
発明を実施するための最良の形態
[0076] 以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、それに先立ち、予備 的に GaN系発光ダイオードの特性を調べた。
[0077] 即ち、 9層の井戸層及び 8層の障壁層を有する活性層を備えた GaN系半導体発光 素子 (参考品 0)を作製した。この GaN系半導体発光素子は、層構成の概念図を 図 1に示すように、サファイア力も成る基板 10上に、ノ ッファ層 11 (厚さ 30nm)；アン ドープの GaN層 12 (厚さ: L m)； n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層 13 (厚さ 3 /z m)；アンドープ GaN層 14 (厚さ 5nm)；井戸層、及び、井戸層と井戸層と を隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造を有する活性層 15 (井戸層及び障壁層 の図示は省略）；アンドープ GaN層 16 (厚さ lOnm)； p型の導電型を有する第 2GaN 系化合物半導体層 17 (厚さ 20nm)； Mgドープの GaN層（コンタクト層） 18 (厚さ 100 nm)が、順次、積層された構成、構造を有する。尚、図面にあっては、バッファ層 11 、アンドープの GaN層 12、アンドープ GaN層 14、アンドープ GaN層 16、 Mgドープ の GaN層 18の図示を省略している場合がある。アンドープ GaN層 14は、その上に 結晶成長させられる活性層 15の結晶性向上のために設けられており、アンドープ Ga N層 16は、第 2GaN系化合物半導体層 17中のドーパント（例えば、 Mg)が活性層 1 5内に拡散することを防止するために設けられている。尚、活性層 15における井戸層 は、厚さ 3nm、 In組成割合 0. 23の InGaN (In Ga N)層力ら成り、障壁層は、厚
0.23 0.77
さ 15nmの GaN層力も成る。尚、このような組成の井戸層を、便宜上、組成— Aの井 戸層と呼ぶ場合がある。
[0078] この GaN系半導体発光素子 (参考品 0)にあっては、動作電流密度 60AZcm2 での発光ピーク波長が 515nmであり、発光効率は 180mWZAであった。尚、巿販
LEDのように、高反射率マウント上に実装し、高屈折率の榭脂モールドを行えば、全 光束測定で約 2倍以上の効率を得られる。
[0079] 次に、同様の層構造で、し力も、 9層の井戸層の内、特定の 1層のみの In組成割合 を調整した GaN系半導体発光素子、即ち、厚さ 3nm、 In組成割合 0. 15の InGaN (I n Ga N)層から成る井戸層（便宜上、組成— Bの井戸層と呼ぶ場合がある）を 1
0.15 0.85
層具備し、他の 8層は組成 Aの井戸層から成る GaN系半導体発光素子を作製した 。第 IGaN系化合物半導体層側から、第 1番目の井戸層が組成 Bの井戸層から成 る GaN系半導体発光素子を参考品 1と呼び、第 3番目の井戸層が組成 Bの井 戸層から成る GaN系半導体発光素子を参考品 2と呼び、第 5番目の井戸層が組 成 Bの井戸層から成る GaN系半導体発光素子を参考品 3と呼び、第 7番目の井 戸層が組成 Bの井戸層から成る GaN系半導体発光素子を参考品 4と呼び、第 9 番目の井戸層が組成 Bの井戸層から成る GaN系半導体発光素子を参考品 5と 呼ぶ。これらの参考品 1〜参考品 5の GaN系半導体発光素子にあっては、他の 井戸層は、上述したとおり、組成 Aの井戸層から構成されている。
[0080] この実験の目的は 9層の井戸層を有する緑色発光の GaN系半導体発光素子 (発 光ダイオード)を発光させた場合に、各井戸層力 の発光割合がどのようになって!/、 るかを視覚化することにある。
[0081] これらの参考品 1〜参考品 5の GaN系半導体発光素子にあっても、動作電流 密度 60AZcm2での発光ピーク波長が 515nmであり、発光効率は 180mWZAであ つた。し力しながら、幾つかの参考品では、緑色の発光 (発光波長:約 515nm)以外 に、組成 Bの井戸層の存在に起因して、青色の発光領域 (発光波長：約 450nm) にも小さな発光ピークが見られた。この青色の発光ピーク成分の全体に占める割合を 図 36にプロットした。尚、図 36の横軸の第 1層目、第 3層目、 · · ·は、組成— Bの井戸 層の第 IGaN系化合物半導体層側からの位置を指す。即ち、図 36の横軸の第 Q層 目（Q = l, 3, 5, 7, 9)に該当する青色の発光ピーク成分の全体に占める割合のデ ータは、第 Q層目の井戸層が組成 Bの井戸層から構成された GaN系半導体発光 素子における青色の発光ピーク成分の全体に占める割合の動作電流密度毎のデー タを示す。
[0082] 緑色の発光 (発光波長：約 515nm)と青色の発光 (発光波長：約 450nm)では、バ ンドギャップエネルギーで 350meV異なる点と、典型的な発光の減衰寿命が異なる 点（例えば、 S. F. Chichibu, et al., Materials Science & Engineering B59 (1999) p.29 8の Fig.6において、 In組成割合 0. 15 (青色発光）の LEDにおける発光減衰寿命 力 ナノ秒であるのに対して、 In組成割合 0. 22 (緑色発光）の LEDにおける発光減 衰寿命が 9ナノ秒である）に注意が必要だが、図 36に示したような発光の分布を実験 的に示す手法は、従来にない手法である。
[0083] 図 36から明らかなように、発光はどの動作電流密度においても、多重量子井戸構 造を有する活性層における第 2GaN系化合物半導体層側、活性層の厚さ方向約 2 Z3の領域に偏っている。また、発光の 80%は、第 2GaN系化合物半導体層側の活 性層の厚さ方向 1Z2までの領域からの発光で占められて 、る。このように発光が著 しく偏る理由として、特表 2003— 520453号公報に記述されているように、電子と正 孔のモピリティの違 、が挙げられる。 GaN系化合物半導体にぉ 、ては正孔のモピリ ティが小さいため、正孔は第 2GaN系化合物半導体層近傍の井戸層までしか到達せ ず、正孔と電子の再結合である発光が第 2GaN系化合物半導体層側に偏ると考えら れる。また、井戸層と障壁層から成るヘテロ障壁のキャリアに対する透過率という点で も、有効質量の大きな正孔は複数の障壁層を越えて第 IGaN系化合物半導体層側 の井戸層まで到達することが困難であるという要因も考えられる。
[0084] このことから第 2GaN系化合物半導体層側に偏った発光を有効に利用するために 、井戸層の分布を第 2GaN系化合物半導体層側に偏らせた非対称分布の井戸層を 有する多重量子井戸構造を提唱することができる。更には、発光分布のピークは、第 2GaN系化合物半導体層側の活性層の厚さ方向 1Z3乃至 1Z4の領域に位置して いることが分かる。半導体レーザや、光共振器効果を利用した発光ダイオード (例え ば、 Y. C. Shen, et al, Applied Physics Letters, vol.82 (2003) p.2221参照）のように 、発光層である井戸層を特定の狭い領域に集中させることで一層効率良く誘導放出 や光取出しを実現させるためには、第 2GaN系化合物半導体層側活性層の厚さ方 向 1Z3程度の領域に井戸層の分布を偏らせた多重量子井戸構造とすることが望ま し ヽことが半 Uる。
実施例 1
[0085] 実施例 1は、本発明の GaN系半導体発光素子、より具体的には、発光ダイオード（ LED)に関する。層構成を概念的に図 1に示し、模式的な断面図を図 2に示すように 、実施例 1の GaN系半導体発光素子 1の層構成は、活性層 15の構成、構造を除き、 参考品 0の層構成と同じ構成、構造を有する。
[0086] このような GaN系半導体発光素子 1がサブマウント 21に固定され、 GaN系半導体 発光素子 1は、サブマウント 21に設けられた配線（図示せず）、金線 23Aを介して外 部電極 23Bに電気的に接続され、外部電極 23Bは駆動回路 26に電気的に接続さ れている。また、サブマウント 21はリフレタターカップ 24に取り付けられ、リフレタター カップ 24はヒートシンク 25に取り付けられている。更には、 GaN系半導体発光素子 1 の上方にはプラスチックレンズ 22が配置され、プラスチックレンズ 22と GaN系半導体 発光素子 1との間には、 GaN系半導体発光素子 1から射出される光に対して透明な エポキシ榭脂（屈折率:例えば 1. 5)、ゲル状材料 [例えば、 Nye社の商品名 OCK— 451 (屈折率： 1. 51)、商品名 OCK—433 (屈折率： 1. 46) ]、シリコーンゴム、シリコ ーンオイルコンパウンドと 、つたオイルコンパウンド材料 [例えば、東芝シリコーン株式 会社の商品名 TSK5353 (屈折率： 1. 45) ]で例示される光透過媒体層（図示せず） が充填されている。
[0087] そして、活性層 15における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2
1
GaN系化合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活
2 1 2
性層 15における井戸層が配置されて ヽる。活性層 15を構成する多重量子井戸構造 の詳細を、以下の表 1に示す。尚、表 1あるいは後述する表 2、表 3中、井戸層の厚さ 及び障壁層の厚さの値の右側の括弧内の数字は、活性層 15における第 IGaN系化 合物半導体層側界面 (より具体的には、実施例 1にあっては、アンドープ GaN層 14と 活性層 15との界面)からの積算厚さを示す。
[0088] [表 1]
実施例 1 比較例 1 実施例 1の変形例一 A 活性層総厚 nm) 1 50 1 47 1 62
2 t ( / 3で活性層を 2分割
活性層第 1領域
1 00 9 8 1 08 厚さ （ t 1 nm)
活性層第 2領域
50 49 54
厚さ （ t 2 nm)
井戸層の層数 （WL) 1 0 同左 9
障壁層の層数 9 同左 8
活性層第 1領域内の
6 6 + 2/3 4 + 1 /3 井戸層の数 WL,
活性層第 2領域内の
4 3 + 1 /3 4 + 2/3 井戸層の数 WL?
