发光元件的制作方法

文档序号:22243925发布日期:2020-09-15 19:59
发光元件的制作方法

本公开涉及一种发光元件(具体地,也称为垂直腔表面发射激光器vcsel的表面发射激光器元件)。



背景技术:

例如,如文献“nonpolariii-nitridevertical-cavitysurface-emittinglasersincorporatinganionimplantedaperture”中所公开的,表面发射激光器元件使光在两个光反射层(分布式布拉格反射层,即dbr层)之间发生共振,从而产生激光振荡。在两个dbr层之间形成有发光结构。发光结构包括n型gan基化合物半导体层、包括mqw的有源层和p型gan基化合物半导体层。此外,在p型gan基化合物半导体层上形成构成一侧电极的ito层,并且在ito层上依次形成包括具有1/8波长厚度的ta2o5的间隔层和p侧dbr层。光强分布的最大振幅部分的位置(谐振器中驻波一侧的波腹的位置)与有源层的位置一致,并且将吸收光的ito层与光强分布的最小振幅部分的位置(谐振器中驻波另一侧的波腹的位置)一致,从而获得阈值电流减小的结构。具体地,从有源层的厚度方向中心到ito层的厚度方向中心的光学距离被设置为(3/4)波长。在此处,上述“波长”是指从表面发射激光元件发射的并且具有最大强度的光的波长。注意,“光强分布的最大幅度部分的位置(谐振器中驻波一侧的波腹的位置)”在下文中可以称为“光强分布一侧的波腹的位置”,而“光强分布的最小幅度部分的位置(谐振器中驻波另一侧的波腹的位置)”可以称为“光强分布另一侧的波腹的位置”。

[引用列表]

[非专利文献]

[非专利文献1]

“nonpolariii-nitridevertical-cavitysurface-emittinglasersincorporatinganionimplantedaperture”,appliedphysicsletters107,011102(2015)



技术实现要素:

[技术问题]

在基于gaas的表面发射激光器元件中,可以通过高精度外延生长形成谐振器,结果,可以严格控制振荡波长。另一方面,在gan基表面发射激光元件中,通常难以控制腔长,并且由于腔长长,所以可以从表面发射激光元件发射的纵向模式的激光将是多种类型的,导致从表面发射激光元件发射的激光的振荡波长偏离这一特殊问题。此外,如果激光的振荡波长偏离,则光场和有源层的重叠将变化(减少),导致阈值电流的变化(增加),使得难以控制阈值电流。此外,在形成dbr层和各种化合物半导体层时,如果在dbr层和化合物半导体层中出现膜厚度变化或成分变化,则谐振器中驻波的位置将变化,这导致阈值电流的变化(增加),类似于振荡波长偏离的情况。阈值电流的变化会导致诸如降低表面发射激光元件的产量等问题。特别地,在表面发射激光元件的情况下,多个表面发射激光元件可以排列在一个芯片上,并且在这种情况下,如果表面发射激光元件之间的阈值电流的差异大,则整体输出可能变得不稳定,或者驱动电路可能变得复杂。

因此,本公开的目的是提供一种发光元件,该发光元件具有能够抑制阈值电流变化的配置和结构。

[问题的解决方案]

一种用于实现上述目的的根据本公开的第一模式的发光元件包括:

堆叠结构,在堆叠状态下,该堆叠结构包括

第一光反射层,其中堆叠有多个薄膜,

发光结构,以及

第二光反射层,其中堆叠有多个薄膜,

其中,所述发光结构包括:

第一化合物半导体层,

有源层,以及

第二化合物半导体层,其从第一光反射层侧开始堆叠,

所述发光结构由平行于由所述有源层占据的虚拟平面的光吸收材料层形成,并且

假设从有源层发射的具有最大强度的光的波长是λ0,假设占据从有源层到光吸收材料层的范围的层的层等效折射率是neq,假设从有源层到光吸收材料层的光学距离是lop,并且假设λ≡{(2m+1)λ0}/(4neq)(其中,m是等于或大于0的整数),则

lop的值是不同于λ的值,并且

光吸收材料层所在的一侧的光反射层的厚度tave是不同于厚度tdbr的值,

其中,假设构成光吸收材料层所在的一侧的光反射层的薄膜的折射率为ni,并且假设薄膜的总数为l,则

tdbr=∑(λ0/4ni),

i=1,2,3,…,l,并且

“∑”表示从i=1到i=1的总和。

用于实现上述目的的根据本公开的第二模式的发光元件包括:

堆叠结构,在堆叠状态下,该堆叠结构包括:

第一光反射层,其中堆叠有多个薄膜,

发光结构,以及

第二光反射层,其中堆叠有多个薄膜,

其中,所述发光结构包括:

第一化合物半导体层,

有源层,以及

第二化合物半导体层,其从第一光反射层侧开始堆叠,

所述发光结构在其端部形成有平行于由有源层占据的虚拟平面的光吸收材料层,

介电层形成在光吸收材料层和光吸收材料层所在的一侧上的光反射层之间,并且

假设从有源层发射的具有最大强度的光的波长是λ0,假设占据从有源层到光吸收材料层的层等效折射率是neq,假设从有源层到光吸收材料层的光学距离是lop,假设介电层的折射率是ndel,假设从光吸收材料层到光吸收材料层所在的一侧的光反射层和介电层之间的界面的光学距离为ldel,并假设λ≡{(2m+1)λ0}/(4neq)(其中,m是等于或大于0的整数),然后

lop的值是不同于λ的值,并且

ldel≠λ0/(4ndel)。

附图说明

[图1]图1a和1b是实施方式1的发光元件及其变型例的示意性局部截面图;

[图2]图2a和图2b是实施方式2的发光元件及其变型例的示意性局部截面图;

[图3]图3a和图3b是实施方式3的发光元件的示意性局部截面图;

[图4]图4是实施方式3的发光元件的变型例的示意性局部截面图;

[图5]图5a和图5b是示意性地描绘在实施方式1中lop=1.00×λ(假设m=1)和lop=1.02×λ(假设m=1)的情况下,有源层等的位置和光场之间的关系以及有源层等的位置和折射率的位置之间的关系的示图;

[图6]图6是示意性地描绘在实施方式1中lop=1.04×λ(假设m=1)的情况下,有源层等的位置与光场之间的关系以及有源层等的位置与折射率位置之间的关系的示图;

[图7]图7a和图7b是描述在实施方式1中在lop=1.01×λ(假设m=1)的情况下(tave/tdbr)和增益gth之间的关系的模拟结果以及在lop=0.99×λ(假设m=1)的情况下(tave/tdbr)和增益gth之间的关系的模拟结果的示图;

[图8]图8是描述作为比较示例1的在lop=1.00×λ(假设m=1)的情况下((tave/tdbr)和增益gth之间的关系的模拟结果的示图;

[图9]图9是描述实施方式1中(lop/λ)和厚度tave的公差之间的关系以及(lop/λ)和增益gth之间的关系的模拟结果的示图;

[图10]图10a和图10b是描述在实施方式2中在lop=0.99×λ(假设m=1)的情况下(tave/tdbr)和增益gth之间的关系的模拟结果以及在lop=1.01×λ(假设m=1)的情况下(tave/tdbr)和增益gth之间的关系的模拟结果的示图;

[图11]图11a、图11b和图11c是用于解释实施方式1的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图12]图12是实施方式4的发光元件的示意性局部端视图;

[图13]图13a和图13b是用于解释实施方式4的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图14]图14是继图13b之后的用于解释实施方式4的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图15]图15是继图14之后的用于解释实施方式4的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图16]图16是继图15之后的用于解释实施方式4的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图17]图17是继图16之后的用于解释实施方式4的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图18]图18是继图17之后的用于解释实施方式4的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图19]图19是实施方式4的发光元件的变型例的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图20]图20是实施方式4的发光元件的变型例的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图21]图21是实施方式5的发光元件的示意性局部端视图;

[图22]图22是实施方式6的发光元件的示意性局部端视图;

[图23]图23是实施方式6的发光元件的变型例的示意性局部端视图;

[图24]图24a和图24b是用于解释实施方式7的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图25]图25是实施方式9的发光元件的示意性局部端视图;

[图26]图26a和图26b是用于解释实施方式9的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部端视图;

[图27]图27的(a)、(b)和(c)是概念图,每幅图都描绘了常规发光元件、实施方式9的发光元件和实施方式12的发光元件中的光场强度;

[图28]图28是实施方式10的发光元件的示意性局部端视图;

[图29]图29是实施方式11的发光元件的示意性局部端视图;

[图30]图30是实施方式12的发光元件的示意性局部端视图;

[图31]图31是描绘切除图30中描绘的实施方式12的发光元件的主要部分的状态的示意性局部端视图;

[图32]图32是实施方式13的发光元件的示意性局部端视图;

[图33]图33是实施方式14的发光元件的示意性局部端视图;

[图34]图34是在实施方式8的发光元件中,假设由具有相同曲率半径的两个凹入镜部分包围的法布里-珀罗谐振器时的概念图;

[图35]图35是描绘第一光反射层的凹入镜部分的ω0的值、腔长lor的值和曲率半径rdbr的值之间的关系的曲线图;

[图36]图36是描绘第一光反射层的凹入镜部分的ω0的值、腔长lor的值和曲率半径rdbr的值之间的关系的曲线图;

[图37]图37a和图37b分别是示意性地描绘当ω0的值为“正”时激光的集中状态的示图和示意性地描绘当ω0的值为“负”时激光的集中状态的示图;

[图38]图38是示例1的发光元件的示意性局部截面图与纵向模式a和纵向模式b的两个纵向模式重叠的示图;

[图39]图39a和图39b是示意性地描绘由有源层确定的增益谱中存在的纵向模式的概念图;

[图40]图40是描绘当光(入射光)入射到光反射层上而入射到光反射层上的光的波长变化时光反射层的光反射率的测量结果的并且示意性地将阻带的中心描绘为光反射层中的光反射率最大化的波长的示图。

具体实施方式

虽然下面将基于其实施方式并参考附图来描述本公开,但是本公开不限于这些实施方式,并且实施方式中的各种数值和材料仅仅是说明性的。注意,将按照以下顺序进行描述。

1.根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件的概述

2.实施方式1(根据本公开的第一模式的发光元件)

3.实施方式2(根据本公开的第二模式的发光元件)

4.实施方式3(实施方式1和2的变型例)

5.实施方式4(实施方式1至3的变型例,第(4-a)配置的发光元件)

6.实施方式5(实施方式4的变型例,第(4-b)配置的发光元件)

7.实施方式6(实施方式4和5的变型例,第五配置的发光元件)

8.实施方式7(实施方式6的变型例)

9.实施方式8(实施方式4至7的变型例,第一配置的发光元件)

10.实施方式9(实施方式4至8的变型例,第(2-a)配置的发光元件)

11.实施方式10(实施方式9的变型例,第(2-b)配置的发光元件)

12.实施方式11(实施方式9和10的变型例,第(2-c)配置的发光元件)

13.实施方式12(实施方式9至11的变型例,第(2-d)配置的发光元件)

14.实施方式13(实施方式9至12的变型例)

15.实施方式14(实施方式4至8的变型例,第(3-a)配置的发光元件、第(3-b)配置的发光元件、第(3-c)配置的发光元件以及第(3-d)配置的发光元件)

16.其他

<根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件的概述>

在根据本公开的第一模式的发光元件中,lop的值可以是

0.95×λ≤lop≤0.99×λ,以及

tdbr<tave,优选地,可以满足

1.01×tdbr≤tave≤1.05×tdbr。

或者,lop的值可以是

0.95×λ≤lop≤0.99×λ,

在光吸收层所在的一侧的光反射层的阻带中心处的波长λsb-c可以长于λ0,并且优选地,满足

1.01×λ0≤λsb-c≤1.05×λ0。

或者,在根据本公开的第一模式的发光元件中,lop的值可以是

1.01×λ≤lop≤1.05×λ,以及

tave<tdbr,优选地,可以满足

0.95×tdbr≤tave≤0.99×tdbr。

或者,lop的值可以是

1.01×λ≤lop≤1.05×λ,

在光吸收材料层所在的一侧的光反射层的阻带中心处的波长λsb-c可以小于λ0,并且优选地,满足

0.95×λ0≤λsb-c≤0.99×λ0。

在此处,光反射层的光反射率最大的波长是阻带中心。具体地,如图40所示,当光(入射光)入射到光反射层上时,测量光反射层的光反射率,同时入射到光反射层上的光的波长变化,并且光反射层的光反射率最大的波长是阻带中心。在实际的光反射层中,例如,在光反射率为80%的波长下进行光反射率的测量,并且将测量结果与模拟结果进行比较,由此可以进行评估。

在根据本公开的第二模式的发光元件中,lop的值可以是

0.95×λ≤lop≤0.99×λ,以及

λ0/(4ndel)<ldel,优选地,可以满足

1.01×λ0/(4ndel)≤ldel≤1.05×λ0/(4ndel)。

或者,lop的值可以是

1.01×λ≤lop≤1.05×λ,以及

ldel<λ0/(4ndel),优选地,可以满足

0.95×λ0/(4ndel)≤ldel≤0.99×λ0/(4ndel)。

此外,在包括上述优选模式的根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件中,优选地,光吸收材料层位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中生成的最小振幅部分附近。在此处,假设生成最小振幅部分的位置为psmin-0,假设在位置psmin-0两侧生成振幅(最小振幅部分)×1.05的位置为psmin-1和psmin-2,则“最小振幅部分附近”是指从位置psmin-1到位置psmin-2的区域。

此外,在包括上述优选模式的根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件中,优选地,有源层位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中生成的最大振幅部分的附近。在此处,假设生成最大振幅部分的位置为pmax-0,假设在位置psmax-0两侧生成(最大振幅部分)×0.95的振幅的位置为psmax-1和psmax-2,则“最大振幅部分附近”是指从位置psmax-1到位置psmax-2的区域。

此外,在包括上述优选模式的根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件中,光吸收材料层可以具有等于或大于构成发光结构的化合物半导体的光吸收系数的两倍的光吸收系数。在此处,可以通过从例如在电子显微镜下对发光元件的一部分的观察中观察组成材料并从对各个组成材料观察的已知评估结果中类比推断光吸收系数,来确定光吸收材料层的光吸收系数和构成发光结构的化合物半导体的光吸收系数。

此外,在包括上述优选模式的根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件中,光吸收材料层可以包括选自带隙比构成发光结构的化合物半导体窄的化合物半导体材料、掺杂有杂质的化合物半导体材料、透明导电材料和具有光吸收特性的介电材料的至少一种类型的材料。在此处,在构成发光结构的化合物半导体是gan的情况下,带隙比构成发光结构的化合物半导体窄的化合物半导体材料的示例包括ingan,掺杂有杂质的化合物半导体材料的示例包括掺杂有mg的p-gan,透明导电材料的示例包括用于构成下面描述的电极的透明导电材料,并且具有光吸收特性的介电材料的示例包括用于构成下面描述的光反射层的材料(例如,siox、sinx、taox等)。光吸收材料层可以形成在第一化合物半导体层中,可以形成在第二化合物半导体层中,可以形成在第一化合物半导体层和第一光反射层之间的界面处,或者可以形成在第二化合物半导体层和第二光反射层之间的界面处。或者,光吸收材料层也可以用作包括下面描述的透明导电材料的电极。

此外,在包括上述优选模式的根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件中,第一化合物半导体层、有源层和第二化合物半导体层(发光结构)可以包括gan基化合物半导体材料。在此处,gan基化合物半导体的具体示例包括gan、algan、ingan和alingan。此外,根据需要,化合物半导体可以包含硼(b)原子、铊(t1)原子、砷(as)原子、磷(p)原子或锑(sb)原子。有源层理想地具有量子阱结构。具体地,有源层可以具有单量子阱结构(sqw结构)或者可以具有多量子阱结构(mqw结构)。具有量子阱结构的有源层具有其中堆叠至少一个阱层和至少一个阻挡层的结构,并且(构成阱层的化合物半导体、构成阻挡层的化合物半导体)的组合的示例包括(inyga(1-y)n,gan)、(inyga(1-y)n,inzga(1-z)n)[假设y>z]以及(inyga(1-y)n,algan)。第一化合物半导体层可以包括第一导电类型(例如,n型)的化合物半导体,并且第二化合物半导体层可以包括不同于第一导电类型的第二导电类型(例如,p型)的化合物半导体。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层也称为第一包覆层和第二包覆层。优选地,在下述第二电极和第二化合物半导体层之间形成电流收缩结构。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层可以是单结构层,可以是多层结构层,或者可以是超晶格结构层。此外,可以是设有成分梯度层或浓度梯度层的层。

为了获得电流收缩结构,可以在下述第二电极和第二化合物半导体层之间形成包括绝缘材料(例如,siox、sinx或alox)的电流收缩层;可以通过rie方法等蚀刻第二化合物半导体层,以形成台面结构;堆叠的第二化合物半导体层的部分层可以从侧面氧化,以形成电流收缩区域;可以将杂质离子注入到第二化合物半导体层中,以形成电导率降低的区域;或者可以根据需要组合这些方法。然而,应当注意,第二电极应该与第二化合物半导体层中电流由于电流收缩而流动的部分电连接。

在以下描述中,面向有源层(发光层)的第一化合物半导体层的表面可以称为第一化合物半导体层的第二表面,并且与第一化合物半导体层的第二表面相对的第一化合物半导体层的表面可以称为第一化合物半导体层的第一表面。此外,面向有源层的第二化合物半导体层的表面可以称为第二化合物半导体层的第一表面,与第二化合物半导体层的第一表面相对的第二化合物半导体层的表面可以称为第二化合物半导体层的第二表面。

在根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件中,假设有源层、光吸收材料层和构成位于有源层和光吸收材料层之间的发光结构部分的每一层的相应厚度为tj,并且假设各层的相应折射率为nj,则占据从有源层到光吸收材料层的各层等效折射率neq由下式表示

neq=∑(tj×nj)/∑(tj)

其中,j=1,2,3,…,j,“j”是有源层、光吸收材料层和构成位于有源层和光吸收材料层之间的发光结构部分的层的总数,并且“∑”表示从j=1到j=j的总和。可以通过从例如在电子显微镜下对发光元件的一部分的观察中观察组成材料并基于各个组成材料的已知折射率和通过观察获得的厚度计算等效折射率neq,来计算等效折射率neq。

