JP7444067B2 - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、発光素子及びその製造方法に関する。

面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）から成る発光素子においては、一般に、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。そして、ｎ型化合物半導体層、化合物半導体から成る活性層（発光層）及びｐ型化合物半導体層が積層された積層構造体を有する面発光レーザ素子においては、一般に、ｐ型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電極の上に絶縁材料の積層構造から成る第２光反射層を形成する。また、ｎ型化合物半導体層と基板との間に、絶縁材料の積層構造から成る第１光反射層を形成する。尚、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。

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Ｌ_OR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Ｌ_OR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以上長い。即ち、共振器長Ｌ_ORは１μｍよりもかなり長い。

そして、このように共振器長Ｌ_ORが長くなると、従来の１μｍ程度の共振器長Ｌ_OR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。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が、次第に、共振器外へと散逸してしまう現象を指す。このような問題を解決するために、光反射層に凹面鏡としての機能を付与する技術として、例えば、特開２００６－１１４７５３号公報や特開２０００－０２２２７７号公報、国際公開ＷＯ２０１８／０８３８７７Ａ１号公報がある。

特開２００６－１１４７５３号公報 特開２０００－０２２２７７号公報 国際公開ＷＯ２０１８／０８３８７７Ａ１号公報

上記のとおり、光反射層に凹面鏡としての機能を付与することで、回折損失の発生を効果的に抑制することができる。しかしながら、共振器長Ｌ_ORが長いことに起因して、単一縦モードを得ることが困難となり、縦モードが多モード化し易い。

従って、本開示の目的は、単一縦モードを得ることを可能とする構成、構造の発光素子、及び、係る発光素子の製造方法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第１態様～第４の態様に係る発光素子は、
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面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第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、
基板、
第１化合物半導体層の第１面側に配設された第１光反射層、並びに、
第２化合物半導体層の第２面側に配設された第２光反射層、
を備えており、
第２光反射層は、平坦な形状を有し、
基板表面には、凹面部が形成されており、
第１光反射層は、少なくとも凹面部上に形成されており、
第１化合物半導体層は、基板表面から凹面部上方に亙り形成されており、
第１光反射層と第２光反射層との間に共振器長Ｌ _ＯＲ の第１の共振器構造が構成されており、
凹面部上に形成された第１光反射層と、凹面部上方の第１化合物半導体層の部分とによって、共振器長Ｌ _ＤＢＲ の第２の共振器構造が構成されており、
活性層から、発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光および発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光を含む複数の縦モードが発生する場合において、
凹面部の半径をｒ’ _ＤＢＲ 、活性層から第１光反射層の内面までの距離をＴ _０ としたとき、第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、
Ｌ _ＤＢＲ ＝ｒ’ _ＤＢＲ ^２ ／２Ｔ _０
を満足しており、
第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、複数の縦モードの光の内発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光が第２の共振器構造の共振条件を満足し、且つ、発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光が第２の共振器構造の共振条件を満足しない長さである。

そして、本開示の第１の態様に係る発光素子において、凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間は空洞である。また、本開示の第２の態様に係る発光素子において、凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間には、第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる材料が充填されている。更には、本開示の第３の態様に係る発光素子において、凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間には、屈折率ｎ₂を有する材料が充填されており、第１化合物半導体層を構成する材料の屈折率をｎ₁としたとき、ｎ₁≠ｎ₂ を満足する。また、本開示の第４の態様に係る発光素子において、凹面部上に形成された第１光反射層と、凹面部上方の第１化合物半導体層の部分とによって、共振器構造が構成されており、共振器構造の長さは、活性層から出射される発振波長λ₀を有する主たる光が共振器構造の共振条件を満足し、且つ、発振波長λ₀に隣接する波長λ’を有する光が共振器構造の共振条件を満足しない長さである。

上記の目的を達成するための本開示の発光素子の製造方法は、
基板の表面に凹面部を形成した後、
少なくとも凹面部上に第１光反射層を形成し、次いで、
基板の表面上及び凹面部の上方に、第１化合物半導体層、活性層及び第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、その後、
第２化合物半導体層の上に第２光反射層を形成する、各工程から成り、
第１光反射層と第２光反射層との間に共振器長Ｌ _ＯＲ の第１の共振器構造が構成されており、
凹面部上に形成された第１光反射層と、凹面部上方の第１化合物半導体層の部分とによって、共振器長Ｌ _ＤＢＲ の第２の共振器構造が構成されており、
活性層から、発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光および発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光を含む複数の縦モードが発生する場合において、
凹面部の半径をｒ’ _ＤＢＲ 、活性層から第１光反射層の内面までの距離をＴ _０ としたとき、第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、
Ｌ _ＤＢＲ ＝ｒ’ _ＤＢＲ ^２ ／２Ｔ _０
を満足しており、
第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、複数の縦モードの光の内発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光が第２の共振器構造の共振条件を満足し、且つ、発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光が第２の共振器構造の共振条件を満足しない長さである。

図１は、実施例１の発光素子の模式的な一部端面図である。 図２は、実施例１の発光素子における積層構造体や凹面部等の模式的な一部端面図である。 図３は、実施例１の発光素子において、λ₀＝４４５ｎｍで複数の縦モードが発生した場合のモードの間隔を計算した結果を示すグラフである。 図４は、実施例１の発光素子において、式（２）に基づき求められた、λ’とＬ_DBRの関係を示すグラフである。 図５Ａ及び図５Ｂ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６Ａ及び図６Ｂは、図５Ｂに引き続き、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７Ａ及び図７Ｂは、図６Ｂに引き続き、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８Ａ及び図８Ｂは、図７Ｂに引き続き、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９は、実施例２の発光素子の模式的な一部端面図である。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、実施例２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１１Ａ及び図１１Ｂは、実施例２の発光素子の製造方法の変形例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１２Ａ及び図１２Ｂは、実施例２の発光素子の製造方法の別の変形例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１３は、実施例４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４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の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、従来の発光素子、実施例４の発光素子及び実施例７の発光素子における光場強度を示す概念図である。 図１６は、実施例５の発光素子の模式的な一部端面図である。 図１７は、実施例６の発光素子の模式的な一部端面図である。 図１８は、実施例７の発光素子の模式的な一部端面図である。 図１９は、図１８に示した実施例７の発光素子の要部を切り出した模式的な一部端面図である。 図２０は、実施例８の発光素子の模式的な一部端面図である。 図２１は、実施例８の発光素子の模式的な一部端面図と、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２２は、本開示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２３は、ω₀の値と共振器長Ｌ_ORの値と第１光反射層の凹面鏡部の曲率半径Ｒ_DBRの値の関係を示すグラフである。 図２４は、ω₀の値と共振器長Ｌ_ORの値と第１光反射層の凹面鏡部の曲率半径Ｒ_DBRの値の関係を示すグラフである。 図２５Ａ及び図２５Ｂは、それぞれ、ω₀の値が「正」であるときのレーザ光の集光状態を模式的に示す図、及び、ω₀の値が「負」であるときのレーザ光の集光状態を模式的に示す図である。 図２６Ａ及び図２６Ｂは、活性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２７は、窒化物半導体結晶における極性面、非極性面及び半極性面を説明するための六方晶系窒化物半導体の結晶構造を示す模式図である。

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．本開示の第１の態様～第４の態様に係る発光素子、並びに、本開示の発光素子の製造方法、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の第１の態様及び第４の態様に係る発光素子、及び、その製造方法）
３．実施例２（本開示の第２の態様及び第３の態様に係る発光素子、及び、その製造方法）
４．実施例３（実施例１～実施例２の変形、第１構成の発光素子）
５．実施例４（実施例１～実施例３の変形、第２－Ａ構成の発光素子）
６．実施例５（実施例４の変形、第２－Ｂ構成の発光素子）
７．実施例６（実施例４～実施例５の変形、第２－Ｃ構成の発光素子）
８．実施例７（実施例４～実施例６の変形、第２－Ｄ構成の発光素子）
９．実施例８（実施例１～実施例７の変形、第３構成の発光素子）
１０．実施例９（実施例８の変形）
１１．実施例１０（実施例８の別の変形）
１２．その他

