JP7215608B2 - 発光素子 - Google Patents

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Description

本開示は、発光素子に関する。
面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）から成る発光素子においては、通常、２つの光反射層（Distributed Bragg Reflector 層、ＤＢＲ層）の間でレーザ光を共振させることによってレーザ発振が生じる。このような発光素子にあっては、例えば、基板の露出面上に複数の薄膜が積層されて成る第１光反射層を形成し、第１光反射層が形成されていない基板の露出面の上から第１光反射層の上に亙り、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法を用いて、第１化合物半導体層、化合物半導体から成る発光層（活性層）及び第２化合物半導体層が積層された積層構造体を形成する（例えば、T. Hamaguchi, et al., "Milliwatt-class GaN-based blue vertical-cavity surface-emitting lasers fabricated by epitaxial lateral overgrowth", Phys. Status Solidi A, 1-7 (2016) / DOI 10.1002/pssa.201532759 参照）。そして、第２化合物半導体層上に透明導電性材料から成る第２電極を形成し、第２電極の上に薄膜の積層構造から成る第２光反射層を形成する。あるいは又、基板上に、積層構造体、第２電極及び第２光反射層を形成した後、例えば、ＣＭＰ法（化学的／機械的研磨法）に基づき基板を除去し、露出した第１化合物半導体層上に、複数の薄膜が積層されて成る第１光反射層を形成する（例えば、特開２０１１－１５１３６４号公報参照）。あるいは又、基板上に、複数の化合物半導体の薄膜が積層されて成る第１光反射層をエピタキシャル成長法に基づき形成し、第１光反射層上に、更に、積層構造体、第２電極及び第２光反射層を形成する（例えば、Tien-Chang Lu, et al., "Continuous wave operation of current injected GaN vertical cavity surface emitting lasers at room temperature", Appl. Phys. Lett. 97, 071114 (2010); doi: 10.1063/1.3483133 を参照）。
特開２０１１－１５１３６４号公報 特開２００６－１１４７５３号公報 特開２０００－０２２２７７号公報
T. Hamaguchi, et al., "Milliwatt-class GaN-based blue vertical-cavity surface-emitting lasers fabricated by epitaxial lateral overgrowth", Phys. Status Solidi A, 1-7 (2016) / DOI 10.1002/pssa.201532759 Tien-Chang Lu, et al., "Continuous wave operation of current injected GaN vertical cavity surface emitting lasers at room temperature", Appl. Phys. Lett. 97, 071114 (2010); doi: 10.1063/1.3483133
ところで、これらのいずれの方法にあっても、第１光反射層あるいは積層構造体の形成の際、第１光反射層と積層構造体との界面の状態を良好に保つことが困難な場合がある。そして、界面の状態を良好に保つことができない場合、発光層（活性層）において生成した光が吸収されたり、散乱される原因、即ち、光学ロスの発生原因となり、その結果、発光素子の閾値の上昇、発光効率の低下、発光光の品質低下が生じる虞がある。
従って、本開示の目的は、第１光反射層と積層構造体との界面における光学ロスが発生し難い構成、構造を有する発光素子を提供することにある。
上記の目的を達成するための本開示の発光素子は、
第１光反射層、積層構造体及び第２光反射層が積層されて成り、
積層構造体は、第１光反射層側から、第１化合物半導体層、発光層及び第２化合物半導体層が積層されて成り、
積層構造体からの光は、第１光反射層又は第２光反射層を介して外部に出射され、
第１光反射層は、少なくとも２種類の薄膜が、複数、交互に積層された構造を有しており、
積層構造体と第１光反射層との間には、膜厚変調層が設けられ、
第１光反射層及び膜厚変調層は、凹面鏡部を有し、
第２光反射層は、平坦な形状を有し、
第２化合物半導体層には、電流注入領域及び電流注入領域を取り囲む電流非注入領域が設けられており、
電流注入領域の面積重心点から、電流注入領域と電流非注入領域の境界までの最短距離ＤCIは、以下の式を満足する。
ＤCI≧ω0／２
但し、
ω0 2≡（λ0／π）｛ＬOR（ＲDBR－ＬOR）｝1/2
ここで、
λ0 ：発光素子から主に出射される光の波長
ＬOR ：共振器長
ＲDBR：第１光反射層及び膜厚変調層から構成された凹面鏡部の曲率半径
本開示の発光素子にあっては、積層構造体と第１光反射層との間に膜厚変調層が設けられているので、積層構造体と対向する第１光反射層の領域、あるいは、第１光反射層と対向する積層構造体の領域において、光学ロスが発生し難い。それ故、発光素子の閾値の上昇、発光効率の低下、発光光の品質低下といった問題の発生を確実に回避することができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、実施例１の発光素子の模式的な一部端面図、及び、第１光反射層、膜厚変調層及び第１化合物半導体層の模式的な一部端面図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、第１光反射層、膜厚変調層及び第１化合物半導体層の模式的な一部端面図である。 図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。 図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、実施例１の発光素子の光場をシミュレーションした結果、及び、比較例１の発光素子の光場をシミュレーションした結果を示す図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、実施例１の発光素子の光場をシミュレーションした結果を示す図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、実施例２及びその変形例の発光素子の模式的な一部端面図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、実施例２の変形例の発光素子及び実施例３の発光素子の模式的な一部端面図である。 図８Ａは、実施例４の発光素子の一部端面図であり、図８Ｂは、図６Ａに示した実施例２の発光素子の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例の一部端面図である。 図９Ａは、図６Ｂに示した実施例２の発光素子の変形例の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例の一部端面図であり、図９Ｂは、図７Ａに示した実施例２の発光素子の変形例の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例の模式的な一部端面図である。 図１０は、図７Ｂに示した実施例３の発光素子の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例の模式的な一部端面図である。 図１１は、実施例４の発光素子の模式的な一部断面図と、縦モードＡと縦モードＢの２つの縦モードを重ね合わせた図である。 図１２Ａ及び図１２Ｂは、発光層によって決まるゲインスペクトル内に存在する縦モードを模式的に示す概念図である。 図１３は、実施例７の発光素子の模式的な一部端面図である。 図１４Ａ及び図１４Ｂは、実施例７の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１５は、図１４Ｂに引き続き、実施例７の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１６は、図１５に引き続き、実施例７の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１７は、図１６に引き続き、実施例７の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１８は、図１７に引き続き、実施例７の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図１９は、図１８に引き続き、実施例７の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図２０は、実施例７の発光素子の変形例の積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図２１は、実施例７の発光素子の変形例の積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図２２は、実施例８の発光素子の模式的な一部端面図である。 図２３は、実施例９の発光素子の模式的な一部端面図である。 図２４は、実施例９の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。 図２５Ａ及び図２５Ｂは、実施例１０の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図２６は、実施例１２の発光素子の模式的な一部端面図である。 図２７Ａ及び図２７Ｂは、実施例１２の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。 図２８の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、従来の発光素子、実施例１２の発光素子及び実施例１５の発光素子における光場強度を示す概念図である。 図２９は、実施例１３の発光素子の模式的な一部端面図である。 図３０は、実施例１４の発光素子の模式的な一部端面図である。 図３１は、実施例１５の発光素子の模式的な一部端面図である。 図３２は、図３１に示した実施例１５の発光素子の要部を切り出した模式的な一部断面図である。 図３３は、実施例１６の発光素子の模式的な一部端面図である。 図３４は、実施例１７の発光素子の模式的な一部端面図である。 図３５は、実施例１８の発光素子の模式的な一部断面図である。 図３６は、実施例１８の発光素子の変形例の発光素子の模式的な一部断面図である。 図３７は、実施例１１の発光素子において、同一の曲率半径を有する２つの凹面鏡部で挟まれたファブリペロー型共振器を想定したときの概念図である。 図３８は、ω0の値と共振器長ＬORの値と第１光反射層等の凹面鏡部の曲率半径ＲDBRの値の関係を示すグラフである。 図３９は、ω0の値と共振器長ＬORの値と第１光反射層等の凹面鏡部の曲率半径ＲDBRの値の関係を示すグラフである。
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の発光素子、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の発光素子）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１の別の変形）
５．実施例４（実施例１～実施例３の変形、光吸収材料層を備えた発光素子）
６．実施例５（実施例４の変形）
７．実施例６（実施例４の別の変形）
８．実施例７（実施例１～実施例６の変形、凹面鏡部を有する発光素子、第５－Ａ構成の発光素子）
９．実施例８（実施例７の変形、第５－Ｂ構成の発光素子）
１０．実施例９（実施例７～実施例８の変形、第６構成の発光素子）
１１．実施例１０（実施例９の変形）
１２．実施例１１（実施例７～実施例１０の変形、第１構成の発光素子）
１３．実施例１２（実施例７～実施例１１の変形、第２－Ａ構成の発光素子）
１４．実施例１３（実施例１２の変形、第２－Ｂ構成の発光素子）
１５．実施例１４（実施例１２～実施例１３の変形、第２－Ｃ構成の発光素子）
１６．実施例１５（実施例１２～実施例１４の変形、第２－Ｄ構成の発光素子）
１７．実施例１６（実施例１２～実施例１５の変形）
１８．実施例１７（実施例７～実施例１１の変形、第３－Ａ構成の発光素子、第３－Ｂ構成の発光素子、第３－Ｃ構成の発光素子及び第３－Ｄ構成の発光素子）
１９．実施例１８（実施例７～実施例１７の変形、第４構成の発光素子）
２０．その他
〈本開示の発光素子、全般に関する説明〉
本開示の発光素子において、第１光反射層は、光学膜厚ｔ1を有する第１の薄膜と、光学膜厚ｔ2（但し、ｔ2≠ｔ1）を有する第２の薄膜とが、複数、交互に積層された構造を有しており；膜厚変調層は、少なくとも１層の、光学膜厚ｔ3（但し、ｔ3≠ｔ1）を有する第３の薄膜から構成されている形態とすることができる。そして、この場合、膜厚変調度合いとして、ｔ3／ｔ1≧１．１、好ましくは、１．９≧ｔ3／ｔ1≧１．１を満足し、又は、ｔ3／ｔ1≦０．９、好ましくは、０．１≦ｔ3／ｔ1≦０．９を満足することが望ましい。
ここで、光学膜厚とは、薄膜の物理的な厚さをｔphys、発光素子の発振波長（発光波長）λ0における薄膜を構成する材料の屈折率をｎ0としたとき、ｎ0×ｔphysで表される。薄膜を構成する材料が変われば屈折率ｎ0の値が変わるが、薄膜を構成する材料は同じであっても（例えば、薄膜を構成する元素は同じであるが）、組成を変えることで屈折率ｎ0の値を変えることができるし、あるいは又、薄膜を構成する材料に不純物等を添加することで屈折率ｎ0の値を変えることもできる。このように異なる屈折率ｎ0を有する材料を、本願では、『互いに異なる材料』と呼ぶ。
そして、上記の各種の好ましい形態において、第１の薄膜は第１の材料から成り；第２の薄膜は、第１の材料とは異なる第２の材料から成る形態とすることができる。
更には、以上に説明した好ましい形態において、膜厚変調層は、第３の薄膜と、光学膜厚ｔ4を有する第４の薄膜とが積層された構造を有する形態とすることができる。そして、この場合、膜厚変調層は、第３の薄膜と第４の薄膜とが、複数、交互に積層された構造を有しており；第３の薄膜の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ3≠ｔ1を満足する形態とすることができ、更には、この場合、第４の薄膜の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ4≠ｔ2を満足する形態とすることができ、更には、この場合、ｔ3≠ｔ1を満足する第３の薄膜、又は、ｔ4≠ｔ2を満足する第４の薄膜は、第１光反射層と接している形態とすることができる。更には、これらの形態にあっては、ｔ3≠ｔ1を満足する第３の薄膜以外の第３の薄膜は、ｔ3＝ｔ1を満足し；ｔ4≠ｔ2を満足する第４の薄膜以外の第４の薄膜は、ｔ4＝ｔ2を満足する形態とすることができる。更には、これらの形態にあっては、第３の薄膜と第４の薄膜の層数合計は５以下である形態とすることができる。更には、これらの形態にあっては、第３の薄膜は第１の材料から成り；第４の薄膜は第２の材料から成る形態とすることができる。
以上に説明した好ましい形態を含む本開示の発光素子において、第１光反射層は基板上に形成されている構成とすることができ、この場合、第１光反射層が形成されていない基板の領域上には積層構造体が形成されている構成とすることができる。
あるいは又、以上に説明した好ましい形態において、第１光反射層は積層構造体の露出面上に形成されている構成とすることができる。
あるいは又、以上に説明した好ましい形態において、第１の材料は化合物半導体材料から成り、第２の材料も化合物半導体材料から成る構成とすることができるし、以上に説明した好ましい形態、構成において、第１の材料は誘電体材料から成り、第２の材料も誘電体材料から成る構成とすることができる。但し、膜厚変調層を構成する材料は、第１化合物半導体層、発光層及び第２化合物半導体層を構成する材料とは異なっていてもよい。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子において、
第１光反射層は、凹面鏡部を有し、
第２光反射層は、平坦な形状を有する形態とすることができる。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子において、第１化合物半導体層の厚さは、第２化合物半導体層の厚さよりも厚い形態とすることができる。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子において、積層構造体はＧａＮ系化合物半導体から成る形態とすることができる。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子において、膜厚変調層と第１光反射層との界面あるいは界面近傍において不規則構造（例えば、微細な凹凸、点欠陥や線欠陥、空隙等）が存在する場合がある。ここで、不規則構造は、膜厚変調層に形成されている場合があるし、あるいは又、第１光反射層に形成されている場合があるし、あるいは又、膜厚変調層と第１光反射層とに跨がって形成されている場合もある。尚、これらの３つの場合を総称して、「膜厚変調層と第１光反射層との界面において不規則構造が形成されている」と表現する。具体的には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子にあっては、積層構造体と膜厚変調層の界面に凹凸が形成されており、凹凸の表面粗さ二乗平均平方根粗さＲｑは、Ｒｑ≧１ｎｍである形態とすることができる。尚、Ｒｑの上限値として、限定するものではないが、１０ｎｍを挙げることができる。あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子にあっては、積層構造体と膜厚変調層の界面に点欠陥が形成されており、点欠陥の密度は１×１０17／ｃｍ3以上である形態とすることができる。尚、点欠陥の密度の上限値として、限定するものではないが、１×１０19／ｃｍ3を挙げることができる。あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子にあっては、積層構造体と膜厚変調層の界面に線欠陥が形成されており、線欠陥の密度として、１×１０6／ｃｍ3以上を例示することができる。尚、線欠陥の密度の上限値として、限定するものではないが、１×１０11／ｃｍ3を挙げることができる。あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子にあっては、積層構造体と膜厚変調層の界面に空隙が形成されており、空隙の厚さ［空隙の最大厚さ］（積層構造体と膜厚変調層の最大離間距離）は１０ｎｍ以下である形態とすることができる。尚、空隙の厚さ［空隙の最大厚さ］の下限値として、限定するものではないが、０．２ｎｍを挙げることができる。空隙の構造として、空隙に気体や液体が充填された構造を例示することができる。
以下の説明において、発光層（活性層）と対向した第１化合物半導体層の面を第２面と呼び、第２面と対向する面を第１面と呼ぶ。また、発光層と対向した第２化合物半導体層の面を第１面と呼び、第１面と対向する面を第２面と呼ぶ。後述する発光素子製造用基板において、第１化合物半導体層と対向する面を第２面と呼び、第２面と対向する面を第１面と呼ぶ。
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子によって、第１光反射層を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）を構成することができるし、あるいは又、第２光反射層を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子を構成することもできる。尚、発光素子の構成、構造にも依るが、場合によっては、後述する発光素子製造用基板を除去してもよい。
前述したとおり、第１光反射層及び第２光反射層を構成する光反射層（分布ブラッグ反射鏡層、Distributed Bragg Reflector 層、ＤＢＲ層）は、例えば、化合物半導体材料多層膜や誘電体材料多層膜から構成される。化合物半導体材料として、例えば、ＧａＮやＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮを例示することができるし、誘電体材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物（例えば、ＳｉＮX、ＡｌＮX、ＡｌＧａＮX、ＧａＮX、ＢＮX等）、又は、フッ化物等を挙げることができる。具体的には、ＳｉＯX、ＴｉＯX、ＮｂＯX、ＺｒＯX、ＴａＯX、ＺｎＯX、ＡｌＯX、ＨｆＯX、ＳｉＮX、ＡｌＮX等を例示することができる。そして、これらの化合物半導体材料や誘電体材料の内、屈折率が異なる化合物半導体材料や誘電体材料から成る２種類以上の化合物半導体材料膜や誘電体材料膜を交互に積層することにより、光反射層を得ることができる。例えば、ＧａＮ／ＡｌＩｎＮ、ＳｉＯX／ＳｉＮY、ＳｉＯX／ＴａＯX、ＳｉＯX／ＮｂＯY、ＳｉＯX／ＺｒＯY、ＳｉＯX／ＡｌＮY等の多層膜が好ましい。所望の光反射率を得るために、各化合物半導体材料膜や誘電体材料膜を構成する材料、膜厚、積層数等を、適宜、選択すればよい。各化合物半導体材料膜や誘電体材料膜の厚さ（光学膜厚）は、用いる材料等により、適宜、調整することができ、発振波長（発光波長）λ0、用いる材料の発振波長λ0での屈折率ｎによって決定される。具体的には、λ0／（４ｎ）の奇数倍とすることが好ましい。例えば、発振波長λ0が４１０ｎｍの発光素子において、光反射層をＳｉＯX／ＮｂＯYから構成する場合、４０ｎｍ乃至７０ｎｍ程度を例示することができる。積層数は、２以上、好ましくは１０至３０程度を例示することができる。光反射層全体の厚さとして、例えば、０．６μｍ乃至１．７μｍ程度を例示することができる。また、光反射層の光反射率は９５％以上であることが望ましい。
誘電体材料多層膜から構成された光反射層は、周知の方法に基づき形成することができ、具体的には、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＥＣＲプラズマスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法等のＰＶＤ法；各種ＣＶＤ法；スプレー法、スピンコート法、ディップ法等の塗布法；これらの方法の２種以上を組み合わせる方法；これらの方法と、全体又は部分的な前処理、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等）又はプラズマの照射、酸素ガスやオゾンガス、プラズマの照射、酸化処理（熱処理）、露光処理のいずれか１種以上とを組み合わせる方法等を挙げることができる。化合物半導体材料多層膜から構成された光反射層も、周知の方法に基づき形成することができ、具体的には、後述する各種の化合物半導体層の形成方法を挙げることができる。
光反射層は、素子領域（電流注入領域）を覆う限り、大きさ及び形状は特に限定されない。電流注入領域と電流非注入・内側領域との境界の形状、電流非注入・内側領域と電流非注入・外側領域との境界の形状、素子領域や電流狭窄領域に設けられた開口部の平面形状、第１光反射層、第２光反射層、電流狭窄層に設けられた開口の平面形状として、具体的には、円形、楕円形、矩形、多角形（三角形、四角形、六角形等）を挙げることができる。また、第１電極の平面形状として環状を挙げることができる。電流注入領域と電流非注入・内側領域との境界の形状、及び、電流非注入・内側領域と電流非注入・外側領域との境界の形状、素子領域、第１光反射層、第２光反射層、電流狭窄層に設けられた開口の平面形状、環状の第１電極の内側環部の平面形状は、相似形であることが望ましく、これらの平面形状が円形の場合、直径５μｍ乃至１００μｍ程度であることが好ましい。尚、「素子領域（電流注入領域）」とは、狭窄された電流が注入される領域、あるいは又、屈折率差等により光が閉じ込められる領域、あるいは又、第１光反射層と第２光反射層で挟まれた領域の内、レーザ発振が生じる領域、あるいは又、第１光反射層と第２光反射層で挟まれた領域の内、実際にレーザ発振に寄与する領域を指す。素子領域（電流注入領域）は電流非注入領域によって取り囲まれており、素子領域（電流注入領域）及び電流非注入領域によって電流狭窄領域が規定される。
電流狭窄領域を得るためには、第２電極と第２化合物半導体層との間に絶縁材料（例えば、ＳｉＯXやＳｉＮX、ＡｌＯX）から成る絶縁層（電流狭窄層）を形成してもよいし、あるいは又、第２化合物半導体層をＲＩＥ法等によりエッチングしてメサ構造を形成してもよいし、あるいは又、積層された第２化合物半導体層の一部の層を横方向から部分的に酸化して電流狭窄領域を形成してもよいし、第２化合物半導体層に不純物をイオン注入して導電性が低下した領域を形成してもよいし、あるいは、これらを、適宜、組み合わせてもよい。但し、第２電極は、電流狭窄により電流が流れる第２化合物半導体層の部分と電気的に接続されている必要がある。
本開示の発光素子において、積層構造体は、具体的には、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体から成る構成とすることができる。ここで、ＡｌＩｎＧａＮ系化合物半導体として、より具体的には、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮを挙げることができる。更には、これらの化合物半導体に、所望に応じて、ホウ素（Ｂ）原子やタリウム（Ｔｌ）原子、ヒ素（Ａｓ）原子、リン（Ｐ）原子、アンチモン（Ｓｂ）原子が含まれていてもよい。発光層は、量子井戸構造を有することが望ましい。具体的には、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）を有していてもよいし、多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有していてもよい。量子井戸構造を有する発光層は、井戸層及び障壁層が、少なくとも１層、積層された構造を有するが、（井戸層を構成する化合物半導体，障壁層を構成する化合物半導体）の組合せとして、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＩｎzＧａ(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（ＩｎyＧａ(1-y)Ｎ，ＡｌxＧａ1-xＮ）、（ＧａＮ，ＡｌxＧａ1-xＮ）を例示することができる。第１化合物半導体層を第１導電型（例えば、ｎ型）の化合物半導体から構成し、第２化合物半導体層を第１導電型とは異なる第２導電型（例えば、ｐ型）の化合物半導体から構成することができる。第１化合物半導体層、第２化合物半導体層は、第１クラッド層、第２クラッド層とも呼ばれる。第１化合物半導体層、第２化合物半導体層は、単一構造の層であってもよいし、多層構造の層であってもよいし、超格子構造の層であってもよい。更には、組成傾斜層、濃度傾斜層を備えた層とすることもできる。