在根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件中,从有源层到光吸收材料层的光学距离lop是指从有源层的厚度方向中心到光吸收材料层的厚度方向中心的光学距离。另外,在根据本公开的第二模式的发光元件中,从光吸收材料层到光吸收材料层所在的一侧的光反射层和介电层之间的界面的光学距离ldel是指从光吸收材料层的厚度方向中心到光吸收材料层所在的一侧的光反射层和介电层之间的界面的光学距离。

在根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件中,包括上述优选模式(在下文中,这些模式可以统称为“本公开的发光元件等”),优选地,光吸收材料层的厚度等于或小于λ0/(4·neq)。作为光吸收材料层的厚度下限的示例,可以例举1nm。

形成构成发光元件的各种化合物半导体层的方法的示例包括mocvd方法(金属有机化学气相沉积方法)、movpe方法(金属有机气相外延方法)、分子束外延方法(mbe方法)、卤素有助于传输或反应的氢化物气相生长方法(hvpe方法)、ald方法(原子层沉积方法)、迁移增强外延方法(mee方法)和等离子体辅助物理气相沉积方法(ppd方法),但是这些都是非限制性的。在此处,作为有机镓源气体,在mocvd方法中,可以例举三甲基镓(tmg)气体和三乙基镓(teg)气体,并且作为氮源气体,可以例举铵气体和肼气体。在形成具有n型导电类型的gan基化合物半导体层时,例如,可以添加硅(si),作为n型杂质(n型掺杂剂),并且在形成具有p型导电类型的gan基化合物半导体层时,例如,可以添加镁(mg),作为p型杂质(p型掺杂剂)。在包含铝(al)或铟(in)作为gan基化合物半导体层的组成原子的情况下,三甲基铝(tma)气体可以用作al源,三甲基铟(tmi)气体可以用作in源。此外,甲硅烷气体(sih4气体)可以用作si源,而双环戊二烯基镁气体、甲基环戊二烯基镁或双环戊二烯基镁(cp2mg)可以用作mg源。注意,除了si之外,可以例举ge、se、sn、c、te、s、o、pd和po,作为n型杂质(n型掺杂剂),而除了mg之外,可以例举zn、cd、be、ca、ba、c、hg和sr,作为p型杂质(p型掺杂剂)。

形成电连接到第一化合物半导体层的第一电极,第二电极形成为与第二化合物半导体层接触。第一电极形成为与第一化合物半导体层接触,或者通过基板电连接到第一化合物半导体层。第一电极可以包括金属或合金,而第二电极可以包括透明导电材料。利用包括透明导电材料的第二电极,电流可以在横向方向(第二化合物半导体层的面内方向)上扩散,并且电流可以有效地供应到元件区域。优选地,第二电极形成在第二化合物半导体层的第二表面上,并且第二光反射层形成在第二电极上或第二电极的上侧上。在此处,“元件区域”是指注入收缩电流的区域、由于折射率差等限制光的区域、介于第一光反射层和第二光反射层之间并产生激光振荡的区域、或者介于第一光反射层和第二光反射层之间并实际上对激光振荡有贡献的区域。

在包括上述各种优选模式的本公开的发光元件中,在有源层中生成的光可以经由第二光反射层发射到外部(在下文中,为了方便起见,该模式中的发光元件将称为“第二光反射层发射类型的发光元件”),或者可以经由第一光反射层发射到外部(在下文中,为了方便起见,该模式中的发光元件将称为“第一光反射层发射类型的发光元件”)。注意,在第一光反射层发射类型的发光元件中,在一些情况下可以移除基板(发光元件生产基板)。在移除基板(发光元件生产基板)的情况下,第二光反射层可以固定到支撑基板。发光元件可以包括表面发射激光器元件(垂直腔表面发射激光器,vcsel),其中,光经由第一光反射层从第一化合物半导体层的顶面发射,或者发光元件可以包括表面发射激光器元件,其中,光经由第二光反射层从第二化合物半导体层的顶面发射。

在移除基板(发光元件生产基板)的情况下,例如,可以在基板上形成第一光反射层和第一化合物半导体层,然后,可以在第一化合物半导体层上依次形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极和第二光反射层(包括光吸收材料层的形成),并且此后,可以移除基板,其中,第一光反射层作为阻挡层。具体地,例如,在基板上形成第一光反射层和第一化合物半导体层,然后,可以在第一化合物半导体层上依次形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极和第二光反射层(包括光吸收材料层的形成),接下来,可以将第二光反射层固定到支撑基板,然后,移除基板,其中,第一光反射层作为阻挡层,以暴露第一化合物半导体层(第一化合物半导体层的第一表面)和第一光反射层。此外,第一电极可以形成在第一化合物半导体层(第一化合物半导体层的第一表面)上。或者,当基于基板的移除速率(抛光速率)控制移除量时,可以不必使用阻挡层。

可以基于化学/机械抛光方法(cmp方法)进行基板(发光元件生产基板)的移除。注意,首先,可以通过使用碱水溶液(例如,氢氧化钠水溶液和氢氧化钾水溶液、铵溶液+过氧化氢水溶液、硫酸溶液+过氧化氢水溶液、盐酸溶液+过氧化氢水溶液、磷酸溶液+过氧化氢水溶液等)的湿蚀刻方法、干蚀刻方法、使用激光的剥离方法、机械抛光方法等,或者这些方法的组合,来进行部分基板的移除,或者可以减小基板的厚度,接下来,可以进行化学/机械抛光方法,以暴露第一化合物半导体层(第一化合物半导体层的第一表面)和第一光反射层。

基板(发光元件生产基板)的示例包括gan基板、蓝宝石基板、gaas基板、sic基板、氧化铝基板、zns基板、zno基板、aln基板、limgo基板、ligao2基板、mgal2o4基板、inp基板、硅基板以及通过在这些基板的表面(主表面)上形成接地层或缓冲层而获得的基板。在基板上形成gan基化合物半导体层的情况下,从其低缺陷密度的观点来看,使用gan基板是优选的。尽管根据生长表面,gan基板的极性/非极性/半极性的特性不同,但是gan基板的任何主表面(第二表面)都可以用于形成化合物半导体层。此外,关于这些基板的主表面,根据晶体结构(例如,立方型、六边形等),也可以使用通常称为a平面、b平面、c平面、r平面、m平面、n平面、s平面等的晶体取向平面或通过将这些平面转向特定方向而获得的平面。

例如,支撑基板可以包括作为发光元件生产基板的示例例举的各种基板中的任何一种,或者可以包括包含aln等的绝缘基板、包括si、sic、ge等的半导体基板、金属基板或基于合金的基板,但是优选使用导电基板。或者,从机械特性、弹性变形、塑性变形特性、散热特性等的观点来看,优选使用金属基板或合金基板。作为支撑基板的厚度的示例,可以例举0.05至1mm。可用于将第二光反射层固定到支撑基板的固定方法的示例包括已知的方法,例如,焊料接合方法、常温接合方法、使用压敏粘合带的接合方法、使用蜡接合的接合方法、使用粘合剂的方法,但是从确保导电性的角度来看,期望采用焊料接合方法或常温接合方法。例如,在作为导电基板的硅半导体基板用作支撑基板的情况下,为了抑制由于热膨胀系数的差异引起的翘曲,期望采用能够在400℃或更低的低温下实现接合的接合方法。在gan基板用作支撑基板的情况下,接合温度可以等于或高于400℃。

在第一反射层发射型的发光元件中,在移除基板的情况下,第一化合物半导体层的第一表面上的第一光反射层和第一电极的布局状态的示例可以包括第一光反射层和第一电极彼此接触的状态或者第一光反射层和第一电极彼此间隔开的状态,或者在一些情况下,形成到第一光反射层的边缘部分的上侧的第一电极的状态,或者形成到第一电极的边缘部分的上侧的第一光反射层的状态。在此处,在形成到第一电极的边缘部分的上侧的第一光反射层的状态的情况下,第一电极应该具有一定尺寸的开口,以便在激光振荡的基本模式中最小化其对光的吸收。开口的尺寸根据基本模式的波长和横向(第一化合物半导体层的面内方向)的光限制结构而变化,因此不受限制,但是优选地是大于是λ0的几倍。或者,第一光反射层和第一电极可以彼此间隔开,即,可以具有偏移,并且间隔开的距离可以在1mm内。

此外,在包括上述各种优选模式的本公开的发光元件中,第二化合物半导体层的表面粗糙度ra(第二化合物半导体层的第二表面)优选等于或小于1.0nm。在jisb-610:2001中定义表面粗糙度ra,具体地,可以在基于afm或截面tem的基础上测量。

第一电极理想地具有例如单层或多层配置,其包括选自金(au)、银(银)、钯(pd)、铂(pt)、镍(ni)、ti(钛)、钒(v)、钨(w)、铬(cr)、al(铝)、cu(铜)、zn(锌)、锡(sn)和铟(in)的至少一种金属(包括合金)。具体的示例包括ti/au、ti/al、ti/al/au、ti/pt/au、ni/au、ni/au/pt、ni/pt、pd/pt以及ag/pd。注意,多层配置中“/”前面的层位于更活跃的层一侧。这也适用于以下描述。第一电极可以以膜的形式形成,例如,通过诸如真空沉积法和溅射法等pvd方法。

构成第二电极的透明导电材料的示例包括铟基透明导电材料[具体地,例如,铟锡氧化物(ito,包括sn掺杂的in2o3、结晶的ito和无定形的ito)、铟锌氧化物(izo)、铟镓氧化物(igo)、铟掺杂的镓锌氧化物(igzo、in-gazno4)、ifo(f掺杂的in2o3)、itio(ti掺杂的in2o3)、insn、insnzno]、锡基透明导电材料[具体地,例如,氧化锡(sno2)、ato(sb掺杂的sno2)、fto(f掺杂的sno2)]、锌基透明导电材料[具体地,例如,氧化锌(zno,包括al掺杂的zno(azo)和b掺杂的zno)、镓掺杂氧化锌(gzo)、almgzno(氧化铝和氧化镁掺杂的氧化锌)]和nio。或者,第二电极的示例包括透明导电膜,包括氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化锑、氧化镍等,作为母层,并且包括透明导电材料,例如,尖晶石型氧化物或具有ybfe2o4结构的氧化物。然而,应当注意,尽管根据第二光反射层和第二电极的布局状态,但是构成第二电极的材料不限于透明导电材料,并且也可以使用诸如钯(pd)、铂(pt)、镍(ni)、金(au)、钴(co)和铑(rh)等金属。第二电极仅需要包括这些材料中的至少一种。第二电极可以以膜的形式形成,例如,通过诸如真空沉积法和溅射法等pvd方法。或者,低电阻的半导体层可以用作透明电极层;在这种情况下,具体地,也可以使用n型gan基化合物半导体层。此外,在与n型gan基化合物半导体层相邻的层是p型的情况下,通过隧道结连接两层,可以降低界面处的电阻。

可以在第一电极和第二电极上设置焊盘电极,用于电连接到外部电极或电路。期望焊盘电极具有单层配置或多层配置,该单层配置或多层配置包括选自包括ti(钛)、铝(al)、铂(pt)、au(金)、ni(镍)和pd(钯)的至少一种金属。或者,焊盘电极可以具有多层配置,其示例包括ti/pt/au的多层配置、ti/au的多层配置、ti/pd/au的多层配置、ti/pd/au的多层配置、ti/ni/au的多层配置以及ti/ni/au/cr/au的多层配置。在第一电极包括ag层或ag/pd层的情况下,优选在第一电极的表面上形成包括例如ni/tiw/pd/tiw/ni的覆盖金属层,并且在覆盖金属层上形成包括例如ti/ni/au的多层配置或ti/ni/au/cr/au的多层配置的焊盘电极。

光反射层(分布式布拉格反射层、dbr层)包括例如半导体多层膜或介电多层膜。介电材料的示例包括氧化物、氮化物(例如,sinx、alnx、algan、ganx、bnx等)或si、mg、al、hf、nb、zr、sc、ta、ga、zn、y、b、ti等的氟化物等。具体示例包括siox、tiox、nbox、zrox、taox、znox、alox、hfox、sinx和alnx。在这些介电材料中,包括具有不同折射率的介电材料的两种或多种介电膜可以交替堆叠,由此可以获得光反射层。例如,优选siox/siny、siox/taox、siox/nboy、siox/zroy、siox/alny等的多层膜。为了获得期望的光反射率,可以根据需要选择构成每个介电膜的材料、膜厚度、堆叠的膜的数量等。每个介电膜的厚度可以根据需要根据所使用的材料等进行调整,并且由λ0和在λ0处使用的材料的折射率n来确定。具体地,厚度优选为奇数倍或奇数倍附近的值,λ0/(4n)。例如,在光反射层包括λ0为410nm的发光元件中的siox/nboy的情况下,可以例举大约40至70nm的值,作为厚度的示例。堆叠的膜的数量可以例如等于或多于两个,优选地大约为5至20。光反射层的整体厚度例如可以大约为0.6至1.7μm。此外,光反射层的光反射率期望等于或大于95%。

或者,期望第一光反射层包括至少包含n(氮)原子的介电膜,此外,更期望包含n原子的介电膜是介电多层膜的最上层。或者,期望第一光反射层覆盖有至少包含n(氮)原子的介电材料层。或者,期望对第一光反射层的表面进行氮化处理,以使第一光反射层的表面是至少包含n(氮)原子的层(为了方便起见,在下文中称为“表面层”)。包含至少n原子的介电膜或介电材料层或表面层的厚度优选为奇数倍或奇数倍附近的值,λ0/(4n)。构成包含至少n原子的介电膜或介电材料层的材料的具体示例包括sinx和sioxnz。通过这样形成介电膜或介电材料层或包含至少n原子的表面层,确保了当形成覆盖第一光反射层的化合物半导体层时,覆盖第一光反射层的化合物半导体层的晶体轴和发光元件生产基板的晶体轴之间的偏差可以得到改善,并且用作谐振器的发光结构的质量可以提高。

光反射层可以基于已知方法形成,其具体实例包括pvd方法,例如,真空沉积法、溅射法、反应溅射法、ecr等离子体溅射法、磁控溅射法、离子束辅助气相沉积法、离子镀法和激光烧蚀法;各种cvd方法;涂覆方法,例如,喷涂法、旋涂法和浸渍法;将两种或多种方法组合的方法;以及将这些方法与全部或部分预处理、用惰性气体(ar、he、xe等)或等离子体照射、用氧气、臭氧气体或等离子体照射、氧化处理(热处理)和曝光处理中的一种或多种相结合的方法。

光反射层在尺寸和形状上没有特别限制,只要覆盖电流注入区域(下面描述)或元件区域。元件区域的形状、第一光反射层、第二光反射层、电流注入区域和电流非注入内部区域之间的边界、电流非注入内部区域和电流非注入外部区域之间的边界的形状以及设置在元件区域和电流收缩区域中的开口的平面图形状的具体示例包括圆形、椭圆形、矩形和多边形(三角形、四边形、六边形等)。此外,第一电极的平面图形状的示例包括环形。元件区域、第一光反射层和第二光反射层的平面图形状、设置在电流限制层中的开口的平面图形状、环形第一电极的内环的平面图形状、电流注入区域和电流非注入内部区域之间的边界的形状以及电流非注入内部区域和电流非注入外部区域之间的边界的形状理想地是相似的形状。在电流注入区域和电流非注入内部区域之间的边界的形状为圆形的情况下,直径优选地大约为5μm至100μm。在此处,“元件区域”是指注入收缩电流的区域、由于折射率差等而限制光的区域,介于第一光反射层和第二光反射层之间并且产生激光振荡的区域,或者介于第一光反射层和第二光反射层之间并且实际上有助于激光振荡的区域。

堆叠结构和发光结构的侧表面和暴露表面可以用涂层覆盖。可以基于已知的方法进行涂层的形成。优选地,构成涂层的材料的折射率小于构成堆叠结构和发光结构的材料的折射率。构成涂层的绝缘材料的示例包括基于siox的材料(包括sio2)、基于sinx的材料,基于sioxnz的材料、taox,zrox,alnx,alox和gaox以及有机材料,例如,聚酰亚胺树脂。形成涂层的方法的示例包括pvd方法(例如,真空沉积方法和溅射方法)以及cvd方法,并且也可以基于涂覆方法形成涂层。

实施方式1

实施方式1涉及根据本公开的第一模式的发光元件。

由于在图1a中示出了示意性的部分截面图,下面描述的实施方式1的发光元件或实施方式2至14的发光元件均具体为表面发射激光器元件(垂直腔表面发射激光器vcsel),其包括

堆叠结构,在堆叠状态下该堆叠结构包括:

第一光反射层41,其中,堆叠有多个薄膜,

发光结构20,以及

第二光反射层42,其中,堆叠有多个薄膜,

其中,发光结构20包括:

第一化合物半导体层21,

有源层(发光层)23,以及

第二化合物半导体层22,其从第一光反射层侧开始堆叠。

在下面描述的实施方式1或实施方式2至14中,第一化合物半导体层21、有源层23和第二化合物半导体层22(发光结构20)包括gan基化合物半导体材料。具体地,第一化合物半导体层21包括n-gan层,有源层23包括五重多量子阱结构,其中,in0.04ga0.96n层(阻挡层)和in0.16ga0.84n层(阱堆叠,并且第二化合物半导体层22包括p-gan层。此外,第一电极31包括ti/pt/au,并且用于电连接到外部电极或电路的包括例如ti/pt/au或v/pt/au的焊盘电极(未示出)形成在第一电极31的边缘部分上或连接到第一电极31的边缘部分上。第二电极32包括透明导电材料,具体地,ito,并且用于电连接到外部电极或电路的包括例如pd/ti/pt/au、ti/pd/au或ti/ni/au的焊盘电极33形成在第二电极32的边缘部分上或连接到第二电极32的边缘部分上。第一光反射层41和第二光反射层42均包括sin层和sio2层的堆叠结构(堆叠的电介质膜的总数:20)。第二电极32还用作光吸收材料层71,并且设置在实施方式1的发光元件中的第二化合物半导体层22和第二光反射层42之间。从第一化合物半导体层21的第一表面21a到一定深度的第一光反射层41的区域、发光结构20(第一化合物半导体层21、有源层23和第二化合物半导体层22)、以及从第二化合物半导体层22的第二表面22b到一定深度的第二光反射层42的区域构成谐振器。腔长等于或大于5×10-6m(5μm)。从有源层发射的具有最大强度的光的波长(为了方便起见,在下文中称为“振荡波长”)λ0为445nm。第二电极32(光吸收材料层71)的厚度等于或小于λ0/(4·neq),具体地,为3nm。此外,光吸收材料层71的光吸收系数等于或大于包括p-gan层的第二化合物半导体层22的光吸收系数的两倍,具体地,是1×103倍。