〈本開示の第１の態様～第４の態様に係る発光素子、並びに、本開示の発光素子の製造方法、全般に関する説明〉
本開示の発光素子の製造方法において、凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間は空洞である形態とすることができる。あるいは又、凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間に、第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる材料を充填する工程を含む形態とすることができる。あるいは又、凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間に、第１化合物半導体層を構成する材料の屈折率ｎ₁とは異なる屈折率ｎ₂を有する材料を充填する工程を含む形態とすることができる。あるいは又、凹面部上に形成された第１光反射層と、凹面部上方の第１化合物半導体層の部分とによって、共振器構造が構成されており、共振器構造の長さは、活性層から出射される発振波長λ₀を有する主たる光が共振器構造の共振条件を満足し、且つ、発振波長λ₀に隣接する波長λ’を有する光が共振器構造の共振条件を満足しない長さである形態とすることができる。

本開示の第１の態様に係る発光素子、あるいは又、本開示の発光素子の製造方法によって得られた本開示の第１の態様に係る発光素子を、以下、総称して、『本開示の第１の態様に係る発光素子等』と呼ぶ場合がある。また、本開示の第２の態様に係る発光素子、あるいは又、本開示の発光素子の製造方法によって得られた本開示の第２の態様に係る発光素子を、以下、総称して、『本開示の第２の態様に係る発光素子等』と呼ぶ場合がある。更には、本開示の第３の態様に係る発光素子、あるいは又、本開示の発光素子の製造方法によって得られた本開示の第３の態様に係る発光素子を、以下、総称して、『本開示の第３の態様に係る発光素子等』と呼ぶ場合がある。また、本開示の第４の態様に係る発光素子、あるいは又、本開示の発光素子の製造方法によって得られた本開示の第４の態様に係る発光素子を、以下、総称して、『本開示の第４の態様に係る発光素子等』と呼ぶ場合がある。更には、本開示の第１の態様に係る発光素子等、本開示の第２の態様に係る発光素子等、本開示の第３の態様に係る発光素子等、及び、本開示の第４の態様に係る発光素子等を総称して、『本開示の発光素子等』と呼ぶ場合がある。

本開示の第３の態様に係る発光素子等にあっては、
｜ｎ₂－ｎ₁｜≧１．０
望ましくは、
｜ｎ₂－ｎ₁｜≧１．５
を満足することが好ましい。更には、これらの好ましい形態を含む本開示の第３の態様に係る発光素子等において、屈折率ｎ₂を有する材料は、第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる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等において、基板は、化合物半導体基板から構成されてい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を含む本開示の発光素子等において、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。

第１化合物半導体層を、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、横方向成長により形成したとき、基板表面から凹面部の中心部上方においてエピタキシャル成長する第１化合物半導体層が会合すると、会合部分に結晶欠陥が多く発生する場合がある。この結晶欠陥が多く存在する会合部分が素子領域（後述する）の中心部に位置すると、発光素子の特性に悪影響が生じる虞がある。以上に説明した好ましい形態を含む本開示の発光素子等において、凹面部の中心を通る法線上には、結晶欠陥が多く存在する会合部分が存在しない形態とすることができ、この場合、基板への会合部分の正射影像は、凹面部に含まれない形態とすることができる。そして、このような形態を採用することで、発光素子の特性への悪影響の発生を確実に抑制することができる。

本開示の第１の態様に係る発光素子等において、空洞には、空気が閉じ込められており、あるいは又、不活性ガス（窒素ガス等）が閉じ込められており、あるいは又、第１化合物半導体層の形成時のプロセスガスが閉じ込められており、あるいは又、真空状態、減圧状態となっている。

本開示の第２の態様に係る発光素子等において、あるいは又、本開示の第３の態様に係る発光素子等の好ましい形態において、凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間には、第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる材料（以下、便宜上、『充填材料』と呼ぶ場合がある）が充填されているが、具体的には、充填材料として、ＴｉＯ_x、ＴａＯ_x、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＨｆＯ_x、ＮｂＯ_x、ＡｌＯ_x、ＢｉＯ_x、ＳＯＧ（Spin On Glass）を含む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し、ＢＣＢ系樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、ノボラック系樹脂、第１化合物半導体層や第２化合物半導体層を構成する化合物半導体材料とは異なる化合物半導体材料を例示することもできる。

本開示の第３の態様に係る発光素子等において、ｎ₁≠ｎ₂ を満足するが、ｎ₁＞ｎ₂ であってもよいし、ｎ₁＜ｎ₂ であってもよい。

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子等によって、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。

以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の発光素子等において、積層構造体の積層方向を含む仮想平面（Ｚ軸を含む仮想平面）で第１光反射層を切断したときの凹面部と接する第１光反射層の部分が第１化合物半導体層と対向する面（以下、便宜上、『第１光反射層の内面』と呼ぶ）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光反射層の部分（領域）を、『第１光反射層の有効領域』と呼ぶ場合がある。第１光反射層の内面が描く図形は、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。

本開示の発光素子等において、積層構造体は、具体的には、ＧａＮ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、ＧａＮ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。活性層は、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活性層は、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、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，Ｉｎ_zＧａ_(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，ＡｌＧａＮ）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２電極と第２化合物半導体層との間には、電流狭窄構造が形成されていることが好ましい。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。

また、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等において、活性層と第１光反射層との間に位置する各種の化合物半導体層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。

電流狭窄構造を得るためには、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、ＳｉＯ_XやＳｉＮ_X、ＡｌＯ_X）から成る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。

積層構造体及び第１光反射層は、基板の表面（便宜上、『基板の第２面』と呼ぶ）上に形成される。基板として、導電性基板、半導体基板、絶縁性基板、具体的には、ＧａＮ基板、サファイア基板、ＧａＡｓ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基板の使用が結晶欠陥密度の少ないことから好ましい。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。あるいは又、基板を、主面として半極性面である｛２０－２１｝面を有するＧａＮ基板（ｃ面をｍ軸方向に約７５度傾けた面を主面とするＧａＮ基板）から成る構成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、積層構造体をＧａＮ系化合物半導体から構成する場合、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。

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、基板の厚さを薄くしてもよい。

上述したとおり、積層構造体は、ＧａＮ基板の極性面に形成されている構成とすることができる。あるいは又、積層構造体は、ＧａＮ基板の半極性面又は無極性面（非極性面）から成る主面上に形成されている構成とすることができ、この場合、主面の面方位とｃ軸との成す角度は、４５度以上、８０度以下である構成とすることができ、更には、ＧａＮ基板の主面は｛２０－２１｝面から成る構成とすることができる。六方晶系における例えば以下に例示する結晶面の表記、

を、便宜上、本明細書においては、｛ｈｋ－ｉｌ｝面、｛ｈ－ｋｉｌ｝面と表記する。

窒化物半導体結晶における極性面、非極性面及び半極性面について、以下、図２７の（ａ）～（ｅ）を参照して説明する。図２７の（ａ）は、六方晶系窒化物半導体の結晶構造を示す模式図である。図２７の（ｂ）は、非極性面であるｍ面、｛１－１００｝面を示す模式図であり、灰色の平面で示すｍ面は、ｍ軸方向に垂直な面である。図２７の（ｃ）は、非極性面であるａ面、｛１１－２０｝面を示す模式図であり、灰色の平面で示すａ面は、ａ軸方向に垂直な面である。図２７の（ｄ）は、半極性面である｛２０－２１｝面を示す模式図である。灰色の平面で示す｛２０－２１｝面に垂直な［２０－２１］方向は、ｃ軸からｍ軸方向に７５度、傾斜している。図２７の（ｅ）は、半極性面である｛１１－２２｝面を示す模式図である。灰色の平面で示す｛１１－２２｝面に垂直な［１１－２２］方向は、ｃ軸からａ軸方向に５９度、傾斜している。各種結晶面の面方位とｃ軸との成す角度を、以下の表１に示す。｛１１－２１｝面や｛１１－２２｝面、｛１１－２４｝面といった｛１１－２ｎ｝面で表される面、｛１－１０１｝面、｛１－１０２｝面、｛１－１０３｝面は半極性面である。

〈表１〉

第２光反射層を支持基板によって支持し、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を構成することもできる。支持基板は、例えば、上記の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。

第１化合物半導体層は第１電極に電気的に接続されている。即ち、第１電極は、基板を介して第１化合物半導体層と電気的に接続されている。また、第２化合物半導体層は第２電極に電気的に接続されており、第２光反射層は第２電極上に形成されている。第１電極は金属又は合金から成る形態とすることができるし、第２電極は透明導電性材料から成る形態とすることができる。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面上に形成されている。ここで、「素子領域」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。

第１電極は、基板の第２面と対向する基板の第１面上に形成すればよい。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、より活性層側に位置する。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。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、電流注入領域（後述する）に電流を供給することができる。

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／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。

