半導(dǎo)體發(fā)光元件和顯示裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了半導(dǎo)體發(fā)光元件和含有該半導(dǎo)體發(fā)光元件的顯示裝置，它們使得將要出射的光的光強(qiáng)度分布是正態(tài)分布，并且能夠形成高精細(xì)的圖像。在所述半導(dǎo)體發(fā)光元件中，第一區(qū)域和第二區(qū)域沿著光波導(dǎo)的延伸方向周期性地且交替地布置于所述光波導(dǎo)中，并且當(dāng)用P1和P2分別表示所述第一區(qū)域的數(shù)量和所述第二區(qū)域的數(shù)量時(shí)，如果P1-P2=1，那么P2是2以上的整數(shù)，而如果P2-P1=1，那么P1是2以上的整數(shù)。此外，所述第一區(qū)域的有效折射率不同于所述第二區(qū)域的有效折射率，所述第一區(qū)域的寬度不同于所述第二區(qū)域的寬度，或者兩種類型的基橫模的光被出射。
【專利說明】半導(dǎo)體發(fā)光元件和顯示裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件和包括該半導(dǎo)體發(fā)光元件的顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開案N0.2009-025462中揭示了一種包括由半導(dǎo)體激光元件形成的半導(dǎo)體發(fā)光元件作為光源的諸如投影儀裝置等顯示裝置(即，所謂的激光顯示裝置)。由于激光顯示裝置除了具有高亮度和高清晰度的特性之外，還小巧輕便且具有電力消耗低的特性，所以它已經(jīng)引起了極大的關(guān)注。然而，在激光顯示裝置中，散斑噪聲(speckle noise)已成為使各種類型的圖像的質(zhì)量劣化的部分原因,但不是全部原因。該散斑噪聲是因如下現(xiàn)象而生成的，該現(xiàn)象是:由于激光的高相干性，該激光的散射光束在用于顯示各種類型的圖像的激光照射面(諸如屏幕或墻壁表面)上彼此干涉。而且該現(xiàn)象是由于激光照射面存在著細(xì)微的凹凸不平而造成的。順便提及地，當(dāng)用λ、011和Λ λ分別表示激光的波長、激光照射面的表面粗糙度和激光的振蕩波長寬度時(shí)，散斑對(duì)比度(specklecontrast)C能夠用下面的公式(I)來表示。此外，從公式(I)中已發(fā)現(xiàn)，隨著振蕩波長寬度Δ λ的值的增大，能夠?qū)崿F(xiàn)散斑噪聲的減少。
[0003]C=[l/{2(2.π.0h.Δ λ / λ 2) 2+1} ]1/4 (I)
[0004]日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開案N0.2010-171316中揭示了一種能夠減少散斑噪聲的半導(dǎo)體發(fā)光元件。上述專利文件中所揭示的半導(dǎo)體發(fā)光元件包括:有源的多模波導(dǎo)(multimode waveguide),其允許基橫模(fundamental transverse mode)的光和一次橫模(first-order transverse mode)的光通過；以及活性層,其具有第一活性層區(qū)域和第二活性層區(qū)域，在第一活性層區(qū)域中，分布有多于一次橫模的基橫模，而在第二活性層區(qū)域中，分布有多于基橫模的一次橫模。此外，在上面所說明的該半導(dǎo)體發(fā)光元件中，第一活性層區(qū)域的發(fā)光波長不同于第二活性層區(qū)域的發(fā)光波長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開案N0.2010-171316中所揭示的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，基橫模和一次橫模被交替振蕩。在這種情況下，由于振蕩波長彼此不同，所以振蕩譜基于時(shí)間平均而被加寬，激光的相干性降低了，且因此散斑噪聲能夠減少。然而，由于一次橫模的光強(qiáng)度分布不是正態(tài)分布，所以集光特性變劣，且作為結(jié)果而言不利的是，可能無法獲得聞精細(xì)的圖像。
[0006]鑒于上述問題，期望提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，它能夠出射光且該光的光強(qiáng)度分布是正態(tài)分布，并且它能顯示高精細(xì)的圖像。此外，還期望提供一種包括上述半導(dǎo)體發(fā)光元件的顯示裝置。
[0007]本發(fā)明的第一實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光兀件。在該半導(dǎo)體發(fā)光兀件中，第一區(qū)域和第二區(qū)域沿著光波導(dǎo)的延伸方向周期性地且交替地布置于所述光波導(dǎo)中；當(dāng)用PdPP2分別表示所述第一區(qū)域的數(shù)量和所述第二區(qū)域的數(shù)量時(shí)，如果P1-P2=I成立，那么P2是2以上的整數(shù)，而如果P2-P1=I成立，那么P1是2以上的整數(shù)；并且所述第一區(qū)域的有效折射率不同于所述第二區(qū)域的有效折射率。
[0008]本發(fā)明的第二實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光兀件。在該半導(dǎo)體發(fā)光兀件中，第一區(qū)域和第二區(qū)域沿著光波導(dǎo)的延伸方向周期性地且交替地布置于所述光波導(dǎo)中；當(dāng)用PdPP2分別表示所述第一區(qū)域的數(shù)量和所述第二區(qū)域的數(shù)量時(shí)，如果P1-P2=I成立，那么P2是2以上的整數(shù)，而如果P2-P1=I成立，那么P1是2以上的整數(shù)；并且所述第一區(qū)域的寬度不同于所述第二區(qū)域的寬度。