活性層第 1領域内の
0. 90 1 . 00 0. 7 2 井戸層密度
活性層第 2領域内の
1 . 20 1 . 00 1 . 04 井戸層密度 d2
第 1井戸層厚さ （nm) 3 ( 3) 3 ( 3) 3 ( 3) 第 1障壁層厚さ （nm) 25 ( 28) 1 3 ( 1 6) 50 ( 53) 第 2井戸層厚さ （nm) 3 ( 3 1 ) 3 ( 1 9) 3 ( 56) 第 2障壁層厚さ （nm) 25 ( 56) 1 3 ( 3 2) 2 5 ( 8 1 ) 第 3井戸層厚さ （nm) 3 ( 59) 3 ( 3 5) 3 ( 84) 第 3障壁層厚さ （nm) 1 0 ( 69) 1 3 ( 48) 1 0 ( 94) 第 4井戸層厚さ （nm) 3 ( 7 2) 3 ( 5 1 ) 3 ( 9 7) 第 4障壁層厚さ （nm) 1 0 ( 8 2) 1 3 ( 64) 1 0 ( 1 07) 第 5井戸層厚さ （nm) 3 ( 8 5) 3 ( 6 7) 3 ( 1 1 0) 第 5障壁層厚さ （nm) 1 0 ( 9 5) 1 3 ( 80) 1 0 ( 1 20) 第 6井戸層厚さ （nm) 3 ( 9 8) 3 ( 83) 3 ( 1 23) 第 6障壁層厚さ （nm) 1 0 ( 1 08) 1 3 ( 9 6) 1 0 ( 1 33) 第 7井戸層厚さ （nm) 3 ( 1 1 1 ) 3 ( 99) 3 ( 1 3 6) 第 7障壁層厚さ （nm) 1 0 ( 1 2 1 ) 1 3 ( 1 1 2) 1 0 ( 1 46) 第 8井戸層厚さ （nm) 3 ( 1 24) 3 ( 1 1 5) 3 ( 1 49) 第 8障壁層厚さ （nm) 1 0 ( 1 3 4) 1 3 ( 1 2 8) 1 0 ( 1 59) 第 9井戸層厚さ （nm) 3 ( 1 3 7) 3 ( 1 3 1 ) 3 ( 1 62) 第 9障壁層厚さ （nm) 1 0 ( 1 47) 1 3 ( 1 44) 一一一一一一一
第 1 0井戸層厚さ （nm) 3 ( 1 50) 3 ( 1 47) 一一一一 - - 一 実施例 1にあっては、活性層 15の総厚を tとし、活性層 15における第 IGaN系化
0
合物半導体層側界面 (より具体的には、実施例 1にあっては、アンドープ GaN層 14と 活性層 15との界面)から厚さ（2t Z3)までの活性層第 1領域 AR内の井戸層密度を
0 1
d、第 2GaN系化合物半導体層側界面 (より具体的には、実施例 1にあっては、アン
1
ドープ GaN層 16と活性層 15との界面)から厚さ（t Z3)までの活性層第 2領域 AR
0 2 内の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層 15における井戸層が
2 1 2
配置されている。
[0090] 具体的には、井戸層密度 d及び井戸層密度 dを式（1 1)、式（1 2)から求める
1 2
と、以下のとおりとなる。
[0091] [実施例 1]
d = (WL /WL) / (t /t )
2 2 2 0
= (4/10) / (50/150)
= 1. 20
d = (WL /WL) / (t /t )
1 1 1 0
= (6/10) / (100/150)
=0. 90
[0092] 比較のために、表 1に比較例 1として示す活性層を有する GaN系半導体発光素子 を作製した。
[0093] 尚、実施例 1及び比較例 1の GaN系半導体発光素子にあっては、評価のために、 また、製造工程の簡略のために、リソグラフイエ程及びエッチング工程に基づき、 n型 の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層 13を部分的に露出させ、 Mgドープ の GaN層 18上に AgZNiから成る p型電極 19Bを形成し、第 IGaN系化合物半導体 層 13の上に TiZAlから成る n型電極 19Aを形成し、これらの n型電極 19 A及び p型 電極 19Bにプループで針立てを行い、駆動電流を供給し、基板 10の裏面から放射 される光を検出した。この状態を、図 5の概念図を示す。また、 GaN系半導体発光素 子 1を上から眺めた模式図を図 6Aに示し、図 6Aの矢印 B— Bに沿った模式的な断 面図（但し、斜線は省略)を図 6Bに示す。ここで、 GaN系半導体発光素子の動作電 流密度とは、動作電流値を活性層面積 (接合領域面積)で除した値である。例えば、 図 6A及び図 6Bに示す GaN系半導体発光素子 1の活性層面積 (接合領域面積)を 6 X 10— 4cm2とし、 20mAの駆動電流を流した場合の動作電流密度は、 33AZcm2と 算出される。また、例えば図 7に示すような GaN系半導体発光素子 1が直列に接続さ れた状態にあっても、動作電流密度は 33AZcm2と算出される。
[0094] 比較例 1における井戸層密度 d及び井戸層密度 dを式（1 1)、式（1 2)から求
1 2
めると、以下のとおりとなる。
[0095] [比較例 1]
d = (WL /WL) / (t /t )
2 2 2 0
= 1. 00
d = (WL /WL) / (t /t )
1 1 1 0
= { (6 + 2/3) }/10}/ (98/147)
= 1. 00
[0096] GaN系半導体発光素子の動作電流密度と光出力との関係を測定した結果を、図 3 に示すが、実施例 1の GaN系半導体発光素子 1の光出力は、従来の GaN系半導体 発光素子である比較例 1よりも増加している。そして、実施例 1の GaN系半導体発光 素子と比較例 1の GaN系半導体発光素子との光出力の差は、動作電流密度が 50A /cm2以上で顕著となり、動作電流密度が lOOAZcm2以上では 1割以上の差となる 。即ち、実施例 1の GaN系半導体発光素子 1は、動作電流密度が 50AZcm2以上、 好ましくは動作電流密度が lOOAZcm2以上で、従来の GaN系半導体発光素子より も光出力が大きく増加するので、動作電流密度が 50AZcm2以上、好ましくは動作 電流密度が lOOAZcm2以上での使用が望まし 、と 、える。
[0097] 更には、 GaN系半導体発光素子の動作電流密度と発光ピーク波長の関係を、図 4 に示す。動作電流密度を 0. lAZcm2から 300AZcm2へと増加させると、比較例 1 にあっては、 Δ λ =— 19nmであるのに対して、実施例 1にあっては、 Δ λ =— 8nm と、小さな発光波長シフトが実現されている。特に、動作電流密度が 30AZcm2以上 では、殆ど、波長シフトが観測されない。云い換えれば、動作電流密度を 30AZcm2 以上とする場合、発光波長の変化が僅かしか生じないので、発光波長や発光色の管 理の面で好ましい。特に、動作電流密度が 50AZcm2以上、更には、 lOOAZcm2 以上において、実施例 1の GaN系半導体発光素子 1は、比較例 1の従来の GaN系 半導体発光素子よりも顕著に波長シフトが小さぐ優位性が明らかである。
[0098] このような効果を理論的に検証するため、実施例 1と比較例 1のバンドダイアグラム の計算を行った。組成、ドーピング濃度等は、後述する [工程— 100]〜[工程— 140 ]にて述べる値とし、活性層における n型不純物濃度を 1 X 1017/cm3とした。また、外 部バイアスを 3ボルトとした。
[0099] 計算により求めた実施例 1及び比較例 1のそれぞれにおける活性層近傍のバンド ダイアグラムとフェルミレベルを、図 8及び図 9に示す。実施例 1及び比較例 1のいず れにおいても、活性層内には井戸層が 10層存在するが、井戸層内のピエゾ電界に よるバンドの傾き (右肩下がり）と井戸層の前後の大きなバンドの曲がり（右肩上がり） が特徴的である。実施例 1と比較例 1の違いはその包絡線に現れており、井戸層を均 等に配分した比較例 1では緩や力な右肩下がりであるが、実施例 1では障壁層の厚 さを力えた部分 (活性層と第 IGaN系化合物半導体界面力も約 1Z3のところ)で大き く屈曲している。
[0100] この結果から、実施例 1及び比較例 1におけるホール濃度を算出した結果を、図 10 及び図 11に示す。比較例 1では第 2GaN系化合物半導体界面から 3層目の井戸層 までしかホールが配分されて ヽな 、が、実施例 1にお!/、ては!、ずれの井戸層にお ヽ てもホール濃度は比較例 1よりも高ぐ第 2GaN系化合物半導体界面力 9層目まで 配分されていることが分かる。比較例 1におけるこのようなホール濃度の分布は、前述 したとおり、モビリティや有効質量の点で第 2GaN系化合物半導体界面近傍にしかホ ールが到達しないためと考えられる力 実施例 1においては、より多くの井戸層に、ま た、第 2GaN系化合物半導体界面から一層離れた井戸層にもホールを配分できて おり、これが発光素子の出力向上と発光波長のシフト低減をもたらしたと考えられる。
[0101] 同様な計算を用いて、実施例 1の構造において活性層の n型不純物濃度を変えた 場合のホール濃度を算出した結果を図 12に示す。 n型不純物濃度が 5 X 1016/cm3 においてはホールが配分される井戸層の数は少ないものの、 n型不純物濃度が 1 X 1017/cm3の場合よりも 2桁以上高 、濃度で 4つの井戸層にホールが配分されて 、る 。一方、 n型不純物濃度が 2 X 1017Zcm3以上の場合、第 2GaN系化合物半導体界 面近傍の 2層若しくは 3層の井戸層にしかホールが到達せず、その濃度も低い。よつ て、 n型不純物濃度を 2 X 1017/cm3未満若しくはアンドープとすることが望ましい。 活性層全体を、一様のドーピングではなぐ一部にデルタドーピングする手法がある 力 この場合にも、活性層全体として平均した場合に n型不純物濃度を 2 X 1017/c m3未満とすることが望ましい。
[0102] 実施例 1の変形例として、表 1の右欄に示す構造を有する GaN系半導体発光素子 を作製した。実施例 1のこの変形例— Aでは、第 1障壁層の厚さを倍の 50nmとした。 そして、井戸層及び障壁層を 1層減らして、活性層全体の厚さを調節した。大まかに は、段階的に障壁層の厚さが減少していく構造となっている。
[0103] 実施例 1及び実施例 1の変形例 Aのホール濃度の計算結果を、図 13及び図 14 に示す。実施例 1にあっては、比較例 1よりも多くの井戸層により高い濃度のホールが 分布したが、特にホール濃度が高い井戸層は 1つのみである。一方、実施例 1の変 形例 Aでは、更に高い濃度の 2つの井戸層が存在しており、発光効率の向上や発 光波長のシフト低減により有効であると考えられる。
[0104] 更に、井戸層の数を 4とした実施例 1の変形例（実施例 1の変形例 B及び実施例 1の変形例—C)、及び、比較例 1—Aの構造を、以下の表 2に示す。また、計算によ り求めた実施例 1の変形例 B、実施例 1の変形例 C及び比較例 1 Aのそれぞ れにおける活性層近傍のバンドダイアグラムとフェルミレベルを、図 15A、図 16A及 び図 17Aに示し、ホール濃度の計算結果を、図 15B、図 16B及び図 17Bに示す。実 施例 1の変形例 Bでは、図 15Bに示した一番右側の（第 2GaN系化合物半導体界 面に一番近い）井戸層におけるホール濃度が、比較例 1 Aより低いものの、それ以 外では比較例 1 Aよりも高ぐ中でも、中央の 2つの井戸層では非常に高いホール 濃度となっている。また、実施例 1の変形例— Cでは、図 16Bに示した一番右側の（ 第 2GaN系化合物半導体界面に一番近い）井戸層におけるホール濃度が、比較例 1 Aと同等であり、それ以外の井戸層では比較例 1 Aよりも高い濃度のホールが分 布している。以上から、これらの実施例においても発光効率の向上や発光波長シフト の低減に有効であると考えられる。
[0105] [表 2] 実施例 1の 実施例 1の 比較例 1 一 A
変形例一 B 変形例一 C
第 1井戸層厚さ （nm) 3 ( 3) 3 ( 3) 3 ( 3) 第 1障壁層厚さ （nm) 45 (48) 45 (48) 25 (28) 第 2井戸層厚さ （nm) 3 (5 1 ) 3 (5 1 ) 3 (3 1 ) 第 2障壁層厚さ （nm) 25 (76) 25 (76) 25 (56) 第 3井戸層厚さ （nm) 3 (79) 3 (79) 3 (59) 第 3障壁層厚さ （nm) 8 (87) 1 5 (94) 25 (84) 第 4井戸層厚さ （nm) 3 (90) 3 (97) 3 (87)
[0106] このように GaN系半導体発光素子の多重量子井戸力 成る活性層の井戸層の分 配を変えることで、ホール濃度の分布を様々に変えることが可能である。本発明にお いては、 GaN系半導体発光素子の青色力も緑色といった可視光の範囲で発光効率 の向上や発光波長のシフト低減といった効果をもたらした力 元来、発光波長のシフ トの小さい青紫色 (波長約 400nm)の領域でも発光効率向上に有効と考えられ、また 、ピエゾ電界の更に大きな AlGaN系による紫外線 (波長 365nm以下）の領域でも発 光波長のシフト低減や発光効率向上に有効と考えられる。
[0107] 尚、このような GaN系半導体発光素子の発光量 (輝度）の制御は駆動電流のピーク 電流値 Iで行う方法にカ卩えて、駆動電流のパルス幅制御で行えばよいし、あるいは又
0
、駆動電流のパルス密度制御で行えばよいし、あるいは又、これらの組合せで行えば よい。後述する実施例にあっても、 GaN系半導体発光素子の発光量 (輝度)の制御 は、同様の方法で行えばよい。
[0108] 尚、活性層 15の総厚を tとし、活性層 15における第 IGaN系化合物半導体層側界
0
面 (より具体的には、アンドープ GaN層 14と活性層 15との界面)から厚さ（t
0 Z2)ま での活性層第 1領域 AR内の井戸層密度を d、第 2GaN系化合物半導体層側界面（
1 1
より具体的には、アンドープ GaN層 16と活性層 15との界面）から厚さ（t
0 Z2)までの 活性層第 2領域 AR内の井戸層密度を dとしたとき、 d <dを満足するように活性層
2 2 1 2
15における井戸層が配置されているとした場合の、井戸層密度 d及び井戸層密度 d
