CN116868458A - 激光元件、激光元件阵列以及激光元件的制造方法 - Google Patents

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佐藤进
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Abstract

[问题]提供：具有凹面镜结构并且表现出优异的光学特性的激光元件；激光元件阵列；以及激光元件的制造方法。[解决方案]根据本技术的激光元件配备有第一光反射层、第二光反射层以及层压体。层压体包括有源层，并且具有设置在第一光反射层一侧的第一表面上的透镜。在透镜中，纵向方向被定义为第一方向并且短边方向被定义为第二方向。透镜具有朝向第一光反射层突出的透镜形状。透镜在第一方向上的中心部分具有作为沿第二方向最短宽度的第一宽度，并且透镜在第一方向上的非中心部分具有作为沿第二方向最大宽度的第二宽度。透镜的高度恒定，或者中心部分处的高度大于端部的高度。透镜在第二方向上的顶部具有恒定的曲率半径。第一光反射层层压在第一表面上，并且在透镜上形成具有凹面形状的凹面镜。

Description

激光元件、激光元件阵列以及激光元件的制造方法
技术领域
本技术涉及在垂直于层表面的方向上发射激光的激光元件、激光元件阵列以及激光元件的制造方法。
背景技术
一种类型的激光元件是VCSEL(垂直腔面发射激光器)元件。VCSEL元件具有发光层夹在一对反射镜之间的结构。电流限制结构被设置在发光层的附近，并且电流通过电流限制结构集中在发光层中的部分区域中以产生自发发射光。该对反射镜形成谐振器并且将自发发射光中的预定波长的光朝向发光层反射以引起激光振荡。
在VCSEL元件中，随着作为该对反射镜之间的距离的谐振器长度增加，由于横向方向(层表面方向)上的光场限制而造成的衍射损耗增加。作为抵消该衍射损耗的方法，已经提出了将设置具有球面形状的凹面镜作为该对反射镜中的一个的结构(见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO 2018/083877
发明内容
技术问题
在专利文献1中描述的提议中，使用将热处理应用于在基板上图案化的流体材料以形成凸球面形状的流体材料并且使用该凸球面形状形成凹面镜的方法。然而，在该方法中，存在流体材料的形状由于基板表面和流体材料的张力以及重力的影响而不变成凸球形而是变成平坦或凹形的问题。
例如，在图案化的流体材料的直径大的情况下，毛细管作用由于重力的影响而受到干扰，这导致平坦的或凹形的形状。此外，在流体材料变薄的情况下，由于基板表面和流体材料的张力，不能使基板表面与流体材料之间的接触角小于特定值，并且流体材料的形状变为平坦或凹形。当流体材料的形状为平坦或凹形形状时，凹面镜不能实现期望的光学特性。
鉴于上述情况，本技术的目的是提供具有凹面镜结构并且表现出优异的光学特性的激光元件、激光元件阵列以及激光元件的制造方法。
问题的解决方案
为了实现上述目的，根据本技术的激光元件包括：第一光反射层；第二光反射层；以及层叠体。
第一光反射层反射特定波长的光。
第二光反射层反射该波长的光。
层叠体包括第一半导体层、第二半导体层以及设置在第一光反射层与第二光反射层之间的有源层，并且具有在第一光反射层一侧的第一表面和在第二光反射层一侧的第二表面，第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，有源层布置在第一半导体层和第二半导体层之间并且通过载流子复合发光，透镜设置在第一表面上。
透镜具有朝向第一光反射层一侧突出的透镜形状，以第一方向作为纵向方向并且第二方向作为横向方向，第一方向平行于与发射光的光轴方向垂直的平面，第二方向平行于该平面并正交于第一方向，该透镜在该第一方向上的中心部分具有第一宽度，该第一宽度是沿着第二方向的最短宽度，该透镜在该第一方向上的非中心部分具有第二宽度，该第二宽度是沿着第二方向的最大宽度，透镜具有其距该平面的高度是均匀的或中心部分高于端部的形状，透镜在第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的。
第一光反射层层叠在第一表面上以在透镜上形成具有凹面形状的凹面镜。应注意，在本说明书中，曲率半径或高度是“均匀的”的短语是指在基本上所有部分中该值不超过预定凹面镜的顶点处的平均值的±20％。
层叠体可以具有限制电流并且形成电流集中的电流注入区域的电流限制结构，并且
电流注入区域可以具有这样的形状：其中，当从光轴方向观看时的电流注入区域的平面图形与当从光轴方向观看时的透镜重叠，其中，第一方向为纵向方向并且第二方向为横向方向。
透镜沿着第一方向的长度可大于第二宽度。
透镜沿着第一方向的长度可以是40μm以上。
透镜的第二宽度可以是10μm以上。
激光元件的谐振器长度可以是凹面镜与第二光反射层之间的距离，并且
曲率半径可以大于谐振器长度。
透镜表面的表面精度以RMS(均方根)计可为1.0nm以下。
第一半导体层和第二半导体层可由GaN形成。
第一半导体层和第二半导体层可由GaAs形成。
第一半导体层和第二半导体层可以由InP形成。
激光元件可进一步包括波长转换层，该波长转换层设置在第二光反射层的与层叠体相对的一侧上并且由波长转换材料形成。
第一光反射层和第二光反射层可以各自是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)。
为了实现上述目的，根据本技术的激光元件阵列是其中布置有可被单独驱动的多个激光元件的激光元件阵列，该激光元件包括：
第一光反射层，反射特定波长的光，
第二光反射层，反射该波长的光，以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，层叠体布置在第一光反射层和第二光反射层之间，并且具有位于第一光反射层一侧的第一表面和位于第二光反射层一侧的第二表面，第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，有源层布置在第一半导体层和第二半导体层之间并且通过载流子复合发光，透镜设置在第一表面上，
透镜具有透镜形状，该透镜形状朝向第一光反射层一侧突出，以第一方向为纵向方向并且第二方向为横向方向，第一方向平行于与发射光的光轴方向垂直的平面，第二方向平行于该平面并且与第一方向正交，透镜在第一方向上的中心部分具有第一宽度，第一宽度是沿着第二方向的最短宽度，透镜在第一方向上的非中心部分具有第二宽度，第二宽度是沿着第二方向的最大宽度，透镜具有其距平面的高度是均匀的或者中心部分高于端部的形状，透镜在第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的，
第一光反射层层叠在第一表面上以在透镜上形成具有凹面形状的凹面镜。
为了实现上述目的，根据本技术的激光元件的制造方法包括：
制备层叠体，层叠体包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且具有第一表面和第二表面，第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，有源层布置在第一半导体层和第二半导体层之间并且通过载流子复合发光；
在第一表面上形成结构体，结构体由流体材料形成并且具有一定厚度，第一方向作为纵向方向并且第二方向作为横向方向，第一方向平行于与发射光的光轴方向垂直的平面，第二方向平行于该平面并且与第一方向正交，结构体在第一方向上的中心部分具有第一宽度，第一宽度是沿着第二方向的最短宽度，结构体在第一方向上的非中心部分具有第二宽度，第二宽度是沿着第二方向的最大宽度；
通过加热结构体使流体材料流动从而使结构体变形，并且使用结构体的形状在第一表面上形成透镜，透镜具有其距平面的高度是均匀的或者其中心部分高于端部的形状，透镜在第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的；
在第一表面上层叠反射特定波长的光的第一光反射层，以在透镜上形成具有凹面形状的凹面镜；以及
在层叠体的第二表面侧上形成反射该波长的光的第二光反射层。
形成透镜的步骤可以包括：将结构体变形为朝向第一光反射层的一侧突出的透镜形状，其中，以第一方向为纵向方向并且第二方向为横向方向，中心部分具有第一宽度，非中心部分具有第二宽度，结构体具有其距平面的高度是均匀的或者中心部分高于端部的形状，结构体在第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的。
形成透镜的步骤可以包括：使用变形为该形状的结构体作为蚀刻掩模来蚀刻层叠体，以在第一表面上形成透镜。
形成透镜的步骤可以包括使用变形为该形状的结构体作为透镜。
结构件沿着第一方向的长度可以大于第二宽度。
结构件沿着第一方向的长度可以是40μm以上。
蚀刻可以是干法蚀刻或湿法蚀刻。
附图说明
图1是根据本技术的第一实施方式的激光元件的截面图。
图2是激光元件的部分配置的分解截面图。
图3是示出了激光元件的电流注入区域的示意图。
图4是示出激光元件的电流注入区域的示意图。
图5是包括在激光元件中的透镜的平面图。
图6是包括在激光元件中的透镜的透视图。
图7是包括在激光元件中的透镜的平面图。
图8是示出包括在激光元件中的透镜的形状示意图。
图9是示出包括在激光元件中的透镜的中心部分和非中心部分的横截面形状的示意图。
图10是示出激光元件中的谐振器长度的示意图。
图11是示出了电流注入区域与激光元件的凹面镜之间的位置关系的示意图。
图12是根据本技术的第一实施方式的其中透镜包括另一构件的激光元件的截面图。
图13是示出根据本技术的第一实施方式的激光元件的操作的示意图。
图14是示出用于比较的透镜的形状的示意图。
图15是示出根据本技术的第一实施方式的激光元件的制造方法的示意图。
图16是示出了激光元件的制造方法的示意图。
图17是激光元件的制造方法中的结构的透视图。
图18是激光元件的制造方法中的结构的平面图。
图19是示出了激光元件的制造方法中的结构的形状示意图。
图20是激光元件的制造方法中的变形后的结构的透视图。
图21是示出了激光元件的制造方法中的蚀刻过程的示意图。
图22是激光元件的制造方法中的结构的透视图。
图23是包括在激光元件中的具有另一形状的透镜的平面图。
图24是在形成图23所示的透镜的过程中使用的结构的透视图。
图25是包括在激光元件中的具有另一种形状的透镜的平面图。
图26是在形成图25所示的透镜的过程中使用的结构的透视图。
图27是根据本技术的第一实施方式的包括波长转换层的激光元件的截面图。
图28是根据本技术的第一实施方式的激光元件阵列的截面图。
图29是激光元件阵列的平面图。
图30是根据本技术的第一实施方式的包括波长转换层的激光元件阵列的截面图。
图31是根据本技术的第二实施方式的激光元件的截面图。
图32是示出激光元件的部分配置的分解截面图。
图33是示出激光元件的电流限制结构的示意图。
图34是根据本技术的第二实施方式的具有另一配置的激光元件的截面图。
