CN114982079A - 发光元件 - Google Patents

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semiconductor layer
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滨口达史
横关弥树
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Abstract

该发光元件(10A)设置有：堆叠结构(20)，在堆叠结构中堆叠了具有第一表面(21a)和第二表面(21b)的第一化合物半导体层(21)、有源层(23)、以及具有第一表面(22a)和第二表面(22b)的第二化合物半导体层(22)；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)侧并且在远离有源层(23)的方向上具有突出的形状；以及第二光反射层(42)，形成在第二化合物半导体层(22)的第二表面(22b)侧并且具有平坦形状。形成了在堆叠结构(20)的堆叠方向上延伸的分隔壁(24)以围绕第一光反射层(41)。

Description

发光元件
技术领域
本公开涉及发光元件，更具体地，涉及包括表面发射激光元件(垂直腔表面发射激光器(VCSEL))的发光元件。
背景技术
在包括表面发射激光元件的发光元件中，通常通过使激光在两个光反射层(分布式布拉格反射器(DBR)层)之间谐振而发生激光振荡。然后，在具有堆叠了n型化合物半导体层(第一化合物半导体层)、使用化合物半导体形成的有源层(发光层)、以及p型化合物半导体层(第二化合物半导体层)的堆叠结构的表面发射激光元件中，通常，使用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，并且第二光反射层形成在第二电极上。此外，第一光反射层和第一电极形成在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，在该基板的暴露表面上)。应注意，在本说明书中，概念“上”可以指相对于有源层远离有源层的方向，“下”可以指相对于有源层朝向有源层的方向，并且概念“凸”和“凹”可以是基于有源层的。
例如，从WO 2018/083877 A1已知第一光反射层也用作凹面镜的结构。这里，在该国际公开文本所公开的技术中，例如，相对于有源层的凸部形成在n型化合物半导体层中，并且第一光反射层形成在凸部上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO 2018/083877 A1
发明内容
本发明要解决的问题
第一光反射层用作一种凹面镜的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)具有由于凹面镜的侧部(端部)而使得杂散光可能进入相邻的VCSEL的问题。已经流入相邻VCSEL的这样的光被相邻VCSEL的有源层吸收或者被耦合到谐振模式，并且由此影响相邻VCSEL的发光操作并且导致噪声生成。要注意的是，这种现象可称为由凹面镜引起的光学串扰。此外，在使用GaN基化合物半导体形成堆叠结构的情况下，存在热饱和的问题。此处，“热饱和”是由于驱动表面发射激光元件时的自加热而使光输出饱和的现象。用于光反射层的材料(例如，诸如SiO2或Ta2O5的材料)具有比GaN基化合物半导体更低的热导率值。因此，增加GaN基化合物半导体层的厚度导致热饱和的抑制。然而，在GaN基化合物半导体层的厚度增加的情况下，由于谐振器长度LOR的长度增加，因此可能出现上述问题。
因此，本公开的目的是提供具有能够防止发生光学串扰的配置和结构的发光元件或具有能够防止发生热饱和的配置和结构的发光元件。
问题的解决方案
用于实现上述目的的本公开的发光元件包括：
堆叠结构，在该堆叠结构中堆叠了具有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具有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，形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上并且在远离有源层的方向上具有凸形形状；以及
第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上并且具有平坦形状；
其中，形成了在堆叠结构的堆叠方向上延伸的分隔壁以围绕第一光反射层。
用于实现上述目的的本公开的发光元件阵列是其中布置了多个发光元件的发光元件阵列，每个发光元件包括：
堆叠结构，在该堆叠结构中堆叠了具有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具有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，形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上并且在远离有源层的方向上具有凸形形状；以及
第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上并且具有平坦的形状。
附图说明
图1是实施例1的发光元件阵列的示意性局部截面图。
图2是包括在图1所示的实施例1的发光元件阵列中的发光元件的示意性局部截面图。
图3是示出了实施例1的发光元件阵列中的第一光反射层和分隔壁的布置的示意性平面图。
图4是示出图3中示出的实施例1的发光元件阵列中的第一光反射层和第一电极的布置的示意性平面图。
图5是示出实施例1的发光元件阵列中第一光反射层和分隔壁的布置的示意性平面图。
图6是示出在图5中示出的实施例1的发光元件阵列中的第一光反射层和第一电极的布置的示意性平面图。
图7是示出实施例1的发光元件阵列中的第一光反射层和分隔壁的布置的示意性平面图。
图8是示出在图7中示出的实施例1的发光元件阵列中的第一光反射层和第一电极的布置的示意性平面图。
图9是示出实施例1的发光元件阵列中的第一光反射层和分隔壁的布置的示意性平面图。
图10是示出实施例1的发光元件阵列中的第一光反射层和分隔壁的布置的示意性平面图。
图11是示出实施例1的发光元件阵列中的第一光反射层和分隔壁的布置的示意性平面图。
图12是示出实施例1的发光元件阵列中的第一光反射层和分隔壁的布置的示意性平面图。
图13是实施例1的发光元件阵列的变形例-1的示意性局部截面图。
图14是图13所示的实施例1的发光元件阵列的变形例-1中的发光元件的示意性局部截面图。
图15是实施例1的发光元件阵列的变形例-2的示意性局部截面图。
图16是图15中所示的实施例1的发光元件阵列的变形例-2中的发光元件的示意性局部截面图。
图17是实施例2的发光元件阵列的示意性局部截面图。
图18是包含在图17中所示的实施例2的发光元件阵列中的发光元件的示意性局部截面图。
图19是实施例2的发光元件的变形例-1的示意性局部截面图。
图20是实施例2的发光元件的变形例-2的示意性局部截面图。
图21是实施例2的发光元件的变形例-3的示意性局部截面图。
图22是实施例3的发光元件的示意性局部截面图。
图23是实施例5的发光元件的示意性局部端部视图。
图24是实施例5的发光元件的变形例(变形例-1)的示意性局部端部视图。
图25是实施例5的发光元件的变形例(变形例-2)的示意性局部端部视图。
图26是实施例5的发光元件阵列的示意性局部端部视图。
图27是实施例5的发光元件阵列的示意性局部端部视图。
图28是实施例5的发光元件阵列的示意性局部端部视图。
图29A和图29B是用于说明实施例5的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端部视图。
图30是从图29B继续的用于说明实施例5的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端部视图。
图31是从图30继续的用于说明实施例5的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端部视图。
图32A和图32B是从图31继续的用于说明制造实施例5的发光元件阵列的方法的第一化合物半导体层等的示意性局部端部视图。
图33A、图33B和图33C是从图32B继续的用于说明制造实施例5的发光元件阵列的方法的第一化合物半导体层等的示意性局部端部视图。
图34A和图34B是从图33C继续的用于说明制造实施例5的发光元件阵列的方法的第一化合物半导体层等的示意性局部端部视图。
图35是实施例6的发光元件的示意性局部端部视图。
图36是实施例6的发光元件阵列的示意性局部端部视图。
图37是示出实施例6的发光元件阵列中的基面的第一部分和第二部分的布置的示意性平面图。
图38是示出实施例6的发光元件阵列中的第一光反射层和第一电极的布置的示意性平面图。
图39是示出实施例6的发光元件阵列中的基面的第一部分和第二部分的布置的示意性平面图。
图40是示出实施例6的发光元件阵列中的第一光反射层和第一电极的布置的示意性平面图。
图41A和图41B是用于说明用于制造实施例6的发光元件阵列的方法的第一化合物半导体层等的示意性局部端部视图。
图42A和图42B是从图41B继续的用于说明制造实施例6的发光元件阵列的方法的第一化合物半导体层等的示意性局部端部视图。
图43A和图43B是从图42B继续的用于说明制造实施例6的发光元件阵列的方法的第一化合物半导体层等的示意性局部端部视图。
图44是实施例7的发光元件阵列的示意性局部端部视图。
图45是实施例7的发光元件阵列的示意性局部端部视图。
图46是示出实施例7的发光元件阵列中的基面的第一部分和第二部分的布置的示意性平面图。
图47A和47B是示出实施例8的发光元件阵列中的基面的第一部分和第二部分的布置的示意性平面图。
图48是实施例9的发光元件的示意性局部端部视图。
图49是实施例10的发光元件的示意性局部端部视图。
图50是实施例10的发光元件的变形例的示意性局部端部视图。
图51A、图51B和图51C是用于说明实施例11的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端部视图。
图52A、图52B和图52C是用于说明实施例13的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端部视图。
图53是实施例15的发光元件的示意性局部端部视图。
图54A和图54B是用于说明实施例15的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端部视图。
图55的(A)、(B)和(C)分别是示出常规发光元件、实施例15的发光元件以及实施例20的发光元件中的光场强度的概念图。
图56是实施例16的发光元件的示意性局部端部视图。
图57是实施例17的发光元件的示意性局部端部视图。
图58A和图58B分别是实施例18的发光元件的示意性局部端部视图和通过切割实施例18的发光元件的主要部分获得的示意性局部截面图。
图59是实施例19的发光元件的示意性局部端部视图。
图60是实施例20的发光元件的示意性局部端部视图。
图61是实施例21的发光元件的示意性局部截面图。
图62是实施例21的发光元件的示意性局部截面图，以及叠加了纵向模式A和纵向模式B这两种纵向模式的视图。
图63是实施例24的发光元件的示意性局部截面图。
图64是假设法布里-珀罗谐振器夹在具有相同曲率半径的两个凹面镜部分之间的概念图。
图65是示出了第一光反射层的凹面镜部分的ω0的值、谐振器长度LOR的值、以及曲率半径R1(RDBR)的值之间的关系的曲线图。
图66是示出了第一光反射层的凹面镜部分的ω0的值、谐振器长度LOR的值、以及曲率半径R1(RDBR)的值之间的关系的曲线图。
图67A和图67B分别是示意性地示出在ω0的值是“正”的情况下的激光的集光状态的示图，以及示意性地示出在ω0的值是“负”的情况下的激光的集光状态的示图。
图68A和图68B是示意性示出存在于由有源层确定的增益谱中的纵向模式的概念图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图基于实施例描述本公开，但是本公开不限于实施例，并且实施例中的各种数值和材料是实例。注意，将按照以下顺序进行描述。
1.本公开的发光元件和本公开的发光元件阵列的总体描述
2.实施例1(本公开的发光元件和本公开的发光元件阵列)
3.实施例2(实施例1的变形例)
4.实施例3(实施例1和2的变形例)
5.实施例4(实施例1至3的变形例)
6.实施例5(根据本公开的第二方面的发光元件、根据本公开的第二方面的发光元件阵列、用于制造根据本公开的第一方面的发光元件阵列的方法、第一配置的发光元件、第1-A配置的发光元件以及第二配置的发光元件)
7.实施例6(实施例5的变形例和第1-B配置的发光元件)
8.实施例7(实施例5的另一变形例和第1-C配置的发光元件)
9.实施例8(实施例5的又一变形例)
10.实施例9(实施例5至8的变形例和第三配置的发光元件)
11.实施例10(实施例5至8的变形例，以及第四配置的发光元件)
12.实施例11(实施例10的变形例)
13.实施例12(实施例5至11的变形例)
14.实施例13(用于制造根据本公开的第二方面的发光元件阵列的方法)
15.实施例14(实施例5至13的变形例和第五配置的发光元件)
16.实施例15(实施例5至14的变形例和第6-A配置的发光元件)
17.实施例16(实施例15的变形例和第6-B配置的发光元件)
18.实施例17(实施例15和16的变形例以及第6-C配置的发光元件)
19.实施例18(实施例15至17和第6-D配置的发光元件的变形例)
20.实施例19(实施例15至18的变形例)
21.实施例20(实施例5至19的变形例、第7-A配置的发光元件、第7-B配置的发光元件、第7-C配置的发光元件、和第7-D配置的发光元件)
22.实施例21(实施例5至20的变形例和第八配置的发光元件)
23.实施例22(实施例21的变形例)
24.实施例23(实施例21的其他变形例)
25.实施例24(实施例21至23的变形例)
26.其他
<本发明的发光元件和本公开的发光元件阵列的总体描述>
本公开的发光元件阵列可具有其中在堆叠结构的堆叠方向上延伸的分隔壁形成为围绕每个发光元件中的第一光反射层的形式。
在本公开的发光元件或本公开的发光元件阵列的上述优选形式中，沿堆叠结构的堆叠方向延伸的分隔壁形成为围绕第一光反射层。然而，第一光反射层的正交投影图像可包括在面向第一光反射层的分隔壁的侧表面(在下文中可称为“分隔壁侧表面”)的正交投影图像(在下文中可称为“分隔壁侧表面的正交投影图像”)中，或者分隔壁侧表面的正交投影图像可包括在不贡献于第一光反射层的光反射的部分(第一光反射层的非有效区域)的正交投影图像中。可替代地，其上形成有第一光反射层的基面(如后所述)可包括在分隔壁侧表面的正交投影图像中。此外，分隔壁侧表面可以是连续表面或部分切除的不连续表面。应注意，在本说明书中，“正交投影图像”是指在对堆叠结构执行正交投影的情况下获得的正交投影图像。
本公开的发光元件或包括在具有上述优选形式的本公开的发光元件阵列中的发光元件(在下文中可统称为“本公开的发光元件等”)可具有分隔壁在第一化合物半导体层中从第一化合物半导体层的第一表面侧延伸至第一化合物半导体层在厚度方向上的中间的形式。即，分隔壁的上端部可以定位第一化合物半导体层在厚度方向上的中间。在某些情况下，分隔壁的下端部暴露在发光元件的第一表面处，或者在某些情况下不暴露在发光元件的第一表面处。这里，“发光元件的第一表面”指的是在设置有第一光反射层的一侧上的发光元件的暴露表面，“发光元件的第二表面”指的是在设置有第二光反射层的一侧上的发光元件的暴露表面。然后，在本公开的发光元件阵列的这种形式中，L0、L1和L3之间的关系如下。
期望满足以下式(1)，优选地式(1')，满足以下式(2)，优选地式(2')，满足以下式(1)和(2)，或者满足以下式(1')和(2')。
0.01×L0≤L0-L1 (1)
0.05×L0≤L0-L1 (1’)
0.01×L3≤L1 (2)
0.05×L3≤L1 (2')
其中，
L0：从所述第一光反射层的面向所述第一化合物半导体层的第一表面的面向表面的端部至有源层的距离；
L1：从有源层至分隔壁的端部(分隔壁的上端部，并且是面向有源层的端部)的距离，分隔壁在第一化合物半导体层中延伸至第一化合物半导体层在厚度方向上的中间；并且
L3：从包括在发光元件中的第一光反射层的轴线至分隔壁在堆叠结构上的正交投影图像(更具体地，分隔壁的上端部的正交投影图像)的距离。要注意的是，(L0-L1)的上限值小于L0，但是在由于分隔壁而在有源层与第一电极之间不发生短路的情况下，(L0-L1)的上限值可以等于或大于L0。
可替代地，在本公开的发光元件等中，分隔壁可以从第二化合物半导体层的第二表面侧在第二化合物半导体层和有源层中延伸，并且在第一化合物半导体层中进一步延伸至第一化合物半导体层在厚度方向上的中间。即，分隔壁的下端部可定位在第一化合物半导体层在厚度方向上的中间。分隔壁的上端部在某些情况下暴露在发光元件的第二表面处，或者在某些情况下不暴露在发光元件的第二表面处。然后，在本公开的发光元件阵列的这种形式中，L0、L2和L3'之间的关系如下。
期望满足以下式(3)，优选地式(3')，满足以下式(4)，优选地式(4')，满足以下式(3)和(4)，或者满足以下式(3')和(4')。
0.01×L0≤L2 (3)
0.05×L0≤L2 (3')
0.01×L3'≤L2 (4)
0.05×L3'≤L2 (4')
其中，
L0：从第一光反射层的面向第一化合物半导体层的第一表面的面向表面的端部至有源层的距离；
L2：从有源层至分隔壁的端部(分隔壁的下端部，并且是面向第一电极的端部)的距离，分隔壁在第一化合物半导体层中延伸至第一化合物半导体层在厚度方向上的中间；并且
L3'：从包括在发光元件中的第一光反射层的轴线到分隔壁在堆叠结构上的正交投影图像(更具体地，分隔壁的下端部的正交投影图像)的距离。要注意的是，L2的上限值小于L0，但是在有源层与第一电极之间由于分隔壁而不发生短路的情况下，L2的上限值可以等于或大于L0。
具有上述各种优选形式的本公开的发光元件等可具有这样的形式，其中，分隔壁使用不透射有源层中产生的光的材料形成，因此，可防止杂散光的产生和光学串扰的出现。具体地，这种材料的实例可包括能够阻挡光的材料，诸如钛(Ti)、铬(Cr)、钨(W)、钽(Ta)、铝(Al)或MoSi2，并且例如，可通过包括电子束气相沉积法、热丝气相沉积法和真空气相沉积法的气相沉积法、溅射法、化学气相沉积(CVD)法、离子电镀法等来形成。可替代地，可以使用与黑色着色剂混合并且具有1以上的光密度的黑色树脂膜(具体地，例如，黑色聚酰亚胺类树脂、环氧类树脂或硅酮类树脂)。
可替代地，具有上述各种优选形式的本公开的发光元件等可具有这样的形式，其中，分隔壁使用反射在有源层中产生的光的材料形成，因此，可防止杂散光的产生和光学串扰的出现，并且可将杂散光有效地返回至发光元件本身，这可有助于提高发光元件的发光效率。具体地，分隔壁包括使用薄膜干涉的薄膜滤波器。尽管堆叠方向(交替布置方向)不同于例如稍后描述的光反射层的堆叠方向，但是薄膜滤波器具有类似的配置和结构。具体地，凹部形成在堆叠结构的一部分处，并且基于例如溅射方法，用与光反射层的材料相似的材料依次填充凹部，使得可以获得在沿与堆叠结构的堆叠方向正交的虚拟平面切割分隔壁的情况下介电层交替地布置的薄膜滤波器。可替代地，作为这种材料，可以示例金属材料、合金材料或金属氧化物材料，并且更具体地，可以示例铜(Cu)或其合金、金(Au)或其合金，锡(Sn)或其合金、银(Ag)或银合金(例如，Ag-Pd-Cu或Ag-Sm-Cu)、铂(Pt)或其合金、钯(Pd)或其合金，钛(Ti)或其合金、铝(Al)或铝合金(例如，Al-Nd或Al-Cu)，可以示例Al/Ti堆叠结构、Al-Cu/Ti堆叠结构、铬(Cr)或其合金、氧化铟锡(ITO)等，并且可以通过例如包括电子束气相沉积法、热丝气相沉积法以及真空气相沉积法的气相沉积法、溅射法、CVD法、离子电镀法、电镀法(电镀法或化学镀法)，剥离法、激光烧蚀法、溶胶-凝胶法、电镀法等进行形成。
可替代地，具有上述各种优选形式的本公开的发光元件等可具有1×10-1≤TC1/TC0≤1×102的形式，其中，第一化合物半导体层的材料的热导率是TC1，分隔壁的材料的热导率是TC0。具体地，分隔壁的这种材料的实例可以包括金属，诸如银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、锡(Sn)、铝(Al)、钌(Ru)、铑(Rh)，或者铂(Pt)、其合金、或者这些金属的混合物、ITO等，并且例如，可以通过包括电子束气相沉积法、热丝气相沉积法以及真空气相沉积法的气相沉积法、溅射法、CVD法、离子电镀法、电镀法(电镀法或化学镀法)，剥离法、激光烧蚀法、溶胶-凝胶法、电镀法等进行形成。然后，由于使用如上所述的具有高热导率的材料形成分隔壁，因此在堆叠结构中产生的热量可以通过分隔壁释放(消散)至外部。应注意，在这种情况下，分隔壁延伸部分可形成在发光元件的外表面(第一表面或第二表面)上，使得在堆叠结构中产生的热可经由分隔壁和分隔壁延伸部分释放(消散)至外部。或者分隔壁可连接至第一电极、第二电极或者焊盘电极，使得在堆叠结构中产生的热量可经由分隔壁和第一电极、第二电极或焊盘电极释放(消散)至外部(如后所述)。
可替代地，具有上述各种优选形式的本公开的发光元件等可具有|CTE0-CTE1|≤1×10-4/K的形式，其中，第一化合物半导体层的材料的线性膨胀率为CTE1，分隔壁的材料的线性膨胀率为CTE0。具体地，分隔壁的这种材料的实例可以包括聚酰亚胺类树脂、硅酮类树脂、环氧类树脂、碳类材料、SOG、多晶GaN和单晶GaN。通过以这种方式定义线性膨胀性，可以优化整个发光元件的热膨胀系数，并且可以控制(抑制)发光元件的热膨胀。具体地，例如，可以增大堆叠结构的净热膨胀系数，并且可以将其调节成与其上安装发光元件的基板材料等的热膨胀系数相匹配，从而可以防止发光元件的损坏并抑制由于应力的产生而导致的发光元件可靠性的降低。例如，可以基于旋涂法和固化法来形成使用聚酰亚胺类树脂形成的分隔壁。
可替代地，在具有上述各种优选形式的本公开的发光元件等中，如果使用绝缘材料形成分隔壁，则可以抑制电串扰的发生。即，可以防止不必要的电流在相邻发光元件之间流动。
可替代地，具有上述各种优选形式的本公开的发光元件等可具有使用焊料材料形成分隔壁、并且分隔壁的一部分暴露在发光元件的外表面处的形式。分隔壁的暴露于发光元件的外表面的该部分可以构成一种凸块。具体地，作为分隔壁的这种材料，可以使用Au-Sn共晶焊料、所谓的低熔点金属(合金)材料、焊料材料或钎焊材料。例如，可以使用诸如铟(In)(熔点157℃)的钎焊材料；铟-金系低熔点合金；锡(Sn)基高温焊料，诸如Sn80Ag20(熔点220℃至370℃)、Sn95Cu5(熔点227℃至370℃)；铅(Pb)基高温焊料，诸如Pb97.5Ag2.5(熔点：304℃)、Pb94.5Ag5.5(熔点：304℃至365℃)、或Pb97.5Ag1.5Sn1.0(熔点：309℃)；锌(Zn)基高温焊料，诸如Zn95Al5(熔点：380℃)；锡-铅基标准焊料，诸如Sn5Pb95(熔点：300℃至314℃)或Sn2Pb98(熔点：316℃至322℃)；或Au88Ga12(熔点：381℃)(以上下标均表示原子％)。
此外，具有上述各种优选形式的本公开的发光元件等可具有分隔壁的侧表面在从第一化合物半导体层的第一表面侧朝向第二化合物半导体层的第二表面侧的方向上变窄的形式。即，在沿包括堆叠结构的堆叠方向的虚拟平面切割发光元件的情况下，分隔壁的侧表面的形状可以是梯形(等腰梯形，其中第二化合物半导体层侧是短边并且第一化合物半导体层侧是长边)。此外，相应地，杂散光可以更有效地返回到发光元件本身。
在沿着包括堆叠结构的堆叠方向的虚拟平面切割发光元件的情况下，分隔壁的侧表面的形状的实例可包括线段、弧、抛物线的一部分和任意曲线的一部分。此外，在沿着与堆叠结构的堆叠方向正交的虚拟平面切割发光元件的情况下，分隔壁的侧表面的形状的实例可包括圆形、椭圆形、卵形、包括正方形或矩形的四边形以及正多边形(包括圆形正多边形)。具体地，第一光反射层和第二光反射层的平面形状的实例可包括圆形、椭圆形、卵形、四边形以及正多边形(正三角形、正方形、正六边形等)。在沿着与堆叠结构的堆叠方向正交的虚拟平面切割发光元件的情况下，期望第一光反射层和第二光反射层的平面形状以及分隔壁的侧表面的形状相似或近似。
在发光元件以阵列形式布置的情况下，分隔壁被设置成围绕包括在每个发光元件中的第一光反射层，但是分隔壁侧表面之外的区域可由分隔壁占据(即，发光元件之间的空间可由分隔壁的材料占据)或者可由分隔壁的材料以外的材料(例如，堆叠结构)占据。在后一种情况下，分隔壁形成为例如连续的凹槽形状或不连续的凹槽形状。
在本公开的发光元件阵列中，期望发光元件的形成间距P0(从发光元件中包括的第一光反射层的轴线到相邻发光元件中包括的第一光反射层的轴线的距离)为3μm以上且50μm以下，优选地，5μm以上且30μm以下，并且更优选地，8μm以上且25μm以下。
在本公开的发光元件等中，可以使用选自由GaN基化合物半导体、InP基化合物半导体和GaAs基化合物半导体组成的组中的至少一种材料来形成堆叠结构。具体地，可以使用以下材料形成堆叠结构：
(a)GaN基化合物半导体；
(b)InP基化合物半导体；
(c)GaAs基化合物半导体；
(d)GaN基化合物半导体和InP基化合物半导体；
(e)GaN基化合物半导体和GaAs基化合物半导体；
(f)InP基化合物半导体和GaAs基化合物半导体；或
(g)GaN基化合物半导体、InP基化合物半导体和GaAs基化合物半导体。
在本公开的发光元件等中，优选1×10-5m≤LOR，其中，LOR是谐振器长度。
本公开的发光元件等可具有堆叠结构的热导率值高于第一光反射层的热导率值的配置。第一光反射层的介电材料的热导率值通常约为10瓦特/(m·K)以下。另一方面，堆叠结构的GaN基化合物半导体的热导率值为约50至100瓦特/(m·K)。
在本公开的发光元件等中，在各种化合物半导体层(包括化合物半导体基板)存在于有源层与第一光反射层之间的情况下，各种化合物半导体层(包括化合物半导体基板)的材料优选不被调制10％以上的折射率(与堆叠结构的平均折射率不存在10％以上的折射率差)，因此，可以抑制谐振器中的光场的扰动的发生。
本公开的发光元件等可实现为经由第一光反射层发射激光的表面发射激光元件(垂直腔表面发射激光器(VCSEL))，或者可实现为经由第二光反射层发射激光的表面发射激光元件。在某些情况下，可以去除发光元件制造基板(如后所述)。
具体地，如上所述，在本公开的发光元件等中，可以使用例如AlInGaN基化合物半导体形成堆叠结构。此处，更具体地，AlInGaN基化合物半导体的实例可包括GaN、AlGaN、InGaN、以及AlInGaN。此外，这些化合物半导体可以根据需要包含硼(B)原子、铊(Tl)原子、砷(As)原子、磷(P)原子或锑(Sb)原子。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其中堆叠有至少一个阱层和至少一个势垒层的结构，并且(构成阱层的化合物半导体和构成势垒层的化合物半导体)的组合的实例可包括(InyGa(1-y)N和GaN)、(InyGa(1-y)N和InzGa(1-z)N)[其中，y>z]、以及(InyGa(1-y)N和AlGaN)。第一化合物半导体层可使用第一导电类型(例如，n型)的化合物半导体形成，并且第二化合物半导体层可使用不同于第一导电类型的第二导电类型(例如，p型)的化合物半导体形成。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层也被称为第一包覆层和第二包覆层。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层均可以是单结构层、多层结构层、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可以各自是包括成分梯度层和浓度梯度层的层。
