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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Goshi Biwa
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    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Definitions

  • GaN-based semiconductor light emitting device GaN-based semiconductor light emitting device, light emitting device, image display device, planar light source device, and liquid crystal display device assembly
  • the present invention relates to a GaN-based semiconductor light-emitting device, and a light-emitting device, an image display device, a planar light source device, and a liquid crystal display device assembly incorporating the GaN-based semiconductor light-emitting device.
  • GaN-based semiconductor light-emitting device having an active layer that also has gallium nitride (GaN) -based compound semiconductor power
  • the band gap energy is controlled by the mixed crystal composition and thickness of the active layer.
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements that emit various colors are already on the market and are used in a wide range of applications such as image display devices, illumination devices, inspection devices, and disinfection light sources.
  • Semiconductor lasers and light emitting diodes (LEDs) that emit blue-violet light have also been developed, and are used as pickups for writing and reading large capacity optical disks.
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements are known to shift their emission wavelength to the short wavelength side when the drive current (operating current) increases.
  • the drive current is changed from 20 mA to 100 mA.
  • the calorific value is increased, a shift in emission wavelength of 3 nm in the blue emission region and 19 nm in the green emission region has been reported (eg NSPB500S NSPB500S (See NSPG500 S product specification of Nya-Asia Engineering Co., Ltd.).
  • the phenomenon of the shift of the emission wavelength and the phenomenon caused by the increase of the drive current (operating current) is particularly composed of a GaN-based compound semiconductor containing In atoms having an emission wavelength longer than that of visible light. This is a problem common to the active layer. Localization of carriers due to In atoms in the well layer constituting the active layer (for example, Y. Kawakami, et al "J. Phys. Condens. Matter 13 (2001) pp. 6993) and internal electric field effect due to lattice mismatch (see SF Chichibu, Materials Science and Engineering B59 (1999) pp.298). ing.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2002-237619 discloses light emission in which the emission wavelength changes by changing the current value.
  • a light emission color control method for a light emitting diode is disclosed in which a plurality of colors are emitted by supplying a pulse current having a plurality of peak current values to the diode.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2003-22052 discloses a drive circuit for a light emitting element that drives a plurality of light emitting elements that are driven simultaneously.
  • the driving circuit of the light emitting element includes a light emission wavelength correction unit that corrects a variation in light emission wavelength between the plurality of light emitting elements by controlling a current supplied to the light emitting element, and a luminance variation between the plurality of light emitting elements.
  • Light emission luminance correction means for correcting.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-237619
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-22052
  • Patent Document 3 Japanese Translation of Special Publication 2003-520453
  • Non-Patent Document 1 Nichia Engineering Co., Ltd. Product Specification NSPB500S
  • Non-Patent Document 2 Nichia Engineering Co., Ltd. Product Specification NSPG500S
  • Non-patent literature 3 Y. Kawakami, et al, J. Phys. Condens. Matter 13 (2001) pp. 6993
  • Non-patent literature 4 SF Chichibu, Materials Science and Engineering B59 (1999) pp.298
  • Non-patent literature 5 Nikkei Electronics December 20, 2004 No. 889, page 128 Disclosure of Invention
  • a GaN-based semiconductor light-emitting element having a blue emission wavelength
  • a GaN-based semiconductor light-emitting element having a green emission wavelength
  • an AlInGaP system having a red emission wavelength
  • the display image is rough due to the shift of the emission wavelength of each light-emitting diode.
  • the emission wavelength of the light-emitting element shifts and the emission wavelength is different from the desired emission wavelength. Totsu In such a case, there is a problem that the color reproduction range after adjustment becomes narrow.
  • a light emitting device comprising a GaN-based semiconductor light emitting element and a color conversion material (for example, a light emitting device that emits white light by combining ultraviolet or blue light emitting diodes and phosphor particles)
  • the luminance of the light emitting device When the drive current (operating current) of the GaN-based semiconductor light-emitting element is increased tl to increase (brightness), the color-converting material is excited. Efficiency may change, chromaticity may change, and it may be difficult to obtain a light-emitting device with uniform hue.
  • a liquid crystal display device having a backlight using a GaN-based semiconductor light emitting element has been proposed.
  • a liquid crystal display device in order to increase the brightness (brightness) of the knock light.
  • the color reproduction range becomes narrow or changes due to the shift of the emission wavelength in the GaN semiconductor light emitting device.
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements In order to reduce the cost and increase the density (high definition) of lighting devices, knocklights, displays, etc. using GaN-based semiconductor light-emitting elements, the size of the light-emitting elements is reduced to the conventional 300 m square. The force that needs to be further reduced from a size such as 1 mm or 1 mm, and the same operating current value results in a higher operating current density, and a shift in emission wavelength at a higher operating current density becomes a problem.
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements can be applied to display devices in which minute light-emitting elements are arranged. It is important to reduce the shift in the emission wavelength of such minute light-emitting elements in terms of application to display devices. It is.
  • the above-mentioned patent application publication only shows a calculation example in which the composition of the barrier layer is changed in stages, and does not specifically show asymmetry and its effect. Furthermore, the above-mentioned patent application publication or the above-mentioned document does not disclose any technology for suppressing a large shift in the emission wavelength even when the operating current density is increased.
  • an object of the present invention is to provide a GaN-based semiconductor having a structure capable of suppressing a large shift in emission wavelength accompanying an increase in operating current density, and also capable of performing a wider range of luminance control.
  • LIGHT-EMITTING ELEMENT AND LIGHT-EMITTING DEVICE INCLUDING GaN-BASED SEMICONDUCTOR LIGHT-EMITTING DEVICE, IMAGE DISPLAY DEVICE, SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE ASSEMBLY
  • a GaN-based semiconductor light-emitting device of the present invention is
  • an active layer having a multiple quantum well structure comprising a well layer and a barrier layer separating the well layer and the well layer;
  • a GaN-based semiconductor light emitting device comprising:
  • the well layer density on the active layer side of the first IGaN compound semiconductor layer is d, and the second GaN system is used.
  • the density of the well layer on the compound semiconductor layer side is d, so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer is arranged.
  • a light-emitting device of the present invention includes a GaN-based semiconductor light-emitting element, and light emitted from the GaN-based semiconductor light-emitting element is incident, and the light emitted from the GaN-based semiconductor light-emitting element has A light emitting device comprising a color conversion material that emits light having a wavelength different from the wavelength,
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements GaN-based semiconductor light-emitting elements
  • an active layer having a multiple quantum well structure comprising a well layer and a barrier layer separating the well layer and the well layer;
  • the well layer density on the active layer side of the first IGaN compound semiconductor layer is d, and the second GaN system is used.
  • the density of the well layer on the compound semiconductor layer side is d, so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer is arranged.
  • examples of the light emitted from the GaN-based semiconductor light emitting element include visible light, ultraviolet light, and a combination of visible light and ultraviolet light.
  • the emitted light of the GaN-based semiconductor light emitting element force is blue, and the emitted light of the color conversion material force is selected from the group consisting of yellow, green, and red. Further, it can be configured to be at least one kind of light.
  • (ME: Eu) S [where “ME” means at least one atom selected from the group force consisting of Ca, Sr and Ba, The same applies to the following.] (M: Sm) (Si, Al) (O, N) [where “M” is Li, Mg and Ca x 12 16
  • Group force means at least one selected atom, and the same applies to the following.] M E Si N: Eu, (Ca: Eu) SiN, (Ca: Eu) AlSiN. GaN-based
  • green light emitting phosphor particles As a color conversion material that is excited by blue light emitted from a semiconductor light emitting element and emits green, specifically, green light emitting phosphor particles, more specifically, (ME: Eu) Ga S, (ME: Eu) Ga S, (ME: Eu)
  • yellow light emitting phosphor particles more specifically, YAG (yttrium.aluminum). .Garnet) -based phosphor particles.
  • the color conversion material may be one kind or a mixture of two or more kinds. Furthermore, by using a mixture of two or more types of color conversion materials, it is possible to adopt a configuration in which emitted light of a color other than yellow, green, and red is emitted from the color conversion material mixture.
  • green phosphor particles for example, LaPO: Ce, Tb, BaMgAl 2 O: Eu, Mn, Zn SiO: Mn, MgAl 2 O 3 : Ce
  • Tb, Y SiO: Ce, Tb, MgAl 2 O: CE, Tb, Mn) and blue-emitting phosphor particles for example,
  • the emission wavelength shifts little with increasing operating current density, but by defining the well layer density, the light emission efficiency is improved and the threshold current is reduced. Can be expected.
  • red-emitting phosphor particles more specifically, YO: Eu, YVO: Eu, Y (P,
  • a color conversion material that emits green light that is excited by ultraviolet light that is emitted from a semiconductor light emitting device, specifically, green-emitting phosphor particles, and more specifically, LaPO
  • Tb BaMgAl 2 O: Eu, Mn, Zn SiO: Mn, MgAl 2 O: Ce, Tb, Y SiO: Ce, T
  • blue-emitting phosphor particles As a color conversion material that emits blue light that is excited by ultraviolet light that is emitted from an N-based semiconductor light-emitting element, specifically, blue-emitting phosphor particles, more specifically, BaMgAl
  • the color conversion material may be one kind or a mixture of two or more kinds.
  • a mixture of two or more color conversion materials it is possible to adopt a configuration in which emitted light of a color other than yellow, green, and red is emitted from the color conversion material mixture.
  • a structure emitting cyan light may be used, and a mixture of the above-mentioned green light emitting phosphor particles and blue light emitting phosphor particles may be used.
  • the color conversion material is not limited to fluorescent particles.
  • fluorescent particles For example, nanometer-sized CdSe / ZnS or nanometer-sized silicon and multicolor / high-efficiency light-emitting particles using the quantum effect are used. It is known that rare earth atoms added to semiconductor materials emit light sharply due to intra-shell transitions, and it is necessary to mention light emitting particles to which such a technique is applied.
  • the light emitted from the GaN-based semiconductor light-emitting element and the light emitted from the color conversion material can be mixed to emit white light.
  • the color conversion material for example, yellow; red and green; yellow and Red, green, yellow, and red
  • the present invention is not limited to this, and variable color illumination and display applications are also possible.
  • An image display device for achieving the above object is an image display device including a GaN-based semiconductor light-emitting element for displaying an image,
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element is a GaN-based semiconductor light-emitting element.
  • A an IGaN-based compound semiconductor layer having an n-type conductivity type
  • B an active layer having a multiple quantum well structure comprising a well layer and a barrier layer separating the well layer and the well layer
  • the well layer density on the active layer side of the first IGaN compound semiconductor layer is d, and the second GaN system is used.
  • the density of the well layer on the compound semiconductor layer side is d, so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer is arranged.
  • the image display device for example, an image display device having the configuration and structure described below can be cited.
  • the number of GaN-based semiconductor light-emitting elements constituting the image display device or the light-emitting element panel may be determined based on specifications required for the image display device. Further, based on the specifications required for the image display device, a configuration in which a light bulb is further provided can be adopted.
  • Each of the GaN-based semiconductor light-emitting elements emits light.
  • the light-emitting state of the GaN-based semiconductor light-emitting element is displayed directly.
  • Type image display device
  • a projection-type image display device of noble matrix type or active matrix type that displays the image by controlling the light emission Z non-light emission state of each GaN-based semiconductor light-emitting element and projecting it onto the screen.
  • a red light-emitting element panel in which semiconductor light-emitting elements emitting red light (for example, AlGalnP-based semiconductor light-emitting elements and GaN-based semiconductor light-emitting elements; the same applies hereinafter) are arranged in a two-dimensional matrix;
  • a green light emitting device panel in which GaN-based semiconductor light emitting devices emitting green light are arranged in a two-dimensional matrix, and
  • a color display image display device for controlling the light emission Z non-light emission state of each of a red light emitting semiconductor light emitting element, a green light emitting GaN semiconductor light emitting element, and a blue light emitting GaN semiconductor light emitting element.
  • Light passage control device that is a kind of light 'valve for controlling the passage of Z light that is emitted from GaN-based semiconductor light-emitting elements
  • LED digital micromirror devices
  • LCOS Liquid Crystal On Silicon
  • An image display device (direct view type or projection type) that displays an image by controlling the passage Z non-passage of the light emitted from the GaN-based semiconductor light emitting element by the light passage control device.
  • the number of GaN-based semiconductor light-emitting elements can be one or more as long as it is determined based on specifications required for the image display device.
  • means (light guiding member) for guiding the emitted light emitted from the GaN-based semiconductor light emitting element to the light passage control device a light guiding member, a microlens array, a mirror or a reflecting plate, a condensing lens Can be illustrated.
  • An image display device (direct view type or projection type) that displays an image by controlling the passage Z non-passage of the light emitted from the GaN-based semiconductor light emitting element by the light passage control device.
  • a red light emitting element panel in which semiconductor light emitting elements emitting red light are arranged in a two-dimensional matrix, and a red light for controlling the passage of Z light passing through the light emitted from the red light emitting element panel.
  • Passage control device (light 'bulb'),
  • Green light-emitting element panel in which GaN-based semiconductor light-emitting elements emitting green light are arranged in a two-dimensional matrix, and the passage of emitted light emitted from the green light-emitting element panel for controlling Z non-passage Green light passage control device (light bulb),
  • a blue light emitting element panel in which GaN-based semiconductor light emitting elements emitting blue light are arranged in a two-dimensional matrix, and a blue light for controlling the passage of Z light that is emitted from the blue light emitting element panel.
  • Light passage control device (light 'bulb'),
  • ( ⁇ ) means for collecting light that has passed through the red light passage control device, the green light passage control device, and the blue light passage control device into one optical path;
  • a color display image display device (direct view type or projection type) that displays an image by controlling the passage of light emitted from these light emitting element panels by the light passage control device.
  • a field sequential color display image display device (direct view type or projection type) that displays an image by controlling whether light emitted from these light emitting elements is passed or not through a light passage control device.
  • a field sequential color display image display device (direct view type or projection type) that displays images by controlling the passage of light emitted from these light emitting element panels by the light passage control device.
  • Type direct view type or projection type
  • the image display apparatus for achieving the above object includes a first light emitting element that emits blue light, a second light emitting element that emits green light, and a first light emitting element that emits red light.
