CN107004738B - 有源层结构，半导体发光元件和显示装置 - Google Patents

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Abstract

该半导体发光元件具有：第一导电层、第二导电层以及设置在第一导电层和第二导电层之间的有源层。第一导电层具有电流狭窄结构，在电流狭窄结构中形成狭窄电流注入区域。有源层具有多个量子阱层并且形成为使得与多个量子阱层中的第一量子阱层的发光复合能级能隙对应的第一发光波长包括在整个发光光谱的强度峰值的波长范围内，第一量子阱层设置在最接近所述电流狭窄结构的位置处。

Description

有源层结构，半导体发光元件和显示装置
技术领域
本技术涉及半导体发光元件，其有源层结构以及包括该半导体发光元件的显示装置。
背景技术
作为半导体发光元件，超发光二极管(SLD)具有这样的特性：其具有相对地接近于发光二极管的宽的发光光谱宽度并且发射具有窄辐射角和高强度的光，如同半导体激光器的发光状态。
专利文献1中描述的SLD包括垂直于在平面图中所见的解理端面(cleavage endsurface)而形成的线状脊波导，以及设置为沿着脊波导弯曲的曲线引导有源层。在解理端面上，有时形成AR(防反射)膜。在具有这种结构的SLD中，位于直线脊形波导正下方的有源层中产生的光的大部分行进到曲线引导有源层。朝向曲线引导有源层的光被分成由于弯曲而泄漏的光、被引导到端面(在解理端面的相反侧上的端面)上并在其上被反射的光和在被引导的同时被吸收的光。利用这种结构，因为由于弯曲而泄漏的光和在解理端面的相对侧上的端面上反射的光不能返回到线性有源层，所以抑制了激光模式振荡(参见例如第2页右下栏到第3页的左上栏，以及图1)。
简言之，SLD不具有其中光通过在设置在两个端面上的反射镜而被谐振的结构，而是具有其中光通过经由单向波导进行传送而被放大的结构(进行受激发射)，这不同于常规的激光二极管(LD)。它们之间的区别在于SLD的输出光的波长的光谱宽度远大于LD的输出光的波长的光谱宽度。
专利文献2公开了在光纤陀螺仪、光通信装置、光学应用测量装置等中使用的半导体发光元件(例如，SLD)。该半导体发光元件的有源层(发光层)由InGaAs形成，并且包括包含多个势垒层(barrier layers)和多个阱层(well layers)的多个量子阱。已知通过在多个阱层中设置至少一个应变阱层来提高发光的量子效率。具体地，专利文献1中公开的半导体发光元件的有源层包括其中材料的组成比不同的多个阱层(第一阱层和第二阱层)。因此，有源层的结构在第一阱层和第二阱层之间具有不同的带隙。因此，利用该元素，可以实现具有大约800nm至大约850nm的中心波长的宽的发光光谱特性(参见例如段落0082、0091至0098，和0207，以及图3A)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开平2-310975号公报
专利文献2：国际公开第2006/075759号
发明内容
技术问题
顺便提及，为了扩大这种半导体发光元件的应用范围，不仅希望实现宽的光谱宽度，而且希望实现高的输出。
考虑到上述情况，本技术的目的是提供一种半导体发光元件、其有源层结构以及包括该半导体发光元件的显示装置，它们能够实现宽发光光谱宽度以及增加输出。
问题的解决方案
为了实现上述目的，根据本技术的半导体发光元件包括第一导电层、第二导电层和有源层。
第一导电层具有电流狭窄结构(current constriction structure)，电流注入区域在电流狭窄结构中变窄。
有源层设置在第一导电层和第二导电层之间，有源层包括多个量子阱层，第一发光波长在整个发光光谱的强度峰值的波长范围内，第一发光波长对应于所述多个量子阱层中的第一量子阱层的发光复合能级能隙(lightemission recombination level energygap)，所述第一量子阱层设置在最靠近所述电流狭窄结构的位置。
由于与提供给有源层的多个量子阱层中位于最靠近电流狭窄结构的位置的第一量子阱层的发光复合能级能隙相对应的第一发光波长处于整个发光光谱的强度峰值的波长范围内，可以实现宽的发光光谱宽度和高输出。
有源层可以包括一个或多个第二量子阱层和一个或多个第三量子阱层。
一个或多个第二量子阱层具有对应于比第一发光波长长的第二发光波长的发光复合能级能隙。
一个或多个第三量子阱层具有对应于比第一发光波长短的第三发光波长的发光复合能级能隙。