可替代地，构成堆叠结构的III族原子的实例可包括镓(Ga)、铟(In)和铝(Al)，并且构成堆叠结构的V族原子的实例可包括砷(As)、磷(P)、锑(Sb)和氮(N)。具体地，可以使用AlAs、GaAs、AlGaAs、AlP、GaP、GaInP、AlInP、AlGaInP、AlAsP、GaAsP、AlGaAsP、AlInAsP、GaInAsP、AlInAs、GaInAs、AlGaAsSb、GaAsSb、AlGaAsSb、AlN、GaN、InN、AlGaN、GaNAs和GaInNAs，并且构成有源层的化合物半导体的实例可以包括GaAs、AlGaAs、GaInAs、GaInAsP、GaInP、GaSb、GaAsSb、GaN、InN、GaInN、GaInN、GaInNAs和GaInNAsSb。
量子阱结构的实例可包括二维量子阱结构、一维量子阱结构(量子线)以及零维量子阱结构(量子点)。构成量子阱的材料的实例可以包括：Si、Se、黄铜矿基化合物如CuInGaSe(CIGS)、CuInSe2(CIS)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2或AgInSe2、钙钛矿基化合物、III-V族化合物如GaAs、GaP、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、GaN、InAs、InGaAs、GaInNAs、GaSb或GaAsSb、CdSe、CdSeS、CdS、CdTe、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnTe、ZnS、HgTe、HgS、PbSe、PbS和TiO2，但不限于此。
堆叠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。发光元件制造基板或化合物半导体基板的第二表面面向第一化合物半导体层的第一表面，并且发光元件制造基板或化合物半导体基板的第一表面与发光元件制造基板的第二表面相对。发光元件制造基板的实例可以包括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基板以及通过在这些基板的每个的表面(主表面)上形成底层或缓冲层而获得的基板，并且优选的是由于低缺陷密度而使用GaN基板。此外，化合物半导体基板的实例可包括GaN基板、InP基板、以及GaAs基板。尽管已知根据生长表面将GaN基板的特性改变为极性/非极性/半极性，但GaN基板的任何主表面(第二表面)可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，立方晶体类型或六方晶体类型)，可以使用被称为所谓的A面、B面、C面、R面、M面、N面、S面等的晶面取向或通过在特定方向上偏移它们而获得的平面。用于形成发光元件中包括的各种化合物半导体层的方法的实例可以包括但不限于有机金属化学气相沉积(金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法或金属有机气相外延(MOVPE)方法)、分子束外延(MBE)方法、卤素有助于传输或反应的氢化物气相外延(HVPE)方法、原子层沉积(ALD)方法、迁移增强外延(MEE)方法和等离子体辅助物理气相沉积(PPD)方法。
GaAs材料和InP材料均具有闪锌矿结构。使用这些材料形成的化合物半导体基板的主表面的实例，除了诸如(100)、(111)AB、(211)AB和(311)AB的平面之外，还可包括通过在特定方向上偏移而获得的平面。要注意的是，“AB”表示90°的偏移方向不同，并且通过偏移方向确定平面的主要材料是III族还是V族。通过控制这些晶面取向和成膜条件，可以控制成分不均和点形状。作为成膜方法，与GaN基化合物半导体一样，通常使用诸如MBE方法、MOCVD方法、MEE方法或ALD方法的成膜方法，但是成膜方法不限于这些方法。
在此，在形成GaN基化合物半导体层时，MOCVD方法中的有机镓源气体的实例可包括三甲基镓(TMG)气体和三乙基镓(TEG)气体，并且氮源气体的实例可包括氨气和肼气。在导电类型为n型的GaN基化合物半导体层的形成中，例如，仅需要添加硅(Si)作为n型杂质(n型掺杂物)，并且在导电类型为p型的GaN基化合物半导体层的形成中，例如，仅需要添加镁(Mg)作为p型杂质(p型掺杂物)。在包含铝(Al)或铟(In)作为GaN基化合物半导体层的构成原子的情况下，三甲基铝(TMA)气体可以用作Al源，并且三甲基铟(TMI)气体可以用作In源。此外，可以使用甲硅烷气体(SiH4气体)作为Si源，并且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)作为Mg源。注意，除了Si之外，n型杂质(n型掺杂剂)的实例还可以包括Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd和Po，并且除了Mg之外，p型杂质(p型掺杂剂)的实例还可以包括Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg和Sr。
在使用InP基化合物半导体或GaAs基化合物半导体形成堆叠结构的情况下，作为有机金属原料的TMGa、TEGa、TMIn、TMAl等通常被用作III族原料。此外，作为V族原料，使用砷化氢气体(AsH3气体)、磷化氢气体(PH3气体)、氨(NH3)等。注意，在一些情况下，有机金属原料被用作V族原料，并且有机金属原料的实例可以包括叔丁基胂(TBAs)、叔丁基膦(TBP)、二甲肼(DMHy)和三甲基锑(TMSb)。这些材料在低温生长中是有效的，因为它们在低温下分解。作为n型掺杂剂，使用甲硅烷(SiH4)作为Si源，使用硒化氢(H2Se)等作为Se源。此外，二甲基锌(DMZn)、双环戊二烯基镁(Cp2Mg)等被用作p型掺杂剂。类似于GaN基化合物半导体的材料是掺杂剂材料的候选者。
在本公开的发光元件等的制造中，可以保留发光元件制造基板，或者可以在第一化合物半导体层上顺序形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极以及第二光反射层之后移除发光元件制造基板。具体地，可以在第一化合物半导体层上顺序形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极以及第二光反射层，然后将第二光反射层固定至支撑基板之后，去除发光元件制造基板，从而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)。发光元件制造基板可以通过使用诸如氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液的碱性水溶液、氨溶液+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、或磷酸溶液+过氧化氢溶液的湿蚀刻方法，诸如化学机械抛光(CMP)方法、机械抛光方法或反应离子蚀刻(RIE)方法的干法蚀刻方法，使用激光的剥离方法等或其组合来去除。
支撑基板仅需要使用例如被例示为发光元件制造基板的各种基板来形成，或者可以使用利用AlN等形成的绝缘基板、利用Si、SiC、Ge等形成的半导体基板、金属基板或合金基板来形成，但是从机械特性、弹性变形、塑性变形、散热等的观点来看，优选使用具有导电性的基板，或优选使用金属基板或合金基板。支撑基板的厚度可以是例如0.05mm至1mm。作为用于将第二光反射层固定至支撑基板的方法，可使用诸如焊接接合方法、室温接合方法、使用胶带的接合方法、使用蜡接合的接合方法或使用粘合剂的方法的已知方法，但从确保导电性的观点来看，期望采用焊接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被用作支撑基板的情况下，期望采用能够在400℃以下的低温下接合的方法，以便抑制由于热膨胀系数的差异而导致的翘曲。在使用GaN基板作为支撑基板的情况下，接合温度可以是400℃或更高。
电连接至第一化合物半导体层的第一电极可以为多个发光元件所共用，并且电连接至第二化合物半导体层的第二电极可以为多个发光元件所共用、或者可以单独地设置在多个发光元件中。
在保留发光元件制造基板的情况下，仅需要在与发光元件制造基板的第二表面相对的第一表面上、或在与化合物半导体基板的第二表面相对的第一表面上形成第一电极。此外，在不保留发光元件制造基板的情况下，仅需要在包括在堆叠结构中的第一化合物半导体层的第一表面上形成第一电极。应注意，在这种情况下，例如，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，因此仅需要形成第一电极以围绕第一光反射层。第一电极优选具有包括例如从由金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、钛(Ti)、钒(V)、钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)和铟(In)组成的组中选择的至少一种金属(包括合金)的单层配置或多层配置。具体地，例如，可以示例Ti/Au、Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt、以及Ag/Pd。要注意的是，在多层配置中，在“/”之前的层更靠近有源层定位。类似的配置适用于以下描述。第一电极可通过例如物理气相沉积(PVD)法(诸如真空气相沉积法或溅射法)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彼此接触。可替代地，第一光反射层和第一电极可彼此分离。在一些情况下，第一电极可形成到第一光反射层的边缘部分，或者第一光反射层可形成到第一电极的边缘部分。
第二电极可以使用透明导电材料形成。第二电极的透明导电材料的实例可包括铟基透明导电材料[具体地，例如，氧化铟锡(ITO)(包括掺杂Sn的In2O3、结晶ITO和非晶ITO)，氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、铟掺杂的氧化镓锌(IGZO)(In-GaZnO4)、IFO(F掺杂的In2O3)、ITiO(Ti掺杂的In2O3)、InSn、或InSnZnO]，锡基透明导电材料[具体地，例如，氧化锡(SnOX)、ATO(Sb-掺杂的SnO2)、或FTO(F-掺杂的SnO2)]、锌基透明导电材料[具体地，例如，氧化锌(ZnO)(Al-掺杂的ZnO(AZO)或B-掺杂的ZnO)，镓掺杂的氧化锌(GZO)、AlMgZnO(氧化铝和掺杂氧化镁的氧化锌)]、NiO、TiOX和石墨烯。可替代地，第二电极的实例可包括具有氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化锑、氧化镍等作为基底层的透明导电膜，并且可使用诸如尖晶石型氧化物或具有YbFe2O4结构的氧化物的透明导电材料。然而，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，但不限于透明导电材料，并且还可以使用诸如钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、金(Au)、钴(Co)或铑(Rh)之类的金属。第二电极仅需要使用这些材料中的至少一种来形成。第二电极可通过例如PVD法(诸如真空气相沉积法或溅射法)形成。可替代地，可以使用低电阻半导体层作为透明电极层，并且在这种情况下，具体地，也可以使用n型GaN基化合物半导体层。此外，在邻近于n型GaN基化合物半导体层的层是p型的情况下，界面的电阻可以通过经由隧道结接合n型GaN基化合物半导体层和p型层来减小。由于使用透明导电材料形成第二电极，所以电流可在横向方向(第二化合物半导体层的面内方向)上扩展并且可有效地供应至电流注入区(如稍后所述)。
第一焊盘电极和第二焊盘电极可设置在第一电极和第二电极上以电连接至外部电极或电路(在下文中可称为“外部电路等”)。期望焊盘电极具有包括从由钛(Ti)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、镍(Ni)和钯(Pd)组成的组中选择的至少一种金属的单层配置或多层配置。可替代地，焊盘电极可具有由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、以及Ti/Ni/Au/Cr/Au多层配置示例的多层配置。在第一电极包括Ag层或Ag/Pd层的情况下，优选地，使用例如Ni/TiW/Pd/TiW/Ni形成的覆盖金属层形成在第一电极的表面上，并且具有例如Ti/Ni/Au多层配置或Ti/Ni/Au/Cr/Au多层配置的焊盘电极形成在覆盖金属层上。
构成第一光反射层和第二光反射层的光反射层(分布式布拉格反射器(DBR)层)各自使用例如半导体多层膜或电介质多层膜来形成。介电材料的实例可包括氧化物、氮化物(例如，SiNX、AlNX、AlGaNX、GaNX、BNX等)以及Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Ti等的氟化物。具体地，可以例示SiOX、TiOX、NbOX、ZrOX、TaOX、ZnOX、A1OX、HfOX、SiNX、AlNX等。然后，可通过交替堆叠使用在这些介电材料中具有不同折射率的介电材料而形成的两种或更多种介电膜来获得光反射层。例如，SiOX/SiNY、SiOX/TaOX、SiOX/NbOY、SiOX/ZrOY、SiOX/AlNY等的多层膜是优选的。为了获得期望的光反射率，适当地选择各个电介质膜的材料、膜厚度、堆叠层的数量等就足够了。各个电介质膜的厚度可以根据要使用的材料等适当地调整，并且由要使用的材料的振荡波长(发射波长)λ0和在振荡波长λ0处的折射率n确定。具体地，λ0/(4n)的奇数倍是优选的。例如，在具有410nm的振荡波长λ0的发光元件中，在使用SiOX/NbOY形成光反射层的情况下，可以例示大约40nm至70nm。堆叠的层的数量可以是两个或更多个，优选地，大约五到二十。例如，整个光反射层的厚度可以是约0.6μm至1.7μm。此外，期望光反射层的光反射率为95％以上。只要光反射层覆盖电流注入区或元件区域(稍后将描述)，则不特别限制光反射层的尺寸和形状。
光反射层可以基于已知的方法形成，并且具体地，已知方法的实例可以包括PVD方法，诸如真空气相沉积法、溅射法、反应溅射法、ECR等离子体溅射法、磁控溅射法、离子束辅助气相沉积法、离子电镀法、或激光烧蚀法；各种CVD方法；涂覆方法，诸如喷涂法、旋涂法或浸渍法；组合这些方法中的两种或更多种的方法；以及将这些方法与全部或部分预处理、惰性气体(Ar、He、Xe等)或等离子体的照射、氧气或臭氧气体和等离子体的照射、氧化处理(热处理)和曝光处理中的任何一项或多项组合的方法。
提供电流注入区以调节向有源层中的电流注入。具体地，电流注入区与电流非注入/内部区域之间的边界的形状、电流非注入/内部区域与电流非注入/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实例可包括圆形、椭圆形、卵形、四边形以及正多边形(正三角形、正方形、正六边形等)。期望电流注入区与电流非注入/内部区域之间的边界的形状以及电流非注入/内部区域与电流非注入/外部区域之间的边界的形状相似或近似。此处，“元件区域”指注入有收缩电流的区域、由于折射率差等限制光的区域、夹在第一光反射层与第二光反射层之间的区域中发生激光振荡的区域、或者夹在第一光反射层与第二光反射层之间的区域中实际上有助于激光振荡的区域。
堆叠结构的侧表面或暴露表面可以由涂层(绝缘膜)覆盖。涂层(绝缘膜)可以基于已知方法形成。优选地，涂层(绝缘膜)的材料的折射率小于堆叠结构的材料的折射率。涂覆层(绝缘膜)的材料的实例可包括SiOX类材料(包括SiO2)、SiNX类材料、SiOYNZ类材料、TaOX、ZrOX、AlNX、A1OX和GaOX)，或者可使用诸如聚酰亚胺类树脂的有机材料。用于形成涂层(绝缘膜)的方法的实例可包括诸如真空气相沉积法或溅射法的PVD法、以及CVD法，并且还可基于涂层法形成涂层(绝缘膜)。
实施例1
实施例1涉及本公开的发光元件和本公开的发光元件阵列。实施例的发光元件包括发射激光的表面发射激光元件(垂直腔表面发射激光器(VCSEL))。图1和图3是实施例1的发光元件阵列的示意性局部截面图，图2和图4是发光元件的示意性局部截面图，图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12是示出实施例1的发光元件阵列中的第一光反射层和分隔壁的布置的示意性平面图。在此，图1和图2示出了分隔壁使用不具有导电性的材料来形成的实例，并且图3和图4示出了分隔壁使用具有导电性的材料来形成的实例或分隔壁使用不具有导电性的材料来形成的实例。此外，图5、图6、图9和图11示出了发光元件位于正方晶格的顶点上的情况，并且图7、图8、图10和图12示出了发光元件位于正三角形晶格的顶点上的情况。图1、图2、图3和图4是沿图5或图7中的箭头A-A截取的示意性局部截面图。此外，在附图中，Z轴表示包括在发光元件中的第一光反射层的轴线(穿过第一光反射层的中心的相对于堆叠结构的垂直线)。
实施例1的发光元件10A和稍后描述的实施例2至24的发光元件各自包括：
堆叠结构20，在该堆叠结构中堆叠了具有第一表面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、以及具有面向有源层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；
第一光反射层41，形成在第一化合物半导体层21的第一表面侧上并且在远离有源层23的方向上具有凸形形状；以及
第二光反射层42，形成在第二化合物半导体层22的第二表面侧上并且具有平坦形状；
其中，形成了在堆叠结构20的堆叠方向上延伸的分隔壁24以围绕第一光反射层41。
此外，实施例1的发光元件阵列或如稍后描述的实施例2至24的发光元件阵列各自是布置有多个发光元件10A的发光元件阵列，每个发光元件10A包括：
堆叠结构20，在该堆叠结构中堆叠了具有第一表面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、以及具有面向有源层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；
第一光反射层41，形成在第一化合物半导体层21的第一表面侧上并且在远离有源层23的方向上具有凸形形状；以及
第二光反射层42，形成在第二化合物半导体层22的第二表面侧上并且具有平坦形状。然后，形成了在堆叠结构20的堆叠方向上延伸的分隔壁24以围绕每个发光元件10A中的第一光反射层41。
如图所示，第一光反射层41的正交投影图像可包括在面向第一光反射层41的分隔壁24的侧表面24'的正交投影图像中，或者，虽然未示出，分隔壁侧表面24'的正交投影图像可包括在对第一光反射层41的光反射没有贡献的部分(第一光反射层41的非有效区域)的正交投影图像中。此外，分隔壁24的侧表面24'可以是连续表面(参见图9和图10)或部分切除的不连续表面(参见图11和图12)。对于稍后后述的实施例2的隔壁25，也能够应用同样的结构。
在实施例1的发光元件10A中，分隔壁24在第一化合物半导体层21中从第一化合物半导体层21的第一表面侧延伸至第一化合物半导体层21在厚度方向上的中间。即，分隔壁24的上端部(面向有源层23的端部)24b定位在第一化合物半导体层21在厚度方向上的中间。然后，在实施例1的发光元件阵列中，L0、L1和L3之间的关系满足上述关系。具体地，如稍后描述的表D所示。
分隔壁24使用不透射在有源层23中产生的光的材料形成，或者使用1×10-1≤TC1/TC0≤1×102形成，其中，第一化合物半导体层21的材料的热导率是TC1，并且分隔壁24的材料的热导率是TC0。具体地，第一化合物半导体层21的材料包括GaN，并且分隔壁24使用铜(Cu)形成。注意：
TC0：50瓦/(m·K)至100瓦/(m·K)；以及
TC1：400瓦特/(m·K)。例如，在通过电镀法形成包括铜层的分隔壁24的情况下，通过溅射方法等预先形成包括厚度约0.1μm的Au层等的底层作为籽晶层，并通过电镀法在其上形成铜层就足够了。通过如上所述使用具有高热导率的材料形成分隔壁24，在堆叠结构20中产生的热可以通过分隔壁24有效地释放(消散)至外部。
可替代地，分隔壁24使用反射在有源层23中产生的光的材料(例如，银(Ag))形成。
可替代地，|CTE0-CTE1|≤1×10-4/K，其中，第一化合物半导体层21的材料(GaN)的线性膨胀率为CTE1，分隔壁24的材料(聚酰亚胺类树脂)的线性膨胀率为CTE0。具体地，
CTE0：5.5×10-6/K；以及
CTE1：25×10-6/K。然后，当这些材料被组合时，发光元件10A的净热膨胀系数可增加并且可被调整为与其上安装有发光元件10A的基板材料等的热膨胀系数匹配，使得可以抑制发光元件10A的损坏并抑制由于应力的产生引起的发光元件10A的可靠性的降低。
在沿着包括堆叠结构20的堆叠方向的虚拟平面(在所示示例中，例如，XZ平面)切割发光元件10A的情况下，分隔壁24的侧表面24'的形状是线段。此外，在沿着与堆叠结构20的堆叠方向正交的虚拟平面切割发光元件10A的情况下，分隔壁24的侧表面24'的形状是圆形。此外，如图5和图7所示，分隔壁24被设置成围绕包括在每个发光元件10A中的第一光反射层41，并且分隔壁24的侧表面24'之外的区域被分隔壁24占据。即，发光元件10A之间的空间由分隔壁24的材料占据。
如图1和图2所示，在使用不具有导电性的材料形成分隔壁24的情况下，第一电极31设置在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。
此外，如图3和图4所示，在使用具有导电性的材料形成分隔壁24的情况下，或者在使用不具有导电性的材料形成分隔壁24的情况下，第一电极31可以设置在分隔壁24的暴露表面(下端表面24a)上(也参见图5、图6、图7和图8)。具体地，分隔壁24的下端部(面向第一电极31的端部)24a与形成在发光元件10A的第一表面10a(第一化合物半导体层21的第一表面21a)上的第一电极31接触。注意，发光元件的第二表面10b是发光元件的暴露表面。在使用具有导电性的材料形成分隔壁24的情况下，分隔壁24也可以用作第一电极31。通过如上所述使用具有高热导率的材料形成分隔壁24，在堆叠结构20中产生的热可以通过分隔壁24释放(消散)至外部。具体地，在堆叠结构20中产生的热量可以通过分隔壁24和第一电极31或第一焊盘电极有效地释放(消散)至外部。
然而，本公开不限于此，并且发光元件10A之间的空间可以由分隔壁24的材料以外的材料(例如，堆叠结构20)占据。即，例如，分隔壁24可形成为连续的凹槽形状(见图9和图10)，或者可形成为不连续的凹槽形状(见图11和图12)。应注意，在图9、图10、图11和图12中，对应于分隔壁的部分用阴影线以清楚地示出分隔壁。
第一化合物半导体层21具有第一导电类型(具体地，n型)，并且第二化合物半导体层22具有不同于第一导电类型的第二导电类型(具体地，p型)。然后，在实施例1的发光元件10A中，第一化合物半导体层21的第一表面21a构成基面90。第一光反射层41形成在基面90上。基面90在远离有源层23的方向上具有凸形形状。
在发光元件阵列中，期望发光元件10A的形成间距为3μm以上且50μm以下，优选地，5μm以上且30μm以下，并且更优选地，8μm以上且25μm以下。此外，期望基面90的曲率半径R1是1×10-5m或更大。谐振器长度LOR优选地满足1×10-5m≤LOR。
可以使用选自由GaN基化合物半导体、InP基化合物半导体和GaAs基化合物半导体组成的组中的至少一种材料来形成堆叠结构20。在实施例1中，具体地，使用GaN基化合物半导体形成堆叠结构20。
第一化合物半导体层21包括例如掺杂约2×1016cm-3Si的n-GaN层，有源层23具有其中堆叠了In0.04Ga0.96N层(势垒层)和In0.16Ga0.84N层(阱层)的五层多量子阱结构，并且第二化合物半导体层22包括例如掺杂约1×1019cm-3镁的p-GaN层。第一化合物半导体层21的平面取向不限于{0001}平面，并且可以是例如半极性平面的{20-21}平面。使用Ti/Pt/Au形成的第一电极31经由使用Ti/Pt/Au或V/Pt/Au形成的第一焊盘电极(未示出)电连接至外部电路等。另一方面，第二电极32形成在第二化合物半导体层22上，并且第二光反射层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。第二电极32使用透明导电材料(具体地，厚度为30nm的ITO)形成。使用例如Pd/Ti/Pt/Au、Ti/Pd/Au或Ti/Ni/Au来形成以与外部电路等电连接的第二焊盘电极33可以形成在第二电极32的边缘部分上或连接到第二电极32的边缘部分(见图13、图14、图15和图16)。第一光反射层41和第二光反射层42具有堆叠有Ta2O5层和SiO2层的结构或者堆叠有SiN层和SiO2层的结构。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结构，但是为了简化附图示出为具有一层。设置在第一电极31中的开口31'、第一光反射层41、第二光反射层42以及设置在绝缘层(电流狭窄层)34中的开口34A中的每一个的平面形状是圆形。
为了获得电流狭窄区域，如上所述，可以在第二电极32和第二化合物半导体层22之间形成使用绝缘材料(例如，SiOX、SiNX或A1OX)形成的绝缘层(电流狭窄层)34，并且绝缘层(电流狭窄层)34具有用于将电流注入到第二化合物半导体层22中的开口34A。可替代地，为了获得电流狭窄区域，可以通过RIE方法等蚀刻第二化合物半导体层22以形成台面结构。可替代地，堆叠的第二化合物半导体层22的部分层可以在横向方向上被部分氧化以形成电流狭窄区域。可替代地，杂质(例如，硼)可被离子注入到第二化合物半导体层22中以形成包括具有降低的电导率的区域的电流狭窄区域。可替代地，这些可以适当地组合。然而，第二电极32需要电连接至由于电流限制而导致电流流过的第二化合物半导体层22的一部分(电流注入区)。
在图1、图2、图3和图4所示的实例中，第二电极32由包括在发光元件阵列中的发光元件10A共用，并且第二电极32经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。第一电极31也由发光元件阵列中包括的发光元件10A共用，并且经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。然后，光可以经由第一光反射层41发射到外部，或者光可以经由第二光反射层42发射到外部。
可替代地，如图13和图14所示，图13为实施例1的发光元件阵列的变形例-1的示意性局部截面图，图14为图13所示的实施例1的发光元件阵列的变形例-1中包括的发光元件的示意性局部截面图，第二电极32单独形成在发光元件阵列中包括的发光元件10A中，并且经由第二焊盘电极33连接至外部电路等。第一电极31是包括在发光元件阵列中的发光元件10A共用的，并且经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。然后，光可以经由第一光反射层41发射到外部，或者光可以经由第二光反射层42发射到外部。