発光素子を構成する各種の化合物半導体層の形成方法として、例えば、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法，Metal Organic-Chemical Vapor Deposition 法、ＭＯＶＰＥ法，Metal Organic-Vapor Phase Epitaxy 法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、原子層堆積法（ＡＬＤ法， Atomic Layer Deposition 法）、マイグレーション・エンハンスト・エピタキシー法（ＭＥＥ法， Migration-Enhanced Epitaxy 法）、プラズマアシステッド物理的気相成長法（ＰＰＤ法）等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。
ここで、ＭＯＣＶＤ法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスやトリエチルガリウム（ＴＥＧ）ガスを挙げることができるし、窒素源ガスとして、アンモニアガスやヒドラジンガスを挙げることができる。ｎ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）としてケイ素（Ｓｉ）を添加すればよいし、ｐ型の導電型を有するＧａＮ系化合物半導体層の形成においては、例えば、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加すればよい。ＧａＮ系化合物半導体層の構成原子としてアルミニウム（Ａｌ）あるいはインジウム（Ｉｎ）が含まれる場合、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスを用いればよいし、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）ガスを用いればよい。更には、Ｓｉ源としてモノシランガス（ＳｉＨ4ガス）を用いればよいし、Ｍｇ源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウムガスやメチルシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いればよい。尚、ｎ型不純物（ｎ型ドーパント）として、Ｓｉ以外に、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｎ、Ｃ、Ｔｅ、Ｓ、Ｏ、Ｐｄ、Ｐｏを挙げることができるし、ｐ型不純物（ｐ型ドーパント）として、Ｍｇ以外に、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ、Ｃ、Ｈｇ、Ｓｒを挙げることができる。
第２化合物半導体層（第２化合物半導体層の第２面）の表面粗さＲａは、１．０ｎｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａあるいは表面粗さＲｑは、ＪＩＳ Ｂ－６１０：２００１に規定されており、具体的には、ＡＦＭや断面ＴＥＭによる観察に基づき測定することができる。
本開示の発光素子は、第１電極及び第２電極を備えている。第１電極は、第１化合物半導体層に電気的に接続されている。また、第２電極は、第２化合物半導体層に電気的に接続されており、具体的には、例えば、第２化合物半導体層の第２面上に形成されている。
第１電極は、発光素子製造用基板が残されている場合、発光素子製造用基板の第１面上に形成すればよい。また、発光素子製造用基板が残されていない場合、積層構造体を構成する第１化合物半導体層の第１面上に形成すればよい。第１電極を第１化合物半導体層の第１面上に形成する場合、例えば、第１光反射層を取り囲むように第１電極を形成すればよい。第１電極は、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、Ｔｉ（チタン）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｚｎ（亜鉛）、錫（Ｓｎ）及びインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属（合金を含む）を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましく、具体的には、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ｐｔ、Ｐｄ／Ｐｔ、Ａｇ／Ｐｄを例示することができる。尚、多層構成における「／」の前の層ほど、より発光層側に位置する。以下の説明においても同様である。第１電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて成膜することができる。
第１光反射層を取り囲むように第１電極を形成する場合、第１光反射層と第１電極とは接している構成とすることができる。あるいは又、第１光反射層と第１電極とは離間しており、即ち、オフセットを有しており、離間距離は１ｍｍ以内である構成とすることができる。第１光反射層内に位置する素子領域（電流注入領域）と第１電極とが平面的に離れると、電流は、第１化合物半導体層中を長い距離、流れることになる。それ故、この電流経路において生ずる電気抵抗を低く抑えるために、離間距離は１ｍｍ以内であることが好ましい。場合によっては、第１光反射層の縁部の上にまで第１電極が形成されている状態、第１電極の縁部の上にまで第１光反射層が形成されている状態を挙げることもできる。ここで、第１電極の縁部の上にまで第１光反射層が形成されている状態とする場合、第１電極は、レーザ発振の基本モード光を出来る限り吸収しないように、或る程度の大きさの開口を有する必要がある。開口の大きさは、基本モードの波長や横方向（第１化合物半導体層の面内方向）の光閉じ込め構造によって変化するので、限定するものではないが、おおよそ発振波長（発光波長）λ0の数倍あるいはそれ以上のオーダーであることが好ましい。
第２電極は透明導電性材料から成る構成とすることができる。第２電極を構成する透明導電性材料として、インジウム系透明導電性材料［具体的には、例えば、インジウム－錫酸化物（ＩＴＯ，Indium Tin Oxide，ＳｎドープのＩｎ2Ｏ3、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、インジウム－亜鉛酸化物（ＩＺＯ，Indium Zinc Oxide）、インジウム－ガリウム酸化物（ＩＧＯ）、インジウム・ドープのガリウム－亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ，Ｉｎ－ＧａＺｎＯ4）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ2Ｏ3）、ＩＴｉＯ（ＴｉドープのＩｎ2Ｏ3）、ＩｎＳｎ、ＩｎＳｎＺｎＯ］、錫系透明導電性材料［具体的には、例えば、酸化錫（ＳｎＯ2）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ2）］、亜鉛系透明導電性材料［具体的には、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ＡｌドープのＺｎＯ（ＡＺＯ）やＢドープのＺｎＯを含む）、ガリウム・ドープの酸化亜鉛（ＧＺＯ）、ＡｌＭｇＺｎＯ（酸化アルミニウム及び酸化マグネシウム・ドープの酸化亜鉛）］、ＮｉＯを例示することができる。あるいは又、第２電極として、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、アンチモン酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明導電膜を挙げることができるし、スピネル型酸化物、ＹｂＦｅ2Ｏ4構造を有する酸化物といった透明導電性材料を挙げることもできる。但し、第２電極を構成する材料として、第２光反射層と第２電極との配置状態に依存するが、透明導電性材料に限定するものではなく、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）等の金属を用いることもできる。第２電極は、これらの材料の少なくとも１種類から構成すればよい。第２電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて成膜することができる。あるいは又、透明電極層として低抵抗な半導体層を用いることもでき、この場合、具体的には、ｎ型のＧａＮ系化合物半導体層を用いることもできる。更には、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体層と隣接する層がｐ型である場合、両者をトンネルジャンクションを介して接合することで、界面の電気抵抗を下げることもできる。透明導電性材料やトンネルジャンクションは、光吸収材料層としても機能するが故に発振波長の制御に効果があるだけでなく（具体的には、後述するように、面発光レーザ素子から出射され得る複数種類の縦モードのレーザ光の内、不所望の縦モードのレーザ光の発振を抑制することができる結果、出射されるレーザ光の発振波長を正確に制御することが可能となる）、電気経路（電流経路）も併用することができるという付加的な効果もある。
第２電極を透明導電性材料から構成することで、電流を横方向（第２化合物半導体層の面内方向）に広げることができ、効率良く、素子領域（電流注入領域）に電流を供給することができる。第２電極は第２化合物半導体層の第２面上に形成されており、第２電極上に第２光反射層が形成されていることが好ましい。
第１電極や第２電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｒ／Ａｕの多層構成に例示される多層構成とすることもできる。第１電極をＡｇ層あるいはＡｇ／Ｐｄ層から構成する場合、第１電極の表面に、例えば、Ｎｉ／ＴｉＷ／Ｐｄ／ＴｉＷ／Ｎｉから成るカバーメタル層を形成し、カバーメタル層の上に、例えば、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕの多層構成あるいはＴｉ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｒ／Ａｕの多層構成から成るパッド電極を形成することが好ましい。
積層構造体は、発光素子製造用基板の第２面上に形成される。発光素子製造用基板として、ＧａＮ基板、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＳ基板、ＺｎＯ基板、ＡｌＮ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ2基板、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、ＩｎＰ基板、Ｓｉ基板、これらの基板の表面（主面）に下地層やバッファ層が形成されたものを挙げることができるが、ＧａＮ基板の使用が欠陥密度の少ないことから好ましい。また、最終的に発光素子製造用基板を残す場合、斯かる発光素子製造用基板として、ＧａＮ基板やＧａＡｓ基板といった化合物半導体基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板を挙げることができる。ＧａＮ基板は成長面によって、極性／無極性／半極性と特性が変わることが知られているが、ＧａＮ基板のいずれの主面（第２面）も化合物半導体層の形成に使用することができる。また、ＧａＮ基板の主面に関して、結晶構造（例えば、立方晶型や六方晶型等）によっては、所謂Ａ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｒ面、Ｍ面、Ｎ面、Ｓ面等の名称で呼ばれる結晶方位面、あるいは、これらを特定方向にオフさせた面等を用いることもできる。
本開示の発光素子の製造においては、発光素子製造用基板を残したままとしてもよいし、第１化合物半導体層上に発光層、第２化合物半導体層、第２電極、第２光反射層を、順次、形成した後、発光素子製造用基板を除去してもよい。具体的には、第１化合物半導体層上に発光層、第２化合物半導体層、第２電極、第２光反射層を、順次、形成し、次いで、第２光反射層を支持基板に固定した後、発光素子製造用基板を除去して、第１化合物半導体層（第１化合物半導体層の第１面）を露出させればよい。発光素子製造用基板の除去は、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液、アンモニア溶液＋過酸化水素水、硫酸溶液＋過酸化水素水、塩酸溶液＋過酸化水素水、リン酸溶液＋過酸化水素水等を用いたウェットエッチング法や、ケミカル・メカニカル・ポリッシング法（ＣＭＰ法）、機械研磨法、ドライエッチング法、レーザを用いたリフトオフ法等によって、あるいは、これらの組合せによって、発光素子製造用基板の除去を行うことができる。そして、これによって、第１化合物半導体層（第１化合物半導体層の第１面）や第１光反射層が露出する。
あるいは又、発光素子製造用基板を除去する場合、例えば、発光素子製造用基板上に第１光反射層、膜厚変調層及び第１化合物半導体層を形成し、第１化合物半導体層上に発光層、第２化合物半導体層、第２電極、第２光反射層を順次形成した後、第１光反射層をストッパ層として、発光素子製造用基板を除去すればよい。具体的には、例えば、発光素子製造用基板上に第１光反射層、膜厚変調層及び第１化合物半導体層を形成し、第１化合物半導体層上に発光層、第２化合物半導体層、第２電極、第２光反射層を順次形成し、次いで、第２光反射層を支持基板に固定した後、第１光反射層をストッパ層として発光素子製造用基板を除去して、第１化合物半導体層（第１化合物半導体層の第１面）及び第１光反射層を露出させればよい。更には、第１化合物半導体層（第１化合物半導体層の第１面）の上に第１電極を形成すればよい。あるいは又、発光素子製造用基板の除去レート（研磨レート）に基づいて除去量を制御すれば、ストッパ層を用いなくてもよい。
支持基板は、例えば、発光素子製造用基板として例示した各種の基板から構成すればよいし、あるいは又、ＡｌＮ等から成る絶縁性基板、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｇｅ等から成る半導体基板、金属製基板や合金製基板から構成することもできるが、導電性を有する基板を用いることが好ましく、あるいは又、機械的特性、弾性変形、塑性変形性、放熱性等の観点から金属製基板や合金製基板を用いることが好ましい。支持基板の厚さとして、例えば、０．０５ｍｍ乃至１ｍｍを例示することができる。第２光反射層の支持基板への固定方法として、半田接合法、常温接合法、粘着テープを用いた接合法、ワックス接合を用いた接合法、接着剤を用いた方法等、既知の方法を用いることができるが、導電性の確保という観点からは半田接合法あるいは常温接合法を採用することが望ましい。例えば導電性基板であるシリコン半導体基板を支持基板として使用する場合、熱膨張係数の違いによる反りを抑制するために、４００゜Ｃ以下の低温で接合可能な方法を採用することが望ましい。支持基板としてＧａＮ基板を使用する場合、接合温度が４００゜Ｃ以上であってもよい。
積層構造体の側面や露出面を被覆層（絶縁膜）で被覆してもよい。被覆層の形成は、周知の方法に基づき行うことができる。被覆層を構成する材料の屈折率は、積層構造体を構成する材料の屈折率よりも小さいことが好ましい。被覆層を構成する絶縁材料として、ＳｉＯ2を含むＳｉＯX系材料、ＳｉＮX系材料、ＳｉＯXＮZ系材料、ＴａＯX、ＺｒＯX、ＡｌＮX、ＡｌＯX、ＧａＯXを例示することができるし、あるいは又、ポリイミド樹脂等の有機材料を挙げることもできる。被覆層の形成方法として、例えば真空蒸着法やスパッタリング法といったＰＶＤ法、あるいは、ＣＶＤ法を挙げることができるし、塗布法に基づき形成することもできる。
実施例１は、本開示の発光素子に関する。実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１８の発光素子は、構造に依るが、より具体的には、第２化合物半導体層の頂面から第２光反射層を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成り、あるいは又、第１化合物半導体層の頂面から第１光反射層を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成る。
模式的な一部端面図を図１Ａに示し、第１光反射層及びその近傍の模式的な一部端面図を図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂに示すように、実施例１の発光素子は、第１光反射層４１、積層構造体２０及び第２光反射層４２が積層されて成る。そして、積層構造体２０は、第１光反射層４１側から、第１化合物半導体層２１、発光層（活性層）２３及び第２化合物半導体層２２が積層されて成る。更には、積層構造体２０からの光は、第１光反射層４１又は第２光反射層４２を介して（実施例１にあっては、第２光反射層４２を介して）、外部に出射される。また、第１光反射層４１は、少なくとも２種類の薄膜が、複数、交互に積層された構造を有しており、積層構造体２０と第１光反射層４１との間には、膜厚変調層８０が設けられている。
より具体的には、実施例１の発光素子あるいは後述する実施例２～実施例１８の発光素子は、
（Ａ）第１面２１ａ、及び、第１面２１ａと対向する第２面２１ｂを有し、第１導電型（具体的には、ｎ型）を有する厚さ４ｎｍの第１化合物半導体層２１、
第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂと面する発光層（活性層）２３、並びに、
発光層２３と面する第１面２２ａ、及び、第１面２２ａと対向する第２面２２ｂを有し、第２導電型（具体的には、ｐ型）を有する厚さ１００ｎｍの第２化合物半導体層２２、
が積層された、ＧａＮ系化合物半導体から成る積層構造体２０、
（Ｂ）第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ側に配設された第１光反射層４１、並びに、
（Ｃ）第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ側に配設された第２光反射層４２、
を備えている。第１化合物半導体層２１の厚さは、第２化合物半導体層２２の厚さよりも厚い。
そして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａから或る深さまでの第１光反射層４１の領域、積層構造体２０（第１化合物半導体層２１、発光層２３及び第２化合物半導体層２２）、並びに、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂから或る深さまでの第２光反射層４２の領域によって、共振器が構成される。
尚、以下の説明において、便宜上、２つの光反射層によって形成される共振器の中心を通る軸線をＺ軸とし、Ｚ軸と直交する仮想平面をＸＹ平面と呼ぶ場合がある。
導電性を有するＧａＮ基板といった化合物半導体基板から成る発光素子製造用基板１１の第１面１１ａは、例えば、｛０００１｝面を主面として有する。発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ上に形成された第１化合物半導体層２１はｎ－ＧａＮ層から成り、発光層（活性層）２３はＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層（障壁層）とＩｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層（井戸層）とが積層された５重の多重量子井戸構造から成り、第２化合物半導体層２２はｐ－ＧａＮ層から成る。第１電極３１は、発光素子製造用基板１１の第１面１１ａの上に形成されている。一方、第２電極３２は、第２化合物半導体層２２の上に形成されており、第２光反射層４２は第２電極３２上に形成されている。第１光反射層４１及び第２電極３２の上の第２光反射層４２は平坦な形状を有する。第１電極３１はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成り、第２電極３２は、透明導電性材料、具体的には、ＩＴＯから成る。第１電極３１の縁部の上には、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するための、例えばＴｉ／Ｐｄ／Ａｕから成るパッド電極（図示せず）が形成あるいは接続されている。第２電極３２の縁部の上には、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するための、例えば、Ｐｄ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕやＴｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕから成るパッド電極３３が形成あるいは接続されている。第１電極３１、第１光反射層４１、第２光反射層４２、絶縁層（電流狭窄層）３４に設けられた開口部３４Ａのそれぞれの平面形状（ＸＹ平面に正射影したときの平面形状）は円形である。第２光反射層４２は、ＳｉＮ層とＳｉＯ2層の積層構造（誘電体膜の積層総数：２０層）から成る。第１光反射層４１及び第２光反射層４２はこのように多層構造を有するが、図面の簡素化のため、１層で表している。
実施例１の発光素子において、第１光反射層４１は、光学膜厚ｔ1を有する第１の薄膜４１Ａと、光学膜厚ｔ2（但し、ｔ2≠ｔ1）を有する第２の薄膜４１Ｂとが、複数、交互に積層された構造を有している。また、膜厚変調層８０は、少なくとも１層の、光学膜厚ｔ3（但し、ｔ3≠ｔ1）を有する第３の薄膜から構成されている。ここで、第１の薄膜４１Ａは第１の材料から成り、第２の薄膜４１Ｂは、第１の材料とは異なる第２の材料から成る。具体的には、第１の材料はＳｉＮであり、第２の材料はＳｉＯ2である。即ち、第１の材料は誘電体材料から成り、第２の材料も誘電体材料から成る。このように、膜厚変調層を構成する材料は、第１化合物半導体層２１、発光層２３及び第２化合物半導体層２２を構成する材料とは異なっていてもよい。そして、膜厚変調度合いとして、ｔ3／ｔ1≧１．１、又は、ｔ3／ｔ1≦０．９を満足する。例えば、第１の薄膜４１Ａの層数を１４、第２の薄膜４１Ｂの層数を１４とした。
場合によっては、膜厚変調層８０は、第３の薄膜８１と、光学膜厚ｔ4を有する第４の薄膜８２とが積層された構造を有する。更には、膜厚変調層８０は、第３の薄膜８１と第４の薄膜８２とが、複数、交互に積層された構造を有しており、第３の薄膜８１の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ3≠ｔ1を満足する。更には、場合によっては、第４の薄膜８２の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ4≠ｔ2を満足する。尚、ｔ3≠ｔ1を満足する第３の薄膜を、参照番号８１Ａで表し、便宜上、『第３Ａの薄膜８１Ａ』と呼び、それ以外の第３の薄膜を、参照番号８１Ｂで表し、便宜上、『第３Ｂの薄膜８１Ｂ』と呼ぶ。また、ｔ4≠ｔ2を満足する第４の薄膜を、参照番号８２Ａで表し、便宜上、『第４Ａの薄膜８２Ａ』と呼び、それ以外の第４の薄膜を、参照番号８２Ｂで表し、便宜上、『第４Ｂの薄膜８２Ｂ』と呼ぶ。更には、ｔ3≠ｔ1を満足する第３Ａの薄膜８１Ａ、又は、ｔ4≠ｔ2を満足する第４Ａの薄膜８２Ａは、第１光反射層４１と接している。また、ｔ3≠ｔ1を満足する第３Ａの薄膜８１Ａ以外の第３Ｂの薄膜８１Ｂは、ｔ3＝ｔ1を満足し、ｔ4≠ｔ2を満足する第４Ａの薄膜８２Ａ以外の第４Ｂの薄膜８２Ｂは、ｔ4＝ｔ2を満足する。第３の薄膜８１と第４の薄膜８２の層数合計は５以下である。第３の薄膜８１は第１の材料から成り、第４の薄膜８２は第２の材料から成る。具体的には、実施例１において、各薄膜の膜厚等は、例えば、以下の表１のとおりであるが、これらの値に限定するものではない。λ0＝４３５ｎｍである。
Figure 0007215608000001
ここで、図１Ｂに示す例では、膜厚変調層８０は１層の第３Ａの薄膜８１Ａから成る。また、図２Ａに示す例では、膜厚変調層８０は、第１化合物半導体層２１の側から、第３Ｂの薄膜８１Ｂ、第４Ｂの薄膜８２Ｂ及び第３Ａの薄膜８１Ａの３層から成る。更には、図２Ｂに示す例では、膜厚変調層８０は、第１化合物半導体層２１の側から、第３Ａの薄膜８１Ａ、第４Ｂの薄膜８２Ｂ、第３Ｂの薄膜８１Ｂ及び第４Ａの薄膜８２Ａの４層から成る。但し、これらの膜厚変調層８０の構成は例示であり、適宜、変更することができる。以下の表２、表３、及び表４に、種々の膜厚変調層８０の構成を示す。尚、これらの表において、「３Ａ」は第３Ａの薄膜８１Ａを意味し、「３Ｂ」は第３Ｂの薄膜８１Ｂを意味し、「４Ａ」は第４Ａの薄膜８２Ａを意味し、「４Ｂ」は第４Ｂの薄膜８２Ｂを意味し、「第１光反射層」の欄における「１」は第１の薄膜４１Ａを意味し、「２」は第２の薄膜４１Ｂを意味する。
Figure 0007215608000002
Figure 0007215608000003
Figure 0007215608000004
更には、実施例１の発光素子において、第１光反射層４１は基板（発光素子製造用基板１１）上に形成されており、第１光反射層４１が形成されていない基板（発光素子製造用基板１１）の領域上には積層構造体２０が形成されている。
以下、積層構造体等の模式的な一部端面図である図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照して、実施例１の発光素子の製造方法を説明する。
［工程－１００］
先ず、発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ上に、スパッタリング法や真空蒸着法といった周知の方法に基づき、第１光反射層４１を形成する。更に、スパッタリング法や真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法といった周知の方法に基づき、膜厚変調層８０を形成する。そして、ウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法に基づき、膜厚変調層８０及び第１光反射層４１の不要な部分を除去して、所望の形状を有する第１光反射層４１及び膜厚変調層８０を得る（図３Ａ参照）。第１光反射層４１及び膜厚変調層８０は平坦な形状を有する。
［工程－１１０］
次に、膜厚変調層８０を含む発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ上に、ＥＬＯ法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法を用いて、横方向成長に基づき積層構造体２０を形成する。具体的には、
第１面２１ａ、及び、第１面２１ａと対向する第２面２１ｂを有する第１化合物半導体層２１、
第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂと面する発光層（活性層）２３、並びに、
発光層２３と面する第１面２２ａ、及び、第１面２２ａと対向する第２面２２ｂを有する第２化合物半導体層２２、
が積層された、ＧａＮ系化合物半導体から成る積層構造体２０を形成する。
［工程－１２０］
次いで、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上に、ＣＶＤ法やスパッタリング法、真空蒸着法といった成膜法とウェットエッチング法やドライエッチング法との組合せに基づき、開口部３４Ａを有し、ＳｉＯ2から成る絶縁層（電流狭窄層）３４を形成する（図３Ｂ参照）。開口部３４Ａを有する絶縁層３４によって、電流狭窄領域（素子領域６１Ａ及び電流非注入領域６１Ｂ）が規定される。即ち、開口部３４Ａによって素子領域６１Ａが規定される。
［工程－１３０］
