JP2009224516A - GaN系半導体発光素子、発光素子組立体、発光装置、GaN系半導体発光素子の製造方法、GaN系半導体発光素子の駆動方法、及び、画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】GaN系半導体発光素子は、n型の第1GaN系化合物半導体層21、活性層23、p型の第2GaN系化合物半導体層22、第1電極、及び、第2電極を備えており、活性層23と第2GaN系化合物半導体層22との間には、活性層側から、不純物拡散防止層24、及び、積層構造体40が形成されており、積層構造体40は、活性層側から、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層42とアンドープのGaN系化合物半導体層43とが積層されて成る積層ユニット41を、少なくとも1ユニット、備えている。
【選択図】 図1
Description
(A)n型の導電型を有する第1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)本発明の第1の態様に係るGaN系半導体発光素子にあっては、積層構造体、
が形成されており、また、
(G)本発明の第2の態様に係るGaN系半導体発光素子にあっては、p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層、
が形成されている。
(a)GaN系半導体発光素子、及び、
(b)GaN系半導体発光素子からの出射光によって励起され、該出射光とは異なる波長の光を出射する色変換材料、
から成る。そして、本発明の第1の態様に係る発光装置において、GaN系半導体発光素子は、本発明の第1の態様に係るGaN系半導体発光素子から構成されており、本発明の第2の態様に係る発光装置において、GaN系半導体発光素子は、本発明の第2の態様に係るGaN系半導体発光素子から構成されている。
積層ユニットを構成するp型の導電型を有するGaN系化合物半導体層と同じ組成を有する第1層、
第1層の組成に更にインジウムが含まれた組成を有する第2層、及び、
第1層の組成と同じ組成を有する第3層、
の3層構造を有する構成とすることができる。そして、この場合、積層ユニットを構成するアンドープのGaN系化合物半導体層は、
アンドープのGaNから成る第1層、
アンドープのInxGa(1-x)N(但し、0<x≦0.3)から成る第2層、及び、
アンドープのGaNから成る第3層、
の3層構造を有する構成とすることができ、更には、
活性層は、InyGa(1-y)N層を備えており、
x≦yを満足する構成とすることができる。
p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層と同じ組成を有する第1層、
第1層の組成に更にインジウムが含まれた組成を有する第2層、及び、
第1層の組成と同じ組成を有する第3層、
の3層構造を有する構成とすることができる。そして、この場合、第3GaN系化合物半導体層に形成されたアンドープのGaN系化合物半導体層は、
アンドープのGaNから成る第1層、
アンドープのInxGa(1-x)N(但し、0<x≦0.3)から成る第2層、及び、
アンドープのGaNから成る第3層、
の3層構造を有する構成とすることができ、更には、
活性層は、InyGa(1-y)N層を備えており、
x≦yを満足する構成とすることができる。
第1GaN系化合物半導体層、活性層、不純物拡散防止層、積層構造体、第2GaN系化合物半導体層を、順次、形成し、
活性層における、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を形成する際の温度よりも高い温度にて、積層ユニットを構成するアンドープのGaN系化合物半導体層における、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を形成することを特徴とする。
第1GaN系化合物半導体層、活性層、不純物拡散防止層、積層構造体、第2GaN系化合物半導体層を、順次、形成し、
活性層における、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を形成する際の温度よりも高い温度にて、第3GaN系化合物半導体層に形成されたアンドープのGaN系化合物半導体層における、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を形成することを特徴とする。
(α)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/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。
(α)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/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ョン型の画像表示装置。
(α)赤色を発光する半導体発光素子(例えば、AlGaInP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、
(β)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、
(γ)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出射された光を1本の光路に纏めるための手段(例えば、ダイクロイック・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/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ョン型)。
(α)GaN系半導体発光素子、及び、
(β)GaN系半導体発光素子から出射された出射光の通過/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出射された出射光の通過/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ョン型)。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、決定すればよく、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出射された出射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。
(α)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、