1 2 を式（1— 1)、式（1— 2)力 求めると、以下のとおりとなる。
[0109] [実施例 1相当] d = (WL ZWL) /(t /t )
2 2 2 0
= (6/10)/(75/150)
=1.20
d = (WL /WL) /(t /t )
1 1 1 0
= (4/10)/ (75/150)
=0.80
[0110] [比較例 1相当]
d = (WL /WL) /(t /t )
2 2 2 0
= (5/10)/{ (73 +1/2)/147}
=1.00
d = (WL /WL) /(t /t )
1 1 1 0
= (5/10)/{ (73 +1/2)/147}
=1.00
[0111] また、活性層 15の総厚を tとし、活性層 15における第 IGaN系化合物半導体層側
0
界面（より具体的には、アンドープ GaN層 14と活性層 15との界面）から厚さ（t /3)
0 までの活性層第 1領域 AR内の井戸層密度を d、第 2GaN系化合物半導体層側界
1 1
面（より具体的には、アンドープ GaN層 16と活性層 15との界面）から厚さ（2t Z3)ま
0 での活性層第 2領域 AR内の井戸層密度を dとしたとき、 d <dを満足するように活
2 2 1 2
性層 15における井戸層が配置されているとした場合の、井戸層密度 d及び井戸層
1
密度 dを式（1— 1)、式（1— 2)力 求めると、以下のとおりとなる。
2
[0112] [実施例 1相当]
d = (WL /WL) /(t /t )
2 2 2 0
= (8/10)/ (50/150)
=2.40
d = (WL /WL) /(t /t )
1 1 1 0
= (2/10)/(100/150)
=0.30
[0113] [比較例 1相当]
[0114] 以上のとおり、いずれの場合にあっても、実施例 1に相当する場合、 d < dを満足
1 2 するように活性層 15における井戸層が配置されて！、る。
[0115] 実施例 1における駆動回路 26は、図 2に示すように、制御部 27と、駆動電流の供給 源である駆動電流源 28と、所定のパルス信号を生成するパルス生成回路 29と、ドラ ィバ 30とを備えている。ここで、駆動電流源 28、パルス生成回路 29及びドライバ 30 力 GaN系半導体発光素子にパルス駆動電流を供給するパルス駆動電流供給手段 に相当する。また、制御部 27が、パルス駆動電流のパルス幅及びパルス密度を設定 するパルス駆動電流設定手段、並びに、ピーク電流値を設定する手段に相当する。
[0116] そして、駆動回路 26にあっては、制御部 27の制御下、駆動電流のピーク電流値 I
0 を駆動電流源 28から出力する。併せて、制御部 27の制御下、 GaN系半導体発光素 子 1のパルス幅 Pを制御し、しかも、 GaN系半導体発光素子 1の動作の 1動作周期 T
0
中におけるパルス幅 P
0を有するパルスの
OP 数 (パルス密度）を制御するために、パル ス生成回路 29からパルス信号を出力する。そして、これらの駆動電流及びパルス信 号を受け取ったドライバ 30においては、駆動電流源 28から送出された駆動電流に 対して、パルス生成回路 29から送出されたパルス信号に基づ 、てパルス変調が施さ れ、このパルス駆動電流が GaN系半導体発光素子 1に供給される。これによつて Ga N系半導体発光素子 1の発光量の制御が行われる。
[0117] 以下、実施例 1の GaN系半導体発光素子 1の製造方法の概要を説明する。
[0118] [工程 100]
先ず、 C面を主面とするサファイアを基板 10として使用し、水素から成るキャリアガ ス中、基板温度 1050° Cで 10分間の基板クリーニングを行った後、基板温度を 500° Cまで低下させる。そして、 MOCVD法に基づき、窒素原料であるアンモニアガスを 供給しながら、ガリウム原料であるトリメチルガリウム（Trimethygallium, TMG)ガスの 供給を行い、低温 GaN力も成る厚さ 30nmのバッファ層 11を基板 10の上に結晶成 長させた後、 TMGガスの供給を中断する。
[0119] [工程 110]
次いで、基板温度を 1020° Cまで上昇させた後、再び、 TMGガスの供給を開始す ることで、厚さ l /z mのアンドープの GaN層 12をバッファ層 11上に結晶成長させ、引 き続き、シリコン原料であるモノシラン (SiH )ガスの供給を開始することで、 Siドープ
4
の GaN (GaN： Si)から成り、 n型の導電型を有する厚さ 3 μ mの第 IGaN系化合物 半導体層 13を、アンドープの GaN層 12上に結晶成長させる。尚、ドーピング濃度は 、約 5 X 1018Zcm3である。
[0120] [工程 120]
その後、ー且、 TMGガスと SiHガスの供給を中断し、キャリアガスを水素ガスから
4
窒素ガスに切り替えると共に、基板温度を 750° Cまで低下させる。そして、 Ga原料と してトリェチルガリウム（Triethylgallium, TEG)ガス、 In原料としてトリメチルインジウム (Trimethylindium, TMI)ガスを使用し、バルブ切り替えによりこれらのガスの供給を 行うことで、先ず最初に、厚さ 5nmアンドープ GaN層 14を結晶成長させ、引き続き、 アンドープ若しくは n型不純物濃度が 2 X 1017Zcm3未満である InGaN力 成る井戸 層、及び、アンドープ若しくは n型不純物濃度が 2 X 1017/cm3未満である GaNから 成る障壁層から構成された多重量子井戸構造を有する活性層 15を形成する。尚、 井戸層における In組成割合は、例えば、 0. 23であり、発光波長え 515nmに相当す る。井戸層における In組成割合は、所望とする発光波長に基づき決定すればよい。 多重量子井戸構造の詳細は、例えば、表 1に示したとおりである。
[0121] [工程 130]
多重量子井戸構造の形成完了後、引き続き、アンドープの lOnmの GaN層 16を成 長させながら基板温度を 800° Cまで上昇させ、 A1原料としてトリメチルアルミニウム（ Trimethylaluminium, TMA)ガス、 Mg原料としてビスシクロペンタジェ-ルマグネシ ゥム（Biscyclopentadienyl Magnesium, Cp Mg)ガスの供給を開始することで、 Mgド
2
ープ A1組成割合 0. 20の AlGaN (AlGaN : Mg)力も成り、 p型の導電型を有する厚 さ 20nmの第 2GaN系化合物半導体層 17を結晶成長させる。尚、ドーピング濃度は 、約 5 X 1019Zcm3である。
[0122] [工程 140]
その後、 TEGガス、 TMAガス、 Cp Mgガスの供給中断と共に、キャリアガスを窒素
2
力 水素に切り替え、 850° Cまで基板温度を上昇させ、 TMGガスと Cp Mgガスの供
2
給を開始することで、厚さ lOOnmの Mgドープの GaN層（GaN : Mg) 18を第 2GaN 系化合物半導体層 17の上に結晶成長させる。尚、ドーピング濃度は、約 5 X 1019Zc m3である。その後、 TMGガス及び Cp Mgガスの供給中止と共に基板温度を低下さ
2
せ、基板温度 600° Cでアンモニアガスの供給を中止し、室温まで基板温度を下げて 結晶成長を完了させる。
[0123] ここで、活性層 15の成長後の基板温度 T に関しては、発光波長を nmとしたと
MAX
き、 T く 1350— 0. 75 λ (。C)、好ましくは、 Τ く 1250— 0. 75 λ (。C)を満足
MAX MAX
している。このような活性層 15の成長後の基板温度 T を採用することで、特開 200
MAX
2- 319702号公報でも述べられて 、るように、活性層 15の熱的な劣化を抑制するこ とがでさる。
[0124] こうして結晶成長を完了した後、基板を窒素ガス雰囲気中で 800° C、 10分間のァ ニール処理を行って p型不純物（p型ドーパント）の活性ィ匕を行う。その後、通常の LE
Dのウェハプロセス、チップィ匕工程と同様に、フォトリソグラフイエ程やエッチング工程 、金属蒸着による p型電極、 n型電極の形成工程を経て、ダイシングによりチップィ匕を 行い、更に、榭脂モールド、ノ ッケージィ匕を行うことで、砲弾型や面実装型といった 種々の発光ダイオードを作製することができる。
実施例 2
[0125] 実施例 2は、実施例 1の変形である。実施例 2の GaN系半導体発光素子にあって は、第 IGaN系化合物半導体層 13と活性層 15との間（より具体的には、実施例 2に あっては、第 IGaN系化合物半導体層 13とアンドープ GaN層 14との間）に、 In原子 を含有する下地層が形成されており、活性層 15と第 2GaN系化合物半導体層 17と の間（より具体的には、実施例 2にあっては、アンドープ GaN層 16と第 2GaN系化合 物半導体層 17との間）に、 p型ドーパントを含有する超格子構造層が形成されている 。このような構成にすることで、発光効率の一層の向上と動作電圧の一層の低下を図 りつつ、高い動作電流密度における一層安定した GaN系半導体発光素子の動作を 達成することができる。
[0126] ここで、下地層は、 In組成割合が 0. 03の厚さ 150nmの Siドープ InGaN層力 成 る。ドーピング濃度は 5 X 1018/cm3である。一方、超格子構造層は、厚さ 2. 4nmの AlGaN層（Mgドーピング）と厚さ 1. 6nmの GaN層（Mgドーピング）とを 5周期積層し た超格子構造を有する。尚、 AlGaN層における A1組成割合は 0. 15である。また、 超格子構造層が含有する P型ドーパントの濃度は、 5 X 1019/cm3である。
[0127] 以上の点を除き、実施例 2の GaN系半導体発光素子は、実施例 1の GaN系半導 体発光素子と同じ構成、構造を有するので、詳細な説明は省略する。尚、実施例 2の GaN系半導体発光素子の構成、構造を、後述する実施例 3〜実施例 4の GaN系半 導体発光素子に適用することもできる。
実施例 3
[0128] 実施例 3は、実施例 1の変形である。実施例 3の GaN系半導体発光素子における 活性層 15を構成する多重量子井戸構造の詳細を、以下の表 3に示す。尚、実施例 3 及び比較例 3にあっては、井戸層の In組成割合を調整して、発光波長をおおよそ 44 5nmとした。
[0129] [表 3]
実施例 3 比較例 3 活性層総厚 （tQ nm) 1 22 1 24. 5
2 t GZ 3で活性層を 2分割 活性層第 1領域
8 1 + 1 /3 83 厚 2· ( t , n m)
活性層第 2領域
40+2/3 4 1 + 1 /2 厚 ( t 2 n m)
井戸層の層数 （WL) 1 0 同左 障壁層の層数 9 同左 活性層第 1領域内の
4 + 7/9 6 + 2/3 井戸層の数 WL,
活性層第 2領域内の
5 + 2/9 3 + 1 /3 井戸層の数 WL2
活性層第 1領域内の
0. 7 2 1. 00 井戸層密度
活性層第 2領域内の
1. 57 1. 00 井戸層密度 d 2
第 1井戸層厚さ （nm) 3 ( 3) 3 ( 3 ) 第 1障壁層厚さ （nm) 52 ( 55) 1 0. 5 ( 1 3. 5) 第 2井戸層厚さ （nm) 3 ( 58) 3 ( 1 6. 5) 第 2障壁層厚さ （nm) 5 ( 63) 1 0. 5 ( 27 ) 第 3井戸層厚さ （nm) 3 ( 66) 3 ( 30 ) 第 3障壁層厚さ （nm) 5 ( 7 1 ) 1 0. 5 ( 40. 5) 第 4井戸層厚さ （nm) 3 ( 74) 3 ( 43. 5) 第 4障壁層厚さ （nm) 5 ( 79) 1 0. 5 ( 54 ) 第 5井戸層厚さ （nm) 3 ( 82) 3 ( 57 ) 第 5障壁層厚さ （nm) 5 ( 87) 1 0. 5 ( 67. 5) 第 6井戸層厚さ （nm) 3 ( 90) 3 ( 70. 5) 第 6障壁層厚さ （nm) 5 ( 95) 1 0. 5 ( 8 1 ) 第 7井戸層厚さ （nm) 3 ( 98) 3 ( 84 ) 第 7障壁層厚さ （nm) 5 ( 1 03) 1 0. 5 ( 94. 5) 第 8井戸層厚さ （nm) 3 ( 1 06) 3 ( 97. 5) 第 8障壁層厚さ （nm) 5 ( 1 1 1 ) 1 0. 5 ( 1 08 ) 第 9井戸層厚さ （nm) 3 ( 1 1 4) 3 ( 1 1 1 ) 第 9障壁層厚さ （nm) 5 ( 1 1 9) 1 0. 5 ( 1 2 1. 5) 第 1 0井戸層厚さ （nm) 3 ( 1 22) 3 ( 1 24. 5) [0130] 井戸層密度 d及び井戸層密度 dを式（1 1)、式（1 2)から求めると、以下のとお
1 2
りとなる。
[0131] [実施例 3]
d = (WL /WL) / (t /t )
2 2 2 0
={(5 + 2/9)/10}/{ (40 + 2/3)/122}
=1.57
d = (WL /WL) / (t /t )
1 1 1 0
= {(4 + 7/9)/10}/{ (81+1/3)/122}
=0.72
[0132] 比較のために、表 3に比較例 3として示す活性層を有する GaN系半導体発光素子 を作製した。比較例 3における井戸層密度 d及び井戸層密度 dを式（1 1)、式（1
1 2
2)から求めると、以下のとおりとなる。
[0133] [比較例 3]
d = (WL /WL) / (t /t )
2 2 2 0
=((3 +1/3)/10}/{(41+1/2)/(124+1/2)}
=1.00
d = (WL /WL) / (t /t )
1 1 1 0
=1.00
[0134] そして、実施例 3及び比較例 3の GaN系半導体発光素子を、実施例 1と同様の方 法に基づき評価した。
[0135] GaN系半導体発光素子の動作電流密度と発光ピーク波長の関係を、図 18に示す 。動作電流密度を 0. lAZcm2から 300A/cm2へと増加させると、比較例 3にあって は、 Δ λ =— 9nmであるのに対して、実施例 3にあっては、 Δ λ =— lnmと、極めて 小さな発光波長シフトが実現されている。このように、青色を発光する実施例 3の Ga N系半導体発光素子 1は、比較例 3の従来の GaN系半導体発光素子よりも顕著に波 長シフトが小さぐ優位性が明らかである。
