有源層結構，半導體發(fā)光元件和顯示裝置的制作方法

文檔序號：11636238閱讀：508來源：國知局

本技術涉及半導體發(fā)光元件，其有源層結構以及包括該半導體發(fā)光元件的顯示裝置。

背景技術：

作為半導體發(fā)光元件，超發(fā)光二極管(sld)具有這樣的特性：其具有相對地接近于發(fā)光二極管的寬的發(fā)光光譜寬度并且發(fā)射具有窄輻射角和高強度的光，如同半導體激光器的發(fā)光狀態(tài)。

專利文獻1中描述的sld包括垂直于在平面圖中所見的解理端面(cleavageendsurface)而形成的線狀脊波導，以及設置為沿著脊波導彎曲的曲線引導有源層。在解理端面上，有時形成ar(防反射)膜。在具有這種結構的sld中，位于直線脊形波導正下方的有源層中產生的光的大部分行進到曲線引導有源層。朝向曲線引導有源層的光被分成由于彎曲而泄漏的光、被引導到端面(在解理端面的相反側上的端面)上并在其上被反射的光和在被引導的同時被吸收的光。利用這種結構，因為由于彎曲而泄漏的光和在解理端面的相對側上的端面上反射的光不能返回到線性有源層，所以抑制了激光模式振蕩(參見例如第2頁右下欄到第3頁的左上欄，以及圖1)。

簡言之，sld不具有其中光通過在設置在兩個端面上的反射鏡而被諧振的結構，而是具有其中光通過經由單向波導進行傳送而被放大的結構(進行受激發(fā)射)，這不同于常規(guī)的激光二極管(ld)。它們之間的區(qū)別在于sld的輸出光的波長的光譜寬度遠大于ld的輸出光的波長的光譜寬度。

專利文獻2公開了在光纖陀螺儀、光通信裝置、光學應用測量裝置等中使用的半導體發(fā)光元件(例如，sld)。該半導體發(fā)光元件的有源層(發(fā)光層)由ingaas形成，并且包括包含多個勢壘層(barrierlayers)和多個阱層(welllayers)的多個量子阱。已知通過在多個阱層中設置至少一個應變阱層來提高發(fā)光的量子效率。具體地，專利文獻1中公開的半導體發(fā)光元件的有源層包括其中材料的組成比不同的多個阱層(第一阱層和第二阱層)。因此，有源層的結構在第一阱層和第二阱層之間具有不同的帶隙。因此，利用該元素，可以實現(xiàn)具有大約800nm至大約850nm的中心波長的寬的發(fā)光光譜特性(參見例如段落0082、0091至0098，和0207，以及圖3a)。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：特開平2-310975號公報

專利文獻2：國際公開第2006/075759號

技術實現(xiàn)要素：

技術問題

順便提及，為了擴大這種半導體發(fā)光元件的應用范圍，不僅希望實現(xiàn)寬的光譜寬度，而且希望實現(xiàn)高的輸出。

考慮到上述情況，本技術的目的是提供一種半導體發(fā)光元件、其有源層結構以及包括該半導體發(fā)光元件的顯示裝置，它們能夠實現(xiàn)寬發(fā)光光譜寬度以及增加輸出。

問題的解決方案

為了實現(xiàn)上述目的，根據本技術的半導體發(fā)光元件包括第一導電層、第二導電層和有源層。

第一導電層具有電流狹窄結構(currentconstrictionstructure)，電流注入區(qū)域在電流狹窄結構中變窄。

有源層設置在第一導電層和第二導電層之間，有源層包括多個量子阱層，第一發(fā)光波長在整個發(fā)光光譜的強度峰值的波長范圍內，第一發(fā)光波長對應于所述多個量子阱層中的第一量子阱層的發(fā)光復合能級能隙(lightemissionrecombinationlevelenergygap)，所述第一量子阱層設置在最靠近所述電流狹窄結構的位置。

由于與提供給有源層的多個量子阱層中位于最靠近電流狹窄結構的位置的第一量子阱層的發(fā)光復合能級能隙相對應的第一發(fā)光波長處于整個發(fā)光光譜的強度峰值的波長范圍內，可以實現(xiàn)寬的發(fā)光光譜寬度和高輸出。