その後、第２化合物半導体層２２上に第２電極３２及び第２光反射層４２を形成する。具体的には、開口部３４Ａ（素子領域６１Ａ）の底面に露出した第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂから絶縁層３４の上に亙り、例えば、リフトオフ法に基づき第２電極３２を形成し、更に、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法とウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法との組合せに基づきパッド電極３３を形成する（図３Ｃ参照）。次いで、第２電極３２の上からパッド電極３３の上に亙り、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法とウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法との組合せに基づき第２光反射層４２を形成する。第２電極３２の上の第２光反射層４２は平坦な形状を有する。
［工程－１４０］
その後、発光素子製造用基板１１の第１面１１ａ上に、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法とウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法との組合せに基づき第１電極３１を形成することで、第１化合物半導体層２１に電気的に接続された第１電極３１を得ることができる。こうして、図１Ａに示した構造を得ることができる。
［工程－１５０］
その後、所謂素子分離を行うことで発光素子を分離し、積層構造体の側面や露出面を、例えば、ＳｉＯ2から成る絶縁膜で被覆する。そして、パッケージや封止をすることで、実施例１の発光素子を完成させることができる。
実施例１の発光素子の光場をシミュレーションした結果を図４Ａ、図５Ａ及び図５Ｂに示し、膜厚変調層８０が形成されていない発光素子を比較例１の発光素子として、この比較例１の発光素子の光場をシミュレーションした結果を図４Ｂに示す。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂにおいて、横軸は、第１化合物半導体層２１の位置、不規則構造（例えば、微細な凹凸、点欠陥や線欠陥、空隙等）の位置、膜厚変調層８０の位置、第１光反射層４１の位置を示し、縦軸は光場の強さを示し、矩形の線は屈折率を表し、波状の線は光場の強度を表す。膜厚変調層８０は１層の第３Ａの薄膜８１Ａから構成されているとした。図５Ａに示す例では、ｔ3＝０．７３λ0であり、図５Ｂに示す例では、ｔ3＝１．２３λ0である。また、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂにあっては、第１光反射層４１において、第１の薄膜４１Ａの膜厚ｔ1＝０．２５λ0とし、第２の薄膜４１Ｂの膜厚ｔ2＝０．２５λ0とした。λ0は、発光素子から主として出射される光の波長（発振波長、発光波長）である。
面発光レーザ素子において、光場は共振器中で強い領域と弱い領域を繰り返す。図４Ｂの比較例１に示すように、膜厚変調層８０が形成されていない場合、第１光反射層４１と積層構造体２０との界面において光場に強い領域が発生し、光場の強い領域の近傍に存在する不規則構造に起因して光学ロスが発生する。然るに、図４Ａ、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、膜厚変調層８０が形成されている実施例１の発光素子にあっては、積層構造体２０と膜厚変調層８０との界面やその近傍に光場の強い領域が形成されないため、たとえ、積層構造体２０と膜厚変調層８０との界面やその近傍に不規則構造があっても光学ロスが発生し難く、発光素子の閾値の上昇、発光効率の低下、発光光の品質低下といった問題の発生を確実に回避することができる。
比較例１にあっては、実施例１の［工程－１１０］と同様の工程において、第１光反射層４１を含む発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ上に、ＥＬＯ法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法を用いて、横方向成長に基づき積層構造体２０を形成するとき、第１光反射層４１上に形成される積層構造体２０の領域（具体的には、第１光反射層４１と接する第１化合物半導体層２１）に、上述した不規則構造が発生し易く、このような不規則構造が光を吸収したり、光を散乱する結果、光学ロスが発生する。微細な凹凸として、二乗平均平方根粗さＲｑ≧１ｎｍを挙げることができるし、点欠陥の密度として、１×１０17／ｃｍ3以上を例示することができるし、線欠陥の密度として、１×１０6／ｃｍ3以上を例示することができる。また、空隙が、積層構造体と膜厚変調層の界面に存在し、空隙の厚さ（積層構造体と膜厚変調層の離間距離）として１０ｎｍ以下を例示することができる。即ち、不規則構造に関しては、積層構造体と膜厚変調層の界面に凹凸が形成されており、凹凸の表面粗さ二乗平均平方根粗さＲｑは、Ｒｑ≧１ｎｍである場合があるし、あるいは又、積層構造体と膜厚変調層の界面に点欠陥が形成されており、点欠陥の密度は１×１０17／ｃｍ3以上である場合があるし、あるいは又、線欠陥の密度は１×１０6／ｃｍ3以上である場合があるし、あるいは又、積層構造体と膜厚変調層の界面に空隙が形成されており、空隙の厚さは１０ｎｍ以下である場合がある。
一方、実施例１の発光素子にあっては、積層構造体２０と膜厚変調層８０との界面やその近傍に不規則構造が発生したとしても、膜厚変調層８０が形成されているので、積層構造体２０と膜厚変調層８０との界面やその近傍に光場の強い領域（腹）が形成されることがない。それ故、発光素子の閾値の上昇、発光効率の低下、発光光の品質低下といった問題の発生を確実に回避することができる。
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の発光素子は、より具体的には、第１化合物半導体層２１の頂面から第１光反射層４１を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成る。
実施例２の発光素子にあっては、模式的な一部断面図を図６Ａに示すように、第２光反射層４２は、金（Ａｕ）層あるいは錫（Ｓｎ）を含む半田層から成る接合層４８を介して、シリコン半導体基板から構成された支持基板４９に半田接合法に基づき固定されている。また、第１光反射層４１は積層構造体２０の露出面上に形成されている。
以下、実施例２の発光素子の製造方法を説明する。
［工程－２００］
先ず、例えば、実施例１の［工程－１００］～［工程－１３０］と同様の工程とすることで、図１に示す状態（但し、第１電極３１は形成されていない）を得ることができる。
［工程－２１０］
その後、第２光反射層４２を、接合層４８を介して支持基板４９に固定する。
［工程－２２０］
次いで、発光素子製造用基板１１を除去して、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ及び第１光反射層４１を露出させる。具体的には、先ず、機械研磨法に基づき、発光素子製造用基板１１の厚さを薄くし、次いで、ＣＭＰ法に基づき、発光素子製造用基板１１の残部を除去する。こうして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ及び第１光反射層４１を露出させる。
［工程－２３０］
その後、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に第１電極３１を形成する。こうして、図６Ａに示した構造を有する実施例２の発光素子を得ることができる。
実施例２の発光素子の製造にあっては、第１光反射層が形成されている状態で発光素子製造用基板を除去する。それ故、第１光反射層が、発光素子製造用基板の除去時に一種のストッパー（ストッパ層）として機能する結果、発光素子製造用基板面内における発光素子製造用基板の除去量のバラツキ、更には、第１化合物半導体層の厚さバラツキの発生を抑制することができ、共振器の長さの均一化を図ることができる結果、得られる発光素子の特性の安定化を達成することができる。しかも、第１光反射層と第１化合物半導体層との界面における第１化合物半導体層の面（平坦面）は平坦であるが故に、平坦面でのレーザ光の散乱を最小限に抑えることができる。
以上に説明し、図６Ａに示した発光素子の例では、第１電極３１の端部は第１光反射層４１から離間している。即ち、第１光反射層４１と第１電極３１とは離間しており、云い換えれば、オフセットを有しており、離間距離は１ｍｍ以内、具体的には、例えば、平均０．０５ｍｍである。但し、このような構造に限定するものではなく、第１電極３１の端部が第１光反射層４１と接していてもよいし、第１電極３１の端部が第１光反射層４１の縁部の上に亙り形成されていてもよい。
あるいは又、模式的な一部端面図を図６Ｂに示すように、実施例２の発光素子において、第１光反射層４１は積層構造体２０の露出面上に形成されていてもよい。即ち、実施例１の［工程－１００］を省略して、先ず、例えば、実施例１の［工程－１１０］～［工程－１３０］と同様の工程を実行した後、［工程－２１０］、［工程－２２０］を実行して、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させ、次いで、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に、膜厚変調層８０、第１光反射層４１、第１電極３１を形成してもよい。例えば、具体的には、第１の材料をＳｉＯ2とし、第２の材料をＴａ2Ｏ5とした。各薄膜の膜厚等は、以下の表５のとおりであるが、これらの値に限定するものではない。λ0＝４８８ｎｍである。また、第１の薄膜４１Ａの層数は７、第２の薄膜４１Ｂの層数は７である。
Figure 0007215608000005
このような、実施例２の発光素子の変形例にあっては、［工程－２２０］において、ＣＭＰ法に基づき、発光素子製造用基板１１の残部を除去し、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させたとき、たとえ、その露出部の表面近傍に不規則構造が発生したとしても、膜厚変調層８０が形成されているので、膜厚変調層８０と接する第１光反射層４１の界面及びその近傍の領域に光場の強い領域が形成されることがないため、光学ロスを抑制することができる。
また、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に第１光反射層４１を形成する際、第１化合物半導体層２１をエッチングして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａに凹部を形成し、この凹部に第１光反射層４１を形成してもよい（図７Ａ参照）。尚、第１化合物半導体層２１に形成された傾斜部を参照番号４１ａで示す。
実施例３も、実施例１の変形である。模式的な一部端面図を図７Ｂに示すように、実施例３の発光素子において、第１の薄膜及び第３の薄膜を構成する第１の材料は化合物半導体材料、具体的には、ＡｌＩｎＮから成り、第２の薄膜及び第４の薄膜を構成する第２の材料も化合物半導体材料、具体的には、ＧａＮから成る形態とすることもできる。そして、実施例１と同様に、膜厚変調度合いとして、ｔ3／ｔ1≧１．１、又は、ｔ3／ｔ1≦０．９を満足する。具体的には、実施例３において、各薄膜の膜厚等は、以下の表６のとおりであるが、これらの値に限定するものではない。λ0＝５１５ｎｍである。また、第１の薄膜の層数は４０、第２の薄膜の層数は４０である。
Figure 0007215608000006
実施例３の発光素子は、実施例１の［工程－１００］と同様の工程において、例えば｛２０－２１｝面を主面として有するＧａＮ基板から成る発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ上に、エピタキシャル成長法に基づき、第１の薄膜４１Ａ及び第２の薄膜４１Ｂの多層膜から成る第１光反射層４１及び膜厚変調層８０を形成すればよい。そして、以降、実施例１の［工程－１１０］～［工程－１５０］と同様の工程を実行すればよい。尚、実施例３にあっては、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０のパターニングは、原則として、不要である。こうして、最終的に、図７Ｂに示す構造を有する発光素子を得ることができる。
実施例４は、実施例１～実施例３の変形である。実施例４の発光素子において、積層構造体の内部には（あるいは又、第２電極を含む積層構造体には）、発光層が占める仮想平面と平行に、少なくとも２層の光吸収材料層が形成されている。尚、このような実施例４あるいは後述する実施例５～実施例６の発光素子を、便宜上、『光吸収材料層を備えた発光素子』と呼ぶ。
前述したように、２つのＤＢＲ層４１，４２の間には積層構造体２０が形成されている。２つのＤＢＲ層４１，４２及びその間に形成された積層構造体２０によって構成された発光積層体の内部における共振器長ＬORは、発光積層体全体の等価屈折率をｎeq、面発光レーザ素子（発光素子）から出射すべきレーザ光の波長をλ0としたとき、
ＬOR＝（ｍ・λ0）／（２・ｎeq） （Ａ）
で表される。ここで、ｍは、正の整数である。ところで、面発光レーザ素子（発光素子）において、発振可能な波長は共振器長ＬORによって決まる。発振可能な個々の発振モードは縦モードと呼ばれる。そして、縦モードの内、発光層によって決まるゲインスペクトルと合致するものが、レーザ発振し得る。縦モードの間隔Δλは、実効屈折率をｎeffとしたとき、
λ0 2／（２ｎeff・ＬOR）
で表される。即ち、共振器長ＬORが長いほど、縦モードの間隔Δλは狭くなる。よって、共振器長ＬORが長い場合、複数の縦モードがゲインスペクトル内に存在し得るため、複数の縦モードが発振し得る。尚、等価屈折率ｎeqと実効屈折率ｎeffとの間には、発振波長をλ0としたとき、以下の関係がある。
ｎeff＝ｎeq－λ0・（ｄｎeq／ｄλ0）
ここで、共振器長ＬORが１μｍ以下と短い場合、面発光レーザ素子から出射される縦モードのレーザ光は、通常、１種類（１波長）である（図１２Ａの概念図を参照）。従って、面発光レーザ素子から出射されるレーザ光の発振波長を正確に制御することが可能である。
一方、共振器長ＬORが、面発光レーザ素子から出射されるレーザ光の波長の数倍以上と長い場合、面発光レーザ素子から出射され得る縦モードのレーザ光が複数種類となってしまい（図１２Ｂの概念図を参照）、面発光レーザ素子から出射されるレーザ光の発振波長を正確に制御することが困難な場合が生じ得る。
具体的には、積層構造体をＧａＡｓ系化合物半導体層から構成する場合、共振器長ＬORは、通常、１μｍ以下と短く、面発光レーザ素子から出射される縦モードのレーザ光は、１種類（１波長）である。従って、面発光レーザ素子から出射される縦モードのレーザ光の発振波長を正確に制御することが可能である。一方、積層構造体をＧａＮ系化合物半導体層から構成する場合、共振器長ＬORは、通常、面発光レーザ素子から出射されるレーザ光の波長の数倍と長い。従って、面発光レーザ素子から出射され得る縦モードのレーザ光が複数種類となってしまい、面発光レーザ素子から出射され得るレーザ光の発振波長を正確に制御することが困難となる場合があり得る。
本開示における光吸収材料層を備えた発光素子にあっては、このような出射されるレーザ光の発振波長を正確に制御することを可能とする。即ち、光吸収材料層を備えた発光素子にあっては、少なくとも２層の光吸収材料層が積層構造体の内部に形成するので、面発光レーザ素子から出射され得る複数種類の縦モードのレーザ光の内、不所望の縦モードのレーザ光の発振を抑制することができる結果、出射されるレーザ光の発振波長を正確に制御することが可能となる。
このような光吸収材料層を備えた発光素子にあっては、少なくとも４層の光吸収材料層が形成されていることが好ましい。
上記の好ましい形態を含む光吸収材料層を備えた発光素子において、発振波長（発光素子から出射される所望の発振波長）をλ0、２層の光吸収材料層、及び、光吸収材料層と光吸収材料層との間に位置する積層構造体の部分の全体の等価屈折率をｎeq、光吸収材料層と光吸収材料層との間の距離をＬAbsとしたとき、
０．９×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－１）
を満足することが好ましい。ここで、ｍは、１、又は、１を含む２以上の任意の整数である。等価屈折率ｎeqとは、２層の光吸収材料層、及び、光吸収材料層と光吸収材料層との間に位置する積層構造体の部分を構成する各層のそれぞれの厚さをｔi、それぞれの屈折率をｎiとしたとき、
ｎeq＝Σ（ｔi×ｎi）／Σ（ｔi）
で表される。但し、ｉ＝１，２，３・・・，Ｉであり、「Ｉ」は、２層の光吸収材料層、及び、光吸収材料層と光吸収材料層との間に位置する積層構造体の部分を構成する層の総数であり、「Σ」はｉ＝１からｉ＝Ｉまでの総和を取ることを意味する。等価屈折率ｎeqは、発光素子断面の電子顕微鏡観察等から構成材料を観察し、それぞれの構成材料に対して既知の屈折率及び観察により得た厚さを基に算出すればよい。ｍが１の場合、隣接する光吸収材料層の間の距離は、全ての複数の光吸収材料層において、
０．９×｛λ0／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛λ0／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－２）
を満足する。また、ｍが１を含む２以上の任意の整数であるとき、一例として、ｍ＝１，２とすれば、一部の光吸収材料層において、隣接する光吸収材料層の間の距離は、
０．９×｛λ0／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛λ0／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－２）
を満足し、残りの光吸収材料層において、隣接する光吸収材料層の間の距離は、
０．９×｛（２・λ0）／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛（２・λ0）／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－３）
を満足する。広くは、一部の光吸収材料層において、隣接する光吸収材料層の間の距離は、
０．９×｛λ0／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛λ0／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－２）
を満足し、残りの種々の光吸収材料層において、隣接する光吸収材料層の間の距離は、
０．９×｛（ｍ’・λ0）／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛（ｍ’・λ0）／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－４）
を満足する。ここで、ｍ’は、２以上の任意の整数である。また、隣接する光吸収材料層の間の距離とは、隣接する光吸収材料層の重心と重心との間の距離である。即ち、実際には、発光層の厚さ方向に沿った仮想平面で切断したときの、各光吸収材料層の中心と中心との間の距離である。
更には、上記の各種の好ましい形態を含む光吸収材料層を備えた発光素子において、光吸収材料層の厚さは、λ0／（４・ｎeq）以下であることが好ましい。光吸収材料層の厚さの下限値として１ｎｍを例示することができる。
更には、上記の各種の好ましい形態を含む光吸収材料層を備えた発光素子において、積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最低振幅部分に光吸収材料層が位置する形態とすることができる。
更には、上記の各種の好ましい形態を含む光吸収材料層を備えた発光素子において、積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最大振幅部分に発光層が位置する形態とすることができる。
更には、上記の各種の好ましい形態を含む光吸収材料層を備えた発光素子において、光吸収材料層は、積層構造体を構成する化合物半導体の光吸収係数の２倍以上の光吸収係数を有する形態とすることができる。ここで、光吸収材料層の光吸収係数や積層構造体を構成する化合物半導体の光吸収係数は、発光素子断面の電子顕微鏡観察等から構成材料を観察し、それぞれの構成材料に対して観察された既知の評価結果より類推することで求めることができる。
更には、上記の各種の好ましい形態を含む光吸収材料層を備えた発光素子において、光吸収材料層は、積層構造体を構成する化合物半導体よりもバンドギャップの狭い化合物半導体材料、不純物をドープした化合物半導体材料、透明導電性材料、及び、光吸収特性を有する光反射層構成材料から成る群から選択された少なくとも１種類の材料から構成されている形態とすることができる。ここで、積層構造体を構成する化合物半導体よりもバンドギャップの狭い化合物半導体材料として、例えば、積層構造体を構成する化合物半導体をＧａＮとする場合、ＩｎＧａＮを挙げることができるし、不純物をドープした化合物半導体材料として、Ｓｉをドープしたｎ－ＧａＮ、Ｂをドープしたｎ－ＧａＮを挙げることができるし、透明導電性材料として、前述した電極を構成する透明導電性材料を挙げることができるし、光吸収特性を有する光反射層構成材料として、前述した光反射層を構成する材料（例えば、ＳｉＯX、ＳｉＮX、ＴａＯX等）を挙げることができる。光吸収材料層の全てがこれらの材料の内の１種類の材料から構成されていてもよい。あるいは又、光吸収材料層のそれぞれがこれらの材料の内から選択された種々の材料から構成されていてもよいが、１層の光吸収材料層は１種類の材料から構成されていることが、光吸収材料層の形成の簡素化といった観点から好ましい。光吸収材料層は、第１化合物半導体層内に形成されていてもよいし、第２化合物半導体層内に形成されていてもよいし、第１光反射層内に形成されていてもよいし、第２光反射層内に形成されていてもよいし、これらの任意の組み合わせとすることもできる。あるいは又、光吸収材料層を、前述した透明導電性材料から成る電極と兼用することもできる。
模式的な一部断面図を図８Ａに示すように、実施例４の発光素子あるいは後述する実施例５～実施例６の発光素子において、第２電極３２を含む積層構造体２０には、発光層２３が占める仮想平面と平行に、少なくとも２層の光吸収材料層９１が、好ましくは、少なくとも４層の光吸収材料層９１が、具体的には、実施例４にあっては２０層の光吸収材料層９１が、形成されている。尚、図面を簡素化するため、図面では２層の光吸収材料層９１のみを示した。
発振波長（発光素子から出射される所望の発振波長）λ0は４５０ｎｍである。２０層の光吸収材料層９１は、積層構造体２０を構成する化合物半導体よりもバンドギャップの狭い化合物半導体材料、具体的には、ｎ－Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから成り、第１化合物半導体層２１の内部に形成されている。光吸収材料層９１の厚さはλ0／（４・ｎeq）以下、具体的には、３ｎｍである。また、光吸収材料層９１の光吸収係数は、ｎ－ＧａＮ層から成る第１化合物半導体層２１の光吸収係数の２倍以上、具体的には、１×１０3倍である。
また、積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最低振幅部分に光吸収材料層９１が位置するし、積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最大振幅部分に発光層２３が位置する。発光層２３の厚さ方向中心と、発光層２３に隣接した光吸収材料層９１の厚さ方向中心との間の距離は、４６．５ｎｍである。更には、２層の光吸収材料層９１、及び、光吸収材料層９１と光吸収材料層９１との間に位置する積層構造体の部分（具体的には、実施例４にあっては、第１化合物半導体層２１）の全体の等価屈折率をｎeq、光吸収材料層９１と光吸収材料層９１との間の距離をＬAbsとしたとき、
０．９×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－１）
を満足する。ここで、ｍは、１、又は、１を含む２以上の任意の整数である。但し、実施例４においては、ｍ＝１とした。従って、隣接する光吸収材料層９１の間の距離は、全ての複数の光吸収材料層９１（２０層の光吸収材料層９１）において、
０．９×｛λ0／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛λ0／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－２）
を満足する。等価屈折率ｎeqの値は、具体的には、２．４２であり、ｍ＝１としたとき、具体的には、
ＬAbs＝１×４５０／（２×２．４２）
＝９３．０ｎｍ
である。尚、２０層の光吸収材料層９１の内、一部の光吸収材料層９１にあっては、ｍを、２以上の任意の整数とすることもできる。
実施例４の発光素子は、第１化合物半導体層２１を形成するとき、第１化合物半導体層２１の内部に２０層の光吸収材料層９１を併せて形成することで得ることができる。
発光層２３によって決まるゲインスペクトル内に複数の縦モードが発生する場合、これを模式的に表すと図１１のようになる。尚、図１１においては、縦モードＡと縦モードＢの２つの縦モードを図示する。そして、この場合、光吸収材料層９１が、縦モードＡの最低振幅部分に位置し、且つ、縦モードＢの最低振幅部分には位置しないとする。とすると、縦モードＡのモードロスは最小化されるが、縦モードＢのモードロスは大きい。図１１において、縦モードＢのモードロス分を模式的に実線で示す。従って、縦モードＡの方が、縦モードＢよりも発振し易くなる。それ故、このような構造を用いることで、即ち、光吸収材料層９１の位置や周期を制御することで、特定の縦モードを安定化させることができ、発振し易くすることができる。その一方で、望ましくないそれ以外の縦モードに対するモードロスを増加させることができるので、望ましくないそれ以外の縦モードの発振を抑制することが可能となる。
以上のとおり、実施例４の発光素子にあっては、少なくとも２層の光吸収材料層が積層構造体の内部に形成されているので、面発光レーザ素子から出射され得る複数種類の縦モードのレーザ光の内、不所望の縦モードのレーザ光の発振を抑制することができる。その結果、出射されるレーザ光の発振波長を正確に制御することが可能となる。
図６Ａに示した実施例２の発光素子の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例を、図８Ｂの模式的な一部端面図に示し、図６Ｂに示した実施例２の発光素子の変形例の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例を、図９Ａの模式的な一部端面図に示し、図７Ａに示した実施例２の発光素子の変形例の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例を、図９Ｂの模式的な一部端面図に示し、図７Ｂに示した実施例３の発光素子の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例を、図１０の模式的な一部端面図に示す。
実施例５は、実施例４の変形である。実施例４においては、光吸収材料層９１を、積層構造体２０を構成する化合物半導体よりもバンドギャップの狭い化合物半導体材料から構成した。一方、実施例５においては、１０層の光吸収材料層９１を、不純物をドープした化合物半導体材料、具体的には、１×１０19／ｃｍ3の不純物濃度（不純物：Ｓｉ）を有する化合物半導体材料（具体的には、ｎ－ＧａＮ：Ｓｉ）から構成した。また、実施例５にあっては、発振波長λ0を５１５ｎｍとした。尚、発光層２３の組成は、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎである。実施例５にあっては、ｍ＝１とし、ＬAbsの値は１０７ｎｍであり、発光層２３の厚さ方向中心と、発光層２３に隣接した光吸収材料層９１の厚さ方向中心との間の距離は５３．５ｎｍであり、光吸収材料層９１の厚さは３ｎｍである。以上の点を除き、実施例５の発光素子の構成、構造は、実施例４の発光素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、１０層の光吸収材料層９１の内、一部の光吸収材料層９１にあっては、ｍを、２以上の任意の整数とすることもできる。
