CN110892597A

CN110892597A - 发光装置和发光装置阵列

Info

Publication number: CN110892597A
Application number: CN201880046230.8A
Authority: CN
Inventors: 御友重吾; 滨口达史; 中岛博; 伊藤仁道; 佐藤进
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2018-05-09
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2038-05-09
Also published as: CN110892597B; JPWO2019017044A1; WO2019017044A1; US20200169061A1; US11594859B2; JP7078045B2; DE112018003684T5

Abstract

该发光装置设置有：层压结构20，其中层压有：第一化合物半导体层21、有源层23和第二化合物半导体层22；第一光反射层41，其设置在第一化合物半导体层21的第一表面侧上；第二光反射层42，其设置在第二化合物半导体层22的第二表面侧上；以及光会聚/发散改变装置50，其中，第一光反射层41形成在凹面镜部分43上，所述第二光反射层42具有平坦形状。当有源层23中生成的光发射到外部时，进入光会聚/发散改变装置50之前的光的会聚/发散状态不同于穿过光会聚/发散改变装置50之后的光的会聚/发散状态。

Description

发光装置和发光装置阵列

技术领域

本公开涉及一种发光元件和一种发光元件阵列。

背景技术

在由表面发射激光元件(VCSEL)构成的发光元件中，通常，由于在两个光反射层(分布式布拉格反射层(DBR层))之间共振激光束而发生激光振荡。另外，在具有通过层压n型化合物半导体层、包括化合物半导体的有源层(发光层)和p型化合物半导体层而获得的层压结构的表面发射激光元件中，通常，包括透明导电材料的第二电极形成在p型化合物半导体层上，并且具有绝缘材料的层压结构的第二光反射层形成在第二电极上。此外，在n型化合物半导体层上(在n型化合物半导体层形成在导电基板上的情况下，在基板的暴露表面上)，形成具有第一电极和绝缘材料的层压结构的第一光反射层。注意，为了方便起见，穿过由两个光反射层形成的谐振器中心的轴称为Z轴，与Z轴正交的虚拟平面称为XY平面。

顺便说一下，在层压结构包括基于GaAs的化合物半导体的情况下，谐振器长度L_OR大约为1μm。同时，在层压结构包括基于GaN的化合物半导体的情况下，谐振器长度L_OR通常是从表面发射激光元件发射的激光束的波长的几倍长。即，谐振器长度L_OR比1μm长得多

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开号2006-114753

专利文献2：日本专利申请公开号2000-022277

发明内容

本发明要解决的问题

此外，当谐振器长度L_OR如上所述变长时，与采用大约1μm谐振器长度L_OR的传统基于GaAs的表面发射激光元件不同，衍射损耗增加，这使得激光难以振荡。即，发光元件可以用作LED，而不是用作表面发射激光元件。在此处，“衍射损耗”通常是指在谐振器中来回传播的激光束逐渐消散出谐振器的现象，因为光由于衍射效应而趋向于扩散。此外，在层压结构包括基于GaN的化合物半导体的情况下，存在热饱和问题。在此处，“热饱和”是当驱动表面发射激光元件时光输出由于自加热而饱和的现象。用于光反射层的材料(例如，诸如SiO₂或Ta₂O₅等材料)具有比基于GaN的化合物半导体更低的热导率值。因此，基于GaN的化合物半导体层厚度的增加导致抑制热饱和。然而，基于GaN的化合物半导体层厚度的增加增加了谐振器长度L_OR，这导致了上述问题。例如，从日本专利申请公开号2006-114753和日本专利申请公开号2000-022277中，众所周知一种用于向光反射层提供作为凹面镜的功能的技术。然而，这些专利出版物没有描述本公开的发光元件要解决的问题，例如，由于谐振器长度L_OR的增加而导致衍射损耗增加的问题或热饱和的问题。

因此，本公开的目的是提供一种发光元件和包括该发光元件的发光元件阵列，该发光元件具有能够解决由于谐振器长度L_OR增加而导致的衍射损耗增加的问题和热饱和问题的配置和结构。

问题的解决方案

为了实现上述目的，本公开的发光元件包括：

通过层压以下部件而获得的层压结构

第一化合物半导体层，具有第一表面和面向第一表面的第二表面，

有源层，面向所述第一化合物半导体层的第二表面，以及

第二化合物半导体层，具有面向有源层的第一表面和面向第一表面的第二表面；

第一光反射层，设置在第一化合物半导体层的第一表面侧上；

第二光反射层，设置在第二化合物半导体层的第二表面侧上；以及

光会聚/发散改变装置，其中，

第一光反射层形成在凹面镜部分上，

第二光反射层具有平坦形状，并且

当有源层中生成的光发射到外部时，光入射到光会聚/发散改变装置之前的光会聚/发散状态不同于光穿过光会聚/发散改变装置之后的光会聚/发散状态。

为了实现上述目的，本公开的发光元件阵列是其中并列设置有多个发光元件的发光元件阵列，并且每个发光元件由本公开的发光元件构成。

本发明的效果

在本公开的发光元件或构成本公开的发光元件阵列的发光元件中，第一光反射层形成在凹面镜部分上。因此，光从有源层开始衍射并扩散。然后，可靠地向有源层反射并且可以在有源层上收集入射在第一光反射层上的光。因此，可以避免衍射损耗的增加，可以可靠地执行激光振荡，并且由于具有长谐振器，可以避免热饱和的问题。此外，由于包括光会聚/发散改变装置，当有源层中生成的光发射到外部时的发射状态可以精确地控制为处于期望的状态。注意，此处描述的效果仅仅是说明性的，而不是限制性的。此外，可能存在额外效果。

附图说明

[图1]图1是示例1的发光元件的示意性部分端视图；

[图2]图2是从图1中移除了光会聚/发散改变装置的示例1的发光元件的示意性部分端视图；

[图3]图3A和3B是用于解释制造示例1的发光元件的方法的层压结构等的示意性部分端视图；

[图4]图4是图3B之后的用于解释制造示例1的发光元件的方法的层压结构等的示意性部分端视图；

[图5]图5是图4之后的用于解释制造示例1的发光元件的方法的层压结构等的示意性部分端视图；

[图6]图6是图5之后的用于解释制造示例1的发光元件的方法的层压结构等的示意性部分端视图；

[图7]图7是图6之后的用于解释制造示例1的发光元件的方法的层压结构等的示意性部分端视图；

[图8]图8是图7之后的用于解释制造示例1的发光元件的方法的层压结构等的示意性部分端视图；

[图9]图9是示例2的发光元件的示意性部分端视图；

[图10]图10是示例3的发光元件的示意性部分端视图；

[图11]图11是示例3的发光元件的变型例的示意性部分端视图；

[图12]图12A和12B是用于解释制造示例4的发光元件的方法的基板等的示意性部分端视图；

[图13]图13是示例5的发光元件的示意性部分端视图；

[图14]图14是示例6的发光元件的示意性部分端视图；

[图15]图15是示例6的发光元件的变型例的示意性部分端视图；

[图16]图16是示例6的发光元件的变型例的示意性部分端视图；

[图17]图17是示例6的发光元件的变型例的示意性部分端视图；

[图18]图18是示例6的发光元件的变型例的示意性部分端视图；

[图19]图19是示例6的发光元件的变型例的示意性部分端视图；

[图20]图20是示例6的发光元件的变型例的示意性部分端视图；

[图21]图21是示例6的发光元件的变型例的示意性部分端视图；

[图22]图22是示例6的发光元件的变型例的示意性部分端视图；

[图23]图23是示例7的发光元件的示意性部分端视图；

[图24]图24是示例7的发光元件的变型例的示意性部分端视图；

[图25]图25是通过将示例8的发光元件的示意性部分剖视图与纵向模式A和纵向模式B这两种纵向模式叠加而获得的示图；

[图26]图26是假设法布里-珀罗谐振器夹在示例1的发光元件中具有相同曲率半径的两个凹面镜部分之间的概念图；

[图27]图27是示出ω₀的值、谐振器长度L_OR的值和凹面镜部分的曲率半径R_DBR的值之间的关系的曲线图；

[图28]图28是示出ω₀的值、谐振器长度L_OR的值和凹面镜部分的曲率半径R_DBR的值之间的关系的曲线图；

[图29]图29A是示意性示出当ω₀的值为“正”时激光束收集状态的示图，而图29B是示意性示出当ω₀的值为“负”时激光束收集状态的示图；

[图30]图30A和30B是示意性示出由有源层确定的增益谱中存在的纵向模式的概念图。

具体实施方式

下文中，将参考附图基于示例描述本公开。然而，本公开不限于示例，但是示例中的各种数值和材料是说明性的。注意，将按照以下顺序进行描述。

1.关于本公开的发光元件和发光元件阵列的概述

2.示例1(根据本公开的第一方面的发光元件和发光元件阵列、具有配置3-A的发光元件)

3.示例2(示例1的变型例、配置3-B的发光元件)

4.示例3(示例1和2的变型例、配置4的发光元件)

5.示例4(示例3的变型例)

6.示例5(根据本公开的第二方面的发光元件)

7.示例6(示例1至5的变型例)

8.示例7(示例1至6的变型例、配置1的发光元件)

9.示例8(示例1至7的变型例、配置2的发光元件)

10.示例9(示例8的变型例)

11.示例10(示例8的变型例)

12.其他

<关于本公开的发光元件和发光元件阵列的概述>

在本公开的发光元件阵列中，从发光元件发射的光束可以具有不同的波长。此外，在本公开的发光元件阵列中，多个发光元件可以安装在例如一个安装基板上。注意，使从其发射的光的波长不同的每个发光元件的配置和结构可以是已知的配置和结构。从发光元件发射的光的颜色的示例包括蓝色、绿色和红色。

在包括上述优选形式的本公开的发光元件或构成本公开的发光元件阵列的发光元件(在下文中，这些发光元件可以统称为“本公开的发光元件等”)中，当在有源层中生成的光穿过光会聚/发散改变装置时，可以获得与光入射到光会聚/发散改变装置上之前的状态相比更会聚的状态。然而，本公开不限于此。在发光元件所需的一些规格中，当有源层中生成的光穿过光会聚/发散改变装置时，可以获得与光入射到光会聚/发散改变装置之前的状态相比更发散的状态。在当有源层中生成的光穿过光会聚/发散改变装置时，获得与光入射到光会聚/发散改变装置之前的状态相比更会聚的状态的形式中，已经穿过会聚/发散改变单元的光可以是平行光、会聚到特定点或区域的光或者发散的光。

在包括上述优选形式的本公开的发光元件等中，光会聚/发散改变装置可以由凸透镜、菲涅耳透镜或全息透镜构成。或者，光会聚/发散改变装置可以由等离子体元件、光子晶体元件、包括超材料的元件或亚波长衍射光栅构成。

