[发明专利]半导体发光元件以及使用它的发光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体发光元件以及使用它的发光装置，特别涉及一种具有光波导的半导体发光元件以及使用它的发光装置。

背景技术

一般来讲，作为半导体发光元件，具有层叠了p型半导体、发光层以及n型半导体的半导体层叠膜的发光二极管(light emitting diode：LED)、激光二极管(laser diode：LD)以及超放射发光二极管(super luminescent diode：SLD)等广为人知。在它们当中，发出发光波长为630nm附近的红色光的LED，在电气/电子设备的开关照明中被广泛应用。另外，发出发光波长为370nm～480nm的光的LED与发出荧光波长为550nm左右的荧光的荧光体组合而构成白色LED，用于家庭用的一般照明光源、液晶电视的背光源以及便携式电子设备的闪光光源。另一方面，LD以及SLD具备LED所不具有的特征。LED是利用由于注入载流子的再耦合而产生的自发放射光的半导体发光元件，而SLD以及LD具有光波导，能够将在自发放射光于光波导中向光射出端面方向前进的过程中获得由受激放射引起的增益而被放大的受激放射光，从光射出端面放射出。特别是，LD能够利用在光波导的前后形成的光谐振器进行基于法布里-珀罗(FP)模式的激光振荡，并且高效地放射光，因此，应用于光学拾波器以及激光显示器等光源中。另一方面，SLD与LD不同，其构成方式是为了抑制由于端面反射而形成光谐振器，并且不会由于FP模式的缘故而产生激光振荡。因此，SLD与通常的LED相同，表示出了非相干性以及宽带的频谱形状，被实际应用于输出达到数10mW左右的元件。虽然这种SLD应用于例如光纤陀螺仪以及医疗用光学相干涉断层扫描仪(optical coherence tomography：OCT)等的光学测量领域中，但作为激光显示器等的影像投影领域所需要的非相干光源也备受瞩目。

以下，对作为以往的半导体发光元件之一的以往的SLD进行说明。

如图20所示，在以往的SLD900中，在基板910上形成半导体层叠膜920，由于锌(Zn)扩散的缘故，在半导体层叠膜920形成的电流注入区域925发挥光波导的功能。该光波导向基板910的长度方向延伸，与光波导的端面形成5°～15°(图中的θ)的倾斜，由此，降低了模式反射率(例如参照非专利文献1等)。除了光波导呈倾斜之外，与利用基于FP模式的激光振荡的LD几乎是相同的结构。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Gerald A.Alphose，Dean B.Gibert，M.G.Harvey，Michael Ettenberg著，IEEE Journal of Quantum Electronics，1988年发行，第24卷12号2454页

发明概要

发明要解决的技术课题

为了与以往的LED、LD以及SLD等半导体发光元件相比会降低安装了它们的设备的消耗电能，而希望提高发光效率。以往的LED虽然能够在发光层高效地生成自发放射光，但由于光向随机的方向放射，并且在半导体和外部的界面基于它们的折射率差而被反射，因此，不能够高效地将光放射到外部。另一方面，以往的SLD以及LD等虽然能够通过受激放射光将光高效地放射到外部，但由于为了产生受激放射而需要载流子的反转分布，因此，如果不将一定值以上的电流(阈值电流)注入到半导体发光元件中，则不能成为光输出当中受激放射呈支配性的状态。即，相当于阈值电流与阈值电压(为形成阈值电流而向元件施加的电压)的乘积值的电能被用于自发放射光的射出。在以往的SLD以及LD中，该自发放射光没有被有效地利用，成为无功消耗电能。即使受激放射呈支配性状态，也会为了维持受激放射而产生一定量的自发放射光。因此，如果不将该自发放射光作为光输出利用，则相当于阈值电流与阈值电压的乘积值的电能就成为无功消耗电能，SLD以及LD的电能转换效率(每单位时间的光输出能量/投入消耗电能)就受到了限制。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于：能够获得能利用自发放射光和受激放射光两者的电能转换率高的半导体发光元件以及使用它的发光装置。

解决技术课题的手段

为了达到上述目的，本发明将半导体发光元件设置成包括基板和半导体层叠膜，并且从基板侧或半导体层叠膜侧的任意一方放射光的结构。