第一光反射层41和第一化合物半导体层21设置在导电基板11(发光元件生产基板,具体地,n-gan基板)上(具体地,在基板11的第一表面11a上)。此外,在有源层23中生成的光经由第二光反射层42发射到外部。换言之,实施方式1的发光元件是第二光反射层发射类型的发光元件,并且具体地,包括表面发射激光元件(垂直腔表面发射激光器,vcsel),其中,光经由第二光反射层42从第二化合物半导体层22的顶面发射。在基板11的外表面(第二表面11b)上设置第一电极31。在与基板11的第二表面11b相对的第一表面11a上形成包括多层膜的第一化合物半导体层21和第一光反射层41。

在实施方式1的发光元件中,包括诸如sio2等绝缘材料的电流限制层24形成在第二电极32和第二化合物半导体层22之间。电流限制层24形成有圆形开口25,并且在开口25的底部暴露第二化合物半导体层22。

第二电极32形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b上,并且包括多层膜的第二光反射层42形成在第二电极32上。具体地,第二电极32形成在从第二化合物半导体层22的第二表面22b上的位置到电流限制层24上的位置的范围内,并且第二光反射层42形成在第二电极32上。此外,用于电连接到外部电极或电路的焊盘电极33连接到第二电极32的边缘部分上。元件区域的平面图形状是圆形的,并且设置在电流限制层24中的第一电极31、第一光反射层41、第二光反射层42和开口25的平面图形状也是圆形的。虽然第一光反射层41和第二光反射层42具有多层结构,但是为了简化附图,均由单层表示。电流限制层24的形成并不是必需的。

此外,在实施方式1的发光元件中,发光结构20形成有平行于由有源层23占据的虚拟平面的光吸收材料层71,假设从有源层23发射并且具有最大强度的光的波长为λ0,假设占据从有源层23到光吸收材料层71的层等效折射率为neq,假设从有源层23到光吸收材料层71的光学距离为lop,并且假设λ≡{(2m+1)λ0}/(4neq)(假设m是等于或大于0的整数),则lop的值是不同于λ的值。另外,光吸收材料层71所在的一侧的光反射层(第二光反射层42)的厚度tave是不同于厚度tdbr(光吸收材料层71所在的一侧的光反射层(第二光反射层42)的理论厚度以及1/4波长的厚度)的值。在此处,假设构成光吸收材料层71所在的一侧的光反射层(第二光反射层42)的薄膜的折射率为ni,并且假设薄膜的总数为l,则

tdbr=∑(λ0/4ni)

其中,i=1,2,3,…,l和“∑”表示从i=1到i=1的总和。具体地,在实施方式1中,如上所述,第二光反射层42包括sin层(折射率=2.05)和sio2层(折射率=1.49),并且l=22(sin层的总数:11,sio2层的总数:11)。此外,m=1,并且

λ≡{(2m+1)λ0}/(4neq)

=136(nm)。

此外,在实施方式1中,lop的值为

0.95×λ≤lop≤0.99×λ

并且

tdbr<tave,

优选地,满足

1.01×tdbr≤tave≤1.05×tdbr

或者,lop的值为

0.95×λ≤lop≤0.99×λ

并且

光吸收材料层71所在的一侧的光反射层(第二光反射层42)的阻带中心的波长λsb-c大于λ0,并且,理想地,满足

1.01×λ0≤λsb-c≤1.05×λ0

注意,如下所述,如果lop的值小于0.95×λ或超过1.05×λ,则可能导致阈值电流上升。

或者,lop的值为

1.01×λ≤lop≤1.05×λ

并且

tave<tdbr,

优选地,

0.95×tdbr≤tave≤0.99×tdbr。

或者,lop的值为

1.01×λ≤lop≤1.05×λ

并且

光吸收材料层71所在的一侧的光反射层的阻带中心的波长λsb-c小于λ0,理想地,满足

0.95×λ0≤λsb-c≤0.99×λ0

此外,光吸收材料层71位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中生成的最小振幅部分的附近,并且有源层23位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中生成的最大振幅部分的附近。这同样适用于下面描述的实施方式2至14。

在图5a、图5b和图6中描绘了在lop=1.00×λ(假设m=1)、lop=1.02×λ(假设m=1)和lop=1.04×λ(假设m=1)的情况下,有源层等的位置和光场之间的关系以及有源层等的位置和折射率位置之间的关系。

在相关技术中,如图5a所示,lop=1.00×λ。因此,光强分布中的最大振幅部分的位置(谐振器中驻波一侧的波腹的位置)和有源层23的位置彼此一致,光强分布中的最小振幅部分的位置(谐振器中驻波另一侧的波腹的位置)和包括吸收光的ito的光吸收材料层71的位置彼此一致。另一方面,如图5b和图6所示,在实施方式1的发光元件中,lop=1.02×λ或lop=1.04×λ成立,因此,谐振器中驻波一侧的波腹位置与有源层23的位置不一致,谐振器中驻波另一侧的波腹位置与光吸收材料层71的位置也不一致。具体地,在这些情况下,谐振器中驻波的波腹通常向有源层一侧偏离。在此处,在包括构成第二光反射层42的介电材料的多个薄膜的膜厚由于某种原因减小的情况下,或者在振荡波长λ0向较短波长侧偏离的情况下,谐振器中驻波的波腹的位置通常向第二光反射层侧移动。换言之,反射镜被认为有效存在的位置存在于第二反射层42内部;在包括构成第二光反射层42的介电材料的多个薄膜的膜厚由于某种原因而减小的情况下,该位置偏离有源层23更远的位置,并且驻波也在相同的方向上偏离。即使波长发生变化,也能获得与膜厚偏离情况下相同的效果。结果,在图5a所示的相关技术中,谐振器中驻波一侧的波腹位置与有源层23的位置不一致,谐振器中驻波另一侧的波腹位置与光吸收材料层71的位置不一致。另一方面,在图5b和图6所示的实施方式1的发光元件中,谐振器中驻波的波腹位置通常朝向第二光反射层侧移动,即,在谐振器中驻波一侧的波腹位置和有源层23的位置彼此一致的方向上移动,并且在谐振器中驻波另一侧的波腹位置和光吸收材料层71的位置彼此一致的方向上移动。结果,可以消除谐振器中驻波的波腹位置的变化。

图7a中描绘了在lop=1.01×λ(假设m=1)的情况下(tave/tdbr)和增益gth之间关系的模拟结果,并且图7b中描绘了在lop=0.99×λ(假设m=1)的情况下(tave/tdbr)和增益gth之间关系的模拟结果。此外,作为比较示例1,在图8中描绘了在lop=1.00×λ(假设m=1)的情况下(tave/tdbr)和增益gth之间的关系的模拟结果。另外,在图9中描绘了在(lop/λ)和厚度tave的公差之间的关系以及在(lop/λ)和增益gth之间的关系的模拟结果。

从图7a和图8之间的比较以及图7b和图8之间的比较中,发现响应于厚度tave的变化的增益gth的变化在实施方式1中比在比较示例1中小。换言之,在实施方式1的发光元件中,即使在第二光反射层42的厚度变化的情况下,也可以更好地抑制阈值电流的变化。换言之,发现与tave可变性相关的容差增大。在此处,“与tave可变性相关的容差”被定义为偏差范围,使得增益gth的上升率基于增益gth的最小值等于或小于4%。此外,有源层23和光场之间重叠的减少和第二电极32(光吸收材料层71)和光场之间重叠的减少同时发生,并且抵消增益gth的减少,导致可以实现增大的容差。

在lop的值为1.01×λ≤lop≤1.05×λ或0.95×λ≤lop≤0.99×λ的情况下,光强分布中最大振幅部分的位置(谐振器中驻波一侧的波腹位置)和有源层23的位置不能彼此一致,光强分布中最小振幅部分的位置(谐振器中驻波另一侧的波腹的位置)和包括吸收光的ito的光吸收材料层71的位置不一致。另一方面,由于tave<tdbr或tave>tdbr,或者由于光吸收材料层71所在的一侧上的光反射层的阻带中心的波长λsb-c不同于λ0,因此光场是移动的,光强分布中一侧上的波腹的位置和有源层23的位置彼此一致,并且光强分布中另一侧的波腹的位置和光吸收材料层71的位置彼此一致。因此,增益的增加和损耗的增加相互抵消,并且可以抑制阈值电流的变化。在形成堆叠了包括介电材料的多个薄膜的光反射层时,尽管根据成膜设备,但是通常存在大约5%的膜厚度面内分布。因此,为了有效地抑制阈值电流的变化,即使在存在约5%的膜厚度面内分布的情况下,如果满足上述条件,这就足够了。此外,由于与tave的可变性相关的容差增大,所以可以实现提高发光元件的生产产量,可以实现稳定的阈值电流,并且即使在多个表面发射激光元件在一个芯片上排列成阵列的情况下,散斑也减少,并且可以提供具有均匀阈值电流的光源。

光反射层厚度的可变性根据用于形成光反射层的设备等而变化。因此,建议进行各种测试,以掌握光反射层厚度的可变性状态,并确定(设计)lop的最合适的值。此外,例如,波长λ0可以根据有源层等的成分可变性而变化。此外,同样在波长λ0已经发生变化的情况下,光强分布中一侧的波腹的位置和有源层23的位置彼此不一致,并且光强分布中另一侧的波腹的位置和光吸收材料层71的位置彼此不一致;然而,在这种情况下,如果满足上述条件,可以有效地抑制阈值电流的变化。

下面将参考图11a、图11b和图11c描述实施方式1的发光元件的制造方法,图11a、图11b和图11c是堆叠结构等的示意性局部端视图。

[步骤100]

首先,在发光元件生产基板11的第一表面11a上形成包括多层膜并具有突出(projection)形状的第一光反射层41。具体地,基于已知方法,在包括gan基板的发光元件生产基板11的第一表面11a上形成包括多层膜并被图案化的第一光反射层41。以这种方式,可以获得如图11a所示的结构。第一光反射层41的形状是盘状的。然而,应当注意,第一光反射层41的形状不限于此。

[步骤110]

接下来,在包括第一光反射层41的发光元件生产基板11上形成发光结构20,发光结构20在堆叠状态下包括:

第一化合物半导体层21,其包括gan基化合物半导体,并且具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b,

有源层(发光层)23,其包括gan基化合物半导体,并且与第一化合物半导体层21的第二表面21b接触,以及

第二化合物半导体层22,其包括gan基化合物半导体,并且具有第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b,第一表面22a与有源层23接触。

具体地,包括n-gan的第一化合物半导体层21通过使用横向外延生长的方法(例如,elo方法)横向生长而形成,此外,基于外延生长方法在第一化合物半导体层21上形成有源层23和第二化合物半导体层22,由此可以获得发光结构20。

[步骤120]

此后,基于已知方法,在第二化合物半导体层22的第二表面22b上形成具有开口25并包括sio2的电流收缩层24(见图11b)。

[步骤130]

随后,在从在开口25的底面暴露的第二化合物半导体层22的第二表面22b到电流限制层24上的位置的范围内,基于例如剥离方法,形成第二电极32,并且进一步基于已知方法形成焊盘电极33。以这种方式,可以获得如图11c所示的结构。接下来,在从第二电极32上的位置到焊盘电极33上的位置的范围内,基于已知方法形成第二光反射层42。

[步骤140]

随后,基于已知方法,在发光元件生产基板11的外表面(第二表面11b)上形成第一电极31等。以这种方式,可以获得如图1a所示的结构。然后,进一步地,进行通常所谓的元件隔离,以隔离发光元件,并且堆叠结构和发光结构的侧表面和暴露表面涂覆有例如包括绝缘材料(例如,sio2)的涂层。然后,进行封装或密封,由此可以完成实施方式1的发光元件。

在发光结构包括基于gaas的化合物半导体层的情况下,腔长l通常短于1μm或更短,并且从表面发射激光元件发射的纵向模式的激光是一种类型的一个波长)(参见图39a的概念图)。因此,可以精确地控制从表面发射激光元件发射的纵向模式的激光的振荡波长。另一方面,在发光结构包括gan基化合物半导体层的情况下,腔长l通常是从表面发射激光元件发射的激光的波长的几倍(具体地,例如,5μm或更高)。因此,可以从表面发射激光元件发射的纵向模式的激光将是多种类型的(参见图39b的概念图),并且可能难以精确控制可以从表面发射激光元件发射的激光的振荡波长。

在由有源层23确定的增益谱中产生多个纵向模式的情况下,这被示意性地表示为如图38所示。注意,在图38中,示出了纵向模式a和纵向模式b这两种纵向模式。此外,在这种情况下,假设光吸收材料层71位于纵向模式a的最小振幅部分,但是不位于纵向模式b的最小振幅部分。然后,纵向模式a中的模式损耗最小化,但是纵向模式b中的模式损耗很大。在图38中,纵向模式b中的模式损耗分量以实线示意性示出。因此,振荡在纵向模式a中比在纵向模式b中更容易。为此,通过使用这种结构,即,通过控制光吸收材料层71的位置,可以稳定特定的纵向模式,并且可以促进振荡。另一方面,由于涉及不期望的其他纵向模式的模式损耗会增加,所以可以抑制不期望的其他纵向模式中的振荡。

如上所述,在实施方式1的发光元件中,光吸收材料层形成在发光结构中,因此,可以抑制处于多种纵向模式的激光的振荡,该激光可以从表面发射激光元件发射并且处于不期望的纵向模式。结果,可以精确控制发射的激光的振荡波长。

在[步骤100]中,基于外延生长方法,可以在包括gan基板的发光元件生产基板11的第一表面11a上形成包括多层膜的第一光反射层41。注意,第一光反射层41的图案化原则上是不必要的。以这种方式,最后,可以获得发光元件,该发光元件具有在图1b中描绘了其示意性局部截面图的结构。

或者,光吸收材料层71可以包括与第二电极32分开的在带隙上比构成发光结构20的化合物半导体更窄的化合物半导体材料,具体地,例如,在第二化合物半导体层22内部的p-in0.2ga0.8n。光吸收材料层71的厚度等于或小于λ0/(4·neq),具体地,为3nm。此外,光吸收材料层71的光吸收系数等于或大于包括p-gan层的第二化合物半导体层22的光吸收系数的两倍,具体地,1×103倍。

或者,光吸收材料层71可以包括与第二电极32分开的掺杂有杂质的化合物半导体材料,具体地,例如,在第二化合物半导体层22内部,具有1×1019/cm3的杂质浓度(杂质:mg)的化合物半导体材料(具体地,p-gan:mg)。

如上所述,在实施方式1中,由于光吸收材料层所在的一侧的光反射层的厚度tave是不同于厚度tdbr(光反射层的固有期望厚度)的值,并且在下面描述的实施方式2的发光元件中,由于ldel≠λ0/(4ndel)(换言之,不同于介电层的固有期望厚度的厚度),所以光强分布中最大振幅部分的位置和有源层的位置彼此偏离,或者光强分布中最小振幅部分的位置和光吸收材料层的位置彼此偏离,导致发光效率降低。然而,在实施方式1或实施方式2的发光元件中,因为lop的值是不同于λ的值,所以可以减小光强分布中最大振幅部分的位置和有源层的位置之间的偏差,并且可以实现发光元件增益的增加。结果,发光效率的降低可以通过增益的增加来抵消,并且可以抑制阈值电流的变化(增加)。此外,由于关于tave的可变性和ldel的可变性的容差增大,所以可以实现提高发光元件的产量,可以实现稳定的阈值电流,即使在多个表面发射激光元件在一个芯片上排列成阵列的情况下,也抑制散斑,并且可以提供具有均匀阈值电流的光源。

实施方式2

实施方式2涉及根据本公开的第二模式的发光元件。

在实施方式2及其变型例中的发光元件,在图2a和图2b中描绘了其示意性部分截面图,光吸收材料层71形成在发光结构20的平行于由有源层23占据的虚拟平面的端部,并且介电层26形成在光吸收材料层71和光吸收材料层71所在的一侧上的光反射层(具体地,第二光反射层42)之间。注意,图2a所示的实施方式2的发光元件对应于图1a所示的实施方式1的发光元件,并且图2b所示的实施方式2的发光元件的变型例对应于图1b所示的实施方式1的发光元件的变型例。然后,假设从有源层23发射的具有最大强度的光的波长为λ0,假设占据从有源层23到光吸收材料层71的层等效折射率为neq,假设从有源层23到光吸收材料层71的光学距离为lop,假设介电层26的折射率为ndel,假设从光吸收材料层71到光吸收材料层71所在的一侧的光反射层(具体地,第二光反射层42)和介电层26之间的界面的光学距离为ldel,并且假设λ≡{(2m+1)λ0}/(4neq)(假设m是等于或大于0的整数),则

lop的值是不同于λ的值,并且

ldel≠λ0/(4ndel)。

在此处,介电层26具有作为相位调整层的功能。

具体地,在实施方式2的发光元件中,lop的值为

0.95×λ≤lop≤0.99×λ

并且

λ0/(4ndel)<ldel,

优选地,

1.01×λ0/(4ndel)≤ldel≤1.05×λ0/(4ndel)。

或者,lop的值为

1.01×λ≤lop≤1.05×λ

并且

ldel<λ0/(4ndel),

优选地,

0.95×λ0/(4ndel)≤ldel≤0.99×λ0/(4ndel)。

在图10a中描述了在lop=0.99×λ(假设m=1)的情况下(tave/tdbr)和增益gth之间关系的模拟结果,在图10b中描述了在lop=1.01×λ(假设m=1)的情况下(tave/tdbr)和增益gth之间关系的模拟结果。

同样在实施方式2的发光元件中,因为lop的值是不同于λ的值,所以光强分布中的一侧的波腹的位置和有源层23的位置不彼此一致,并且光强分布中的另一侧的波腹的位置和光吸收材料层71的位置不彼此一致。另一方面,由于ldel<λ0/(4ndel)或λ0/(4ndel)<ldel,因此光场是移动的,光强分布中一侧的波腹位置和有源层23的位置彼此一致,光强分布中另一侧的波腹位置和光吸收材料层71的位置彼此一致。结果,增益的增加和损耗的增加相互抵消,并且可以抑制阈值电流的变化。在形成介电层时,通常存在约5%的膜厚度面内分布,尽管这取决于成膜设备。因此,为了有效地抑制阈值电流的变化,即使在存在约5%的膜厚度面内分布的情况下,如果满足上述条件,这就足够了。此外,由于与ldel的可变性相关的容差增大,所以可以实现提高发光元件的生产产量,可以设计稳定的阈值电流,即使在多个表面发射激光元件在一个芯片上排列成阵列的情况下,散斑减少,并且可以提供具有均匀阈值电流的光源。在此处,“相对于ldel可变性的容差”被定义为偏差范围,使得基于阈值电流的最小值,阈值电流的上升率将等于或小于4%。然后,有源层23和光场之间的重叠的减少和第二电极32(光吸收材料层71)和光场之间的重叠的减少同时发生,并且抵消增益gth的减少,导致可以实现增大的容差。