[0009]本發(fā)明的第三實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光兀件。在該半導(dǎo)體發(fā)光兀件中，第一區(qū)域和第二區(qū)域沿著光波導(dǎo)的延伸方向周期性地且交替地布置于所述光波導(dǎo)中；當(dāng)用PdPP2分別表示所述第一區(qū)域的數(shù)量和所述第二區(qū)域的數(shù)量時(shí)，如果P1-P2=I成立，那么P2是2以上的整數(shù)，而如果P2-P1=I成立，那么P1是2以上的整數(shù)；并且兩種類型的基橫模的光被出射。
[0010]本發(fā)明的第四實(shí)施例提供了一種顯示裝置，所述顯示裝置包括本發(fā)明的第一實(shí)施例至第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中的任一者。
[0011]在本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域周期性地且交替地布置著，并且所述第一區(qū)域的所述有效折射率不同于所述第二區(qū)域的所述有效折射率，同時(shí)在本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域周期性地且交替地布置著，并且所述第一區(qū)域的寬度不同于所述第二區(qū)域的寬度；因此，在所述第二區(qū)域中生成的基橫模的光的波長λ 2不同于在所述第一區(qū)域中生成的基橫模的光的波長λρ此外，在本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中，生成了兩種類型的基橫模的光。在這種情況下,P1或P2的值是2以上的整數(shù)。順便提及地，當(dāng)在所述 光波導(dǎo)的所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域中生成的基橫模的光傳播經(jīng)過所述光波導(dǎo)的另一個(gè)區(qū)域時(shí)，該光與在所述另一個(gè)區(qū)域中生成的基橫模的光耦合(進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換)。即，例如，所述第二區(qū)域中所生成的基橫模的光通常在所述第一區(qū)域中所生成的基橫模的光中在某種程度上被吸收。因此，在本發(fā)明的第一實(shí)施例至第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，例如，如果P1-P2=I成立，那么由于存在至少兩個(gè)所述第二區(qū)域，所以一個(gè)第二區(qū)域中所生成的基橫模的光在與第一區(qū)域中所生成的基橫模的光的耦合結(jié)束之前到達(dá)了相鄰的第二區(qū)域。結(jié)果，能存在兩種類型的基橫模的光(具有波長X1的光和具有波長入2的光)。于是從半導(dǎo)體發(fā)光元件出射的全部光的波長寬度△ λ的值能夠被增大。因此，不必使用復(fù)雜的元件結(jié)構(gòu)和/或電路，利用上面的公式(I )，通過半導(dǎo)體發(fā)光元件本身就能減少散斑噪聲。此外，由于在所述第一區(qū)域中生成的光和在所述第二區(qū)域中生成的光均為基橫模，所以將要出射的全部光的光強(qiáng)度分布是正態(tài)分布，并因此能獲得高精細(xì)的圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1A是實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)成要素的示意性布置圖；
[0013]圖1B是實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件的沿圖1A中的箭頭IB-1B所取得的示意性截面圖；
[0014]圖2Α是實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件的沿圖1A中的箭頭IIA-1IA所取得的示意性截面圖；
[0015]圖2B是實(shí)例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件的與沿圖1A中的箭頭IIB-1IB所取得的示意性截面圖類似的示意性截面圖；
[0016]圖3A和圖3B均是包括基板的不意性局部截面圖，用于圖不實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法；
[0017]圖4A和圖4B均是示意性局部截面圖，用于圖示跟隨在圖3A和圖3B所示的截面圖之后的實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法；
[0018]圖5A示出了當(dāng)實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件被連續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)所獲得的發(fā)射角分布的測(cè)
量結(jié)果；
[0019]圖5B示出了當(dāng)實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件被連續(xù)驅(qū)動(dòng)時(shí)所獲得的波長譜的測(cè)量結(jié)果;
[0020]圖6A和圖6B圖示了在實(shí)例3中當(dāng)讓預(yù)定的驅(qū)動(dòng)電流流過光波導(dǎo)的第一區(qū)域和第二區(qū)域時(shí)并且當(dāng)高頻信號(hào)進(jìn)一步疊加于該電流上時(shí)能夠使△ λ的值增大的狀態(tài)，其中圖6Α示出了未疊加高頻信號(hào)而執(zhí)行連續(xù)振蕩的情況，而圖6Β示出了疊加有高頻信號(hào)而執(zhí)行連續(xù)振蕩的情況；
