发光元件及其制造方法与流程

1.本公开涉及发光元件及其制造方法，并且更具体地，涉及包括表面发射激光元件(vcsel)的发光元件及其制造方法。


背景技术：

2.在包括表面发射激光元件(vcsel)的发光元件中，通常，通过在两个光反射层(分布式布拉格反射器(dbr)层)之间引起激光束的共振而发生激光振荡。然后，在具有其中层压有n型化合物半导体层、包括化合物半导体的活性层(发光层)和p型化合物半导体层的层压结构体的表面发射激光元件中，通常，在p型化合物半导体层上形成包括透明导电材料的第二电极，并且在第二电极上形成包括绝缘材料等的层压结构的第二光反射层等。此外，在n型化合物半导体层侧，形成具有绝缘材料等的层压结构的第一光反射层。注意的是，为了方便起见，将穿过由两个光反射层形成的谐振器的中心的轴线设置为z轴，并且将与z轴正交的虚拟平面称为xy平面。
3.顺便提及，在层压结构体包括gaas基化合物半导体的情况下，谐振器长度l
or
约为1μm。另一方面，在层压结构体包括gan基化合物半导体的情况下，谐振器长度l
or
常常比从表面发射激光元件发射的激光束的波长长几倍或更多倍。也就是说，谐振器长度l
or
比1μm长得多。
4.然后，当谐振器长度l
or
以这种方式变长时，衍射损耗增大，使得难以产生激光振荡。也就是说，存在发光元件用作led而非用作表面发射激光元件的可能性。这里，“衍射损耗”是指以下现象：因为光通常往往会由于衍射效应而扩展，所以在谐振器中往复的激光束逐渐分散到谐振器的外部。为了解决这样的问题，作为向光反射层提供凹面镜功能的技术，例如，有日本专利申请公开no.2006
‑
114753、日本专利申请公开no.2000
‑
022277和国际公开wo 2018/083877a1。
5.引用列表
6.专利文献
7.专利文献1：日本专利申请公开no.2006
‑
114753
8.专利文献2：日本专利申请公开no.2000
‑
022277
9.专利文献3：国际公开wo 2018/083877 a1


技术实现要素：

10.本发明要解决的问题
11.顺便提及，为了提供起凹面镜作用的第一光反射层，必须在基底上形成凹面部。然而，当凹面部形成在基底上时，凹面部上经常产生凹凸。那么，结果出现以下问题：形成在基底上的第一光反射层上也产生凹凸，光被散射，发光元件的阈值不会降低，从而造成发光效率降低的问题。因此，用于形成第一光反射层的基底的表面是平滑的是极其重要的。然而，以上描述的专利公开没有提及关于平滑用于形成起凹面镜作用的第一光反射层的基底表
面的任何内容。
12.因此，本公开的目的是提供具有能够形成平滑的第一光反射层的配置和结构的发光元件及其制造方法。
13.问题的解决方案
14.用于实现上述目的的本公开的发光元件包括：
15.层压结构体，其中层压有第一化合物半导体层、活性层和第二化合物半导体层，第一化合物半导体层包括第一表面和面对第一表面的第二表面，活性层面对第一化合物半导体层的第二表面，第二化合物半导体层包括面对活性层的第一表面和面对第一表面的第二表面；
16.第一电极，其电连接到第一化合物半导体层；以及
17.第二电极和第二光反射层，其形成在第二化合物半导体层的第二表面上，其中，
18.在第一化合物半导体层的第一表面侧形成突出部，
19.至少在突出部上形成平滑层，
20.突出部和平滑层构成凹面镜部分，
21.在平滑层的至少部分上形成第一光反射层，并且
22.第二光反射层具有平坦形状。
23.用于实现上述目的的根据本公开的第一方面的发光元件的制造方法包括以下步骤：
24.形成层压结构体，在层压结构体中层压有第一化合物半导体层、活性层和第二化合物半导体层，第一化合物半导体层包括第一表面和面对第一表面的第二表面，活性层面对第一化合物半导体层的第二表面，第二化合物半导体层包括面对活性层的第一表面和面对第一表面的第二表面；然后，
25.在第二化合物半导体层的第二表面上形成第二电极和第二光反射层；此后，
26.在第一化合物半导体层的第一表面侧形成突出部；然后，
27.至少在突出部上形成平滑层，然后，对平滑层的表面进行平滑；此后，
28.在平滑层的至少部分上形成第一光反射层，并形成与第一化合物半导体层电连接的第一电极，其中，
29.突出部和平滑层构成凹面镜部分，并且
30.第二光反射层具有平坦形状。
31.用于实现上述目的的根据本公开的第二方面的发光元件的制造方法包括以下步骤：
32.形成层压结构体，在层压结构体中层压有第一化合物半导体层、活性层和第二化合物半导体层，第一化合物半导体层包括第一表面和面对第一表面的第二表面，活性层面对第一化合物半导体层的第二表面，第二化合物半导体层包括面对活性层的第一表面和面对第一表面的第二表面；然后，
33.在第二化合物半导体层的第二表面上形成第二电极和第二光反射层；此后，
34.在第一化合物半导体层的第一表面侧形成突出部；然后，对突出部的表面进行平滑；然后，
35.在突出部的至少部分上形成第一光反射层，并形成与第一化合物半导体层电连接
的第一电极，其中，
36.突出部构成凹面镜部分，并且第二光反射层具有平坦形状。
附图说明
37.图1是示例1的发光元件的示意性部分端视图。
38.图2是用于说明示例1的发光元件的制造方法的基板等的示意性部分端视图。
39.图3是接续图2的用于说明示例1的发光元件的制造方法的基板等的示意性部分端视图。
40.图4是接续图3的用于说明示例1的发光元件的制造方法的基板等的示意性部分端视图。
41.图5是接续图4的用于说明示例1的发光元件的制造方法的基板等的示意性部分端视图。
42.图6是接续图5的用于说明示例1的发光元件的制造方法的基板等的示意性部分端视图。
43.图7是示例2的发光元件的示意性部分端视图。
44.图8是示例3的发光元件的示意性部分端视图。
45.图9是示例3的发光元件的变形的示意性部分端视图。
46.图10a和图10b是示例4的发光元件的示意性部分端视图。
47.图11是示例6的发光元件的示意性部分端视图。
48.图12a和图12b是用于说明示例6的发光元件的制造方法的层压结构体等的示意性部分端视图。
49.图13的(a)、(b)和(c)是分别图示了常规发光元件、示例6的发光元件和示例9的发光元件的光场强度的概念图。
50.图14是示例7的发光元件的示意性部分端视图。
51.图15是示例8的发光元件的示意性部分端视图。
52.图16是示例9的发光元件的示意性部分端视图。
53.图17是将图16中图示的示例9的发光元件的主要部分剖切的示意性部分端视图。
54.图18是示例10的发光元件的示意性部分端视图。
55.图19是示例10的发光元件的示意性部分端视图以及纵向模a和纵向模b这两种纵向模彼此叠加的示图。
56.图20是示例1的发光元件的变形的示意性部分端视图。
57.图21是示例2的发光元件的变形的示意性部分端视图。
58.图22是当假定法布里
‑
珀罗谐振器(fabry
‑
perot resonator)夹在本公开的发光元件中具有相同曲率半径的两个凹面镜部分之间时的概念图。
59.图23是图示了ω0的值、谐振器长度l
or
的值和第一光反射层的内表面上的曲率半径r
dbr
的值之间的关系的曲线图。
60.图24是图示了ω0的值、谐振器长度l
or
的值和第一光反射层的内表面上的曲率半径r
dbr
的值之间的关系的曲线图。
61.图25a和图25b分别是示意性图示了当ω0的值为“正”时激光束的会聚状态的示图
以及示意性图示了当ω0的值为“负”时激光束的会聚状态的示图。
62.图26a和图26b是示意性图示了存在于由活性层确定的增益谱中的纵向模的概念图。
63.图27是图示了用于说明氮化物半导体晶体中的极性面、非极性面和半极性面的六方氮化物半导体的晶体结构的示意图。
具体实施方式
64.下文中，将参考附图在示例的基础上描述本公开，但本公开不限于示例，并且示例中的各种数值和材料是示例化的。注意的是，将按以下顺序给出描述。
65.1.与本公开的发光元件和根据本公开的第一方面至第二方面的发光元件的制造方法相关的总体描述
66.2.示例1(本公开的发光元件和根据本公开的第一方面的发光元件的制造方法)
67.3.示例2(示例1的变形)
68.4.示例3(示例1的另一变形)
69.5.示例4(根据本公开的第二方面的发光元件的制造方法)
70.6.示例5(示例1至示例4的变形，发光元件具有第一配置)
71.7.示例6(示例1至示例5的变形，发光元件具有第二配置a)
72.8.示例7(示例6的变形，发光元件具有第二配置b)
73.9.示例8(示例6至示例7的变形，发光元件具有第二配置c)
74.10.示例9(示例6至示例8的变形，发光元件具有第二配置d)
75.11.示例10(示例1至示例9的变形，发光元件具有第三配置)
76.12.示例11(示例10的变形)
77.13.示例12(示例10的另一变形)
78.14.其它
79.<与本公开的发光元件和根据本公开的第一方面至第二方面的发光元件的制造方法相关的总体描述>
80.在本公开的发光元件和根据本公开的第一方面的发光元件的制造方法中，“平滑层的表面”是指在平滑层和第一光反射层之间形成界面的平滑层的表面。此外，在根据本公开的第二方面的发光元件的制造方法中，“突出部的表面”是指在突出部和第一光反射层之间形成界面的突出部的表面。
81.在本公开的发光元件以及通过根据本公开的第一方面的发光元件的制造方法获得的发光元件(下文中，这些发光元件可以被简单地统称为“根据本公开的第一方面的发光元件等”)中，优选的是，平滑层与第一光反射层之间的界面处的平滑层的表面粗糙度ra1的值小于突出部与平滑层之间的界面处的突出部的表面粗糙度ra2的值。然后，在这种情况下，期望的是表面粗糙度ra1的值小于或等于1.0nm。此外，通过根据本公开的第二方面的发光元件的制造方法获得的发光元件(下文中，该发光元件可以被称为“根据本公开的第二方面的发光元件等”)，期望的是，突出部与第一光反射层之间的界面处的突出部的表面粗糙度ra2的值小于或等于1.0nm。注意的是，表面粗糙度ra在jis b
‑
610:2001中有定义。具体地，可以通过基于afm或横截面tem的观察来测量表面粗糙度ra。
82.在包括上述优选实施方式的根据本公开的第一方面的发光元件等中，可以采用其中突出部的顶部处的平滑层的平均厚度t
c
比突出部的边缘处的平滑层的平均厚度t
p
薄的实施方式。作为t
p
/t
c
的值，可以例示为0.01≤t
p
/t
c
≤0.5，但不限于此。此外，作为t
c
的值，可以例示为1
×
10
‑8m至2
×
10
‑6m。
83.此外，在上述包括各种优选方式的根据本公开的第一方面的发光元件等中，可以采用其中平滑层的曲率半径为1
×
10
‑5m至1
×
10
‑3m的实施方式。此外，在根据本公开的第二方面的发光元件等中，可以采用其中突出部的曲率半径为1
×
10
‑5m至1
×
10
‑3m的实施方式。
84.此外，在包括上述各种优选实施方式的根据本公开的第一方面的发光元件等中，可以采用其中构成平滑层的材料是从由电介质材料、基于旋涂玻璃(spin
‑
on
‑
glass)的材料、低熔点玻璃材料、半导体材料和树脂组成的组中选择的至少一种材料的实施方式。
85.此外，在包括上述各种优选实施方式的根据本公开的第一方面的发光元件的制造方法中，可以采用其中在平滑层的表面上的平滑处理是基于湿法蚀刻的模，或者可替换地，可以采用其中对平滑层的表面的平滑处理基于干法蚀刻的实施方式。此外，在根据本公开的第二方面的发光元件的制造方法中，可以采用其中对突出部的表面的平滑处理基于湿法蚀刻的实施方式，或者可替换地，可以采用其中对突出部的表面的平滑处理基于干法蚀刻的实施方式。
86.在根据本公开的第一方面至第二方面的发光元件的制造方法中，在通过湿法蚀刻在平滑层的表面上执行平滑处理的情况下，湿法蚀刻的示例包括化学机械抛光方法(cmp法)和浸渍方法。然后，在这种情况下，尽管取决于构成平滑层或突出部的材料，但是抛光液和蚀刻溶液的示例包括胶态二氧化硅、碳酸氢钠、四甲基氢氧化铵(tmah)、氟化氢水、纯水和纯净水(去离子水)。在通过干法蚀刻在平滑层表面上执行平滑处理的情况下，干法蚀刻的示例包括反应离子蚀刻法(rie法)。具体地，在平滑层包括例如ta2o5的情况下，可以采用使用胶态二氧化硅的抛光法，可以采用使用hf的浸渍法，并且可以采用使用基于氟的气体的rie法。
87.在根据本公开的第一方面的发光元件等中，构成平滑层的电介质材料的示例包括ta2o5、nb2o5、sin、aln、sio2、al2o3、hfo2、tio2和bi2o3。基于旋涂玻璃的材料的示例包括基于硅酸盐的材料、基于硅氧烷的材料、基于甲基硅氧烷的材料和基于硅氮烷的材料。低熔点玻璃材料的示例包括含有铋(bi)的氧化物的玻璃材料、含有钡(ba)的氧化物的玻璃材料、含有锡(sn)的氧化物的玻璃材料、含有磷(p)的氧化物的玻璃材料以及含有铅(pb)的氧化物的玻璃材料。半导体材料的示例包括gan、gaas和inp。注意的是，在平滑层和突出部包括半导体材料的情况下，不需要平滑层与突出部之间晶格匹配，使得构成平滑层的半导体材料中包含的杂质的掺杂类型和掺杂量以及晶体取向可以与突出部的掺杂类型和掺杂量以及晶体取向不同，并且不仅可以通过外延生长方法而且可以通过诸如溅射法之类的pvd方法形成。构成平滑层的树脂的示例包括基于环氧化物的树脂、基于硅酮的树脂、苯并环丁烯(bcb)树脂、基于聚酰亚胺的树脂和酚醛树脂。平滑层还可以具有其中层压有包括这些材料的层的结构。
88.在根据本公开的第一方面至第二方面的发光元件等中，突出部形成在第一化合物半导体层的第一表面侧，但突出部可以形成在基板上，或者可以形成在第一化合物半导体层上。可替换地，突出部可以基于与基板或第一化合物半导体层的材料不同的另一种材料，
而形成在基板或第一化合物半导体层的暴露表面上，并且在这种情况下，构成突出部的材料的示例包括诸如tio2，ta2o5或sio2之类的透明电介质材料、基于硅酮的树脂和基于环氧化物的树脂，突出部形成在基板的第一表面(随后描述)或第一化合物半导体层的暴露表面上。
89.在包括上述各种优选实施方式和配置的根据本公开的第一方面至第二方面的发光元件等情况下，可以配置通过第一光反射层射出激光束的表面发射激光元件(垂直腔表面发射激光(vcsel))，或者可替换地，也可以配置通过第二光反射层射出激光束的表面发射激光元件。
90.在包括上述各种优选实施方式的根据本公开的第一方面至第二方面的发光元件等中，可以采用以下实施方式：当第一光反射层被包括层压结构体的层压方向的虚拟平面(包括z轴的虚拟平面)(下文中，为了方便起见，被称为“第一光反射层的内表面”)切割时，由第一光反射层的与平滑层或突出部接触的表面绘制的图形是圆的部分或抛物线的部分。可以存在图形严格地不是圆的部分的情况，或者可以存在图形严格地不是抛物线的部分的情况。也就是说，图形大致是圆的部分的情况或图形大致是抛物线的部分的情况也被包括在“图形是圆的部分或抛物线的部分”中。作为圆的部分或抛物线的部分的第一光反射层的这样的部分(区域)可以被称为“第一光反射层的有效区域”。通过用测量仪测量界面(平滑层与第一光反射层之间的界面或突出部与第一光反射层之间的界面)的形状并通过基于最小二乘法分析所获得的数据，可以获得由第一光反射层的内表面绘制的图形。