可替代地，如图15(其为实施例1的发光元件阵列的变形例-2的示意性局部截面图)和图16(其为在图15中示出的实施例1的发光元件阵列的变形例-2中包括的发光元件的示意性局部截面图)所示，第二电极32单独形成在包括在发光元件阵列中的发光元件10A中。此外，凸块35形成在形成于第二电极32上的第二焊盘电极33上，并且经由凸块35与外部电路等进行连接。第一电极31由包括在发光元件阵列中的发光元件10A共用，并且经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。凸块35布置在第二化合物半导体层22的第二表面侧上的面向基面90的部分处，并且覆盖第二光反射层42。凸块35的实例可包括金(Au)凸块、焊料凸块和铟(In)凸块。凸块35的设置方法可以是已知的方法。然后，光经由第一光反射层41发射到外部。应注意，凸块35可设置在图1中示出的发光元件10A中。凸块35的形状的实例可包括圆柱形、环形和半球形。
注意，图13、图14、图15和图16所示的实施例1的发光元件阵列或发光元件的修改实例是图1和图2中所示的实施例1的发光元件阵列或发光元件的修改实例，但也可以是图3和图4中所示的实施例1的发光元件阵列或发光元件的修改实例。
在图5和图7中所示的实施例1的发光元件阵列中，发光元件10A的参数如下表A所示。要注意的是，第一光反射层41的直径由D1表示，并且基面90的高度由H1表示(见图1)。此外，图5和图7中所示的实施例1的发光元件10A的规格示于下表B和C中。注意，“发光元件的数量”是包括在一个发光元件阵列中的发光元件的数量。而且，在表D中示出了P0、L0、L1以及L3的值，并且在表E中示出了稍后描述的实施例2中的P0、L0、L2以及L3'的值。
堆叠结构20的热导率值高于第一光反射层41的热导率值。第一光反射层41的介电材料的热导率的值约为10瓦/(m·K)或更小。另一方面，堆叠结构20的GaN基化合物半导体的热导率值为约50至100瓦特/(m·K)。
<表A>
Figure BDA0003747206070000251
<表B>图5
Figure BDA0003747206070000252
<表C>图7
Figure BDA0003747206070000253
Figure BDA0003747206070000261
<表D>实施例1
P0：40μm
L0：30μm
L1：28μm
L3：18μm
<表E>实施例2
P0：20μm
L0：17μm
L2：12μm
L3'：9μm
实施例5将描述用于制造实施例1的发光元件10A或发光元件阵列的方法。
在实施例1的发光元件或发光元件阵列中，由于沿堆叠结构的堆叠方向延伸的分隔壁形成为围绕第一光反射层，所以可防止发生光学串扰，或者可防止发生热饱和。结果，可以提供具有高发光效率和高可靠性的发光元件和发光元件阵列。
实施例2
实施例2是实施例1的变形例。图17是实施例2的发光元件阵列的示意性局部截面图，图18是发光元件的示意性局部截面图。
在实施例2的发光元件10B中，分隔壁25A在第二化合物半导体层22和有源层23中从第二化合物半导体层22的第二表面侧延伸，并且在第一化合物半导体层21中进一步延伸至第一化合物半导体层21在厚度方向上的中间。即，分隔壁25A的下端部25a可定位在第一化合物半导体层21在厚度方向上的中间。然后，在实施例2的发光元件阵列中，L0、L2和L3'之间的关系满足上述关系，并且如上表E中所示。分隔壁25B的上端部25b在发光元件10B的第二表面10b处暴露。
可替代地，如图19(其是实施例2的发光元件10B的变形例-1的示意性局部截面图)所示，分隔壁25B的上端部25b不必在发光元件10B的第二表面10b处暴露。具体地，分隔壁25B的上端部25b由绝缘层(电流狭窄层)34和第二电极32覆盖。
可替代地，如图20(其是实施例2的发光元件10B的变形例-2的示意性局部截面图)所示，分隔壁25C的侧表面25'沿着从第一化合物半导体层21的第一表面侧朝向第二化合物半导体层22的第二表面侧的方向变窄。即，在沿包括堆叠结构20的堆叠方向的虚拟平面(例如，所示实例中的XZ平面)切割发光元件10B的情况下，分隔壁25C的侧表面的形状为梯形，具体地，为第二化合物半导体层侧是短边并且第一化合物半导体层侧是长边的等腰梯形。
这些分隔壁25A、25B和25C均可由实施例1中所描述的分隔壁实现。
可替代地，如图21(其是实施例2的发光元件10B的变形例-3的示意性局部截面图)所示，使用焊料材料(具体地，例如，Au-Sn共晶焊料)形成分隔壁25D，并且在发光元件10B的外表面(第二表面10b)上形成分隔壁25D的一部分25D'。具体地，在发光元件10的第二表面10b处暴露的分隔壁25D的该部分25D'形成一种凸块，并且可以通过分隔壁25D的该部分25D'与外部电路等进行连接。
实施例3
实施例3是实施例1和2的变形例。在实施例1和2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。另一方面，实施例1的发光元件的变形例在图22中示出为实施例3的发光元件10A'，其中，第一光反射层41形成在作为发光元件制造基板的蓝宝石基板40上。除了这一点，实施例3的发光元件或发光元件阵列可具有与实施例1或2的发光元件或发光元件阵列的配置和结构相似的配置和结构，因此将省略其详细描述。注意，第一电极31(未示出)在区域(未示出)中连接到第一化合物半导体层21。
实施例4
实施例4是实施例1至3的变形例。在实施例1和2中，使用GaN基化合物半导体形成堆叠结构20。另一方面，在实施例4中，使用InP基化合物半导体形成堆叠结构20。具体地，使用掺杂有1x1018cm-3Se的n-InP形成第一化合物半导体层，使用InAs或InGaAsP量子点形成有源层，并且使用掺杂有1x1019cm-3Zn的p-InP形成第二化合物半导体层。另外，电流狭窄区域形成为具有n-InP层/p-InP层/n-InP层的堆叠结构，或者使用掺Fe的InP层形成，或者基于离子注入方法形成。第二电极32使用厚度为30nm的IZO或ITO形成。此外，在作为实施例3的修改实例的实施例4的发光元件中，第一光反射层形成在作为发光元件制造基板的半绝缘InP基板(未掺杂或掺杂有Fe)上。除了上述点之外，实施例4的发光元件或发光元件阵列可具有与实施例1至3的发光元件或发光元件阵列的配置和结构相似的配置和结构，因此将省略其详细描述。
实施例5
同时，在实施例1至4中描述的发光元件10A和10B中，例如，基面90从平坦的第一化合物半导体层21的第一表面21a上升。因此，在由于某些原因向发光元件10A和10B施加强外力的情况下，应力集中在基面90的升高部分上，并且在第一化合物半导体层等中可能发生损坏。
实施例5是实施例1至4的变形例，并且涉及如稍后描述的根据本公开的第二方面的发光元件和用于制造根据本公开的第二方面的发光元件阵列的方法，并且具体地，涉及第一配置的发光元件、第1-A配置的发光元件以及第二配置的发光元件。图23、图24(变形例-1)和图25(变形例-2)是实施例5的发光元件、实施例5的发光元件阵列中包括的发光元件以及通过用于制造实施例5的发光元件阵列的方法获得的发光元件(在下文中，这些发光元件统称为发光元件10C)的示意性局部端部视图，并且图26、图27和图28是实施例5的发光元件阵列的示意性局部端部视图。此外，图29A、图29B、图30、图31、图32A、图32B、图33A、图33B、图33C、图34A和图34B是用于说明实施例5的发光元件阵列的制造方法的第一化合物半导体层等的示意性局部端部视图。
需注意，在图32A、图32B、图33A、图33B、图33C、图34A和图34B以及图41A、图41B、图42A、图42B、图43A、图43B、图51A、图51B、图51C、图52A、图52B和图52C中，省略了有源层、第二化合物半导体层、第二光反射层等的图示。此外，在图37、图39、图46、图47A和图47B中，为了清楚起见，用实心圆或者椭圆形表示基面的第一部分，为了清楚起见，用实心圆表示基面的第二部分的中心部分，并且为了清晰起见，用实心环表示基面的第二部分的具有环形凸形状的顶部。
此外，在实施例5的发光元件或者稍后描述的实施例6至24的发光元件中，未示出分隔壁24、25A、25B、25C以及25D。
然后，为了防止上述问题的出现，例如损坏的出现，优选的是，在发光元件阵列中，第一光反射层形成在位于第一化合物半导体层的第一表面侧上的基面上，基面在由多个发光元件包围的外围区域中延伸，并且基面是不平坦且可微分的。应注意，为了方便起见，将这种发光元件称为“根据本公开的第二方面的发光元件阵列”。
可替代地，优选的是，在发光元件中，第一光反射层形成在位于第一化合物半导体层的第一表面侧上的基面上，基面在外围区域中延伸，并且基面是不平坦且可微分的。应注意，为了方便起见，将这种发光元件称为“根据本公开的第二方面的发光元件”。
这里，在基面由z＝f(x,y)表示的情况下，基面的微分值可以通过以下获得：
Figure BDA0003747206070000291
以及
Figure BDA0003747206070000292
此外，根据本公开的第二方面的用于制造发光元件阵列的方法包括：
在形成堆叠结构之后，在第二化合物半导体层的第二表面侧上形成第二光反射层；
在基面的待形成第一光反射层的第一部分上形成第一牺牲层，然后使第一牺牲层的表面凸起；
在暴露于第一牺牲层之间的基面的第二部分上以及在第一牺牲层上形成第二牺牲层，并然后使第二牺牲层的表面不均匀；
回蚀第二牺牲层和第一牺牲层，并且进一步从基面向内执行回蚀以相对于第一化合物半导体层的第二表面在基面的第一部分中形成凸部并且在基面的第二部分中形成至少凹部；并且
在基面的第一部分上形成第一光反射层。应注意，为了方便起见，将这种发光元件称为“用于制造根据本公开的第一方面的发光元件阵列的方法”。
可替代地，用于制造根据本公开的第二方面的发光元件阵列的方法包括：
在形成堆叠结构之后，在第二化合物半导体层的第二表面侧上形成第二光反射层；
在基面的待形成第一光反射层的第一部分上形成第一牺牲层，然后使第一牺牲层的表面凸起；
回蚀第一牺牲层且进一步执行从基面向内的回蚀以相对于第一化合物半导体层的第二表面在基面的第一部分中形成凸部；
在基面上形成第二牺牲层，然后回蚀第二牺牲层并进一步从基面向内执行回蚀，以相对于第一化合物半导体层的第二表面在基面的第一部分中形成凸部并且在基面的第二部分中形成至少凹部；并且
在基面的第一部分上形成第一光反射层。应注意，为了方便起见，将这种发光元件称为“用于制造根据本公开的第二方面的发光元件阵列的方法”。
在根据本公开的第二方面的发光元件中、包括在根据本公开的第二方面的发光元件阵列中的发光元件中、以及通过用于制造根据本公开的第一和第二方面的发光元件阵列的方法获得的发光元件(在下文中，这些发光元件可以统称为“根据本公开的第二方面的发光元件等”)中，第一光反射层形成在基面的第一部分处，但是在一些情况下第一光反射层的延伸部分形成在基面的占据外围区域的第二部分处，或者在一些情况下，第一光反射层的延伸部分不形成在第二部分处。
根据本公开的第二方面的发光元件等可具有其中基面是平滑的形式。在此，术语“平滑”是分析术语。例如，在实变量函数f(x)对于a<x<b是可微分的、并且f'(x)是连续的情况下，则在词语方面可以说它是连续可微分的，并且也可以表示为平滑的。
具有上述优选形式的根据本公开的第二方面等的发光元件可具有其中第一光反射层形成于其上的基面的第一部分相对于第一化合物半导体层的第二表面具有向上凸起的形状的构造。根据本公开的第二方面等的具有这种配置的发光元件称为“第一配置的发光元件”。
在第一配置的发光元件中，第一部分和第二部分之间的边界可以被定义为：
(1)在第一光反射层不在外围区域中延伸的情况下的第一光反射层的外外围部分分；并且
(2)在第一光反射层在外围区域中延伸的情况下，从第一部分到第二部分在基面中存在拐点的部分。
第一配置的发光元件可具有其中占据外围区域的基面的第二部分相对于第一化合物半导体层的第二表面具有向下凸形的配置。根据本公开的第二方面等的具有这种配置的发光元件称为“第1-A配置的发光元件”。然后，第1-A配置的发光元件的基面的第一部分的中心部分可以位于正方晶格的顶点(交点部分)，或者基面的第一部分的中心部分可以位于正三角形晶格的顶点(交点部分)。在前一种情况下，基面的第二部分的中心部分可以位于正方栅格的顶点处，在后一种情况下，基面的第二部分的中心部分可以位于正三角形栅格的顶点处。
在第1-A结构的发光元件中，[从外围部分到中心部分的第一部分/第二部分]的形状包括：
(A)[向上凸起的形状/向下凸起的形状]；
(B)[向上凸形状/从向下凸形状继续至线段]；
(C)[向上凸形状/从向上凸形状继续至向下凸形状]；
(D)[向上凸形状/从向上凸形状继续至向下凸形状和线段]；
(E)[向上凸形状/从线段延续至向下凸形状]；以及
(F)[向上凸形状/从线段延续至向下凸形状和线段]。注意，在发光元件中，基面可以终止于第二部分的中心部分。
可替代地，第一配置的发光元件可具有这样一种配置，其中，基面的占据外围区域的第二部分具有向下凸形和从向下凸形朝向外围区域的中心部分相对于第一化合物半导体层的第二表面延伸的向上凸形。根据本公开的第二方面等的具有这种配置的发光元件称为“第1-B配置的发光元件”。此外，第1-B结构的发光元件可以具有其中LL2>LL1的结构，其中从第一化合物半导体层的第二表面到基面的第一部分的中心部分的距离为LL1，并且从第一化合物半导体层的第二表面到基面的第二部分的中心部分的距离为LL2，并且R1>R2，其中，基面的第一部分的中心部分的曲率半径(即，第一光反射层的曲率半径)为R1，基面的第二部分的中心部分的曲率半径为R2。注意，虽然LL2/LL1的值不受限制，但是可以满足1<LL2/LL1≤100，并且尽管R1/R2的值不受限制，但是可以满足1<R1/R2≤100。
在具有上述优选配置的第1-B配置的发光元件中，基面的第一部分的中心部分可以位于正方晶格的顶点(交点部分)，并且在这种情况下，基面的第二部分的中心部分可以位于正方晶格的顶点。可替代地，基面的第一部分的中心部分可以位于正三角形栅格的顶点处，并且在这种情况下，基面的第二部分的中心部分可以位于正三角形栅格的顶点处。
在第1-B配置的发光元件中，[从外围部分到中心部分的第一部分/第二部分]的形状包括：
(A)[向上凸形状/从向下凸形状继续至向上凸形状]；
(B)[向上凸形状/从向上凸形状延续至向下凸形状和向上凸形状]；以及
(C)[向上凸形状/[从线段延续至向下凸形状和向上凸形状]。
可替代地，第一配置的发光元件可具有其中占据外围区域的基面的第二部分具有围绕基面的第一部分的环形凸形以及相对于第一化合物半导体层的第二表面从环形凸形朝向基面的第一部分延伸的向下凸形的配置。根据本公开的第二方面等的具有这种配置的发光元件称为“第1-C配置的发光元件”。
此外，第1-C配置的发光元件可以具有其中LL2'>LL1的配置，其中从第一化合物半导体层的第二表面到基面的第一部分的中心部分的距离为LL1，以及从第一化合物半导体层的第二表面到基面的第二部分的环形凸形的顶部的距离是LL2'。并且R1>R2'，其中该基面的第一部分的中心部分的曲率半径(即，第一光反射层的曲率半径)是R1，以及基面的第二部分的环形凸形的顶部的曲率半径为R2'。要注意的是，虽然不限制LL2'/LL1的值，但是可满足1<LL2'/LL1≤100，并且虽然不限制R1/R2'的值，但是可满足1<R1/R2'≤100。
在第1-C配置的发光元件中，[从外围部分到中心部分的第一部分/第二部分]的形状包括：
(A)[向上凸形状/从向下凸形状继续至向上凸形状和向下凸形状]；
(B)[向上凸形状/从向下凸形状继续到向上凸形状、向下凸形状和线段]；
(C)[向上凸形/从向上凸形延续至向下凸形、向上凸形和向下凸形]；
(D)[向上凸形状/从向上凸形状延续至向下凸形状、向上凸形状和线段]；
(E)[向上凸形状/从线段延续至向下凸形状、向上凸形状和向下凸形状]；以及
(F)[向上凸形状/从线段延续至向下凸形状、向上凸形状、向下凸形状和线段]。注意，在发光元件中，基面可以终止于第二部分的中心部分。
在具有上述优选配置的第1-B配置的发光元件或第1-C配置的发光元件中，凸块可布置在第二化合物半导体层的第二表面侧上的面向基面的第二部分中的凸部的部分。可替代地，在具有上述优选配置的第1-A配置的发光元件中，凸块可布置在面向基面的第一部分的中心部分的第二化合物半导体层的第二表面侧上的部分处。凸块的实例可包括金(Au)凸块、焊料凸块和铟(In)凸块，并且用于设置凸块的方法可以是已知的方法。具体地，凸块被设置在设置在第二电极上的第二焊盘电极(如后所述)上，或者被设置在第二焊盘电极的延伸部分上。
此外，在具有上述优选形式和配置的根据本公开的第二方面的发光元件等中，期望基面的第一部分的中心部分的曲率半径R1是1×10-5m或更大，优选地，3×10-5m或更大。此外，曲率半径R1可以是3×10-4m或更大。然而，在任何情况下，R1的值大于谐振器长度LOR的值。
此外，期望基面的第二部分的中心部分的曲率半径R2为1×10-6m或更大，优选地，3×10-6m或更大，并且更优选地，5×10-6m或更大，并且期望基面的第二部分的环形凸形的顶部的曲率半径R2'为1×10-6m或更大，优选地，3×10-6m或更大，并且更优选地，5×10-6m或更大。
在具有上述优选形式和配置的根据本公开的第二方面的发光元件等中，在沿包括堆叠结构的堆叠方向的虚拟平面切割基面的情况下由基面的第一部分绘制的图形可以是圆的一部分、抛物线的一部分、正弦曲线的一部分、椭圆的一部分或链状曲线的一部分。在一些情况下，该图不严格地是圆的一部分、不严格地是抛物线的一部分、不严格地是正弦曲线的一部分、不严格地是椭圆的一部分、或不严格地是悬链曲线的一部分。即，该图基本上是圆的一部分的情况、该图基本上是抛物线的一部分的情况、该图基本上是正弦曲线的一部分的情况，该图基本上是椭圆的一部分的情况，以及该图基本上是悬链曲线的一部分的情况也包括在“该图是圆的一部分”的情况下，是抛物线的一部分、是正弦曲线的一部分、基本上是椭圆的一部分、或基本上是悬链曲线的一部分”。这些曲线的一部分可由线段替代。通过用测量仪器测量基面的形状并且基于最小二乘法分析所获得的数据，可以获得由基面绘制的图形。
此外，在具有上述优选形式和配置的根据本公开的第二方面的发光元件等中，可以具有其中第一化合物半导体层的第一表面构成基面的形式。为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第二配置的发光元件”。可替代地，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与第一光反射层之间，并且基面由化合物半导体基板的表面构成的配置是可能的。为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第三配置的发光元件”。在这种情况下，例如，可以使用GaN基板形成化合物半导体基板。作为GaN基板，可以使用极性基板、半极性基板、以及非极性基板中的任一种。作为化合物半导体基板的厚度，可以例举5×10-5m至1×10-4m，但是厚度不限于这种值。可替代地，以下配置是可能的，其中基体材料设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，或者化合物半导体基板和基体材料设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，并且基面由基体材料的表面构成。为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第四配置的发光元件”。基材的材料的实例可包括诸如TiO2、Ta2O5、或SiO2的透明介电材料、硅酮类树脂、以及环氧类树脂。
在下文中，将具体描述实施例5的发光元件10C。
在实施例5的发光元件10C中，基面90在外围区域99中延伸，并且基面90具有凹凸形状并且在实施例1至4中描述的发光元件10A和10B中可区分。即，在实施例5的发光元件10C中，基面90是分析上平滑的。应注意，类似于实施例1至4中描述的发光元件10A和10B，第一光反射层41形成在位于第一化合物半导体层21的第一表面侧上的基面90上，并且第二光反射层42形成在第二化合物半导体层22的第二表面侧上并且具有平坦形状。此外，形成在实施例1中描述的分隔壁24或者在实施例2中描述的分隔壁25A、25B、25C以及25D。然而，为了简化附图，省去分隔壁24、25A、25B、25C以及25D的示图。
此外，实施例5的发光元件阵列包括布置的多个发光元件，并且每个发光元件由上述实施例5的发光元件10C实现。注意，基面90在外围区域99中延伸。
然后，基面90的其上形成第一光反射层41的第一部分91相对于第一化合物半导体层21的第二表面21b具有向上凸起的形状，并且基面90的占据外围区域99的第二部分92相对于第一化合物半导体层21的第二表面21b具有向下凸起的形状。基面90的第一部分91的中心部分91c位于正方晶格的顶点(交点部分)处(例如，对于布置状态参见图5、图6、图9和图11)，或者基面90的第一部分91的中心部分91c位于正三角形晶格的顶点(交点部分)处(例如，对于布置状态参见图7、图8、图10和图12)。
尽管第一光反射层41形成在基面90的第一部分91处，但是在一些情况下，第一光反射层41的延伸部分形成在基面90的占据外围区域99的第二部分92处，或者第一光反射层41的延伸部分不形成在第二部分92处。在实施例5中，第一光反射层41的延伸部分不形成在占据外围区域99的基面90的第二部分92处。
在实施例5的发光元件10C中，第一部分91和第二部分92之间的边界90bd可以被定义为：
(1)在第一光反射层41不在外围区域99中延伸的情况下的第一光反射层41的外周部分；并且
(2)在第一光反射层41在外围区域99中延伸的情况下，在第一部分91到第二部分92的基面90中存在拐点的部分。这里，实施例5的发光元件10C具体地对应于(1)。
此外，在实施例5的发光元件10C中，[从外围部分到中心部分的第一部分91/第二部分92]的形状包括：
(A)[向上凸起的形状/向下凸起的形状]；
(B)[向上凸形状/从向下凸形状继续至线段]；
(C)[向上凸形状/从向上凸形状继续至向下凸形状]；
(D)[向上凸形状/从向上凸形状继续至向下凸形状和线段]；
(E)[向上凸形状/从线段延续至向下凸形状]；以及
(F)[向上凸起的形状/从线段延续至向下凸起的形状和线段]，并且具体地，实施例5的发光元件10C对应于(A)。
在实施例5的发光元件10C中，第一化合物半导体层21的第一表面21a构成基面90。在沿着包括堆叠结构20的堆叠方向的虚拟平面(例如，所示示例中的XZ平面)切割基面90的情况下由基面90的第一部分91绘制的图形是可微分的，并且更具体地，可以是圆的一部分、抛物线的一部分、正弦曲线、椭圆的一部分、或链曲线的一部分、或这些曲线的组合，或者这些曲线的一部分可以用线段替代。第二部分92绘制的图形也是可微分的，并且更具体地，可以是圆的一部分、抛物线的一部分、正弦曲线的一部分、椭圆的一部分、悬链曲线的一部分或这些曲线的组合，或者这些曲线的一部分可以被线段替代。此外，基面90的第一部分91和第二部分92之间的边界也是可微分的。
在发光元件阵列中，期望发光元件的形成间距为3μm以上且50μm以下，优选地，5μm以上且30μm以下，更优选地，8μm以上且25μm以下。此外，期望基面90的第一部分91的中心部分91c的曲率半径R1为1x10-5m或更大。谐振器长度LOR优选地满足1×10-5m≤LOR。在实施例5的发光元件阵列中，其中布置状态与图5和图7中所示的布置相似，发光元件10C的参数与下表1中的参数相似。应注意，第一光反射层41的直径由D1表示，第一部分91的高度由H1表示，并且基面90的第二部分92的中心部分92c的曲率半径由R2表示。在此，第一部分91的高度H1被表示为H1＝LL1-LL2，其中从第一化合物半导体层21的第二表面21b到基面90的第一部分91的中心部分91c的距离是LL1，并且从第一化合物半导体层21的第二表面21b到基面90的第二部分92的中心部分92c的距离是LL2。此外，在以下表2和表3中示出了实施例5的发光元件10C的规格，其中，布置状态与在图5和图7中示出的那些相似。注意，“发光元件的数量”是包括在一个发光元件阵列中的发光元件的数量。
如图23和图26所示，第二电极32与包括在发光元件阵列中的发光元件10C共用，并且第二电极32经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。第一电极31也是发光元件阵列中包括的发光元件10C共用的，并且经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。在图23和图26中示出的发光元件10C中，光可经由第一光反射层41发射到外部，或光可经由第二光反射层42发射到外部。
可替代地，如图24和图27所示，第二电极32单独形成在包括在发光元件阵列中的发光元件10C中，并且经由第二焊盘电极33连接至外部电路等。第一电极31是包括在发光元件阵列中的发光元件10C共用的，并且经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。在图24和图27中示出的发光元件10C中，光可经由第一光反射层41发射到外部，或光可经由第二光反射层42发射到外部。
可替代地，如图25和图28所示，第二电极32单独形成在包括在发光元件阵列中的发光元件10C中，凸块35形成在形成在第二电极32上的第二焊盘电极33上，并且经由凸块35与外部电路等进行连接。第一电极31是包括在发光元件阵列中的发光元件10C共用的，并且经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。凸块35布置在面向基面90的第一部分91的中心部分91c的第二化合物半导体层22的第二表面侧上的部分处，并且覆盖第二光反射层42。凸块35的实例可包括金(Au)凸块、焊料凸块和铟(In)凸块，并且用于布置凸块35的方法可为已知的方法。在图25和图28中示出的发光元件10C中，光经由第一光反射层41发射到外部。应注意，凸块35可设置在图23中示出的发光元件10C中。凸块35的形状的实例可包括圆柱形、环形和半球形。
<表1>
Figure BDA0003747206070000371
<表2>图5的布置状态
Figure BDA0003747206070000372
<表3>图7的布置状态
Figure BDA0003747206070000373
Figure BDA0003747206070000381
在下文中，将参照作为第一化合物半导体层等的示意性局部端部视图的图29A、图29B、图30、图31、图32A、图32B、图33A、图33B、图33C、图34A和图34B描述实施例5的发光元件阵列的制造方法。
首先，在形成堆叠结构20之后，在第二化合物半导体层22的第二表面侧上形成第二光反射层42。
[步骤-500]
具体地，使用GaN基化合物半导体形成且其中第一化合物半导体层21具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b的堆叠结构20，面对第一化合物半导体层21的第二表面21b的有源层(发光层)23，以及具有面对有源层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堆叠在具有约0.4mm厚度的化合物半导体基板11的第二表面11b上。更具体地，通过已知的MOCVD方法，基于外延生长方法，通过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、以及第二化合物半导体层22，可获得堆叠结构20(见图29A)。
[步骤-510]
接下来，基于诸如CVD方法、溅射法或真空气相沉积法的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上形成具有开口34A并且使用SiO2形成的绝缘层(电流狭窄层)34(见图29B)。电流狭窄区域(电流注入区61A和电流非注入区61B)由具有开口34A的绝缘层34限定。即，电流注入区61A由开口34A限定。