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、半導体多層膜（例えば、ＡｌＩｎＧａＮ膜）や誘電体多層膜から構成される。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、ＳｉＮ_X、ＡｌＮ_X、ＡｌＧａＮ_X、ＧａＮ_X、ＢＮ_X等）、又は、フッ化物等を挙げることができる。具体的には、ＳｉＯ_X、ＴｉＯ_X、ＮｂＯ_X、ＺｒＯ_X、ＴａＯ_X、ＺｎＯ_X、ＡｌＯ_X、ＨｆＯ_X、ＳｉＮ_X、ＡｌＮ_X等を例示することができる。そして、これらの誘電体材料の内、屈折率が異なる誘電体材料から成る２種類以上の誘電体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、ＳｉＯ_X／ＳｉＮ_Y、ＳｉＯ_X／ＴａＯ_X、ＳｉＯ_X／ＮｂＯ_Y、ＳｉＯ_X／ＺｒＯ_Y、ＳｉＯ_X／ＡｌＮ_Y等の多層膜が好ましい。所望の光反射率を得るために、各誘電体膜を構成する材料、膜厚、積層数等を、適宜、選択すればよい。各誘電体膜の厚さは、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、あるいは、奇数倍の前後の値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ＳｉＯ_X／ＮｂＯ_Y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５乃至２０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。

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種類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種類以上とを組み合わせる方法等を挙げることができる。

光反射層は、電流注入領域あるいは素子領域を覆う限り、大きさ及び形状は特に限定されない。素子領域、第１光反射層、第２光反射層、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。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部の平面形状、環状の第１電極の内側環部の平面形状、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は、相似形であることが望ましい。電流注入領域と電流非注入・内側領域との境界の形状が円形の場合、直径５μｍ乃至１００μｍ程度であることが好ましい。電流注入領域、電流非注入・内側領域、電流非注入・外側領域に関しては、後述する。

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（絶縁膜）の形成は、周知の方法に基づき行うことができる。被覆層（絶縁膜）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（絶縁膜）を構成する絶縁材料として、ＳｉＯ₂を含むＳｉＯ_X系材料、ＳｉＮ_X系材料、ＳｉＯ_YＮ_Z系材料、ＴａＯ_X、ＺｒＯ_X、ＡｌＮ_X、ＡｌＯ_X、ＧａＯ_X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（絶縁膜）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。

以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の発光素子等において、共振器長をＬ_ORとしたとき、
Ｌ_OR≧１×１０^-6ｍ
を満足することが好ましい。

実施例１は、本開示の第１の態様及び第４の態様に係る発光素子及びその製造方法に関する。実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１０の発光素子は、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）から成る。実施例１の発光素子の模式的な一部端面図を図１に示す。また、積層構造体や凹面部等の模式的な一部端面図を図２に示す。尚、図２において、ハッチング線を省略した。

実施例１の発光素子あるいは後述する実施例２～実施例１０の発光素子は、
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と面する活性層（発光層）２３、並びに、
活性層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、
が積層された積層構造体２０、
基板１１、
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、
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、
を備えており、
第２光反射層４２は、平坦な形状を有し、
基板１１の表面には、凹面部１２が形成されており、
第１光反射層４１は、少なくとも凹面部１２の上に形成されており（具体的には、実施例にあっては、第１光反射層４１は、凹面部１２の上から基板１１の第２面１１ｂの一部の上に亙りに形成されており）、
第１化合物半導体層２１は、基板１１の表面から凹面部１２の上方に亙り形成されている。

そして、実施例１の発光素子において、凹面部１２の上に形成された第１光反射層４１と第１化合物半導体層との間は空洞４３である。具体的には、空洞４３には、空気が閉じ込められており、又は、不活性ガス（窒素ガス等）が閉じ込められており、又は、第１化合物半導体層の形成時のプロセスガスが閉じ込められている。あるいは又、凹面部１２の上に形成された第１光反射層４１と、凹面部１２の上方の第１化合物半導体層２１（具体的には、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ）の部分とによって、共振器構造が構成されており、共振器構造の長さＬ_DBRは、活性層２３から出射される発振波長λ₀を有する主たる光が共振器構造の共振条件を満足し、且つ、発振波長λ₀に隣接する波長λ’を有する光が共振器構造の共振条件を満足しない長さである。

基板１１は、化合物半導体基板、具体的には、極性面であるＣ面、｛０００１｝面を主面とするＧａＮ基板から構成されている。積層構造体２０はＧａＮ系化合物半導体から成る。第１化合物半導体層２１は第１導電型（具体的には、ｎ型）を有し、第２化合物半導体層２２は、第１導電型とは異なる第２導電型（具体的には、ｐ型）を有する。第１光反射層４１と接する基板１１の面は基板１１の第２面１１である。基板１１の第２面１１ｂと対向する面を、基板１１の第１面１１ａと呼ぶ。

第１光反射層４１の内面４１ａから或る深さまでの第１光反射層４１の領域、空洞４３、積層構造体２０（第１化合物半導体層２１、活性層２３及び第２化合物半導体層２２）、第２電極３２、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。ここで、共振器長をＬ_ORとしたとき、
Ｌ_OR≧１×１０^-6ｍ（１μｍ）
を満足する。

そして、実施例１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（Ｚ軸を含む仮想平面）で第１光反射層４１を切断したときの凹面部１２と接する第１光反射層４１の内面４１ａ（第１光反射層４１の有効領域４４）が描く図形は、円の一部又は放物線の一部である。但し、有効領域４４の外側に位置する第１光反射層４１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。第１光反射層４１は基板１１の第２面１１ｂの一部の上を延びており、この部分の形状（断面形状の図形）は平坦である。第１光反射層４１及び第２光反射層４２は多層光反射膜から構成されている。凹面部１２の外縁部の平面形状を円形とした。また、基板１１の第２面１１ｂ上に残された第１光反射層４１の外縁部の平面形状を正六角形とした。

更には、第１光反射層４１の有効領域４４の半径をｒ’_DBR、曲率半径をＲ_DBRとしたとき、
Ｒ_DBR≦１×１０^-3ｍ
を満足する。具体的には、限定するものではないが、
Ｌ_OR ＝５０μｍ
Ｒ_DBR ＝７０μｍ
ｒ’_DBR＝２５μｍ
を例示することができる。また、活性層２３から出射される主たる光の有する発振波長λ₀として、
λ₀ ＝４４５ｎｍ
を例示することができる。

ここで、活性層２３から第１光反射層４１の内面４１ａ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
Ｌ_DBR＝ｒ’_DBR ²／２Ｔ₀
で表すことができるが、内面４１ａ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の熱伝導率の値よりも高い。第１光反射層４１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。

第１化合物半導体層２１はｎ－ＧａＮ層から成り、活性層２３はＩｎ_0.04Ｇａ_0.96Ｎ層（障壁層）とＩｎ_0.16Ｇａ_0.84Ｎ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は化合物半導体基板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／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、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光反射層４１及び第２光反射層４２は、Ｔａ₂Ｏ₅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。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は円形である。後述するように、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、開口部３４Ａによって電流注入領域６１Ａが規定される。

以下の説明におけるパラメータは、以下のとおりである（図２も参照）。
λ₀ ：活性層２３から出射される主たる光の発振波長
λ’：主たる光（発振波長λ₀）に隣接する光の波長
Ｒ₁ ：第１光反射層４１の内面４１ａの光反射率
Ｒ₂ ：第１化合物半導体層２１の第１面２１ａの光反射率
ｄ₁ ：積層構造体２０の厚さ
ｄ₂，Ｌ_DBR：凹面部１２内の第１光反射層４１の部分と第１化合物半導体層２１の第１面２１ａとの間の最大長さ、若しくは、活性層２３の面積重心点を通る活性層２３の法線に沿った凹面部１２内の第１光反射層４１の内面４１ａと第１化合物半導体層２１の第１面２１ａとの間の最大長さ、又は、凹面部１２内の第１光反射層４１の内面４１ａと第１化合物半導体層２１の第１面２１ａとによって構成される共振器構造の長さ
ｎ₁ ：積層構造体２０を構成する材料の等価屈折率（平均屈折率）
ｎ₂ ：凹面部１２内の第１光反射層４１の部分と第１化合物半導体層２１の第１面２１ａとの間を占める物質の屈折率（但し、ｎ₂≠ｎ₁）
Ｌ_OR：第１光反射層４１と第２光反射層４２によって構成される共振器の共振器長