(β)GaN系半導体発光素子から出射された出射光の通過/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出射された出射光の通過/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ョン型)。
(α)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出射された出射光の通過/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)、
(β)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出射された出射光の通過/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)、
(γ)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出射された出射光の通過/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出射された出射光の通過/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(直視型あるいはプロジェクション型)。
(α)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GaN系半導体発光素子のそれぞれから出射された光を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から出射された光の通過/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出射された出射光の通過/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ョン型)。
(α)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、
(β)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、
(γ)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から出射された光を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から出射された光の通過/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出射された出射光の通過/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ョン型)。
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/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、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、カラー表示の画像表示装置。
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/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ョン型、カラー表示の画像表示装置。
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出射光の通過/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/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発光素子から出射された出射光の通過/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ョン型)。
(1)駆動電流のピーク電流値I0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P0を制御することによって(駆動電流のパルス幅制御)、GaN系半導体発光素子からの出射光の発光量(明るさ、輝度)を制御することができ、及び/又は、
(3)GaN系半導体発光素子の動作の1動作周期TOP中におけるパルス幅P0を有するパルスの数(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)、GaN系半導体発光素子からの出射光の発光量(明るさ、輝度)を制御することができる。
(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。
(A)n型の導電型を有する第1GaN系化合物半導体層21、
(B)活性層23、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層22、
(D)第1GaN系化合物半導体層21に電気的に接続された第1電極31、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層22に電気的に接続された第2電極32、
を備えている。
(F)p型不純物が活性層23へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層24、及び、
(G)本発明の第1の態様に係るGaN系半導体発光素子に沿って表現すれば、積層構造体40、
が形成されており、あるいは又、
(G)本発明の第2の態様に係るGaN系半導体発光素子に沿って表現すれば、p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層50、
が形成されている。
先ず、C面を主面とするサファイア基板を発光素子製造用基板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から成る厚さ30nmのバッファ層を発光素子製造用基板10の上に結晶成長させた後、TMGガスの供給を中断する。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1μmのアンドープのGaN層をバッファ層上に結晶成長させる。こうして、下地層11を得ることができる。そして、引き続き、シリコン原料であるモノシランガス(SiH4ガス)の供給を開始することで、SiドープのGaN(GaN:Si)から成り、n型の導電型を有する厚さ3μmの第1GaN系化合物半導体層21を、下地層11を構成するアンドープのGaN層上に結晶成長させる。尚、ドーピング濃度は、約5×1018/cm3である。
