CN104009391A - 半导体发光元件、其制造方法和显示装置 - Google Patents

半导体发光元件、其制造方法和显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半导体发光元件、制造半导体发光元件的方法和包括半导体发光元件的显示装置。所述半导体发光元件包括基板，在所述基板中的凹部，设置在所述凹部内的脊部，所述脊部具有一定宽度，其中所述凹部具有沿着所述脊部的长度方向变化的宽度，所述脊部由包括活性层的化合物半导体多层结构形成，和所述活性层具有沿着所述脊部的长度方向变化的厚度。

Description

半导体发光元件、其制造方法和显示装置
相关申请的交叉参考
本申请要求于2013年2月25日提交的日本在先专利申请JP2013-034820的权益，其全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及一种半导体发光元件、制造半导体发光元件的方法和包括半导体发光元件的显示装置。
背景技术
例如，日本未经审查的专利申请公开No.2009-025462公开了一种显示装置，如配备有作为光源的由半导体激光元件形成的半导体发光元件的投影装置，即，激光显示装置。激光显示装置具有高亮度、高清晰度、小型、轻重和低功耗的优点，因而已倍受关注。然而，在激光显示装置中，散斑噪声导致图像和视频图像的质量劣化。散斑噪声是一种作为在由于激光的高相干性而显示图像或视频图像的激光照射面(例如，屏幕或壁面)上的散射光的干涉所产生的结果的现象，并且归因于激光照射面上的微小凹凸的存在。另一方面，散斑对比度C由下式(1)表示，
C=[1/{2(2·π·σh·Δλ/λ2)2+1}]1/4(1)
其中λ表示激光的波长，σh表示激光照射面的表面粗糙度，Δλ表示激光的振荡波长的宽度。式(1)表明，激光的振动波长的宽度Δλ增加导致散斑噪声的水平的降低。
日本未经审查的专利申请公开No.06-275904公开了一种半导体激光器，包括在半导体基板中的沟槽和脊部，沟槽具有宽宽度的部分和窄宽度的部分，脊部在整个凹部中配置。激光束的象散通过减小位于激光出射面的沟槽部分的宽度和增大激光出射面相对侧的沟槽部分的宽度而维持在低水平。此外，在半导体激光器中，纵模振荡作为整体是多模振荡。然而，在该专利文献公开的技术中，脊部被配置在整个沟槽中。因此，当形成活性层等时，在沟槽的边缘部分附近的活性层等的一部分容易形成为多晶部分，从而使活性层等的结晶性劣化。因此，很难生产出高可靠性的半导体激光器。
日本未经审查的专利申请公开No.07-135372公开了一种通过如下步骤制造的半导体光放大器：在基板上形成掩模，掩模由介电材料等构成并具有不同的宽度，在基板的露出部分上选择性地生长活性层等，其中活性层具有在光接收端附近的第一带隙波长和在光出射端附近的第二带隙波长，第二带隙波长比第一带隙波长短。在该专利文献公开的技术中，活性层的带隙波长由掩模的宽部中活性层的铟(In)含量增大而控制。然而，在掩模边缘部分附近的活性层等容易形成为多晶部分，从而使活性层等的结晶性劣化，降低了可靠性。此外，在掩模之间形成条形光波导，从而不利地增加了光学限制而引起高阶模式。
发明内容
希望提供一种活性层等的结晶性降低被抑制的高可靠性的半导体发光元件、制造半导体发光元件的方法和包括半导体发光元件的显示装置。
根据本公开实施方案的半导体发光元件包括设置在基板的凹部内的脊部，所述脊部具有一定宽度，其中所述凹部具有沿着所述脊部的长度方向变化的宽度，所述脊部由包括活性层的化合物半导体多层结构形成，和所述活性层具有沿着所述脊部的长度方向变化的厚度。
根据本公开实施方案制造半导体发光元件的方法包括在基板中形成凹部，所述凹部具有沿着将要形成的脊部的长度方向变化的宽度；在所述基板上形成包括活性层的化合物半导体多层结构，所述活性层具有沿着将要形成的脊部的长度方向变化的厚度；和通过蚀刻在所述凹部内的化合物半导体多层结构的一部分形成脊部，所述脊部具有一定宽度。
根据本公开实施方案的显示装置包括上述的根据本公开实施方案的半导体发光元件。
在本公开中，活性层具有沿着脊部的长度方向变化的厚度。换句话说，增益在共振器内不一致，从而增大了从半导体发光元件射出的光的波长宽度Δλ的值。这导致在无需使用复杂元件结构或复杂电路的情况下，由于基于上式(1)的半导体发光元件本身的原因使散斑噪声水平降低。此外，具有一定宽度的脊部设置在基板的凹部内，换句话说，脊部的宽度比凹部的宽度窄。因此，在没有降低包括活性层的化合物半导体多层结构的结晶性的情况下，能够提供高可靠性的半导体发光元件。
附图说明