介电层厚度的可变性根据用于形成介电层的设备等而变化。因此,建议进行各种测试,以掌握介电层厚度的可变性状态,并确定(设计)lop的最合适的值。此外,例如,波长λ0可以根据介电层的成分可变性而变化。此外,同样在波长λ0已经发生变化的情况下,光强分布中一侧的波腹的位置和有源层23的位置彼此不一致,并且光强分布中另一侧的波腹的位置和光吸收材料层71的位置彼此不一致;然而,在这种情况下,如果满足上述条件,则可以有效地抑制阈值电流的变化。

实施方式3

实施方式3是实施方式1和2的变型例。更具体地,实施方式3的发光元件包括表面发射激光元件(垂直腔表面发射激光器,vcsel),其中,激光经由第一光反射层41从第一化合物半导体层21的顶面发射。

在实施方式3的发光元件中,在图3a中示出示意性局部截面图时,第二光反射层42通过包括金(au)层或含锡(sn)焊料层的接合层48,通过焊料接合方法固定到包括硅半导体基板的支撑基板49。

下面将描述实施方式3的发光元件的制造方法。

[步骤300]

首先,例如,通过类似于实施方式1的[步骤100]至[步骤130]的步骤,可以获得图1a所示的状态(假设没有形成第一电极31)。

[步骤310]

此后,第二光反射层42通过接合层48固定到支撑基板49。

[步骤320]

接下来,移除发光元件生产基板11,以暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a和第一光反射层41。具体地,首先,基于机械抛光方法减小发光元件生产基板11的厚度,然后基于化学机械抛光方法移除发光元件生产基板11的剩余部分。以这种方式,暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a和第一光反射层41。

[步骤330]

此后,在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一电极31。以这种方式,可以获得具有图3a所示的结构的实施方式3的发光元件。

在制造实施方式3的发光元件时,在已经形成第一光反射层的状态下移除发光元件生产基板。因此,第一光反射层在移除发光元件生产基板时用作一种阻挡物。结果,可以抑制发光元件生产基板的平面中的发光元件生产基板的移除的可变性,进一步地,可以抑制产生第一化合物半导体层的厚度的可变性,并且可以实现均匀的腔长。结果,可以实现所获得的发光元件的特性的稳定。此外,因为在第一光反射层和第一化合物半导体层之间的界面处的第一化合物半导体层的表面(平坦表面)是平坦的,所以可以最小化激光在平坦表面上的散射。

在上面描述并在图3a中表示的发光元件的示例中,第一电极31的端部与第一光反射层41间隔开。即,第一光反射层41和第一电极31彼此间隔开,换言之,具有偏移,并且间隔开的距离在1mm内,具体地,例如,平均为0.05mm。然而,应当注意,这种结构不是限制性的;第一电极31的端部可以与第一光反射层41接触,或者可以形成到第一光反射层41的边缘部分的上侧的第一电极31的端部。

另外,通过省略实施方式1的[步骤100],首先,例如,可以执行类似于实施方式1的[步骤110]至[步骤130]的步骤,之后可以执行[步骤310]和[步骤320],以暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a,然后,可以在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一光反射层41和第一电极31。在图3b中描绘了以这种方式获得的发光元件的示意性局部截面图。

此外,在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一光反射层41时,可以蚀刻第一化合物半导体层21,以在第一化合物半导体层21的第一表面21a中形成凹槽,并且可以在凹槽处形成第一光反射层41(参见图4)。注意,形成在第一化合物半导体层21中的倾斜部分由附图标记41a表示。

实施方式4

实施方式4是实施方式1至3的发光元件的变型例。

如上所述,在发光结构包括基于gaas的化合物半导体的情况下,腔长lor大约为1μm。另一方面,在发光结构包括gan基化合物半导体的情况下,腔长lor通常为从表面发射激光元件发射的激光的波长的几倍。换言之,腔长lor比1μm长得多。当腔长lor这样拉长时,与采用大约1μm的腔长lor的传统的基于gaas的表面发射激光元件不同,衍射损耗增加,因此难以进行激光振荡。换言之,激光元件可以不用作表面发射激光元件,而是可以用作led。在此处,“衍射损耗”是指在谐振器中往复运动的激光逐渐消散到谐振器外部的现象,因为由于衍射效应,光通常易于扩散。此外,在发光结构包括gan基化合物半导体的情况下,可以提到热饱和的问题。在此处,“热饱和”是指在驱动表面发射激光元件时,光输出由于自加热而饱和的现象。用于光反射层的材料(例如,诸如sio2和ta2o5等材料)的热导率值低于gan基化合物半导体。因此,gan基化合物半导体层厚度的增加导致抑制热饱和。然而,当gan基化合物半导体层的厚度增加时,腔长lor增加,从而产生上述问题。例如,在jp2006-114753a和jp2000-022277a中,已知对光反射层提供凹入镜功能的技术。然而,这些专利文献没有例举由于腔长lor的增加而导致衍射损耗增加的问题或热饱和的问题。

为了解决这些问题,在实施方式4的发光元件中,第一光反射层41具有凹入镜部分,第二光反射层42具有平坦的形状。

由于第一光反射层因此具有凹入镜部分,所以通过以有源层为起点的衍射传播并入射到第一光反射层上的光可以向有源层可靠地反射,并且可以集中在有源层上。因此,可以避免衍射损耗的增加,可以安全地进行激光振荡,并且由于腔长,可以避免热饱和的问题。

在实施方式4的发光元件中,当沿着包含堆叠结构的堆叠方向的虚拟平面切割第一光反射层时,由第一光反射层的凹入镜部分的一部分的面向发光结构的界面绘制的图形可以是圆的一部分或抛物线的一部分。该图形可能不是严格意义上的圆的一部分,也可能不是严格意义上的抛物线的一部分。换言之,图形大致是圆的一部分的情况和图形大致是抛物线的一部分的情况也包括在“图形是圆的一部分或抛物线的一部分”的情况中。如上所述,第一光反射层的作为圆的一部分或抛物线的一部分的部分(区域)可以称为“第一光反射层的凹入镜部分中的有效区域”。注意,通过使用测量仪器测量界面的形状,并基于最小二乘法分析由此获得的数据,可以确定凹入镜部分的一部分的面向发光结构的界面所绘制的图形。

此外,在实施方式4的发光元件中,

所述第二化合物半导体层设置有电流注入区域和围绕所述电流注入区域的电流非注入区域,并且

从电流注入区域的面积重心到电流注入区域和电流非注入区域之间的边界的最短距离dci可以满足以下公式。在此处,为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第一配置的发光元件”。注意,对于下列公式的推导,例如,参见h.kogelnik和t.li,“laserbeamsandresonators”,appliedoptics/第5卷,第10号/1966年10月。此外,ω0也称为束腰半径。

dci≥ω0/2(1-1)

假设

ω02≡(λ0/π){lor(rdbr-lor)}1/2(1-2)

其中,

λ0:振荡波长(从有源层发射的并且具有最大强度的光的波长)

lor:腔长

rdbr:第一光反射层的凹入镜部分的曲率半径

在此处,实施方式4的发光元件仅在第一光反射层处具有凹入镜部分;然而,当考虑到相对于第二光反射层的平面镜的对称性时,谐振器可以扩展为夹在具有相同曲率半径的两个凹入镜部分之间的法布里-珀罗谐振器(参见图34的示意图)。在这种情况下,虚拟法布里-珀罗谐振器的腔长是腔长lor的两倍。在图35和图36中描绘了表示第一光反射层的凹入镜部分的ω0的值、腔长lor的值和曲率半径rdbr的值之间的关系的曲线图。注意,ω0的值是“正”,意味着激光示意性地处于图37a的状态,ω0的值是“负”,意味着激光示意性地处于图37b的状态。激光的状态可以是图37a所示的状态,或者可以是图37b所示的状态。然而,应当注意,当曲率半径rdbr变得小于腔长lor时,具有两个凹入镜部分的虚拟法布里-珀罗谐振器进入图37b所示的状态,限制变得过度,并且产生衍射损耗。因此,图37a所示的曲率半径rdbr大于腔长lor的状态是优选的。注意,当有源层靠近两个光反射层中的平坦光反射层设置时,特别是靠近第二光反射层设置时,光场更集中在有源层中。换言之,增强了光场在有源层中的限制,并且促进了激光振荡。

顺便提及,在由第一光反射层反射的光集中的区域不包括在对应于有源层由于电流注入而具有增益的区域的电流注入区域中的情况下,来自载流子的光的感应发射受到阻碍,这可能导致激光振荡的阻碍。通过满足上述公式(1-1)和(1-2),可以确保由第一光反射层反射的光集中的区域包括在电流注入区域中,并且可以可靠地实现激光振荡。

此外,第一配置的发光元件可以还包括:

模式损耗作用部分,其设置在第二化合物半导体层的第二表面上,并且构成作用于振荡模式损耗变化的模式损耗作用区域,

第二电极,其形成在从第二化合物半导体层的第二表面上的位置到模式损耗作用部分上的位置的范围内,以及

第一电极,其电连接到第一化合物半导体层,

其中,第二光反射层可以形成在第二电极上,

发光结构可以形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内部区域、以及围绕电流非注入内部区域的电流非注入外部区域,并且

模式损耗作用区域的正交突出图像和电流非注入外部区域的正交突出图像可以彼此重叠。

此外,在包括这种优选配置的第一配置的发光元件中,第一光反射层的凹入镜部分中的有效区域的半径r’dbr可以满足ω0≤r’dbr≤20·ω0,优选地,ω0≤r’dbr≤10·ω0。或者,作为r’dbr的值,可以例举r’dbr≤1×10-4m,优选地,r’dbr≤5×10-5m,作为示例。此外,作为底座部分的高度hdbr(如下所述),可以例举hdbr≤5×10-5m,作为示例。此外,在包括这种优选配置的第一配置的发光元件中,可以满足dci≥ω0。此外,在包括这种优选配置的第一配置的发光元件中,可以满足rdbr≤1×10-3m,优选地,1×10-5m≤rdbr≤1×10-3m,更优选地,1×10-5m≤rdbr≤1×10-4m。

此外,实施方式4的发光元件可以还包括:

模式损耗作用部分,其设置在第二化合物半导体层的第二表面上,并且构成作用于振荡模式损耗变化的模式损耗作用区域,

第二电极,其形成在从第二化合物半导体层的第二表面上的位置到模式损耗作用部分上的位置的范围内,以及

第一电极,其电连接到第一化合物半导体层,

其中,第二光反射层可以形成在第二电极上,

发光结构可以形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内部区域、以及围绕电流非注入内部区域的电流非注入外部区域,并且

模式损耗作用区域的正交突出图像和电流非注入外部区域的正交突出图像可以彼此重叠。在此处,为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第二配置的发光元件”。

或者,包括上述优选模式的实施方式4的发光元件可以还包括:

第二电极,其形成在第二化合物半导体层的第二表面上,

第二光反射层,其形成在第二电极上,

模式损耗作用部分,其设置在所述第一化合物半导体层的第一表面上,并且构成作用于振荡模式损耗的变化的模式损耗作用区域,以及

第一电极,其电连接到第一化合物半导体层,

其中,第一光反射层可以形成在从第一化合物半导体层的第一表面上的位置到模式损耗作用部分上的位置的范围内,

发光结构可以形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内部区域、以及围绕电流非注入内部区域的电流非注入外部区域,并且

模式损耗作用区域的正交突出图像和电流非注入外部区域的正交突出图像可以彼此重叠。在此处,为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第三配置的发光元件”。注意,第三配置的发光元件的定义可以应用于第一配置的发光元件。

在第二配置的发光元件或第三配置的发光元件中,发光结构形成有电流非注入区域(电流非注入内部区域和电流非注入外部区域的统称);在这种情况下,具体地,电流非注入区域可以形成在第二化合物半导体层的第二电极侧的区域中,在厚度方向上,可以形成在第二化合物半导体层的整个部分中,可以形成在第二化合物半导体层和有源层中,或者可以形成在从第二化合物半导体层到第一化合物半导体层的一部分的范围内。虽然模式损耗作用区域的正交突出图像和电流非注入外部区域的正交突出图像彼此重叠,但是模式损耗作用区域的正交突出图像和电流非注入外部区域的正交突出图像在与电流注入区域充分间隔的区域中不一定彼此重叠。

在第二配置的发光元件中,电流非注入外部区域可以位于模式损耗作用区域的下侧。

在包括上述优选配置的第二配置的发光元件中,假设电流注入区域的正交突出图像的面积是s1,并且假设电流非注入内部区域的正交突出图像的面积是s2,则可能满足

0.01≤s1/(s1+s2)≤0.7

此外,在第三配置的发光元件中,假设电流注入区域的正交突出图像的面积为s1’,并且假设电流非注入内部区域的正交突出图像的面积为s2’,则可能满足

0.01≤s1’/(s1’+s2’)≤0.7

然而,应当注意,s1/(s1’+s2)的范围和s1’/(s1’+s2’)的范围不限于上述范围。

在包括上述优选配置的第二配置的发光元件或第三配置的发光元件中,电流非注入内部区域和电流非注入外部区域可以通过向发光结构中注入离子来形成。为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第(2a)配置的发光元件”或“第(3a)配置的发光元件”。另外,在这种情况下,离子种类可以是选自硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅的至少一种离子(或一种离子或两种或多种离子)。

或者,在包括上述优选配置的第二配置的发光元件或第三配置的发光元件中,电流非注入内部区域和电流非注入外部区域可以通过用等离子体照射第二化合物半导体层的第二表面、通过第二化合物半导体层的第二表面的灰化处理或者通过第二化合物半导体层的第二表面的反应离子蚀刻处理来形成。为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第(2-b)配置的发光元件”或“第(3-b)配置的发光元件”。在这些处理中,电流非注入内部区域和电流非注入外部区域暴露于等离子体粒子,因此,第二化合物半导体层的导电性劣化,并且电流非注入内部区域和电流非注入外部区域进入高电阻状态。换言之,电流非注入内部区域和电流非注入外部区域可以通过将第二化合物半导体层的第二表面暴露于等离子体粒子来形成。等离子体粒子的具体示例包括氩、氧和氮。

或者,在包括上述优选配置的第二配置的发光元件或第三配置的发光元件中,第二光反射层可以具有如下的区域,通过该区域,来自第一光反射层的光反射或散射到包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部。为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第(2-c)配置的发光元件”或“第(3-c)配置的发光元件”。具体地,第二光反射层的位于模式损耗作用部分的侧壁的上侧的区域(设置在模式损耗作用部分中的开口的侧壁)具有正常的锥形倾斜或者具有朝着第一光反射层突出的弯曲区域。或者,在包括上述优选配置的第二配置的发光元件或第三配置的发光元件中,第一光反射层可以具有这样的区域,通过该区域,来自第二光反射层的光反射或散射到包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部。具体地,如果在第一光反射层的一部分的区域中形成正常的锥形倾斜或者形成朝向第二光反射层突出的弯曲部分,这就足够了;或者,如果第一光反射层的位于模式损耗作用部分的侧壁(设置在模式损耗作用部分中的开口的侧壁)的上侧的区域具有正常的锥形倾斜或者具有朝着第二光反射层突出的弯曲区域,这就足够了。此外,光可以在模式损耗作用部分的顶面和设置在模式损耗作用部分中的开口的侧壁之间的边界(侧壁边缘部分)处散射,由此光向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部散射。

在上述第(2-a)配置的发光元件、第(2-b)配置的发光元件或第(2-c)配置的发光元件中,假设从电流注入区域中的有源层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离是l2,并且假设从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶面的光学距离是l0,则可能满足

l0>l2

此外,在上述第(3-a)配置的发光元件、第(3-b)配置的发光元件或第(3-c)配置的发光元件中,假设从电流注入区域中的有源层到第一化合物半导体层的第一表面的光学距离为l1’并且假设从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶面的光学距离为l0’,则可能满足

l0’>l1’

此外,在包括这些配置的上述第(2-a)配置的发光元件、第(3-a)配置的发光元件、第(2-b)配置的发光元件、第(3-b)配置的发光元件、第(2-c)配置的发光元件或第(3-c)配置的发光元件中,具有生成的高阶模式的光可以通过模式损耗作用区域向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部耗散,从而振荡模式损耗会增加。换言之,在模式损耗作用区域的正交突出图像中,由于存在作用于振荡模式损耗变化的模式损耗作用区域,在离开z轴时,生成的基本模式和高阶模式中的光场强度减小;在这种情况下,高阶模式中的模式损耗大于基本模式中光场强度的降低,从而基本模式可以更加稳定,并且由于与不存在电流注入内部区域的情况相比,可以抑制模式损耗,所以可以实现阈值电流的降低。

另外,在上述第(2-a)配置的发光元件、第(3-a)配置的发光元件、第(2-b)配置的发光元件、第(3-b)配置的发光元件、第(2-c)配置的发光元件或第(3-c)配置的发光元件中,模式损耗作用部分可以包括介电材料、金属材料或合金材料。介电材料的示例包括siox、sinx、alnx、alox、taox和zrox,金属材料或合金材料的示例包括钛、金、铂及其合金,但是这些材料不是限制性的。包括这些材料的模式损耗作用部分可以吸收光,并且可以增加模式损耗。或者,即使没有直接吸收光,也可以通过干扰相位来控制模式损耗。在这种情况下,模式损耗作用部分可以包括介电材料,并且模式损耗作用部分的光学厚度t0可以是偏离振荡波长λ0的1/4的整数倍的值。换言之,围绕谐振器内部并形成驻波的光的相位可能在模式损耗作用部分中受到干扰,从而破坏光的驻波并导致与之对应的模式损耗。或者,模式损耗作用部分可以包括介电材料,并且模式损耗作用部分的光学厚度t0(折射率为nm-loss)可以是振荡波长λ0的1/4的整数倍。换言之,模式损耗作用部分的光学厚度t0可以是这样的厚度,使得在发光元件中生成的光的相位不被干扰并且光的驻波不被破坏。然而,应当注意,在严格的意义上,光学厚度t0不一定是振荡波长λ0的1/4的整数倍,并且如果满足