91.在根据本公开的第一方面至第二方面的发光元件等中，层压结构体可以具体地包括gan基化合物半导体。更具体地，gan基化合物半导体的示例包括gan、algan、ingan和alingan。此外，如有需要，这些化合物半导体可以包含硼(b)原子、铊(tl)原子、砷(as)原子、磷(p)原子和锑(sb)原子。期望的是，活性层具有量子阱结构。具体地，活性层可以具有单量子阱结构(sqw结构)，或者可以具有多量子阱结构(mqw结构)。具有量子阱结构的活性层具有其中至少一个阱层和一个势垒层被层压的结构，并且作为(构成阱层的化合物半导体和构成势垒层的化合物半导体的)组合，可以例示(in
y
ga
(1
‑
y)
n，gan)、(in
y
ga
(1
‑
y)
n，in
z
ga
(1
‑
z)
n)[其中，y>z]、(in
y
ga
(1
‑
y)
n，algan)。
[0092]
可替换地，在根据本公开的第一方面至第二方面的发光元件等中，具体地，层压结构体还可以包括gaas基化合物半导体，或者还可以包括inp基化合物半导体。
[0093]
第一化合物半导体层可以包括第一导电类型(例如，n型)化合物半导体，第二化合物半导体层可以包括与第一导电类型不同的第二导电类型(例如，p型)化合物半导体。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层也被称为第一包覆(clad)层和第二包覆层。优选的是，在第二电极和第二化合物半导体层之间形成电流限制(constriction，限制)结构。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层可以是具有单一结构的层、具有多层结构的层或具有超晶格结构的层。此外，这些层可以是包括成分梯度层和浓度梯度层的层。
[0094]
此外，在上述包括优选实施方式和配置的根据本公开的第一方面至第二方面的发光元件等中，对于构成位于活性层和第一光反射层之间的各种化合物半导体层的材料，优选的是，不存在大于或等于10％的折射率的调制(不存在以层压结构体的平均折射率作为基准的大于或等于10％的折射率差)，结果，可以抑制谐振器中光场的扰动的出现。
[0095]
为了获得电流限制结构，包括绝缘材料(例如，sio
x
、sin
x
、alo
x
)的电流限制层可以
形成在第二电极和第二化合物半导体层之间，或者可替换地，可以通过利用rie法等蚀刻第二化合物半导体层来形成台面结构，或者可替换地，可以通过从横向方向部分氧化层压的第二化合物半导体层的部分来形成电流限制区域，或者可以通过将杂质离子注入到第二化合物半导体层中来形成导电性降低的区域，或者可以适当地组合它们。然而，第二电极需要电连接到第二化合物半导体层的一部分，由于电流限制，电流流过第二化合物半导体层的该部分。
[0096]
在突出部形成在基板上的实施方式中，层压结构体形成在基板的第二表面上。这里，基板的第二表面面对化合物半导体层的第一表面。然后，在与基板的第二表面面对的基板的第一表面上形成突出部。基板的示例包括导电基板、半导体基板、绝缘基板，具体地，gan基板、蓝宝石基板、gaas基板、sic基板、氧化铝基板、zns基板、zno基板、aln基板、limgo基板、ligao2基板、mgal2o4基板、inp基板、si基板以及其中在这些基板的表面(主表面)上形成基底层或缓冲层的基板。在层压结构体包括gan基化合物半导体的情况下，优选的是，使用gan基板作为基板，因为gan基板的晶体缺陷密度低。已知的是，gan基板的特性根据生长表面改变为极性/非极性/半极性，但gan基板的任何主表面(第二表面)都可以用于形成化合物半导体层。此外，关于gan基板的主表面，根据晶体结构(例如，立方型、六边形类型等)，可以使用诸如所谓的a面、b面、c面、r面、m面、n面或s面、使这些面在特定方向上偏移的面等之类的名称的晶体取向面。可替换地，可以采用其中基板包括具有作为半极性面的{20
‑
21}面作为主表面的gan基板(其主表面是其中c面在m轴方向上倾斜约75度的表面的gan基板)的实施方式。
[0097]
形成构成发光元件的各种化合物半导体层的方法的示例包括有机金属化学气相沉积法(金属有机化学气相沉积法(mocvd法)、金属有机气相外延法(movpe法)或分子束外延法(mbe法)、其中卤素有助于输运或反应的氢化物气相沉积法(hvpe法)、原子层沉积法(ald法)、迁移增强外延法(mee法)、等离子体辅助物理气相沉积法(ppd法)等，但该方法不限于此。这里，在层压结构体包括gan基化合物半导体的情况下，mocvd方法中的有机镓源气体的示例包括三甲基镓(tmg)气体和三乙基镓(teg)气体，并且氮源气体的示例包括氨气和肼气。在形成具有n型导电类型的gan基化合物半导体层时，例如，只需要添加硅(si)作为n型杂质(n型掺杂物)，并且在形成具有p型导电类型的gan基化合物半导体层时，例如，只需要添加镁(mg)作为p型杂质(p型掺杂物)。在包含铝(al)或铟(in)作为gan基化合物半导体层的构成原子的情况下，只需要使用三甲基铝(tma)气体作为al源，并且只需要使用三甲基铟(tmi)气体作为in源。此外，只需要使用单硅烷气体(sih4气体)作为si源，并且只需要使用双环戊二烯基镁气体、甲基环戊二烯基镁或双环戊二烯基镁(cp2mg)作为mg源。注意的是，除了si之外，n型杂质(n型掺杂物)的示例包括ge、se、sn、c、te、s、o、pd和po，并且除了mg之外，p型杂质(p型掺杂物)的示例还包括zn、cd、be、ca、ba、c、hg和sr。
[0098]
通过使用碱性水溶液(诸如，氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液)、氨水溶液 过氧化氢溶液、硫酸溶液 过氧化氢溶液、盐酸溶液 过氧化氢溶液、磷酸溶液 过氧化氢溶液等的湿法蚀刻、化学机械抛光方法(cmp方法)、机械抛光方法、干蚀刻方法、使用激光的剥离方法或通过其组合，可以减小基板的厚度，或者可以去除基板，以暴露第一化合物半导体层的第一表面。
[0099]
如上所述，层压结构体可以被配置为形成在gan基板的极性面上。可替换地，层压
结构体可以被配置为形成在包括gan基板的半极性面或非极面(非极性面)的主表面上，并且在这种情况下，可以使由主表面的平面取向和c轴形成的角度大于或等于45度且小于或等于80度，此外，gan基板的主表面可以包括{20
‑
21}面。在六方体系中，例如，为了方便起见，在本说明书中，下面示例的晶体面的符号
[0100][0101][0102]
被写为{hk
‑
il}面和{h
‑
kil}面。
[0103]
以下，将参考图27的(a)至(e)描述氮化物半导体晶体中的极性面、非极性面和半极性面。图27的(a)是图示了六方氮化物半导体的晶体结构的示意图。图27的(b)是图示了作为非极性面({1
‑
100}面)的m面的示意图，并且用灰色面图示的m面是垂直于m轴方向的面。图27的(c)是图示了作为非极性面({11
‑
20}面)的a面的示意图，并且用灰色面图示的a面是垂直于a轴方向的面。图27的(d)是图示了作为半极性面的{20
‑
21}面的示意图。与用灰色面图示的{20
‑
21}面垂直的[20
‑
21]方向从c轴向m轴方向倾斜75度。图27的(e)是图示了作为半极性面的{11
‑
22}面的示意图。与用灰色面图示的{11
‑
22}面垂直的[11
‑
22]方向从c轴向a轴方向倾斜59度。下表1指示了由各种晶面的平面取向和c轴形成的角度。由诸如{11
‑
21}面、{11
‑
22}面和{11
‑
24}面之类的{11
‑
2n}面、{1
‑
101}面、{1
‑
102}面和{1
‑
103}面表示的面是半极性面。
[0104]
<表1>
[0105]
面取向与c轴的角度(度){1
‑
100}90.0{11
‑
20}90.0{20
‑
21}75.1{11
‑
21}72.9{1
‑
101}62.0{11
‑
22}58.4{1
‑
102}43.2{1
‑
103}32.0
[0106]
还可以配置其中第二光反射层由支撑基板支撑并且激光束通过第一光反射层射出的表面发射激光元件。支撑基板只需要包括例如作为上述基板示例的各种基板，或者可替换地，还可以包括包含aln等的绝缘基板、包含si、sic、ge等的半导体基板或金属基板或合金基板，但优选的是，使用具有导电性的基板，或者可替换地，优选的是从机械性能、弹性变形、塑性变形、散热等的角度来看使用金属基板或合金基板。对于支撑基板的厚度，例如，可以例示0.05mm至1mm。作为将第二光反射层固定到支撑基板的方法，可以使用诸如焊料接合方法、室温接合方法、使用粘合胶带的接合方法、使用蜡接合的接合方法以及使用粘合剂的方法之类的已知方法，并且从确保导电性的角度来看，期望的是采用焊料接合方法或室温接合方法。例如，在使用作为导电基板的硅半导体基板作为支撑基板的情况下，期望的是采用能够在低于或等于400℃的低温下接合以抑制由于热膨胀系数的差异而引起的卷曲的
方法。在使用gan基板作为支撑基板的情况下，接合温度可以高于或等于400℃。
[0107]
第一化合物半导体层电连接到第一电极。也就是说，第一电极经由基板电连接到第一化合物半导体层，或者可替换地，第一电极形成在第一化合物半导体层上。此外，第二化合物半导体层电连接到第二电极，并且第二光反射层形成在第二电极上。可以采用其中第一电极包括金属或合金的实施方式，并且可以采用其中第二电极包括透明导电材料的实施方式。通过由透明导电材料形成第二电极，可以使电流在横向方向(第二化合物半导体层的面内方向)上扩展，并且可以高效地向元件区域供应电流。第二电极形成在第二化合物半导体层的第二表面上。这里，“元件区域”是指其中被注入限制电流的区域，或者可替换地，其中光由于折射率差等而受限制的区域，或者可替换地，其中在夹在第一光反射层和第二光反射层之间的区域中出现激光振荡的区域，或者可替换地，其中在夹在第一光反射层和第二光反射层之间的区域中实际贡献用于激光振荡的区域。
[0108]
第一电极只需要形成在与基板的第二表面面对的基板的第一表面上。期望的是，第一电极具有单层配置或多层配置，多层配置包括从由例如金(au)、银(ag)、钯(pd)、铂(pt)、镍(ni)、钛(ti)、钒(v)、钨(w)、铬(cr)、铝(al)、铜(cu)、锌(zn)、锡(sn)和铟(in)组成的组中选择的至少一种金属(包括合金)，具体地，例如，ti/au、ti/al、ti/al/au、ti/pt/au、ni/au/pt、ni/pt、pd/pt和ag/pd。注意的是，在多层配置中“/”之前的层被定位成更靠近活性层侧。对于以下描述，同样适用。第一电极可以通过pvd法(例如，真空气相沉积法、溅射法等)形成。
[0109]
第二电极可以包括透明导电材料。作为构成第二电极的透明导电材料，示例可以是基于铟的透明导电材料[具体地，例如，铟锡氧化物(ito，包括sn掺杂的in2o3、晶体ito和无定形ito)、铟
‑
锌氧化物(izo)、铟
‑
镓氧化物(igo)、铟掺杂的镓
‑
锌氧化物(igzo、in
‑
gazno4)、ifo(f掺杂的in2o3)、itio(ti掺杂的in2o3)、insn、insnzno]、基于锡的透明导电材料[具体地，例如，氧化锡(sno2)、ato(sb掺杂的sno2)、fto(f掺杂的sno2)]、基于锌的透明导电材料[具体地，例如，氧化锌(zno，包括al掺杂的zno(azo)和b掺杂的zno)、镓掺杂的氧化锌(gzo)、almgzno(氧化铝和氧化镁掺杂的氧化锌)]以及nio。可替换地，第二电极的示例包括含氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化锑、氧化镍等作为基础层的透明导电膜，并还包括诸如尖晶石型氧化物和具有ybfe2o4结构的氧化物之类的透明导电材料。然而，尽管取决于第二光反射层和第二电极的布置状态，但是作为构成第二电极的材料，不限于透明导电材料，也可以使用诸如钯(pd)、铂(pt)、镍(ni)、金(au)、钴(co)或铑(rh)之类的金属。第二电极只需要包括这些材料中的至少一种。第二电极可以通过pvd法(例如，真空气相沉积法、溅射法等)形成。可替换地，也可以使用低电阻半导体层作为透明电极层，并且在这种情况下，具体地，也可以使用n型gan基化合物半导体层。此外，在与n型gan基化合物半导体层相邻的层为p型的情况下，通过经由隧道结接合这两层，可以使界面处的电阻减小。通过由透明导电材料形成第二电极，可以使电流在横向方向(第二化合物半导体层的面内方向)上扩展，并且可以高效地向电流注入区域(随后描述)供应电流。
[0110]
焊盘电极可以设置在第一电极或第二电极上，以电连接到外部电极或电路。焊盘电极优选地具有单层配置或多层配置，包括从由钛(ti)、铝(al)、铂(pt)、金(au)、镍(ni)和钯(pd)组成的组中选择的至少一种金属。可替换地，焊盘电极也可以具有以ti/pt/au多层配置、ti/au多层配置、ti/pd/au多层配置、ti/pd/au多层配置、ti/ni/au多层配置或ti/ni/
au/cr/au多层配置为示例的多层配置。在第一电极包括ag层或ag/pd层的情况下，优选的是，在第一电极的表面上形成包括例如ni/tiw/pd/tiw/ni的覆盖金属层，并且在覆盖金属层上形成包括例如ti/ni/au多层配置或ti/ni/au/cr/au的多层配置的焊盘电极。
[0111]
构成第一光反射层和第二光反射层的光反射层(分布式布拉格反射器层(dbr层))包括例如半导体多层膜(例如，alingan膜)或电介质多层膜。电介质材料的示例包括例如si、mg、al、hf、nb、zr、sc、ta、ga、zn、y、b、ti等的氧化物、氮化物(例如，sin
x
、aln
x
、algan
x
、gan
x
、bn
x
等)、氟化物等。具体地，sio
x
、tio
x
、nbo
x
、zro
x
、tao
x
、zno
x
、alo
x
、hfo
x
、sin
x
、aln
x
等可以是示例。然后，可以通过在这些电介质材料之中交替地层压包括具有不同折射率的电介质材料的两种或多种电介质膜来获得光反射层。例如，诸如sio
x
/sin
y
、sio
x
/tao
x
、sio
x
/nbo
y
、sio
x
/zro
y
和sio
x
/aln
y
之类的电介质多层膜是优选的。为了获得所期望的光反射率，只需要适当地选择构成每个电介质膜的材料、膜厚度、层压层的数量等。可以根据所使用的材料等适当地调整每个电介质膜的厚度，并且通过所使用材料的振荡波长(发射波长)λ0以及振荡波长λ0下的折射率n'来确定该厚度。具体地，优选的是，将a值设置为λ0/(4n')的奇数倍数或大约奇数倍数。例如，在光反射层包括sio