图1A是根据第一实施例的半导体发光元件的示意性平面图，图1B是根据第一实施例的半导体发光元件的示意性剖视图，该剖视图沿着图1A的线IB-IB，图1C是根据第一实施例的半导体发光元件的示意性剖视图，该剖视图沿着图1A的线IC-IC；
图2A是基板中的凹部的示意性局部平面图，图2B是基板的示意性局部剖视图，该剖视图沿着图2A的线B-B；
图3A和图3B是用于说明制造第一实施例的半导体发光元件的方法的基板等的示意性局部剖视图，图3C是根据第一实施例的半导体发光元件的局部放大的示意性剖视图，该剖视图沿着图1A的线IIIC-IIIC；
图4是示出基于第一实施例的化合物半导体多层结构通过光致发光(PL)法的半导体发光的增益峰值波长的测量结果的图形；
图5A和图5B是在制造根据第一实施例的半导体发光元件的方法的[步骤-110]中得到的化合物半导体多层结构等的扫描电子显微照片；
图6A和图6B是在制造根据第一实施例的半导体发光元件的方法的[步骤-120]中得到的化合物半导体多层结构等的扫描电子显微照片；
图7A和图7B示出根据第一实施例和第一比较例的半导体发光元件的增益曲线；
图8A和图8B示出根据第一实施例和第一比较例的半导体发光元件的发射光谱；
图9是根据第二实施例的显示装置的概念图；
图10是根据第二实施例的另一个显示装置的概念图；
图11A和图11B是根据变形例的基板中的凹部的示意性局部平面图；和
图12是根据另一个变形例的基板中的凹部的示意性局部平面图。
具体实施方式
下面将参照附图基于实施例说明本公开。然而，本公开不限于实施例。在实施例中描述的各种数值和材料仅仅是用于说明目的。请注意，本公开将按以下顺序进行说明：
1.本公开实施例的半导体发光元件、制造半导体发光元件的方法和显示装置以及总体说明；
2.第一实施例(根据本公开第一实施例的半导体发光元件和制造半导体发光元件的方法)；和
3.第二实施例(根据本公开第二实施例的显示装置)和其他
[本公开实施例的半导体发光元件、制造半导体发光元件的方法和显示装置以及总体说明]
在本公开实施方案的半导体发光元件或包含在根据本公开实施方案的显示装置的半导体发光元件(以下统称为“根据本公开实施方案的半导体发光元件”)中，活性层的组成可以沿着脊部的长度方向变化。根据本公开实施方案的制造半导体发光元件的方法可以包括形成厚度和组成沿着将要形成的脊部的长度方向变化的活性层。
在根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件等中，由化合物半导体多层结构形成的侧部结构优选设置在凹部内的脊部两侧并且所述侧部结构和所述脊部分隔开。制造根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件的方法优选包括同时形成侧部结构和脊部并且所述侧部结构和所述脊部分隔开，各侧部结构由化合物半导体多层结构形成并设置在凹部内的脊部两侧。
在根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件等中或在制造根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件的方法中，为了沿着脊部的长度方向确实地改变活性层的厚度、确实地形成在凹部内具有一定宽度的脊部和获得高质量的化合物半导体多层结构，凹部优选具有0.5μm以上和10μm以下的深度。凹部的宽度的下限的例子是6μm。
在根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件等中或在制造根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件的方法中，优选满足下式：
0.8≤(Wmax-Wmin)/Wave≤2
其中Wmax表示凹部的最大宽度，Wmin表示凹部的最小宽度，Wave表示凹部的平均宽度。表1示出在被构造成发射红光的半导体发光元件中的Wmax、Wmin和Wave的示例性值。
表1
                                 Wmax(μm)  Wmin(μm)  Wave(μm)
被构造成发射红光的半导体发光元件  14～300    6～150    10～147