[0021]圖7是實(shí)例4的半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)成要素的示意性布置圖；
[0022]圖8是實(shí)例5的顯示裝 置的概念圖；以及
[0023]圖9是實(shí)例5的另一顯示裝置的概念圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下，參照附圖，雖然將會(huì)使用各實(shí)例來說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)例，而且各實(shí)例中所公開的各種數(shù)值和材料僅僅是以示例的方式示出的。此外，將按照下面的順序進(jìn)行說明。
[0025]1.與本發(fā)明的第一實(shí)施例至第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件、本發(fā)明的第四實(shí)施例的顯示裝置、及其他內(nèi)容有關(guān)的說明。
[0026]2.實(shí)例I (本發(fā)明的第一實(shí)施例和第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件)
[0027]3.實(shí)例2 (實(shí)例I的變型)
[0028]4.實(shí)例3 (實(shí)例I的另一變型)
[0029]5.實(shí)例4 (本發(fā)明的第二實(shí)施例和第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件)
[0030]6.實(shí)例5 (本發(fā)明的第四實(shí)施例的顯示裝置)、及其他內(nèi)容。
[0031]1.與本發(fā)明的第一實(shí)施例至第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件、本發(fā)明的第四實(shí)施例的顯示裝置、及其他內(nèi)容有關(guān)的說明
[0032]在下面的說明中，本發(fā)明的第一實(shí)施例、第二實(shí)施例和第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件以及包括于本發(fā)明的第四實(shí)施例的顯示裝置中的半導(dǎo)體發(fā)光元件在某些情況下可以被統(tǒng)稱為例如“本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件”。
[0033]本發(fā)明的第一實(shí)施例或第二實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件可以被構(gòu)造用來出射兩種類型的基橫模的光。
[0034]在包括上面優(yōu)選構(gòu)造的本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，當(dāng)用L1表示第一區(qū)域的沿著光波導(dǎo)的延伸方向的長度，用λ _表不將要出射的光的平均波長,用nefg表示第一區(qū)域的有效折射率，并且用nrff_2表示第二區(qū)域的有效折射率時(shí)，較佳的是滿足下面的方程式。
[0035]0.7 X { λ J (neff_rneff_2)}≤ L1 ≤ 1.3 X { λ J (n^rn^)}
[0036]在包括上述優(yōu)選構(gòu)造的本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，當(dāng)用IirfM表示第一區(qū)域的有效折射率，并且用neff_2表示第二區(qū)域的有效折射率時(shí)，較佳的是滿足下面的方程式。
[0037]I X 1(T3 ( (nrff^-n^) Zneff^1 ( I X 10-2
[0038]當(dāng){(rWg-ndM) AirffJ的值極度增大時(shí),可能不會(huì)出射基橫模的光,從半導(dǎo)體發(fā)光元件出射的光束的強(qiáng)度分布偏離了正態(tài)分布，集光特性退化，且因此在某些情況下就可能不會(huì)獲得高精細(xì)的圖像。于是，較佳的是，如上所述地設(shè)定KrWM-ndJ/rwM}的值，以使得不生成高次橫模。
[0039]此外，在包括上面優(yōu)選構(gòu)造的本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，當(dāng)用W1和W2分別表示第一區(qū)域的 寬度和第二區(qū)域的寬度時(shí)，較佳的是滿足下面的方程式。
[0040]1.2 ^ VW1 ^ 2.5
[0041]此外，例如，在包括上述優(yōu)選構(gòu)造的本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，當(dāng)用L1和L2分別表示第一區(qū)域的沿著光波導(dǎo)的延伸方向的總長度和第二區(qū)域的沿著光波導(dǎo)的延伸方向的總長度時(shí)，較佳的是滿足下面的方程式。
[0042]0.1 ( L2/ (LJL2) ^ 0.4