x
/nbo
y
的情况下，在具有410nm的振荡波长λ0的发光元件中，示例可以是约40nm至70nm。作为示例，层压层的数量可以是大于或等于2，优选地约5至20。作为整个光反射层的厚度，例如，示例可以是约0.6μm至1.7μm。此外，期望的是，光反射层的光反射率大于或等于95％。
[0112]
光反射层可以基于公知方法形成，具体地，方法的示例包括：诸如真空气相沉积法、溅射法、反应溅射法、ecr等离子体溅射法、磁控溅射法、离子束辅助气相沉积法、离子镀法和激光烧蚀法之类的pvd方法；各种cvd方法；诸如喷涂法、旋涂法和浸渍法之类的涂覆法；组合了这些方法中的两种或更多种的方法；将这些方法与全部或部分预处理、惰性气体(ar、he、xe等)或等离子体的辐射、氧气、臭氧气体和等离子体的辐射、氧化处理(热处理)和曝光处理中的任一种或多种组合的方法。
[0113]
光反射层的尺寸和形状不受特别限制，只要光反射层覆盖电流注入区域或元件区域即可。对于元件区域、第一光反射层、第二光反射层、电流注入区域和电流非注入/内部区域之间的边界的形状、电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域之间的边界的形状以及设置在元件区域或电流限制区域中的开口的平面形状，具体示例包括圆形、椭圆、矩形和多边形(三角形、四边形、六边形等)。此外，对于第一电极的平面形状，可以提及环形形状。期望的是，在元件区域、第一光反射层、第二光反射层和电流限制层中设置的开口的平面形状、环形第一电极的内环的平面形状、电流注入区域和电流非注入/内部区域之间的边界的形状以及电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域之间的边界的形状类似。在电流注入区域和电流非注入/内部区域之间的边界形状为圆形的情况下，直径优选地为约5μm至100μm。随后，将描述电流注入区域、电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域。
[0114]
层压结构体的侧面或暴露表面可以被涂层(绝缘膜)覆盖。可以基于公知的方法执行涂层(绝缘膜)的形成。构成涂层(绝缘膜)的材料的折射率优选地小于构成层压结构体的材料的折射率。作为构成涂层(绝缘膜)的绝缘材料，示例可以是包含sio2的基于sio
x
的材料、基于sin
x
的材料、基于sio
y
n
z
的材料、tao
x
、zro
x
、aln
x
、alo
x
和gao
x
，或者可替换地，还可以提及诸如基于聚酰亚胺基树脂之类的有机材料。作为形成涂层(绝缘膜)的方法，例如，可以提及诸如真空气相沉积法或溅射法之类的pvd法或cvd法，并且也可以基于涂覆法来执行形
成。
[0115]
在包括上述各种优选实施方式的根据本公开的第一方面至第二方面的发光元件等中，当谐振器长度为l
or
时，优选的是满足l
or
≥1
×
10
‑6m。
[0116]
[示例1]
[0117]
示例1涉及本公开的发光元件和根据本公开的第一方面的发光元件的制造方法。更具体地，随后描述的示例1或示例2至12的发光元件包括表面发射激光元件(垂直腔表面发射激光(vcsel))，该表面发射激光元件通过第二光反射层从第二化合物半导体层的顶表面发射激光束。图1图示了示例1的发光元件的示意性部分端视图。
[0118]
随后描述的示例1的发光元件或示例2至12的发光元件包括：
[0119]
层压结构体20，层压结构体中层压有第一化合物半导体层21、活性层(发光层)23和第二化合物半导体层22，第一化合物半导体层21包括第一表面21a和面对第一表面21a的第二表面21b，活性层23面对第一化合物半导体层21的第二表面21b，第二化合物半导体层22包括面对活性层23的第一表面22a和面对第一表面22a的第二表面22b；
[0120]
第一电极31，其电连接到第一化合物半导体层21；以及
[0121]
第二电极32和第二光反射层42，其形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b上。
[0122]
然后，在示例1的发光元件中，
[0123]
在第一化合物半导体层21的第一表面侧形成突出部43，
[0124]
至少在突出部43上形成平滑层44，
[0125]
突出部43和平滑层44构成凹面镜部分，
[0126]
在平滑层44的至少部分上形成第一光反射层41，并且
[0127]
第二光反射层42具有平坦形状。
[0128]
具体地，突出部43形成在基板11的第一表面11a上。层压结构体20设置在基板11的第二表面11b上。平滑层44形成在包括突出部43的顶部的基板的第一表面11a上。第一光反射层41形成在平滑层44上。这里，在示例1中，基板11包括化合物半导体基板，具体地，其主表面是表面c即作为极性面的{0001}面的gan基板。层压结构体20包括gan基化合物半导体。第一化合物半导体层21具有第一导电类型(具体地，n型)，第二化合物半导体层22具有与第一导电类型不同的第二导电类型(具体地，p型)。谐振器由第一光反射层41的从第一光反射层41的内表面41a到一定深度的区域、平滑层44、包括突出部43的基板11、层压结构体20(第一化合物半导体层21、活性层23和第二化合物半导体层22)、第二电极32和第二光反射层42的从第二化合物半导体层22的第二表面22b到一定深度的区域构成。这里，当谐振器长度为l
or
时，满足l
or
≥1
×
10
‑6m(1μm)。
[0129]
在平滑层44与第一光反射层41之间的界面44a处的平滑层44的表面粗糙度ra1的值小于在突出部43与平滑层44之间的界面43a处的突出部43的表面粗糙度ra2的值。表面粗糙度ra1的值小于或等于1.0nm。此外，突出部43的顶部处的平滑层44的平均厚度t
c
比突出部43的边缘处的平滑层44的平均厚度t
p
薄。具体地，t
p
/t
c
的值满足0.01≤t
p
/t
c
≤0.5，t
c
的值满足1
×
10
‑8m至2
×
10
‑6m，并且更具体地，
[0130]
t
c
＝0.2μm
[0131]
t
p
/t
c
＝0.05。
[0132]
平滑层44的曲率半径为1
×
10
‑5m至1
×
10
‑3m，并且具体地，是100μm。
[0133]
构成平滑层44的材料是从由电介质材料、基于旋涂玻璃的材料、低熔点玻璃材料、半导体材料和树脂组成的组中选择的至少一种材料。在示例1中，具体地，作为构成平滑层44的材料，例如，使用电介质材料，更具体地，ta2o5。
[0134]
然后，在示例1的发光元件中，当第一光反射层41被包括层压结构体20的层压方向的虚拟平面(包括z轴的虚拟平面)切割时由第一光反射层41的内表面41a(第一光反射层41的有效区域41b)绘制的图形是圆的部分或抛物线的部分。然而，位于有效区域41b外侧的第一光反射层41的形状(横截面形状的图形)不一定是圆的部分或抛物线的部分。第一光反射层41在基板11的第一表面11a的部分的上方延伸，并且该部分的形状(横截面形状的图形)是平坦的。第一光反射层41和第二光反射层42包括多层光反射膜。突出部43的外边缘的平面形状为圆形。
[0135]
此外，当第一光反射层41的有效区域41b的半径为r'
dbr
并且曲率半径为r
dbr
时，满足r
dbr
≤1
×
10
‑3m。具体地，示例可以是：
[0136]
l
or
＝50μm，
[0137]
r
dbr
＝70μm，
[0138]
r'
dbr
＝25μm，
[0139]
但不限于此。此外，作为从活性层23射出的主光的振荡波长λ0，λ0＝445nm可以是示例。
[0140]
这里，当从活性层23的区域重心到第一光反射层41的内表面41a的距离为t0时并且当谐振器的包括第一光反射层41的内表面41a和第一化合物半导体层21的第一表面21a的部分的长度为l
dbr
时，理想的抛物线函数x＝f(z)可以被表示为
[0141]
x＝z2/t0，
[0142]
l
dbr
＝r'
dbr2
/2t0；
[0143]
然而，不言而喻，当由内表面41a绘制的图形是抛物线的部分时，抛物线可以偏离这样的理想抛物线。
[0144]
层压结构体20的导热率的值高于第一光反射层41的导热率的值。构成第一光反射层41的电介质材料的导热率的值一般约为10瓦/(m
·
k)，或者等于或小于该值。另一方面，构成层压结构体20的gan基化合物半导体的导热率的值为约50瓦/(m
·
k)至约100瓦/(m
·
k)。
[0145]
第一化合物半导体层21包括n
‑
gan层；活性层23包括其中层压了in
0.04
ga
0.96
n层(势垒层)和in
0.16
ga
0.84
n层(阱层)的五层多量子阱结构；并且第二化合物半导体层22包括p
‑
gan层。第一电极31形成在基板11的第一表面11a上，并经由基板11电连接到第一化合物半导体层21。另一方面，第二电极32形成在第二化合物半导体层22上，第二光反射层42形成在第二电极32上。第二电极32上的第二光反射层42具有平坦形状。第一电极31包括ti/pt/au，第二电极32包括透明导电材料，具体地，ito。在第一电极31的边缘上，形成或连接用于电连接到外部电极或电路的焊盘电极(未图示)，焊盘电极包括例如ti/pt/au或v/pt/au。在第二电极32的边缘上，形成或连接用于电连接到外部电极或电路的焊盘电极33，焊盘电极33包括例如pd/ti/pt/au、ti/pd/au或ti/ni/au。第一光反射层41和第二光反射层42包括ta2o5层和sio2层的层压结构(电介质膜的层压层的总数：20层)。虽然如上所述第一光反射层41和第
二光反射层42具有多层结构，但为了简化附图，它们被用一层表示。第一电极31、第一光反射层41、第二光反射层42和设置在绝缘层(电流限制层)34中的开口34a中的每个的平面形状为圆形。如随后将描述的，电流限制区域(电流注入区域61a和电流非注入区域61b)由包括开口34a的绝缘层34限定，并且电流注入区域61a由开口34a限定。
[0146]
下文中，参考图2、图3、图4、图5和图6描述示例1的发光元件的制造方法。
[0147]
[步骤
‑
100]
[0148]
首先，在基板11的表面(第二表面11b)上，形成层压结构体20，在层压结构体20中层压有第一化合物半导体层21、活性层23和第二化合物半导体层22，第一化合物半导体层21包括第一表面21a和面对第一表面21a的第二表面21b，活性层23面对第一化合物半导体层21的第二表面21b，第二化合物半导体层22包括面对活性层23的第一表面22a和面对第一表面22a的第二表面22b。具体地，基于mocvd法，在暴露的基板11的第二表面11b上，形成第一化合物半导体层21、活性层23和包括n
‑
gan的第二化合物半导体层22，由此可以获得层压结构体20(参见图2)。
[0149]
[步骤
‑
110]
[0150]
接下来，基于诸如cvd法、溅射法或真空气相沉积法之类的成膜方法与湿法蚀刻或干法蚀刻的组合，在第二化合物半导体层22的第二表面22b上形成包括开口34a并包含sio2的绝缘层(电流限制层)34。由包括开口34a的绝缘层34限定电流限制区域(电流注入区域61a和电流非注入区域61b)。也就是说，由开口34a限定电流注入区域61a。
[0151]
为了获得电流限制区域，包括绝缘材料(例如，sio
x
、sin
x
、alo
x
)的绝缘层(电流限制层)可以形成在第二电极32和第二化合物半导体层22之间，或者可替换地，可以通过利用rie法等蚀刻第二化合物半导体层22来形成台面结构，或者可替换地，可以通过从横向方向部分氧化层压的第二化合物半导体层22的部分来形成电流限制区域，或者可以通过将杂质离子植入到第二化合物半导体层22中来形成导电性降低的区域，或者可以根据需要对其组合。然而，第二电极32需要电连接到第二化合物半导体层22的该部分，由于电流限制，导致电流流过第二化合物半导体层22的该部分。
[0152]
[步骤
‑
120]
[0153]
此后，在第二化合物半导体层22的第二表面上形成第二电极32和第二光反射层42。具体地，例如，基于剥离法，从暴露在开口34a(电流注入区域61a)的底表面上的第二化合物半导体层22的第二表面22b在绝缘层34上方形成第二电极32，此外，基于诸如溅射法或真空气相沉积法之类的成膜方法与诸如湿法蚀刻或干法蚀刻之类的图案化方法的组合来形成焊盘电极33。接下来，基于诸如溅射法或真空气相沉积法之类的成膜方法与诸如湿法蚀刻或干法蚀刻之类的图案化方法的组合，从第二电极32在焊盘电极33上方形成第二光反射层42(参见图3)。第二电极32上的第二光反射层42具有平坦形状。
[0154]
[步骤
‑
130]
[0155]
接下来，在第一化合物半导体层21的第一表面侧形成突出部43。具体地，首先，从第一表面11a侧将基板11减薄至所期望的厚度。然后，在基板11的第一表面11a上形成抗蚀剂层，并对该抗蚀剂层进行图案化，以将该抗蚀剂层留在其上将要形成突出部43的基板11上。然后，对抗蚀剂层执行热处理，以在抗蚀剂层中形成突出部。接下来，基于rie法，对抗蚀剂层和基板11进行回蚀。以这种方式，如图4中图示的，可以在基板11的第一表面11a上形成
突出部43。突出部43的外形为圆形。
[0156]
[步骤
‑
140]
[0157]
此后，至少在突出部43上形成平滑层44(参见图5)。具体地，基于溅射法，在包括突出部43的基板11的第一表面11a的整个表面上，形成平滑层44。
[0158]
[步骤
‑
150]
[0159]
接下来，对平滑层44的表面进行平滑(参见图6)。具体地，基于湿法蚀刻对平滑层44的表面执行平滑处理。更具体地，基于使用胶体二氧化硅作为抛光液的cmp方法，对平滑层44的表面执行平滑处理。平滑层44的表面的表面粗糙度在平滑处理之前和之后如下。
[0160]
在平滑处理之前：ra＝0.36nm
[0161]
在平滑处理之后：ra1＝0.14nm
[0162]
[步骤
‑
160]
[0163]
此后，在平滑层44的至少部分上形成第一光反射层41，并形成与第一化合物半导体层21电连接的第一电极31。具体地，基于诸如溅射法或真空气相沉积法之类的成膜方法与诸如湿法蚀刻或干法蚀刻之类的图案化方法的组合，在平滑层44上形成包括电介质多层膜的第一光反射层41。留在基板11的第一表面11a上的第一光反射层41的外边缘的平面形状为圆形。此后，基于诸如溅射法或真空气相沉积法之类的成膜方法与诸如湿法蚀刻或干法蚀刻之类的图案化方法的组合，在基板11的第一表面11a上形成第一电极31。以这种方式，可以获得图1中图示的结构。此外，然后，通过执行所谓的元件分离来分离发光元件，并且用包括例如诸如sio2之类的绝缘材料的涂层(未图示)覆盖层压结构体20的侧表面和暴露表面。然后，可以通过封装或密封来完成示例1的发光元件。
[0164]
