CN113851928A - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

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泉将一郎
风田川统之
伊藤仁道
御友重吾
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Abstract

本申请公开了发光元件及其制造方法。一种发光元件设置有由GaN化合物半导体形成的层压结构，所述层压结构中层压有：第一化合物半导体层，其具有第一表面和在第一表面的相反侧上的第二表面；有源层，其面向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在第一表面的相反侧上的第二表面。所述发光元件还设置有：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；和第二光反射层，其设置在第二化合物半导体层的第二表面侧。所述第一光反射层具有凹面镜部分，所述第二光反射层具有平坦形状。

Description

发光元件及其制造方法
本申请是国际申请日2017年9月1日、国际申请号PCT/JP2017/031649的国际申请于2019年4月25日进入国家阶段的申请号为201780066313.9、发明名称为“发光元件及其制造方法”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本公开涉及发光元件及其制造方法。
背景技术
在由表面发光激光元件(VCSEL)构成的发光元件中，通常，当允许激光在两个光反射层(分布式布拉格反射层(DBR层))之间谐振时，会发生激光振荡。此外，在包括层压结构体的表面发光激光元件中，其中，在层压结构体中，层压n型化合物半导体层、由化合物半导体形成的有源层(发光层)和p型化合物半导体层，通常，由透明导电材料形成的第二电极形成在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)形成第一电极和具有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的中心的轴线被设置为Z轴，并且垂直于Z轴的虚拟平面称为XY平面。
然而，在层压结构体由GaAs基化合物半导体构成的情况下，谐振器长度LOR约为1μm。另一方面，在层压结构体由GaN基化合物半导体构成的情况下，通常，谐振器长度LOR是从表面发光激光元件发射的激光波长的数倍长。即，谐振器长度LOR显著长于1μm。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2006-114753
专利文献2：JP-A-2000-022277
发明内容
技术问题
如上所述，当谐振器长度LOR变长时，衍射损耗与相关技术中采用谐振器长度LOR约为1μm的GaAs基表面发光激光元件不同地增加，因此不太可能发生激光振荡。即，关注的是，表面发光激光元件可以用作LED，而不是表面发光激光元件。在此处，“衍射损耗”表示这样一种现象，即，光通常由于衍射效应而变宽，因此在谐振器中往复运动的激光逐渐分散到谐振器的外部。此外，在层压结构体由GaN基化合物半导体构成的情况下，可能出现热饱和的问题。在此处，“热饱和”表示这样一种现象，即，光输出由于表面发光激光元件的操作中的自发热而饱和。能够用于光反射层的材料(例如，诸如SiO2和Ta2O5等材料)具有比GaN基化合物半导体低的导热率。因此，GaN基化合物半导体层厚度的增加导致抑制热饱和。然而，当GaN基化合物半导体层的厚度增加时，谐振器长度LOR的长度增加，因此出现上述问题。例如，在JP-A-2006-114753或JP-A-2000-022277中，已知的是将凹面镜功能应用于光反射层的技术。然而，日本未审查专利申请公开没有陈述要由本公开的发光元件解决的问题，例如，由于谐振器长度LOR的增加导致衍射损耗增加的问题和热饱和的问题。
因此，本公开的目的在于提供一种发光元件及其制造方法，该发光元件具有能够解决由于谐振器长度LOR的增加导致的衍射损耗增加的问题和热饱和的问题的配置和结构。
问题的解决方案
为了实现上述目的，根据本公开，提供了一种发光元件，包括：层压结构体，其由GaN基化合物半导体形成，并且在该层压结构体中，层压了包括第一表面和与第一表面相对的第二表面的第一化合物半导体层、面向第一化合物半导体层的第二表面的有源层、以及包括面向有源层的第一表面和与第一表面相对的第二表面的第二化合物半导体层；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；以及第二光反射层，其设置在所述第二化合物半导体层的第二表面侧。所述第一光反射层包括凹面镜部分，并且所述第二光反射层具有平坦形状。
为了实现上述目的，根据本公开，提供了一种制造发光元件的方法。该方法包括以下连续步骤：形成层压结构体，所述层压结构体由GaN基化合物半导体形成，在所述层压结构体中，在化合物半导体基板上层压了包括第一表面和与第一表面相对的第二表面的第一化合物半导体层、面向第一化合物半导体层的第二表面的有源层、以及包括面向有源层的第一表面和与第一表面相对的第二表面的第二化合物半导体层；在第二化合物半导体层上形成第二电极和第二光反射层；将第二光反射层固定到支撑基板上；薄化所述化合物半导体基板；在化合物半导体基板的暴露表面中形成作为突出部分的基部，或者在化合物半导体基板的暴露表面上形成作为突出部分的基部；并且在所述基部的至少一部分上(具体地，例如，在包括基部的上侧的化合物半导体基板的暴露表面上)形成第一光反射层，并且形成电连接到所述第一化合物半导体层的第一电极。所述基部构成凹面镜部，并且所述第二光反射层具有平坦形状。
发明的有益效果
在本公开的发光元件中，第一光反射层包括凹面镜部分，因此可以可靠地反射以有源层设置为基点衍射和加宽的光，并且该光朝向有源层入射到第一光反射层，并且可以将光会聚到有源层。因此，可以避免衍射损耗的增加，可以可靠地执行激光振荡，并且可以避免由于长谐振器导致的热饱和问题。注意，本说明书中描述的效果仅是说明性的，并且可以展示额外效果而无限制性。
附图说明
图1是示例1的发光元件的示意性局部端视图；
图2A和图2B是用于示出制造示例1的发光元件的方法的层压结构体等的示意性局部端视图；
图3延续图2B并且是用于示出制造示例1的发光元件的方法的层压结构体等的示意性局部端视图；
图4延续图3并且是用于示出制造示例1的发光元件的方法的层压结构体等的示意性局部端视图；
图5延续图4并且是用于示出制造示例1的发光元件的方法的层压结构体等的示意性局部端视图；
图6延续图5并且是用于示出制造示例1的发光元件的方法的层压结构体等的示意性局部端视图；
图7延续图6并且是用于示出制造示例1的发光元件的方法的层压结构体等的示意性局部端视图；
图8是示例1的发光元件的修改示例的层压结构体等的示意性局部端视图；
图9是示例1的发光元件的修改示例的层压结构体等的示意性局部端视图；
图10是示例2的发光元件的示意性局部端视图；
图11是示例3的发光元件的示意性局部端视图；
图12是示例3的发光元件的修改示例的示意性局部端视图；
图13A和图13B是用于示出制造示例4的发光元件的方法的层压结构体等的示意性局部端视图；
图14是示例6的发光元件的示意性局部端视图；
图15A和图15B是用于示出制造示例6的发光元件的方法的层压结构体等的示意性局部端视图；
图16的(A)、(B)和(C)是示出相关技术的发光元件、示例6的发光元件和示例9的发光元件中的光场强度的概念图；
图17是示例7的发光元件的示意性局部端视图；
图18是示例8的发光元件的示意性局部端视图；
图19是示例9的发光元件的示意性局部端视图；
图20是图19所示的示例9的发光元件的主要部分的切割示意性局部剖视图；
图21是示例10的发光元件的示意性局部端视图；
图22是示例11的发光元件的示意性局部端视图；
图23是示例12的发光元件的示意性局部剖视图；
图24是示例12的发光元件的示意性局部截面图以及包括彼此重叠的垂直模式A和垂直模式B的两个垂直模式的视图；
图25是示例15的发光元件的示意性局部剖视图；
图26是在示例5的发光元件中假设法布里-珀罗型振荡器插入具有相同曲率半径的两个凹面镜部分之间时的概念图；
图27是示出ω0值、谐振器长度LOR值和第一光反射层的凹面镜部分的曲率半径RDBR值之间的关系的曲线图；
图28是示出ω0值、谐振器长度LOR值和第一光反射层的凹面镜部分的曲率半径RDBR值之间的关系的曲线图；
图29A和图29B是示意性地示出当ω0值为“正”时激光的会聚状态和当ω0值为“负”时激光的会聚状态的视图；
图30A和图30B是示意性示出存在于由有源层确定的增益光谱中的垂直模式的概念图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图基于示例来描述本公开，但是本公开不限于示例，并且示例中的各种数值或材料仅是说明性的。注意，将按照以下顺序进行描述。
1、涉及本公开的发光元件的总体配置及其制造方法的描述
2、示例1(本公开的发光元件及其制造方法、配置5-A的发光元件)
3、示例2(示例1的修改、配置5-B的发光元件)
4、示例3(示例1和示例2的修改、配置6的发光元件)
5、示例4(示例3的修改)
6、示例5(示例1至示例4的修改、配置1的发光元件)
7、示例6(示例1至示例5的修改、配置2-A的发光元件)
8、示例7(示例6的修改、配置2-B的发光元件)
9、示例8(示例6和示例7的修改、配置2-C的发光元件)
10、示例9(示例6至示例8的修改、配置2-D的发光元件)
11、示例10(示例6至示例9的修改)
12、示例11(示例1至示例5的修改、配置3-A的发光元件、配置3-B的发光元件、配置3-C的发光元件和配置3-D的发光元件)
13、示例12(示例1至示例11的修改、配置4的发光元件)
14、示例13(示例12的修改)
15、示例14(示例12的另一修改)
16、示例15(示例12至示例14的修改)
17、其他
<涉及本公开的发光元件的总体配置及其制造方法的描述>
在本公开的发光元件以及通过制造本公开的发光元件的方法制造的发光元件(下文中，发光元件统称为“本公开的发光元件等”)中，当谐振器长度被设置为LOR时，期望满足关系：1×10-5m≤LOR。
在包括期望方面的本公开的发光元件等中，当在包括层压结构体的层压方向的虚拟平面上切割第一光反射层时，由第一光反射层的凹面镜部分的一部分的界面(该界面面向层压结构体)绘制的图形可以是圆的一部分或抛物线的一部分。严格地说，这个图形可能不是圆的一部分，也可能不是抛物线的一部分。即，在“图形是圆的一部分或抛物线的一部分”的情况下，也包括图形近似是圆的一部分的情况和图形近似是抛物线的一部分的情况。作为圆的一部分或抛物线的一部分的第一光反射层的一部分(区域)可以称为“第一光反射层的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，并且通过基于最小二乘法分析获得的数据，来获得由凹面镜部分的一部分的面向层压结构体的界面绘制的图形。
在包括期望方面的本公开的发光元件等中，可以在第二化合物半导体层中提供电流注入区域和包围电流注入区域的电流非注入区域，并且从电流注入区域的区域中心点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DCI可以满足以下表达式。在此处，为方便起见，该配置的发光元件称为“配置1的发光元件”。注意，可以参考例如H.Kogelnik和T.Li的“激光束和谐振器”，应用光学/第5卷，第10号/1966年10月，来执行以下表达式的推导。此外，ω0称为束腰半径。
DCI≥ω0/2 (1-1)
假设
ω0 2≡(λ0/π){LOR(RDBR-LOR)}1/2 (1-2)
其中，
λ0：主要从发光元件发射的光的期望波长(振荡波长)
LOR：谐振器长度
RDBR：第一光反射层的凹面镜部分的曲率半径
在此处，本公开的发光元件等仅在第一光反射层中包括凹面镜部分。然而，当考虑第二光反射层相对于平面镜的对称特性时，谐振器可以扩展为法布里-珀罗型谐振器，该谐振器插入具有相同曲率半径的两个凹面镜部分之间(参见图26的示意图)。此时，虚拟法布里-珀罗型谐振器的谐振器长度变为谐振器长度LOR的两倍。图27和图28示出了显示ω0值、谐振器长度LOR值和第一光反射层的凹面镜部分的曲率半径RDBR值之间的关系的曲线图。注意，ω0值为正的情况表示激光示意性地处于图29A的状态，而ω0值为负的情况表示激光示意性地处于图29B的状态。激光的状态可以是图29A所示的状态，或者可以是图29B所示的状态。注意，当曲率半径RDBR变得小于谐振器长度LOR时，包括两个凹面镜部分的虚拟法布里-珀罗型谐振器进入图29B所示的状态，并且过度发生捕获，因此发生衍射损耗。因此，期望是图29A所示的状态，其中，曲率半径RDBR大于谐振器长度LOR。注意，当有源层被设置成更靠近两个光反射层之间的平坦光反射层(具体地，第二光反射层)时，光场进一步聚集在有源层中。即，增强了有源层中的光场捕获，并且有利于激光振荡。有源层的位置(即从第二光反射层的面向第二化合物半导体层的表面到有源层的距离)不受限制，可以例如为λ0/2至10λ0。
然而，在由第一光反射层反射的光聚集的区域不包括在电流注入区域中的情况下，该电流注入区域对应于有源层由于电流注入而具有优势的区域，抑制了从载体(carrier)引起的光发射，因此存在抑制激光振荡的问题。当满足表达式(1-1)和(1-2)时，可以保证由第一光反射层反射的光会聚的区域包括在电流注入区域中，因此可以可靠地实现激光振荡。
此外，配置1的发光元件还可以包括：模式损耗作用部分，其设置在所述第二化合物半导体层的第二表面上，并且构成模式损耗作用区域，所述模式损耗作用区域用于增加和减少振荡模式损耗；第二电极，其形成在所述第二化合物半导体层的第二表面上和所述模式损耗作用部分上；以及第一电极，其电连接到所述第一化合物半导体层。所述第二光反射层可以形成在第二电极上，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可以形成在层压结构体中，并且所述模式损耗作用区域的正交投影图像和所述电流非注入外部区域的正交投影图像可以彼此重叠。
此外，在包括期望配置的配置1的发光元件中，第一光反射层的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的关系，并且可取地，ω0≤r'DBR≤10·ω0的关系。或者，作为r'DBR的值，例如，r'DBR≤1×10-4m，并且可取地，r'DBR≤5×10-5m。此外，作为基部的高度hDBR，可以例如为hDBR≤5×10-5m。此外，在包括期望配置的配置1的发光元件中，可以采用满足DCI≥ω0关系的配置。此外，在包括期望配置的配置1的发光元件中，可以采用满足RDBR≤1×10-3m的关系的配置，可取地，1×10-5m≤RDBR≤1×10-3m的关系，更可取地，1×10-5m≤RDBR≤1×10-4m的关系。
此外，包括期望方面的本公开的发光元件等还可以包括：模式损耗作用部分，其设置在所述第二化合物半导体层的第二表面上，并且构成模式损耗作用区域，所述模式损耗作用区域用于增加和减少振荡模式损耗；第二电极，其形成在所述第二化合物半导体层的第二表面上和所述模式损耗作用部分上；以及第一电极，其电连接到所述第一化合物半导体层。所述第二光反射层可以形成在第二电极上，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可以形成在层压结构体中，并且所述模式损耗作用区域的正交投影图像和所述电流非注入外部区域的正交投影图像可以彼此重叠。在此处，为方便起见，这种配置的发光元件称为“配置2的发光元件”。
此外，包括期望方面的本公开的发光元件等还可以包括：第二电极，其形成在所述第二化合物半导体层的第二表面上；第二光反射层，其形成在第二电极上；模式损耗作用部分，其设置在所述第一化合物半导体层的第一表面上，并且构成模式损耗作用区域，所述模式损耗作用区域用于增加和减少振荡模式损耗；以及第一电极，其电连接到所述第一化合物半导体层。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和模式损耗作用部分上，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可以形成在层压结构体中，并且所述模式损耗作用区域的正交投影图像和所述电流非注入外部区域的正交投影图像可以彼此重叠。在此处，为方便起见，这种配置的发光元件称为“配置3的发光元件”。注意，配置3的发光元件的定义适用于配置1的发光元件。
在配置2的发光元件或配置3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。然而，具体地，电流非注入区域可以形成在厚度方向上第二化合物半导体层在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上，可以形成在第二化合物半导体层和有源层中，或者可以从第二化合物半导体层形成到第一化合物半导体层的一部分。模式损耗作用区域的正交投影图像和电流非注入外部区域的正交投影图像彼此重叠。然而，在与电流注入区域充分隔开的区域中，模式损耗作用区域的正交投影图像和电流非注入外部区域的正交投影图像可以彼此不重叠。
