WO2019017044A1 - 発光素子及び発光素子アレイ - Google Patents
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Abstract
発光素子は、第1化合物半導体層21、活性層23並びに第2化合物半導体層22が積層された積層構造体20、第1化合物半導体層21の第1面側に配設された第1光反射層41、第2化合物半導体層22の第2面側に配設された第2光反射層42、並びに、光収束・発散変更手段50を備えており、第1光反射層41は凹面鏡部43上に形成されており、第2光反射層42は平坦な形状を有しており、活性層23において生成した光が外部に出射されるとき、光収束・発散変更手段50に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段50を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる。
Description
本開示は、発光素子及び発光素子アレイに関する。
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型化合物半導体層上に(導電性の基板上にn型化合物半導体層が形成されている場合には基板の露出面上に)、第1電極及び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。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、熱飽和の問題といった本開示の発光素子が解決しようとする課題に関して、何ら言及されていない。
従って、本開示の目的は、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、熱飽和の問題を解決し得る構成、構造を有する発光素子、及び、係る発光素子を備えた発光素子アレイ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、
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、
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、並びに、
光収束・発散変更手段、
を備えており、
第1光反射層は、凹面鏡部上に形成されており、
第2光反射層は、平坦な形状を有しており、
活性層において生成した光が外部に出射されるとき、光収束・発散変更手段に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる。
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、
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、
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、並びに、
光収束・発散変更手段、
を備えており、
第1光反射層は、凹面鏡部上に形成されており、
第2光反射層は、平坦な形状を有しており、
活性層において生成した光が外部に出射されるとき、光収束・発散変更手段に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる。
上記の目的を達成するための本開示の発光素子アレイは、複数の発光素子が並置されて成る発光素子アレイであって、各発光素子は、本開示の発光素子から成る。
本開示の発光素子、あるいは、本開示の発光素子アレイを構成する発光素子においては、第1光反射層が凹面鏡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が活性層に向かって確実に反射され、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。しかも、光収束・発散変更手段を備えているので、活性層において生成した光が外部に出射されるときの出射状態を、正確に、所望の状態に制御することができる。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。
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.本開示の発光素子及び発光素子アレイ、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様に係る発光素子及び発光素子アレイ、第3-A構成の発光素子)
3.実施例2(実施例1の変形、第3-B構成の発光素子)
4.実施例3(実施例1~実施例2の変形、第4構成の発光素子)
5.実施例4(実施例3の変形)
6.実施例5(本開示の第2の態様に係る発光素子)
7.実施例6(実施例1~実施例5の変形)
8.実施例7(実施例1~実施例6の変形、第1構成の発光素子)
9.実施例8(実施例1~実施例7の変形、第2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の変形)
12.その他
1.本開示の発光素子及び発光素子アレイ、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の第1の態様に係る発光素子及び発光素子アレイ、第3-A構成の発光素子)
3.実施例2(実施例1の変形、第3-B構成の発光素子)
4.実施例3(実施例1~実施例2の変形、第4構成の発光素子)
5.実施例4(実施例3の変形)
6.実施例5(本開示の第2の態様に係る発光素子)
7.実施例6(実施例1~実施例5の変形)
8.実施例7(実施例1~実施例6の変形、第1構成の発光素子)
9.実施例8(実施例1~実施例7の変形、第2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の変形)
12.その他
〈本開示の発光素子及び発光素子アレイ、全般に関する説明〉
本開示の発光素子アレイにおいては、発光素子の出射する光の波長が異なっている形態とすることができる。そして、本開示の発光素子アレイにあっては、複数の発光素子が、例えば、1枚の実装基板に実装されている形態とすることができる。尚、発光素子の出射する光の波長を異ならせる発光素子の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができる。発光素子の出射する光の色として、青色、緑色、赤色を例示することができる。
本開示の発光素子アレイにおいては、発光素子の出射する光の波長が異なっている形態とすることができる。そして、本開示の発光素子アレイにあっては、複数の発光素子が、例えば、1枚の実装基板に実装されている形態とすることができる。尚、発光素子の出射する光の波長を異ならせる発光素子の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができる。発光素子の出射する光の色として、青色、緑色、赤色を例示することができる。
本開示の発光素子、あるいは、上記の好ましい形態を含む本開示の発光素子アレイを構成する発光素子(以下、これらの発光素子を総称して『本開示の発光素子等』と呼ぶ場合がある)において、活性層において生成した光が光収束・発散変更手段を通過したとき、光収束・発散変更手段に入射する前よりも、より収束状態となる形態とすることができる。但し、これに限定するものではなく、発光素子に要求される仕様によっては、活性層において生成した光が光収束・発散変更手段を通過したとき、光収束・発散変更手段に入射する前よりも、より発散状態となる形態とすることもできる。活性層において生成した光が光収束・発散変更手段を通過したとき、光収束・発散変更手段に入射する前よりも、より収束状態となる形態にあっては、光収束・発散変更手段を通過した光を、平行光とすることができるし、或る点あるいは領域に収束するような光とすることもできるし、発散するような光とすることもできる。
上記の好ましい形態を含む本開示の発光素子等において、光収束・発散変更手段は、凸レンズ、又は、フレネルレンズ、又は、ホログラムレンズから成る形態とすることができるし、あるいは又、プラズモニック素子やフォトニック結晶素子、メタマテリアルから構成された素子、サブ波長回折格子から成る形態とすることもできる。
凸レンズやフレネルレンズを構成する材料として、活性層から出射される光に対して透明な材料、例えば、透明絶縁材料層、具体的には、酸化シリコン(SiOX)、窒化シリコン(SiNY)、酸窒化シリコン(SiOXNY)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化チタン(TiO2)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化クロム(CrOx)、酸化バナジウム(VOx)、窒化タンタル(TaN)、窒化ニオブ(NbOx)を挙げることができる。凸レンズやフレネルレンズは、これらの透明絶縁材料層の上に凸レンズやフレネルレンズの断面形状と同じ断面形状を有するレジスト材料層を形成し、レジスト材料層及び透明絶縁材料層をエッチバックすることによって形成することができる。透明絶縁材料層の形成は、使用する材料に依存して、各種の物理的気相成長法(PVD法)、各種の化学的気相成長法(CVD法)にて行うことができる。あるいは又、感光性樹脂材料の塗布、露光によって形成することもできるし、ナノプリント法に基づき透明樹脂材料をレンズ形状に形成するといった方法を採用することもできる。
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あっては、
第1光反射層を介して光が出射され、
光収束・発散変更手段は、第1光反射層の光出射側に配設されている構成とすることができる。尚、このような構成の本開示の発光素子等を、便宜上、『本開示の第1の態様に係る発光素子』と呼ぶ。このような本開示の第1の態様に係る発光素子にあっては、例えば、光収束・発散変更手段を、第1光反射層の光出射面の上あるいは上方に形成すればよい。
第1光反射層を介して光が出射され、
光収束・発散変更手段は、第1光反射層の光出射側に配設されている構成とすることができる。尚、このような構成の本開示の発光素子等を、便宜上、『本開示の第1の態様に係る発光素子』と呼ぶ。このような本開示の第1の態様に係る発光素子にあっては、例えば、光収束・発散変更手段を、第1光反射層の光出射面の上あるいは上方に形成すればよい。
本開示の第1の態様に係る発光素子において、光収束・発散変更手段の光軸(Z軸)における曲率中心(好ましくは、後述する凹面鏡部における半径r’DBRの有効領域に対応する光収束・発散変更手段の領域における曲率中心)は、第1光反射層の光軸(Z軸)における曲率中心(好ましくは、凹面鏡部における半径r’DBRの有効領域に対応する第1光反射層の領域における曲率中心)よりも光収束・発散変更手段に近い所に位置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本開示の第1の態様に係る発光素子にあっては、光軸(Z軸)上において、光収束・発散変更手段の光出射面から第1光反射層の光出射面までの距離は、1×10-6m乃至1×10-3mであることが好ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい構成を含む本開示の第1の態様に係る発光素子において、第1光反射層の平面形状を円形と想定したときの円形の直径は、1×10-4m以下、好ましくは、5×10-5m乃至1×10-4mであることが望ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい構成を含む本開示の第1の態様に係る発光素子において、光軸(Z軸)に沿った光収束・発散変更手段の厚さは、1×10-6m乃至1×10-3mであることが好ましい。
更には、以上に説明した各種の好ましい構成を含む本開示の第1の態様に係る発光素子において、活性層から第1光反射層までの距離は、1×10-5m乃至5×10-4mであることが好ましい。
あるいは又、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あっては、
第2光反射層を介して光が出射され、
光収束・発散変更手段は、第2光反射層の光出射側に配設されている構成とすることができる。尚、このような構成の本開示の発光素子等を、便宜上、『本開示の第2の態様に係る発光素子』と呼ぶ。このような本開示の第2の態様に係る発光素子にあっては、例えば、光収束・発散変更手段を、第2光反射層の光出射面の上あるいは上方に形成すればよい。
第2光反射層を介して光が出射され、
光収束・発散変更手段は、第2光反射層の光出射側に配設されている構成とすることができる。尚、このような構成の本開示の発光素子等を、便宜上、『本開示の第2の態様に係る発光素子』と呼ぶ。このような本開示の第2の態様に係る発光素子にあっては、例えば、光収束・発散変更手段を、第2光反射層の光出射面の上あるいは上方に形成すればよい。
以上に説明した好ましい各種の形態、構成を含む本開示の発光素子等において、光軸(Z軸)に沿った第1光反射層から第2光反射層までの距離は1×10-5m以上、即ち、共振器長LORは、1×10-5m≦LOR、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各種の形態、構成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。
更には、以上に説明した好ましい各種の形態、構成を含む本開示の発光素子等において、発光素子は面発光レーザ素子から成る形態とすることができる。
本明細書において、発光素子を構成する各種要素の説明において「上」あるいは「上方」という用語を屡々用いるが、これらの用語は、活性層から離れる方向に位置する各種要素の部分(領域)を指す場合があり、発光素子における実際の上下関係とは相違する場合がある。即ち、例えば、凹面鏡部の上とは、活性層から離れる方向に位置する凹面鏡部の部分(領域)を指す。
更には、以上に説明した好ましい各種の形態、構成を含む本開示の発光素子等において、第1光反射層には、光透過部、及び、光透過部を取り囲む遮光部(光の出射領域制限部)が設けられている形態とすることができる。尚、後述する電流注入領域の外縁の形状と光透過部の外縁の形状とは相似であることが好ましい。また、凹面鏡部の外縁の形状と光透過部の外縁の形状とは相似であることが好ましい。遮光部を設けることで、光の出射領域のより正確な制御を行うことができる。
遮光部の具体的な位置として、第1光反射層の第1化合物半導体層側を挙げることができるし、あるいは又、第1光反射層の第1化合物半導体層側とは反対側を挙げることができる。より具体的には、以下のとおりである。
(A)凹面鏡部が基板上に形成されている場合であって、遮光部が第1光反射層の第1化合物半導体層側に形成されている場合、遮光部は:
(A-1)第1化合物半導体層側の凹面鏡部の一部の上に形成されている。
(A-2)第1化合物半導体層側の凹面鏡部の一部の上及び基板の第1面の一部の上に形成されている。
(A-3)基板の第1面の一部の上に形成されている。
(B)凹面鏡部が基板上に形成されている場合であって、遮光部が第1光反射層に形成されている場合、遮光部は、
(B-1)第1光反射層の一部の上に形成されている。
(B-2)第1光反射層の一部の上及び基板の第1面の一部の上に形成されている。
(B-3)基板の第1面の一部の上に形成されている。
(C)凹面鏡部が第1化合物半導体層に形成されている場合、遮光部は:
(C-1)第1化合物半導体層における凹面鏡部を構成する部分の一部の上に形成されている。
(C-2)第1化合物半導体層における凹面鏡部を構成する部分の一部の上、及び、その外方に位置する第1化合物半導体層の一部の上に形成されている。
(C-3)凹面鏡部の外方に位置する第1化合物半導体層の第1面の一部の上に形成されている。
(D)凹面鏡部が第1化合物半導体層上に形成されている場合であって、遮光部が第1光反射層に形成されている場合、遮光部は、