在示例1的发光元件或通过示例1的发光元件的制造方法获得的发光元件中，作为第一光反射层的基底的平滑层的表面是平滑的，使得形成在平滑层上的第一光反射层也是平滑的。因此，由于能够抑制第一光反射层对光的散射，所以可以降低发光元件的阈值并提高发光效率。
[0165]
此外，在示例1的发光元件中，由于第一光反射层形成在突出部的上方，因此光以活性层为起点发生衍射和扩散，并且可以可靠地将入射到第一光反射层上的光朝向活性层反射并将其聚焦于活性层。因此，可以避免衍射损耗增加，并且可以可靠地执行激光振荡。此外，由于谐振器可以较长，因此可以避免热饱和的问题。这里，“热饱和”是当表面发射激光元件被驱动时，由于自升温而使光输出饱和的现象。用于光反射层的材料(例如，诸如sio2或ta2o5之类的材料)具有比gan基化合物半导体的导热率值低的导热率值。因此，增加gan基化合物半导体层的厚度导致抑制了热饱和。然而，当gan基化合物半导体层的厚度增加时，谐振器长度l
or
的长度变长，使得纵向模有可能变为多模，但在示例1的发光元件中，即使当谐振器长度较长时，也可以获得单个纵向模。此外，由于谐振器长度l
or
可以延长，因此发光元件的制造工艺的容差增大，结果，良率可以提高。这同样适用于以下描述的各种示例的发光元件。
[0166]
代替cmp法，可以基于浸渍法来对平滑层44的表面平滑。在这种情况下，例如，由于平滑层44包括ta2o5，因此在浸渍法中，只要求使用hf作为蚀刻液。此外，平滑层44还可以包括基于旋涂玻璃的材料或低熔点玻璃材料，并且在这种情况下，可以基于使用胶体二氧化硅作为抛光剂的cmp法对平滑层44执行平滑处理，并且可以基于使用hf作为蚀刻溶液的浸
渍法对平滑层44执行平滑处理。此外，构成平滑层44的材料也可以是半导体材料，具体地，gan。在这种情况下，可以基于使用胶态二氧化硅作为抛光剂的cmp法对平滑层44进行平滑处理，并且可以基于使用tmah作为蚀刻溶液的浸渍法对平滑层44执行平滑处理。此外，构成平滑层44的材料可以包括树脂，特别是基于环氧化物的树脂，并且可以基于cmp方法对平滑层44执行平滑处理，并且可以基于使用卤化烃作为蚀刻溶液的浸渍法对平滑层44执行平滑处理。然而，根据所使用的树脂，平滑处理可以不是必需的。
[0167]
此外，构成平滑层44的材料可以包括例如ta2o5，并且基于干法蚀刻，具体地，基于rie法(反应离子蚀刻法)，对平滑层44的表面执行平滑处理。
[0168]
此外，层压结构体20可以包括基于gaas的化合物半导体而非包括gan基化合物半导体，并且在这种情况下，只需要使用gaas基板作为基板11。然后，在这种情况下，可以基于使用胶态二氧化硅作为抛光剂的cmp法对平滑层44的平滑处理，并且可以基于使用磷酸/过氧化氢溶液作为蚀刻溶液的浸渍法对平滑层44执行平滑处理。可替换地，层压结构体20可以包括基于inp的化合物半导体，并且在这种情况下，只需要使用inp基板作为基板11。然后，在这种情况下，可以基于使用胶态二氧化硅作为抛光剂的cmp法对平滑层44的平滑处理，并且可以基于使用盐酸作为蚀刻溶液的浸渍法对平滑层44执行平滑处理。
[0169]
[示例2]
[0170]
示例2是示例1的变形。图7图示了示例2的发光元件的示意性部分端视图。在示例1中，突出部43形成在基板11的第一表面11a上。另一方面，在示例2中，突出部45形成在第一化合物半导体层21上。
[0171]
在示例2的这样发光元件中，在与示例1的发光元件制造方法中的[步骤
‑
130]类似的步骤中，从第一表面11a侧去除基板11，以暴露第一化合物半导体层21，在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成抗蚀剂层，并对抗蚀剂层进行图案化，以在其上将要形成突出部45的第一化合物半导体层21上留下抗蚀剂层。然后，对抗蚀剂层执行热处理，以在抗蚀剂层中形成突出部。接下来，基于rie法，对抗蚀剂层和第一化合物半导体层21进行回蚀。以这种方式，最终可以获得图7中图示的示例2的发光元件。
[0172]
除了以上几点之外，示例2的发光元件的配置和结构可以与示例1的发光元件的配置和结构类似，因此将省略对其的详细描述。
[0173]
[示例3]
[0174]
示例3也是示例1的变形。图8和图9中图示了示例3的发光元件的示意性部分端视图。在示例3中，基于与基板11的材料不同的材料，在基板11的第一表面11a上形成突出部46(参见图8)。可替换地，基于与第一化合物半导体层21的材料不同的材料，在第一化合物半导体层21的暴露表面(第一表面21a)上形成突出部46(参见图9)。这里，构成突出部46的材料的示例包括诸如tio2、ta2o5或sio2、基于硅酮的树脂和基于环氧化物的树脂之类的透明电介质材料。
[0175]
在示例3的发光元件中，在与示例1的[步骤
‑
130]类似的步骤中，将基板11减薄，执行镜面抛光(mirror
‑
finishing)，然后在基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成突出部46。可替换地，去除基板11，在暴露的第一化合物半导体层21的第一表面21a上执行镜面抛光，然后，在第一化合物半导体层21的暴露表面(第一表面21a)上形成突出部46。具体地，例如，在基板11的暴露表面(第一表面11a)上，形成例如tio2层或ta2o5层，然后，在其上形成有
突出部46的tio2层或ta2o5层上形成图案化的抗蚀剂层，并对抗蚀剂层进行加热，使抗蚀剂层回流，以获得抗蚀剂图案。向抗蚀剂图案赋予与突出部46的形状相同的形状(或相似的形状)。然后，通过对抗蚀剂图案和tio2层或ta2o5层进行回蚀，可以在基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成突出部46。以这种方式，最终可以获得图8中图示的示例3的发光元件。
[0176]
除了以上几点之外，示例3的发光元件的配置和结构可以与示例1的发光元件的配置和结构类似，因此将省略对其的详细描述。
[0177]
[示例4]
[0178]
示例4涉及根据本公开的第二方面的发光元件的制造方法。图10a和图10b中图示了示例4的发光元件的示意性部分端视图。在示例4的发光元件中，
[0179]
在第一化合物半导体层21的第一表面侧形成突出部47，
[0180]
突出部47构成凹面镜部分，
[0181]
至少在突出部47上形成第一光反射层41，并且
[0182]
第二光反射层42具有平坦形状。
[0183]
这里，在突出部47与第一光反射层41之间的界面处的突出部47的表面粗糙度ra2的值等于或小于1.0nm，具体地，为0.5nm。此外，突出部47的曲率半径为1
×
10
‑5m至1
×
10
‑3m，并且具体地，是70μm。突出部47的结构可以与示例1、示例2或示例3的突出部43、45或46的结构类似。
[0184]
除了以上几点之外，示例4的发光元件的配置和结构可以与示例1、示例2或示例3的发光元件的配置和结构类似，因此将省略对其的详细描述。
[0185]
在示例4的发光元件的制造方法中，首先，与示例1的[步骤
‑
100]类似，形成层压结构体20，在层压结构体20中层压有第一化合物半导体层21、活性层(发光层)23和第二化合物半导体层22，第一化合物半导体层21包括第一表面21a和面对第一表面21a的第二表面21b，活性层23面对第一化合物半导体层21的第二表面21b，第二化合物半导体层22包括面对活性层23的第一表面22a和面对第一表面22a的第二表面22b，然后，与[步骤
‑
110]至[步骤
‑
120]类似，在第二化合物半导体层22的第二表面22b上形成第二电极32和第二光反射层42。
[0186]
此后，在与示例1的[步骤
‑
130]类似的步骤中，在第一化合物半导体层21的第一表面侧形成突出部47。
[0187]
然后，对突出部47的表面进行平滑。具体地说，由于突出部47包括例如gan基板或第一化合物半导体层，因此可以基于使用胶态二氧化硅作为抛光剂的cmp方法对突出部47执行平滑处理，并且可以基于使用tmah作为蚀刻溶液的浸渍法对突出部47执行平滑处理。
[0188]
可替换地，可以基于干法蚀刻，具体地，基于rie法(反应离子蚀刻法)对突出部47的表面执行平滑处理。这里，还基于rie法执行突出部47的形成，并且尽管是根据rie设备，但是只需要使在突出部47上进行平滑处理的rie条件比此时的rie条件更具有各向同性，也就是说，以在蚀刻时减小偏置电压并增大压力。
[0189]
此后，与示例1的[步骤
‑
160]类似，在突出部47的至少部分上形成第一光反射层41，并形成与第一化合物半导体层21电连接的第一电极31。以这种方式，可以获得具有图10a或图10b中图示的结构的示例4的发光元件。
[0190]
下文中，在描述示例5至12之前，将给出对本公开的发光元件的各种变形、通过根
据本公开的第一方面的发光元件的制造方法获得的发光元件以及通过根据本公开的第二方面的发光元件的制造方法获得的发光元件(下文中，为了方便起见，这些发光元件被统称为“本公开的发光元件等”)的描述。
[0191]
如上所述，由具有开口34a的绝缘层34限定电流限制区域(电流注入区域61a和电流非注入区域61b)。也就是说，由开口34a限定电流注入区域61a。第二化合物半导体层22设置有电流注入区域61a和包围电流注入区域61a的电流非注入区域61b，并且从电流注入区域61a的区域重心到电流注入区域61a与电流非注入区域61b之间的边界61c的最短距离d
ci
满足以下表达式。这里，为了方便起见，将具有这种配置的发光元件称为“具有第一配置的发光元件”。注意，至于以下表达式的推导，参见例如h.kogelnik和t.li，“laser beams and resonators(激光束和谐振器)”(applied optics，第5卷，第10期，1966年10月)。此外，ω0也被称为束腰半径。
[0192]
d
ci
≥ω0/2
ꢀꢀꢀ
(a)
[0193]
其中，
[0194]
ω
02
≡(λ0/π){l
or
(r
dbr
‑
l
or
)}
1/2
ꢀꢀꢀ
(b)
[0195]
这里，具有第一配置的发光元件包括起凹面镜作用的第一光反射层，并且考虑到第二光反射层相对于平面镜的对称性，谐振器可以被扩展为夹在具有相同曲率半径的两个凹面镜之间的法布里
‑
珀罗(fabry
‑
perot)谐振器(参见图22中的示意图)。此时，虚拟法布里
‑
珀罗谐振器的谐振器长度是谐振器长度l
or
的两倍。图23和图24图示了ω0的值、谐振器长度l
or
的值和第一光反射层的内表面上的曲率半径r
dbr
的值之间的关系的曲线图。注意的是，ω0的值为“正”的事实意味着激光束示意性地呈图25a的状态，并且ω0的值为“负”的事实意味着激光束示意性地呈图25b的状态。激光束的状态可以是图25a中图示的状态或图25b中图示的状态。然而，在具有两个凹面镜的虚拟法布里
‑
珀罗谐振器中，当曲率半径r
dbr
小于谐振器长度l
or
时，出现图25b中图示的状态，限制变得过度，出现衍射损耗。因此，优选的是，曲率半径r
dbr
大于谐振器长度l
or
，这是图25a中图示的状态。注意的是，当活性层被布置为靠近两个光反射层中的平坦光反射层(具体地，第二光反射层)时，光场更多地聚焦在活性层中。也就是说，加强了活性层中的光场限制，并促进了激光振荡。作为活性层的位置，也就是说，从第二光反射层的面对第二化合物半导体层的表面到活性层的距离，示例可以是λ0/2至10λ0，但不限于此。
[0196]
顺便提及，在被第一光反射层反射的光聚焦其中的区域未被包括在与其中活性层由于电流注入而具有增益的区域对应的电流注入区域中的情况下，来自载流子的光的受激发射受阻，结果，激光振荡会受阻。通过满足以上表达式(a)和(b)，可以保证被第一光反射层反射的光聚焦所在的区域被包括在电流注入区域中，并且可以可靠地实现激光振荡。
[0197]
然后，可以进行以下的配置：
[0198]
具有第一配置的发光元件还包括：
[0199]
模损耗作用部位，其设置在第二化合物半导体层的第二表面上，并构成对振荡模损耗的增加或减少起作用的模损耗作用区域，以及
[0200]
第二电极，其从第二化合物半导体层的第二表面起形成在模损耗作用部位上方，其中
[0201]
电流注入区域、包围电流注入区域的电流非注入/内部区域以及包围电流非注入/
内部区域的电流非注入/外部区域形成在层压结构体中，并且
[0202]
模损耗作用区域的正投影图像与电流非注入/外部区域的正投影图像彼此重叠。
[0203]
然后，在具有包括这种优选配置的第一配置的发光元件中，第一光反射层的有效区域的半径r'
dbr
可以被配置为满足ω0≤r'
dbr
≤20
·
ω0，优选地，ω0≤r'
dbr
≤10
·
ω0。可替换地，作为r'
dbr
的值，r'
dbr
≤1
×
10
‑4m，优选地，示例可以是r'
dbr
≤5
×
10
‑5m。此外，在具有包括这种优选配置的第一配置的发光元件中，可以进行满足d
ci
≥ω0的配置。此外，在具有包括这种优选配置的第一配置的发光元件中，可以进行以下配置：r
dbr
≤1
×
10
‑3m，优选地1
×
10
‑5m≤r
dbr
≤1
×
10
‑3m，更优选地1
×
10
‑5m≤r
dbr
≤5
×
10
‑4m。
[0204]
此后，可以进行以下的配置：
[0205]
本公开的发光元件等还包括：
[0206]
模损耗作用部位，其设置在第二化合物半导体层的第二表面上，并构成对振荡模损耗的增加或减少起作用的模损耗作用区域，以及
[0207]
第二电极，其从第二化合物半导体层的第二表面形成在模损耗作用部位上方，其中
[0208]
电流注入区域、包围电流注入区域的电流非注入/内部区域以及包围电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域形成在层压结构体中，并且
[0209]
模损耗作用区域的正射投影图像与电流非注入/外部区域的正射投影图像彼此重叠。这里，为了方便起见，将具有这种配置的发光元件称为“具有第二配置的发光元件”。
[0210]
在具有第二配置的发光元件中，电流非注入区域(电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域的总称)形成在层压结构体中，具体地，电流非注入区域可以形成在厚度方向上的第二化合物半导体层的第二电极侧的区域中，可以形成在整个第二化合物半导体层中，可以形成在第二化合物半导体层和活性层中，或者可以从第二化合物半导体层形成在第一化合物半导体层的一部分的上方。模损耗作用区域的正投影图像与电流非注入/外部区域的正投影图像彼此重叠，但在距离电流注入区域足够远的区域中，模损耗作用区域的正投影图像和电流非注入/外部区域的正投影图像不必彼此重叠。
[0211]
在具有第二配置的发光元件中，电流非注入/外部区域可以被配置为位于模损耗作用区域的下方。