在配置2的发光元件中，电流非注入外部区域可以位于模式损耗作用区域的下侧。
在包括期望配置的配置2的发光元件中，当电流注入区域的正交投影图像的面积被设置为S1，并且电流非注入内部区域的正交投影图像的面积被设置为S2时，可以满足0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7的关系。此外，在配置3的发光元件中，当电流注入区域的正交投影图像的面积被设置为S1'，并且电流非注入内部区域的正交投影图像的面积被设置为S2'时，可以满足0.01≤S1'/(S1'+S2')≤0.7的关系。然而，S1/(S1'+S2)的范围和S1'/(S1'+S2')的范围不限于上述范围。
在包括期望配置的配置2的发光元件或配置3的发光元件中，可以通过离子注入到层压结构体中来形成电流非注入内部区域和电流非注入外部区域。为方便起见，这种配置的发光元件称为“配置2-A的发光元件”或“配置3-A的发光元件”。另外，在这种情况下，离子种类可以包括选自由以下组成的组中的至少一种离子(即，一种离子或者两种以上离子)：硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅。
另外，在包括期望配置的配置2的发光元件或配置3的发光元件中，可以通过对第二化合物半导体层的第二表面进行等离子体照射、对第二化合物半导体层的第二表面进行灰化处理或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，来形成电流非注入内部区域和电流非注入外部区域。为方便起见，这种配置的发光元件称为“配置2-B的发光元件”或“配置3-B的发光元件”。在该处理中，电流非注入内部区域和电流非注入外部区域暴露于等离子体粒子，因此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进入高电阻状态。即，可以采用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来形成电流非注入内部区域和电流非注入外部区域的配置。等离子体粒子的具体示例包括氩、氧、氮等。
另外，在包括期望配置的配置2的发光元件或配置3的发光元件中，第二光反射层可以包括从第一光反射层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光的区域。为方便起见，这种配置的发光元件称为“配置2-C的发光元件”或“配置3-C的发光元件”。具体地，第二光反射层的位于模式损耗作用部分的侧壁(设置在模式损耗作用部分中的开口的侧壁)的上侧的区域具有正向锥形倾斜，或者包括朝向第一光反射层弯曲成凸形的区域。此外，在包括期望方面的配置2的发光元件或配置3的发光元件中，第一光反射层可以包括从第二光反射层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光的区域。具体地，在第一光反射层的部分区域中，可以形成正向锥形倾斜或朝向第二光反射层具有凸形的弯曲部分。此外，第一光反射层的位于模式损耗作用部分的侧壁(设置在模式损耗作用部分中的开口的侧壁)的上侧的区域可以具有正向锥形倾斜，或者可以包括朝着第二光反射层弯曲成凸形的区域。此外，可以采用这样的配置，即，光在模式损耗作用部分的顶表面和设置在模式损耗作用部分中的开口的侧壁之间的边界(侧壁边缘部分)处散射，以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光。
在配置2-A的发光元件、配置2-B的发光元件或配置2-C的发光元件中，当从电流注入区域中的有源层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离被设置为L2，并且从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离被设置为L0时，可以满足L0>L2的关系。此外，在配置3-A的发光元件、配置3-B的发光元件或配置3-C的发光元件中，当从电流注入区域中的有源层到第一化合物半导体层的第一表面的光学距离被设置为L1'，并且从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离被设置为L0'时，可以满足L0'>L1'的关系。此外，在包括该配置的配置2-A的发光元件、配置3-A的发光元件、配置2-B的发光元件、配置3-B的发光元件、配置2-C的发光元件或配置3-C的发光元件中，由于模式损耗作用区域，生成的具有更高阶模式的光可能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分散，并且振荡模式损耗可能增加。即，随着与Z轴间隔开，基本模式和高阶模式的光场强度由于用于增加和减少振荡模式损耗的模式损耗作用区域的存在，而在模式损耗作用区域的正交投影图像中出现降低。然而，高阶模式的模式损耗大于基本模式中光场强度的降低，因此可以进一步稳定基本模式，并且与不存在电流非注入内部区域的情况相比，可以进一步抑制模式损耗。因此，可以实现阈值电流的降低。
另外，在配置2-A的发光元件、配置3-A的发光元件、配置2-B的发光元件、配置3-B的发光元件、配置2-C的发光元件或配置3-C的发光元件中，模式损耗作用部分可以由介电材料、金属材料或合金材料形成。介电材料的示例包括SiOX、SiNX、AlNX、AlOX、TaOX和ZrOX，金属材料或合金材料的示例包括钛、金、铂或其合金，但对这些材料没有限制。光被由这些材料形成的模式损耗作用部分吸收，因此会增加模式损耗。或者，虽然光没有被直接吸收，但是相位受到干扰，因此可以控制模式损耗。在这种情况下，模式损耗作用部分可以由介电材料形成，并且模式损耗作用部分的光学厚度t0可以是偏离发光元件中生成的光的波长λ0的1/4的整数倍的值。即，当在模式损耗作用部分中干扰在谐振器内部循环并形成驻波的光的相位时，可以干扰驻波，并且可以提供与之对应的模式损耗。此外，模式损耗作用部分可以由介电材料形成，并且模式损耗作用部分的光学厚度t0(折射率设置为n0)可以是发光元件中生成的光的波长λ0的1/4的整数倍。即，模式损耗作用部分的光学厚度t0可以被设置为这样的厚度，即，在该厚度，发光元件中生成的光的相位不会受到干扰，因此驻波不会受到干扰。然而，严格来说，不必是1/4的整数倍，可以满足(λ0/4n0)×m-(λ0/8n0)≤t0≤(λ0/4n0)×2m+(λ0/8n0)的关系。此外，当模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料形成时，透过模式损耗作用部分的光的相位可不受模式损耗作用部分的干扰，或者光可能吸收到其中。此外，当采用上述配置时，可以以更高的自由度执行振荡模式损耗的控制，并且可以进一步提高发光元件的设计自由度。
另外，在包括期望配置的配置2的发光元件中，可以在第二化合物半导体层的第二表面侧上形成凸部，并且可以在第二化合物半导体层的第二表面的包围凸部的区域上形成模式损耗作用部分。为方便起见，该配置的发光元件称为“配置2-D的发光元件”。凸部占据电流注入区域和电流非注入内部区域。此外，在这种情况下，当从电流注入区域中的有源层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离被设置为L2，并且从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离被设置为L0时，可以满足L0<L2的关系。此外，在这种情况下，由于模式损耗作用区域，生成的具有高阶模式的光可以被捕获到电流注入区域和电流非注入内部区域中，因此可以减少振荡模式损耗。即，基本模式和高阶模式的光场强度由于用于增加和减少振荡模式损耗的模式损耗作用区域的存在而在电流注入区域和电流非注入内部区域的正交投影图像中出现增加。此外，在这种情况下，模式损耗作用部分可以由介电材料、金属材料或合金材料形成。在此处，作为电介质材料、金属材料或合金材料，可以以上述各种材料为例。
此外，在包括期望配置的配置3的发光元件中，可以在第一化合物半导体层的第一表面侧上形成凸部，并且可以在第一化合物半导体层的第一表面的包围凸部的区域上形成模式损耗作用部分，或者模式损耗作用部分由第一化合物半导体层的包围凸部的区域构成。为方便起见，该配置的发光元件称为“配置3-D的发光元件”。凸部与电流注入区域和电流非注入内部区域的正交投影图像匹配。此外，在这种情况下，当从电流注入区域中的有源层到第一化合物半导体层的第一表面的光学距离被设置为L1'，并且从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离被设置为L0'时，可以满足L0'<L1'的关系。此外，在这种情况下，由于模式损耗作用区域，生成的具有高阶模式的光可被捕获到电流注入区域和电流非注入区域中，因此振荡模式损耗可减少。此外，在这种情况下，模式损耗作用部分可以由介电材料、金属材料或合金材料形成。在此处，作为电介质材料、金属材料或合金材料，可以以上述各种材料为例。
另外，在包括期望方面和配置的本公开的发光元件等(包括配置1的发光元件到配置3的发光元件)中，至少两层光吸收材料层可以形成在包括第二电极的层压结构体中，以平行于由有源层占据的虚拟平面。在此处，为方便起见，该配置的发光元件称为“配置4的发光元件”。
在配置4的发光元件中，期望形成至少四层光吸收材料层。
在包括期望配置的配置4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和期望的振荡波长)被设置为λ0时，两层光吸收材料层的整体以及位于光吸收材料层之间的层压结构体的一部分的等效折射率被设置为neq，并且光吸收材料层之间的距离被设置为LAbs时，期望满足0.9×{(m·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(m·λ0)/(2·neq)}的关系。在此处，m是1或2或更大的任意整数(包括1)。当两层光吸收材料层中的每一层的厚度以及构成位于光吸收材料层之间的层压结构体的部分的层被设置为ti，并且每一层的折射率被设置为ni时，等效折射率neq由neq＝Σ(ti×ni)/Σ(ti)表示。假设i＝1，2，3...，I，“I”表示两层光吸收材料层和构成光吸收材料层之间的层压结构体的一部分的层的总数，“Σ”表示采取从i＝1到i＝I的总和。在通过电子显微镜观察等观察发光元件横截面上的组成材料之后，可以基于相应组成材料的已知折射率和通过观察获得的厚度来计算等效折射率neq。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·neq)}≤LAbs≤1.1×{λ0/(2·neq)}的关系。此外，当m是2或更大的任意整数(包括1)时，例如，当m＝1，2时，在部分光吸收材料层中，相邻光吸收材料层之间的距离满足0.9×{λ0/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{λ0/(2·neq)}的关系，而在剩余光吸收材料层中，相邻光吸收材料层之间的距离满足0.9×{(2·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(2·λ0)/(2·neq)}的关系。广义地说，在部分光吸收材料层中，相邻光吸收材料层之间的距离满足0.9×{λ0/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{λ0/(2·neq)}的关系，而在剩余光吸收材料层中，相邻光吸收材料层之间的距离满足0.9×{(m'·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(m'·λ0)/(2·neq)}的关系。在此处，m'是2或更大的任意整数。另外，相邻光吸收材料层之间的距离是相邻光吸收材料层的中心之间的距离。即，实际上，该距离是当沿着有源层的厚度方向切割虚拟平面时，光吸收材料层的中心之间的距离。
另外，在包括各种期望配置的配置4的发光元件中，期望光吸收材料层的厚度为λ0/(4·neq)或更小。作为光吸收材料层的厚度的下限值，可以以1nm为例。
另外，在包括各种期望配置的配置4的发光元件中，可以采用这样的配置，即，光吸收材料层位于具有在层压结构体内部形成的光驻波中出现的最小幅度的部分。
另外，在包括各种期望配置的配置4的发光元件中，可以采用这样的配置，即，有源层位于具有在层压结构体内部形成的光的驻波中出现的最大幅度的部分。
另外，在包括各种期望配置的配置4的发光元件中，可以采用这样的配置，即，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。在此处，在通过电子显微镜观察等观察发光元件横截面上的组成材料之后，可以通过从相对于相应组成材料观察到的已知评估结果进行类推，来获得光吸收材料层的光吸收系数或构成层压结构体的化合物半导体的光吸收系数。
另外，在包括各种期望配置的配置4的发光元件中，光吸收材料层可以由选自以下组成的组中的至少一种材料构成：具有比构成层压结构体的化合物半导体的带隙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。在此处，作为具有比构成层压结构体的化合物半导体的带隙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被设置为GaN的情况下，可以例举InGaN。作为掺杂有杂质的化合物半导体材料，可以例举硅掺杂的n-GaN和B掺杂的n-GaN。作为透明导电材料，可以例举构成后面描述的电极的透明导电材料。作为具有光吸收特性的光反射层构成材料，可以例举构成以下光反射层的材料(例如，SiOX、SiNX、TaOX等)。所有光吸收材料层可以由上述材料中的一种材料构成。此外，每个光吸收材料层可以由从这些材料中选择的各种材料构成。然而，从简化光吸收材料层的形成的角度来看，期望一层的光吸收材料层由一种材料构成。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，可以形成在第一光反射层中，可以形成在第二光反射层中，或者可以采用其任意组合。此外，光吸收材料层还可以用作后面将描述的由透明导电材料形成的电极。
另外，在包括期望方面和配置的本公开的发光元件等(包括配置1的发光元件到配置4的发光元件)中，化合物半导体基板可以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，为方便起见，该配置的发光元件称为“配置5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。假设作为化合物半导体基板的厚度，可以例举5×10-5m至1×10-4m，但不限于该值。此外，在包括该配置的配置5的发光元件中，第一光反射层的凹面镜部分可以包括作为化合物半导体基板的突出部分的基部和形成在基部的至少部分表面上的多层光反射膜。在此处，为方便起见，这种配置的发光元件称为“配置5-A的发光元件”。此外，第一光反射层的凹面镜部分可以包括形成在化合物半导体基板上的基部和形成在基部的至少部分表面上的多层光反射膜。在此处，为方便起见，这种配置的发光元件称为“配置5-B的发光元件”。例如，构成配置5-A的发光元件中的基部的材料是GaN基板。作为GaN基板，可以使用极性基板、反极性基板或非极性基板中的任何一种。此外，构成配置5-B的发光元件中的基部的材料的示例包括透明介电材料，例如，TiO2、Ta2O5和SiO2、硅树脂和环氧树脂。
另外，在包括期望方面和配置的本公开的发光元件等(包括配置1的发光元件到配置4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，为方便起见，这种配置的发光元件称为“配置6的发光元件”。
另外，在包括期望方面和配置的本公开的发光元件等(包括配置1的发光元件至配置6的发光元件)中，层压结构体的导热率值可以高于第一光反射层的导热率值。通常，构成第一光反射层的介电材料的导热率值约为10watts/(m·K)或更小。另一方面，构成层压结构体的GaN基化合物半导体的导热率值约为50watts/(m·K)至100watts/(m·K)。
另外，在包括期望方面和配置的本公开的发光元件等(包括配置1的发光元件到配置6的发光元件)中，当发光元件的凹面镜部分(具体地，第一光反射层的凹面镜部分中半径r'DBR的有效区域)的曲率半径被设置为RDBR时，满足RDBR≤1×10-3m的关系，可取地，满足1×10-5m≤RDBR≤1×10-3m的关系，更可取地，满足1×10-5m≤RDBR≤1×10-4m的关系。此外，满足1×10-5m≤LOR的关系，但是期望满足1×10-5m≤LOR≤5×10-4的关系，更可取地，满足1×10-5m≤LOR≤1×10-4的关系。
另外，在包括期望方面和配置的本公开的发光元件等中(包括配置1的发光元件到配置6的发光元件)，可以在第一光反射层的外围形成凸部，并且第一光反射层可以不从凸部突出。据此，可以保护第一光反射层。即，第一光反射层设置成与凸部相比处于回退(receded)的状态。因此，例如，即使当任何物体与凸部接触时，物体也不会与第一光反射层接触，因此可以可靠地保护第一光反射层。
另外，在包括期望方面和配置的本公开的发光元件等(包括配置1的发光元件到配置6的发光元件)中，在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)的材料中，期望折射率不发生10％或更大的调制(基于层压结构体的平均折射率，不发生10％或更大的折射率差)。据此，可以抑制在谐振器内部发生光场的干扰。