构成凸透镜或菲涅耳透镜的材料的示例包括对从有源层发射的光透明的材料，例如，透明绝缘材料层。其具体示例包括氧化硅(SiO_X)、氮化硅(SiN_Y)、氮氧化硅(SiO_XN_Y)、氧化钽(Ta₂O₅)、氧化锆(ZrO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN)、氧化钛(TiO₂)、氧化镁(MgO)、氧化铬(CrO_x)、氧化钒(VO_x)、氮化钽(TaN)和氮化铌(NbO_x)。凸透镜或菲涅耳透镜可以通过在这样的透明绝缘材料层上形成与凸透镜或菲涅耳透镜具有相同横截面形状的抗蚀剂材料层，然后回蚀抗蚀剂材料层和透明绝缘材料层来形成。根据所使用的材料，透明绝缘材料层可以通过各种物理气相沉积方法(PVD法)和各种化学气相沉积方法(CVD法)形成。或者，透明绝缘材料层可以通过应用光敏树脂材料和曝光来形成，或者也可以采用基于纳米印刷方法将透明树脂材料形成透镜形状的方法。

此外，在包括上述优选形式的本公开的发光元件等中，

可以经由第一光反射层发射光，并且

所述光会聚/发散改变装置可以被设置在第一光反射层的发光侧。注意，为了方便起见，具有这种配置的本公开的发光元件等称为“根据本公开的第一方面的发光元件”。例如，在根据本公开的第一方面的这种发光元件中，光会聚/发散改变装置仅需要形成在第一光反射层的发光表面上或上方。

在根据本公开的第一方面的发光元件中，光会聚/发散改变装置在光轴(Z轴)上的曲率中心(优选地，对应于后述凹面镜部分中半径r’_DBR的有效区域的光会聚/发散改变装置的区域中的曲率中心)可以比第一光反射层在光轴(Z轴)上的曲率中心更靠近光会聚/发散改变装置(优选地，第一光反射层的对应于凹面镜部分中半径r’_DBR的有效区域的区域中的曲率中心)。

在根据包括上述优选配置的本公开的第一方面的发光元件中，在光轴(Z轴)上，从光会聚/发散改变装置的发光表面到第一光反射层的发光表面的距离优选为1×10^-6m至1×10^-3m。

此外，在包括上述各种优选配置的根据本公开的第一方面的发光元件中，当第一光反射层的平面形状假设为圆形时，该圆形理想地具有1×10^-4m或更小的直径，优选为5×10^-5m至1×10^-4m。

此外，在包括上述各种优选配置的根据本公开的第一方面的发光元件中，光会聚/发散改变装置沿光轴(Z轴)的厚度优选为1×10^-6m至1×10^-3m。

此外，在根据本公开的第一方面的包括上述各种优选配置的发光元件中，从有源层到第一光反射层的距离优选为1×10^-5m至5×10^-4m。

或者，在本公开的包括上述优选形式的发光元件等中，

光可以经由第二光反射层发射，并且

光会聚/发散改变装置可以被设置在第二光反射层的发光侧。注意，为了方便起见，具有这种配置的本公开的发光元件等称为“根据本公开的第二方面的发光元件”。例如，在根据本公开的第二方面的这种发光元件中，光会聚/发散改变装置仅需要形成在第二光反射层的发光表面上或上方。

在包括上述各种优选形式和配置的本公开的发光元件等中，沿着光轴(Z轴)从第一光反射层到第二光反射层的距离为1×10^-5m或更大。即，谐振器长度L_OR满足1×10^-5m≤L_OR，优选1×10^-5m≤L_OR≤5×10^-4m，更优选1×10^-5m≤L_OR≤1×10^-4m。

此外，在包括上述各种优选形式和配置的本公开的发光元件等中，层压结构可以包括基于GaN的化合物半导体。

此外，在包括上述各种优选形式和配置的本公开的发光元件等中，发光元件可以包括表面发射激光元件。

在此处，术语“上”和“上面”经常用于描述构成发光元件的各种元件。这些术语可以指位于远离有源层的方向上的各种元件的部分(区域)，并且可以不同于发光元件中的实际垂直关系。即，例如，“在凹面镜部分上”是指凹面镜部分的位于远离有源层的方向上的部分(区域)。

此外，在包括上述各种优选形式和配置的本公开的发光元件等中，第一光反射层可以包括透光部分和围绕透光部分(发光区域限制部分)的遮光部分。注意，后面描述的电流注入区域的外边缘的形状优选地类似于光透射部分的外边缘的形状。此外，凹面镜部分的外边缘的形状优选地类似于光透射部分的外边缘的形状。通过设置遮光部分，可以更精确地控制发光区域。

遮光部分的具体位置的示例包括第一光反射层的第一化合物半导体层侧和第一光反射层的与第一化合物半导体层侧相对的一侧。更具体地，遮光部分的具体位置如下。

(A)在凹面镜部分形成在基板上并且遮光部分形成在第一光反射层的第一化合物半导体层侧的情况下，遮光部分：

(A-1)形成在第一化合物半导体层侧的凹面镜部分的一部分上，

(A-2)形成在第一化合物半导体层侧的凹面镜部分的一部分和基板的第一表面的一部分上，或者

(A-3)形成在基板的第一表面的一部分上。

(B)在凹面镜部分形成在基板上并且遮光部分形成在第一光反射层中的情况下，遮光部分：

(B-1)形成在第一光反射层的一部分上，

(B-2)形成在第一光反射层的一部分和基板的第一表面的一部分上，或者

(B-3)形成在基板的第一表面的一部分上。

(C)在凹面镜部分形成在第一化合物半导体层中的情况下，遮光部分：

(C-1)形成在第一化合物半导体层中构成凹面镜部分的部分的一部分上，

(C-2)形成在第一化合物半导体层中构成凹面镜部分的部分的一部分上和位于凹面镜部分外部的第一化合物半导体层的一部分上，或者

(C-3)形成在位于凹面镜部分外部的第一化合物半导体层的第一表面的一部分上。

(D)在凹面镜部分形成在第一化合物半导体层上并且遮光部分形成在第一光反射层中的情况下，遮光部分

(D-1)形成在第一光反射层的一部分上，

(D-2)形成在第一光反射层的一部分上和基板的第一表面的一部分上，或者

(D-3)形成在基板的第一表面的一部分上。

遮光部分可以由金属膜或合金膜构成，例如，钛(Ti)、铂(Pt)、金(Au)、镍(Ni)或钯(Pd)、或者这些金属膜和合金膜的叠层，或者例如可以由包括含碳纳米管的树脂材料的树脂膜构成。

此外，在包括上述各种优选形式和配置的本公开的发光元件等中，凹面镜部分的形状可以是在距所述凹面镜部分的中心部分的束腰半径ω₀的范围内具有0.8或更大的确定系数的球形或抛物线形。在此处，束腰半径ω₀由以下公式(A)定义。

ω₀ ²≡(λ₀/π){L_OR(R_DBR-L_OR)}^1/2 (A)

在此处，

λ₀：主要从发光元件发射的期望光的波长(振荡波长)

L_OR：谐振器长度

R_DBR：凹面镜部分的曲率半径

在包括上述优选形式和配置的本公开的发光元件等中，如上所述，当沿着包括层压结构的层压方向的虚拟平面切割凹面镜部分时，由面向凹面镜部分的一部分中的层压结构的界面绘制的图形可以是圆的一部分或抛物线的一部分。严格来说，图形在某些情况下不是圆的一部分，或者在某些情况下不是抛物线的一部分。即，图形大部分是圆的一部分或抛物线的一部分的情况也包括在“图形是圆的一部分或抛物线的一部分”的情况中。凹面镜部分的这种部分(区域)是圆的一部分或抛物线的一部分，可以称为“凹面镜部分中的有效区域”。注意，可以通过用测量装置测量界面的形状，并基于最小二乘法分析获得的数据，来确定由面向凹面镜部分的一部分中的层压结构的界面绘制的图形。

<配置1的发光元件>

在包括上述优选形式和配置的本公开的发光元件等中，

第二化合物半导体层具有电流注入区域和围绕电流注入区域的电流非注入区域(电流限制区域)，以及

从电流注入区域的面积重心到电流注入区域和电流非注入区域之间的边界的最短距离D_CI优选满足以下公式(B)。在此处，为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“配置1的发光元件”。注意，关于下列公式的推导，参见例如H.Kogelnik和T.Li的“Laser Beamsand Resonators”，应用光学/第5卷，第10期/1966年10月。

D_CI≥ω₀/2 (B)

在此处，在本公开的发光元件等中，第一光反射层形成在凹面镜部分上。然而，考虑到第二光反射层相对于平面镜的客观性，谐振器可以扩展到夹在具有相同曲率半径的两个凹面镜部分之间的法布里-珀罗谐振器(参见图26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27和图28是示出ω₀的值、谐振器长度L_OR的值和与凹面镜部分的界面的曲率半径R_DBR的值之间的关系的曲线图。注意，ω₀的“正”值表示激光束示意性地处于图29A的状态，ω₀的“负”值表示激光束示意性地处于图29B的状态。激光束的状态可以是图29A所示的状态或图29B所示的状态。然而，当曲率半径R_DBR小于谐振器长度L_OR时，具有两个凹面镜部分的虚拟法布里-珀罗谐振器处于图29B所示的状态，导致过度限制和衍射损耗。因此，图29A所示的曲率半径R_DBR大于谐振器长度L_OR的状态是优选的。注意，当有源层设置得更靠近平坦光反射层时，具体地，更靠近两个光反射层中的第二光反射层时，光场更多地收集在有源层中。即，增强了有源层中的光场限制，并且促进了激光振荡。有源层的位置(即从面向第二化合物半导体层的第二光反射层的表面到有源层的距离)不受限制，而是例如λ₀/2至10λ₀。

顺便说一下，在收集由第一光反射层反射的光的区域不包括在对应于有源层通过电流注入而获得增益的区域的电流注入区域中的情况下，抑制来自载流子的光的受激发射。结果，可以抑制激光振荡。通过满足上述公式(A)和(B)，可以确保在电流注入区域中收集由第一光反射层反射的光的区域，并且可以可靠地实现激光振荡。

在配置1的发光元件中，凹面镜部分中的有效区域的半径r’_DBR可以满足ω₀≤r’_DBR≤20·ω₀，优选ω₀≤r’_DBR≤10·ω₀。或者，r’_DBR的值的示例包括r’_DBR≤1×10^-4m，优选r’_DBR≤5×10^-5m。此外，凹面镜部分的高度h_DBR的示例包括h_DBR≤5×10^-5m。此外，在包括这种优选配置的配置1的发光元件中，可以满足D_CI≥ω₀。

在本公开的发光元件等中，凹面镜部分的形状优选为球面形状或抛物线形状，其在距凹面镜部分的中心部分的束腰半径ω₀的范围(区域)内具有0.8或更大的确定系数。例如，在1.2倍束腰半径ω₀的范围(区域)内，或者在两倍束腰半径ω₀的范围(区域)内，凹面镜部分的形状理想地是具有0.8或更大、优选0.9或更大、更优选0.99或更大的确定系数的球形或抛物线形。确定系数CD是指示自变量(解释变量)能够解释因变量(解释变量)的程度的值，并且由以下公式(C)定义。具体地，当凹面镜部分的测量坐标由y_i表示，并且凹面镜部分的期望理想坐标由f_i表示时，通过从1减去通过将残差平方和除以测量坐标的平均值(y_ave)之差的平方和而获得的值来获得确定系数CD的平方。随着确定系数的平方越来越接近1，相对残差越来越小。注意，由凹面镜部分的一部分绘制的图形(测量坐标)可以通过用测量装置测量凹面镜部分的形状(具体地，凹面镜部分和第一光反射层之间的界面的形状)来获得。