実施例６も、実施例４の変形である。実施例６においては、５層の光吸収材料層（便宜上、『第１の光吸収材料層』と呼ぶ）を、実施例４の光吸収材料層９１と同様の構成、即ち、ｎ－Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎから構成した。更には、実施例６にあっては、１層の光吸収材料層（便宜上、『第２の光吸収材料層』と呼ぶ）を透明導電性材料から構成した。具体的には、第２の光吸収材料層を、ＩＴＯから成る第２電極３２と兼用した。実施例６にあっては、発振波長λ0を４５０ｎｍとした。また、ｍ＝１及び２とした。ｍ＝１にあっては、ＬAbsの値は９３．０ｎｍであり、発光層２３の厚さ方向中心と、発光層２３に隣接した第１の光吸収材料層の厚さ方向中心との間の距離は４６．５ｎｍであり、５層の第１の光吸収材料層の厚さは３ｎｍである。即ち、５層の第１の光吸収材料層にあっては、
０．９×｛λ0／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛λ0／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－２）
を満足する。また、発光層２３に隣接した第１の光吸収材料層と、第２の光吸収材料層とは、ｍ＝２とした。即ち、
０．９×｛（２・λ0）／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛（２・λ0）／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－３）
を満足する。第２電極３２を兼用する１層の第２の光吸収材料層の光吸収係数は２０００ｃｍ-1、厚さは３０ｎｍであり、発光層２３から第２の光吸収材料層までの距離は１３９．５ｎｍである。以上の点を除き、実施例６の発光素子の構成、構造は、実施例４の発光素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、５層の第１の光吸収材料層の内、一部の第１の光吸収材料層にあっては、ｍを、２以上の任意の整数とすることもできる。尚、実施例４と異なり、光吸収材料層９１の数を１とすることもできる。この場合にも、第２電極３２を兼ねた第２の光吸収材料層と光吸収材料層９１の位置関係は、以下の式を満たす必要がある。
０．９×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝ （Ｂ－１）
実施例７は、実施例１～実施例６の変形である。実施例７あるいは後述する実施例８～実施例１８の発光素子において、第１光反射層及び膜厚変調層（以下、第１光反射層及び膜厚変調層を総称して、便宜上、『第１光反射層等』と呼ぶ）は凹面鏡部を有し、第２光反射層は平坦な形状を有する。尚、このような実施例７あるいは後述する実施例８～実施例１８の発光素子を、便宜上、『本開示の凹面鏡部を有する発光素子』と呼ぶ。
ところで、積層構造体をＧａＡｓ系化合物半導体から構成する場合、共振器長ＬORは１μｍ程度である。一方、積層構造体をＧａＮ系化合物半導体から構成する場合、共振器長ＬORは、通常、面発光レーザ素子から出射されるレーザ光の波長の数倍と長い。即ち、共振器長ＬORは１μｍよりもかなり長い。そして、このように共振器長ＬORが長くなると、従来の１μｍ程度の共振器長ＬORを採用しているＧａＡｓ系面発光レーザ素子と異なり、回折損失が増加するためにレーザ発振が難しくなる虞がある。つまり、面発光レーザ素子として機能するのではなく、ＬＥＤとして機能することになってしまう虞がある。ここで、「回折損失」とは、一般に、光は回折効果に起因して広がろうとするため、共振器を往復するレーザ光は、次第に、共振器外へと散逸してしまう現象を指す。また、積層構造体をＧａＮ系化合物半導体から構成する場合、熱飽和の問題が挙げられる。ここで、「熱飽和」とは、面発光レーザ素子の駆動時、自己発熱によって光出力が飽和する現象である。光反射層に用いられる材料（例えば、ＳｉＯ2やＴａ2Ｏ5といった材料）は、ＧａＮ系化合物半導体よりも熱伝導率の値が低い。よって、ＧａＮ系化合物半導体層の厚さを厚くすることは、熱飽和を抑制することに繋がる。しかしながら、ＧａＮ系化合物半導体層の厚さを厚くすると、共振器長ＬORの長さが長くなるので、上記の問題が生じる。光反射層に凹面鏡としての機能を付与する技術が、例えば、特開２００６－１１４７５３号公報や特開２０００－０２２２７７号公報から周知である。しかしながら、これらの特許公開公報には、共振器長ＬORが長くなることに起因した回折損失の増加といった問題、熱飽和の問題に関して、何ら言及されていない。
本開示の凹面鏡部を有する発光素子にあっては、第１光反射層等が凹面鏡部を有しているので、発光層を起点に回折して広がり、そして、第１光反射層に入射した光を発光層に向かって確実に反射し、発光層に集光することができる。従って、回折損失が増加することを回避することができ、確実にレーザ発振を行うことができるし、長い共振器を有することから熱飽和の問題を回避することが可能となる。
そして、このような本開示の凹面鏡部を有する発光素子においては、共振器長をＬORとしたとき、１×１０-5ｍ≦ＬORを満足することが好ましい。
上記の好ましい形態を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子において、積層構造体の積層方向を含む仮想平面で第１光反射層等を切断したときの第１光反射層等から構成された凹面鏡部の一部の積層構造体に面する界面（具体的には、膜厚変調層と積層構造体との間の界面）が描く図形は、円の一部又は放物線の一部である形態とすることができる。図形は、厳密には円の一部ではない場合もあるし、厳密には放物線の一部ではない場合もある。即ち、概ね円の一部である場合、概ね放物線の一部である場合も、「図形は、円の一部又は放物線の一部である」ことに包含される。このような円の一部又は放物線の一部である第１光反射層等の部分（領域）を、『第１光反射層等の凹面鏡部における有効領域』と呼ぶ場合がある。尚、凹面鏡部の一部の積層構造体に面する界面が描く図形は、界面の形状を計測器で計測し、得られたデータを最小自乗法に基づき解析することで求めることができる。
上記の好ましい形態を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子において、
第２化合物半導体層には、電流注入領域及び電流注入領域を取り囲む電流非注入領域が設けられており、
電流注入領域の面積重心点から、電流注入領域と電流非注入領域の境界までの最短距離ＤCIは、以下の式を満足する構成とすることができる。ここで、このような構成の発光素子を、便宜上、『第１構成の発光素子』と呼ぶ。尚、以下の式の導出は、例えば，H. Kogelnik and T. Li, "Laser Beams and Resonators", Applied Optics/Vol. 5, No. 10/ October 1966 を参照のこと。また、ω0はビームウェスト半径とも呼ばれる。
ＤCI≧ω0／２ （Ｃ－１）
但し、
ω0 2≡（λ0／π）｛ＬOR（ＲDBR－ＬOR）｝1/2 （Ｃ－２）
ここで、
λ0 ：発光素子から主に出射される光の波長（発振波長）
ＬOR ：共振器長
ＲDBR：第１光反射層等から構成された凹面鏡部の曲率半径
ここで、本開示の凹面鏡部を有する発光素子は、第１光反射層等にのみ凹面鏡部を有するが、第２光反射層の平板な鏡に対する対象性を考えれば、共振器は、同一の曲率半径を有する２つの凹面鏡部で挟まれたファブリペロー型共振器へと拡張することができる（図３７の模式図を参照）。このとき、仮想的なファブリペロー型共振器の共振器長は、共振器長ＬORの２倍となる。ω0の値と共振器長ＬORの値と第１光反射層等から構成された凹面鏡部の曲率半径ＲDBRの値の関係を示すグラフを、図３８及び図３９に示す。尚、ω0の値が「負」であるとき、即ち、曲率半径ＲDBRの値が共振器長ＬORの値よりも小さい状態である場合、光場の閉じ込めが過剰になり回折損失を生じる。それ故、曲率半径ＲDBRの値が共振器長ＬORの値よりも大きい状態であることが好ましい。尚、発光層を、２つの光反射層のうち、平坦な光反射層、具体的には、第２光反射層に近づけて配置すると、光場は発光層においてより集光される。即ち、発光層における光場閉じ込めを強め、レーザ発振を容易ならしめる。発光層の位置、即ち、第２化合物半導体層に面する第２光反射層の面から発光層までの距離として、限定するものではないが、λ0／２乃至１０λ0を例示することができる。
ところで、第１光反射層によって反射される光が集光される領域が、電流注入によって発光層が利得を持つ領域に対応する電流注入領域に含まれない場合、キャリアから光の誘導放出が阻害され、ひいては、レーザ発振が阻害される虞がある。上式（Ｃ－１）及び（Ｃ－２）を満足することで、第１光反射層によって反射される光が集光される領域が電流注入領域に含まれることを保証することができ、レーザ発振を確実に達成することができる。
そして、第１構成の発光素子は、
第２化合物半導体層の第２面上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域を構成するモードロス作用部位、
第２化合物半導体層の第２面上からモードロス作用部位上に亙り形成された第２電極、及び、
第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を更に備えており、
第２光反射層は第２電極上に形成されており、
積層構造体には、電流注入領域、電流注入領域を取り囲む電流非注入・内側領域、及び、電流非注入・内側領域を取り囲む電流非注入・外側領域が形成されており、
モードロス作用領域の正射影像と電流非注入・外側領域の正射影像とは重なり合っている構成とすることができる。
そして、このような好ましい構成を含む第１構成の発光素子において、第１光反射層等から構成された凹面鏡部における有効領域の半径ｒ’DBRは、ω0≦ｒ’DBR≦２０・ω0、好ましくは、ω0≦ｒ’DBR≦１０・ω0を満足する構成とすることができる。あるいは又、ｒ’DBRの値として、ｒ’DBR≦１×１０-4ｍ、好ましくは、ｒ’DBR≦５×１０-5ｍを例示することができる。また、基部の高さｈDBRとして、ｈDBR≦５×１０-5ｍを例示することができる。更には、このような好ましい構成を含む第１構成の発光素子において、ＤCI≧ω0を満足する構成とすることができる。更には、このような好ましい構成を含む第１構成の発光素子において、ＲDBR≦１×１０-3ｍ、好ましくは、１×１０-5ｍ≦ＲDBR≦１×１０-3ｍ、より好ましくは、１×１０-5ｍ≦ＲDBR≦１×１０-4ｍを満足する構成とすることができる。
また、上記の好ましい形態を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子は、
第２化合物半導体層の第２面上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域を構成するモードロス作用部位、
第２化合物半導体層の第２面上からモードロス作用部位上に亙り形成された第２電極、及び、
第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を更に備えており、
第２光反射層は第２電極上に形成されており、
積層構造体には、電流注入領域、電流注入領域を取り囲む電流非注入・内側領域、及び、電流非注入・内側領域を取り囲む電流非注入・外側領域が形成されており、
モードロス作用領域の正射影像と電流非注入・外側領域の正射影像とは重なり合っている構成とすることができる。ここで、このような構成の発光素子を、便宜上、『第２構成の発光素子』と呼ぶ。
あるいは又、上記の好ましい形態を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子は、
第２化合物半導体層の第２面上に形成された第２電極、
第２電極上に形成された第２光反射層、
第１化合物半導体層の第１面上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域を構成するモードロス作用部位、並びに、
第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を更に備えており、
第１光反射層等は、第１化合物半導体層の第１面上からモードロス作用部位上に亙り形成されており、
積層構造体には、電流注入領域、電流注入領域を取り囲む電流非注入・内側領域、及び、電流非注入・内側領域を取り囲む電流非注入・外側領域が形成されており、
モードロス作用領域の正射影像と電流非注入・外側領域の正射影像とは重なり合っている構成とすることができる。ここで、このような構成の発光素子を、便宜上、『第３構成の発光素子』と呼ぶ。尚、第３構成の発光素子の規定を、第１構成の発光素子に適用することができる。
第２構成の発光素子又は第３構成の発光素子において、積層構造体には電流非注入領域（電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域の総称）が形成されているが、電流非注入領域は、具体的には、厚さ方向、第２化合物半導体層の第２電極側の領域に形成されていてもよいし、第２化合物半導体層全体に形成されていてもよいし、第２化合物半導体層及び発光層に形成されていてもよいし、第２化合物半導体層から第１化合物半導体層の一部に亙り形成されていてもよい。モードロス作用領域の正射影像と電流非注入・外側領域の正射影像とは重なり合っているが、電流注入領域から充分に離れた領域においては、モードロス作用領域の正射影像と電流非注入・外側領域の正射影像とは重なり合っていなくともよい。
第２構成の発光素子において、電流非注入・外側領域はモードロス作用領域の下方に位置している構成とすることができる。
上記の好ましい構成を含む第２構成の発光素子において、電流注入領域の正射影像の面積をＳ1、電流非注入・内側領域の正射影像の面積をＳ2としたとき、
０．０１≦Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ2）≦０．７ （Ｄ－１）
を満足する構成とすることができる。また、第３構成の発光素子において、電流注入領域の正射影像の面積をＳ1’、電流非注入・内側領域の正射影像の面積をＳ2’としたとき、
０．０１≦Ｓ1’／（Ｓ1’＋Ｓ2’）≦０．７ （Ｄ－２）
を満足する構成とすることができる。但し、Ｓ1／（Ｓ1’＋Ｓ2）の範囲、Ｓ1’／（Ｓ1’＋Ｓ2’）の範囲は、上記の範囲に限定あるいは制限されるものではない。
上記の好ましい構成を含む第２構成の発光素子又は第３構成の発光素子において、電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域は、積層構造体へのイオン注入によって形成される構成とすることができる。このような構成の発光素子を、便宜上、『第２－Ａ構成の発光素子』、『第３－Ａ構成の発光素子』と呼ぶ。そして、この場合、イオン種は、ボロン、プロトン、リン、ヒ素、炭素、窒素、フッ素、酸素、ゲルマニウム及びシリコンから成る群から選択された少なくとも１種類のイオン（即ち、１種類のイオン又は２種類以上のイオン）である構成とすることができる。
あるいは又、上記の好ましい構成を含む第２構成の発光素子又は第３構成の発光素子において、電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域は、第２化合物半導体層の第２面へのプラズマ照射、又は、第２化合物半導体層の第２面へのアッシング処理、又は、第２化合物半導体層の第２面への反応性イオンエッチング処理によって形成される構成とすることができる。このような構成の発光素子を、便宜上、『第２－Ｂ構成の発光素子』、『第３－Ｂ構成の発光素子』と呼ぶ。これらの処理にあっては、電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域はプラズマ粒子に晒されるので、第２化合物半導体層の導電性に劣化が生じ、電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域は高抵抗状態となる。即ち、電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域は、第２化合物半導体層の第２面のプラズマ粒子への暴露によって形成される構成とすることができる。プラズマ粒子として、具体的には、アルゴン、酸素、窒素等を挙げることができる。
あるいは又、上記の好ましい構成を含む第２構成の発光素子又は第３構成の発光素子において、第２光反射層は、第１光反射層からの光を、第１光反射層と第２光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって反射あるいは散乱する領域を有する構成とすることができる。このような構成の発光素子を、便宜上、『第２－Ｃ構成の発光素子』、『第３－Ｃ構成の発光素子』と呼ぶ。具体的には、モードロス作用部位の側壁（モードロス作用部位に設けられた開口部の側壁）の上方に位置する第２光反射層の領域は、順テーパー状の傾斜を有し、あるいは又、第１光反射層等に向かって凸状に湾曲した領域を有する。あるいは又、上記の好ましい形態を含む第２構成の発光素子又は第３構成の発光素子において、第１光反射層は、第２光反射層からの光を、第１光反射層と第２光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって反射あるいは散乱する領域を有する構成とすることができる。具体的には、第１光反射層等の一部の領域に、順テーパー状の傾斜を形成し、あるいは、第２光反射層に向かって凸状の湾曲部を形成すればよいし、あるいは又、モードロス作用部位の側壁（モードロス作用部位に設けられた開口部の側壁）の上方に位置する第１光反射層等の領域は、順テーパー状の傾斜を有し、あるいは又、第２光反射層に向かって凸状に湾曲した領域を有する構成とすればよい。また、モードロス作用部位の頂面と、モードロス作用部位に設けられた開口部の側壁との境界（側壁エッジ部）において光を散乱させることで、第１光反射層と第２光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって光を散乱させる構成とすることもできる。
以上に説明した第２－Ａ構成の発光素子、第２－Ｂ構成の発光素子あるいは第２－Ｃ構成の発光素子において、電流注入領域における発光層から第２化合物半導体層の第２面までの光学的距離をＬ2、モードロス作用領域における発光層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をＬ0としたとき、
Ｌ0＞Ｌ2
を満足する構成とすることができる。また、以上に説明した第３－Ａ構成の発光素子、第３－Ｂ構成の発光素子あるいは第３－Ｃ構成の発光素子において、電流注入領域における発光層から第１化合物半導体層の第１面までの光学的距離をＬ1’、モードロス作用領域における発光層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をＬ0’としたとき、
Ｌ0’＞Ｌ1’
を満足する構成とすることができる。更には、これらの構成を含む、以上に説明した第２－Ａ構成の発光素子、第３－Ａ構成の発光素子、第２－Ｂ構成の発光素子、第３－Ｂ構成の発光素子、第２－Ｃ構成の発光素子あるいは第３－Ｃ構成の発光素子において、生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、第１光反射層と第２光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって散逸させられ、以て、発振モードロスが増加する構成とすることができる。即ち、生じる基本モード及び高次モードの光場強度が、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域の存在によって、モードロス作用領域の正射影像内において、Ｚ軸から離れるほど、減少するが、基本モードの光場強度の減少よりも高次モードのモードロスの方が多く、基本モードを一層安定化させることができるし、電流非注入・内側領域が存在しない場合に比べるとモードロスを抑制することができるので、閾値電流の低下を図ることができる。
また、以上に説明した第２－Ａ構成の発光素子、第３－Ａ構成の発光素子、第２－Ｂ構成の発光素子、第３－Ｂ構成の発光素子、第２－Ｃ構成の発光素子あるいは第３－Ｃ構成の発光素子において、モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る構成とすることができる。誘電体材料として、ＳｉＯX、ＳｉＮX、ＡｌＮX、ＡｌＯX、ＴａＯX、ＺｒＯXを例示することができるし、金属材料あるいは合金材料として、チタン、金、白金あるいはこれらの合金を例示することができるが、これらの材料に限定するものではない。これらの材料から構成されたモードロス作用部位により光を吸収させ、モードロスを増加させることができる。あるいは直接的に光を吸収しなくても、位相を乱すことでモードロスを制御することができる。この場合、モードロス作用部位は誘電体材料から成り、モードロス作用部位の光学膜厚ｔ0は、発光素子において生成した光の波長λ0の１／４の整数倍から外れる値である構成とすることができる。即ち、共振器内を周回し定在波を形成する光の位相を、モードロス作用部位においては位相を乱すことで定在波を破壊し、それに相応するモードロスを与えることができる。あるいは又、モードロス作用部位は誘電体材料から成り、モードロス作用部位（屈折率をｎ0とする）の光学膜厚ｔ0は、発光素子において生成した光の波長λ0の１／４の整数倍である構成とすることができる。即ち、モードロス作用部位の光学膜厚ｔ0は、発光素子において生成した光の位相を乱さず定在波を破壊しないような厚さである構成とすることができる。但し、厳密に１／４の整数倍である必要はなく、
（λ0／４ｎ0）×ｍ－（λ0／８ｎ0）≦ｔ0≦（λ0／４ｎ0）×２ｍ＋（λ0／８ｎ0） （Ｅ）
を満足すればよい。あるいは又、モードロス作用部位を、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る構成とすることで、モードロス作用部位を通過する光がモードロス作用部位によって、位相を乱されたり、吸収させることができる。そして、これらの構成を採用することで、発振モードロスの制御を一層高い自由度をもって行うことができるし、発光素子の設計自由度を一層高くすることができる。
あるいは又、上記の好ましい構成を含む第２構成の発光素子において、
第２化合物半導体層の第２面側には凸部が形成されており、
モードロス作用部位は、凸部を囲む第２化合物半導体層の第２面の領域上に形成されている構成とすることができる。このような構成の発光素子を、便宜上、『第２－Ｄ構成の発光素子』と呼ぶ。凸部は、電流注入領域及び電流非注入・内側領域を占めている。そして、この場合、電流注入領域における発光層から第２化合物半導体層の第２面までの光学的距離をＬ2、モードロス作用領域における発光層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をＬ0としたとき、
Ｌ0＜Ｌ2
を満足する構成とすることができ、更には、これらの場合、生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、電流注入領域及び電流非注入・内側領域に閉じ込められ、以て、発振モードロスが減少する構成とすることができる。即ち、生じる基本モード及び高次モードの光場強度が、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域の存在によって、電流注入領域及び電流非注入・内側領域の正射影像内において増加する。更には、これらの場合、モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る構成とすることができる。ここで、誘電体材料、金属材料又は合金材料として、上述した各種の材料を挙げることができる。
あるいは又、上記の好ましい構成を含む第３構成の発光素子において、
第１化合物半導体層の第１面側には凸部が形成されており、
モードロス作用部位は、凸部を囲む第１化合物半導体層の第１面の領域上に形成されており、あるいは又、モードロス作用部位は、凸部を囲む第１化合物半導体層の領域から構成されている構成とすることができる。このような構成の発光素子を、便宜上、『第３－Ｄ構成の発光素子』と呼ぶ。凸部は、電流注入領域及び電流非注入・内側領域の正射影像と一致する。そして、この場合、電流注入領域における発光層から第１化合物半導体層の第１面までの光学的距離をＬ1’、モードロス作用領域における発光層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をＬ0’としたとき、
Ｌ0’＜Ｌ1’
を満足する構成とすることができ、更には、これらの場合、第１化合物半導体層の第１面側には凸部が形成されており、モードロス作用部位は、凸部を囲む第１化合物半導体層の第１面の領域から構成されている形態とすることができ、更には、これらの場合、生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、電流注入領域及び電流非注入・内側領域に閉じ込められ、以て、発振モードロスが減少する構成とすることができ、更には、これらの場合、モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る構成とすることができる。ここで、誘電体材料、金属材料又は合金材料として、上述した各種の材料を挙げることができる。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成（第１構成の発光素子～第３構成の発光素子を含む）を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子において、実施例４において説明したと同様に、第２電極を含む積層構造体には、発光層が占める仮想平面と平行に、少なくとも２層の光吸収材料層が形成されている構成とすることができる。ここで、このような構成の発光素子を、便宜上、『第４構成の発光素子』と呼ぶ。
第４構成の発光素子にあっては、実施例４において説明したと同様に、少なくとも４層の光吸収材料層が形成されていることが好ましい。
上記の好ましい構成を含む第４構成の発光素子において、実施例４において説明したと同様に、発振波長（発光素子から主に出射される光の波長であり、所望の発振波長である）をλ0、２層の光吸収材料層、及び、光吸収材料層と光吸収材料層との間に位置する積層構造体の部分の全体の等価屈折率をｎeq、光吸収材料層と光吸収材料層との間の距離をＬAbsとしたとき、前述した式（Ｂ－１）、式（Ｂ－２）、式（Ｂ－３），式（Ｂ－４）を満足することが好ましい。
更には、上記の各種の好ましい構成を含む第４構成の発光素子において、実施例４において説明したと同様に、光吸収材料層の厚さは、λ0／（４・ｎeq）以下であることが好ましい。光吸収材料層の厚さの下限値として１ｎｍを例示することができる。
更には、上記の各種の好ましい構成を含む第４構成の発光素子にあっては、実施例４において説明したと同様に、積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最低振幅部分に光吸収材料層が位置する構成とすることができる。
更には、上記の各種の好ましい構成を含む第４構成の発光素子において、実施例４において説明したと同様に、積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最大振幅部分に発光層が位置する構成とすることができる。