根据包括期望方面和配置的本公开的发光元件等，可以构造通过第一光反射层发射激光的表面发光激光元件(垂直谐振器激光器VCSEL)，或者可以构造通过第二光反射层发射激光的表面发光激光元件。假设在某些情况下，可以去除用于制造发光元件的基板。
在本公开的发光元件等中，具体地，层压结构体可以由AlInGaN基化合物半导体构成。在此处，AlInGaN基化合物半导体的更具体的示例包括GaN、AlGaN、InGaN和AlInGaN。此外，硼(B)原子、铊(Tl)原子、砷(As)原子、磷(P)原子和锑(Sb)原子可以根据需要相应地包含在化合物半导体中。期望有源层具有量子阱结构。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层压阱层或势垒层中的至少一层的结构，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，可以例举(InyGa(1-y)N,GaN)、(InyGa(1-y)N、InzGa(1-z)N)[假设y>z]、(InyGa(1-y)N,AlGaN)。第一化合物半导体层可以由第一导电类型(例如，n型)的化合物半导体构成，并且第二化合物半导体层可以由与第一导电类型不同的第二导电类型(例如，p型)的化合物半导体构成。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层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可以是具有单一结构的层、具有多层结构的层、具有超晶格结构的层。另外，第一化合物半导体层和第二化合物半导体层可以设置为包括组成梯度层和浓度梯度层的层。
在用于制造发光元件的基板的第二表面上，或者在化合物半导体基板的第二表面上，形成层压结构体。用于制造发光元件的基板的示例包括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基板以及在其表面(主表面)上形成底层或缓冲层的这些基板，并且当考虑到小的缺陷密度时，期望使用GaN基板。此外，化合物半导体基板的示例包括GaN基板。众所周知，GaN基板的极性/非极性/半极性和特性根据生长平面而变化，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。另外，对于GaN基板的主表面，根据晶体结构(例如，立方体型、六边形型等)，也可以使用称为A平面、B平面、C平面、R平面、M平面、N平面和S平面的晶体取向平面或者在特定方向上偏离(make off)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有机金属化学气相生长法(MOCVD法、金属有机化学气相沉积法、MOVPE法、金属有机气相外延法)、分子束外延法(MBE法)、卤素促成运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)、等离子体辅助物理沉积法(PPD法)等，但不限于这些方法。
在此处，在MOCVD方法中，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，氮源气体的示例包括氨气和肼气体。在形成具有n型导电类型的GaN基化合物半导体层时，例如，可以添加硅(Si)作为n型杂质(n型掺杂剂)，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，可以添加镁(Mg)作为p型杂质(p型掺杂剂)。在包含铝(Al)或铟(In)作为GaN基化合物半导体层的组成原子的情况下，三甲基铝(TMA)气体可以用作Al源，三甲基铟(TMI)气体可以用作In源。另外，作为Si源，可以使用甲硅烷气体(SiH4气体)。此外，作为Mg源，可以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)。设置作为n型杂质(n型掺杂剂)，除了Si之外，可以例举Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd和Po，作为p型杂质(p型掺杂剂)，除Mg之外，可以例举Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg和Sr。
例如，支撑基板可以由作为用于制造发光元件的基板例举的各种基板构成，或者可以由AlN等形成的绝缘基板、由Si、SiC、Ge等形成的半导体基板、金属基板或合金基板构成。然而，期望使用具有导电性的基板。此外，从机械特性、弹性变形、塑性变形特性、散热特性等角度来看，期望使用金属基板或合金基板。作为支撑基板的厚度，例如，可以例举0.05mm至1mm的厚度。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，焊料接合方法、常温接合方法、使用胶带的接合方法、使用蜡接合的接合方法和使用粘合剂的方法，但是从确保导电性的角度来看，期望使用焊料接合方法或常温接合方法。例如，在将作为导电基板的硅半导体基板用作支撑基板的情况下，期望使用能够在400℃或更低的低温下进行接合的方法，以抑制由于热膨胀系数的差异导致的弯曲。在使用GaN基板作为支撑基板的情况下，接合温度会是400℃或更高。
当制造本公开的发光元件等时，可以在保留用于制造发光元件的基板的状态下进行制造，并且可以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之后去除用于制造发光元件的基板。具体地，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，第二光反射层固定到支撑基板上，并且可以去除用于制造发光元件的基板，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)。用于制造发光元件的基板的去除可以通过湿蚀刻方法、化学机械研磨方法(CMP方法)、机械研磨方法、干蚀刻方法、使用激光的剥离方法等来进行，所述湿蚀刻方法使用碱水溶液，例如，氢氧化钠水溶液和氢氧化钾水溶液、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，或者用于制造发光元件的基板的去除可以通过这些方法的组合来进行。
在保留用于制造发光元件的基板的情况下，第一电极可以形成在与用于制造发光元件的基板的第二表面相对的第一表面上，或者可以形成在与化合物半导体基板的第二表面相对的第一表面上。此外，在没有保留用于制造发光元件的基板的情况下，第一电极可以形成在构成层压结构体的第一化合物半导体层的第一表面上。设定在这种情况下，第一光反射层形成在第一化合物半导体层的第一表面上，因此第一电极可以形成为包围例如第一光反射层。例如，期望第一电极具有单层配置或多层配置，包括选自由以下组成的组中的至少一种金属(包括合金)：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)，并且其具体示例包括Ti/Au、Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt和Ag/Pd。设定，多层配置中“/”之前的层位于另一有源层侧。这在下文中同样适用。例如，第一电极可以通过PVD方法(例如，真空沉积方法和溅射方法)形成为膜。
在形成第一电极以包围第一光反射层的情况下，可以采用第一光反射层和第一电极彼此接触的配置。此外，可以采用第一光反射层和第一电极彼此分离的配置，即，形成偏离，并且分离距离在1mm以内。当位于第一光反射层中的电流注入区域和第一电极被平面分离时，电流在第一化合物半导体层中沿着长距离流动。因此，期望分离距离在1mm以内，以将电流路径中出现的电阻抑制到低值。在一些情况下，可以例举第一电极形成到第一光反射层的边缘上的位置的状态以及第一光反射层形成到第一电极的边缘部分上的位置的状态。在此处，在第一光反射层形成到第一电极的边缘部分上的位置的状态下，第一电极需要具有一定尺寸的开口，以便在激光振荡时不吸收基本模式光。开口的尺寸根据基本模式的波长或横向(第一化合物半导体层的平面内方向)上的光捕获结构而变化，因此对尺寸没有限制，但是期望尺寸大约是振荡波长λ0的几倍或更多倍。
第二电极可以由透明导电材料形成。构成第二电极的透明导电材料的示例包括铟基透明导电材料[具体地，例如，铟锡氧化物(ITO包括Sn掺杂In2O3、结晶ITO和非结晶ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓氧化物(IGO)、铟掺杂镓锌氧化物(IGZO、In-GaZnO4)、IFO(F掺杂In2O3)、ITiO(Ti掺杂In2O3)、InSn、InSnZnO]、锡基透明导电材料[具体地，例如，氧化锡(SnO2)、ATO(Sb掺杂SnO2)、FTO(F掺杂SnO2)]、锌基透明导电材料[具体地，例如，氧化锌(ZnO包括Al掺杂ZnO(AZO)或B掺杂ZnO)、镓掺杂氧化锌(GZO)、AlMgZnO(氧化铝和氧化镁掺杂氧化锌)]和NiO。此外，作为第二电极，可以例举氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化锑、氧化镍等被设置为基层的透明导电膜，并且还可以例举透明导电材料，例如，尖晶石型氧化物和具有YbFe2O4结构的氧化物。构成第二电极的材料取决于第二光反射层和第二电极的布置状态。然而，该材料不限于透明导电材料，并且作为该材料，也可以使用诸如钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、金(Au)、钴(Co)和铑(Rh)等金属。第二电极可以由至少一种材料构成。例如，第二电极可以通过PVD方法(例如，真空沉积方法和溅射方法)形成为膜。另外，作为透明电极层，也可以使用低电阻半导体层。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是p型的情况下，可以通过隧道结连接两层来降低界面的电阻。此外，当第二电极由透明导电材料构成时，可以在横向(第二化合物半导体层的平面内方向)上扩散电流，并且可以高效地向电流注入区域供应电流。
焊盘电极可以形成在第一电极或第二电极上，以电连接到外部电极或电路。期望焊盘电极具有单层配置或多层配置，包括选自由以下构成的组中的至少一种金属：钛(ti)、铝(al)、铂(Pt)、金(Au)、镍(Ni)和钯(Pd)。此外，焊盘电极可以具有多层配置，例如，Ti/Pt/Au的多层配置、Ti/Pd/Au的多层配置、Ti/Au的多层配置、Ti/Pd/Au的多层配置、Ti/Ni/Au的多层配置和Ti/Ni/Au/Cr/Au的多层配置。在第一电极由Ag层或Ag/Pd层构成的情况下，期望例如在第一电极的表面上形成Ni/TiW/Pd/TiW/Ni的覆盖金属层，并且例如在覆盖金属层上形成具有Ti/Ni/Au的多层配置或Ti/Ni/Au/Cr/Au的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))例如由半导体多层膜或电介质多层膜构成。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，SiNX、AlNX、AlGaNX、GaNX、BNX等)、氟化物等。其具体示例包括SiOX、TiOX、NbOX、ZrOX、TaOX、ZnOX、AlOX、HfOX、SiNX、AlNX等。此外，由折射率彼此不同的介电材料形成的两种或多种介电膜交替层压在介电材料内，以获得光反射层。例如，诸如SiOX/SiNY、SiOX/TaOX、SiOX/NbOY、SiOX/ZrOY和SiOX/AlNY的多层膜是可取的。为了获得期望的光学反射率，可以适当地选择构成相应介电膜的材料、其膜厚度以及层压的数量。每个介电膜的厚度可以由所使用的材料等适当调节，并且由所使用的材料的振荡波长(发光波长)λ0和振荡波长λ0下的折射率n决定。具体地，期望将厚度设置为λ0/(4n)的奇数倍。例如，在振荡波长λ0为410nm的发光元件中，在光反射层由SiOX/NbOY构成的情况下，可以例举约40nm至70nm的厚度。可取地，可以例举大约5至20个层压的数量。作为多个光反射层的整体厚度，例如，可以例举大约0.6μm至1.7μm的厚度。此外，期望每个光反射层的光学反射率为95％或更高。
可以基于已知方法形成光反射层，其具体示例包括PVD方法，例如，真空沉积方法、溅射方法、反应溅射方法、ECR等离子体溅射方法、磁控溅射方法、离子束辅助沉积方法、离子镀方法和激光烧蚀方法；各种CVD方法；诸如喷涂法、旋涂法、浸渍法等涂布方法；以及将两种或多种方法组合的方法；以及将所述方法和全部或部分预处理、用惰性气体(Ar、He、Xe等)或等离子体照射、用氧气、臭氧气体或等离子体照射、氧化处理(热处理)和曝光处理中的任何一种或多种组合的方法等。
光反射层的尺寸或形状没有特别限制，只要光反射层覆盖电流注入区域或元件区域。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狭窄区域中的开口的平面形状的具体示例包括圆形、椭圆形、矩形、多边形(三角形、四边形、六边形等)。期望电流注入区域和电流非注入内部区域之间的边界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形状相似。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，期望直径大约为5μm至100μm。在此处，“元件区域”表示注入狭窄电流的区域、由于折射率不同而能够捕获光的区域、插入第一光反射层和第二光反射层之间的区域的内部、发生激光振荡的区域、插入第一光反射层和第二光反射层之间的区域的内部以及实际上促成激光振荡的区域。
层压结构体的侧面或暴露表面可以被覆盖层(绝缘膜)覆盖。可以基于已知的方法进行覆盖层(绝缘膜)的形成。期望构成覆盖层(绝缘膜)的材料的折射率小于构成层压结构体的材料的折射率。构成覆盖层(绝缘膜)的材料的示例包括SiOX基材料(包括SiO2)、SiNX基材料、SiOYNZ基材料、TaOX、ZrOX、AlNX、AlOX和GaOX，并且还包括有机材料，例如，聚酰亚胺树脂。形成覆盖层(绝缘膜)的方法的示例包括PVD方法(例如，真空沉积方法和溅射方法)以及CVD方法。可以基于涂布方法形成覆盖层(绝缘膜)。
示例1
示例1涉及本公开的发光元件，具体地，涉及配置5-A的发光元件。更具体地，示例1的发光元件或后面描述的示例2至示例9以及示例12至示例14的发光元件由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的表面发光激光元件(垂直谐振器激光器VCSEL)构成。此外，更具体地，稍后将描述的示例10、示例11和示例15的发光元件由通过第一光反射层从第一化合物半导体层的顶表面发射激光的表面发光激光元件(垂直谐振器激光器VCSEL)构成。在图1中示出示例1的发光元件的示意性局部端视图。
示例1的发光元件或稍后将描述的示例2至示例15的发光元件包括
(A)层压结构体20，其由GaN基化合物半导体形成，并且在层压结构体20中，层压了包括第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b并具有第一导电类型(具体地，n型)的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以及第二化合物半导体层22，第二化合物半导体层22包括面向有源层23的第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b并具有第二导电类型(具体地，p型)，
(B)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21a侧，以及
(C)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22b侧。第一光反射层41包括凹面镜部分43，第二光反射层42具有平坦形状。
谐振器由第一光反射层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、层压结构体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)以及第二光反射层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。在此处，当谐振器长度设置为LOR时，期望满足1×10-5m≤LOR的关系。
此外，在示例1的发光元件中，当在包括层压结构体20的层压方向的虚拟平面上切割第一光反射层41时，由第一光反射层41的凹面镜部分43的一部分(第一光反射层41的凹面镜部分43中的有效区域44)的面向层压结构体20的界面43a绘制的图形是圆的一部分或抛物线的一部分。可以设定凹面镜部分43的位于有效区域44外侧的部分的形状(横截面形状的图形)可以不是圆或抛物线的一部分。