実施例 4 [0136] 実施例 4も、実施例 1の変形である。実施例 4にお 、ては、実施例 4の GaN系半導 体発光素子 1を上から眺めた模式図を図 19Aに示し、図 19Aの矢印 B— Bに沿った 模式的な断面図（但し、斜線は省略)を図 19Bに示す。実施例 4の GaN系半導体発 光素子 1は、図 6A及び図 6Bに示した実施例 1の GaN系半導体発光素子 1と、活性 層の平面形状が異なっている。即ち、実施例 4にあっては、 GaN系半導体発光素子 1の活性層 15の平面形状は直径 (短径に相当する） L力 14 mの円形であり、面積
2
は約 1. 5 X 10— 6cm2である。この点を除き、実施例 4の GaN系半導体発光素子 1は、 実施例 1の GaN系半導体発光素子 1と同じ構成、構造を有する。尚、この実施例 4の GaN系半導体発光素子 1を、便宜上、実施例 4Aの GaN系半導体発光素子と呼ぶ。
[0137] また、図 6A及び図 6Bに示した実施例 1の GaN系半導体発光素子 1と同じ構成、構 造を有し、 GaN系半導体発光素子の活性層の平面形状が、一辺（短辺に相当する） の長さ L力 ¾00 mの正方形の一部が欠けた形状（面積:約 6. 8 X 10— 4cm2)である GaN系半導体発光素子 1を作製した。尚、この GaN系半導体発光素子 1を、便宜上 、実施例 4Bの GaN系半導体発光素子と呼ぶ。
[0138] [比較例 4]
比較のために、比較例 4として、実施例 4の GaN系半導体発光素子 1と同じ構造を 有するが、活性層の構成は比較例 1と同じ構成を有する GaN系半導体発光素子を 作製した。尚、この比較例 4の GaN系半導体発光素子を、便宜上、比較例 4Aの Ga N系半導体発光素子と呼ぶ。更には、比較例 1の GaN系半導体発光素子と同じ構 成、構造を有し、 GaN系半導体発光素子の活性層の平面形状が、一辺 (短辺に相 当する）の長さ Lが 300 mの正方形の一部が欠けた形状（面積:約 6. 8 X 10"4cm2
1
)である GaN系半導体発光素子を作製した。尚、この GaN系半導体発光素子を、便 宜上、比較例 4Bの GaN系半導体発光素子と呼ぶ。
[0139] 実施例 4A及び比較例 4A、並びに、実施例 4B及び比較例 4Bの GaN系半導体発 光素子を動作電流密度 30AZcm2で駆動した場合、駆動電流値は、それぞれ、約 5
0 μ Α並びに約 20mAとなる。
[0140] 実施例 4A及び比較例 4Aの GaN系半導体発光素子における動作電流密度とピー ク波長シフト量の関係を図 20Aに示し、実施例 4B及び比較例 4Bの GaN系半導体 発光素子における動作電流密度とピーク波長シフト量の関係を図 20Bに示す。
[0141] いずれの大きさの GaN系半導体発光素子にあっても、動作電流密度が 30AZcm2 以上の場合、実施例の方が比較例と比べて発光波長のシフトが小さぐ非対称に活 性層を分布させた効果は、 GaN系半導体発光素子の大きさに依らず存在すると云え る。一方、同じ動作電流密度で比較した場合、実施例 4Aの方が、実施例 4Bよりも、 発光波長のシフトが小さ 、ことが分力る。
[0142] GaN系半導体発光素子の面内には、例えば量子井戸層の組成や厚さ、ドーピング 、発光、閾値電圧のばらつきが存在するが、このばらつきの最大 ·最小の幅は、より面 積の大きな GaN系半導体発光素子ほど大きいと考えられる。また、 GaN系半導体発 光素子のサイズが大きく横方向に電流が流れるような経路が存在する場合、その層 のシート抵抗によって電流を均一に流すことが困難となり、動作電流密度のむらが面 内に生じる。これらの理由によって、大きな GaN系半導体発光素子では動作電流密 度の変化に伴う発光波長のシフトがより強調されると考えられる。逆に、 GaN系半導 体発光素子のサイズ力 、さい場合には、発光波長のシフトをより少なくできると云える
[0143] このような発光波長のシフトを更に低減可能とした、活性層の直径が例えば 14 μ m 程度の GaN系半導体発光素子をマトリックス状に高密度にて基板上に作製して、プ ロジェクシヨン型ディスプレイに用いたり、あるいは又、大型基板に実装することで直 視型大型テレビジョン受像機を実現することが可能であり、発光波長のシフトの低減 により、 GaN系半導体発光素子の製造コストの低減だけでなぐノ ルス振幅とパルス 密度 (パルス幅)を変調することでダイナミックレンジと階調と色安定性に優れた表示 装置を実現することが可能となる。
実施例 5
[0144] 実施例 5は、本発明の発光装置に関する。この実施例 5の発光装置は、 GaN系半 導体発光素子と、この GaN系半導体発光素子からの射出光が入射し、 GaN系半導 体発光素子力 の射出光の有する波長と異なる波長を有する光を射出する色変換 材料とから成る。実施例 5の発光装置の構造それ自体は、従来の発光装置と同じ構 造を有し、色変換材料は、例えば、 GaN系半導体発光素子の光射出部上に塗布さ れている。
[0145] ここで、 GaN系半導体発光素子 (発光ダイオード)の基本的な構成、構造は、実施 例 1〜実施例 4において説明したと同じであり、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層 13、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層 15、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層 17、
を備えており、
活性層 15における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系
1
化合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層 15
2 1 2
における井戸層が配置されている。
[0146] 実施例 5にあっては、 GaN系半導体発光素子からの射出光は青色であり、色変換 材料からの射出光は黄色であり、色変換材料は YAG (イットリウム.アルミニウム 'ガー ネット）系蛍光体粒子から成り、 GaN系半導体発光素子からの射出光 (青色）と、色変 換材料からの射出光 (黄色)とが混色されて、白色を射出する。
[0147] あるいは又、実施例 5にあっては、 GaN系半導体発光素子からの射出光は青色で あり、色変換材料からの射出光は緑色及び赤色から成り、 GaN系半導体発光素子か らの射出光 (青色）と、色変換材料力 の射出光 (緑色及び赤色）とが混色されて、白 色を射出する。ここで、緑色の光を射出する色変換材料は、具体的には、 SrGa S
2 4：
Euといった GaN系半導体発光素子力も射出された青色の光によって励起される緑 色発光蛍光体粒子から成り、赤色の光を射出する色変換材料は、具体的には、 CaS ： Euといった GaN系半導体発光素子力も射出された青色の光によって励起される赤 色発光蛍光体粒子から成る。
[0148] この実施例 5の発光装置における GaN系半導体発光素子の駆動は、例えば、実施 例 1において説明した駆動回路 26によって行えばよぐ所望の駆動電流のピーク電 流値、並びに、駆動電流のパルス幅制御及び Z又は駆動電流のパルス密度制御を 行うことで、発光装置の輝度（明るさ）の制御を行うことができる。しカゝも、この場合、実 施例 1〜実施例 4において説明したと同じ GaN系半導体発光素子 (発光ダイオード） を用いることで、発光波長の大きなシフトの抑制を達成することができるので、 GaN系 半導体発光素子の発光波長の安定ィ匕を図ることができる。
実施例 6
[0149] 実施例 6は、本発明の第 1の態様に係る画像表示装置に関する。実施例 6の画像 表示装置は、画像を表示するための GaN系半導体発光素子を備えた画像表示装置 であって、この GaN系半導体発光素子 (発光ダイオード)の基本的な構成、構造は、 実施例 1〜実施例 4において説明したと同じであり、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層 13、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層 15、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層 17、
を備えており、
活性層 15における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系
1
化合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層 15
2 1 2
における井戸層が配置されている。
[0150] 実施例 6の画像表示装置にあっては、画像を表示するための GaN系半導体発光 素子の動作電流密度 (あるいは、駆動電流）の制御に加えて、駆動電流のパルス幅 制御及び Z又は駆動電流のパルス密度制御を行うことで、表示画像の輝度（明るさ） の制御を行うことができる。即ち、輝度の制御パラメータが従来の技術よりも増え、一 層広範囲の輝度制御を行うことが可能となり、輝度のダイナミックレンジを広くとること が可能となる。具体的には、例えば、画像表示装置全体の輝度制御を駆動電流 (動 作電流）のピーク電流値制御にて行い、細かな輝度制御を駆動電流のパルス幅及び Z又はパルス密度の制御にて行えばよぐあるいは又、これとは逆に、画像表示装置 全体の輝度制御を駆動電流のパルス幅及び Z又はパルス密度の制御にて行 、、細 かな輝度制御を駆動電流 (動作電流）のピーク電流値制御にて行えばょ 、。しかも、 この場合、実施例 1〜実施例 4において説明したと同じ GaN系半導体発光素子 (発 光ダイオード)を用いることで、発光波長の大きなシフトの抑制を達成することができ るので、 GaN系半導体発光素子の発光波長の安定ィ匕を図ることができる。 [0151] ここで、実施例 6の画像表示装置として、例えば、以下に説明する構成、構造の画 像表示装置を挙げることができる。尚、特に断りの無い限り、画像表示装置あるいは 発光素子パネルを構成する GaN系半導体発光素子の数は、画像表示装置に要求 される仕様に基づき、決定すればよい。
[0152] 「11第 1Aの餱¾に係る画像表示装置
( a ) GaN系半導体発光素子 1が 2次元マトリクス状に配列された発光素子パネル 50 を備えており、
GaN系半導体発光素子 1のそれぞれの発光 Z非発光状態を制御することで、 Ga N系半導体発光素子 1の発光状態を直接的に視認させることで画像を表示する、パ ッシブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置。
[0153] このようなパッシブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置を構成する発光素子 パネル 50を含む回路図を図 21Aに示し、 GaN系半導体発光素子 1が 2次元マトリク ス状に配列された発光素子パネルの模式的な断面図を図 21Bに示すが、各 GaN系 半導体発光素子 1の一方の電極 (p型電極あるいは n型電極）はコラム ·ドライバ 41に 接続され、各 GaN系半導体発光素子 1の他方の電極 (n型電極あるいは p型電極）は ロウ'ドライバ 42に接続されている。各 GaN系半導体発光素子 1の発光 Z非発光状 態の制御は、例えばロウ'ドライノく 42によって行われ、コラム'ドライバ 41から各 GaN 系半導体発光素子 1を駆動するための駆動電流が供給される。コラム'ドライバ 41の 機能の 1つは、実施例 1における駆動回路 26の有する機能と同じである。各 GaN系 半導体発光素子 1の選択、駆動、それ自体は周知の方法とすることができるので、詳 細な説明は省略する。
[0154] 発光素子パネル 50は、例えば、プリント配線板力も成る支持体 51、支持体 51に取 り付けられた GaN系半導体発光素子 1、支持体 51上に形成され、 GaN系半導体発 光素子 1の一方の電極 (P型電極あるいは n型電極）に電気的に接続され、且つ、コラ ム ·ドライバ 41ある ヽはロウ ·ドライバ 42に接続された X方向配線 52、 GaN系半導体 発光素子 1の他方の電極 (n型電極あるいは p型電極）に電気的に接続され、且つ、 ロウ ·ドライノく 42あるいはコラム ·ドライバ 41に接続された Y方向配線 53、 GaN系半 導体発光素子 1を覆う透明基材 54、及び、透明基材 54上に設けられたマイクロレン ズ 55から構成されている。但し、発光素子パネル 50は、このような構成に限定される ものではない。
[0155] 「21第 1Aの餱¾に係る画像表示装置
( a ) GaN系半導体発光素子 1が 2次元マトリクス状に配列された発光素子パネル、 を備えており、
GaN系半導体発光素子 1のそれぞれの発光 Z非発光状態を制御することで、 Ga N系半導体発光素子 1の発光状態を直接的に視認させることで画像を表示する、ァ クティブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置。
[0156] このようなアクティブマトリックスタイプの直視型の画像表示装置を構成する発光素 子パネルを含む回路図を図 22に示すが、各 GaN系半導体発光素子 1の一方の電 極 (P型電極あるいは n型電極）はドライバ 45に接続され、ドライノく 45は、コラム'ドライ バ 43及びロウ'ドライバ 44に接続されている。また、各 GaN系半導体発光素子 1の他 方の電極 (n型電極あるいは p型電極）は接地線に接続されている。各 GaN系半導体 発光素子 1の発光 Z非発光状態の制御は、例えばロウ ·ドライバ 44によるドライバ 45 の選択によって行われ、コラム'ドライバ 43から各 GaN系半導体発光素子 1を駆動す るための輝度信号がドライバ 45に供給される。図示しない電源から所定の電圧がそ れぞれのドライバ 45に別途供給され、ドライバ 45は輝度信号に応じた駆動電流 (PD M制御や PWM制御に基づく）を GaN系半導体発光素子 1に供給する。コラム ·ドラ ィバ 43の機能の 1つは、実施例 1における駆動回路 26の有する機能と同じである。 各 GaN系半導体発光素子 1の選択、駆動、それ自体は周知の方法とすることができ るので、詳細な説明は省略する。