图35是根据本技术的第三实施方式的激光元件的截面图。
图36是示出激光元件的部分构造的分解截面图。
图37是示出激光元件的电流限制结构的示意图。
具体实施方式
(第一实施方式)
将描述根据本技术的第一实施方式的激光元件。在本公开的附图中，从激光元件发射的光的光轴方向被限定为Z方向，与Z方向正交的一个方向被限定为X方向，并且与Z方向和X方向正交的方向被限定为Y方向。根据本实施方式的激光元件具有类似于VCSEL(垂直腔面发射激光器)元件的结构。然而，VCSEL元件具有光在Z方向上谐振的结构，并且根据本实施方式的激光元件与VCSEL元件的不同之处在于谐振还发生在除Z方向之外的另一方向(Y方向)上。
[激光元件的结构]
图1是根据本实施方式的激光元件100的截面图，并且图2是示出激光元件100的分解示意图。如图所示，激光元件100包括第一半导体层101、第二半导体层102、有源层103、第一光反射层104、第二光反射层105、第一电极106和第二电极107。其中，第一半导体层101、第二半导体层102和有源层103统称为层叠体150。
这些层中的每一层都具有沿X-Y平面的层表面方向，并且第一电极106、第一光反射层104、第一半导体层101、有源层103、第二半导体层102、第二电极107和第二光反射层105按此顺序层叠。因此，层叠体150层叠在第一光反射层104和第二光反射层105之间。
第一半导体层101是由具有第一导电类型的半导体形成并将载流子传输到有源层103的层。第一导电类型可以是n型，并且第一半导体层101可以包括例如n-GaN基板。透镜160设置在第一半导体层101中。下面将描述该透镜160。第二半导体层102是由具有第二导电类型的半导体形成并且将载流子传输到有源层103的层。第二导电类型可以是P型，并且第二半导体层102可以由例如p-GaN形成。
有源层103是设置在第一半导体层101和第二半导体层102之间并且通过载流子复合而发光的层。有源层103具有多量子阱结构，在该结构中量子阱层和势垒层交替层叠以获得多个层，量子阱层可以由例如InGaN形成，并且势垒层可以由例如GaN形成。此外，有源层103仅需要是通过载流子复合而发光的层而不需要是多量子阱结构。
如图2所示，在层叠体150的表面中，第一光反射层104一侧的表面被定义为第一表面151，第二光反射层105一侧的表面被定义为第二表面152。透镜160设置在第一表面151上。结果，第一表面151具有主表面151a和透镜表面151b。主表面151a是垂直于发射光的光轴方向(Z方向)的平面(X-Y平面)。透镜表面151b是透镜160的表面并且是从主表面151a突出的表面。
第一光反射层104反射特定波长(在下文中，波长λ)的光并且使除此之外的波长的光透射通过。波长λ例如为445nm。如图1所示，第一光反射层104可以是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)，在该多层光反射膜中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层104a和低折射率层104b交替层叠以获得多个层。第一光反射层104例如可以具有Ta2O5/SiO2、SiO2/SiN、SiO2/Nb2O5等的分层结构。
第一光反射层104包括凹面镜104c。第一光反射层104层叠在层叠体150的第一表面151上以具有一定厚度。如图2所示，根据透镜160的形状，第一光反射层104在层叠体150一侧的表面形成凹面104d，并且与层叠体150相对的表面形成凸面104e。结果，在第一光反射层104中形成凹面镜104c。
第二光反射层105反射波长为λ的光，并且使除此之外的波长的光透射通过。如图1所示，第二光反射层105可以是DBR(分布式布拉格反射器)，DBR包括多层光反射膜，其中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层105a和低折射率层105b交替层叠以获得多个层。例如，第二光反射层105可具有Ta2O5/SiO2、SiO2/SiN、SiO2/Nb2O5等的分层结构。
第一电极106设置在第一光反射层104上的凹面镜104c周围并且用作激光元件100的一个电极。第一电极106可以包括例如由Au、Ni、Ti等形成的单层金属膜，或者由Ti/Au、Ag/Pd、Ni/Au/Pt等形成的多层金属膜。
第二电极107设置在第二半导体层102与第二光反射层105之间，并且用作激光元件100的另一个电极。例如，第二电极107可由诸如ITO(氧化铟锡)、ITiO(氧化钛铟)、TiO、AZO(掺铝氧化锌)、ZnO、SnO、ZSnO、SnO2、SnO3、TiO、TiO2、以及石墨烯的透明导电材料形成。
在激光元件100中，电流限制结构形成在层叠体150中。图3和图4各自是示出电流限制结构的示意图。图3的部分(a)和图4的部分(a)分别是当从光轴方向(Z方向)观看时电流限制结构的平面图。图3的部分(b)是示出电流限制结构的X-Z截面的截面图，并且图4的部分(b)是示出电流限制结构的Y-Z截面的截面图。如图3的部分(b)和图4的部分(b)中所示，电流限制结构具有电流注入区域121和绝缘区域122(虚线区域)。电流注入区域121是未注入离子的区域(非离子注入区域)，并且是具有导电性的区域。
绝缘区域122是在层表面方向(X-Y方向)上围绕电流注入区域121的区域，并且是通过将离子注入到形成层叠体150的半导体材料中而绝缘的区域(离子注入区域)。待注入绝缘区域122的离子可以是B(硼)离子。此外，可以使用能够绝缘半导体材料的离子，诸如O(氧)离子和H(氢)离子来代替B离子。
如图3的部分(a)和图4的部分(a)中所示，电流注入区域121具有细长的平面形状，其中，一个方向(Y方向)作为纵向方向，并且与纵向方向正交的方向(X方向)作为横向方向。在下文中，电流注入区域121的纵向方向(Y方向)将被称为第一方向A1并且电流注入区域121的横向方向(X方向)将被称为第二方向A2。第一方向A1和第二方向A2与光轴方向(Z方向)正交并且是彼此正交的方向。
如图3的部分(a)和图4的部分(a)中所示，当电流注入区域121沿着第一方向A1的长度限定为长度Le，并且沿着第二方向A2的宽度限定为宽度de时，长度Le适当地为宽度de的三倍以上，并且更适当地为20倍以上。具体地，长度Le适当地为40μm或更大。
流过激光元件100的电流不能穿过绝缘区域122并且集中在电流注入区域121中。即，电流限制结构由电流注入区域121和绝缘区域122形成。注意，绝缘区域122不需要设置在所有的第一半导体层101、有源层103和第二半导体层102中，而仅需要设置在这些层中的至少一层中。
注意，在从图3的部分(a)和图4的部分(a)中所示的光轴方向(Z方向)观看时，电流注入区域121的平面形状是在图3的部分(b)和图4的部分(b)中所示的电流注入区域121在层表面方向(X-Y方向)上具有最小直径的一部分的平面图形。由于电流注入区域121的直径随着远离第二半导体层102与第二电极106之间的界面而增大，因此电流注入区域121的平面形状为同一界面处的电流注入区域121的形状。
[关于透镜形状]
将描述透镜160的形状。图5至图7分别是示出透镜160的形状的示意图。图5的部分(a)是当从光轴方向(Z方向)观察时第一半导体层101的截面图，并且图5的部分(b)是第一半导体层101的截面图。图6是透镜160的透视图。图7的部分(a)是当从X方向观看时的透镜160的平面图，并且图7的部分(b)是当从Y方向观看时的透镜160的平面图。如图5至图7所示，透镜160被设置成从平行于X-Y平面的主表面151a朝向第一光反射层104的一侧突出。在下文中，主表面151a将被称为用于限定透镜160的形状的“平面”。
如图5中所示，透镜160具有细长的透镜形状，以平行于主表面151a的一个方向(Y方向)为纵向方向以及与纵向方向正交的方向(X方向)为横向方向。透镜160的纵向方向(Y方向)与作为电流注入区域121的纵向方向的第一方向A1(参见图3)匹配，并且透镜160的横向方向(X方向)与作为电流注入区域121的横向方向的第二方向A2匹配。即，透镜160具有作为纵向方向的第一方向A1和作为横向方向的第二方向A2。
图8是示出当从光轴方向(Z方向)观看时透镜160的形状的示意图。如图所示，透镜160包括中心部分160a和非中心部分160b。中心部分160a是透镜160的位于第一方向A1上的中心的部分。当中心部分160a沿着第二方向A2的宽度被定义为第一宽度ds1时，第一宽度ds1是透镜160沿着第二方向A2的最短宽度。第一宽度ds1可以是例如36μm。
此外，非中心部分160b是透镜160在第一方向A1上远离中心部分160a定位的部分，并且是透镜160靠近两端的部分。当非中心部分160b沿着第二方向A2的宽度被定义为第二宽度ds2时，第二宽度ds2是透镜160沿着第二方向A2的最大宽度。第二宽度ds2适当地为10μm以上，并且可以是例如40μm。
在透镜160中，中心部分160a与非中心部分160b之间的部分可以具有这样的形状，其中，沿着第二方向A2的宽度从非中心部分160b至中心部分160a逐渐减小，如图8所示。当从光轴方向(Z方向)观看时，在透镜160的外周边缘与第一方向A1之间形成的角θ可以是例如3.8°。此外，如图8所示，当透镜160沿着第一方向A1的长度定义为长度Ls时，长度Ls适当地大于第二宽度ds2并适当地为40μm或更大。长度Ls可以是例如100μm。
图9是示出中心部分160a和非中心部分160b的形状的示意图，图9的部分(a)示出了中心部分160a沿着X-Z平面截取的截面图，并且图9的部分(b)示出了非中心部分160b沿着X-Z平面截取的截面图。如图9的部分(a)和图9的部分(b)中所示，中心部分160a和非中心部分160b可具有其中在X-Z截面中的外周边缘具有曲线的形状，该曲线的形状在中心部分160a和非中心部分160b之间不同。在中心部分160a和非中心部分160b之间的部分中，在X-Z截面中由外周边缘绘制的曲线具有在图9的部分(a)与图9的部分(b)之间的中间形状。
如图7和图9中所示，透镜160从主表面151a(在Z方向上)开始的高度被定义为高度Hs。如图9的部分(a)和(b)中所示，中心部分160a和非中心部分160b均具有高度Hs。此外，中心部分160a与非中心部分160b之间的部分也具有高度Hs，并且透镜160具有均匀的高度Hs，如图7所示。注意，高度Hs优选为10nm以上。此外，透镜160可以具有中心部分160a距主表面151a的高度大于端部距主表面151a的高度的形状。端部是在第一方向A1上位于透镜160a的两端附近的部分，并且例如是非中心部分160b。
此外，在透镜160中，透镜表面152b的顶点(在下文中，透镜的顶点)在第二方向A2上具有曲率半径(ROC)Rs。在图9的部分(a)和(b)中，透镜的顶点由虚线表示，并且显示透镜的顶点在第二方向A2上的曲率半径Rs。如图9的部分(a)和(b)中所示，在中心部分160a和非中心部分160b内，透镜的顶点具有相同的曲率半径Rs。此外，中心部分160a和非中心部分160b之间的部分也具有曲率半径Rs。在透镜160中，透镜的顶点在第二方向A2上具有均匀的曲率半径Rs。