有源層可以包括一個或多個第二量子阱層和一個或多個第三量子阱層。

一個或多個第二量子阱層具有對應于比第一發(fā)光波長長的第二發(fā)光波長的發(fā)光復合能級能隙。

一個或多個第三量子阱層具有對應于比第一發(fā)光波長短的第三發(fā)光波長的發(fā)光復合能級能隙。

利用該結構，能夠以第一發(fā)光波長為中心增大發(fā)光光譜寬度，同時實現(xiàn)高輸出化。

有源層可以包括分別作為一個或多個第二量子阱層和一個或多個第三量子阱層的多個第二量子阱層和多個第三量子阱，多個第二量子阱層具有多個不同的發(fā)光復合能級能隙，所述多個第三量子阱具有多個不同的發(fā)光復合能級能隙。

第二量子阱層和第三量子阱層可以如下所述沿著遠離第一量子阱層的方向交替地布置。也就是說，與多個第二量子阱層的發(fā)光復合能級能隙對應的發(fā)光波長可以在表示發(fā)光波長與輸出之間的關系的光譜圖中從第一發(fā)光波長起以升序排列，并且與所述多個第三量子阱層的發(fā)光復合能級能隙相對應的發(fā)光波長可以在光譜圖中從第一發(fā)光波長按照降序排列。

利用這種構造，可以在實現(xiàn)高輸出的同時增加發(fā)光光譜寬度。

多個量子阱層可以被配置為具有不同的組成。

多個量子阱層可以被配置為具有不同的阱寬度。

根據本技術的有源層結構是這樣的有源層結構，包括：具有電流狹窄結構的第一導電層，電流注入區(qū)域在電流狹窄結構中變窄；第二導電層；以及設置在第一導電層和第二導電層之間的有源層。

有源層包括多個量子阱層，第一發(fā)光波長在整個發(fā)光光譜的強度峰值的波長范圍內，第一發(fā)光波長對應于多個量子阱層的第一量子阱層的發(fā)光復合能級能隙，所述第一量子阱層設置在最接近所述電流狹窄結構的位置。

根據本技術的顯示裝置包括上述半導體發(fā)光元件；以及圖像生成單元，其能夠二維地掃描從所述半導體發(fā)光元件發(fā)射的光，并且基于圖像數(shù)據來控制所述投射光的亮度。

發(fā)明的有益效果

如上所述，根據本技術，可以實現(xiàn)寬的頻譜寬度和高輸出。

應當注意，這里描述的效果不一定是限制性的，并且可以是本公開中描述的任何效果。

附圖說明

[圖1]圖1的部分a是示出作為根據本技術的實施例的半導體發(fā)光元件的sld的示意性透視圖，以及圖1的部分b是其平面圖。

[圖2]圖2的左側是沿圖1的部分b中的線c-c截取的截面圖。

[圖3]圖3示意性地示出了其中最多載流子注入位于最靠近脊部的位置的第一量子阱層中的狀態(tài)

[圖4]圖4示出了sld的整個發(fā)光光譜的形狀和每個量子阱層的發(fā)光光譜的形狀。

[圖5]圖5的部分a示出了包括五個或更多個量子阱層的有源層結構，以及圖5的部分b示出了其發(fā)光光譜。

[圖6]圖6示出了取決于注入電流的輸出的改善效果的模擬結果。

[圖7]圖7示出了光譜寬度的改善效果的模擬結果。

[圖8]圖8是示出在改變有源層薄膜的組成的情況下對應于帶隙的發(fā)光波長的計算結果的圖。

[圖9]圖9的部分a示出了被配置為使得對應于多個有源層薄膜的量子阱層的阱寬度不同的有源層結構的能帶結構。圖9的部分b是示出在量子阱層的阱寬度改變的情況下的增益最大波長的計算結果的圖。

[圖10]圖10示意性地示出使用根據上述實施例中的任一個的半導體發(fā)光元件作為光源的顯示裝置的構造。

[圖11]圖11是用于描述能隙和發(fā)光復合能級能隙之間的差異的圖。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖描述本技術的實施例。在下面的描述中，使用諸如表示方向的“上”、“下”、“右”和“左”的術語來使描述簡單，并且不限制根據本實施例的裝置或元件。

1.根據本實施例的半導體發(fā)光元件的基本原理

(半導體發(fā)光元件的整體結構)

圖1的部分a是示出根據本技術的實施例的半導體發(fā)光元件的示意性透視圖，以及圖1的部分b是其平面圖。圖2的左側是沿圖1的部分b中的線c-c截取的截面圖。該半導體發(fā)光元件例如是包括作為p型或n型導電層的脊部10的脊型超發(fā)光二極管(sld)。