CD²＝1-[Σ_i(y_i-f_i)²]/[Σ_i(y_i-y_ave)²] (C)

在本公开的发光元件等中，电流限制区域(电流非注入区域)优选形成在第二化合物半导体层中。具体地，电流限制区域(电流非注入区域)可以基于离子注入方法形成。在这种情况下，离子种类可以是选自硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅的至少一种离子(即，一种类型的离子或两种或多种类型的离子)。或者，电流限制区域(电流非注入区域)可以基于灰化处理形成在第二化合物半导体层中，可以基于反应蚀刻(RIE)处理形成在第二化合物半导体层中，或者可以基于等离子体照射形成。在这些处理中，电流限制区域(电流非注入区域)暴露于等离子体颗粒。因此，第二化合物半导体层的导电性变差，并且电流限制区域处于高阻状态。即，通过将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电流限制区域。等离子体颗粒的具体示例包括氩、氧和氮。或者，可以通过蚀刻形成在第二化合物半导体层上的绝缘膜来形成电流限制区域(电流非注入区域)。构成绝缘膜的材料的示例包括SiO_X、SiN_X、AlO_X、ZrO_X和HfO_X。或者，为了获得电流限制区域，可以通过RIE方法等蚀刻第二化合物半导体层等，以形成台面结构，或者可以从横向部分氧化一些层压的第二化合物半导体层，以形成电流限制区域。或者，这些可以适当地相互组合。

<配置2的发光元件>

此外，在包括上述优选形式和配置的本公开的发光元件等(包括配置1的发光元件)中，包括第二电极的层压结构可以具有与有源层占据的虚拟平面平行的至少两个光吸收材料层。在此处，为了方便起见，这种配置的发光元件称为“配置2的发光元件”。此外，配置2的发光元件优选具有至少四个光吸收材料层。

在包括上述优选配置的配置2的发光元件中，如果振荡波长(主要从发光元件发射的光的波长和期望的振荡波长)由λ₀表示，则两个光吸收材料层和位于光吸收材料层之间的层压结构的整体的等效折射率由n_eq表示，并且光吸收材料层之间的距离由L_Abs表示，优选满足：

0.9×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}≤L_Abs≤1.1×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}。

在此处，m是1或2或更大的任何整数，包括1。当两个光吸收材料层和构成位于光吸收材料层之间的层压结构的层中的每一个的厚度由t_i表示，并且其折射率由n_i表示时，

等效折射率n_eq由下式表示：

n_eq＝Σ(t_i×n_i)/Σ(t_i)。

在公式中，i＝1，2，3，...I，“I”是两个光吸收材料层和构成位于光吸收材料层之间的层压结构的层的总数，“Σ”是指i＝1至i＝I的值的总和。为了确定等效折射率n_eq，只需要通过对发光元件的横截面的电子显微镜观察等来观察组成材料，并基于每个组成材料的已知折射率和通过观察获得的厚度来执行计算。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，

0.9×{λ₀/(2·n_eq)}≤L_Abs≤1.1×{(λ₀)/(2·n_eq)}。

此外，当m是2或更大的任何整数，包括1时，例如，如果m＝1或2，在一些光吸收材料层中，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)}，

并且在剩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)}。

广泛地，在一些光吸收材料层中，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)}，

0.9×{(m’·λ₀)/(2·n_eq)}≤L_Abs≤1.1×{(m’·λ₀)/(2·n_eq)}。

在此处，m’是2或更大的任意整数。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。即，实际上，该距离是当光吸收材料层在其厚度方向上被有源层的虚拟平面切割时光吸收材料层的中心之间的距离。

此外，在包括上述各种优选配置的配置2的发光元件中，光吸收材料层优选具有λ₀/(4·n_eq)或更小的厚度。光吸收材料层的厚度的下限值可以是例如1nm。

此外，在包括上述各种优选配置的配置2的发光元件中，光吸收材料层可以位于层压结构中形成的光驻波中生成的最小振幅部分。

此外，在包括上述各种优选配置的配置2的发光元件中，有源层可以位于层压结构中形成的光驻波中生成的最大振幅部分。

此外，在包括上述各种优选配置的配置2的发光元件中，光吸收材料层可以具有构成是层压结构的化合物半导体的光吸收系数的两倍或更多倍的光吸收系数。在此处，可以通过对发光元件的横截面进行电子显微镜观察等观察组成材料并基于通过观察组成材料而获得的已知评估结果进行类比，来确定光吸收材料层的光吸收系数和构成层压结构的化合物半导体的光吸收系数。

此外，在包括上述各种优选配置的配置2的发光元件中，每个光吸收材料层可以包括选自以下中的至少一种：具有比构成层压结构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、透明导电材料和构成具有光吸收特性的材料的光反射层。在此处，在构成层压结构的化合物半导体是GaN的情况下，具有比构成层压结构的化合物半导体窄的带隙的化合物半导体材料的示例包括InGaN。掺杂杂质的化合物半导体材料的示例包括掺杂Si的n-GaN和掺杂B的n-GaN。透明导电材料的示例包括构成稍后描述的电极的透明导电材料。构成具有光吸收特性的材料的光反射层的示例包括构成稍后描述的光反射层的材料(例如，SiO_X、SiN_X或TaO_X)。每个光吸收材料层可以包括这些材料中的一种。或者，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。然而，从简化形成光吸收材料层的角度来看，一个光吸收材料层优选包括一种材料。光吸收材料层可以形成在第一化合物半导体层、第二化合物半导体层、第一光反射层或第二光反射层中。或者，可以使用其任意组合。或者，每个光吸收材料层也可以用作包括透明导电材料的电极，如下所述。

<配置3的发光元件>

此外，在包括上述优选形式和配置的本公开的发光元件等(包括配置1和2的发光元件)中，化合物半导体基板可以被设置在第一化合物半导体层的第一表面和第一光反射层之间。在此处，为了方便起见，这种配置的发光元件称为“配置3的发光元件”。在这种情况下，化合物半导体基板可以由GaN基板构成。注意，化合物半导体基板的厚度的示例包括5×10^-5m至1×10^-4m，但不限于这些值。此外，在包括这种配置的配置3的发光元件中，第一光反射层可以包括形成在由化合物半导体基板的突起构成的凹面镜部分的表面的一部分上的多层光反射膜。在此处，为了方便起见，这种配置的发光元件称为“配置3-A的发光元件”。或者，第一光反射层可以包括形成在化合物半导体基板上形成的凹面镜部分的表面的一部分上的多层光反射膜。在此处，为了方便起见，这种配置的发光元件称为“配置3-B的发光元件”。构成配置3-A的发光元件中的凹面镜部分的材料例如是GaN基板。作为GaN基板，可以使用极性基板、对极基板和非极性基板中的任何一种。同时，构成配置3-B的发光元件中的凹面镜部分的材料的示例包括透明介电材料，例如，TiO₂、Ta₂O₅或SiO₂、硅基树脂和环氧基树脂。

<配置4的发光元件>

或者，在包括上述优选形式和配置的本公开的发光元件等(包括配置1和2的发光元件)中，第一光反射层可以形成在第一化合物半导体层的第一表面上。在此处，为了方便起见，这种配置的发光元件称为“配置4的发光元件”。

此外，在包括上述优选形式和配置的本公开的发光元件等(包括配置1至4的发光元件)中，层压结构可以具有比第一光反射层更高的热导率值。构成第一光反射层的介电材料的热导率值通常约为10瓦/(m·K)或更小。同时，构成层压结构的基于GaN的化合物半导体的热导率值为约50瓦/(m·K)至约100瓦/(m·K)。

此外，在包括上述优选形式和配置的本公开的发光元件等(包括配置1至4的发光元件)中，如果发光元件的凹面镜部分的曲率半径(具体地，凹面镜部分中半径r’_DBR的有效区域)由R_DBR表示，则可以满足R_DBR≤1×10^-3m，优选1×10^-5m≤R_DBR≤1×10^-3m，更优选1×10^- ⁵m≤R_DBR≤1×10^-4m。

此外，在包括上述优选形式和配置(包括配置1至4的发光元件)的本公开的发光元件等中，在第一光反射层周围形成凸起部。第一光反射层不需要从凸起部突出，这可以保护第一光反射层。即，由于第一光反射层设置成从凸起部缩回的状态，例如，即使物体与凸起部接触，物体也不会与第一光反射层接触。这可以可靠地保护第一光反射层。

此外，在包括上述优选形式和配置的本公开的发光元件等(包括配置1至4的发光元件)中，构成位于有源层和第一光反射层之间的各种化合物半导体层(包括化合物半导体基板)的材料在折射率方面优选地没有10％或更大的调制(基于层压结构的平均折射率，折射率没有10％或更多的差异)。这可以抑制谐振器中光场干扰的发生。

如上所述，通过包括上述优选形式和配置的本公开的发光元件等，可以构成经由第一光反射层发射激光束的表面发射激光元件(垂直腔激光器VCSEL)或者经由第二光反射层发射激光束的表面发射激光元件。注意，在一些情况下，可以移除稍后描述的发光元件制造基板。

在本公开的发光元件等中，具体地，层压结构可以包括基于AlInGaN的化合物半导体。在此处，基于AlInGaN的化合物半导体的更具体的示例包括GaN、AlGaN、InGaN和AlInGaN。此外，如果需要，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)原子或锑(Sb)原子。有源层优选具有量子阱结构。具体地，有源层可以具有单量子阱结构(SQW结构)或多量子阱结构(MQW结构)。具有量子阱结构的有源层具有通过层压至少一个阱层和至少一个阻挡层而获得的结构。(构成阱层的化合物半导体、构成阻挡层的化合物半导体)的组合的示例包括(In_yGa_(1-y)N，GaN)、(In_yGa_(1-y)N，In_zGa_(1-z)N)[只要满足y>z)以及(In_yGa_(1-y)N，GaN)。第一化合物半导体层可以包括第一导电类型(例如，n型)的化合物半导体，并且第二化合物半导体层可以包括不同于第一导电类型的第二导电类型(例如，p型)的化合物半导体。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层也分别称为第一包覆层和第二包覆层。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层中的每一个可以是单一结构层、多层配置层或超晶格结构层。此外，第一化合物半导体层和第二化合物半导体层中的每一个可以包括成分梯度层和浓度梯度层。

层压结构形成在发光元件制造基板的第二表面上，或者形成在化合物半导体基板的第二表面上。发光元件制造基板的示例包括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基板以及在这些基板中的每一个的表面(主表面)上形成有下层或缓冲层的基板。优选使用GaN基板，因为其缺陷密度低。此外，化合物半导体基板的示例包括GaN基板。众所周知，GaN基板根据生长表面改变其极性特性、非极性特性和半极性特性中的特性，但是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，立方型或六方型)，也可以使用晶体取向平面(例如，所谓的表面A、B、C、R、M、N或S)、通过使这些平面在特定方向偏移而获得的平面等。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金属有机化学气相沉积法(MOCVD法)、金属有机气相外延法(MOVPE法)、分子束外延法(MBE法)、卤素有助于传输或反应的氢化物气相外延法(HVPE法)、原子层沉积法(ALD法)、迁移增强外延法(MEE法)和等离子体辅助物理气相沉积法(PPD法)。然而，该方法不限于此。