その後、TMGガスとSiH4ガスの供給を中断し、キャリアガスを水素ガスから窒素ガスに切り替え、基板温度を750゜Cまで低下させる。そして、Ga原料としてトリエチルガリウム(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、InGaNから成る井戸層、及び、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23を形成する。この結晶成長中に基板温度を上下させてもよい。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λ=520nm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。井戸層の数を5とし、障壁層の数を4とした。
多重量子井戸構造を有する活性層23の形成完了後、基板温度を800゜Cまで上昇させながら、アンドープの5nmのGaNから成る不純物拡散防止層24を成長させる。
次いで、基板温度を800゜Cとしたままで、Mg原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Biscyclopentadienyl Magnesium, Cp2Mg)ガスの供給を開始することで、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層42(具体的には、MgドープのGaN層42)を5nm成長させる。次いで、Cp2Mgガスの供給を止めた状態で、アンドープのGaN系化合物半導体層43(具体的には、アンドープのGaN層43)を13nm成長させる。このようにして厚さ5nmのMgドープのGaN層42と厚さ13nmのアンドープのGaN層43を、2回、繰り返し成長させる。尚、Mgのドーピング濃度は、約5×1019/cm3である。こうして、活性層側から、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層42とアンドープのGaN系化合物半導体層43とが積層されて成る積層ユニット41を、少なくとも1ユニット、備えた積層構造体40を得ることができる。あるいは又、第2GaN系化合物半導体層22に近い側に、アンドープのGaN系化合物半導体層53(アンドープのGaN層53)が、少なくとも1層、形成された第3GaN系化合物半導体層50を得ることができる。
その後、TEGガス、Cp2Mgガスの供給中断と共に、キャリアガスを窒素から水素に切り替え、850゜Cまで基板温度を上昇させ、TMGガスとCp2Mgガスの供給を開始することで、厚さ100nmのMgドープのGaN(GaN:Mg)から成る第2GaN系化合物半導体層22を結晶成長させる。尚、ドーピング濃度は、約5×1019/cm3である。その後、InGaNから成るコンタクト層(図示せず)を結晶成長させ、TMGガス及びCp2Mgガスの供給中止と共に基板温度を低下させ、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。
こうして結晶成長を完了した後、窒素ガス雰囲気中で800゜C、10分間のアニール処理を行ってp型不純物(p型ドーパント)の活性化を行う。
その後、通常のLEDのウェハプロセス、チップ化工程と同様に、保護膜(図示せず)の形成、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程、金属蒸着による第2電極32、第1電極31の形成工程を経て、ダイシングによりチップ化を行い、更に、樹脂モールド、パッケージ化を行うことで、実施例1のGaN系半導体発光素子1(例えば、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。
先ず、実施例1の[工程−100]と同様にして、発光素子製造用基板10上に、下地層11、第1GaN系化合物半導体層21を形成し、更に、実施例1の[工程−110]〜[工程−120]と同様にして、活性層23、不純物拡散防止層24を形成する。
次いで、Mg原料としてCp2Mgガスの供給を開始することで、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層42(具体的には、MgドープのGaN層42)あるいは第3GaN系化合物半導体層150を5nm成長させる。次いで、Cp2Mgガスの供給を止めた状態で、アンドープのGaN系化合物半導体層(積層ユニット141を構成するp型の導電型を有するGaN系化合物半導体層42と同じ組成を有する第1層143A、あるいは又、p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層150と同じ組成を有する第1層153A)を5nm成長させる。その後、In原料としてトリメチルインジウム(Trimethylindium, TMI)ガスの供給を開始することによって、InGaN層(第1層143Aの組成に更にインジウムが含まれた組成を有する第2層143B、あるいは又、第1層153Aの組成に更にインジウムが含まれた組成を有する第2層153B)を3nm成長させる。次に、TMIガスの供給を止めた状態でGaN層143C(第1層143Aの組成と同じ組成を有する第3層143C、あるいは又、第1層153Aの組成と同じ組成を有する第3層153C)を5nm成長させる。尚、第1層143A,153A、第2層143B,153B及び第3層143C,153Cの成長における基板温度を760゜Cとした。この温度は、活性層23の成長における基板温度である750゜Cよりも高い。その結果、InGaNから成る第2層143B.153BのIn組成割合は0.2となる。尚、Mgのドーピング濃度は、約5×1019/cm3である。
その後、実施例1の[工程−140]〜[工程−160]と同様の工程を実行することで、実施例2のGaN系半導体発光素子1(例えば、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。
先ず、実施例1の[工程−100]〜[工程−150]を実行し、更には、実施例1の[工程−160]におけるフォトリソグラフィ工程やエッチング工程、金属蒸着による第2電極32の形成までを行う。あるいは又、実施例2の[工程−200]〜[工程−220]と同様の工程(但し、[工程−220]にあっては、フォトリソグラフィ工程やエッチング工程、金属蒸着による第2電極32の形成まで)を実行する。こうして、図7の(A)に示す台形型のGaN系半導体発光素子を得ることができる。