從圖2的左側的頂部來看，sld100包括：p型電極層11(或與p型電極層接觸的接觸層(未示出))；作為p型半導體層的第一導電層13；有源層20；作為n型半導體層的第二導電層14；n型半導體基板15；n型電極層12(或與n型電極層接觸的接觸層(未示出))。

第一導電層13包括從p型電極層11側依次形成的p型熔覆層(claddinglayer)131和p型引導層132。第二導電層14包括n型引導層層141和n型熔覆層142從基板15側起依次形成。例如，p型電極層11和p型熔覆層131構成脊部10。在基板15和第二導電層14之間可以提供n型緩沖層。

例如，脊部10沿著垂直于光發(fā)射端面33的方向線性地形成。第一導電層13具有電流狹窄結構32。具體地，利用脊部10的結構，形成了被配置為使得從p型電極層11到有源層20的電流注入區(qū)域變窄的電流狹窄結構32。因此，在有源層20中的脊部10附近，形成沿著脊部10的縱向的光波導。

在p型引導層132上或在脊部10周圍，形成絕緣層(未示出)。

注意，盡管p型熔覆層131的下端對應于脊部10的下端，但是其不一定需要與其對應，并且脊部10的下端可以包括部分的p型引導層132。

如圖1的部分b所示，在sld100的光發(fā)射端面33上設置低反射鏡膜18，在其相反側的端面35上設置高反射鏡膜19。在從有源層20自發(fā)地發(fā)射的光中，朝向高反射鏡膜19側的光在高反射鏡膜19上被反射，在到達光發(fā)射表面?zhèn)鹊耐局斜环糯?，并且經由低反射鏡膜18被發(fā)射。

(有源層的結構)

接下來，將描述根據本實施例的有源層結構。圖2的右側示意性地示出了有源層20的能帶結構。水平方向表示能量，并且能量朝向左側較高。垂直方向表示構成sld100的層的層疊方向。能量低的一側的能帶是價帶(valenceband)，能量高的一側的能帶是電導帶(conductanceband)。

該有源層20包括多個量子阱層20a，即是多量子阱有源層20。具體地，有源層20包括多個量子阱層20a和設置在它們之間的多個勢壘層20b。多個量子阱層20a實際上包括多個有源層薄膜(對應于量子阱層的薄膜)。在圖2的左側，多個有源層薄膜未示出，并且表示為一個有源層20。

量子阱層20a的寬度t(以下簡稱為阱寬度)對應于有源層薄膜的厚度。此外，一個或多個勢壘層20b實際上包括一個或多個阻擋薄膜。每個量子阱層20a的阱寬度基本相同。

在最靠近電流狹窄結構32的位置處(即脊部10處)設置的多個量子阱層20a中的一個量子阱層20a以下被稱為第一量子阱層201。有源層20被配置為使得與第一量子阱層201的發(fā)光復合能級能隙相對應的發(fā)光波長(以下稱為第一發(fā)光波長)處于sld100的發(fā)光光譜(sld100的整個發(fā)光光譜)的強度峰值的波長范圍內。

具體地，有源層20包括多個量子阱層20a中的具有對應于比第一發(fā)光波長長的第二發(fā)光波長的發(fā)光復合能級能隙的一個或多個量子阱層202(以下稱為第二量子阱層)。此外，有源層20包括多個量子阱層20a中的具有對應于比第一發(fā)光波長短的第二發(fā)光波長的發(fā)光復合能級能隙的一個或多個量子阱層203(以下稱為第三量子阱層)。具體地，每個第二量子阱層202的發(fā)光復合能級能隙小于第一量子阱層201的發(fā)光復合能級能隙，并且每個第三量子阱層203的發(fā)光復合能級能隙大于第一量子阱層203的發(fā)光復合能級能隙量子阱層201。注意，在圖2的右側，示出了其中設置有一個第二量子阱層202和一個第三量子阱層203的有源層的能帶結構，以使描述簡單。

如圖3所示，存在最多的載流子(這里是電子空穴)注入位于最靠近脊部10的位置的第一量子阱層201中的特性。有源層被配置為使得第一量子阱層201的發(fā)光波長對應于整個發(fā)光光譜的強度峰值的波長范圍。因此，可以實現(xiàn)盡可能的高輸出的發(fā)光。