在此处，有机镓源气体在MOCVD法中的示例包括三甲基镓(TMG)气体和三乙基镓(TEG)气体。氮源气体的示例包括氨气和肼气体。例如，在形成具有n型导电性的基于GaN的化合物半导体层时，仅需要添加硅(Si)，作为n型杂质(n型掺杂剂)。例如，在形成具有p型导电性的基于GaN的化合物半导体层时，只需要添加镁(Mg)，作为p型杂质(p型掺杂剂)。在包含铝(Al)或铟(In)作为基于GaN的化合物半导体层的组成原子的情况下，三甲基铝(TMA)气体仅需要用作Al源，三甲基铟(TMI)气体仅需要用作In源。此外，甲硅烷气体(SiH₄气体)仅需要用作Si源，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)仅需要用作Mg源。注意，除了Si之外，n型杂质(n型掺杂剂)的示例还包括Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd和Po，除了Mg之外，p型杂质(p型掺杂剂)的示例还包括Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg和Sr。

例如，只需要由作为发光元件制造基板的各种基板中的任何一种构成支撑基板。或者，支撑基板可以由包括AlN等的绝缘基板、包括Si、SiC、Ge等的半导体基板、金属基板或合金基板构成。然而，优选使用导电基板。或者，从机械特性、弹性变形、塑性变形特性、热辐射特性等角度来看，优选使用金属基板或合金基板。作为支撑基板的厚度，例如，可以例示为0.05mm至1mm。作为将第二光反射层固定到支撑基板的方法，可以使用已知的方法，例如，焊料粘合方法、室温粘合方法、使用胶带的粘合方法、使用蜡粘合的粘合方法或使用粘合剂的方法。然而，从确保导电性的角度来看，理想地采用焊料接合方法或室温接合方法。例如，在作为导电基板的硅半导体基板用作支撑基板的情况下，期望采用能够在400℃或更低的低温下接合的方法，以便抑制由于热膨胀系数的差异导致的翘曲。在GaN基板用作支撑基板的情况下，粘合温度可以是400℃或更高。

在制造本公开的发光元件等时，在有源层、第二化合物半导体层、第二电极和第二光反射层依次形成在第一化合物半导体层上之后，可以留下发光元件制造基板，或者可以移除发光元件制造基板。具体地，只需要在第一化合物半导体层上依次形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极和第二光反射层，随后将第二光反射层固定到支撑基板，然后移除发光元件制造基板，以暴露第一化合物半导体层(第一化合物半导体层的第一表面)。可以通过使用碱性水溶液(例如，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)的湿法蚀刻方法、化学/机械抛光方法(CMP法)、机械抛光方法、干法蚀刻方法、使用激光的剥离方法等或其组合来移除发光元件制造基板。

在留下发光元件制造基板的情况下，第一电极仅需要形成在面向发光元件制造基板的第二表面的第一表面上，或者形成在面向化合物半导体基板的第二表面的第一表面上。此外，在不留下发光元件制造基板的情况下，仅需要在构成层压结构的第一化合物半导体层的第一表面上形成第一电极。注意，在这种情况下，由于第一光反射层形成在第一化合物半导体层的第一表面上，例如，第一电极仅需要形成为围绕第一光反射层。例如，第一电极理想地具有单层配置或多层配置，包括选自金(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)的至少一种金属(包括合金)。其具体示例包括Ti/Au、Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt和Ag/Pd。注意，多层配置的“/”中的层越靠前，该层就越靠近有源层。这同样适用于以下描述。例如，第一电极的膜可以通过诸如真空气相沉积法或溅射法等PVD法形成。

在第一电极形成为围绕第一光反射层的情况下，第一光反射层和第一电极可以彼此接触。或者，第一光反射层和第一电极可以彼此分离。即，第一光反射层和第一电极可以具有偏移，并且分离距离可以在1mm内。当位于第一光反射层中的电流注入区域和第一电极在平面内彼此分离时，电流流过第一化合物半导体层很长的距离。因此，为了保持在该电流路径中生成的电阻低，分离距离优选在1mm内。在一些情况下，第一电极甚至可以形成在第一光反射层的边缘上，或者第一光反射层甚至可以形成在第一电极的边缘上。在此处，在第一光反射层甚至形成在第一电极的边缘上的情况下，第一电极需要具有一定尺寸的开口，以便尽可能防止吸收激光振荡的基模光。开口的尺寸根据基模的波长和横向(第一化合物半导体层的平面方向)上的光学限制结构而变化，因此不受限制，但是优选地大约是振荡波长λ₀的几倍或更多倍。

第二电极可以包括透明导电材料。构成第二电极的透明导电材料的示例具体包括铟基透明导电材料[具体地，例如，铟锡氧化物(ITO，包括掺杂Sn的In₂O₃、结晶ITO和无定形ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓氧化物(IGO)、掺杂铟的镓锌氧化物(IGZO和In-GaZnO₄)、IFO(掺杂F的In₂O₃)]、ITiO(掺杂Ti的In₂O₃)、InSn或InSnZnO)、锡基透明导电材料[具体地，例如，氧化锡(SnO₂)、ATO(掺杂Sb的SnO₂)或FTO(掺杂F的SnO₂)以及锌基透明导电材料[具体地，例如，氧化锌(ZnO，包括掺杂Al的ZnO(AZO)和B掺杂的ZnO)、掺杂镓的氧化锌(GZO)、AlMgZnO(氧化铝和掺杂氧化镁的氧化锌)和NiO。或者，第二电极的示例包括具有氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化锑、氧化镍等的主体层的透明导电膜，并且还包括透明导电材料，例如，尖晶石型氧化物或具有YbFe₂O₄结构的氧化物。然而，构成第二电极的材料不限于透明导电材料，尽管根据第二光反射层和第二电极的设置状态。也可以使用诸如钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、金(Au)、钴(Co)或铑(Rh)等金属。第二电极只需要包括这些材料中的至少一种。例如，第二电极的薄膜可以通过诸如真空气相沉积法或溅射法等PVD法形成。或者，低电阻半导体层也可以用作透明电极层。在这种情况下，具体地，也可以使用n型基于GaN的化合物半导体层。此外，在p型层与n型基于GaN的化合物半导体层相邻的情况下，也可以通过经由隧道结将两层彼此粘合来降低界面的电阻。通过由透明导电材料构成第二电极，电流可以在横向(第二化合物半导体层的平面方向)上扩散，并且可以将电流有效地提供给电流注入区域。

焊盘电极可以设置在第一电极或第二电极上，以便将第一电极或第二电极电连接到外部电极或电路。焊盘电极理想地具有单层配置或多层配置，其包含选自钛(Ti)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、镍(Ni)和钯(Pd)的至少一种金属。或者，焊盘电极可以具有多层配置，例如，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。在第一电极包括Ag层或Ag/Pd层的情况下，优选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，并且优选在例如覆盖金属层上形成具有Ti/Ni/Au多层配置或Ti/Ni/Au/Cr/Au多层配置的焊盘电极。

构成第一光反射层和第二光反射层的光反射层(分布式布拉格反射层(DBR层))由例如半导体多层膜或介电多层膜构成。介电材料的示例包括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或BN_X)和氟化物。其具体示例包括TiO_X、NbO_X、ZrO_X、TaO_X、ZnO_X、AlO_X、HfO_X、SiN_X和AlN_X。此外，可以通过交替层压两种或多种介电膜来获得光反射层，所述介电膜包括这些介电材料中具有不同折射率的介电材料。例如，优选多层膜，例如，SiO_X/SiN_Y、SiO_X/TaO_X、SiO_X/NbO_Y、SiO_X/ZrO_Y或SiO_X/AlN_Y。为了获得期望的光反射率，只需要适当地选择构成每个介电膜的材料、膜厚度、层压层的数量等。每个介电膜的厚度可以根据所使用的材料等适当调整，并且由振荡波长(发射波长)λ₀和在振荡波长λ₀下所使用的材料的折射率n确定。具体地，每个介电膜的厚度优选为λ₀/(4n)的奇数倍。例如，在光反射层由振荡波长λ₀为410nm的发光元件中的SiO_X/NbO_Y构成的情况下，每个介电膜的厚度可以为约40nm至70nm。层压层的数量可以是2个或更多，优选约5至20个。光反射层的总厚度可以是例如约0.6μm至1.7μm。此外，光反射层的光反射率理想地为95％或更大。

光反射层可以基于已知的方法形成。该方法的具体示例包括：PVD法，例如，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、离子镀法或激光烧蚀法；各种CVD方；涂覆方法，例如，喷涂方法、旋涂方法或浸渍方法；组合两种或多种这些方法的方法；以及将这些方法与选自全部或部分预处理、用惰性气体(Ar、He、Xe等)或等离子体照射、用氧气、臭氧或等离子体照射、氧化处理(热处理)和曝光处理中的一种或多种组合的方法。

电流注入区域和电流非注入区域之间的边界的形状以及在元件区或电流限制区域中形成的开口的平面形状的具体示例包括圆形、椭圆形、矩形和多边形(三角形、四边形、六边形等)。在电流注入区域和电流非注入区域之间的边界的形状是圆形的情况下，该圆形优选具有大约5μm到100μm的直径。在此处，“元件区域”是指受限电流注入其中的区域、光被折射率差等限制的区域、在夹在第一光反射层和第二光反射层之间的区域中发生激光振荡的区域，或者实际上有助于在夹在第一光反射层和第二光反射层之间的区域中的激光振荡的区域。

层压结构的侧表面和暴露表面可以涂覆有涂层。涂层可以基于已知的方法形成。构成涂层的材料的折射率优选小于构成层压结构的材料的折射率。构成涂层的材料的示例包括含有SiO₂的基于SiO₂的材料、基于SiN_X的材料、基于SiO_YN_Z的材料、TaO_X、ZrO_X、AlN_X、AlO_X和GaO_X，并且还包括有机材料，例如，聚酰亚胺树脂。形成涂层的方法的示例包括PVD法(例如，真空气相沉积法或溅射法)以及CVD法。也可以基于涂覆方法形成涂层。

[示例1]

示例1涉及本公开的发光元件和发光元件阵列，并且具体地涉及根据本公开的第一方面的发光元件和配置3-A的发光元件。下文描述的示例1的发光元件或示例2至4和6至10中的每一个的发光元件更具体地由经由第一光反射层发射激光束的表面发射激光元件(垂直腔激光器(VCSEL))构成。此外，稍后描述的示例5的发光元件更具体地由经由第二光反射层发射激光束的表面发射激光元件(垂直腔激光器(VCSEL))构成。图1示出了示例1的发光元件的示意性部分端视图。此外，图2示出了从图1中移除了光会聚/发散改变装置的示例1的发光元件的示意性部分端视图。