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。化合物半导体基板(用于制造发光元件的基板)11的面向第一化合物半导体层21的表面称为“第二表面11b”，并且与第二表面11b相对的表面称为“第一表面11a”。即，层压结构体20形成在具有导电性的化合物半导体基板11的第二表面11b上。此外，第一光反射层41的凹面镜部分43包括基部45A和多层光反射膜46，基部45A是化合物半导体基板11的第一表面11a的突出部分11a'，多层光反射膜46形成在基部45A的至少部分表面(具体地，基部45A的表面)上。此外，当凹面镜部分43的曲率半径(具体地，在第一光反射层41的凹面镜部分43中具有半径r'DBR的有效区域44)被设置为RDBR时，满足RDBR≤1×10-3m的关系。具体地，但是没有限制，可以例举LOR＝50μm，RDBR＝70μm，r'DBR＝20μm。此外，作为主要从发光元件发射的光的期望波长(振荡波长)λ0，可以例举λ0＝450nm。
在此处，当从有源层23到基部45A与多层光反射膜46的界面之间的界面的距离被设置为T0时，理想抛物线的函数x＝f(z)可以由以下表达式表示。
x＝z2/t0
hDBR＝r'DBR 2/2T0
当由界面43a绘制的图形被设置为抛物线的一部分时，不言而喻，偏离理想抛物线的抛物线也是可能的。
另外，层压结构体20的导热率值高于第一光反射层41的导热率值。构成第一光反射层41的介电材料的导热率值约为10watts/(m·K)或更小。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值约为50watts/(m·K)至100watts/(m·K)。
第一化合物半导体层21由n-GaN层构成，有源层23由五层多量子阱结构构成，其中，层压了In0.04Ga0.96N层(势垒层)和In0.16Ga0.84N层(阱层)，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。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由Ti/Pt/Au形成，第二电极32由透明导电材料，特别是ITO形成。电连接到外部电极或电路并由例如Ti/Pt/Au或V/Pt/Au形成的焊盘电极(未示出)形成在第一电极31的边缘部分上或连接到第一电极31的边缘部分。电连接到外部电极或电路并且由例如Pd/Ti/Pt/Au或Ti/Pd/Au、Ti/Ni/Au形成的焊盘电极33形成在第二电极32的边缘部分上或连接到第二电极32的边缘部分。第一光反射层41和第二光反射层42具有Ta2O5层和SiO2层的层压结构(介电膜的层压总数：20层)。第一光反射层41和第二光反射层42具有多层结构，但是为了简化附图，示出为一层。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(电流狭窄层)34中的开口34A中的每一个的平面形状具有圆形形状。
在下文中，将参照图2A、图2B、图3、图4、图5、图6和图7描述制造示例1的发光元件的方法，这些图是层压结构体等的示意性局部端视图。
[处理-100]
首先，层压结构体20形成在厚度约为0.4mm的化合物半导体基板11的第二表面11b上，层压结构体20由GaN基化合物半导体形成，并且层压结构体20中层压了包括第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b的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以及包括面向有源层23的第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b的第二化合物半导体层22。具体地，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通过已知的MOCVD方法基于外延生长方法依次形成在化合物半导体基板11的第二表面11b上，以获得层压结构体20(参见图2A)。
[处理-110]
接下来，基于诸如CVD法、溅射法和真空沉积法等成膜方法与湿蚀刻法或干蚀刻法的组合，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并由SiO2形成的绝缘层(电流狭窄层)34(参见图2B)。电流狭窄区域(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。即，电流注入区域61A由开口34A限定。
为了获得电流狭窄区域，可以在第二电极32和第二化合物半导体层22之间形成由绝缘材料(例如，SiOX、SiNX、AlOX)形成的绝缘层(电流狭窄层)，可以通过RIE法等蚀刻第二化合物半导体层22来形成台面结构，电流狭窄区域可以通过部分氧化从横向层压的第二化合物半导体层22的部分层来形成，导电率降低的区域可以通过向第二化合物半导体层22离子注入杂质来形成，或者可以适当地组合上述方法。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，由于电流狭窄(constriction，收缩)，电流流过该部分。
[处理-120]
接下来，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，第二电极32形成在第二化合物半导体层22的暴露于开口34A的底表面(电流注入区域61A)的第二表面22b上以及绝缘层34上，例如，剥离法，并且基于成膜方法(例如，溅射法和真空沉积法)以及图案化方法(例如，湿蚀刻法和干蚀刻法)的组合，形成焊盘电极33。接下来，基于诸如溅射法和真空沉积法等成膜方法以及诸如湿蚀刻法和干蚀刻法等图案化方法的组合，在第二电极32和焊盘电极33上形成第二光反射层42。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3所示的结构。
[处理-130]
接下来，第二光反射层42通过接合层48固定到支撑基板49(参见图4)。具体地，通过使用由粘合剂形成的接合层48，第二光反射层42固定到由蓝宝石基板构成的支撑基板49。
[处理-140]
接下来，基于机械研磨方法或CMP方法来减薄化合物半导体基板11，并且对化合物半导体基板11的第一表面11a执行镜面处理(参见图5)。化合物半导体基板11的第一表面11a的表面粗糙度Ra的值优选为10nm或更小。表面粗糙度Ra由JIS B-610：2001定义，具体地，可以通过基于AFM或横截面TEM的观察来进行其测量。此外，作为突出部分11a'的基部45A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其中将形成有基部45A的化合物半导体基板11的第一表面11a上，并且抗蚀剂层被加热以允许抗蚀剂层回流，从而获得抗蚀剂图案。与突出部分11a'相同的形状(或类似的形状)应用于抗蚀剂图案。此外，通过使用RIE方法等回蚀化合物半导体基板11的抗蚀剂图案和第一表面11a，以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)中形成作为突出部分11a'的基部45A(参见图6)。
[处理-150]
接下来，在基部45A的至少一部分上形成多层光反射膜46。具体地，基于诸如溅射法和真空沉积法等已知方法，在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)和基部45A上形成多层光反射膜46。此外，基于图案化方法(例如，湿蚀刻方法和干蚀刻方法)去除多层光反射膜46的不必要部分，以获得第一光反射层41(参见图7)。接下来，基于诸如溅射法和真空沉积法等成膜方法以及诸如湿蚀刻法和干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，从而获得电连接到第一化合物半导体层21的第一电极31。
[处理-160]
接下来，剥离支撑基板49。以这种方式，可以获得图1所示的结构。接下来，进行所谓的元件隔离，以将发光元件彼此分离，并且层压结构体的侧面或暴露表面被例如由SiO2形成的绝缘膜覆盖。接下来，进行封装或密封，以完成示例1的发光元件。
假设在[处理-140]中，化合物半导体基板11可以变薄，可以执行镜面处理，并且可以剥离支撑基板49。
此外，作为示例1的发光元件的修改示例，在[处理-140]中，化合物半导体基板11变薄，并且执行镜面处理。然后，在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)中形成作为突出部分11a'的基部45A之前，在将要形成有基部45A的化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)的区域中形成凹部11a"，在凹部11a"中形成图案化的抗蚀剂层，并且抗蚀剂层被加热以允许抗蚀剂层回流，从而获得抗蚀剂图案。与突出部分11a'相同的形状(或类似的形状)应用于抗蚀剂图案。此外，通过使用RIE方法等回蚀抗蚀剂图案和凹部11a"的一部分，以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)的凹部11a"中形成作为突出部分11a'的基部45A(参见图8)。接下来，基于诸如溅射法和真空沉积法等已知方法，在包括基部45A的表面的整个表面上形成多层光反射膜46。此外，基于图案化方法(例如，湿蚀刻方法和干蚀刻方法)去除多层光反射膜46的不必要部分，从而获得第一光反射层41。即，凸部11A形成在第一光反射层41的外围，并且第一光反射层41超出凸部11A(包括化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11A))，因此可以保护第一光反射层41。
另外，在[处理-140]中，可以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成作为突出部分11a'的基部45A，并且可以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)中将突起形成为与基部45A隔开并包围基部45A。具体地，图案化的抗蚀剂层形成在形成有基部45A的化合物半导体基板11的第一表面11a上，并且抗蚀剂层被加热，以允许抗蚀剂层回流，从而获得抗蚀剂图案。与突出部分11a'相同的形状(或类似的形状)应用于抗蚀剂图案。此外，抗蚀剂层形成在形成有突起的化合物半导体基板11的第一表面11a的部分上，以与抗蚀剂图案分离并包围抗蚀剂图案。此外，通过使用RIE方法等回蚀抗蚀剂图案、抗蚀剂层和化合物半导体基板11的第一表面11a，以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)中组合地形成作为突出部分11a'的基部45A以及突起。突起形成在第一光反射层41的外围，并且第一光反射层41不从突起(包括化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a))突出，因此可以保护第一光反射层41。
此外，在[处理-150]中，多层光反射膜46可以形成在基部45A的至少一部分上，以获得第一光反射层41，并且凸部11A可以形成在化合物半导体基板11的第一表面11a上，以包围第一光反射层41(参见图9)。例如，凸部11A可以由绝缘材料或金属材料形成。如上所述，凸部11A形成在第一光反射层41的外围，并且第一光反射层41不超出凸部11A，因此可以保护第一光反射层41。
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，即使当谐振器长度LOR为1×10-5m或更大时，也可以避免衍射损耗增加。结果，可以可靠地进行激光振荡。此外，谐振器长度LOR可以设置为1×10-5m或更大，因此可以减轻热饱和的问题。此外，谐振器长度LOR可以设置为1×10-5m或更大。结果，发光元件的制造过程的公差变得更高，因此可以实现成品率的提高。
另外，在发光元件的制造过程中，除了示例4之外，使用GaN基板，但是不基于诸如ELO法等方法形成GaN基化合物半导体，在ELO法中，在横向上发生外延生长。因此，作为GaN基板，不仅可以使用极性GaN基板，而且可以使用反极性GaN基板或非极性GaN基板。当使用极性GaN基板时，由于有源层中的压电电场效应，发光效率趋于劣化，但是当使用非极性GaN基板或反极性GaN基板时，可以解决或减轻该问题。
示例2
示例2是示例1的修改，并且涉及配置5-B的发光元件。在图10中示出了其示意性局部端视图的示例2的发光元件中，第一光反射层41的凹面镜部分43包括基部45B和至少在基部45B的一部分(具体地，基部45B的表面)上形成的多层光反射膜46，基部45B是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)的突出部分45c。构成基部45B(突出部分45c)的材料的示例包括透明介电材料(例如，TiO2、Ta2O5和SiO2)、硅树脂、环氧树脂等。
关于示例2的发光元件，在类似于示例1的[处理-140]的处理中，化合物半导体基板11变薄，并且执行镜面处理，并且作为突出部分45c的基部45B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，在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成TiO2层或Ta2O5层，在形成有基部45B的TiO2层或Ta2O5层上形成图案化的抗蚀剂层，并且抗蚀剂层被加热以允许抗蚀剂层回流，从而获得抗蚀剂图案。与突出部分45c相同的形状(或类似的形状)应用于抗蚀剂图案。此外，抗蚀剂图案和TiO2层或Ta2O5层被回蚀，以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成作为突出部分45c的基部45B。接下来，基于已知方法，在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)和基部45B上形成多层光反射膜46。接下来，去除多层光反射膜46的不必要部分，以获得第一光反射层41，并且在化合物半导体基板11的第一表面11a上形成第一电极31，从而获得电连接到第一化合物半导体层21的第一电极31。
除了上述配置之外，示例2的发光元件的配置和结构与示例1的发光元件的配置和结构相似，因此将省略其详细描述。假设示例1的发光元件的修改示例也适用于示例2。
示例3
示例3也是示例1或示例2的修改，并且涉及配置6的发光元件。在图11中示出了其示意性局部端视图的示例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。在示例3的发光元件的制造中，在类似于示例1的[处理-140]的处理中，去除用于制造发光元件的基板11，以暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a。此外，以与示例1类似的方式，图案化的抗蚀剂层形成在将要形成有基部45D的第一化合物半导体层21的第一表面21a上，并且抗蚀剂层加热以允许抗蚀剂层回流，从而获得抗蚀剂图案。与突出部分21d相同的形状(或类似的形状)应用于抗蚀剂图案。此外，抗蚀剂图案和第一化合物半导体层21的第一表面21a被回蚀，以在第一化合物半导体层21的第一表面21a中形成作为突出部分21d的基部45D。此外，在图12中示出了其示意性局部端视图的示例3的发光元件的修改示例中，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，图案化的抗蚀剂层形成在要形成基部45E的TiO2层或Ta2O5层上，并且抗蚀剂层被加热以允许抗蚀剂层回流，从而获得抗蚀剂图案。与突出部分21e的形状相同的形状(或类似的形状)应用于抗蚀剂图案。此外，抗蚀剂图案和TiO2层或Ta2O5层被回蚀，以在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成作为突出部分21e的基部45E。
除了上述配置之外，示例3及其修改示例的发光元件的配置和结构与示例1或示例2的发光元件的配置和结构相似，因此将省略其详细描述。假设支撑基板49或接合层48可以留下而不去除。
示例4
示例4是示例3的修改。示例4的发光元件的示意性局部端视图基本类似于图12，并且示例4的发光元件的配置和结构类似于示例3的发光元件的配置和结构，因此将省略其详细描述。
在示例4中，首先，用于形成凹面镜部43的凹部43A形成在用于制造发光元件的基板11的第二表面11b中。此外，由多层膜构成的第一光反射层41形成在用于制造发光元件的基板11的第二表面11b上，平坦化膜47形成在第一光反射层41上，对平坦化膜47和第一光反射层41进行平坦化处理，以露出用于制造发光元件的基板11的第二表面11b的一部分，同时保留平坦化膜47和第一光反射层41(参见图13A)。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，通过使用在横向上发生外延生长的诸如ELO方法等方法，基于横向生长，在用于制造包括第一光反射层41的发光元件的基板11上形成层压结构体20(参见图13B)。然后，执行示例1的[处理-110]和[处理-120]。此外，去除用于制造发光元件的基板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形成在用于制造发光元件的基板11的第一表面11a上，而不去除用于制造发光元件的基板11。接下来，进行所谓的元件隔离，以将发光元件彼此分离，并且层压结构体的侧表面或暴露表面被例如由SiO2形成的绝缘膜覆盖。接下来，进行封装或密封，以完成示例4的发光元件。