空洞４３が空気で占められている場合、屈折率ｎ₂は１．００である。

共振器長Ｌ_ORは、
Ｌ_OR＝ｎ₁×ｎ₁＋ｎ₂×ｎ₂＝（λ₀／２）×ｍ
で表される。また、ｎ₁＞ｎ₂の場合、
ｎ₁×ｎ₁＝（λ₀／２）×ｐ
ｎ₂×ｎ₂＝（λ₀／２）×（ｑ＋１／２）
で表される。尚、ｍ，ｐ，ｑは正の整数である。一方、ｎ₁＜ｎ₂の場合、
ｎ₁×ｎ₁＝（λ₀／２）×（ｐ＋１／２）
ｎ₂×ｎ₂＝（λ₀／２）×ｑ
で表される。

λ₀＝４４５ｎｍにおいて、複数の縦モードが発生した場合のモードの間隔を計算した結果を図３に示す。図３の横軸は共振器長Ｌ_OR（単位：μｍ）であり、縦軸はモードの間隔（単位：ｎｍ）である。共振器長Ｌ_ORを２０μｍとし、ｎ₁を３．４としたとき、モードの間隔（Δλ＝｜λ₀－λ’｜）は１．５ｎｍとなる。

ところで、面発光レーザ素子における利得は１％程度である。即ち、活性層２３において生成した光が共振器内を１往復することで、光強度は１％程度増加する。従って、発振波長λ₀に隣接する波長λ’を有する光（縦モードの光）の光透過率が０．９９を下回れば、即ち、波長λ’を有する共振器内を１往復するときの利得１％を超えるロスが発生すれば、面発光レーザ素子において、波長λ’を有する光の発振は生じないことになる。即ち、λ’＝４４５±１．５ｎｍにおいて、光透過率が０．９９を下回れば波長λ’を有する光の発振は生じないことになる。

第１光反射層４１と第１化合物半導体層２１によって構成される共振器（ファブリペロー共振器）の光透過率Ｔは、以下の式で表される（先端光エレクトロニクスシリーズ６「光波光学」、第９７頁、國分 光章 著、共立出版社、１９９９年６月１０日初版第１刷発行 参照）。
Ｔ＝［１＋［｛（４Ｒ）／（１－Ｒ）²｝×ｓｉｎ²（ｋ₀・ｎ・Ｌ_DBR）］］^-1 （１）
ここで、ｎは屈折率であり、
Ｒ＝（Ｒ₁×Ｒ₂）^1/2
ｋ₀＝２π／λ₀
である。

Ｒ₁＝１、００
Ｒ₂＝０．１８
λ₀＝４４５ｎｍ
Ｔ＝１．００
で面発光レーザ素子が設計されているとき、式（１）におけるｓｉｎ²の項の値は０であり、従って、
ｋ₀・ｎ・Ｌ_DBR＝π×ｍ’
となる。但し、ｍ’は正の整数である。

また、Ｔ＝０．９９の場合、ｋ’＝２π／λ’とすると、式（１）から、
ｓｉｎ²（ｋ’・ｎ・Ｌ_DBR）＝０．０４４４１８
となるので、
ｋ’・ｎ・Ｌ_DBR＝π×ｍ’＋０．０４４４３２
＝（ｋ₀・ｎ・Ｌ_DBR）＋０．０４４４３２
従って、
（２π／λ’）・ｎ・Ｌ_DBR＝｛（２π／λ₀）・ｎ・Ｌ_DBR｝＋０．０４４４３２
となる。ｎ＝１、λ₀＝０．４４５μｍとし、これらの値を代入して、上式を変形すると、
Ｌ_DBR＝（０．０４４４３２／２π）（１／λ’－１／０．４４５） （２）
となる。

ここで、式（２）に基づき、λ’とＬ_DBRの関係を求めてグラフ化すると、図４に示すとおりとなる。図４の縦軸は、Δλ（λ’とλ₀の差であり、モードの間隔に相当し、単位はｎｍ）であり、横軸は、共振器構造の長さＬ_DBR（単位はμｍ）である。Δλ＝１．５ｎｍのとき、共振器構造の長さＬ_DBR、即ち、ｄ₂を約１μｍとすれば、波長λ’を有する光は発振しない。云い換えれば、この共振器構造の長さＬ_DBR（ｄ₂）は、活性層２３から出射される発振波長λ₀を有する主たる光が共振器構造の共振条件を満足し、且つ、発振波長λ₀に隣接する波長λ’を有する光が共振器構造の共振条件を満足しない長さである。

以下、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、実施例１の発光素子の製造方法を説明する。尚、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂにおいては２つの発光素子を図示し、図８Ａ及び図８Ｂにおいては１つの発光素子を図示する。

［工程－１００］
先ず、基板１１の表面（第２面１１ｂ）に凹面部１２を形成する。具体的には、基板１１の第２面１１ｂの上にレジスト層８１を形成し（図５Ａ参照）、レジスト層をパターニングして、凹面部１２を形成すべき基板１１の上のレジスト層を除去する。そして、レジスト層に加熱処理を施すことで、レジスト層８１に凹部８２を形成する。こうして、図５Ｂに示す構造を得ることができる。次いで、レジスト層８１及び基板１１をエッチバックする。こうして、図６Ａに示すように、基板１１の第２面１１ｂに凹面部１２を形成することができる。

［工程－１１０］
次に、少なくとも凹面部上に第１光反射層を形成する。具体的には、凹面部１２の上を含む基板１１の第２面１１ｂの上に、周知の方法で、例えば、誘電体多層膜から成る第１光反射層４１を形成する。具体的には、基板１１の露出面（第２面１１ｂ）から凹面部１２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誘電体多層膜を形成する（図６Ｂ参照）。そして、発光素子を形成すべき領域と発光素子を形成すべき領域の間の第１光反射層４１を、ウエ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除去する。このとき、凹面部１２の中心を通る法線上には結晶欠陥が多く存在する会合部分が形成されないように、第１光反射層４１を除去する。第１光反射層４１の除去された部分を参照番号８３で示す。こうして、図７Ａに示す構造を得ることができる。基板１１の第２面１１ｂ上に残された第１光反射層４１の外縁部の平面形状を正六角形とした。

［工程－１２０］
その後、基板１１の表面（第２面１１ｂ）上及び凹面部１２の上方に、第１化合物半導体層２１、活性層２３及び第２化合物半導体層２２が積層された積層構造体２０を形成する。即ち、第１光反射層４１を含む基板１１の第２面１１ｂの上に、
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と接する活性層（発光層）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が活性層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を形成する。具体的には、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、横方向成長により、露出した基板１１の第２面１１ｂから（第１光反射層４１の除去された部分８３から）、ｎ－ＧａＮから成る第１化合物半導体層２１を形成し（図７Ｂ参照）、更に、第１化合物半導体層２１の上に、エピタキシャル成長法に基づき、活性層２３、第２化合物半導体層２２を形成することで、積層構造体２０を得ることができる（図８Ａ参照）。

凹面部１２の上に形成された第１光反射層４１と第１化合物半導体層２１との間は空洞４３となる。また、凹面部１２の上に形成された第１光反射層４１と、凹面部１２の上方の第１化合物半導体層２１の部分とによって、共振器構造が構成されており、共振器構造の長さＬ_DBRは、活性層２３から出射される発振波長λ₀を有する主たる光が共振器構造の共振条件を満足し、且つ、発振波長λ₀に隣接する波長λ’を有する光が共振器構造の共振条件を満足しない長さである。

基板１１の第２面１１ｂからエピタキシャル成長する第１化合物半導体層２１は、凹面部１２の中心部上方において会合することがない。結晶欠陥が多く存在する会合部分（図７Ｂにおいて、参照番号８４で示す）が素子領域の中心部に位置すると、発光素子の特性に悪影響が生じる虞がある。実施例１にあっては、凹面部１２の中心を通る法線上には、結晶欠陥が多く存在する会合部分８４が存在しない。更には、基板１１への会合部分８４の正射影像は、凹面部１２に含まれない。従って、発光素子の特性への悪影響の発生を確実に抑制することができる。

［工程－１３０］
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エ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８Ｂ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、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、ＳｉＯ_XやＳｉＮ_X、ＡｌＯ_X）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－１４０］
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エ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エ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－１５０］
その後、基板１１の第１面１１ａの上に、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法とウエ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。こうして、図１に示す構造を得ることができる。そして、更に、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２０の側面や露出面を、例えば、ＳｉＯ₂等の絶縁材料から成る被覆層で被覆する。そして、パッケージや封止することで、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の発光素子にあっては、凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間には空洞が形成されており、また、凹面部上に形成された第１光反射層と、凹面部上方の第１化合物半導体層の部分とによって、共振器構造が構成されており、共振器構造の長さは、活性層から出射される発振波長λ₀を有する主たる光が共振器構造の共振条件を満足し、且つ、発振波長λ₀に隣接する波長λ’を有する光が共振器構造の共振条件を満足しない長さである。それ故、活性層から出射される主たる光（発振波長λ₀）に隣接する光の発振を抑制することができるので、単一縦モードを得ることを可能とする構成、構造の発光素子を提供することができる。