注意，盡管在圖3中示出了從導帶(conductionband)注入電子空穴，這是為了使圖簡單，并且電子空穴最初從價帶注入。

圖4示出了有源層20的整個發(fā)光光譜的形狀和每個量子阱層20a的發(fā)光光譜的形狀。在圖4中，垂直方向示出輸出(其可以是強度或增益)。具有由附圖標記251表示的特性的光是具有在強度峰值的波長范圍內的第一發(fā)光波長的光。具有由附圖標記252表示的特性的光是具有比第一發(fā)光波長長的第二發(fā)光波長的光。具有由附圖標記253表示的特性的光是具有比第一發(fā)光波長短的第三發(fā)光波長的光。sld100的有源層20例如能夠發(fā)射具有包括這三個波長范圍的光發(fā)射光譜的光。

如上所述，在根據本實施例的有源層結構中，可以實現(xiàn)寬的發(fā)光光譜寬度和高輸出(高增益)。

有源層20的材料的示例包括以下材料。在括號中，示出了波長范圍(包括強度峰值或中心波長的波長范圍)。

algan(紫外區(qū)域400nm)

ingan(4001000nm，實用區(qū)域為400550nm，藍紫色綠色)

algainp(550900nm，實用區(qū)域為630680nm，紅色)

algaas(750850nm，紅外區(qū)域)

ingaas(800980nm，紅外區(qū)域)

ingaasp(1.21.6μm，紅外區(qū)域)

(關于實現(xiàn)寬的光譜寬度和高輸出的難度)

為了實現(xiàn)高輸出的光，例如以下手段：1)向sld中注入大量的電流；2)增加光波導的長度；和3)增加脊寬度是可以想到的。然而，這些手段具有以下問題。

在1)注入大量電流的情況下，為了實現(xiàn)高輸出，sld的封裝上的熱耗散負擔增加，這是成本增加的原因，因為上限受到輸出的熱飽和的限制。此外，在注入大量電流的情況下，由于sld即使在輕微的端面反射的情況下也易于振蕩，因此需要使sld以明顯低于上述熱飽和的時間上的電流的電流工作。

在2)增加光波導的長度的情況下，由于光在光被取出到外部之前在更長的路徑中被放大，所以光的強度增加，但是存在以下缺點。

一個缺點是促進通過受激發(fā)射的光的放大，其影響光發(fā)射光譜的形狀。具體地，隨著光波導的長度，即可以放大光的路徑的長度增加，發(fā)光光譜寬度減小。因此，低相干性降低(容易發(fā)生干擾)。換句話說，低相干性和輸出處于權衡(trade-off)關系。

另一個缺點是半導體發(fā)光元件的尺寸增加，這不適于封裝的尺寸減小，并且整個波導損耗增加，這可能降低光轉換效率。

在3)增加脊寬度的情況下，可以通過減小集中電流的密度和增加光發(fā)射的面積來增加輸出。然而，要輸出的光束的寬度增加了與其對應的量，并且光源難以在應用上使用。因此，脊寬度也具有上限。此外，還存在通過增加脊寬度可以引導的模式的數(shù)量增加的問題。

4)作為實現(xiàn)高輸出的光的另一種方法，可以想到在光被放大之前自發(fā)地發(fā)射光時增加光譜寬度的方法。然而，為了實現(xiàn)這一點，需要改變設計，例如，分離相應的發(fā)光區(qū)域中的注入電極，或者僅改變將由不同的有源層材料制成的區(qū)域或者具有不同的有源層結構。在前一種情況下，需要分離電極并用單獨的驅動器驅動它們，并且結構不經濟。在后一種情況下，由于結構非常難以制造，例如，晶體需要再生長，所以成本很高。首先，在這兩種方法中，由于要消耗的電流基本上可能增加，所以光源的效率進一步降低。

(概要)

利用根據本實施例的sld100，通過將具有最高載流子注入效率的第一量子阱層201的第一發(fā)光波長置于sld100的發(fā)光光譜寬度的中心，可以確保高輸出。此外，通過使其它量子阱層起到增加光譜寬度的作用，可以實現(xiàn)寬的光譜寬度和高的輸出。這表示克服了上述“低相干性和輸出之間的權衡關系”的問題。

此外，根據本實施例的有源層20包括：具有對應于比第一發(fā)光波長長的第二發(fā)光波長的發(fā)光復合能級能隙的第二量子阱層202；具有對應于比與第一量子阱層201的發(fā)光復合能級能隙相對應的發(fā)光波長短的第三發(fā)光波長的發(fā)光復合能級能隙的第三量子阱層203。因此，可以增加以第一發(fā)光波長為中心的發(fā)光光譜寬度，同時實現(xiàn)高輸出。