(D-1)第1光反射層の一部の上に形成されている。
(D-2)第1光反射層の一部の上及び基板の第1面の一部の上に形成されている。
(D-3)基板の第1面の一部の上に形成されている。
(A)凹面鏡部が基板上に形成されている場合であって、遮光部が第1光反射層の第1化合物半導体層側に形成されている場合、遮光部は:
(A-1)第1化合物半導体層側の凹面鏡部の一部の上に形成されている。
(A-2)第1化合物半導体層側の凹面鏡部の一部の上及び基板の第1面の一部の上に形成されている。
(A-3)基板の第1面の一部の上に形成されている。
(B)凹面鏡部が基板上に形成されている場合であって、遮光部が第1光反射層に形成されている場合、遮光部は、
(B-1)第1光反射層の一部の上に形成されている。
(B-2)第1光反射層の一部の上及び基板の第1面の一部の上に形成されている。
(B-3)基板の第1面の一部の上に形成されている。
(C)凹面鏡部が第1化合物半導体層に形成されている場合、遮光部は:
(C-1)第1化合物半導体層における凹面鏡部を構成する部分の一部の上に形成されている。
(C-2)第1化合物半導体層における凹面鏡部を構成する部分の一部の上、及び、その外方に位置する第1化合物半導体層の一部の上に形成されている。
(C-3)凹面鏡部の外方に位置する第1化合物半導体層の第1面の一部の上に形成されている。
(D)凹面鏡部が第1化合物半導体層上に形成されている場合であって、遮光部が第1光反射層に形成されている場合、遮光部は、
(D-1)第1光反射層の一部の上に形成されている。
(D-2)第1光反射層の一部の上及び基板の第1面の一部の上に形成されている。
(D-3)基板の第1面の一部の上に形成されている。
遮光部は、チタン(Ti)、白金(Pt)、金(Au)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)といった金属膜や合金膜、これらの金属膜や合金膜の積層体、例えばカーボンナノチューブを含有した樹脂材料から成る樹脂膜から構成することができる。
更には、以上に説明した好ましい各種の形態、構成を含む本開示の発光素子等において、凹面鏡部の形状は、凹面鏡部の中心部からビームウェスト半径ω0の範囲内において、決定係数0.8以上である球形状又は放物線形状である形態とすることができる。ここで、ビームウェスト半径ω0は、以下の式(A)で定義される。
ω0
2≡(λ0/π){LOR(RDBR-LOR)}1/2 (A)
ここで、
λ0 :発光素子から主に出射される所望の光の波長(発振波長)
LOR :共振器長
RDBR:凹面鏡部の曲率半径
ここで、
λ0 :発光素子から主に出射される所望の光の波長(発振波長)
LOR :共振器長
RDBR:凹面鏡部の曲率半径
上記の好ましい形態、構成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で凹面鏡部を切断したときの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、上述したとおり、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凹面鏡部の部分(領域)を、『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。
〈第1構成の発光素子〉
上記の好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子等において、
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(電流狭窄領域)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(B)を満足することが好ましい。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。
上記の好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子等において、
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(電流狭窄領域)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(B)を満足することが好ましい。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。
DCI≧ω0/2 (B)
ここで、本開示の発光素子等にあっては、第1光反射層は凹面鏡部上に形成されているが、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26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の値と凹面鏡部との界面の曲率半径RDBRの値の関係を示すグラフを、図27及び図28に示す。尚、ω0の値が「正」であるとは、レーザ光が模式的に図29A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29Bの状態にあることを示す。レーザ光の状態は、図29Aに示す状態であってもよいし、図29B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RDBRが共振器長LORよりも小さくなると、図29B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RDBRが共振器長LORよりも大きい、図29A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。
第1構成の発光素子において、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、凹面鏡部の高さ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。
本開示の発光素子等において、凹面鏡部の形状は、凹面鏡部の中心部からビームウェスト半径ω0の範囲(領域)内において、決定係数0.8以上である球形状又は放物線形状であることが好ましいが、例えば、ビームウェスト半径ω0の1.2倍の範囲(領域)内において、あるいは又、ビームウェスト半径ω0の2倍の範囲(領域)内において、決定係数0.8以上、好ましくは0.9以上、より好ましくは0.99以上である球形状又は放物線形状であることが望ましい。決定係数CDとは、独立変数(説明変数)が従属変数(被説明変数)のどれくらいを説明できるかを表す値であり、以下の式(C)で定義される。具体的には、凹面鏡部の実測座標をyi 、それに対して期待する理想的な凹面鏡部の座標をfiとするとき、残差の二乗和を、実測座標の平均(yave)からの差の二乗和で除したものを1から引いた値であり、1に近い程、相対的な残差が少ないことを表す。尚、凹面鏡部の一部が描く図形(実測座標)は、凹面鏡部の形状(具体的には、凹面鏡部と第1光反射層の界面の形状)を計測器で計測して得ることができる。
CD2=1-[Σi(yi-fi)2]/[Σi(yi-yave)2] (C)
本開示の発光素子等にあっては、第2化合物半導体層に電流狭窄領域(電流非注入領域)を形成することが好ましい。具体的には、電流狭窄領域(電流非注入領域)は、イオン注入法に基づき形成することができる。この場合、イオン種として、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)を挙げることができる。あるいは又、電流狭窄領域(電流非注入領域)は、第2化合物半導体層にアッシング処理に基づき形成することができるし、第2化合物半導体層に反応性エッチング(RIE)処理に基づき形成することができるし、プラズマ照射に基づき形成することができ、これらの処理にあっては、電流狭窄領域(電流非注入領域)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、電流狭窄領域は高抵抗状態となる。即ち、電流狭窄領域は、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。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、電流狭窄領域(電流非注入領域)は、第2化合物半導体層上に形成された絶縁膜をエッチングすることで形成することができる。絶縁膜を構成する材料として、SiOX、SiNX、AlOX、ZrOX、HfOXを例示することができる。あるいは又、電流狭窄領域を得るためには、第2化合物半導体層等を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。あるいは、これらを、適宜、組み合わせてもよい。
〈第2構成の発光素子〉
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2構成の発光素子』と呼ぶ。そして、第2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。
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2構成の発光素子』と呼ぶ。そして、第2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2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)}
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)}
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)}
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)}
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)}
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。
0.9×{(m・λ0)/(2・neq)}≦LAbs≦1.1×{(m・λ0)/(2・neq)}
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)}
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)}
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)}
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)}
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)}
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2構成の発光素子において、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構成を含む第2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2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2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2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、後述する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、後述する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、後述する透明導電性材料から成る電極と兼用することもできる。
〈第3構成の発光素子〉
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1化合物半導体層の第1面と第1光反射層との間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3構成の発光素子』と呼ぶ。この場合、化合物半導体基板はGaN基板から成る構成とすることができる。尚、化合物半導体基板の厚さとして、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3構成の発光素子において、第1光反射層は、化合物半導体基板の突出部から成る凹面鏡部の一部の表面に形成された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3-A構成の発光素子』と呼ぶ。あるいは又、第1光反射層は、化合物半導体基板上に形成された凹面鏡部の一部の表面に形成された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3-B構成の発光素子』と呼ぶ。第3-A構成の発光素子における凹面鏡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3-B構成の発光素子における凹面鏡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。
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1化合物半導体層の第1面と第1光反射層との間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3構成の発光素子』と呼ぶ。この場合、化合物半導体基板はGaN基板から成る構成とすることができる。尚、化合物半導体基板の厚さとして、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3構成の発光素子において、第1光反射層は、化合物半導体基板の突出部から成る凹面鏡部の一部の表面に形成された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3-A構成の発光素子』と呼ぶ。あるいは又、第1光反射層は、化合物半導体基板上に形成された凹面鏡部の一部の表面に形成された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3-B構成の発光素子』と呼ぶ。第3-A構成の発光素子における凹面鏡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3-B構成の発光素子における凹面鏡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。
〈第4構成の発光素子〉
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1化合物半導体層の第1面に第1光反射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。
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1化合物半導体層の第1面に第1光反射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。
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)を含む本開示の発光素子等において、積層構造体の熱伝導率の値は、第1光反射層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4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、発光素子の凹面鏡部(具体的には、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。