次いで、第2電極32を介してGaN系半導体発光素子1を仮固定用基板60に仮固定する。具体的には、表面に未硬化の接着剤から成る接着層61が形成されたガラス基板から成る仮固定用基板60を準備する。そして、GaN系半導体発光素子1と接着層61とを貼り合わせ、接着層61を硬化させることで、GaN系半導体発光素子1を仮固定用基板60に仮固定することができる(図7の(B)及び図8の(A)参照)。
その後、GaN系半導体発光素子1を発光素子製造用基板10から剥離する(図8の(B)参照)。具体的には、発光素子製造用基板10を裏面からラッピング処理によって薄くし、次いで、発光素子製造用基板10及び下地層11をウエットエッチングすることで、発光素子製造用基板10及び下地層11を除去し、第1GaN系化合物半導体層21を露出させることができる。
次に、露出した第1GaN系化合物半導体層21の底面に第1電極31を形成する。具体的には、リソグラフィ技術に基づき、全面にレジスト層を形成し、第1電極31を設けるべき第1GaN系化合物半導体層21の底面上のレジスト層の部分に開口を形成する。そして、真空蒸着法やスパッタリング法といったPVD法に基づき、全面に、例えば、Au/Pt/Ti/Au/AuGe/Pdがこの順に積層された多層構造膜から成る第1電極31を形成した後、レジスト層及びその上の多層構造膜を除去する。
シリコーンゴムから成る微粘着層71が形成された中継基板70、及び、ガラス基板から成り、予め所定の位置に金属薄膜等から成るアライメントマーク(図示せず)が形成され、表面には未硬化の感光性樹脂から成る接着剤層81が形成された実装用基板80を準備する。
次いで、全面に第2の絶縁層91を形成し、GaN系半導体発光素子1の第2電極32の上方の第2の絶縁層91に開口部92を形成し、第2の配線93を、第2電極32上から開口部92、第2の絶縁層91の上にかけて形成する。次に、第2の配線93を含む第2の絶縁層91とガラス基板から成る支持部材95とを、接着層94を介して貼り合わせることで、GaN系半導体発光素子1を支持部材95に固定することができる。次いで、例えば、第2の仮固定用基板の裏面側から、例えば、エキシマレーザを照射する。これによって、レーザ・アブレーションが生じ、エキシマレーザが照射されたGaN系半導体発光素子1は、第2の仮固定用基板から剥離する。この状態にあっては、GaN系半導体発光素子1の第1電極31が露出した状態である。次に、全面に第1の絶縁層96を形成し、GaN系半導体発光素子1の第1電極31の上方の第1の絶縁層96に開口部97を形成し、第1の配線98を、第1電極31上から開口部97、第1の絶縁層96の上にかけて形成する。この状態を、図6の模式的な一部断面図に示す。そして、第1の配線、第2の配線を駆動回路と適切な方法に基づき接続することによって、発光素子組立体を得ることができ、あるいは又、画像表示装置(発光ダイオード表示装置)を完成させることができる。GaN系半導体発光素子1は、フリップチップ構造を有し、活性層23において生成した光は、図6の下側方向に出射される。
(α)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200、
を備えており、
GaN系半導体発光素子1のそれぞれの発光/非発光状態を制御することで、GaN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。
(α)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/非発光状態を制御することで、GaN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、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。
(α)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200、
を備えており、
GaN系半導体発光素子1のそれぞれの発光/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ョン型の画像表示装置。
(α)赤色を発光する半導体発光素子R(例えば、AlGaInP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200R、
(β)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200G、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200B、並びに、
(δ)赤色発光素子パネル200R、緑色発光素子パネル200G及び青色発光素子パネル200Bから出射された光を1本の光路に纏めるための手段(例えば、ダイクロイック・プリズム207)、
を備えており、
赤色発光半導体発光素子R、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/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ェクション型画像表示装置。
(α)GaN系半導体発光素子1、及び、
(β)GaN系半導体発光素子1から出射された出射光の通過/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208。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208によってGaN系半導体発光素子1から出射された出射光の通過/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ョン型画像表示装置。
(α)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200、及び、
(β)GaN系半導体発光素子1から出射された出射光の通過/非通過を制御するための光通過制御装置(液晶表示装置208)、
を備えており、
光通過制御装置(液晶表示装置208)によってGaN系半導体発光素子1から出射された出射光の通過/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ョン型画像表示装置。
(α)赤色を発光する半導体発光素子R(例えば、AlGaInP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200R、及び、赤色発光素子パネル200Rから出射された出射光の通過/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208R)、
(β)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200G、緑色発光素子パネル200Gから出射された出射光の通過/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208G)、