更には、上記の各種の好ましい構成を含む第４構成の発光素子において、実施例４において説明したと同様に、光吸収材料層は、積層構造体を構成する化合物半導体の光吸収係数の２倍以上の光吸収係数を有する構成とすることができる。
更には、上記の各種の好ましい構成を含む第４構成の発光素子において、実施例４において説明したと同様に、光吸収材料層は、積層構造体を構成する化合物半導体よりもバンドギャップの狭い化合物半導体材料、不純物をドープした化合物半導体材料、透明導電性材料、及び、光吸収特性を有する光反射層構成材料から成る群から選択された少なくとも１種類の材料から構成されている構成とすることができる。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成（第１構成の発光素子～第４構成の発光素子を含む）を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子において、第１化合物半導体層の第１面と第１光反射層等との間には発光素子製造用基板（具体的には、化合物半導体基板）が配されている構成とすることができる。ここで、このような構成の発光素子を、便宜上、『第５構成の発光素子』と呼ぶ。この場合、発光素子製造用基板はＧａＮ基板から成る構成とすることができる。尚、発光素子製造用基板の厚さとして、５×１０-5ｍ乃至１×１０-4ｍを例示することができるが、このような値に限定するものではない。そして、このような構成を含む第５構成の発光素子において、第１光反射層等から構成された凹面鏡部は、発光素子製造用基板の突出部から成る基部、並びに、少なくとも基部の一部の表面に形成された膜厚変調層及び多層光反射膜から構成されている構成とすることができる。ここで、このような構成の発光素子を、便宜上、『第５－Ａ構成の発光素子』と呼ぶ。あるいは又、第１光反射層等から構成された凹面鏡部は、発光素子製造用基板上に形成された基部、並びに、少なくとも基部の一部の表面に形成された膜厚変調層及び多層光反射膜から構成されている構成とすることができる。ここで、このような構成の発光素子を、便宜上、『第５－Ｂ構成の発光素子』と呼ぶ。第５－Ａ構成の発光素子における基部を構成する材料は、例えば、ＧａＮ基板である。ＧａＮ基板として、極性基板、反極性基板、無極性基板のいずれを用いてもよい。一方、第５－Ｂ構成の発光素子における基部を構成する材料として、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2等の透明な誘電体材料、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂を例示することができる。
あるいは又、以上に説明した好ましい形態、構成（第１構成の発光素子～第４構成の発光素子を含む）を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子において、第１化合物半導体層の第１面に第１光反射層等が形成されている構成とすることができる。ここで、このような構成の発光素子を、便宜上、『第６構成の発光素子』と呼ぶ。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成（第１構成の発光素子～第６構成の発光素子を含む）を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子において、積層構造体の熱伝導率の値は、第１光反射層等の熱伝導率の値よりも高い構成とすることができる。第１光反射層等を構成する誘電体材料の熱伝導率の値は、一般に、１０ワット／（ｍ・Ｋ）程度あるいはそれ以下である。一方、積層構造体を構成するＧａＮ系化合物半導体の熱伝導率の値は、５０ワット／（ｍ・Ｋ）程度乃至１００ワット／（ｍ・Ｋ）程度である。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成（第１構成の発光素子～第６構成の発光素子を含む）を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子において、発光素子の凹面鏡部（具体的には、第１光反射層等から構成された凹面鏡部における半径ｒ’DBRの有効領域）の曲率半径をＲDBRとしたとき、ＲDBR≦１×１０-3ｍ、好ましくは、１×１０-5ｍ≦ＲDBR≦１×１０-3ｍ、より好ましくは、１×１０-5ｍ≦ＲDBR≦１×１０-4ｍを満足する構成とすることができる。また、１×１０-5ｍ≦ＬORを満足するが、好ましくは１×１０-5ｍ≦ＬOR≦５×１０-4ｍ、より好ましくは、１×１０-5ｍ≦ＬOR≦１×１０-4ｍを満足することが望ましい。
更には、以上に説明した好ましい形態、構成（第１構成の発光素子～第６構成の発光素子を含む）を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子において、第１光反射層等の周囲には凸形状部が形成されており、第１光反射層は凸形状部から突出していない構成とすることができ、これによって、第１光反射層を保護することができる。即ち、第１光反射層は凸形状部よりも引っ込んだ状態で設けられるが故に、例えば、何らかの物体が凸形状部と接触しても、この物体が第１光反射層と接触することが無く、第１光反射層を確実に保護することができる。
また、以上に説明した好ましい形態、構成（第１構成の発光素子～第６構成の発光素子を含む）を含む本開示の凹面鏡部を有する発光素子において、発光層と第１光反射層等との間に位置する各種の化合物半導体層（化合物半導体基板から成る発光素子製造用基板を含む）を構成する材料にあっては、１０％以上の屈折率の変調が無いこと（積層構造体の平均屈折率を基準として、１０％以上の屈折率差が無いこと）が好ましく、これによって、共振器内の光場の乱れ発生を抑制することができる。
以下、実施例７の凹面鏡部を有する発光素子についての説明を行う。実施例７は、第５－Ａ構成の発光素子に関する。実施例７あるいは後述する実施例８～実施例１８の発光素子は、構成に依るが、より具体的には、第２化合物半導体層の頂面から第２光反射層を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成り、あるいは又、より具体的には、第１化合物半導体層の頂面から第１光反射層を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成る。実施例７の発光素子の模式的な一部端面図を図１３に示す。
実施例７の発光素子あるいは後述する実施例８～実施例１８の発光素子において、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０は凹面鏡部４３を有し、第２光反射層４２は平坦な形状を有する。そして、共振器長をＬORとしたとき、１×１０-5ｍ≦ＬORを満足する。
尚、実施例７～実施例１８に関連した図面においては、図面を簡素化するために、図１３を除き、図面において、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０の積層構造を参照番号「４１＋８０」の１層で示し、多層光反射膜４６及び膜厚変調層８０の積層構造を１層で示す。
また、実施例７の発光素子において、積層構造体２０の積層方向を含む仮想平面で第１光反射層４１及び膜厚変調層８０を切断したときの第１光反射層４１及び膜厚変調層８０から構成された凹面鏡部４３の一部（第１光反射層４１及び膜厚変調層８０から構成された凹面鏡部４３における有効領域４４）の積層構造体２０に面する界面４３ａ（具体的には、積層構造体２０と膜厚変調層８０との界面４３ａ）が描く図形は、円の一部又は放物線の一部である。尚、有効領域４４の外側に位置する凹面鏡部４３の部分の形状（断面形状の図形）は、円の一部や放物線の一部でなくともよい。
そして、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０から構成された凹面鏡部４３は、化合物半導体基板から成る発光素子製造用基板１１の第１面１１ａの突出部１１ａ’から成る基部４５Ａ、並びに、少なくとも基部４５Ａの一部の表面（具体的には、基部４５Ａの表面）に形成された膜厚変調層８０及び多層光反射膜４６から構成されている。更には、凹面鏡部４３（具体的には、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０から構成された凹面鏡部４３における半径ｒ’DBRの有効領域４４）の曲率半径をＲDBRとしたとき、
ＲDBR≦１×１０-3ｍ
を満足する。具体的には、限定するものではないが、
ＬOR ＝５０μｍ
ＲDBR ＝７０μｍ
ｒ’DBR＝２０μｍ
を例示することができる。また、発光素子から主に出射される所望の光の波長（発振波長）λ0として、
λ0 ＝４５０ｎｍ
を例示することができる。
ここで、発光層２３から基部４５Ａと多層光反射膜４６との界面までの距離をＴ0とすると、理想的な放物線の関数ｘ＝ｆ（ｚ）は、
ｘ ＝ｚ2／t0
ｈDBR＝ｒ’DBR 2／２Ｔ0
で表すことができるが、界面４３ａが描く図形を放物線の一部としたとき、このような理想的な放物線から逸脱した放物線であってもよいことは云うまでもない。
また、積層構造体２０の熱伝導率の値は、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０の熱伝導率の値よりも高い。第１光反射層４１及び膜厚変調層８０を構成する誘電体材料の熱伝導率の値は、１０ワット／（ｍ・Ｋ）程度あるいはそれ以下である。一方、積層構造体２０を構成するＧａＮ系化合物半導体の熱伝導率の値は、５０ワット／（ｍ・Ｋ）程度乃至１００ワット／（ｍ・Ｋ）程度である。
以下、積層構造体等の模式的な一部端面図である図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５、図１６、図１７、図１８及び図１９を参照して、実施例７の発光素子の製造方法を説明する。
［工程－７００］
先ず、厚さ０．４ｍｍ程度の化合物半導体基板から成る発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ上に、
第１面２１ａ、及び、第１面２１ａと対向する第２面２１ｂを有する第１化合物半導体層２１、
第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂと面する発光層（活性層）２３、並びに、
発光層２３と面する第１面２２ａ、及び、第１面２２ａと対向する第２面２２ｂを有する第２化合物半導体層２２、
が積層された、ＧａＮ系化合物半導体から成る積層構造体２０を形成する。具体的には、周知のＭＯＣＶＤ法によるエピタキシャル成長法に基づき、第１化合物半導体層２１、発光層２３及び第２化合物半導体層２２を、発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ上に、順次、形成することで、積層構造体２０を得ることができる（図１４Ａ参照）。
［工程－７１０］
次いで、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上に、ＣＶＤ法やスパッタリング法、真空蒸着法といった成膜法とウェットエッチング法やドライエッチング法との組合せに基づき、開口部３４Ａを有し、ＳｉＯ2から成る絶縁層（電流狭窄層）３４を形成する（図１４Ｂ参照）。開口部３４Ａを有する絶縁層３４によって、電流狭窄領域（電流注入領域６１Ａ及び電流非注入領域６１Ｂ）が規定される。即ち、開口部３４Ａによって電流注入領域６１Ａが規定される。
電流狭窄領域を得るためには、前述したとおり、第２電極３２と第２化合物半導体層２２との間に絶縁材料（例えば、ＳｉＯXやＳｉＮX、ＡｌＯX）から成る絶縁層（電流狭窄層）を形成してもよいし、あるいは又、第２化合物半導体層２２をＲＩＥ法等によりエッチングしてメサ構造を形成してもよいし、あるいは又、積層された第２化合物半導体層２２の一部の層を横方向から部分的に酸化して電流狭窄領域を形成してもよいし、第２化合物半導体層２２に不純物をイオン注入して導電性が低下した領域を形成してもよいし、あるいは、これらを、適宜、組み合わせてもよい。但し、第２電極３２は、電流狭窄により電流が流れる第２化合物半導体層２２の部分と電気的に接続されている必要がある。
［工程－７２０］
その後、第２化合物半導体層２２上に第２電極３２及び第２光反射層４２を形成する。具体的には、開口部３４Ａ（電流注入領域６１Ａ）の底面に露出した第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂから絶縁層３４の上に亙り、例えば、リフトオフ法に基づき第２電極３２を形成し、更に、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法とウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法との組合せに基づきパッド電極３３を形成する。次いで、第２電極３２の上からパッド電極３３の上に亙り、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法とウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法との組合せに基づき第２光反射層４２を形成する。第２電極３２の上の第２光反射層４２は平坦な形状を有する。こうして、図１５に示す構造を得ることができる。
［工程－７３０］
次いで、第２光反射層４２を、接合層４８を介して支持基板４９に固定する（図１６参照）。具体的には、第２光反射層４２を、接着剤から成る接合層４８を用いて、サファイア基板から構成された支持基板４９に固定する。
［工程－７４０］
次いで、発光素子製造用基板１１を、機械研磨法やＣＭＰ法に基づき薄くし、更に、発光素子製造用基板１１の第１面１１ａに鏡面仕上げを施す（図１７参照）。発光素子製造用基板１１の第１面１１ａの表面粗さＲａの値は１０ｎｍ以下であることが好ましい。そして、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）に突出部１１ａ’から成る基部４５Ａを形成する。具体的には、基部４５Ａを形成すべき発光素子製造用基板１１の第１面１１ａ上にパターニングされたレジスト層を形成し、レジスト層を加熱することでレジスト層をリフローさせて、レジストパターンを得る。レジストパターンには突出部１１ａ’の形状と同じ形状（あるいは類似した形状）が付与される。そして、レジストパターン及び発光素子製造用基板１１の第１面１１ａを、ＲＩＥ法等を用いてエッチバックすることによって、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）に突出部１１ａ’から成る基部４５Ａを形成することができる（図１８参照）。
［工程－７５０］
その後、少なくとも基部４５Ａの一部の上に膜厚変調層８０及び多層光反射膜４６を形成する。具体的には、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）から基部４５Ａの上に亙り、スパッタリング法や真空蒸着法といった周知の方法に基づき膜厚変調層８０及び多層光反射膜４６を形成する。そして、ウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法に基づき多層光反射膜４６及び膜厚変調層８０の不要な部分を除去して膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を得た後（図１９参照）、発光素子製造用基板１１の第１面１１ａ上に、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法とウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法との組合せに基づき第１電極３１を形成することで、第１化合物半導体層２１に電気的に接続された第１電極３１を得ることができる。
［工程－７６０］
そして、支持基板４９を剥離する。こうして、図１３に示す構造を得ることができる。その後、所謂素子分離を行うことで発光素子を分離し、積層構造体の側面や露出面を、例えば、ＳｉＯ2から成る絶縁膜で被覆する。次いで、パッケージや封止することで、実施例７の発光素子を完成させる。
尚、［工程－７４０］において、発光素子製造用基板１１を薄くし、更に、鏡面仕上げを施した後、支持基板４９を剥離してもよい。
また、実施例７の発光素子の変形例として、［工程－７４０］において、発光素子製造用基板１１を薄くし、更に、鏡面仕上げを施した後、そして、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）に突出部１１ａ’から成る基部４５Ａを形成する前に、基部４５Ａを形成すべき発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）の領域に凹み１１ａ”を形成し、凹み１１ａ”内にパターニングされたレジスト層を形成し、レジスト層を加熱することでレジスト層をリフローさせて、レジストパターンを得る。レジストパターンには突出部１１ａ’の形状と同じ形状（あるいは類似した形状）が付与される。そして、レジストパターン及び凹み１１ａ”の部分を、ＲＩＥ法等を用いてエッチバックすることによって、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）の凹み１１ａ”内に突出部１１ａ’から成る基部４５Ａを形成してもよい（図２０参照）。次に、基部４５Ａの上を含む全面に、スパッタリング法や真空蒸着法といった周知の方法に基づき膜厚変調層８０及び多層光反射膜４６を形成する。そして、ウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法に基づき多層光反射膜４６及び膜厚変調層８０の不要な部分を除去することで、膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を得ることができる。即ち、膜厚変調層８０及び第１光反射層４１の周囲には凸形状部１１Ａが形成されており、第１光反射層４１は凸形状部１１Ａ（発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）から構成されている）から突出しておらず、これによって、第１光反射層４１を保護することができる。
あるいは又、［工程－７４０］において、化合物半導体基板から成る発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）に突出部１１ａ’から成る基部４５Ａを形成すると同時に、基部４５Ａと離間して、基部４５Ａを囲むように、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）に突起部を形成してもよい。具体的には、基部４５Ａを形成すべき発光素子製造用基板１１の第１面１１ａ上にパターニングされたレジスト層を形成し、レジスト層を加熱することでレジスト層をリフローさせて、レジストパターンを得る。レジストパターンには突出部１１ａ’の形状と同じ形状（あるいは類似した形状）が付与される。併せて、レジストパターンと離間して、レジストパターンを囲むように、突起部を形成すべき発光素子製造用基板１１の第１面１１ａの部分の上にレジスト層を形成する。そして、レジストパターン、レジスト層及び発光素子製造用基板１１の第１面１１ａを、ＲＩＥ法等を用いてエッチバックすることによって、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）に突出部１１ａ’から成る基部４５Ａを形成することができ、併せて、突起部を形成することができる。膜厚変調層８０及び第１光反射層４１の周囲には突起部が形成されており、第１光反射層４１は突起部（発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）から構成されている）から突出しておらず、これによって、第１光反射層４１を保護することができる。
あるいは又、上記の［工程－７５０］において、少なくとも基部４５Ａの一部の上に膜厚変調層８０及び多層光反射膜４６を形成し、パターニングすることで、膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を得た後、発光素子製造用基板１１の第１面１１ａ上に、膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を囲む凸形状部１１Ａを形成してもよい（図２１参照）。凸形状部１１Ａは、例えば、絶縁材料や金属材料から構成すればよい。このように、膜厚変調層８０及び第１光反射層４１の周囲には凸形状部１１Ａが形成されており、第１光反射層４１は凸形状部１１Ａから突出しておらず、これによって、第１光反射層４１を保護することができる。
実施例７の発光素子において、第１光反射層及び膜厚変調層は凹面鏡部を有している。従って、共振器長ＬORが１×１０-5ｍ以上であっても、回折損失が増加することを回避することができる結果、確実にレーザ発振を行うことができるし、共振器長ＬORが１×１０-5ｍ以上とすることができるが故に、熱飽和の問題を緩和することもできる。また、共振器長ＬORが１×１０-5ｍ以上とすることができるが故に、発光素子の製造プロセスの許容度が高くなる結果、歩留りの向上を図ることができる。
また、後述する実施例１０を除き、発光素子の製造プロセスにあっては、ＧａＮ基板を用いるが、ＥＬＯ法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法に基づきＧａＮ系化合物半導体を形成してはいない。従って、ＧａＮ基板として、極性ＧａＮ基板だけでなく、反極性ＧａＮ基板や無極性ＧａＮ基板を用いることができる。極性ＧａＮ基板を使用すると、発光層におけるピエゾ電界の効果のために発光効率が低下する傾向があるが、無極性ＧａＮ基板や反極性ＧａＮ基板を用いれば、このような問題を解決したり、緩和することが可能である。
また、［工程－７４０］と［工程－７５０］との間で、突出部１１ａ’から成る基部４５Ａが形成された発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）に、透明材料を塗布、硬化させることで、平滑面を得ることもできる。透明材料の形成によって一層確実に光学ロスの発生、例えば、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）に起因した散乱ロスの発生を抑制することができる。透明材料として、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂やシリカ等を挙げることができ、厚さとして１００ｎｍ以下、例えば、１０ｎｍ程度を挙げることができる。
実施例８は、実施例７の変形であり、第５－Ｂ構成の発光素子に関する。模式的な一部端面図を図２２に示す実施例８の発光素子において、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０から構成された凹面鏡部４３は、発光素子製造用基板１１の上（具体的には、化合物半導体基板から成る発光素子製造用基板１１の第１面１１ａの上）に形成された突出部４５ｃから成る基部４５Ｂ、並びに、少なくとも基部４５Ｂの一部（具体的には、基部４５Ｂの表面）に形成された膜厚変調層８０及び多層光反射膜４６から構成されている。基部４５Ｂ（突出部４５ｃ）を構成する材料として、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ2等の透明な誘電体材料、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等を挙げることができる。
実施例８の発光素子にあっては、実施例７の［工程－７４０］と同様の工程において、発光素子製造用基板１１を薄くし、鏡面仕上げを施した後、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）の上に突出部４５ｃから成る基部４５Ｂを形成する。具体的には、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）の上に、例えば、ＴｉＯ2層又はＴａ2Ｏ5層を形成し、次いで、基部４５Ｂを形成すべきＴｉＯ2層又はＴａ2Ｏ5層の上にパターニングされたレジスト層を形成し、レジスト層を加熱することでレジスト層をリフローさせて、レジストパターンを得る。レジストパターンには突出部４５ｃの形状と同じ形状（あるいは類似した形状）が付与される。そして、レジストパターン及びＴｉＯ2層又はＴａ2Ｏ5層をエッチバックすることによって、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）の上に突出部４５ｃから成る基部４５Ｂを形成することができる。次いで、発光素子製造用基板１１の露出面（第１面１１ａ）から基部４５Ｂの上に亙り、周知の方法に基づき膜厚変調層８０及び多層光反射膜４６を形成する。その後、多層光反射膜４６及び膜厚変調層８０の不要な部分を除去して膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を得た後、発光素子製造用基板１１の第１面１１ａ上に第１電極３１を形成することで、第１化合物半導体層２１に電気的に接続された第１電極３１を得ることができる。
以上の点を除き、実施例８の発光素子の構成、構造は、実施例７の発光素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、実施例７の発光素子の変形例を実施例８に適用することもできる。
実施例９も、実施例７又は実施例８の変形であり、第６構成の発光素子に関する。模式的な一部端面図を図２３に示す実施例９の発光素子において、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａには膜厚変調層８０及び第１光反射層４１が形成されている。実施例９の発光素子の製造においては、実施例７の［工程－７４０］と同様の工程において、発光素子製造用基板１１を除去し、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させる。そして、実施例７と同様に、基部４５Ｄを形成すべき第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上にパターニングされたレジスト層を形成し、レジスト層を加熱することでレジスト層をリフローさせて、レジストパターンを得る。レジストパターンには突出部２１ｄの形状と同じ形状（あるいは類似した形状）が付与される。そして、レジストパターン及び第１化合物半導体層２１の第１面２１ａをエッチバックすることによって、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａに突出部２１ｄから成る基部４５Ｄを形成することができる。あるいは又、模式的な一部端面図を図２４に示す実施例９の発光素子の変形例において、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａの上に、例えば、ＴｉＯ2層又はＴａ2Ｏ5層を形成し、次いで、基部４５Ｅを形成すべきＴｉＯ2層又はＴａ2Ｏ5層の上にパターニングされたレジスト層を形成し、レジスト層を加熱することでレジスト層をリフローさせて、レジストパターンを得る。レジストパターンには突出部２１ｅの形状と同じ形状（あるいは類似した形状）が付与される。そして、レジストパターン及びＴｉＯ2層又はＴａ2Ｏ5層をエッチバックすることによって、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａの上に突出部２１ｅから成る基部４５Ｅを形成することができる。
以上の点を除き、実施例９の発光素子及びその変形例の構成、構造は、実施例７あるいは実施例８の発光素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。尚、支持基板４９や接合層４８を除去せず、残しておいてもよい。