しかも、実施例１の発光素子においては、第１光反射層が凹面部上に形成されているので、活性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活性層に向かって確実に反射し、活性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。また、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。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Ｌ_ORの長さが長くなるので、縦モードが多モード化し易いが、実施例１の発光素子にあっては、共振器長が長くなっても、単一縦モードを得ることができる。また、共振器長Ｌ_ORを長く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。次に述べる実施例２の発光素子においても同様である。

実施例２は、本開示の第２の態様及び第３の態様に係る発光素子に関する。実施例２の発光素子の模式的な一部端面図を図９に示す。

実施例２の発光素子の構造は、基本的に、実施例１の発光素子と同様である。そして、実施例２の発光素子において、凹面部１２上に形成された第１光反射層４１と第１化合物半導体層２１との間には、第１化合物半導体層２１を構成する材料とは異なる材料（充填材料４５）が充填されている。あるいは又、凹面部１２の上に形成された第１光反射層４１と第１化合物半導体層２１との間には、屈折率ｎ₂を有する材料（充填材料４５）が充填されており、第１化合物半導体層を構成する材料の屈折率をｎ₁としたとき、ｎ₁≠ｎ₂ を満足する。

実施例２において、具体的には、第１化合物半導体層２１を構成する材料は、屈折率ｎ₁＝２．５のｎ－ＧａＮ層から成り、充填材料４５を構成する材料は、屈折率ｎ₂＝１．４のフッ素系樹脂から成る。ここで、
｜ｎ₂－ｎ₁｜≧１．０
を満足する。

実施例２の発光素子にあっては、凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間には、第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる材料（充填材料）が充填されている。あるいは又、凹面部の上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間には、第１化合物半導体層を構成する材料とは屈折率が異なる材料（充填材料）が充填されている。それ故、活性層から出射される主たる光（発振波長λ₀）に隣接する光の発振を抑制することができるので、単一縦モードを得ることを可能とする構成、構造の発光素子を提供することができる。

実施例２の発光素子を製造するためには、実施例１の［工程－１１０］と同様の工程において、凹面部１２の上を含む基板１１の第２面１１ｂの上に、周知の方法で、例えば、誘電体多層膜から成る第１光反射層４１を形成した後、凹面部１２の上方の第１光反射層４１の上を含む全面に充填材料から成る層を成膜し、次いで、この層を平坦化することで、凹面部１２の上方の第１光反射層４１の部分を充填材料４５で充填すればよい（図１０Ａ参照）。次いで、実施例１の［工程－１１０］と同様の工程において、発光素子を形成すべき領域と発光素子を形成すべき領域の間の第１光反射層４１を、ウエ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除去すればよい（図１０Ｂ参照）。そして、実施例１の［工程－１２０］と同様の工程において、基板１１の表面（第２面１１ｂ）上及び充填材料４５の上に、第１化合物半導体層２１、活性層２３及び第２化合物半導体層２２が積層された積層構造体２０を形成すればよい。但し、積層構造体２０の形成方法は、ＥＬＯ法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法に限定されず、他の方法によって形成してもよい。また、ＧａＮ基板も極性／無極性／半極性を主面に有するＧａＮ基板を使用することができる。極性ＧａＮ基板を使用すると、活性層におけるピエゾ電界効果に起因して発光効率が低下する傾向があるが、無極性ＧａＮ基板や半極性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。

場合によっては、実施例１の［工程－１２０］と同様の工程を実行した後、積層構造体２０の所望の部分に空洞４３に達する孔部８５を形成し（図１１Ａ参照）、孔部８５を介して、空洞４３に液体材料４５Ａを注入した後（図１１Ｂ参照）、液体材料４５Ａを硬化させることで、充填材料４５を得てもよい。あるいは又、場合によっては、実施例１の［工程－１２０］と同様の工程を実行した後、基板１１の所望の部分に空洞４３に達する孔部８６（図１２Ａ参照）を形成し、孔部８６を介して、空洞４３に液体材料４５Ａを注入した後（図１２Ｂ参照）、液体材料４５Ａを硬化させることで、充填材料４５を得てもよい。

以下、実施例３～実施例１０を説明する前に、本開示の発光素子等の各種変形例についての説明を行う。

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。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Ｄ_CIは、以下の式を満足する。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。

Ｄ_CI≧ω₀／２ （Ａ）
但し、
ω₀ ²≡（λ₀／π）｛Ｌ_OR（Ｒ_DBR－Ｌ_OR）｝^1/2 （Ｂ）

ここで、第１構成の発光素子は、第１光反射層側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称性を考えれば、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２２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Ｌ_ORの２倍となる。ω₀の値と共振器長Ｌ_ORの値と第１光反射層の凹面鏡部の曲率半径Ｒ_DBRの値の関係を示すグラフを、図２３及び図２４に示す。尚、ω₀の値が「正」であるとは、レーザ光が模式的に図２５Ａの状態にあることを示し、ω₀の値が「負」であるとは、レーザ光が模式的に図２５Ｂの状態にあることを示す。レーザ光の状態は、図２５Ａに示す状態であってもよいし、図２５Ｂに示す状態であってもよい。但し、２つの凹面鏡部を有する仮想的なファブリペロー型共振器は、曲率半径Ｒ_DBRが共振器長Ｌ_ORよりも小さくなると、図２５Ｂに示す状態となり、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Ｒ_DBRが共振器長Ｌ_ORよりも大きい、図２５Ａに示す状態であることが好ましい。尚、活性層を、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、光場は活性層においてより集光される。即ち、活性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。活性層の位置、即ち、第２化合物半導体層に面する第２光反射層の面から活性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、電流注入によって活性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（Ａ）及び（Ｂ）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、及び、
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、
を更に備えており、
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光反射層の有効領域の半径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。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、Ｄ_CI≧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、Ｒ_DBR≦１×１０^-3ｍ、好ましくは、１×１０^-5ｍ≦Ｒ_DBR≦１×１０^-3ｍ、より好ましくは、１×１０^-5ｍ≦Ｒ_DBR≦５×１０^-4ｍを満足する構成とすることができる。

また、本開示の発光素子等は、
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、及び、
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、
を更に備えており、
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。

第２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活性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
を満足す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』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』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』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する。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活性層から第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活性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。更には、このような構成を含む、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、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、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、ＳｉＯ_X、ＳｉＮ_X、ＡｌＮ_X、ＡｌＯ_X、ＴａＯ_X、ＺｒＯ_X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的厚さｔ₀は、発振波長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ｎ_m-lossとする）の光学的厚さｔ₀は、発振波長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的厚さ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、
（λ₀／４ｎ_m-loss）×ｍ－（λ₀／８ｎ_m-loss）≦ｔ₀≦（λ₀／４ｎ_m-loss）×２ｍ＋（λ₀／８ｎ_m-loss）
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活性層から第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活性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。

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２構成の発光素子を含む）を含む本開示の発光素子等において、第２電極を含む積層構造体には、活性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３構成の発光素子』と呼ぶ。第３構成の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。

上記の好ましい構成を含む第３構成の発光素子において、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ｎ_eq、光吸収材料層と光吸収材料層との間の距離をＬ_Absとしたとき、
０．９×｛（ｍ・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛（ｍ・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝
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ｎ_eq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ｔ_i、それぞれの屈折率をｎ_iとしたとき、
ｎ_eq＝Σ（ｔ_i×ｎ_i）／Σ（ｔ_i）
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ｎ_eq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・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛λ₀／（２・ｎ_eq）｝
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・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛λ₀／（２・ｎ_eq）｝
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・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛（２・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝
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・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛λ₀／（２・ｎ_eq）｝
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・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛（ｍ’・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝
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、活性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構成を含む第３構成の発光素子において、光吸収材料層の厚さは、λ₀／（４・ｎ_eq）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３構成の発光素子にあっては、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３構成の発光素子において、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活性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３構成の発光素子において、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構成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構成を含む第３構成の発光素子において、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構成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、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、光反射層を構成する材料（例えば、ＳｉＯ_X、ＳｉＮ_X、ＴａＯ_X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、透明導電性材料から成る電極と兼用することもできる。

以下、実施例３～実施例１０の説明を行う。

実施例３は、実施例１～実施例２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３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Ｄ_CIは、前述した式（Ａ）及び式（Ｂ）を満足する。