在根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件等中或在制造根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件的方法中，从降低散斑噪声的观点来看，更优选的是Δλ/λmax的较大值，其中λmax表示从半导体发光元件射出的光的波长最大峰值，Δλ表示光的波长宽度。Δλ/λmax的值的下限的例子是但不限于1.5×10-4。在半导体发光元件由半导体激光元件形成的情况下，从半导体发光元件射出的光的波长的最大峰值和光的波长宽度分别是指振动波长的最大峰值和振荡波长的宽度。在半导体发光元件由超发光二极管构成的情况下，从半导体发光元件射出的光的波长的最大峰值λmax和光的波长宽度Δλ是指发射波长的最大峰值和发射波长的宽度。
在根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件等中或在制造根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件的方法中，优选满足下式：
0.01≤(Tmax-Tmin)/Tave≤0.1
其中Tmax表示活性层的最大厚度，Tmin表示活性层的最小厚度，Tave表示活性层的平均厚度。在这种情况下，活性层在光出射面附近的部分优选具有最小厚度。
在根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件等中或在制造根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件的方法中，活性层可以由AlGaInP系化合物半导体构成。在这种情况下，活性层可以具有量子阱结构，其中包括GaInP层或AlGaInP层的阱层和包括AlGaInP层的阻挡层叠置。活性层在光出射面附近的部分可以具有最低的In含量。可选择地，活性层可以由GaInN系化合物半导体构成。在这种情况下，活性层可以具有量子阱结构，其中包括GaInN层的阱层和包括In含量不同于阱层的GaInN层的阻挡层叠置。活性层在光出射面附近的部分可以具有最低的In含量。尽管化合物半导体多层结构的结构可以是现有技术中的结构，但是化合物半导体多层结构设置在基板上并且具有其中第一化合物半导体层、活性层和第二化合物半导体层从基板依序叠置的结构。第一化合物半导体层或基板被连接到第一电极。第二化合物半导体层被连接到第二电极。
在根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件等中或在制造根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件的方法中，半导体发光元件可以由半导体激光元件或超发光二极管(SLD)形成。在半导体激光元件的情况下，通过优化光出射面的反射率和光反射面的反射率设置共振器。在超发光二极管的情况下，光出射面的反射率设定为非常低的水平，并且光反射面的反射率设定为非常高的水平。由此，在活性层中产生的光从光反射面反射，并从光出射面射出而不形成共振器。通常，抗反射涂层(AR)或低反射涂层形成在光出射面上。高反射涂层(HR)形成在光反射面上。抗反射涂层(低反射涂层)的例子是包括选自氧化钛层、氧化钽层、氧化锆层、氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层和氮化硅层中的至少两层的多层结构。
在根据本公开上述优选实施方案的半导体发光元件等中，在驱动元件时高频信号(例如，100MHz～300MHz)被叠加在驱动电流上而引起增益波动，从而进一步增加了Δλ/λmax的值，以更有效地降低散斑噪声。
根据本公开实施方案的显示装置的例子包括：配备有半导体发光元件作为光源的投影装置、图像显示装置、监视装置、反射型液晶显示器、头戴式显示器(HMDS)、平视显示器(HUD)和激光照明。此外，根据本公开实施方案的半导体发光元件可以用作激光显微镜用的光源。
脊部的宽度的例子是1.0μm～3.0μm。脊部的过大宽度可能会引起高阶横模。因此，脊部可以具有不会发生高阶横模的宽度。
基材的例子包括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、蓝宝石基板、SiC基板、氧化铝基板、ZnO基板、LiMgO基板、LiGaO2基板、MgAl2O4基板、Si基板和Ge基板。此外，在这些基板的任一种的表面(主表面)上设置有缓冲层和中间层的部件可以用作基板。关于这些基板的主表面，取决于它们的晶体结构，如立方晶系和六方晶系，可以使用所谓的A面、B面、C面、R面、M面、N平面、S平面等晶面。可选择地，例如，可以使用其中这些面在特定方向上倾斜的面。