不言而喻，有源層20的量子阱層20a的數(shù)量不限于三個，并且可以是四個或更多個。具體地，可以設置除了第一量子阱層201之外的三個或更多個量子阱層。例如，可以設置多個第二量子阱層202和多個第三量子阱層203。如圖5的部分a所示，除了最靠近電流狹窄結構32(參見圖2的左側)的第一量子阱層201之外，量子阱層20a-2、20a-3、20a-4、20a-5，...的數(shù)量，優(yōu)選為4以上。量子阱層20a的總數(shù)為5至30，優(yōu)選為10至20。

具體地，量子阱層20a-2、20a-4、...在遠離第一量子阱層201的方向上交替布置，以使得長于第一發(fā)光波長的發(fā)光波長從圖5的部分b所示的光譜圖中的第一發(fā)光波長起以升序排列。在圖5的部分b中，第一量子阱層201(20a-1)的發(fā)光光譜由附圖標記a表示。量子阱層20a-2的發(fā)光光譜由附圖標記b表示，量子阱層20a-4的發(fā)光光譜由附圖標記d表示。

另一方面，量子阱層20a-3、20a-5、...沿著遠離第一量子阱層201的方向交替布置，以使得短于第一發(fā)光波長的發(fā)光波長從第一發(fā)光波長起以降序排列。在圖5的部分b中，量子阱層20a-3的發(fā)光光譜由附圖標記c表示，量子阱層20a-5的發(fā)光光譜由附圖標記e表示。

利用有源層20的這種結構，可以進一步增加發(fā)光光譜寬度，同時實現(xiàn)高輸出。

此外，利用根據本實施例的有源層結構，可以線性地形成電流狹窄結構32的電流注入區(qū)(在本實施例中為脊部10)。具體地，其不需要形成上述的專利文獻1中記載的彎曲的脊部，并且可以確保設計和制造的容易性并降低成本。此外，也可以將現(xiàn)有設計用于除了有源層20之外的層的設計。

多個量子阱層20a中的至少兩個可以具有相同的發(fā)光復合能級能隙。這也適用于設置在最接近電流狹窄結構32的位置處的第一量子阱層201。也就是說，設置在第二最接近電流狹窄結構的位置處的量子阱層的發(fā)光復合能級能隙32可以具有與最靠近電流狹窄結構32的位置處設置的量子阱層相同的發(fā)光復合能級能隙。

此外，根據本實施例，可以使用具有高量子效應的“薄量子阱層”，并且有利于載流子的有效使用。因此，不僅可以實現(xiàn)上述高輸出和寬的光譜寬度，而且可以實現(xiàn)溫度特性的改善。該“溫度特性”將在后面描述。

(根據本實施例的有源層的更具體的驗證和效果的示例)

圖6示出了取決于注入電流的輸出的改善效果的模擬結果。如圖6所示，由實線表示的曲線圖通過根據本實施例的有源層結構獲得，其中有源層的材料是algainp，并且有源層結構包括具有薄阱寬度t1的三個量子阱層。發(fā)光復合能級能隙的差距離中心波長±幾nm。另一方面，由虛線表示的曲線圖通過根據參考示例的有源層結構獲得，其中光波導的材料和長度與由實線表示的情況中的相同，并且有源層結構包括具有厚阱寬度(3×t1)的一個量子阱層。

從該結果可以看出，在高電流注入區(qū)域中輸出提高了20％至30％，并且根據本實施例的sld100能夠有效地使用量子效應。盡管在根據參考示例的有源層結構的情況下，輸出在最大電流的區(qū)域中開始飽和，但是在根據本實施例的有源層結構中輸出不飽和。因此，期望根據本實施例的有源層結構的輸出與根據參考示例的有源層結構的輸出之間的差在大于該最大電流的電流區(qū)域中進一步增加。具體地，在本實施例中，因為在半導體發(fā)光元件本身處于高溫狀態(tài)時的高電流操作也改善，高溫操作也優(yōu)于參考示例。具體地，如上所述，改善了“溫度特性”。

圖7示出了光譜寬度的改善效果的模擬結果。在圖的垂直軸上，輸出是標準化的。虛線和實線都表示根據本實施例的有源層結構的曲線圖。虛線表示示出具有光波導長度l1的有源層結構的特性的曲線圖。實線表示示出在僅光波導的長度是上述基準的兩倍長(光波導長度2×l1)的情況下的有源層結構的特性的曲線圖。從該結果可以看出，即使光波導的長度加倍以增加輸出，也可以保持具有半高全寬(afullwidthathalfmaximum)的83％的光譜寬度。