利用该结构，能够以第一发光波长为中心增大发光光谱宽度，同时实现高输出化。
有源层可以包括分别作为一个或多个第二量子阱层和一个或多个第三量子阱层的多个第二量子阱层和多个第三量子阱，多个第二量子阱层具有多个不同的发光复合能级能隙，所述多个第三量子阱具有多个不同的发光复合能级能隙。
第二量子阱层和第三量子阱层可以如下所述沿着远离第一量子阱层的方向交替地布置。也就是说，与多个第二量子阱层的发光复合能级能隙对应的发光波长可以在表示发光波长与输出之间的关系的光谱图中从第一发光波长起以升序排列，并且与所述多个第三量子阱层的发光复合能级能隙相对应的发光波长可以在光谱图中从第一发光波长按照降序排列。
利用这种构造，可以在实现高输出的同时增加发光光谱宽度。
多个量子阱层可以被配置为具有不同的组成。
多个量子阱层可以被配置为具有不同的阱宽度。
根据本技术的有源层结构是这样的有源层结构，包括：具有电流狭窄结构的第一导电层，电流注入区域在电流狭窄结构中变窄；第二导电层；以及设置在第一导电层和第二导电层之间的有源层。
有源层包括多个量子阱层，第一发光波长在整个发光光谱的强度峰值的波长范围内，第一发光波长对应于多个量子阱层的第一量子阱层的发光复合能级能隙，所述第一量子阱层设置在最接近所述电流狭窄结构的位置。
根据本技术的显示装置包括上述半导体发光元件；以及图像生成单元，其能够二维地扫描从所述半导体发光元件发射的光，并且基于图像数据来控制所述投射光的亮度。
发明的有益效果
如上所述，根据本技术，可以实现宽的频谱宽度和高输出。
应当注意，这里描述的效果不一定是限制性的，并且可以是本公开中描述的任何效果。
附图说明
[图1]图1的部分A是示出作为根据本技术的实施例的半导体发光元件的SLD的示意性透视图，以及图1的部分B是其平面图。
[图2]图2的左侧是沿图1的部分B中的线C-C截取的截面图。
[图3]图3示意性地示出了其中最多载流子注入位于最靠近脊部的位置的第一量子阱层中的状态
[图4]图4示出了SLD的整个发光光谱的形状和每个量子阱层的发光光谱的形状。
[图5]图5的部分A示出了包括五个或更多个量子阱层的有源层结构，以及图5的部分B示出了其发光光谱。
[图6]图6示出了取决于注入电流的输出的改善效果的模拟结果。
[图7]图7示出了光谱宽度的改善效果的模拟结果。
[图8]图8是示出在改变有源层薄膜的组成的情况下对应于带隙的发光波长的计算结果的图。
[图9]图9的部分A示出了被配置为使得对应于多个有源层薄膜的量子阱层的阱宽度不同的有源层结构的能带结构。图9的部分B是示出在量子阱层的阱宽度改变的情况下的增益最大波长的计算结果的图。
[图10]图10示意性地示出使用根据上述实施例中的任一个的半导体发光元件作为光源的显示装置的构造。
[图11]图11是用于描述能隙和发光复合能级能隙之间的差异的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本技术的实施例。在下面的描述中，使用诸如表示方向的“上”、“下”、“右”和“左”的术语来使描述简单，并且不限制根据本实施例的装置或元件。
1.根据本实施例的半导体发光元件的基本原理
(半导体发光元件的整体结构)
图1的部分A是示出根据本技术的实施例的半导体发光元件的示意性透视图，以及图1的部分B是其平面图。图2的左侧是沿图1的部分B中的线C-C截取的截面图。该半导体发光元件例如是包括作为p型或n型导电层的脊部10的脊型超发光二极管(SLD)。
从图2的左侧的顶部来看，SLD 100包括：p型电极层11(或与p型电极层接触的接触层(未示出))；作为p型半导体层的第一导电层13；有源层20；作为n型半导体层的第二导电层14；n型半导体基板15；n型电极层12(或与n型电极层接触的接触层(未示出))。
第一导电层13包括从p型电极层11侧依次形成的p型熔覆层(cladding layer)131和p型引导层132。第二导电层14包括n型引导层层141和n型熔覆层142从基板15侧起依次形成。例如，p型电极层11和p型熔覆层131构成脊部10。在基板15和第二导电层14之间可以提供n型缓冲层。
例如，脊部10沿着垂直于光发射端面33的方向线性地形成。第一导电层13具有电流狭窄结构32。具体地，利用脊部10的结构，形成了被配置为使得从p型电极层11到有源层20的电流注入区域变窄的电流狭窄结构32。因此，在有源层20中的脊部10附近，形成沿着脊部10的纵向的光波导。
在p型引导层132上或在脊部10周围，形成绝缘层(未示出)。