示例5
示例5是示例1至示例4的修改，并且涉及配置1的发光元件。如上所述，电流狭窄区域(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。即，电流注入区域61A由开口34A限定。即，在示例5的发光元件中，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设置在第二化合物半导体层22中，并且从电流注入区域61A的区域中心点到电流注入区域61A和电流非注入区域61B之间的边界61C的最短距离DCI满足表达式(1-1)和表达式(1-2)。
在示例5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的关系。
此外，满足DCI≥ω0的关系。此外，满足RDBR≤1×10-3m的关系。具体地，可以例举DCI＝4μm、ω0＝1.5μm、LOR＝50μm、RDBR＝60μm、λ0＝525nm。此外，作为开口34A、8的直径，可以例举8μm。作为GaN基板，使用在m轴方向上倾斜大约75°的c平面设置为主表面的基板。即，GaN基板包括作为半极性平面作为主表面的[20-21]平面。假设GaN基板也可以用于其他示例中。
在XY平面方向上在凹面镜部分43的中心轴(z轴)和电流注入区域61A之间的偏差成为发光元件特性劣化的原因。用于形成凹面镜部分43的图案化和用于形成开口34A的图案化经常使用光刻技术。在这种情况下，对应于曝光装置的性能，位置关系在XY平面上有很大的偏差。特别地，通过从第二化合物半导体层22的一侧执行对准，来执行开口34A(电流注入区域61A)的定位。另一方面，通过从化合物半导体基板11的一侧执行对准，来执行凹面镜部分43的定位。在此处，在示例5的发光元件中，开口34A(电流注入区域61)形成为大于光被凹面镜部分43变窄的区域。因此，即使在XY平面中在凹面镜部分43的中心轴(Z轴)和电流注入区域61A之间出现偏差的情况下，也实现了不影响振荡特性的结构。
即，在由第一光反射层反射的光聚集的区域不包括在电流注入区域中的情况下，其中电流注入区域与有源层由于电流注入而具有优势的区域对应，抑制了从载体引起的光发射，因此存在抑制激光振荡的问题。然而，当满足表达式(1-1)和(1-2)时，可以保证由第一光反射层反射的光聚集的区域包括在电流注入区域中，因此可以可靠地完成激光振荡。
示例6
示例6是示例1至示例5的修改，并且涉及配置2的发光元件，具体地，配置2-A的发光元件。在图14中示出了示例6的发光元件的示意性局部端视图。
然而，为了控制在第一电极和第二电极之间流动的电流的流动通道(电流注入区域)，形成电流非注入区域以包围电流注入区域。在GaAs基表面发光激光元件(由GaAs基化合物半导体构成的表面发光激光元件)中，有源层沿着XY平面从外侧氧化，以形成包围电流注入区域的电流非注入区域。氧化的有源层的区域(电流非注入区域)的折射率与未氧化的区域(电流注入区域)的折射率相比进一步降低。结果，谐振器的光路长度(由折射率和物理距离的乘积表示)在电流非注入区域上比电流注入区域短。此外，据此，生成“透镜效应”，并导致在表面发光激光元件的中心部分捕获激光的动作。通常，由于衍射效应，光趋于变宽，因此在谐振器中往复运动的激光分散到谐振器的外部(衍射损耗)，并且因此生成不利影响，例如，阈值电流增加。然而，透镜效应补偿衍射损耗，因此可以抑制阈值电流的增加等。
然而，在由GaN基化合物半导体构成的发光元件中，从材料特性的角度来看，难以沿着XY平面从外侧(从横向)氧化有源层。因此，如示例1至示例5中所述，由SiO2形成并包括开口的绝缘层34形成在第二化合物半导体层22上，由透明导电材料形成的第二电极32形成在暴露于开口34A的底部的第二化合物半导体层22上和绝缘层34上，并且具有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。当以这种方式形成绝缘层34时，形成电流非注入区域61B。此外，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中的部分成为电流注入区域61A。
在第二化合物半导体层22上形成绝缘层34的情况下，形成有绝缘层34的区域(电流非注入区域61B)中的谐振器长度变得比未形成绝缘层34的区域(电流注入区域61A)的谐振器长度长了绝缘层34的光学厚度。因此，发生在由表面发光激光元件(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发散并分散到谐振器外部的操作。为了方便起见，该操作称为“反向透镜效应”。此外，结果，在激光中出现振荡模式损耗，并且存在阈值电流增加或斜率效率恶化的问题。在此处，“振荡模式损耗”是对振荡激光中的基本模式和高阶模式的光场强度施加增大和减小的物理量，并且相对于单独的模式定义不同的振荡模式损耗。假设“光场强度”是当XY平面中距Z轴的距离L被设置为函数时的光场强度。通常，在基本模式中，光场强度随着距离L的增加而单调减小，但是在高阶模式中，光场强度随着距离L的增加而减小，同时重复增加和减少一次或多次(参见图16(A)的概念图)。假设在图16中，实线表示基本模式的光场强度分布，虚线表示高阶模式的光场强度分布。此外，在图16中，为了方便起见，第一光反射层41示出为平坦状态，但是实际上包括凹面镜部分。
示例6的发光元件或稍后将描述的示例7至示例10的发光元件包括：
(A)层压结构体20，其由GaN基化合物半导体形成，并且在层压结构体20中，层压包括第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b的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以及第二化合物半导体层22，第二化合物半导体层22包括面向有源层23的第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b，
(B)模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54，其设置在第二化合物半导体层22的第二表面22b上，并且构成模式损耗作用区域55，该模式损耗作用区域55用于增加和减少振荡模式损耗，
(C)第二电极32，其形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b上和模式损耗作用部分54上，
(D)第二光反射层42，其形成在第二电极32上，
(E)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21a侧，以及
(F)第一电极31，其电连接到第一化合物半导体层21。
此外，电流注入区域51、包围电流注入区域51的电流非注入内部区域52以及包围电流非注入内部区域52的电流非注入外部区域53形成在层压结构体20中。模式损耗作用区域55的正交投影图像和电流非注入外部区域53的正交投影图像彼此重叠。即，电流非注入外部区域53位于模式损耗作用区域55的下侧。假设在与注入电流的电流注入区域51充分分离的区域中，模式损耗作用区域55的正交投影图像和电流非注入外部区域53的正交投影图像可以不彼此重叠。在此处，在层压结构体20中形成没有注入电流的电流非注入区域52和53。然而，在附图所示的示例中，电流非注入区域在厚度方向上从第二化合物半导体层22形成到第一化合物半导体层21的一部分。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在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和有源层23中。
模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54由诸如SiO2等介电材料形成，并且在示例6的发光元件中或者在稍后描述的示例7至示例10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。模式损耗作用部分54的光学厚度可以被设置为偏离发光元件中生成的光的波长λ0的1/4的整数倍的值。或者，模式损耗作用部分54的光学厚度t0可以被设置为发光元件中生成的光的波长λ0的1/4的整数倍。即，模式损耗作用部分54的光学厚度t0可以被设置为这样的厚度，在该厚度，发光元件中生成的光的相位不会受到干扰，驻波不会受到干扰。然而，严格来说，不需要是1/4的整数倍，可以满足(λ0/4n0)×m-(λ0/8n0)≤t0≤(λ0/4n0)×2m+(λ0/8n0)的关系。具体地，当发光元件中生成的光的波长的1/4倍的值被设置为“100”时，期望模式损耗作用部分54的光学厚度t0被设置为大约25至250。此外，当采用该配置时，可以改变传输通过模式损耗作用部分54的激光和传输通过电流注入区域51的激光之间的相位差(控制相位差)，并且可以以更高的自由度执行振荡模式损耗的控制。结果，可以进一步提高发光元件的设计自由度。
在示例6中，电流注入区域51和电流非注入内部区域52之间的边界形状被设置为圆形(直径：8μm)，并且电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53之间的边界形状被设置为圆形(直径：12μm)。即，当电流注入区域51的正交投影图像的面积被设置为S1，并且电流非注入内部区域52的正交投影图像的面积被设置为S2时，满足0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7的关系。具体地，S1/(S1+S2)是82/122＝0.04。
在示例6的发光元件或示例7、示例8和示例10的发光元件中，当电流注入区域51中的有源层23到第二化合物半导体层22的第二表面的光学距离被设置为L2，并且从模式损耗作用区域55中的有源层23到模式损耗作用部分54的顶表面(面向第二电极32的表面)的光学距离被设置为L0时，可以满足L0>L2的关系。具体地，L0>L2被设置为1.5。此外，由于模式损耗作用区域55，生成的具有高阶模式的激光朝向由第一光反射层41和第二光反射层42构成的谐振器结构的外侧分散，因此振荡模式损耗增加。即，由于模式损耗作用区域55的存在，在模式损耗作用区域55的正交投影图像中，发生的基本模式和高阶模式的光场强度随着远离Z轴而进一步降低，该模式损耗作用区域55用于增加和减少振荡模式损耗(参考图16的(B)的概念图)，但是高阶模式中光场强度的降低大于基本模式中光场强度的降低，因此可以进一步稳定基本模式，可以实现阈值电流的降低，并且可以增加基本模式的相对光场强度。此外，与相关技术的发光元件相比，高阶模式的光场强度的边缘部分位于进一步远离电流注入区域的部分(参见图16的(A))，因此可以实现减小反向透镜效应的影响。假设在不设置由SiO2形成的模式损耗作用部分54的情况下，发生振荡模式的混合。
第一化合物半导体层21由n-GaN层构成，有源层23由五层多量子阱结构构成，在五层多量子阱结构中，层压In0.04Ga0.96N层(势垒层)和In0.16Ga0.84N层(阱层)，第二化合物半导体层22由p-GaN层构成。此外，第一电极31由Ti/Pt/Au形成，第二电极32由透明导电材料，特别是ITO形成。在模式损耗作用部分54中形成圆形开口54A，并且第二化合物半导体层22暴露于开口54A的底部。电连接到外部电极或电路并且由例如Ti/Pt/Au或V/Pt/Au形成的焊盘电极(未示出)形成在第一电极31的边缘部分上或连接到第一电极31的边缘部分。电连接到外部电极或电路并且由例如Ti/Pd/Au或Ti/Ni/Au形成的焊盘电极33形成在第二电极32的边缘部分上或连接到第二电极32的边缘部分。第一光反射层41和第二光反射层42具有SiN层和SiO2层的层压结构(介电膜的层压总数：20层)。
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中而形成。例如，作为离子种类，选择硼，但是不限于硼离子。
在下文中，将描述制造示例6的发光元件的方法的概述。
[处理-600]
在示例6的发光元件的制造中，首先，执行类似于示例1的[处理-100]的处理。
[处理-610]
接下来，基于使用硼离子的离子注入方法，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。
[处理-620]
接下来，在类似于示例1的[处理-110]的处理中，基于已知方法，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并由SiO2形成的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54(参考图15A)。
[处理-630]
接下来，执行与示例1的[处理-120]至[处理-160]类似的处理，以获得示例6的发光元件。假设在图15B中示出在类似于[处理-120]的过程中获得的结构。
在示例6的发光元件中，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，并且模式损耗作用区域的正交投影图像和电流非注入外部区域的正交投影图像彼此重叠。即，由于电流非注入内部区域，分割电流注入区域和模式损耗作用区域(彼此分离)。因此，如图16的(B)的概念图所示，振荡模式损耗的增加和减少(具体地，示例6中的增加)可以被设置为期望的状态。此外，当适当地确定电流注入区域和模式损耗作用区域之间的位置关系、构成模式损耗作用区域的模式损耗作用部分的厚度等时，可以将振荡模式损耗的增加和减少设置为期望的状态。结果，例如，可以解决相关技术的发光元件中的问题，例如，阈值电流增加和斜率效率恶化。例如，当基本模式中的振荡模式损耗降低时，可以实现阈值电流的降低。此外，可以独立地控制应用振荡模式损耗的区域和注入电流并且有助于发光的区域，因此可以独立地执行振荡模式损耗的控制和发光元件的发光状态的控制。结果，可以提高发光元件的控制程度和设计自由度。具体地，当电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域以预定的布置关系布置时，可以控制由模式损耗作用区域提供的振荡模式损耗相对于基本模式和高阶模式的幅度关系，并且提供给高阶模式的振荡模式损耗相对大于提供给基本模式的振荡模式损耗，因此可以进一步稳定基本模式。此外，在示例6的发光元件中，设置凹面镜部分43，因此可以进一步可靠地抑制衍射损耗的发生。
示例7
示例7是示例6的修改，涉及配置2-B的发光元件。在图17中示出了其示意性局部截面图的示例7的发光元件中，通过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，形成电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53。此外，以这种方式，电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53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进入高电阻状态。即，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。假设在图17、图18和图20中，省略了第一光反射层41的图示。
甚至在示例7中，电流注入区域51和电流非注入内部区域52之间的边界形状被设置为圆形(直径：10μm)，并且电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53之间的边界形状被设置为圆形(直径：15μm)。即，当电流注入区域51的正交投影图像的面积被设置为S1，并且电流非注入内部区域52的正交投影图像的面积被设置为S2时，满足0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7的关系。具体地，S1/(S1+S2)是102/152＝0.44。
在示例7中，代替示例6的[处理-610]，可以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，来在层压结构体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。
除了上述配置之外，示例7的发光元件的配置和结构与示例6的发光元件的配置和结构相似，因此将省略其详细描述。
即使在示例7或稍后描述的示例8的发光元件中，当电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域以预定的布置关系布置时，也可以控制由模式损耗作用区域提供的振荡模式损耗相对于基本模式和高阶模式的幅度关系，并且使提供给高阶模式的振荡模式损耗相对大于提供给基本模式的振荡模式损耗，因此可以进一步稳定基本模式。
示例8
示例8是示例6和示例7的修改，并且涉及配置2-C的发光元件。在图18中示出了其示意性局部截面图的示例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的光朝向谐振器结构的外侧(即，朝向模式损耗作用区域55)反射或散射的区域，该谐振器结构包括第一光反射层41和第二光反射层42。具体地，第二光反射层42的位于模式损耗作用部分54的侧壁(开口54B的侧壁)上侧的部分具有正向(forward)锥形倾斜部42A，或者包括朝向第一光反射层41弯曲成凸形的区域。