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)を含む本開示の発光素子等において、第1光反射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4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、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(化合物半導体基板を含む)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よって、前述したとおり、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、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。
本開示の発光素子等において、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。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、(InyGa(1-y)N,GaN)、(InyGa(1-y)N,InzGa(1-z)N)[但し、y>z]、(InyGa(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。
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、あるいは又、化合物半導体基板の第2面上に形成される。発光素子製造用基板として、GaN基板、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基板の使用が欠陥密度の少ないことから好ましい。また、化合物半導体基板として、GaN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。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。
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。
本開示の発光素子等の製造においては、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活性層、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活性層、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エ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。
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2面と対向する第1面上に形成すればよいし、あるいは又、化合物半導体基板の第2面と対向する第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。尚、この場合、第1化合物半導体層の第1面には第1光反射層が形成されるので、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。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、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、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。
電流注入領域と電流非注入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。電流注入領域と電流非注入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。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。
積層構造体の側面や露出面を被覆層で被覆してもよい。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。被覆層を構成する材料として、SiO2を含むSiOX系材料、SiNX系材料、SiOYNZ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、本開示の発光素子及び発光素子アレイに関し、具体的には、本開示の第1の態様に係る発光素子に関し、また、第3-A構成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4、実施例6~実施例10の発光素子は、より具体的には、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。また、後述する実施例5の発光素子は、より具体的には、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、図1から光収束・発散変更手段を除いた実施例1の発光素子の模式的な一部端面図を図2に示す。
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、
(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を有し、第2導電型(具体的には、p型)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(具体的には、GaN系化合物半導体)、
(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、
(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、並びに、
(D)光収束・発散変更手段50、
を備えている。第1光反射層41は凹面鏡部43の上に形成されている。第2光反射層42は平坦な形状を有する。そして、活性層23において生成した光が外部に出射されるとき、活性層23において生成した光が光収束・発散変更手段50に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段50を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる。
(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を有し、第2導電型(具体的には、p型)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(具体的には、GaN系化合物半導体)、
(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、
(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、並びに、
(D)光収束・発散変更手段50、
を備えている。第1光反射層41は凹面鏡部43の上に形成されている。第2光反射層42は平坦な形状を有する。そして、活性層23において生成した光が外部に出射されるとき、活性層23において生成した光が光収束・発散変更手段50に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段50を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる。
また、実施例1の発光素子アレイは、実施例1の発光素子が、複数、並置されて成る。そして、発光素子の出射する光の波長が異なっている。光の波長が異なる発光素子の構成、構造は、周知の構成、構造とすることができる。そして、複数の発光素子は、例えば、1枚の実装基板に実装されている。発光素子の出射する光の色として、青色、緑色、赤色を例示することができる。
そして、活性層23において生成した光が光収束・発散変更手段50を通過したとき、実施例1の発光素子にあっては、光収束・発散変更手段50に入射する前よりも、より収束状態となる。ここで、実施例1の発光素子において、光収束・発散変更手段50は凸レンズから成るが、これに限定するものではない。そして、光収束・発散変更手段50を通過した光は、例えば、平行光とされる。光収束・発散変更手段50は、例えば、SiO2といった透明絶縁材料層をエッチバック加工することで形成することができる。
また、実施例1の発光素子にあっては、前述したとおり、第1光反射層41を介して光が出射され、光収束・発散変更手段50は、第1光反射層41の光出射側に配設されている。具体的には、光収束・発散変更手段50は、第1光反射層41の光出射面41aの上に形成されている。そして、光収束・発散変更手段50の光軸(Z軸)における曲率中心(具体的には、凹面鏡部における半径r’DBRの有効領域に対応する光収束・発散変更手段50の領域における曲率中心)は、第1光反射層41の光軸(Z軸)における曲率中心(具体的には、凹面鏡部における半径r’DBRの有効領域に対応する第1光反射層41の領域における曲率中心)よりも光収束・発散変更手段50に近い所に位置する(光出射面寄りに位置する)。
更には、光軸(Z軸)上において、光収束・発散変更手段50の光出射面50Aから第1光反射層41の光出射面41aまでの距離は、1×10-6m乃至1×10-3m、具体的には、10μmである。また、第1光反射層41の平面形状を円形と想定したときの円形の直径は、1×10-4m以下、具体的には、60μmである。光軸(Z軸)に沿った光収束・発散変更手段50の厚さは、1×10-6m乃至1×10-3m、具体的には、10μmである。活性層23から第1光反射層41までの距離は、1×10-5m乃至5×10-4m、具体的には、50μmである。光軸(Z軸)に沿った第1光反射層41から第2光反射層までの距離は1×10-5m以上、即ち、共振器長LORは、1×10-5m≦LOR、具体的には、LOR=50μmである。尚、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、活性層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。
そして、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(電流狭窄領域)61Bが設けられている。凹面鏡部43の形状は、凹面鏡部43の中心部からビームウェスト半径ω0の範囲(領域)内において、あるいは又、例えば、ビームウェスト半径ω0の1.2倍の範囲(領域)、あるいは又、ビームウェスト半径ω0の2倍の範囲(領域)といった、所望の領域内において、決定係数0.8以上、好ましくは0.9以上、より好ましくは0.99以上である球形状又は放物線形状である。具体的には、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で凹面鏡部43を切断したときの凹面鏡部43の一部(凹面鏡部43における有効領域44であり、上記の所望の領域である)の積層構造体20に面する界面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。
また、第1化合物半導体層21の第1面21aと第1光反射層41との間には、GaN基板から成る化合物半導体基板11が配されている。第1化合物半導体層21と面する化合物半導体基板(発光素子製造用基板)11の面を『第2面11b』と呼び、第2面11bと対向する面を『第1面11a』と呼ぶ。即ち、積層構造体20は、導電性を有する化合物半導体基板11の第2面11bの上に形成されている。そして、第1光反射層41は、化合物半導体基板11の第1面11aの突出部11a’から成る凹面鏡部43の少なくとも一部の表面(具体的には、凹面鏡部43の表面)に形成された多層光反射膜45から構成されている。更には、凹面鏡部43(具体的には、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=15μm
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の一例として、
λ0 =450nm
を例示することができるし、あるいは又、発光素子アレイを構成するために、青色を発光する発光素子以外に、緑色及び赤色を発光する発光素子の(発振波長)λ0の一例として、
λ0 =515nm
λ0 =635nm
を例示することができる。
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=15μm
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の一例として、
λ0 =450nm
を例示することができるし、あるいは又、発光素子アレイを構成するために、青色を発光する発光素子以外に、緑色及び赤色を発光する発光素子の(発振波長)λ0の一例として、
λ0 =515nm
λ0 =635nm
を例示することができる。
ここで、活性層23から凹面鏡部43と多層光反射膜45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。但し、前述したとおり、所望の領域内においては、決定係数0.8以上ある球形状又は放物線形状である。
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。但し、前述したとおり、所望の領域内においては、決定係数0.8以上ある球形状又は放物線形状である。
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、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、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、絶縁膜(電流狭窄領域)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。
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、図4、図5、図6、図7及び図8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、厚さ0.4mm程度の化合物半導体基板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、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、活性層23及び第2化合物半導体層22を、化合物半導体基板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3A参照)。
先ず、厚さ0.4mm程度の化合物半導体基板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、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、活性層23及び第2化合物半導体層22を、化合物半導体基板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3A参照)。
[工程-110]
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から成る絶縁膜(電流狭窄層)34を形成する(図3B参照)。開口部34Aを有する絶縁膜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。
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から成る絶縁膜(電流狭窄層)34を形成する(図3B参照)。開口部34Aを有する絶縁膜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、SiOXやSiNX、AlOX、ZrOX、HfOX)から成る絶縁膜(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-120]