注意，尽管p型熔覆层131的下端对应于脊部10的下端，但是其不一定需要与其对应，并且脊部10的下端可以包括部分的p型引导层132。
如图1的部分B所示，在SLD 100的光发射端面33上设置低反射镜膜18，在其相反侧的端面35上设置高反射镜膜19。在从有源层20自发地发射的光中，朝向高反射镜膜19侧的光在高反射镜膜19上被反射，在到达光发射表面侧的途中被放大，并且经由低反射镜膜18被发射。
(有源层的结构)
接下来，将描述根据本实施例的有源层结构。图2的右侧示意性地示出了有源层20的能带结构。水平方向表示能量，并且能量朝向左侧较高。垂直方向表示构成SLD 100的层的层叠方向。能量低的一侧的能带是价带(valence band)，能量高的一侧的能带是电导带(conductance band)。
该有源层20包括多个量子阱层20a，即是多量子阱有源层20。具体地，有源层20包括多个量子阱层20a和设置在它们之间的多个势垒层20b。多个量子阱层20a实际上包括多个有源层薄膜(对应于量子阱层的薄膜)。在图2的左侧，多个有源层薄膜未示出，并且表示为一个有源层20。
量子阱层20a的宽度t(以下简称为阱宽度)对应于有源层薄膜的厚度。此外，一个或多个势垒层20b实际上包括一个或多个阻挡薄膜。每个量子阱层20a的阱宽度基本相同。
在最靠近电流狭窄结构32的位置处(即脊部10处)设置的多个量子阱层20a中的一个量子阱层20a以下被称为第一量子阱层201。有源层20被配置为使得与第一量子阱层201的发光复合能级能隙相对应的发光波长(以下称为第一发光波长)处于SLD 100的发光光谱(SLD 100的整个发光光谱)的强度峰值的波长范围内。
具体地，有源层20包括多个量子阱层20a中的具有对应于比第一发光波长长的第二发光波长的发光复合能级能隙的一个或多个量子阱层202(以下称为第二量子阱层)。此外，有源层20包括多个量子阱层20a中的具有对应于比第一发光波长短的第二发光波长的发光复合能级能隙的一个或多个量子阱层203(以下称为第三量子阱层)。具体地，每个第二量子阱层202的发光复合能级能隙小于第一量子阱层201的发光复合能级能隙，并且每个第三量子阱层203的发光复合能级能隙大于第一量子阱层203的发光复合能级能隙量子阱层201。注意，在图2的右侧，示出了其中设置有一个第二量子阱层202和一个第三量子阱层203的有源层的能带结构，以使描述简单。
如图3所示，存在最多的载流子(这里是电子空穴)注入位于最靠近脊部10的位置的第一量子阱层201中的特性。有源层被配置为使得第一量子阱层201的发光波长对应于整个发光光谱的强度峰值的波长范围。因此，可以实现尽可能的高输出的发光。
注意，尽管在图3中示出了从导带(conduction band)注入电子空穴，这是为了使图简单，并且电子空穴最初从价带注入。
图4示出了有源层20的整个发光光谱的形状和每个量子阱层20a的发光光谱的形状。在图4中，垂直方向示出输出(其可以是强度或增益)。具有由附图标记251表示的特性的光是具有在强度峰值的波长范围内的第一发光波长的光。具有由附图标记252表示的特性的光是具有比第一发光波长长的第二发光波长的光。具有由附图标记253表示的特性的光是具有比第一发光波长短的第三发光波长的光。SLD 100的有源层20例如能够发射具有包括这三个波长范围的光发射光谱的光。
如上所述，在根据本实施例的有源层结构中，可以实现宽的发光光谱宽度和高输出(高增益)。
有源层20的材料的示例包括以下材料。在括号中，示出了波长范围(包括强度峰值或中心波长的波长范围)。
AlGaN(紫外区域～400nm)
InGaN(400～1000nm，实用区域为400～550nm，蓝紫色～绿色)
AlGaInP(550～900nm，实用区域为630～680nm，红色)
AlGaAs(750～850nm，红外区域)
InGaAs(800～980nm，红外区域)
InGaAsP(1.2～1.6μm，红外区域)
(关于实现宽的光谱宽度和高输出的难度)
为了实现高输出的光，例如以下手段：1)向SLD中注入大量的电流；2)增加光波导的长度；和3)增加脊宽度是可以想到的。然而，这些手段具有以下问题。
在1)注入大量电流的情况下，为了实现高输出，SLD的封装上的热耗散负担增加，这是成本增加的原因，因为上限受到输出的热饱和的限制。此外，在注入大量电流的情况下，由于SLD即使在轻微的端面反射的情况下也易于振荡，因此需要使SLD以明显低于上述热饱和的时间上的电流的电流工作。
在2)增加光波导的长度的情况下，由于光在光被取出到外部之前在更长的路径中被放大，所以光的强度增加，但是存在以下缺点。