[0043]此外，例如，在包括上述優(yōu)選構(gòu)造的本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，當(dāng)用入_和Λ λ分別表示將要從半導(dǎo)體發(fā)光元件出射的光的波長的最大峰值和該光的波長寬度時(shí)，從減少散斑噪聲的角度來看，較大的Λ λ/λ_的值是更佳的。雖然Λ λ/λ_的下限并沒有特別地限制，但是例如可以提及的下限的值有1.5X10'當(dāng)半導(dǎo)體發(fā)光元件是由半導(dǎo)體激光元件形成時(shí)，將要從半導(dǎo)體發(fā)光元件出射的光的波長的最大峰值λ _和該光的波長寬度△ λ分別對(duì)應(yīng)于振蕩波長的最大峰值和振蕩波長的寬度；而當(dāng)半導(dǎo)體發(fā)光元件是由超福射發(fā)光二極管(super luminescent diode)形成時(shí),將要從半導(dǎo)體發(fā)光元件出射的光的波長的最大峰值Xmax和該光的波長寬度△ λ分別對(duì)應(yīng)于發(fā)光波長的最大峰值和發(fā)光波長的寬度。
[0044]此外，在包括上述優(yōu)選構(gòu)造的本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，可以形成如下的結(jié)構(gòu):在該結(jié)構(gòu)中，第一區(qū)域和第二區(qū)域占用一個(gè)脊部，并且在各第二區(qū)域的附近(該脊部的一側(cè)或兩側(cè))設(shè)置有折射率控制區(qū)域(折射率變化區(qū)域、折射率擾亂區(qū)域、無序區(qū)域或波導(dǎo)損耗降低區(qū)域)，該折射率控制區(qū)域使第二區(qū)域的有效折射率不同于第一區(qū)域的有效折射率。此外，在折射率控制區(qū)域中，可以包含能夠讓折射率減小的物質(zhì)(或者能夠讓折射率控制區(qū)域中的能帶隙(energy bandgap)增大的物質(zhì)/雜質(zhì))。在這種情況下，作為能夠讓折射率減小的物質(zhì)，例如可以提及的是氧化鋅(ZnO)，并且當(dāng)氧化鋅發(fā)生熱擴(kuò)散時(shí)，活性層就被無序化，而且折射率能夠被減小?；蛘?，折射率控制區(qū)域可以具有由金屬膜形成的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，作為用于形成金屬膜的材料，例如可以提及的是T1、Pt和Au，并且當(dāng)這些材料均通過例如真空沉積方法或?yàn)R射方法而被形成為膜時(shí)，折射率就能夠被減小。作為用于形成折射率控制區(qū)域的方法，以示例的方式可以提及下列方法。
[0045](I)在把用于形成折射率控制區(qū)域的材料層形成于化合物半導(dǎo)體層上之后，該材料層被圖案化然后熱擴(kuò)散到該化合物半導(dǎo)體層中的方法。
[0046](2)把用于形成折射率控制區(qū)域的材料層形成于化合物半導(dǎo)體層上之后，該材料層被圖案化的方法。
[0047](3)離子注入方法。
[0048]此外，在包括上述優(yōu)選構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的第二實(shí)施例或第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，可以形成其中第一區(qū)域和第二區(qū)域占用一個(gè)脊部的所述結(jié)構(gòu)。
[0049]此外，例如，在包括上述優(yōu)選構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，可以形成如下構(gòu)造:在該構(gòu)造中，讓預(yù)定的驅(qū)動(dòng)電流流過光波導(dǎo)的第一區(qū)域和第二區(qū)域，且此夕卜，高頻信號(hào)(諸如IOOMHz至300MHz)還疊加在該電流上。于是，由于產(chǎn)生了增益的波動(dòng)，所以Λ λ/λ_的值能夠進(jìn)一步增大，且因此，能夠更有效地實(shí)現(xiàn)散斑噪聲的減少。
[0050]此外，例如，在包括上述優(yōu)選構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，可以形成如下構(gòu)造:在該構(gòu)造中，為光波導(dǎo)設(shè)置有活性層，并且該活性層由AlGaInP基化合物半導(dǎo)體形成。在這種情況下，活性層可以被構(gòu)造成具有如下的量子阱結(jié)構(gòu):在該量子阱結(jié)構(gòu)中，由GaInP層或AlGaInP層形成的至少一個(gè)阱層和均由AlGaInP層形成的至少兩個(gè)壘層彼此層疊起來?；蛘撸梢孕纬扇缦聵?gòu)造:在該構(gòu)造中，為光波導(dǎo)設(shè)置有活性層，并且該活性層由GaInN基化合物半導(dǎo)體形成。在這種情況下，活性層可以被構(gòu)造成具有如下的量子阱結(jié)構(gòu):在該量子講結(jié)構(gòu)中，由GaInN層形成的至少一個(gè)講層和均由GaInN層(但該GaInN層的In組分與阱層的GaInN層的In組分不同)形成的至少兩個(gè)壘層彼此層疊起來。用于形成脊部本身的化合物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)可以具有公知的構(gòu)造，具體地，該化合物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)形成于基板上，并且包括從基板側(cè)起按順序?qū)盈B起來的第一化合物半導(dǎo)體層、活性層和第二化合物半導(dǎo)體層。第一電極連接至第一化合物半導(dǎo)體層或基板，且第二電極連接至第二化合物半導(dǎo)體層。