另一方面，關于根據參考示例的有源層結構(包括具有上述阱寬度3×t1nm的一個量子阱層)，通過比較具有光波導長度l1的有源層結構(參考示例1)與具有光波導長度2×l1(參考示例2)的有源層結構而獲得的結果如下所述。具體地，與根據參考示例1的有源層結構相比，根據參考示例2的有源層結構的光譜寬度以半高全寬減小高達55％。因此，可以看出，可以保持其中具有半高全寬的85％的光譜寬度的根據本實施例的有源層結構中的光譜寬度的改善效果非常高。

另一方面，當多個量子阱層的發(fā)光波長之間的差過大時，存在峰值被分割或波導模式受到影響的擔憂。然而，認為例如當差異為大約幾nm時，其被計算出來，并且不會發(fā)生這樣的問題。因此認為，例如通過進一步增加量子阱層的數(shù)量，即使當發(fā)光光譜寬度的整體為10nm以上時，也沒有實用的問題。

為了進一步改善有源層20的特性，期望通過進一步減小有源層薄膜的厚度來有效地使用載流子，并且有源層薄膜的厚度減小為盡可能薄地達到在外延工藝上結晶性不會損失的水平。

根據本實施例的sld100可以是具有與ld的可靠性相等的可靠性的產品，因為sld100采用也在ld中使用的多量子阱結構。此外，利用多量子阱結構的發(fā)光效率的提高還導致能量效率的提高。

在本實施例中，只要在應用中可接受低輸出，通過適當?shù)夭贾昧孔于鍖泳陀锌赡芤暂^高的效率實現(xiàn)具有較低相干性的發(fā)光。例如，可以容易地實現(xiàn)大約10nm的發(fā)光光譜寬度，而不會極大地減小光波導的長度。

此外，在具有與sld的工作原理類似的工作原理的光放大器中，預期實現(xiàn)類似的效果。也就是說，在具有與根據本實施例的有源層結構等效的結構的光放大器中，期望可以增大放大波長范圍并且可以提高放大效率。

2.根據本實施例的用于實現(xiàn)有源層結構的具體裝置

(具體方法的示例1)

作為用于實現(xiàn)有源層20的上述結構的手段，例如，有源層20僅需要被配置為使得每個有源層薄膜(構成量子阱層20a的薄膜)的材料的組成不同。利用這種結構，可以實現(xiàn)包括具有不同發(fā)光復合能級能隙的多個量子阱層20a的有源層20。

圖8是示出在改變有源層薄膜的組成的情況下對應于帶隙的發(fā)光波長的計算結果的圖。橫軸表示例如algainp中的in和al的組成(也稱為組成比)。在水平軸中，隨著algainp中al的組成增加，in的組成減小。當al的組成為0.5時，in的組成也為0.5。注意，當al的組成不小于0.7時，示出了具有間接帶隙的帶結構。

如上所述，由于有源層薄膜的組成不同，因此可以實現(xiàn)與各種發(fā)光復合能級能隙對應的發(fā)光波長。

注意，圖8中所示的示例是從被配置為使得能夠發(fā)射紅光的algainp的組成中的al和in的組成不同的有源層結構獲得的。然而，除了al和in的組成之外，algainp的組成中的至少一種材料的組成可以不同。這也適用于上述基于gan和基于gaas的有源層。

現(xiàn)在，將描述“發(fā)光復合能級能隙”和“帶隙(禁帶寬度)”之間的差異。如圖1所示，帶隙是當有源層具有相對較大的厚度并且基本上沒有量子效應時，跨間隙發(fā)生復合并發(fā)射光的能隙。另一方面，發(fā)光復合能級能隙是在圖11所示的量子能級上形成子能帶的能隙，當對有源層進行量化時，在該子帶上發(fā)生復合，并發(fā)射光。帶隙表示主要由有源層的材料確定的值，并且發(fā)光復合能級能隙表示由有源層的材料和阱寬度確定的值。

(具體方法的實施例2)

作為用于實現(xiàn)上述有源層的結構的另一種手段，圖9的部分a示出了有源層20的能帶結構，該有源層20被配置為使得與多個有源層薄膜相對應的量子阱層(第一量子阱層)201、第二量子阱層202和第三量子阱層203的阱寬度不同。根據本實施例的有源層結構被配置為使得與每個有源層薄膜相對應的量子阱層的阱寬度不同。由于阱寬度不同，因此可以實現(xiàn)包括具有不同發(fā)光復合能級能隙的多個量子阱層201、202和203的有源層20。