在示例8中，电流注入区域51和电流非注入内部区域52之间的边界形状被设置为圆形(直径：8μm)，并且电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53之间的边界形状被设置为圆形(直径：10μm至20μm)。
在示例8中，在与示例6的[处理620]类似的处理中，当形成包括开口54B并且由SiO2形成的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54时，可以形成包括正向锥形侧壁的开口54B。具体地，基于光刻技术，在形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b上的模式损耗作用层上形成抗蚀剂层，并且在抗蚀剂层的要形成开口54B的部分中设置开口。基于已知的方法，使开口的侧壁成为正向锥形。此外，执行回蚀，以在模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54中形成包括正向锥形侧壁的开口54B。此外，第二电极32和第二光反射层42形成在模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54上，以在第二光反射层42中提供正向锥形倾斜部分42A。
除了上述配置之外，示例8的发光元件的配置和结构与示例6和示例7的发光元件的配置和结构类似，因此将省略其描述。
示例9
示例9是示例6至示例8的修改，并且涉及配置2-D的发光元件。如示出了示例9的发光元件的示意性局部剖视图的图19以及示出了主要部分的切割示意性局部剖视图的图20所示，凸部22A形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b侧。此外，如图19和图20所示，模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b的包围凸部22A的区域22B上。凸部22A占据电流注入区域51和电流非注入内部区域52。与示例6一样，模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54由介电材料(例如，SiO2)形成。电流非注入外部区域53设置在区域22B中。当从电流注入区域51中的有源层23到第二化合物半导体层22的第二表面的光学距离被设置为L2，并且从模式损耗作用区域55中的有源层23到模式损耗作用部分54的顶表面(面向第二电极32的表面)的光学距离被设置为L0时，满足L0<L2的关系。具体地，L2/L0被设置为1.5。据此，在发光元件中发生透镜效应。
在示例9的发光元件中，由于模式损耗作用区域55，生成的具有高阶模式的激光可以被捕获到电流注入区域51和电流非注入内部区域52中，因此振荡模式损耗减小。即，由于存在用于增加和减少振荡模式损耗的模式损耗作用区域55，发生的基本模式和高阶模式的光场强度在电流注入区域51和电流非注入内部区域52的正交投影图像中增加。
在示例9中，电流注入区域51和电流非注入内部区域52之间的边界形状被设置为圆形(直径：8μm)，并且电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53之间的边界形状被设置为圆形(直径：30μm)。
在示例9中，可以在示例6的[处理610]和[处理620]之间从第二表面22b侧去除第二化合物半导体层22的一部分，以形成凸部22A。
除了上述配置之外，示例9的发光元件的配置和结构与示例6的发光元件的配置和结构相似，因此将省略其详细描述。在示例9的发光元件中，可以抑制由模式损耗作用区域相对于各种模式提供的振荡模式损耗，可以在多模式振荡中执行横向模式，并且可以降低激光振荡的阈值。此外，如图16的(C)的概念图所示，由于存在用于增加和减少振荡模式损耗的模式损耗作用区域(具体地，示例9中的减少)，在电流注入区域和电流非注入内部区域的正交投影图像中，发生的基本模式和高阶模式的光场强度可以增加。
示例10
示例10是示例6到示例9的修改。更具体地，稍后描述的示例10或示例11的发光元件由透过第一光反射层41从第一化合物半导体层21的顶表面发射激光的表面发光激光元件(发光元件)(垂直谐振器激光器VCSEL)构成。
在图21中示出了示意性局部截面图的示例10的发光元件中，基于焊接方法，第二光反射层42通过由金(Au)层或包括锡(Sn)的焊料层构成的接合层48固定到由硅半导体基板构成的支撑基板49。在示例10的发光元件的制造中，例如，除了去除支撑基板49之外，即，不需要去除支撑基板49，可以执行类似于示例6的[处理-600]至[处理-630]的处理。
即使在示例10的发光元件中，当电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域以预定的布置关系布置时，也可以控制由模式损耗作用区域提供的振荡模式损耗相对于基本模式和高阶模式的幅度关系，并且使提供给高阶模式的振荡模式损耗相对大于提供给基本模式的振荡模式损耗，因此可以进一步稳定基本模式。
在图21所示的发光元件的示例中，第一电极31的一端与第一光反射层41间隔开。即，第一光反射层41和第一电极31彼此隔开，换言之，具有偏离，并且间隔距离设置在1mm内，具体地，间隔距离的平均值例如为0.05mm。然而，并不局限于该结构，并且第一电极31的端部可以与第一光反射层41接触，或者第一电极31的端部可以形成在第一光反射层41的边缘上。
另外，在执行类似于示例6的[处理-600]到[处理-630]的处理之后，可以去除用于制造发光元件的基板11，以暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a，并且可以在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一光反射层41和第一电极31。此外，当在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一光反射层41时，可以蚀刻第一化合物半导体层21，以在第一化合物半导体层21的第一表面21a中形成凹部，并且可以在该凹部中形成第一光反射层41。此外，在这种情况下，当凹部的侧壁被设置为正向锥形时，可以获得配置2-C的发光元件。即，第一光反射层41包括将来自第二光反射层42的光反射或散射到包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外侧的区域(倾斜区域)。
示例11
示例11是示例1至示例5的修改示例，涉及配置3的发光元件，特别是配置3-A的发光元件。更具体地，示例11的发光元件由通过第一光反射层41从第一化合物半导体层21的顶表面发射激光的表面发光激光元件(发光元件)(垂直谐振器激光器VCSEL)构成。
示例11的发光元件(在图22中示出其示意性局部端视图)包括
(a)层压结构体20，在该层压结构体中，层压由GaN基化合物半导体形成并包括第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b的第一化合物半导体层21、由GaN基化合物半导体形成并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以及第二化合物半导体层22，第二化合物半导体层22由GaN基化合物半导体形成并且包括第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b，并且其中，第一表面22a与有源层23接触，
(b)第二电极32，其形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b上，
(c)第二光反射层42，其形成在第二电极32上，
(d)模式损耗作用部分64，其设置在第一化合物半导体层21的第一表面21a上，并且构成用于增大和减小振荡模式损耗的模式损耗作用区域65，
(e)第一光反射层41，其形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a和模式损耗作用部分64上，以及
(f)第一电极31，其电连接到第一化合物半导体层21。假设在示例11的发光元件中，第一电极31形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。
电流注入区域61、包围电流注入区域61的电流非注入内部区域62和包围电流非注入内部区域62的电流非注入外部区域63形成在层压结构体20中，并且模式损耗作用区域65的正交投影图像和电流非注入外部区域63的正交投影图像彼此重叠。在此处，电流非注入区域62和63形成在层压结构体20中，但是在附图所示的示例中，电流非注入区域62和63在厚度方向上从第二化合物半导体层22形成到第一化合物半导体层21的一部分。然而，电流非注入区域62和63可以在厚度方向上形成在第二化合物半导体层22在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和有源层23中。
层压结构体20、焊盘电极33、第一光反射层41和第二光反射层42的配置可以类似于示例6中的配置，并且接合层48和支撑基板49的配置可以类似于示例10中的配置。在模式损耗作用部分64中形成圆形开口64A，并且第一化合物半导体层21的第一表面21a暴露于开口64A的底部。
模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64由诸如SiO2等介电材料形成，并且形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。模式损耗作用部分64的光学厚度t0可以被设置为偏离发光元件中生成的光的波长λ0的1/4的整数倍的值。此外，模式损耗作用部分64的光学厚度t0可以被设置为发光元件中生成的光的波长λ0的1/4的整数倍。即，模式损耗作用部分64的光学厚度t0可以被设置为这样的厚度，在该厚度，发光元件中生成的光的相位不会受到干扰，因此驻波不会受到干扰。然而，严格来说，不需要是1/4的整数倍，可以满足(λ0/4n0)×m-(λ0/8n0)≤t0≤(λ0/4n0)×2m+(λ0/8n0)的关系。具体地，当发光元件中生成的光的波长λ0的1/4倍的值被设置为“100”时，期望模式损耗作用部分64的光学厚度t0被设置为大约25至250。此外，当采用该配置时，可以改变通过模式损耗作用部分64传输的激光和通过电流注入区域61传输的激光之间的相位差(控制相位差)，并且可以以更高的自由度执行振荡模式损耗的控制。结果，可以进一步提高发光元件的设计自由度。
在示例11中，电流注入区域61和电流非注入内部区域62之间的边界形状被设置为圆形(直径：8μm)，并且电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63之间的边界形状被设置为圆形(直径：15μm)。即，当电流注入区域61的正交投影图像的面积被设置为S1'，并且电流非注入内部区域62的正交投影图像的面积被设置为S2'时，满足0.01≤S1'/(S1'+S2')≤0.7的关系。具体地，S1'/(S1'+S2')是82/152＝0.28。
在示例11的发光元件中，当从电流注入区域61中的有源层23到第一化合物半导体层21的第一表面的光学距离被设置为L1'，并且从模式损耗作用区域65中的有源层23到模式损耗作用部分64的顶表面(面向第一电极31的表面)的光学距离被设置为L0'时，可以满足L0'>L1'的关系。具体地，L0'/L1'被设置为1.01。此外，由于模式损耗作用区域65，生成的具有高阶模式的激光朝向由第一光反射层41和第二光反射层42构成的谐振器结构的外侧分散，因此振荡模式损耗增加。即，由于模式损耗作用区域65的存在，在用于增加和减少振荡模式损耗的模式损耗作用区域65的正交投影图像中，发生的基本模式和高阶模式的光场强度随着远离Z轴而进一步降低(参考图16的(B)的概念图)，但是高阶模式中光场强度的降低大于基本模式中光场强度的降低，因此可以进一步稳定基本模式，可以实现阈值电流的降低，并且可以增加基本模式的相对光场强度。
在示例11的发光元件中，以与示例6类似的方式，通过离子注入到层压结构体20中，形成电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63。例如，作为离子种类，选择硼，但是不限于硼离子。
在下文中，将描述制造示例11的发光元件的方法。
[处理-1100]
首先，执行类似于示例6的[处理-600]的处理，以获得层压结构体20。接下来，执行类似于示例6的[处理-610]的处理，以在层压结构体20中形成电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63。
[处理-1110]
接下来，例如，基于剥离方法，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，并且基于已知方法，形成焊盘电极33。接下来，基于已知方法，在第二电极32和焊盘电极33上形成第二光反射层42。
[处理-1120]
接下来，第二光反射层42通过接合层48固定到支撑基板49。
[处理-1130]
接下来，去除用于制造发光元件的基板11，以暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a。具体地，基于机械研磨方法，使用于制造发光元件的基板11的厚度变薄，并且基于CMP方法，去除用于制造发光元件的基板11的剩余部分。以这种方式，暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a。
[处理-1140]
接下来，基于已知方法，在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成包括开口64A的并且由SiO2形成的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64。
[处理-1150]
接下来，由包括基部45F和多层光反射膜46的凹面镜部43构成的第一光反射层41形成在第一化合物半导体层21的暴露于模式损耗作用部分64的开口64A的底部的第一表面21a上，并且第一电极31形成在第一表面21a上。这样，可以获得具有图22所示的结构的示例11的发光元件。
[处理-1160]
接下来，进行所谓的元件隔离，以将发光元件彼此分离，并且层压结构体的侧表面或暴露表面被例如由SiO2形成的绝缘膜覆盖。接下来，进行封装或密封，以完成示例11的发光元件。
甚至在示例11的发光元件中，电流注入区域、包围电流注入区域的电流非注入内部区域和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，并且模式损耗作用区域的正交投影图像和电流非注入外部区域的正交投影图像彼此重叠。因此，如图16的(B)的概念图所示，振荡模式损耗的增加和减少(具体地，示例11中的增加)可以被设置为期望的状态。此外，可以独立地执行振荡模式损耗的控制和发光元件的发光状态的控制。结果，可以提高发光元件的控制自由度和设计自由度。具体地，当电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域以预定的布置关系布置时，可以控制由模式损耗作用区域提供的振荡模式损耗相对于基本模式和高阶模式的幅度关系，并且提供给高阶模式的振荡模式损耗相对大于提供给基本模式的振荡模式损耗，因此可以进一步稳定基本模式。此外，可以实现减小反向透镜效应的影响。假设在示例11的发光元件中，设置凹面镜部分43，因此可以进一步可靠地抑制衍射损耗的发生。
甚至在示例11中，与示例7一样，通过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(配置3-B的发光元件)进行反应离子蚀刻(RIE)处理，来形成电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63。以这种方式，电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63暴露于等离子体粒子，因此第二化合物半导体层22的导电性劣化，并且电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63进入高电阻状态。即，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62和电流非注入外部区域63。
此外，与示例8中一样，第二光反射层42可以被设置为包括将来自第一光反射层41的光反射或散射到包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外侧(即，朝向模式损耗作用区域65)的区域的配置(配置3-C的发光元件)。此外，与示例10中一样，当在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一光反射层41时，蚀刻第一化合物半导体层21，以在第一化合物半导体层21的第一表面21a中形成凹部，并且在凹部中形成第一光反射层41，但是凹部的侧壁可以设置为正向锥形。