如后所述，示例1的发光元件或示例2至10中每一个的发光元件包括：

(A)通过层压以下部件而获得的层压结构20(具体地，基于GaN的化合物半导体)：

具有第一表面21a和面向第一表面21a的第二表面21b的第一导电类型(具体地，n型)第一化合物半导体层21；

面向第一化合物半导体层21的第二表面21b的有源层(发光层)23；以及

第二导电类型(具体地，p型)第二化合物半导体层22，其具有面向有源层23的第一表面22a和面向第一表面22a的第二表面22b；

(B)设置在第一化合物半导体层21的第一表面21a侧的第一光反射层41；

(C)设置在第二化合物半导体层22的第二表面22b侧的第二光反射层42；和

(D)光会聚/发散改变装置50。第一光反射层41形成在凹面镜部分43上。第二光反射层42具有平坦形状。另外，当有源层23中生成的光发射到外部时，有源层23中生成的光入射到光会聚/发散改变装置50之前的光会聚/发散状态不同于有源层23中生成的光穿过光会聚/发散改变装置50之后的光会聚/发散状态。

此外，示例1的发光元件阵列包括并列设置的示例1的多个发光元件。此外，从发光元件发射的光束具有不同的波长。发射不同波长光束的发光元件的配置和结构可以是已知的配置和结构。此外，多个发光元件安装在例如一个安装基板上。从发光元件发射的光的颜色的示例包括蓝色、绿色和红色。

然后，当有源层23中生成的光穿过光会聚/发散改变装置50时，在示例1的发光元件中，光比入射到光会聚/发散改变装置50上之前会聚得更多。在此处，在示例1的发光元件中，光会聚/发散改变装置50由凸透镜构成，但是本公开不限于此。此外，已经穿过光会聚/发散改变装置50的光是例如平行光。光会聚/发散改变装置50可以例如通过回蚀诸如SiO₂等透明绝缘材料层来形成。

另外，在示例1的发光元件中，如上所述，光经由第一光反射层41发射，并且光会聚/发散改变装置50设置在第一光反射层41的发光侧。具体地，光会聚/发散改变装置50形成在第一光反射层41的发光表面41a上。此外，光会聚/发散改变装置50在光轴(Z轴)上的曲率中心(具体地，对应于凹面镜部分中半径r’_DBR的有效区域的光会聚/发散改变装置50的区域中的曲率中心)比第一光反射层41在光轴(Z轴)上的曲率中心(具体地，对应于凹面镜部分中半径r’_DBR的有效区域的第一光反射层41的区域中的曲率中心(位于更靠近发光表面的位置)更靠近光会聚/发散改变装置50。

此外，在光轴(Z轴)上，从光会聚/发散改变装置50的光发射表面50A到第一光反射层41的光发射表面41a的距离为1×10^-6m至1×10^-3m，具体为10μm。另外，当第一光反射层41的平面形状被假设为圆形时，该圆形具有1×10^-4m或更小的直径，光会聚/发散改变装置50沿光轴(Z轴)的厚度为1×10^-6m至1×10^-3m，特别是10μm。从有源层23到第一光反射层41的距离为1×10^-5m至5×10^-4m，特别是50μm。沿着光轴(Z轴)从第一光反射层41到第二光反射层的距离为1×10^-5m或更大，即谐振器长度L_OR为1×10^-5m≤L_OR，特别是L_OR＝50μm。注意，第一光反射层41的从第一化合物半导体层21的第一表面21a到一定深度的区域、层压结构20(第一化合物半导体层21、有源层23和第二化合物半导体层22)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谐振器。

此外，第二化合物半导体层22具有电流注入区域61A和围绕电流注入区域61A的电流非注入区域(电流限制区域)61B。凹面镜部分43的形状是球形或抛物线形，在距凹面镜部分43的中心部分的束腰半径ω₀的范围(区域)内或者例如在期望的区域内，例如，在束腰半径ω₀的1.2倍的范围(区域)内或束腰半径ω₀的两倍的范围(区域)内，具有0.8或更大、优选0.9或更大、更优选0.99或更大的确定系数。具体地，在示例1的发光元件中，当沿着包括层压结构20的层压方向的虚拟平面切割凹面镜部分43时，由面向凹面镜部分43的一部分(凹面镜部分43中的有效区域44和上述期望区域)中的层压结构20的界面43a绘制的图形是圆的一部分或抛物线的一部分。注意，凹面镜部分43的位于有效区域44外部的部分的形状(横截面形状)不需要是圆的一部分或抛物线的一部分。

此外，由GaN基板构成的化合物半导体基板11设置在第一化合物半导体层21的第一表面21a和第一光反射层41之间。面向第一化合物半导体层21的化合物半导体基板(发光元件制造基板)11的表面称为“第二表面11b”，面向第二表面11b的表面称为“第一表面11a”。即，层压结构20形成在导电化合物半导体基板11的第二表面11b上。此外，第一光反射层41由多层光反射膜45构成，多层光反射膜45形成在由化合物半导体基板11的第一表面11a的突起11a’构成的凹面镜部分43的表面的至少一部分(具体地，凹面镜部分43的表面)上。此外，当凹面镜部分43的曲率半径(具体地，凹面镜部分43中半径r’_DBR的有效区域44)由R_DBR表示时，

满足R_DBR≤1×10^-3m。具体地，可以举例说明

L_OR＝50μm，

R_DBR＝70μm，以及

r’_DBR＝15μm，

但不限于此。另外，由于主要从发光元件发射的期望光的波长(振荡波长)λ₀，可以举例说明

λ₀＝450nm。

或者，为了构成发光元件阵列，除了发射蓝光的发光元件之外，作为发射绿光或红光的发光元件的(振荡波长)λ₀，可以举例说明

λ₀＝515nm，以及

λ₀＝635nm。

在此处，当从有源层23到凹面镜部分43和多层光反射膜45之间的界面的距离由T₀表示时，理想抛物线函数x＝f(z)可以由以下公式表示

x＝z²/t₀，以及

h_DBR＝r’_DBR ²/2T₀。

然而，当界面43a绘制的图形是抛物线的一部分时，不言而喻，抛物线可能偏离这样的理想抛物线。然而，如上所述，在期望的区域中，形状是具有0.8或更大的确定系数的球形或抛物线形。

此外，层压结构20具有比第一光反射层41更高的热导率值。构成第一光反射层41的介电材料的热导率值约为10瓦/(m·K)或更小。同时，构成层压结构20的基于GaN的化合物半导体的热导率值为约50瓦/(m·K)至约100瓦/(m·K)。

第一化合物半导体层21由n-GaN层构成，有源层23具有通过层压In_0.04Ga_0.96N层(阻挡层)和In_0.16Ga_0.84N层(阱层)而获得的五层多量子阱结构，第二化合物半导体层22由p-GaN层构成。第一电极31形成在化合物半导体基板11的第一表面11a上。同时，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，形成或连接要电连接到外部电极或电路的焊盘电极(未示出)，例如包括Ti/Pt/Au或V/Pt/Au。在第二电极32的边缘上，形成或连接要电连接到外部电极或电路的焊盘电极33，例如包括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均具有Ta₂O₅层和SiO₂层的层压结构(层压介电膜的总数：20)。第一光反射层41和第二光反射层42均具有如上所述的多层配置，但是为了简化附图，都由一层表示。形成在第一电极31、第一光反射层41、第二光反射层42和绝缘膜(电流限制区域)34中的每个开口34A的平面形状是圆形。

在下文中，参考图3A、3B、4、5、6、7和8，这些图是层压结构等的示意性部分端视图，将描述用于制造示例1的发光元件的方法。

[步骤100]

首先，在厚度约为0.4mm的化合物半导体基板11的第二表面11b上，形成

通过层压以下部件而获得的含基于GaN的化合物半导体的层压结构20：

具有第一表面21a和面向第一表面21a的第二表面21b的第一化合物半导体层21；

与第一化合物半导体层21的第二表面21b接触的有源层(发光层)23；以及

具有面向有源层23的第一表面22a和面向第一表面22a的第二表面22b的第二化合物半导体层22。

具体地，通过基于根据已知MOCVD法的外延生长方法，在化合物半导体基板11的第二表面11b上依次形成第一化合物半导体层21、有源层23和第二化合物半导体层22，可以获得层压结构20(参见图3A)。

[步骤110]

随后，在第二化合物半导体层22的第二表面22b上，基于诸如CVD法、溅射法或真空气相沉积法等成膜方法和湿法蚀刻法或干法蚀刻法的组合，来形成具有开口34A的含SiO₂的绝缘膜(电流限制层)34(参见图3B)。电流限制区域(电流注入区域61A和电流非注入区域61B)由具有开口34A的绝缘膜34限定。即，电流注入区域61A由开口34A限定。

为了获得电流限制区域，可以在第二电极32和第二化合物半导体层22之间形成包括绝缘材料(例如，SiO_X、SiN_X、AlO_X、ZrO_X或HfO_X)的绝缘膜(电流限制层)。或者，第二化合物半导体层22可以通过RIE方法等蚀刻，以形成台面结构。或者，层压的第二化合物半导体层22的一部分可以从横向部分氧化，以形成电流限制区域。杂质可以通过离子注入而注入到第二化合物半导体层22中，以形成电导率降低的区域。或者，这些可以适当组合。然而，第二电极32需要电连接到第二化合物半导体层22的一部分，由于电流限制，电流流过该部分。

[步骤120]

此后，在第二化合物半导体层22上形成第二电极32和第二光反射层42。具体地，例如，基于剥离方法，第二电极32包括第二化合物半导体层22的第二表面22b，该第二表面22b暴露于开口34A的底表面(电流注入区域61A)，直到绝缘膜34的顶表面。此外，焊盘电极33基于诸如溅射法或真空气相沉积法等成膜方法和诸如湿法蚀刻法或干法蚀刻法等图案化方法的组合来形成。随后，基于诸如溅射法或真空气相沉积法等成膜方法和诸如湿法蚀刻法或干法蚀刻法等图案化方法的组合，第二光反射层42包括第二电极32的顶表面至焊盘电极33的顶表面。第二电极32上的第二光反射层42具有平坦形状。以这种方式，可以获得图4所示的结构。

[步骤130]

随后，第二光反射层42经由粘合层48固定到支撑基板49(见图5)。具体地，第二光反射层42使用包括粘合剂的粘合层48固定到由蓝宝石基板构成的支撑基板49。

[步骤140]

随后，基于机械抛光方法或CMP法薄化化合物半导体基板11。此外，化合物半导体基板11的第一表面11a是镜面抛光的(见图6)。化合物半导体基板11的第一表面11a优选具有10nm或更小的表面粗糙度Ra值。表面粗糙度Ra在JIS B-610：2001中定义，并且可以在基于AFM和横截面TEM的观察的基础上具体测量。然后，由突起11a’构成的凹面镜部分43形成在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上。具体地，图案化的抗蚀剂层形成在化合物半导体基板11的第一表面11a上，在该第一表面11a上将形成凹面镜部分43，并且抗蚀剂层加热，并由此回流，以获得抗蚀剂图案。向抗蚀剂图案提供与突起11a’相同的形状(或相似的形状)。然后，通过使用RIE方法等回蚀抗蚀剂图案和化合物半导体基板11的第一表面11a，可以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成由突起11a’构成的凹面镜部分43(见图7)。

[步骤150]