実施例１０は、実施例９の変形である。実施例１０の発光素子の模式的な一部端面図は、実質的に、図２４と同様であるし、実施例１０の発光素子の構成、構造は、実質的に、実施例９の発光素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
実施例１０にあっては、先ず、発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂに、凹面鏡部４３を形成するための凹部４３Ａを形成する。そして、発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂの上に、膜厚変調層８０及び多層光反射膜４６から成る第１光反射層４１を形成した後、第１光反射層４１上に平坦化膜４７を形成し、平坦化膜４７、膜厚変調層８０及び第１光反射層４１に平坦化処理を施し、平坦化膜４７、膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を残しつつ、発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂの一部を露出させる（図２５Ａ参照）。第１光反射層４１及び膜厚変調層８０の平面形状は円形である。但し、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０の形状はこれに限定するものではない。
次に、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０を含む発光素子製造用基板１１上に、ＥＬＯ法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法を用いて、横方向成長に基づき積層構造体２０を形成する（図２５Ｂ参照）。その後、実施例７の［工程－７１０］及び［工程－７２０］を実行する。そして、発光素子製造用基板１１を除去し、露出した第１化合物半導体層２１の第１面２１ａに第１電極３１を形成する。あるいは又、発光素子製造用基板１１を除去すること無く、発光素子製造用基板１１の第１面１１ａに第１電極３１を形成する。その後、所謂素子分離を行うことで発光素子を分離し、積層構造体の側面や露出面を、例えば、ＳｉＯ2から成る絶縁膜で被覆する。そして、パッケージや封止することで、実施例１０の発光素子を完成させることができる。
実施例１１は、実施例７～実施例１０の変形であり、第１構成の発光素子に関する。前述したとおり、開口部３４Ａを有する絶縁層３４によって、電流狭窄領域（電流注入領域６１Ａ及び電流非注入領域６１Ｂ）が規定される。即ち、開口部３４Ａによって電流注入領域６１Ａが規定される。即ち、実施例１１の発光素子にあっては、第２化合物半導体層２２には、電流注入領域６１Ａ及び電流注入領域６１Ａを取り囲む電流非注入領域６１Ｂが設けられており、電流注入領域６１Ａの面積重心点から、電流注入領域６１Ａと電流非注入領域６１Ｂの境界６１Ｃまでの最短距離ＤCIは、前述した式（Ｃ－１）及び式（Ｃ－２）を満足する。
実施例１１の発光素子にあっては、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０から構成された凹面鏡部４３における有効領域の半径ｒ’DBRは、
ω0≦ｒ’DBR≦２０・ω0
を満足する。また、ＤCI≧ω0を満足する。更には、ＲDBR≦１×１０-3ｍを満足する。具体的には、
ＤCI ＝４μｍ
ω0 ＝１．５μｍ
ＬOR ＝５０μｍ
ＲDBR＝６０μｍ
λ0 ＝５２５ｎｍ
を例示することができる。また、開口部３４Ａの直径として８μｍを例示することができる。ＧａＮ基板として、ｃ面をｍ軸方向に約７５度傾けた面を主面とする基板を用いる。即ち、ＧａＮ基板は、主面として、半極性面である｛２０－２１｝面を有する。尚、このようなＧａＮ基板を、他の実施例において用いることもできる。
凹面鏡部４３の中心軸（Ｚ軸）と、ＸＹ平面方向における電流注入領域６１Ａとの間のズレは、発光素子の特性を悪化させる原因となる。凹面鏡部４３の形成のためのパターニング、開口部３４Ａの形成のためのパターニングのいずれも、リソグラフィ技術を用いることが多いが、この場合、両者の位置関係は、露光機の性能に応じてＸＹ平面内で屡々ずれる。特に、開口部３４Ａ（電流注入領域６１Ａ）は、第２化合物半導体層２２の側からアライメントを行って位置決めされる。一方、凹面鏡部４３は、発光素子製造用基板１１の側からアライメントを行って位置決めされる。そこで、実施例１１の発光素子では、開口部３４Ａ（電流注入領域６１）を、凹面鏡部４３によって光が絞られる領域よりも大きく形成することで、凹面鏡部４３の中心軸（Ｚ軸）と、ＸＹ平面方向における電流注入領域６１Ａとの間にズレが生じても、発振特性に影響が出ない構造を実現している。
即ち、第１光反射層によって反射される光が集光される領域が、電流注入によって発光層が利得を持つ領域に対応する電流注入領域に含まれない場合、キャリアから光の誘導放出が阻害され、ひいては、レーザ発振が阻害される虞がある。然るに、上式（Ｃ－１）及び（Ｃ－２）を満足することで、第１光反射層によって反射される光が集光される領域が電流注入領域に含まれることを保証することができ、レーザ発振を確実に達成することができる。
実施例１２は、実施例７～実施例１１の変形であり、且つ、第２構成の発光素子、具体的には、第２－Ａ構成の発光素子に関する。実施例１２の発光素子の模式的な一部端面図を図２６に示す。
ところで、第１電極と第２電極との間を流れる電流の流路（電流注入領域）を制御するために、電流注入領域を取り囲むように電流非注入領域を形成する。ＧａＡｓ系面発光レーザ素子（ＧａＡｓ系化合物半導体から構成された面発光レーザ素子）においては、発光層をＸＹ平面に沿って外側から酸化することで電流注入領域を取り囲む電流非注入領域を形成することができる。酸化された発光層の領域（電流非注入領域）は、酸化されない領域（電流注入領域）に比べて屈折率が低下する。その結果、共振器の光路長（屈折率と物理的な距離の積で表される）は、電流注入領域よりも電流非注入領域の方が短くなる。そして、これによって、一種の「レンズ効果」が生じ、面発光レーザ素子の中心部にレーザ光を閉じ込める作用をもたらす。一般に、光は回折効果に起因して広がろうとするため、共振器を往復するレーザ光は、次第に、共振器外へと散逸してしまい（回折損失）、閾値電流の増加等の悪影響が生じる。しかしながら、レンズ効果は、この回折損失を補償するので、閾値電流の増加等を抑制することができる。
然るに、ＧａＮ系化合物半導体から構成された発光素子においては、材料の特性上、発光層をＸＹ平面に沿って外部から（横方向から）酸化することが難しい。それ故、実施例７～実施例１１において説明したとおり、第２化合物半導体層２２上に開口部を有するＳｉＯ2から成る絶縁層３４を形成し、開口部３４Ａの底部に露出した第２化合物半導体層２２から絶縁層３４上に亙り透明導電性材料から成る第２電極３２を形成し、第２電極３２上に絶縁材料の積層構造から成る第２光反射層４２を形成する。このように、絶縁層３４を形成することで電流非注入領域６１Ｂが形成される。そして、絶縁層３４に設けられた開口部３４Ａ内に位置する第２化合物半導体層２２の部分が電流注入領域６１Ａとなる。
第２化合物半導体層２２上に絶縁層３４を形成した場合、絶縁層３４が形成された領域（電流非注入領域６１Ｂ）における共振器長は、絶縁層３４が形成されていない領域（電流注入領域６１Ａ）における共振器長よりも、絶縁層３４の光学膜厚分だけ長くなる。それ故、面発光レーザ素子（発光素子）の２つの光反射層４１，４２によって形成される共振器を往復するレーザ光が共振器外へと発散・散逸する作用が生じてしまう。このような作用を、便宜上、『逆レンズ効果』と呼ぶ。そして、その結果、レーザ光に発振モードロスが生じ、閾値電流が増加したり、スロープ効率が悪化する虞が生じる。ここで、『発振モードロス』とは、発振するレーザ光における基本モード及び高次モードの光場強度に増減を与える物理量であり、個々のモードに対して異なる発振モードロスが定義される。尚、『光場強度』は、ＸＹ平面におけるＺ軸からの距離Ｌを関数とした光場強度であり、一般に、基本モードにおいては距離Ｌが増加するに従い単調に減少するが、高次モードにおいては距離Ｌが増加するに従い増減を一度若しくは複数繰り返しながら減少に至る（図２８の（Ａ）の概念図を参照）。尚、図２８において、実線は基本モードの光場強度分布、破線は高次モードの光場強度分布を示す。また、図２８において、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０を、便宜上、平坦状態で表示しているが、実際には凹面鏡部を有する。
実施例１２の発光素子あるいは後述する実施例１３～実施例１６の発光素子は、
（Ａ）第１面２１ａ、及び、第１面２１ａと対向する第２面２１ｂを有する第１化合物半導体層２１、
第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂと面する発光層（活性層）２３、及び、
発光層２３と面する第１面２２ａ、及び、第１面２２ａと対向する第２面２２ｂを有する第２化合物半導体層２２、
が積層された、ＧａＮ系化合物半導体から成る積層構造体２０、
（Ｂ）第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域５５を構成するモードロス作用部位（モードロス作用層）５４、
（Ｃ）第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂの上からモードロス作用部位５４の上に亙り形成された第２電極３２、
（Ｄ）第２電極３２の上に形成された第２光反射層４２、
（Ｅ）第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ側に設けられた第１光反射層４１及び膜厚変調層８０、並びに、
（Ｆ）第１化合物半導体層２１に電気的に接続された第１電極３１、
を備えている。
そして、積層構造体２０には、電流注入領域５１、電流注入領域５１を取り囲む電流非注入・内側領域５２、及び、電流非注入・内側領域５２を取り囲む電流非注入・外側領域５３が形成されており、モードロス作用領域５５の正射影像と電流非注入・外側領域５３の正射影像とは重なり合っている。即ち、電流非注入・外側領域５３はモードロス作用領域５５の下方に位置している。尚、電流が注入される電流注入領域５１から充分に離れた領域においては、モードロス作用領域５５の正射影像と電流非注入・外側領域５３の正射影像とは重なり合っていなくともよい。ここで、積層構造体２０には、電流が注入されない電流非注入領域５２，５３が形成されているが、図示した例では、厚さ方向、第２化合物半導体層２２から第１化合物半導体層２１の一部に亙り形成されている。但し、電流非注入領域５２，５３は、厚さ方向、第２化合物半導体層２２の第２電極側の領域に形成されていてもよいし、第２化合物半導体層２２全体に形成されていてもよいし、第２化合物半導体層２２及び発光層２３に形成されていてもよい。
モードロス作用部位（モードロス作用層）５４は、ＳｉＯ2といった誘電体材料から成り、実施例１２あるいは後述する実施例１３～実施例１６の発光素子においては、第２電極３２と第２化合物半導体層２２との間に形成されている。モードロス作用部位５４の光学膜厚は、発光素子において生成した光の波長λ0の１／４の整数倍から外れる値とすることができる。あるいは又、モードロス作用部位５４の光学膜厚ｔ0は、発光素子において生成した光の波長λ0の１／４の整数倍とすることもできる。即ち、モードロス作用部位５４の光学膜厚ｔ0は、発光素子において生成した光の位相を乱さず、定在波を破壊しないような厚さとすることができる。但し、厳密に１／４の整数倍である必要はなく、
（λ0／４ｎ0）×ｍ－（λ0／８ｎ0）≦ｔ0≦（λ0／４ｎ0）×２ｍ＋（λ0／８ｎ0） （Ｅ）
を満足すればよい。具体的には、モードロス作用部位５４の光学膜厚ｔ0は、発光素子において生成した光の波長の１／４の値を「１００」としたとき、２５乃至２５０程度とすることが好ましい。そして、これらの構成を採用することで、モードロス作用部位５４を通過するレーザ光と、電流注入領域５１を通過するレーザ光との間の位相差を変える（位相差を制御する）ことができ、発振モードロスの制御を一層高い自由度をもって行うことができるし、発光素子の設計自由度を一層高くすることができる。
実施例１２において、電流注入領域５１と電流非注入・内側領域５２との境界の形状を円形（直径：８μｍ）とし、電流非注入・内側領域５２と電流非注入・外側領域５３との境界の形状を円形（直径：１２μｍ）とした。即ち、電流注入領域５１の正射影像の面積をＳ1、電流非注入・内側領域５２の正射影像の面積をＳ2としたとき、
０．０１≦Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ2）≦０．７ （Ｄ－１）
を満足する。具体的には、
Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ2）＝８2／１２2＝０．４４
である。
実施例１２あるいは後述する実施例１３～実施例１４、実施例１６の発光素子において、電流注入領域５１における発光層２３から第２化合物半導体層２２の第２面までの光学的距離をＬ2、モードロス作用領域５５における発光層２３からモードロス作用部位５４の頂面（第２電極３２と対向する面）までの光学的距離をＬ0としたとき、
Ｌ0＞Ｌ2
を満足する。具体的には、
Ｌ0／Ｌ2＝１．５
とした。そして、生成した高次モードを有するレーザ光は、モードロス作用領域５５により、第１光反射層４１と第２光反射層４２とによって構成される共振器構造の外側に向かって散逸させられ、以て、発振モードロスが増加する。即ち、生じる基本モード及び高次モードの光場強度が、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域５５の存在によって、モードロス作用領域５５の正射影像内において、Ｚ軸から離れるほど、減少するが（図２８の（Ｂ）の概念図を参照）、基本モードの光場強度の減少よりも高次モードの光場強度の減少の方が多く、基本モードを一層安定化させることができるし、閾値電流の低下を図ることができるし、基本モードの相対的な光場強度を増加させることができる。しかも、高次モードの光場強度の裾の部分は、電流注入領域から、従来の発光素子（図２８の（Ａ）参照）よりも一層遠くに位置するので、逆レンズ効果の影響の低減を図ることができる。尚、そもそも、ＳｉＯ2から成るモードロス作用部位５４を設けない場合、発振モード混在が発生してしまう。
第１化合物半導体層２１はｎ－ＧａＮ層から成り、発光層２３はＩｎ0.04Ｇａ0.96Ｎ層（障壁層）とＩｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ層（井戸層）とが積層された５重の多重量子井戸構造から成り、第２化合物半導体層２２はｐ－ＧａＮ層から成る。また、第１電極３１はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成り、第２電極３２は、透明導電性材料、具体的には、ＩＴＯから成る。モードロス作用部位５４には円形の開口部５４Ａが形成されており、この開口部５４Ａの底部に第２化合物半導体層２２が露出している。第１電極３１の縁部の上には、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するための、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ又はＶ／Ｐｔ／Ａｕから成るパッド電極（図示せず）が形成あるいは接続されている。第２電極３２の縁部の上には、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するための、例えばＴｉ／Ｐｄ／Ａｕ又はＴｉ／Ｎｉ／Ａｕから成るパッド電極３３が形成あるいは接続されている。第１光反射層４１及び第２光反射層４２は、ＳｉＮ層とＳｉＯ2層の積層構造（誘電体膜の積層総数：２０層）から成る。
実施例１２の発光素子において、電流非注入・内側領域５２及び電流非注入・外側領域５３は、積層構造体２０へのイオン注入によって形成される。イオン種として、例えば、ボロンを選択したが、ボロンイオンに限定するものではない。
以下、実施例１２の発光素子の製造方法の概要を説明する。
［工程－１２００］
実施例１２の発光素子の製造にあっては、先ず、実施例７の［工程－７００］と同様の工程を実行する。
［工程－１２１０］
次いで、ボロンイオンを用いたイオン注入法に基づき、電流非注入・内側領域５２及び電流非注入・外側領域５３を積層構造体２０に形成する。
［工程－１２２０］
その後、実施例７の［工程－７１０］と同様の工程において、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上に、周知の方法に基づき、開口部５４Ａを有し、ＳｉＯ2から成るモードロス作用部位（モードロス作用層）５４を形成する（図２７Ａ参照）。
［工程－１２３０］
その後、実施例７の［工程－７２０］～［工程－７６０］と同様の工程を実行することで、実施例１２の発光素子を得ることができる。尚、［工程－７２０］と同様の工程の途中において得られた構造を図２７Ｂに示す。
実施例１２の発光素子において、積層構造体には、電流注入領域、電流注入領域を取り囲む電流非注入・内側領域、及び、電流非注入・内側領域を取り囲む電流非注入・外側領域が形成されており、モードロス作用領域の正射影像と電流非注入・外側領域の正射影像とは重なり合っている。即ち、電流注入領域とモードロス作用領域とは、電流非注入・内側領域によって隔てられている（切り離されている）。それ故、概念図を図２８の（Ｂ）に示すように、発振モードロスの増減（具体的には、実施例１２にあっては増加）を所望の状態とすることが可能となる。あるいは又、電流注入領域とモードロス作用領域との位置関係、モードロス作用領域を構成するモードロス作用部位の厚さ等を、適宜、決定することで、発振モードロスの増減を所望の状態とすることが可能となる。そして、その結果、例えば、閾値電流が増加したり、スロープ効率が悪化するといった従来の発光素子における問題を解決することができる。例えば、基本モードにおける発振モードロスを減少させることによって、閾値電流の低下を図ることができる。しかも、発振モードロスが与えられる領域と電流が注入され発光に寄与する領域とを独立して制御することができるので、即ち、発振モードロスの制御と発光素子の発光状態の制御とを独立して行うことができるので、制御の自由度、発光素子の設計自由度を高くすることができる。具体的には、電流注入領域、電流非注入領域及びモードロス作用領域を上記の所定の配置関係とすることで、基本モードとより高次のモードに対してモードロス作用領域が与える発振モードロスの大小関係を制御することができ、高次モードに与える発振モードロスを基本モードに与える発振モードロスに対して相対的に大きくすることで、基本モードを一層安定化させることができる。しかも、尚、実施例１２の発光素子にあっては凹面鏡部４３を有するので、回折損失の発生を一層確実に抑制することができる。
実施例１３は、実施例１２の変形であり、第２－Ｂ構成の発光素子に関する。模式的な一部断面図を図２９に示すように、実施例１３の発光素子において、電流非注入・内側領域５２及び電流非注入・外側領域５３は、第２化合物半導体層２２の第２面へのプラズマ照射、又は、第２化合物半導体層２２の第２面へのアッシング処理、又は、第２化合物半導体層２２の第２面への反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によって形成される。そして、このように電流非注入・内側領域５２及び電流非注入・外側領域５３はプラズマ粒子（具体的には、アルゴン、酸素、窒素等）に晒されるので、第２化合物半導体層２２の導電性に劣化が生じ、電流非注入・内側領域５２及び電流非注入・外側領域５３は高抵抗状態となる。即ち、電流非注入・内側領域５２及び電流非注入・外側領域５３は、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂのプラズマ粒子への暴露によって形成される。尚、図２９、図３０、図３１、図３２においては、第１光反射層４１及び膜厚変調層８０の図示を省略した。
実施例１３においても、電流注入領域５１と電流非注入・内側領域５２との境界の形状を円形（直径：１０μｍ）とし、電流非注入・内側領域５２と電流非注入・外側領域５３との境界の形状を円形（直径：１５μｍ）とした。即ち、電流注入領域５１の正射影像の面積をＳ1、電流非注入・内側領域５２の正射影像の面積をＳ2としたとき、
０．０１≦Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ2）≦０．７ （Ｄ－１）
を満足する。具体的には、
Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ2）＝１０2／１５2＝０．４４
である。
実施例１３にあっては、実施例１２の［工程－１２１０］の代わりに、第２化合物半導体層２２の第２面へのプラズマ照射、又は、第２化合物半導体層２２の第２面へのアッシング処理、又は、第２化合物半導体層２２の第２面への反応性イオンエッチング処理に基づき、電流非注入・内側領域５２及び電流非注入・外側領域５３を積層構造体２０に形成すればよい。
以上の点を除き、実施例１３の発光素子の構成、構造は、実施例１２の発光素子と構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
実施例１３あるいは後述する実施例１４の発光素子にあっても、電流注入領域、電流非注入領域及びモードロス作用領域を前述した所定の配置関係とすることで、基本モードとより高次のモードに対してモードロス作用領域が与える発振モードロスの大小関係を制御することができ、高次モードに与える発振モードロスを基本モードに与える発振モードロスに対して相対的に大きくすることで、基本モードを一層安定化させることができる。
実施例１４は、実施例１２～実施例１３の変形であり、第２－Ｃ構成の発光素子に関する。模式的な一部断面図を図３０に示すように、実施例１４の発光素子において、第２光反射層４２は、第１光反射層４１からの光を、第１光反射層４１と第２光反射層４２とによって構成される共振器構造の外側に向かって（即ち、モードロス作用領域５５に向かって）反射あるいは散乱する領域を有する。具体的には、モードロス作用部位（モードロス作用層）５４の側壁（開口部５４Ｂの側壁）の上方に位置する第２光反射層４２の部分は、順テーパー状の傾斜部４２Ａを有し、あるいは又、第１光反射層４１に向かって凸状に湾曲した領域を有する。
実施例１４において、電流注入領域５１と電流非注入・内側領域５２との境界の形状を円形（直径：８μｍ）とし、電流非注入・内側領域５２と電流非注入・外側領域５３との境界の形状を円形（直径：１０μｍ乃至２０μｍ）とした。
実施例１４にあっては、実施例１２の［工程－１２２０］と同様の工程において、開口部５４Ｂを有し、ＳｉＯ2から成るモードロス作用部位（モードロス作用層）５４を形成するとき、順テーパー状の側壁を有する開口部５４Ｂを形成すればよい。具体的には、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上に形成されたモードロス作用層の上にレジスト層を形成し、開口部５４Ｂを形成すべきレジスト層の部分に、フォトリソグラフィ技術に基づき開口を設ける。周知の方法に基づき、この開口の側壁を順テーパー状とする。そして、エッチバックを行うことで、モードロス作用部位（モードロス作用層）５４に順テーパー状の側壁を有する開口部５４Ｂを形成することができる。更には、このようなモードロス作用部位（モードロス作用層）５４の上に、第２電極３２、第２光反射層４２を形成することで、第２光反射層４２に順テーパー状の傾斜部４２Ａを付与することができる。
以上の点を除き、実施例１４の発光素子の構成、構造は、実施例１２～実施例１３の発光素子と構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
実施例１５は、実施例１２～実施例１４の変形であり、第２－Ｄ構成の発光素子に関する。実施例１５の発光素子の模式的な一部断面図を図３１に示し、要部を切り出した模式的な一部断面図を図３２に示すように、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ側には凸部２２Ａが形成されている。そして、図３１及び図３２に示すように、モードロス作用部位（モードロス作用層）５４は、凸部２２Ａを囲む第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂの領域２２Ｂの上に形成されている。凸部２２Ａは、電流注入領域５１、電流注入領域５１及び電流非注入・内側領域５２を占めている。モードロス作用部位（モードロス作用層）５４は、実施例１２と同様に、例えば、ＳｉＯ2といった誘電体材料から成る。領域２２Ｂには、電流非注入・外側領域５３が設けられている。電流注入領域５１における発光層２３から第２化合物半導体層２２の第２面までの光学的距離をＬ2、モードロス作用領域５５における発光層２３からモードロス作用部位５４の頂面（第２電極３２と対向する面）までの光学的距離をＬ0としたとき、
Ｌ0＜Ｌ2
を満足する。具体的には、
Ｌ2／Ｌ0＝１．５
とした。これによって、発光素子にはレンズ効果が生じる。
実施例１５の発光素子にあっては、生成した高次モードを有するレーザ光は、モードロス作用領域５５により、電流注入領域５１及び電流非注入・内側領域５２に閉じ込められ、以て、発振モードロスが減少する。即ち、生じる基本モード及び高次モードの光場強度が、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域５５の存在によって、電流注入領域５１及び電流非注入・内側領域５２の正射影像内において増加する。
実施例１５において、電流注入領域５１と電流非注入・内側領域５２との境界の形状を円形（直径：８μｍ）とし、電流非注入・内側領域５２と電流非注入・外側領域５３との境界の形状を円形（直径：３０μｍ）とした。
実施例１５にあっては、実施例１２の［工程－１２１０］と［工程－１２２０］との間において、第２化合物半導体層２２の一部を第２面２２ｂ側から除去することで、凸部２２Ａを形成すればよい。
以上の点を除き、実施例１５の発光素子の構成、構造は、実施例１２の発光素子と構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。実施例１５の発光素子にあっては、種々のモードに対してモードロス作用領域が与える発振モードロスを抑制し、横モードを多モード発振させるのみならず、レーザ発振の閾値を低減することができる。また、概念図を図２８の（Ｃ）に示すように、生じる基本モード及び高次モードの光場強度を、発振モードロスの増減（具体的には、実施例１５にあっては、減少）に作用するモードロス作用領域の存在によって、電流注入領域及び電流非注入・内側領域の正射影像内において増加させることができる。
実施例１６は、実施例１２～実施例１５の変形である。実施例１６あるいは後述する実施例１７の発光素子は、より具体的には、第１化合物半導体層２１の頂面から膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子（発光素子）（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成る。
実施例１６の発光素子にあっては、模式的な一部断面図を図３３に示すように、第２光反射層４２は、金（Ａｕ）層あるいは錫（Ｓｎ）を含む半田層から成る接合層４８を介して、シリコン半導体基板から構成された支持基板４９に半田接合法に基づき固定されている。実施例１６の発光素子の製造にあっては、支持基板４９の除去を除き、即ち、支持基板４９を除去すること無く、例えば、実施例１２の［工程－１２００］～［工程－１２３０］と同様の工程を実行すればよい。