此外，与示例9中一样，可以在第一化合物半导体层21的第一表面21a侧上形成凸部，并且可以在第一化合物半导体层21的第一表面21a的包围凸部的区域上形成模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64(配置3-D的发光元件)。模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64可以形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a的包围凸部的区域上。凸部占据电流注入区域61和电流非注入内部区域62。此外，据此，由于模式损耗作用区域65，生成的具有高阶模式的激光可以被捕获到电流注入区域61和电流非注入内部区域62中，因此振荡模式损耗减小。即，由于存在用于增加和减少振荡模式损耗的模式损耗作用区域65，在电流注入区域61和电流非注入内部区域62的正交投影图像中，发生的基本模式和高阶模式的光场强度增加。即使在具有上述配置的示例11的发光元件的修改示例中，也可以抑制由模式损耗作用区域65提供的振荡模式相对于各种模式的损耗，可以在多模式振荡中执行横向模式，并且可以降低激光振荡的阈值。此外，如图16的(C)的概念图所示，由于用于增加和减少振荡模式损耗的模式损耗作用区域65的存在，在电流注入区域和电流非注入内部区域的正交投影图像中，发生的基本模式和高阶模式的光场强度会增加(具体地，在示例11的发光元件的修改示例中，减少)。
在一些情况下，凸部(台面结构)可以形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a侧，并且第一化合物半导体层21的包围凸部的区域可以被设置为模式损耗作用区域(模式损耗作用部分)。即，在这种情况下，可以省略模式损耗作用层的形成，并且模式损耗作用部分可以由第一化合物半导体层的包围凸部的区域构成。此外，第一光反射层41可以形成在凸部的顶表面上。凸部占据电流注入区域61和电流非注入内部区域62。此外，据此，由于模式损耗作用区域，生成的具有更高阶模式的激光可以被捕获到电流注入区域61和电流非注入内部区域62中，因此振荡模式损耗减小。即，由于用于增加和减少振荡模式损耗的模式损耗作用区域的存在，在电流注入区域61和电流非注入内部区域62的正交投影图像中，发生的基本模式和高阶模式的光场强度增加。即使在具有上述配置的示例11的发光元件的修改示例中，也可以抑制由模式损耗作用区域提供的振荡模式相对于各种模式损耗，可以在多模式振荡中执行横向模式，并且可以降低激光振荡的阈值。此外，如图16的(C)的概念图所示，由于存在用于增加和减少振荡模式损耗的模式损耗作用区域，在电流注入区域和电流非注入内部区域的正交投影图像中，发生的基本模式和高阶模式的光场强度可以增加(具体地，在示例11的发光元件的修改示例中，减少)。
示例12
示例12是示例1至示例11的修改，涉及配置4的发光元件。
然而，关于由两个DBR层和形成在其间的层压结构体构成的层压结构体中的谐振器长度LOR，当将整个层压结构体的等效折射率设置为neq，并且将从表面发光激光元件(发光元件)发射的激光波长设置为λ0时，谐振器长度LOR由L＝(m·λ0)/(2·neq)表示。在此处，m是正整数。此外，在表面发光激光元件(发光元件)中，振荡可能波长由谐振器长度LOR决定。振荡可能的单独振荡模式称为垂直模式。与由垂直模式中的有源层确定的增益光谱匹配的波长可以经受激光振荡。当有效折射率被设置为neff时，垂直模式的间隔Δλ由λ0 2/(2neff·L)表示。即，谐振器长度LOR越长，垂直模式的间隔Δλ越窄。因此，在谐振器长度LOR较长的情况下，多个垂直模式可以存在于增益光谱中，因此多个垂直模式可以振荡。假设当振荡波长设置为λ0时，等效折射率neq和有效折射率neff具有以下关系。
neff＝neq-λ0·(dneq/dλ0)
在此处，在层压结构体由GaAs基化合物半导体层构成的情况下，谐振器长度LOR通常短至1μm或更少，并且从表面发光激光元件发射的垂直模式激光是一种(一个波长)(参考图30A的概念图)。因此，可以精确地控制从表面发光激光元件发射的垂直模式激光的振荡波长。另一方面，在层压结构体由GaN基化合物半导体层构成的情况下，谐振器长度LOR通常是从表面发光激光元件发射的激光波长的几倍。因此，从表面发光激光元件发射多种垂直模式激光(参考图30B的概念图)，因此难以精确控制可以从表面发光激光元件发射的激光的振荡波长。
在示例12的发光元件或者在图23中示出其示意性局部截面图的以下示例13至示例15的发光元件中，至少两层光吸收材料层71(可取地，至少四层光吸收材料层71，具体地，示例12中，二十层光吸收材料层71)形成在包括第二电极32的层压结构体20中，以平行于由有源层23占据的虚拟平面。假设为了简化附图，在附图中仅示出了两层光吸收材料层71。
在示例12中，振荡波长(从发光元件发射的期望振荡波长)λ0为450nm。二十层光吸收材料层71由具有比构成层压结构体20的化合物半导体更窄的带隙的化合物半导体材料形成，具体地，n-In0.2Ga0.8N，并且形成在第一化合物半导体层21内部。每个光吸收材料层71的厚度是λ0/(4·neq)或更小，具体地，3nm。此外，光吸收材料层71的光吸收系数是由n-GaN层形成的第一化合物半导体层21的光吸收系数的两倍或更多倍，特别地，1×103倍。
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出现的具有最小幅度的部分，有源层23位于在层压结构体内部形成的光的驻波中出现的具有最大幅度的部分。有源层23在厚度方向的中心和与有源层23相邻的光吸收材料层71在厚度方向的中心之间的距离为46.5nm。此外，光吸收材料层71的整个两层以及位于光吸收材料层71之间的层压结构体的一部分(具体地，在示例12中，第一化合物半导体层21)的等效折射率被设置为neq，并且光吸收材料层71之间的距离被设置为LAbs时，满足0.9×{(m·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(m·λ0)/(2·neq)}的关系。在此处，m是1或2或更大的任意整数(包括1)。假设在示例12中，m被设置为1。因此，在所有多个光吸收材料层71(二十层光吸收材料层71)中，彼此相邻的光吸收材料层71之间的距离满足0.9×{λ0/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{λ0/(2·neq)}的关系。具体地，等效折射率neq的值是2.42。当m设置为1时，具体地，LAbs＝1×450/(2×2.42)＝93.0nm。假设在二十层光吸收材料层71中的部分光吸收材料层71中，m可以被设置为2或更大的任意整数。
在制造示例12的发光元件时，以类似于示例1的[处理-100]的处理形成层压结构体20。然而，此时，二十层光吸收材料层71在第一化合物半导体层21的内部组合形成。除了上述配置之外，可以用与制造示例1的发光元件的方法类似的方法，来制造示例12的发光元件。
在由有源层23决定的增益光谱中的多个垂直模式的情况下，可以在图24中示意性地示出这种情况。假设在图24中，在图中示出包括垂直模式A和垂直模式B的两个垂直模式。此外，在这种情况下，当假设光吸收材料层71位于垂直模式A的最低幅度部分，并且不位于垂直模式B的最低幅度部分时，垂直模式A的模式损耗最小化，但是垂直模式B的模式损耗很大。在图24中，垂直模式B的模式损耗由实线示意性地示出。因此，与垂直模式B相比，垂直模式A更容易振荡。因此，通过使用该结构，即，通过控制光吸收材料层71的位置或周期，可以稳定特定的垂直模式，并且可以容易发生振荡。另一方面，相对于不期望的其他垂直模式，可以增加模式损耗，因此可以抑制不期望的其他垂直模式的振荡。
如上所述，在示例12的发光元件中，在层压结构体内部形成至少两层光吸收材料层，因此，可以抑制可以从表面发光激光元件发射的激光的多个垂直模式中不期望的垂直模式的激光的振荡。结果，可以精确地控制发射的激光的振荡波长。假设在示例12的发光元件中，设置凹面镜部分43，因此可以可靠地抑制衍射损耗的发生。
示例13
示例13是示例12的修改。在示例12中，光吸收材料层71由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构成。另一方面，在示例13中，十层光吸收材料层71由掺杂杂质的化合物半导体材料构成，具体地，具有1×1019/cm3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13中，振荡波长λ0被设置为515nm。假设有源层23的组成为In0.3Ga0.7N。在示例13中，m被设置为1，LAbs值为107nm，有源层23在厚度方向上的中心和与有源层23相邻的光吸收材料层71在厚度方向上的中心之间的距离为53.5nm，并且每个光吸收材料层71的厚度为3nm。除了上述配置之外，示例13的发光元件的配置和结构与示例12的发光元件的配置和结构相似，并且将省略其详细描述。假设，在十层光吸收材料层71中的部分光吸收材料层71中，m可以被设置为2或更大的任意整数。
示例14
示例14也是示例12的修改。在示例14中，五层光吸收材料层(为了方便，称为“第一光吸收材料层”)被设置为与示例12的光吸收材料层71的配置类似的配置，即，n-In0.3Ga0.7N。此外，在示例14中，一层光吸收材料层(为了方便，称为“第二光吸收材料层”)由透明导电材料构成。具体地，第二光吸收材料层还用作由ITO形成的第二电极32。在示例14中，振荡波长λ0被设置为450nm。此外，m被设置为1和2。在m为1的情况下，LAbs的值为93.0nm，有源层23在厚度方向上的中心和与有源层23相邻的光吸收材料层71在厚度方向上的中心之间的距离为46.5nm，并且五层第一光吸收材料层中的每一层的厚度为3nm。即，在五层第一光吸收材料层中，满足0.9×{λ0/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{λ0/(2·neq)}的关系。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中，m被设置为2。即，满足0.9×{(2·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(2·λ0)/(2·neq)}的关系。还用作第二电极32的一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。除了上述配置之外，示例14的发光元件的配置和结构与示例12的发光元件的配置和结构相似，因此将省略其详细描述。假设在五层第一光吸收材料层中的部分第一光吸收材料层中，m可以被设置为2或更大的任意整数。假设光吸收材料层71的数量可以设置为1，与示例12不同。即使在这种情况下，在也用作第二电极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表达式。
0.9×{(m·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(m·λ0)/(2·neq)}
示例15
示例15是示例12至示例14的修改。更具体地，示例15的发光元件由通过第一光反射层41从第一化合物半导体层21的顶表面发射激光的表面发光激光元件(垂直谐振器激光器VCSEL)构成。
在图25中示出其示意性局部截面图的示例15的发光元件中，基于焊接方法，通过由金(Au)层或包括锡(Sn)的焊料层构成的接合层48，第二光反射层42固定到由硅半导体基板构成的支撑基板49上。
除了在第一化合物半导体层21内组合形成二十层光吸收材料层71，示例15的发光元件可以通过与制造示例1的发光元件的方法类似的方法制造，并且不去除支撑基板49。
已经基于期望的示例描述了本公开，但是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仅是说明性的，并且可以适当地改变。此外，制造发光元件的方法也可以适当地改变。通过适当地选择接合层或支撑基板，可以采用通过第二光反射层从第二化合物半导体层的顶表面发射光的表面发光激光元件。
注意，本公开可以采用以下配置。
[A01]<<发光元件>>
一种发光元件，包括：
层压结构体，其由GaN基化合物半导体形成，在层压结构体中，层压了包括第一表面和与第一表面相对的第二表面的第一化合物半导体层、面向第一化合物半导体层的第二表面的有源层、以及包括面向有源层的第一表面和与第一表面相对的第二表面的第二化合物半导体层；
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；和
第二光反射层，其设置在所述第二化合物半导体层的第二表面侧，其中，
所述第一光反射层包括凹面镜部分，并且
所述第二光反射层具有平坦形状。
[A02]根据[A01]所述的发光元件，其中，
当谐振器长度设置为LOR时，满足1×10-5m≤LOR的关系。
[A03]根据[A01]或[A02]所述的发光元件，其中，
当在包括层压结构体的层压方向的虚拟平面上切割第一光反射层时，由第一光反射层的凹面镜部分的一部分的面向层压结构体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[A03]中任一项所述的发光元件，其中，
在所述第二化合物半导体层中设置电流注入区域和围绕所述电流注入区域的电流非注入区域，并且
从电流注入区域的区域中心点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DCI满足以下表达式，
DCI≥ω0/2
假设ω0 2≡(λ0/π){LOR(RDBR-LOR)}1/2
其中，λ0表示主要从发光元件发射的光的波长，LOR表示谐振器长度，RDBR表示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，还包括：
模式损耗作用部分，其设置在所述第二化合物半导体层的第二表面上，并且构成模式损耗作用区域，所述模式损耗作用区域用于增加和减少振荡模式损耗；
第二电极，其形成在所述第二化合物半导体层的第二表面上和所述模式损耗作用部分上；以及
第一电极，其电连接到所述第一化合物半导体层，其中，
所述第二光反射层形成在第二电极上，
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
所述模式损耗作用区域的正交投影图像和所述电流非注入外部区域的正交投影图像彼此重叠。
[B03]根据[B01]或[B02]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的关系。
[B04]根据[B01]至[B03]中任一项所述的发光元件，其中，
满足了DCI≥ω0的关系。
[B05]根据[B01]至[B04]中任一项所述的发光元件，其中，
满足了RDBR≤1×10-3m的关系。
[C01]<<配置2的发光元件>>
根据[A01]至[A03]中任一项所述的发光元件，还包括：
模式损耗作用部分，其设置在所述第二化合物半导体层的第二表面上，并且构成模式损耗作用区域，所述模式损耗作用区域用于增加和减少振荡模式损耗；
第二电极，其形成在所述第二化合物半导体层的第二表面上和所述模式损耗作用部分上；以及
第一电极，其电连接到所述第一化合物半导体层，其中，
所述第二光反射层形成在第二电极上，
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
所述模式损耗作用区域的正交投影图像和所述电流非注入外部区域的正交投影图像彼此重叠。
[C02]根据[C01]所述的发光元件，其中，
所述电流非注入外部区域位于模式损耗作用区域的下侧。
[C03]根据[C01]或[C02]所述的发光元件，其中，
当所述电流注入区域的投影图像的面积被设置为S1，并且所述电流非注入内部区域的投影图像的面积被设置为S2时，
满足0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7的关系。
[C04]根据[C01]至[C03]中任一项所述的发光元件，其中，
所述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而形成。
[C05]根据[C04]所述的发光元件，其中，
离子种类包括选自由以下组成的组中的至少一种离子：硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅。
[C06]<<配置2-B的发光元件>>
根据[C01]至[C05]中任一项所述的发光元件，其中，
通过对第二化合物半导体层的第二表面进行等离子体照射、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，形成电流非注入内部区域和电流非注入外部区域。
[C07]<<配置2-C的发光元件>>
根据[C01]至[C06]中任一项所述的发光元件，其中，
所述第二光反射层包括将来自第一光反射层的光朝向谐振器结构的外侧反射或散射的区域，所述谐振器结构包括第一光反射层和第二光反射层。
[C08]根据[C04]至[C07]中任一项所述的发光元件，其中，