[0051 ] 此外，例如，在包括上述優(yōu)選構(gòu)造和結(jié)構(gòu)的本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，半導(dǎo)體發(fā)光元件可以由半導(dǎo)體激光元件或超輻射發(fā)光二極管(SLD)形成。在這種情況下，在半導(dǎo)體激光兀件中，當(dāng)光出射表面的光反射率和光反射表面的光反射率被最優(yōu)化時(shí)，可能會(huì)形成諧振器。另一方面，在超輻射發(fā)光二極管中，當(dāng)光出射表面的光反射率被設(shè)定為很低的值，且光反射表面的光反射率被設(shè)定為很高的值時(shí)，不會(huì)形成諧振器，而是活性層中所生成的光在光反射表面上被反射，然后從光出射表面出射。通常，在光出射表面上，形成有防反射(ant1-reflection, AR)涂層或低反射涂層。此外,在光反射表面上,形成有高反射(high-reflection, HR)涂層。作為防反射涂層(或低反射涂層)，例如可以提及的是由從如下群組中選擇的至少兩種類型的層形成的層疊結(jié)構(gòu)，該群組是由氧化鈦層、氧化鉭層、氧化鋯層、氧化娃層、氧化鋁層、氮化鋁層和氮化硅層組成的。
[0052]作為本發(fā)明的第四實(shí)施例的顯示裝置，例如，可以提及投影儀裝置、圖像顯示裝置、監(jiān)控器裝置、反射型液晶顯示裝置、頭戴式顯示器(headmount display, HMD)、平視顯示器(head up display，HUD)和激光照明裝置，這些裝置均包括半導(dǎo)體發(fā)光元件作為光源。此夕卜，本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件還可以被用作激光顯微鏡的光源。
[0053]作為脊部的寬度W1,以示例的方式可以提及的是1.0 μ m至2.5 μ m的寬度。由于當(dāng)脊部的寬度過大時(shí)在某些情況下可能會(huì)生成高次橫模，所以較佳的是將脊部的寬度W1和W2確定為使得不會(huì)生成高次橫模。具體地，作為寬度W2的上限，可以提及的是3.0 μ m的寬度。
[0054]作為基板，例如，可以提及的有GaAs基板、GaP基板、AlN基板、AlP基板、InN基板、InP 基板、AlGaInN 基板、AlGaN 基板、AlInN 基板、AlGaInP 基板、AlGaP 基板、AlInP 基板、GaInP基板、ZnS基板、監(jiān)寶石基板、SiC基板、氧化招基板、ZnO基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、Si基板和Ge基板。此外，還可以使用通過在上述基板的表面(主面)上形成緩沖層或中間層而制備的基板。此外，關(guān)于基板的主面，取決于結(jié)晶結(jié)構(gòu)(諸如立方晶系或六方晶系)，也可以使用結(jié)晶取向面(諸如所謂的A面、B面、C面、R面、M面、N面或S面)或者從上述那些面的任意一者在特定方向上移位后的面。
[0055]作為添加到用于形成化合物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體層中的η型雜質(zhì)，例如可以提及的是硅(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、錫(Sn)、碳(C)、碲(Te)、硫(S)、氧(O)和鈀(Pd);而作為P型雜質(zhì)，可以提及的是鋅(Zn)、鎂(Mg)、鈹(Be)、鎘(Cd)、鈣(Ca)和鋇(Ba)?；钚詫涌梢跃哂袉瘟孔又v結(jié)構(gòu)(QW結(jié)構(gòu))或多量子講結(jié)構(gòu)(multiquantum well structure, MQff結(jié)構(gòu))。作為用于形成化合物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的方法(成膜方法)，可以提及的是有機(jī)金屬化學(xué)氣相生長方法(MOCVD方法或MOVPE方法)、有機(jī)金屬分子束外延方法(MOMBE方法)、氫化物氣相外延方法(HVPE方法)(該HVPE方法中，鹵素有助于輸運(yùn)或反應(yīng))和等離子體輔助物理氣相生長方法(PB)方法)。作為用于蝕刻化合物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)以形成脊部的方法，例如，可以提及的是光刻技術(shù)和濕法蝕刻技術(shù)的結(jié)合、以及光刻技術(shù)和干法蝕刻技術(shù)的結(jié)合。
[0056]化合物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)連接至第一電極和第二電極。當(dāng)?shù)谝浑姌O或第二電極形成于具有P型導(dǎo)電性的基板或化合物半導(dǎo)體層上時(shí)，作為該電極(P側(cè)電極)，例如可以提及的有 Au/AuZn、Au/Pt/Ti (/Au) /AuZn、Au/AuPd、Au/Pt/Ti (/Au) /AuPcU Au/Pt/Tiff (/Ti) (/Au) /AuPd、Au/Pt/Ti或Au/Ti。此外，當(dāng)?shù)谝浑姌O或第二電極形成于具有η型導(dǎo)電性的基板或化合物半導(dǎo)體層上時(shí)，作為該電極(η側(cè)電極)，例如可以提及的有Au/Ni/AuGe、Au/Pt/Ti (/Au)/Ni/AuGe*Au/Pt/TiW(/Ti)/Ni/AuGe。此外，上面所示出的“/”的先前層處于從電氣方面而言遠(yuǎn)離活性層的位置處。雖然第一電極電氣連接至第一化合物半導(dǎo)體層，但是也包括了其中第一電極形成于第一化合物半導(dǎo)體層上的情況、或者其中第一電極連接至第一化合物半導(dǎo)體層且有導(dǎo)電材料層或?qū)щ娀宀迦朐诘谝浑姌O與第一化合物半導(dǎo)體層之間的情況。第一電極和第二電極可以通過例如各種類型的PVD方法來形成，這些PVD方法例如是真空沉積方法和濺射方法。為了使外部電極或電路電氣連接至第一電極和/或第二電極，還可以設(shè)置有焊盤電極。較佳的是，焊盤電極具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)任一者均包含從由鈦(Ti )、鋁(Al)、鉬(Pt)、金(Au)和鎳(Ni )組成的群組中選擇的至少一種類型的金屬?；蛘?，焊盤電極還可以被形成為具有諸如Ti/Pt/Au多層結(jié)構(gòu)或Ti/Au多層結(jié)構(gòu)等多層結(jié)構(gòu)。