[0157] 「31第 1Bの餱様に係る画像表示装置
( a ) GaN系半導体発光素子 1が 2次元マトリクス状に配列された発光素子パネル 50 を備えており、
GaN系半導体発光素子 1のそれぞれの発光 Z非発光状態を制御し、スクリーンに 投影することで画像を表示する、ノッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリツ タスタイプのプロジェクシヨン型の画像表示装置。
[0158] このようなパッシブマトリックスタイプの画像表示装置を構成する発光素子パネルを 含む回路図は、図 21Aに示したと同様であるし、アクティブマトリックスタイプの画像 表示装置を構成する発光素子パネルを含む回路図は、図 22に示したと同様である ので、詳細な説明は省略する。また、 GaN系半導体発光素子 1が 2次元マトリクス状 に配列された発光素子パネル 50等の概念図を図 23に示すが、発光素子パネル 50 力も射出された光は投影レンズ 56を経由して、スクリーンに投影される。発光素子パ ネル 50の構成、構造は、図 21Bを参照して説明した発光素子パネル 50の構成、構 造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
[0159] 「4， iCの に係る画像表示 置
( a )赤色を発光する半導体発光素子 (例えば AlGalnP系半導体発光素子や GaN 系半導体発光素子） 1Rが 2次元マトリクス状に配列された赤色発光素子パネル 50R
( )8 )緑色を発光する GaN系半導体発光素子 1Gが 2次元マトリクス状に配列された 緑色発光素子パネル 50G、及び、
( γ )青色を発光する GaN系半導体発光素子 1Bが 2次元マトリクス状に配列された 青色発光素子パネル 50B、並びに、
( δ )赤色発光素子パネル 50R、緑色発光素子パネル 50G及び青色発光素子パネ ル 50B力も射出された光を 1本の光路に纏めるための手段 (例えば、ダイクロイツク' プリズム 57)、
を備えており、
赤色発光半導体発光素子 1R、緑色発光 GaN系半導体発光素子 1G及び青色発 光 GaN系半導体発光素子 1Bのそれぞれの発光 Z非発光状態を制御するカラー表 示の直視型あるいはプロジ クシヨン型画像表示装置。
[0160] このようなパッシブマトリックスタイプの画像表示装置を構成する発光素子パネルを 含む回路図は、図 21Aに示したと同様であるし、アクティブマトリックスタイプの画像 表示装置を構成する発光素子パネルを含む回路図は、図 22に示したと同様である ので、詳細な説明は省略する。また、 GaN系半導体発光素子 1R, 1G, 1Bが 2次元 マトリクス状に配列された発光素子パネル 50R, 50G, 50B等の概念図を図 24に示 す力 発光素子パネル 50R, 50G, 50B力 射出された光は、ダイクロイツク 'プリズ ム 57に入射し、これらの光の光路は 1本の光路に纏められ、直視型画像表示装置に あっては、直視され、あるいは又、プロジェクシヨン型画像表示装置にあっては、投影 レンズ 56を経由して、スクリーンに投影される。発光素子パネル 50R, 50G, 50Bの 構成、構造は、図 21Bを参照して説明した発光素子パネル 50の構成、構造と同じと することができるので、詳細な説明は省略する。
[0161] 尚、このような画像表示装置にあっては、発光素子パネル 50R, 50G, 50Bを構成 する半導体発光素子 1R, 1G, 1Bを、実施例 1〜実施例 4において説明した GaN系 半導体発光素子 1とすることが望ましいが、場合によっては、例えば、発光素子パネ ル 50Rを構成する半導体発光素子 1Rを AlInGaP系の化合物半導体発光ダイォー ドから構成し、発光素子パネル 50G, 50Bを構成する半導体発光素子 1G, 1Bを、 実施例 1〜実施例 4において説明した GaN系半導体発光素子 1とすることもできる。
[0162] 「5Ί第 I Dの能様に係る画像表示 置
( « ) GaN系半導体発光素子 101、及び、
( i8 ) GaN系半導体発光素子 101から射出された射出光の通過 Z非通過を制御す るための一種のライト'バルブである光通過制御装置 (例えば、高温ポリシリコンタイ プの薄膜トランジスタを備えた液晶表示装置 58。以下においても同様)、
を備えており、
光通過制御装置である液晶表示装置 58によって GaN系半導体発光素子 101から 射出された射出光の通過 Z非通過を制御することで画像を表示する直視型あるいは プロジェクシヨン型画像表示装置。
[0163] 尚、 GaN系半導体発光素子の数は、画像表示装置に要求される仕様に基づき、決 定すればよぐ 1又は複数とすることができる。画像表示装置の概念図を図 25に示す 例においては、 GaN系半導体発光素子 101の数は 1つであり、 GaN系半導体発光 素子 101はヒートシンク 102に取り付けられている。 GaN系半導体発光素子 101から 射出された光は、シリコーン榭脂ゃエポキシ榭脂、ポリカーボネート榭脂といった透 光性物質による導光部材ゃミラー等の反射体から成る光案内部材 59によって案内さ れ、液晶表示装置 58に入射する。液晶表示装置 58から射出された光は、直視型画 像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジヱクシヨン型画像表示装置に あっては、投影レンズ 56を経由して、スクリーンに投影される。 GaN系半導体発光素 子 101は、実施例 1〜実施例 4にお ヽて説明した GaN系半導体発光素子 1とするこ とがでさる。
[0164] また、赤色を発光する半導体発光素子 (例えば、 AlGalnP系半導体発光素子や G aN系半導体発光素子） 101R、及び、赤色を発光する半導体発光素子 101R力も射 出された射出光の通過 Z非通過を制御するための一種のライト'バルブである光通 過制御装置 (例えば、液晶表示装置 58R)、緑色を発光する GaN系半導体発光素 子 101G、及び、緑色を発光する GaN系半導体発光素子 101G力も射出された射出 光の通過 Z非通過を制御するための一種のライト'バルブである光通過制御装置（ 例えば、液晶表示装置 58G)、青色を発光する GaN系半導体発光素子 101B、及び 、青色を発光する GaN系半導体発光素子 101Bから射出された射出光の通過 Z非 通過を制御するための一種のライト'バルブである光通過制御装置 (例えば、液晶表 示装置 58B)、並びに、これらの GaN系半導体発光素子 101R, 101G, 101B力ら 射出された光を案内する光案内部材 59R, 59G, 59B、及び、 1本の光路に纏める ための手段 (例えば、ダイクロイツク 'プリズム 57)を備えた画像表示装置とすれば、力 ラー表示の直視型あるいはプロジェクシヨン型画像表示装置を得ることができる。尚、 図 26に概念図を示す例は、カラー表示のプロジェクシヨン型画像表示装置である。
[0165] 尚、このような画像表示装置にあっては、半導体発光素子 101R, 101G, 101Bを 、実施例 1〜実施例 4において説明した GaN系半導体発光素子 1とすることが望まし いが、場合によっては、例えば、半導体発光素子 101Rを AlInGaP系の化合物半導 体発光ダイオードから構成し、半導体発光素子 101G, 101Bを、実施例 1〜実施例 4において説明した GaN系半導体発光素子 1とすることもできる。
[0166] 「61第 1Eの餱様に係る画像表示装置
( a ) GaN系半導体発光素子が 2次元マトリクス状に配列された発光素子パネル 50、 及び、
( i8 ) GaN系半導体発光素子 1から射出された射出光の通過 Z非通過を制御するた めの光通過制御装置 (液晶表示装置 58)、
を備えており、
光通過制御装置 (液晶表示装置 58)によって GaN系半導体発光素子 1から射出さ れた射出光の通過 Z非通過を制御することで画像を表示する直視型あるいはプロジ ヱクシヨン型画像表示装置。
[0167] 発光素子パネル 50等の概念図を図 27に示す力 発光素子パネル 50の構成、構 造は、図 21Bを参照して説明した発光素子パネル 50の構成、構造と同じとすることが できるので、詳細な説明は省略する。尚、発光素子パネル 50から射出された光の通 過,非通過、明るさは、液晶表示装置 58の作動によって制御されるので、発光素子 パネル 50を構成する GaN系半導体発光素子 1は、常時、点灯されていてもよいし、 適切な周期で点灯 Z非点灯を繰り返してもよい。そして、発光素子パネル 50から射 出された光は液晶表示装置 58に入射し、液晶表示装置 58から射出された光は、直 視型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクシヨン型画像表示 装置にあっては、投影レンズ 56を経由して、スクリーンに投影される。
[0168] 「7， iFの に係る画像表示 置
( a )赤色を発光する半導体発光素子 (例えば、 AlGalnP系半導体発光素子や GaN 系半導体発光素子） 1Rが 2次元マトリクス状に配列された赤色発光素子パネル 50R 、及び、赤色発光素子パネル 50Rから射出された射出光の通過 Z非通過を制御す るための赤色光通過制御装置 (液晶表示装置 58R)、
( )8 )緑色を発光する GaN系半導体発光素子 1Gが 2次元マトリクス状に配列された 緑色発光素子パネル 50G、緑色発光素子パネル 50G力も射出された射出光の通過
Z非通過を制御するための緑色光通過制御装置 (液晶表示装置 58G)、
( γ )青色を発光する GaN系半導体発光素子 1Bが 2次元マトリクス状に配列された 青色発光素子パネル 50B、及び、青色発光素子パネル 50Bから射出された射出光 の通過 Z非通過を制御するための青色光通過制御装置 (液晶表示装置 58B)、並 びに、
( δ )赤色光通過制御装置 58R、緑色光通過制御装置 58G及び青色光通過制御装 置 58Bを通過した光を 1つの光路に纏めるための手段 (例えば、ダイクロイツク 'プリズ ム 57)、
を備えており、
光通過制御装置 58R, 58G, 58Bによってこれらの発光素子パネル 50R, 50G, 5
OB力 射出された射出光の通過 Z非通過を制御することで画像を表示するカラー 表示の直視型あるいはプロジ クシヨン型画像表示装置。
[0169] GaN系半導体発光素子 1R, 1G, 1Bが 2次元マトリクス状に配列された発光素子 ノ ネノレ 50R, 50G, 50B等の概念図を図 28に示す力 発光素子ノ ネノレ 50R, 50G , 50B力 射出された光は、光通過制御装置 58R, 58G, 58Bによって通過 Z非通 過が制御され、ダイクロイツク 'プリズム 57に入射し、これらの光の光路は 1本の光路 に纏められ、直視型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクショ ン型画像表示装置にあっては、投影レンズ 56を経由して、スクリーンに投影される。 発光素子パネル 50R, 50G, 50Bの構成、構造は、図 21Bを参照して説明した発光 素子パネル 50の構成、構造と同じとすることができるので、詳細な説明は省略する。
[0170] 尚、このような画像表示装置にあっては、発光素子パネル 50R, 50G, 50Bを構成 する半導体発光素子 1R, 1G, 1Bを、実施例 1〜実施例 4において説明した GaN系 半導体発光素子 1とすることが望ましいが、場合によっては、例えば、発光素子パネ ル 50Rを構成する半導体発光素子 1Rを AlInGaP系の化合物半導体発光ダイォー ドから構成し、発光素子パネル 50G, 50Bを構成する半導体発光素子 1G, 1Bを、 実施例 1〜実施例 4において説明した GaN系半導体発光素子 1とすることもできる。
[0171] 「81第 1Gの餱¾に係る画像表示装置
( a )赤色を発光する半導体発光素子 (例えば、 AlGalnP系半導体発光素子や GaN 系半導体発光素子） 1R、
( ι8 )緑色を発光する GaN系半導体発光素子 1G、及び、
( γ )青色を発光する GaN系半導体発光素子 1B、並びに、
( δ )赤色発光半導体発光素子 1R、緑色発光 GaN系半導体発光素子 1G及び青色 発光 GaN系半導体発光素子 1Bのそれぞれ力 射出された光を 1本の光路に纏める ための手段（例えば、ダイクロイツク 'プリズム 57)、更には、
( ε ) 1本の光路に纏めるための手段 (ダイクロイツク 'プリズム 57)から射出された光の 通過 Z非通過を制御するための光通過制御装置 (液晶表示装置 58)、 を備えており、
光通過制御装置 58によってこれらの発光素子から射出された射出光の通過 Z非 通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示 の画像表示装置（直視型ある 、はプロジェクシヨン型)。
[0172] 半導体発光素子 101R, 101G, 101B等の概念図を図 29に示す力 半導体発光 素子 101R, 101G, 101B力も射出された光は、ダイクロイツク 'プリズム 57に入射し 、これらの光の光路は 1本の光路に纏められ、ダイクロイツク 'プリズム 57から射出した これらの光は光通過制御装置 58によって通過 Z非通過が制御され、直視型画像表 示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジヱクシヨン型画像表示装置にあつ ては、投影レンズ 56を経由して、スクリーンに投影される。このような画像表示装置に あっては、半導体発光素子 101R, 101G, 101Bを、実施例 1〜実施例 4において 説明した GaN系半導体発光素子 1とすることが望ましいが、場合によっては、例えば 、半導体発光素子 101Rを AlInGaP系の化合物半導体発光ダイオードから構成し、 半導体発光素子 101G, 101Bを、実施例 1〜実施例 4において説明した GaN系半 導体発光素子 1とすることもできる。