  • An image display device in which light-emitting element units configured to display color images, which are composed of three light-emitting elements, are arranged in a two-dimensional matrix,
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element constituting at least one of the first light-emitting element, the second light-emitting element, and the third light-emitting element is: (A) an IGaN-based compound semiconductor layer having an n-type conductivity type,
  • an active layer having a multiple quantum well structure comprising a well layer and a barrier layer separating the well layer and the well layer;
  • the well layer density on the active layer side of the first IGaN compound semiconductor layer is d, and the second GaN system is used.
  • the density of the well layer on the compound semiconductor layer side is d, so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer is arranged.
  • an image display apparatus having the configuration and structure described below can be cited.
  • the number of light emitting element units may be determined based on specifications required for the image display device. Further, based on the specifications required for the image display device, a configuration in which a light bulb is further provided can be adopted.
  • Each of the first light emitting element, the second light emitting element, and the third light emitting element controls the non-light emitting Z state and displays an image by projecting it onto the screen, a noisy matrix type or active matrix type projection.
  • Type color display image display device.
  • a light passage control device for controlling the passage of light Z emitted from the light emitting element units arranged in a two-dimensional matrix, and the first light emitting element and the first light emitting element in the light emitting element unit.
  • the light-emitting Z and non-light-emitting states of the two light-emitting elements and the third light-emitting element are controlled in a time-sharing manner, and the light emitted from the first light-emitting element, the second light-emitting element, and the third light-emitting element by the light passage control device Passing Z Non-passing control displays the image by a field sequential color display image display device (direct view type ⁇ ⁇ Is a projection type).
  • a planar light source device of the present invention for achieving the above object is a planar light source device that irradiates a transmissive or transflective liquid crystal display device with back force,
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element as the light source provided in the planar light source device is
  • an active layer having a multiple quantum well structure comprising a well layer and a barrier layer separating the well layer and the well layer;
  • the well layer density on the active layer side of the first IGaN compound semiconductor layer is d, and the second GaN system is used.
  • the density of the well layer on the compound semiconductor layer side is d, so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer is arranged.
  • the liquid crystal display device assembly of the present invention for achieving the above object is a transmissive type! / ⁇ is a transflective liquid crystal display device, and a planar light source for irradiating the liquid crystal display device from the back side
  • a liquid crystal display device assembly including a device,
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element as the light source provided in the planar light source device is
  • an active layer having a multiple quantum well structure comprising a well layer and a barrier layer separating the well layer and the well layer;
  • the well layer density on the active layer side of the first IGaN compound semiconductor layer is d, and the second GaN system is used.
  • the density of the well layer on the compound semiconductor layer side is d, so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer is arranged.
  • the light source is a first light emitting element that emits blue light, and emits green light.
  • the present invention is not limited to this.
  • the light source in the planar light source device can also be configured as one or a plurality of light emitting device powers of the present invention.
  • each of the first light emitting element, the second light emitting element, and the third light emitting element may be one or plural.
  • the light source is the first light emitting element, the second light emitting element, and the third light source.
  • the light emitting element at least one (one type) of the first light emitting element, the second light emitting element, and the third light emitting element is constituted by a GaN-based semiconductor light emitting element.
  • any one of the first light-emitting element, the second light-emitting element, and the third light-emitting element has a GaN-based semiconductor light-emitting element power, and the remaining two types of light-emitting elements have other structures.
  • any one of the first light-emitting element, the second light-emitting element, and the third light-emitting element is composed of a GaN-based semiconductor light-emitting element
  • the remaining one type of light emitting element may be composed of semiconductor light emitting elements having other configurations, or all light emitting elements of the first light emitting element, the second light emitting element, and the third light emitting element. You may be comprised.
  • An example of a semiconductor light emitting device having another configuration is an AlGalnP semiconductor light emitting device that emits red light.
  • planar light source device of the present invention or the planar light source device in the liquid crystal display device assembly of the present invention has two types of planar light source devices (backlights), that is, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-1871 20 N directly-type planar light source device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-277870, and edge light type (also called side light type) planar light source device disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-131552 It can be.
  • edge light type also called side light type planar light source device disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-131552 It can be.
  • the number of GaN-based semiconductor light-emitting elements is essentially arbitrary, and may be determined based on specifications required for the planar light source device.
  • the first light emitting element, the second light emitting element, and the third light emitting element are arranged facing the liquid crystal display device, and the liquid crystal display device and the first light emitting device are arranged.
  • a diffusion plate, a diffusion sheet, a prism sheet, a polarization conversion sheet, an optical function sheet group, and a reflection sheet are arranged between the 1 light-emitting element, the second light-emitting element, and the third light-emitting element.
  • a semiconductor light emitting element that emits red light for example, wavelength 640nm
  • a GaN-based semiconductor that emits green light for example, wavelength 530nm
  • a body light emitting device and a GaN-based semiconductor light emitting device that emits blue light may be arranged and arranged in a housing, but is not limited thereto.
  • a light emitting element array including a red light emitting semiconductor light emitting element, a green light emitting GaN semiconductor light emitting element, and a blue light emitting GaN semiconductor light emitting element is defined as a horizontal screen of the liquid crystal display device.
  • a plurality of the light emitting element array can be formed in a row in the direction, and a plurality of the light emitting element arrays can be arranged in the vertical direction of the screen of the liquid crystal display device.
  • a light emitting element array (one red light emitting semiconductor light emitting element, one green light emitting GaN semiconductor light emitting element, one blue light emitting GaN semiconductor light emitting element), (one red light emitting semiconductor light emitting element) , 2 green light emitting GaN-based semiconductor light emitting devices, 1 blue light emitting GaN based semiconductor light emitting device), (2 red light emitting semiconductor light emitting devices, 2 green light emitting GaN based semiconductor light emitting devices, 1 blue light emitting device)
  • a plurality of combinations such as a GaN-based semiconductor light emitting device) can be given.
  • a light emitting element that emits a fourth color other than red, green, and blue may be further provided.
  • the GaN-based semiconductor light emitting element may be provided with, for example, a light extraction lens as described on page 128 of Nikkei Electronics, No. 889, December 20, 2004.
  • a light guide plate is disposed opposite to the liquid crystal display device, and a GaN-based semiconductor light emitting element is disposed on a side surface (first side surface described below) of the light guide plate.
  • the light guide plate includes a first surface (bottom surface), a second surface (top surface) facing the first surface, a first side surface, a second side surface, a third side surface facing the first side surface, and a second side surface. It has an opposing fourth side.
  • a wedge-shaped truncated quadrangular pyramid shape can be cited as a whole.
  • two opposing side surfaces of the truncated quadrangular pyramid correspond to the first surface and the second surface.
  • the bottom of the truncated quadrangular pyramid corresponds to the first side.
  • the surface portion of the first surface (bottom surface) is provided with a convex portion and Z or a concave portion.
  • Light is incident from the first side surface of the light guide plate, and light is emitted from the second surface (top surface) toward the liquid crystal display device.
  • the second surface of the light guide plate may be smooth (that is, may be a mirror surface), or a blast texture with a diffusion effect may be used. It may be provided (that is, it can be a fine uneven surface).
  • the first surface (bottom surface) of the light guide plate is provided with a convex portion and Z or a concave portion. That is, it is desirable that the first surface of the light guide plate is provided with a convex portion, or a concave portion, or an uneven portion. When the uneven portion is provided, the recessed portion and the protruding portion may be continuous or discontinuous.
  • the convex portion and the Z or concave portion provided on the first surface of the light guide plate are configured as a continuous convex portion and Z or concave portion extending along a direction forming a predetermined angle with the light incident direction to the light guide plate. be able to.
  • a triangle is formed as a continuous convex or concave cross-sectional shape when the light guide plate is cut in a virtual plane perpendicular to the first surface in the light incident direction to the light guide plate;
  • Any smooth curve can be exemplified, including any square including square, rectangle, trapezoid; any polygon; circle, ellipse, parabola, hyperbola, force tenery, and the like.
  • the direction forming a predetermined angle with the light incident direction on the light guide plate means a direction of 60 degrees to 120 degrees when the light incident direction on the light guide plate is 0 degrees. The same applies to the following.
  • the convex portions and Z or concave portions provided on the first surface of the light guide plate are discontinuous convex portions and Z or concave portions extending along a direction that forms a predetermined angle with the light incident direction to the light guide plate.
  • a discontinuous convex shape or concave shape a pyramid, a cone, a cylinder, a polygonal column including a triangular column or a quadrangular column, a part of a sphere, a part of a spheroid, a rotation
  • Various smooth curved surfaces such as a part of a parabola and a part of a rotating hyperbola can be illustrated.
  • a convex portion or a concave portion may not be formed on the peripheral portion of the first surface. Furthermore, the light emitted from the light source cover and incident on the light guide plate collides with a convex portion or a concave portion formed on the first surface of the light guide plate and is scattered, but is provided on the first surface of the light guide plate.
  • the height, depth, pitch, and shape of the convex or concave portions may be constant or may be changed as the distance from the light source is increased. In the latter case, for example, the pitch of the convex part or the concave part may be increased with increasing light source power.
  • the pitch of the convex portion or the pitch of the concave portion means the pitch of the convex portion or the pitch of the concave portion along the light incident direction to the light guide plate.
  • a planar light source device including a light guide plate
  • a liquid crystal display device is arranged facing the second surface of the light guide plate .
  • Light source power The emitted light enters the light guide plate from the first side surface of the light guide plate (for example, the surface corresponding to the bottom surface of the truncated quadrangular pyramid), collides with the convex portion or concave portion of the first surface, and is scattered.
  • the first surface force is emitted, reflected by the reflecting member, incident on the first surface again, emitted from the second surface, and illuminates the liquid crystal display device.
  • a diffusion sheet or a prism sheet may be disposed between the liquid crystal display device and the second surface of the light guide plate.
  • the light source power may be guided directly to the light guide plate or indirectly to the light guide plate. In the latter case, for example, an optical fiber may be used.
  • the light guide plate is made of a material strength light guide plate that does not absorb much light emitted from the light source.
  • a material constituting the light guide plate for example, glass, plastic material (for example, PMMA, polycarbonate resin, acrylic resin, amorphous polypropylene resin, styrene containing AS resin) Can be mentioned.
  • a transmissive color liquid crystal display device includes, for example, a front panel having a transparent first electrode, a rear panel having a transparent second electrode, and a front panel and a rear panel. Liquid crystal material arranged in
  • the front panel is, for example, a first substrate made of, for example, a glass substrate or a silicon substrate, and a transparent first electrode (also called a common electrode) provided on the inner surface of the first substrate.
  • a transparent first electrode also called a common electrode
  • the front panel has a color filter coated with an overcoat layer made of acrylic resin, epoxy resin on the inner surface of the first substrate, and a transparent first electrode on the overcoat layer. It has a formed configuration.
  • An alignment film is formed on the transparent first electrode. Examples of the color filter arrangement pattern include a delta arrangement, a stripe arrangement, a diagonal arrangement, and a rectangular arrangement.
  • the rear panel more specifically includes, for example, a glass substrate or a second substrate that also has a silicon substrate force, a switching element formed on the inner surface of the second substrate, and a conduction Z by the switching element.
  • a transparent second electrode also called a pixel electrode, which is made of, for example, ITO
  • An alignment film is formed on the entire surface including the transparent second electrode.
  • Various members constituting these transmissive color liquid crystal display devices can be composed of well-known members and materials. wear.
  • switching elements include three-terminal elements such as MOS FETs and thin film transistors (TFTs) formed on a single crystal silicon semiconductor substrate, and two-terminal elements such as MIM elements, varistor elements, and diodes.
  • the emission wavelength of the active layer when the operating current density is 30 AZcm 2 (nm)
  • the active layer emission wavelength when the operating current density is lAZcm 2 is ⁇ (nm) and the operating current density is 30 AZcm 2.
  • the emission wavelength of the active layer when the operating current density is 300 AZcm 2 (n)
  • the emission wavelength of the active layer is ⁇ (nm) and the operating current density is 300 AZcm 2 .
  • the active layer emission wavelength when the operating current density is lAZcm 2 is ⁇ (nm) and the operating current density is 30 AZcm 2.
  • the emission wavelength of the active layer when the operating current density is 300 AZcm 2 (n)
  • a light emitting wavelength of a semiconductor light emitting element is also changed by heat generation or temperature change during characteristic measurement. Therefore, in the present invention, characteristics at approximately room temperature (25 ° C.) are targeted. If the GaN-based semiconductor light-emitting element itself generates little heat, there is no problem with driving with direct current, but if the heat generation is large, the temperature of the GaN-based semiconductor light-emitting element itself (junction region) It is necessary to adopt a measurement method that does not change significantly from room temperature!
  • the wavelength of the power peak in the spectrum is targeted.
  • the operating current density of the GaN-based semiconductor light-emitting element is a value obtained by dividing the operating current value by the active layer area (bonding region area).
  • the operating current density (unit: ampere / cm 2 ) obtained by dividing such a driving current value, which is not the driving current value itself, by the active layer area (junction area). It expresses with.
  • the thickness of the well layer is made constant, and the thickness of the barrier layer is varied (specifically, on the second GaN compound semiconductor layer side in the active layer).
  • the thickness of the barrier layer is preferably configured to be thinner than the thickness of the barrier layer on the IGaN-based compound semiconductor layer side, but the thickness of the barrier layer is not limited to this, Different well layer thicknesses (specifically, the second GaN compound semiconductor in the active layer)
  • the thickness of the well layer on the layer side may be made thicker than the thickness of the well layer on the IGaN compound semiconductor layer side, or both the thickness of the well layer and the thickness of the barrier layer may be different. It may be configured.
  • the well layer density d and the well layer density d are defined as follows. Immediately
  • the active layer of total thickness t is divided into two in the thickness direction, the first IGaN compound semiconductor layer
  • the thickness of the active layer first region AR which is the active layer region on the side, t, and the second GaN compound semiconductor
  • the number of well layers included in the active region first region AR is WL (a positive number, limited to an integer).