[0212]
在具有包括上述优选配置的第二配置的发光元件中，当电流注入区域的正投影图像的面积为s1并且电流非注入/内部区域的正投影图像的面积为s2时，可以实现满足0.01≤s1/(s1 s2)≤0.7的配置。
[0213]
在具有上述包括优选配置的第二配置的发光元件中，电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域可以被配置为通过离子注入到层压结构体中而形成。为了方便起见，将具有这种配置的发光元件称为“具有第二配置a的发光元件”。然后，在这种情况下，可以进行以下配置：离子种类是从由硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅组成的组的至少一个离子(也就是说，一个离子，或超过或等于两个的离子)。
[0214]
可替换地，在上述具有包括优选配置的第二配置的发光元件中，电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域可以被配置为通过对第二化合物半导体层的第二表面进行等离子体辐射、对第二化合物半导体层的第二表面进行灰化处理或者对第二化合物半导体层的第二表面进行反应离子蚀刻(rie)处理来形成。为了方便起见，将具有这种配置的发光元
件称为“具有第二配置b的发光元件”。在这多个处理中，电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域被暴露于等离子体粒子，使得第二化合物半导体层的导电性劣化，并且电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域处于高电阻状态。也就是说，电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域可以被配置为通过使第二化合物半导体层的第二表面暴露于等离子体粒子而形成。等离子体粒子的具体示例包括氩、氧、氮等。
[0215]
可替换地，在上述具有包括优选配置的第二配置的发光元件中，第二光反射层可以包括将来自第一光反射层的光朝向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外侧反射或散射的区域。为了方便起见，将具有这种配置的发光元件称为“具有第二配置c的发光元件”。具体地，第二光反射层的位于模损耗作用部位的侧壁(设置在模损耗作用部位中的开口的侧壁)上方的区域具有正向锥形的倾斜。此外，还可以采用以下的配置：通过在模损耗作用部位的顶表面和设置在模损耗作用部位中的开口的侧壁之间的边界(侧壁边缘部分)处散射光，光朝向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外侧散射。
[0216]
在上述具有第二配置a的发光元件、具有第二配置b的发光元件或具有第二配置c的发光元件中，可以进行以下的配置：当从电流注入区域中的活性层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离为l2并且从模损耗作用区域中的活性层到模损耗作用部位的顶表面的光学距离为l0时，满足l0>l2。此外，在上述包括这种配置的具有第二配置a的发光元件、具有第二配置b的发光元件或具有第二配置c的发光元件中，可以进行以下的配置：所产生的具有较高阶模的光通过模损耗作用区域而朝向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外侧消散，因此振荡模损耗增加。也就是说，由于存在对振荡模损耗的增加或减少起作用的模损耗作用区域，在模损耗作用区域的正投影图像中，所产生的基本模和较高阶模的光场强度随着与z轴的距离的增大而减小，但较高阶模中的模损耗大于基本模的光场强度的减小，并且与不存在电流注入内部区域的情况相比，基本模可以被进一步稳定，并且可以抑制模损耗，使得阈值电流可以减小。
[0217]
此外，在上述具有第二配置a的发光元件、具有第二配置b的发光元件或具有第二配置c的发光元件中，模损耗作用部位可以包括电介质材料、金属材料或合金材料。作为电介质材料，示例可以是sio
x
、sin
x
、aln
x
、alo
x
、tao
x
、zro
x
，并且作为金属材料或合金材料，示例可以是钛、金、铂或其合金；然而，材料不限于此。可以使包括这些材料的模损耗作用部位吸收光，使模损耗增加。可替换地，即使光没有被直接吸收，也可以通过扰动相位来控制模损耗。在这种情况下，可以进行以下配置：模损耗作用部位包括电介质材料，并且模损耗作用部位的光学厚度t0具有偏离振荡波长λ0的1/4的整数倍的值。也就是说，可以通过在模损耗作用部位扰动在谐振器中循环并形成驻波的光的相位来破坏驻波，并给出对应的模损耗。可替换地，可以进行以下配置：模损耗作用部位包括电介质材料，并且模损耗作用部位(折射率为n
m
‑
loss
)的光学厚度t0是振荡波长λ0的1/4的整数倍。也就是说，可以进行以下配置：模损耗作用部位的光学厚度t0是在发光元件中产生的光的相位没有被扰动并且驻波没有被破坏时所具有的厚度。然而，它不必确切地是1/4的整数倍，只需要它满足
[0218]
(λ0/4n
m
‑
loss
)
×
m
‑
(λ0/8n
m
‑
loss
)≤t0≤(λ0/4n
m
‑
loss
)
×
2m (λ0/8n
m
‑
loss
)。
[0219]
可替换地，通过形成模损耗作用部位以包括电介质材料、金属材料或合金材料，可以使模损耗作用部位扰动相位或者吸收穿过模损耗作用部位的光。然后，通过采用这些配置，可以以更高的自由度控制振荡模损耗，并且可以进一步增加设计发光元件的自由度。
[0220]
可替换地，在具有上述包括优选配置的第二配置的发光元件中，可以进行以下的配置：
[0221]
突出部形成在第二化合物半导体层的第二表面侧，并且
[0222]
在第二化合物半导体层的第二表面的包围突出部的区域上形成模损耗作用部位。为了方便起见，将具有这种配置的发光元件称为“具有第二配置d的发光元件”。突出部占据电流注入区域和电流非注入/内部区域。然后，在这种情况下，可以进行以下的配置：当从电流注入区域中的活性层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离为l2并且从模损耗作用区域中的活性层到模损耗作用部位的顶表面的光学距离为l0时，满足l0<l2，此外，在这些情况下，可以进行以下的配置：所产生的具有较高阶模的光被模损耗作用区域限制在电流注入区域和电流非注入/内部区域中，因此振荡模损耗减小。也就是说，由于作用于振荡模损耗的增加或减少的模损耗作用区域的存在，在电流注入区域和电流非注入/内部区域的正投影图像中，所产生的基本模和较高阶模的光场强度增加。此外，在这些情况下，模损耗作用部位可以包括电介质材料、金属材料或合金材料。这里，作为电介质材料、金属材料或合金材料，可以提及以上提到的各种材料。
[0223]
此外，在上述包括优选实施方式和配置的本公开的发光元件等(包括具有第一配置的发光元件至具有第二配置的发光元件)中，可以进行以下配置：在包括第二电极的层压结构体中，至少两个光吸收材料层与活性层所占据的虚拟平面平行地形成。这里，为了方便起见，将具有这种配置的发光元件称为“具有第三配置的发光元件”。在具有第三配置的发光元件中，优选的是形成至少四个光吸收材料层。
[0224]
在上述具有包括优选配置的第三配置的发光元件中，当振荡波长(主要从发光元件发射的光的波长，并且是所期望的振荡波长)为λ0，两个光吸收材料层和层压结构体的位于光吸收材料层和光吸收材料层之间的一部分的总等效折射率为n
eq
，并且光吸收材料层与光吸收材料层之间的距离为l
abs
时，优选的是满足
[0225]
0.9
×
{(m
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(m
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}。
[0226]
这里，m是1或大于或等于2的任意整数，包括1。当构成两个光吸收材料层和层压结构体的位于光吸收材料层和光吸收材料层之间的一部分的层中的每个的厚度为t
i
并且各折射率为n
i
时，等效折射率n
eq
被表示为
[0227]
n
eq
＝σ(t
i
×
n
i
)/σ(t
i
)。
[0228]
然而，i＝1、2、3
···
、i，“i”是构成两个光吸收材料层和层压结构体的位于光吸收材料层和光吸收材料层之间的一部分的层的总数，“∑”意指取从i＝1到i＝i的总和。只需要通过电子显微镜观察观察发光元件的横截面观察构成材料等并基于各构成材料的已知折射率和通过观察获得的各构成材料的厚度来计算等效折射率n
eq
。在m为1的情况下，在所有多个光吸收材料层中，相邻光吸收材料层之间的距离满足：
[0229]
0.9
×
{λ0/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{λ0/(2
·
n
eq
)}。此外，当m是大于或等于2并包括1的任意整数时，例如，如果m＝1、2，则在某些光吸收材料层中，相邻光吸收材料层之间的距离满足0.9
×
{λ0/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{λ0/(2
·
n
eq
)}，并且在其余的光吸收材料层中，相邻光吸收材料层之间的距离满足0.9
×
{(2
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(2
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}。
[0230]
广义地，在某些光吸收材料层中，相邻光吸收材料层之间的距离满足0.9
×
{λ0/
(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{λ0/(2
·
n
eq
)}，并且在其余的各种光吸收材料层中，相邻光吸收材料层之间的距离满足0.9
×
{(m'
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(m'
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}。
[0231]
这里，m'是大于或等于2的任意整数。此外，相邻光吸收材料层之间的距离是相邻光吸收材料层的重心之间的距离。也就是说，实际上，它是当沿着活性层的厚度方向在虚拟平面中切割时各个光吸收材料层的中心之间的距离。
[0232]
此外，在上述具有包括各种优选配置的第三配置的发光元件中，光吸收材料层的厚度优选地小于或等于λ0/(4
·
n
eq
)。作为光吸收材料层的厚度的下限值，示例可以是1nm。
[0233]
此外，在上述具有包括各种优选配置的第三配置的发光元件中，可以进行以下配置：光吸收材料层位于在层压结构体内部形成的光的驻波中产生的最小振幅部分处。
[0234]
此外，在上述具有包括各种优选配置的第三配置的发光元件中，可以进行以下配置：活性层位于在层压结构体内部形成的光的驻波中产生的最大振幅部分处。
[0235]
此外，在上述具有包括各种优选配置的第三配置的发光元件中，可以进行以下配置：光吸收材料层的光吸收系数是构成层压结构体的化合物半导体的光吸收系数的两倍或更多倍。这里，通过电子显微镜观察发光元件的横截面来观察构成材料等并用针对相应的构成材料观察到的已知估计结果推导系数，来获得构成层压结构体的光吸收材料层的光吸收系数和化合物半导体的光吸收系数。
[0236]
此外，在上述具有包括各种优选配置的第三配置的发光元件中，可以进行以下的配置：光吸收材料层包括至少一种材料，至少一种材料选自于由具有比构成层压结构体的化合物半导体窄的带隙的化合物半导体材料、掺杂有杂质的化合物半导体材料、透明导电材料和具有光吸收特性的光反射层构成材料组成的组中。这里，作为具有比构成层压结构体的化合物半导体窄的带隙的化合物半导体材料，例如，在构成层压结构体的化合物半导体为gan的情况下，可以提到ingan；作为掺杂杂质的化合物半导体材料，可以提到si掺杂的n
‑
gan和b掺杂的n
‑
gan；作为透明导电材料，可以提及构成电极的透明导电材料；以及作为具有光吸收特性的光反射层构成材料，可以提及构成光反射层的材料(例如，sio
x
、sin
x
、tao
x
等)。所有光吸收材料层可以包括这些材料中的一种。可替换地，每个光吸收材料层可以包括从这些材料中选择的各种材料，但从使光吸收材料层的形成简化的角度来看，优选的是一个光吸收材料层包括一种材料。光吸收材料层可以形成在第一化合物半导体层中，可以形成在第二化合物半导体层中，或者可以形成在第二光反射层中，或者可以使用这些的任何组合。可替换地，光吸收材料层也可以用作包括透明导电材料的电极。
[0237]
下文中，将描述示例5至12。
[0238]
[示例5]
[0239]
示例5是示例1至示例4的变形，涉及具有第一配置的发光元件。如上所述，由具有开口34a的绝缘层34限定电流限制区域(电流注入区域61a和电流非注入区域61b)。也就是说，由开口34a限定电流注入区域61a。也就是说，在示例5的发光元件中，第二化合物半导体层22设置有电流注入区域61a和包围电流注入区域61a的电流非注入区域61b，并且从电流注入区域61a的区域重心到电流注入区域61a与电流非注入区域61b之间的边界61c的最短距离d
ci
满足上述的表达式(a)和(b)。
[0240]
在示例5的发光元件中，第一光反射层41的有效区域41b的半径r'
dbr
满足：
[0241]
ω0≤r'
dbr
≤20
·
ω0。
[0242]
此外，满足d
ci
≥ω0。此外，满足r
dbr
≤1
×
10
‑3m。具体地，可以示例如下：
[0243]
d
ci
＝4μm，
[0244]
ω0＝1.5μm，
[0245]
l
or
＝30μm，
[0246]
r
dbr
＝60μm，
[0247]
λ0＝525nm。
[0248]
此外，8μm可以是开口34a的直径的示例。作为gan基板，使用其主表面是其中c面在m轴方向上倾斜约75度的表面的基板。也就是说，gan基板包括作为半极性面的{20
‑
21}面作为主表面。注意的是，这样的gan基板也可以用在其它示例中。
[0249]
突出部的中心轴(z轴)与电流注入区域61a在xy平面方向上的偏离造成发光元件的特性劣化。通常，使用光刻技术既进行形成突出部的图案化又进行形成开口34a的图案化，但在这种情况下，这二者之间的位置关系常常根据曝光机器的性能而在xy平面内偏离。具体地，开口34a(电流注入区域61a)通过从第二化合物半导体层22侧对准进行定位。另一方面，突出部通过从化合物半导体基板11侧对准来定位。因此，在示例5的发光元件中，开口34a(电流注入区域61)被形成为比其中通过突出部聚焦光的区域大，由此实现了即使中心轴(z轴)与电流注入区域61a在xy平面方向上存在偏差，振荡特性也不受影响的结构。