被添加到包含在化合物半导体多层结构中的化合物半导体层中的n型杂质的例子包括硅(Si)、锗(Ge)、硒(Se)、锡(Sn)、碳(C)、碲(Te)、硫(S)、氧(O)和钯(Pd)。被添加到包含在化合物半导体多层结构中的化合物半导体层中的p型杂质的例子包括锌(Zn)、镁(Mg)、铍(Be)、镉(Cd)、钙(Ca)和钡(Ba)。活性层可以具有单量子阱结构(QW结构)或多量子阱结构(MQW结构)。形成化合物半导体多层结构的方法(沉积方法)的例子包括：有机金属化学气相沉积(MOCVD)法、金属有机气相外延(MOVPE)法、金属有机分子束外延(MOMBE)法、其中卤素有助于输送或反应的氢化物气相外延(HVPE)法以及等离子体辅助的物理气相沉积(PPD)法。形成凹部的方法和蚀刻化合物半导体多层结构的方法的例子包括光刻技术和湿蚀刻的蚀刻技术的组合；以及光刻技术和干蚀刻的蚀刻技术的组合。
化合物半导体多层结构被连接到第一电极和第二电极。在第一电极或第二电极形成在具有p型导电性的化合物半导体层或基板上的情况下，电极(p侧电极)的例子包括Au/AuZn、Au/Pt/Ti(/Au)/AuZn、Au/AuPd、Au/Pt/Ti(/Au)/AuPd、Au/Pt/TiW(/Ti)(/Au)/AuPd、Au/Pt/Ti和Au/Ti。在第一电极或第二电极形成在具有n型导电性的化合物半导体层或基板上的情况下，电极(n侧电极)的例子包括Au/Ni/AuGe、Au/Pt/Ti(/Au)/Ni/AuGe和Au/Pt/TiW(/Ti)/Ni/AuGe。此处，各层通过“/”隔开，并且更靠前的层位于电气地更远离活性层的位置。第一电极电连接到第一化合物半导体层。第一电极可以形成在第一化合物半导体层上。第一电极可以经由导电材料层或导电性基板连接到第一化合物半导体层。第一电极和第二电极可以通过各种PVD法中的任一种形成，如真空蒸镀法和溅射法。焊盘电极可以设置在第一电极和第二电极上，以便建立与外部电极或电路的电连接。焊盘电极优选具有含有选自钛(Ti)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)和镍(Ni)中的至少一种金属的单层结构或多层结构。可选择地，焊盘电极可以具有多层结构，例如，Ti/Pt/Au多层结构或Ti/Au多层结构。
第一实施例
下面说明根据本公开第一实施例的半导体发光元件和制造半导体发光元件的方法。图1A是根据第一实施例的半导体发光元件的示意性平面图。图1B是根据第一实施例的半导体发光元件的示意性剖视图，该剖视图沿着图1A的线IB-IB。图1C是根据第一实施例的半导体发光元件的示意性剖视图，该剖视图沿着图1A的线IC-IC。图2A是基板中的凹部的示意性局部平面图。图2B是基板的示意性局部剖视图，该剖视图沿着图2A的线B-B。图3C是根据第一实施例的半导体发光元件的局部放大的示意性剖视图，该剖视图沿着图1A的线IIIC-IIIC。在下面的图1C和图3A和图3B中，第一化合物半导体层、活性层和第二化合物半导体层由一个层(化合物半导体多层结构)所示，缓冲层未示出。在图1B中，第一电极和第二电极未示出。在图1B、图1C和图3C中，在厚度方向上使用不同的比例。在下面的图2A和图11A、图11B和图12中，为了清楚地说明凹部，凹部被赋予阴影线。
根据第一实施例的半导体发光元件(具体地，半导体激光元件)包括具有一定宽度的脊部30。这里，脊部30形成在基板10的凹部20内。脊部30的宽度比凹部20的小。凹部20的宽度沿着脊部30的长度方向变化。脊部30包括包含活性层43的化合物半导体多层结构31。活性层43的厚度沿着脊部30的长度方向变化。
在第一实施例中，共振器的长度(脊部30的长度)为1.00mm。由化合物半导体多层结构31形成的侧部结构32设置在凹部20内的脊部30两侧并且侧部结构32和脊部30分隔开。凹部20具有0.5μm以上和10μm以下的深度。在第一实施例中，具体地，凹部20具有2μm的深度。凹部20具有线性边缘部分21。凹部20满足下式：
0.8≤(Wmax-Wmin)/Wave≤2
其中Wmax表示凹部20的最大宽度，Wmin表示凹部20的最小宽度，Wave表示凹部20的平均宽度。具体地，
Wmax=94μm；
Wmin=24μm；和
Wave=59μm。
脊部30具有2.0μm的恒定宽度。活性层43满足下式：
0.01≤(Tmax-Tmin)/Tave≤0.1
其中Tmax表示活性层43的最大厚度，Tmin表示活性层43的最小厚度，Tave表示活性层43的平均厚度。这里，活性层43在光出射面33附近的部分具有最小厚度。活性层43在光反射面34附近的部分具有最大厚度。具体地，
Tmax=102nm；
Tmin=98nm；和
Tave=100nm。
活性层43的组成沿着脊部30的长度方向变化。此外，满足下式：
Δλ/λmax≥1.5×10-4