该曲率半径Rs适当地等于或大于激光元件100的谐振器长度。图10是示出激光元件100的谐振器长度K的示意图。如图所示，激光元件100的谐振器长度K是凹面镜104c和第二光反射层105之间的距离。曲率半径Rs适当地为谐振器长度K或更大，可与谐振器长度K相同，或者可大于谐振器长度K。这是因为当曲率半径Rs小于谐振器长度K时，不会发生下面描述的激光振荡。谐振器长度K可以是例如25μm，曲率半径Rs可以是例如44μm。
另外，在透镜160中，透镜表面152b的表面精度(RMS)优选为1.0nm以下。这是因为，在透镜表面152b的表面精度(RMS)超过1.0nm的情况下，在透镜表面152b中产生光损耗。表面精度(RMS)可以是例如0.6nm。
图11是示出透镜160和电流注入区域121(见图3)之间的位置关系的示意图，并且是当从光轴方向(Z方向)观看时透镜160和电流注入区域121的示图。如图所示，透镜160的位置和形状被形成为使得当从相同的方向观看时电流注入区域121与透镜160重叠。
注意，透镜160可以如图2所示由第一半导体层101的一部分形成，但是可以包括与第一半导体层101不同的构件。图12是示出接合至第一半导体层101的透镜160的截面图。如图所示，透镜160可包括接合至第一半导体层101的构件。
此外，虽然在以上描述中，平行于X-Y平面的主表面151a被定义为用于限定透镜160的形状的“平面”，但是主表面151a不限于平行于X-Y平面的平坦表面，并且可以是弯曲表面等。在这种情况下，平行于X-Y平面的虚拟平面可以用作用于限定透镜160的形状的“平面”。
应注意，透镜160可具有其中在X-Z截面中的外周边缘具有如上所述的曲线的形状。由透镜160的外周边缘在X-Z截面中绘制的形状可以是圆的一部分、抛物线的一部分、正弦曲线的一部分、椭圆的一部分、或悬链曲线的一部分。在某些情况下，这种形状严格来说不是圆的一部分、严格来说不是抛物线的一部分、严格来说不是正弦曲线的一部分、严格来说不是椭圆的一部分、或严格来说不是悬链曲线的一部分。即，短语“形状是圆的一部分、抛物线的一部分、正弦曲线的一部分、椭圆的一部分、或链曲线的一部分”包括形状基本上是圆的一部分、抛物线的基本部分、正弦曲线的基本部分、椭圆的基本部分、或链曲线的基本部分的情况。这些曲线的一部分可以用线段代替。透镜160的外周边缘在X-Z截面中绘制的形状可以通过用测量仪器测量透镜表面152b的形状并且基于最小二乘法分析所获得的数据来获得。
[激光元件的操作]
将描述激光元件100的操作。图13是示出激光元件100的操作的示意图。当在第一电极106和第二电极107之间施加电压时，电流在第一电极106和第二电极107之间流动。电流由电流限制结构限制并且被注入到电流注入区域121，如图13中的箭头C所示。
该注入电流在有源层103的电流注入区域121附近引起自发发射光F。自发发射光F在激光元件100的层叠方向(Z方向)上行进并且被第一光反射层104和第二光反射层105反射。
由于第一光反射层104和第二光反射层105被配置为反射具有振荡波长λ的光，所以具有振荡波长λ的自发发射光的分量在第一光反射层104与第二光反射层105之间形成驻波并且被有源层103放大。当注入的电流超过阈值时，形成驻波的光引起激光振荡。由此产生的激光E透射通过第二光反射层105并且以Z方向作为光轴方向从激光元件100发射。
在此，在激光元件100中，电流注入区域121具有沿着第一方向A1(Y方向)延伸的细长平面形状，并且透镜160也具有沿着第一方向A1延伸的细长形状(见图11)。通过将电流注入区域121和透镜160沿着第一方向A1形成为细长形状，可以在第二方向A2上通过电流注入区域121限制光限制区域，同时在第一方向A1上通过电流注入区域121扩展光限制区域。因此，从激光元件发射的激光E在第一方向A1的宽度增加，并且可以减小激光E沿着Y方向的辐射角。
此外，透镜160不仅在层叠方向(Z方向)上引起光谐振，而且在第一方向A1(Y方向)上引起光谐振。结果，可以改善激光E的相干性。如上所述，由于电流注入区域121和透镜160沿着第一方向A1具有细长形状，所以激光元件100能够发射具有大光束直径和窄辐射角的激光E，并且作为发射线性光束的线光源操作。
[激光元件的效果]
如上所述，激光元件100包括透镜160，在透镜160中，距主表面151a的高度Hs是均匀的并且透镜的顶点在第二方向A2上的曲率半径Rs是均匀的。图14是当从各个方向观察时透镜560的示意图，其示出用于比较。透镜560具有细长的透镜形状，其中第一方向A1作为纵向方向并且第二方向A2作为横向方向。透镜560具有其距平面551a的高度不均匀并且中心部分的高度低的形状。此外，在透镜560中，透镜的顶点在第二方向A2上的曲率半径也是不均匀的。
在透镜具有在一个方向上较长(具体地，40μm以上)的形状的情况下，如图14所示，由于在生产过程中的表面张力和重力的影响，中心部分被压下，这导致从平面551a起的高度和透镜的顶点的曲率半径不均匀的形状。如果激光元件100包括透镜560而不是透镜160，由于透镜560的高度不均匀，具体地，端部高于中心部分，所以谐振器长度K(见图10)根据光到达透镜560的哪个部分而不同。为此，在激光元件100中的不同位置处建立不同的纵向模式(Z方向上的重复状态)。
此外，因为在透镜560中透镜顶点的曲率半径不均匀，所以在激光元件100中建立不同的横向模式(在X-Y方向上的重复状态)。由于这些原因，在激光元件100包括透镜560的情况下，在激光元件100中出现激光E的亮度不均匀，激光元件100中的光场不会变得相干，并且不能发射具有窄辐射角的激光E。
另一方面，激光元件100包括透镜160，其中，透镜顶点的高度Hs和曲率半径Rs是均匀的。为此，通过在透镜160上形成电流注入区域121，可形成具有在透镜160的光轴方向(Z方向)上的谐振和在透镜160的纵向方向(Y方向)上的谐振的模式，并且实现发射具有高线性度的光的激光元件100。此外，在激光元件100中，在某些情况下，由于曲率半径Rs是均匀的，所以横向模式可以是统一的，并且由于高度Hs是均匀的，所以纵向模式可以是统一的。因此，可以发射没有亮度不均匀的激光E，并且因此，激光元件100能够实现良好的线光源。
此外，在高度不均匀(具体地端部高于中心部分)的形状中，如在透镜560中，由于应力集中在中心部分中，所以存在通过加热或物理接触损坏中心部分的可能性。另一方面，在高度如在透镜160中一样均匀的情况下，由于分散应力，所以可以提高耐用性。
[激光元件的制造方法]
将描述制造激光元件100的方法。图15至图21分别是示出制造激光元件100的方法的示意图。首先，如图15所示，制备层叠体150。层叠体150可以通过在第一半导体层101(基板)上层叠有源层103和第二半导体层102来制备。可以通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法等层叠有源层103和第二半导体层102。
随后，如图16所示，形成绝缘区域122。可以通过从第二半导体层102一侧将离子注入到层叠体150中来形成绝缘区域122。此时，通过用掩模覆盖第二半导体层102的部分区域，可以形成作为不注入离子的区域的电流注入区域121。
随后，如图17所示，在层叠体150的第一表面151上形成结构体170。结构体170距第一表面151具有一定厚度并且被图案化为预定形状。图18是示出结构体170的形状的平面图并且是当从光轴方向(Z方向)观察时结构体170的示图。如图所示，结构体170具有细长形状，其中，一个方向(Y方向)作为纵向方向，并且与纵向方向正交的方向(X方向)作为横向方向。结构体170的纵向方向(Y方向)与作为电流注入区域121的纵向方向的第一方向A1(参见图3)匹配，并且结构体170的横向方向(X方向)与作为电流注入区域121的横向方向的第二方向A2匹配。即，结构体170具有作为纵向方向的第一方向A1和作为横向方向的第二方向A2。
图19是示出当从光轴方向(Z方向)观察时结构体170的形状的示意图。如图所示，结构体170包括中心部分170a和非中心部分170b。中心部分170a是结构体170的位于第一方向A1上的中心的部分。当中心部分170a沿第二方向A2的宽度被定义为第一宽度dp1时，第一宽度dp1是结构体170沿第二方向A2的最短宽度。第一宽度dp1可以是例如36μm。
此外，非中心部分170b是结构体170在第一方向A1上远离中心部分170a定位的部分，并且是结构体170靠近两端的部分。当沿着第二方向A2的非中心部分170b的宽度被定义为第二宽度dp2时，第二宽度dp2是结构体170沿着第二方向A2的最大宽度。第二宽度dp2适当地为10μm以上，并且可以是例如40μm。
在结构体170中，中心部分170a与非中心部分170b之间的部分可以具有这样的形状，其中沿着第二方向A2的宽度从非中心部分170b到中心部分170a逐渐减小，如图19所示。当从光轴方向(Z方向)观察时，在结构体170的外周边缘与第一方向A1之间形成的角度θ可以是例如3.8°。此外，如图19所示，当结构体170沿着第一方向A1的长度限定为长度Lp时，长度Lp适当地大于第二宽度dp2，并且适当地为40μm或更大。长度Lp可以是例如100μm。
结构体170由在室温下或在以下描述的加热过程中具有流动性的流体材料形成。流体材料可以是有机材料或SOG(玻璃上硅)，并且可以是市售光致抗蚀剂。结构体170可通过将流体材料涂布到第一表面151以具有一定厚度并使流体材料图案化来形成。
流体材料的涂布可以通过旋涂来进行，并且旋涂的转速是10rpm或更大，并且可以是例如3000rpm。可以通过在流体材料上形成具有结构体170的上述平面形状的掩模并且使用掩模执行蚀刻来执行图案化。蚀刻可以是湿法蚀刻或干法蚀刻。此外，可以使用反应离子蚀刻(RIE)。掩模可通过光刻法形成，并且校准器、步进器或电子束写入器可用作曝光装置。作为光源，可以使用g线、i线、KrF激光器、或ArF激光器。
随后，执行热处理(回流)以将结构体170加热至等于或高于流体材料的熔点的温度。加热温度可以是例如160°。这种加热改变了流体材料的粘度并且改变了结构体170的形状。图20是示出结构体175的示意图，该结构体175是通过热处理而变形的结构体170。结构体175的形状与上述透镜160的形状相同。即，结构体175的中心部分的宽度等于透镜160的第一宽度ds1(见图8)，并且结构体175的非中心部分的宽度等于透镜160的第二宽度ds2。此外，结构体175的高度是均匀的并且等于透镜160的高度Hs，并且结构体175的顶点在第二方向A2上的曲率半径等于透镜160的顶点在第二方向A2上的曲率半径Rs。