[0057]2.實(shí)例 I
[0058]實(shí)例I涉及本發(fā)明的第一實(shí)施例和第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件。圖1A示出了實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)成要素的示意性布置圖，圖1B示出了實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件的沿圖1A的箭頭IB-1B所取得的示意性截面圖，且圖2A示出了實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件的沿圖1A的箭頭IIA-1IA所取得的示意性截面圖。此外，在圖1A中，為了清晰地示出第一區(qū)域、第二區(qū)域和折射率控制區(qū)域，用斜線給這些區(qū)域加上了陰影線。如同在上述情況中一樣，在稍后將要說明的圖7中，為了清晰地示出第一區(qū)域和第二區(qū)域，也用斜線給這些區(qū)域加上了陰影線。
[0059]將參照本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件來說明實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件(具體地，半導(dǎo)體激光元件)。第一區(qū)域21和第二區(qū)域22沿著光波導(dǎo)(具體地，脊部20)的延伸方向周期性地且交替地布置于該光波導(dǎo)中。當(dāng)用P1和P2分別表示第一區(qū)域21的數(shù)量和第二區(qū)域22的數(shù)量時(shí)，如果P1-P2=I,那么P2是2以上的整數(shù)，而如果P2-P1=I,那么P1是2以上的整數(shù)。此外，第一區(qū)域21的有效折射率IirfM不同于第二區(qū)域22的有效折射率nrff_2。此外，實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件出射兩種類型的基橫模的光(稍后說明的實(shí)例2至實(shí)例4每一者的半導(dǎo)體發(fā)光元件也具有與如上所述相同的性能)。或者，將參照本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件來說明實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件。第一區(qū)域21和第二區(qū)域22沿著光波導(dǎo)(具體地，脊部20)的延伸方向周期性地且交替地布置于該光波導(dǎo)中。當(dāng)用P1和P2分別表示第一區(qū)域21的數(shù)量和第二區(qū)域22的數(shù)量時(shí)，如果P1-P2=I,那么P2是2以上的整數(shù)，而如果P2-P1=I,那么P1是2以上的整數(shù)。此外，實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件出射兩種類型的基橫模的光。在這種情況下，具體地，P1的值是“4”，同時(shí)P2的值是“3”。在稍后將要說明的實(shí)例2至實(shí)例4中，如在上述情況下一樣，P1被設(shè)定為4，同時(shí)P2被設(shè)定為3。此外，第一區(qū)域21的有效折射率IirfM由活性層、包覆層(clad layer)、脊深度和振蕩波長決定。另一方面，ZnO被擴(kuò)散至在脊部20的側(cè)面附近的位置處以使活性層無序化，從而使得第二區(qū)域22的折射率減小。因此，第二區(qū)域22的有效折射率neff_2被減小至低于第一區(qū)域21的有效折射率。該無序化所引起的折射率的減小由擴(kuò)散深度決定，并且該擴(kuò)散深度能由擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間控制。
[0060]此外，在實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，當(dāng)用L1表示第一區(qū)域21的沿著光波導(dǎo)(脊部20)的延伸方向的長度，并且用λ ave表示將要出射的光的平均波長時(shí)，滿足下面的方程式。
[0061]0.7 X { λ ave/ave/}
[0062]具體地，L1= λ J (neff_rneff_2)是成立的?；蛘撸瑵M足下面的方程式。
[0063]I X 10-3 ( (π,η^-π^) Zneff^1 ( I X 10-2
[0064]此外，當(dāng)用L1和L2分別表示第一區(qū)域21的沿著光波導(dǎo)(脊部20)的延伸方向的總長度和第二區(qū)域22的沿著光波導(dǎo)(脊部20)的延伸方向的總長度時(shí)，滿足下面的方程式。
[0065]0.1 ( L2/ (LJL2) ^ 0.4
[0066]此外，當(dāng)用λ_和Λ λ分別表示將要從半導(dǎo)體發(fā)光元件出射的光的波長的最大峰值和該光的波長寬度時(shí)，滿足下面的方程式。
[0067]Λ λ/λ.≥ 1.5Χ10-4
[0068]更具體地，在實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，脊部20的總長度是1.00mm，并且脊部20的寬度是1.8μπι。此外，其他物理值如下所示。
[0069]11^=3.2700
[0070]neff—2=3.2655
[0071]λ ave=648.75nm
[0072]λ max=650.0nm (=A1)
[0073]λ 2=647.5nm
[0074]Δ λ =2.5nm