[0173] 「9Ί第 1 Hの能様に係る画像表示 置
( a )赤色を発光する半導体発光素子 (例えば、 AlGalnP系半導体発光素子や GaN 系半導体発光素子） 1Rが 2次元マトリクス状に配列された赤色発光素子パネル 50R
( )8 )緑色を発光する GaN系半導体発光素子 1Gが 2次元マトリクス状に配列された 緑色発光素子パネル 50G、及び、
( γ )青色を発光する GaN系半導体発光素子 1Bが 2次元マトリクス状に配列された 青色発光素子パネル 50B、並びに、
( δ )赤色発光素子パネル 50R、緑色発光素子パネル 50G及び青色発光素子パネ ル 50Bのそれぞれから射出された光を 1本の光路に纏めるための手段 (例えば、ダイ クロイツク.プリズム 57)、更には、
( ε ) 1本の光路に纏めるための手段 (ダイクロイツク 'プリズム 57)から射出された光の 通過 Z非通過を制御するための光通過制御装置 (液晶表示装置 58)、 を備えており、
光通過制御装置 58によってこれらの発光素子パネル 50R, 50G, 50B力 射出さ れた射出光の通過 Z非通過を制御することで画像を表示する、フィールドシーケンシ ャル方式のカラー表示の画像表示装置（直視型あるいはプロジヱクシヨン型)。
[0174] GaN系半導体発光素子 1R, 1G, 1Bが 2次元マトリクス状に配列された発光素子 ノ ネノレ 50R, 50G, 50B等の概念図を図 30に示す力 発光素子ノ ネノレ 50R, 50G , 50B力も射出された光は、ダイクロイツク 'プリズム 57に入射し、これらの光の光路は 1本の光路に纏められ、ダイクロイツク 'プリズム 57から射出したこれらの光は光通過 制御装置 58によって通過 Z非通過が制御され、直視型画像表示装置にあっては、 直視され、あるいは又、プロジェクシヨン型画像表示装置にあっては、投影レンズ 56 を経由して、スクリーンに投影される。発光素子パネル 50R, 50G, 50Bの構成、構 造は、図 21Bを参照して説明した発光素子パネル 50の構成、構造と同じとすることが できるので、詳細な説明は省略する。
[0175] 尚、このような画像表示装置にあっては、発光素子パネル 50R, 50G, 50Bを構成 する半導体発光素子 1R, 1G, 1Bを、実施例 1〜実施例 4において説明した GaN系 半導体発光素子 1とすることが望ましいが、場合によっては、例えば、発光素子パネ ル 50Rを構成する半導体発光素子 1Rを AlInGaP系の化合物半導体発光ダイォー ドから構成し、発光素子パネル 50G, 50Bを構成する半導体発光素子 1G, 1Bを、 実施例 1〜実施例 4において説明した GaN系半導体発光素子 1とすることもできる。 実施例 7
[0176] 実施例 7は、本発明の第 2の態様に係る画像表示装置に関する。実施例 7の画像 表示装置は、青色を発光する第 1発光素子、緑色を発光する第 2発光素子、及び、 赤色を発光する第 3発光素子から構成された、カラー画像を表示するための発光素 子ユニット UNが、 2次元マトリクス状に配列されて成る画像表示装置であって、 第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子の内の少なくとも 1つの発光素子を 構成する GaN系半導体発光素子 (発光ダイオード)の基本的な構成、構造は、実施 例 1〜実施例 4において説明したと同じであり、 (A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層 13、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層 15、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層 17、
を備えており、
活性層 15における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系
1
化合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層 15
2 1 2
における井戸層が配置されている。
[0177] 尚、このような画像表示装置にあっては、第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発 光素子のいずれかを、実施例 1〜実施例 4において説明した GaN系半導体発光素 子 1とすればよぐ場合によっては、例えば、赤色を発光する発光素子を AlInGaP系 の化合物半導体発光ダイオードから構成してもよ ヽ。
[0178] 実施例 7の画像表示装置にあっても、画像を表示するための GaN系半導体発光素 子の動作電流密度 (あるいは、駆動電流）の制御に加えて、駆動電流のパルス幅制 御及び Z又は駆動電流のパルス密度制御を行うことで、表示画像の輝度（明るさ）の 制御を行うことができる。即ち、輝度の制御パラメータが従来の技術よりも増え、一層 広範囲の輝度制御を行うことが可能となり、輝度のダイナミックレンジを広くとることが 可能となる。具体的には、例えば、画像表示装置全体の輝度制御を駆動電流 (動作 電流）のピーク電流値制御にて行い、細かな輝度制御を駆動電流のパルス幅及び Z 又はパルス密度の制御にて行えばよぐあるいは又、これとは逆に、画像表示装置全 体の輝度制御を駆動電流のパルス幅及び Z又はパルス密度の制御にて行 、、細か な輝度制御を駆動電流 (動作電流）のピーク電流値制御にて行えばよい。し力も、こ の場合、実施例 1〜実施例 4において説明したと同じ GaN系半導体発光素子 (発光 ダイオード)を用いることで、発光波長の大きなシフトの抑制を達成することができるの で、 GaN系半導体発光素子の発光波長の安定ィ匕を図ることができる。
[0179] ここで、実施例 7の画像表示装置として、例えば、以下に説明する構成、構造の画 像表示装置を挙げることができる。尚、発光素子ユニット UNの数は、画像表示装置 に要求される仕様に基づき、決定すればよい。 [0180] 「1Ί第 2Aの餱様に係る画像表示装置及び第 2Bの餱様に係る画像表示装置 第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子のそれぞれの発光 Ζ非発光状態を 制御することで、各発光素子の発光状態を直接的に視認させることで画像を表示す る、ノッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプの直視型のカラー 表示の画像表示装置、及び、第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子のそれ ぞれの発光 Ζ非発光状態を制御し、スクリーンに投影することで画像を表示する、パ ッシブマトリックスタイプあるいはアクティブマトリックスタイプのプロジェクシヨン型の力 ラー表示の画像表示装置。
[0181] 例えば、このようなアクティブマトリックスタイプの直視型のカラー表示の画像表示装 置を構成する発光素子パネルを含む回路図を図 31に示すが、各 GaN系半導体発 光素子 1 (図 31においては、赤色を発光する半導体発光素子を「R」で示し、緑色を 発光する GaN系半導体発光素子を「G」で示し、青色を発光する GaN系半導体発光 素子を「B」で示す）の一方の電極 (p型電極あるいは n型電極）はドライバ 45に接続さ れ、ドライバ 45は、コラム'ドライバ 43及びロウ'ドライバ 44に接続されている。また、 各 GaN系半導体発光素子 1の他方の電極 (n型電極あるいは p型電極）は接地線に 接続されている。各 GaN系半導体発光素子 1の発光 Z非発光状態の制御は、例え ばロウ .ドライノく 44によるドライノく 45の選択によって行われ、コラム ·ドライノく 43から各 GaN系半導体発光素子 1を駆動するための輝度信号がドライバ 45に供給される。図 示しない電源から所定の電圧がそれぞれのドライバ 45に別途供給され、ドライバ 45 は輝度信号に応じた駆動電流 (PDM制御や PWM制御に基づく）を GaN系半導体 発光素子 1に供給する。コラム'ドライバ 43の機能の 1つは、実施例 1における駆動回 路 26の有する機能と同じである。赤色を発光する半導体発光素子 R、緑色を発光す る GaN系半導体発光素子 G、青色を発光する GaN系半導体発光素子 Bの選択は、 ドライバ 45によって行われ、これらの赤色を発光する半導体発光素子 R、緑色を発光 する GaN系半導体発光素子 G、青色を発光する GaN系半導体発光素子 Bのそれぞ れの発光 Z非発光状態は時分割制御されてもよぐあるいは又、同時に発光されて もよい。各 GaN系半導体発光素子 1の選択、駆動、それ自体は周知の方法とするこ とができるので、詳細な説明は省略する。尚、直視型画像表示装置にあっては、直視 され、あるいは又、プロジェクシヨン型画像表示装置にあっては、投影レンズを経由し て、スクリーンに投影される。
[0182] 「21第 2Cの餱¾に係る画像表示装置
2次元マトリクス状に配列された発光素子ユニットからの射出光の通過 Z非通過を 制御するための光通過制御装置 (例えば、液晶表示装置)を備えており、発光素子 ユニットにおける第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子のそれぞれの発光 Z非発光状態を時分割制御し、更に、光通過制御装置によって第 1発光素子、第 2 発光素子及び第 3発光素子から射出された射出光の通過 Z非通過を制御すること で画像を表示する、フィールドシーケンシャル方式のカラー表示の直視型あるいはプ ロジェクシヨン型画像表示装置。
[0183] 尚、このような画像表示装置の概念図は図 23に示したと同様である。そして、直視 型画像表示装置にあっては、直視され、あるいは又、プロジェクシヨン型画像表示装 置にあっては、投影レンズを経由して、スクリーンに投影される。
実施例 8
[0184] 実施例 8は、本発明の面状光源装置及び液晶表示装置組立体 (具体的には、カラ 一液晶表示装置組立体）に関する。実施例 8の面状光源装置は、透過型あるいは半 透過型のカラー液晶表示装置を背面から照射する面状光源装置である。また、実施 例 8のカラー液晶表示装置組立体は、透過型ある ヽは半透過型のカラー液晶表示 装置、及び、このカラー液晶表示装置を背面から照射する面状光源装置を備えた力 ラー液晶表示装置組立体である。
[0185] そして、面状光源装置に備えられた光源としての GaN系半導体発光素子 (発光ダ ィオード)の基本的な構成、構造は、実施例 1〜実施例 4において説明したと同じで あり、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層 13、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層 15、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層 17、
を備えており、 活性層 15における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系
1
化合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層 15
2 1 2
における井戸層が配置されている。
[0186] 実施例 8の面状光源装置にあっては、光源としての GaN系半導体発光素子の動作 電流密度 (あるいは、駆動電流）の制御に加えて、駆動電流のパルス幅制御及び Z 又は駆動電流のパルス密度制御を行うことで、光源としての GaN系半導体発光素子 の輝度（明るさ）の制御を行うことができる。即ち、輝度の制御パラメータが従来の技 術よりも増え、一層広範囲の輝度制御を行うことが可能となり、輝度のダイナミックレン ジを広くとることが可能となる。具体的には、例えば、面状光源装置全体の輝度制御 を駆動電流 (動作電流）のピーク電流値制御にて行 、、細かな輝度制御を駆動電流 のパルス幅及び Z又はパルス密度の制御にて行えばよぐあるいは又、これとは逆に 、面状光源装置全体の輝度制御を駆動電流のパルス幅及び Z又はパルス密度の制 御にて行 、、細かな輝度制御を駆動電流 (動作電流）のピーク電流値制御にて行え ばよい。しかも、この場合、実施例 1〜実施例 4において説明したと同じ GaN系半導 体発光素子 (発光ダイオード)を用いることで、発光波長の大きなシフトの抑制を達成 することができるので、 GaN系半導体発光素子の発光波長の安定化を図ることがで きる。
[0187] 実施例 8の面状光源装置における発光素子の配置、配列状態を図 32Aに模式的 に示し、面状光源装置及びカラー液晶表示装置組立体の模式的な一部断面図を図 32Bに示し、カラー液晶表示装置の模式的な一部断面図を図 33に示す。
[0188] 実施例 8のカラー液晶表示装置組立体 200は、より具体的には、
(a)透明第 1電極 224を備えたフロント 'パネル 220、
(b)透明第 2電極 234を備えたリア ·パネル 230、及び、
(c)フロント 'パネル 220とリア 'パネル 230との間に配された液晶材料 227、 から成る透過型のカラー液晶表示装置 210、並びに、
(d)光源としての半導体発光素子 1R, 1G, 1Bを有する面状光源装置 (直下型の バックライト） 240、
を備えている。ここで、面状光源装置（直下型のノ ックライト） 240は、リア'パネル 230 に対向（対面)して配置され、カラー液晶表示装置 210をリア'パネル側力も照射する