[步骤-520]
此后，第二电极32和第二光反射层42形成在第二化合物半导体层22上。具体地，例如，基于剥离方法，第二电极32形成在第二化合物半导体层22的暴露在开口34A的底表面(电流注入区61A)处的第二表面22b上并且形成在绝缘层34上，并且此外，根据需要，基于诸如溅射法或真空气相沉积法的成膜方法与诸如湿蚀刻法或干蚀刻法的图案化方法的组合形成第二焊盘电极33。接下来，基于诸如溅射法或真空气相沉积法的成膜方法与诸如湿蚀刻法或干蚀刻法的图案化方法的组合，在第二电极32和第二焊盘电极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30所示的结构。此后，根据需要，凸块35可布置在面向基面90的第一部分91的中心部分91c的第二化合物半导体层22的第二表面侧上的部分处。具体地，凸块35可形成在形成在第二电极32上的第二焊盘电极33(见图25和图26B)上以覆盖第二光反射层42，并且第二电极32经由凸块35连接至外部电路等。
[步骤-530]
接下来，第二光反射层42经由粘合层48固定到支撑基板49(参见图31)。具体地，通过使用利用粘合剂形成的粘合层48将第二光反射层42(或凸块35)固定到利用蓝宝石基板形成的支撑基板49。
[步骤-540]
接下来，基于机械抛光方法或CMP方法使化合物半导体基板11变薄，并且进一步执行蚀刻以去除化合物半导体基板11。
[步骤-550]
此后，在其上将形成第一光反射层41的基面90的第一部分91(具体地，第一化合物半导体层21的第一表面21a)上形成第一牺牲层81，然后使第一牺牲层的表面凸出。具体地，通过在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一抗蚀剂材料层并且图案化第一抗蚀剂材料层以便在第一部分91上留下第一抗蚀剂材料层，获得图32A中所示的第一牺牲层81，然后，通过对第一牺牲层81进行加热处理，可获得图32B中所示的结构。接下来，对第一牺牲层81'的表面进行灰化处理(等离子体照射处理)以修改第一牺牲层81'的表面，从而防止在下一步骤中形成第二牺牲层82时第一牺牲层81'发生损坏、变形等。
[步骤-560]
接下来，在暴露于第一牺牲层81'之间的基面90的第二部分92上和第一牺牲层81'上形成第二牺牲层82，以使第二牺牲层82的表面不平坦(见图33A)。具体地，在整个表面上形成使用具有适当厚度的第二抗蚀剂材料层形成的第二牺牲层82。注意，在图5中示出了布置状态的实例中，第二牺牲层82的平均厚度为2μm，并且在图7中示出了布置状态的实例中，第二牺牲层82的平均厚度为5μm。
在需要进一步增大基面90的第一部分91的曲率半径R1的情况下，可以重复[步骤-550]和[步骤-560]。
第一牺牲层81和第二牺牲层82的材料不限于抗蚀剂材料，并且如果选择用于第一化合物半导体层21的适当材料，诸如，氧化物材料(例如，SiO2、SiN或TiO2)、半导体材料(例如，Si、GaN、InP或GaAs)或者金属材料(例如，Ni、Au、Pt、Sn、Ga、In或Al)就足够了。此外，由于具有适当粘度的抗蚀剂材料被用作第一牺牲层81和第二牺牲层82的抗蚀剂材料，并且被用作第一牺牲层81的厚度，适当地设置和选择第二牺牲层82的厚度、第一牺牲层81'的直径等，基面90的曲率半径的值和基面90的不平坦形状(例如，直径D1和高度H1)可以被设置为期望的值和形状。
[步骤-570]
此后，回蚀第二牺牲层82和第一牺牲层81'，并且从基面90向内(即，从第一化合物半导体层21的第一表面21a到第一化合物半导体层21的内部)进一步执行回蚀。由此，相对于第一化合物半导体层21的第二表面21b，凸部91A形成在基面90的第一部分91中，并且至少凹部(实施例5中的凹部92A)形成在基面90的第二部分92中。以这种方式，可以获得图33B所示的结构。回蚀可以基于干法蚀刻方法如RIE方法进行，或者可以基于湿法蚀刻方法使用例如盐酸、硝酸、氢氟酸、或磷酸、或它们的混合物进行。
[步骤-580]
接下来，在基面90的第一部分91上形成第一光反射层41。具体地，在基于诸如溅射法或真空气相沉积法的成膜方法在基面90的整个表面上形成第一光反射层41之后(见图33C)，图案化第一光反射层41以在基面90的第一部分91上获得第一光反射层41(见图34A)。此后，各个发光元件共用的第一电极31形成在基面90的第二部分92上(参见图34B)。如上所述，可以获得实施例5的发光元件阵列或发光元件10C。在第一电极31比第一光反射层41突出更远的情况下，可以保护第一光反射层41。
[步骤-590]
此后，剥离支撑基板49，并且单独分离发光元件阵列。然后，发光元件阵列仅需要电连接至外部电极或电路(用于驱动发光元件阵列的电路)。具体地，如果第一化合物半导体层21经由第一电极31和第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等，并且第二化合物半导体层22经由第二焊盘电极33或凸块35连接至外部电路等就足够了。接着，通过封装或密封完成实施例5的发光元件阵列。
应注意，例如，如果在[步骤-510]与[步骤-520]之间或在[步骤-520]与[步骤-530]之间形成分隔壁25A、25B、25C以及25D，则在[步骤-540]与[步骤-550]之间形成分隔壁24，在[步骤-570]与[步骤-580]之间形成分隔壁24，或者在[步骤-580]与[步骤-590]之间形成分隔壁24就足够了。
在实施例5的发光元件中，因为基面具有凹凸形状并且可微分，所以在由于某些原因对发光元件施加强外力的情况下，可以可靠地避免应力集中在凸部的上升部分上的问题，并且不存在第一化合物半导体层等被损坏的可能性。具体地，使用凸块将发光元件阵列连接至和接合至外部电路等，并且在接合时需要将大负载(例如，约50MPa)施加至发光元件阵列。在实施例5的发光元件阵列中，即使在施加这种大负载的情况下，也不存在发光元件阵列被损坏的可能性。此外，因为基面具有凹凸形状，所以进一步抑制杂散光的产生，并且可以更可靠地防止在发光元件之间发生光学串扰。
在发光元件布置在发光元件阵列中的情况下，第一牺牲层的覆盖区(footprint)直径不能超过发光元件的形成间距。因此，为了减小发光元件阵列中的形成间距，需要减小覆盖区直径。此外，基面的第一部分的中心部分的曲率半径R1与覆盖区直径具有正相关。即，覆盖区直径随着形成间距的减小而减小，结果，曲率半径R1减小。例如，针对24μm的覆盖区直径报告约30μm的曲率半径R1。此外，从发光元件发射的光的辐射角与覆盖区直径具有负相关。即，覆盖区直径随着形成间距的减小而减小，并且因此，曲率半径R1减小，并且远场图案(FFP)扩大。在小于30μm的曲率半径R1处，辐射角度可以是几度或更大。根据发光元件阵列的应用领域，从发光元件发射的光可能需要具有2至3度或更小的小辐射角。
在实施例5中，因为第一部分基于第一牺牲层和第二牺牲层形成在基面中，所以即使在发光元件以小的形成间距布置的情况下也可以实现大的曲率半径R1。因此，从发光元件发射的光的辐射角可以设定为2到3度或更小的小辐射角或尽可能小，使得可以提供具有小FFP的发光元件，并且可以实现发光元件的光输出的增加和效率改进。
此外，因为可以减小(变薄)第一部分的高度(厚度)，所以当使用凸块将发光元件阵列连接至并且接合至外部电路等时，在凸块中不太可能产生腔(空隙)，并且可以改善热导率。
此外，在实施例1至24的发光元件中，由于第一光反射层还用作凹面镜，所以从作为起始点的有源层衍射和扩散并且然后入射在第一光反射层上的光能够可靠地朝向有源层反射并且聚集在有源层上。因此，可以避免衍射损耗的增加，可以可靠地执行激光振荡，并且可以避免热饱和的问题，因为提供了长的谐振器。此外，由于可以增加谐振器长度，所以增加了制造发光元件的工艺的容限，结果，可以提高产率。要注意的是，“衍射损耗”表示在谐振器中往复运动的激光逐渐朝向谐振器的外部散射并且损耗的现象，这是因为由于衍射效应，光通常趋于扩散。
此外，除了稍后描述的实施例7之外，GaN基板用于制造发光元件的过程中，但是GaN基化合物半导体不是基于在横向方向上外延生长的方法(诸如ELO方法)形成的。因此，作为GaN基板，不仅可以使用极性GaN基板，而且可以使用半极性GaN基板或非极性GaN基板。在使用极性GaN基板的情况下，由于有源层中的压电场的影响，发光效率趋于降低，但是在使用非极性GaN基板或半极性GaN基板的情况下，可以解决或减轻这种问题。
实施例6
实施例6是实施例5的变形，并涉及第1-B结构的发光元件。图35是实施例6的发光元件10D的示意性局部端部视图，图36是实施例6的发光元件阵列的示意性局部端部视图。此外，图37和图39是示出实施例6的发光元件阵列中基面的第一部分和第二部分的布置的示意性平面图，并且图38和图40是示出实施例6的发光元件阵列中第一光反射层和第一电极的布置的示意性平面图。此外，图41A、图41B、图42A、图42B、图43A和图43B是用于说明用于制造实施例6的发光元件阵列的方法的第一化合物半导体层等的示意性局部端部视图。
在实施例6的发光元件10D中，相对于第一化合物半导体层21的第二表面21b，占据外围区域99的基面90的第二部分92具有向下凸形形状和从向下凸形形状朝向外围区域99的中心部分延伸的向上凸形形状。然后，LL2>LL1，其中从第一化合物半导体层21的第二表面21b到基面90的第一部分91的中心部分91c的距离是LL1，并且从第一化合物半导体层21的第二表面21b到基面90的第二部分92的中心部分92c的距离是LL2。此外，R1>R2，其中，基面90的第一部分91的中心部分91c的曲率半径(即，第一光反射层41的曲率半径)为R1，并且基面90的第二部分92的中心部分92c的曲率半径为R2。注意，虽然LL2/LL1的值不受限制，但是可以满足1＜LL2/LL1≤100，并且尽管R1/R2的值不受限制，但是可以满足1＜R1/R2≤100。具体而言，例如，LL2/LL1＝1.05，R1/R2＝10。
在实施例6的发光元件10D中，基面90的第一部分91的中心部分91c位于正方晶格的顶点(交点部分)(见图37)，并且在这种情况下，基面90的第二部分92的中心部分92c(在图37中示出为圆)位于正方晶格的顶点。可替换地，基面90的第一部分91的中心部分91c位于正三角形栅格的顶点(交点部分)(见图39)，并且在这种情况下，基面90的第二部分92的中心部分92c(在图39中示出为圆形)位于正三角形栅格的顶点。此外，占据外围区域99的基面90的第二部分92具有朝向外围区域99的中心部分的向下凸形形状，并且该区域在图37和图39中由参考标号92b表示。
在实施例6的发光元件10D中，[从外围部分到中心部分的第一部分91/第二部分92]的形状包括：
(A)[向上凸形状/从向下凸形状继续至向上凸形状]；
(B)[向上凸形状/从向上凸形状延续至向下凸形状和向上凸形状]；以及
(C)[向上凸起的形状/[从线段延续至向下凸起的形状和向上凸起的形状]，并且具体地，实施例6的发光元件10D对应于(A)。
在实施例6的发光元件10D中，凸块35布置在面向基面90的第二部分92中的凸部的第二化合物半导体层22的第二表面侧上的部分处。
如图35所示，第二电极32由包括在发光元件阵列中的发光元件10D共用，或如图36所示单独形成，并且经由凸块35连接至外部电路等。第一电极31由包括在发光元件阵列中的发光元件10D共用，并且经由第一焊盘电极(未示出)连接到外部电路等。凸块35形成在第二化合物半导体层22的第二表面侧上的面向基面90的第二部分92中的凸部92c的部分处。在图35、图36所示的发光元件10D中，可经由第一光反射层41将光发射至外部，或者可经由第二光反射层42将光发射至外部。凸块35的形状的实例可包括圆柱形、环形和半球形。
此外，希望基面90的第二部分92的中心部分92c的曲率半径R2为1×10-6m或更大，优选地，3×10-6m或更大，并且更优选地，5×10-6m或更大，具体地，曲率半径R2＝3μm。
在图37和图38以及图39和图40所示的实施例6的发光元件阵列中，发光元件10D的参数如下表4所示。此外，图37和图38以及图39和图40所示的实施例6的发光元件10D的规格示于下表5和表6中。这里，第一部分91的高度H1被表示为H1＝LL1-LL2"，并且第二部分92的中心部分92c的高度H2被表示为H2＝LL2-LL2"，其中，从第一化合物半导体层21的第二表面21b到基面90的第一部分91的中心部分91c的距离是LL1，以及从第一化合物半导体层21的第二表面21b至基面90的第二部分92的最深的凹部92b的距离为LL2"。
<表4>
Figure BDA0003747206070000441
<表5>图37和图38
Figure BDA0003747206070000442
<表6>图39和图40
Figure BDA0003747206070000443
Figure BDA0003747206070000451
图41A、图41B、图42A、图42B、图43A和图43B是用于说明用于制造实施例6的发光元件阵列的方法的第一化合物半导体层等的示意性局部端部视图，但是用于制造实施例6的发光元件阵列的方法可基本上类似于用于制造实施例5的发光元件阵列的方法，并且因此省略其详细描述。应注意，图41A中的参考标号83和图41B和图42A中的参考标号83'均表示用于形成第二部分92的中心部分92c的第一牺牲层的一部分。注意，随着第一牺牲层的尺寸(直径)减小，加热处理之后的第一牺牲层的高度增加。
在稍后描述的实施例6或实施例7的发光元件阵列使用凸块35连接并接合到外部电路等的情况下，在接合时也需要将大负载(例如，约50MPa)施加到发光元件阵列。在实施例6的发光元件阵列中，即使在施加这种大负载的情况下，凸块35和基面90的第二部分92中的凸部92c被布置在垂直方向上的直线上，使得可以可靠地防止发光元件阵列被损坏。
实施例7
实施例7也是实施例5或实施例6的变形，并涉及第1-C配置的发光元件。图44和图45是实施例7的发光元件阵列的示意性局部端部视图，并且图46是示出实施例7的发光元件阵列中基面的第一部分和第二部分的布置的示意性平面图。注意，在图44所示的实例中，第二电极32单独地形成在每个发光元件中，并且在图45所示的实例中，第二电极32被形成为与各发光元件共用。此外，在图44和图45中，省略了第一电极的图示。
在实施例7的发光元件10E中，占据外围区域99的基面90的第二部分92具有围绕基面90的第一部分91的环形凸形93和相对于第一化合物半导体层21的第二表面21b从环形凸形93朝向基面90的第一部分91延伸的向下凸形94A。在基面90的占据外围区域99的第二部分92中由环形凸形93围绕的区域由参考符号94B表示。
在实施例7的发光元件10E中，LL2'>LL1，其中从第一化合物半导体层21的第二表面21b到基面90的第一部分91的中心部分91c的距离是LL1，并且从第一化合物半导体层21的第二表面21b到基面90的第二部分92的环形凸形93的顶部的距离是LL2'。此外，R1>R2'，其中，基面90的第一部分91的中心部分91c的曲率半径(即，第一光反射层41的曲率半径)为R1，并且基面90的第二部分92的环形凸形93的顶部的曲率半径为R2'。注意，虽然LL2'/LL1的值不受限制，但是可以满足1<LL2'/LL1≤100，具体地，例如，LL2'/LL1＝1.1。此外，虽然R1/R2'的值不受限制，但是可以满足1<R1/R2'≤100，并且具体地，例如，R1/R2'＝50。
在实施例7的发光元件10E中，[从外围部分到中心部分的第一部分91/第二部分92]的形状包括：
(A)[向上凸形状/从向下凸形状继续至向上凸形状和向下凸形状]；
(B)[向上凸形状/从向下凸形状继续到向上凸形状、向下凸形状和线段]；
(C)[向上凸形/从向上凸形延续至向下凸形、向上凸形和向下凸形]；
(D)[向上凸形状/从向上凸形状延续至向下凸形状、向上凸形状和线段]；
(E)[向上凸形状/从线段延续至向下凸形状、向上凸形状和向下凸形状]；以及
(F)[向上凸形状/从线段延续至向下凸形状、向上凸形状、向下凸形状和线段]，并且具体地，实施例7的发光元件10E对应于(A)。
此外，在实施例7的发光元件10E中，凸块35布置在面向基面90的第二部分92中的环形凸部93的第二化合物半导体层22的第二表面侧上的部分处。凸块35的形状优选地为面向环形凸形93的环形形状。可以例示圆柱形、环形和半球形。凸块35形成在第二化合物半导体层22的第二表面侧上面向基面90的第二部分92中的凸部92c的部分处。
如图44所示，第二电极32单独形成在包括在发光元件阵列中的发光元件10E中，并且经由凸块35连接至外部电路等。第一电极31与包括在发光元件阵列中的发光元件10E共用，并且经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。可替代地，如图45所示，第二电极32与包括在发光元件阵列中的发光元件10E共用，并且经由凸块35连接至外部电路等。第一电极31与包括在发光元件阵列中的发光元件10E共用，并且经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。在图44和图45中所示的发光元件10E中，光可以经由第一光反射层41发射到外部，或者光可以经由第二光反射层42发射到外部。
此外，希望基面90的第二部分92的环形凸部93的曲率半径R2'为1×10-6m或更大，优选地，3×10-6m或更大，更优选地，5×10-6m或更大，具体地，曲率半径R2'＝5μm。
在图46所示的实施例7的发光元件阵列中，发光元件10E的参数如下表7所示。此外，图46中所示的实施例7的发光元件10E的规格示于下表8中。这里，第一部分91的高度H1表示为H1＝LL1-LL2"，并且第二部分92的环形凸部93的高度H2表示为H2＝LL2-LL2"，其中，从第一化合物半导体层21的第二表面21b到基面90的第一部分91的中心部分91c的距离是LL1，以及从第一化合物半导体层21的第二表面21b至基面90的第二部分92的最深的凹部92b的距离为LL2"。并且，直径D2表示环状凸形93的直径。
<表7>
Figure BDA0003747206070000471
<表8>图46
Figure BDA0003747206070000472
Figure BDA0003747206070000481
由于用于制造实施例7的发光元件阵列的方法可以基本上类似于用于制造实施例5或6的发光元件阵列的方法，所以将省略详细描述。
实施例8
实施例8是实施例5的变形例。图47A和图47B是示出实施例8的发光元件阵列中基面的第一部分和第二部分的布置的示意性平面图。在图47A中所示的实例中，在发光元件阵列中，例如，实施例5的发光元件被布置成一行。沿图47A中的箭头A-A截取的示意性局部端部视图类似于图23中示出的局部端部视图。在图47B中所示的实例中，在发光元件阵列中，例如，平面形状长于实施例5的发光元件的平面形状的发光元件被布置在一行中。沿着图47B中的箭头A-A截取的示意性局部端部视图类似于图23中示出的局部端部视图。在图47A中所示的实施例8的发光元件阵列中，发光元件的参数如下表9所示，发光元件的规格如下表10所示。此外，在图47B中所示的实施例8的发光元件阵列中，发光元件的参数如下表11所示，发光元件的规格如下表12所示。要注意的是，在图47B中所示的基面的形状为圆柱形形状的一部分或半圆柱形形状的一部分。
<表9>
Figure BDA0003747206070000482
<表10>图47A
Figure BDA0003747206070000483
Figure BDA0003747206070000491
<表11>
Figure BDA0003747206070000492
<表12>图47B
Figure BDA0003747206070000493
实施例9
实施例9是实施例5至8的变形，并涉及第三配置的发光元件。在图48中示出了示意性局部端部视图的实施例9的发光元件10F中，化合物半导体基板11被设置在(左)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，并且基面90由化合物半导体基板11的表面(第一表面11a)构成。
在实施例9的发光元件10F中，以类似于实施例5的[步骤-540]的步骤对化合物半导体基板11进行减薄和镜面加工。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以下。表面粗糙度Ra在JISB-610：2001中规定，并且可以基于基于AFM或横截面TEM的观察来具体地测量。此后，可以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成实施例5的[步骤-550]中的第一牺牲层81，然后，执行与实施例5的[步骤-550]之后的处理相似的处理，并且可以在化合物半导体基板11上设置具有第一部分91和第二部分的基面90，代替实施例5中的第一化合物半导体层21，从而完成发光元件或发光元件阵列。
除了上述点之外，实施例9的发光元件可以具有与实施例5至8的发光元件相似的配置和结构，因此将省略其详细描述。
实施例10
实施例10也是实施例5至8的变形，并且涉及第四构造的发光元件。在图49中示出了示意性局部端部视图的实施例10的发光元件10G中，基材95设置在第一化合物半导体层21的第一表面21a与第一光反射层41之间，并且基面90由基材95的表面构成。可替代地，在作为示意性局部端部视图的图50中所示的实施例10的发光元件10G的修改实例中，化合物半导体基板11和基础材料95设置在第一化合物半导体层21的第一表面21a与第一光反射层41之间，并且基面90由基础材料95的表面构成。基材95的材料的实例可包括诸如TiO2、Ta2O5、或SiO2的透明介电材料、硅酮类树脂、以及环氧类树脂。
在图49中所示的实施例10的发光元件10G中，在类似于实施例5的[步骤-540]的步骤中去除化合物半导体基板11，并且具有基面90的基材95形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。具体地，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，然后，在其上将形成第一部分91的TiO2层或Ta2O5层上形成图案化的抗蚀剂层，并且加热抗蚀剂层以使抗蚀剂层回流，从而获得抗蚀剂图案。抗蚀剂图案具有与第一部分的形状相同的形状(或类似形状)。然后，当在抗蚀剂图案和TiO2层或Ta2O5层上执行回蚀时，可以在第一化合物半导体层21的第一表面21a上获得其中提供第一部分91和第二部分92的基材95(包括TiO2层或Ta2O5层)。接下来，基于已知的方法，仅仅需要在基材95的期望的区域上形成第一光反射层41。
可替代地，在图50所示的实施例10的发光元件10G中，在类似于实施例5的[步骤-540]的步骤中薄化并镜面抛光化合物半导体基板11之后，在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成具有基面90的基材95。具体地，例如，在化合物半导体层11的暴露表面(第一表面11a)上形成TiO2层或Ta2O5层，然后在其上形成第一部分91的TiO2层或Ta2O5层上形成图案化的抗蚀剂层，并且加热抗蚀剂层以使抗蚀剂层回流，从而获得抗蚀剂图案。抗蚀剂图案具有与第一部分的形状相同的形状(或类似形状)。然后，随着在抗蚀剂图案和TiO2层或Ta2O5层上执行回蚀，可以在化合物半导体层11的暴露表面(第一表面11a)上获得其中提供第一部分91和第二部分92的基材95(包括TiO2层或Ta2O5层)。接下来，基于已知的方法，仅仅需要在基材95的期望的区域上形成第一光反射层41。
除了上述点之外，实施例10的发光元件可具有与实施例5至8的发光元件类似的配置和结构，因此将省略其详细描述。
实施例11
实施例11是实施例10的变形。实施例11的发光元件的示意性局部端部视图基本上类似于图50，并且实施例11的发光元件可以具有与实施例10的发光元件的构造和结构基本上相似的构造和结构，因此，将省略其详细描述。
在实施例11中，首先，在发光元件制造基板11的第二表面11b上形成用于形成基面90的凹凸部96(参见图51A)。然后，在发光元件制造基板11的第二表面11b中形成使用多层膜形成的第一光反射层41之后(见图51B)，在第一光反射层41和第二表面11b上形成平坦化膜97，并且对平坦化膜97进行平坦化处理(见图51C)。
接下来，通过使用横向外延生长的方法(诸如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的平坦化膜97上形成堆叠结构20。此后，执行实施例5的[步骤-510]和[步骤-520]。然后，去除发光元件制造基板11，在暴露的平坦化膜97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上而不去除发光元件制造基板11。
实施例12
实施例12是实施例5至11的变形。在实施例5至11中，使用GaN基化合物半导体形成堆叠结构20。另一方面，在实施例12中，使用InP基化合物半导体或GaAs基化合物半导体来形成堆叠结构20。
实施例12的发光元件阵列(其中堆叠结构20使用InP基化合物半导体形成)中的发光元件的参数(其中布置状态与图5和图7中所示的配置和结构类似)如下表13所示，发光元件的规格如下表14和15所示。
<表13>
Figure BDA0003747206070000511
Figure BDA0003747206070000521
<表14>图5中的布置状态
Figure BDA0003747206070000522
<表15>图7的布置状态
Figure BDA0003747206070000523
此外，其中布置状态类似于图5和图7所示的配置和结构的实施例12的发光元件阵列(其中堆叠结构20使用GaAs基化合物半导体形成)中的发光元件的参数如下表16所示，并且发光元件的规格如下表17和表18所示。
<表16>
Figure BDA0003747206070000531
<表17>图5的布置状态
Figure BDA0003747206070000532
<表18>图7的布置状态
Figure BDA0003747206070000533
具有与图37和图38以及图39和图40所示的配置和结构相似的配置和结构的实施例12的发光元件阵列(其中堆叠结构20使用InP基化合物半导体来形成)中的发光元件的参数如下表19所示，并且发光元件的规格如下表20和表21所示。
<表19>
Figure BDA0003747206070000541
<表20>图37和图38
Figure BDA0003747206070000542
<表21>图39和图40
Figure BDA0003747206070000543
具有与图37和图38以及图39和图40中所示的构造和结构相似的构造和结构的实施例12的发光元件阵列(其中，使用GaAs基化合物半导体形成堆叠结构20)中的发光元件的参数如下面的表22中所示，并且发光元件的规格在以下的表23和表24中所示。
<表22>
Figure BDA0003747206070000551
<表23>图37和图38
Figure BDA0003747206070000552
<表24>图39和图40
Figure BDA0003747206070000553
具有与图46中所示的配置和结构相似的配置和结构的实施例12的发光元件阵列(其中堆叠结构20使用InP基化合物半导体来形成)中的发光元件的参数如下表25所示，并且发光元件的规格如下表26所示。
<表25>
Figure BDA0003747206070000561
<表26>图46
Figure BDA0003747206070000562
具有与图46中所示的构造和结构相似的构造和结构的实施例12的发光元件阵列(其中，使用GaAs基化合物半导体形成堆叠结构20)中的发光元件的参数如下面的表27中所示，并且发光元件的规格如下面的表28中所示。