実施例３の発光素子にあっては、第１光反射層４１の有効領域４４の半径ｒ’_DBRは、
ω₀≦ｒ’_DBR≦２０・ω₀
を満足する。また、Ｄ_CI≧ω₀を満足する。更には、Ｒ_DBR≦１×１０^-3ｍを満足する。具体的には、
Ｄ_CI ＝４μｍ
ω₀ ＝１．５μｍ
Ｌ_OR ＝３０μｍ
Ｒ_DBR＝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。

凹面部１２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。凹面部１２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、凹面部１２は、化合物半導体基板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３の発光素子では、開口部３４Ａ（電流注入領域６１）を、凹面部１２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、凹面部１２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、発振特性に影響が生じ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、電流注入によって活性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（Ａ）及び（Ｂ）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４は、実施例１～実施例３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４の発光素子の模式的な一部端面図を図１３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、活性層を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。酸化された活性層の領域（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、活性層を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１～実施例３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３４Ａ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の光学的厚さ分だけ長くなる。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１５の（Ａ）の概念図を参照）。尚、図１５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１５において、第１光反射層４１を、便宜上、平坦状態で表示しているが、実際には凹面部１２の上に形成されている。

実施例４の発光素子あるいは後述する実施例５～実施例７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と面する活性層（発光層）２３、及び、
活性層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光反射層４１、並びに、
（Ｆ）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及び活性層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４あるいは後述する実施例５～実施例７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の光学的厚さは、発振波長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の光学的厚さｔ₀は、発振波長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の光学的厚さ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、
（λ₀／４ｎ_m-loss）×ｍ－（λ₀／８ｎ_m-loss）≦ｔ₀≦（λ₀／４ｎ_m-loss）×２ｍ＋（λ₀／８ｎ_m-loss）
を満足すればよい。具体的には、モードロス作用部位５４の光学的厚さ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４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
を満足する。具体的には、
Ｓ₁／（Ｓ₁＋Ｓ₂）＝８²／１２²＝０．４４
である。

実施例４あるいは後述する実施例５～実施例６の発光素子において、電流注入領域５１における活性層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における活性層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１５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１５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、活性層２３はＩｎ_0.04Ｇａ_0.96Ｎ層（障壁層）とＩｎ_0.16Ｇａ_0.84Ｎ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４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４の発光素子の製造方法の概要を説明する。

［工程－４００］
実施例４の発光素子の製造にあっては、先ず、実施例１の［工程－１００］～［工程－１２０］と同様の工程を実行する。

［工程－４１０］
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－４２０］
その後、実施例１の［工程－１３０］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１４Ａ参照）。

［工程－４３０］
その後、実施例１の［工程－１４０］～［工程－１５０］と同様の工程を実行することで、実施例４の発光素子を得ることができる。尚、［工程－１３０］と同様の工程において得られた構造を図１４Ｂに示す。

実施例４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１５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４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、基本モード及び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、実施例４の発光素子にあっても、凹面部１２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５は、実施例４の変形であり、第２－Ｂ構成の発光素子に関する。模式的な一部端面図を図１６に示すように、実施例５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１６、図１７、図１８、図１９、図２０においては、第１電極３１の図示を省略した。

実施例５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
を満足する。具体的には、
Ｓ₁／（Ｓ₁＋Ｓ₂）＝１０²／１５²＝０．４４
である。

実施例５にあっては、実施例４の［工程－４１０］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５の発光素子の構成、構造は、実施例４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５あるいは後述する実施例６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、基本モード及び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６は、実施例４～実施例５の変形であり、第２－Ｃ構成の発光素子に関する。模式的な一部端面図を図１７に示すように、実施例６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６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６にあっては、実施例４の［工程－４２０］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６の発光素子の構成、構造は、実施例４～実施例５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７は、実施例４～実施例６の変形であり、第２－Ｄ構成の発光素子に関する。実施例７の発光素子の模式的な一部端面図を図１８に示し、要部を切り出した模式的な一部端面図を図１９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１８及び図１９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４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における活性層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における活性層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７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７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７にあっては、実施例４の［工程－４１０］と［工程－４２０］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７の発光素子の構成、構造は、実施例４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７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１５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７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８は、実施例１～実施例７の変形であり、第３構成の発光素子に関する。

ところで、２つのＤＢＲ層及びその間に形成された積層構造体によって構成された積層構造体における共振器長Ｌ_ORは、積層構造体全体の等価屈折率をｎ_eq、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、
Ｌ＝（ｍ・λ₀）／（２・ｎ_eq）
で表される。ここで、ｍは、正の整数である。そして、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Ｌ_OR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、活性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ｎ_effとしたとき、
λ₀ ²／（２ｎ_eff・Ｌ）
で表される。即ち、共振器長Ｌ_OR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Ｌ_OR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ｎ_eqと実効屈折率ｎ_effとの間には、発振波長をλ₀としたとき、以下の関係がある。

ｎ_eff＝ｎ_eq－λ₀・（ｄｎ_eq／ｄλ₀）

ここで、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Ｌ_OR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（図２６Ａ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Ｌ_OR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う（図２６Ｂの概念図を参照）。

模式的な一部端面図を図２０に示すように、実施例８の発光素子、あるいは又、後述する実施例９～実施例１０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、活性層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７１が、好ましくは、少なくとも４層の光吸収材料層７１が、具体的には、実施例８にあっては２０層の光吸収材料層７１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７１のみを示した。

実施例８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）λ₀は４５０ｎｍである。２０層の光吸収材料層７１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－Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ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７１の厚さはλ₀／（４・ｎ_eq）以下、具体的には、３ｎｍである。また、光吸収材料層７１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７１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活性層２３が位置する。活性層２３の厚さ方向中心と、活性層２３に隣接した光吸収材料層７１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７１、及び、光吸収材料層７１と光吸収材料層７１との間に位置する積層構造体の部分（具体的には、実施例８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ｎ_eq、光吸収材料層７１と光吸収材料層７１との間の距離をＬ_Absとしたとき、
０．９×｛（ｍ・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛（ｍ・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝
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８においては、ｍ＝１とした。従って、隣接する光吸収材料層７１の間の距離は、全ての複数の光吸収材料層７１（２０層の光吸収材料層７１）において、
０．９×｛λ₀／（２・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛λ₀／（２・ｎ_eq）｝
を満足する。等価屈折率ｎ_eq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、
Ｌ_Abs＝１×４５０／（２×２．４２）
＝９３．０ｎｍ
である。尚、２０層の光吸収材料層７１の内、一部の光吸収材料層７１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８の発光素子の製造にあっては、実施例１の［工程－１２０］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７１を併せて形成する。この点を除き、実施例８の発光素子は、実施例１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。

活性層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２１のようになる。尚、図２１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７１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２１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７１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８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一層効果的に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一層正確に制御することが可能となる。しかも、尚、実施例８の発光素子にあっても、凹面部１２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９は、実施例８の変形である。実施例８においては、光吸収材料層７１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９においては、１０層の光吸収材料層７１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９にあっては、発振波長λ₀を５１５ｎｍとした。尚、活性層２３の組成は、Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎである。実施例９にあっては、ｍ＝１とし、Ｌ_Absの値は１０７ｎｍであり、活性層２３の厚さ方向中心と、活性層２３に隣接した光吸収材料層７１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７１の厚さは３ｎｍである。以上の点を除き、実施例９の発光素子の構成、構造は、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、１０層の光吸収材料層７１の内、一部の光吸収材料層７１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１０も、実施例８の変形である。実施例１０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８の光吸収材料層７１と同様の構成、即ち、ｎ－Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎから構成した。更には、実施例１０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１０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、Ｌ_Absの値は９３．０ｎｍであり、活性層２３の厚さ方向中心と、活性層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・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛λ₀／（２・ｎ_eq）｝
を満足する。また、活性層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・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛（２・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝
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、活性層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１０の発光素子の構成、構造は、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、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８と異なり、光吸収材料層７１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７１の位置関係は、以下の式を満たす必要がある。
０．９×｛（ｍ・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛（ｍ・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝