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から絶縁膜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。こうして、図4に示す構造を得ることができる。
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から絶縁膜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。こうして、図4に示す構造を得ることができる。
[工程-130]
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5参照)。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。
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5参照)。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-140]
次いで、化合物半導体基板11を、機械研磨法やCMP法に基づき薄くし、更に、化合物半導体基板11の第1面11aに鏡面仕上げを施す(図6参照)。化合物半導体基板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。表面粗さRaは、JIS B-610:2001に規定されており、具体的には、AFMや断面TEMに基づく観察に基づき測定することができる。そして、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)に突出部11a’から成る凹面鏡部43を形成する。具体的には、凹面鏡部43を形成すべき化合物半導体基板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化合物半導体基板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、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)に突出部11a’から成る凹面鏡部43を形成することができる(図7参照)。
次いで、化合物半導体基板11を、機械研磨法やCMP法に基づき薄くし、更に、化合物半導体基板11の第1面11aに鏡面仕上げを施す(図6参照)。化合物半導体基板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。表面粗さRaは、JIS B-610:2001に規定されており、具体的には、AFMや断面TEMに基づく観察に基づき測定することができる。そして、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)に突出部11a’から成る凹面鏡部43を形成する。具体的には、凹面鏡部43を形成すべき化合物半導体基板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化合物半導体基板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、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)に突出部11a’から成る凹面鏡部43を形成することができる(図7参照)。
[工程-150]
その後、少なくとも凹面鏡部43の一部の上に多層光反射膜45を形成する。具体的には、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)から凹面鏡部43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多層光反射膜45を形成する。そして、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多層光反射膜45の不要な部分を除去して第1光反射層41を得た後(図8参照)、化合物半導体基板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。
その後、少なくとも凹面鏡部43の一部の上に多層光反射膜45を形成する。具体的には、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)から凹面鏡部43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多層光反射膜45を形成する。そして、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多層光反射膜45の不要な部分を除去して第1光反射層41を得た後(図8参照)、化合物半導体基板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-160]
次いで、光収束・発散変更手段50を形成するために、第1光反射層41、第1電極31を含む化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)上にSiO2から成る透明絶縁材料層を、例えば、CVD法に基づき形成する。そして、透明絶縁材料層の上に凸レンズの断面形状と同じ断面形状を有するレジスト材料層を形成し、レジスト材料層及び透明絶縁材料層をエッチバックすることによって、第1光反射層41の光出射面41aの上に形成され、凸レンズから構成された光収束・発散変更手段50を得ることができる。
次いで、光収束・発散変更手段50を形成するために、第1光反射層41、第1電極31を含む化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)上にSiO2から成る透明絶縁材料層を、例えば、CVD法に基づき形成する。そして、透明絶縁材料層の上に凸レンズの断面形状と同じ断面形状を有するレジスト材料層を形成し、レジスト材料層及び透明絶縁材料層をエッチバックすることによって、第1光反射層41の光出射面41aの上に形成され、凸レンズから構成された光収束・発散変更手段50を得ることができる。
[工程-170]
そして、支持基板49及び接合層48を除去する。こうして、図1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から成る絶縁層で被覆する。次いで、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。
そして、支持基板49及び接合層48を除去する。こうして、図1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から成る絶縁層で被覆する。次いで、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。
尚、[工程-140]において、化合物半導体基板11を薄くし、更に、鏡面仕上げを施した後、支持基板49及び接合層48を除去してもよい。また、支持基板49及び接合層48を残しておいてもよい。
実施例1の発光素子において、第1光反射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。
しかも、実施例1の発光素子あるいは発光素子アレイにあっては、光収束・発散変更手段を備えているので、活性層において生成した光が外部に出射されるときの出射状態を、正確に、所望の状態に制御することができる。
また、後述する実施例4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、活性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。
実施例2は、実施例1の変形であり、第3-B構成の発光素子に関する。模式的な一部端面図を図9に示す実施例2の発光素子において、凹面鏡部43は、化合物半導体基板11の上(具体的には、化合物半導体基板11の第1面11aの上)に形成された突出部43’から構成されており、第1光反射層41は、凹面鏡部43(突出部43’)上に形成された多層光反射膜45から構成されている。突出部43’(突出部43’)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2の発光素子は、実施例1の[工程-140]と同様の工程において、化合物半導体基板11を薄くし、鏡面仕上げを施した後、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)の上に突出部43’から成る凹面鏡部43を形成する。具体的には、化合物半導体基板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、凹面鏡部43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43’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、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)の上に突出部43’から成る凹面鏡部43を形成することができる。次いで、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)から凹面鏡部43の上に亙り、周知の方法に基づき多層光反射膜45を形成する。その後、多層光反射膜45の不要な部分を除去して第1光反射層41を得た後、化合物半導体基板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2の発光素子の構成、構造は、実施例1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3も、実施例1~実施例2の変形であり、第4構成の発光素子に関する。模式的な一部端面図を図10に示す実施例3の発光素子において、第1化合物半導体層21の第1面21aには第1光反射層41が形成されている。実施例3の発光素子の製造においては、実施例1の[工程-140]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1と同様に、凹面鏡部43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21c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21cから成る凹面鏡部43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11に示す実施例3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、凹面鏡部43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21dから成る凹面鏡部43を形成することができる。
以上の点を除き、実施例3の発光素子及びその変形例の構成、構造は、実施例1あるいは実施例2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4は、実施例3の変形である。実施例4の発光素子の模式的な一部端面図は、実質的に、図11と同様であるし、実施例4の発光素子の構成、構造は、実質的に、実施例3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4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、多層膜から成る第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46を形成し、平坦化膜46及び第1光反射層41に平坦化処理を施し、平坦化膜46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12A参照)。第1光反射層41の平面形状は円形である。但し、第1光反射層41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12B参照)。その後、実施例1の[工程-110]及び[工程-120]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。
実施例5は、本開示の第2の態様に係る発光素子に関する。実施例5の発光素子の模式的な一部端面図を図13に示す。実施例5の発光素子にあっては、第2光反射層42を介して光が出射され、光収束・発散変更手段50は、第2光反射層42の光出射側に配設されている。具体的には、光収束・発散変更手段50は、第2光反射層42の光出射面42aの上に形成されている。そして、光収束・発散変更手段50の光軸(Z軸)における曲率中心(具体的には、凹面鏡部における半径r’DBRの有効領域に対応する光収束・発散変更手段50の領域における曲率中心)は、第1光反射層41の光軸(Z軸)における曲率中心(具体的には、凹面鏡部における半径r’DBRの有効領域に対応する第1光反射層41の領域における曲率中心)よりも光収束・発散変更手段50に近い所に位置する(光出射面寄りに位置する)。
実施例5の発光素子の製造にあっては、実施例1の[工程-100]~[工程-120]と同様の工程を実行した後、次いで、光収束・発散変更手段50を形成するために、第2光反射層42を含む第2化合物半導体層22上にSiO2から成る透明絶縁材料層を、例えば、CVD法に基づき形成する。そして、透明絶縁材料層の上に凸レンズの断面形状と同じ断面形状を有するレジスト材料層を形成し、レジスト材料層及び透明絶縁材料層をエッチバックすることによって、第2光反射層42の光出射面42aの上に形成され、凸レンズから構成された光収束・発散変更手段50を得ることができる。
その後、実施例1の[工程-130]~[工程-150]、[工程-170]を実行する。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から成る絶縁層で被覆する。次いで、パッケージや封止することで、実施例5の発光素子を完成させる。尚、[工程-150]の後、第1光反射層41、第1電極31を含む化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)を、接合層を介して支持基板に固定してもよい。
実施例6は、実施例1~実施例5の変形である。実施例6の発光素子において、第1光反射層41には、光透過部41A、及び、光透過部41Aを取り囲む遮光部41Bが設けられている。実施例6の発光素子にあっては、電流注入領域61Aの外縁の形状と光透過部41Aの外縁の形状とは相似であることが好ましいし、凹面鏡部43の外縁の形状と光透過部41Aの外縁の形状とは相似であることが好ましい。遮光部41Bは、例えば、Ti/Pt/Auの積層体から構成されている。尚、以下に説明する実施例6の発光素子に関する図面においては、図面の簡素化のため、光収束・発散変更手段50の図示を省略している。
実施例6の発光素子において、第1光反射層には光透過部が設けられているが、遮光部の具体的な位置として、前述した種々に位置を挙げることができる。また、実施例6の発光素子の製造方法にあっては、凹面鏡部の一部の上に、又は、凹面鏡部の一部の上からその外側領域に亙り、遮光部を形成する工程を更に備えている。
図1に示した実施例1の発光素子に対して、実施例6における遮光部を適用した例を、図14、図15、図16、図17、図18、図19に示す。また、図9に示した実施例2の発光素子に対して、実施例6における遮光部を適用した例を図20に示し、図10に示した実施例3の発光素子に対して、実施例6における遮光部を適用した例を図21に示し、図11に示した実施例3の発光素子の変形に対して、実施例6における遮光部を適用した例を図22に示す。