(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200B、及び、青色発光素子パネル200Bから出射された出射光の通過/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208B)、並びに、
(δ)赤色光通過制御装置208R、緑色光通過制御装置208G及び青色光通過制御装置208Bを通過した光を1本の光路に纏めるための手段(例えば、ダイクロイック・プリズム207)、
を備えており、
光通過制御装置208R,208G,208Bによってこれらの発光素子パネル200R,200G,200Bから出射された出射光の通過/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ェクション型画像表示装置。
(α)赤色を発光する半導体発光素子R(例えば、AlGaInP系半導体発光素子やGaN系半導体発光素子1R)、
(β)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1、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のそれぞれから出射された光を1本の光路に纏めるための手段(例えば、ダイクロイック・プリズム207)、更には、
(ε)1本の光路に纏めるための手段(ダイクロイック・プリズム207)から出射された光の通過/非通過を制御するための光通過制御装置(液晶表示装置208)、
を備えており、
光通過制御装置208によってこれらの発光素子から出射された出射光の通過/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ョン型)。
(α)赤色を発光する半導体発光素子R(例えば、AlGaInP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200R、
(β)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200G、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200B、並びに、
(δ)赤色発光素子パネル200R、緑色発光素子パネル200G及び青色発光素子パネル200Bのそれぞれから出射された光を1本の光路に纏めるための手段(例えば、ダイクロイック・プリズム207)、更には、
(ε)1本の光路に纏めるための手段(ダイクロイック・プリズム207)から出射された光の通過/非通過を制御するための光通過制御装置(液晶表示装置208)、
を備えており、
光通過制御装置208によってこれらの発光素子パネル200R,200G,200Bから出射された出射光の通過/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ョン型)。
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/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、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/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ョン型のカラー表示の画像表示装置。
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出射光の通過/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/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発光素子から出射された出射光の通過/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ョン型画像表示装置。
(a)透明第1電極324を備えたフロント・パネル320、
(b)透明第2電極334を備えたリア・パネル330、及び、
(c)フロント・パネル320とリア・パネル330との間に配された液晶材料327、
から成る透過型のカラー液晶表示装置310、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)340、
を備えている。ここで、面状光源装置(直下型のバックライト)340は、リア・パネル330に対向(対面)して配置され、カラー液晶表示装置310をリア・パネル側から照射する。
(a)透明第1電極324を備えたフロント・パネル320、
(b)透明第2電極334を備えたリア・パネル330、及び、
(c)フロント・パネル320とリア・パネル330との間に配された液晶材料327、
から成る透過型のカラー液晶表示装置310、並びに、
(d)導光板370及び光源360から成り、カラー液晶表示装置310をリア・パネル側から照射する面状光源装置(エッジライト型のバックライト)350、
を備えている。ここで、導光板370は、リア・パネル330に対向(対面)して配置されている。
Claims (35)
- (A)n型の導電型を有する第1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えたGaN系半導体発光素子であって、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)積層構造体、
が形成されており、
積層構造体は、活性層側から、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層とアンドープのGaN系化合物半導体層とが積層されて成る積層ユニットを、少なくとも1ユニット、備えていることを特徴とするGaN系半導体発光素子。 - 積層ユニットを構成するp型の導電型を有するGaN系化合物半導体層と、アンドープのGaN系化合物半導体層とは、同じ組成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。
- 積層ユニットを構成するアンドープのGaN系化合物半導体層は、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を有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。
- 積層ユニットを構成するアンドープのGaN系化合物半導体層は、