随后，使用结构体175作为蚀刻掩模蚀刻第一半导体层101。图21是示出该蚀刻的示意图。如图中的箭头所示，从第一表面151一侧向第一半导体层101提供蚀刻剂。结果，从第一表面151侧蚀刻第一半导体层101以形成透镜160。此时，使第一半导体层101和结构体175的蚀刻速率相等，可以形成形状与结构体175的形状相同的透镜160。蚀刻可以是湿法蚀刻或干法蚀刻。然而，各向异性蚀刻是合适的，并且可以使用反应性离子蚀刻。
此外，代替使用结构体175作为蚀刻掩模，结构体175可以用作透镜160。当结构体175用作透镜160时，如图12所示形成包括不同于第一半导体层101的构件的透镜160。通过形成具有对振荡波长λ的光透明的材料的结构体170，结构体175可以用作透镜160。
以这种方式，透镜160可以形成在第一表面151上(见图6)。之后，形成第一光反射层104、第二光反射层105、第一电极106和第二电极107，因此，可制备图1所示的激光元件100。这些层中的每一层都可以通过溅射方法、真空沉积方法等形成。当在第一半导体层101上层叠第一光反射层104时，由于透镜160设置在第一表面151上，所以形成凹面镜104c。注意，第二光反射层105和第二电极107可以在形成透镜160之前形成。
在该制造方法中，通过使结构体170具有如上所述的中心部分170a的宽度窄的形状(参见图19)，可以使结构体175的高度和顶点的曲率半径均匀，从而使透镜160的高度和透镜顶点的曲率半径均匀。如果结构体170在从Z方向观察时具有均匀的宽度，则变形为结构体175导致其中由于表面张力和重量的影响而引起的中心部分下凹的形状(参见图14)，并且中心部分的曲率半径增加。另一方面，当结构体170具有中心部分170a的宽度窄的形状时，表面张力起作用以减小曲率半径，并且可以使结构体175的高度和顶点的曲率半径均匀。
此外，在上述蚀刻第一半导体层101的步骤中，通过在结构体175的表面精度(RMS：均方根)低于第一半导体层101的表面精度(RMS)的条件下进行蚀刻，可以使蚀刻之后的透镜160的表面的表面精度(RMS)低于蚀刻之前的表面精度。因此，可以抑制透镜160的表面上的散射损耗并提高谐振器的性能。此外，可以降低激光元件100的阈值和功耗并且改善输出结构、效率和可靠性。
激光元件100可以用这种方式制造。注意，激光元件100的制造方法不限于这里所示的方法，并且激光元件100可以通过另一制造方法来制造。图22是示出了激光元件100的另一种制造方法的示意图。在第一表面151上形成结构体170(见图17)之后，在第一表面151如图所示竖直面向下的情况下执行热处理(回流)。这防止了结构体175的中心部分的高度由于重力而减小，并且因此，可以使结构体175的高度均匀或者使中心部分高于端部。
[透镜的另一配置]
包括在激光元件100中的透镜160可具有以下示出的配置，而不是上述配置。图23和图25均是具有另一配置的透镜160的平面图，并且各自是当从光轴方向(Z方向)观看时的透镜160的示图。
如图23中所示，透镜160可具有其中沿着第二方向A2的宽度从非中心部分160b至中心部分160a阶梯式减小的形状。透镜160的高度Hs和透镜顶点在第二方向A2上的曲率半径Rs(参见图9)是均匀的。高度Hs可以是例如3.6μm，并且曲率半径Rs大于谐振器长度K(见图10)并且可以是例如44μm。
中心部分160a沿着第二方向A2的第一宽度ds1可以是例如36μm，并且非中心部分160b沿着第二方向A2的第二宽度ds2可以是例如40μm。此外，透镜160沿着第一方向A1的长度Ls可以是例如100μm，沿着第一方向A1具有第一宽度ds1的部分的长度Ms1可以是例如10μm，并且沿着第一方向A1具有第二宽度ds2的部分的长度Ms2可以是例如30μm。
可使用以下结构体170来制备图23中所示的透镜160的形状。图24是能够形成透镜160的该形状的结构体170的平面图。结构体170从第一表面151起具有一定厚度(见图17)，并且如图所示，可具有沿着第二方向A2的宽度从非中心部分160b至中心部分160a阶梯式减小的形状。
中心部分170a沿着第二方向A2的第一宽度dp1可以是例如36μm，并且非中心部分170b沿着第二方向A2的第二宽度dp2可以是例如40μm。此外，结构体170沿着第一方向A1的长度Lp可以是例如100μm，沿着第一方向A1具有第一宽度dp1的部分的长度Mp1可以是例如10μm，沿着第一方向A1具有第二宽度dp2的部分的长度Mp2可以是例如30μm。
此外，如图25所示，透镜160还可具有其中宽度从非中心部分160b至中心部分160a变窄的矩形块(B1至B5)相连接的形状。块的数量不受特别限制，并且例如可以是五个。透镜160的高度Hs和透镜顶点在第二方向A2上的曲率半径Rs(参见图9)是均匀的。高度Hs可以是例如3.6μm，并且曲率半径Rs大于谐振器长度K(见图10)并且可以是例如44μm。
中心部分160a沿着第二方向A2的第一宽度ds1可以是例如36μm，并且非中心部分160b沿着第二方向A2的第二宽度ds2可以是例如40μm。在中心部分160a和非中心部分160b之间的部分中，沿着第二方向A2的宽度从非中心部分160b到中心部分160a减小，并且满足第二宽度ds2>第三宽度ds3>第四宽度ds4>第一宽度ds1的关系。
具体地，例如，第二宽度ds2可以为40μm，第三宽度ds3可以为39μm，第四宽度ds4可以为38μm，第一宽度ds1可以为36μm。此外，透镜160沿着第一方向A1的长度Ls可以是例如100μm。关于沿着第一方向A1的各个部分的长度Ms1至Ms4，长度Ms2可以是10μm，长度Ms3可以是10μm，长度Ms4可以是5μm，并且长度Ms1可以是10μm。
可使用以下结构体170来制备图25中所示的透镜160的形状。图26是能够形成透镜160的该形状的结构体170的平面图。结构体170从第一表面151起具有一定厚度(见图17)，并且可具有其中从非中心部分160b至中心部分160a宽度变窄的矩形块(B1至B5)相连接的形状，如图所示。中心部分170a沿着第二方向A2的第一宽度dp1可以是例如36μm，并且非中心部分170b沿着第二方向A2的第二宽度dp2可以是例如40μm。
在中心部分170a与非中心部分170b之间的部分中，沿第二方向A2的宽度从非中心部分170b向中心部分170a减小，并且满足第二宽度dp2>第三宽度dp3>第四宽度dp4>第一宽度dp1的关系。具体地，例如，第二宽度dp2可以是40μm，第三宽度dp3可以是39μm，第四宽度dp4可以是38μm，并且第一宽度dp1可以是36μm。此外，透镜160沿着第一方向A1的长度Lp可以是例如100μm。关于沿着第一方向A1的各个部分的长度Mp1至Mp4，长度Mp2可以是10μm，长度Mp3可以是10μm，长度Mp4可以是5μm，并且长度Mp1可以是10μm。
同样，在透镜160具有如图23和图25中所示的配置的情况下，由于透镜顶点的高度Hs和曲率半径Rs是均匀的，所以可以实现发射没有亮度不均匀的激光E的良好的线光源。此外，代替这里所示的形状，透镜160的形状可以是包括中心部分160a和非中心部分160b的形状，其中透镜的顶点的高度Hs和曲率半径Rs是均匀的。
[激光元件的另一配置]
激光元件100的配置不限于上述配置，并且可以是包括波长转换层的配置。图27是包括波长转换层181的激光元件100的截面图。波长转换层181由波长转换材料形成，被设置在第二光反射层105的与层叠体150相对的一侧上，并且转换已经从第二光反射层105进入的激光E(参见图13)的波长。
形成波长转换层181的波长转换材料可以是被蓝光激发并发射红光的波长转换材料。具体地，可以使用红色发光荧光体颗粒，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种原子，并且在下文中同样适用]，(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种原子，并且在下文中同样适用]，ME2Si5N8：Eu、(Ca：Eu)SiN2和(Ca：Eu)AlSiN3。
此外，形成波长转换层181的波长转换材料可以是被蓝光激发并且发射绿光的波长转换材料。具体地，可以使用绿色发光荧光体颗粒，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和Si6-ZAlZOZN8-Z：Eu。
此外，形成波长转换层181的波长转换材料可以是被蓝光激发并且发射黄光的波长转换材料。具体而言，可以使用黄色发光荧光体颗粒，具体而言，可以使用YAG(钇铝石榴石)荧光体颗粒。注意，波长转换材料可以是一种类型，或者可以混合并使用两种以上类型。
此外，通过使用形成波长转换层181的两种或更多种类型的波长转换材料的混合物，可从波长转换材料的混合物发射黄色、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。在这种情况下，仅需要使用绿色发光荧光体颗粒(例如，LaPO4：Ce、Tb、BaMgAl10O17：Eu、Mn、Zn2SiO4：Mn、MgAl11O19：Ce、Tb、Y2SiO5：Ce、Tb或MgAl11O19：CE、Tb、Mn)和蓝色发光荧光体颗粒(例如，BaMgAl10O17：Eu、BaMg2Al16O27：Eu、Sr2P2O7：Eu、Sr5(PO4)3Cl：Eu、(Sr、Ca、Ba、Mg)5(PO4)3Cl：Eu、CaWO4或CaWO4：Pb)的混合物。
此外，形成波长转换层181的波长转换材料可以是被紫外线激发并发射红光的波长转换材料。具体地，可以使用红色发射荧光体颗粒，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或Y2O2S：Eu。
此外，形成波长转换层181的波长转换材料可以是被紫外线激发并发射绿光的波长转换材料。具体地，可以使用绿色发光荧光体颗粒，更具体地，LaPO4：Ce，Tb，BaMgAl10O17：Eu，Mn，Zn2SiO4：Mn、MgAl11O19：Ce，Tb、Y2SiO5：Ce，Tb、MgAl11O19：CE，Tb，Mn、或Si6-ZAlZOZN8-Z：Eu。
此外，形成波长转换层181的波长转换材料可以是被紫外线激发并发射蓝光的波长转换材料。具体地，可以使用蓝光发光荧光体颗粒，更具体地，BaMgAl10O17：Eu、BaMg2Al16O27：Eu、Sr2P2O7：Eu、Sr5(PO4)3Cl：Eu、(Sr，Ca，Ba，Mg)5(PO4)3Cl：Eu、CaWO4或CaWO4：Pb。
此外，形成波长转换层181的波长转换材料可以是被紫外线激发并且发射黄光的波长转换材料。具体地，可以使用黄色发光荧光体颗粒，更具体地，YAG荧光体颗粒。注意，波长转换材料可以是一种类型，或者可以混合并使用两种以上类型。此外，通过使用两种以上类型的波长转换材料的混合物，可从波长转换材料的混合物发射黄色、绿色和红色之外的颜色的发射光。具体地，可以发射青色光。在该情况下，只要使用上述绿色发光荧光体颗粒和蓝色发光荧光体颗粒的混合物即可。