[0075]1^=185 μ m[0076]L2=90 μ m
[0077]雖然有防反射(AR)涂層或低反射涂層形成于光出射表面25上，且有高反射(HR)涂層形成于光反射表面26上，但是圖中省略了這些涂層。
[0078]在實(shí)例I中，第一區(qū)域21和第二區(qū)域22占用一個(gè)脊部20。此外，在第二區(qū)域22的附近，形成有折射率控制區(qū)域(折射率變化區(qū)域、折射率擾亂區(qū)域、無序區(qū)域或波導(dǎo)損耗降低區(qū)域)23，該折射率控制區(qū)域使第二區(qū)域22的有效折射率neff_2不同于第一區(qū)域21的有效折射率Iieff+折射率控制區(qū)域23被形成為與脊部20的一側(cè)相距2 μ m。折射率控制區(qū)域23的沿著光波導(dǎo)(脊部20)的延伸方向的長度是90 μ m，同時(shí)折射率控制區(qū)域23的寬度是20 μ m。在實(shí)例I中，在折射率控制區(qū)域23中，包含了用于減小折射率的物質(zhì)(能讓折射率控制區(qū)域23中的能帶隙增大的物質(zhì)/雜質(zhì))，具體是指氧化鋅(ZnO)。
[0079]在實(shí)例I中，使用n-GaAs基板作為基板10。此外，實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件出射紅光。在這種情況下，為光波導(dǎo)(脊部20)設(shè)置有活性層33，而且活性層33由AlGaInP基化合物半導(dǎo)體形成。此外，活性層33具有如下的量子阱結(jié)構(gòu):在該量子阱結(jié)構(gòu)中，由GaInP層或AlGaInP層形成的至少一個(gè)講層和均由AlGaInP層形成的至少兩個(gè)魚層彼此層疊起來。實(shí)例I的半導(dǎo)體發(fā)光元件的由GaInP基化合物半導(dǎo)體形成的化合物半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)30的結(jié)構(gòu)在下面的表1中示出，并且在最底一欄中所說明的化合物半導(dǎo)體層形成于基板10上?；钚詫?3具有多量子阱結(jié)構(gòu)，并且具體地，壘層被構(gòu)造成包括四層，且阱層被構(gòu)造成包括三層。上述結(jié)構(gòu)與稍后將說明的實(shí)例2至實(shí)例4中的結(jié)構(gòu)相同。
[0080]表1
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其包括: 第一區(qū)域；以及 第二區(qū)域，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域沿著光波導(dǎo)的延伸方向周期性地且交替地布置于所述光波導(dǎo)中， 其中，當(dāng)用P1和P2分別表示所述第一區(qū)域的數(shù)量和所述第二區(qū)域的數(shù)量時(shí)，如果P1-P2=I,那么P2是2以上的整數(shù)，而如果P2-P1=I,那么P1是2以上的整數(shù)，并且 所述第一區(qū)域的有效折射率不同于所述第二區(qū)域的有效折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件出射兩種類型的基橫模的光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，當(dāng)用L1表示所述第一區(qū)域的沿著所述光波導(dǎo)的所述延伸方向的長度，用λ ave表示將要出射的光的平均波長，用IlrfM表示所述第一區(qū)域的所述有效折射率，并且用nrff_2表示所述第二區(qū)域的所述有效折射率時(shí)，滿足下面的方程式:
0.7 X {λ ave/ (iigff-j-neff_2)} ^ L1 ^ 1.3Χ{λ ave/ (Hef^1-neff_2)}。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，當(dāng)用L1表示所述第一區(qū)域的沿著所述光波導(dǎo)的延伸方向的總長度，并且用L2表示所述第二區(qū)域的沿著所述光波導(dǎo)的延伸方向的總長度時(shí)，滿足下面的方程式:
0.1 ( L2/ (L^L2) < 0.4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，當(dāng)用IirfM表示所述第一區(qū)域的所述有效折射率，并且用nrff_2表示所述第二區(qū)域的所述有效折射率時(shí)，滿足下面的方程式:
I X 10-3 ≤(nrfH-neH-2) /Iieff^ ( I X 10-2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中當(dāng)用λ_表示將要從所述半導(dǎo)體發(fā)光元件出射的光的波長的最大峰值，并且用△ λ表示該光的波長寬度時(shí)，滿足下面的方程式: Λλ/λΜχ>1.5Χ10-4。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件,其中， 所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域形成一個(gè)脊部，并且 所述半導(dǎo)體發(fā)光元件還包括在所述第二區(qū)域附近的折射率控制區(qū)域，以使所述第二區(qū)域的所述有效折射率不同于所述第一區(qū)域的所述有效折射率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述折射率控制區(qū)域每一者均包含用于減小折射率的物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述用于減小折射率的物質(zhì)包括氧化鋅。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述折射率控制區(qū)域每一者均包括金屬膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述金屬膜包括鈦、鉬或金。