一个缺点是促进通过受激发射的光的放大，其影响光发射光谱的形状。具体地，随着光波导的长度，即可以放大光的路径的长度增加，发光光谱宽度减小。因此，低相干性降低(容易发生干扰)。换句话说，低相干性和输出处于权衡(trade-off)关系。
另一个缺点是半导体发光元件的尺寸增加，这不适于封装的尺寸减小，并且整个波导损耗增加，这可能降低光转换效率。
在3)增加脊宽度的情况下，可以通过减小集中电流的密度和增加光发射的面积来增加输出。然而，要输出的光束的宽度增加了与其对应的量，并且光源难以在应用上使用。因此，脊宽度也具有上限。此外，还存在通过增加脊宽度可以引导的模式的数量增加的问题。
4)作为实现高输出的光的另一种方法，可以想到在光被放大之前自发地发射光时增加光谱宽度的方法。然而，为了实现这一点，需要改变设计，例如，分离相应的发光区域中的注入电极，或者仅改变将由不同的有源层材料制成的区域或者具有不同的有源层结构。在前一种情况下，需要分离电极并用单独的驱动器驱动它们，并且结构不经济。在后一种情况下，由于结构非常难以制造，例如，晶体需要再生长，所以成本很高。首先，在这两种方法中，由于要消耗的电流基本上可能增加，所以光源的效率进一步降低。
(概要)
利用根据本实施例的SLD100，通过将具有最高载流子注入效率的第一量子阱层201的第一发光波长置于SLD100的发光光谱宽度的中心，可以确保高输出。此外，通过使其它量子阱层起到增加光谱宽度的作用，可以实现宽的光谱宽度和高的输出。这表示克服了上述“低相干性和输出之间的权衡关系”的问题。
此外，根据本实施例的有源层20包括：具有对应于比第一发光波长长的第二发光波长的发光复合能级能隙的第二量子阱层202；具有对应于比与第一量子阱层201的发光复合能级能隙相对应的发光波长短的第三发光波长的发光复合能级能隙的第三量子阱层203。因此，可以增加以第一发光波长为中心的发光光谱宽度，同时实现高输出。
不言而喻，有源层20的量子阱层20a的数量不限于三个，并且可以是四个或更多个。具体地，可以设置除了第一量子阱层201之外的三个或更多个量子阱层。例如，可以设置多个第二量子阱层202和多个第三量子阱层203。如图5的部分A所示，除了最靠近电流狭窄结构32(参见图2的左侧)的第一量子阱层201之外，量子阱层20a-2、20a-3、20a-4、20a-5，...的数量，优选为4以上。量子阱层20a的总数为5至30，优选为10至20。
具体地，量子阱层20a-2、20a-4、...在远离第一量子阱层201的方向上交替布置，以使得长于第一发光波长的发光波长从图5的部分B所示的光谱图中的第一发光波长起以升序排列。在图5的部分B中，第一量子阱层201(20a-1)的发光光谱由附图标记a表示。量子阱层20a-2的发光光谱由附图标记b表示，量子阱层20a-4的发光光谱由附图标记d表示。
另一方面，量子阱层20a-3、20a-5、...沿着远离第一量子阱层201的方向交替布置，以使得短于第一发光波长的发光波长从第一发光波长起以降序排列。在图5的部分B中，量子阱层20a-3的发光光谱由附图标记c表示，量子阱层20a-5的发光光谱由附图标记e表示。
利用有源层20的这种结构，可以进一步增加发光光谱宽度，同时实现高输出。
此外，利用根据本实施例的有源层结构，可以线性地形成电流狭窄结构32的电流注入区(在本实施例中为脊部10)。具体地，其不需要形成上述的专利文献1中记载的弯曲的脊部，并且可以确保设计和制造的容易性并降低成本。此外，也可以将现有设计用于除了有源层20之外的层的设计。
多个量子阱层20a中的至少两个可以具有相同的发光复合能级能隙。这也适用于设置在最接近电流狭窄结构32的位置处的第一量子阱层201。也就是说，设置在第二最接近电流狭窄结构的位置处的量子阱层的发光复合能级能隙32可以具有与最靠近电流狭窄结构32的位置处设置的量子阱层相同的发光复合能级能隙。
此外，根据本实施例，可以使用具有高量子效应的“薄量子阱层”，并且有利于载流子的有效使用。因此，不仅可以实现上述高输出和宽的光谱宽度，而且可以实现温度特性的改善。该“温度特性”将在后面描述。
(根据本实施例的有源层的更具体的验证和效果的示例)
图6示出了取决于注入电流的输出的改善效果的模拟结果。如图6所示，由实线表示的曲线图通过根据本实施例的有源层结构获得，其中有源层的材料是AlGaInP，并且有源层结构包括具有薄阱宽度T1的三个量子阱层。发光复合能级能隙的差距离中心波长±几nm。另一方面，由虚线表示的曲线图通过根据参考示例的有源层结构获得，其中光波导的材料和长度与由实线表示的情况中的相同，并且有源层结构包括具有厚阱宽度(3×T1)的一个量子阱层。