以上、本開示を好ましい実施例に基づき説明したが、本開示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、支持基板によって第２光反射層を支持してもよい。また、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の態様》
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面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第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、
が積層された積層構造体、
基板、
第１化合物半導体層の第１面側に配設された第１光反射層、並びに、
第２化合物半導体層の第２面側に配設された第２光反射層、
を備えており、
第２光反射層は、平坦な形状を有し、
基板表面には、凹面部が形成されており、
第１光反射層は、少なくとも凹面部上に形成されており、
第１化合物半導体層は、基板表面から凹面部上方に亙り形成されており、
凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間は空洞である発光素子。
［Ａ０２］《発光素子：第２の態様》
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面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第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、
が積層された積層構造体、
基板、
第１化合物半導体層の第１面側に配設された第１光反射層、並びに、
第２化合物半導体層の第２面側に配設された第２光反射層、
を備えており、
第２光反射層は、平坦な形状を有し、
基板表面には、凹面部が形成されており、
第１光反射層は、少なくとも凹面部上に形成されており、
第１化合物半導体層は、基板表面から凹面部上方に亙り形成されており、
凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間には、第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる材料が充填されている発光素子。
［Ａ０３］《発光素子：第３の態様》
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面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第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、
が積層された積層構造体、
基板、
第１化合物半導体層の第１面側に配設された第１光反射層、並びに、
第２化合物半導体層の第２面側に配設された第２光反射層、
を備えており、
第２光反射層は、平坦な形状を有し、
基板表面には、凹面部が形成されており、
第１光反射層は、少なくとも凹面部上に形成されており、
第１化合物半導体層は、基板表面から凹面部上方に亙り形成されており、
凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間には、屈折率ｎ₂を有する材料が充填されており、
第１化合物半導体層を構成する材料の屈折率をｎ₁としたとき、ｎ₁≠ｎ₂ を満足する発光素子。
［Ａ０４］｜ｎ₂－ｎ₁｜≧１．０
を満足する［Ａ０３］に記載の発光素子。
［Ａ０５］ 屈折率ｎ₂を有する材料は、第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる材料から成る［Ａ０３］又は［Ａ０４］に記載の発光素子。
［Ａ０６］《発光素子：第４の態様》
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面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第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、
が積層された積層構造体、
基板、
第１化合物半導体層の第１面側に配設された第１光反射層、並びに、
第２化合物半導体層の第２面側に配設された第２光反射層、
を備えており、
第２光反射層は、平坦な形状を有し、
基板表面には、凹面部が形成されており、
第１光反射層は、少なくとも凹面部上に形成されており、
第１化合物半導体層は、基板表面から凹面部上方に亙り形成されており、
凹面部上に形成された第１光反射層と、凹面部上方の第１化合物半導体層の部分とによって、共振器構造が構成されており、
共振器構造の長さは、活性層から出射される発振波長λ₀を有する主たる光が共振器構造の共振条件を満足し、且つ、発振波長λ₀に隣接する波長λ’を有する光が共振器構造の共振条件を満足しない長さである発光素子。
［Ａ０７］基板は、化合物半導体基板から構成されている［Ａ０１］乃至［Ａ０６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ０８］積層構造体はＧａＮ系化合物半導体から成る［Ａ０１］乃至［Ａ０７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ０９］凹面部の中心を通る法線上には、結晶欠陥が多く存在する会合部分が存在しない［Ａ０１］乃至［Ａ０８］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ１０］基板への会合部分の正射影像は、凹面部に含まれない［Ａ０９］に記載の発光素子。
［Ａ１１］積層構造体の積層方向を含む仮想平面で第１光反射層を切断したときの凹面部と接する第１光反射層の部分が第１化合物半導体層と対向する面が描く図形は、円の一部又は放物線の一部である［Ａ０１］乃至［Ａ１０］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｂ０１］《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Ｄ_CIは、以下の式を満足する［Ａ０１］乃至［Ａ１１］のいずれか１項に記載の発光素子。
Ｄ_CI≧ω₀／２
但し、
ω₀ ²≡（λ₀／π）｛Ｌ_OR（Ｒ_DBR－Ｌ_OR）｝^1/2
ここで、
λ₀ ：発光素子から主に出射される光の波長
Ｌ_OR ：共振器長
Ｒ_DBR：凹面部上の第１光反射層の曲率半径
［Ｂ０２］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、及び、
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、
を更に備えており、
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［Ｂ０１］に記載の発光素子。
［Ｂ０３］第１光反射層の有効領域の半径ｒ’_DBRは、
ω₀≦ｒ’_DBR≦２０・ω₀
を満足する［Ｂ０１］又は［Ｂ０２］に記載の発光素子。
［Ｂ０４］Ｄ_CI≧ω₀を満足する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｂ０５］Ｒ_DBR≦１×１０^-3ｍを満足する［Ｂ０１］乃至［Ｂ０４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ０１］《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、及び、
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、
を更に備えており、
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［Ａ０１］乃至［Ａ１１］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ０２］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［Ｃ０１］に記載の発光素子。
［Ｃ０３］電流注入領域の射影像の面積をＳ₁、電流非注入・内側領域の射影像の面積をＳ₂としたとき、
０．０１≦Ｓ₁／（Ｓ₁＋Ｓ₂）≦０．７
を満足する［Ｃ０１］又は［Ｃ０２］に記載の発光素子。
［Ｃ０４］《第２－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［Ｃ０１］乃至［Ｃ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ０５］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［Ｃ０４］に記載の発光素子。
［Ｃ０６］《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［Ｃ０１］乃至［Ｃ０５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ０７］《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［Ｃ０１］乃至［Ｃ０６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ０８］電流注入領域における活性層から第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活性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［Ｃ０４］乃至［Ｃ０７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ０９］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［Ｃ０４］乃至［Ｃ０８］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ１０］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［Ｃ０４］乃至［Ｃ０９］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ１１］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的厚さは、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［Ｃ１０］に記載の発光素子。
［Ｃ１２］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的厚さは、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［Ｃ１０］に記載の発光素子。
［Ｃ１３］《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［Ｃ０１］乃至［Ｃ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ１４］電流注入領域における活性層から第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活性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［Ｃ１３］に記載の発光素子。
［Ｃ１５］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［Ｃ１３］又は［Ｃ１４］に記載の発光素子。
［Ｃ１６］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［Ｃ１３］乃至［Ｃ１５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｃ１７］第２電極は、透明導電性材料から成る［Ｃ０１］乃至［Ｃ１６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｄ０１］《第３構成の発光素子》
第２電極を含む積層構造体には、活性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［Ｃ１７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｄ０２］少なくとも４層の光吸収材料層が形成されている［Ｄ０１］に記載の発光素子。
［Ｄ０３］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ｎ_eq、光吸収材料層と光吸収材料層との間の距離をＬ_Absとしたとき、
０．９×｛（ｍ・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝≦Ｌ_Abs≦１．１×｛（ｍ・λ₀）／（２・ｎ_eq）｝
を満足する［Ｄ０１］又は［Ｄ０２］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。
［Ｄ０４］光吸収材料層の厚さは、λ₀／（４・ｎ_eq）以下である［Ｄ０１］乃至［Ｄ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｄ０５］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［Ｄ０１］乃至［Ｄ０４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｄ０６］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活性層が位置する［Ｄ０１］乃至［Ｄ０５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｄ０７］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［Ｄ０１］乃至［Ｄ０６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｄ０８］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［Ｄ０１］乃至［Ｄ０７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ｅ０１］《発光素子の製造方法》
基板の表面に凹面部を形成した後、
少なくとも凹面部上に第１光反射層を形成し、次いで、
基板の表面上及び凹面部の上方に、第１化合物半導体層、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し、その後、
第２化合物半導体層の上に第２光反射層を形成する、
各工程から成る発光素子の製造方法。
［Ｅ０２］凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間は空洞である［Ｅ０１］に記載の発光素子の製造方法。
［Ｅ０３］凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間に、第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる材料を充填する工程を含む［Ｅ０１］に記載の発光素子の製造方法。
［Ｅ０４］凹面部上に形成された第１光反射層と第１化合物半導体層との間に、第１化合物半導体層を構成する材料の屈折率ｎ₁とは異なる屈折率ｎ₂を有する材料を充填する工程を含む［Ｅ０１］に記載の発光素子の製造方法。
［Ｅ０５］凹面部上に形成された第１光反射層と、凹面部上方の第１化合物半導体層の部分とによって、共振器構造が構成されており、
共振器構造の長さは、活性層から出射される発振波長λ₀を有する主たる光が共振器構造の共振条件を満足し、且つ、発振波長λ₀に隣接する波長λ’を有する光が共振器構造の共振条件を満足しない長さである［Ｅ０１］に記載の発光素子の製造方法。