積層ユニットを構成するp型の導電型を有するGaN系化合物半導体層と同じ組成を有する第1層、
第1層の組成に更にインジウムが含まれた組成を有する第2層、及び、
第1層の組成と同じ組成を有する第3層、
の3層構造を有することを特徴とする請求項3に記載のGaN系半導体発光素子。 - 積層ユニットを構成するアンドープのGaN系化合物半導体層は、
アンドープのGaNから成る第1層、
アンドープのInxGa(1-x)N(但し、0<x≦0.3)から成る第2層、及び、
アンドープのGaNから成る第3層、
の3層構造を有することを特徴とする請求項4に記載のGaN系半導体発光素子。 - 活性層は、InyGa(1-y)N層を備えており、
x≦yを満足することを特徴とする請求項5に記載のGaN系半導体発光素子。 - 積層構造体は、積層ユニットを1ユニット乃至10ユニット、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。
- 積層ユニットを構成するp型の導電型を有するGaN系化合物半導体層におけるp型不純物の濃度は、1×1018/cm3乃至4×1020/cm3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。
- 積層ユニットを構成するp型の導電型を有するGaN系化合物半導体層の厚さは、2原子層以上50nm以下であり、
積層ユニットを構成するアンドープのGaN系化合物半導体層の厚さは、2原子層以上50nm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。 - 積層構造体の厚さは、5nm以上200nm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。
- 活性層に流す電流の密度は50アンペア/cm2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。
- 活性層の面積は、1×10-12m2以上、1×10-8m2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。
- GaN系半導体発光素子の厚さは、1×10-7m以上、1×10-5m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。
- (A)n型の導電型を有する第1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備えたGaN系半導体発光素子であって、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層、
が形成されており、
第3GaN系化合物半導体層の第2GaN系化合物半導体層に近い側には、アンドープのGaN系化合物半導体層が、少なくとも1層、形成されていることを特徴とするGaN系半導体発光素子。 - p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層と、第3GaN系化合物半導体層に形成されたアンドープのGaN系化合物半導体層とは、同じ組成であることを特徴とする請求項14に記載のGaN系半導体発光素子。
- 第3GaN系化合物半導体層に形成されたアンドープのGaN系化合物半導体層は、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を有することを特徴とする請求項14に記載のGaN系半導体発光素子。
- 第3GaN系化合物半導体層に形成されたアンドープのGaN系化合物半導体層は、
p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層と同じ組成を有する第1層、
第1層の組成に更にインジウムが含まれた組成を有する第2層、及び、
第1層の組成と同じ組成を有する第3層、
の3層構造を有することを特徴とする請求項16に記載のGaN系半導体発光素子。 - 第3GaN系化合物半導体層に形成されたアンドープのGaN系化合物半導体層は、
アンドープのGaNから成る第1層、
アンドープのInxGa(1-x)N(但し、0<x≦0.3)から成る第2層、及び、
アンドープのGaNから成る第3層、
の3層構造を有することを特徴とする請求項17に記載のGaN系半導体発光素子。 - 活性層は、InyGa(1-y)N層を備えており、
x≦yを満足することを特徴とする請求項18に記載のGaN系半導体発光素子。 - 第3GaN系化合物半導体層には、1層乃至10層のアンドープのGaN系化合物半導体層が形成されていることを特徴とする請求項14に記載のGaN系半導体発光素子。
- 第3GaN系化合物半導体層におけるp型不純物の濃度は、1×1018/cm3乃至4×1020/cm3であることを特徴とする請求項14に記載のGaN系半導体発光素子。
- 第3GaN系化合物半導体層に形成されたアンドープのGaN系化合物半導体層の厚さは、2原子層以上50nm以下であり、
第3GaN系化合物半導体層の厚さは、5nm以上200nm以下であることを特徴とする請求項14に記載のGaN系半導体発光素子。 - 活性層に流す電流の密度は50アンペア/cm2以上であることを特徴とする請求項14に記載のGaN系半導体発光素子。
- 活性層の面積は、1×10-12m2以上、1×10-8m2以下であることを特徴とする請求項14に記載のGaN系半導体発光素子。
- GaN系半導体発光素子の厚さは、1×10-7m以上、1×10-5m以下であることを特徴とする請求項14に記載のGaN系半導体発光素子。
- (A)n型の導電型を有する第1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)積層構造体、
が形成されており、
積層構造体は、活性層側から、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層とアンドープのGaN系化合物半導体層とが積層されて成る積層ユニットを、少なくとも1ユニット、備えているところのGaN系半導体発光素子が、支持部材上に備えられていることを特徴とする発光素子組立体。 - (A)n型の導電型を有する第1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層、
が形成されており、
第3GaN系化合物半導体層の第2GaN系化合物半導体層に近い側には、アンドープのGaN系化合物半導体層が、少なくとも1層、形成されているところのGaN系半導体発光素子が、支持部材上に備えられていることを特徴とする発光素子組立体。 - (a)GaN系半導体発光素子、及び、
(b)GaN系半導体発光素子からの出射光によって励起され、該出射光とは異なる波長の光を出射する色変換材料、