図14に示す例では、遮光部41Bは、化合物半導体基板11の第1面11a及び凹面鏡部43の一部の上に形成されている。図15に示す例では、遮光部41Bは、凹面鏡部43の一部の上に形成されている。図16に示す例では、遮光部41Bは、化合物半導体基板11の第1面11aの一部の上に形成されている。図17に示す例では、遮光部41Bは、化合物半導体基板11の第1面11a及び第1光反射層41の一部の上に形成されている。図18に示す例では、遮光部41Bは、第1光反射層41の一部の上に形成されている。図19に示す例では、遮光部41Bは、化合物半導体基板11の第1面11aの一部の上に形成されている。尚、図15~図19に示した遮光部を他の実施例に、適宜、適用することもできる。図20に示す例では、遮光部41Bは、第1化合物半導体層21の第1面21a及び凹面鏡部43の一部の上に形成されている。図21及び図22に示す例では、遮光部41Bは、凹面鏡部43の一部の上に形成されている。
実施例7は、実施例1~実施例6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を有する絶縁膜34によって、電流注入領域61A及び電流非注入領域61B(電流狭窄領域)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7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(A)及び式(B)を満足する。
実施例7の発光素子にあっては、第1光反射層41の凹面鏡部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。
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、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7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8は、実施例1~実施例7の変形であり、第2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LORは、積層構造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、
L=(m・λ0)/(2・neq)
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、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neffとしたとき、
λ0 2/(2neff・L)
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。
L=(m・λ0)/(2・neq)
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、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neffとしたとき、
λ0 2/(2neff・L)
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、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(図30A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(図30Bの概念図を参照)、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。
模式的な一部断面図を図23あるいは図24(実施例1の発光素子の変形例)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-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71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neq、光吸収材料層71と光吸収材料層71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。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・neq)}≦LAbs≦1.1×{λ0/(2・neq)}
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。
0.9×{(m・λ0)/(2・neq)}≦LAbs≦1.1×{(m・λ0)/(2・neq)}
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・neq)}≦LAbs≦1.1×{λ0/(2・neq)}
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-100]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25のようになる。尚、図25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25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8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、In0.3Ga0.7Nである。実施例9にあっては、m=1とし、LAbs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-In0.3Ga0.7N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、LAbs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・neq)}≦LAbs≦1.1×{λ0/(2・neq)}
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・neq)}≦LAbs≦1.1×{(2・λ0)/(2・neq)}
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・neq)}≦LAbs≦1.1×{(m・λ0)/(2・neq)}
0.9×{λ0/(2・neq)}≦LAbs≦1.1×{λ0/(2・neq)}
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・neq)}≦LAbs≦1.1×{(2・λ0)/(2・neq)}
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・neq)}≦LAbs≦1.1×{(m・λ0)/(2・neq)}
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、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。
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、
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、
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、並びに、
光収束・発散変更手段、
を備えており、
第1光反射層は、凹面鏡部上に形成されており、
第2光反射層は、平坦な形状を有しており、
活性層において生成した光が外部に出射されるとき、光収束・発散変更手段に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる発光素子。
[A02]活性層において生成した光が光収束・発散変更手段を通過したとき、光収束・発散変更手段に入射する前よりも、より収束状態となる[A01]に記載の発光素子。
[A03]光収束・発散変更手段は、凸レンズ、又は、フレネルレンズ、又は、ホログラムレンズから成る[A02]に記載の発光素子。
[A04]第1光反射層を介して光が出射され、
光収束・発散変更手段は、第1光反射層の光出射側に配設されている[A01]乃至[A03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A05]光収束・発散変更手段の光軸における曲率中心は、第1光反射層の光軸における曲率中心よりも光収束・発散変更手段に近い所に位置する[A04]に記載の発光素子。
[A06]光軸上において、光収束・発散変更手段の光出射面から第1光反射層の光出射面までの距離は、1×10-6m乃至1×10-3mである[A04]又は[A05]に記載の発光素子。
[A07]第1光反射層の平面形状を円形と想定したときの円形の直径は、1×10-4m以下である[A04]乃至[A06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A08]光軸に沿った光収束・発散変更手段の厚さは、1×10-6m乃至1×10-3mである[A04]乃至[A07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A09]活性層から第1光反射層までの距離は、1×10-5m乃至5×10-4mである[A04]乃至[A08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A10]第2光反射層を介して光が出射され、
光収束・発散変更手段は、第2光反射層の光出射側に配設されている[A01]乃至[A03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A11]光軸に沿った第1光反射層から第2光反射層までの距離は、1×10-5m以上である[A01]乃至[A10]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A12]積層構造体は、GaN系化合物半導体から成る[A01]乃至[A11]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A13]面発光レーザ素子から成る[A01]乃至[A12]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A14]第1光反射層には、光透過部、及び、光透過部を取り囲む遮光部が設けられている[A01]乃至[A13]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A15]凹面鏡部の形状は、凹面鏡部の中心部からビームウェスト半径ω0の範囲内において、決定係数0.8以上である球形状又は放物線形状である[A01]乃至[A14]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A16]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第1光反射層の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[A01]乃至[A15]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DCIは、以下の式を満足する[A01]乃至[A16]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光反射層の凹面鏡部の曲率半径
[B02]第1光反射層の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[B01]に記載の発光素子。
[B03]DCI≧ω0を満足する[B01]又は[B02]に記載の発光素子。
[B04]RDBR≦1×10-3mを満足する[B01]乃至[B03]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[B04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C02]少なくとも4層の光吸収材料層が形成されている[C01]に記載の発光素子。
[C03]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[C01]又は[C02]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。
[C04]光吸収材料層の厚さは、λ0/(4・neq)以下である[C01]乃至[C03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C05]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[C01]乃至[C04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C06]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[C01]乃至[C05]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C07]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[C01]乃至[C06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C08]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[C01]乃至[C07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D01]第1化合物半導体層の第1面と第1光反射層との間には化合物半導体基板が配されている[A01]乃至[C08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D02]化合物半導体基板はGaN基板から成る[D01]に記載の発光素子。
[D03]第1光反射層は、化合物半導体基板の突出部から成る凹面鏡部の少なくとも一部の表面に形成された多層光反射膜から構成されている[D01]又は[D02]に記載の発光素子。
[D04]第1光反射層は、化合物半導体基板上に形成された凹面鏡部の少なくとも一部の表面に形成された多層光反射膜から構成されている[D01]又は[D02]に記載の発光素子。
[D05]第1化合物半導体層の第1面に第1光反射層が形成されている[A01]乃至[C08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D06]積層構造体の熱伝導率の値は、第1光反射層の熱伝導率の値よりも高い[A01]乃至[D05]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D07]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[A01]乃至[D06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D08]第1光反射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[A01]乃至[D07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E01]《発光素子アレイ》
複数の発光素子が並置されて成る発光素子アレイであって、
各発光素子は、
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、
が積層された積層構造体、
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、