１１・・・基板、１１ａ・・・基板の第１面、１１ｂ・・・基板の第２面、１２・・・凹面部、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、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・・・活性層（発光層）、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、４２・・・第２光反射層、４３・・・空洞、４４・・・第１光反射層の有効領域、４５・・・充填材料、５１，６１・・・電流注入領域、５２・・・電流非注入・内側領域、５３・・・電流非注入・外側領域、５４・・・モードロス作用部位（モードロス作用層）、５４Ａ，５４Ｂ・・・モードロス作用部位に形成された開口部、５５・・・モードロス作用領域、７１・・・光吸収材料層、８１・・・レジスト層、８２・・・凹部、８３・・・第１光反射層の除去された部分、８４・・・会合部分、８５，８６・・・孔部

Claims (13)

1. 第１面、及び、前記第１面と対向する第２面を有する第１化合物半導体層、
   前記第１化合物半導体層の前記第２面と面する活性層、並びに、
   前記活性層と面する前記第１面、及び、前記第１面と対向する前記第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、
   基板、
   前記第１化合物半導体層の前記第１面側に配設された第１光反射層、並びに、
   前記第２化合物半導体層の前記第２面側に配設された第２光反射層、
   を備えており、
   前記第２光反射層は、平坦な形状を有し、
   前記基板表面には、凹面部が形成されており、
   前記第１光反射層は、少なくとも前記凹面部上に形成されており、
   前記第１化合物半導体層は、前記基板表面から凹面部上方に亙り形成されており、
   前記第１光反射層と前記第２光反射層との間に共振器長Ｌ _ＯＲ の第１の共振器構造が構成されており、
   前記凹面部上に形成された前記第１光反射層と、前記凹面部上方の前記第１化合物半導体層の部分とによって、共振器長Ｌ _ＤＢＲ の第２の共振器構造が構成されており、
   前記活性層から、発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光および前記発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光を含む複数の縦モードが発生する場合において、
   前記凹面部の半径をｒ’ _ＤＢＲ 、前記活性層から前記第１光反射層の内面までの距離をＴ _０ としたとき、前記第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、
   Ｌ _ＤＢＲ ＝ｒ’ _ＤＢＲ ^２ ／２Ｔ _０
   を満足しており、
   前記第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、前記複数の縦モードの光の内発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光が前記第２の共振器構造の共振条件を満足し、且つ、前記発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光が前記第２の共振器構造の共振条件を満足しない長さであり、
   前記第２の共振器構造の内部は空洞である発光素子。
2. 第１面、及び、前記第１面と対向する第２面を有する第１化合物半導体層、
   前記第１化合物半導体層の前記第２面と面する活性層、並びに、
   前記活性層と面する前記第１面、及び、前記第１面と対向する前記第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、
   基板、
   前記第１化合物半導体層の前記第１面側に配設された第１光反射層、並びに、
   前記第２化合物半導体層の前記第２面側に配設された第２光反射層、
   を備えており、
   前記第２光反射層は、平坦な形状を有し、
   前記基板表面には、凹面部が形成されており、
   前記第１光反射層は、少なくとも前記凹面部上に形成されており、
   前記第１化合物半導体層は、前記基板表面から凹面部上方に亙り形成されており、
   前記第１光反射層と前記第２光反射層との間に共振器長Ｌ _ＯＲ の第１の共振器構造が構成されており、
   前記凹面部上に形成された前記第１光反射層と、前記凹面部上方の前記第１化合物半導体層の部分とによって、共振器長Ｌ _ＤＢＲ の第２の共振器構造が構成されており、
   前記活性層から、発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光および前記発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光を含む複数の縦モードが発生する場合において、
   前記凹面部の半径をｒ’ _ＤＢＲ 、前記活性層から前記第１光反射層の内面までの距離をＴ _０ としたとき、前記第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、
   Ｌ _ＤＢＲ ＝ｒ’ _ＤＢＲ ^２ ／２Ｔ _０
   を満足しており、
   前記第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、前記複数の縦モードの光の内発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光が前記第２の共振器構造の共振条件を満足し、且つ、前記発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光が前記第２の共振器構造の共振条件を満足しない長さであり、
   前記第２の共振器構造の内部は、前記第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる材料が充填されている発光素子。
3. 前記第２の共振器構造の内部は、前記第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる透明誘電体材料および樹脂のうち少なくとも１種が充填されている請求項２に記載の発光素子。
4. 第１面、及び、前記第１面と対向する第２面を有する第１化合物半導体層、
   前記第１化合物半導体層の前記第２面と面する活性層、並びに、
   前記活性層と面する前記第１面、及び、前記第１面と対向する前記第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、
   基板、
   前記第１化合物半導体層の前記第１面側に配設された第１光反射層、並びに、
   前記第２化合物半導体層の前記第２面側に配設された第２光反射層、
   を備えており、
   前記第２光反射層は、平坦な形状を有し、
   前記基板表面には、凹面部が形成されており、
   前記第１光反射層は、少なくとも前記凹面部上に形成されており、
   前記第１化合物半導体層は、前記基板表面から凹面部上方に亙り形成されており、
   前記第１光反射層と前記第２光反射層との間に共振器長Ｌ _ＯＲ の第１の共振器構造が構成されており、
   前記凹面部上に形成された前記第１光反射層と、前記凹面部上方の前記第１化合物半導体層の部分とによって、共振器長Ｌ _ＤＢＲ の第２の共振器構造が構成されており、
   前記活性層から、発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光および前記発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光を含む複数の縦モードが発生する場合において、
   前記凹面部の半径をｒ’ _ＤＢＲ 、前記活性層から前記第１光反射層の内面までの距離をＴ _０ としたとき、前記第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、
   Ｌ _ＤＢＲ ＝ｒ’ _ＤＢＲ ^２ ／２Ｔ _０
   を満足しており、
   前記第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、前記複数の縦モードの光の内発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光が前記第２の共振器構造の共振条件を満足し、且つ、前記発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光が前記第２の共振器構造の共振条件を満足しない長さであり、
   前記第２の共振器構造の内部は、屈折率ｎ_２を有する材料が充填されており、
   前記第１化合物半導体層を構成する材料の屈折率をｎ_１としたとき、ｎ_１≠ｎ_２を満足する発光素子。
5. ｜ｎ_２－ｎ_１｜≧１．０
   を満足する請求項４に記載の発光素子。
6. 前記屈折率ｎ_２を有する材料は、前記第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる材料から成る請求項４に記載の発光素子。
7. 前記基板は、化合物半導体基板から構成されている請求項１、請求項２、請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
8. 前記凹面部の中心を通る法線上には、結晶欠陥が多く存在する会合部分が存在しない請求項１、請求項２、請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
9. 前記基板への会合部分の正射影像は、前記凹面部に含まれない請求項８に記載の発光素子。
10. 基板の表面に凹面部を形成した後、
    少なくとも前記凹面部上に第１光反射層を形成し、次いで、
    前記基板の表面上及び前記凹面部の上方に、第１化合物半導体層、活性層及び第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、その後、
    前記第２化合物半導体層の上に第２光反射層を形成する、各工程から成り、
    前記第１光反射層と前記第２光反射層との間に共振器長Ｌ _ＯＲ の第１の共振器構造が構成されており、
    前記凹面部上に形成された前記第１光反射層と、前記凹面部上方の前記第１化合物半導体層の部分とによって、共振器長Ｌ _ＤＢＲ の第２の共振器構造が構成されており、
    前記活性層から、発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光および前記発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光を含む複数の縦モードが発生する場合において、
    前記凹面部の半径をｒ’ _ＤＢＲ 、前記活性層から前記第１光反射層の内面までの距離をＴ _０ としたとき、前記第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、
    Ｌ _ＤＢＲ ＝ｒ’ _ＤＢＲ ^２ ／２Ｔ _０
    を満足しており、
    前記第２の共振器構造の長さＬ _ＤＢＲ は、前記複数の縦モードの光の内発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲の光が前記第２の共振器構造の共振条件を満足し、且つ、前記発振波長λ _０ を有する主たる波長範囲に隣接する、波長λ’を有する波長範囲の光が前記第２の共振器構造の共振条件を満足しない長さである
    発光素子の製造方法。
11. 前記凹面部上に形成された前記第１光反射層と前記第１化合物半導体層との間は空洞である請求項１０に記載の発光素子の製造方法。
12. 前記凹面部上に形成された前記第１光反射層と前記第１化合物半導体層との間に、前記第１化合物半導体層を構成する材料とは異なる材料を充填する工程を含む請求項１０に記載の発光素子の製造方法。
13. 前記凹面部上に形成された前記第１光反射層と前記第１化合物半導体層との間に、前記第１化合物半導体層を構成する材料の屈折率ｎ_１とは異なる屈折率ｎ_２を有する材料を充填する工程を含む請求項１０に記載の発光素子の製造方法。

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