実施例１６の発光素子にあっても、電流注入領域、電流非注入領域及びモードロス作用領域を前述した所定の配置関係とすることで、基本モードとより高次のモードに対してモードロス作用領域が与える発振モードロスの大小関係を制御することができ、高次モードに与える発振モードロスを基本モードに与える発振モードロスに対して相対的に大きくすることで、基本モードを一層安定化させることができる。
以上に説明し、図３３に示した発光素子の例では、第１電極３１の端部は第１光反射層４１から離間している。即ち、第１光反射層４１と第１電極３１とは離間しており、云い換えれば、オフセットを有しており、離間距離は１ｍｍ以内、具体的には、例えば、平均０．０５ｍｍである。但し、このような構造に限定するものではなく、第１電極３１の端部が第１光反射層４１と接していてもよいし、第１電極３１の端部が第１光反射層４１の縁部の上に亙り形成されていてもよい。
また、例えば、実施例１２の［工程－１２００］～［工程－１２３０］と同様の工程を実行した後、発光素子製造用基板１１を除去して第１化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させ、次いで、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に膜厚変調層８０、第１光反射層４１、第１電極３１を形成してもよい。また、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を形成する際、第１化合物半導体層２１をエッチングして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａに凹みを形成し、この凹みに膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を形成してもよい。そして、この場合、凹みの側壁を順テーパー状とすれば、第２－Ｃ構成の発光素子を得ることができる。即ち、第１光反射層４１は、第２光反射層４２からの光を、第１光反射層４１と第２光反射層４２とによって構成される共振器構造の外側に向かって反射あるいは散乱する領域（傾斜部）を有する。
実施例１７は、実施例７～実施例１１の変形であるが、第３構成の発光素子、具体的には、第３－Ａ構成の発光素子に関する。実施例１７の発光素子は、より具体的には、第１化合物半導体層２１の頂面から膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子（発光素子）（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成る。
模式的な一部端面図を図３４に示す実施例１７の発光素子は、
（ａ）ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１面２１ａ、及び、第１面２１ａと対向する第２面２１ｂを有する第１化合物半導体層２１、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂと接する発光層（活性層）２３、及び、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１面２２ａ、及び、第１面２２ａと対向する第２面２２ｂを有し、第１面２２ａが発光層２３と接する第２化合物半導体層２２、
が積層されて成る積層構造体２０、
（ｂ）第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上に形成された第２電極３２、
（ｃ）第２電極３２上に形成された第２光反射層４２、
（ｄ）第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域６５を構成するモードロス作用部位６４、
（ｅ）第１化合物半導体層２１の第１面２１ａの上からモードロス作用部位６４の上に亙り形成された膜厚変調層８０及び第１光反射層４１、並びに、
（ｆ）第１化合物半導体層２１に電気的に接続された第１電極３１、
を備えている。尚、実施例１７の発光素子において、第１電極３１は、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａの上に形成されている。
そして、積層構造体２０には、電流注入領域６１、電流注入領域６１を取り囲む電流非注入・内側領域６２、及び、電流非注入・内側領域６２を取り囲む電流非注入・外側領域６３が形成されており、モードロス作用領域６５の正射影像と電流非注入・外側領域６３の正射影像とは重なり合っている。ここで、積層構造体２０には電流非注入領域６２，６３が形成されているが、図示した例では、厚さ方向、第２化合物半導体層２２から第１化合物半導体層２１の一部に亙り形成されている。但し、電流非注入領域６２，６３は、厚さ方向、第２化合物半導体層２２の第２電極側の領域に形成されていてもよいし、第２化合物半導体層２２全体に形成されていてもよいし、第２化合物半導体層２２及び発光層２３に形成されていてもよい。
積層構造体２０、パッド電極３３、膜厚変調層８０、第１光反射層４１及び第２光反射層４２の構成は、実施例１２と同様とすることができるし、接合層４８及び支持基板４９の構成は、実施例１６と同様とすることができる。モードロス作用部位６４には円形の開口部６４Ａが形成されており、この開口部６４Ａの底部に第１化合物半導体層２１の第１面２１ａが露出している。
モードロス作用部位（モードロス作用層）６４は、ＳｉＯ2といった誘電体材料から成り、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に形成されている。モードロス作用部位６４の光学膜厚ｔ0は、発光素子において生成した光の波長λ0の１／４の整数倍から外れる値とすることができる。あるいは又、モードロス作用部位６４の光学膜厚ｔ0は、発光素子において生成した光の波長λ0の１／４の整数倍とすることもできる。即ち、モードロス作用部位６４の光学膜厚ｔ0は、発光素子において生成した光の位相を乱さず、定在波を破壊しないような厚さとすることができる。但し、厳密に１／４の整数倍である必要はなく、
（λ0／４ｎ0）×ｍ－（λ0／８ｎ0）≦ｔ0≦（λ0／４ｎ0）×２ｍ＋（λ0／８ｎ0） （Ｅ）
を満足すればよい。具体的には、モードロス作用部位６４の光学膜厚ｔ0は、発光素子において生成した光の波長λ0の１／４の値を「１００」としたとき、２５乃至２５０程度とすることが好ましい。そして、これらの構成を採用することで、モードロス作用部位６４を通過するレーザ光と、電流注入領域６１を通過するレーザ光との間の位相差を変える（位相差を制御する）ことができ、発振モードロスの制御を一層高い自由度をもって行うことができるし、発光素子の設計自由度を一層高くすることができる。
実施例１７において、電流注入領域６１と電流非注入・内側領域６２との境界の形状を円形（直径：８μｍ）とし、電流非注入・内側領域６２と電流非注入・外側領域６３との境界の形状を円形（直径：１５μｍ）とした。即ち、電流注入領域６１の正射影像の面積をＳ1’、電流非注入・内側領域６２の正射影像の面積をＳ2’としたとき、
０．０１≦Ｓ1’／（Ｓ1’＋Ｓ2’）≦０．７ （Ｄ－２）
を満足する。具体的には、
Ｓ1’／（Ｓ1’＋Ｓ2’）＝８2／１５2＝０．２８
である。
実施例１７の発光素子において、電流注入領域６１における発光層２３から第１化合物半導体層２１の第１面までの光学的距離をＬ1’、モードロス作用領域６５における発光層２３からモードロス作用部位６４の頂面（第１電極３１と対向する面）までの光学的距離をＬ0’としたとき、
Ｌ0’＞Ｌ1’
を満足する。具体的には、
Ｌ0’／Ｌ1’＝１．０１
とした。そして、生成した高次モードを有するレーザ光は、モードロス作用領域６５により、第１光反射層４１と第２光反射層４２とによって構成される共振器構造の外側に向かって散逸させられ、以て、発振モードロスが増加する。即ち、生じる基本モード及び高次モードの光場強度が、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域６５の存在によって、モードロス作用領域６５の正射影像内において、Ｚ軸から離れるほど、減少するが（図２８の（Ｂ）の概念図を参照）、基本モードの光場強度の減少よりも高次モードの光場強度の減少の方が多く、基本モードを一層安定化させることができるし、閾値電流の低下を図ることができるし、基本モードの相対的な光場強度を増加させることができる。
実施例１７の発光素子において、電流非注入・内側領域６２及び電流非注入・外側領域６３は、実施例１２と同様に、積層構造体２０へのイオン注入によって形成される。イオン種として、例えば、ボロンを選択したが、ボロンイオンに限定するものではない。
以下、実施例１７の発光素子の製造方法を説明する。
［工程－１７００］
先ず、実施例１２の［工程－１２００］と同様の工程を実行することで、積層構造体２０を得ることができる。次いで、実施例１２の［工程－１２１０］と同様の工程を実行することで、電流非注入・内側領域６２及び電流非注入・外側領域６３を積層構造体２０に形成することができる。
［工程－１７１０］
次いで、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂの上に、例えば、リフトオフ法に基づき第２電極３２を形成し、更に、周知の方法に基づきパッド電極３３を形成する。その後、第２電極３２の上からパッド電極３３の上に亙り、周知の方法に基づき第２光反射層４２を形成する。
［工程－１７２０］
その後、第２光反射層４２を、接合層４８を介して支持基板４９に固定する。
［工程－１７３０］
次いで、発光素子製造用基板１１を除去して、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させる。具体的には、先ず、機械研磨法に基づき、発光素子製造用基板１１の厚さを薄くし、次いで、ＣＭＰ法に基づき、発光素子製造用基板１１の残部を除去する。こうして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させる。
［工程－１７４０］
その後、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に、周知の方法に基づき、開口部６４Ａを有し、ＳｉＯ2から成るモードロス作用部位（モードロス作用層）６４を形成する。
［工程－１７５０］
次に、モードロス作用部位６４の開口部６４Ａの底部に露出した第１化合物半導体層２１の第１面２１ａに基部４５Ｆ、膜厚変調層８０及び多層光反射膜４６から成る凹面鏡部４３から構成された膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を形成し、更に、第１電極３１を形成する。こうして、図３４に示した構造を有する実施例１７の発光素子を得ることができる。
［工程－１７６０］
その後、所謂素子分離を行うことで発光素子を分離し、積層構造体の側面や露出面を、例えば、ＳｉＯ2から成る絶縁膜で被覆する。そして、パッケージや封止することで、実施例１７の発光素子を完成させる。
実施例１７の発光素子にあっても、積層構造体には、電流注入領域、電流注入領域を取り囲む電流非注入・内側領域、及び、電流非注入・内側領域を取り囲む電流非注入・外側領域が形成されており、モードロス作用領域の正射影像と電流非注入・外側領域の正射影像とは重なり合っている。それ故、概念図を図２８の（Ｂ）に示すように、発振モードロスの増減（具体的には、実施例１７にあっては増加）を所望の状態とすることが可能となる。しかも、発振モードロスの制御と発光素子の発光状態の制御とを独立して行うことができるので、制御の自由度、発光素子の設計自由度を高くすることができる。具体的には、電流注入領域、電流非注入領域及びモードロス作用領域を前述した所定の配置関係とすることで、基本モードとより高次のモードに対してモードロス作用領域が与える発振モードロスの大小関係を制御することができ、高次モードに与える発振モードロスを基本モードに与える発振モードロスに対して相対的に大きくすることで、基本モードを一層安定化させることができる。また、逆レンズ効果の影響の低減を図ることもできる。しかも、尚、実施例１７の発光素子にあっては凹面鏡部４３を有するので、回折損失の発生を一層確実に抑制することができる。
実施例１７にあっても、実施例１３と同様に、電流非注入・内側領域６２及び電流非注入・外側領域６３を、第２化合物半導体層２２の第２面へのプラズマ照射、又は、第２化合物半導体層２２の第２面へのアッシング処理、又は、第２化合物半導体層２２の第２面への反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によって形成することができる（第３－Ｂ構成の発光素子）。このように電流非注入・内側領域６２及び電流非注入・外側領域６３をプラズマ粒子に暴露することで、第２化合物半導体層２２の導電性に劣化が生じ、電流非注入・内側領域６２及び電流非注入・外側領域６３は高抵抗状態となる。即ち、電流非注入・内側領域６２及び電流非注入・外側領域６３は、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂのプラズマ粒子への暴露によって形成される。
また、実施例１４と同様に、第２光反射層４２は、第１光反射層４１からの光を、第１光反射層４１と第２光反射層４２とによって構成される共振器構造の外側に向かって（即ち、モードロス作用領域６５に向かって）反射あるいは散乱する領域を有する構成とすることもできる（第３－Ｃ構成の発光素子）。あるいは又、実施例１６と同様に、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を形成する際、第１化合物半導体層２１をエッチングして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａに凹部を形成し、この凹部に膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を形成するが、凹部の側壁を順テーパー状としてもよい。
また、実施例１５と同様に、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ側に凸部を形成し、モードロス作用部位（モードロス作用層）６４を、凸部を囲む第１化合物半導体層２１の第１面２１ａの領域の上に形成してもよい（第３－Ｄ構成の発光素子）。モードロス作用部位（モードロス作用層）６４は、凸部を囲む第１化合物半導体層２１の第１面２１ａの領域の上に形成すればよい。凸部は、電流注入領域６１、電流注入領域６１及び電流非注入・内側領域６２を占める。そして、これによって、生成した高次モードを有するレーザ光は、モードロス作用領域６５により、電流注入領域６１及び電流非注入・内側領域６２に閉じ込められ、以て、発振モードロスが減少する。即ち、生じる基本モード及び高次モードの光場強度が、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域６５の存在によって、電流注入領域６１及び電流非注入・内側領域６２の正射影像内において増加する。このような構成の実施例１７の発光素子の変形例にあっても、種々のモードに対してモードロス作用領域６５が与える発振モードロスを抑制し、横モードを多モード発振させるのみならず、レーザ発振の閾値を低減することができる。また、概念図を図２８の（Ｃ）に示すように、生じる基本モード及び高次モードの光場強度を、発振モードロスの増減（具体的には、実施例１７の発光素子の変形例にあっては、減少）に作用するモードロス作用領域６５の存在によって、電流注入領域及び電流非注入・内側領域の正射影像内において増加させることができる。
場合によっては、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ側に凸部（メサ構造）を形成し、凸部を囲む第１化合物半導体層２１の領域をモードロス作用領域（モードロス作用部位）としてもよい。即ち、この場合には、モードロス作用層の形成を省略し、モードロス作用部位を、凸部を囲む第１化合物半導体層の領域から構成すればよい。そして、凸部の頂面に膜厚変調層８０及び第１光反射層４１を形成すればよい。凸部は、電流注入領域６１、電流注入領域６１及び電流非注入・内側領域６２を占める。そして、これによっても、生成した高次モードを有するレーザ光は、モードロス作用領域により、電流注入領域６１及び電流非注入・内側領域６２に閉じ込められ、以て、発振モードロスが減少する。即ち、生じる基本モード及び高次モードの光場強度が、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域の存在によって、電流注入領域６１及び電流非注入・内側領域６２の正射影像内において増加する。このような構成の実施例１７の発光素子の変形例にあっても、種々のモードに対してモードロス作用領域が与える発振モードロスを抑制し、横モードを多モード発振させるのみならず、レーザ発振の閾値を低減することができる。また、概念図を図２８の（Ｃ）に示すように、生じる基本モード及び高次モードの光場強度を、発振モードロスの増減（具体的には、実施例１７の発光素子の変形例にあっては、減少）に作用するモードロス作用領域の存在によって、電流注入領域及び電流非注入・内側領域の正射影像内において増加させることができる。
実施例１８は、実施例７～実施例１７の変形であり、更には、実施例４の変形であり、第４構成の発光素子に関する。
模式的な一部断面図を図３５に示すように、実施例４と同様に、実施例１８の発光素子の発光素子において、第２電極３２を含む積層構造体２０には、発光層２３が占める仮想平面と平行に、少なくとも２層の光吸収材料層９１が、好ましくは、少なくとも４層の光吸収材料層９１が、具体的には、実施例１８にあっては２０層の光吸収材料層９１が、形成されている。尚、図面を簡素化するため、図面では２層の光吸収材料層９１のみを示した。
実施例１８においても、発振波長（発光素子から出射される所望の発振波長）λ0は４５０ｎｍである。２０層の光吸収材料層９１は、積層構造体２０を構成する化合物半導体よりもバンドギャップの狭い化合物半導体材料、具体的には、ｎ－Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから成り、第１化合物半導体層２１の内部に形成されている。光吸収材料層９１の厚さはλ0／（４・ｎeq）以下、具体的には、３ｎｍである。また、光吸収材料層９１の光吸収係数は、ｎ－ＧａＮ層から成る第１化合物半導体層２１の光吸収係数の２倍以上、具体的には、１×１０3倍である。
また、積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最低振幅部分に光吸収材料層９１が位置するし、積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最大振幅部分に発光層２３が位置する。発光層２３の厚さ方向中心と、発光層２３に隣接した光吸収材料層９１の厚さ方向中心との間の距離は、４６．５ｎｍである。更には、２層の光吸収材料層９１、及び、光吸収材料層９１と光吸収材料層９１との間に位置する積層構造体の部分（具体的には、実施例１８にあっては、第１化合物半導体層２１）の全体の等価屈折率をｎeq、光吸収材料層９１と光吸収材料層９１との間の距離をＬAbsとしたとき、前述した式（Ｂ－１）［但し、ｍ＝１］を満足する。従って、隣接する光吸収材料層９１の間の距離は、全ての複数の光吸収材料層９１（２０層の光吸収材料層９１）において、前述した式（Ｂ－２）を満足する。等価屈折率ｎeqの値は、具体的には、２．４２であり、ｍ＝１としたとき、具体的には、
ＬAbs＝１×４５０／（２×２．４２）
＝９３．０ｎｍ
である。尚、２０層の光吸収材料層９１の内、一部の光吸収材料層９１にあっては、ｍを、２以上の任意の整数とすることもできる。
実施例１８の発光素子の製造にあっては、実施例７の［工程－７００］と同様の工程において、積層構造体２０を形成するが、このとき、第１化合物半導体層２１の内部に２０層の光吸収材料層９１を併せて形成する。この点を除き、実施例１８の発光素子は、実施例７の発光素子と同様の方法に基づき製造することができる。
発光層２３によって決まるゲインスペクトル内に複数の縦モードが発生する場合、これを模式的に表すと、前述した図１１のようになる。そして、この場合、光吸収材料層９１が、縦モードＡの最低振幅部分に位置し、且つ、縦モードＢの最低振幅部分には位置しないとする。とすると、縦モードＡのモードロスは最小化されるが、縦モードＢのモードロスは大きい。従って、縦モードＡの方が、縦モードＢよりも発振し易くなる。それ故、このような構造を用いることで、即ち、光吸収材料層９１の位置や周期を制御することで、特定の縦モードを安定化させることができ、発振し易くすることができる。その一方で、望ましくないそれ以外の縦モードに対するモードロスを増加させることができるので、望ましくないそれ以外の縦モードの発振を抑制することが可能となる。
以上のとおり、実施例１８の発光素子にあっては、少なくとも２層の光吸収材料層が積層構造体の内部に形成されているので、面発光レーザ素子から出射され得る複数種類の縦モードのレーザ光の内、不所望の縦モードのレーザ光の発振を抑制することができる。その結果、出射されるレーザ光の発振波長を正確に制御することが可能となる。しかも、尚、実施例１８の発光素子にあっては凹面鏡部４３を有するので、回折損失の発生を確実に抑制することができる。
実施例１８の発光素子において、実施例５において説明したと同様に、光吸収材料層９１を、不純物をドープした化合物半導体材料、具体的には、１×１０19／ｃｍ3の不純物濃度（不純物：Ｓｉ）を有する化合物半導体材料（具体的には、ｎ－ＧａＮ：Ｓｉ）から構成することができる。
また、実施例６において説明したと同様に、５層の光吸収材料層を、ｎ－Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎから構成し、１層の光吸収材料層（ＩＴＯから成る第２電極３２と兼用）を透明導電性材料から構成することもできる。５層の光吸収材料層にあっては前述した式（Ｂ－２）を満足し、また、前述した式（Ｂ－３）を満足する。尚、第２電極３２を兼ねた光吸収材料層と光吸収材料層９１の位置関係は、前述した式（Ｂ－１）を満たす。
また、実施例１８の発光素子の変形例として、第１化合物半導体層２１の頂面から第１光反射層４１を介してレーザ光を出射する構成とすることもできる。即ち、模式的な一部断面図を図３６に示すように、第２光反射層４２は、金（Ａｕ）層あるいは錫（Ｓｎ）を含む半田層から成る接合層４８を介して、シリコン半導体基板から構成された支持基板４９に半田接合法に基づき固定されている。このような発光素子は、第１化合物半導体層２１の内部に２０層の光吸収材料層９１を併せて形成する点を除き、また、支持基板４９の除去しない点を除き、実施例７の発光素子と同様の方法に基づき製造することができる。
以上、本開示の発光素子を好ましい種々の実施例に基づき説明したが、本開示の発光素子はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した発光素子の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができるし、発光素子の製造方法も、適宜、変更することができる。場合によっては、接合層や支持基板を適切に選択することで、第２化合物半導体層の頂面から第２光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子とすることができる。第１光反射層及び第１電極を形成した後、支持基板を除去することで、第２化合物半導体層の頂面から第２光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子を完成させることもできるし、あるいは又、第１光反射層を第２の支持基板に固定し、その後、支持基板を除去して第２光反射層を露出させることで、第２化合物半導体層の頂面から第２光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子を完成させることもできる。
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《発光素子》
第１光反射層、積層構造体及び第２光反射層が積層されて成り、
積層構造体は、第１光反射層側から、第１化合物半導体層、発光層及び第２化合物半導体層が積層されて成り、
積層構造体からの光は、第１光反射層又は第２光反射層を介して外部に出射され、
第１光反射層は、少なくとも２種類の薄膜が、複数、交互に積層された構造を有しており、
積層構造体と第１光反射層との間には、膜厚変調層が設けられている発光素子。
［Ａ０２］第１光反射層は、光学膜厚ｔ1を有する第１の薄膜と、光学膜厚ｔ2（但し、ｔ2≠ｔ1）を有する第２の薄膜とが、複数、交互に積層された構造を有しており、
膜厚変調層は、少なくとも１層の、光学膜厚ｔ3（但し、ｔ3≠ｔ1）を有する第３の薄膜から構成されている［Ａ０１］に記載の発光素子。
［Ａ０３］ｔ3／ｔ1≧１．１、又は、ｔ3／ｔ1≦０．９を満足する［Ａ０２］に記載の発光素子。
［Ａ０４］第１の薄膜は、第１の材料から成り、
第２の薄膜は、第１の材料とは異なる第２の材料から成る［Ａ０２］又は［Ａ０３］に記載の発光素子。
［Ａ０５］膜厚変調層は、第３の薄膜と、光学膜厚ｔ4を有する第４の薄膜とが積層された構造を有する［Ａ０２］乃至［Ａ０４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ０６］膜厚変調層は、第３の薄膜と第４の薄膜とが、複数、交互に積層された構造を有しており、
第３の薄膜の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ3≠ｔ1を満足する［Ａ０５］に記載の発光素子。
［Ａ０７］第４の薄膜の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ4≠ｔ2を満足する［Ａ０６］に記載の発光素子。
［Ａ０８］ｔ3≠ｔ1を満足する第３の薄膜、又は、ｔ4≠ｔ2を満足する第４の薄膜は、第１光反射層と接している［Ａ０７］に記載の発光素子。
［Ａ０９］ｔ3≠ｔ1を満足する第３の薄膜以外の第３の薄膜は、ｔ3＝ｔ1を満足し、
ｔ4≠ｔ2を満足する第４の薄膜以外の第４の薄膜は、ｔ4＝ｔ2を満足する［Ａ０８］に記載の発光素子。
［Ａ１０］第３の薄膜と第４の薄膜の層数合計は５以下である［Ａ０６］乃至［Ａ０９］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ１１］第３の薄膜は、第１の材料から成り、
第４の薄膜は、第２の材料から成る［Ａ０５］乃至［Ａ１０］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ１２］第１光反射層は基板上に形成されている［Ａ０１］乃至［Ａ１１］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ１３］第１光反射層が形成されていない基板の領域上には積層構造体が形成されている［Ａ１２］に記載の発光素子。
［Ａ１４］第１光反射層は積層構造体の露出面上に形成されている［Ａ０１］乃至［Ａ１１］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ１５］第１の材料は化合物半導体材料から成り、第２の材料も化合物半導体材料から成る［Ａ０４］乃至［Ａ１１］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ１６］第１の材料は誘電体材料から成り、第２の材料も誘電体材料から成る［Ａ０４］乃至［Ａ１４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ１７］第１光反射層は、凹面鏡部を有し、