此后，在凹面镜部分43的至少一部分上形成有多层光反射膜45。具体地，基于诸如溅射法或真空气相沉积法等已知方法，多层光反射膜45包括化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)，直到凹面镜部分43的顶表面。然后，基于图案化方法，例如，湿法蚀刻方法或干法蚀刻方法，移除多层光反射膜45的不必要部分，以获得第一光反射层41(见图8)。此后，基于诸如溅射法或真空气相沉积法等成膜方法和诸如湿法蚀刻法或干法蚀刻法等图案化方法的组合，在化合物半导体基板11的第一表面11a上形成第一电极31，以获得电连接到第一化合物半导体层21的第一电极31。

[步骤160]

随后，为了形成光会聚/发散改变装置50，例如，基于CVD法，在包括第一光反射层41和第一电极31的化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成含SiO₂的透明绝缘材料层。然后，在透明绝缘材料层上形成具有与凸透镜相同横截面形状的抗蚀剂材料层，并且抗蚀剂材料层和透明绝缘材料层进行回蚀，以获得形成在第一光反射层41的发光表面41a上并由凸透镜构成的光会聚/发散改变装置50。

[步骤170]

然后，移除支撑基板49和接合层48。以这种方式，可以获得图1所示的结构。此后，通过进一步执行所谓的元件分离，发光元件分离。层压结构的侧表面和暴露表面涂覆有例如含SiO₂的绝缘层。随后，通过执行封装或密封，完成示例1的发光元件。

注意，在[步骤140]中，在化合物半导体基板11变薄，并且在镜面抛光之后，可以移除支撑基板49和接合层48。此外，可以留下支撑基板49和粘合层48。

在示例1的发光元件中，第一光反射层包括凹面镜部分。因此，即使谐振器长度L_OR为1×10^-5m或更大，也可以避免衍射损耗的增加。结果，可以可靠地执行激光振荡，并且谐振器长度L_OR可以是1×10^-5m或更大。因此，可以减轻热饱和的问题。此外，因为谐振器长度L_OR可以是×10^-5m或更大，所以发光元件的制造工艺的公差增加。结果，可以提高屈服。

此外，因为示例1的发光元件或发光元件阵列包括光会聚/发散改变装置，所以当有源层中生成的光发射到外部时的发射状态可以被精确地控制为期望的状态。

此外，除了稍后描述的示例4之外，在发光元件的制造过程中使用GaN基板，但是基于用于在横向上执行外延生长的方法(例如，ELO方法)未能形成基于GaN的化合物半导体。因此，作为GaN基板，不仅可以使用极性GaN基板，还可以使用反极性GaN基板或非极性GaN基板。如果使用极性GaN基板，由于有源层中压电场的影响，发光效率倾向于降低。然而，如果使用非极性GaN基板或反极性GaN基板，可以解决或减轻这样的问题。

[示例2]

示例2是示例1的变型例，并且涉及配置3-B的发光元件。在图9的示意性部分端视图中示出的示例2的发光元件中，凹面镜部分43由形成在化合物半导体基板11上(具体地，在化合物半导体基板11的第一表面11a上)的突起43’构成。第一光反射层41由形成在凹面镜部分43(突起43’)上的多层光反射膜45构成。构成突起43’(突起43’)的材料的示例包括透明介电材料，例如，TiO₂、Ta₂O₅或SiO₂、硅基树脂和环氧基树脂。

在示例2的发光元件中，化合物半导体基板11在与示例1的[步骤-140]类似的步骤中变薄并镜面抛光，然后由突起43’构成的凹面镜部分43形成在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上。具体地，例如，TiO₂层或Ta₂O₅层形成在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上。随后，在将要形成凹面镜部分43的TiO₂层或Ta₂O₅层上形成图案化的抗蚀剂层，并且加热抗蚀剂层并由此回流，以获得抗蚀剂图案。向抗蚀剂图案提供与突起43’相同的形状(或相似的形状)。然后，通过回蚀抗蚀剂图案和TiO₂层或Ta₂O₅，可以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成由突起43’构成的凹面镜部分43。随后，基于已知方法，多层光反射膜45包括化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)一直到凹面镜部分43的顶表面。此后，移除多层光反射膜45的不必要部分，以获得第一光反射层41。此后，在化合物半导体基板11的第一表面11a上形成第一电极31，以获得电连接到第一化合物半导体层21的第一电极31。

除了以上几点之外，示例2的发光元件的配置和结构可以类似于示例1的发光元件的配置和结构，因此将省略详细描述。注意，支撑基板49和接合层48可以留下，而不移除。

[示例3]

示例3也是示例1和2的变型例，并且涉及配置4的发光元件。在图10的示意性部分端视图中示出的示例3的发光元件中，第一光反射层41形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。在制造示例3的发光元件时，在与示例1的[步骤-140]类似的步骤中，移除发光元件制造基板11，并且暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a。然后，类似于示例1，在要形成凹面镜部分43的第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成图案化的抗蚀剂层，并且加热抗蚀剂层，由此进行回流，以获得抗蚀剂图案。向抗蚀剂图案提供与突起21c相同的形状(或类似的形状)。然后，通过回蚀抗蚀剂图案和第一化合物半导体层21的第一表面21a，由突起21c构成的凹面镜部分43可以形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。或者，在图11的示意性部分端视图中示出的示例3的发光元件的变型例中，例如，TiO₂层或Ta₂O₅层形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。随后，在将要形成凹面镜部分43的TiO₂层或Ta₂O₅层上形成图案化的抗蚀剂层，并且加热抗蚀剂层，由此回流，以获得抗蚀剂图案。向抗蚀剂图案提供与突起21d相同的形状(或类似的形状)。然后，通过回蚀抗蚀剂图案和TiO₂层或Ta₂O₅层，可以在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成由突起21d构成的凹面镜部分43。

除了以上几点之外，示例3的每个发光元件的配置和结构及其变型例可以类似于示例1或2的发光元件的配置和结构，因此将省略详细描述。注意，支撑基板49和接合层48可以留下，而不移除。

[示例4]

示例4是示例3的变型例。示例4的发光元件的示意性部分端视图基本上类似于图11中的发光元件，并且示例4的发光元件的配置和结构可以基本上类似于示例3的配置和结构，因此将省略详细描述。

在示例4中，首先，用于形成凹面镜部分43的凹入部分43A形成在发光元件制造基板11的第二表面11b上。然后，包括多层膜的第一光反射层41形成在发光元件制造基板11的第二表面11b上。此后，在第一光反射层41上形成平坦化膜46。平坦化膜46和第一光反射层41被平坦化，并且暴露发光元件制造基板11的第二表面11b的一部分，同时留下平坦化膜46和第一光反射层41(见图12A)。第一光反射层41的平面形状是圆形。然而，第一光反射层41的形状不限于此。

接下来，使用用于在横向执行外延生长的方法，例如，ELO方法，基于横向生长，在包括第一光反射层41的发光元件制造基板11上形成层压结构20(参见图12B)。此后，执行示例1中的[步骤110]和[步骤120]。然后，移除发光元件制造基板11，并且在第一化合物半导体层21的暴露的第一表面21a上形成第一电极31。或者，第一电极31形成在发光元件制造基板11的第一表面11a上，而不移除发光元件制造基板11。

[示例5]

示例5涉及根据本公开的第二方面的发光元件。图13示出了示例5的发光元件的示意性部分端视图。在示例5的发光元件中，经由第二光反射层42发射光，并且光会聚/发散改变装置50设置在第二光反射层42的发光侧。具体地，光会聚/发散改变装置50形成在第二光反射层42的发光表面42a上。此外，光会聚/发散改变装置50在光轴(Z轴)上的曲率中心(具体地，对应于凹面镜部分中半径r’_DBR的有效区域的光会聚/发散改变装置50的区域中的曲率中心)比第一光反射层41在光轴(Z轴)上的曲率中心更靠近光会聚/发散改变装置50(具体地，对应于凹面镜部分中半径r’_DBR的有效区域的第一光反射层41的区域中的曲率中心)(位于更靠近发光表面的位置)。

在制造示例5的发光元件时，执行与示例1中的[步骤100]至[步骤120]相似的步骤。随后，为了形成光会聚/发散改变装置50，例如，基于CVD法，在包括第二光反射层42的第二化合物半导体层22上形成含SiO₂的透明绝缘材料层。然后，具有与凸透镜相同横截面形状的抗蚀剂材料层形成在透明绝缘材料层上，并且抗蚀剂材料层和透明绝缘材料层回蚀，以获得形成在第二光反射层42的发光表面42a上并由凸透镜构成的光会聚/发散改变装置50。

此后，执行示例1中的[步骤130]至[步骤150]和[步骤170]。以这种方式，可以获得图13所示的结构。此后，通过进一步执行所谓的元件分离，分离发光元件。例如，层压结构的侧表面和暴露表面涂覆有含SiO₂的绝缘层。随后，通过执行封装或密封，完成示例5的发光元件。注意，在[步骤150)之后，包括第一光反射层41和第一电极31的化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)可以经由粘合层固定到支撑基板。

[示例6]

示例6是示例1至5的变型例。在示例6的发光元件中，第一光反射层41包括透光部分41A和围绕透光部分41A的遮光部分41B。在示例6的发光元件中，电流注入区域61A的外边缘的形状优选地类似于光透射部分41A的外边缘的形状，凹面镜部分43的外边缘的形状优选地类似于光透射部分41A的外边缘的形状。例如，遮光部分41B包括Ti/Pt/Au叠层。注意，在与下面描述的示例6的发光元件相关的附图中，为了简化附图，没有示出光会聚/发散改变装置50。

在示例6的发光元件中，第一光反射层包括透光部分，但是遮光部分的具体位置的示例包括上述各种位置。此外，用于制造示例6的发光元件的方法还包括在凹面镜部分的一部分上形成遮光部分或者从凹面镜部分的一部分的顶表面直到凹面镜部分的外部区域形成遮光部分的步骤。

图14、图15、图16、图17、图18和图19示出了将示例6中的遮光部分应用于图1所示的示例1的发光元件的示例。此外，在图20中示出了将示例6中的遮光部分应用于图9中示出的示例2的发光元件的示例，在图21中示出了将示例6中的遮光部分应用于图10中示出的示例3的发光元件的示例，并且在图22中示出了将示例6中的遮光部分应用于图11中示出的示例3的发光元件的变型例的示例。

在图14所示的示例中，遮光部分41B形成在化合物半导体基板11的第一表面11a和凹面镜部分43的一部分上。在图15所示的示例中，遮光部分41B形成在凹面镜部分43的一部分上。在图16所示的示例中，遮光部分41B形成在化合物半导体基板11的第一表面11a的一部分上。在图17所示的示例中，遮光部分41B形成在化合物半导体基板11的第一表面11a和第一光反射层41的一部分上。在图18所示的示例中，遮光部分41B形成在第一光反射层41的一部分上。在图19所示的示例中，遮光部分41B形成在化合物半导体基板11的第一表面11a的一部分上。注意，图15至19所示的遮光部分可以适当地应用于其他示例。在图20所示的示例中，遮光部分41B形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a和凹面镜部分43的一部分上。在图21和图22所示的示例中，遮光部分41B形成在凹面镜部分43的一部分上。

[示例7]