[0250]
也就是说，在被第一光反射层反射的光被聚焦其中的区域未被包括在电流注入区域中的情况下，其中，电流注入区域与其中活性层由于电流注入而具有增益的区域对应，来自载流子的光的受激发射受阻，结果，激光振荡会受阻。然而，通过满足以上表达式(a)和(b)，可以保证被第一光反射层反射的光被聚焦其中的区域包括在电流注入区域中，并且可以可靠地实现激光振荡。
[0251]
[示例6]
[0252]
示例6是示例1至示例5的变形，并涉及具有第二配置的发光元件，具体地，具有第二配置a的发光元件。图11图示了示例6的发光元件的示意性部分端视图。
[0253]
顺便提及，为了控制在第一电极和第二电极之间电流流动的流动路径(电流注入区域)，电流非注入区域被形成为包围电流注入区域。在gaas基表面发射激光元件(包括gaas基的化合物半导体的表面发射激光元件)中，包围电流注入区域的电流非注入区域可以通过沿着xy平面从外侧氧化活性层来形成。氧化活性层区域(电流非注入区域)具有比非氧化区域(电流注入区域)低的折射率。结果，谐振器的光路长度(由折射率与物理距离的乘积表示)在电流非注入区域中比在电流注入区域中短。结果，产生一种“透镜效应”，并引起将激光束限制在表面发射激光元件的中央部分的作用。通常，由于光往往会由于衍射效应而扩散，因此在谐振器中往复运动的激光束逐渐消散到谐振器的外侧(衍射损耗)，从而引起诸如阈值电流增加的不利影响。然而，由于透镜效应补偿了衍射损耗，因此可以抑制阈值电流等的增加。
[0254]
然而，在包括gan基化合物半导体的发光元件中，由于材料的特性，导致难以沿着xy平面从外侧(从横向方向)氧化活性层。因此，如示例1至示例5中描述的，包括开口34a的含sio2的绝缘层34形成在第二化合物半导体层22上，包括透明导电材料的第二电极32从开口34a底部暴露的第二化合物半导体层22形成在绝缘层34上方，并且包括绝缘材料的层压结构的第二光反射层42形成在第二电极32上。通过以这种方式形成绝缘层34，形成电流非
注入区域61b。然后，第二化合物半导体层22的位于设置在绝缘层34中的开口34a中的一部分成为电流注入区域61a。
[0255]
在第二化合物半导体层22上形成绝缘层34的情况下，其中形成绝缘层34的区域(电流非注入区域61b)中的谐振器长度比其中未形成绝缘层34的区域(电流注入区域61a)中的谐振器长度长达绝缘层34的光学厚度。因此，发生在由表面发射激光元件(发光元件)的两个光反射层41和42形成的谐振器中往复运动的激光束发散并向谐振器外侧发散的作用。为了方便起见，这样的作用被称为“反透镜效应(reverse lens effect)”。那么，结果，在激光束中发生振荡模损耗，并且存在阈值电流增大或斜率效率下降的可能性。这里，“振荡模损耗”是使振荡激光束中的基本模和较高阶模的光场强度增大或减小的物理量，并且对于相应的模，定义不同的振荡模损耗。注意的是，“光场强度”是与xy平面中的距z轴的距离l的呈函数的光场强度，并且通常，在基本模下，光场强度随着距离l的增大而单调减小，但在较高阶模下，光场强度随着距离l的增大一次或多次增大减小然后减小(参见图13的(a)中的概念图)。注意的是，在图13中，实线图示了基本模下的光场强度分布，虚线图示了较高阶模下的光场强度分布。此外，在图13中，为了方便起见，第一光反射层41以平坦状态显示，但实际上它形成在突出部上。
[0256]
随后描述的示例6的发光元件或示例7至9的各发光元件包括：
[0257]
(a)层压结构体20，其包括gan基化合物半导体，层压结构体20中层压有：
[0258]
包括第一表面21a和面对第一表面21a的第二表面21b的第一化合物半导体层21；
[0259]
面对第一化合物半导体层21的第二表面21b的活性层(发光层)23以及
[0260]
包括面对活性层23的第一表面22a和面对第一表面22a的第二表面22b的第二化合物半导体层22。
[0261]
(b)模损耗作用部位(模损耗作用层)54，其设置在第二化合物半导体层22的第二表面22b上，并构成对振荡模损耗的增加或减少起作用的模损耗作用区域55，以及
[0262]
(c)第二电极，其从第二化合物半导体层22的第二表面22b形成在模损耗作用部位54上方；
[0263]
(d)第二光反射层42，其形成在第二电极32上；
[0264]
(e)第一光反射层41；
[0265]
(f)第一电极31；以及
[0266]
(g)突出部45、46、47或突出部43和平滑层44。
[0267]
然后，在层压结构体20中，形成电流注入区域51、围绕电流注入区域51的电流非注入/内部区域52和围绕电流非注入/内部区域52的电流非注入/外部区域53，并且模损耗作用区域55的正投影图像与电流非注入/外部区域53的正投影图像彼此重叠。也就是说，电流非注入/外部区域53位于模损耗作用区域55的下方。注意的是，在距其中注入有电流的电流注入区域51足够远的区域中，模损耗作用区域55的正投影图像与电流非注入/外部区域53的正投影图像不必彼此重叠。这里，在层压结构体20中，形成其中没有注入电流的电流非注入区域52和53，并且在所图示的示例中，它在厚度方向上从第二化合物半导体层22形成在第一化合物半导体层21的部分上方。然而，电流非注入区域52和53可以在厚度方向上形成在第二化合物半导体层22的第二电极侧的区域中，可以形成在整个第二化合物半导体层22中，或者可以形成在第二化合物半导体层22和活性层23上。
[0268]
模损耗作用部位(模损耗作用层)54包括诸如sio2之类的电介质材料，并且在随后描述的示例6或示例7至示例9的发光元件中形成在第二电极32和第二化合物半导体层22之间。模损耗作用部位54的光学厚度可以被设置为偏离振荡波长λ0的1/4的整数倍的值。可替换地，模损耗作用部位54的光学厚度t0可以被设置为振荡波长λ0的1/4的整数倍。也就是说，模损耗作用部位54的光学厚度t0可以被设置为不扰动发光元件中产生的光的相位并且不破坏驻波的厚度。然而，它不必确切地是1/4的整数倍，只需要满足：(λ0/4n
m
‑
loss
)
×
m
‑
(λ0/8n
m
‑
loss
)≤t0≤(λ0/4n
m
‑
loss
)
×
2m (λ0/8n
m
‑
loss
)。
[0269]
具体地，当发光元件产生的光的波长的1/4的值为“100”时，模损耗作用部位54的光学厚度t0优选地为约25至250。然后，通过采用这些配置，可以改变经过模损耗作用部位54的激光束和经过电流注入区域51的激光束之间的相位差(控制相位差)，并且可以以更高的自由度控制振荡模损耗，并且可以进一步增加设计发光元件的自由度。
[0270]
在示例6中，电流注入区域51和电流非注入/内部区域52之间的边界的形状为圆形(直径：8μm)，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53之间的边界的形状为圆形(直径：12μm)。也就是说，当电流注入区域51的正投影图像的面积为s1并且电流非注入/内部区域52的正投影图像的面积为s2时，满足：0.01≤s1/(s1 s2)≤0.7。具体地，s1/(s1 s2)＝82/122＝0.44。
[0271]
在随后描述的示例6或示例7至示例8的发光元件中，当从电流注入区域51中的活性层23到第二化合物半导体层22的第二表面的光学距离为l2，并且从模损耗作用区域55中的活性层23到模损耗作用部位54的顶表面(面对第二电极32的表面)的光学距离为l0时，满足l0>l2。具体地，设置l0/l2＝1.5。然后，所产生的具有较高阶模的激光束因模损耗作用区域55而朝向包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外侧发散，因此振荡模损耗增加。也就是说，由于存在对振荡模损耗的增加或减少起作用的模损耗作用区域55，导致所产生的基本模和较高阶模的光场强度随着在模损耗作用区域55的正投影图像中距z轴的距离的增大而减小(参见图13中的(b)的概念图)，但较高阶模下的光场强度的减小大于基本模的光场强度的减小，并且可以进一步稳定基本模，可以减小阈值电流，并且可以增加基本模下的相对光场强度。此外，较高阶模下的光场强度的裙摆部分(hem portion)比常规发光元件位于距电流注入区更远的位置(参见图13的(a))，使得可以减小反透镜效应的影响。注意的是，首先，在未设置含sio2的模损耗作用部位54的情况下，出现振荡模混合。
[0272]
第一化合物半导体层21包括n
‑
gan层；活性层23包括其中in
0.04
ga
0.96
n层(势垒层)和in
0.16
ga
0.84
n层(阱层)层压的五层多量子阱结果；并且第二化合物半导体层22包括p
‑
gan层。此外，第一电极31包括ti/pt/au，第二电极32包括透明导电材料，具体地，ito。在模损耗作用部位54处形成圆形开口54a，并且在开口54a的底部处暴露第二化合物半导体层22。在第一电极31的边缘上，形成或连接用于电连接到外部电极或电路的焊盘电极(未图示)，焊盘电极包括例如ti/pt/au或v/pt/au。在第二电极32的边缘上，形成或连接用于电连接到外部电极或电路的焊盘电极33，焊盘电极33包括例如ti/pd/au或ti/ni/au。第一光反射层41和第二光反射层42包括sin层和sio2层的层压结构(电介质膜的层压层的总数：20层)。
[0273]
在示例6的发光元件中，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53通过离子注入到层压结构体20中来形成。例如，选择硼作为离子种类，但离子种类不限于硼离子。
[0274]
以下，将描述示例6的发光元件的制造方法的概况。
[0275]
[步骤
‑
600]在制造示例6的发光元件时，首先，执行与示例1的[步骤
‑
100]类似的步骤。
[0276]
[步骤
‑
610]
[0277]
接下来，基于使用硼离子的离子注入方法，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53形成在层压结构体20中。
[0278]
[步骤
‑
620]
[0279]
此后，在与示例1的[步骤
‑
110]类似的步骤中，基于公知的方法在第二化合物半导体层22的第二表面22b上形成包括开口54a并含sio2的模损耗作用部位(模损耗作用层)54。
[0280]
[步骤
‑
630]
[0281]
此后，通过执行与示例1的[步骤
‑
120]至[步骤
‑
160]类似的步骤，可以获得示例6的发光元件。
[0282]
在示例6的发光元件中，在层压结构体中，形成电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入/内部区域和围绕电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域，并且模损耗作用区域的正投影图像与电流非注入/外部区域的正投影图像彼此重叠。也就是说，电流注入区域和模损耗作用区域被电流非注入/内部区分离(断开)。因此，如图13的(b)中的概念中图示的，可以使振荡模损耗的增加/减少(具体地，在示例6中是增加)成为所期望状态。可替换地，可以通过适当地确定电流注入区域和模损耗作用区域之间的位置关系、构成模损耗作用区域的模损耗作用部位的厚度等来使振荡模损耗的增加/减少成为所期望状态。那么，结果，可以解决常规发光元件中的问题，例如，阈值电流的增大和斜率(slope，斜坡)效率的降低。例如，可以通过降低基本模的振荡模损耗来减小阈值电流。此外，由于可以独立地控制其中给定了振荡模损耗的区域和其中注入有电流并对发光有贡献的区域，也就是说，可以独立地执行对振荡模损耗的控制和对发光元件的发光状态的控制，因此可以增加发光元件的控制自由度和设计自由度。具体地，通过将电流注入区域、电流非注入区域和模损耗作用区域设置成上述预定的布置关系，可以控制由模损耗作用区域赋予基本模和较高阶模的振荡模损耗的幅度关系，并且通过使给予较高阶模的振荡模损耗相对于给予基本模的振荡模损耗相对大，可以进一步稳定基本模。此外，由于示例6的发光元件还包括突出部，因此可以更可靠地抑制衍射损耗的发生。
[0283]
[示例7]
[0284]
示例7是示例6的变形，涉及具有第二配置b的发光元件。如在图14中的示意性部分端视图中图示的，在示例7的发光元件中，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53通过对第二化合物半导体层22的第二表面进行等离子体辐射、对第二化合物半导体层22的第二表面进行灰化处理或者对第二化合物半导体层22的第二表面进行反应离子蚀刻(rie)处理来形成的。然后，由于电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53被暴露于等离子体粒子(具体地，氩、氧、氮等)，因此第二化合物半导体层22的导电性发生劣化，并且电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53处于高电阻状态。也就是说，通过将第二化合物半导体层22的第二表面22b暴露于等离子体粒子，形成电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53。注意的是，在图14、图15、图16和图17中，未图示第一电极31、突出部43、45、46和47以及平滑层44。
[0285]
另外，在示例7中，电流注入区域51和电流非注入/内部区域52之间的边界的形状为圆形(直径：10μm)，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53之间的边界的形状为圆形(直径：15μm)。也就是说，当电流注入区域51的正投影图像的面积为s1并且电流非注入/内部区域52的正投影图像的面积为s2时，满足0.01≤s1/(s1 s2)≤0.7。具体地，s1/(s1 s2)＝102/152＝0.44。
[0286]
在示例7中，代替示例6的[步骤
‑
610]，只需要基于对第二化合物半导体层22的第二表面进行等离子体照射、对第二化合物半导体层22的第二表面进行灰化处理或对第二化合物半导体层22的第二表面进行反应离子蚀刻处理，在层压结构体20中形成电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53。
[0287]
除了以上几点之外，示例7的发光元件的配置和结构可以与示例6的发光元件的配置和结构类似，因此将省略对其的详细描述。
[0288]
甚至在随后描述的示例7或示例8的发光元件中，通过将电流注入区域、电流非注入区域和模损耗作用区域设置成上述预定的布置关系，可以控制由模损耗作用区域给予基本模和较高阶模的振荡模损耗的大小关系，并且通过使给予较高阶模的振荡模损耗相对于给予基本模的振荡模损耗相对大，可以进一步稳定基本模。