其中λmax表示从半导体发光元件射出的光的波长最大峰值，Δλ表示光的波长宽度。具体地，
λmax=640nm；和
Δλ=0.6nm。
抗反射涂层(AR)或低反射涂层设置在光出射面33上。高反射涂层(HR)设置在光反射面34上。这些涂层未示出。
在第一实施例中，作为基板10，使用n-GaAs基板。表2描述了在被构造成发射红光的半导体发光元件中由GaInP系化合物半导体构成的化合物半导体多层结构31的构成。在最下段记载的化合物半导体层形成在基板10上。由AlGaInP系化合物半导体构成的活性层43具有多量子阱结构，其中包括GaInP层或AlGaInP层的阱层和包括AlGaInP层的阻挡层叠置。具体地，使用4个阻挡层和3个阱层。
表2
下面参照图3A和3B说明制造根据第一实施例的半导体发光元件的方法，图3A和图3B是沿着图1A的线IIIC-IIIC的示意性局部剖视图。
步骤-100
在基板10上形成宽度沿着将要形成的脊部30的长度方向变化的凹部20。具体地，凹部20通过现有技术中的光刻技术和蚀刻技术(具体地，反应性离子蚀刻(RIE)法)形成在由n-GaAs构成的基板10的主表面上(参照图2A和图2B)。
步骤-110
包括活性层43的化合物半导体多层结构31形成在基板10上。这样提供了宽度沿着将要形成的脊部30的长度方向变化和组成沿着将要形成的脊部30的长度方向变化的活性层43。具体地，各种化合物半导体层的晶体通过MOCVD法生长。这里，例如，磷化氢(PH3)可以用作磷源。三甲基镓(TMG)气体或三乙基镓(TEG)气体可以用作镓源。三甲基铝(TMA)气体可以用作铝源。三甲基铟(TMI)气体可以用作铟源。甲硅烷(SiH4气体)可以用作硅源。环戊二烯基镁气体可以用作镁源。
更具体地，缓冲层10'、第一化合物半导体层41、活性层43和第二化合物半导体层42通过通常的MOCVD法(即，在使用有机金属化合物和氢化合物作为源气体的MOCVD法)在包括凹部20的基板10上外延生长，由此提供图3A(示意性局部剖视图)和图5A和图5B(扫描电子显微镜照片)所示的结构。图5A是当从光出射面观察时化合物半导体多层结构31的扫描电子显微照片。在该图中，脊部30将在后续步骤中形成在由圆形所包围的区域中。图5B是当从上方观察时化合物半导体多层结构31的扫描电子显微照片。图5B示出了用于制造两个半导体发光元件的过程。该结构将在后续步骤中沿着显微照片的水平中心线切开，以形成光出射面33。
通常，在通过MOCVD法形成化合物半导体层的情况下，与凹部20的窄部分相比，大量的源气体被供给到凹部20的宽部分。这将导致形成厚度沿着将要形成的脊部30的长度方向变化的活性层43。此外，与凹部20的窄部分相比，大量的In被组入到凹部20的宽部分。由此，活性层43的组成沿着脊部30的长度方向变化。表3总结了这些结果。
表3
             凹部的宽度  活性层的厚度  In含量  振荡波长
光反射面附近  宽          厚           高      长
光出射面附近  窄          薄           低      短
步骤-120
通过现有技术中的光刻技术和蚀刻技术来蚀刻凹部20内的化合物半导体多层结构31的一部分，以形成具有一定宽度的脊部30。具体地，通过蚀刻去除在厚度方向上的第二化合物半导体层42的预定部分。由此，由化合物半导体多层结构31形成的侧部结构32与脊部30的形成同时形成，侧部结构32位于凹部20内的脊部30两侧并且侧部结构32和脊部30分隔开。这将导致形成图3B(示意性局部剖视图)和图6A和图6B(扫描电子显微镜照片)所示的结构。图6A是当从光出射面观察时脊部30、侧部结构32和化合物半导体叠层结构31的扫描电子显微照片。图6B是图6A的扫描电子显微照片的放大图。
步骤-130
通过CVD法在整个表面上形成(沉积)由SiO2、SiN和Al2O3构成的绝缘层46。通过光刻技术和蚀刻技术去除位于第二化合物半导体层42的顶面上的绝缘层46的一部分。通过剥离法形成从第二化合物半导体层42的露出顶面延伸到绝缘层46的表面的第二电极45。通过现有技术中的方法在基板10的背面上形成第一电极44。由此，完成根据第一实施例的半导体发光元件(参照图1C)。
基于在步骤-120中得到的化合物半导体多层结构31，通过光致发光(PL)法测定半导体发光的增益峰值波长。图4示出在与光反射面34距离0.50mm的化合物半导体多层结构的区域中、在与光反射面34距离0.80mm的化合物半导体多层结构的区域中以及在与光反射面34距离1.00mm的化合物半导体多层结构的区域(在光出射面33附近的区域)中，半导体发光的增益峰值波长的测量结果。图4的纵轴表示半导体发光的增益峰值波长。横轴表示从光反射面34到化合物半导体多层结构的测定区域的距离。图4中所示的结果表明，半导体发光的增益峰值波长从在光反射面34的632.5nm处到在光发射面33的631.0nm迁移了1.5nm。