(λ0/4nm-loss)×m–(λ0/8nm-loss)≤t0≤(λ0/4nm-loss)×2m+(λ0/8nm-loss)

这就足够了。或者,模式损耗作用部分可以包括介电材料、金属材料或合金材料,由此通过模式损耗作用部分的光可以被模式损耗作用部分同相干扰或吸收。此外,通过采用这些配置,可以以更高的自由度来执行振荡模式损耗的控制,并且可以进一步增强设计发光元件的自由度。

或者,在包括上述优选配置的第二配置的发光元件中,

突出部分可以形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上,并且

模式损耗作用部分可以形成在围绕突出部分的第二化合物半导体层的第二表面的区域上。为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第(2-d)配置的发光元件”。突出部分占据电流注入区域和电流非注入内部区域。另外,在这种情况下,假设从电流注入区域中的有源层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离是l2,并且假设从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶面的光学距离是l0,则可能满足

l0<l2

此外,在这些情况下,具有生成的高阶模式的光可以通过模式损耗作用区域限制在电流注入区域和电流非注入区域中,由此可以降低振荡模式损耗。换言之,由于存在作用于振荡模式损耗变化的模式损耗作用区域,在电流注入区域和电流非注入内部区域的正交突出图像中,生成的基本模式和高阶模式中的光场强度增加。此外,在这些情况下,模式损耗作用部分可以包括介电材料、金属材料或合金材料。在此处,作为介电材料、金属材料或合金材料,可以例举上述各种材料。

或者,在包括上述优选配置的第三配置的发光元件中,

突出部分可以形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上,并且

模式损耗作用部分可以形成在围绕突出部分的第一化合物半导体层的第一表面的区域上,或者模式损耗作用部分可以包括围绕突出部分的第一化合物半导体层的区域。为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第(3-d)配置的发光元件”。突出部分与电流注入区域和电流非注入内部区域的正交突出图像一致。另外,在这种情况下,假设从电流注入区域中的有源层到第一化合物半导体层的第一表面的光学距离是l1’,并且假设从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶面的光学距离是l0’,则可能满足

l0’<l1’

此外,在这些情况下,具有生成的高阶模式的光可以通过模式损耗作用区域限制在电流注入区域和电流非注入区域中,由此可以减少振荡模式损耗。此外,在这些情况下,模式损耗作用部分可以包括介电材料、金属材料或合金材料。在此处,作为介电材料、金属材料或合金材料,可以例举上述各种材料。

此外,在包括上述优选模式和配置(包括第一配置的发光元件到第三配置的发光元件)的实施方式4的发光元件中,化合物半导体基板可以设置在第一化合物半导体层的第一表面和第一光反射层之间。在此处,为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第四配置的发光元件”。在这种情况下,化合物半导体基板可以包括gan基板。注意,作为化合物半导体基板的厚度,可以例举5×10-5m至1×10-4m,作为示例,但是这样的值不是限制性的。此外,在包括这种配置的第四配置的发光元件中,第一光反射层的凹入镜部分可以包括底座部分和多层光反射膜,该底座部分包括化合物半导体基板的突出部分,该多层光反射膜形成在底座部分的至少一部分的表面上。在此处,为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第(4-a)配置的发光元件”。或者,第一光反射层的凹入镜部分可以包括形成在化合物半导体基板上的底座部分和形成在底座部分的至少一部分的表面上的多层光反射膜。在此处,为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第(4-b)配置的发光元件”。构成第(4-a)配置的发光元件中的底座部分的材料是例如gan基板。作为gan基板,可以使用极性基板、半极性基板和非极性基板中的任何一种。另一方面,构成第(4-b)配置的发光元件中的底座部分的材料的示例包括透明介电材料,例如,tio2、ta2o5或sio2、硅树脂和环氧树脂。

或者,在包括上述优选模式和配置的实施方式4的发光元件中(包括第一配置的发光元件到第三实施方式的发光元件),第一光反射层可以形成在第一化合物半导体层的第一表面上。在此处,为了方便起见,这种配置的发光元件称为“第五配置的发光元件”。

此外,在包括上述优选模式和配置(包括第一配置的发光元件到第五配置的发光元件)的实施方式4的发光元件中,发光结构的热导率的值可以高于第一光反射层的热导率的值。构成第一光反射层的介电材料的热导率值通常约为10watt/(m·k)或更低。另一方面,构成发光结构的gan基化合物半导体的热导率值大约为50watt/(m·k)到100watt/(m·k)。

此外,在包括上述优选模式和配置(包括第一配置的发光元件到第五配置的发光元件)的实施方式4的发光元件中,假设发光元件的凹入镜部分的曲率半径(具体地,在第一光反射层的凹入镜部分中具有半径r’dbr的有效区域)为rdbr,则可以满足rdbr≤1×10-3m,优选地,1×10-5m≤rdbr≤1×10-3m,,更优选地,1×10-5m≤rdbr≤1×10-4m。此外,期望满足1×10-5m≤lor,优选地,1×10-5m≤lor≤5×10-4m,更优选地,1×10-5≤lor≤1×10-4m。

此外,在包括上述优选模式和配置(包括第一配置的发光元件到第五配置的发光元件)的实施方式4的发光元件中,可以在第一光反射层的外围形成突起状部分,并且第一光反射层可以不从突起状部分突出,由此可以保护第一光反射层。换言之,由于第一光反射层设置在相对于突起状部分凹槽的状态中,例如,即使某种物体与突起状部分接触,该物体也不与第一光反射层接触,从而可以可靠地保护第一光反射层。

此外,在包括上述优选模式和配置的实施方式4的发光元件中(包括第一配置的发光元件到第五配置的发光元件),构成位于有源层和第一光反射层之间的各种化合物半导体层(包括化合物半导体基板)的材料优选不具有等于或大于10%的折射率调制(基于发光结构的平均折射率,不具有等于或大于10%的折射率差),由此可以抑制在谐振器中产生光场干扰。

此外,除了第一光反射层41具有凹入镜部分并且第二光反射层42具有平坦形状的结构和配置之外,包括上述优选模式和配置的实施方式4的发光元件的各种配置和结构(包括第一配置的发光元件至第五配置的发光元件)自然适用于实施方式1至3的发光元件。

虽然下面将给出实施方式4的发光元件的具体描述,但是具有凹入镜部分43的第二光反射层41设置在第一化合物半导体层21的第一表面21a侧,并且具有平坦形状的第二光反射层42设置在第二化合物半导体层22的第二表面22b侧。第二电极32也用作光吸收材料层71。这同样适用于下面描述的实施方式5至14。

实施方式4的发光元件具体是第(4-a)配置的发光元件。以下描述的实施方式4或实施方式5至12的发光元件更具体地包括表面发射激光元件(垂直腔表面发射激光器,vcsel),其中,激光经由第二光反射层从第二化合物半导体层的顶面发射。此外,下面描述的实施方式13和14的发光元件更具体地包括表面发射激光元件(垂直腔表面发射激光器,vcsel),其中,激光经由第一光反射层从第一化合物半导体层的顶面发射。图12示出了实施方式4的发光元件的示意性局部端视图。

此外,在实施方式4的发光元件中,当沿着包含堆叠结构的堆叠方向的虚拟平面切割第一光反射层41时,由第一光反射层41的凹入镜部分43的一部分(第一光反射层41的凹入镜部分43中的有效区域44)的面向发光结构的界面43a绘制的图形是圆的一部分或抛物线的一部分。注意,凹入镜部分43的位于有效区域44外侧的部分的形状(截面形状的图形)可以不必是圆的一部分或抛物线的一部分。

此外,第一光反射层41的凹入镜部分43包括底座部分45a和多层光反射膜46,底座部分45a包括化合物半导体基板11的第一表面11a的突出部分11a’,多层光反射膜46形成在底座部分45a的至少一部分的表面上(具体地,底座部分45a的表面)。此外,假设凹入镜部分43的曲率半径(具体地,第一光反射层41的凹入镜部分43中半径为r’dbr的有效区域44)为rdbr,则满足

rdbr≤1×10-3m

具体地,尽管不是限制性的,但是可以例举

lor=50μm,

rdbr=70μm,以及

r’dbr=20μm

作为示例。另外,作为振荡波长λ0,可以例举

λ0=450nm

作为示例。

在此处,假设从有源层23到底座部分45a和多层光反射膜46之间的界面的距离是t0,理想抛物线的函数x=f(z)可以由下式表示

x=z2/t0,并且

hdbr=r’dbr2/2t0,

但是自然的是,当界面43a绘制的图形是抛物线的一部分时,抛物线可以是偏离这种理想抛物线的抛物线。

此外,发光结构20的热导率值高于第一光反射层41的热导率值。构成第一光反射层41的介电材料的热导率的值大约为10watt/(m·k)或更低。另一方面,构成发光结构20的gan基化合物半导体的热导率值大约为50至100watt/(m·k)。

下面将参考图13a、图13b、图14、图15、图16、图17和图18描述实施方式4的发光元件的制造方法,图13a、图13b、图14、图15、图16、图17和图18是堆叠结构等的示意性局部端视图。

[步骤400]

首先,在厚度约为0.4mm的化合物半导体基板11的第二表面11b上形成包括gan基化合物半导体的发光结构20,在堆叠状态下发光结构20包括,

具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b的第一化合物半导体层21,

面向第一化合物半导体层21的第二表面21b的有源层(发光层)23,以及

第二化合物半导体层22,其具有面向有源层23的第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b。

具体地,基于通过已知的mocvd方法的外延生长方法,在化合物半导体基板11的第二表面11b上依次形成第一化合物半导体层21、有源层23和第二化合物半导体层22,由此可以获得发光结构20(参见图13a)。

[步骤410]

接下来,基于成膜方法(例如,cvd方法)、溅射法或真空沉积法与湿法蚀刻法或干法蚀刻法的组合,在第二化合物半导体层22的第二表面22b上形成具有开口25并包括sio2的绝缘层(电流限制层)24(见图13b)。通过具有开口25的绝缘层24,限定了电流收缩区域(电流注入区域61a和电流非注入区域61b)。换言之,电流注入区域61a由开口25限定。

为了获得电流收缩区域,可以在第二电极32和第二化合物半导体层22之间形成包括绝缘材料(例如,siox、sinx或alox)的绝缘层(电流收缩层),可以通过rie方法等蚀刻第二化合物半导体层22,以形成台面结构,堆叠的第二化合物半导体层22的一部分的层可以从侧面部分氧化,以形成电流收缩区域,或者可以将杂质离子注入到第二化合物半导体层22中,以形成电导率降低的区域,或者可以根据需要组合这些方法。然而,应当注意,第二电极32应该电连接到第二化合物半导体层22的电流由于电流收缩而流动的部分。

[步骤420]

此后,在第二化合物半导体层22上形成第二电极32和第二光反射层42。具体地,在从暴露在开口25的底面处的第二化合物半导体层22的第二表面22b(电流注入区域61a)到绝缘层24上的位置的范围内,例如,基于剥离方法形成第二电极32,并且此外,基于成膜方法(例如,溅射方法)或真空沉积方法与图案化方法(例如,湿法蚀刻方法或干法蚀刻方法)的组合来形成焊盘电极33。接下来,在从第二电极32上的位置到焊盘电极33上的位置的范围内,基于成膜方法(例如,溅射方法)或真空沉积方法与图案化方法(例如,湿法蚀刻方法或干法蚀刻方法)的组合来形成第二光反射层42。第二电极32上的第二光反射层42具有平坦的形状。以这种方式,可以获得图14所示的结构。

[步骤430]

随后,第二光反射层42通过接合层48固定到支撑基板49(见图15)。具体地,通过使用包括粘合剂的接合层48,第二光反射层42固定到包括蓝宝石基板的支撑基板49。

[步骤440]

接下来,基于机械抛光方法或cmp方法减薄化合物半导体基板11,并且进一步地,对化合物半导体基板11的第一表面11a进行镜面抛光(参见图16)。化合物半导体基板11的第一表面11a的表面粗糙度ra的值优选等于或小于10nm。在jisb-610:2001中定义表面粗糙度ra,具体地,可以基于在afm或截面tem下的观察来测量。然后,在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)形成包括突出部分11a’的底座部分45a。具体地,在将要形成底座部分45a的化合物半导体基板11的第一表面11a上形成图案化的抗蚀剂层,并且加热抗蚀剂层,以使抗蚀剂层回流,由此获得抗蚀剂图案。给抗蚀剂图案提供与突出部分11a’的形状相同的形状(或类似的形状)。然后,通过使用rie方法等回蚀抗蚀剂图案和化合物半导体基板11的第一表面11a,由此可以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成包括突出部分11a’的底座部分45a(见图17)。

[步骤450]

此后,在底座部分45a的至少一部分上形成多层光反射膜46。具体地,在从化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)到底座部分45a上的位置的范围内,基于诸如溅射法或真空沉积法等已知方法形成多层光反射膜46。然后,基于诸如湿法蚀刻方法或干法蚀刻方法等图案化方法移除多层光反射膜46的不需要的部分,以获得第一光反射层41(参见图18),并且通过成膜方法(例如,溅射方法)或真空沉积方法与图案化方法(例如,湿法蚀刻方法或干法蚀刻方法)的组合,来在化合物半导体基板11的第一表面11a上形成第一电极31,由此可以获得电连接到第一化合物半导体层21的第一电极31。

[步骤460]

然后,剥离支撑基板49。以这种方式,可以获得图12所示的结构。此后,进行所谓的元件隔离,以隔离发光元件,并且堆叠结构和发光结构的侧表面和暴露表面涂覆有例如包括sio2的绝缘膜。接下来,进行封装或密封,以完成实施方式4的发光元件。

注意,在化合物半导体基板11变薄并且进一步进行镜面抛光之后,在[步骤440]中,可以剥离支撑基板49。

此外,作为实施方式4的发光元件的变型例,在化合物半导体基板11变薄并且进一步进行镜面抛光之后,但是在[步骤440]中,在包括突出部分11a’的底座部分45a形成在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上之前,在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)的将要形成底座部分45a的区域中形成凹槽11a”,在凹槽11a”中形成图案化的抗蚀剂层,并且加热抗蚀剂层,以使抗蚀剂层回流,由此获得抗蚀剂图案。给抗蚀剂图案提供与突出部分11a’的形状相同的形状(或类似的形状)。然后,可以通过使用rie方法等回蚀抗蚀剂图案和部分凹槽11a”,由此可以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)中的凹槽11a”中形成包括突出部分11a’的底座部分45a(见图19)。接下来,基于诸如溅射法或真空沉积法等已知方法,在包括底座部分45a的上侧的整个表面上形成多层光反射膜46。然后,基于诸如湿法蚀刻方法或干法蚀刻方法等图案化方法移除多层光反射膜46的不需要的部分,由此可以获得第一光反射层41。换言之,突起状部分11a形成在第一光反射层41的外围,并且第一光反射层41不从突起状部分11a(包括化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a))突出,由此可以保护第一光反射层41。

或者,在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成包括突出部分11a’的底座部分45a的同时,在[步骤440]中,化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)可以形成有突出部分,以围绕底座部分45a,同时与底座部分45a间隔开。具体地,在将要形成底座部分45a的化合物半导体基板11的第一表面11a上形成图案化的抗蚀剂层,并且加热抗蚀剂层,以使抗蚀剂层回流,由此获得抗蚀剂图案。给抗蚀剂图案提供与突出部分11a’的形状相同的形状(或类似的形状)。另外,抗蚀剂层形成在化合物半导体基板11的第一表面11a的要形成突出部分的部分上,以围绕抗蚀剂图案,同时与抗蚀剂图案间隔开。然后,通过使用rie方法等回蚀抗蚀剂图案、抗蚀剂层和化合物半导体基板11的第一表面11a,由此可以在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成包括突出部分11a’的底座部分45a,同时可以形成突出部分。突出部分形成在第一光反射层41的外围,并且第一光反射层41不从突出部分(包括化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a))突出,由此可以保护第一光反射层41。

或者,在通过在底座部分45a的至少一部分上形成多层光反射膜46,获得第一光反射层41之后,在上面的[步骤450]中,围绕第一光反射层41的突起状部分11a可以形成在化合物半导体基板11的第一表面11a上(参见图20)。如果突起状部分11a包括例如介电材料或金属材料,这就足够了。因此,突起状部分11a形成在第一光反射层41的外围,并且第一光反射层41不从突起状部分11a突出,由此可以保护第一光反射层41。

在实施方式4的发光元件中,第一光反射层具有凹入镜部分。因此,通过以有源层为起点的衍射而传播并入射到第一光反射层上的光可以向有源层可靠地反射,并且可以集中在有源层上。因此,即使当腔长lor等于或大于1×10-5m时,也可以避免衍射损耗的增加,导致可以安全地执行激光振荡,并且由于腔长lor可以被设置为等于或大于1×10-5m,因此可以减轻热饱和的问题。此外,由于腔长lor可以等于或大于1×10-5m,所以发光元件的制造过程中的余量增加,导致可以实现更高的产量。

此外,除了下面将要描述的实施方式7之外,在发光元件的制造过程中,使用了gan基板,但是没有基于诸如elo方法等横向外延生长方法形成gan基化合物半导体。因此,作为gan基板,不仅可以使用极性gan基板,还可以使用半极性gan基板和非极性gan基板。虽然由于有源层中的压电效应,使用极性gan基板易于降低发光效率,但是使用非极性gan基板或半极性gan基板,使得可以解决或减轻这种问题。

实施方式5

实施方式5是实施方式4的变型例,并且涉及第(4-b)配置的发光元件。在图21中描绘了其示意性部分端视图的实施方式5的发光元件中,第一光反射层41的凹入镜部分43包括底座部分45b和多层光反射膜46,底座部分45b包括形成在化合物半导体基板11上(具体地,在化合物半导体基板11的第一表面11a上)的突出部分45c,多层光反射膜46形成在底座部分45b的至少一部分上(具体地,在底座部分45b的表面上)。构成底座部分45b(突出部分45c)的材料的示例包括透明介电材料,例如,tio2、ta2o5或sio2、硅树脂和环氧树脂。

在实施方式5的发光元件中,在类似于实施方式4的[步骤440]的步骤中,化合物半导体基板11减薄并进行镜面抛光之后,在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成包括突出部分45c的底座部分45b。具体地,例如,在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上形成tio2层或ta2o5层,接下来,在将要形成底座部分45b的tio2层或ta2o5层上形成图案化的抗蚀剂层,并且加热抗蚀剂层,以使抗蚀剂层回流,由此获得抗蚀剂图案。给抗蚀剂图案提供与突出部分45c的形状相同的形状(或类似的形状)。然后,抗蚀剂图案和tio2层或ta2o5层回蚀,由此包括突出部分45c的底座部分45b可以形成在化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)上。随后,在从化合物半导体基板11的暴露表面(第一表面11a)到底座部分45b上的位置的范围内,基于已知方法形成多层光反射膜46。此后,移除多层光反射膜46的不需要的部分,以获得第一光反射层41,之后,在化合物半导体基板11的第一表面11a上形成第一电极31,由此可以获得电连接到第一化合物半导体层21的第一电极31。