  • WL positive number, integer
  • the active layer If there is one well layer (thickness t) straddling 1 2 1 and the active layer second region AR, the active layer
  • the number of well layers included only in one area AR is included in WL and the second area AR in the active layer only.
  • the number of well layers to be wrapped is WL 'and straddles the active layer first region AR and the active layer second region AR.
  • the thickness included in the active layer first region AR in the well layer is the thickness t, and the active layer second region AR
  • the well layer density d and the well layer density d are obtained from the following formulas (11) and (12).
  • the total thickness of the active layer is t, and the IGaN system is formed in the active layer.
  • the total thickness of the active layer is t
  • the density of the well layer in 0 1 is d, the activity from the interface on the second GaN compound semiconductor layer side to the thickness (t Z2)
  • the well layer may be arranged, or the total active layer thickness is t, and the active layer has an active force up to the IGaN-based compound semiconductor layer side interface force thickness (t Z3).
  • the well layer in the active layer can be arranged as follows.
  • the well layer in the active layer is disposed.
  • such an arrangement can be realized by making the thickness of the barrier layer non-uniform.
  • the thickness of the barrier layer in the active layer is set to the side force of the IGaN-based compound semiconductor layer. It can be realized by changing it toward the second GaN compound semiconductor layer side (for example, by changing it in multiple steps, or changing it in three steps or more). More specifically, for example, a structure in which the thickness of the barrier layer in the active layer is decreased stepwise toward the second GaN compound semiconductor layer side, for example, may be adopted.
  • the thickness of the barrier layer located closest to the second GaN-based compound semiconductor layer is 20 nm or less.
  • the barrier layer located closest to the IGaN-based compound semiconductor layer side It is preferable to change the thickness of the barrier layer in the active layer, for example, stepwise so that the thickness is at least twice the thickness of the barrier layer located closest to the second GaN compound semiconductor layer. Yes.
  • the active layer contains indium atoms, more specifically, Al Ga In N (however,
  • Examples of the first IGaN compound semiconductor layer and the second GaN compound semiconductor layer include a GaN layer, an AlGaN layer, an InGaN layer, and an AlInGaN layer. Furthermore, these compound semiconductor layers may contain boron (B) atoms, thallium (T1) atoms, arsenic (As) atoms, phosphorus (P) atoms, and antimony (Sb) atoms.
  • the number of well layers (WL) in the active layer is preferably 2 or more, and preferably 4 or more.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device includes:
  • an undoped Ga N-based compound semiconductor layer is formed between the active layer and the superlattice structure layer, and the thickness of the undoped GaN-based compound semiconductor layer is 10 It is preferable that it is Onm or less.
  • the total thickness of the superlattice structure layer is preferably 5 nm or more.
  • the superlattice structure period in the superlattice structure layer is preferably 2 atomic layers or more and 20 nm or less.
  • the concentration of the p-type dopant contained in the superlattice structure layer is preferably 1 ⁇ 10 18 / cm 3 to 4 ⁇ 10 2 ° / cm 3 .
  • the thickness of the underlayer is 20 nm or more.
  • a semiconductor layer is formed, and the thickness of the undoped GaN-based compound semiconductor layer is preferably 50 nm or less.
  • the underlayer and the active layer contain In, the In composition ratio in the underlayer is 0.005 or more, and can be configured to be lower than the In composition ratio in the active layer.
  • the underlayer can be configured to contain an n-type dopant of 1 ⁇ 10 16 Zcm 3 to 1 ⁇ 10 21 / cm 3 .
  • the GaN-based compound semiconductor layer constituting the active layer is composed of an undoped GaN-based compound semiconductor.
  • the n-type impurity concentration of the GaN-based compound semiconductor layer constituting the active layer is 2 X 10 It is preferably less than 17 Zcm 3 .
  • the short side of the active layer including the various preferences, forms, and configurations described above, the short side of the active layer
  • a certain ridge has a short diameter (when the planar shape of the active layer is circular or elliptical) and the length is 0.1 mm or less, preferably 0.03 mm or less. Doing power S.
  • the planar shape of the active layer has a shape that cannot be defined by a short side or a short diameter, such as a polygon, the diameter of the circle when assuming a circle having the same area as the area of the active layer is “short”. It is defined as “diameter”.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device of the present invention has a remarkable effect of reducing the shift of the emission wavelength particularly in a GaN-based semiconductor light-emitting device having a smaller size that can reduce the shift of the emission wavelength particularly at a high operating current density. Therefore, by applying the present invention to a GaN-based semiconductor light-emitting device having a size smaller than that of a conventional GaN-based semiconductor light-emitting device, a low-cost, high-density (high-definition) GaN-based semiconductor light-emitting device and its use V, An image display device can be realized.
  • a 32-inch high-definition television receiver (1920 X 1080 X RGB), which is a general television receiver, is realized by arranging such GaN-based semiconductor light-emitting elements in a matrix, sub-pixels are used.
  • the size of one pixel (pixel) that is a combination of a red light emitting element, green light emitting element, and blue light emitting element corresponding to is approximately 360 m square, and each subpixel has a long side of 300 ⁇ m and a short side of 100 ⁇ m.
  • the size of 1 inch or less is desired in terms of optical design and cost. Even if a dichroic prism is used to make a three-plate system, a general DVD solution In order to achieve an image size of 720 x 480 with a diagonal size of 1 inch, the size of the GaN-based semiconductor light-emitting element must be 30 m or less.
  • the short side (minor axis) to 0.1 mm or less, more preferably 0.03 mm or less, the emission wavelength shift in such a dimensional region is reduced. It can be significantly reduced compared with the semiconductor light emitting devices, and the practical application range is widened, making it extremely useful.
  • GaN-based compound semiconductor layers such as an IGaN-based compound semiconductor layer, an active layer, and a second GaN-based compound semiconductor layer are formed.
  • the method include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), MBE, and hydride vapor deposition in which halogen contributes to transport or reaction.
  • Examples of the organic gallium source gas in the MOCVD method include trimethyl gallium (TMG) gas and trityl gallium (TEG) gas, and examples of the nitrogen source gas include ammonia gas and hydrazine gas.
  • TMG trimethyl gallium
  • TMG trityl gallium
  • nitrogen source gas include ammonia gas and hydrazine gas.
  • silicon (Si) may be added as an n-type impurity (n-type dopant), or p-type conductivity type.
  • In forming the second GaN-based compound semiconductor layer having, for example, magnesium (Mg) may be added as a p-type impurity (p-type dopant).
  • trimethylaluminum (TMA) gas may be used as the A1 source, and trimethylindium (TMI) as the In source.
  • TMA trimethylaluminum
  • TMI trimethylindium
  • SiH gas monosilane gas
  • SiH gas may be used as the Si source
  • cyclopentadiene as the Mg source.
  • -Rumagnesium gas may be methylcyclopentagel magnesium or biscyclopentagel magnesium (Cp Mg).
  • n-type impurity n-type dopant
  • p-type impurities include Zn, Cd, Be, Ca, Ba, and O in addition to Mg. be able to.
  • the p-type electrode connected to the second GaN compound semiconductor layer having the p-type conductivity is palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni), A1 (aluminum), Ti (titanium).
  • it has a single layer structure or a multilayer structure containing at least one metal selected from the group consisting of gold (Au) and silver (Ag), or ITO (Indium Tin Oxide Transparent) Conductive materials can be used, but silver that can reflect light with high efficiency
  • the n-type electrode connected to the I-type compound semiconductor layer having the n-type conductivity is gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), A1 (aluminum), Ti ( Titanium), Tungsten (W), Cu (Copper), Zn (Zinc), Tin (Sn) and Indium (In) Forces Group force Containing at least one selected metal, having a single layer structure or multilayer structure
  • TiZAu and Ti / AU Ti / PtZAu can be exemplified.
  • the n-type electrode and the p-type electrode can be formed by a PVD method such as a vacuum deposition method or a sputtering method.
  • a pad electrode may be provided on the n-type electrode or the p-type electrode in order to be electrically connected to an external electrode or circuit.
  • the pad electrode is composed of at least one metal selected from the group consisting of Ti (titanium), aluminum (Al), Pt (platinum), Au (gold), and Ni (nickel). It is desirable to have a configuration.
  • the node electrode may have a multilayer configuration exemplified by a multilayer configuration of Ti / Pt / Au and a multilayer configuration of TiZAu.
  • the assembly of the GaN-based semiconductor light-emitting device may have a face-up structure or a flip-chip structure. You may do it.
  • the light emission amount (luminance) of the GaN-based semiconductor light-emitting element can be controlled by controlling the pulse width of the drive current, or by controlling the pulse density of the drive current. Alternatively, it can be performed at the peak current value of the driving current as well as the combination of these. This is because the influence of the change in the peak current value of the drive current on the emission wavelength of the GaN-based semiconductor light emitting element is small.
  • the peak current value of the drive current when obtaining a certain emission wavelength ⁇ is I
  • the pulse width of the drive current is ⁇
  • T is one operating cycle of the operation of a GaN-based semiconductor light-emitting device in a conductor light-emitting device or a light-emitting device, image display device, planar light source device, or liquid crystal display assembly incorporating such a GaN-based semiconductor light-emitting device ,
  • GaN-based semiconductor light-emitting device By controlling (adjusting) 0, the amount of light emitted from the GaN-based semiconductor light-emitting device (luminance) is controlled.
  • the pulse width P of the drive current Pulse width control of the drive current
  • the amount of light emitted from the N-based semiconductor light emitting device (brightness, brightness) can be controlled, and Z or
  • GaN-based semiconductor light-emitting device has a pulse width P during one operating cycle T
  • control of the light emission amount of the GaN-based semiconductor light-emitting element described above is, for example,
  • Pulse drive current supply means for supplying a pulse drive current to a GaN-based semiconductor light emitting device
  • Pulse drive current setting means for setting the pulse width and pulse density of the drive current
  • the driving circuit for the GaN-based semiconductor light-emitting element can be applied not only to the GaN-based semiconductor light-emitting element of the present invention, which is characterized by the well layer density, but also to a conventional GaN-based semiconductor light-emitting element. You can also.
  • GaN-based semiconductor light-emitting device of the present invention include a light-emitting diode (LED) and a semiconductor laser (LD).
  • LED light-emitting diode
  • LD semiconductor laser
  • the laminated structure of the GaN-based compound semiconductor layer has a light emitting diode structure or a laser structure, there are no particular restrictions on the structure and configuration.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device of the present invention automobiles, trains, and ships that can be used only by the above-described light-emitting device, image display device, planar light source device, and liquid crystal display device assembly including a color liquid crystal display device assembly
  • Lamps and lights in transportation means such as airplanes (for example, headlights, taillights, high-mount stoplights, small lights, turn signal lamps, fog lights, room lights, instrument panel lights, light sources built into various buttons , Destination indicators, emergency lights, emergency exit lights, etc.), various types of lights and lights in buildings (outdoor lights, interior lights, lighting equipment, emergency lights, emergency exit lights, etc.), street lights, traffic lights, signs, machinery
  • Various lighting fixtures in equipment, lighting fixtures in tunnels and underground passages, lighting units, special lighting in various inspection devices such as biological microscopes, and light Killing Examples include sterilization devices, deodorization and sterilization devices combined with photocatalysts, exposure devices in photography and semiconductor lithography, and devices
  • d ⁇ d when the well layer density on the side of the first GaN compound semiconductor layer in the active layer is d and the well layer density on the side of the second GaN compound semiconductor layer is d, d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer in the active layer is arranged, and it is possible to suppress a large shift in the emission wavelength accompanying an increase in the operating current density while improving the luminous efficiency.
  • the well layer contributing to light emission gradually shifts to the well layer on the second GaN-based compound semiconductor layer side. I was divided. The reason is the difference in the mobility of electrons and holes. In GaN-based compound semiconductors, the hole mobility is small, so that the holes do not reach the well layer near the second GaN-based compound semiconductor layer, and the light emitted from the recombination of holes and electrons is the second GaN-based compound semiconductor.
  • the transmittance of carriers in the hetero-barrier consisting of a well layer and a barrier layer
  • the factors causing the shift of the emission wavelength to the shorter wavelength side with the increase in operating current density in GaN-based semiconductor light-emitting devices are “local-level band filling” and “piezo electric field” accompanying the increase in carrier concentration in the well layer.
  • the carrier concentration per well layer is reduced by uniformly allocating holes. It is considered that the shift of the emission wavelength to the short wavelength side can be reduced.
  • the drive current (operating current) of the GaN-based semiconductor light-emitting element is increased tl to increase the light output of the GaN-based semiconductor light-emitting element, light emission caused by the increase in the drive current (operating current) It is possible to prevent problems such as wavelength shift.
  • the operating current density is set to 30 AZcm 2 , 50AZcm 2 or lOOAZcm 2 or more, a much larger effect (increased brightness and shift of emission wavelength to shorter wavelength side) Reduction).
  • a liquid crystal display device assembly including an image display device, a planar light source device, and a color liquid crystal display device assembly.
  • the drive By driving the GaN-based semiconductor light-emitting element with a high peak current value of the current (operating current), the light output is increased, so that the shift of the emission wavelength is reduced, that is, the driving current (operating current) changes.
  • the luminance can be increased while the emission wavelength does not fluctuate as much as the left.
  • the brightness can be controlled based on the peak current value control of the drive current (operating current) in addition to the control of the pulse width and Z or pulse density of the drive current.
  • brightness control of the entire device is performed by controlling the peak current value of the drive current (operating current)
  • fine brightness control is performed by controlling the pulse width and Z or pulse density of the drive current.
  • brightness control of the entire device is performed by controlling the pulse width and Z or pulse density of the drive current
  • fine brightness control is performed for the peak current of the drive current (operating current). It may be performed by value control.
  • the light-emitting device since the shift of the emission wavelength of the GaN-based semiconductor light-emitting element is small, stable chromaticity can be realized regardless of the current value. It is particularly useful for white light sources that combine blue and near-ultraviolet GaN-based semiconductor light-emitting elements and color conversion materials.
  • FIG. 1 is a diagram conceptually showing a layer structure in a GaN-based semiconductor light-emitting element of Example 1.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a GaN-based semiconductor light-emitting element of Example 1.