<表27>
Figure BDA0003747206070000563
Figure BDA0003747206070000571
<表28>图46
Figure BDA0003747206070000572
具有与图47A和图47B中所示的那些类似的配置和结构的实施例12的发光元件阵列(其中堆叠结构20使用InP基化合物半导体来形成)中的发光元件的参数如下表29和表31所示，并且发光元件的规格如下表30和表32所示。
<表29>
Figure BDA0003747206070000573
<表30>图47A
Figure BDA0003747206070000574
Figure BDA0003747206070000581
<表31>
Figure BDA0003747206070000582
<表32>图47B
Figure BDA0003747206070000583
具有与图47A和图47B中所示的配置和结构相似的配置和结构的实施例12的发光元件阵列(其中，使用GaAs基化合物半导体形成堆叠结构20)中的发光元件的参数如下表33和表35所示，并且发光元件的规格如下表34和表36所示。
<表33>
Figure BDA0003747206070000584
Figure BDA0003747206070000591
<表35>
Figure BDA0003747206070000592
<表36>图47B
Figure BDA0003747206070000593
实施例13
实施例13是用于制造根据本公开的第二方面的发光元件阵列的方法的变形。
[步骤-1300]
在用于制造实施例13的发光元件阵列的方法中，在形成堆叠结构20之后，在第二化合物半导体层22的第二表面侧上形成第二光反射层42。具体地，首先，执行与实施例5的[步骤-500]至[步骤-540]类似的步骤。
[步骤-1310]
接下来，在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一牺牲层81之后，使第一牺牲层81的表面是凸出的(参见图32A和图32B)，然后，回蚀第一牺牲层81'，并且进一步从第一化合物半导体层21的第一表面21a向内回蚀第一化合物半导体层21，从而形成相对于第一化合物半导体层21的第二表面21b的凸部91'。以这种方式，可以获得图52A中所示的结构。
[步骤-1320]
此后，在整个表面上形成第二牺牲层82之后(见图52B)，回蚀第二牺牲层82，并且进一步向内回蚀第一化合物半导体层21，使得相对于第一化合物半导体层21的第二表面21b，在基面90的第一部分91中形成凸部并且在基面90的第二部分92中形成至少凹部(见图52C)。
在需要进一步增大基面90的第一部分91的曲率半径R1的情况下，可以重复[步骤-1320]。
[步骤-1330]
之后，执行与实施例5的[步骤-580]至[步骤-590]类似的步骤就足够了。
在下文中，将描述具有上述优选形式和配置的实施例1至13的发光元件和根据本公开的第二方面的发光元件等的各种变形例，然后将描述实施例14至24。
在具有上述优选形式和配置的根据本公开的第二方面的发光元件等中可以具有这样的配置，其中，电流注入区和围绕电流注入区的电流非注入区设置在第二化合物半导体层中，并且从电流注入区的面积中心点到电流注入区和电流非注入区之间的边界的最短距离DCI满足以下式子。这里，为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第五配置的发光元件”。另外，关于下式的推导，例如参照H.Kogelnik和T.Li，“Laser Beams andResonators”，应用光学/第5卷，1966年10月10日。此外，ω0也称为束腰半径。
DCI≥ω0/2 (1-1)
假设，
ω0 2≡(λ0/π){LOR(R1-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
R1：基面的第一部分的中心部分的曲率半径(即，第一光反射层的曲率半径)
这里，在根据本公开第二方面的发光元件等中，仅第一光反射层具有凹面镜形状，但是考虑到第二光反射层相对于平坦镜的对称性，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64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LOR的两倍。图65和图66是示出了第一光反射层的ω0的值、谐振器长度LOR的值、以及曲率半径R1的值之间的关系的曲线图。应注意，在图65和图66中，曲率半径R1由“RDBR”表示。ω0的值是“正”表示激光示意性地处于图67A中示出的状态，并且ω0的值是“负”表示激光示意性地处于图67B中示出的状态。激光的状态可以是图67A中所示的状态或图67B中所示的状态。然而，在具有两个凹面镜部分的虚拟法布里-珀罗谐振器中，当曲率半径R1变得小于谐振器长度LOR时，激光的状态变为图67B中示出的状态，使得限制变得过度并且出现衍射损耗。因此，在图67A中示出的曲率半径R1大于谐振器长度LOR的状态是优选的。应注意，在有源层被设置为靠近两个光反射层(具体地，第二光反射层)中的平坦光反射层的情况下，光场被进一步聚集在有源层中。即，有源层中的光场限制被增强，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至有源层的距离)不受限制，但是可以例示λ0/2至10λ0。
顺便提及，在其中聚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具有增益的区域的电流注入区中的情况下，存在抑制来自载流子的光的受激发射，并且最终抑制激光振荡的可能性。在满足以上式子(1-1)和(1-2)的情况下，可以确保聚集由第一光反射层反射的光的区域被包括在电流注入区中，并且可以可靠地实现激光振荡。
此外，第五配置的发光元件可具有这样的配置，其中模式损耗作用部分设置在第二化合物半导体层的第二表面上并且构成对振荡模式损耗的增加或减少起作用的模式损耗作用区域，进一步包括形成在第二化合物半导体层的第二表面上和模式损耗作用部分上的第二电极，以及电连接至第一化合物半导体层的第一电极，第二光反射层形成在第二电极上，电流注入区、围绕电流注入区的电流非注入/内部区域、以及围绕电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域形成在堆叠结构中，以及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。
然后，具有这种优选配置的第五配置的发光元件可具有其中第一光反射层的光反射有效区域的半径r1(＝D1/2)满足ω0≤r1≤20·ω0，优选地，ω0≤r1≤10·ω0的配置。可替代地，作为r1的值，可以例示r1≤1×10-4m，优选地，r1≤5×10-5m。此外，作为基面的高度(基面的第一部分的厚度或高度)h1，h1≤5×10-5m可被举例说明。此外，具有这种优选配置的第五配置的发光元件可具有其中DCI≥ω0的配置。此外，具有这种优选配置的第五配置的发光元件可具有R1≤1×10-3m，优选地，1×10-5m≤R1≤1×10-3m，并且更优选地，1×10-5m≤R1≤1×10-4m的配置。
此外，具有上述优选形式和配置的根据本公开的第二方面等的发光元件可具有这样的配置，其中模式损耗作用部分设置在第二化合物半导体层的第二表面上并且构成作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域，进一步包括形成在第二化合物半导体层的第二表面上和模式损耗作用部分上的第二电极，以及电连接至第一化合物半导体层的第一电极，第二光反射层形成在第二电极上，电流注入区、围绕电流注入区的电流非注入/内部区域、以及围绕电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域形成在堆叠结构中，以及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。在此，为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第六配置的发光元件”。
可替代地，具有上述优选形式和配置的根据本公开的第二方面等的发光元件可以具有这样的配置，其中第二电极形成在第二化合物半导体层的第二表面上，第二光反射层，形成在第二电极上，模式损耗作用部分设置在第一化合物半导体层的第一表面上并且构成对振荡模式损耗的增加或减少起作用的模式损耗作用区域，并且进一步包括电连接至第一化合物半导体层的第一电极，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，在堆叠结构中形成电流注入区、围绕电流注入区的电流非注入/内部区域、以及围绕电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域，以及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。在此，为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第七配置的发光元件”。注意，第七配置的发光元件的定义可应用于第五配置的发光元件。
在第六配置的发光元件或第七配置的发光元件中，电流非注入区(电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域的通用术语)形成在堆叠结构中，但是具体地，电流非注入区可以形成在第二化合物半导体层在厚度方向上存在第二电极的一侧上的区域中，可形成在整个第二化合物半导体层中，可形成在第二化合物半导体层和有源层中，或者可形成在第二化合物半导体层中和第一化合物半导体层的一部分中。虽然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，但是在充分远离电流注入区的区域中，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不必彼此重叠。
第六配置的发光元件可具有其中电流非注入/外部区域位于模式损耗作用区域下方的配置。
具有上述优选配置的第六配置的发光元件可以具有一种配置，其中，0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7，其中，电流注入区的正交投影图像的面积是S1，并且电流非注入/内部区域的正交投影图像的面积是S2。此外，第七配置的发光元件可具有0.01≤S1'/(S1'+S2')≤0.7的配置，其中，电流注入区的正交投影图像的面积是S1'，并且电流非注入/内部区域的正交投影图像的面积是S2'。然而，S1/(S1'+S2)的范围和S1'/(S1'+S2')的范围不限于或者限于上述范围。
在具有上述优选配置的第六配置的发光元件或第七配置的发光元件中，可以具有电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域通过离子注入堆叠结构来形成的配置。为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第6-A配置的发光元件”或“第7-A配置的发光元件”。然后，在这种情况下，离子类型可以是选自由硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗、锌、以及硅组成的组中的至少一种类型的离子(即，一种类型的离子或者两种或更多种类型的离子)。
可替代地，在具有上述优选配置的第六配置的发光元件或第七配置的发光元件中，可以具有如下配置：通过在第二化合物半导体层的第二表面上的等离子体照射、在第二化合物半导体层的第二表面上的灰化处理、或在第二化合物半导体层的第二表面上的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。为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第6B配置的发光元件”或“第7B配置的发光元件”。在这些处理中，因为电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域暴露于等离子体颗粒，所以第二化合物半导体层的导电性劣化，并且电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域处于高电阻状态。即，电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域可以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。具体地，等离子体颗粒的实例可以包括氩、氧和氮。
可替代地，具有上述优选配置的第六配置的发光元件或第七配置的发光元件可具有其中第二光反射层具有将来自第一光反射层的光朝向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部反射或散射的区域的配置。为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第六至第C配置的发光元件”或“第七至第C配置的发光元件”。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)上方的区域具有正向锥形倾斜，或具有朝向第一光反射层凸出弯曲的区域。可替代地，具有上述优选配置的第六配置的发光元件或第七配置的发光元件可具有其中第一光反射层具有将来自第二光反射层的光朝向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部反射或散射的区域的配置。具体地，如果在第一光反射层的部分区域中形成正向锥形倾斜，或者朝向第二光反射层形成凸出弯曲部分，或者定位在模式损耗作用部分的侧壁(在模式损耗作用部分中提供的开口的侧壁)上方的第一光反射层的区域具有正向锥形倾斜，或者具有朝向第二光反射层凸出弯曲的区域，则这就足够了。此外，通过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)处散射光，光可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部散射。
上述第6-A配置的发光元件、第6-B配置的发光元件或者第6-C配置的发光元件可具有OL0>OL2的配置，其中，在电流注入区中从有源层至第二化合物半导体层的第二表面的光学距离为OL2，并且在模式损耗作用区域中从有源层至模式损耗作用部分的顶表面的光学距离为OL0。此外，上述7-A配置的发光元件、7-B配置的发光元件或7-C配置的发光元件可具有这样的配置，其中，OL0'>OL1'，其中，在电流注入区中从有源层到第一化合物半导体层的第一表面的光学距离为OL1'，并且在模式损耗作用区域中从有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离为OL0'。此外，第6-A配置的发光元件、第7-A配置的发光元件、第6-B配置的发光元件，具有这些配置的上述7-B配置的发光元件、6-C配置的发光元件或7-C配置的发光元件可具有如下配置，其中，产生的具有较高阶模式的光被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部散射、并被模式损耗作用区域损耗，因此，振荡模式损耗增加。即，由于作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域的存在，在模式损耗作用区域的正交投影图像中，随着距Z轴的距离增加，产生的基本模式和高阶模式的光场强度减小，但是高阶模式的模式损耗大于基本模式的光场强度的减小，使得基本模式因此能够被进一步稳定，并且与不存在电流注入内部区域的情况相比可以抑制模式损耗，因此可以减小阈值电流。应注意，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(穿过第一光反射层的中心的相对于堆叠结构的垂直线)是Z轴，并且与Z轴正交的虚拟平面是XY平面。
此外，在以上描述的第6-A配置的发光元件、第7-A配置的发光元件、第6-B配置的发光元件、第7-B配置的发光元件、第6-C配置的发光元件或第7-C配置的发光元件可具有其中使用介电材料、金属材料或合金材料形成模式损耗作用部分的配置。介电材料的实例可包括SiOX、SiNX、AlNX、A1OX、TaOX和ZrOX，并且金属材料或合金材料的实例可包括钛、金、铂及其合金，但不限于这些材料。光可被使用这些材料形成的模式损耗作用部分吸收，由此增加模式损耗。或者，可通过干扰相位而不直接吸收光来控制模式损耗。在这种情况下，模式损耗作用部分可以使用电介质材料形成，并且模式损耗作用部分的光学厚度t0可以是偏离在发光元件中产生的光的波长λ0的1/4的整数倍的值。即，可以通过干扰在谐振器中循环的光的相位并且在模式损耗作用部分处形成驻波来破坏驻波，并且给出相应的模式损耗。可替代地，模式损耗作用部分可以使用电介质材料形成，并且模式损耗作用部分的光学厚度t0(折射率是n0)可以是在发光元件中产生的光的波长λ0的1/4的整数倍。即，模式损耗作用部分的光学厚度t0可以是不干扰发光元件中产生的光的相位而不破坏驻波的厚度。然而，光学厚度t0不必严格是1/4的整数倍，并且如果(λ0/4n0)×m-(λ0/8n0)≤(λ0/4n0)×2m+(λ0/8n0)就足够了。可替代地，通过使用介电材料、金属材料或合金材料形成模式损耗作用部分，穿过模式损耗作用部分的光可在相位上被干扰或被模式损耗作用部分吸收。然后，通过采用这些配置，振荡模式损耗可以以更高的自由度来控制，并且可以进一步增加设计发光元件的自由度。
可替代地，具有上述优选配置的第六配置的发光元件可具有这样的配置，其中凸部形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上，并且模式损耗作用部分形成在围绕凸部的第二化合物半导体层的第二表面的区域上。为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第6D配置的发光元件”。凸部占据电流注入区和电流非注入/内部区域。然后，在这种情况下，OL0<OL2，其中，在电流注入区中从有源层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离为OL2，并且在模式损耗作用区中从有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离为OL0。此外，在这些情况下，所产生的具有较高阶模式的光通过模式损耗作用区域被限制在电流注入区和电流非注入/内部区域中，因此可以减小振荡模式损耗。即，由于存在对振荡模式损耗的增加或减少起作用的模式损耗作用区域，基本模式和高阶模式的光场强度在电流注入区和电流非注入/内部区域的正交投影图像中产生增加。此外，在这些情况下，模式损耗作用部分可以使用电介质材料、金属材料、或合金材料形成。这里，介电材料、金属材料或合金材料的实例可包括上述各种材料。
可替代地，具有上述优选配置的第七配置的发光元件可具有这样的配置，其中凸部形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上，并且模式损耗作用部分形成在围绕凸部的第一化合物半导体层的第一表面的区域上，或者模式损耗作用部分包括围绕凸部的第一化合物半导体层的区域。为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第7D配置的发光元件”。凸部与电流注入区和电流非注入/内部区域的正交投影图像一致。然后，在这种情况下，OL0'<OL1'，其中，在电流注入区中从有源层到第一化合物半导体层的第一表面的光学距离为OL1'，并且在模式损耗作用区中从有源层到模式损耗作用部分的顶表面的光学距离为OL0'。此外，在这些情况下，所产生的具有较高阶模式的光通过模式损耗作用区域被限制在电流注入区和电流非注入区中，因此，可以减小振荡模式损耗。此外，在这些情况下，模式损耗作用部分可以使用电介质材料、金属材料、或合金材料形成。这里，介电材料、金属材料或合金材料的实例可包括上述各种材料。
此外，根据本公开的第二方面的具有上述优选形式和配置的发光元件可以具有其中至少两个光吸收材料层形成在包括与由有源层占据的虚拟平面(XY平面)平行的第二电极的堆叠结构中的配置。此处，为了方便起见，具有这种配置的发光元件称为“第八配置的发光元件”。
在第八配置的发光元件中，优选形成至少四个光吸收材料层。
在具有上述优选配置的第八配置的发光元件中，优选的是，0.9×{(m·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(m·λ0)/(2·neq)}，其中，振荡波长(其主要从发光元件发射的光的波长，并且是期望的振荡波长)是λ0，两个光吸收材料层的全部和位于光吸收材料层之间的堆叠结构的一部分的等效折射率是neq，并且光吸收材料层之间的距离是LAbs。在此，m是1或者包括1的2以上的任意整数。等效折射率neq由neq＝Σ(ti×ni)/Σ(ti)表示，其中，两个光吸收材料层中的每个和构成位于光吸收材料层之间的堆叠结构的部分的每个层的厚度是ti并且其折射率是ni。然而，i＝1、2、3、......、以及I，并且“I”是两个光吸收材料层和构成位于光吸收材料层之间的堆叠结构的部分的层的总数，并且“Σ”意味着从i＝1至i＝I之和。仅需要基于每个组成材料的已知折射率和通过发光元件的截面的电子显微镜观察等观察组成材料获得的厚度来计算等效折射率neq。在m是1的情况下，对于所有多个光吸收材料层，相邻的光吸收材料层之间的距离满足0.9×{λ0/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{λ0/(2·neq)}。此外，在m是包括1的2或更大的任意整数的情况下，例如，如果m＝1、2，对于一些光吸收材料层，相邻的光吸收材料层之间的距离满足0.9×{λ0/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{λ0/(2·neq)}，并且对于剩余的光吸收材料层，相邻的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)}。广泛地，对于一些光吸收材料层，相邻的光吸收材料层之间的距离满足0.9×{λ0/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{λ0/(2·neq)}，并且对于剩余的各种光吸收材料层，相邻的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)}。在此，m'是2或更大的任意整数。此外，相邻的光吸收材料层之间的距离是相邻的光吸收材料层的重心之间的距离。即，当在有源层的厚度方向上沿着虚拟平面(XZ平面)切割时，相邻的光吸收材料层之间的距离实际上是相应光吸收材料层的中心之间的距离。
此外，在具有上述各种优选配置的第八配置的发光元件中，光吸收材料层的厚度优选为λ0/(4·neq)以下。光吸收材料层的厚度的下限值可以是例如1nm。
此外，具有上述各种优选配置的第八配置的发光元件可具有其中光吸收材料层位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中产生的最小振幅部分的配置。
此外，具有上述各种优选配置的第八配置的发光元件可以具有如下配置：有源层位于在堆叠结构内形成的光的驻波中产生的最大振幅部分。
此外，具有上述各种优选配置的第八配置的发光元件可具有其中光吸收材料层具有为构成堆叠结构的化合物半导体的光吸收系数的两倍以上的光吸收系数的配置。在此，光吸收材料层的光吸收系数和构成堆叠结构的化合物半导体的光吸收系数可以通过发光元件的截面的电子显微镜观察等观察组成材料并且在通过观察每个组成材料获得的已知评估结果的基础上执行类推来获得。
此外，具有上述各种优选配置的第八配置的发光元件可具有其中光吸收材料层使用选自由具有比构成堆叠结构的化合物半导体窄的带隙的化合物半导体材料、掺杂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构成的组中的至少一种材料形成的配置。在此，例如，在构成堆叠结构的化合物半导体是GaN的情况下，具有比构成堆叠结构的化合物半导体窄的带隙的化合物半导体材料的实例可以包括InGaN。掺杂杂质的化合物半导体材料的实例可包括掺杂Si的n-GaN和掺杂B的n-GaN，透明导电材料的实例可包括构成如下所述的电极的透明导电材料。并且具有光吸收特性的构成光反射层材料的实例可以包括如后面描述的构成光反射层的材料(例如，SiOX、SiNX和TaOX)。所有的光吸收材料层可以使用这些材料之一形成。可替代地，可以使用选自这些材料的各种材料形成光吸收材料层的每一个，但是从光吸收材料层的形成的简化的观点，优选的是使用一种材料形成一个光吸收材料层。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，或者可以形成在第二光反射层中，或者其任何组合是可能的。可替代地，光吸收材料层还可以用作使用如稍后描述的透明导电材料形成的电极。
实施例14
实施例14是实施例5至13的变形，并涉及第五配置的发光元件。如上所述，电流狭窄区域(电流注入区61A和电流非注入区61B)由具有开口34A的绝缘层34限定。即，电流注入区61A由开口34A限定。即，在实施例14的发光元件中，电流注入区61A和围绕电流注入区61A的电流非注入区61B设置在第二化合物半导体层22中，并且从电流注入区61A的面积中心点到电流注入区61A和电流非注入区61B之间的边界的最短距离DCI满足上述式子(1-1)和(1-2)。
在实施例14的发光元件中，第一光反射层41的光反射有效区域的半径r1满足ω0≤r1≤20·ω0。另外，DCI≥ω0。此外，R1≤1×10-3m。具体地，
DCI＝4μm，
ω0＝1.5μm，
LOR＝50μm，
R1＝60μm，以及
λ0＝525nm
可以例示。此外，例如，开口34A的直径可以是8μm。作为GaN基板，使用将c面在m轴方向上倾斜75度左右的面作为主面的基板。即，GaN基板具有作为主平面的半极性平面的{20-21}平面。注意，在其他实施例中，也可以使用这样的GaN基板。
在XY平面方向上基面90的第一部分91的中心轴(Z轴)与电流注入区61A之间的偏差引起发光元件的特性的劣化。用于形成第一部分91的图案化和用于形成开口34A的图案化两者通常使用光刻技术。在这种情况下，根据曝光机的性能，它们之间的位置关系经常在XY平面中偏移。具体地，通过从第二化合物半导体层22的一侧执行对准来定位开口34A(电流注入区61A)。另一方面，通过从化合物半导体基板11的一侧进行对准来定位第一部分91。因此，在实施例14的发光元件中，开口34A(电流注入区61)形成为大于光被第一部分91变窄的区域，从而实现一种结构，其中，即使在XY平面方向上在第一部分91的中心轴(Z轴)与电流注入区61A之间发生偏差的情况下，振荡特性也不会受到影响。
即，在其中聚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具有增益的区域的电流注入区中的情况下，存在抑制来自载流子的光的受激发射，并且最终抑制激光振荡的可能性。然而，在满足以上式子(1-1)和(1-2)的情况下，可以确保聚集由第一光反射层反射的光的区域被包括在电流注入区中，并且可以可靠地实现激光振荡。
实施例15
实施例15是实施例5至14的变形，并且涉及第六配置的发光元件，具体地，第6-A配置的发光元件。图53是实施例15的发光元件的示意性局部端部视图。