[0289]
[示例8]
[0290]
示例8是示例6至示例7的变形，涉及具有第二配置c的发光元件。如在图15的示意性部分端视图中图示的，在示例8的发光元件中，第二光反射层42包括将来自第一光反射层41的光朝向包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外侧(也就是说，朝向模损耗作用区域55)反射或散射。具体地，第二光反射层42的位于模损耗作用部位(模损耗作用层)54的侧壁(开口54b的侧壁)上方的一部分包括正向(forward，向前)锥形倾斜部分42a，或者可替换地，包括朝向第一光反射层41凸起弯曲的区域。
[0291]
在示例8中，电流注入区域51和电流非注入/内部区域52之间的边界的形状为圆形(直径：8μm)，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53之间的边界为圆形(直径：10μm至20μm)。
[0292]
在示例8中，当在与示例6的[步骤
‑
620]类似的步骤中形成包括开口54b并含sio2的模损耗作用部位(模损耗作用层)54时，只需要形成包括正向锥形的侧壁的开口54b。具体地说，在形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b上的模损耗作用层上形成抗蚀剂层，并且基于光刻技术在抗蚀剂层的其中将要形成开口54b的一部分上设置开口。基于公知方法，开口的侧壁被制成为具有正向锥形的形状。然后，通过执行回蚀，可以在模损耗作用部位(模损耗作用层)54处形成包括正向锥形侧壁的开口54b。此外，通过在这种模损耗作用部位(模损耗作用层)54上形成第二电极32和第二光反射层42，可以为第二光反射层42赋予正向锥形倾斜部分42a。
[0293]
除了以上几点之外，示例8的发光元件的配置和结构可以与示例6至示例7的发光元件的配置和结构类似，因此将省略对其的详细描述。
[0294]
[示例9]
[0295]
示例9是示例6至示例8的变形，涉及具有第二配置d的发光元件。图16图示了示例9的发光元件的示意性部分端视图，并且如图17中的其中切割了主要部分的示意性部分端视图中图示的，突出部22a形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b侧。然后，如图16和图
17中图示的，在第二化合物半导体层22的第二表面22b的包围突出部22a的区域22b上，形成模损耗作用部位(模损耗作用层)54。突出部22a占据电流注入区域51和电流非注入/内部区域52。模损耗作用部位(模损耗作用层)54包括电介质材料，例如，sio2，与示例6类似。区域22b设置有电流非注入/外部区域53。当从电流注入区域51中的活性层23到第二化合物半导体层22的第二表面的光学距离为l2并且从模损耗作用区域55中的活性层23到模损耗作用部位54的顶表面(面对第二电极32的表面)的光学距离为l0时，满足l0<l2。具体地，设置l2/l0＝1.5。结果，在发光元件中产生透镜效应。
[0296]
在示例9的发光元件中，所产生的具有较高阶模的激光束因模损耗作用区域55而被限制在电流注入区域51和电流非注入/内部区域52中，因此振荡模损耗减小。也就是说，由于作用于振荡模损耗的增加或减少的模损耗作用区域55的存在，在电流注入区域51和电流非注入/内部区域52的正投影图像中，所产生的基本模和较高阶模的光场强度增加。
[0297]
在示例9中，电流注入区域51和电流非注入/内部区域52之间的边界的形状为圆形(直径：8μm)，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53之间的边界为圆形(直径：30μm)。
[0298]
在示例9中，只需要在示例6的[步骤
‑
610]至[步骤
‑
620]之间从第二表面22b侧去除第二化合物半导体层22的部分来形成突出部22a。
[0299]
除了以上几点之外，示例9的发光元件的配置和结构可以与示例6的发光元件的配置和结构类似，因此将省略对其的详细描述。在示例9的发光元件中，不仅可以抑制由模损耗作用区域针对各种模赋予的振荡模损耗，并且使横向模以多种模振荡，而且可以减小激光振荡的阈值。此外，如图13的(c)中的概念图中图示的，因存在对振荡模损耗的增加或减少(具体地，在示例9中是减少)起作用的模损耗作用区域，可以增加电流注入区域和电流非注入/内部区域的正投影图像中的所产生的基本模和较高阶模的光场强度。
[0300]
[示例10]
[0301]
示例10是示例1至示例9的变形，涉及具有第三配置的发光元件。
[0302]
顺便提及，当整个增压结构体的等效折射率为n
eq
并且将从表面发射激光元件(发光元件)发射的激光束的波长λ0时，包括两个dbr层和形成在其间的层压结构体的层压结构体中的谐振器长度l
or
被表示为l＝(m
·
λ0)/(2
·
n
eq
)。
[0303]
这里，m是正整数。然后，在表面发射激光元件(发光元件)中，可以振荡的波长由谐振器长度l
or
来确定。能够振荡的各个振荡模被称为纵向模。然后，在纵向模中，与由活性层确定的增益谱匹配的纵向模可以引起激光振荡。当有效折射率为n
eff
时，纵向模间隔δλ被表示为λ
02
/(2n
eff
·
l)。
[0304]
也就是说，谐振器长度l
or
越长，纵向模间隔δλ越窄。因此，在谐振器长度l
or
长的情况下，在增益谱中可以存在多种纵向模，使得多种纵向模可以引起振荡。注意的是，当振荡波长为λ0时，等效折射率n
eq
与有效折射率n
eff
具有以下关系。
[0305]
n
eff
＝n
eq
‑
λ0·
(dn
eq
/dλ0)。
[0306]
这里，在层压结构体包括gaas基化合物半导体层的情况下，谐振器长度l
or
常常短至小于或等于1μm，并且有一种类型(一个波长)的纵向模激光束从表面发射激光元件发射(参见图26a中的概念图)。因此，可以精确地控制从表面发射激光元件发射的纵向模激光束的振荡波长。另一方面，在层压结构体包括gan基化合物半导体层的情况下，谐振器长度l
or
常常比从表面发射激光元件发射的激光束的波长长几倍。因此，可以从表面发射激光元件发射多种类型的纵向模激光束(参见图26b的概念图)。
[0307]
如图18中的示意性部分端视图中图示的，在示例10的发光元件或随后描述的示例11至示例12的发光元件中，在包括第二电极32的层压结构体20中，与由活性层23占据的虚拟平面平行地形成至少两个光吸收材料层71，优选地至少四个光吸收材料层71(具体地，在示例10中，形成二十个光吸收材料层71)。注意的是，为了简化附图，在图中仅图示了两个光吸收材料层71。
[0308]
在示例10中，振荡波长(从发光元件发射的所期望的振荡波长)λ0为450nm。二十个光吸收材料层71包括具有比构成层压结构体20的化合物半导体窄的带隙的化合物半导体材料，具体地，n
‑
in
0.2
ga
0.8
n，并且其形成在第一化合物半导体层21内部。光吸收材料层71的厚度小于或等于λ0/(4
·
n
eq
)，具体地，3nm。此外，光吸收材料层71的光吸收系数超过含n
‑
gan层的第一化合物半导体层21的光吸收系数的2倍，具体地，1
×
103倍。
[0309]
此外，光吸收材料层71位于在层压结构体内部形成的光的驻波中产生的最小振幅部分，并且活性层23位于在层压结构体内部形成的光的驻波中产生的最大振幅部分。活性层23的厚度方向上的中心与和活性层23相邻的光吸收材料层71的厚度方向上的中心之间的距离为46.5nm。此外，当两个光吸收材料层71和层压结构体的位于光吸收材料层71和光吸收材料层71之间的一部分(具体地，在示例10中，第一化合物半导体层21)的总等效折射率为n
eq
并且光吸收材料层71与光吸收材料层71之间的距离为l
abs
时，满足0.9
×
{(m
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(m
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}。这里，m是1或大于或等于2的任意整数，包括1。然而，在示例10中，设置m＝1。因此，在所有多个光吸收材料层71(二十个光吸收材料层71)中，相邻光吸收材料层71之间的距离满足0.9
×
{λ0/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{λ0/(2
·
n
eq
)}。等效折射率n
eq
的值具体是2.42，并且当m＝1时，具体地，l
abs
＝1
×
450/(2
×
2.42)＝93.0nm。
[0310]
注意的是，在二十个光吸收材料层71当中，在一些光吸收材料层71中，m可以被设置为大于或等于2的任意整数。
[0311]
在制造示例10的发光元件时，在与示例1的[步骤
‑
100]类似的步骤中形成层压结构体20，此时，在第一化合物半导体层21内部也形成二十个光吸收材料层71。除了这一点，可以基于与示例1的发光元件的方法类似的方法来制造示例10的发光元件。
[0312]
在由活性层23确定的增益谱中产生多种纵向模的情况下，这在图19中示意性地图示。注意的是，图19图示了两种纵向模：即纵向模a和纵向模b。然后，在这种情况下，假定光吸收材料层71位于纵向模a的最小振幅部分中，而不位于纵向模b的最小振幅部分中。然后，纵向模a中的模损耗被最小化，但纵向模b中的模损耗大。在图19中，用实线示意性图示纵向模b的模损耗。因此，纵向模a比纵向模b更容易引起振荡。因此，通过使用这样的结构，也就是说，通过控制光吸收材料层71的位置和周期，可以稳定特定的纵向模并且可以促进振荡。另一方面，由于其它不期望的纵向模的模损耗会增加，因此可以抑制其它不期望的纵向模振荡。
[0313]
如上所述，在示例10的发光元件中，由于在层压结构体的内部形成至少两个光吸收材料层，因此在可以从表面发射激光元件发射的多种类型的纵向模的激光束中，可以更有效地抑制不期望的纵向模下的激光束的振荡。结果，可以更精确地控制所发射的激光束的振荡波长。此外，即使在示例10的发光元件中，由于包括突出部，因此可以可靠地抑制衍
射损耗的发生。
[0314]
[示例11]
[0315]
示例11是示例10的变形。在示例10中，光吸收材料层71包括具有比构成层压结构体20的化合物半导体窄的带隙的化合物半导体材料。另一方面，在示例11中，十个光吸收材料层71包括掺杂有杂质的化合物半导体材料，具体地，具有1
×
10
19
/cm3的杂质浓度(杂质：si)的化合物半导体材料(具体地，n
‑
gan:si)。此外，在示例11中，振荡波长λ0被设置为515nm。注意的是，活性层23的组成为in
0.3
ga
0.7
n。在示例11中，m＝1并且l
abs
的值为107nm，活性层23的厚度方向上的中心和与活性层23相邻的光吸收材料层71的厚度方向上的中心之间的距离为53.5nm，并且光吸收材料层71的厚度为3nm。除了以上几点之外，示例11的发光元件的配置和结构可以与示例10的发光元件的配置和结构类似，因此将省略对其的详细描述。注意的是，在十个光吸收材料层71当中，在一些光吸收材料层71中，m可以被设置为大于或等于2的任意整数。
[0316]
[示例12]
[0317]
示例12也是示例10的变形。在示例12中，五个光吸收材料层(为了方便起见被称为“第一光吸收材料层”)具有与示例10的光吸收材料层71(也就是说，n
‑
in
0.3
ga
0.7
n)类似的配置。此外，在示例12中，一个光吸收材料层(为了方便起见被称为“第二光吸收材料层”)包括透明导电材料。具体地，第二光吸收材料层也被用作包括ito的第二电极32。在示例12中，振荡波长λ0被设置为450nm。此外，设置m＝1和2。在m＝1时，l
abs
的值为93.0nm，活性层23的厚度方向上的中心和与活性层23相邻的第一光吸收材料层的厚度方向上的中心之间的距离为46.5nm，并且五个第一光吸收材料层的厚度为3nm。也就是说，在五个第一光吸收材料层中，，满足0.9
×
{λ0/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{λ0/(2
·
n
eq
)}。此外，在与活性层23相邻的第一光吸收材料层和第二光吸收材料层中，设置m＝2。也就是说，满足0.9
×
{(2
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(2
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}。还用作第二电极32的一个第二光吸收材料层的光吸收系数为2000cm
‑1，厚度为30nm，并且从活性层23到第二光吸收材料层的距离为139.5nm。除了以上几点之外，示例12的发光元件的配置和结构可以与示例10的发光元件的配置和结构类似，因此将省略对其的详细描述。注意的是，在五个第一光吸收材料层当中，在一些第一光吸收材料层中，m可以被设置为大于或等于2的任意整数。注意的是，与示例10不同，光吸收材料层71的数量可以被设置为1个。同样在这种情况下，还用作第二电极32的第二光吸收材料层和光吸收材料层71之间的位置关系需要满足以下表达式：
[0318]
0.9
×
{(m
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(m
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}。
[0319]
尽管以上已经基于优选示例描述了本公开，但本公开不限于这些示例。在示例中描述的发光元件的配置和结构是示例，可以适当地改变，并且可以适当地改变发光元件的制造方法。在一些情况下，发光元件可以是通过第一光反射层从第一化合物半导体层射出光的表面发射激光元件，并且在这种情况下，第二光反射层可以经由接合层48由支撑基板49支撑(参见作为示例1的发光元件的变形的图20以及作为示例2的发光元件的变形的图21)。此外，通过适当地选择接合层和支撑基板，发光元件可以是通过第二光反射层从第二化合物半导体层的顶表面射出光的表面发射激光元件。
[0320]
注意的是，本公开还可以采用以下配置。
[0321]
[a01]<<发光元件>>
[0322]
一种发光元件，包括：
[0323]
层压结构体，层压结构体中层压有第一化合物半导体层、活性层和第二化合物半导体层，第一化合物半导体层包括第一表面和面对第一表面的第二表面，活性层面对第一化合物半导体层的第二表面，第二化合物半导体层包括面对活性层的第一表面和面对第一表面的第二表面；
[0324]
第一电极，其电连接到第一化合物半导体层；以及
[0325]
第二电极和第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面上，其中，