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1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)積層構造体、
が形成されており、
積層構造体は、活性層側から、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層とアンドープのGaN系化合物半導体層とが積層されて成る積層ユニットを、少なくとも1ユニット、備えていることを特徴とする発光装置。 - (a)GaN系半導体発光素子、及び、
(b)GaN系半導体発光素子からの出射光によって励起され、該出射光とは異なる波長の光を出射する色変換材料、
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1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層、
が形成されており、
第3GaN系化合物半導体層の第2GaN系化合物半導体層に近い側には、アンドープのGaN系化合物半導体層が、少なくとも1層、形成されていることを特徴とする発光装置。 - (A)n型の導電型を有する第1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)積層構造体、
が形成されており、
積層構造体は、活性層側から、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層とアンドープのGaN系化合物半導体層とが積層されて成る積層ユニットを、少なくとも1ユニット、備えており、
積層ユニットを構成するアンドープのGaN系化合物半導体層は、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を有し、
活性層は、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を備えているところのGaN系半導体発光素子の製造方法であって、
第1GaN系化合物半導体層、活性層、不純物拡散防止層、積層構造体、第2GaN系化合物半導体層を、順次、形成し、
活性層における、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を形成する際の温度よりも高い温度にて、積層ユニットを構成するアンドープのGaN系化合物半導体層における、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を形成することを特徴とするGaN系半導体発光素子の製造方法。 - (A)n型の導電型を有する第1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層、
が形成されており、
第3GaN系化合物半導体層の第2GaN系化合物半導体層に近い側には、アンドープのGaN系化合物半導体層が、少なくとも1層、形成されており、
第3GaN系化合物半導体層に形成されたアンドープのGaN系化合物半導体層は、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を有し、
活性層は、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を備えているところのGaN系半導体発光素子の製造方法であって、
第1GaN系化合物半導体層、活性層、不純物拡散防止層、積層構造体、第2GaN系化合物半導体層を、順次、形成し、
活性層における、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を形成する際の温度よりも高い温度にて、第3GaN系化合物半導体層に形成されたアンドープのGaN系化合物半導体層における、組成にインジウムを含むGaN系化合物半導体層を形成することを特徴とするGaN系半導体発光素子の製造方法。 - (A)n型の導電型を有する第1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)積層構造体、
が形成されており、
積層構造体は、活性層側から、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層とアンドープのGaN系化合物半導体層とが積層されて成る積層ユニットを、少なくとも1ユニット、備えているところのGaN系半導体発光素子の駆動方法であって、
活性層に、50アンペア/cm2以上の電流密度の電流を流すことを特徴とするGaN系半導体発光素子の駆動方法。 - (A)n型の導電型を有する第1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層、
が形成されており、
第3GaN系化合物半導体層の第2GaN系化合物半導体層に近い側には、アンドープのGaN系化合物半導体層が、少なくとも1層、形成されているところのGaN系半導体発光素子の駆動方法であって、
活性層に、50アンペア/cm2以上の電流密度の電流を流すことを特徴とするGaN系半導体発光素子の駆動方法。 - 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1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)積層構造体、
が形成されており、
積層構造体は、活性層側から、p型の導電型を有するGaN系化合物半導体層とアンドープのGaN系化合物半導体層とが積層されて成る積層ユニットを、少なくとも1ユニット、備えていることを特徴とする画像表示装置。 - 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1GaN系化合物半導体層、
(B)活性層、
(C)p型の導電型を有する第2GaN系化合物半導体層、
(D)第1GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、及び、
(E)第2GaN系化合物半導体層に電気的に接続された第2電極、
を備え、
活性層と第2GaN系化合物半導体層との間には、活性層側から、
(F)p型不純物が活性層へ拡散することを防止するためのアンドープのGaN系化合物半導体から成る不純物拡散防止層、及び、
(G)p型の導電型を有する第3GaN系化合物半導体層、
が形成されており、
第3GaN系化合物半導体層の第2GaN系化合物半導体層に近い側には、アンドープのGaN系化合物半導体層が、少なくとも1層、形成されていることを特徴とする画像表示装置。
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