  • Fig. 3 shows the operating current density and light of the GaN-based semiconductor light emitting devices of Example 1 and Comparative Example 1. It is a graph which shows the result of having measured the relationship with an output.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the operating current density and the emission peak wavelength of the GaN-based semiconductor light emitting devices of Example 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state in which a drive current is supplied to the GaN-based semiconductor light-emitting element for evaluation of the GaN-based semiconductor light-emitting element.
  • FIG. 6A is a schematic view of the GaN-based semiconductor light-emitting element of Example 1 as viewed from above.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view (along with hatched lines) taken along the arrow BB in FIG. 6A.
  • FIG. 7 is a schematic view of two GaN-based semiconductor light-emitting elements connected in series, looking at the top.
  • FIG. 8 is a graph showing a band diagram and Fermi level near the active layer in Example 1.
  • FIG. 9 is a graph showing a band diagram and Fermi level near the active layer in Comparative Example 1.
  • FIG. 10 is a graph showing the results of calculating the hole concentration in Example 1.
  • FIG. 11 is a graph showing the results of calculating the hole concentration in Comparative Example 1.
  • FIG. 12 is a graph showing the results of calculating the hole concentration when the n-type impurity concentration of the active layer was changed in the structure of Example 1.
  • FIG. 13 is a graph showing the calculation results of hole concentration in Example 1.
  • FIG. 14 is a graph showing the hole concentration calculation results of Modification A of Example 1
  • FIG. 15A is a graph showing the band diagram and Fermi level in the vicinity of the active layer in Modification B of Example 1.
  • FIG. 15B is a graph showing the calculation results of the hole concentration in Modification B of Example 1.
  • FIG. 16A is a graph showing the band diagram and Fermi level in the vicinity of the active layer in Modification C of Example 1.
  • FIG. 16B is a graph showing the calculation results of the hole concentration in the modified example of Example 1-C. It is rough.
  • FIG. 17A is a graph showing a band diagram and Fermi level in the vicinity of the active layer in Comparative Example 1-A.
  • FIG. 17B is a graph showing the hole concentration calculation results in Comparative Example 1-A.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the operating current density and the emission peak wavelength of the GaN-based semiconductor light-emitting elements of Example 3 and Comparative Example 3.
  • FIG. 19A is a schematic view of the GaN-based semiconductor light-emitting element of Example 4 as viewed from above.
  • FIG. 19B is a schematic cross-sectional view (along with hatched lines) taken along arrows BB in FIG. 19A.
  • FIG. 20A is a graph showing the relationship between the operating current density and the peak wavelength shift amount in the GaN-based semiconductor light-emitting devices of Example 4A and Comparative Example 4A.
  • FIG. 20B is a graph showing the relationship between the operating current density and the peak wavelength shift amount in the GaN-based semiconductor light-emitting devices of Example 4B and Comparative Example 4B.
  • FIG. 21A is a circuit diagram of a passive matrix type direct-view image display apparatus (an image display apparatus according to the first embodiment) in Example 6.
  • FIG. 21B is a schematic cross-sectional view of a light-emitting element panel in which GaN-based semiconductor light-emitting elements are arranged in a two-dimensional matrix.
  • FIG. 22 is a circuit diagram of an active matrix type direct-view image display apparatus (an image display apparatus according to the mode 1A) in Example 6.
  • FIG. 23 is a conceptual diagram of a process-type image display device (image display device according to the mode 1B) including a light-emitting element panel in which GaN-based semiconductor light-emitting elements are arranged in a two-dimensional matrix. is there.
  • FIG. 24 is a conceptual diagram of a process-type color display image display device (image display device according to the mode 1C) including a red light-emitting element panel, a green light-emitting element panel, and a blue light-emitting element panel. It is.
  • FIG. 25 is a diagram showing a GaN-based semiconductor light emitting device and a program including a light passage control device.
  • 1 is a conceptual diagram of a chilled image display device (an image display device according to a 1D mode).
  • FIG. 26 is a conceptual diagram of a color-type display-type image display device (image display device according to Embodiment 1D) including three sets of GaN-based semiconductor light-emitting elements and light passage control devices. .
  • FIG. 27 is a conceptual diagram of a process-type image display device (image display device according to the 1E mode) including a light emitting element panel and a light passage control device.
  • FIG. 28 is a conceptual diagram of a color display process type image display device (image display device according to the first F aspect) provided with three sets of a GaN-based semiconductor light emitting element and a light passage control device.
  • FIG. 29 is a conceptual diagram of a color display process type image display device (image display device according to the 1G mode) including three sets of GaN-based semiconductor light-emitting elements and a light passage control device.
  • FIG. 29 is a conceptual diagram of a color display process type image display device (image display device according to the 1G mode) including three sets of GaN-based semiconductor light-emitting elements and a light passage control device.
  • FIG. 30 is a conceptual diagram of a color display process type image display device (image display device according to the 1H mode) including three sets of light emitting element panels and a light passage control device.
  • FIG. 31 is a circuit diagram of an active matrix type direct-view color display image display device (an image display device according to a 2A mode) in the seventh embodiment.
  • FIG. 32A is a diagram schematically showing the arrangement and arrangement of light emitting elements in the planar light source device of Example 8.
  • FIG. 32B is a schematic partial cross-sectional view of the planar light source device and the color liquid crystal display device assembly.
  • FIG. 33 is a schematic partial sectional view of a color liquid crystal display device.
  • FIG. 34 is a conceptual diagram of a color liquid crystal display device assembly of Example 9.
  • FIG. 35 is a schematic cross-sectional view of a GaN-based semiconductor light-emitting element having a flip-chip structure and LED power.
  • FIG. 36 is a graph plotting the ratio of the blue emission peak component to the total in the GaN-based semiconductor light-emitting elements of Reference Sample 1 to Reference Sample 5.
  • 2GaN-based compound semiconductor layer 18 ⁇ 'Mg-doped Ga N layer, 19 ⁇ ⁇ ⁇ -type electrode, 19 ⁇ ⁇ ⁇ -type electrode, 21 ⁇ Submount, 22 ⁇ "Plastic lens, 23 ⁇ ⁇ ' Gold wire, 23 ⁇ ⁇ 'External electrode, 24 ⁇ Reflector cup, 25 ⁇ ' Heat sink, 26 ⁇ 'Drive circuit, 27 ⁇ ' Control unit, 28 ⁇ 'Drive current source, 29 ...
  • 'Pulse generation circuit 30 ⁇ Driver, 41, 43 ⁇ Column ⁇ Driver, 42, 44 ⁇ Low' driver, 45 ⁇ Dryno, 50 ⁇ Light emitting device panel, 51 ⁇ Support, 52 ⁇ ⁇ ⁇ Wiring direction ⁇ Wiring direction, 54 ⁇ ⁇ 'Transparent substrate, 55 ⁇ ' Micro lens, 56 ⁇ 'Projection lens, 57 ⁇ ' Dichroic 'prism, 58 ⁇ ⁇ LCD device, 59 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Light guide member, 102 ⁇ 'Heat sink, 200, 200 ⁇ ⁇ ⁇ Color LCD display assembly, 210 ⁇ ' Color LCD display, 220 ⁇ ⁇ 'Front' panel, 221 '.' First substrate , 222 ...
  • Color filter 223 ... Overcoat layer, 224 ... Transparent first electrode, 225 ... 'Orientation film, 226 ...' Polarizing film, 227 ... 'Liquid crystal material, 230 ...' Rear 'panel, 231 ...' second substrate, 232 ... 'switching element, 234 ...' transparent second electrode, 2 35 ... alignment film, 236 ... polarizing film, 240 ...
  • Light source device 241 ⁇ Case, 242 ⁇ ⁇ Bottom of casing, 242 ⁇ ⁇ Side of casing, 243 ⁇ Outer frame, 244 ⁇ Inner frame, 245 ⁇ , 245 ⁇ ⁇ Spacer, 246 'Guide member 247 Bracket member 251 Diffuser plate 252 Diffuser sheet 253 Prism sheet 254 Polarization conversion sheet 255 Reflector sheet 250 ⁇ Light source device, 260 ⁇ Light source, 270 ⁇ Light guide plate, 271 ⁇ First surface of light guide plate, 272 ⁇ 'Uneven portion on first surface, 273 ⁇ ' No. Of light guide plate 2 side, 274 ... 'first side of light guide plate, 275 ...' second side of light guide plate, 276 ... 'third side of light guide plate, 281 ...' reflective member, 282 ... diffuser sheet 283, Prism sheet 301, 302 Solder layer 303 Aluminum layer 304 SiO layer 304 Passivation film
  • a GaN-based semiconductor light-emitting device including an active layer having nine well layers and eight barrier layers A device (reference product 0) was produced.
  • this GaN-based semiconductor light-emitting device as shown in the conceptual diagram of the layer structure, a nofer layer 11 (thickness 30 nm); an undoped GaN layer 12 (thickness: L) m); n-type conductivity type IGaN compound semiconductor layer 13 (thickness 3 / zm); undoped GaN layer 14 (thickness 5 nm); well layer and barrier layer separating the well layer from the well layer Active layer 15 having a multiple quantum well structure (well and barrier layers are not shown); undoped GaN layer 16 (thickness lOnm); second GaN compound semiconductor layer 17 having p-type conductivity (thickness) 20 nm); Mg-doped GaN layer (contact layer) 18 (thickness 100 nm) has a stacked structure and structure.
  • the buffer layer 11, the undoped GaN layer 12, the undoped GaN layer 14, the undoped GaN layer 16, and the Mg-doped GaN layer 18 may be omitted.
  • the undoped GaN layer 14 is provided to improve the crystallinity of the active layer 15 on which crystals are grown.
  • the undoped Ga N layer 16 is a dopant (for example, Mg) in the second GaN compound semiconductor layer 17. Is provided to prevent diffusion into the active layer 15.
  • the well layer in the active layer 15 is composed of an InGaN (InGaN) layer force having a thickness of 3 nm and an In composition ratio of 0.23, and the barrier layer has a thickness of
  • InGaN InGaN
  • the GaN layer strength of 15nm is also included.
  • the well layer having such a composition may be referred to as a well layer of composition A for convenience.
  • the emission peak wavelength at an operating current density of 60 AZcm 2 was 515 nm, and the light emission efficiency was 180 mWZA. Sales
  • the total luminous flux measurement can be more than twice as efficient.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting device having the same layer structure and the same force, but adjusting the In composition ratio of only one specific layer among the nine well layers, that is, the thickness of 3 nm, the In composition ratio A well layer consisting of 0.15 InGaN (I n Ga N) layers (for convenience, it may be called a well layer of composition—B) 1
  • a GaN-based semiconductor light-emitting device comprising a well layer of composition A was prepared.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting device in which the first well layer is composed of a well layer of composition B from the IGaN-based compound semiconductor layer side is referred to as reference product 1, and the third well layer is derived from the well layer of composition B.
  • the other well layers are composed of the well layers having the composition A as described above.
  • the purpose of this experiment is to determine the light emission ratio of each well layer force when a green light emitting GaN-based semiconductor light emitting device (light emitting diode) having nine well layers is made to emit light! / It is in visualizing.
  • the emission peak wavelength at an operating current density of 60 AZcm 2 was 515 nm, and the luminous efficiency was 180 mWZA.
  • the blue emission region is also caused by the presence of the well layer of composition B. A small emission peak was seen.
  • the ratio of the blue emission peak component to the total is plotted in FIG. 36, the first layer, the third layer,... On the horizontal axis indicate the positions of the well layer of composition B from the IGaN-based compound semiconductor layer side.
  • the band gap energy differs by 350 meV and the typical emission decay lifetime is different (for example, SF In Chichibu, et al., Materials Science & Engineering B59 (1999) p.29 8 Fig.6)
  • the emission decay lifetime force in the LED with In composition ratio 0.15 (blue light emission) is nanosecond
  • the method of experimentally showing the light emission distribution as shown in Fig. 36 has been conventionally used. There is no technique.
  • light emission occurs in the active layer having the multiple quantum well structure at the second GaN-based compound semiconductor layer side in the active layer having a thickness direction of about 2 Z3 at any operating current density. Is biased. In addition, 80% of the emitted light is active on the second GaN compound semiconductor layer side. The thickness direction of the conductive layer is occupied by light emission from the region up to 1Z2. As described above, the reason why light emission is significantly biased is the difference in the mobility between electrons and holes as described in JP-T-2003-520453.
  • holes Since the mobility of holes is small in GaN-based compound semiconductors, holes only reach the well layer near the second GaN-based compound semiconductor layer, and light emission that is a recombination of holes and electrons occurs in the second GaN-based compound semiconductor. It is thought that it is biased toward the compound semiconductor layer side. Also, in terms of the transmittance for carriers in the hetero barrier composed of a well layer and a barrier layer, holes having a large effective mass can reach the well layer on the IGaN-based compound semiconductor layer side across multiple barrier layers. The factor that it is difficult can also be considered.
  • the multiple quantum having a well layer with an asymmetric distribution in which the distribution of the well layer is biased toward the second GaN-based compound semiconductor layer A well structure can be proposed. Furthermore, it can be seen that the peak of the emission distribution is located in the region of the active layer on the second GaN compound semiconductor layer side in the thickness direction 1Z3 to 1Z4. Identify well layers as light-emitting layers, such as semiconductor lasers and light-emitting diodes using the optical resonator effect (for example, see YC Shen, et al, Applied Physics Letters, vol.
  • the distribution of the well layer was biased to a region of about 1Z3 in the thickness direction of the active layer on the second GaN compound semiconductor layer side It is desirable to use a multiple quantum well structure.
  • Example 1 relates to the GaN-based semiconductor light-emitting device of the present invention, more specifically, a light-emitting diode (LED).
  • the layer configuration is conceptually shown in FIG. 1 and the schematic cross-sectional view is shown in FIG. 2, the layer configuration of the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 of Example 1 is the same as that of the active layer 15 except for the configuration and structure. It has the same structure and structure as the layer structure of product 0.
  • Such a GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is fixed to the submount 21, and the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is externally connected via a wiring (not shown) provided on the submount 21 and a gold wire 23A.
  • the electrode 23B is electrically connected, and the external electrode 23B is electrically connected to the drive circuit 26.