同时，为了控制在第一电极和第二电极之间流动的电流的流动路径(电流注入区)，电流非注入区形成为包围电流注入区。在GaAs基表面发射激光元件(使用GaAs基化合物半导体形成的表面发射激光元件)中，可以通过沿着XY平面从外部氧化有源层来形成包围电流注入区的电流非注入区。有源层的氧化区域(电流非注入区)的折射率低于非氧化区域(电流注入区)的折射率。结果，谐振器的光路长度(由折射率和物理距离的乘积表示)在电流非注入区中比在电流注入区中小。然后，作为结果，产生一种“透镜效应”，这导致将激光限制在表面发射激光元件的中心部分中的动作。通常，因为光由于衍射效应而趋于传播，所以在谐振器中往复运动的激光逐渐朝向谐振器的外部散射并且损耗(衍射损耗)，并且发生诸如阈值电流的增加的不利影响。然而，由于透镜效应补偿该衍射损耗，因此可抑制阈值电流的增加等。
然而，在使用GaN基化合物半导体形成的发光元件中，由于材料的特性，难以沿着XY平面(在横向方向上)从外部氧化有源层。因此，如实施例5至14中所述，使用SiO2形成并具有开口的绝缘层34形成在第二化合物半导体层22上，使用透明导电材料形成的第二电极32形成在在开口34A的底部暴露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堆叠结构的第二光反射层42形成在第二电极32上。以这种方式，当形成绝缘层34时，形成电流非注入区61B。然后，位于设置在绝缘层34中的开口34A中的第二化合物半导体层22的一部分变成电流注入区61A。
在绝缘层34形成在第二化合物半导体层22上的情况下，在绝缘层34形成的区域(电流非注入区61B)中的谐振器长度比在绝缘层34不形成的区域(电流注入区61A)中的谐振器长度长绝缘层34的光学厚度。因此，在由表面发射激光元件(发光元件)的两个光反射层41和42形成的谐振器中往复运动的激光朝向谐振器的外部发射并散射并损耗。为了方便起见，这种作用被称为“反向透镜效应”。然后，结果，在激光中发生振荡模式损耗，并且存在阈值电流增加或者倾斜效率劣化的可能性。此处，“振荡模式损耗”是增大或减小用于振荡激光的基本模式和高阶模式的光场强度的物理量，并且为各个模式定义不同的振荡模式损耗。应注意，“光场强度”是根据XY平面上离Z轴距离L的光场强度。通常，在基本模式中，“光场强度”随着距离L增加而单调减小，但是在高阶模式中，“光场强度”随着距离L增加而减小一次或多次的同时减小(见图55的(A)的概念图)。注意，在图55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55中，为了方便起见，第一光反射层41被示出为平坦的，但是在实际实现中，第一光反射层41具有凹面镜形状。
实施例15的发光元件或者稍后描述的实施例16至19的发光元件包括：
(A)使用GaN基化合物半导体形成的堆叠结构20，并且在该堆叠结构中堆叠了具有第一表面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、以及具有面向有源层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；
(B)模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54，该模式损耗作用部分54设置在第二化合物半导体层22的第二表面22b上并且构成对振荡模式损耗的增加或减少起作用的模式损耗作用区域55；
(C)第二电极32，形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b上并且在模式损耗作用部分54上；
(D)形成在第二电极32上的第二光反射层42；
(E)设置在第一化合物半导体层21的第一表面侧上的第一光反射层41；以及
(F)第一电极31，电连接至第一化合物半导体层21。
然后，在堆叠结构20中形成电流非注入区51、围绕电流注入区51的电流非注入/内部区域52和围绕电流非注入/内部区域52的电流非注入/外部区域53，并且模式损耗作用区域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的下方。注意，在充分远离电流注入区51(电流被注入其中)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的正交投影图像不必彼此重叠。在此，在堆叠结构20中形成不注入电流的电流非注入区52和53，但是在示出的实例中，电流非注入区在厚度方向上形成第二化合物半导体层22和第一化合物半导体层21的一部分中。然而，电流非注入区52和53可形成在第二化合物半导体层22的在厚度方向上存在第二电极的一侧上的区域中，可形成在整个第二化合物半导体层22中，或者可形成在第二化合物半导体层22和有源层23中。
如下所述，在实施例15或实施例16至19的发光元件中，模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54使用诸如SiO2的介电材料形成，并且形成在第二电极32和第二化合物半导体层22之间。模式损耗作用部分54的光学厚度可以是偏离在发光元件中产生的光的波长λ0的1/4的整数倍的值。可替代地，模式损耗作用部分54的光学厚度t0可以是在发光元件中产生的光的波长λ0的1/4的整数倍。即，模式损耗作用部分54的光学厚度t0可以是不干扰发光元件中产生的光的相位而不破坏驻波的厚度。然而，光学厚度t0不必严格是1/4的整数倍，并且如果(λ0/4n0)×m-(λ0/8n0)≤(λ0/4n0)×2m+(λ0/8n0)就足够了。具体地，在其中发光元件中产生的光的波长的1/4的值被设置为“100”的情况下，模式损耗作用部分54的光学厚度t0优选为约25至250。然后，通过采用这些构造，能够改变(控制)穿过模式损耗作用部分54的激光和穿过电流注入区51的激光之间的相位差，使得能够以更高的自由度控制振荡模式损耗，并且能够进一步增加设计发光元件的自由度。
在实施例15中，电流注入区51和电流非注入/内部区域52之间的边界的形状是圆形(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之间的边界的形状是圆形(直径：12μm)。即，0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7，其中，电流注入区51的正交投影图像的面积是S1并且电流非注入/内部区域52的正交投影图像的面积是S2。具体地，S1/(S1+S2)＝82/122＝0.44。
在如稍后描述的实施例15或实施例16至17以及实施例19的发光元件中，OL0>OL2，其中，在电流注入区51中从有源层23至第二化合物半导体层22的第二表面的光学距离为OL2，并且在模式损耗作用区域55中从有源层23至模式损耗作用部分54的顶部表面(面向第二电极32的表面)的光学距离为OL0。具体地，OL0/OL2＝1.5。然后，所产生的具有较高阶模式的激光朝向包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外部散射、并且被模式损耗作用区域55损耗，使得振荡模式损耗增加。即，由于作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域55的存在，在模式损耗作用区域55的正交投影图像中，随着距Z轴的距离增加，产生的基本模式和高阶模式的光场强度减小(参见图55的(B)的概念图)，但是，高阶模式的光场强度的减小大于基本模式的光场强度的减小，从而可以进一步稳定基本模式，可以减小阈值电流，并且可以增加基本模式的相对光场强度。而且，由于高阶模式的光场强度的裙部比常规发光元件的光场强度的裙部离电流注入区更远(见图55的(A))，可以减小反向透镜效应的影响。注意，在没有设置使用SiO2形成的模式损耗作用部分54的情况下，引起混合振荡模式。
第一化合物半导体层21包括n-GaN层，有源层23具有其中堆叠In0.04Ga0.96N层(势垒层)和In0.16Ga0.84N层(阱层)的五层多量子阱结构，并且第二化合物半导体层22包括p-GaN层。此外，使用Ti/Pt/Au形成第一电极31，并且使用透明导电材料(具体地，ITO)形成第二电极32。在模式损耗作用部54中形成圆形开口54A，并且第二化合物半导体层22在开口54A的底部暴露。使用例如Ti/Pt/Au或V/Pt/Au形成的用于与外部电路等电连接的第一焊盘电极(未示出)形成或连接在第一电极31的边缘部分上。使用例如Ti/Pd/Au或Ti/Ni/Au形成的用于与外部电路等电连接的第二焊盘电极33形成或连接在第二电极32的边缘部分上。第一光反射层41和第二光反射层42具有堆叠SiN层和SiO2层的结构(堆叠电介质膜的总数：20)。
在实施例15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通过离子注入到堆叠结构20中形成。例如，硼被选择为离子，但是离子不限于硼。
在下文中，将描述用于制造实施例15的发光元件的方法的概述。
[步骤-1500]
在制造实施例15的发光元件时，首先，执行与实施例5的[步骤-500]类似的步骤。
[步骤-1510]
接下来，基于使用硼离子的离子注入方法在堆叠结构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。
[步骤-1520]
此后，在类似于实施例5的[步骤-510]的步骤中，基于已知的方法在第二化合物半导体层22的第二表面22b上形成具有开口54A并且使用SiO2形成的模式损耗作用部(模式损耗作用层)54(见图54A)。
[步骤-1530]
此后，可以通过执行与实施例5的[步骤-520]之后的步骤类似的步骤来获得实施例15的发光元件。应注意，图54B示出了在类似于[步骤-520]的步骤的中间获得的结构。
在实施例15的发光元件中，电流非注入区、围绕电流注入区的电流非注入/内部区域和围绕电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域以堆叠结构形成，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，电流注入区和模式损耗作用区域由电流非注入/内部区域间隔开(分离)。因此，如图55的(B)的概念图所示，可使振荡模式损耗的增加或减少(具体地，实施例15的增加)处于期望的状态。可选地，通过适当地确定电流注入区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，可以使振荡模式损耗的增加或减少处于期望的状态。于是，结果，可以解决常规发光元件中的问题，例如阈值电流的增加和斜坡效率的恶化。例如，可通过降低基本模式中的振荡模式损耗来降低阈值电流。此外，由于可以独立地控制给予振荡模式损耗的区域和注入电流并且有助于发光的区域，即，因为可以独立地控制发光元件的振荡模式损耗和发光状态，所以可以增加控制自由度和设计发光元件的自由度。具体地，通过将电流注入区、电流非注入区和模式损耗作用区域设置为具有上述预定的布置关系，可以控制由模式损耗作用区域给予基本模式和高阶模式的振荡模式损耗的大小关系，并且可以通过使给予高阶模式的振荡模式损耗相对大于给予基本模式的振荡模式损耗来进一步稳定基本模式。此外，因为实施例15的发光元件具有第一部分91，所以可以更可靠地抑制衍射损失的发生。
实施例16
实施例16是实施例15的变形，并且涉及第6-B配置的发光元件。如作为示意性局部截面图的图56所示，在实施例16的发光元件中，通过在第二化合物半导体层22的第二表面上的等离子体照射、在第二化合物半导体层22的第二表面上的灰化处理、或者在第二化合物半导体层22的第二表面上的反应离子蚀刻(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。然后，如上所述，由于电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53暴露于等离子体颗粒(具体地，氩、氧、氮等)，所以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处于高电阻状态。即，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53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而形成。要注意的是，在图56、图57、图58A和图58B中，省略了第一光反射层41的图示。
此外，在实施例16中，电流注入区51和电流非注入/内部区域52之间的边界的形状是圆形(直径：10μm)，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53之间的边界的形状是圆形(直径：15μm)。即，0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7，其中，电流注入区51的正交投影图像的面积是S1并且电流非注入/内部区域52的正交投影图像的面积是S2。具体地，S1/(S1+S2)＝102/152＝0.44。
在实施例16中，代替实施例15的[步骤-1510]，如果在第二化合物半导体层22的第二表面上的等离子体照射、在第二化合物半导体层22的第二表面上的灰化处理、或者在第二化合物半导体层22的第二表面上的反应离子蚀刻处理的基础上，在堆叠结构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就足够了。
除了上述点之外，实施例16的发光元件可具有与实施例15的发光元件类似的配置和结构，因此将省略其详细描述。
即使在稍后描述的实施例16或实施例17的发光元件中，通过将电流注入区、电流非注入区和模式损耗作用区域设置为具有上述预定的布置关系，可以控制由模式损耗作用区域给予基本模式和高阶模式的振荡模式损耗的大小关系，并且可以通过使给予高阶模式的振荡模式损耗相对大于给予基本模式的振荡模式损耗来进一步稳定基本模式。
实施例17
实施例17是实施例15和16的变形，并且涉及第6-C配置的发光元件。如作为示意性局部截面图的图57所示，在实施例17的发光元件中，第二光反射层42具有朝向包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外部(即，朝向模式损耗作用区域55)反射或散射来自第一光反射层41的光的区域。具体地，第二光反射层42的位于模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54的侧壁(开口54B的侧壁)上方的部分具有前向锥形倾斜部42A或具有朝向第一光反射层41凸出弯曲的区域。
在实施例17中，电流注入区51和电流非注入/内部区域52之间的边界的形状是圆形(直径：8μm)，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53之间的边界的形状是圆形(直径：10μm至20μm)。
在实施例17中，在与实施例15的[步骤-1520]类似的步骤中，在形成具有开口54B且使用SiO2形成的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54的情况下，如果形成具有正锥形侧壁的开口54B，则是足够的。具体地，抗蚀剂层形成在形成于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，并且开口基于光刻技术设置在抗蚀剂层的将要形成开口54B的部分中。开口的侧壁基于已知方法形成为正锥形。然后，通过进行回蚀，可以在模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54中形成具有正锥形侧壁的开口54B。此外，通过在这种模式损耗作用部(模式损耗作用层)54上形成第二电极32和第二光反射层42，可以在第二光反射层42中设置前向锥形倾斜部42A。
除了上述点之外，实施例17的发光元件可具有与实施例15和16的发光元件类似的配置和结构，因此将省略其详细描述。
实施例18
实施例18是实施例15至17的变形，并涉及第6-D配置的发光元件。如作为实施例18的发光元件的示意性局部截面视图的图58A和作为通过切除主要部分获得的示意性局部截面视图的图58B所示，在第二化合物半导体层22的第二表面侧上形成凸部22A。然后，如图58A和图58B所示，在围绕凸部22A的第二化合物半导体层22的第二表面22b的区域22B上形成模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54。凸部22A占据电流注入区51、电流注入区51和电流非注入/内部区域52。模式损耗作用部(模式损耗作用层)54例如与实施例15同样地使用SiO2等电介质材料形成。在区域22B中，设置电流非注入/外部区域53。OL0<OL2，其中，电流注入区51中从有源层23到第二化合物半导体层22的第二表面的光学距离为OL2，并且模式损耗作用区域55中从有源层23到模式损耗作用部分54的顶部表面(面向第二电极32的表面)的光学距离为OL0。具体地，OL2/OL0＝1.5。结果，在发光元件中产生透镜效应。
在实施例18的发光元件中，所产生的具有较高阶模式的激光通过模式损耗作用区域55被限制在电流注入区51和电流非注入/内部区域52中，使得振荡模式损耗减小。即，由于存在对振荡模式损耗的增加或减少起作用的模式损耗作用区域55，基本模式和高阶模式的光场强度在电流注入区51和电流非注入/内部区域52的正交投影图像中产生增加。
在实施例18中，电流注入区51和电流非注入/内部区域52之间的边界的形状是圆形(直径：8μm)，电流非注入/内部区域52和电流非注入/外部区域53之间的边界的形状是圆形(直径：30μm)。
在实施例18中，如果通过在实施例15的[步骤-1510]与[步骤-1520]之间从第二表面侧移除第二化合物半导体层22的一部分来形成凸部22A就足够了。
除了上述点之外，实施例18的发光元件可具有与实施例15的发光元件类似的配置和结构，因此将省略其详细描述。在实施例18的发光元件中，能够抑制由模式损耗作用区域给予各种模式的振荡模式损耗，从而不仅进行多横模振荡，而且减小激光振荡的阈值电流。此外，如图55的(C)的概念图所示，由于存在作用于振荡模式损耗的增加/减小(具体地，实施例18中的减小)的模式损耗作用区域，所产生的基本模式和高阶模式的光场强度可在电流注入区和电流非注入/内部区域的正交投影图像中增加。
实施例19
实施例19是实施例15至18的变形。更具体地，如稍后描述的实施例19或实施例20的发光元件包括经由第一光反射层41从第一化合物半导体层21的第一表面21a发射激光的表面发射激光元件(发光元件)(VCSEL)。
在实施例19的发光元件中，如作为示意性局部截面图的图59所示，基于焊料接合方法，经由使用金(Au)层或包含锡(Sn)的焊料层形成的粘合层48将第二光反射层42固定至使用硅半导体基板形成的支撑基板49。例如，在实施例19的发光元件的制造中，除了除去支承基板49以外，即不除去支承基板49，只要进行与实施例15的[步骤-1500]至[步骤-1530]同样的步骤即可。
即使在实施例19的发光元件中，通过将电流注入区、电流非注入区和模式损耗作用区域设置为具有上述预定的布置关系，可以控制由模式损耗作用区域给出的振荡模式损耗与基本模式和高阶模式的幅度关系，并且可以通过使给高阶模式的振荡模式损耗相对大于给基本模式的振荡模式损耗来进一步稳定基本模式。
在上述并在图59中示出的发光元件的实例中，第一电极31的端部与第一光反射层41分离。然而，本公开不限于这种结构，并且第一电极31的端部可与第一光反射层41接触，或者第一电极31的端部可形成在第一光反射层41的边缘部分上。
此外，例如，在执行类似于实施例15的[步骤-1500]至[步骤-1530]的步骤之后，可以去除发光元件制造基板11以暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a，然后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。
实施例20
实施例20是实施例5至19的变形，并且涉及第七配置的发光元件，具体地，第7-A配置的发光元件。更具体地，实施例20的发光元件包括经由第一光反射层41从第一化合物半导体层21的第一表面21a发射激光的表面发射激光元件(发光元件)(VCSEL)。
作为示意性局部端部视图的图60所示的实施例20的发光元件包括：
(a)堆叠结构20，其中，第一化合物半导体层21使用GaN基化合物半导体形成并且具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b；有源层(发光层)23，使用GaN基化合物半导体形成并且与第一化合物半导体层21的第二表面21b接触，并且使用GaN基化合物半导体形成并具有第一表面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被堆叠，第一表面22a与有源层23接触；
(b)第二电极32，形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b上；
(c)形成在第二电极32上的第二光反射层42；
(d)模式损耗作用部分64，设置在第一化合物半导体层21的第一表面21a上并且构成对振荡模式损耗的增加或减少起作用的模式损耗作用区域65；
(e)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上并且在模式损耗作用部分64上；以及
(f)第一电极31，电连接至第一化合物半导体层21。应注意，在实施例20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。
然后，在堆叠结构20中形成电流非注入区61、围绕电流注入区61的电流非注入/内部区域62和围绕电流非注入/内部区域62的电流非注入/外部区域63，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，电流非注入区62和63形成在堆叠结构20中，但是在所示示例中，电流非注入区在厚度方向上形成第二化合物半导体层22和第一化合物半导体层21的一部分中。然而，电流非注入区62和63可形成在第二化合物半导体层22的在厚度方向上存在第二电极的一侧上的区域中，可形成在整个第二化合物半导体层22中，或者可形成在第二化合物半导体层22和有源层23中。
堆叠结构20、第二焊盘电极33、第一光反射层41和第二光反射层42的配置可类似于实施例15中的配置，并且粘合层48和支撑基板49的配置可类似于实施例19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在开口64A的底部暴露。
模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64使用诸如SiO2的电介质材料形成，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可以是偏离发光元件中产生的光的波长λ0的1/4的整数倍的值。可替代地，模式损耗作用部分64的光学厚度t0可以是在发光元件中产生的光的波长λ0的1/4的整数倍。即，模式损耗作用部分64的光学厚度t0可以是不干扰发光元件中产生的光的相位而不破坏驻波的厚度。然而，光学厚度t0不必严格是1/4的整数倍，并且如果(λ0/4n0)×m-(λ0/8n0)≤t0≤(λ0/4n0)×2m+(λ0/8n0)就足够了。具体地，在其中发光元件中产生的光的波长λ0的1/4的值被设置为“100”的情况下，模式损耗作用部分64的光学厚度t0优选约为25至250。然后，通过采用这些配置，可改变(控制)穿过模式损耗作用部分64的激光和穿过电流注入区61的激光之间的相位差，从而可用更高的自由度控制振荡模式损耗，并且可进一步增加设计发光元件的自由度。
在实施例20中，电流注入区61和电流非注入/内部区域62之间的边界的形状是圆形(直径：8μm)，电流非注入/内部区域62和电流非注入/外部区域63之间的边界的形状是圆形(直径：15μm)。即，0.01≤S1'/(S1'+S2')≤0.7，其中，电流注入区61的正交投影图像的面积是S1'，并且电流非注入/内部区域62的正交投影图像的面积是S2'。具体地，S1'/(S1'+S2')＝82/152＝0.28。
在实施例20的发光元件中，OL0'>OL1'，其中，在电流注入区61中从有源层23到第一化合物半导体层21的第一表面的光学距离为OL1'，并且在模式损耗作用区域65中从有源层23到模式损耗作用部分64的顶部表面(面向第一电极31的表面)的光学距离为OL0'。具体地，OL0'/OL1'＝1.01。然后，所产生的具有较高阶模式的激光朝向包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外部散射、并且被模式损耗作用区域65损耗，使得振荡模式损耗增加。即，由于作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域65的存在，在模式损耗作用区域65的正交投影图像中，随着距Z轴的距离增加，产生的基本模式和高阶模式的光场强度减小(参见图55的(B)的概念图)，但是，高阶模式的光场强度的减小大于基本模式的光场强度的减小，从而可以进一步稳定基本模式，可以减小阈值电流，并且可以增加基本模式的相对光场强度。
在实施例20的发光元件中，类似于实施例15，电流非注入/内部区域62和电流非注入/外部区域63通过离子注入到堆叠结构20中形成。例如，硼被选择为离子，但是离子不限于硼。
在下文中，将描述用于制造实施例20的发光元件的方法。
[步骤-2000]
首先，可以通过执行与实施例15的[步骤-1500]类似的步骤来获得堆叠结构20。接着，通过执行与实施例15的[步骤-1510]类似的步骤，可以在堆叠结构20中形成电流非喷射/内部区域62和电流非喷射/外部区域63。
[步骤-2010]
接下来，基于例如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，并且此外，基于已知的方法形成第二焊盘电极33。此后，基于已知的方法在第二电极32和第二焊盘电极33上形成第二光反射层42。
[步骤-2020]
此后，第二光反射层42经由粘合层48固定到支撑基板49。
[步骤2030]
接下来，去除发光元件制造基板11以暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a。具体地，首先，基于机械抛光方法使发光元件制造基板11变薄，然后基于CMP方法去除发光元件制造基板11的剩余部分。以这种方式，第一化合物半导体层21的第一表面21a被暴露，并且然后具有第一部分91和第二部分92的基面90形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a中。
[步骤-2040]
此后，基于已知的方法在第一化合物半导体层21的第一表面21a上(具体地，在基面90的第二部分92上)形成具有开口64A并且使用SiO2形成的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64。
[步骤-2050]
接下来，第一光反射层41形成在在模式损耗作用部分64的开口64A的底部处暴露的第一化合物半导体层21的第一表面21a的第一部分91上，并且此外，形成第一电极31。注意，第一电极31的一部分穿透模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64并在区域(未示出)中到达第一化合物半导体层21。这样，可获得具有图60所示结构的实施例20的发光元件。