然而，波长转换材料(颜色转换材料)不限于荧光体颗粒。波长转换材料的实例包括发光颗粒，在该发光颗粒中，在间接过渡硅材料中载流子的波函数被局部化以便如在直接过渡材料中那样将载流子有效地转换成光，并且使用量子效应；诸如二维量子阱结构、一维量子阱结构(量子线)、以及零维量子阱结构(量子点)的量子阱结构被应用于该发光颗粒。此外，已知添加到半导体材料的稀土原子会由于壳内跃迁而急剧发光，并且也可以使用应用了这种技术的发光颗粒。
形成波长转换层181的波长转换材料(颜色转换材料)的实例包括如上所述的量子点。随着量子点的尺寸(直径)减小，带隙能量增大并且从量子点发射的光的波长减小。即，量子点的尺寸越小，发射的光(蓝光侧的光)的波长越短，并且尺寸越大，发射的光(红光侧的光)的波长越长。因此，通过使用形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(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。形成量子点的材料的实例包括但不限于Si；Se；作为黄铜矿化合物的CIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2、AgInSe2；钙钛矿材料；作为III-V族化合物的GaAs、GaP、InP、InAs、InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、GaN；CdSe、CdSeS、CdS、CdTe、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnTe、ZnS、HgTe、HgS、PbSe、PbS和TiO2。
此外，虽然在以上描述中，第一半导体层101由n型半导体材料形成并且第二半导体层102由p型半导体材料形成，但是第一半导体层101可以由p型半导体材料形成并且第二半导体层102可以由n型半导体材料形成。此外，激光元件100可具有能够实现上述激光元件100的操作的另一配置。
[关于激光元件阵列]
激光元件100可以构成激光元件阵列。图28是根据该实施方式的激光元件阵列10的截面图，并且图29是激光元件阵列10的示意性平面图。
如图28和图29所示，激光元件阵列10包括多个阵列式激光元件100。构成激光元件阵列10的激光元件100的数量没有特别限制，但可以是例如10个。如图29中所示，激光元件100可被排列成使得激光元件100中的每一个的第一方向A1(透镜160的纵向方向)相匹配。例如，阵列间距R(透镜160的中心之间的间隔)可以是20μm。激光元件100的排列方向不限于此，并且透镜160可以排列成六边形密堆阵列。
每个激光元件100的第一电极106与相邻激光元件100的第一电极106间隔开。因此，通过独立地控制激光元件100的第一电极106与第二电极107之间的电压，能够使激光元件100独立地发光。因为激光元件100中的每一个都是发射没有亮度不均匀的激光E的良好的线光源，所以通过例如排列激光元件100，激光元件阵列10可具有超过1W的高输出。
同样，在激光元件阵列10中，激光元件100可包括波长转换层181。图30是示出包括波长转换层181的激光元件阵列10的截面图。波长转换层181可以包括在每个激光元件100中、或者可以是多个激光元件100之间的一个连续层。
(第二实施方式)
将描述根据本技术的第二实施方式的激光元件。根据本实施方式的激光元件与根据第一实施方式的激光元件的不同之处主要在于电流限制结构。根据本实施方式的激光元件具有与VCSEL元件的结构类似的结构，但根据本实施方式的激光元件与VCSEL元件的不同之处在于不仅在Z方向上发生谐振，而且在另一方向(Y方向)上发生谐振。
[激光元件的结构]
图31是根据本实施方式的激光元件200的截面图，并且图32是示出激光元件200的局部配置的分解截面图。如图所示，激光元件200包括基板201、第一半导体层202、第二半导体层203、第三半导体层204、有源层205、隧道结层206、第一光反射层207、第二光反射层208、第一电极209、第二电极210和绝缘膜211。其中，基板201、第一半导体层202、第二半导体层203、第三半导体层204、有源层205和隧道结层206统称为层叠体250。
这些层中的每一层都具有沿X-Y平面的层表面方向，并且第一光反射层207、基板201、第一半导体层202、有源层205、第二半导体层203、第三半导体层204和第二光反射层208按此顺序层叠。因此，层叠体250设置在第一光反射层207和第二光反射层208之间。
基板201支撑激光元件200的每一层。基板201可以包括例如半绝缘InP基板。如图32所示，透镜260设置在基板201上。下面将描述该透镜260。
第一半导体层202是由具有第一导电类型的半导体形成并且将载流子传输到有源层205的层。第一导电类型可以是n型，并且第一半导体层202可以是由例如n-InP形成的层。第二半导体层203是由具有第二导电类型的半导体形成并将载流子传输到有源层205的层。第二导电类型可以是P型，并且第二半导体层203可以是由例如P-InP形成的层。第三半导体层204是由具有第一导电类型的半导体形成并且将载流子传输到隧道结层206的层。第三半导体层204可以是由例如n-InP形成的层。
有源层205是设置在第一半导体层202和第二半导体层203之间并且通过载流子复合而发光的层。有源层205具有多量子阱结构，在该结构中量子阱层和势垒层交替层叠以获得多个层，量子阱层可以由例如InGaAsP形成，并且势垒层例如可以由具有与量子阱层的组成不同的组成的InGaAsP形成。此外，有源层205仅需要是通过载流子复合而发光的层、而不需要是多量子阱结构。
隧道结层206形成埋入隧道结。隧道结层206设置在第二半导体层203的中心部分与第三半导体层204的中心部分之间。隧道结层206包括在第二半导体层203一侧的第一层206a和在第三半导体层204一侧的第二层206b。第一层206a是具有高杂质浓度的第二导电类型的层，并且可以是例如由p+-AlInGaAs形成的层。第二层206b是具有高杂质浓度的第一导电类型的层，并且可以是例如由n+-InP形成的层。
如图31所示，去除有源层205、第二半导体层203和第三半导体层204的外周部分，以形成台面(平台结构)M。隧道结层206被布置为当从Z方向观察时位于台面M的中心部分中。
如图31所示，在层叠体250的表面中，第一光反射层207一侧的表面被定义为第一表面251，第二光反射层208一侧的表面被定义为第二表面252。透镜260设置在第一表面251上。因此，如图32中所示，第一表面251具有主表面251a和透镜表面251b。主表面251a是垂直于发射光的光轴方向(Z方向)的平面(X-Y平面)。透镜表面251b是透镜260的表面，并且是从主表面251a突出的表面。
第一光反射层207反射特定波长(在下文中，波长λ)的光，并且使该波长以外的波长的光透射通过。波长λ例如是在1300nm至1600nm内的特定波长。如图31所示，第一光反射层207可以是DBR(分布式布拉格反射器)，DBR包括多层光反射膜，其中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层207a和低折射率层207b交替层叠以获得多个层。例如，第一光反射层207可具有Ta2O5/SiO2、SiO2/SiN、SiO2/Nb2O5等的分层结构。
第一光反射层207包括凹面镜207c。第一光反射层207层叠在基板201的第二表面201b上以具有一定厚度，其在层叠体250一侧的表面根据设置在第一表面251上的透镜260的形状而形成凹面207d，并且在与层叠体250相对的一侧的表面形成凸面207e。结果，在第一光反射层207中形成凹面镜207c。
第二光反射层208反射波长为λ的光并且使该波长以外的波长的光透射通过。如图31所示，第二光反射层208可以是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)，在多层光反射膜中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层208a和低折射率层208b交替层叠以获得多个层。例如，第二光反射层208可具有Ta2O5/SiO2、SiO2/SiN、SiO2/Nb2O5等的分层结构。
第一电极209设置在第一半导体层202上的台面M的周围，并且用作激光元件200的一个电极。第一电极209可包括例如由Au、Ni、Ti等形成的单层金属膜，或由Ti/Au、Ag/Pd、Ni/Au/Pt等形成的多层金属膜。
第二电极210设置在第三半导体层204上的第二光反射层208周围并且用作激光元件200的另一电极。第二电极210可包括例如由Au、Ni、Ti等形成的单层金属膜或由Ti/Au、Ag/Pd、Ni/Au/Pt等形成的多层金属膜。绝缘膜211设置在台面M的侧表面和台面M的上表面上的第二电极210周围，以使台面M的外周绝缘。绝缘膜211由任意的绝缘材料形成。
在激光元件200中，通过隧道结层206在层叠体250中形成电流限制结构。图33是示出了电流限制结构的示意图。如图所示，电流限制结构具有电流注入区域221和绝缘区域222。电流注入区域221是由隧道结层206形成隧道结的区域(隧道结区域)，并且通过该隧道结使电流穿过其中。绝缘区域222是在层表面方向(X-Y方向)上围绕电流注入区域221并且由于没有形成隧道结(非隧道结区域)而不会使电流通过的区域。因为流过激光元件200的电流不能穿过绝缘区域222，所以电流集中在电流注入区域221中。即，电流注入区域221和绝缘区域222形成了电流限制结构。
[关于电流注入区域和透镜的形状]
激光元件200中的电流注入区域221的形状与根据第一实施方式的电流注入区域121的形状相同。即，电流注入区域221具有细长的平面形状，其中第一方向A1作为纵向方向并且第二方向A2作为横向方向(见图3和图4)。第一方向A1和第二方向A2与光轴方向(Z方向)正交并且是彼此正交的方向。
此外，在激光元件200中的透镜260的形状也与根据第一实施方式的透镜160的形状相同。即，透镜260具有细长的透镜形状，其中第一方向A1作为纵向方向并且第二方向A2作为横向方向。而且，透镜260的长度、宽度和高度、透镜顶点的曲率半径和表面精度(RMS)与透镜160中的相同。
注意，虽然如图32所示，透镜260可以由基板201的一部分形成，但是透镜260可以包括与基板201不同并且接合到基板201的构件(见图12)。
[激光元件的操作]
激光元件200与根据第一实施方式的激光元件100类似地操作。即，当在第一电极209和第二电极210之间施加电压时，电流在第一电极209和第二电极210之间流动。电流由电流限制结构限制并且被注入到电流注入区域221。由该注入电流引起的自发发射光被第一光反射层207和第二光反射层208反射以引起激光振荡。由此产生的激光透射通过第二光反射层208并且以Z方向作为光轴方向从激光元件200发射。激光元件200能够通过电流注入区域221和透镜260的形状发射具有大光束直径和窄辐射角的激光E，并且作为发射线性光束的线光源操作。