在不形成凹部20的情况下，通过在由n-GaAs构成的基板10的主表面上与第一实施例类似地形成化合物半导体多层结构等，制作作为原型的根据第一比较例的半导体发光元件。图7A和图7B示出根据第一实施例和第一比较例的半导体发光元件的Ith附近的发射光谱。在根据第一实施例的半导体发光元件中，增益曲线的宽度为约5.0nm。相比而言，在根据第一比较例的半导体发光元件中，增益曲线的宽度为约3.5nm。结果表明，根据第一实施例的半导体发光元件具有比第一比较例更宽的增益曲线。图8A和图8B示出根据第一实施例和第一比较例的半导体发光元件的发射光谱。根据第一实施例的半导体发光元件呈现出多个振荡峰，具体地，两个振动峰。根据第一比较例的半导体发光元件呈现出单一的振荡峰。从根据第一实施例的半导体发光元件射出的两个光束(激光束)均被确定为基本横模。
如上所述，在根据第一实施例的半导体发光元件中，活性层43的厚度沿着脊部30的长度方向变化。这将导致从半导体发光元件射出的光的波长宽度Δλ增加，从而降低了斑纹噪声。此外，具有一定宽度的脊部30形成在设于基板10上的凹部20内。因此，包括活性层43的化合物半导体多层结构31的结晶性没有降低，从而提供了高可靠性的半导体发光元件。顺便提及的是，在半导体激光元件中，当在光出射面33处半导体发光的增益峰值波长比在光反射面34处半导体发光的增益峰值波长短的情况下，光损失减小，从而提高了可靠性。由此，凹部20的宽度在光出射面33附近优选减小。
在预定电流经由第一电极44和第二电极45通过活性层43并且高频信号(例如，100MHz～300MHz，更具体地，170MHz)被叠加的情况下，引起增益波动，从而进一步增加了Δλ/λmax的值且更有效地降低了散斑噪声。具体地，当高频信号被叠加时，Δλ的值是从0.6nm增大到1.6nm，并且Δλ/λmax的值从9.4×10-4增大到2.5×10-3。
第二实施例
下面说明根据本公开第二实施例的显示装置。在第二实施例中，如作为概念图的图9所示，作为显示装置，使用配备有半导体发光元件作为光源的光栅扫描型投影装置。该投影装置通过光栅扫描从作为光源的由半导体激光元件形成的半导体发光元件射出的激光、同时响应于将要显示的图像来控制激光的亮度而显示图像。具体地，从被构造成发射红光的半导体发光元件101R、被构造成发射绿光的半导体发光元件101G和被构造成发射蓝光的半导体发光元件101B射出的激光束利用分色棱镜102R、102G和102B被组合成单一的激光束。所得到的激光束由水平扫描仪103和垂直扫描仪104扫描并投影在激光照射面105上，如屏幕或壁面，以显示图像或视频图像，从而形成图像。例如，水平扫描仪103和垂直扫描仪104可以由多角镜和电流计式扫描仪(galvano-scanner)的组合形成。水平扫描仪103和垂直扫描仪104的其他例子包括由微电机系统(MEMS)技术制作的多个数字微反射镜装置(DMD)、多角镜和电流计式扫描仪的组合；水平扫描仪和垂直扫描仪的一体化结构，即，二维空间调制器，其中DMD以二维矩阵状排列；和二维的MEMS扫描仪，其中通过一个DMD进行二维扫描。此外，也可以使用折射率调制型扫描仪，例如，声光效应扫描仪或电光效应扫描仪。
水平扫描仪103和垂直扫描仪104的另一个例子是作为一维空间调制器的多个光栅光阀(GLV)元件、多角镜和电流计式扫描仪的组合。如作为概念图的图10所示，该显示装置包括：包括GLV元件203R和激光光源(被构造成发射红光的半导体激光器)202R的图像形成装置201R、包括GLV元件203G和激光光源(被构造成发射绿光的半导体激光器)202G的图像形成装置201G以及包括GLV元件203B和激光光源(被构造成发出蓝光的半导体激光器)202B的图像形成装置201B。这里，从激光光源(被构造成发射红光的半导体激光器)202R射出的红色激光由虚线表示。从激光光源(被构造成发射绿光的半导体激光器器)202G射出的绿色激光用实线表示。从激光光源(被构造成发出蓝光的半导体激光器)202B射出的蓝色激光由交替的长短虚线表示。该显示装置还包括被构造成收集从激光光源202R、202G和202B射出的激光束并使激光束进入GLV元件203R、203G和203B的聚光透镜(未图示)；被构造成将从GLV元件203R、203G和203B射出的激光束组合成单一光束的L形棱镜204；三基色的组合激光束通过的透镜205和空间滤波器206；被构造成聚焦通过空间滤波器206的组合激光束并形成图像的成像透镜(未图示)；被构造成扫描通过成像透镜的组合激光束的扫描镜(电流计式扫描仪)207；以及由扫描镜207扫描的激光束投影在其上的屏幕(激光照射面)208。