示例7也是示例1至6的变型例，并且涉及配置1的发光元件。如上所述，电流注入区域61A和电流非注入区域61B(电流限制区域)由具有开口34A的绝缘膜34限定。即，电流注入区域61A由开口34A限定。即，在示例7的发光元件中，第二化合物半导体层22具有电流注入区域61A和围绕电流注入区域61A的电流非注入区域61B。从电流注入区域61A的面积重心到电流注入区域61A和电流非注入区域61B之间的边界61C的最短距离D_CI满足上述公式(A)和(B)。

在示例7的发光元件中，第一光反射层41的凹面镜部分43中的有效区域的半径r’_DBR满足：

ω₀≤r’_DBR≤20·ω₀。

此外，满足D_CI≥ω₀。并且满足R_DBR≤1×10^-3。具体地，可以举例说明

D_CI＝4μm，

ω₀＝1.5μm，

L_OR＝50μm，

R_DBR＝60μm，以及

λ₀＝525nm。

此外，开口34A的直径可以例示为8μm。作为GaN基板，使用具有通过在m轴方向上将c平面倾斜大约75°而获得的主表面的基板。即，GaN基板具有{20-21}平面，该平面是作为主表面的半极性平面。注意，这种GaN基板也可以用在其他示例中。

凹面镜部分43的中心轴(Z轴)和电流注入区域61A之间在XY平面方向上的偏差劣化了发光元件的特性。光刻经常用于形成凹面镜部分43的图案化和用于形成开口34A的图案化。在这种情况下，凹面镜部分43和开口34A之间的位置关系通常根据曝光机的性能在XY平面中移动。具体地，通过从第二化合物半导体层22侧执行对准来定位开口34A(电流注入区域61A)。同时，通过从化合物半导体基板11侧执行对准来定位凹面镜部分43。因此，在示例7的发光元件中，通过将开口34A(电流注入区域61)形成为大于光被凹面镜部分43聚焦的区域，即使在凹面镜部分43的中心轴(Z轴)和电流注入区域61A之间在XY平面方向上出现偏差，该结构也不影响振荡特性。

即，在收集由第一光反射层反射的光的区域不包括在对应于有源层通过电流注入而获得增益的区域的电流注入区域中的情况下，抑制来自载流子的光的受激发射。结果，可以抑制激光振荡。因此，通过满足上述公式(A)和(B)，可以确保在电流注入区域中包括收集由第一光反射层反射的光的区域，并且可以可靠地实现激光振荡。

[示例8]

示例8也是示例1至7的变型例，并且涉及配置2的发光元件。

顺便说一句，如果由两个DBR层和在其间形成的层压结构构成的整个层压结构的等效折射率由n_eq表示，并且要从表面发射激光元件(发光元件)发射的激光束的波长由λ₀表示，则整个层压结构中的谐振器长度L_OR由下式表示

L＝(m·λ₀)/(2·n_eq)。

在此处，m表示正整数。此外，在表面发射激光元件(发光元件)中，可能振荡的波长由谐振器长度L_OR确定。可以振荡的每个振荡模式都称为纵向模式。此外，在纵向模式中，与有源层确定的增益谱匹配的纵向模式会导致激光振荡。如果有效折射率由n_eff表示，则纵向模式之间的间隔Δλ由下式表示

λ₀ ²/(2n_eff·L)。

即，谐振器长度L_OR越长，纵向模式之间的间隔Δλ越窄。因此，在谐振器长度L_OR长的情况下，多个纵向模式可以存在于增益谱中，因此多个纵向模式可以振荡。注意，如果振荡波长由λ₀表示，则等效折射率n_eq和有效折射率n_eff之间满足以下关系。

n_eff＝n_eq-λ₀·(dn_eq/dλ₀)

在此处，在层压结构包括基于GaAs的化合物半导体层的情况下，谐振器长度L_OR通常短至1μm或更短，并且通常从表面发射激光元件发射纵向模式中的一种(一个波长)激光束(参见图30A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式的激光束的振荡波长。同时，在层压结构包括基于GaN的化合物半导体层的情况下，谐振器长度L_OR通常是从表面发射激光元件发射的激光束波长的几倍长。因此，可以从表面发射激光元件发射纵向模式中的多种激光束(参见图30B的概念图)，并且难以精确控制可以从表面发射激光元件发射的激光束的振荡波长。

如图23或图24的示意性部分截面图(示例1的发光元件的变型例)所示，在示例8的发光元件或稍后描述的示例9和10中的每一个的发光元件中，在包括第二电极32的层压结构20中，与有源层23占据的虚拟平面平行地形成至少两个光吸收材料层71，优选至少四个光吸收材料层71。具体地，在示例8中，形成20个光吸收材料层71。注意，为了简化附图，在附图中仅示出了两个光吸收材料层71。

在示例8中，振荡波长(从发光元件发射的期望振荡波长)λ₀是450nm。20光吸收材料层71包括具有比构成层压结构20的化合物半导体窄的带隙的化合物半导体材料，具体包括n-In_0.2Ga_0.8N，并且形成在第一化合物半导体层21中。光吸收材料层71的厚度为λ₀/(4·n_eq)或更小，具体为3nm。此外，光吸收材料层71的光吸收系数是由n-GaN层构成的第一化合物半导体层21的光吸收系数的两倍或更多，具体地1×10³倍。

此外，光吸收材料层71位于在层压结构中形成的光驻波中生成的最小振幅部分，并且有源层23位于在层压结构中形成的光驻波中生成的最大振幅部分。有源层23在其厚度方向上的中心和在其厚度方向上与有源层23相邻的光吸收材料层71的中心之间的距离为46.5nm。此外，如果两个光吸收材料层71和位于光吸收材料层71之间的层压结构(具体地，示例8中的第一化合物半导体层21)的整体的等效折射率由n_eq表示，并且光吸收材料层71之间的距离由L_Abs表示，满足：

0.9×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}≤L_Abs≤1.1×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}。

在此处，m是1或2或更大的任何整数，包括1。然而，在示例8中，m＝1。因此，在所有多个光吸收材料层71(20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×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}≤L_Abs≤1.1×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}。

具体地，等效折射率n_eq的值是2.42，并且当m＝1时，具体地，满足：

L_Abs＝1×450/(2×2.42)

＝93.0nm

注意，在20个光吸收材料层71的一些中，m可以是2或更大的任意整数。

在制造示例8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20。此时，20个光吸收材料层71也形成在第一化合物半导体层21中。除了这一点，可以基于与示例1的发光元件类似的方法制造示例8的发光元件。

在由有源层23确定的增益谱内生成多个纵向模式的情况下，在图25中示意性地示出这种情况。注意，图25示出了纵向模式A和纵向模式B这两种纵向模式。另外，在这种情况下，假设光吸收材料层71位于纵向模式A的最小振幅部分，而不位于纵向模式B的最小振幅部分。在这种情况下，纵向模式A的模式损耗最小，但是纵向模式B的模式损耗较大。在图25中，纵向模式B的模式损耗部分由实线示意性地表示。因此，在纵向模式A中比在纵向模式B中更容易发生振荡。因此，通过使用这种结构，换言之，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式并使振荡更容易。同时，对于另一种不期望的纵向模式，可以增加模式损耗。因此，可以抑制另一种不期望的纵向模式中的振荡。

如上所述，在示例8的发光元件中，由于在层压结构中形成至少两个光吸收材料层，所以在可以从表面发射激光元件发射的多种纵向模式的激光束中，可以抑制不期望的纵向模式的激光束振荡。结果，可以精确控制发射激光束的振荡波长。另外，注意，示例8的发光元件具有凹面镜部分43，因此能够可靠地抑制衍射损失的发生。

[示例9]

示例9是示例8的变型例。在示例8中，每个光吸收材料层71包括具有比构成层压结构20的化合物半导体窄的带隙的化合物半导体材料。同时，在示例9中，十个光吸收材料层71中的每一个包括掺杂有杂质的化合物半导体材料，具体地，具有1×10¹⁹/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9中，振荡波长λ₀是515nm。注意，有源层23的组成为In_0.3Ga_0.7N。在示例9中，m＝1，L_Abs值为107nm，有源层23在其厚度方向上的中心和在其厚度方向上与有源层23相邻的光吸收材料层71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9的发光元件的配置和结构可以类似于示例8的发光元件的配置和结构，因此将省略详细描述。注意，在十个光吸收材料层71中的一些中，m可以是2或更大的任意整数。

[示例10]

示例10是示例8的变型例。在示例10中，五个光吸收材料层(为方便起见，称为“第一光吸收材料层”)中的每一个都具有与示例8的光吸收材料层71相似的配置，即，包括n-In_0.3Ga_0.7N。此外，在示例10中，一个光吸收材料层(为方便起见，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用作包括ITO的第二电极32。在示例10中，振荡波长λ₀是450nm。此外，m＝1或2。在m＝1的情况下，L_Abs的值为93.0nm，有源层23在其厚度方向上的中心与有源层23在其厚度方向上相邻的第一光吸收材料层的中心之间的距离为46.5nm，并且五层第一光吸收材料层的厚度为3nm。即，在五层第一光吸收材料层中，满足

0.9×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}≤L_Abs≤1.1×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}。

此外，在与有源层23相邻的第一光吸收材料层和第二光吸收材料层的每一个中，满足m＝2。即，满足：

0.9×{(2·λ₀)/(2·n_eq)}≤L_Abs≤1.1×{(2·λ₀)/(2·n_eq)}。

也用作第二电极32的单层第二光吸收材料层的光吸收系数为2000cm^-1，其厚度为30nm，并且从有源层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10的发光元件的配置和结构可以类似于示例8的发光元件的配置和结构，因此将省略详细描述。注意，在五个第一光吸收材料层中的一些层中，m可以是2或更大的任意整数。注意，与示例8不同，光吸收材料层71的数量可以设置为一个。同样在这种情况下，也用作第二电极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公式。

0.9×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}≤L_Abs≤1.1×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}

迄今为止，已经基于优选实施例描述了本公开。然而，本公开不限于这些示例。示例中描述的发光元件的配置和结构是说明性的，并且可以适当地改变。制造发光元件的方法也可以适当改变。在一些情况下，通过适当选择粘合层和支撑基板，表面发射激光元件可以经由第二光反射层从第二化合物半导体层的顶表面发射光。

注意，本公开可以具有以下配置。

[A01]<<发光元件>>

一种发光元件，包括：

通过层压以下部件而获得的层压结构：

第一化合物半导体层，其具有第一表面和面向第一表面的第二表面，有源层，其面向所述第一化合物半导体层的第二表面，以及

第二化合物半导体层，其具有面向有源层的第一表面和面向第一表面的第二表面；

第一光反射层，其设置在第一化合物半导体层的第一表面侧上；

第二光反射层，其设置在第二化合物半导体层的第二表面侧上；以及

光会聚/发散改变装置，其中，

所述第一光反射层形成在凹面镜部分上，

所述第二光反射层具有平坦形状，并且

[A02]根据[A01]所述的发光元件，其中，当在有源层中生成的光穿过光会聚/发散改变装置时，光比入射到光会聚/发散改变装置上之前会聚得更多。

[A03]根据[A02]所述的发光元件，其中，所述光会聚/发散改变装置包括凸透镜、菲涅耳透镜或全息透镜。

[A04]根据[A01]至[A03]中任一项所述的发光元件，其中，

经由第一光反射层发射光，并且

所述光会聚/发散改变装置设置在第一光反射层的发光侧。

[A05]根据[A04]所述的发光元件，其中，光轴上的光会聚/发散改变装置的曲率中心比光轴上的第一光反射层的曲率中心更靠近光会聚/发散改变装置。

[A06]根据[A04]或[A05]所述的发光元件，其中，在光轴上，从所述光会聚/发散改变装置的发光表面到所述第一光反射层的发光表面的距离为1×10^-6m至1×10^-3m。