圖9的部分b是示出在量子阱層的阱寬度改變的情況下的增益最大波長的計算結果的圖。作為有源層的材料，使用algainp。注意，“增益最大波長”基本上是與發(fā)光復合能級能隙對應的發(fā)光波長。

從圖9的部分b可以看出，由于量子阱層的阱寬度不同，因此可以實現(xiàn)被配置為使得發(fā)光波長不同的有源層結構。

該示例中的技術也可以類似地應用于由除了能夠發(fā)射紅光的algainp之外的材料制成的上述基于gan和基于gaas有源層。

注意，不一定需要采用圖9所示的結構，并且量子阱層的數(shù)量可以為四個以上(例如5至30個，優(yōu)選為10至20個)，并且其中至少兩個可以具有相同的阱寬度，類似于上述內容。

(具體手段的上述示例1和2的具體效果的示例)

因為根據本實施例的sld100可以僅通過改變外延生長中的部分條件來制造，所以整個工藝幾乎不受影響。

可以通過用tem(透射電子顯微鏡)，隨后通過edx(能量色散x射線)分析或wdx(波長色散x射線)分析進行分析來檢測有源層的組成。具體地，由于后者具有足以能夠檢測經由其產生清晰的波長差的組成差(約1％)的檢測性能(不大于0.1％)，因此完全可以進行分析。

3.顯示設備

圖10示意性地示出了使用作為根據上述實施例的半導體發(fā)光元件的sld作為光源的顯示裝置的配置。該顯示裝置200是使用光柵掃描方法的投影儀。

顯示裝置200包括圖像生成單元70。圖像生成單元70被配置為能夠對從作為光源的半導體發(fā)光元件發(fā)射的光進行二維掃描，例如執(zhí)行光柵掃描，以及基于圖像數(shù)據控制投射在諸如屏幕和墻壁表面的照射表面105上的光的亮度。

圖像生成單元70例如主要包括水平掃描器103和垂直掃描器104。從紅光發(fā)射sld100r、綠光發(fā)射sld100g和藍光發(fā)射sld100b發(fā)出的光束分別由分色棱鏡102r、102g和102b聚集成一束。該光束被水平掃描器103和垂直掃描器104掃描并投射到被照射表面105上，從而顯示圖像。

注意，發(fā)出rgb彩色光的半導體發(fā)光元件中的至少一個僅需要是sld，并且其它元件可以是常規(guī)ld。

例如，水平掃描器103和垂直掃描器104可以分別由多面鏡和galvano掃描器的組合構成。在這種情況下，作為用于控制亮度的裝置，例如使用控制注入到半導體發(fā)光元件中的電流的電路。

或者，作為水平掃描器和垂直掃描器，可以使用諸如由mems(微機電系統(tǒng))技術制造的dmd(數(shù)字微鏡器件)的二維光調制元件。

或者，圖像生成單元70可以通過諸如glv(光柵光閥)元件的一維光調制元件和上述一維掃描鏡的組合來配置。

或者，圖像生成單元70可以包括折射率調制型掃描器，例如聲光效應掃描器和電光效應掃描器。

4.其他各種實施例

本技術不限于上述實施例，并且可以實現(xiàn)其他各種實施例。

除了如上所述的其中有源層薄膜的組成和阱寬度不同的結構之外，具有不同發(fā)光波長的半導體發(fā)光元件也可以通過以下有源層結構來實現(xiàn)。例如，有源層結構可以被配置為通過使有源層薄膜之間的每個勢壘層的材料的組成和厚度不同而使得在量子阱層中發(fā)生的失真的方向和/或失真率不同。

或者，也利用量子阱層的摻雜劑濃度，可以實現(xiàn)具有多個發(fā)光波長的有源層結構。

雖然根據上述實施例的有源層結構的量子阱層的數(shù)量是三個或更多個，但是它可以是兩個。

配置為使得電流注入區(qū)域變窄的電流狹窄結構32不限于形成脊部分10的結構。例如，電流狹窄結構可以是嵌入結構或嵌入脊結構。

盡管在上述實施例中已經使用n型基片作為基片15，但是可以使用p型基片，并且構成電流狹窄結構的半導體層可以是n型基片。在這種情況下，“第一導電”是n型，“第二導電”是p型。