[0189] 直下型の面状光源装置 240は、外側フレーム 243と内側フレーム 244とを備えた 筐体 241から構成されている。そして、透過型のカラー液晶表示装置 210の端部は、 外側フレーム 243と内側フレーム 244とによって、スぺーサ 245A, 245Bを介して挟 み込まれるように保持されている。また、外側フレーム 243と内側フレーム 244との間 には、ガイド部材 246が配置されており、外側フレーム 243と内側フレーム 244とによ つて挟み込まれたカラー液晶表示装置 210がずれない構造となっている。筐体 241 の内部であって上部には、拡散板 251が、スぺーサ 245C、ブラケット部材 247を介 して、内側フレーム 244に取り付けられている。また、拡散板 251の上には、拡散シ ート 252、プリズムシート 253、偏光変換シート 254といった光学機能シート群が積層 されている。
[0190] 筐体 241の内部であって下部には、反射シート 255が備えられている。ここで、この 反射シート 255は、その反射面が拡散板 251と対向するように配置され、筐体 241の 底面 242Aに図示しない取付け用部材を介して取り付けられている。反射シート 255 は、例えば、シート基材上に、銀反射膜、低屈折率膜、高屈折率膜を順に積層され た構造を有する銀増反射膜から構成することができる。反射シート 255は、赤色を発 光する複数の AlGalnP系半導体発光素子 1R、緑色を発光する複数の GaN系半導 体発光素子 1G、青色を発光する複数の GaN系半導体発光素子 1Bから射出された 光や、筐体 241の側面 242Bによって反射された光を反射する。こうして、複数の半 導体発光素子 1R, 1G, 1Bから射出された赤色、緑色及び青色が混色され、色純度 の高い白色光を照明光として得ることができる。この照明光は、拡散板 251、拡散シ ート 252、プリズムシート 253、偏光変換シート 254といった光学機能シート群を通過 し、カラー液晶表示装置 210を背面力 照射する。
[0191] 発光素子の配列状態は、例えば、赤色発光の AlGalnP系半導体発光素子 1R、緑 色発光の GaN系半導体発光素子 1G及び青色発光の GaN系半導体発光素子 1Bを 1組とした発光素子列を水平方向に複数、連ねて発光素子列アレイを形成し、この発 光素子列アレイを垂直方向に複数本、並べる配列とすることができる。そして、発光 素子列を構成する各発光素子の個数は、例えば、（2つの赤色発光の AlGalnP系半 導体発光素子， 2つの緑色発光の GaN系半導体発光素子， 1つの青色発光の GaN 系半導体発光素子)であり、赤色発光の AlGalnP系半導体発光素子、緑色発光の GaN系半導体発光素子、青色発光の GaN系半導体発光素子、緑色発光の GaN系 半導体発光素子、赤色発光の AlGalnP系半導体発光素子の順に配列されている。
[0192] 図 33に示すように、カラー液晶表示装置 210を構成するフロント 'パネル 220は、 例えば、ガラス基板カゝら成る第 1の基板 221と、第 1の基板 221の外面に設けられた 偏光フィルム 226とから構成されている。第 1の基板 221の内面には、アクリル榭脂ゃ エポキシ榭脂から成るオーバーコート層 223によって被覆されたカラーフィルター 22 2が設けられ、オーバーコート層 223上には、透明第 1電極 (共通電極とも呼ばれ、例 えば、 ITO力も成る） 224が形成され、透明第 1電極 224上には配向膜 225が形成さ れている。一方、リア'パネル 230は、より具体的には、例えば、ガラス基板力も成る第 2の基板 231と、第 2の基板 231の内面に形成されたスイッチング素子 (具体的には、 薄膜トランジスタ、 TFT) 232と、スイッチング素子 232によって導通 Z非導通が制御 される透明第 2電極 (画素電極とも呼ばれ、例えば、 ITOカゝら成る） 234と、第 2の基 板 231の外面に設けられた偏光フィルム 236とから構成されている。透明第 2電極 23 4を含む全面には配向膜 235が形成されている。フロント 'パネル 220とリア 'パネル 2 30とは、それらの外周部で封止材（図示せず)を介して接合されている。尚、スィッチ ング素子 232は、 TFTに限定されず、例えば、 MIM素子カゝら構成することもできる。 また、図面における参照番号 237は、スイッチング素子 232とスイッチング素子 232と の間に設けられた絶縁層である。
[0193] 尚、これらの透過型のカラー液晶表示装置を構成する各種の部材や、液晶材料は 、周知の部材、材料力 構成することができるので、詳細な説明は省略する。
[0194] 赤色発光の半導体発光素子 1R、緑色発光の GaN系半導体発光素子 1G及び青 色発光の GaN系半導体発光素子 1Bのそれぞれは、図 2の (A)に示した構造を有し 、駆動回路 26に接続されている。そして、実施例 1において説明したと同様の方法で 駆動される。
[0195] 尚、面状光源装置を、複数の領域に分割し、各領域を独立して動的に制御すること で、カラー液晶表示装置の輝度に関するダイナミックレンジを一層広げることが可能 である。即ち、画像表示フレーム毎に面状光源装置を複数の領域に分割し、各領域 毎に、画像信号に応じて面状光源装置の明るさを変化させる (例えば、各領域に相 当する画像の領域の最大輝度に、面状光源装置の該当する領域の輝度を比例させ る）ことで、画像の明るい領域にあっては面状光源装置の該当する領域を明るくし、 画像の暗い領域にあっては面状光源装置の該当する領域を暗くすることにより、カラ 一液晶表示装置のコントラスト比を大幅に向上させることができる。更には、平均消費 電力も低減できる。この技術においては、面状光源装置の領域間の色むらを低減す ることが重要である。 GaN系半導体発光素子は製造時の発光色ばらつきが生じ易い 力 実施例 8において使用する GaN系半導体発光素子は、実施例 1〜実施例 4にお いて説明した GaN系半導体発光素子であり、領域毎の発光色ばらつきの少ない面 状光源装置を達成することができる。し力も、光源としての GaN系半導体発光素子の 動作電流密度 (あるいは、駆動電流）の制御に加えて、駆動電流のパルス幅制御及 び Z又は駆動電流のパルス密度制御を行うことで、光源としての GaN系半導体発光 素子の輝度（明るさ）の制御を行うことができるので、複数の領域に分割し、各領域を 独立して動的に制御することを、一層確実に、且つ、容易に行うことができる。即ち、 具体的には、例えば、面状光源装置の各領域のそれぞれの輝度制御を駆動電流（ 動作電流）のピーク電流値制御にて行い、細かな輝度制御を駆動電流のパルス幅及 び Z又はパルス密度の制御にて行えばよぐあるいは又、これとは逆に、面状光源装 置全体の輝度制御を駆動電流のパルス幅及び Z又はパルス密度の制御にて行い、 細かな輝度制御を駆動電流 (動作電流）のピーク電流値制御にて行えばょ 、。 実施例 9
[0196] 実施例 9は、実施例 8の変形である。実施例 8にあっては、面状光源装置を直下型 とした。一方、実施例 9にあっては、面状光源装置をエッジライト型とする。実施例 9の カラー液晶表示装置組立体の概念図を図 34に示す。尚、実施例 9におけるカラー液 晶表示装置の模式的な一部断面図は、図 33に示した模式的な一部断面図と同様で ある。
[0197] 実施例 9のカラー液晶表示装置組立体 200Aは、 (a)透明第 1電極 224を備えたフロント 'パネル 220、
(b)透明第 2電極 234を備えたリア ·パネル 230、及び、
(c)フロント 'パネル 220とリア 'パネル 230との間に配された液晶材料 227、 から成る透過型のカラー液晶表示装置 210、並びに、
(d)導光板 270及び光源 260から成り、カラー液晶表示装置 210をリア'パネル側 から照射する面状光源装置 (エッジライト型のノ ックライト） 250、
を備えている。ここで、導光板 270は、リア'パネル 230に対向（対面）して配置されて いる。
[0198] 光源 260は、例えば、赤色発光の AlGalnP系半導体発光素子、緑色発光の GaN 系半導体発光素子及び青色発光の GaN系半導体発光素子から構成されている。尚 、これらの半導体発光素子は、具体的には図示していない。緑色発光の GaN系半導 体発光素子及び青色発光の GaN系半導体発光素子は、実施例 1〜実施例 4におい て説明した GaN系半導体発光素子と同様とすることができる。また、カラー液晶表示 装置 210を構成するフロント 'パネル 220及びリア 'パネル 230の構成、構造は、図 3 3を参照して説明した実施例 8のフロント 'パネル 220及びリア 'パネル 230と同様の 構成、構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。
[0199] 例えば、ポリカーボネート榭脂から成る導光板 270は、第 1面 (底面） 271、この第 1 面 271と対向した第 2面 (頂面） 273、第 1側面 274、第 2側面 275、第 1側面 274と対 向した第 3側面 276、及び、第 2側面 274と対向した第 4側面を有する。導光板 270 のより具体的な形状は、全体として、楔状の切頭四角錐形状であり、切頭四角錐の 2 つの対向する側面が第 1面 271及び第 2面 273に相当し、切頭四角錐の底面が第 1 側面 274に相当する。そして、第 1面 271の表面部には凹凸部 272が設けられてい る。導光板 270への光入射方向であって第 1面 271と垂直な仮想平面で導光板 270 を切断したときの連続した凸凹部の断面形状は、三角形である。即ち、第 1面 271の 表面部に設けられた凹凸部 272は、プリズム状である。導光板 270の第 2面 273は、 平滑としてもよいし (即ち、鏡面としてもよいし)、拡散効果のあるブラストシボを設けて もよい (即ち、微細な凹凸面とすることもできる）。導光板 270の第 1面 271に対向して 反射部材 281が配置されている。また、導光板 270の第 2面 273に対向してカラー液 晶表示装置 210が配置されている。更には、カラー液晶表示装置 210と導光板 270 の第 2面 273との間には、拡散シート 282及びプリズムシート 283が配置されている。 光源 260から射出された光は、導光板 270の第 1側面 274 (例えば、切頭四角錐の 底面に相当する面)から導光板 270に入射し、第 1面 271の凹凸部 272に衝突して 散乱され、第 1面 271から射出し、反射部材 281にて反射され、第 1面 271に再び入 射し、第 2面 273から射出され、拡散シート 282及びプリズムシート 283を通過して、 カラー液晶表示装置 210を照射する。
[0200] 以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に 限定されるものではない。実施例において説明した GaN系半導体発光素子、並びに 、係る GaN系半導体発光素子が組み込まれた発光装置、画像表示装置、面状光源 装置、カラー液晶表示装置組立体の構成、構造は例示であるし、これらを構成する 部材、材料等も例示であり、適宜、変更することができる。 GaN系半導体発光素子に おける積層の順序は、逆であってもよい。直視型の画像表示装置にあっては、人の 網膜に画像を投影する形式の画像表示装置とすることもできる。実施例にぉ ヽては、 n型電極と p型電極を GaN系半導体発光素子の同じ側（上側）に形成したが、代替的 に、基板 10を剥離して、 n型電極と p型電極とを GaN系半導体発光素子の異なる側 、即ち、 n型電極を下側、 p型電極を上側に形成してもよい。また、電極として、透明 電極ではなぐ銀やアルミニウム等の反射電極を用いた形態、長辺 (長径)や短辺（ 短径)の異なる形態を採用することもできる。
[0201] フリップチップ構造を有する LED力 成る GaN系半導体発光素子 1の模式的な断 面図を図 35に示す。但し、図 35においては、各構成要素に斜線を付すことを省略し た。 GaN系半導体発光素子 1の層構成は、実施例 1〜実施例 4にて説明した GaN系 半導体発光素子 1の層構成と同じとすることができる。各層の側面等はパッシベーシ ヨン膜 305で覆われ、露出した第 IGaN系化合物半導体層 13の部分の上には n型 電極 19Aが形成され、 Mgドープ GaN層 18上には、光反射層としても機能する p型 電極 19Bが形成されている。そして、 GaN系半導体発光素子 1の下部は、 SiO層 30
2
4、アルミニウム層 303によって囲まれている。更には、 p型電極 19B及びアルミ-ゥ ム層 303は、半田層 301, 302によってサブマウント 21に固定されている。ここで、活 性層 15から光反射層としても機能する p型電極 19Bまでの距離を L、活性層 15と p型 電極 19Bとの間に存在する化合物半導体層の屈折率を n、発光波長をえとしたとき
0
0. 5 ( l /n )≤L≤( l /n )
0 0
を満足することが好ましい。
また、 GaN系半導体発光素子によって半導体レーザを構成することができる。この ような半導体レーザの層構成として、 GaN基板上に以下の層が順次形成された構成 を例示することができる。尚、発光波長は約 450nmである。
(1)厚さ 3 μ m、 Siドープの GaN層（ドーピング濃度は 5 X lO^/cm3)
(2)合計厚さ: mの超格子層（厚さ 2. 4nm、 Siドープの Al Ga N層と厚さ 1. 6n
0.1 0.9
m、 Siドープの GaN層とを 1組としたとき、 250組が積層された構造であり、ドーピング 濃度は S X lCTZcm
(3)厚さ 150nm、 Siドープの I
Figure imgf000074_0001
(4)厚さ 5nmのアンドープ In Ga N層
0.03 0.97
(5)多重量子井戸構造を有する活性層（下から、厚さ 3nmの In Ga N層から成る
0.15 0.85
井戸層 Z厚さ 15nmの In Ga N層から成る障壁層 Z厚さ 3nmの In Ga N層
0.03 0.97 0.15 0.85 力 成る井戸層 Z厚さ 5nmの In Ga N層から成る障壁層
0.03 0.97 Z厚さ 3nmの In Ga
0.15 0.