同样在实施例20的发光元件中，电流非注入区、围绕电流注入区的电流非注入/内部区域和围绕电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域以堆叠结构形成，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55的(B)的概念图所示，可使振荡模式损耗的增加或减少(具体地，实施例20的增加)处于期望的状态。此外，因为可以独立地控制发光元件的振荡模式损耗和发光状态，所以可以增加控制自由度和设计发光元件的自由度。具体地，通过将电流注入区、电流非注入区和模式损耗作用区域设置为具有上述预定的布置关系，可以控制由模式损耗作用区域给出的振荡模式损耗与基本模式和高阶模式的幅度关系，并且可以通过使给高阶模式的振荡模式损耗相对大于给基本模式的振荡模式损耗来进一步稳定基本模式。此外，可以减小反向透镜效应的影响。此外，因为实施例20的发光元件具有第一部分91，所以可以更可靠地抑制衍射损失的发生。
同样在实施例20中，类似于实施例16，可以通过在第二化合物半导体层22的第二表面上的等离子体照射、在第二化合物半导体层22的第二表面上的灰化处理、或者在第二化合物半导体层22的第二表面上的反应离子蚀刻(RIE)处理(第7-B配置的发光元件)形成电流非注入/内部区域62和电流非注入/外部区域63。如上所述，随着电流非注入/内部区域62和电流非注入/外部区域63暴露于等离子体颗粒，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处于高电阻状态。即，电流非注入/内部区域62和电流非注入/外部区域63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而形成。
此外，与第17实施例同样地，第2光反射层42也可以具有使来自第1光反射层41的光向包含第1光反射层41和第2光反射层42的谐振器结构的外侧(即向模式损耗作用区域65)反射或散射的区域(第7-C结构的发光元件)。
此外，类似于实施例18，可以形成模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64(第7D配置的发光元件)。如果在第一化合物半导体层21的第一表面21a的围绕凸部的区域上形成模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64就足够了。凸部占据电流注入区61、电流注入区61和电流非注入/内部区域62。然后，作为结果，所产生的具有较高阶模式的激光被模式损耗作用区域65限制在电流注入区61和电流非注入/内部区域62中，使得振荡模式损耗减小。即，由于存在对振荡模式损耗的增加或减少起作用的模式损耗作用区域65，基本模式和高阶模式的光场强度在电流注入区61和电流非注入/内部区域62的正交投影图像中产生增加。此外，在具有这种结构的实施例20的发光元件的变形例中，能够抑制由模式损耗作用区域65赋予各种模式的振荡模式损耗，从而不仅进行多横模振荡，而且减小激光振荡的阈值电流。此外，如图55的(C)的概念图所示，由于存在对振荡模式损耗的增加/减少(具体地，在实施例20的发光元件的修改实例中的减少)起作用的模式损耗作用区域65，所产生的基本模式和高阶模式的光场强度可在电流注入区和电流非注入/内部区域的正交投影图像中增加。
实施例21
实施例21是实施例5至20的变形，并且涉及第八配置的发光元件。
同时，在包括两个DBR层和形成在其间的堆叠结构的堆叠结构中的谐振器长度LOR由L＝(m·λ0)/(2·neq)表示，其中，整个堆叠结构的等效折射率是neq，并且从表面发射激光元件(发光元件)发射的激光的波长为λ0。这里，m为正整数。然后，在表面发射激光元件(发光元件)中，通过谐振器长度LOR确定可以振荡的波长。每个可振荡振荡模式被称为纵向模式。然后，在纵向模式中，匹配由有源层确定的增益频谱的纵向模式可以被激光振荡。纵向模式之间的间隔Δλ由λ0 2/(2neff·L)表示，其中，有效折射率是neff。即，谐振器长度LOR越大，纵向模式之间的间隔Δλ越小。因此，在谐振器长度LOR较大的情况下，在增益谱中可以存在多个纵向模式，并且因此，多个纵向模式可以振荡。应注意，等效折射率neq和有效折射率neff具有以下关系，其中，振荡波长为λ0。
neff＝neq-λ0·(dneq/dλ0)
在此，在堆叠结构包括GaAs基化合物半导体层的情况下，谐振器长度LOR通常为1μm或更小，其较小，并且从表面发射激光元件发射纵向模式中的一种类型(一个波长)的激光(见图68A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中的激光的振荡波长。另一方面，在堆叠结构包括GaN基化合物半导体层的情况下，谐振器长度LOR通常是从表面发射激光元件发射的激光的波长的几倍，该波长较大。因此，从表面发射激光元件发射纵向模式中的多种类型的激光(参见图68B的概念图)，并且因此变得难以精确地控制可从表面发射激光元件发射的激光的振荡波长。
如作为示意性局部截面图的图61所示，在实施例21的发光元件或如稍后描述的实施例22至24的发光元件中，在包括与由有源层23占据的虚拟平面(XY平面)平行的第二电极32的层压结构20中形成实施例21中的至少两个光吸收材料层71，优选地，至少四个光吸收材料层71，并且具体地，20个光吸收材料层71。应注意，为了简化附图，在附图中仅示出了两个光吸收材料层71。
在实施例21中，振荡波长(从发光元件发射的期望的振荡波长)λ0是450nm。使用具有比构成堆叠结构20的化合物半导体的带隙窄的带隙的化合物半导体材料(具体地，n-In0.2Ga0.8N)形成20个光吸收材料层71，并且形成在第一化合物半导体层21内部。光吸收材料层71的厚度为λ0/(4·neq)或更小，具体地，3nm。此外，光吸收材料层71的光吸收系数是包括n-GaN层的第一化合物半导体层21的光吸收系数的两倍以上，具体地，1×103倍。
此外，光吸收材料层71位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中产生的最小振幅部分处，并且有源层23位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中产生的最大振幅部分处。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。此外，0.9×{(m·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(m·λ0)/(2·neq)}，其中，整个两个光吸收材料层71和位于光吸收材料层71之间的堆叠结构的一部分(具体地，在实施例21中的第一化合物半导体层21)的等效折射率是neq，并且光吸收材料层71之间的距离是LAbs。在此，m是1或者包括1的2以上的任意整数。然而，在实施例21中，m为1。因此，对于所有多个光吸收材料层71(20个光吸收材料层71)，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)}。等效折射率neq的值具体地为2.42，并且在m＝1的情况下，具体地，LAbs＝1×450/(2×2.42)＝93.0nm。应注意，在20个光吸收材料层71中的一些中，m可以是2或者更大的任意整数。
在制造实施例21的发光元件中，在类似于实施例5的[步骤-500]的步骤中形成堆叠结构20，并且此时，也在第一化合物半导体层21内部形成20个光吸收材料层71。除了这点以外，实施例21的发光元件可以基于与实施例5的发光元件类似的方法制造。
图62示意性地示出了在由有源层23确定的增益谱中生成多个纵向模式的情况。要注意的是，图62示出纵向模式A和纵向模式B这两个纵向模式。然后，在这种情况下，假设光吸收材料层71位于纵向模式A的最小振幅部分处并且不位于纵向模式B的最小振幅部分处。然后，纵向模式A的模式损耗被最小化，但是纵向模式B的模式损耗大。在图62中，纵向模式B的模式损耗由实线示意性地表示。因此，纵向模式A比纵向模式B更容易振荡。因此，通过使用这种结构，即，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且可以促进振荡。同时，由于可以增加其他不期望的纵向模式的模式损耗，因此可以抑制其他不期望的纵向模式的振荡。
如上所述，在实施例21的发光元件中，因为至少两个光吸收材料层形成在堆叠结构内部，所以可以抑制可以从表面发射激光元件发射的多个纵向模式的激光中不期望的纵向模式的激光的振荡。结果，可精确地控制发射的激光的振荡波长。此外，因为实施例21的发光元件具有第一部分91，所以可以可靠地抑制衍射损耗的出现。
实施例22
实施例22是实施例21的变形。在实施例21中，使用具有比构成堆叠结构20的化合物半导体的带隙窄的带隙的化合物半导体材料形成光吸收材料层71。另一方面，在实施例22中，使用掺杂有杂质的化合物半导体材料，具体地，杂质浓度(杂质：Si)为1×1019/cm3(具体地，n-GaN：Si)的化合物半导体材料形成10个光吸收材料层71。此外，在实施例22中，振荡波长λ0为515nm。另外，有源层23的组成为In0.3Ga0.7N。在实施例22中，m＝1，LAbs的值是107nm，在厚度方向上有源层23的中心与在厚度方向上与有源层23相邻的光吸收材料层71的中心之间的距离是53.5nm，并且光吸收材料层71的厚度是3nm。除了上述点之外，实施例22的发光元件可以具有与实施例21的发光元件类似的配置和结构，因此将省略其详细描述。应注意，在10个光吸收材料层71中的一些中，m可以是2或者更大的任意整数。
实施例23
实施例23也是实施例21的变形例。在实施例23中，五个光吸收材料层(为了方便称为“第一光吸收材料层”)具有与实施例21的光吸收材料层71的配置相似的配置，即，使用n-In0.3Ga0.7N形成第一光吸收材料层。此外，在实施例23中，使用透明导电材料形成一个光吸收材料层(为了方便起见，称为“第二光吸收材料层”)。具体地，第二光吸收材料层还用作使用ITO形成的第二电极32。在实施例23中，振荡波长λ0为450nm。此外，m＝1和2。在m＝1的情况下，LAbs的值是93.0nm，在厚度方向上有源层23的中心与在厚度方向上与有源层23相邻的第一光吸收材料层的中心之间的距离是46.5nm，并且五个第一光吸收材料层的厚度是3nm。即，对于五个第一光吸收材料层，0.9×{λ0/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{λ0/(2·neq)}。此外，对于与有源层23相邻的第一光吸收材料层和第二光吸收材料层，m＝2。即，0.9×{(2·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(2·λ0)/(2·neq)}。也用作第二电极32的第二光吸收材料层具有2000cm-1的光吸收系数和30nm的厚度，并且从有源层23至第二光吸收材料层的距离为139.5nm。除了上述点之外，实施例23的发光元件可以具有与实施例21的发光元件类似的配置和结构，因此将省略其详细描述。应注意，在五个第一光吸收材料层的一些中，m可以是2或者更大的任意整数。应注意，与实施例21不同，光吸收材料层71的数量也可以是一个。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与光吸收材料层71之间的位置关系需要满足以下式子。
0.9×{(m·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(m·λ0)/(2·neq)}
实施例24
实施例24是实施例21至23的变形。更具体地，实施例24的发光元件包括表面发射激光元件(VCSEL)，表面发射激光元件经由第一光反射层41从第一化合物半导体层21的第一表面21a发射激光。
在实施例24的发光元件中，如作为示意性局部截面图的图63所示，基于焊料接合方法，经由使用金(Au)层或包含锡(Sn)的焊料层形成的粘合层48将第二光反射层42固定至使用硅半导体基板形成的支撑基板49。
除了也在第一化合物半导体层21内形成20个光吸收材料层71并且不去除支撑基板49之外，可以基于与用于实施例5的发光元件的方法类似的方法制造实施例24的发光元件。
虽然以上基于优选实施例描述了本公开，但是本公开不限于这些实施例。在实施例中描述的发光元件的配置和结构是实例，并且可以适当地改变，并且用于制造发光元件的方法也可以适当地改变。在一些情况下，通过适当地选择粘合层和支撑基板，可以获得经由第二光反射层从第二化合物半导体层的第二表面发射光的表面发射激光元件。此外，在一些情况下，到达第一化合物半导体层的通孔可形成在不影响光发射的第二化合物半导体层和有源层的区域中，并且与第二化合物半导体层和有源层绝缘的第一电极可形成在通孔中。第一光反射层可延伸到基面的第二部分。即，基面上的第一光反射层可使用所谓的固体膜形成。然后，在这种情况下，如果在延伸至基面的第二部分的第一光反射层中形成通孔，并且在通孔中形成连接至第一化合物半导体层的第一电极就足够了。此外，还可以通过基于纳米压印法提供牺牲层来形成基面90。
波长转换材料层(颜色转换材料层)可以设置在发光元件的发射光的区域中。然后，在这种情况下，可经由波长转换材料层(颜色转换材料层)发射白光。具体地，在从有源层发射的光经由第一光反射层发射至外部的情况下，如果波长转换材料层(颜色转换材料层)形成在第一光反射层的发光侧上，则足够，并且在从有源层发射的光经由第二光反射层发射至外部的情况下，如果波长转换材料层(颜色转换材料层)形成在第二光反射层的发光侧上，则足够。
在从发光层发射蓝光的情况下，通过采用以下形式，可经由波长转换材料层发射白光。
[A]通过使用将从发光层发射的蓝光转换成黄光的波长转换材料层，获得其中混合有蓝光和黄光的白光作为从波长转换材料层发射的光。
[B]通过使用将从发光层发射的蓝光转换成橙色光的波长转换材料层，获得其中混合有蓝色和橙色的白光作为从波长转换材料层发射的光。
[C]通过使用将从发光层发射的蓝光转换成绿光的波长转换材料层和将蓝光转换成红光的波长转换材料层，获得混合有蓝、绿和红的白光作为从波长转换材料层发射的光。
可替代地，在从发光层发射紫外线的情况下，通过采用以下形式，可经由波长转换材料层发射白光。
[D]通过使用将从发光层发射的紫外光转换成蓝光的波长转换材料层和将紫外光转换成黄光的波长转换材料层，获得混合有蓝光和黄光的白光作为从波长转换材料层发射的光。
[E]通过使用将从发光层发射的紫外光转换为蓝光的波长转换材料层和将紫外光转换为橙光的波长转换材料层，获得其中混合有蓝光和橙光的白光作为从波长转换材料层发射的光。
[F]通过使用将从发光层发射的紫外光转换成蓝光的波长转换材料层、将紫外光转换成绿光的波长转换材料层以及将紫外光转换成红光的波长转换材料层，获得其中混合有蓝、绿和红的白光作为从波长转换材料层发射的光。
在此，被蓝光激发并发射红光的波长转换材料的实例可以具体地包括红光发射磷光体颗粒，并且更具体地，(ME:Eu)S[然而，“ME”是指选自由Ca、Sr和Ba组成的组中的至少一个原子，并且类似配置适用于以下]，(M:Sm)x(Si,Al)12(O,N)16[然而，“M”是指选自由Li、Mg和Ca组成的组中的至少一个原子，并且类似配置适用于以下]，ME2Si5N8:Eu、(Ca:Eu)SiN2、以及(Ca:Eu)AlSiN3。此外，被蓝光激发并发射绿光的波长转换材料的实例可包括，具体地，绿色发光磷光体颗粒，并且更具体地，(ME:Eu)Ga2S4、(M:RE)x(Si,Al)12(O,N)16[然而，“RE”指Tb和Yb]，(M:Tb)x(Si,Al)12(O,N)16、(M:Yb)x(Si,Al)12(O,N)16、以及Si6-ZAlZOZN8-Z:Eu。此外，被蓝光激发并发射黄光的波长转换材料的实例可具体地包括黄色发光磷光体颗粒，并且更具体地，钇铝石榴石(YAG)基磷光体颗粒。应注意，波长转换材料可单独使用或以其两种或更多种的组合使用。此外，通过使用两种以上的波长转换材料的混合物，可以从波长转换材料混合物发射黄色、绿色和红色之外的颜色的发射光。具体地，例如，可以发射青色光，并且在这种情况下，如果使用绿色发光磷光体颗粒(例如，LaPO4:Ce、Tb、BaMgAl10O17:Eu、Mn、Zn2SiO4:Mn、MgAl11O19:Ce、Tb、Y2SiO5:Ce,Tb、以及MgAl11O19:CE、Tb、Mn)和蓝色发光磷光体颗粒(例如，BaMgAl10O17:Eu、BaMg2Al16O27:Eu、Sr2P2O7:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3Cl:Eu、CaWO4、以及CaWO4:Pb)的混合物就足够了。
此外，由紫外线激发并发射红光的波长转换材料的实例可以具体地包括红色发光磷光体颗粒，并且更具体地，Y2O3:Eu、YVO4:Eu、Y(P,V)O4:Eu、3.5MgO·0.5MgF2·Ge2:Mn、CaSiO3:Pb,Mn、Mg6AsO11:Mn、(Sr,Mg)3(PO4)3:Sn、La2O2S:Eu、以及Y2O2S:Eu。此外，由紫外线激发并发射绿光的波长转换材料的实例可以包括，具体地，绿色发光磷光体颗粒，并且更具体地，LaPO4:Ce,Tb、BaMgAl10O17:Eu,Mn、Zn2SiO4:Mn、MgAl11O19:Ce、Tb、Y2SiO5:Ce,Tb、MgAl11O19:CE、Tb、Mn、以及Si6-ZAlZOZN8-Z:Eu。此外，被紫外线激发并发射蓝光的波长转换材料的实例可以包括具体地，蓝色发光磷光体颗粒，并且更具体地，BaMgAl10O17:Eu、BaMg2Al16O27:Eu、Sr2P2O7:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3Cl:Eu、CaWO4、以及CaWO4:Pb。此外，被紫外线激发并发射黄色光的波长转换材料的实例可具体地包括黄色发光磷光体颗粒，并且更具体地，YAG基磷光体颗粒。应注意，波长转换材料可单独使用或以其两种或更多种的组合使用。此外，通过使用两种以上的波长转换材料的混合物，可以从波长转换材料混合物发射黄色、绿色和红色之外的颜色的发射光。具体而言，也可以发出青色的光，在这种情况下，只要将绿色系发光荧光体粒子与蓝色系发光荧光体粒子混合即可。
然而，波长转换材料(颜色转换材料)不限于磷光体颗粒。例如，对于间接跃迁型硅基材料，可以使用发光颗粒，量子阱结构定位了载波函数并且使用量子效应来将载流子有效地转换成像直接跃迁型的光，例如二维量子阱结构、一维量子阱结构(量子线)或零维量子阱结构(量子点)。或者，已知添加到半导体材料的稀土原子通过内部过渡强烈地发光，并且可以使用应用这种技术的发光颗粒。
波长转换材料(颜色转换材料)的实例可以包括如上所述的量子点。随着量子点的尺寸(直径)减小，带隙能量增加，并且从量子点发射的光的波长减小。即，随着量子点的尺寸减小，发射具有较短波长的光(蓝光侧的光)，并且随着量子点的尺寸增大，发射具有较长波长的光(红光侧的光)。因此，通过使用构成量子点的相同材料并且调整量子点的尺寸，可以获得发射具有期望波长的光(执行颜色转换成期望颜色)的量子点。具体地，量子点优选具有核-壳结构。构成量子点的材料的实例可以包括Si、Se、黄铜矿基化合物(诸如CuInGaSe(CIGS)、CuInSe2(CIS)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2、或AgInSe2)、钙钛矿基化合物、III-V族化合物(诸如GaAs、GaP、InP、InAs、InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、或GaN；CdSe、CdSeS、CdS、CdTe、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnTe、ZnS、HgTe、HgS、PbSe、PbS、以及TiO2，但不限于此。
应注意，本公开还可具有以下配置。
[A01]<<发光元件>>
一种发光元件，包括：
堆叠结构，在该堆叠结构中堆叠了具有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具有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，形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上并且在远离有源层的方向上具有凸形形状；以及
第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上并且具有平坦的形状；
其中，形成了在堆叠结构的堆叠方向上延伸的分隔壁以围绕第一光反射层。
[A02]根据[A01]所述的发光元件，其中，分隔壁在第一化合物半导体层中从第一化合物半导体层的第一表面侧延伸至第一化合物半导体层在厚度方向上的中间。
[A03]根据[A01]的发光元件，其中，分隔壁在第二化合物半导体层和有源层中从第二化合物半导体层的第二表面侧延伸，并且在第一化合物半导体层中进一步延伸至第一化合物半导体层在厚度方向上的中间。
[A04]根据[A01]至[A03]中任一项所述的发光元件，其中，分隔壁使用不透射有源层中产生的光的材料形成。
[A05]根据[A01]至[A04]中任一项所述的发光元件，其中，分隔壁使用反射有源层中产生的光的材料形成。
[A06]根据[A01]至[A05]中任一项所述的发光元件，其中，1×10-1≤TC1/TC0≤1×102，其中，第一化合物半导体层的材料的热导率为TC1，分隔壁的材料的热导率为TC0。
[A07]根据[A01]至[A06]中任一项所述的发光元件，其中|CTE0-CTE1|≤1×10-4/K，其中，第一化合物半导体层的材料的线性膨胀率为CTE1，分隔壁的材料的线性膨胀率为CTE0。
[A08]根据[A01]至[A07]中任一项所述的发光元件，其中，分隔壁使用焊料材料形成，并且分隔壁的一部分在发光元件的外表面处暴露。
[A09]根据[A01]至[A08]中任一项所述的发光元件，其中，分隔壁的侧表面在从第一化合物半导体层的第一表面侧朝向第二化合物半导体层的第二表面侧的方向上变窄。
[A10]根据[A01]至[A09]中任一项所述的发光元件，其中，第一光反射层形成在位于第一化合物半导体层的第一表面侧上的基面上，
基面在外围区域中延伸；并且
基面是不平坦的且可微分的。
[B01]<<发光元件阵列>>
一种布置有多个发光元件的发光元件阵列，每个发光元件包括：
堆叠结构，在该堆叠结构中堆叠了具有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具有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，形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上并且在远离有源层的方向上具有凸形形状；以及
第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上并且具有平坦的形状。
[B02]根据[B01]所述的发光元件阵列，其中，在每个发光元件中，在堆叠结构的堆叠方向上延伸的分隔壁形成为围绕第一光反射层。
[B03]根据[B02]所述的发光元件阵列，其中，在每个发光元件中，分隔壁在第一化合物半导体层中从第一化合物半导体层的第一表面侧延伸至第一化合物半导体层在厚度方向上的中间。
[B04]根据[B03]所述的发光元件阵列，其中，L0、L1和L3之间的关系满足以下式子(1)，优选式子(1')，满足以下式子(2)，优选式子(2')，满足以下式子(1)和(2)，或满足以下式子(1')和(2')：
0.01×L0≤L0-L1 (1)
0.05×L0≤L0-L1 (1')
0.01×L3≤L1 (2)
0.05×L3≤L1 (2')
其中，
L0：从第一光反射层的面向第一化合物半导体层的第一表面的面向表面的端部至有源层的距离；
L1：从有源层至分隔壁的端部(分隔壁的上端部且面向有源层的端部)的距离，分隔壁在第一化合物半导体层中延伸至第一化合物半导体层沿厚度方向的中间；并且
L3：从发光元件中包括的第一光反射层的轴线至分隔壁在堆叠结构上的正交投影图像(更具体地，分隔壁的上端部的正交投影图像)的距离。
[B05]根据[B02]所述的发光元件阵列，其中，在每个发光元件中，分隔壁在第二化合物半导体层和有源层中从第二化合物半导体层的第二表面侧延伸，并且在第一化合物半导体层中进一步延伸至第一化合物半导体层在厚度方向上的中间。
[B06]根据[B05]所述的发光元件阵列，其中，L0、L2和L3'之间的关系满足以下式子(3)，优选地式子(3')，满足以下式子(4)，优选地式子(4')，满足以下式子(3)和(4)，或满足以下式子(3'和4')：
0.01×L0≤L2 (3)
0.05×L0≤L2 (3')
0.01×L3'≤L2 (4)
0.05×L3'≤L2 (4')
其中，
L0：从第一光反射层的面向第一化合物半导体层的第一表面的面向表面的端部至有源层的距离；
L2：从有源层至分隔壁的端部(分隔壁的下端部且面向第一电极的端部)的距离，分隔壁在第一化合物半导体层中延伸至第一化合物半导体层沿厚度方向的中间；并且
L3'：从包括在发光元件中的第一光反射层的轴线到分隔壁在堆叠结构上的正交投影图像(更具体地，分隔壁的下端部的正交投影图像)的距离。
[C01]根据[B01]至[B06]中任一项所述的发光元件阵列，其中，第一光反射层形成在位于第一化合物半导体层的第一表面侧上的基面上，基面在由多个发光元件包围的外围区域中延伸；并且
基面是不平坦的且可微分的。
[C02]根据[C01]所述的发光元件阵列，其中，基面是平滑的。
[C03]<<第一配置的发光元件>>
根据[C01]或[C02]所述的发光元件阵列，其中，基面的形成有第一光反射层的第一部分相对于第一化合物半导体层的第二表面具有向上凸起的形状。
[C04]<<第1-A配置的发光元件>>
根据[C03]所述的发光元件阵列，其中占据外围区域的基面的第二部分相对于第一化合物半导体层的第二表面具有向下凸起的形状。
[C05]根据[C04]所述的发光元件阵列，其中，基面的第一部分的中心部分位于正方晶格的顶点(交点部分)处。
[C06]根据[C04]所述的发光元件阵列，其中，基面的第一部分的中心部分位于正三角形栅格的顶点(交点部分)处。
[C07]<<第1-B配置的发光元件>>
根据[C03]所述的发光元件阵列，其中占据外围区域的基面的第二部分相对于第一化合物半导体层的第二表面具有向下凸形和从向下凸形向外围区域的中心部分延伸的向上凸形。
[C08]根据[C07]所述的发光元件阵列，其中，LL2>LL1，其中，从第一化合物半导体层的第二表面到基面的第一部分的中心部分的距离为LL1，并且从第一化合物半导体层的第二表面到基面的第二部分的中心部分的距离为LL2。
[C09]根据[C07]或[C08]所述的发光元件阵列，其中，R1>R2，其中，基面的第一部分的中心部分的曲率半径(即，第一光反射层的曲率半径)为R1，并且基面的第二部分的中心部分的曲率半径为R2。
[C10]根据[C07]至[C09]中任一项所述的发光元件阵列，其中，基面的第一部分的中心部分位于正方晶格的顶点(交点部分)。
[C11]根据[C10]所述的发光元件阵列，其中基面的第二部分的中心部分位于正方晶格的顶点(交点部分)处。
[C12]根据[C07]至[C09]中任一项所述的发光元件阵列，其中，基面的第一部分的中心部分位于正三角形栅格的顶点(交点部分)。
[C13]根据[C12]所述的发光元件阵列，其中，基面的第二部分的中心部分位于正三角形晶格的顶点(交点部分)处。
[C14]根据[C07]至[C13]中任一项所述的发光元件阵列，其中，基面的第二部分的中心部分的曲率半径R2为1×10-6m以上，优选地，3×10-6m以上，并且更优选地，5×10-6m以上。
[C15]<<第1-C配置的发光元件>>