第２光反射層は、平坦な形状を有する［Ａ０１］乃至［Ａ１６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ１８］第１化合物半導体層の厚さは、第２化合物半導体層の厚さよりも厚い［Ａ０１］乃至［Ａ１７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ１９］積層構造体はＧａＮ系化合物半導体から成る［Ａ０１］乃至［Ａ１８］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ２０］積層構造体と膜厚変調層の界面に凹凸が形成されており、凹凸の表面粗さ二乗平均平方根粗さＲｑは、Ｒｑ≧１ｎｍである［Ａ０１］乃至［Ａ１９］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ２１］積層構造体と膜厚変調層の界面に点欠陥が形成されており、点欠陥の密度は１×１０17／ｃｍ3以上である［Ａ０１］乃至［Ａ２０］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ２２］積層構造体と膜厚変調層の界面に空隙が形成されており、空隙の厚さは１０ｎｍ以下である［Ａ０１］乃至［Ａ２１］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ２３］膜厚変調層を構成する材料は、第１化合物半導体層、発光層及び第２化合物半導体層を構成する材料とは異なる［Ａ０１］乃至［Ａ２２］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｂ０１］《光吸収材料層を備えた発光素子》
積層構造体の内部には、発光層が占める仮想平面と平行に、少なくとも２層の光吸収材料層が形成されている［Ａ０１］乃至［Ａ２３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｂ０２］少なくとも４層の光吸収材料層が形成されている［Ｂ０１］に記載の発光素子。
［Ｂ０３］発振波長をλ0、２層の光吸収材料層、及び、光吸収材料層と光吸収材料層との間に位置する積層構造体の部分の全体の等価屈折率をｎeq、光吸収材料層と光吸収材料層との間の距離をＬAbsとしたとき、
０．９×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝
を満足する［Ｂ０１］又は［Ｂ０２］に記載の発光素子。
但し、ｍは、１、又は、１を含む２以上の任意の整数である。
［Ｂ０４］光吸収材料層の厚さは、λ0／（４・ｎeq）以下である［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｂ０５］積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最低振幅部分に光吸収材料層が位置する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｂ０６］積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最大振幅部分に発光層が位置する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｂ０７］光吸収材料層は、積層構造体を構成する化合物半導体の光吸収係数の２倍以上の光吸収係数を有する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｂ０８］光吸収材料層は、積層構造体を構成する化合物半導体よりもバンドギャップの狭い化合物半導体材料、不純物をドープした化合物半導体材料、透明導電性材料、及び、光吸収特性を有する光反射層構成材料から成る群から選択された少なくとも１種類の材料から構成されている［Ｂ０１］乃至［Ｂ０７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ０１］《凹面鏡部を有する発光素子》
第１光反射層及び膜厚変調層は、凹面鏡部を有し、
第２光反射層は、平坦な形状を有する［Ａ０１］乃至［Ｂ０８］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ０２］共振器長をＬORとしたとき、１×１０-5ｍ≦ＬORを満足する［Ｃ０１］に記載の発光素子。
［Ｃ０３］積層構造体の積層方向を含む仮想平面で第１光反射層及び膜厚変調層を切断したときの第１光反射層及び膜厚変調層から構成された凹面鏡部の一部の積層構造体に面する界面が描く図形は、円の一部又は放物線の一部である［Ｃ０１］又は［Ｃ０２］に記載の発光素子。
［Ｄ０１］《第１構成の発光素子》
第２化合物半導体層には、電流注入領域及び電流注入領域を取り囲む電流非注入領域が設けられており、
電流注入領域の面積重心点から、電流注入領域と電流非注入領域の境界までの最短距離ＤCIは、以下の式を満足する［Ｃ０１］乃至［Ｃ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
ＤCI≧ω0／２
但し、
ω0 2≡（λ0／π）｛ＬOR（ＲDBR－ＬOR）｝1/2
ここで、
λ0 ：発光素子から主に出射される光の波長
ＬOR ：共振器長
ＲDBR：第１光反射層及び膜厚変調層から構成された凹面鏡部の曲率半径
［Ｄ０２］第２化合物半導体層の第２面上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域を構成するモードロス作用部位、
第２化合物半導体層の第２面上からモードロス作用部位上に亙り形成された第２電極、及び、
第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を更に備えており、
第２光反射層は第２電極上に形成されており、
積層構造体には、電流注入領域、電流注入領域を取り囲む電流非注入・内側領域、及び、電流非注入・内側領域を取り囲む電流非注入・外側領域が形成されており、
モードロス作用領域の正射影像と電流非注入・外側領域の正射影像とは重なり合っている［Ｄ０１］に記載の発光素子。
［Ｄ０３］第１光反射層及び膜厚変調層から構成された凹面鏡部における有効領域の半径ｒ’DBRは、
ω0≦ｒ’DBR≦２０・ω0
を満足する［Ｄ０１］又は［Ｄ０２］に記載の発光素子。
［Ｄ０４］ＤCI≧ω0を満足する［Ｄ０１］乃至［Ｄ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｄ０５］ＲDBR≦１×１０-3ｍを満足する［Ｄ０１］乃至［Ｄ０４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ０１］《第２構成の発光素子》
第２化合物半導体層の第２面上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域を構成するモードロス作用部位、
第２化合物半導体層の第２面上からモードロス作用部位上に亙り形成された第２電極、及び、
第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を更に備えており、
第２光反射層は第２電極上に形成されており、
積層構造体には、電流注入領域、電流注入領域を取り囲む電流非注入・内側領域、及び、電流非注入・内側領域を取り囲む電流非注入・外側領域が形成されており、
モードロス作用領域の正射影像と電流非注入・外側領域の正射影像とは重なり合っている［Ｃ０１］乃至［Ｃ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ０２］電流非注入・外側領域はモードロス作用領域の下方に位置している［Ｅ０１］に記載の発光素子。
［Ｅ０３］電流注入領域の正射影像の面積をＳ1、電流非注入・内側領域の正射影像の面積をＳ2としたとき、
０．０１≦Ｓ1／（Ｓ1＋Ｓ2）≦０．７
を満足する［Ｅ０１］又は［Ｅ０２］に記載の発光素子。
［Ｅ０４］電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域は、積層構造体へのイオン注入によって形成される［Ｅ０１］乃至［Ｅ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ０５］イオン種は、ボロン、プロトン、リン、ヒ素、炭素、窒素、フッ素、酸素、ゲルマニウム及びシリコンから成る群から選択された少なくとも１種類のイオンである［Ｅ０４］に記載の発光素子。
［Ｅ０６］《第２－Ｂ構成の発光素子》
電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域は、第２化合物半導体層の第２面へのプラズマ照射、又は、第２化合物半導体層の第２面へのアッシング処理、又は、第２化合物半導体層の第２面への反応性イオンエッチング処理によって形成される［Ｅ０１］乃至［Ｅ０５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ０７］《第２－Ｃ構成の発光素子》
第２光反射層は、第１光反射層からの光を、第１光反射層と第２光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって反射あるいは散乱する領域を有する［Ｅ０１］乃至［Ｅ０６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ０８］電流注入領域における発光層から第２化合物半導体層の第２面までの光学的距離をＬ2、モードロス作用領域における発光層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をＬ0としたとき、
Ｌ0＞Ｌ2
を満足する［Ｅ０４］乃至［Ｅ０７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ０９］生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、第１光反射層と第２光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって散逸させられ、以て、発振モードロスが増加する［Ｅ０４］乃至［Ｅ０８］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ１０］モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る［Ｅ０４］乃至［Ｅ０９］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ１１］モードロス作用部位は誘電体材料から成り、
モードロス作用部位の光学膜厚は、発光素子において生成した光の波長の１／４の整数倍から外れる値である［Ｅ１０］に記載の発光素子。
［Ｅ１２］モードロス作用部位は誘電体材料から成り、
モードロス作用部位の光学膜厚は、発光素子において生成した光の波長の１／４の整数倍である［Ｅ１０］に記載の発光素子。
［Ｅ１３］《第２－Ｄ構成の発光素子》
第２化合物半導体層の第２面側には凸部が形成されており、
モードロス作用部位は、凸部を囲む第２化合物半導体層の第２面の領域上に形成されている［Ｅ０１］乃至［Ｅ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ１４］電流注入領域における発光層から第２化合物半導体層の第２面までの光学的距離をＬ2、モードロス作用領域における発光層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をＬ0としたとき、
Ｌ0＜Ｌ2
を満足する［Ｅ１３］に記載の発光素子。
［Ｅ１５］生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、電流注入領域及び電流非注入・内側領域に閉じ込められ、以て、発振モードロスが減少する［Ｅ１３］又は［Ｅ１４］に記載の発光素子。
［Ｅ１６］モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る［Ｅ１３］乃至［Ｅ１５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ１７］第２電極は、透明導電性材料から成る［Ｅ０１］乃至［Ｅ１６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｆ０１］《第３構成の発光素子》
第２化合物半導体層の第２面上に形成された第２電極、
第２電極上に形成された第２光反射層、
第１化合物半導体層の第１面上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域を構成するモードロス作用部位、並びに、
第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、
を更に備えており、
第１光反射層及び膜厚変調層は、第１化合物半導体層の第１面上からモードロス作用部位上に亙り形成されており、
積層構造体には、電流注入領域、電流注入領域を取り囲む電流非注入・内側領域、及び、電流非注入・内側領域を取り囲む電流非注入・外側領域が形成されており、
モードロス作用領域の正射影像と電流非注入・外側領域の正射影像とは重なり合っている［Ｃ０１］乃至［Ｃ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｆ０２］電流注入領域の正射影像の面積をＳ1、電流非注入・内側領域の正射影像の面積をＳ2としたとき、
０．０１≦Ｓ1’／（Ｓ1’＋Ｓ2’）≦０．７
を満足する［Ｆ０１］に記載の発光素子。
［Ｆ０３］《第３－Ａ構成の発光素子》
電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域は、積層構造体へのイオン注入によって形成される［Ｆ０１］又は［Ｆ０２］に記載の発光素子。
［Ｆ０４］イオン種は、ボロン、プロトン、リン、ヒ素、炭素、窒素、フッ素、酸素、ゲルマニウム及びシリコンから成る群から選択された少なくとも１種類のイオンである［Ｆ０３］に記載の発光素子。
［Ｆ０５］《第３－Ｂ構成の発光素子》
電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域は、第２化合物半導体層の第２面へのプラズマ照射、又は、第２化合物半導体層の第２面へのアッシング処理、又は、第２化合物半導体層の第２面への反応性イオンエッチング処理によって形成される［Ｆ０１］乃至［Ｆ０４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｆ０６］《第３－Ｃ構成の発光素子》
第２光反射層は、第１光反射層からの光を、第１光反射層と第２光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって反射あるいは散乱する領域を有する［Ｆ０１］乃至［Ｆ０５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｆ０７］電流注入領域における発光層から第１化合物半導体層の第１面までの光学的距離をＬ1’、モードロス作用領域における発光層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をＬ0’としたとき、
Ｌ0’＞Ｌ1’
を満足する［Ｆ０３］乃至［Ｆ０６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｆ０８］生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、第１光反射層と第２光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって散逸させられ、以て、発振モードロスが増加する［Ｆ０３］乃至［Ｆ０７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｆ０９］モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る［Ｆ０３］乃至［Ｆ０８］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｆ１０］モードロス作用部位は誘電体材料から成り、
モードロス作用部位の光学膜厚は、発光素子において生成した光の波長の１／４の整数倍から外れる値である［Ｆ０９］に記載の発光素子。
［Ｆ１１］モードロス作用部位は誘電体材料から成り、
モードロス作用部位の光学膜厚は、発光素子において生成した光の波長の１／４の整数倍である［Ｆ０９］に記載の発光素子。
［Ｆ１２］《第３－Ｄ構成の発光素子》
第１化合物半導体層の第１面側には凸部が形成されており、
モードロス作用部位は、凸部を囲む第１化合物半導体層の第１面の領域上に形成されている［Ｆ０１］又は［Ｆ０２］に記載の発光素子。
［Ｆ１３］電流注入領域における発光層から第１化合物半導体層の第１面までの光学的距離をＬ1’、モードロス作用領域における発光層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をＬ0’としたとき、
Ｌ0’＜Ｌ1’
を満足する［Ｆ１２］に記載の発光素子。
［Ｆ１４］第１化合物半導体層の第１面側には凸部が形成されており、
モードロス作用部位は、凸部を囲む第１化合物半導体層の第１面の領域から構成されている［Ｆ０１］又は［Ｆ０２］に記載の発光素子。
［Ｆ１５］生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、電流注入領域及び電流非注入・内側領域に閉じ込められ、以て、発振モードロスが減少する［Ｆ１２］乃至［Ｆ１４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｆ１６］モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る［Ｆ１２］乃至［Ｆ１５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｆ１７］第２電極は、透明導電性材料から成る［Ｆ０１］乃至［Ｆ１６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｇ０１］《第４構成の発光素子》
第２電極を含む積層構造体には、発光層が占める仮想平面と平行に、少なくとも２層の光吸収材料層が形成されている［Ｃ０１］乃至［Ｆ１７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｇ０２］少なくとも４層の光吸収材料層が形成されている［Ｇ０１］に記載の発光素子。
［Ｇ０３］発振波長をλ0、２層の光吸収材料層、及び、光吸収材料層と光吸収材料層との間に位置する積層構造体の部分の全体の等価屈折率をｎeq、光吸収材料層と光吸収材料層との間の距離をＬAbsとしたとき、
０．９×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝≦ＬAbs≦１．１×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝
を満足する［Ｇ０１］又は［Ｇ０２］に記載の発光素子。
但し、ｍは、１、又は、１を含む２以上の任意の整数である。
［Ｇ０４］光吸収材料層の厚さは、λ0／（４・ｎeq）以下である［Ｇ０１］乃至［Ｇ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｇ０５］積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最低振幅部分に光吸収材料層が位置する［Ｇ０１］乃至［Ｇ０４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｇ０６］積層構造体の内部において形成される光の定在波に生じる最大振幅部分に発光層が位置する［Ｇ０１］乃至［Ｇ０５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｇ０７］光吸収材料層は、積層構造体を構成する化合物半導体の光吸収係数の２倍以上の光吸収係数を有する［Ｇ０１］乃至［Ｇ０６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｇ０８］光吸収材料層は、積層構造体を構成する化合物半導体よりもバンドギャップの狭い化合物半導体材料、不純物をドープした化合物半導体材料、透明導電性材料、及び、光吸収特性を有する光反射層構成材料から成る群から選択された少なくとも１種類の材料から構成されている［Ｇ０１］乃至［Ｇ０７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｈ０１］第１化合物半導体層の第１面と第１光反射層及び膜厚変調層との間には化合物半導体基板が配されている［Ｃ０１］乃至［Ｇ０８］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｈ０２］化合物半導体基板はＧａＮ基板から成る［Ｈ０１］に記載の発光素子。
［Ｈ０３］第１光反射層及び膜厚変調層から構成された凹面鏡部は、化合物半導体基板の突出部から成る基部、並びに、少なくとも基部の一部の表面に形成された膜厚変調層及び多層光反射膜から構成されている［Ｈ０１］又は［Ｈ０２］に記載の発光素子。
［Ｈ０４］第１光反射層及び膜厚変調層から構成された凹面鏡部は、化合物半導体基板上に形成された基部、並びに、少なくとも基部の一部の表面に形成された多層光反射膜及び膜厚変調層から構成されている［Ｈ０１］又は［Ｈ０２］に記載の発光素子。
［Ｈ０５］第１化合物半導体層の第１面に第１光反射層及び膜厚変調層が形成されている［Ｃ０１］乃至［Ｇ０８］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｈ０６］積層構造体の熱伝導率の値は、第１光反射層及び膜厚変調層の熱伝導率の値よりも高い［Ｃ０１］乃至［Ｈ０５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｈ０７］発光素子の凹面鏡部の曲率半径をＲDBRとしたとき、ＲDBR≦１×１０-3ｍを満足する［Ｃ０１］乃至［Ｈ０６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｈ０８］第１光反射層及び膜厚変調層の周囲には凸形状部が形成されており、第１光反射層は凸形状部から突出していない［Ｃ０１］乃至［Ｈ０７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｊ０１］《発光素子の製造方法》
化合物半導体基板上に、
第１面、及び、第１面と対向する第２面を有する第１化合物半導体層、
第１化合物半導体層の第２面と面する発光層、並びに、
発光層と面する第１面、及び、第１面と対向する第２面を有する第２化合物半導体層、
が積層された、ＧａＮ系化合物半導体から成る積層構造体を形成した後、
第２化合物半導体層上に第２電極及び第２光反射層を形成し、次いで、
第２光反射層を支持基板に固定した後、
化合物半導体基板を薄くし、その後、
化合物半導体基板の露出面に突出部から成る基部を形成した後、又は、化合物半導体基板の露出面の上に突出部から成る基部を形成した後、
少なくとも基部の一部の上に膜厚変調層及び第１光反射層を形成し、且つ、第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極を形成する、
各工程から成り、
基部は、凹面鏡部を構成し、
第２光反射層は、平坦な形状を有する発光素子の製造方法。
１１・・・化合物半導体基板（発光素子製造用基板）、１１ａ・・・第１化合物半導体層と面する化合物半導体基板（発光素子製造用基板）の第１面、１１ａ’・・・化合物半導体基板の第１面の突出部、１１ａ”・・・凹み、１１ｂ・・・第１化合物半導体層と面する化合物半導体基板（発光素子製造用基板）の第２面、１１Ａ・・・凸形状部、２０・・・積層構造体、２１・・・第１化合物半導体層、２１ａ・・・第１化合物半導体層の第１面、２１ｂ・・・第１化合物半導体層の第２面、２１ｄ，２１ｅ・・・第１化合物半導体層の第１面の突出部、２２・・・第２化合物半導体層、２２ａ・・・第２化合物半導体層の第１面、２２ｂ・・・第２化合物半導体層の第２面、２３・・・発光層（活性層）、３１・・・第１電極、３２・・・第２電極、３３・・・パッド電極、３４・・・絶縁層（電流狭窄層）、３４Ａ・・・絶縁層（電流狭窄層）に設けられた開口部、４１・・・第１光反射層、４１Ａ・・・第１の薄膜、４１Ｂ・・・第２の薄膜、４１ａ・・・第１化合物半導体層に形成された傾斜部、４２・・・第２光反射層、４２Ａ・・・第２光反射層に形成された順テーパー状の傾斜部、４３・・・凹面鏡部、４３Ａ・・・凹部、４３ａ・・・第１光反射層の凹面鏡部における有効領域の積層構造体に面する界面、４４・・・第１光反射層の凹面鏡部における有効領域、４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｄ，４５Ｅ，４５Ｆ・・・基部、４５ｃ・・・突出部、４６・・・多層光反射膜、４７・・・平坦化膜、４８・・・接合層、４９・・・支持基板、５１，６１・・・電流注入領域、５２，６２・・・電流非注入・内側領域、５３，６３・・・電流非注入・外側領域、５４，６４・・・モードロス作用部位（モードロス作用層）、５４Ａ，５４Ｂ，６４Ａ・・・モードロス作用部位に形成された開口部、５５，６５・・・モードロス作用領域、７１・・・光吸収材料層、８０・・・膜厚変調層、８１・・・第３の薄膜、８１Ａ・・・第３Ａの薄膜、８１Ｂ・・・第３Ｂの薄膜、８２・・・第４の薄膜、８２Ａ・・・第４Ａの薄膜、８２Ｂ・・・第４Ｂの薄膜、９１・・・光吸収材料層

Claims (6)

  1. 第１光反射層、積層構造体及び第２光反射層が積層されて成り、
    前記積層構造体は、前記第１光反射層側から、第１化合物半導体層、発光層及び第２化合物半導体層が積層されて成り、
    前記積層構造体からの光は、前記第１光反射層又は前記第２光反射層を介して外部に出射され、
    前記第１光反射層は、少なくとも２種類の薄膜が、複数、交互に積層された構造を有しており、
    前記積層構造体と前記第１光反射層との間には、膜厚変調層が設けられ、
    前記第２化合物半導体層の前記第２光反射層側には凸部が形成されており、
    前記第２化合物半導体層には、電流注入領域及び前記電流注入領域を取り囲む電流非注入領域が設けられており、
    前記電流非注入領域は、電流非注入・内側領域及び電流非注入・外側領域から成り、
    前記凸部は、前記電流注入領域及び前記電流非注入・内側領域から成り、
    前記凸部を囲む領域の上にはモードロス作用層が形成されている発光素子。
  2. 前記第１光反射層及び前記膜厚変調層から凹面鏡部が構成されており、
    前記電流注入領域の面積重心点から、前記電流注入領域と前記電流非注入領域の境界までの最短距離ＤCIは、以下の式を満足する請求項１に記載の発光素子。
    ＤCI≧ω0／２
    但し、
    ω0 2≡（λ0／π）｛ＬOR（ＲDBR－ＬOR）｝1/2
    ここで、
    λ0 ：発光素子から主に出射される光の波長
    ＬOR ：共振器長
    ＲDBR：前記第１光反射層及び前記膜厚変調層から構成された前記凹面鏡部の曲率半径
  3. 前記モードロス作用層は、誘電体材料からなる請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記誘電体材料は、ＳｉＯ2からなる請求項３に記載の発光素子。
  5. 前記凸部を囲む前記第２化合物半導体層の第２面の領域には、前記電流非注入・外側領域が設けられており、
    前記電流注入領域における前記発光層から前記第２面までの光学的距離をＬ2、前記モードロス作用層における前記発光層から前記モードロス作用層の頂面までの光学的距離をＬ0としたとき、Ｌ0＜Ｌ2を満足する請求項１に記載の発光素子。
  6. 前記光学的距離Ｌ2及びＬ0は、以下の式を満足する請求項５に記載の発光素子。
    Ｌ2／Ｌ0＝１．５
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