虽然已经基于优选实施例描述了本公开，但是本公开不限于这些实施例。在实施例中描述的半导体发光元件和显示装置的构造和结构以及制造半导体发光元件的方法是例示性的，可以适宜地变化。从半导体发光元件射出的光的波长最大峰值λmax、光的波长宽度Δλ的值等可以基于半导体发光元件要求的规格确定。凹部的最大宽度Wmax、凹部的最小宽度Wmin、凹部的平均宽度Wave、活性层的最大厚度Tmax、活性层的最小厚度Tmin、活性层的平均厚度Tave的值等可以通过基于半导体发光元件要求的规格进行各种试验来适宜地确定。即使当由GaInN系化合物半导体构成的活性层用于代替由GaInP系化合物半导体构成的活性层时，也获得了同样的结果。
在实施例中，尽管凹部的边缘部分的形状是直线状的，但是其形状不限于此。凹部的形状的例子包括由直线的组合限定的发散形状。凹部形状的具体例子包括由具有一定宽度的窄区域和具有线性增加宽度的发散区域的组合限定的形状(参照图11A，其是根据变形例的基板中的凹部的示意性局部平面图)；由具有一定宽度的窄区域、具有线性增加宽度的发散区域和具有一定宽度的宽区域的组合限定的形状(参照图11B，其是根据变形例的基板中的凹部的示意性局部平面图)。此外，如图12所示，其是根据变形例的基板中的凹部的示意性局部平面图，凹部形状的例子是由具有一定宽度的窄区域和具有大宽度的区域的组合限定的形状(条件是该区域被连接到其中将要形成半导体发光元件的基板中具有大宽度的相邻区域)。在图12中所示的变形例中，Wmax的值为无限大，所以[(Wmax-Wmin)/Wave]的值是没有意义的。在图12中，虚线表示相邻的半导体发光元件之间的边界。凹部形状的进一步例子包括由曲线限定的发散形状；以及由直线和曲线的组合限定的发散形状。
在实施例中，半导体发光元件是半导体激光元件。然而，超发光二极管(SLD)可以由第一实施例中所述的化合物半导体多层结构31(参见表2)形成。SLD具有与第一实施例中描述的半导体激光元件相同的光波导结构。与半导体激光元件不同的是，SLD不具有共振器结构。在SLD中，由于电流注入造成的自发发射光在通过光波导结构期间被受激发射放大，然后射出。这种SLD可以通过将光出射面的反射率设定为非常低的值和将光反射面的反射率设定为非常高的值来获得。
本公开的实施方案还可以包括以下构成。
半导体发光元件
1.一种半导体发光元件，包括：
设置在基板的凹部内的脊部，所述脊部具有一定宽度，
其中所述凹部具有沿着所述脊部的长度方向变化的宽度，
所述脊部由包括活性层的化合物半导体多层结构形成，和
所述活性层具有沿着所述脊部的长度方向变化的厚度。
2.如项1所述的半导体发光元件，所述活性层具有沿着所述脊部的长度方向变化的组成。
3.如项1或2所述的半导体发光元件，由所述化合物半导体多层结构形成的侧部结构设置在所述凹部内的脊部两侧并且所述侧部结构和所述脊部分隔开。
4.如项1～3中任一项所述的半导体发光元件，所述凹部具有0.5μm以上和10μm以下的深度。
5.如项1～4中任一项所述的半导体发光元件，满足下式：
0.8≤(Wmax-Wmin)/Wave≤2
其中Wmax表示所述凹部的最大宽度，Wmin表示所述凹部的最小宽度，Wave表示所述凹部的平均宽度。
6.如项1～5中任一项所述的半导体发光元件，满足下式：
Δλ/λmax≥1.5×10-4
其中λmax表示射出的光的波长最大峰值，Δλ表示光的波长宽度。
7.如项1～6中任一项所述的半导体发光元件，满足下式：
0.01≤(Tmax-Tmin)/Tave≤0.1
其中Tmax表示所述活性层的最大厚度，Tmin表示所述活性层的最小厚度，Tave表示所述活性层的平均厚度。
8.如项7所述的半导体发光元件，所述活性层在光出射面附近的部分具有最小厚度。
9.如项1～8中任一项所述的半导体发光元件，所述活性层由AlGaInP系化合物半导体构成。
10.如项9所述的半导体发光元件，所述活性层具有量子阱结构，其中包括GaInP层或AlGaInP层的阱层和包括AlGaInP层的阻挡层叠置。
11.如项10所述的半导体发光元件，所述活性层在光出射面附近的部分具有最低的In含量。
12.如项1～8中任一项所述的半导体发光元件，所述活性层由GaInN系化合物半导体构成。
13.如项12所述的半导体发光元件，所述活性层具有量子阱结构，其中包括GaInN层的阱层和包括In含量不同于阱层的GaInN层的阻挡层叠置。