除了上述几点之外,实施方式5的发光元件的配置和结构可以类似于实施方式4的发光元件的配置和结构,因此,省略其详细描述。注意,实施方式4的发光元件的变型例也适用于实施方式5。

实施方式6

实施方式6也是实施方式4或实施方式5的变型例,并且涉及第五配置的发光元件。在图22中描绘了其示意性部分端视图的实施方式6的发光元件中,第一光反射层41形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。在制造实施方式6的发光元件时,在类似于实施方式4的[步骤440]的步骤中,移除发光元件生产基板11,以暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a。然后,类似于实施方式4,在将要形成底座部分45d的第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成图案化的抗蚀剂层,并且加热抗蚀剂层,以使抗蚀剂层回流,由此获得抗蚀剂图案。给抗蚀剂图案提供与突出部分21d的形状相同的形状(或类似的形状)。然后,抗蚀剂图案和第一化合物半导体层21的第一表面21a回蚀,由此包括突出部分21d的底座部分45d可以形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。或者,在图23中描绘了其示意性部分端视图的实施方式6的发光元件的变型例中,例如,在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成tio2层或ta2o5层,接下来,在将要形成底座部分45e的tio2层或ta2o5层上形成图案化的抗蚀剂层,并且加热抗蚀剂层,以使抗蚀剂层回流,由此获得抗蚀剂图案。给抗蚀剂图案提供与突出部分21e的形状相同的形状(或类似的形状)。然后,抗蚀剂图案和tio2层或ta2o5层回蚀,由此可以在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成包括突出部分21e的底座部分45e。

除了上述几点之外,实施方式6的发光元件的配置和结构及其变型例可以类似于实施方式4或实施方式5的发光元件的配置和结构,因此省略其详细描述。注意,可以不移除支撑基板49和接合层48。

实施方式7

实施方式7是实施方式6的变型例。实施方式7的发光元件的示意性局部端视图基本类似于图23,并且实施方式7的发光元件的配置和结构可以基本类似于实施方式6的发光元件的配置和结构;因此,省略其详细描述。

在实施方式7中,首先,发光元件生产基板11的第二表面11b形成有用于形成凹镜部分43的凹槽43a。然后,在发光元件生产基板11的第二表面11b上形成包括多层膜的第一光反射层41,之后,在第一光反射层41上形成平坦化薄膜47,并且平坦化薄膜47和第一光反射层41经受平坦化处理,由此暴露发光元件生产基板11的第二表面11b的一部分,同时留下平坦化薄膜47和第一光反射层41(参见图24a)。第一光反射层41的平面图形状是圆形的。然而,应当注意,第一光反射层41的形状不限于此。

接下来,在包括第一光反射层41的发光元件生产基板11上,通过使用诸如elo方法等横向外延生长方法,基于横向生长形成发光结构20(参见图24b)。此后,执行实施方式4的[步骤410]和[步骤420]。然后,移除发光元件生产基板11,并且在暴露的第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一电极31。或者,在不移除发光元件生产基板11的情况下,第一电极31形成在发光元件生产基板11的第一表面11a上。此后,进行所谓的元件隔离,以隔离发光元件,并且堆叠结构和发光结构的侧表面和暴露表面涂覆有例如包括sio2的绝缘膜。然后,进行封装或密封,由此可以完成实施方式7的发光元件。

实施方式8

实施方式8是实施方式4至7的变型例,并且涉及第一配置的发光元件。如上所述,电流收缩区域(电流注入区域61a和电流非注入区域61b)由具有开口25的绝缘层24限定。换言之,电流注入区域61a由开口25限定。具体地,在实施方式8的发光元件中,第二化合物半导体层22设置有电流注入区域61a和围绕电流注入区域61a的电流非注入区域61b,并且从电流注入区域61a的面积重心到电流注入区域61a和电流非注入区域61b之间的边界61c的最短距离dci满足上述公式(1-1)和(1-2)。

在实施方式8的发光元件中,第一光反射层41的凹入镜部分43中的有效区域的半径r’dbr满足

ω0≤r’dbr≤20·ω0。

此外,满足dci≥ω0。此外,满足rdbr≤1×10-3m。具体地,可以例举

dci=4μm,

ω0=1.5μm,

lor=50μm,

rdbr=60μm,以及

λ0=525nm

作为示例。此外,作为开口25的直径,作为示例可以例举8μm。作为gan基板,使用具有通过在m轴方向上将c平面倾斜大约75度而获得的平面的基板,作为主平面。换言之,gan基板具有{20-21}平面,作为主平面,该平面是半极性平面。注意,这种gan基板也可以用于其他实施方式中。

凹入镜部分43的中心轴(z轴)和电流注入区域61a之间在xy平面方向上的偏差导致发光元件的特性劣化。虽然经常使用光刻技术进行用于形成凹入镜部分43的图案化和用于形成开口25的图案化,但是在这种情况下,根据曝光设备的性能,这两者之间的位置关系经常在xy平面中偏离。特别地,通过从第二化合物半导体层22的侧面进行对准来定位开口25(电流注入区域61a)。另一方面,通过从化合物半导体基板11侧进行对准来定位凹入镜部分43。有鉴于此,在实施方式8的发光元件中,开口25(电流注入区域61)被形成为大于凹入镜部分43会聚光的区域,由此实现了即使当在凹入镜部分43的中心轴(z轴)和电流注入区域61a之间在xy平面方向上产生偏差时也不影响振荡特性的结构。

具体地,在由第一光反射层反射的光集中的区域不包括在对应于有源层由于电流注入而具有增益的区域的电流注入区域中的情况下,可能阻碍来自载流子的光的感应发射,这可能导致阻碍激光振荡。然而,在满足上述公式(1-1)和(1-2)的情况下,可以确保由第一光反射层反射的光集中的区域包括在电流注入区域中,从而可以可靠地实现激光振荡。

实施方式9

实施方式9是实施方式4至8的变型例,并且涉及第二配置的发光元件,具体地,第(2a)配置的发光元件。图25中描绘了实施方式9的发光元件的示意性局部端视图。

顺便例举,为了控制在第一电极和第二电极之间流动的电流的流动路径(电流注入区域),电流非注入区域被形成为围绕电流注入区域。在基于gaas的表面发射激光器元件(包括基于gaas的化合物半导体的表面发射激光器元件)中,沿着xy平面从外部氧化有源层,由此可以形成围绕电流注入区域的电流非注入区域。与非氧化区域(电流注入区域)相比,有源层的氧化区域(电流非注入区域)的折射率降低。结果,谐振器的光路长度(由折射率和物理距离的乘积表示)在电流非注入区域比在电流注入区域短。结果,产生了一种“透镜效应”,产生了将激光限制在表面发射激光元件的中心部分的作用。一般来说,由于衍射效应,光易于扩散;因此,在谐振器中往复运动的激光逐渐消散到谐振器的外部(衍射损耗),产生诸如阈值电流增加等不利影响。然而,透镜效应补偿了衍射损耗,从而可以抑制阈值电流等的增加。

然而,在包括gan基化合物半导体的发光元件中,基于材料的特性,很难从外部沿着xy平面(横向)氧化有源层。因此,如在实施方式4至8中已经描述的,在第二化合物半导体层22上形成具有开口25并且包括sio2的绝缘层24,在从在开口25的底部暴露的第二化合物半导体层22到绝缘层24上的位置的范围内形成包括透明导电材料的第二电极32,并且在第二电极32上形成包括绝缘材料的堆叠结构的第二光反射层42。通过这样形成绝缘层24,形成电流非注入区域61b。然后,位于设置在绝缘层24中的开口25中的第二化合物半导体层22的部分变成电流注入区域61a。

在绝缘层24形成在第二化合物半导体层22上的情况下,形成绝缘层24的区域(电流非注入区域61b)中的腔长比没有形成绝缘层24的区域(电流注入区域61a)中的腔长长对应于绝缘层24的光学厚度的量。因此,将产生使在由表面发射激光元件(发光元件)的两个光反射层41和42形成的谐振器中往复运动的激光分散或消散到谐振器外部的作用。为了方便起见,这种作用称为“反向透镜效应”。然后,结果,在激光中产生振荡模式损耗,阈值电流可能增加,或者斜率效率可能劣化。在此处,“振荡模式损耗”是一个物理量,其引起振荡的激光的基本模式和高阶模式的光场强度的变化,并且为各个模式定义了不同的振荡模式损耗。注意,“光场强度”是在xy平面中离z轴距离l的函数的光场强度;通常,在基本模式中,光场强度随着距离l的增加而单调减小,但是在高阶模式中,光场强度重复增加和减小一次或多次,并且最终随着距离l的增加而减小(参见图27的(a)的概念图)。注意,在图27中,实线表示基本模式下的光场强度分布,而虚线表示高阶模式下的光场强度分布。此外,尽管为了方便起见,第一光反射层41在图27中被表示为处于平坦状态,但是实际上具有凹入镜部分。

下面将描述的实施方式9的发光元件或实施方式10至13的发光元件包括

(a)发光结构20,其在堆叠状态下包括:

具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b的第一化合物半导体层21,

面向第一化合物半导体层21的第二表面21b的有源层(发光层)23,以及

第二化合物半导体层22,其具有面向有源层23的第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b,

并且包括gan基化合物半导体,

(b)模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54,其设置在第二化合物半导体层22的第二表面22b上,并且构成作用于振荡模式损耗的变化的模式损耗作用区域55,

(c)第二电极32,其形成在从第二化合物半导体层22的第二表面22b上的位置到模式损耗作用部分54上的位置的范围内,

(d)形成在第二电极32上的第二光反射层42,

(e)设置在第一化合物半导体层21的第一表面21a侧的第一光反射层41,以及

(f)电连接到第一化合物半导体层21的第一电极31。

发光结构20形成有电流注入区域51、围绕电流注入区域51的电流非注入内部区域52和围绕电流非注入内部区域52的电流非注入外部区域53,并且模式损耗作用区域55的正交突出图像和电流非注入外部区域53的正交突出图像彼此重叠。换言之,电流非注入外部区域53位于模式损耗作用区域55的下侧。注意,模式损耗作用区域55的正交突出图像和电流非注入外部区域53的正交突出图像可以不必在与注入电流的电流注入区域51充分隔开的区域中彼此重叠。在此处,发光结构20形成有未注入电流的电流非注入区域52和53,并且在所示的示例中,这些区域在厚度方向上形成在从第二化合物半导体层22到第一化合物半导体层21的一部分的范围内。应当注意,电流非注入区域52和53在厚度方向上可以形成在第二化合物半导体层22的第二电极侧的区域中,可以形成在第二化合物半导体层22的整个部分中,或者可以形成在第二化合物半导体层22和有源层23中。

此外,模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54包括介电材料,例如,sio2,并且在实施方式9的发光元件或下述实施方式10至13的发光元件中,模式损耗作用部分54形成在第二电极32和第二化合物半导体层22之间。模式损耗作用部分54的光学厚度可以是偏离振荡波长λ0的1/4的整数倍的值。或者,模式损耗作用部分54的光学厚度t0可以是振荡波长λ0的1/4的整数倍。换言之,模式损耗作用部分54的光学厚度t0可以是这样的厚度,使得不干扰在发光元件中生成的光的相位并且不破坏光的驻波。然而,应当注意,在严格的意义上,光学厚度t0不一定是振荡波长λ0的1/4的整数倍,并且如果满足以下就足够了

(λ0/4nm-loss)×m–(λ0/8nm-loss)≤t0≤(λ0/4nm-loss)×2m+(λ0/8nm-loss)。

具体地,假设在发光元件中生成的光的波长的1/4的值是“100”,则模式损耗作用部分54的光学厚度t0优选地大约为25到250。此外,通过采用这些配置,可以改变穿过模式损耗作用部分54的激光和穿过电流注入区域51的激光之间的相位差(可以控制相位差),可以以更高的自由度执行振荡模式损耗的控制,并且可以进一步增强设计发光元件的自由度。

在实施方式9中,电流注入区域51和电流非注入内部区域52之间的边界的形状被制成圆形(直径:8μm),并且电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53之间的边界的形状被制成圆形(直径:12μm)。换言之,假设电流注入区域51的正交突出图像的面积是s1,并且假设电流非注入区域52内部的正交突出图像的面积是s2,则满足

0.01≤s1/(s1+s2)≤0.7

具体地,

s1/(s1+s2)=82/122=0.44。

在下面描述的实施方式9的发光元件或实施方式10、11和13的发光元件中,假设从电流注入区域51中的有源层23到第二化合物半导体层22的第二表面的光学距离是l2,并且假设从模式损耗作用区域55中的有源层23到模式损耗作用部分54的顶面(面对第二电极32的表面)的光学距离是l0,则满足

l0>l2

具体地,采用

l0/l2=1.5的设置。

具有生成的高阶模式的激光通过模式损耗作用区域55朝着包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外部耗散,由此振荡模式损耗增加。换言之,由于存在作用于振荡模式损耗变化的模式损耗作用区域55,在远离模式损耗作用区域55的正交突出图像中的z轴时,生成的基本模式和高阶模式中的光场强度减小(参见图27的(b)的概念图);在这种情况下,高阶模式中光场强度的降低大于基本模式中光场强度的降低,从而基本模式可以更加稳定,可以实现阈值电流的降低,并且基本模式的相对光场强度可以增加。此外,由于高阶模式中的光场强度的边缘部分比传统发光元件(见图27的(a))更远离电流注入区域,所以可以实现降低反向透镜效应的影响。注意,首先,在不提供包括sio2的模式损耗作用部分54的情况下,将产生振荡模式的混合。

第一化合物半导体层21包括n-gan层,有源层23包括五重多量子阱结构,其中,in0.04ga0.96n层(阻挡层)和in0.16ga0.84n层(阱层)堆叠,并且第二化合物半导体层22包括p-gan层。此外,第一电极31包括ti/pt/au,第二电极32包括透明导电材料,具体地,ito。模式损耗作用部分54形成有圆形开口54a,并且第二化合物半导体层22在开口54a的底部暴露。用于与外部电极或电路电连接的包括例如ti/pt/au或v/pt/au的焊盘电极(未示出)形成在或连接到第一电极31的边缘部分上。用于与外部电极或电路电连接的包括例如ti/pd/au或ti/ni/au的焊盘电极33形成在或连接到第二电极32的边缘部分上。第一光反射层41和第二光反射层42包括sin层和sio2层的堆叠结构(堆叠的电介质膜的总数:20)。

在实施方式9的发光元件中,电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53通过离子注入到发光结构20中而形成。作为离子种类,例如,已经选择了硼,但是硼离子不是限制性的。

下面将描述实施方式9的发光元件的制造方法的概述。

[步骤900]

在制造实施方式9的发光元件时,首先,执行类似于实施方式4中的[步骤400]的步骤。

[步骤910]

接下来,基于使用硼离子的离子注入方法,在发光结构20中形成电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53。

[步骤920]

此后,在类似于实施方式4的[步骤410]的步骤中,在第二化合物半导体层22的第二表面22b上,基于已知方法形成具有开口54a并包括sio2的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54(参见图26a)。

[步骤930]

此后,执行类似于实施方式4的[步骤420]至[步骤460]的步骤,由此可以获得实施方式9的发光元件。注意,在图26b中描绘了在类似于[步骤420]的步骤过程中获得的结构。

在实施方式9的发光元件中,发光结构形成有电流注入区域、包围电流注入区域的电流非注入内部区域和包围电流非注入内部区域的电流非注入外部区域,并且模式损耗作用区域的正交突出图像和电流非注入外部区域的正交突出图像彼此重叠。换言之,电流注入区域和模式损耗作用区域被电流非注入内部区域彼此分隔(分离)。因此,如图27的(b)中描绘的概念图,振荡模式损耗的变化(具体地,实施方式9中的增加)可以被设置为期望的状态。或者,通过根据需要确定电流注入区域和模式损耗作用区域之间的位置关系、构成模式损耗作用区域的模式损耗作用部分的厚度等,振荡模式损耗的变化可以被设置为期望的状态。然后,结果,可以解决传统发光元件中的问题,例如,阈值电流的增加和斜率效率的劣化。例如,通过降低基本模式中的振荡模式损耗,可以实现降低阈值电流。此外,由于可以独立地控制引起振荡模式损耗的区域和注入电流并有助于发光的区域,即,由于可以独立地执行振荡模式损耗的控制和发光元件的发光状态的控制,所以可以增强控制自由度和设计发光元件的自由度。具体地,通过将电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域设置成上述预定位置关系,可以控制由模式损耗作用区域对基本模式和高阶模式引起的振荡模式损耗的大小关系,并且通过相对于对基本模式引起的振荡模式损耗相对增加对高阶模式引起的振荡模式损耗,可以更加稳定基本模式。此外,由于实施方式9的发光元件具有凹入镜部分43,所以可以更安全地抑制衍射损耗的产生。

实施方式10

实施方式10是实施方式9的变型例,并且涉及第(2-b)配置的发光元件。如图28所示的示意性局部截面图,在实施方式10的发光元件中,通过用等离子体照射第二化合物半导体层22的第二表面、第二化合物半导体层22的第二表面的灰化处理或者第二化合物半导体层22的第二表面的反应离子蚀刻(rie)处理,来形成电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53。由于电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53因此暴露于等离子体粒子(具体地,氩、氧、氮等),第二化合物半导体22的导电性劣化,并且电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53进入高阻状态。换言之,通过将第二化合物半导体层22的第二表面22b暴露于等离子体粒子,来形成电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53。注意,在图28、图29、图30和图31中,省略了第一光反射层41的图示。

在实施方式10中,电流注入区域51和电流非注入内部区域52之间的边界的形状是圆形的(直径:10μm),并且电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53之间的边界的形状是圆形的(直径:15μm)。换言之,假设电流注入区域51的正交突出图像的面积是s1,并且假设电流非注入区域52的正交突出图像的面积是s2,则满足