从该结果可以看出，在高电流注入区域中输出提高了20％至30％，并且根据本实施例的SLD 100能够有效地使用量子效应。尽管在根据参考示例的有源层结构的情况下，输出在最大电流的区域中开始饱和，但是在根据本实施例的有源层结构中输出不饱和。因此，期望根据本实施例的有源层结构的输出与根据参考示例的有源层结构的输出之间的差在大于该最大电流的电流区域中进一步增加。具体地，在本实施例中，因为在半导体发光元件本身处于高温状态时的高电流操作也改善，高温操作也优于参考示例。具体地，如上所述，改善了“温度特性”。
图7示出了光谱宽度的改善效果的模拟结果。在图的垂直轴上，输出是标准化的。虚线和实线都表示根据本实施例的有源层结构的曲线图。虚线表示示出具有光波导长度L1的有源层结构的特性的曲线图。实线表示示出在仅光波导的长度是上述基准的两倍长(光波导长度2×L1)的情况下的有源层结构的特性的曲线图。从该结果可以看出，即使光波导的长度加倍以增加输出，也可以保持具有半高全宽(a full width at half maximum)的83％的光谱宽度。
另一方面，关于根据参考示例的有源层结构(包括具有上述阱宽度3×T1nm的一个量子阱层)，通过比较具有光波导长度L1的有源层结构(参考示例1)与具有光波导长度2×L1(参考示例2)的有源层结构而获得的结果如下所述。具体地，与根据参考示例1的有源层结构相比，根据参考示例2的有源层结构的光谱宽度以半高全宽减小高达55％。因此，可以看出，可以保持其中具有半高全宽的85％的光谱宽度的根据本实施例的有源层结构中的光谱宽度的改善效果非常高。
另一方面，当多个量子阱层的发光波长之间的差过大时，存在峰值被分割或波导模式受到影响的担忧。然而，认为例如当差异为大约几nm时，其被计算出来，并且不会发生这样的问题。因此认为，例如通过进一步增加量子阱层的数量，即使当发光光谱宽度的整体为10nm以上时，也没有实用的问题。
为了进一步改善有源层20的特性，期望通过进一步减小有源层薄膜的厚度来有效地使用载流子，并且有源层薄膜的厚度减小为尽可能薄地达到在外延工艺上结晶性不会损失的水平。
根据本实施例的SLD 100可以是具有与LD的可靠性相等的可靠性的产品，因为SLD100采用也在LD中使用的多量子阱结构。此外，利用多量子阱结构的发光效率的提高还导致能量效率的提高。
在本实施例中，只要在应用中可接受低输出，通过适当地布置量子阱层就有可能以较高的效率实现具有较低相干性的发光。例如，可以容易地实现大约10nm的发光光谱宽度，而不会极大地减小光波导的长度。
此外，在具有与SLD的工作原理类似的工作原理的光放大器中，预期实现类似的效果。也就是说，在具有与根据本实施例的有源层结构等效的结构的光放大器中，期望可以增大放大波长范围并且可以提高放大效率。
2.根据本实施例的用于实现有源层结构的具体装置
(具体方法的示例1)
作为用于实现有源层20的上述结构的手段，例如，有源层20仅需要被配置为使得每个有源层薄膜(构成量子阱层20a的薄膜)的材料的组成不同。利用这种结构，可以实现包括具有不同发光复合能级能隙的多个量子阱层20a的有源层20。
图8是示出在改变有源层薄膜的组成的情况下对应于带隙的发光波长的计算结果的图。横轴表示例如AlGaInP中的In和Al的组成(也称为组成比)。在水平轴中，随着AlGaInP中Al的组成增加，In的组成减小。当Al的组成为0.5时，In的组成也为0.5。注意，当Al的组成不小于0.7时，示出了具有间接带隙的带结构。
如上所述，由于有源层薄膜的组成不同，因此可以实现与各种发光复合能级能隙对应的发光波长。
注意，图8中所示的示例是从被配置为使得能够发射红光的AlGaInP的组成中的Al和In的组成不同的有源层结构获得的。然而，除了Al和In的组成之外，AlGaInP的组成中的至少一种材料的组成可以不同。这也适用于上述基于GaN和基于GaAs的有源层。
现在，将描述“发光复合能级能隙”和“带隙(禁带宽度)”之间的差异。如图1所示，带隙是当有源层具有相对较大的厚度并且基本上没有量子效应时，跨间隙发生复合并发射光的能隙。另一方面，发光复合能级能隙是在图11所示的量子能级上形成子能带的能隙，当对有源层进行量化时，在该子带上发生复合，并发射光。带隙表示主要由有源层的材料确定的值，并且发光复合能级能隙表示由有源层的材料和阱宽度确定的值。