  • the submount 21 is attached to the reflector cup 24, and the reflector cup 24 is attached to the heat sink 25.
  • GaN-based semiconductor light emitting devices 1 A plastic lens 22 is disposed above the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 between the plastic lens 22 and the GaN-based semiconductor light-emitting element 1.
  • Epoxy resin for example, 1.5
  • gel material for example, Nye's trade name OCK-451 (refractive index: 1.51), trade name OCK-433 (refractive index: 1.46)]
  • silicone rubber for example, silicone rubber
  • silicone oil The compound is filled with a light-transmitting medium layer (not shown) exemplified by a Tatsumi oil compound material [for example, TSK5353 (refractive index: 1.45) of Toshiba Silicone Co., Ltd.].
  • the active density is satisfied so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer in the active layer 15 is arranged.
  • the details of the multiple quantum well structure that constitutes the active layer 15 are shown in Table 1 below.
  • Table 1 or Tables 2 and 3 to be described later the numbers in parentheses on the right side of the values of the thickness of the well layer and the thickness of the barrier layer are the IGaN-based compound semiconductor layer side interface in the active layer 15 (More specifically, in Example 1, the accumulated thickness from the undoped GaN layer 14 and the active layer 15) is shown.
  • Example 1 Comparative Example 1 Modification of Example 1 A Total active layer thickness nm) 1 50 1 47 1 62
  • Example 1 10th well layer thickness (nm) 3 (1 50) 3 (1 47) 1 1 1--1
  • the total thickness of the active layer 15 is t
  • the thickness of the active layer 15 is IGaN system
  • Compound semiconductor layer side interface (More specifically, in Example 1, the undoped GaN layer 14 and The well layer density in the active layer first region AR from the interface with the active layer 15) to the thickness (2t Z3)
  • the well layer density d and the well layer density d are obtained from the equations (1 1) and (1 2).
  • an n-type semiconductor light-emitting device is used for evaluation and for simplifying the manufacturing process, based on the lithographic process and the etching process.
  • First conductivity type IGaN-based compound semiconductor layer 13 is partially exposed, p-type electrode 19B made of AgZNi is formed on Mg-doped GaN layer 18, and TiZAl is formed on first IGaN-based compound semiconductor layer 13
  • the n-type electrode 19A was formed, and the n-type electrode 19A and the p-type electrode 19B were probed with a probe, the drive current was supplied, and the light emitted from the back surface of the substrate 10 was detected.
  • FIG. 6A shows a schematic view of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 as viewed from above
  • FIG. 6B shows a schematic cross-sectional view along the arrow BB in FIG. 6A (the hatched lines are omitted).
  • the operating current density of the GaN-based semiconductor light-emitting element is a value obtained by dividing the operating current value by the active layer area (junction region area). For example, the operating current density in the case where the active layer area of the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 shown in FIGS.
  • a current of the driving current of 20mA is, 33AZcm 2 When Calculated. Further, for example, even when the GaN-based semiconductor light emitting devices 1 as shown in FIG. 7 are connected in series, the operating current density is calculated to be 33 AZcm 2 .
  • the results of measuring the relationship between the operating current density of the GaN-based semiconductor light-emitting device and the light output are shown in FIG. 3.
  • the light output of the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 of Example 1 is the conventional GaN-based semiconductor. Compared to Comparative Example 1, which is a light-emitting element, the number is increased.
  • the difference in light output between the GaN-based semiconductor light-emitting device of Example 1 and the GaN-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 1 becomes significant when the operating current density is 50 A / cm 2 or more, and when the operating current density is lOOAZcm 2 or more. The difference is more than 10%.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 of Example 1 has an operating current density of 50 AZcm 2 or more, preferably an operating current density of lOOAZcm 2 or more, and the light output is greatly increased as compared with the conventional GaN-based semiconductor light-emitting element. It is desirable to use an operating current density of 50 AZcm 2 or more, preferably an operating current density of lOOAZcm 2 or more.
  • FIG. 4 shows the relationship between the operating current density and the emission peak wavelength of the GaN-based semiconductor light emitting device.
  • the operating current density is increased from 0.1 lAZcm 2 to 300 AZcm 2
  • ⁇ ⁇ — 19 nm in Comparative Example 1
  • ⁇ ⁇ — 8 nm in Example 1.
  • a small emission wavelength shift is realized.
  • no wavelength shift is observed when the operating current density is 30 AZcm 2 or more.
  • the operating current density is set to 30 AZcm 2 or more, only a slight change in emission wavelength occurs, which is preferable in terms of management of emission wavelength and emission color.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 of Example 1 is the conventional GaN-based of Comparative Example 1.
  • the advantage that the wavelength shift is remarkably smaller than that of the semiconductor light emitting device is apparent.
  • Example 1 band diagrams of Example 1 and Comparative Example 1 were calculated.
  • the composition, doping concentration, and the like were values described in [Step-100] to [Step-140] described later, and the n-type impurity concentration in the active layer was 1 ⁇ 10 17 / cm 3 .
  • the external bias was 3 volts.
  • FIG. 8 and FIG. 9 show the band diagrams and Fermi levels in the vicinity of the active layer in Example 1 and Comparative Example 1 obtained by calculation.
  • Example 1 and Comparative Example 1 there are 10 well layers in the active layer, but the slope of the band due to the piezo electric field in the well layer (downward to the right) and before and after the well layer It is characterized by a large band bend (up to the right).
  • the difference between Example 1 and Comparative Example 1 appears in the envelope, and in Comparative Example 1 in which the well layers are evenly distributed, there is a gentle downward force, but in Example 1, the thickness of the barrier layer (Between the active layer and the IGaN-based compound semiconductor interface force is also about 1Z3).
  • Between the active layer and the IGaN-based compound semiconductor interface force is also about 1Z3
  • Example 1 the results of calculating the hole concentration in Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG. 10 and FIG.
  • Comparative Example 1 holes are allocated only from the interface of the second GaN compound semiconductor to the third well layer, but in Example 1, it is! / It can be seen that the hole concentration is distributed to the 9th layer of the second GaN compound semiconductor interface force, which is higher than that of Comparative Example 1.
  • the hole concentration distribution in Comparative Example 1 is a force that is considered to be because the holes reach only the vicinity of the second GaN-based compound semiconductor interface in terms of mobility and effective mass. Holes can be distributed to more well layers and well layers farther away from the second GaN-based compound semiconductor interface, which is thought to have improved the output of light-emitting elements and reduced the shift in emission wavelength.
  • FIG. 12 shows the result of calculating the hole concentration when the n-type impurity concentration of the active layer is changed in the structure of Example 1 using the same calculation.
  • the n-type impurity concentration is 5 ⁇ 10 16 / cm 3
  • the concentration is two orders of magnitude higher than when the n-type impurity concentration is 1 ⁇ 10 17 / cm 3.
  • Holes are allocated to the four well layers.
  • the n-type impurity concentration is 2 ⁇ 10 17 Zcm 3 or more, holes reach only the two or three well layers in the vicinity of the second GaN compound semiconductor interface, and the concentration is low.
  • the n-type impurity concentration is preferably less than 2 ⁇ 10 17 / cm 3 or undoped.
  • the n-type impurity concentration should be less than 2 X 10 17 / cm 3 when the entire active layer is averaged. Is desirable.
  • Example 1 As a modification of Example 1, a GaN-based semiconductor light-emitting device having the structure shown in the right column of Table 1 was produced.
  • the thickness of the first barrier layer was doubled to 50 nm.
  • the thickness of the entire active layer was adjusted by reducing the well layer and barrier layer by one. In general, the thickness of the barrier layer decreases gradually.
  • Example 1 The calculation results of the hole concentration of Example 1 and Modification A of Example 1 are shown in FIGS.
  • Example 1 holes with a higher concentration were distributed in more well layers than in Comparative Example 1, but there was only one well layer with a particularly high hole concentration.
  • the modified example A of Example 1 there are two well layers having a higher concentration, which is considered to be effective by improving the light emission efficiency and reducing the shift of the light emission wavelength.
  • the structure of the modified example of example 1 (modified example B of example 1 and modified example of example 1-C) in which the number of well layers is four and the structure of comparative example 1-A are as follows: Table 2 shows.
  • Table 2 shows.
  • the band diagram and Fermi level in the vicinity of the active layer in the modified example B of example 1, the modified example C of example 1, and the comparative example 1A obtained by calculation are shown in FIG. 15A, FIG. 17A, and the hole concentration calculation results are shown in FIGS. 15B, 16B, and 17B.
  • the hole concentration in the rightmost well layer closest to the second GaN compound semiconductor interface
  • the blue power of the GaN-based semiconductor light-emitting element has the effect of improving the light emission efficiency in the visible light range such as green and reducing the shift of the light emission wavelength. It is considered effective for improving the luminous efficiency even in the region of (wavelength of about 400 nm), and effective in reducing the emission wavelength shift and improving the luminous efficiency even in the ultraviolet region (up to 365 nm wavelength) by the AlGaN system with a larger piezoelectric field. It is done.
  • the light emission amount (luminance) of such a GaN-based semiconductor light-emitting element may be controlled by the pulse width control of the drive current in addition to the method of performing the drive current peak current value I, or or
  • the light emission amount (luminance) of the GaN-based semiconductor light-emitting element may be controlled by the same method.
  • the total thickness of the active layer 15 is t, and the IGaN-based compound semiconductor layer side boundary in the active layer 15 is
  • the density of the well layer in the first region AR of the active layer up to (Z2) is d, and the second GaN compound semiconductor layer side interface (
  • Thickness (t / 3) from interface (more specifically, interface between undoped GaN layer 14 and active layer 15)
  • Active layer second region at 0 When the well layer density in the AR is d, the active layer is active so that d ⁇ d is satisfied.
  • the density d is calculated as follows using the formulas (1-1) and (1-2) forces.
  • the drive circuit 26 includes a control unit 27, a drive current source 28 that is a supply source of drive current, a pulse generation circuit 29 that generates a predetermined pulse signal, Driver 30 is provided.
  • the drive current source 28, the pulse generation circuit 29, and the driver 30 force correspond to pulse drive current supply means for supplying a pulse drive current to the GaN-based semiconductor light emitting element.
  • the control unit 27 corresponds to pulse driving current setting means for setting the pulse width and pulse density of the pulse driving current and means for setting the peak current value.
  • the peak current value I of the drive current is controlled under the control of the control unit 27.
  • the pulse width P of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is controlled under the control of the control unit 27, and one operation cycle T of the operation of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is achieved.
  • a pulse signal is output from the pulse generation circuit 29.
  • pulse modulation is performed on the drive current sent from the drive current source 28 based on the pulse signal sent from the pulse generation circuit 29. Then, this pulse driving current is supplied to the GaN-based semiconductor light emitting device 1. Thereby, the light emission amount of the Ga N-based semiconductor light-emitting element 1 is controlled.
  • sapphire with the C-plane as the main surface is used as the substrate 10, and after cleaning the substrate for 10 minutes at a substrate temperature of 1050 ° C in a carrier gas consisting of hydrogen, the substrate temperature is lowered to 500 ° C. .
  • a carrier gas consisting of hydrogen a carrier gas consisting of hydrogen
  • the substrate temperature is lowered to 500 ° C. .
  • ammonia gas which is a nitrogen raw material
  • TMG trimethylgallium
  • a 30 nm thick buffer layer 11 with low-temperature GaN power is crystallized on the substrate 10, and then the TMG gas is supplied. Interrupt.
  • the doping concentration is about 5 ⁇ 10 18 Zcm 3 .
  • TMG triethylgallium
  • TMI trimethylindium
  • TMG triethylgallium
  • TMG triethylgallium
  • TMI trimethylindium
  • the thickness is increased.
  • 5 nm undoped GaN layer 14 is crystal-grown, followed by an InGaN well layer with an undoped or n-type impurity concentration of less than 2 X 10 17 Zcm 3 and an undoped or n-type impurity concentration of 2 X 10 17 / cm
  • An active layer 15 having a multiple quantum well structure composed of a barrier layer made of GaN that is less than 3 is formed.
  • the In composition ratio in the well layer is, for example, 0.23, which corresponds to an emission wavelength of 515 nm.
  • the In composition ratio in the well layer may be determined based on a desired emission wavelength.
  • the details of the multiple quantum well structure are as shown in Table 1, for example.
  • the substrate temperature is raised to 800 ° C. while growing the undoped lOnm GaN layer 16, trimethylaluminum (TMA) gas as the A1 source, and biscyclohexane as the Mg source.
  • TMA trimethylaluminum
  • Cp Mg pentacyclomagnesium
  • AlAl (AlGaN: Mg) force with a composition ratio of 0.20 is also formed, and p-type conductivity thickness
  • a second GaN compound semiconductor layer 17 having a thickness of 20 nm is grown.
  • the doping concentration is about 5 ⁇ 10 19 Zcm 3 .
  • an Mg-doped GaN layer (GaN: Mg) 18 having a thickness of lOOnm is grown on the second GaN-based compound semiconductor layer 17.
  • the doping concentration is about 5 ⁇ 10 19 Zcm 3 .
  • the emission wavelength is assumed to be nm.
  • thermal degradation of the active layer 15 can be suppressed.
  • the substrate is annealed in a nitrogen gas atmosphere at 800 ° C. for 10 minutes to activate the p-type impurity (p-type dopant). Then normal LE
  • the chipping is performed by dicing through the photolithographic process, the etching process, the formation process of the p-type electrode and the n-type electrode by metal deposition, and further, the resin mold, By performing the package, various light emitting diodes such as a shell type and a surface mount type can be manufactured.
  • the second embodiment is a modification of the first embodiment.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device of Example 2 between the IGaN-based compound semiconductor layer 13 and the active layer 15 (more specifically, in Example 2, the IGaN-based compound semiconductor layer 13 A base layer containing In atoms is formed between the active layer 15 and the second GaN-based compound semiconductor layer 17 (more specifically, in Example 2).
  • a superlattice structure layer containing a p-type dopant is formed between the undoped GaN layer 16 and the second GaN-based compound semiconductor layer 17).