0.01≤s1/(s1+s2)≤0.7

具体地,采用如下的设置:

s1/(s1+s2)=102/152=0.44

在实施方式10中,代替实施方式9的[步骤910],基于用等离子体照射第二化合物半导体层22的第二表面、第二化合物半导体层22的第二表面的灰化处理或者第二化合物半导体层22的第二表面的反应离子蚀刻处理,在发光结构20中形成电流非注入内部区域52和电流非注入区域53,这就足够了。

除了上述几点之外,实施方式10的发光元件的配置和结构可以类似于实施方式9的发光元件的配置和结构,因此省略其详细描述。

此外,在下面描述的实施方式10或实施方式11的发光元件中,通过将电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域设置成上述预定位置关系,可以控制由模式损耗作用区域对基本模式和高阶模式引起的振荡模式损耗的大小关系,并且通过相对于对基本模式引起的振荡模式损耗相对增加对高阶模式引起的振荡模式损耗,可以更加稳定基本模式。

实施方式11

实施方式11是实施方式9和10的变型例,并且涉及第(2-c)配置的发光元件。如图29所示的示意性局部截面图,在实施方式11的发光元件中,第二光反射层42具有这样的区域,通过该区域,来自第一光反射层41的光反射或散射到包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外部(即,朝向模式损耗作用区域55)。具体地,第二光反射层42的位于模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54的侧壁(开口54b的侧壁)的上侧的部分具有正常的锥形倾斜部分42a,或者,具有向第一光反射层41突出的弯曲区域。

在实施方式11中,电流注入区域51和电流非注入内部区域52之间的边界的形状被制成圆形(直径:8μm),并且电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53之间的边界的形状被制成圆形(直径:10至20μm)。

在实施方式11中,当在类似于实施方式9的[步骤920]的步骤中形成具有开口54b并包括sio2的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54时,如果形成具有正常锥形侧壁的开口54b,这就足够了。具体地,基于光刻技术,在第二化合物半导体层22的第二表面22b上形成的模式损耗作用层上形成抗蚀剂层,并且抗蚀剂层的要形成开口54b的部分设置有开口区域。基于已知的方法,该开口区域的侧壁形成为正常的锥形形状。然后,进行回蚀,由此模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54可以形成有具有正常锥形侧壁的开口54b。此外,第二电极32和第二光反射层42形成在这种模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54上,由此可以将正常锥形倾斜部分42a提供给第二光反射层42。

除了上述几点之外,实施方式11的发光元件的配置和结构可以类似于实施方式9和10的发光元件的配置和结构,因此省略其详细描述。

实施方式12

实施方式12是实施方式9至11的变型例,并且涉及第(2d)配置的发光元件。如图30所示的实施方式12的发光元件的示意性局部截面图以及图31所示的切除的主要部分的示意性局部截面图,在第二化合物半导体层22的第二表面22b侧上形成突出部分22a。如图30和31所示,模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b的围绕突出部分22a的区域22b上。突出部分22a占据电流注入区域51、电流注入区域51和电流非注入内部区域52。模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54包括例如介电材料,例如,sio2,如实施方式9中那样。在区域22b中提供电流非注入外部区域53。假设从电流注入区域51中的有源层23到第二化合物半导体层22的第二表面的光学距离是l2,并且假设从模式损耗作用区域55中的有源层23到模式损耗作用部分54的顶面(面对第二电极32的表面)的光学距离是l0,则满足

l0<l2

具体地,采用如下的设置:

l2/l0=1.5

结果,在发光元件中产生透镜效应。

在实施方式12的发光元件中,具有生成的高阶模式的激光通过模式损耗作用区域55限制在电流注入区域51和电流非注入区域52内,从而降低振荡模式损耗。换言之,由于存在作用于振荡模式损耗变化的模式损耗作用区域55,在电流注入区域51和电流非注入区域52内部的正交突出图像中,生成的基本模式和高阶模式的光场强度增加。

在实施方式12中,电流注入区域51和电流非注入内部区域52之间的边界的形状被制成圆形(直径:8μm),并且电流非注入内部区域52和电流非注入外部区域53之间的边界的形状被制成圆形(直径:30μm)。

在实施方式12中,在实施方式9的[步骤910]和[步骤920]之间,如果通过从第二表面22b侧移除第二化合物半导体层22的一部分,来形成突出部分22a,这就足够了。

除了上述几点之外,实施方式12的发光元件的配置和结构可以类似于实施方式9的发光元件的配置和结构,因此省略其详细描述。在实施方式12的发光元件中,可以抑制由模式损耗作用区域对各种模式引起的振荡模式损耗,并且不仅可以将横向模式置于多模式振荡中,还可以降低激光振荡的阈值。此外,如图27的(c)所示的概念图,由于存在作用于振荡模式损耗的变化(具体地,在实施方式12中,减小)的模式损耗作用区域,可以在电流注入区域和电流非注入内部区域的正交突出图像中,增加所生成的基本模式和高阶模式中的光场强度。

实施方式13

实施方式13是实施方式9至12的变型例。下面描述的实施方式13或实施方式14的发光元件更具体地包括表面发射激光元件(发光元件)(垂直腔表面发射激光器,vcsel),其中,激光经由第一光反射层41从第一化合物半导体层21的顶面发射。

在实施方式13的发光元件中,如图32所示的示意性局部截面图,通过焊料接合方法,第二化合物半导体层42通过金(au)层或包括含锡(sn)焊料层的焊料层48固定到包括硅半导体基板的支撑基板49。在制造实施方式13的发光元件时,如果执行类似于实施方式9的[步骤900]至[步骤930]的步骤,除了移除支撑基板49之外,即,不移除支撑基板49,这就足够了。

同样在实施方式13的发光元件中,通过将电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域设置成上述预定位置关系,可以控制由模式损耗作用区域对基本模式和高阶模式引起的振荡模式损耗的大小关系,并且通过相对于对基本模式引起的振荡模式损耗相对增加对高阶模式引起的振荡模式损耗,可以更加稳定基本模式。

在上述和图32所示的发光元件的示例中,第一电极31的端部与第一光反射层41间隔开。换言之,第一光反射层41和第一电极31彼此间隔或偏移,并且间隔距离在1mm之内,具体地,例如,平均为0.05mm。然而,应当注意,这种结构不是限制性的,并且第一电极31的端部可以与第一光反射层41接触,或者第一电极31的端部可以形成在到第一光反射层41的边缘部分上的位置的范围内。

此外,例如,在进行类似于实施方式9的[步骤900]至[步骤930]的步骤之后,可以移除发光元件生产基板11,以暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a,然后,可以在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一光反射层41和第一电极31。此外,在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一光反射层41时,可以蚀刻第一化合物半导体层21,以在第一化合物半导体层21的第一表面21a中形成凹槽,并且可以在凹槽中形成第一光反射层41。另外,在这种情况下,当凹槽的侧壁形成为正常的锥形形状时,可以获得第(2-c)配置的发光元件。换言之,第一光反射层41具有区域(倾斜部分),来自第二光反射层42的光通过该区域向包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外部反射或散射。

实施方式14

实施方式14是实施方式4至8的变型例,并且涉及第三配置的发光元件,具体地,第(3-a)配置的发光元件。实施方式14的发光元件更具体地包括表面发射激光元件(发光元件)(垂直腔表面发射激光器,vcsel),其中,激光经由第一光反射层41从第一化合物半导体层21的顶面发射。

图33中描绘了实施方式14的发光元件的示意性局部截面图,该发光元件包括

(a)发光结构20,其在堆叠状态下包括:

第一化合物半导体层21,其包括gan基化合物半导体,并且具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b,

有源层(发光层)23,其包括gan基化合物半导体,并且与第一化合物半导体层21的第二表面21b接触,以及

第二化合物半导体层22,其包括gan基化合物半导体,并且具有第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b,第一表面22a与有源层23接触,

(b)形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b上的第二电极32,

(c)形成在第二电极32上的第二光反射层42,

(d)模式损耗作用部分64,其设置在第一化合物半导体层21的第一表面21a上,并且构成作用于振荡模式损耗的变化的模式损耗作用区域65,

(e)第一光反射层41,其形成在从第一化合物半导体层21的第一表面21a上的位置到模式损耗作用部分64上的位置的范围内,以及

(f)电连接到第一化合物半导体层21的第一电极31。注意,在实施方式14的发光元件中,第一电极31形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。

此外,发光结构20形成有电流注入区域61、围绕电流注入区域61的电流非注入内部区域62和围绕电流非注入内部区域62的电流非注入外部区域63,并且模式损耗作用区域65的正交突出图像和电流非注入外部区域63的正交突出图像彼此重叠。在此处,虽然发光结构20形成有电流非注入区域62和63,但是在所示的示例中,这些区域在厚度方向上形成为从第二化合物半导体层22到第一化合物半导体层21的一部分。然而,应当注意,电流非注入区域62和63在厚度方向上可以形成在第二化合物半导体层22的第二电极侧的区域中,可以形成在第二化合物半导体层22的整个部分中,或者可以形成在第二化合物半导体层22和有源层23中。

发光结构20、焊盘电极33、第一光反射层41和第二光反射层42的配置可以类似于实施方式9中的配置,并且接合层48和支撑基板49的配置可以类似于实施方式13中的配置。模式损耗作用部分64形成有圆形开口64a,并且在开口64a的底部暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a。

模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64包括介电材料,例如,sio2,并且形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a上。模式损耗作用部分64的光学厚度t0可以是偏离振荡波长λ0的1/4的整数倍的值。或者,模式损耗作用部分64的光学厚度t0可以是振荡波长λ0的1/4的整数倍。换言之,模式损耗作用部分64的光学厚度t0可以是这样的厚度,使得不干扰在发光元件中生成的光的相位并且不破坏光的驻波。然而,应当注意,在严格的意义上,光学厚度t0不一定是振荡波长λ0的1/4的整数倍,并且如果满足

(λ0/4nm-loss)×m–(λ0/8nm-loss)≤t0≤(λ0/4nm-loss)×2m+(λ0/8nm-loss)

这就足够了。具体地,假设振荡波长λ0的1/4的值是“100”,则模式损耗作用部分64的光学厚度t0优选地大约为25到250。另外,通过采用这些配置,可以改变通过模式损耗作用部分64的激光和通过电流注入区域61的激光之间的相位差(可以控制相位差),可以以更高的自由度执行振荡模式损耗的控制,并且可以进一步增强设计发光元件的自由度。

在实施方式14中,电流注入区域61和电流非注入内部区域62之间的边界的形状被制成圆形(直径:8μm),并且电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63之间的边界的形状被制成圆形(直径:15μm)。换言之,假设电流注入区域61的正交突出图像的面积是s1’,并且假设电流非注入内部区域62内的正交突出图像的面积是s2’,则满足

0.01≤s1’/(s1’+s2’)≤0.7

具体地,采用如下的设置:

s1’/(s1’+s2’)=82/152=0.28

在实施方式14的发光元件中,假设从电流注入区域61中的有源层23到第一化合物半导体层21的第一表面的光学距离是l1’,并且假设从模式损耗作用区域65中的有源层23到模式损耗作用部分64的顶面(面向第一电极31的表面)的光学距离是l0’,则满足

l0’>l1’

具体地,采用

l0’/l1’=1.01

的设置。具有生成的高阶模式的激光通过模式损耗作用区域65朝着包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外部耗散,由此振荡模式损耗增加。具体地,在模式损耗作用区域65的正交突出图像中,由于存在作用于振荡模式损耗的变化的模式损耗作用区域65,所生成的基本模式和高阶模式中的光场强度在远离z轴时减小(参见图27的(b)中的概念图);在这种情况下,高阶模式中光场强度的降低大于基本模式中光场强度的降低,从而基本模式可以更加稳定,可以实现阈值电流的降低,并且基本模式中的相对光场强度可以增加。

在实施方式14的发光元件中,电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63通过离子注入到发光结构20中而形成,如实施方式9中那样。作为离子种类,例如,已经选择了硼,但是硼离子不是限制性的。

下面将描述实施方式14的发光元件的制造方法。

[步骤1400]

首先,执行类似于实施方式9的[步骤900]的步骤,由此可以获得发光结构20。接下来,执行类似于实施方式9的[步骤910]的步骤,由此可以在发光结构20中形成电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63。

[步骤1410]

随后,基于例如剥离方法,在第二化合物半导体层22的第二表面22b上形成第二电极32,并且进一步基于已知方法,形成焊盘电极33。此后,基于已知方法,在从第二电极32上的位置到焊盘电极33上的位置的范围内形成第二光反射层42。

[步骤1420]

此后,第二光反射层42通过接合层48固定到支撑基板49。

[步骤1430]

接下来,移除发光元件生产基板11,以暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a。具体地,首先,基于机械抛光方法减小发光元件生产基板11的厚度,然后,基于cmp方法移除发光元件生产基板11的剩余部分。以这种方式,暴露第一化合物半导体层21的第一表面21a。

[步骤1440]

此后,基于已知方法,在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成具有开口64a并包括sio2的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64。

[步骤1450]

接下来,在模式损耗作用部分64中的开口64a的底部暴露的第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成包括凹入镜部分43的第一光反射层41,该凹入镜部分43包括底座部分45f和多层光反射膜46,并且进一步形成第一电极31。以这种方式,可以获得具有图33所示的结构的实施方式14的发光元件。

[步骤1460]

此后,进行通常所谓的元件隔离,以隔离发光元件,并且堆叠结构和发光结构的侧表面和暴露表面涂覆有例如包括sio2的绝缘膜。然后,进行封装或密封,以完成实施方式14的发光元件。

此外,在实施方式14的发光元件中,发光结构形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内部区域和围绕电流非注入内部区域的电流非注入外部区域,并且模式损耗作用区域的正交突出图像和电流非注入外部区域的正交突出图像彼此重叠。因此,如图27的(b)所示的概念图,振荡模式损耗的变化(具体地,在实施方式14中,增加)可以被设置为期望的状态。此外,因为可以独立地执行振荡模式损耗的控制和发光元件的发光状态的控制,所以可以增强控制的自由度和设计发光元件的自由度。具体地,通过将电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域设置成上述预定位置关系,可以控制由模式损耗作用区域对基本模式和高阶模式引起的振荡模式损耗的大小关系,并且通过相对于对基本模式引起的振荡模式损耗相对增加对高阶模式引起的振荡模式损耗,可以更加稳定基本模式。此外,还可以实现减小反向透镜效应的影响。此外,由于实施方式14的发光元件具有凹入镜部分43,所以可以更安全地抑制衍射损耗的产生。

同样在实施方式14中,如在实施方式10中一样,可以通过用等离子体照射第二化合物半导体层22的第二表面、第二化合物半导体层22的第二表面的灰化处理、或者第二化合物半导体层22的第二表面(第(3-b)配置的发光元件)的反应离子蚀刻(rie)处理,来形成电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63。由于电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63因此暴露于等离子体粒子,所以第二化合物半导体层22的导电性劣化,并且电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63进入高电阻状态。换言之,通过将第二化合物半导体层22的第二表面22b暴露于等离子体粒子,来形成电流非注入内部区域62和电流非注入外部区域63。

此外,如在实施方式11中,第二光反射层42可以包括这样的区域,通该区域,来自第一光反射层41的光朝向包括第一光反射层41和第二光反射层42的谐振器结构的外部(即,朝向模式损耗作用区域65)反射或散射(第(3-c)配置的发光元件)。或者,如实施方式13中那样,在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一光反射层41时,可以蚀刻第一化合物半导体层21,以在第一化合物半导体层21的第一表面21a中形成凹槽,并且可以在凹槽中形成第一光反射层41;在这种情况下,凹槽的侧壁可以形成为正常的锥形形状。

此外,如在实施方式12中,突出部分可以形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a侧上,并且模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64可以形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a的围绕突出部分(第(3d)配置的发光元件)的区域上。如果模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a的围绕突出部分的区域上,这就足够了。突出部分占据电流注入区域61、电流注入区域61和电流非注入内部区域62。结果,具有生成的高阶模式的激光被模式损耗作用区域65限制在电流注入区域61和电流非注入内部区域62内,从而降低了振荡模式损耗。换言之,由于存在作用于振荡模式损耗变化的模式损耗作用区域65,在电流注入区域61和电流非注入内部区域62的正交突出图像中,生成的基本模式和高阶模式的光场强度增加。此外,在具有这种配置的实施方式14的发光元件的变型例中,可以抑制由模式损耗作用区域65对各种模式引起的振荡模式损耗,并且不仅可以将横向模式置于多模式振荡中,还可以降低激光振荡的阈值。此外,如图27的(c)所示的概念图,由于存在作用于振荡模式损耗的变化(具体地,在实施方式14的发光元件的变型例中,降低)的模式损耗作用区域65,可以在电流注入区域和电流非注入内部区域的正交突出图像中增加所生成的基本模式和高阶模式中的光场强度。

在一些情况下,突出部分(台面结构)可以形成在第一化合物半导体层21的第一表面21a侧,并且围绕突出部分的第一化合物半导体层21的区域可以被制成模式损耗作用区域(模式损耗作用部分)。换言之,在这种情况下,如果省略形成模式损耗作用层并且模式损耗作用部分包括围绕突出部分的第一化合物半导体层的区域,这就足够了。然后,如果第一光反射层41形成在突出部分的顶面上,这就足够了。突出部分占据电流注入区域61、电流注入区域61和电流非注入内部区域62。其结果也是,具有生成的更高阶模式的激光被模式损耗作用区域限制在电流注入区域61和电流非注入内部区域62内,从而降低了振荡模式损耗。换言之,由于存在作用于振荡模式损耗变化的模式损耗作用区域,在电流注入区域61和电流非注入内部区域62的正交突出图像中,生成的基本模式和高阶模式中的光场强度增加。此外,在具有这种配置的实施方式14的发光元件的变型例中,可以抑制由模式损耗作用区域对各种模式引起的振荡模式损耗,并且不仅可以将横向模式置于多模式振荡中,还可以降低激光振荡的阈值。此外,如图27的(c)所示的概念图,由于存在作用于振荡模式损耗的变化(具体地,在实施方式14的发光元件的变型例中,降低)的模式损耗作用区域,可以在电流注入区域和电流非注入内部区域的正交突出图像中增加所生成的基本模式和高阶模式中的光场强度。

虽然已经基于优选实施方式描述了本公开,但是本公开不限于这些实施方式。实施方式中描述的发光元件的配置和结构仅仅是说明性的,并且可以根据需要进行变型例,并且发光元件的制造方法也可以根据需要进行变型例。在一些情况下,通过适当选择接合层和支撑基板,可以实现表面发射激光元件,其中,光经由第二光反射层从第二化合物半导体层的顶面发射。通过在形成第一光反射层和第一电极之后移除支撑基板,可以完成表面发射激光元件,其中,光经由第二光反射层从第二化合物半导体层的顶面发射。或者,通过将第一光反射层固定到第二支撑基板,然后移除支撑基板,以暴露第二光反射层,可以完成表面发射激光元件,其中,光经由第二光反射层从第二化合物半导体层的顶面发射。