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、並びに、
光収束・発散変更手段、
を備えており、
第1光反射層は、凹面鏡部上に形成されており、
第2光反射層は、平坦な形状を有しており、
活性層において生成した光が外部に出射されるとき、光収束・発散変更手段に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる発光素子から成る発光素子アレイ。
[E02]《発光素子アレイ》
複数の発光素子が並置されて成る発光素子アレイであって、
各発光素子は、[A01]乃至[D08]のいずれか1項に記載の発光素子から成る発光素子アレイ。
[E03]発光素子の出射する光の波長が異なっている[E01]又は[E02]に記載の発光素子アレイ。
[A01]《発光素子》
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、
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、
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、並びに、
光収束・発散変更手段、
を備えており、
第1光反射層は、凹面鏡部上に形成されており、
第2光反射層は、平坦な形状を有しており、
活性層において生成した光が外部に出射されるとき、光収束・発散変更手段に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる発光素子。
[A02]活性層において生成した光が光収束・発散変更手段を通過したとき、光収束・発散変更手段に入射する前よりも、より収束状態となる[A01]に記載の発光素子。
[A03]光収束・発散変更手段は、凸レンズ、又は、フレネルレンズ、又は、ホログラムレンズから成る[A02]に記載の発光素子。
[A04]第1光反射層を介して光が出射され、
光収束・発散変更手段は、第1光反射層の光出射側に配設されている[A01]乃至[A03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A05]光収束・発散変更手段の光軸における曲率中心は、第1光反射層の光軸における曲率中心よりも光収束・発散変更手段に近い所に位置する[A04]に記載の発光素子。
[A06]光軸上において、光収束・発散変更手段の光出射面から第1光反射層の光出射面までの距離は、1×10-6m乃至1×10-3mである[A04]又は[A05]に記載の発光素子。
[A07]第1光反射層の平面形状を円形と想定したときの円形の直径は、1×10-4m以下である[A04]乃至[A06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A08]光軸に沿った光収束・発散変更手段の厚さは、1×10-6m乃至1×10-3mである[A04]乃至[A07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A09]活性層から第1光反射層までの距離は、1×10-5m乃至5×10-4mである[A04]乃至[A08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A10]第2光反射層を介して光が出射され、
光収束・発散変更手段は、第2光反射層の光出射側に配設されている[A01]乃至[A03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A11]光軸に沿った第1光反射層から第2光反射層までの距離は、1×10-5m以上である[A01]乃至[A10]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A12]積層構造体は、GaN系化合物半導体から成る[A01]乃至[A11]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A13]面発光レーザ素子から成る[A01]乃至[A12]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A14]第1光反射層には、光透過部、及び、光透過部を取り囲む遮光部が設けられている[A01]乃至[A13]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A15]凹面鏡部の形状は、凹面鏡部の中心部からビームウェスト半径ω0の範囲内において、決定係数0.8以上である球形状又は放物線形状である[A01]乃至[A14]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A16]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第1光反射層の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[A01]乃至[A15]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DCIは、以下の式を満足する[A01]乃至[A16]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光反射層の凹面鏡部の曲率半径
[B02]第1光反射層の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[B01]に記載の発光素子。
[B03]DCI≧ω0を満足する[B01]又は[B02]に記載の発光素子。
[B04]RDBR≦1×10-3mを満足する[B01]乃至[B03]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[B04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C02]少なくとも4層の光吸収材料層が形成されている[C01]に記載の発光素子。
[C03]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[C01]又は[C02]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。
[C04]光吸収材料層の厚さは、λ0/(4・neq)以下である[C01]乃至[C03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C05]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[C01]乃至[C04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C06]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[C01]乃至[C05]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C07]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[C01]乃至[C06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C08]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[C01]乃至[C07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D01]第1化合物半導体層の第1面と第1光反射層との間には化合物半導体基板が配されている[A01]乃至[C08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D02]化合物半導体基板はGaN基板から成る[D01]に記載の発光素子。
[D03]第1光反射層は、化合物半導体基板の突出部から成る凹面鏡部の少なくとも一部の表面に形成された多層光反射膜から構成されている[D01]又は[D02]に記載の発光素子。
[D04]第1光反射層は、化合物半導体基板上に形成された凹面鏡部の少なくとも一部の表面に形成された多層光反射膜から構成されている[D01]又は[D02]に記載の発光素子。
[D05]第1化合物半導体層の第1面に第1光反射層が形成されている[A01]乃至[C08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D06]積層構造体の熱伝導率の値は、第1光反射層の熱伝導率の値よりも高い[A01]乃至[D05]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D07]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[A01]乃至[D06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D08]第1光反射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[A01]乃至[D07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E01]《発光素子アレイ》
複数の発光素子が並置されて成る発光素子アレイであって、
各発光素子は、
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、
が積層された積層構造体、
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、
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、並びに、
光収束・発散変更手段、
を備えており、
第1光反射層は、凹面鏡部上に形成されており、
第2光反射層は、平坦な形状を有しており、
活性層において生成した光が外部に出射されるとき、光収束・発散変更手段に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる発光素子から成る発光素子アレイ。
[E02]《発光素子アレイ》
複数の発光素子が並置されて成る発光素子アレイであって、
各発光素子は、[A01]乃至[D08]のいずれか1項に記載の発光素子から成る発光素子アレイ。
[E03]発光素子の出射する光の波長が異なっている[E01]又は[E02]に記載の発光素子アレイ。
11・・・化合物半導体基板(発光素子製造用基板)、11a・・・化合物半導体基板の第1面、11b・・・化合物半導体基板の第2面、11a’・・・化合物半導体基板の第1面の突出部、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、21c,21d・・・第1化合物半導体層の第1面に形成された突出部、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・・・活性層(発光層)、31・・・第1電極、32・・・第2電極、33・・・パッド電極、34・・・絶縁膜(電流狭窄領域)、34A・・・絶縁膜(電流狭窄領域)に設けられた開口部、41・・・第1光反射層、41a・・・第1光反射層の光出射面、41A・・・光透過部、41B・・・遮光部、42・・・第2光反射層、42a・・・第2光反射層の光出射面、43・・・凹面鏡部、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、43’・・・化合物半導体基板に形成された突出部、44・・・第1光反射層の凹面鏡部における有効領域、45・・・多層光反射膜、46・・・平坦化膜、48,48’・・・接合層、49,49’・・・支持基板、61A・・・電流注入領域、61B・・・電流非注入領域(電流狭窄領域)、71・・・光吸収材料層
Claims (15)
- 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、
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、
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、並びに、
光収束・発散変更手段、
を備えており、
第1光反射層は、凹面鏡部上に形成されており、
第2光反射層は、平坦な形状を有しており、
活性層において生成した光が外部に出射されるとき、光収束・発散変更手段に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる発光素子。 - 活性層において生成した光が光収束・発散変更手段を通過したとき、光収束・発散変更手段に入射する前よりも、より収束状態となる請求項1に記載の発光素子。
- 光収束・発散変更手段は、凸レンズ、又は、フレネルレンズ、又は、ホログラムレンズから成る請求項2に記載の発光素子。
- 第1光反射層を介して光が出射され、
光収束・発散変更手段は、第1光反射層の光出射側に配設されている請求項1に記載の発光素子。 - 光収束・発散変更手段の光軸における曲率中心は、第1光反射層の光軸における曲率中心よりも光収束・発散変更手段に近い所に位置する請求項4に記載の発光素子。
- 光軸上において、光収束・発散変更手段の光出射面から第1光反射層の光出射面までの距離は、1×10-6m乃至1×10-3mである請求項4に記載の発光素子。
- 第1光反射層の平面形状を円形と想定したときの円形の直径は、1×10-4m以下である請求項4に記載の発光素子。
- 光軸に沿った光収束・発散変更手段の厚さは、1×10-6m乃至1×10-3mである請求項4に記載の発光素子。
- 活性層から第1光反射層までの距離は、1×10-5m乃至5×10-4mである請求項4に記載の発光素子。
- 第2光反射層を介して光が出射され、
光収束・発散変更手段は、第2光反射層の光出射側に配設されている請求項1に記載の発光素子。 - 光軸に沿った第1光反射層から第2光反射層までの距離は、1×10-5m以上である請求項1に記載の発光素子。
- 積層構造体は、GaN系化合物半導体から成る請求項1に記載の発光素子。
- 面発光レーザ素子から成る請求項1に記載の発光素子。
- 複数の発光素子が並置されて成る発光素子アレイであって、
各発光素子は、
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、
が積層された積層構造体、
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、
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、並びに、
光収束・発散変更手段、
を備えており、
第1光反射層は、凹面鏡部上に形成されており、
第2光反射層は、平坦な形状を有しており、
活性層において生成した光が外部に出射されるとき、光収束・発散変更手段に入射する前の光の収束・発散状態と、光収束・発散変更手段を通過した後の光の収束・発散状態とは異なる発光素子から成る発光素子アレイ。 - 発光素子の出射する光の波長が異なっている請求項14に記載の発光素子アレイ。
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020184148A1 (ja) * | 2019-03-12 | 2020-09-17 | ソニー株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
WO2020246280A1 (ja) * | 2019-06-04 | 2020-12-10 | ソニー株式会社 | 発光素子、発光素子アレイ及び発光素子アレイの製造方法 |
WO2021140802A1 (ja) * | 2020-01-07 | 2021-07-15 | ソニーグループ株式会社 | 発光素子 |