N層から成る井戸層 Z厚さ 5nmの In Ga N層から成る障壁層 Z厚さ 3nmの In
85 0.03 0.97 0.
Ga N層から成る井戸層）
15 0.85
(6)厚さ lOnmのアンドープ GaN層
(7)合計厚さ 20nmの超格子層（厚さ 2· 4nm、Mgドープの Al Ga N層と厚さ 1· 6
0.2 0.8
nm、 Mgドープの GaN層とを 1組としたとき、 5組が積層された構造であり、ドーピング 濃度は 5 X 1019Zcm3)
(8)厚さ 120nm、 Mgドープの GaN層（ドーピング濃度は 1 X 1019/cm3)
(9)合計厚さ 500nmの超格子層（厚さ 2. 4nm、 Mgドープの Al Ga N層と厚さ 1.
0.1 0.9
6nm、 Mgドープの GaN層とを 1組としたとき、 125組が積層された構造であり、ドーピ ング濃度は 5 X 1019Zcm3)
(10)厚さ 20nm、 Mgドープの GaN層（ドーピング濃度は 1 X 1020/cm3)、及び、 (11)厚さ 5nm、 Mgドープの In Ga N層（ドーピング濃度は 1 X 102°Zcm3)
0.15 0.85
[0203] AlGalnP系半導体発光素子や GaN系半導体発光素子の温度特性 (温度一発光 波長の関係）を予め求めておき、面状光源装置あるいはカラー液晶表示装置組立体 における AlGalnP系半導体発光素子や GaN系半導体発光素子の温度をモニター することによって、電源投入直後から安定した AlGalnP系半導体発光素子や GaN 系半導体発光素子の動作を実現することが可能となる。
[0204] 以上に説明した駆動回路 26は、本発明の GaN系半導体発光素子の駆動だけでな ぐ従来の構成、構造を有する GaN系半導体発光素子 (例えば、比較例 1にて説明 した GaN系半導体発光素子)の駆動に適用することもできる。
[0205] 駆動回路として、その他、特開 2003— 22052号公報に開示された駆動回路を用 いることもできる。この駆動回路は、複数の GaN系半導体発光素子間の発光波長の ばらつきを GaN系半導体発光素子に供給する電流を制御することで補正する発光 波長補正手段と、 GaN系半導体発光素子間の輝度のばらつきを補正する発光輝度 補正手段を有する。ここで、発光波長補正手段は駆動される GaN系半導体発光素 子毎に設けられたカレントミラー回路を有し、このカレントミラー回路によって GaN系 半導体発光素子を流れる電流を調整する構成とすることができる。尚、カレントミラー 回路の参照側を流れる電流は、並列接続された複数の能動素子を流れる電流の制 御によって制御される。また、発光輝度補正手段は駆動される GaN系半導体発光素 子に電流を供給する定電流回路を有し、この定電流回路のスイッチング素子のオン オフを制御する構成とすることができる。

Claims

請求の範囲
[1] (A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えた GaN系半導体発光素子であって、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする GaN系半導体発光素子。
[2] 動作電流密度を 30AZcm2としたときの活性層の発光波長をえ （nm)、動作電流
2
密度を 300AZcm2としたときの活性層の発光波長を λ (nm)とするとき、
3
500 (nm)≤ λ ≤550 (nm)
2
0≤ \ λ - λ I ≤5 (nm)
2 3
を満足することを特徴とする請求項 1に記載の GaN系半導体発光素子。
[3] 動作電流密度を lAZcm2としたときの活性層の発光波長をえ （nm)、動作電流密
1
度を 30AZcm2としたときの活性層の発光波長を λ (nm)、動作電流密度を 300A
2
Zcm2としたときの活性層の発光波長を λ (nm)とするとき、
3
500 (nm)≤ λ ≤550 (nm)
2
0≤ \ λ - λ I ≤10 (nm)
1 2
0≤ \ λ - λ I ≤5 (nm)
2 3
を満足することを特徴とする請求項 1に記載の GaN系半導体発光素子。
[4] 動作電流密度を 30AZcm2としたときの活性層の発光波長をえ （nm)、動作電流
2
密度を 300AZcm2としたときの活性層の発光波長を λ (nm)とするとき、
3
430 (nm)≤ λ ≤480 (nm)
2
0≤ \ λ - λ I ≤2 (nm)
2 3
を満足することを特徴とする請求項 1に記載の GaN系半導体発光素子。
[5] 動作電流密度を lAZcm2としたときの活性層の発光波長をえ （nm)、動作電流密
1
度を 30AZcm2としたときの活性層の発光波長を λ (nm)、動作電流密度を 300A Zcm2としたときの活性層の発光波長を λ (nm)とするとき、
3
430 (nm)≤ λ ≤480 (nm)
2
0≤ \ λ - λ I ≤5 (nm)
1 2
0≤ \ λ - λ I ≤2 (nm)
2 3
を満足することを特徴とする請求項 1に記載の GaN系半導体発光素子。
[6] 活性層の総厚を tとし、活性層における第 IGaN系化合物半導体層側界面力 厚
0
さ Z3)までの活性層第 1領域内の井戸層密度を d、第 2GaN系化合物半導体層
0 1
側界面から厚さ（2t Z3)までの活性層第 2領域内の井戸層密度を dとしたとき、 d <
0 2 1 dを満足するように活性層における井戸層が配置されて!ヽることを特徴とする請求項
2
1に記載の GaN系半導体発光素子。
[7] 活性層の総厚を tとし、活性層における第 IGaN系化合物半導体層側界面力 厚
0
さ Z2)までの活性層第 1領域内の井戸層密度を d、第 2GaN系化合物半導体層
0 1
側界面から厚さ (t 領域 の井戸層密度を dとしたとき、 d < d
0 Z2)までの活性層第 2 内
2 1
2を満足するように活性層における井戸層が配置されて ヽることを特徴とする請求項 1 に記載の GaN系半導体発光素子。
[8] 活性層の総厚を tとし、活性層における第 IGaN系化合物半導体層側界面力 厚
0
さ（2t Z3)までの活性層第 1領域内の井戸層密度を d、第 2GaN系化合物半導体
0 1
層側界面から厚さ (t Z3)までの活性層第 2領域内の井戸層密度を dとしたとき、 d
0 2 1
< dを満足するように活性層における井戸層が配置されて 、ることを特徴とする請求
2
項 1に記載の GaN系半導体発光素子。
[9] 1. 2≤d /d≤10 を満足するように、活性層における井戸層が配置されていること
2 1
を特徴とする請求項 1に記載の GaN系半導体発光素子。
[10] 活性層における障壁層の厚さが、第 IGaN系化合物半導体層側力 第 2GaN系化 合物半導体層側にかけて変化していることを特徴とする請求項 1に記載の GaN系半 導体発光素子。
[11] 活性層における障壁層の厚さが、第 IGaN系化合物半導体層側力 第 2GaN系化 合物半導体層側にかけて 3段階以上変化していることを特徴とする請求項 10に記載 の GaN系半導体発光素子。
[12] 最も第 2GaN系化合物半導体層側に位置する障壁層の厚さが 20nm以下であるこ とを特徴とする請求項 1に記載の GaN系半導体発光素子。
[13] 最も第 IGaN系化合物半導体層側に位置する障壁層の厚さが、最も第 2GaN系化 合物半導体層側に位置する障壁層の厚さの 2倍以上であることを特徴とする請求項
1に記載の GaN系半導体発光素子。
[14] 活性層にはインジウム原子が含まれて 、ることを特徴とする請求項 1に記載の GaN 系半導体発光素子。
[15] 活性層における井戸層の数は、 4以上であることを特徴とする請求項 1に記載の Ga N系半導体発光素子。
[16] (D)第 IGaN系化合物半導体層と活性層との間に形成された In原子を含有する下 地層、及び、
(E)活性層と第 2GaN系化合物半導体層との間に形成され、 p型ドーパントを含有 する超格子構造層、
を更に備えていることを特徴とする請求項 1に記載の GaN系半導体発光素子。
[17] 活性層を構成する GaN系化合物半導体層はアンドープの GaN系化合物半導体か ら構成され、あるいは又、活性層を構成する GaN系化合物半導体層の n型不純物濃 度は 2 X 1017/cm3未満であることを特徴とする請求項 1に記載の GaN系半導体発 光素子。
[18] 活性層の短辺あるいは短径の長さは 0. 1mm以下であることを特徴とする請求項 1 に記載の GaN系半導体発光素子。
[19] 活性層の短辺あるいは短径の長さは 0. 03mm以下であることを特徴とする請求項
1に記載の GaN系半導体発光素子。
[20] GaN系半導体発光素子と、該 GaN系半導体発光素子力 の射出光が入射し、 Ga
N系半導体発光素子力 の射出光の有する波長と異なる波長を有する光を射出する 色変換材料とから成る発光装置であって、
GaN系半導体発光素子は、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えており、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする発光装置。
[21] GaN系半導体発光素子からの射出光は青色であり、
色変換材料力 の射出光は、黄色、緑色、及び、赤色から成る群から選択された少 なくとも 1種類の光であることを特徴とする請求項 20に記載の発光装置。
[22] GaN系半導体発光素子力 の射出光と、色変換材料からの射出光とが混色されて
、白色を射出することを特徴とする請求項 20に記載の発光装置。
[23] 画像を表示するための GaN系半導体発光素子を備えた画像表示装置であって、 該 GaN系半導体発光素子は、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えており、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする画像表示装置。
[24] 青色を発光する第 1発光素子、緑色を発光する第 2発光素子、及び、赤色を発光 する第 3発光素子力も構成された、カラー画像を表示するための発光素子ユニットが 、 2次元マトリクス状に配列されて成る画像表示装置であって、
第 1発光素子、第 2発光素子及び第 3発光素子の内の少なくとも 1つの発光素子を 構成する GaN系半導体発光素子は、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えており、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする画像表示装置。
[25] ライト'バルブを更に備えていることを特徴とする請求項 23又は請求項 24に記載の 画像表示装置。
[26] 活性層の短辺あるいは短径の長さは 0. 1mm以下であることを特徴とする請求項 2
3又は請求項 24に記載の画像表示装置。
[27] 活性層の短辺あるいは短径の長さは 0. 03mm以下であることを特徴とする請求項
23又は請求項 24に記載の画像表示装置。
[28] 透過型あるいは半透過型の液晶表示装置を背面から照射する面状光源装置であ つて、
面状光源装置に備えられた光源としての GaN系半導体発光素子は、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えており、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする面状光源装置。
[29] 透過型あるいは半透過型の液晶表示装置、及び、該液晶表示装置を背面から照 射する面状光源装置を備えた液晶表示装置組立体であって、
面状光源装置に備えられた光源としての GaN系半導体発光素子は、
(A) n型の導電型を有する第 IGaN系化合物半導体層、
(B)井戸層、及び、井戸層と井戸層とを隔てる障壁層から成る多重量子井戸構造 を有する活性層、及び、
(C) p型の導電型を有する第 2GaN系化合物半導体層、
を備えており、
活性層における第 IGaN系化合物半導体層側の井戸層密度を d、第 2GaN系化
1
合物半導体層側の井戸層密度を dとしたとき、 d < dを満足するように活性層におけ
2 1 2
る井戸層が配置されていることを特徴とする液晶表示装置組立体。
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