根據上述實施例的半導體發(fā)光元件具有這樣的結構，其中電流狹窄結構32位于基片15的與有源層20相反的一側。然而，電流狹窄結構可以位于(n型或p型)基片的與有源層20相同的一側。注意，根據上述實施例的半導體發(fā)光元件與半導體發(fā)光元件相比具有在結構上具有高散熱性的優(yōu)點，所述半導體發(fā)光元件具有其中電流狹窄結構位于與基片相同側的結構。

具有對應于峰值光發(fā)射波長的發(fā)光復合能級能隙的第一量子阱層201的數(shù)量可以是兩個或更多個。在這種情況下，這些第一量子阱層201從最靠近電流狹窄結構32的位置開始依次排列。類似地，可以提供具有相同發(fā)光復合能級能隙的多個第二量子阱層和/具有相同的發(fā)光復合能級能隙的多個第三量子阱層。

在圖3和圖4所示的實施例中，在第一量子阱層201之后第二最靠近電流狹窄結構32的量子阱層已經被描述為具有比第一發(fā)光波長長的發(fā)光波長的第二量子阱層202。然而，在第一量子阱層201之后第二最接近電流狹窄結構32的量子阱層可以是具有比第一發(fā)光波長短的發(fā)光波長的第三量子阱層203。

可以組合上述實施例的特征中的至少兩個特征。

應當注意，本技術可以采取以下配置。

(1)一種半導體發(fā)光元件，包括：

具有電流狹窄結構的第一導電層，在所述電流狹窄結構中變窄的電流注入區(qū)域；

第二導電層；以及

有源層，設置在第一導電層和第二導電層之間，所述有源層包括多個量子阱層，第一發(fā)光波長在整個發(fā)光光譜的強度峰值的波長范圍內，所述第一發(fā)光波長對應于所述多個量子阱層中的第一量子阱層的發(fā)光復合能級能隙，所述第一量子阱層設置在最接近所述電流狹窄結構的位置處。

(2)根據權利要求1所述的半導體發(fā)光元件，其中，

所述有源層包括

一個或多個第二量子阱層，所述一個或多個第二量子阱層具有對應于比所述第一發(fā)光波長長的第二發(fā)光波長的發(fā)光復合能級能隙，以及

一個或多個第三量子阱層，所述一個或多個第三量子阱層具有對應于比所述第一發(fā)光波長短的第三發(fā)光波長的發(fā)光復合能級能隙。

(3)根據權利要求2所述的半導體發(fā)光元件，其中，

所述有源層包括分別作為所述一個或多個第二量子阱層和所述一個或多個第三量子阱層的多個第二量子阱層和多個第三量子阱，所述多個第二量子阱層具有多個不同的發(fā)光復合能級能隙，所述多個第三量子阱具有多個不同的發(fā)光復合能級能隙，以及

所述第二量子阱層和所述第三量子阱層在遠離所述第一量子阱層的方向上交替排列，從而在表示發(fā)光波長與輸出之間的關系的光譜圖中與所述多個第二量子阱層的發(fā)光復合能級能隙對應的發(fā)光波長從第一發(fā)光波長起以升序排列，與所述多個第三量子阱層的發(fā)光復合能級能隙對應的發(fā)光波長在所述光譜圖中從所述第一發(fā)光波長起以降序排列。

(4)根據權利要求1至3中任一項所述的半導體發(fā)光元件，其中，

所述多個量子阱層被配置為具有不同的組成。

(5)根據權利要求1至3中任一項所述的半導體發(fā)光元件，其中，

所述多個量子阱層被配置為具有不同的阱寬度。

(6)一種有源層結構，包括：

具有電流狹窄結構的第一導電層，在所述電流狹窄結構中變窄的電流注入區(qū)域；

第二導電層；以及

設置在所述第一導電層和所述第二導電層之間的有源層，其中，

所述有源層包括多個量子阱層，第一發(fā)光波長在整個發(fā)光光譜的強度峰值的波長范圍內，所述第一發(fā)光波長對應于多個量子阱層中的第一量子阱層的發(fā)光復合能級能隙，所述第一量子阱層設置在最接近所述電流狹窄結構的位置處。

(7)一種顯示裝置，包括：

半導體發(fā)光元件；以及

圖像生成單元，其能夠二維地掃描從所述半導體發(fā)光元件發(fā)射的光，并且基于圖像數(shù)據控制所投射的光的亮度，其中