[激光元件的效果]
此外，激光元件200包括透镜260，在该透镜中，距主表面251a的高度Hs和透镜顶点在第二方向A2上的曲率半径Rs(参见图9)是均匀的。为此，通过在透镜260上形成电流注入区域221，可以形成在透镜260的光轴方向(Z方向)上具有谐振和在纵向方向(Y方向)上具有谐振的模式，并且实现发射具有高线性度的光的激光元件200。此外，在激光元件200中，在一些情况下，因为曲率半径Rs是均匀的，所以横向模式可以是统一的，并且因为高度Hs是均匀的，所以纵向模式可以是统一的。因此，可以发射没有亮度不均匀的激光E，并且因此，激光元件200能够实现良好的线光源。此外，因为在透镜260中高度更均匀并且应力分散，所以可以提高耐用性。
[激光元件的制造方法]
在激光元件200的制造方法中，在通过金属有机化学气相沉积法等在基板201上层叠直到第二层206b的各个层之后，通过光刻和蚀刻去除第一层206a和第二层206b的不必要部分以形成隧道结层206。隧道结层206的形状可以通过光刻法自由地控制。
随后，在隧道结层206上层叠第三半导体层204，并且通过光刻和蚀刻形成台面M。结果，在基板201上形成层叠体250。此外，通过与第一实施方式中的方法相似的方法在基板201上设置透镜260，并且层叠第一光反射层207、第二光反射层208等，从而使得可以制造激光元件200。此外，激光元件200可以通过另一种制造方法来制造。
[关于通过离子注入的电流限制结构]
尽管如上所述，通过激光元件200中的隧道结层206由埋入隧道结提供电流限制结构，但如下所述，也可以通过将离子注入到隧道结层206中提供电流限制结构。
图34是具有通过离子注入形成的绝缘区域223的激光元件200的截面图。在该配置中，隧道结层206整体设置在第二半导体层203与第三半导体层204之间，并且绝缘区域223(虚线区域)设置在隧道结层206的外周区域中。
如图34所示，电流限制结构具有电流注入区域221和绝缘区域223。电流注入区域221由未注入离子的隧道结层206形成。同时，绝缘区域223是在层表面方向(X-Y方向)上围绕电流注入区域221并且通过将离子注入到隧道结层206中而绝缘的区域。注入到离子注入区域的离子可为B(硼)离子。此外，可以使用能够使半导体材料绝缘的离子，诸如O(氧)离子和H(氢)离子来代替B离子。
同样在该配置中，因为流过激光元件200的电流不能穿过绝缘区域223，所以电流集中在电流注入区域221中。即，由电流注入区域221和绝缘区域223形成了电流限制结构。
[激光元件的另一配置]
虽然在以上描述中，各个层被层叠在基板201上以制备层叠体250，但是层叠体250可以通过将各个层层叠在另一支撑基板上、去除支撑基板并且将这些层接合到基板201来形成。此外，类似于第一实施方式，激光元件200可以包括波长转换层(参见图27)，该波长转换层在第二光反射层208的与层叠体250相对的一侧上改变发射光的波长。
此外，虽然第一半导体层202和第三半导体层204已由n型半导体材料形成并且第二半导体层203已由p型半导体材料形成，但是第一半导体层202和第三半导体层204可由p型半导体材料形成并且第二半导体层203可由n型半导体材料形成。在这种情况下，隧道结层206的第一层206a可以是具有高杂质浓度的n型层，并且第二层206b可以是具有高杂质浓度的p型层。此外，代替上述配置，激光元件200可具有能够实现上述激光元件200的操作的另一配置。
[关于激光元件阵列]
可以与第一实施方式类似地排列激光元件200。因为每个激光元件200是发射没有亮度不均匀的激光E的良好的线光源，所以例如通过排列激光元件200，包括激光元件200的激光元件阵列可具有超过1W的高输出。包括激光元件200的激光元件阵列可以包括波长转换层(见图28)。
(第三实施方式)
将描述根据本技术的第三实施方式的激光元件。根据本实施方式的激光元件与根据第一实施方式的激光元件的不同之处主要在于电流限制结构。根据本实施方式的激光元件具有与VCSEL元件的结构类似的结构，但根据本实施方式的激光元件与VCSEL元件的不同之处在于不仅在Z方向上发生谐振，而且在另一方向(Y方向)上发生谐振。
[激光元件的结构]
图35是根据本实施方式的激光元件300的截面图，并且图36是激光元件300的部分配置的分解截面图。如这些图所示，激光元件300包括基板301、第一半导体层302、第二半导体层303、有源层304、氧化限制层305、第一光反射层306、第二光反射层307、第一电极308、第二电极309和绝缘膜310。其中，基板301、第一半导体层302、第二半导体层303、有源层304和氧化限制层305被统称为层叠体350。
这些层中的每一层都具有沿着X-Y平面的层表面方向，并且第一光反射层306、基板301、第一半导体层302、有源层304、第二半导体层303、氧化限制层305、以及第二光反射层307按此顺序层叠。因此，层叠体350设置在第一光反射层306和第二光反射层307之间。
基板301支撑激光元件300的每一层。基板301可以包括例如半绝缘GaAs基板。如图36所示，透镜360设置在基板301上。下面将描述该透镜360。
第一半导体层302是由具有第一导电类型的半导体形成并且将载流子传输到有源层304的层。第一导电类型可以是n型，并且第一半导体层302可以由例如n-GaAs形成。第二半导体层303是由具有第二导电类型的半导体形成并将载流子传输到有源层304的层。第二导电类型可以是P型，并且第二半导体层303可以是由例如P-GaAs形成的层。
有源层304是设置在第一半导体层302和第二半导体层303之间并且通过载流子复合而发光的层。有源层304具有多量子阱结构，在该结构中量子阱层和势垒层交替层叠以获得多个层，量子阱层可由例如GaAs形成，并且势垒层可由例如AlGaAs形成。此外，有源层304仅需要是通过载流子复合而发光的层、而不需要是多量子阱结构。
氧化限制层305形成电流限制结构。氧化限制层305具有其中半导体材料未被氧化的未氧化区域305a和其中半导体材料被氧化的氧化区域305b。未氧化区域305a由具有高杂质浓度的第二导电类型的材料形成，并且可以是例如p+-AlAs。氧化区域305b由通过氧化未氧化区域305a的组成材料获得的材料形成，并且可以是例如AlAs氧化物。
如图35所示，在层叠体350的表面中，第一光反射层306一侧的表面被定义为第一表面351，第二光反射层307一侧的表面被定义为第二表面352。透镜360设置在第一表面351上。结果，如图36所示，第一表面351具有主表面351a和透镜表面351b。主表面351a是垂直于发射光的光轴方向(Z方向)的平面(X-Y平面)。透镜表面351b是透镜360的表面，并且是从主表面351a突出的表面。
第一光反射层306反射特定波长(在下文中，波长λ)的光并且使该波长以外的光透射通过。波长λ例如是在850nm至1400nm内的特定波长。如图35所示，第一光反射层306可以是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)，在该多层光反射膜中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层306a和低折射率层306b交替层叠以获得多个层。例如，第一光反射层306可具有Ta2O5/SiO2、SiO2/SiN、SiO2/Nb2O5等的分层结构。
第一光反射层306包括凹面镜306c。第一光反射层306层叠在基板301的第二表面301b上以具有一定厚度，该第一光反射层在层叠体350一侧的表面依照设置在第一表面351上的透镜360的形状而形成凹面306d，并且在与层叠体350相对一侧的表面形成凸面306e。结果，在第一光反射层306中形成凹面镜306c。
第二光反射层307反射波长为λ的光并且使该波长以外的光透射通过。如图35所示，第二光反射层307可以是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)，在该多层光反射膜中，光学膜厚度为λ/4的高折射率层307a和低折射率层307b交替层叠以获得多个层。第二光反射层307可以是由半导体材料形成的半导体DBR。
如图35所示，去除有源层304、第二半导体层303、氧化限制层305和第二光反射层307的外周部分，以形成台面(平台结构)M。
第一电极308设置在第一半导体层302上的台面M周围并且用作激光元件300的一个电极。第一电极308可包括例如由Au、Ni、Ti等形成的单层金属膜，或由Ti/Au、Ag/Pd、Ni/Au/Pt等形成的多层金属膜。
第二电极309设置在第二光反射层307上并且用作激光元件300的另一个电极。第二电极309可包括例如由Au、Ni、Ti等形成的单层金属膜，或由Ti/Au、Ag/Pd、Ni/Au/Pt等形成的多层金属膜。绝缘膜310设置在台面M的侧表面和台面M的上表面上的第二电极309周围，以使台面M的外周绝缘。绝缘膜310由任意的绝缘材料形成。
在激光元件300中，通过氧化限制层305在层叠体350中形成电流限制结构。图37是示出电流限制结构的示意图。如图所示，电流限制结构具有电流注入区域321和绝缘区域322。电流注入区域321是通过未氧化区域305a而得的具有导电性的区域。绝缘区域322是在层表面方向(X-Y方向)上包围电流注入区域221并且通过经氧化而绝缘的氧化区域305b而不具有导电性的区域。由于流过激光元件300的电流不能穿过绝缘区域322，所以电流集中在电流注入区域321中。即，在激光元件300中，电流限制结构由氧化限制层305形成。
[关于电流注入区域和透镜的形状]
激光元件300中的电流注入区域321的形状与根据第一实施方式的电流注入区域321的形状相同。即，电流注入区域321具有细长的平面形状，其中，第一方向A1为纵向方向并且第二方向A2为横向方向(见图3和图4)。第一方向A1和第二方向A2与光轴方向(Z方向)正交并且是彼此正交的方向。
此外，激光元件300中的透镜360的形状也与根据第一实施方式的透镜160的形状相同。即，透镜360具有以第一方向A1作为纵向方向并且以第二方向A2作为横向方向的细长的透镜形状。而且，透镜360的长度、宽度、以及高度、透镜的顶点的曲率半径、以及表面精度(RMS)与透镜160中的相同。
注意，虽然如图36所示，透镜360可由基板301的一部分形成，但是透镜360可包括与基板301不同并且接合至基板301的构件(见图12)。
[激光元件的操作]
激光元件300与根据第一实施方式的激光元件100类似地操作。即，当在第一电极308和第二电极309之间施加电压时，电流在第一电极308和第二电极309之间流动。电流被电流限制结构限制并且被注入到电流注入区域321中。通过该注入电流产生的自发发射光被第一光反射层306和第二光反射层307反射以引起激光振荡。由此产生的激光透射通过第二光反射层307并且以Z方向作为光轴方向从激光元件300发射。激光元件300能够通过电流注入区域321和透镜360的形状发射具有大光束直径和窄辐射角的激光E，并且作为发射线性光束的线光源操作。