  • the underlayer is formed of a 150 nm thick Si-doped InGaN layer with an In composition ratio of 0.03.
  • the doping concentration is 5 ⁇ 10 18 / cm 3 .
  • the superlattice structure layer has a superlattice structure in which five cycles of a 2.4 nm thick AlGaN layer (Mg doping) and a 1.6 nm thick GaN layer (Mg doping) are stacked.
  • the Al composition ratio in the AlGaN layer is 0.15.
  • the concentration of the P-type dopant contained in the superlattice structure layer is 5 ⁇ 10 19 / cm 3 .
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device of Example 2 has the same configuration and structure as the GaN-based semiconductor light-emitting device of Example 1, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the configuration and structure of the GaN-based semiconductor light-emitting element of Example 2 can also be applied to the GaN-based semiconductor light-emitting elements of Examples 3 to 4 described later.
  • the third embodiment is a modification of the first embodiment.
  • the details of the multiple quantum well structure constituting the active layer 15 in the GaN-based semiconductor light-emitting device of Example 3 are shown in Table 3 below.
  • Example 3 and Comparative Example 3 the In composition ratio of the well layer was adjusted so that the emission wavelength was approximately 445 nm.
  • the well layer density d and the well layer density d are obtained from the formulas (1 1) and (1 2), and are as follows.
  • Example 3 the GaN-based semiconductor light-emitting devices of Example 3 and Comparative Example 3 were evaluated based on the same method as in Example 1.
  • FIG. 18 shows the relationship between the operating current density and the emission peak wavelength of the GaN-based semiconductor light-emitting device.
  • the operating current density is increased from 0.1 lAZcm 2 to 300 A / cm 2
  • ⁇ ⁇ —9 nm in Comparative Example 3
  • ⁇ ⁇ 9 nm in Example 3.
  • An extremely small emission wavelength shift of lnm has been realized.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 of Example 3 that emits blue light has a significantly smaller wavelength shift than the conventional GaN-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 3.
  • Example 4 The fourth embodiment is also a modification of the first embodiment.
  • a schematic view of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 of Example 4 as viewed from above is shown in FIG. 19A, and a schematic cross-sectional view along arrow BB in FIG. 19A ( However, the oblique lines are omitted).
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 of Example 4 is different from the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 of Example 1 shown in FIGS. 6A and 6B in the planar shape of the active layer. That is, in Example 4, the planar shape of the active layer 15 of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is a circle having a diameter (corresponding to the minor axis) and an L force of 14 m.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 of Example 4 has the same configuration and structure as the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 of Example 1.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 of Example 4 is referred to as the GaN-based semiconductor light-emitting device of Example 4A.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is referred to as the GaN-based semiconductor light-emitting element of Example 4B for convenience.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting device having the same structure as the GaN-based semiconductor light-emitting device 1 of Example 4 but having the same structure as that of Comparative Example 1 was prepared as Comparative Example 4.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 4 is referred to as a GaN-based semiconductor light-emitting device of Comparative Example 4A.
  • the planar shape of the active layer of the GaN-based semiconductor light-emitting device has a length L of one side (corresponding to the short side) of 300. Shape with a part of m square cut out (area: approx. 6.8 X 10 " 4 cm 2
  • the GaN-based semiconductor light emitting device is manufactured.
  • This GaN-based semiconductor light-emitting element is referred to as the GaN-based semiconductor light-emitting element of Comparative Example 4B for convenience.
  • Example 4A and Comparative Example 4A when driving the GaN-based semiconductor light - emitting element of Example 4B and Comparative Example 4B with operating current density 30AZcm 2, the drive current value, respectively, about 5
  • FIG. 20A shows the relationship between the operating current density and the peak wavelength shift amount in the GaN-based semiconductor light-emitting devices of Example 4A and Comparative Example 4A.
  • FIG. 20B shows the relationship between the operating current density and the peak wavelength shift amount in the light-emitting element.
  • Example 4A has a smaller emission wavelength shift than Example 4B.
  • the GaN-based semiconductor light emitting device there are variations in the composition, thickness, doping, light emission, and threshold voltage of the quantum well layer. The maximum and minimum widths of this variation are more The larger the GaN-based semiconductor light emitting device, the larger.
  • the GaN-based semiconductor light emitting device is large in size and has a path through which a current flows in the lateral direction, it is difficult to flow the current uniformly due to the sheet resistance of the layer, and the uneven operating current density is in-plane. Arise. For these reasons, it is considered that the emission wavelength shift accompanying the change in operating current density is more emphasized in large GaN-based semiconductor light-emitting devices. Conversely, the sizing power of GaN-based semiconductor light-emitting elements, in which case it can be said that the shift of the emission wavelength can be further reduced.
  • Example 5 relates to a light-emitting device of the present invention.
  • the light-emitting device of Example 5 has a wavelength different from the wavelength of the GaN-based semiconductor light-emitting element and the light emitted from the GaN-based semiconductor light-emitting element, which is incident on the GaN-based semiconductor light-emitting element force. It consists of a color conversion material that emits light.
  • the structure of the light emitting device of Example 5 itself has the same structure as the conventional light emitting device, and the color conversion material is applied on, for example, the light emitting portion of a GaN-based semiconductor light emitting element. It is.
  • the basic configuration and structure of the GaN-based semiconductor light-emitting device are the same as described in Example 1 to Example 4,
  • the well layer density on the active layer 15 on the IGaN compound semiconductor layer side is d, the second GaN system
  • the active layer 15 When the density of the well layer on the compound semiconductor layer side is d, the active layer 15 so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer in is arranged.
  • Example 5 the light emitted from the GaN-based semiconductor light-emitting element is blue, the light emitted from the color conversion material is yellow, and the color conversion material is YAG (yttrium aluminum garnet).
  • the light emitted from the GaN-based semiconductor light emitting element (blue) and the light emitted from the color conversion material (yellow) are mixed to emit white light.
  • the light emitted from the GaN-based semiconductor light-emitting element is blue
  • the light emitted from the color conversion material is composed of green and red
  • the light emitted from the GaN-based semiconductor light-emitting element The emitted light (blue) and the emitted light (green and red) of the color conversion material force are mixed to emit a white color.
  • the color conversion material that emits green light is specifically SrGa S
  • a GaN-based semiconductor light emitting device such as Eu is also composed of green-emitting phosphor particles that are excited by the emitted blue light, and the color conversion material that emits red light is specifically a GaN-based semiconductor such as CaS: Eu.
  • the light emitting element force is also composed of red light emitting phosphor particles that are excited by the emitted blue light.
  • the driving of the GaN-based semiconductor light-emitting element in the light-emitting device of Example 5 includes, for example, the peak current value of a desired driving current that can be performed by the driving circuit 26 described in Example 1, and the driving current.
  • the driving current By performing the pulse width control and the Z or drive current pulse density control, the luminance (brightness) of the light emitting device can be controlled.
  • the same GaN-based semiconductor light-emitting element (light-emitting diode) as described in Example 1 to Example 4 By using, it is possible to suppress a large shift in the emission wavelength, and thus to stabilize the emission wavelength of the GaN-based semiconductor light-emitting element.
  • Example 6 relates to the image display device according to the first aspect of the present invention.
  • the image display device of Example 6 is an image display device including a GaN-based semiconductor light-emitting element for displaying an image.
  • the basic configuration and structure of the GaN-based semiconductor light-emitting element are as follows: Same as described in Example 1 to Example 4,
  • the well layer density on the active layer 15 on the IGaN compound semiconductor layer side is d, the second GaN system
  • the active layer 15 When the density of the well layer on the compound semiconductor layer side is d, the active layer 15 so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer in is arranged.
  • the driving current pulse width control and Z in addition to controlling the operating current density (or driving current) of the GaN-based semiconductor light-emitting device for displaying an image, the driving current pulse width control and Z Alternatively, the luminance (brightness) of the display image can be controlled by controlling the pulse density of the driving current.
  • the brightness control parameters are increased compared to the conventional technology, and it is possible to perform brightness control over a wide range, and it is possible to widen the brightness dynamic range. Specifically, for example, brightness control of the entire image display device is performed by controlling the peak current value of the drive current (operating current), and fine brightness control is performed by controlling the pulse width and Z or pulse density of the drive current.
  • brightness control of the entire image display device is performed by controlling the pulse width and Z or pulse density of the drive current, and fine brightness control of the drive current (operating current). If you use peak current control.
  • the use of the same GaN-based semiconductor light-emitting element (light-emitting diode) as described in Examples 1 to 4 can achieve suppression of a large shift in the emission wavelength.
  • the light emission wavelength of the semiconductor light emitting element can be stabilized.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting element 1 includes a light-emitting element panel 50 arranged in a two-dimensional matrix
  • Each of the GaN-based semiconductor light-emitting elements 1 emits light.
  • the light-emitting state of the Ga N-based semiconductor light-emitting element 1 can be directly viewed to display an image.
  • Type image display device
  • FIG. 21A shows a circuit diagram including the light-emitting element panel 50 constituting such a passive matrix type direct-view image display device, and light emission in which GaN-based semiconductor light-emitting elements 1 are arranged in a two-dimensional matrix.
  • a schematic cross-sectional view of the element panel is shown in FIG. 21B.
  • One electrode (p-type electrode or n-type electrode) of each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is connected to a column driver 41, and each GaN-based semiconductor light-emitting element
  • the other electrode of 1 is connected to the row 'driver 42.
  • each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is controlled by, for example, a row 'drying board 42, and a driving current for driving each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is supplied from a column' driver 41.
  • the One of the functions of the column 'driver 41 is the same as that of the drive circuit 26 in the first embodiment.
  • the selection, driving, and operation of each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 can be a well-known method, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the light-emitting element panel 50 is formed on, for example, a support 51 having a printed wiring board force, a GaN-based semiconductor light-emitting element 1 attached to the support 51, and the support 51, and a GaN-based semiconductor light-emitting element. 1 is electrically connected to one electrode (P-type electrode or n-type electrode), and there is a column driver 41.
  • the transparent light-emitting element 1 includes a transparent base 54 that covers the light-emitting element 1 and a microlens 55 that is provided on the transparent base 54.
  • the light emitting element panel 50 is not limited to such a configuration.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is provided with a light-emitting element panel arranged in a two-dimensional matrix
  • GaN-based semiconductor light-emitting device 1 Direct emission type of active matrix type that displays images by directly viewing the light-emitting state of Ga N-based semiconductor light-emitting device 1 by controlling the light emission of each GaN-based semiconductor light-emitting device 1 Z Image display device.
  • FIG. 22 shows a circuit diagram including the light emitting element panel constituting such an active matrix type direct-view image display device.
  • One electrode (P-type electrode) of each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is shown in FIG.
  • the n-type electrode is connected to the driver 45, and the dry cylinder 45 is connected to the column “driver 43” and the row “driver” 44.
  • the other electrode (n-type electrode or p-type electrode) of each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is connected to a ground line.
  • each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is controlled by, for example, selection of the driver 45 by the row driver 44, and the luminance for driving each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 from the column driver 43.
  • a signal is supplied to the driver 45.
  • a predetermined voltage is separately supplied to each driver 45 from a power source (not shown), and the driver 45 supplies a driving current (based on PDM control or PWM control) corresponding to the luminance signal to the GaN-based semiconductor light emitting element 1. .
  • One of the functions of the column driver 43 is the same as the function of the drive circuit 26 in the first embodiment. Selection and driving of each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 can be a well-known method, and thus detailed description thereof is omitted.
  • a GaN-based semiconductor light-emitting element 1 includes a light-emitting element panel 50 arranged in a two-dimensional matrix
  • Each GaN-based semiconductor light-emitting device 1 emits light Z is controlled in non-light-emitting state and projected onto a screen to display an image.
  • FIG. 23 shows a conceptual diagram of the light-emitting element panel 50 and the like in which the GaN-based semiconductor light-emitting elements 1 are arranged in a two-dimensional matrix. Light emitted from the light-emitting element panel 50 is also transmitted through the projection lens 56. Projected on the screen. Since the configuration and structure of the light-emitting element panel 50 can be the same as the configuration and structure of the light-emitting element panel 50 described with reference to FIG. 21B, detailed description thereof is omitted.
  • Green light emitting element panel 50G in which GaN-based semiconductor light emitting elements 1G emitting green light are arranged in a two-dimensional matrix, and
  • Red light emitting device panel 50R, green light emitting device panel 50G and blue light emitting device panel 50B means for collecting the emitted light into one optical path (for example, dichroic prism 52),
  • Red-light-emitting semiconductor light-emitting element 1R green-light-emitting GaN-based semiconductor light-emitting element 1G, and blue-light-emitting GaN-based semiconductor light-emitting element 1B.
  • the circuit diagram including the light emitting element panel constituting such a passive matrix type image display device is the same as that shown in FIG. 21A, and includes the light emitting element panel constituting the active matrix type image display device. Since the circuit diagram is the same as that shown in FIG. 22, detailed description thereof is omitted.
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements 1R, 1G, and 1B are two-dimensional Fig. 24 shows a conceptual diagram of light emitting element panels 50R, 50G, 50B, etc. arranged in a matrix. Light emitting element panels 50R, 50G, 50B force The emitted light is incident on dichroic prism 57. The optical paths of these lights are combined into a single optical path.
  • the light path is viewed directly.
  • the screen passes through a projection lens 56, Projected on.
  • the configuration and structure of the light emitting element panels 50R, 50G, and 50B can be the same as the configuration and structure of the light emitting element panel 50 described with reference to FIG. 21B, and thus detailed description thereof is omitted.
  • the semiconductor light emitting elements 1R, 1G, and 1B constituting the light emitting element panels 50R, 50G, and 50B are replaced with the GaN-based semiconductor described in the first to fourth embodiments.
  • the semiconductor light-emitting element 1R constituting the light-emitting element panel 50R is made of an AlInGaP-based compound semiconductor light-emitting diode to form the light-emitting element panels 50G and 50B.
  • the semiconductor light emitting devices 1G and 1B may be the GaN-based semiconductor light emitting device 1 described in the first to fourth embodiments.
  • Light passage control device which is a kind of light 'valve for controlling the passage of Z light not passing through the light emitted from the GaN-based semiconductor light emitting device 101 (for example, a high-temperature polysilicon type thin film transistor is provided.