当从电流注入区域中的有源层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离被设置为L2，并且从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离被设置为L0时，
满足L0>L2的关系。
[C09]根据[C04]至[C08]中任一项所述的发光元件，其中，
由于模式损耗作用区域，生成的具有高阶模式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分散，并且振荡模式损耗增加。
[C10]根据[C04]至[C09]中任一项所述的发光元件，其中，
所述模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料形成。
[C11]根据[C10]所述的发光元件，其中，
所述模式损耗作用部分由介电材料形成，并且
所述模式损耗作用部分的光学厚度是偏离发光元件中生成的光波长的1/4的整数倍的值。
[C12]根据[C10]所述的发光元件，其中，
所述模式损耗作用部分由介电材料形成，并且
所述模式损耗作用部分的光学厚度是发光元件中生成的光波长的1/4的整数倍。
[C13]<<配置2-D的发光元件>>
根据[C01]至[C03]中任一项所述的发光元件，其中，
在所述第二化合物半导体层的第二表面侧上形成凸部，并且
所述模式损耗作用部分形成在第二化合物半导体层的第二表面的包围凸部的区域上。
[C14]根据[C13]所述的发光元件，其中，
当从电流注入区域中的有源层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离被设置为L2，并且从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离被设置为L0时，
满足L0<L2的关系。
[C15]根据[C13]或[C14]所述的发光元件，其中，
所生成的具有高阶模式的光被模式损耗作用区域捕获到电流注入区域和电流非注入内部区域中，并且振荡模式损耗减小。
[C16]根据[C13]至[C15]中任一项所述的发光元件，其中，
所述模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料形成。
[C17]根据[C01]至[C16]中任一项所述的发光元件，其中，
所述第二电极由透明导电材料形成。
[D01]<<配置3的发光元件>>
根据[A01]至[A03]中任一项所述的发光元件，还包括：
第二电极，其形成在第二化合物半导体层的第二表面上；
第二光反射层，其形成在第二电极上；
模式损耗作用部分，其设置在所述第一化合物半导体层的第一表面上，并且构成模式损耗作用区域，所述模式损耗作用区域用于增加和减少振荡模式损耗；以及
第一电极，其电连接到所述第一化合物半导体层，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和模式损耗作用部分上，
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
所述模式损耗作用区域的正交投影图像和所述电流非注入外部区域的正交投影图像彼此重叠。
[D02]根据[D01]所述的发光元件，其中，
当电流注入区域的投影图像的面积被设置为S1，并且电流非注入内部区域的投影图像的面积被设置为S2时，
满足0.01≤S1'/(S1'+S2')≤0.7的关系。
[D03]<<配置3-A的发光元件>>
根据[D01]或[D02]所述的发光元件，其中，
所述电流非注入内部区域和所述电流非注入外部区域通过离子注入到层压结构体中而形成。
[D04]根据[D03]所述的发光元件，其中，
离子种类包括选自由硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅组成的组中的至少一种离子。
[D05]<<配置3-B的发光元件>>
根据[D01]至[D04]中任一项所述的发光元件，其中，
通过对第二化合物半导体层的第二表面进行等离子体照射、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，形成电流非注入内部区域和电流非注入外部区域。
[D06]<<配置3-C的发光元件>>
根据[D01]至[D05]中任一项所述的发光元件，其中，
所述第二光反射层包括将来自第一光反射层的光朝向谐振器结构的外侧反射或散射的区域，所述谐振器结构包括第一光反射层和第二光反射层。
[D07]根据[D03]至[D06]中任一项所述的发光元件，其中，
当从电流注入区域中的有源层到第一化合物半导体层的第一表面的光学距离被设置为L1'，并且从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离被设置为L0'时，
满足L0'>L1'的关系。
[D08]根据[D03]至[D07]中任一项所述的发光元件，其中，
由于模式损耗作用区域，生成的具有高阶模式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分散，并且振荡模式损耗增加。
[D09]根据[D03]至[D08]中任一项所述的发光元件，其中，
所述模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料形成。
[D10]根据[D09]所述的发光元件，其中，
所述模式损耗作用部分由介电材料形成，并且
所述模式损耗作用部分的光学厚度是偏离发光元件中生成的光波长的1/4的整数倍的值。
[D11]根据[D09]所述的发光元件，其中，
所述模式损耗作用部分由介电材料形成，并且
所述模式损耗作用部分的光学厚度是发光元件中生成的光波长的1/4的整数倍。
[D12]<<配置3-D的发光元件>>
根据[D01]或[D02]所述的发光元件，其中，
凸部形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上，
所述模式损耗作用部分形成在第一化合物半导体层的第一表面的包围凸部的区域上。
[D13]根据[D12]中任一项所述的发光元件，其中，
当从电流注入区域中的有源层到第一化合物半导体层的第一表面的光学距离被设置为L1'，并且从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离被设置为L0'时，
满足L0'<L1'的关系。
[D14]根据[D01]或[D02]中任一项所述的发光元件，其中，
凸部形成在所述第一化合物半导体层的第一表面侧上，并且
所述模式损耗作用部分由第一化合物半导体层的第一表面的包围凸部的区域构成。
[D15]根据[D12]至[D14]中任一项所述的发光元件，其中，
所生成的具有高阶模式的光被模式损耗作用区域捕获到电流注入区域和电流非注入内部区域中，并且振荡模式损耗减小。
[D16]根据[D12]至[D15]中任一项所述的发光元件，其中，
所述模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料形成。
[D17]根据[D01]至[D16]中任一项所述的发光元件，其中，
所述第二电极由透明导电材料形成。
[E01]<<配置4的发光元件>>
根据[A01]至[D17]中任一项所述的发光元件，其中，
至少两层光吸收材料层在包括第二电极的层压结构体中平行于由有源层占据的虚拟平面形成。
[E02]根据[E01]所述的发光元件，其中，
形成至少四层光吸收材料层。
[E03]根据[E01]或[E02]所述的发光元件，其中，
当振荡波长设置为λ0，光吸收材料层的整个两层以及位于光吸收材料层之间的层压结构体的一部分的等效折射率被设置为neq，并且光吸收材料层之间的距离被设置为LAbs时，满足0.9×{(m·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(m·λ0)/(2·neq)}的关系，
假设m是1或2或更大的任意整数(包括1)。
[E04]根据[E01]至[E03]中任一项所述的发光元件，其中，
所述光吸收材料层的厚度等于或小于λ0/(4·neq)。
[E05]根据[E01]至[E04]中任一项所述的发光元件，其中，
所述光吸收材料层位于在层压结构体内部形成的光驻波中出现的具有最小幅度的部分。
[E06]根据[E01]至[E05]中任一项所述的发光元件，其中，
所述有源层位于在层压结构体内部形成的光驻波中出现的具有最大幅度的部分。
[E07]根据[E01]至[E06]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体的化合物半导体的光吸收系数的两倍或更多倍。
[E08]根据[E01]至[E07]中任一项所述的发光元件，其中，
所述光吸收材料层由选自具有比构成层压结构体的化合物半导体的带隙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中的至少一种材料构成。
[F01]根据[A01]至[E08]中任一项所述的发光元件，其中，
所述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。
[F02]根据[F01]所述的发光元件，其中，
所述化合物半导体基板由GaN基板构成。
[F03]根据[F01]或[F02]所述的发光元件，其中，
所述第一光反射层的凹面镜部分包括作为化合物半导体基板的突出部分的基部和形成在基部的至少部分表面上的多层光反射膜。
[F04]根据[F01]或[F02]所述的发光元件，其中，
所述第一光反射层的凹面镜部分包括形成在化合物半导体基板上的基部和形成在基部的至少部分表面上的多层光反射膜。
[F05]根据[A01]至[E08]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。
[F06]根据[A01]至[F05]中任一项所述的发光元件，其中，
所述层压结构体的导热率值高于第一光反射层的导热率值。
[F07]根据[A01]至[F06]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设置为RDBR时，满足RDBR≤1×10-3m的关系。
[F08]根据[A01]至[F07]中任一项所述的发光元件，其中，
凸部形成在所述第一光反射层的外围，并且所述第一光反射层不超出凸部。
[G01]<<制造发光元件的方法>>
一种制造发光元件的方法，包括以下连续步骤：
形成层压结构体，所述层压结构体由GaN基化合物半导体形成，在层压结构体中，在化合物半导体基板上层压了包括第一表面和与第一表面相对的第二表面的第一化合物半导体层、面向第一化合物半导体层的第二表面的有源层、以及包括面向有源层的第一表面和与第一表面相对的第二表面的第二化合物半导体层；
在第二化合物半导体层上形成第二电极和第二光反射层；
将第二光反射层固定到支撑基板上；
薄化所述化合物半导体基板；
在化合物半导体基板的暴露表面中形成作为突出部分的基部，或者在化合物半导体基板的暴露表面上形成作为突出部分的基部；并且
在所述基部的至少一部分上形成第一光反射层，并且形成电连接到所述第一化合物半导体层的第一电极，其中，
所述基部构成凹面镜部，并且
所述第二光反射层具有平坦形状。
附图标记列表
11 化合物半导体基板(用于制造发光元件的基板)
11a 化合物半导体基板(用于制造发光元件的基板)的第一表面，面向第一化合物半导体层
11a'化合物半导体基板的第一表面的突出部分
11a”凹部
11b 化合物半导体基板(用于制造发光元件的基板)的第二表面，面向第一化合物半导体层
11A 凸部
20 层压结构体
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
21d、21e 第一化合物半导体层的第一表面的突出部分
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 绝缘层(电流狭窄层)
34A 绝缘层(电流狭窄层)中设置的开口
41 第一光反射层
42 第二光反射层
42A 形成在第二光反射层中的正向锥形倾斜部分
43 凹面镜部分
43A 凹部
43a 在第一光反射层的凹面镜部分中的有效区域中面向层压结构体的界面
44 第一光反射层的凹面镜部分中的有效区域
45A、45B、45D、45E、45F 基部
45c 突出部分
46 多层光反射膜
47 平坦化膜
48 接合层
49 支撑基板
51、61 电流注入区域
52、62 电流非注入内部区域
53、63 电流非注入外部区域
54、64 模式损耗作用部分(模式损耗作用层)
54A、54B、64A 形成在模式损耗作用部分中的开口
55、65 模式损耗作用区域
71 光吸收材料层

Claims (10)

1.一种发光元件，包括：
层压结构体，由GaN基化合物半导体形成，在所述层压结构体中，层压了包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的第一化合物半导体层、面向所述第一化合物半导体层的第二表面的有源层、以及第二化合物半导体层，所述第二化合物半导体层包括面向所述有源层的第一表面和与所述第二化合物半导体层的第一表面相对的第二表面；
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上；和
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，其中，
所述第一光反射层包括凹面镜部分，并且
所述第二光反射层具有平坦形状。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其中，
当由所述第一光反射层和所述第二光反射层构成的谐振器长度设置为LOR时，满足1×10-5m≤LOR的关系。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其中，
当在包括所述层压结构体的层压方向的虚拟平面上切割所述第一光反射层时，由所述第一光反射层的所述凹面镜部分的一部分的界面绘制的图形是圆的一部分或抛物线的一部分，所述界面面向所述层压结构体。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其中，
在所述第二化合物半导体层中设置电流注入区域和围绕所述电流注入区域的电流非注入区域，并且
从所述电流注入区域的区域中心点到所述电流注入区域和所述电流非注入区域之间的边界的最短距离DCI满足以下表达式，
DCI≥ω0/2
设定ω0 2≡(λ0/π){LOR(RDBR-LOR)}1/2，
其中，λ0表示主要从所述发光元件发射的光的波长，LOR表示谐振器长度，RDBR表示所述第一光反射层的所述凹面镜部分的曲率半径。
5.根据权利要求4所述的发光元件，还包括：
模式损耗作用部分，设置在所述第二化合物半导体层的第二表面上，并且构成模式损耗作用区域，所述模式损耗作用区域用于增加和减少振荡模式损耗；
第二电极，形成在所述第二化合物半导体层的第二表面上和所述模式损耗作用部分上；以及
第一电极，电连接到所述第一化合物半导体层，其中，
所述第二光反射层形成在所述第二电极上，
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所述层压结构体中，并且
所述模式损耗作用区域的正交投影图像和所述电流非注入外部区域的正交投影图像彼此重叠。
6.根据权利要求4所述的发光元件，其中，
所述第一光反射层的所述凹面镜部分中的有效区域的半径r'DBR满足ω0≤r'DBR≤20·ω0的关系。
7.根据权利要求4所述的发光元件，其中，
满足DCI≥ω0的关系。
8.根据权利要求4所述的发光元件，其中，
满足RDBR≤1×10-3m的关系。
9.根据权利要求1所述的发光元件，还包括：
模式损耗作用部分，设置在所述第二化合物半导体层的第二表面上，并且构成模式损耗作用区域，所述模式损耗作用区域用于增加和减少振荡模式损耗；
第二电极，形成在所述第二化合物半导体层的第二表面上和所述模式损耗作用部分上；以及
第一电极，电连接到所述第一化合物半导体层，其中，
所述第二光反射层形成在所述第二电极上，
电流注入区域、包围所述电流注入区域的电流非注入内部区域以及包围所述电流非注入内部区域的电流非注入外部区域形成在所述层压结构体中，并且
所述模式损耗作用区域的正交投影图像和所述电流非注入外部区域的正交投影图像彼此重叠。
10.一种制造发光元件的方法，包括以下连续步骤：
形成层压结构体，所述层压结构体由GaN基化合物半导体形成，在所述层压结构体中，在化合物半导体基板上层压了包括第一表面和与第一表面相对的第二表面的第一化合物半导体层、面向所述第一化合物半导体层的第二表面的有源层、以及第二化合物半导体层，所述第二化合物半导体层包括面向所述有源层的第一表面和与所述第二化合物半导体层的第一表面相对的第二表面；
在所述第二化合物半导体层上形成第二电极和第二光反射层；
将所述第二光反射层固定到支撑基板上；
薄化所述化合物半导体基板；
在所述化合物半导体基板的暴露表面中形成作为突出部分的基部，或者在化合物半导体基板的暴露表面上形成作为突出部分的基部；并且
在所述基部的至少一部分上形成第一光反射层，并且形成电连接到所述第一化合物半导体层的第一电极，其中，
所述基部构成凹面镜部分，并且
所述第二光反射层具有平坦形状。
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