12.—種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其包括: 第一區(qū)域；以及 第二區(qū)域，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域沿著光波導(dǎo)的延伸方向周期性地且交替地布置于所述光波導(dǎo)中， 其中，當(dāng)用P1和P2分別表示所述第一區(qū)域的數(shù)量和所述第二區(qū)域的數(shù)量時(shí)，如果P1-P2=I,那么P2是2以上的整數(shù)，而如果P2-P1=I,那么P1是2以上的整數(shù)，并且所述第一區(qū)域的寬度不同于所述第二區(qū)域的寬度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件出射兩種類型的基橫模的光。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，當(dāng)用W1表示所述第一區(qū)域的所述寬度，并且用W2表示所述第二區(qū)域的所述寬度時(shí)，滿足下面的方程式:
1.2 ≤VW1 ≤2.5。
15.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其包括: 第一區(qū)域；以及 第二區(qū)域，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域沿著光波導(dǎo)的延伸方向周期性地且交替地布置于所述光波導(dǎo)中， 其中，當(dāng)用P1和P2分別表示所述第一區(qū)域的數(shù)量和所述第二區(qū)域的數(shù)量時(shí)，如果P1-P2=I,那么P2是2以上的整數(shù)，而如果P2-P1=I,那么P1是2以上的整數(shù)，并且所述半導(dǎo)體發(fā)光元件出射兩種類型的基橫模的光。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中當(dāng)用L1表示所述第一區(qū)域的總長度，并且用L2表示所述第二區(qū)域的總長度時(shí)，滿足下面的方程式:
0.1 ≤ L2/ (L^L2) < 0.4。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中當(dāng)用λ_表示將要從所述半導(dǎo)體發(fā)光元件出射的光的波長的最大峰值，并且用△ λ表示該光的波長寬度時(shí)，滿足下面的方程式: Λλ/λΜχ>1.5Χ10-4。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域占用一個(gè)脊部。
19.根據(jù)權(quán)利要求1、12或15所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中， 讓預(yù)定的驅(qū)動(dòng)電流流過所述光波導(dǎo)的所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域，并且 所述電流上疊加有高頻信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1、12或15所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中， 所述光波導(dǎo)設(shè)置有活性層，并且 所述活性層包括AlGaInP基化合物半導(dǎo)體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述活性層具有多量子阱結(jié)構(gòu)，所述多量子阱結(jié)構(gòu)包括: 阱層，所述阱層每一者由GaInP層或AlGaInP層形成；以及 壘層，所述壘層每一者由AlGaInP層形成，所述阱層和所述壘層彼此層疊。
22.根據(jù)權(quán)利要求1、12或15所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中， 所述光波導(dǎo)設(shè)置有活性層，并且 所述活性層包括GaInN基化合物半導(dǎo)體。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述活性層具有多量子阱結(jié)構(gòu)，所述多量子阱結(jié)構(gòu)包括: 阱層，所述阱層每一者由GaInN層形成；以及 壘層，所述壘層每一者由GaInN層形成且所述壘層的所述GaInN層的In組分不同于所述阱層的所述GaInN層的In組分，所述阱層和所述壘層彼此層疊。
24.根據(jù)權(quán)利要求1、12或15所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其由半導(dǎo)體激光元件或超輻射發(fā)光二極管形成。
25.—種顯示裝置，其包括如權(quán)利要求1至24中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
【文檔編號(hào)】H01S5/22GK104009392SQ201410054215
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年2月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月25日
【發(fā)明者】阿部博明 申請(qǐng)人:索尼公司