根据[C03]所述的发光元件阵列，其中占据外围区域的基面的第二部分具有围绕基面的第一部分的环形凸形以及相对于第一化合物半导体层的第二表面从环形凸形朝向基面的第一部分延伸的向下凸形。
[C16]根据[C15]所述的发光元件阵列，其中LL2'>LL1，其中从第一化合物半导体层的第二表面到基面的第一部分的中心部分的距离为LL1，并且从第一化合物半导体层的第二表面到基面的第二部分的环形凸形的顶部的距离为LL2'。
[C17]根据[C15]或[C16]所述的发光元件阵列，其中R1>R2'，其中基面的第一部分的中心部分的曲率半径(即，第一光反射层的曲率半径)是R1，并且基面的第二部分的环形凸形的顶部的曲率半径是R2'。
[C18]根据[C15]至[C17]中任一项所述的发光元件阵列，其中，基面的第二部分的环形凸形的顶部的曲率半径R2'为1×10-6m或更大，优选地，3×10-6m或更大，并且更优选地，5×10-6m或更大。
[C19]根据[C07]至[C18]中任一项所述的发光元件阵列，其中，凸块被布置在第二化合物半导体层的第二表面侧上的面向基面的第二部分中的凸部的部分处。
[C20]根据[C04]至[C06]中任一项所述的发光元件阵列，其中，凸块布置在面向基面的第一部分的中心部分的第二化合物半导体层的第二表面侧上的部分处。
[C21]根据[C01]至[C20]中任一项所述的发光元件阵列，其中发光元件的形成间距为3μm以上且50μm以下，优选5μm以上且30μm以下，更优选8μm以上且25μm以下。
[C22]根据[C01]至[C21]中任一项所述的发光元件阵列，其中，基面的第一部分的中心部分的曲率半径R1(即，第一光反射层的曲率半径)为1×10-5m或更大，并且优选地为3×10-5m或更大。
[C23]根据[C01]至[C22]中任一项所述的发光元件阵列，其中，使用从由GaN基化合物半导体、InP基化合物半导体和GaAs基化合物半导体组成的组中选择的至少一种材料形成堆叠结构。
[C24]根据[C01]至[C23]中任一项所述的发光元件阵列，其中，1×10-5m≤LOR，其中，谐振器长度为LOR。
[C25]根据[C01]至[C24]中任一项所述的发光元件阵列，其中，在沿着包括堆叠结构的堆叠方向的虚拟平面切割基面的情况下，由基面的第一部分绘制的图形是圆形的一部分或抛物线的一部分。
[C26]<<第二构造的发光元件>>
根据[C01]至[C25]中任一项所述的发光元件阵列，其中，第一化合物半导体层的第一表面构成基面。
[C27]<<第三配置的发光元件>>
根据[C01]至[C25]中任一项所述的发光元件阵列，其中，化合物半导体基板被设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，并且基面由化合物半导体基板的表面构成。
[C28]<<第四配置的发光元件>>
根据[C01]至[C25]中任一项所述的发光元件阵列，其中，基材设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，或者化合物半导体基板和基材设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，并且基材由基材的表面构成。
[C29]根据[C28]所述的发光元件阵列，其中基材的材料是从由诸如TiO2、Ta2O5或SiO2的透明介电材料、硅酮类树脂和环氧基类树脂组成的组中选择的至少一种材料。
[C30]根据[C01]至[C29]中任一项所述的发光元件阵列，其中，第一光反射层形成在基面上。
[C31]根据[C01]至[C30]中任一项所述的发光元件阵列，其中，堆叠结构的热导率的值高于第一光反射层的热导率的值。
[D01]<<第五配置的发光元件阵列>>
根据[C01]至[C31]中任一项所述的发光元件阵列，其中，电流注入区和围绕电流注入区的电流非注入区被设置在第二化合物半导体层中；并且
电流注入区的面积中心点到电流注入区与电流非注入区的边界的最短距离DCI满足以下式子：
DCI≥ω0/2
其条件是，
ω0 2≡(λ0/π){LOR(R1-LOR)}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
R1：基面的第一部分的中心部分的曲率半径(即，第一光反射层的曲率半径)。
[D02]根据[D01]所述的发光元件阵列，进一步包括：
模式损耗作用部分，模式损耗作用部分设置在第二化合物半导体层的第二表面上并且构成对振荡模式损耗的增大或减小起作用的模式损耗作用区域；
第二电极，形成在第二化合物半导体层的第二表面上和模式损耗作用部分上；以及
第一电极，电连接至第一化合物半导体层；
其中，第二光反射层形成在第二电极上；
在堆叠结构中形成电流注入区、围绕电流注入区的电流非注入/内部区域、以及围绕电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域；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。
[D03]根据[D01]或[D02]所述的发光元件阵列，其中，第一光反射层的光反射有效区域的半径r1满足ω0≤r1≤20·ω0。
[D04]根据[D01]至[D03]中任一项所述的发光元件阵列，其中，DCI≥ω0。
[D05]根据[D01]至[D04]中任一项所述的发光元件阵列，其中，R1≤1×10-3m。
[E01]<<第六配置的发光元件阵列>>
根据[C01]至[C31]中任一项所述的发光元件阵列，进一步包括：
模式损耗作用部分，模式损耗作用部分设置在第二化合物半导体层的第二表面上并且构成对振荡模式损耗的增大或减小起作用的模式损耗作用区域；
第二电极，形成在第二化合物半导体层的第二表面上和模式损耗作用部分上；以及
第一电极，电连接至第一化合物半导体层；
其中，第二光反射层形成在第二电极上；
在堆叠结构中形成电流注入区、围绕电流注入区的电流非注入/内部区域、以及围绕电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域；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。
[E02]根据[E01]所述的发光元件阵列，其中，电流非注入/外部区域位于模式损耗作用区域的下方。
[E03]根据[E01]或[E02]所述的发光元件阵列，其中，0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7，其中，电流注入区的正交投影图像的面积是S1并且电流非注入/内部区域的正交投影图像的面积是S2。
[E04]根据[E01]至[E03]中任一项所述的发光元件阵列，其中，电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域通过离子注入到堆叠结构中而形成。
[E05]根据[E04]所述的发光元件阵列，其中，离子类型是选自由硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗以及硅组成的组中的至少一种类型的离子。
[E06]<<第6-B配置的发光元件阵列>>
根据[E01]至[E05]中任一项所述的发光元件阵列，其中，通过在第二化合物半导体层的第二表面上的等离子体照射、在第二化合物半导体层的第二表面上的灰化处理、或者在第二化合物半导体层的第二表面上的反应离子蚀刻处理，形成电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域。
[E07]<<第6-C配置的发光元件阵列>>
根据[E01]至[E06]中任一项所述的发光元件阵列，其中，第二光反射层具有使来自第一光反射层的光朝向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部反射或散射的区域。
[E08]根据[E01]至[E07]中任一项所述的发光元件阵列，其中，OL0>OL2，其中，在电流注入区中，从有源层至第二化合物半导体层的第二表面的光学距离为OL2，并且在模式损耗作用区域中，从有源层至模式损耗作用部分的顶面的光学距离为OL0。
[E09]根据[E01]至[E08]中任一项所述的发光元件阵列，其中，所产生的具有较高阶模式的光被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部散射、并且被模式损耗作用区域损耗，使得振荡模式损耗增大。
[E10]根据[E01]至[E09]中任一项所述的发光元件阵列，其中，使用介电材料、金属材料或合金材料形成模式损耗作用部分。
[E11]根据[E10]所述的发光元件阵列，其中使用介电材料形成模式损耗作用部分，以及
模式损耗作用部分的光学厚度是偏离在发光元件阵列中产生的光的波长的1/4的整数倍的值。
[E12]根据[E10]所述的发光元件阵列，其中模式损耗作用部分使用介电材料形成，以及
模式损耗作用部分的光学厚度是在发光元件阵列中产生的光的波长的1/4的整数倍。
[E13]<<第6-D配置的发光元件阵列>>
根据[E01]至[E03]中任一项所述的发光元件阵列，其中，在第二化合物半导体层的第二表面侧上形成凸部；并且
模式损耗作用部分形成在围绕凸部的第二化合物半导体层的第二表面的区域上。
[E14]根据[E13]所述的发光元件阵列，其中OL0<OL2，其中在电流注入区中从有源层至第二化合物半导体层的第二表面的光学距离为OL2，并且在模式损耗作用区中从有源层至模式损耗作用部分的顶表面的光学距离为OL0。
[E15]根据[E13]或[E14]所述的发光元件阵列，其中，所产生的具有较高阶模式的光通过模式损耗作用区域被限制在电流注入区和电流非注入/内部区域中，使得振荡模式损耗减小。
[E16]根据[E13]至[E15]中任一项所述的发光元件阵列，其中模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料形成。
[E17]根据[E01]至[E16]中任一项所述的发光元件阵列，其中，第二电极使用透明导电材料形成。
[F01]<<第七配置的发光元件阵列>>
根据[C01]至[C31]中任一项所述的发光元件阵列，进一步包括：
第二电极，形成在第二化合物半导体层的第二表面上；
第二光反射层，形成在第二电极上；
模式损耗作用部分，设置在第一化合物半导体层的第一表面上并且构成对振荡模式损耗的增加或减少起作用的模式损耗作用区域；以及
第一电极，电连接至第一化合物半导体层；
其中，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；
在堆叠结构中形成电流注入区、围绕电流注入区的电流非注入/内部区域以及围绕电流非注入/内部区域的电流非注入/外部区域；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。
[F02]根据[F01]所述的发光元件阵列，其中，0.01≤S1'/(S1'+S2')≤0.7，其中，电流注入区的正交投影图像的面积为S1'，并且电流非注入/内部区域的正交投影图像的面积为S2'。
[F03]<<第7-A配置的发光元件阵列>>
根据[F01]或[F02]所述的发光元件阵列，其中，通过向堆叠结构中离子注入来形成电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域。
[F04]根据[F03]所述的发光元件阵列，其中，离子类型是选自由硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅组成的组的至少一种类型的离子。
[F05]<<第7-B配置的发光元件阵列>>
根据[F01]至[F04]中任一项所述的发光元件阵列，其中，通过在第二化合物半导体层的第二表面上的等离子体照射、在第二化合物半导体层的第二表面上的灰化处理、或者在第二化合物半导体层的第二表面上的反应离子蚀刻处理，形成电流非注入/内部区域和电流非注入/外部区域。
[F06]<<第7-C配置的发光元件阵列>>
根据[F01]至[F05]中任一项所述的发光元件阵列，其中，第二光反射层具有将来自第一光反射层的光朝向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部反射或散射的区域。
[F07]根据[F01]至[F06]中任一项所述的发光元件阵列，其中，OL0'>OL1'，其中，在电流注入区中，从有源层至第一化合物半导体层的第一表面的光学距离为OL1'，并且在模式损耗作用区域中，从有源层至模式损耗作用部分的顶表面的光学距离为OL0'。
[F08]根据[F01]至[F07]中任一项所述的发光元件阵列，其中，所产生的具有较高阶模式的光被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部散射、并且被模式损耗作用区域损耗，使得振荡模式损耗增大。
[F09]根据[F01]至[F08]中任一项所述的发光元件阵列，其中，模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料形成。
[F10]根据[F09]所述的发光元件阵列，其中，模式损耗作用部分由介电材料形成，并且
模式损耗作用部分的光学厚度是偏离在发光元件阵列中产生的光的波长的1/4的整数倍的值。
[F11]根据[F09]所述的发光元件阵列，其中，模式损耗作用部分使用介电材料形成，并且
模式损耗作用部分的光学厚度是在发光元件阵列中产生的光的波长的1/4的整数倍。
[F12]<<第7-D配置的发光元件阵列>>
根据[F01]或[F02]所述的发光元件阵列，其中，在第一化合物半导体层的第一表面侧上形成凸部；以及
模式损耗作用部分形成在围绕凸部的第一化合物半导体层的第一表面的区域上。
[F13]根据[F12]所述的发光元件阵列，其中OL0'<OL1'，其中在电流注入区中从有源层至第一化合物半导体层的第一表面的光学距离为OL1'，并且在模式损耗作用区域中从有源层至模式损耗作用部分的顶表面的光学距离为OL0'。
[F14]根据[F01]或[F02]所述的发光元件阵列，其中，在第一化合物半导体层的第一表面侧上形成凸部，以及
模式损耗作用部分形成在围绕凸部的第一化合物半导体层的第一表面的区域上。
[F15]根据[F12]至[F14]中任一项所述的发光元件阵列，其中，所产生的具有较高阶模式的光通过模式损耗作用区域被限制在电流注入区和电流非注入/内部区域中，使得振荡模式损耗减小。
[F16]根据[F12]至[F15]中任一项所述的发光元件阵列，其中，模式损耗作用部使用电介质材料、金属材料或合金材料形成。
[F17]根据[F01]至[F16]中任一项所述的发光元件阵列，其中，第二电极使用透明导电材料形成。
[G01]<<第八配置的发光元件阵列>>
根据[C01]至[F17]中任一项所述的发光元件阵列，其中，至少两个光吸收材料层形成在包括与有源层所占据的虚拟平面平行的第二电极的堆叠结构中。
[G02]根据[G01]所述的发光元件阵列，其中形成至少四个光吸收材料层。
[G03]根据[G01]或[G02]所述的发光元件阵列，其中，0.9×{(m·λ0)/(2·neq)}≤LAbs≤1.1×{(m·λ0)/(2·neq)}，其中，振荡波长为λ0，两个光吸收材料层的全部以及位于光吸收材料层之间的堆叠结构的一部分的等效折射率是neq，并且光吸收材料层之间的距离是LAbs，m是1或者包括1的2或更大的任意整数。
[G04]根据[G01]至[G03]中任一项所述的发光元件阵列，其中光吸收材料层的厚度为λ0/(4·neq)或更小。
[G05]根据[G01]至[G04]中任一项所述的发光元件阵列，其中，光吸收材料层位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中产生的最小振幅部分处。
[G06]根据[G01]至[G05]中任一项所述的发光元件阵列，其中，有源层位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中产生的最大振幅部分处。
[G07]根据[G01]至[G06]中任一项所述的发光元件阵列，其中光吸收材料层具有为构成堆叠结构的化合物半导体的光吸收系数的两倍以上的光吸收系数。
[G08]根据[G01]至[G07]中任一项所述的发光元件阵列，其中，光吸收材料层使用选自由化合物半导体材料、化合物半导体材料、透明导电材料以及光反射层构成的组中的至少一种材料形成，化合物半导体材料具有比构成堆叠结构的化合物半导体窄的带隙，化合物半导体材料掺杂有杂质，光反射层构成具有光吸收特性的材料。
[H01]<<用于制造发光元件阵列的方法：第三方面>>
一种用于制造发光元件阵列的方法，发光元件阵列包括多个发光元件，多个发光元件各自包括：堆叠结构，在堆叠结构中堆叠了具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面的第一化合物半导体层、面对第一化合物半导体层的第二表面的有源层、以及具有面对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，形成在位于第一化合物半导体层的第一表面侧上的基面上；以及第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上并且具有平坦形状，基面在由多个发光元件包围的外围区域中延伸并且是不平坦且可微分的；
该方法包括：
在形成堆叠结构之后，在第二化合物半导体层的第二表面侧上形成第二光反射层；
在基面的待形成第一光反射层的第一部分上形成第一牺牲层，然后使第一牺牲层的表面凸起；
在暴露于第一牺牲层之间的基面的第二部分上以及在第一牺牲层上形成第二牺牲层，并且然后使第二牺牲层的表面不平坦；
回蚀第二牺牲层和第一牺牲层，并且进一步从基面向内执行回蚀以相对于第一化合物半导体层的第二表面在基面的第一部分中形成凸部并且在基面的第二部分中形成至少凹部；并且
在基面的第一部分上形成第一光反射层。
[H02]<<用于制造发光元件阵列的方法：第四方面>>
一种用于制造发光元件阵列的方法，发光元件阵列包括多个发光元件，多个发光元件各自包括：堆叠结构，在堆叠结构中堆叠了具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面的第一化合物半导体层、面对第一化合物半导体层的第二表面的有源层、以及具有面对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，形成在位于第一化合物半导体层的第一表面侧上的基面上；以及第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上并且具有平坦形状，基面在由多个发光元件包围的外围区域中延伸并且是不平坦且可微分的；
该方法包括：
在形成堆叠结构之后，在第二化合物半导体层的第二表面侧上形成第二光反射层；
在基面的待形成第一光反射层的第一部分上形成第一牺牲层，然后使第一牺牲层的表面凸起；
回蚀第一牺牲层且进一步执行从基面向内的回蚀以相对于第一化合物半导体层的第二表面在基面的第一部分中形成凸部；
在基面上形成第二牺牲层，然后回蚀第二牺牲层并进一步从基面向内执行回蚀以相对于第一化合物半导体层的第二表面在基面的第一部分中形成凸部并且在基面的第二部分中形成至少凹部；并且
在基面的第一部分上形成第一光反射层。
[H03]<<用于制造发光元件阵列的方法：压印法>>
一种用于制造发光元件阵列的方法，发光元件阵列包括多个发光元件，多个发光元件各自包括：堆叠结构，在堆叠结构中堆叠了具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面的第一化合物半导体层、面对第一化合物半导体层的第二表面的有源层、以及具有面对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，形成在位于第一化合物半导体层的第一表面侧上的基面上；以及第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上并且具有平坦形状，基面在由多个发光元件包围的外围区域中延伸并且是不平坦且可微分的；
该方法包括：
制备具有与基面互补的表面的模具；
在形成堆叠结构之后，在第二化合物半导体层的第二表面侧上形成第二光反射层；
在将要形成第一光反射层的基面上形成牺牲层，并且然后将与模具的基面互补的表面的形状转移到牺牲层以在牺牲层中形成不平坦部分；
回蚀牺牲层并进一步执行从基面向内的回蚀以相对于第一化合物半导体层的第二表面在基面的第一部分中形成凸部并且在基面的第二部分中形成至少凹部；并且
在基面的第一部分上形成第一光反射层。
附图标记列表
10A、10A'、10B、10C、10D、10E、10F、10G发光元件(表面发光元件和表面发射激光元件)
11化合物半导体基板(发光元件阵列制造基板)
11a化合物半导体基板(发光元件阵列制造基板)的面向第一化合物半导体层的第一表面
11b化合物半导体基板(发光元件阵列制造基板)的面向第一化合物半导体层的第二表面
20堆叠结构
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
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)
24、25A、25B、25C、25D分隔壁
24'、25'分隔壁的侧表面
25D'分隔壁的一部分
31第一电极
31'设置在第一电极中的开口
32第二电极
33第二焊盘电极
34绝缘层(电流狭窄层)
34A设置在绝缘层(电流狭窄层)中的开口
35凸块
40发光元件制造基板(蓝宝石基板)
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前向锥形倾斜部
48粘合层
49支撑基板
51、61电流注入区
61A电流注入区
61B电流非注入区
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在模式损耗作用部分中形成的开口
55、65模式损耗作用区域
71光吸收材料层
81、81'第一牺牲层
82第二牺牲层
83、83'用于形成第二部分的中心部分的第一牺牲层的部分
90基面
90bd第一部分与第二部分之间的边界
91基面的第一部分
91'形成在基面的第一部分中的凸部
91A形成在基面的第一部分中的凸部
91c基面的第一部分的中心部分
92基面的第二部分
92A形成在基面的第二部分中的凹部
92c基面的第二部分的中心部分
92b基面的第二部分的向下凸部
93围绕基面的第一部分的环形凸形
94A从环形凸形向基面的第一部分延伸的向下凸形
94B在基面的第二部分中由环形凸形围绕的区域
95基材
96用于形成基面的凹凸部
97平坦化膜
99外围区域。

Claims (15)

1.一种发光元件，包括：
堆叠结构，在所述堆叠结构中堆叠了具有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所述第二表面的有源层、以及具有面向所述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，形成在所述第一化合物半导体层的第一表面侧上并且在远离所述有源层的方向上具有凸形形状；以及
第二光反射层，形成在所述第二化合物半导体层的第二表面侧上并且具有平坦形状；
其中，形成了在所述堆叠结构的堆叠方向上延伸的分隔壁以围绕所述第一光反射层。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述分隔壁在所述第一化合物半导体层中从所述第一化合物半导体层的所述第一表面侧延伸至所述第一化合物半导体层的厚度方向上的中间。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述分隔壁在所述第二化合物半导体层和所述有源层中从所述第二化合物半导体层的所述第二表面侧延伸，并且在所述第一化合物半导体层中进一步延伸至所述第一化合物半导体层的厚度方向上的中间。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述分隔壁使用不透射在所述有源层中产生的光的材料而形成。
5.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述分隔壁使用反射在所述有源层中产生的光的材料而形成。
6.根据权利要求1所述的发光元件，其中，1×10-1≤TC1/TC0≤1×102，其中，TC1是形成所述第一化合物半导体层的材料的热导率，并且TC0是形成所述分隔壁的材料的热导率。
7.根据权利要求1所述的发光元件，其中，|CTE0-CTE1|≤1×10-4/K，其中，CTE1是形成所述第一化合物半导体层的材料的线性膨胀率，并且CTE0是形成所述分隔壁的材料的线性膨胀率。
8.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述分隔壁使用焊料材料形成，并且
所述分隔壁的一部分暴露在所述发光元件的外表面。
9.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述分隔壁的侧表面在从所述第一化合物半导体层的所述第一表面侧朝向所述第二化合物半导体层的所述第二表面侧的方向上变窄。
10.一种发光元件阵列，在所述发光元件阵列中布置有多个发光元件，每个所述发光元件包括：
堆叠结构，在所述堆叠结构中堆叠了具有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所述第二表面的有源层、以及具有面向所述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，形成在所述第一化合物半导体层的第一表面侧上并且在远离所述有源层的方向上具有凸形形状；以及
第二光反射层，形成在所述第二化合物半导体层的第二表面侧上并且具有平坦形状。
11.根据权利要求10所述的发光元件阵列，其中，在每个发光元件中，形成了在所述堆叠结构的堆叠方向上延伸的分隔壁以围绕所述第一光反射层。
12.根据权利要求11所述的发光元件阵列，其中，在每个发光元件中，所述分隔壁在所述第一化合物半导体层中从所述第一化合物半导体层的所述第一表面侧延伸至所述第一化合物半导体层的厚度方向上的中间。
13.根据权利要求12所述的发光元件阵列，其中，L0、L1与L3之间的关系满足以下式子(1)、或满足以下式子(2)、或满足以下式子(1)和(2)：
0.01×L0≤L0-L1 (1)
0.01×L3≤L1 (2)
其中，
L0：从所述第一光反射层的面向表面的端部至所述有源层的距离，所述面向表面面向所述第一化合物半导体层的所述第一表面；
L1：从所述有源层至在所述第一化合物半导体层中延伸至所述第一化合物半导体层的厚度方向上的中间的所述分隔壁的端部的距离；并且
L3：从包括在所述发光元件中的所述第一光反射层的轴线到所述分隔壁在所述堆叠结构上的正交投影图像的距离。
14.根据权利要求11所述的发光元件阵列，其中，在每个发光元件中，所述分隔壁在所述第二化合物半导体层和所述有源层中从所述第二化合物半导体层的所述第二表面侧延伸，并且在所述第一化合物半导体层中进一步延伸至所述第一化合物半导体层的厚度方向上的中间。
15.根据权利要求14所述的发光元件阵列，其中，L0、L2和L3'之间的关系满足以下式子(3)、或满足以下式子(4)、或满足以下式子(3)和(4)：
0.01×L0≤L2 (3)
0.01×L3'≤L2 (4)
其中，
L0：从所述第一光反射层的面向表面的端部至所述有源层的距离，所述面向表面面向所述第一化合物半导体层的所述第一表面；
L2：从所述有源层至在所述第一化合物半导体层中延伸至所述第一化合物半导体层的厚度方向上的中间的所述分隔壁的端部的距离；并且
L3'：从包括在所述发光元件中的所述第一光反射层的轴线到所述分隔壁在所述堆叠结构上的正交投影图像的距离。
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