[A07]根据[A04]至[A06]中任一项所述的发光元件，其中，当假设所述第一光反射层的平面形状为圆形时，所述圆形具有1×10^-4m或更小的直径。

[A08]根据[A04]至[A07]中任一项所述的发光元件，其中，所述光会聚/发散改变装置沿着光轴具有1×10^-6m至1×10^-3m的厚度。

[A09]根据[A04]至[A08]中任一项所述的发光元件，其中，从所述有源层到所述第一光反射层的距离为1×10^-5m至5×10^-4m。

[A10]根据[A01]至[A03]中任一项所述的发光元件，其中，

经由第二光反射层发射光，并且

所述光会聚/发散改变装置设置在第二光反射层的发光侧。

[A11]根据[A01]至[A10]中任一项所述的发光元件，其中，沿着光轴从第一光反射层到第二光反射层的距离为1×10^-5m或更大。

[A12]根据[A01]至[A11]中任一项所述的发光元件，其中，所述层压结构包括基于GaN的化合物半导体。

[A13]根据[A01]至[A12]中任一项所述的发光元件，其中，所述发光元件包括表面发射激光元件。

[A14]根据[A01]至[A13]中任一项所述的发光元件，其中，所述第一光反射层具有透光部分和围绕透光部分的遮光部分。

[A15]根据[A01]至[A14]中任一项所述的发光元件，其中，所述凹面镜部分的形状是在距所述凹面镜部分的中心部分的束腰半径ω₀的范围内具有0.8或更大的确定系数的球形或抛物线形。

[A16]根据[A01]至[A15]中任一项所述的发光元件，其中，当沿着包括层压结构的层压方向的虚拟平面切割第一光反射层时，由面向第一光反射层的凹面镜部分的一部分中的层压结构的界面绘制的图形是圆的一部分或抛物线的一部分。

[B01]<<配置1的发光元件>>

根据[A01]至[A16]中任一项所述的发光元件，其中，

所述第二化合物半导体层具有电流注入区域和围绕电流注入区域的电流非注入区域，并且

从电流注入区域的面积重心到电流注入区域和电流非注入区域之间的边界的最短距离D_CI满足以下公式。

D_CI≥ω₀/2

其中，

ω₀ ²≡(λ₀/π){L_OR(R_DBR-L_OR)}^1/2

在此处，

λ₀：主要从发光元件发射的光的波长

L_OR：谐振器长度

R_DBR：第一光反射层的凹面镜部分的曲率半径

[B02]根据[B01]所述的发光元件，其中，

所述第一光反射层的凹面镜部分中的有效区域的半径r’_DBR满足

ω₀≤r’_DBR≤20·ω₀。

[B03]根据[B01]或[B02]所述的发光元件，满足D_CI≥ω₀。

[B04]根据[B01]至[B03]中任一项所述的发光元件，满足R_DBR≤1×10^-3m。

[C01]<<配置2的发光元件>>

根据[A01]至[B04]中任一项所述的发光元件，其中，包括第二电极的层压结构具有与有源层占据的虚拟平面平行的至少两个光吸收材料层。

[C02]根据[C01]所述的发光元件，具有至少四个光吸收材料层。

[C03]根据[C01]或[C02]所述的发光元件，其中，如果振荡波长由λ₀表示，则两个光吸收材料层和位于光吸收材料层之间的层压结构的整体的等效折射率由n_eq表示，并且光吸收材料层之间的距离由L_Abs表示，

满足0.9×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}≤L_Abs≤1.1×{(m·λ₀)/(2·n_eq)}。

在公式中，m是1或2或更大的任何整数，包括1。

[C04]根据[C01]至[C03]中任一项所述的发光元件，其中，所述光吸收材料层具有λ₀/(4·n_eq)或更小的厚度。

[C05]根据[C01]至[C04]中任一项所述的发光元件，其中，所述光吸收材料层位于层压结构中形成的光驻波中生成的最小振幅部分。

[C06]根据[C01]至[C05]中任一项所述的发光元件，其中，所述有源层位于层压结构中形成的光驻波中生成的最大振幅部分。

[C07]根据[C01]至[C06]中任一项所述的发光元件，其中，所述光吸收材料层的光吸收系数是构成层压结构的化合物半导体的光吸收系数的两倍或更多倍。

[C08]根据[C01]至[C07]中任一项所述的发光元件，其中，每个光吸收材料层包括选自具有比构成层压结构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、透明导电材料和构成具有光吸收特性的材料的光反射层中的至少一种。

[D01]根据[A01]至[C08]中任一项所述的发光元件，其中，化合物半导体基板设置在第一化合物半导体层的第一表面和第一光反射层之间。

[D02]根据[D01]的发光元件，其中，所述化合物半导体基板由GaN基板构成。

[D03]根据[D01]或[D02]所述的发光元件，其中，所述第一光反射层包括形成在由化合物半导体基板的突起构成的凹面镜部分的至少一部分的表面上的多层光反射膜。

[D04]根据[D01]或[D02]所述的发光元件，其中，所述第一光反射层包括形成在化合物半导体基板上形成的凹面镜部分的至少一部分的表面上的多层光反射膜。

[D05]根据[A01]至[C08]中任一项所述的发光元件，其中，所述第一光反射层形成在第一化合物半导体层的第一表面上。

[D06]根据[A01]至[D05]中任一项所述的发光元件，其中，所述层压结构具有比第一光反射层更高的热导率值。

[D07]根据[A01]至[D06]中任一项所述的发光元件，其中，当发光元件的凹面镜部分的曲率半径由R_DBR表示时，满足R_DBR≤1×10^-3m。

[D08]根据[A01]至[D07]中任一项所述的发光元件，其中，在第一光反射层周围形成凸起部，并且第一光反射层不从凸起部突出。

[E01]<<发光元件阵列>>

一种发光元件阵列，其中并列设置有多个发光元件，每个发光元件包括：

通过层压以下部件而获得的层压结构：

第一化合物半导体层，其具有第一表面和面向第一表面的第二表面，

有源层，其面向所述第一化合物半导体层的第二表面，以及

光会聚/发散改变装置，其中，

所述第一光反射层形成在凹面镜部分上，

所述第二光反射层具有平坦形状，并且

[E02]<<发光元件阵列>>

一种发光元件阵列，其中并列设置有多个发光元件，其中，

每个发光元件是根据[A01]至[D08]中任一项所述的发光元件。

[E03]根据[E01]或[E02]的发光元件阵列，其中，从所述发光元件发射的光束具有不同的波长。

附图标记列表

11 化合物半导体基板(发光元件制造基板)

11a 化合物半导体基板的第一表面

11b 化合物半导体基板的第二表面

11a’ 化合物半导体基板的第一表面上的突起

20 层压结构

21 第一化合物半导体层

21a 第一化合物半导体层的第一表面

21b 第一化合物半导体层的第二表面

21c、21d 形成在第一化合物半导体层的第一表面上的突起

22 第二化合物半导体层

22a 第二化合物半导体层的第一表面

22b 第二化合物半导体层的第二表面

23 有源层(发光层)

31 第一电极

32 第二电极

33 焊盘电极

34 绝缘膜(电流限制区域)

34A 形成在绝缘膜(电流限制区域)中的开口

41 第一光反射层

41 第一光反射层的发光表面

41A 透光部分

41B 遮光部分

42 第二光反射层

42a 第二光反射层的发光表面

43 凹面镜部分

43a 面向第一光反射层的凹面镜部分中的有效区域的层压结构的界面

43’ 形成在化合物半导体基板上的突起

44 第一光反射层的凹面镜部分中的有效区域

45 多层光反射膜

46 平坦化膜

48、48’ 粘合层

49、49’ 支撑基板

61A 电流注入区域

61B 电流非注入区域(电流限制区域)

71 光吸收材料层。

Claims

1.一种发光元件，包括：

通过层压以下层而获得的层压结构：

第一化合物半导体层，具有第一表面和面向所述第一表面的第二表面，

有源层，面向所述第一化合物半导体层的所述第二表面，以及

第二化合物半导体层，具有面向所述有源层的第一表面和面向其第一表面的第二表面；

第一光反射层，设置在所述第一化合物半导体层的第一表面侧；

第二光反射层，设置在所述第二化合物半导体层的第二表面侧；以及

光会聚/发散改变装置，其中，

所述第一光反射层形成在凹面镜部分上，

所述第二光反射层具有平坦形状，并且

当在所述有源层中生成的光被发射到外部时，光入射到所述光会聚/发散改变装置之前的光会聚/发散状态不同于光穿过所述光会聚/发散改变装置之后的光会聚/发散状态。

2.根据权利要求1所述的发光元件，其中，当在所述有源层中生成的光穿过所述光会聚/发散改变装置时，与入射到光会聚/发散改变装置上之前的光相比光被会聚得更多。

3.根据权利要求2所述的发光元件，其中，所述光会聚/发散改变装置包括凸透镜、菲涅耳透镜或全息透镜。

4.根据权利要求1所述的发光元件，其中，

经由所述第一光反射层发射光，并且

所述光会聚/发散改变装置被设置在所述第一光反射层的光发射侧。

5.根据权利要求4所述的发光元件，其中，与所述第一光反射层的光轴上的曲率中心相比，所述光会聚/发散改变装置的光轴上的曲率中心更靠近所述光会聚/发散改变装置。

6.根据权利要求4所述的发光元件，其中，在光轴上，从所述光会聚/发散改变装置的光发射表面到所述第一光反射层的光发射表面的距离为1×10^-6m至1×10^-3m。

7.根据权利要求4所述的发光元件，其中，当假设所述第一光反射层的平面形状为圆形时，所述圆形具有1×10^-4m或更小的直径。

8.根据权利要求4所述的发光元件，其中，所述光会聚/发散改变装置具有沿着光轴的1×10^-6m至1×10^-3m的厚度。

9.根据权利要求4所述的发光元件，其中，从所述有源层到所述第一光反射层的距离为1×10^-5m至5×10^-4m。

10.根据权利要求1所述的发光元件，其中，

经由所述第二光反射层发射光，并且

所述光会聚/发散改变装置被设置在所述第二光反射层的光发射侧。

11.根据权利要求1所述的发光元件，其中，沿着光轴从所述第一光反射层到所述第二光反射层的距离为1×10^-5m或更大。

12.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述层压结构包括基于GaN的化合物半导体。

13.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述发光元件包括表面发射激光元件。

14.一种发光元件阵列，在所述发光元件阵列中具有并列设置的多个发光元件，每个所述发光元件包括：

通过层压以下层而获得的层压结构：

光会聚/发散改变装置，其中，

所述第一光反射层形成在凹面镜部分上，

所述第二光反射层具有平坦形状，并且

15.根据权利要求14所述的发光元件阵列，其中，从所述发光元件发射的光束具有不同的波长。