(具体方法的实施例2)
作为用于实现上述有源层的结构的另一种手段，图9的部分A示出了有源层20的能带结构，该有源层20被配置为使得与多个有源层薄膜相对应的量子阱层(第一量子阱层)201、第二量子阱层202和第三量子阱层203的阱宽度不同。根据本实施例的有源层结构被配置为使得与每个有源层薄膜相对应的量子阱层的阱宽度不同。由于阱宽度不同，因此可以实现包括具有不同发光复合能级能隙的多个量子阱层201、202和203的有源层20。
图9的部分B是示出在量子阱层的阱宽度改变的情况下的增益最大波长的计算结果的图。作为有源层的材料，使用AlGaInP。注意，“增益最大波长”基本上是与发光复合能级能隙对应的发光波长。
从图9的部分B可以看出，由于量子阱层的阱宽度不同，因此可以实现被配置为使得发光波长不同的有源层结构。
该示例中的技术也可以类似地应用于由除了能够发射红光的AlGaInP之外的材料制成的上述基于GaN和基于GaAs有源层。
注意，不一定需要采用图9所示的结构，并且量子阱层的数量可以为四个以上(例如5至30个，优选为10至20个)，并且其中至少两个可以具有相同的阱宽度，类似于上述内容。
(具体手段的上述示例1和2的具体效果的示例)
因为根据本实施例的SLD 100可以仅通过改变外延生长中的部分条件来制造，所以整个工艺几乎不受影响。
可以通过用TEM(透射电子显微镜)，随后通过EDX(能量色散X射线)分析或WDX(波长色散X射线)分析进行分析来检测有源层的组成。具体地，由于后者具有足以能够检测经由其产生清晰的波长差的组成差(约1％)的检测性能(不大于0.1％)，因此完全可以进行分析。
3.显示设备
图10示意性地示出了使用作为根据上述实施例的半导体发光元件的SLD作为光源的显示装置的配置。该显示装置200是使用光栅扫描方法的投影仪。
显示装置200包括图像生成单元70。图像生成单元70被配置为能够对从作为光源的半导体发光元件发射的光进行二维扫描，例如执行光栅扫描，以及基于图像数据控制投射在诸如屏幕和墙壁表面的照射表面105上的光的亮度。
图像生成单元70例如主要包括水平扫描器103和垂直扫描器104。从红光发射SLD100R、绿光发射SLD 100G和蓝光发射SLD 100B发出的光束分别由分色棱镜102R、102G和102B聚集成一束。该光束被水平扫描器103和垂直扫描器104扫描并投射到被照射表面105上，从而显示图像。
注意，发出RGB彩色光的半导体发光元件中的至少一个仅需要是SLD，并且其它元件可以是常规LD。
例如，水平扫描器103和垂直扫描器104可以分别由多面镜和Galvano扫描器的组合构成。在这种情况下，作为用于控制亮度的装置，例如使用控制注入到半导体发光元件中的电流的电路。
或者，作为水平扫描器和垂直扫描器，可以使用诸如由MEMS(微机电系统)技术制造的DMD(数字微镜器件)的二维光调制元件。
或者，图像生成单元70可以通过诸如GLV(光栅光阀)元件的一维光调制元件和上述一维扫描镜的组合来配置。
或者，图像生成单元70可以包括折射率调制型扫描器，例如声光效应扫描器和电光效应扫描器。
4.其他各种实施例
本技术不限于上述实施例，并且可以实现其他各种实施例。
除了如上所述的其中有源层薄膜的组成和阱宽度不同的结构之外，具有不同发光波长的半导体发光元件也可以通过以下有源层结构来实现。例如，有源层结构可以被配置为通过使有源层薄膜之间的每个势垒层的材料的组成和厚度不同而使得在量子阱层中发生的失真的方向和/或失真率不同。
或者，也利用量子阱层的掺杂剂浓度，可以实现具有多个发光波长的有源层结构。
虽然根据上述实施例的有源层结构的量子阱层的数量是三个或更多个，但是它可以是两个。
配置为使得电流注入区域变窄的电流狭窄结构32不限于形成脊部分10的结构。例如，电流狭窄结构可以是嵌入结构或嵌入脊结构。
尽管在上述实施例中已经使用n型基片作为基片15，但是可以使用p型基片，并且构成电流狭窄结构的半导体层可以是n型基片。在这种情况下，“第一导电”是n型，“第二导电”是p型。
根据上述实施例的半导体发光元件具有这样的结构，其中电流狭窄结构32位于基片15的与有源层20相反的一侧。然而，电流狭窄结构可以位于(n型或P型)基片的与有源层20相同的一侧。注意，根据上述实施例的半导体发光元件与半导体发光元件相比具有在结构上具有高散热性的优点，所述半导体发光元件具有其中电流狭窄结构位于与基片相同侧的结构。