14.如项13所述的半导体发光元件，所述活性层在光出射面附近的部分具有最低的In含量。
15.如项1～14中任一项所述的半导体发光元件，所述半导体发光元件由半导体激光元件或超发光二极管形成。
制造半导体发光元件的方法
16.一种制造半导体发光元件的方法，包括：
在基板中形成凹部，所述凹部具有沿着将要形成的脊部的长度方向变化的宽度；
在所述基板上形成包括活性层的化合物半导体多层结构，所述活性层具有沿着将要形成的脊部的长度方向变化的厚度；和
通过蚀刻在所述凹部内的化合物半导体多层结构的一部分形成脊部，所述脊部具有一定宽度。
17.如项16所述的制造半导体发光元件的方法，所述活性层具有沿着将要形成的脊部的长度方向变化的厚度和组成。
18.如项16或17所述的制造半导体发光元件的方法，其中由所述化合物半导体多层结构形成的侧部结构与所述脊部同时形成，所述侧部结构位于所述凹部内的脊部两侧并且所述侧部结构和所述脊部分隔开。
显示装置
19.一种显示装置，包括：如项1～15中任一项所述的半导体发光元件。
本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求书或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

Claims (15)

1.一种半导体发光元件，包括：
基板；
在所述基板中的凹部；和
设置在所述凹部内的脊部，所述脊部具有一定宽度，
其中所述凹部具有沿着所述脊部的长度方向变化的宽度，
所述脊部由包括活性层的化合物半导体多层结构形成，和
所述活性层具有沿着所述脊部的长度方向变化的厚度。
2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述活性层具有沿着所述脊部的长度方向变化的组成。
3.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中由所述化合物半导体多层结构形成的侧部结构设置在所述凹部内的脊部两侧并且所述侧部结构和所述脊部分隔开。
4.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述凹部具有0.5μm以上和10μm以下的深度。
5.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中满足下式：
0.8≤(Wmax-Wmin)/Wave≤2
其中Wmax表示所述凹部的最大宽度，Wmin表示所述凹部的最小宽度，Wave表示所述凹部的平均宽度。
6.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中满足下式：
0.01≤(Tmax-Tmin)/Tave≤0.1
其中Tmax表示所述活性层的最大厚度，Tmin表示所述活性层的最小厚度，Tave表示所述活性层的平均厚度。
7.如权利要求6所述的半导体发光元件，其中所述活性层在光出射面附近的部分具有最小厚度。
8.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述活性层由AlGaInP系化合物半导体构成。
9.如权利要求8所述的半导体发光元件，其中所述活性层具有量子阱结构，其中包括GaInP层或AlGaInP层的阱层和包括AlGaInP层的阻挡层叠置。
10.如权利要求9所述的半导体发光元件，其中所述活性层在光出射面附近的部分具有最低的In含量。
11.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述半导体发光元件由半导体激光元件或超发光二极管形成。
12.一种制造半导体发光元件的方法，包括：
在基板中形成凹部，所述凹部具有沿着将要形成的脊部的长度方向变化的宽度；
在所述基板上形成包括活性层的化合物半导体多层结构，所述活性层具有沿着将要形成的脊部的长度方向变化的厚度；和
通过蚀刻在所述凹部内的化合物半导体多层结构的一部分形成脊部，所述脊部具有一定宽度。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述活性层具有沿着将要形成的脊部的长度方向变化的厚度和组成。
14.如权利要求12所述的方法，其中由所述化合物半导体多层结构形成的侧部结构与所述脊部同时形成，所述侧部结构位于所述凹部内的脊部两侧并且所述侧部结构和所述脊部分隔开。
15.一种显示装置，包括：
如权利要求1～11中任一项所述的半导体发光元件。
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