  • Liquid crystal display 58 The same applies to the following),
  • a direct-view or projection-type image display device that displays an image by controlling the passage Z non-passage of the emitted light emitted from the GaN-based semiconductor light emitting element 101 by the liquid crystal display device 58 that is a light passage control device.
  • the number of GaN-based semiconductor light-emitting elements can be one or more as long as it is determined based on specifications required for the image display device.
  • the number of the GaN-based semiconductor light-emitting elements 101 is one, and the GaN-based semiconductor light-emitting elements 101 are attached to the heat sink 102.
  • Light emitted from the GaN-based semiconductor light emitting device 101 is guided by a light guiding member 59 made of a light guide member made of a light-transmitting material such as silicone resin, epoxy resin, polycarbonate resin, or a reflector such as a mirror. Then, it enters the liquid crystal display device 58.
  • the light emitted from the liquid crystal display device 58 is directly viewed in the direct-view image display device, or is projected onto the screen via the projection lens 56 in the case of the projection-type image display device.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting element 101 can be the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 described in the first to fourth embodiments.
  • semiconductor light-emitting elements that emit red light for example, AlGalnP-based semiconductor light-emitting elements and GaN-based semiconductor light-emitting elements
  • semiconductor light-emitting elements that emit red light 101R pass through the emitted light
  • Light transmission control device for example, liquid crystal display device 58R
  • the light passing control device for example, a liquid crystal display device 58G
  • a GaN-based semiconductor light emitting device 101B that emits blue light
  • a light passage control device e.g., a liquid crystal display device 58B
  • a display device By using a display device, a direct-view or projection-type image display device with a power display can be obtained.
  • the example shown in the conceptual diagram in FIG. 26 is a color display projection type image display apparatus.
  • the semiconductor light emitting elements 101R, 101G, and 101B be the GaN-based semiconductor light emitting element 1 described in Examples 1 to 4.
  • the semiconductor light-emitting element 101R is composed of an AlInGaP-based compound semiconductor light-emitting diode, and the semiconductor light-emitting elements 101G and 101B are the same as the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 described in Examples 1 to 4.
  • a direct-view or projection-type image display device that displays an image by controlling the passage Z non-passage of the emitted light emitted from the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 by the light passage control device (liquid crystal display device 58).
  • the conceptual diagram of the light emitting element panel 50 and the like is shown in FIG. 27.
  • the configuration and structure of the light emitting element panel 50 may be the same as the configuration and structure of the light emitting element panel 50 described with reference to FIG. 21B. Since it can, detailed explanation is omitted.
  • the passage, non-passage, and brightness of the light emitted from the light-emitting element panel 50 are controlled by the operation of the liquid crystal display device 58. Therefore, the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 constituting the light-emitting element panel 50 is always used. It may be lit, or it may be lit at an appropriate cycle.
  • the light emitted from the light emitting element panel 50 enters the liquid crystal display device 58, and the light emitted from the liquid crystal display device 58 is directly viewed in the direct-view image display device or is projected.
  • the image is projected onto the screen via the projection lens 56.
  • red light emitting device panel 50R In which 1R is arranged in a two-dimensional matrix, and red light emitting device panel 50R Red light passage control device (liquid crystal display device 58R) to control the passage of the emitted light and Z non-passage,
  • red light emitting device panel 50R Red light passage control device (liquid crystal display device 58R) to control the passage of the emitted light and Z non-passage
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements emitting green light 1G are arranged in a two-dimensional matrix Green light-emitting element panel 50G, green light-emitting element panel 50G
  • Green light passage control device liquid crystal display 58G for controlling Z non-passage
  • OB force Color-directed direct-view or projection-type image display device that displays an image by controlling the passage of the emitted light.
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements 1R, 1G, and 1B are arranged in a two-dimensional matrix.
  • Light-emitting elements Nonore 50R, 50G, and 50B The emitted light is controlled by the light passage control devices 58R, 58G, and 58B to pass through Z and is incident on the dichroic prism 57. The light paths of these lights are combined into a single light path for direct viewing. In the case of the type image display device, it is viewed directly, or in the case of the projection type image display device, it is projected onto the screen via the projection lens 56. Since the configuration and structure of the light emitting element panels 50R, 50G, and 50B can be the same as the configuration and structure of the light emitting element panel 50 described with reference to FIG. 21B, detailed description thereof is omitted.
  • the semiconductor light emitting elements 1R, 1G, and 1B constituting the light emitting element panels 50R, 50G, and 50B are replaced with the GaN-based semiconductor described in the first to fourth embodiments.
  • the semiconductor light-emitting element 1R constituting the light-emitting element panel 50R is made of an AlInGaP-based compound semiconductor light-emitting diode to form the light-emitting element panels 50G and 50B.
  • the semiconductor light emitting devices 1G and 1B may be the GaN-based semiconductor light emitting device 1 described in the first to fourth embodiments.
  • a field sequential color display image display device displays an image by controlling the passage Z non-passage of the emitted light emitted from these light emitting elements by the light passage control device 58. ).
  • FIG. 29 shows a conceptual diagram of the semiconductor light emitting elements 101R, 101G, 101B, etc.
  • the light emitted by the semiconductor light emitting elements 101R, 101G, 101B is incident on the dichroic prism 57 and the optical path of these lights Are collected in a single optical path, and these lights emitted from the dichroic prism 57 are controlled to pass Z non-passage by the light passage control device 58, and are directly viewed in the direct view type image display device, or In the case of a process type image display device, the image is projected onto a screen via a projection lens 56.
  • the semiconductor light emitting elements 101R, 101G, and 101B be the GaN-based semiconductor light emitting element 1 described in Examples 1 to 4, but in some cases, for example,
  • the semiconductor light emitting device 101R may be composed of an AlInGaP based compound semiconductor light emitting diode, and the semiconductor light emitting devices 101G and 101B may be the GaN semiconductor light emitting device 1 described in the first to fourth embodiments.
  • Green light emitting element panel 50G in which GaN-based semiconductor light emitting elements 1G emitting green light are arranged in a two-dimensional matrix, and
  • ( ⁇ ) Means for collecting light emitted from each of the red light-emitting element panel 50R, the green light-emitting element panel 50G, and the blue light-emitting element panel 50B into one optical path (e.g., dichromat prism 57), and ,
  • Light-emission control device 58 emits light from these light-emitting element panels 50R, 50G, and 50B.
  • Field-sequential color display that displays images by controlling the passage of the emitted light and the non-passage of Z.
  • Equipment directly view type or production type).
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements 1R, 1G, and 1B are arranged in a two-dimensional matrix.
  • Light-emitting elements Nonore 50R, 50G, 50B, etc. The light that is also emitted is incident on the dichroic 'prism 57, and the optical paths of these lights are combined into a single optical path.
  • the non-passage is controlled, and the direct-view image display device is directly viewed.
  • the projection-type image display device is projected onto the screen via the projection lens 56. Since the configuration and structure of the light emitting element panels 50R, 50G, and 50B can be the same as the configuration and structure of the light emitting element panel 50 described with reference to FIG. 21B, detailed description thereof is omitted.
  • the semiconductor light emitting elements 1R, 1G, and 1B constituting the light emitting element panels 50R, 50G, and 50B are replaced with the GaN-based semiconductor described in the first to fourth embodiments.
  • the semiconductor light-emitting element 1R constituting the light-emitting element panel 50R is made of an AlInGaP-based compound semiconductor light-emitting diode to form the light-emitting element panels 50G and 50B.
  • the semiconductor light emitting devices 1G and 1B may be the GaN-based semiconductor light emitting device 1 described in the first to fourth embodiments.
  • Example 7 relates to an image display device according to the second aspect of the present invention.
  • the image display device of Example 7 includes a first light emitting element that emits blue light, a second light emitting element that emits green light, and a third light emitting element that emits red light.
  • a GaN-based semiconductor that is an image display device in which element units UN are arranged in a two-dimensional matrix, and constitutes at least one light emitting element among the first light emitting element, the second light emitting element, and the third light emitting element
  • the basic configuration and structure of the light-emitting element (light-emitting diode) are the same as described in Example 1 to Example 4, (A) an IGaN-based compound semiconductor layer 13 having an n-type conductivity type,
  • the well layer density on the active layer 15 on the IGaN compound semiconductor layer side is d, the second GaN system
  • the active layer 15 When the density of the well layer on the compound semiconductor layer side is d, the active layer 15 so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer in is arranged.
  • any one of the first light emitting element, the second light emitting element, and the third light emitting element is used as the GaN-based semiconductor light emitting device described in Examples 1 to 4.
  • a red light emitting element may be composed of an AlInGaP compound semiconductor light emitting diode.
  • the pulse width control of the driving current is performed.
  • the pulse density of Z or drive current the brightness (brightness) of the displayed image can be controlled.
  • the brightness control parameters are increased compared to the prior art, and a wider range of brightness control can be performed, and the brightness dynamic range can be increased.
  • brightness control of the entire image display apparatus is performed by controlling the peak current value of the drive current (operating current)
  • fine brightness control is performed by controlling the pulse width and Z or pulse density of the drive current.
  • brightness control of the entire image display device is performed by controlling the pulse width and Z or pulse density of the drive current, and fine brightness control of the drive current (operating current).
  • the peak current value control may be performed.
  • the same GaN-based semiconductor light-emitting element (light-emitting diode) as described in Examples 1 to 4 can be used, it is possible to suppress a large shift in the emission wavelength.
  • the emission wavelength of the semiconductor light emitting device can be stabilized.
  • image display device of the seventh embodiment for example, an image display device having the configuration and structure described below can be cited.
  • the number of light emitting element units UN may be determined based on the specifications required for the image display device.
  • Image display device according to the first and second light-emitting devices and image display device according to the second and second light-emitting devices Control the light emission and non-light emission state of each of the first light-emitting element, the second light-emitting element, and the third light-emitting element.
  • an image display device of a direct-view type color display of a noxious matrix type or an active matrix type that displays an image by directly visualizing the light emission state of each light emitting element, and the first light emitting element,
  • the light emission of each of the second light emitting element and the third light emitting element ⁇ Passive matrix type or active matrix type projection type power control that displays the image by controlling the non-light emitting state and projecting it on the screen Display image display device.
  • FIG. 31 shows a circuit diagram including a light-emitting element panel constituting such an active matrix type direct-view color display image display device.
  • Each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 (FIG. 31) is shown. ), A semiconductor light emitting device emitting red light is indicated by “R”, a GaN semiconductor light emitting device emitting green light is indicated by “G”, and a GaN semiconductor light emitting device emitting blue light is indicated by “B”).
  • One electrode p-type electrode or n-type electrode
  • the driver 45 is connected to a column 'driver 43 and a row' driver 44.
  • each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is connected to a ground line.
  • the light emission Z non-light emission state of each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is controlled by, for example, selection of the dry-grind 45 by the low-dry 44, and each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 is driven from the column dry-light 43.
  • a luminance signal is supplied to the driver 45.
  • a predetermined voltage is separately supplied to each driver 45 from a power source (not shown), and the driver 45 supplies a drive current (based on PDM control or PWM control) corresponding to the luminance signal to the GaN-based semiconductor light-emitting element 1.
  • One of the functions of the column 'driver 43 is the same as the function of the drive circuit 26 in the first embodiment.
  • the semiconductor light emitting element R that emits red light, the GaN-based semiconductor light emitting element G that emits green light, and the GaN-based semiconductor light emitting element B that emits blue light are selected by the driver 45, and these semiconductor light emitting elements that emit red light R, GaN-based semiconductor light-emitting element G that emits green light, and GaN-based semiconductor light-emitting element B that emits blue light
  • Each of the non-light-emitting states may be controlled in a time-sharing manner or may be simultaneously emitted Good.
  • each GaN-based semiconductor light-emitting element 1 can be a well-known method, and thus detailed description thereof is omitted.
  • direct view type image display devices direct view
  • the projection image is projected onto the screen via a projection lens.
  • a light passage control device for example, a liquid crystal display device for controlling passage of light Z emitted from the light emitting element units arranged in a two-dimensional matrix, for example, a first light emitting element in the light emitting element unit; Light emission of each of the second light-emitting element and the third light-emitting element is controlled in a time-sharing manner, and light emitted from the first light-emitting element, the second light-emitting element, and the third light-emitting element is controlled by the light passage control device.
  • Pass-through A field-sequential color display direct-view or projection-type image display device that displays images by controlling Z non-passage.
  • Example 8 relates to a planar light source device and a liquid crystal display device assembly (specifically, a color liquid crystal display device assembly) of the present invention.
  • the planar light source device of Example 8 is a planar light source device that irradiates a transmissive or transflective color liquid crystal display device from the back.
  • the color liquid crystal display device assembly of Example 8 is a transmissive or semi-transmissive color liquid crystal display device, and a power liquid crystal device including a planar light source device that irradiates the color liquid crystal display device from the back side.
  • a display device assembly is a planar light source device that irradiates the color liquid crystal display device from the back side.
  • the active layer 15 When the density of the well layer on the compound semiconductor layer side is d, the active layer 15 so that d ⁇ d is satisfied.
  • the well layer in is arranged.
  • the driving current pulse width control and Z or driving By controlling the current pulse density, it is possible to control the brightness (brightness) of the GaN-based semiconductor light-emitting device as the light source.
  • the brightness control parameters are increased compared to the conventional technology, so that a wider range of brightness control can be performed, and a wide dynamic range of brightness can be obtained.
  • brightness control of the entire planar light source device is performed by controlling the peak current value of the drive current (operating current)
  • fine brightness control is performed by controlling the pulse width and Z or pulse density of the drive current.
  • brightness control of the entire planar light source device is performed by controlling the pulse width and Z or pulse density of the drive current, and fine brightness control is performed by the drive current (operation This can be done by controlling the peak current value of (current).
  • fine brightness control is performed by the drive current (operation This can be done by controlling the peak current value of (current).
  • the same GaN-based semiconductor light-emitting element (light-emitting diode) as described in Examples 1 to 4 can be used, a large shift in the emission wavelength can be achieved.
  • the light emission wavelength of the semiconductor light emitting device can be stabilized.