具有对应于峰值光发射波长的发光复合能级能隙的第一量子阱层201的数量可以是两个或更多个。在这种情况下，这些第一量子阱层201从最靠近电流狭窄结构32的位置开始依次排列。类似地，可以提供具有相同发光复合能级能隙的多个第二量子阱层和/具有相同的发光复合能级能隙的多个第三量子阱层。
在图3和图4所示的实施例中，在第一量子阱层201之后第二最靠近电流狭窄结构32的量子阱层已经被描述为具有比第一发光波长长的发光波长的第二量子阱层202。然而，在第一量子阱层201之后第二最接近电流狭窄结构32的量子阱层可以是具有比第一发光波长短的发光波长的第三量子阱层203。
可以组合上述实施例的特征中的至少两个特征。
应当注意，本技术可以采取以下配置。
(1)一种半导体发光元件，包括：
具有电流狭窄结构的第一导电层，在所述电流狭窄结构中变窄的电流注入区域；
第二导电层；以及
有源层，设置在第一导电层和第二导电层之间，所述有源层包括多个量子阱层，第一发光波长在整个发光光谱的强度峰值的波长范围内，所述第一发光波长对应于所述多个量子阱层中的第一量子阱层的发光复合能级能隙，所述第一量子阱层设置在最接近所述电流狭窄结构的位置处。
(2)根据项(1)所述的半导体发光元件，其中，
所述有源层包括
一个或多个第二量子阱层，所述一个或多个第二量子阱层具有对应于比所述第一发光波长长的第二发光波长的发光复合能级能隙，以及
一个或多个第三量子阱层，所述一个或多个第三量子阱层具有对应于比所述第一发光波长短的第三发光波长的发光复合能级能隙。
(3)根据项(2)所述的半导体发光元件，其中，
所述有源层包括分别作为所述一个或多个第二量子阱层和所述一个或多个第三量子阱层的多个第二量子阱层和多个第三量子阱，所述多个第二量子阱层具有多个不同的发光复合能级能隙，所述多个第三量子阱具有多个不同的发光复合能级能隙，以及
所述第二量子阱层和所述第三量子阱层在远离所述第一量子阱层的方向上交替排列，从而在表示发光波长与输出之间的关系的光谱图中与所述多个第二量子阱层的发光复合能级能隙对应的发光波长从第一发光波长起以升序排列，与所述多个第三量子阱层的发光复合能级能隙对应的发光波长在所述光谱图中从所述第一发光波长起以降序排列。
(4)根据项()1至(3)中任一项所述的半导体发光元件，其中，
所述多个量子阱层被配置为具有不同的组成。
(5)根据项(1)至(3)中任一项所述的半导体发光元件，其中，
所述多个量子阱层被配置为具有不同的阱宽度。
(6)一种有源层结构，包括：
具有电流狭窄结构的第一导电层，在所述电流狭窄结构中变窄的电流注入区域；
第二导电层；以及
设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间的有源层，其中，
所述有源层包括多个量子阱层，第一发光波长在整个发光光谱的强度峰值的波长范围内，所述第一发光波长对应于多个量子阱层中的第一量子阱层的发光复合能级能隙，所述第一量子阱层设置在最接近所述电流狭窄结构的位置处。
(7)一种显示装置，包括：
半导体发光元件；以及
图像生成单元，其能够二维地扫描从所述半导体发光元件发射的光，并且基于图像数据控制所投射的光的亮度，其中
该半导体发光元件包括
第一导电层，其具有电流狭窄结构，电流注入区域在所述电流狭窄结构中变窄，
第二导电层，以及
有源层，设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间，有源层包括多个量子阱层，第一发光波长在整个发光光谱的强度峰值的波长范围内，所述第一发光波长对应于所述多个量子阱层中的第一量子阱层的发光复合能级能隙，所述第一量子阱层设置在最接近所述电流狭窄结构的位置处。
附图标记列表
10 脊部
11p 型电极层
12n 型电极层
13 第一导电层
14 第二导电层
15 基片
20b 势垒层
20a 量子阱层
20 有源层
20a (201,202,203)量子阱层
32 电流狭窄结构
70 图像生成单元
100 SLD
100G 绿光发射SLD
100B 蓝光发射SLD
102R 红光发射SLD
200 显示装置
201 第一量子阱层
202 第二量子阱层
203 第三量子阱层

Claims (5)

1.一种半导体发光元件，包括：
具有电流狭窄结构的第一导电层，电流注入区域在所述电流狭窄结构中变窄；
第二导电层；以及
有源层，设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间，所述有源层包括多个量子阱层，第一发光波长在整个发光光谱的强度峰值的波长范围内，所述第一发光波长对应于所述多个量子阱层中的第一量子阱层的发光复合能级能隙，所述第一量子阱层设置在最接近所述电流狭窄结构的位置处，