WO2021149372A1 (ja) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 発光装置およびその製造方法 |
JP2021166272A (ja) * | 2020-04-08 | 2021-10-14 | 住友電気工業株式会社 | 面発光レーザおよびその製造方法 |
CN114067687A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-02-18 | 合肥维信诺科技有限公司 | 显示面板、显示面板制作方法及显示终端 |
WO2022163353A1 (ja) * | 2021-01-26 | 2022-08-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 発光装置、発光装置の製造方法、および測距装置 |
WO2022209376A1 (ja) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 照明装置および測距装置 |
WO2023105973A1 (ja) * | 2021-12-07 | 2023-06-15 | ソニーグループ株式会社 | 面発光素子及び個体認証装置 |
WO2023181716A1 (ja) * | 2022-03-24 | 2023-09-28 | ソニーグループ株式会社 | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、及び電子機器 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020084942A1 (ja) | 2018-10-26 | 2020-04-30 | ソニー株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
WO2021231033A1 (en) * | 2020-05-10 | 2021-11-18 | Apple Inc. | Folded optical conjugate lens |
TWI773419B (zh) * | 2021-07-06 | 2022-08-01 | 兆勁科技股份有限公司 | 背發光垂直共振腔面射雷射陣列及其製造方法 |
CN114172021B (zh) * | 2022-02-14 | 2022-10-21 | 常州承芯半导体有限公司 | 垂直腔面发射激光器及其形成方法 |
WO2024060008A1 (zh) * | 2022-09-20 | 2024-03-28 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示面板、显示装置及用于制备显示面板的方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000076682A (ja) * | 1998-09-01 | 2000-03-14 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 |
JP2002237653A (ja) * | 2001-02-02 | 2002-08-23 | Samsung Electro Mech Co Ltd | P型電極と活性層との間に効果的な正孔拡散のためのスペーサを備えるGaN面発光レーザダイオードおよびその製造方法 |
JP2002368333A (ja) * | 2001-06-02 | 2002-12-20 | Heon-Su Jeon | 面発光レーザー |
US20050100069A1 (en) * | 2003-11-10 | 2005-05-12 | Shangjr Gwo | Structures for light emitting devices with integrated multilayer mirrors |
JP2006066538A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 面発光レーザ光源の製造方法及び面発光レーザ光源 |
Family Cites Families (85)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4309670A (en) * | 1979-09-13 | 1982-01-05 | Xerox Corporation | Transverse light emitting electroluminescent devices |
US4935939A (en) * | 1989-05-24 | 1990-06-19 | Liau Zong Long | Surface emitting laser with monolithic integrated lens |
DE4135813C2 (de) * | 1990-10-31 | 1997-11-06 | Toshiba Kawasaki Kk | Oberflächenemittierende Halbleiter-Laservorrichtung |
JPH0555703A (ja) * | 1991-05-15 | 1993-03-05 | Fujitsu Ltd | 面発光レーザ装置 |
JP3244529B2 (ja) * | 1992-04-16 | 2002-01-07 | アジレント・テクノロジーズ・インク | 面発光型第2高調波生成素子 |
US5461637A (en) * | 1994-03-16 | 1995-10-24 | Micracor, Inc. | High brightness, vertical cavity semiconductor lasers |
US5796714A (en) * | 1994-09-28 | 1998-08-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical module having a vertical-cavity surface-emitting laser |
JPH08321660A (ja) | 1995-05-25 | 1996-12-03 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
US5838715A (en) * | 1996-06-20 | 1998-11-17 | Hewlett-Packard Company | High intensity single-mode VCSELs |
FR2751795B1 (fr) * | 1996-07-26 | 1998-08-28 | Commissariat Energie Atomique | Cavite microlaser et microlaser a selection de mode, et procedes de fabrication |
JPH10200200A (ja) | 1997-01-06 | 1998-07-31 | Canon Inc | 面発光型半導体レーザ |
US6026111A (en) * | 1997-10-28 | 2000-02-15 | Motorola, Inc. | Vertical cavity surface emitting laser device having an extended cavity |
KR100273134B1 (ko) * | 1997-11-29 | 2001-01-15 | 정선종 | 단일모드표면방출레이저및그제조방법 |
JP2002500446A (ja) * | 1997-12-29 | 2002-01-08 | コアテック・インコーポレーテッド | マイクロエレクトロメカニカル的に同調可能な共焦型の垂直キャビティ表面放出レーザ及びファブリー・ペローフィルタ |
JP3559453B2 (ja) | 1998-06-29 | 2004-09-02 | 株式会社東芝 | 発光素子 |
US6657233B2 (en) * | 1998-08-19 | 2003-12-02 | Ricoh Company, Ltd. | Light emitting devices with layered III-V semiconductor structures, and modules and systems for computer, network and optical communication, using such device |
KR100363165B1 (ko) * | 2000-02-03 | 2002-11-30 | 삼성전자 주식회사 | 마이크로 렌즈 일체형 표면광 레이저 및 그 제조방법 |
US6778582B1 (en) * | 2000-03-06 | 2004-08-17 | Novalux, Inc. | Coupled cavity high power semiconductor laser |
KR100393057B1 (ko) * | 2000-10-20 | 2003-07-31 | 삼성전자주식회사 | 마이크로 렌즈 일체형 표면광 레이저 |
US6836501B2 (en) * | 2000-12-29 | 2004-12-28 | Finisar Corporation | Resonant reflector for increased wavelength and polarization control |
US20030112843A1 (en) * | 2001-01-19 | 2003-06-19 | Siros Technology, Inc. | Method and apparatus for mode-locked vertical cavity laser with equalized mode response |
US20020163688A1 (en) * | 2001-03-26 | 2002-11-07 | Zuhua Zhu | Optical communications system and vertical cavity surface emitting laser therefor |
US6810062B2 (en) * | 2001-04-11 | 2004-10-26 | Axsun Technologies, Inc. | Passive optical resonator with mirror structure suppressing higher order transverse spatial modes |
US20020150130A1 (en) * | 2001-04-16 | 2002-10-17 | Coldren Larry A. | Tunable VCSEL assembly |
FR2824188B1 (fr) * | 2001-04-25 | 2003-12-12 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif optique comportant une pluralite de cavites resonantes de longueurs differentes associees a differentes longueurs d'ondes |
US20020176473A1 (en) * | 2001-05-23 | 2002-11-28 | Aram Mooradian | Wavelength selectable, controlled chirp, semiconductor laser |
KR100472822B1 (ko) * | 2001-06-02 | 2005-03-08 | 전헌수 | 표면 발광 레이저 |
WO2003007437A2 (en) * | 2001-07-09 | 2003-01-23 | Siros Technologies, Inc. | Chirp-free directly modulated light source with integrated wavelocker |
US6853007B2 (en) * | 2001-12-28 | 2005-02-08 | Finisar Corporation | Submount for vertical cavity surface emitting lasers and detectors |
US6628695B1 (en) * | 2002-03-07 | 2003-09-30 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Monolithically integrated mode-locked vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) |
JP3820250B2 (ja) * | 2002-04-18 | 2006-09-13 | 三菱電機株式会社 | レーザ発振器および光増幅器 |
AU2003900172A0 (en) * | 2003-01-15 | 2003-01-30 | Edith Cowan University | Laser array |
JP2004288799A (ja) | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Sony Corp | 半導体発光素子およびその製造方法、集積型半導体発光装置およびその製造方法、画像表示装置およびその製造方法ならびに照明装置およびその製造方法 |
GB2399942A (en) * | 2003-03-24 | 2004-09-29 | Univ Strathclyde | Vertical cavity semiconductor optical devices |
US7449724B2 (en) | 2003-09-12 | 2008-11-11 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light-emitting device |
JP4507567B2 (ja) * | 2003-11-18 | 2010-07-21 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光レーザの製造方法 |
WO2005067113A1 (ja) * | 2004-01-07 | 2005-07-21 | Hamamatsu Photonics K.K. | 半導体発光素子及びその製造方法 |
US20060029112A1 (en) * | 2004-03-31 | 2006-02-09 | Young Ian A | Surface emitting laser with an integrated absorber |
JP4116587B2 (ja) * | 2004-04-13 | 2008-07-09 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体発光素子及びその製造方法 |
DE102004052686A1 (de) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterbauelement mit einem gekrümmten Spiegel und Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem gekrümmten Halbleiterkörper |
JP4207878B2 (ja) * | 2004-10-15 | 2009-01-14 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器 |
JP2006114753A (ja) * | 2004-10-15 | 2006-04-27 | Seiko Epson Corp | 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器 |
US7376169B2 (en) * | 2005-03-07 | 2008-05-20 | Joseph Reid Henrichs | Optical phase conjugation laser diode |