  • FIG. 32A The arrangement and arrangement of the light emitting elements in the planar light source device of Example 8 are schematically shown in Fig. 32A, and a schematic partial sectional view of the planar light source device and the color liquid crystal display device assembly is shown in Fig. 32B.
  • FIG. 33 shows a schematic partial cross-sectional view of the color liquid crystal display device.
  • the color liquid crystal display device assembly 200 of Example 8 includes:
  • a transmissive color liquid crystal display device 210 comprising a liquid crystal material 227 disposed between the front 'panel 220 and the rear' panel 230, and
  • a planar light source device having a semiconductor light emitting element 1R, 1G, 1B as a light source (direct backlight) 240,
  • planar light source device (direct type knock light) 240 is a rear panel 230.
  • the color liquid crystal display device 210 is also irradiated with the rear side panel side force.
  • the direct type planar light source device 240 includes a casing 241 that includes an outer frame 243 and an inner frame 244.
  • the end of the transmissive color liquid crystal display device 210 is held by the outer frame 243 and the inner frame 244 so as to be sandwiched between the spacers 245A and 245B.
  • a guide member 246 is disposed between the outer frame 243 and the inner frame 244 so that the color liquid crystal display device 210 sandwiched between the outer frame 243 and the inner frame 244 does not shift.
  • a diffusion plate 251 is attached to the inner frame 244 via a spacer 245C and a bracket member 247 inside and above the casing 241.
  • a group of optical function sheets such as a diffusion sheet 252, a prism sheet 253, and a polarization conversion sheet 254 are laminated.
  • a reflection sheet 255 is provided inside and below the housing 241.
  • the reflection sheet 255 is disposed so that the reflection surface thereof faces the diffusion plate 251 and is attached to the bottom surface 242A of the housing 241 via an attachment member (not shown).
  • the reflection sheet 255 can be composed of, for example, a silver-enhanced reflection film having a structure in which a silver reflection film, a low refractive index film, and a high refractive index film are sequentially laminated on a sheet base material.
  • the reflective sheet 255 is emitted from a plurality of AlGalnP semiconductor light emitting devices 1R that emit red light, a plurality of GaN semiconductor light emitting devices 1G that emit green light, and a plurality of GaN semiconductor light emitting devices 1B that emit blue light.
  • the light and the light reflected by the side surface 242B of the housing 241 are reflected.
  • red, green, and blue emitted from the plurality of semiconductor light emitting elements 1R, 1G, and 1B are mixed, and white light with high color purity can be obtained as illumination light.
  • the illumination light passes through the optical function sheet group such as the diffusion plate 251, the diffusion sheet 252, the prism sheet 253, and the polarization conversion sheet 254, and irradiates the color liquid crystal display device 210 with back force.
  • the arrangement state of the light emitting elements is, for example, a light emitting element array including a red light emitting AlGalnP semiconductor light emitting element 1R, a green light emitting GaN semiconductor light emitting element 1G, and a blue light emitting GaN semiconductor light emitting element 1B.
  • a plurality of light emitting element arrayes are formed in a row in the horizontal direction, and a plurality of light emitting element array arrays are arranged in the vertical direction.
  • the number of each light emitting element constituting the element array is, for example, (two red light emitting AlGalnP semiconductor light emitting elements, two green light emitting GaN semiconductor light emitting elements, one blue light emitting GaN semiconductor light emitting element).
  • AlGalnP-based semiconductor light-emitting elements emitting red light
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements emitting green light
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements emitting blue light
  • AlGalnP-based semiconductor light-emitting elements emitting red light ing.
  • the front panel 220 constituting the color liquid crystal display device 210 is provided, for example, on a first substrate 221 made of a glass substrate cover and the outer surface of the first substrate 221. And a polarizing film 226.
  • the inner surface of the first substrate 221 is provided with a color filter 22 2 covered with an overcoat layer 223 made of acrylic resin or epoxy resin, and a transparent first electrode (common electrode) is formed on the overcoat layer 223.
  • 224 is also formed (for example, also having ITO force), and an alignment film 225 is formed on the transparent first electrode 224.
  • the rear panel 230 more specifically includes, for example, a second substrate 231 having a glass substrate force, and a switching element (specifically, a thin film transistor, a TFT) formed on the inner surface of the second substrate 231.
  • a switching element specifically, a thin film transistor, a TFT
  • a transparent second electrode also referred to as a pixel electrode, for example, made of ITO
  • An alignment film 235 is formed on the entire surface including the transparent second electrode 234.
  • the front 'panel 220 and the rear' panel 230 are joined to each other at their outer peripheral portions via a sealing material (not shown).
  • the switching element 232 is not limited to a TFT, and may be configured as, for example, a MIM element cover.
  • Reference numeral 237 in the drawing is an insulating layer provided between the switching element 232 and the switching element 232.
  • transmissive color liquid crystal display devices can be constituted by well-known members and material forces, and thus detailed description thereof is omitted.
  • Each of the red light emitting semiconductor light emitting device 1R, the green light emitting GaN semiconductor light emitting device 1G, and the blue light emitting GaN semiconductor light emitting device 1B has the structure shown in FIG. Connected to circuit 26. Then, it is driven by the same method as described in the first embodiment.
  • the planar light source device is divided into a plurality of regions, and each region is dynamically controlled independently. Thus, it is possible to further expand the dynamic range related to the brightness of the color liquid crystal display device. That is, the planar light source device is divided into a plurality of regions for each image display frame, and the brightness of the planar light source device is changed in accordance with the image signal for each region (for example, the image corresponding to each region is displayed). By making the luminance of the corresponding area of the planar light source device proportional to the maximum luminance of the area), in the bright area of the image, the corresponding area of the planar light source device is brightened and matched to the dark area of the image.
  • the contrast ratio of the color liquid crystal display device can be greatly improved by darkening the corresponding area of the planar light source device. Furthermore, the average power consumption can be reduced. In this technology, it is important to reduce color unevenness between areas of the planar light source device.
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements are likely to cause variations in emission color during manufacturing.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting elements used in Example 8 are the GaN-based semiconductor light-emitting elements described in Examples 1 to 4, and are It is possible to achieve a planar light source device with little emission color variation for each.
  • the driving force is also controlled by controlling the driving current pulse width and Z or driving current pulse density.
  • the brightness (brightness) of the GaN-based semiconductor light-emitting device can be controlled, so it is more reliable and easy to divide into multiple regions and control each region dynamically independently. It can be carried out. Specifically, for example, the brightness control of each area of the planar light source device is performed by the peak current value control of the drive current (operating current), and the fine brightness control is performed by the pulse width and Z of the drive current.
  • the luminance control of the entire planar light source device is performed by controlling the pulse width and Z or pulse density of the drive current, and fine luminance control is performed. If the peak current value of the drive current (operating current) is controlled.
  • Example 9 is a modification of Example 8.
  • the planar light source device was a direct type.
  • the planar light source device is an edge light type.
  • a conceptual diagram of the color liquid crystal display device assembly of Example 9 is shown in FIG.
  • a schematic partial cross-sectional view of the color liquid crystal display device in Example 9 is the same as the schematic partial cross-sectional view shown in FIG.
  • the color liquid crystal display assembly 200A of Example 9 is (a) Front 'panel 220 with transparent first electrode 224,
  • a transmissive color liquid crystal display device 210 comprising a liquid crystal material 227 disposed between the front 'panel 220 and the rear' panel 230, and
  • a planar light source device 250 which comprises a light guide plate 270 and a light source 260 and irradiates the color liquid crystal display device 210 from the rear panel side.
  • the light guide plate 270 is disposed so as to face (face to face) the rear panel 230.
  • the light source 260 includes, for example, a red light emitting AlGalnP semiconductor light emitting element, a green light emitting GaN semiconductor light emitting element, and a blue light emitting GaN semiconductor light emitting element. These semiconductor light emitting elements are not specifically shown.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device emitting green light and the GaN-based semiconductor light-emitting device emitting blue light can be the same as the GaN-based semiconductor light-emitting devices described in Examples 1 to 4.
  • the configuration and structure of the front 'panel 220 and the rear' panel 230 constituting the color liquid crystal display device 210 are the same as those of the front 'panel 220 and the rear' panel 230 of the eighth embodiment described with reference to FIG. Since it can be set as a structure and a structure, detailed description is abbreviate
  • a light guide plate 270 made of polycarbonate resin has a first surface (bottom surface) 271, a second surface (top surface) 273 opposite to the first surface 271, a first side surface 274, a second side surface 275, A third side 276 facing the first side 274 and a fourth side facing the second side 274 are included.
  • a more specific shape of the light guide plate 270 is a wedge-shaped truncated quadrangular pyramid as a whole, and two opposing side surfaces of the truncated quadrangular pyramid correspond to the first surface 271 and the second surface 273, and The bottom of the quadrangular pyramid corresponds to the first side 274.
  • an uneven portion 272 is provided on the surface portion of the first surface 271.
  • the cross-sectional shape of the continuous convex and concave portions when the light guide plate 270 is cut in a virtual plane perpendicular to the first surface 271 in the light incident direction to the light guide plate 270 is a triangle.
  • the uneven portion 272 provided on the surface portion of the first surface 271 has a prism shape.
  • the second surface 273 of the light guide plate 270 may be smooth (that is, may be a mirror surface) or may be provided with a blast texture having a diffusion effect (that is, a fine uneven surface).
  • a reflective member 281 is disposed to face the first surface 271 of the light guide plate 270. Further, the color liquid is opposed to the second surface 273 of the light guide plate 270.
  • a crystal display device 210 is arranged.
  • a diffusion sheet 282 and a prism sheet 283 are disposed between the color liquid crystal display device 210 and the second surface 273 of the light guide plate 270.
  • the light emitted from the light source 260 is incident on the light guide plate 270 from the first side surface 274 of the light guide plate 270 (for example, the surface corresponding to the bottom surface of the truncated quadrangular pyramid), and collides with the uneven portion 272 of the first surface 271.
  • the color liquid crystal display device 210 is irradiated.
  • GaN-based semiconductor light-emitting elements described in the embodiments, and light-emitting devices, image display devices, planar light source devices, and color liquid crystal display device assemblies incorporating such GaN-based semiconductor light-emitting elements are examples.
  • the members, materials, and the like constituting these are also examples, and can be changed as appropriate.
  • the order of stacking in the GaN-based semiconductor light emitting device may be reversed.
  • a direct-view image display device may be an image display device that projects an image on a human retina.
  • the n-type electrode and the p-type electrode were formed on the same side (upper side) of the GaN-based semiconductor light-emitting device.
  • the substrate 10 was peeled off, and the n-type electrode and the p-type electrode were formed. May be formed on different sides of the GaN-based semiconductor light emitting device, that is, the n-type electrode on the lower side and the p-type electrode on the upper side.
  • a form using a reflective electrode such as silver or aluminum, which is not a transparent electrode, or a form having different long sides (major axis) and short sides (minor axis) can be adopted.
  • FIG. 35 shows a schematic cross-sectional view of a GaN-based semiconductor light-emitting element 1 having an LED power having a flip-chip structure. However, in FIG. 35, the hatching of each component is omitted.
  • the layer structure of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 can be the same as the layer structure of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 described in Examples 1 to 4.
  • the side surfaces of each layer are covered with a passivation film 305, an n-type electrode 19A is formed on the exposed portion of the IGaN-based compound semiconductor layer 13, and the Mg-doped GaN layer 18 is also used as a light reflecting layer.
  • a functioning p-type electrode 19B is formed.
  • the lower part of the GaN-based semiconductor light-emitting element 1 has an SiO layer 30
  • the p-type electrode 19B and the aluminum layer 303 are fixed to the submount 21 by solder layers 301 and 302. Live here
  • a semiconductor laser can be constituted by a GaN-based semiconductor light emitting element.
  • a layer configuration of such a semiconductor laser a configuration in which the following layers are sequentially formed on a GaN substrate can be exemplified.
  • the emission wavelength is about 450 nm.
  • An active layer having a multiple quantum well structure (from the bottom, consisting of an InGaN layer with a thickness of 3 nm
  • Well layer Z Barrier layer consisting of InGaN layer with a thickness of 15 nm Z InGaN layer with a thickness of 3 nm
  • Well layer composed of N layer Z In barrier layer composed of InGa N layer with a thickness of 5 nm Indium with a thickness of 3 nm
  • Mg-doped GaN layer is one set, and five sets are stacked, doping concentration is 5 X 10 19 Zcm 3 )
  • Temperature characteristics (temperature vs. emission wavelength) of AlGalnP semiconductor light emitting elements and GaN semiconductor light emitting elements are obtained in advance, and AlGalnP semiconductor light emitting elements and GaN in planar light source devices or color liquid crystal display device assemblies are obtained. By monitoring the temperature of the semiconductor light emitting device, stable operation of the AlGalnP semiconductor light emitting device and GaN semiconductor light emitting device can be realized immediately after the power is turned on.
  • the drive circuit 26 described above is not limited to the driving of the GaN-based semiconductor light-emitting device of the present invention.
  • the GaN-based semiconductor light-emitting device has a conventional configuration and structure (for example, the GaN-based semiconductor light-emitting device described in Comparative Example 1).
  • the present invention can also be applied to driving of a semiconductor light emitting device.
  • the drive circuit disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-22052 can also be used.
  • This drive circuit includes an emission wavelength correction unit that corrects variations in emission wavelength among a plurality of GaN-based semiconductor light-emitting elements by controlling a current supplied to the GaN-based semiconductor light-emitting element, and luminance between the GaN-based semiconductor light-emitting elements. It has a light emission luminance correction means for correcting the variation.
  • the emission wavelength correcting means has a current mirror circuit provided for each driven GaN-based semiconductor light-emitting element, and the current mirror circuit is configured to adjust the current flowing through the GaN-based semiconductor light-emitting element. it can.
  • the current flowing through the reference side of the current mirror circuit is controlled by controlling the current flowing through a plurality of active elements connected in parallel.
  • the light emission luminance correction means can be configured to have a constant current circuit that supplies current to the driven GaN-based semiconductor light emitting element, and to control on / off of the switching element of the constant current circuit.

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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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