注意,本公开还可以采取以下配置。

[a01]《一种发光元件····第一模式》

一种发光元件,包括:

堆叠结构,在堆叠状态下,包括

第一光反射层,其中,堆叠有多个薄膜,

发光结构,以及

第二光反射层,其中,堆叠有多个薄膜,

其中,所述发光结构包括

第一化合物半导体层,

有源层,以及

第二化合物半导体层,其从第一光反射层侧开始堆叠,

所述发光结构由平行于由所述有源层占据的虚拟平面的光吸收材料层形成,并且

假设从有源层发射的具有最大强度的光的波长是λ0,假设占据从有源层到光吸收材料层的层等效折射率是neq,假设从有源层到光吸收材料层的光学距离是lop,并且假设λ≡{(2m+1)λ0}/(4neq)(其中,m是等于或大于0的整数),则

lop的值是不同于λ的值,并且

光吸收材料层所在的一侧的光反射层的厚度tave是不同于厚度tdbr的值,

其中,假设构成光吸收材料层所在的一侧的光反射层的薄膜的折射率为ni,并且假设薄膜的总数为l,则

tdbr=∑(λ0/4ni),

i=1,2,3,…,l,并且

“∑”表示从i=1到i=1的总和。

[a02]根据[a01]所述的发光元件,

其中,lop的值为

0.95×λ≤lop≤0.99×λ

并且

tdbr<tave。

[a03]根据[a01]所述的发光元件,

其中,lop的值为

0.95×λ≤lop≤0.99×λ

并且

所述光吸收材料层所在的一侧的光反射层的阻带中心的波长大于λ0。

[a04]根据[a01]所述的发光元件,

其中,lop的值为

1.01×λ≤lop≤1.05×λ

并且

tave<tdbr。

[a05]根据[a01]所述的发光元件,

其中,lop的值为

1.01×λ≤lop≤1.05×λ

并且

所述光吸收材料层所在的一侧的光反射层的阻带中心的波长小于λ0。

[a06]《发光元件····第二模式》

一种发光元件,包括:

堆叠结构,在堆叠状态下,包括

第一光反射层,

发光结构,以及

第二光反射层,

其中,所述发光结构包括

第一化合物半导体层,

有源层,以及

第二化合物半导体层,其从第一光反射层侧开始堆叠,

所述发光结构在其端部形成有平行于由有源层占据的虚拟平面的光吸收材料层,

介电层形成在光吸收材料层和光吸收材料层所在的一侧上的光反射层之间,并且

假设从有源层发射的具有最大强度的光的波长是λ0,假设占据从有源层到光吸收材料层的层等效折射率是neq,假设从有源层到光吸收材料层的光学距离是lop,假设介电层的折射率是ndel,假设从光吸收材料层到光吸收材料层所在的一侧的光反射层和介电层之间的界面的光学距离为ldel,并假设λ≡{(2m+1)λ0}/(4neq)(其中,m是等于或大于0的整数),然后

lop的值是不同于λ的值,并且

ldel≠λ0/(4ndel)。

[a07]根据[a06]所述的发光元件,

其中,lop的值为

0.95×λ≤lop≤0.99×λ

并且

λ0/(4ndel)<ldel。

[a08]根据[a06]所述的发光元件,

其中,lop的值为

1.01×λ≤lop≤1.05×λ

并且

ldel<λ0/(4ndel)。

[a09]根据[a01]至[a08]中任一项所述的发光元件,

其中,所述光吸收材料层位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中生成的最小振幅部分附近。

[a10]根据[a01]至[a09]中任一项所述的发光元件,

其中,所述有源层位于在堆叠结构内部形成的光的驻波中生成的最大振幅部分附近。

[a11]根据[a01]至[a10]中任一项所述的发光元件,

其中,所述光吸收材料层的光吸收系数等于或大于构成发光结构的化合物半导体的光吸收系数的两倍。

[a12]根据[a01]至[a11]中任一项所述的发光元件,其中,所述光吸收材料层包括选自带隙比构成发光结构的化合物半导体窄的化合物半导体材料、掺杂有杂质的化合物半导体材料、透明导电材料和具有光吸收特性的介电材料中的至少一种材料。

[a13]根据[a01]至[a12]中任一项所述的发光元件,

其中,所述第一化合物半导体层、所述有源层和所述第二化合物半导体层包括gan基化合物半导体材料。

[b01]根据[a01]至[a13]中任一项所述的发光元件,

其中,所述第一光反射层具有凹入镜部分,并且

所述第二光反射层具有平坦的形状。

[b02]根据[b01]所述的发光元件,其中,假设腔长为lor,则满足1×10-5m≤lor。

[b03]根据[b01]或[b02]所述的发光元件,

其中,当沿着包含堆叠结构的堆叠方向的虚拟平面切割第一光反射层时,由第一光反射层的凹入镜部分的一部分的面向发光结构的界面绘制的图形包括圆的一部分或抛物线的一部分。

[c01]《第一配置的发光元件》

根据[b01]至[b03]中任一项所述的发光元件,

其中,所述第二化合物半导体层设置有电流注入区域和围绕所述电流注入区域的电流非注入区域,并且

从电流注入区域的面积重心到电流注入区域和电流非注入区域之间的边界的最短距离dci满足以下公式:

dci≥ω0/2

假设

ω02≡(λ0/π){lor(rdbr-lor)}1/2

其中,

λ0:振荡波长,

lor:腔长,以及

rdbr:第一光反射层的凹入镜部分的曲率半径

[c02]根据[c01]所述的发光元件,还包括:

模式损耗作用部分,其设置在第二化合物半导体层的第二表面上,并且构成作用于振荡模式损耗的变化的模式损耗作用区域;

第二电极,其形成为从第二化合物半导体层的第二表面上的位置到模式损耗作用部分上的位置;以及

第一电极,其电连接到第一化合物半导体层,

其中,所述第二光反射层形成在第二电极上,

所述发光结构形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内部区域、以及围绕电流非注入内部区域的电流非注入外部区域,并且

所述模式损耗作用区域的正交突出图像和所述电流非注入外部区域的正交突出图像彼此重叠。

[c03]根据[c01]或[c02]所述的发光元件,

其中,第一光反射层的凹入镜部分中的有效区域的半径r’dbr满足

ω0≤r’dbr≤20·ω0。

[c04]根据[c01]至[c03]中任一项所述的发光元件,满足dci≥ω0。

[c05]根据[c01]至[c04]中任一项所述的发光元件,满足rdbr≤1×10-3m。

[d01]《第二配置的发光元件》

根据[a01]至[b03]中任一项所述的发光元件,还包括:

模式损耗作用部分,其设置在第二化合物半导体层的第二表面上,并且构成作用于振荡模式损耗的变化的模式损耗作用区域;

第二电极,其形成为从第二化合物半导体层的第二表面上的位置到模式损耗作用部分上的位置;以及

第一电极,其电连接到第一化合物半导体层,

其中,所述第二光反射层形成在第二电极上,

所述发光结构形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内部区域、以及围绕电流非注入内部区域的电流非注入外部区域,并且

所述模式损耗作用区域的正交突出图像和电流非注入外部区域的正交突出图像彼此重叠。

[d02]根据[d01]所述的发光元件,

其中,电流非注入外部区域位于模式损耗作用区域的下侧。

[d03]根据[d01]或[d02]所述的发光元件,

其中,假设电流注入区域的突出图像的一个区域是s1,并且假设电流非注入内部区域的突出图像的一个区域是s2,则满足

0.01≤s1/(s1+s2)≤0.7。

[d04]根据[d01]至[d03]中任一项所述的发光元件,

其中,所述电流非注入内部区域和所述电流非注入外部区域通过离子注入发光结构中而形成。

[d05]根据[d04]所述的发光元件,

其中,离子种类包括至少一种选自硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅的离子。

[d06]《第(2-b)配置的发光元件》

根据[d01]至[d05]中任一项所述的发光元件,

其中,通过用等离子体照射第二化合物半导体层的第二表面、第二化合物半导体层的第二表面的灰化处理或者第二化合物半导体层的第二表面的反应离子蚀刻处理,来形成电流非注入内部区域和电流非注入外部区域。

[d07]《第(2-c)配置的发光元件》

根据[d01]至[d06]中任一项所述的发光元件,

其中,所述第二光反射层具有一个区域,来自第一光反射层的光通过该区域反射或散射到包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部。

[d08]根据[d04]至[d07]中任一项所述的发光元件,

其中,假设从电流注入区域中的有源层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离是l2,并且假设从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶面的光学距离是l0,则满足

l0>l2。

[d09]根据[d04]至[d08]中任一项所述的发光元件,

其中,具有生成的高阶模式的光通过模式损耗作用区域向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部耗散,由此振荡模式损耗增加。

[d10]根据[d04]至[d09]中任一项所述的发光元件,

其中,所述模式损耗作用部分包括介电材料、金属材料或合金材料。

[d11]根据[d10]所述的发光元件,

其中,所述模式损耗作用部分包括介电材料,并且

所述模式损耗作用部分的光学厚度是偏离发光元件中生成的光波长的1/4的整数倍的值。

[d12]根据[d10]所述的发光元件,

其中,所述模式损耗作用部分包括介电材料,并且

所述模式损耗作用部分的光学厚度是发光元件中生成的光波长的1/4的整数倍。

[d13]《第(2-d)配置的发光元件》

根据[d01]至[d03]中任一项所述的发光元件,

其中,突出部分形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上,并且

所述模式损耗作用部分形成在围绕突出部分的第二化合物半导体层的第二表面的区域上。

[d14]根据[d13]所述的发光元件,

其中,假设从电流注入区域中的有源层到第二化合物半导体层的第二表面的光学距离是l2,并且假设从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶面的光学距离是l0,则满足

l0<l2。

[d15]根据[d13]或[d14]所述的发光元件,其中,具有生成的高阶模式的光通过模式损耗作用区域限制在电流注入区域和电流非注入内部区域中,从而降低振荡模式损耗。

[d16]根据[d13]至[d15]中任一项所述的发光元件,

其中,所述模式损耗作用部分包括介电材料、金属材料或合金材料。

[d17]根据[d01]至[d16]中任一项所述的发光元件,

其中,所述第二电极包括透明导电材料。

[e01]《第三配置的发光元件》

根据[a01]至[b03]中任一项所述的发光元件,还包括:

第二电极,其形成在第二化合物半导体层的第二表面上;

第二光反射层,其形成在第二电极上;

模式损耗作用部分,其设置在第一化合物半导体层的第一表面上,并且构成作用于振荡模式损耗的变化的模式损耗作用区域;以及

第一电极,其电连接到第一化合物半导体层,

其中,所述第一光反射层形成在从第一化合物半导体层的第一表面上的位置到模式损耗作用部分上的位置的范围内,

所述发光结构形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内部区域、以及围绕电流非注入内部区域的电流非注入外部区域,并且

所述模式损耗作用区域的正交突出图像和电流非注入外部区域的正交突出图像彼此重叠。

[e02]根据[e01]所述的发光元件,

其中,假设电流注入区域的突出图像的一个区域是s1,并且假设电流非注入内部区域的突出图像的一个区域是s2,则满足

0.01≤s1’/(s1’+s2’)≤0.7。

[e03]《第(3-a)配置的发光元件》

根据[e01]或[e02]所述的发光元件,

其中,所述电流非注入内部区域和所述电流非注入外部区域通过离子注入发光结构而形成。

[e04]根据[e03]所述的发光元件,

其中,离子种类包括至少一种选自硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅的离子。

[e05]《第(3-b)配置的发光元件》

根据[e01]至[e04]中任一项所述的发光元件,

其中,通过用等离子体照射第二化合物半导体层的第二表面、第二化合物半导体层的第二表面的灰化处理或者第二化合物半导体层的第二表面的反应离子蚀刻处理,来形成电流非注入内部区域和电流非注入外部区域。

[e06]《第(3-c)配置的发光元件》

根据[e01]至[e05]中任一项所述的发光元件,

其中,所述第二光反射层具有一个区域,来自第一光反射层的光通过该区域反射或散射到包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部。

[e07]根据[e03]至[e06]中任一项所述的发光元件,

其中,假设从电流注入区域中的有源层到第一化合物半导体层的第一表面的光学距离是l1’,并且假设从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶面的光学距离是l0’,则买在

l0’>l1’。

[e08]根据[e03]至[e07]中任一项所述的发光元件,

其中,具有生成的高阶模式的光通过模式损耗作用区域向包括第一光反射层和第二光反射层的谐振器结构的外部耗散,由此振荡模式损耗增加。

[e09]根据[e03]至[e08]中任一项所述的发光元件,

其中,所述模式损耗作用部分包括介电材料、金属材料或合金材料。

[e10]根据[e09]所述的发光元件,

其中,所述模式损耗作用部分包括介电材料,并且

所述模式损耗作用部分的光学厚度是偏离发光元件中生成的光波长的1/4的整数倍的值。

[e11]根据[e09]所述的发光元件,

其中,所述模式损耗作用部分包括介电材料,并且

所述模式损耗作用部分的光学厚度是发光元件中生成的光波长的1/4的整数倍。

[e12]《第(3-d)配置的发光元件》

根据[e01]或[e02]所述的发光元件,

其中,突出部分形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上,并且

所述模式损耗作用部分形成在围绕突出部分的第一化合物半导体层的第一表面的区域上。

[e13]根据[e12]所述的发光元件,

其中,假设从电流注入区域中的有源层到第一化合物半导体层的第一表面的光学距离是l1’,并且假设从模式损耗作用区域中的有源层到模式损耗作用部分的顶面的光学距离是l0’,则满足

l0’<l1’。

[e14]根据[e01]或[e02]所述的发光元件,

其中,突出部分形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上,并且

所述模式损耗作用部分包括围绕突出部分的第一化合物半导体层的第一表面的区域。

[e15]根据[e12]至[e14]中任一项所述的发光元件,

其中,具有生成的高阶模式的光通过模式损耗作用区域限制在电流注入区域和电流非注入内部区域中,从而降低振荡模式损耗。

[e16]根据[e12]至[e15]中任一项所述的发光元件,

其中,所述模式损耗作用部分包括介电材料、金属材料或合金材料。

[e17]根据[e01]至[e16]中任一项所述的发光元件,

其中,所述第二电极包括透明导电材料。

[f01]根据[b01]至[e08]中任一项所述的发光元件,

其中,化合物半导体基板设置在第一化合物半导体层的第一表面和第一光反射层之间。

[f02]根据[f01]所述的发光元件,

其中,所述化合物半导体基板包括gan基板。

[f03]根据[f01]或[f02]所述的发光元件,

其中,所述第一光反射层的凹入镜部分包括

底座部分,其包括所述化合物半导体基板的突出部分,以及

多层光反射膜,其形成在底座部分的至少一部分的表面上。

[f04]根据[f01]或[f02]所述的发光元件,

其中,所述第一光反射层的凹入镜部分包括

底座部分,其形成在所述化合物半导体基板上,以及

多层光反射膜,其形成在底座部分的至少一部分的表面上。

[f05]根据[b01]至[e08]中任一项所述的发光元件,

其中,所述第一光反射层形成在第一化合物半导体层的第一表面上。

[f06]根据[b01]至[f05]中任一项所述的发光元件,

其中,所述发光结构的热导率值高于第一光反射层的热导率值。

[f07]根据[b01]至[f06]中任一项所述的发光元件,

其中,假设发光元件的凹入镜部分的曲率半径为rdbr,则满足rdbr≤1×10-3m。

[f08]根据[b01]至[f07]中任一项所述的发光元件,

其中,在第一光反射层的外围形成突起状部分,并且

所述第一光反射层不从突起状部分突出。

[g01]《发光元件的制造方法》

一种制造发光元件的方法,所述方法包括以下步骤:

在化合物半导体基板上形成包括gan基化合物半导体的发光结构,所述发光结构在堆叠状态下包括

第一化合物半导体层,其具有第一表面和与第一表面相对的第二表面,有源层,其面向所述第一化合物半导体层的第二表面,以及

第二化合物半导体层,其具有面向有源层的第一表面和与第一表面相对的第二表面;

在第二化合物半导体层上形成第二电极和第二光反射层;

接下来,将第二光反射层固定到支撑基板上;

此后,减薄化合物半导体基板;

此后,在化合物半导体基板的暴露表面中形成包括突出部分的底座部分,或者在化合物半导体基板的暴露表面上形成包括突出部分的底座部分;

此后,在底座部分的至少一部分上形成第一光反射层,并且形成电连接到所述第一化合物半导体层的第一电极,

其中,所述底座部分构成凹入镜部分,并且

所述第二光反射层具有平坦的形状。

[附图标记号列表]

11...化合物半导体基板(发光元件生产基板,gan基板),11a...面向第一化合物半导体层的化合物半导体基板(发光元件生产基板)的第一表面,11a’...化合物半导体基板的第一表面的突出部分,11a”...凹槽,11b...面向第一化合物半导体层的化合物半导体基板(发光元件生产基板)的第二表面,11a...突起状部分,20...发光结构,21...第一化合物半导体层,21a...第一化合物半导体层的第一表面,21b...第一化合物半导体层的第二表面,21d、21e...第一化合物半导体层的第一表面的突出部分,22...第二化合物半导体层,22a...第二化合物半导体层的第一表面,22b...第二化合物半导体层的第二表面,23...有源层(发光层),24...电流收缩层(绝缘层),25...形成在电流收缩层(绝缘层)中的开口,26...介电层,31...第一电极,32...第二电极,33...焊盘电极,41...第一光反射层,41a...形成在第一化合物半导体层中的倾斜部分,42...第二光反射层,42a...形成在第二光反射层中的正常锥形倾斜部分,43...凹入镜部分,43a...凹槽,43a...第一光反射层的凹入镜部分中的有效区域的面向发光结构的界面,44...第一光反射层的凹入镜部分中的有效区域,45a、45b、45d、45e、45f...底座部分,45c...突出部分,46...多层光反射膜,47...平坦化薄膜,48...接合层,49...支撑基板,51、61...电流注入区域,52、62...电流非注入内部区域,53、63...电流非注入外部区域,54、64...模式损耗作用部分(模式损耗作用层),54a、54b、64a...形成在模式损耗作用部分中的开口,55、65...模式损耗作用区域,71...光吸收材料层。

再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1