[0326]
在第一化合物半导体层的第一表面侧形成突出部，
[0327]
至少在突出部上形成平滑层，
[0328]
突出部和平滑层构成凹面镜部分，
[0329]
在平滑层的至少部分上形成第一光反射层，并且
[0330]
第二光反射层具有平坦形状。
[0331]
[a02]根据[a01]的发光元件，其中，在平滑层与第一光反射层之间的界面处的平滑层的表面粗糙度ra1的值小于在突出部与平滑层之间的界面处的突出部的表面粗糙度ra2的值。
[0332]
[a03]根据[a02]的发光元件，其中，表面粗糙度ra1的值小于或等于1.0nm。
[0333]
[a04]根据[a01]至[a03]中任一项的发光元件，其中，突出部的顶部处的平滑层的平均厚度比突出部的边缘处的平滑层的平均厚度薄。
[0334]
[a05]根据[a01]至[a04]中任一项的发光元件，其中，平滑层的曲率半径为1
×
10
‑5m至1
×
10
‑3m。
[0335]
[a06]根据[a01]至[a05]中任一项的发光元件，其中，构成平滑层的材料是从由电介质材料、基于旋涂玻璃的材料、低熔点玻璃材料、半导体材料和树脂组成的组中选择的至少一种材料。
[0336]
[b01]<<发光元件的制造方法：第一方面>>
[0337]
一种发光元件的制造方法，方法包括以下步骤：
[0338]
形成层压结构体，在层压结构体中层压有第一化合物半导体层、活性层和第二化合物半导体层，第一化合物半导体层包括第一表面和面对第一表面的第二表面，活性层面对第一化合物半导体层的第二表面，第二化合物半导体层包括面对活性层的第一表面和面对第一表面的第二表面；然后，
[0339]
在第二化合物半导体层的第二表面上形成第二电极和第二光反射层；此后，
[0340]
在第一化合物半导体层的第一表面侧形成突出部；然后，
[0341]
至少在突出部上形成平滑层，然后，对平滑层的表面进行平滑；此后，
[0342]
在平滑层的至少部分上形成第一光反射层，并形成与第一化合物半导体层电连接的第一电极，其中，
[0343]
突出部和平滑层构成凹面镜部分，并且
[0344]
第二光反射层具有平坦形状。
[0345]
[b02]根据[b01]的发光元件的制造方法，其中，平滑层的表面上的平滑处理是基于湿法蚀刻。
[0346]
[b03]根据[b01]的发光元件的制造方法，其中，平滑层的表面上的平滑处理是基
于干法蚀刻。
[0347]
[b04]根据[b01]至[b03]中任一项的发光元件的制造方法，其中，在平滑层与第一光反射层之间的界面处的平滑层的表面粗糙度ra1的值小于在突出部与平滑层之间的界面处的突出部的表面粗糙度ra2的值。
[0348]
[b05]根据[b04]的发光元件的制造方法，其中，表面粗糙度ra1的值小于或等于1.0nm。
[0349]
[b06]根据[b01]至[b05]中任一项的发光元件的制造方法，其中，突出部的顶部处的平滑层的平均厚度比突出部的边缘处的平滑层的平均厚度薄。
[0350]
[b07]根据[b01]至[b06]中任一项的发光元件的制造方法，其中，平滑层的曲率半径为1
×
10
‑5m至1
×
10
‑3m。
[0351]
[b08]根据[b01]至[b07]中任一项的发光元件的制造方法，其中，构成平滑层的材料是从由电介质材料、基于旋涂玻璃的材料、低熔点玻璃材料、半导体材料和树脂组成的组中选择的至少一种材料。
[0352]
[c01]<<发光元件的制造方法：第二方面>>
[0353]
一种发光元件的制造方法，方法包括以下步骤：
[0354]
形成层压结构体，在层压结构体中层压有第一化合物半导体层、活性层和第二化合物半导体层，第一化合物半导体层包括第一表面和面对第一表面的第二表面，活性层面对第一化合物半导体层的第二表面，第二化合物半导体层包括面对活性层的第一表面和面对第一表面的第二表面；然后，
[0355]
在第二化合物半导体层的第二表面上形成第二电极和第二光反射层；此后，
[0356]
在第一化合物半导体层的第一表面侧形成突出部；然后，对突出部的表面进行平滑；然后，
[0357]
在突出部的至少部分上形成第一光反射层，并形成与第一化合物半导体层电连接的第一电极，其中，
[0358]
突出部构成凹面镜部分，并且
[0359]
第二光反射层具有平坦形状。
[0360]
[c02]根据[c01]的发光元件的制造方法，其中，突出部的表面上的平滑处理是基于湿法蚀刻。
[0361]
[c03]根据[c01]的发光元件的制造方法，其中，突出部的表面上的平滑处理是基于干法蚀刻。
[0362]
[d01]<<具有第一配置的发光元件>>
[0363]
根据[a01]至[a06]中任一项的发光元件，其中，
[0364]
第二化合物半导体层设置有电流注入区域和包围电流注入区域的电流非注入区域，并且
[0365]
从电流注入区域的区域重心到电流注入区域与电流非注入区域之间的边界的最短距离d
ci
满足以下表达式d
ci
≥ω0/2，
[0366]
其中，
[0367]
ω
02
≡(λ0/π){l
or
(r
dbr
‑
l
or
)}
1/2
[0368]
这里，
[0369]
λ0：主要从发光元件发射的光的波长，
[0370]
l
or
：谐振器长度，
[0371]
r
dbr
：第一光反射层的内表面的曲率半径。
[0372]
[d02]根据[d01]的发光元件，还包括
[0373]
模损耗作用部位，其设置在第二化合物半导体层的第二表面上，并构成对振荡模损耗的增加或减少起作用的模损耗作用区域，以及
[0374]
第二电极，其从第二化合物半导体层的第二表面形成在模损耗作用部位上方，其中
[0375]
在层压结构体中，形成电流注入区域、包围电流注入区域的电流非注入/内部区域以及包围电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域，并且
[0376]
模损耗作用区域的正投影图像与电流非注入/外部区域的正投影图像彼此重叠。
[0377]
[d03]根据[d01]或[d02]的发光元件，其中，第一光反射层的有效区域的半径r'
dbr
满足ω0≤r'
dbr
≤20
·
ω0。
[0378]
[d04]根据[d01]至[d03]中任一项的发光元件，其中，满足d
ci
≥ω0。
[0379]
[d05]根据[d01]至[d04]中任一项的发光元件，其中，满足r
dbr
≤1
×
10
‑3m。
[0380]
[e01]<<具有第二配置的发光元件>>
[0381]
根据[a01]至[a06]中任一项的发光元件还包括：
[0382]
模损耗作用部位，其设置在第二化合物半导体层的第二表面上，并构成对振荡模损耗的增加或减少起作用的模损耗作用区域，以及
[0383]
第二电极，从第二化合物半导体层的第二表面起成在模损耗作用部位上方，其中
[0384]
在层压结构体中，形成电流注入区域、包围电流注入区域的电流非注入/内部区域以及包围电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域，并且
[0385]
模损耗作用区域的正投影图像与电流非注入/外部区域的正投影图像彼此重叠。
[0386]
[e02]根据[e01]的发光元件，其中，电流非注入/外部区域位于模损耗作用区域的下方。
[0387]
[e03]根据[e01]或[e02]的发光元件，其中，
[0388]
当电流注入区域的投影图像的面积为s1并且电流非注入/内部区域的投影图像的面积为s2时，满足0.01≤s1/(s1 s2)≤0.7。
[0389]
[e04]<<具有第二配置a的发光元件>>
[0390]
根据[e01]至[e03]中任一项的发光元件，其中，电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域通过离子注入到层压结构体中来形成。
[0391]
[e05]根据[e04]的发光元件，其中，离子种类是从硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅组成的组中选择的至少一种离子。
[0392]
[e06]<<具有第二配置b的发光元件>>
[0393]
根据[e01]至[e05]中任一项的发光元件，其中，电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域是通过对第二化合物半导体层的第二表面进行等离子体辐射、对第二化合物半导体层的第二表面进行灰化处理或者对第二化合物半导体层的第二表面进行反应离子蚀刻处理来形成的。
[0394]
[e07]<<具有第二配置c的发光元件>>
[0395]
根据[e01]至[e06]中任一项的发光元件，其中，第二光反射层包括将来自第一光反射层的光朝向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外侧反射或散射的区域。
[0396]
[e08]根据[e04]至[e07]中任一项的发光元件，其中，当从电流注入区域中的活性层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离为l2并且从模损耗作用区域中的活性层到模损耗作用部位的顶表面的光学距离为l0时，满足l0>l2。
[0397]
[e09]根据[e04]至[e08]中任一项的发光元件，其中，所产生的具有较高阶模的激光束因模损耗作用区域而朝向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外侧发散，因此振荡模损耗增加。
[0398]
[e10]根据[e04]至[e09]中任一项的发光元件，其中，模损耗作用部位可以包括电介质材料、金属材料或合金材料。
[0399]
[e11]根据[e10]的发光元件，其中，模损耗作用部位包括电介质材料，并且
[0400]
模损耗作用部位的光学厚度的值偏离在发光元件中产生的光的波长的1/4的整数倍。
[0401]
[e12]根据[e10]的发光元件，其中，模损耗作用部位包括电介质材料，并且
[0402]
模损耗作用部位的光学厚度是发光元件中产生的光的波长的1/4的整数倍。
[0403]
[e13]<<具有第二配置d的发光元件>>
[0404]
根据[e01]至[e03]中任一项的发光元件，其中，在第二化合物半导体层的第二表面侧形成有突出部，并且
[0405]
在第二化合物半导体层的第二表面的包围突出部的区域上形成模损耗作用部位。
[0406]
[e14]根据[e13]的发光元件，其中，当从电流注入区域中的活性层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离为l2并且从模损耗作用区域中的活性层到模损耗作用部位的顶表面的光学距离为l0时，满足l0<l2。
[0407]
[e15]根据[e13]或[e14]的发光元件，其中，所产生的具有较高阶模的光因模损耗作用区域而被限制在电流注入区域和电流非注入/内部区域中，因此振荡模损耗减小。
[0408]
[e16]根据[e13]至[e15]中任一项的发光元件，其中，模损耗作用部位可以包括电介质材料、金属材料或合金材料。
[0409]
[e17]根据[e01]至[e16]中任一项的发光元件，其中，第二电极包括透明导电材料。
[0410]
[f01]<<具有第三配置的发光元件>>
[0411]
根据[a01]至[e17]中任一项的发光元件，其中，在包括第二电极的层压结构体中，与活性层所占据的虚拟平面平行地形成至少两个光吸收材料层。
[0412]
[f02]根据[f01]的发光元件，其中，形成至少四个光吸收材料层。
[0413]
[f03]根据[f01]或[f02]的发光元件，其中，当振荡波长为λ0，两个光吸收材料层和层压结构体的位于光吸收材料层和光吸收材料层之间的一部分的总等效折射率为n
eq
，并且光吸收材料层与光吸收材料层之间的距离为l
abs
时，满足0.9
×
{(m
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(m
·
λ0)/(2
·
n
eq
)}。然而，m是1或大于或等于2的任意整数，包括1。
[0414]
[f04]根据[f01]至[f03]中任一项的发光元件，其中，光吸收材料层的厚度小于或等于λ0/(4
·
n
eq
)。
[0415]
[f05]根据[f01]至[f04]中任一项的发光元件，其中，光吸收材料层位于在层压结构体内部形成的光的驻波中产生的最小振幅部分处。
[0416]
[f06]根据[f01]至[f05]中任一项的发光元件，其中，活性层位于在层压结构体内部形成的光的驻波中产生的最大振幅部分处。
[0417]
[f07]根据[f01]至[f06]中任一项的发光元件，其中，光吸收材料层的光吸收系数是构成层压结构体的化合物半导体的光吸收系数的两倍或更多倍。
[0418]
[f08]根据[f01]至[f07]中任一项的发光元件，其中，光吸收材料层包括至少一种材料，该至少一种材料选自于具有比构成层压结构体的化合物半导体窄的带隙的化合物半导体材料、掺杂有杂质的化合物半导体材料、透明导电材料和具有光吸收特性的光反射层构成材料组成的组中。
[0419]
参考符号列表
[0420]
11 基板
[0421]
11a 基板的第一表面
[0422]
11b 基板的第二表面
[0423]
20 层压结构体
[0424]
21 第一化合物半导体层
[0425]
21a 第一化合物半导体层的第一表面
[0426]
21b 第一化合物半导体层的第二表面
[0427]
22 第二化合物半导体层
[0428]
22a 第二化合物半导体层的第一表面
[0429]
22b 第二化合物半导体层的第二表面
[0430]
23 活性层(发光层)
[0431]
31 第一电极
[0432]
32 第二电极
[0433]
33 焊盘电极
[0434]
34 绝缘层(电流限制层)
[0435]
34a 设置在绝缘层(电流限制层)中的开口
[0436]
41 第一光反射层
[0437]
41a 第一光反射层的内表面
[0438]
41b 第一光反射层的有效区域
[0439]
42 第二光反射层
[0440]
43、45、46、47 突出部
[0441]
44 平滑层
[0442]
48 接合层
[0443]
49 支撑基板
[0444]
51 电流注入区域
[0445]
52 电流非注入/内部区域
[0446]
53 电流非注入/外部区域
[0447]
54 模损耗作用部位(模损耗作用层)
[0448]
54a、54b 在模损耗作用部位处形成的开口
[0449]
55 模损耗作用区域
[0450]
61a 电流注入区域
[0451]
61b 电流非注入区域
[0452]
61c 电流注入区域和电流非注入区域之间的边界
[0453]
71 光吸收材料层
[0454]
81 抗蚀剂层
[0455]
82 抗蚀剂层的突出部