其中，所述有源层包括
一个或多个第二量子阱层，所述一个或多个第二量子阱层具有与比所述第一发光波长长的第二发光波长对应的发光复合能级能隙，以及
一个或多个第三量子阱层，所述一个或多个第三量子阱层具有与比所述第一发光波长短的第三发光波长对应的发光复合能级能隙,其中，所述有源层包括分别作为所述一个或多个第二量子阱层和所述一个或多个第三量子阱层的多个第二量子阱层和多个第三量子阱，所述多个第二量子阱层具有多个不同的发光复合能级能隙，所述多个第三量子阱具有多个不同的发光复合能级能隙，以及
所述第二量子阱层和所述第三量子阱层在远离所述第一量子阱层的方向上交替排列，从而在表示发光波长与输出之间的关系的光谱图中，与所述多个第二量子阱层的发光复合能级能隙对应的发光波长从第一发光波长起以升序排列，与所述多个第三量子阱层的发光复合能级能隙对应的发光波长在所述光谱图中从所述第一发光波长起以降序排列。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
所述多个量子阱层被配置为具有不同的组成。
3.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
所述多个量子阱层被配置为具有不同的阱宽度。
4.一种有源层结构，包括：
具有电流狭窄结构的第一导电层，电流注入区域在所述电流狭窄结构中变窄；
第二导电层；以及
有源层，设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间，其中，
所述有源层包括多个量子阱层，第一发光波长在整个发光光谱的强度峰值的波长范围内，所述第一发光波长对应于多个量子阱层中的第一量子阱层的发光复合能级能隙，所述第一量子阱层设置在最接近所述电流狭窄结构的位置处,
其中，所述有源层包括
一个或多个第二量子阱层，所述一个或多个第二量子阱层具有与比所述第一发光波长长的第二发光波长对应的发光复合能级能隙，以及
一个或多个第三量子阱层，所述一个或多个第三量子阱层具有与比所述第一发光波长短的第三发光波长对应的发光复合能级能隙,其中，所述有源层包括分别作为所述一个或多个第二量子阱层和所述一个或多个第三量子阱层的多个第二量子阱层和多个第三量子阱，所述多个第二量子阱层具有多个不同的发光复合能级能隙，所述多个第三量子阱具有多个不同的发光复合能级能隙，以及
所述第二量子阱层和所述第三量子阱层在远离所述第一量子阱层的方向上交替排列，从而在表示发光波长与输出之间的关系的光谱图中，与所述多个第二量子阱层的发光复合能级能隙对应的发光波长从第一发光波长起以升序排列，与所述多个第三量子阱层的发光复合能级能隙对应的发光波长在所述光谱图中从所述第一发光波长起以降序排列。
5.一种显示装置，包括：
半导体发光元件；以及
图像生成单元，能够二维地扫描从所述半导体发光元件发射的光并且基于图像数据控制所投射的光的亮度，其中
该半导体发光元件包括
第一导电层，具有电流狭窄结构，电流注入区域在所述电流狭窄结构中变窄，
第二导电层，以及
有源层，设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间，有源层包括多个量子阱层，第一发光波长在整个发光光谱的强度峰值的波长范围内，所述第一发光波长对应于所述多个量子阱层中的第一量子阱层的发光复合能级能隙，所述第一量子阱层设置在最接近所述电流狭窄结构的位置处,
其中，所述有源层包括
一个或多个第二量子阱层，所述一个或多个第二量子阱层具有与比所述第一发光波长长的第二发光波长对应的发光复合能级能隙，以及
一个或多个第三量子阱层，所述一个或多个第三量子阱层具有与比所述第一发光波长短的第三发光波长对应的发光复合能级能隙,其中，所述有源层包括分别作为所述一个或多个第二量子阱层和所述一个或多个第三量子阱层的多个第二量子阱层和多个第三量子阱，所述多个第二量子阱层具有多个不同的发光复合能级能隙，所述多个第三量子阱具有多个不同的发光复合能级能隙，以及
所述第二量子阱层和所述第三量子阱层在远离所述第一量子阱层的方向上交替排列，从而在表示发光波长与输出之间的关系的光谱图中，与所述多个第二量子阱层的发光复合能级能隙对应的发光波长从第一发光波长起以升序排列，与所述多个第三量子阱层的发光复合能级能隙对应的发光波长在所述光谱图中从所述第一发光波长起以降序排列。
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