WO2007133766A2 (en) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | The Regents Of The University Of California | Electrically-pumped (ga,in, ai) n vertical-cavity surface-emitting laser |
JP5100184B2 (ja) | 2007-04-02 | 2012-12-19 | 古河電気工業株式会社 | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
GB2448161A (en) * | 2007-04-03 | 2008-10-08 | Bookham Technology Plc | Optoelectronic device combining VCSEL and photodetector |
JP5250245B2 (ja) * | 2007-11-21 | 2013-07-31 | 日本オクラロ株式会社 | 半導体レーザ |
KR100950263B1 (ko) | 2008-01-10 | 2010-04-01 | 광주과학기술원 | 마이크로렌즈를 포함한 단일모드 수직 공진식표면발광레이저 및 그 제조방법 |
JP4518179B2 (ja) | 2008-04-15 | 2010-08-04 | ソニー株式会社 | レンズアレイシート、光学部材、光源及び液晶表示装置 |
DE102008030844A1 (de) * | 2008-06-30 | 2009-12-31 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit mehreren aktiven Zonen |
DE102008030818B4 (de) * | 2008-06-30 | 2022-03-03 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit mehreren aktiven Zonen |
CN102246367B (zh) * | 2008-12-10 | 2013-05-29 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 具有改进的空间模式的高功率vcsel |
JP2010147359A (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Hitachi Ltd | 光モジュール |
JP5190038B2 (ja) * | 2009-08-19 | 2013-04-24 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザ |
EP2467910B1 (en) * | 2009-08-20 | 2019-02-06 | Koninklijke Philips N.V. | A vertical cavity surface emitting laser device with angular-selective feedback |
WO2011065517A1 (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-03 | 株式会社日立製作所 | 表面出射型レーザ |
WO2011106553A2 (en) * | 2010-02-24 | 2011-09-01 | The Regents Of The University Of California | Planar, low loss transmitting or reflecting lenses using sub-wavelength high contrast grating |
EP2369696A1 (en) * | 2010-03-23 | 2011-09-28 | ETH Zurich | Surface-Emitting semiconductor laser and method of manufacture thereof |
US8320423B2 (en) * | 2010-08-24 | 2012-11-27 | Alvin Gabriel Stern | Compact, all solid-state, avalanche photodiode emitter-detector pixel with electronically selectable, passive or active detection mode, for large-scale, high resolution, imaging focal plane arrays |
EP2636111B8 (en) * | 2010-11-03 | 2020-08-19 | TRUMPF Photonic Components GmbH | Optical element for vertical external-cavity surface-emitting laser |
JP5659903B2 (ja) * | 2011-03-29 | 2015-01-28 | ソニー株式会社 | 発光素子・受光素子組立体及びその製造方法 |
CA2910202C (en) * | 2013-04-22 | 2019-09-17 | Trilumina Corp. | Microlenses for multibeam arrays of optoelectronic devices for high frequency operation |
JP2015035543A (ja) * | 2013-08-09 | 2015-02-19 | ソニー株式会社 | 発光素子の製造方法 |
JP6183045B2 (ja) * | 2013-08-09 | 2017-08-23 | ソニー株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
JP6479308B2 (ja) * | 2013-08-09 | 2019-03-06 | ソニー株式会社 | 面発光レーザ素子及びその製造方法 |
JP6247944B2 (ja) * | 2014-01-29 | 2017-12-13 | 日本オクラロ株式会社 | 水平共振器面出射型レーザ素子 |
EP3159984B1 (en) | 2014-06-20 | 2022-01-12 | Sony Group Corporation | Light emitting element |
WO2016024991A1 (en) * | 2014-08-15 | 2016-02-18 | Hewlett-Packard Development Company, Lp | Optical mode matching |
US10630053B2 (en) * | 2015-07-30 | 2020-04-21 | Optipulse Inc. | High power laser grid structure |
AU2016298390B2 (en) * | 2015-07-30 | 2021-09-02 | Optipulse Inc. | Rigid high power and high speed lasing grid structures |
US10630055B2 (en) * | 2017-06-16 | 2020-04-21 | Optipulse Inc. | Graphene lens structures for use with light engine and grid laser structures |
US9865983B2 (en) * | 2015-08-31 | 2018-01-09 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | VCSEL incorporating a substrate having an aperture |
CN108604053B (zh) * | 2015-10-21 | 2021-11-02 | 普林斯顿光电子股份有限公司 | 编码图案投影仪 |
CN109061783A (zh) | 2015-12-01 | 2018-12-21 | 苏州谱道光电科技有限公司 | 光学谐振腔用反射棱镜及其光学谐振腔和光谱测量仪 |
US10873174B2 (en) * | 2016-11-02 | 2020-12-22 | Sony Corporation | Light-emitting element and method of manufacturing the same |
DE112017005952T5 (de) * | 2016-11-24 | 2019-08-29 | Sony Corporation | Oberflächenemissionslaser und elektronikvorrichtung |
DE112017006413T5 (de) * | 2016-12-20 | 2019-08-29 | Sony Corporation | Lichtemissionselement |
CN110214380B (zh) * | 2017-01-25 | 2024-04-09 | 苏州立琻半导体有限公司 | 半导体器件 |
CN106848838B (zh) * | 2017-04-06 | 2019-11-29 | 中国科学院半导体研究所 | 基于多孔DBR的GaN基VCSEL芯片及制备方法 |
WO2018190030A1 (ja) * | 2017-04-14 | 2018-10-18 | ソニー株式会社 | 発光素子および発光装置 |
WO2019181757A1 (en) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | Ricoh Company, Ltd. | Surface-emitting laser array, detection device, and laser device |
JP2019165198A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 株式会社リコー | 面発光レーザアレイ、検出装置およびレーザ装置 |
US10290996B1 (en) * | 2018-04-25 | 2019-05-14 | Hewlett Packard Enterprise Development Lp | Bottom emitting vertical-cavity surface-emitting lasers |
WO2020027296A1 (ja) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | ローム株式会社 | 面発光レーザ装置 |
WO2020247291A1 (en) * | 2019-06-03 | 2020-12-10 | Optonomous Technologies, Inc. | Vertical-cavity surface-emitting laser using dichroic reflectors |
-
2018
- 2018-05-09 US US16/631,709 patent/US11594859B2/en active Active
- 2018-05-09 DE DE112018003684.7T patent/DE112018003684T5/de active Pending
- 2018-05-09 JP JP2019530891A patent/JP7078045B2/ja active Active
- 2018-05-09 CN CN201880046230.8A patent/CN110892597B/zh active Active
- 2018-05-09 WO PCT/JP2018/017856 patent/WO2019017044A1/ja active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000076682A (ja) * | 1998-09-01 | 2000-03-14 | Seiko Epson Corp | 面発光型半導体レーザおよびその製造方法 |
JP2002237653A (ja) * | 2001-02-02 | 2002-08-23 | Samsung Electro Mech Co Ltd | P型電極と活性層との間に効果的な正孔拡散のためのスペーサを備えるGaN面発光レーザダイオードおよびその製造方法 |
JP2002368333A (ja) * | 2001-06-02 | 2002-12-20 | Heon-Su Jeon | 面発光レーザー |
US20050100069A1 (en) * | 2003-11-10 | 2005-05-12 | Shangjr Gwo | Structures for light emitting devices with integrated multilayer mirrors |
JP2006066538A (ja) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 面発光レーザ光源の製造方法及び面発光レーザ光源 |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020184148A1 (ja) * | 2019-03-12 | 2020-09-17 | ソニー株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
WO2020246280A1 (ja) * | 2019-06-04 | 2020-12-10 | ソニー株式会社 | 発光素子、発光素子アレイ及び発光素子アレイの製造方法 |
WO2021140802A1 (ja) * | 2020-01-07 | 2021-07-15 | ソニーグループ株式会社 | 発光素子 |
WO2021149372A1 (ja) * | 2020-01-20 | 2021-07-29 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 発光装置およびその製造方法 |
JP2021166272A (ja) * | 2020-04-08 | 2021-10-14 | 住友電気工業株式会社 | 面発光レーザおよびその製造方法 |
WO2022163353A1 (ja) * | 2021-01-26 | 2022-08-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 発光装置、発光装置の製造方法、および測距装置 |
WO2022209376A1 (ja) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 照明装置および測距装置 |
CN114067687A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-02-18 | 合肥维信诺科技有限公司 | 显示面板、显示面板制作方法及显示终端 |
CN114067687B (zh) * | 2021-11-17 | 2023-06-20 | 合肥维信诺科技有限公司 | 显示面板、显示面板制作方法及显示终端 |
WO2023105973A1 (ja) * | 2021-12-07 | 2023-06-15 | ソニーグループ株式会社 | 面発光素子及び個体認証装置 |
WO2023181716A1 (ja) * | 2022-03-24 | 2023-09-28 | ソニーグループ株式会社 | 面発光レーザ、面発光レーザアレイ、及び電子機器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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