[激光元件的效果]
此外，激光元件300包括透镜360，在该透镜中距主表面351a的高度Hs和透镜顶点在第二方向A2上的曲率半径Rs(参见图9)是均匀的。为此，通过在透镜360上形成电流注入区域321，可形成在光轴方向(Z方向)具有谐振并且在透镜360的纵向方向(Y方向)具有谐振的模式，并且实现发射具有高线性度的光的激光元件300。此外，在激光元件300中，在一些情况下，因为透镜顶点的曲率半径Rs是均匀的，所以横向模式可以是统一的，并且因为高度Hs是均匀的，所以纵向模式可以是统一的。因此，可以发射没有亮度不均匀的激光E，并且因此，激光元件300能够实现良好的线光源。此外，因为在透镜360中高度更均匀并且应力分散，所以可以提高耐用性。
[激光元件的制造方法]
在制造激光元件300的方法中，在通过金属有机化学气相沉积法等在基板301上层叠直到第二光反射层307的各个层之后，通过光刻和蚀刻形成台面M。随后，通过诸如在水蒸气气氛下加热层叠体350的方法从外周侧氧化氧化限制层305的材料来形成氧化区域305b。此时，当从Z方向观察时，未氧化区域305a的形状可通过当从Z方向观察时台面M的形状来控制。
此外，通过与第一实施方式中的方法相似的方法在基板301上设置透镜360，并且层叠第一光反射层306、第二光反射层307等，从而使得可以制造激光元件300。此外，激光元件300可以通过另一种制造方法来制造。
[激光元件的另一配置]
虽然在以上描述中，各个层被层叠在基板301上以制备层叠体350，但是层叠体350可以通过将各个层层叠在另一支撑基板上、去除支撑基板并且将这些层接合到基板301来形成。此外，类似于第一实施方式，激光元件300可以包括在第二光反射层307的与层叠体350相对的一侧上改变发射光的波长的波长转换层(参见图27)。
此外，虽然第一半导体层302已由n型半导体材料形成并且第二半导体层303已由p型半导体材料形成，但是第一半导体层302可由p型半导体材料形成并且第二半导体层303可由n型半导体材料形成。在这种情况下，氧化限制层305的未氧化区域305a可以由具有高杂质浓度的n型材料形成。此外，代替上述配置，激光元件300可具有能够实现上述激光元件300的操作的另一配置。
[关于激光元件阵列]
可以与第一实施方式类似地排列激光元件300。因为激光元件300中的每一个都是发射没有亮度不均匀的激光E的良好的线光源，所以例如通过排列激光元件300，包括激光元件300的激光元件阵列可具有超过1W的高输出。包括激光元件300的激光元件阵列可以包括波长转换层(见图28)。
(关于本公开)
在本公开中描述的效果仅是实例并且不受限制，并且可以发挥另外的效果。上述多个效果的描述并不一定意味着这些效果同时展现。这意味着可以根据条件等实现上述效果中的至少一个，并且存在发挥本公开中未描述的效果的可能性。此外，本公开中所描述的特征部分中的至少两个特征部分可以彼此任意组合。
应注意，本技术还可采取以下配置。
(1)一种激光元件，包括：
第一光反射层，反射特定波长的光；
第二光反射层，反射该波长的光；以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，层叠体布置在第一光反射层和第二光反射层之间，并且具有位于第一光反射层一侧的第一表面和位于第二光反射层一侧的第二表面，第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，有源层布置在第一半导体层和第二半导体层之间并且通过载流子复合发光，透镜设置在第一表面上，
透镜具有朝向所述第一光反射层一侧突出的透镜形状，以第一方向为纵向方向并且第二方向为横向方向，所述第一方向平行于与发射光的光轴方向垂直的平面，所述第二方向平行于该平面并且与所述第一方向正交，所述透镜在所述第一方向上的中心部分具有第一宽度，所述第一宽度是沿着所述第二方向的最短宽度，所述透镜在所述第一方向上的非中心部分具有第二宽度，所述第二宽度是沿着所述第二方向的最大宽度，所述透镜具有其距所述平面的高度是均匀的或者所述中心部分高于端部的形状，所述透镜在所述第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的，
所述第一光反射层层叠在所述第一表面上以在所述透镜上形成具有凹面形状的凹面镜。
(2)根据以上(1)所述的激光元件，其中
所述层叠体具有限制电流并且形成电流集中的电流注入区域的电流限制结构，并且
所述电流注入区域具有这样的形状：其中，当从所述光轴方向观看时的电流注入区域的平面图形与当从所述光轴方向观看时的所述透镜重叠，其中，所述第一方向为纵向方向并且所述第二方向为横向方向。
(3)根据以上(1)或(2)所述的激光元件，其中，
所述透镜沿着所述第一方向的长度大于所述第二宽度。
(4)根据以上(1)至(3)中任一项所述的激光元件，其中，
所述透镜沿着所述第一方向的长度为40μm以上。
(5)根据以上(1)至(4)中任一项所述的激光元件，其中，
所述透镜的所述第二宽度为10μm以上。
(6)根据以上(1)至(5)中任一项所述的激光元件，其中，
所述激光元件的谐振器长度是所述凹面镜和所述第二光反射层之间的距离，并且
曲率半径大于谐振器长度。
(7)根据以上(1)至(6)中任一项所述的激光元件，其中，
透镜表面的表面精度以RMS(均方根)计为1.0nm以下。
(8)根据以上(1)至(7)中任一项所述的激光元件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由GaN形成。
(9)根据以上(1)至(7)中任一项所述的激光元件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由GaAs形成。
(10)根据以上(1)至(7)中任一项所述的激光元件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由InP形成。
(11)根据以上(1)至(10)中任一项所述的激光元件，进一步包括：
波长转换层，设置在所述第二光反射层的与所述层叠体相对的一侧上并且由波长转换材料形成。
(12)根据以上(1)至(11)中任一项所述的激光元件，其中，
所述第一光反射层和所述第二光反射层均是包括多层光反射膜的DBR(分布式布拉格反射器)。
(13)一种激光元件阵列，其中可单独驱动的多个激光元件被布置在所述激光元件阵列中，激光元件包括：
第一光反射层，反射特定波长的光，
第二光反射层，反射该波长的光，以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，层叠体布置在第一光反射层和第二光反射层之间，并且具有位于第一光反射层一侧的第一表面和位于第二光反射层一侧的第二表面，第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，有源层布置在第一半导体层和第二半导体层之间并且通过载流子复合发光，透镜设置在第一表面上，
所述透镜具有透镜形状，该透镜形状朝向所述第一光反射层一侧突出，以第一方向为纵向方向并且第二方向为横向方向，所述第一方向平行于与发射光的光轴方向垂直的平面，所述第二方向平行于该平面并且与所述第一方向正交，所述透镜在所述第一方向上的中心部分具有第一宽度，所述第一宽度是沿着所述第二方向的最短宽度，所述透镜在所述第一方向上的非中心部分具有第二宽度，所述第二宽度是沿着所述第二方向的最大宽度，所述透镜具有其距所述平面的高度是均匀的或者所述中心部分高于端部的形状，透镜在所述第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的，
所述第一光反射层层叠在所述第一表面上以在所述透镜上形成具有凹面形状的凹面镜。
(14)一种激光元件的制造方法，包括：
制备层叠体，所述层叠体包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且具有第一表面和第二表面，所述第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，所述第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，有源层布置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并且通过载流子复合发光；
在所述第一表面上形成由流体材料形成并且具有一定厚度的结构体，以所述第一方向作为纵向方向并且所述第二方向作为横向方向，所述第一方向平行于与发射光的光轴方向垂直的平面，所述第二方向平行于该平面并且与所述第一方向正交，所述结构体在所述第一方向上的中心部分具有第一宽度，所述第一宽度是沿着所述第二方向的最短宽度，所述结构体在所述第一方向上的非中心部分具有第二宽度，所述第二宽度是沿着所述第二方向的最大宽度；
通过加热所述结构体使所述流体材料流动从而使所述结构体变形，并且使用所述结构体的形状在所述第一表面上形成透镜，该透镜具有其距所述平面的高度是均匀的或者其中心部分高于端部的形状，所述透镜在所述第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的；
在所述第一表面上层叠反射特定波长的光的第一光反射层，以在所述透镜上形成具有凹面形状的凹面镜；以及
在所述层叠体的第二表面侧上形成反射该波长的光的第二光反射层。
(15)根据以上(14)所述的激光元件的制造方法，其中
形成透镜的步骤包括将所述结构体变形为朝向所述第一光反射层一侧突出的透镜形状，以第一方向为纵向方向并且所述第二方向为横向方向，所述中心部分具有所述第一宽度，所述非中心部分具有所述第二宽度，该结构体具有其距所述平面的高度是均匀的或者所述中心部分高于端部的形状，该结构体在所述第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的。
(16)根据以上(15)所述的激光元件的制造方法，其中
形成透镜的步骤包括：使用变形为该形状的所述结构体作为蚀刻掩模来蚀刻所述层叠体，以在所述第一表面上形成所述透镜。
(17)根据以上(15)所述的激光元件的制造方法，其中
形成透镜的步骤包括：使用变形成所述形状的所述结构体作为所述透镜。
(18)根据以上(14)至(17)中任一项所述的激光元件的制造方法，其中，
所述结构体沿所述第一方向的长度大于所述第二宽度。
(19)根据以上(14)至(18)中任一项所述的激光元件的制造方法，其中，
所述结构体沿所述第一方向的长度为40μm以上。
(20)根据以上(14)至(19)中任一项所述的激光元件的制造方法，其中
所述蚀刻为干法蚀刻或湿法蚀刻。
参考标号列表
100、200、300激光元件
201、301基板
101、202、302第一半导体层
102、203、303第二半导体层
204第三半导体层
103、205、304有源层
206 隧道结层
305 氧化限制层
104、207、306第一光反射层
104c、207c、306c凹面镜
105、208、307第二光反射层
106、209、308第一电极
107、210、309第二电极
121、221、321电流注入区域
122、222、322绝缘区域
150、250、350层叠体
160、260、360透镜
170、270、370结构体
175、275、375结构体
181波长转换层。

Claims (20)

1.一种激光元件，包括：
第一光反射层，反射特定波长的光；
第二光反射层，反射所述波长的光；以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，所述层叠体布置在所述第一光反射层和所述第二光反射层之间、并且具有位于所述第一光反射层一侧的第一表面和位于所述第二光反射层一侧的第二表面，所述第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，所述第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，所述有源层布置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并且通过载流子复合发光，透镜设置在所述第一表面上，
所述透镜具有朝向所述第一光反射层一侧突出的透镜形状，以第一方向为纵向方向并且第二方向为横向方向，所述第一方向平行于与发射光的光轴方向垂直的平面，所述第二方向平行于所述平面并且与所述第一方向正交，所述透镜在所述第一方向上的中心部分具有第一宽度，所述第一宽度是沿着所述第二方向的最短宽度，所述透镜在所述第一方向上的非中心部分具有第二宽度，所述第二宽度是沿着所述第二方向的最大宽度，所述透镜具有所述透镜距所述平面的高度是均匀的或者所述中心部分高于端部的形状，所述透镜在所述第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的，
所述第一光反射层层叠在所述第一表面上以在所述透镜上形成具有凹面形状的凹面镜。
2.根据权利要求1所述的激光元件，其中，
所述层叠体具有电流限制结构，所述电流限制结构限制电流并且形成电流集中的电流注入区域，并且
所述电流注入区域具有这样的形状：其中，当从所述光轴方向观看时的所述电流注入区域的平面图形与当从所述光轴方向观看时的所述透镜重叠，其中，所述第一方向为纵向方向并且所述第二方向为横向方向。
3.根据权利要求1所述的激光元件，其中，
所述透镜沿着所述第一方向的长度大于所述第二宽度。
4.根据权利要求1所述的激光元件，其中，
所述透镜沿着所述第一方向的长度为40μm以上。
5.根据权利要求1所述的激光元件，其中，
所述透镜的所述第二宽度为10μm以上。
6.根据权利要求1所述的激光元件，其中，
所述激光元件的谐振器长度是所述凹面镜与所述第二光反射层之间的距离，并且
所述曲率半径大于或等于所述谐振器长度。
7.根据权利要求1所述的激光元件，其中，
透镜表面的表面精度以均方根(RMS)计为1.0nm以下。
8.根据权利要求1所述的激光元件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由GaN形成。
9.根据权利要求1所述的激光元件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由GaAs形成。
10.根据权利要求1所述的激光元件，其中，
所述第一半导体层和所述第二半导体层由InP形成。
11.根据权利要求1所述的激光元件，还包括：
波长转换层，设置在所述第二光反射层的与所述层叠体相对的一侧上并且由波长转换材料形成。
12.根据权利要求1所述的激光元件，其中，
所述第一光反射层和所述第二光反射层均是包括多层光反射膜的分布式布拉格反射器(DBR)。
13.一种激光元件阵列，其中，能被单独驱动的多个激光元件布置在所述激光元件阵列中，所述激光元件包括：
第一光反射层，反射特定波长的光，
第二光反射层，反射所述波长的光，以及
层叠体，包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，所述层叠体布置在所述第一光反射层和所述第二光反射层之间、并且具有位于所述第一光反射层一侧的第一表面和位于所述第二光反射层一侧的第二表面，所述第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，所述第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，所述有源层布置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并且通过载流子复合发光，透镜设置在所述第一表面上，
所述透镜具有朝向所述第一光反射层一侧突出的透镜形状，以第一方向为纵向方向并且第二方向为横向方向，所述第一方向平行于与发射光的光轴方向垂直的平面，所述第二方向平行于所述平面并且与所述第一方向正交，所述透镜在所述第一方向上的中心部分具有第一宽度，所述第一宽度是沿着所述第二方向的最短宽度，所述透镜在所述第一方向上的非中心部分具有第二宽度，所述第二宽度是沿着所述第二方向的最大宽度，所述透镜具有所述透镜距所述平面的高度是均匀的或者所述中心部分高于端部的形状，所述透镜在所述第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的，
所述第一光反射层层叠在所述第一表面上以在所述透镜上形成具有凹面形状的凹面镜。
14.一种激光元件的制造方法，包括：
制备层叠体，所述层叠体包括第一半导体层、第二半导体层和有源层，并且所述层叠体具有第一表面和第二表面，所述第一半导体层由具有第一导电类型的半导体材料形成，所述第二半导体层由具有第二导电类型的半导体材料形成，所述有源层布置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间并且通过载流子复合发光；
在所述第一表面上形成结构体，所述结构体由流体材料形成并且具有一定厚度，以第一方向为纵向方向并且第二方向为横向方向，所述第一方向平行于与发射光的光轴方向垂直的平面，所述第二方向平行于所述平面并且与所述第一方向正交，所述结构体在所述第一方向上的中心部分具有第一宽度，所述第一宽度是沿着所述第二方向的最短宽度，所述结构体在所述第一方向上的非中心部分具有第二宽度，所述第二宽度是沿着所述第二方向的最大宽度；
通过加热所述结构体使所述流体材料流动从而使所述结构体变形，并且使用所述结构体的形状在所述第一表面上形成透镜，所述透镜具有所述透镜距所述平面的高度是均匀的或者所述透镜的中心部分高于端部的形状，所述透镜在所述第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的；
在所述第一表面上层叠反射特定波长的光的第一光反射层，以在所述透镜上形成具有凹面形状的凹面镜；以及
在所述层叠体的第二表面侧上形成反射所述波长的光的第二光反射层。
15.根据权利要求14所述的激光元件的制造方法，其中，
形成所述透镜的步骤包括：将所述结构体变形为朝向所述第一光反射层一侧突出的透镜形状，以所述第一方向为纵向方向并且所述第二方向为横向方向，所述中心部分具有所述第一宽度，所述非中心部分具有所述第二宽度，所述结构体具有所述结构体距所述平面的高度是均匀的或者所述中心部分高于端部的形状，所述结构体在所述第二方向上的顶点的曲率半径是均匀的。
16.根据权利要求15所述的激光元件的制造方法，其中，
形成所述透镜的步骤包括：使用变形为所述形状的所述结构体作为蚀刻掩模来蚀刻所述层叠体，以在所述第一表面上形成所述透镜。
17.根据权利要求15所述的激光元件的制造方法，其中，
形成所述透镜的步骤包括：使用变形为所述形状的所述结构体作为所述透镜。
18.根据权利要求14所述的激光元件，其中，
所述结构体沿所述第一方向的长度大于所述第二宽度。
19.根据权利要求14所述的激光元件，其中，
所述结构体沿所述第一方向的长度为40μm以上。
20.根据权利要求16所述的激光元件，其中，
所述蚀刻为干法蚀刻或湿法蚀刻。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2824188B1 (fr) * 2001-04-25 2003-12-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif optique comportant une pluralite de cavites resonantes de longueurs differentes associees a differentes longueurs d'ondes
JP2011151293A (ja) * 2010-01-25 2011-08-04 Fuji Xerox Co Ltd 面発光型半導体レーザ、面発光型半導体レーザ装置、光伝送装置および情報処理装置
WO2012059864A1 (en) * 2010-11-03 2012-05-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optical element for vertical external-cavity surface-emitting laser
US10873174B2 (en) 2016-11-02 2020-12-22 Sony Corporation Light-emitting element and method of manufacturing the same
US11374384B2 (en) * 2017-05-31 2022-06-28 Sony Corporation Light-emitting device and method of manufacturing light-emitting device
US10305254B2 (en) * 2017-09-18 2019-05-28 Finisar Corporation VCSEL with elliptical aperture having reduced rin
US11133652B2 (en) * 2019-04-30 2021-09-28 Aurelien David Optical devices and methods of manufacture and operation
US20220247149A1 (en) * 2019-06-04 2022-08-04 Sony Group Corporation Light emitting element, light emitting element array, and method of manufacturing light emitting element array

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