本申请要求2013年11月20日提交的日本优先权专利申请JP2013-239827的权益，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开涉及发光元件。
背景技术：
正在进行发射绿光的半导体激光元件的实际运用的开发。使用可包括例如用半导体激光元件作为光源的图像显示装置或指示器。然而，发射大约530nm的波长的光的真实绿色半导体激光元件还未投入实际运用，迄今为止仅仅使用价格贵且低效的固体激光器。然而，近年来，报告了被构造成具有基于GaN化合物半导体并且发射真实绿光的半导体激光元件，并且期望实际运用半导体激光元件。
在由基于GaN化合物半导体层的层合结构制成的发光元件中，常常使用极性表面(诸如，GaN衬底的(0001)c表面)作为用于制造发光元件的衬底的主表面。然而，当通过使用GaN衬底的(0001)c表面作为主表面制造(例如)n型GaN层、由InGaN制成的有源层和p型GaN层层合而成的发光元件时，InGaN晶体的晶格常数略大于GaN晶体的晶格常数。因此，当层合其相应顶面是C平面的n型GaN层、有源层和p型GaN层时，由于施加在有源层上的压缩压力，导致在有源层的厚度方向上出现压电自发性极化。结果，存在来自发光元件的发光波长的移位、发光效率或亮度饱和度减小。
为了避免这种问题，在例如PTL1中熟知为了制造发光元件而使用诸如(20-21)表面的半极性表面作为GaN衬底的主表面的技术。具体地，专利公开中公开的半导体激光元件包括：氮化镓衬底，其用{20-21}表面作为第一主表面；氮化物半导体厚膜，其设置成与氮化镓衬底的第一主表面接触；氮化物半导体激光元件层，其设置在氮化物半导体厚膜上，其中，氮化物半导体激光元件层包括n型氮化物半导体层；发光层，其由氮化物半导体制成；p型氮化物半导体层，所述氮化物半导体厚膜具有与{20-21}表面(即氮化物半导体厚膜的主表面)成89.95度至90.05度的角度的范围内的{-1017}表面。
这里，氮化物半导体厚膜被设置成减轻晶格畸变。另外，由于氮化物半导体厚膜具有与{20-21}表面(即氮化物半导体厚膜的主表面)成89.95度至90.05的角度α的范围内的{-1017}表面，因此可以通过解理在氮化物半导体厚膜上的氮化物半导体激光元件层上容易地形成优良的谐振器端面。因此，据称，即使在使用作为半极性表面的{20-21}表面被设置成第一主表面的GaN衬底时，也可以实现低阈值电流。此外，例如，在本说明书中，为了方便起见，将以下示出的六方晶系中的晶面的标记书写为{hk-il}表面和{h-kil}表面。
表面
表面
[引用列表]
[专利文献]
[PTL1]
日本未经审查的专利申请公开No.2012-227361
技术实现要素：
[技术问题]
顺带地，以上提到的专利公开中公开的半导体激光元件的氮化物半导体激光元件层中的谐振器端面(发光端面和反光端面)被构造成具有一个平面。具体地，假设在通过氮化物半导体厚膜从GaN衬底向着氮化物半导体激光元件层进行解理时，解理表面被形成为在氮化物半导体厚膜中的预定范围内(相对于{20-21}表面成90度±0.05度的角度的范围内)，并且这种状态持续至氮化物半导体激光元件层，使得形成优良的解理表面。然而，如果以此方式将发光端面和反光端面中的每个构造成具有一个平面，则有可能出现杂散光的问题。另外，因引入氮化物半导体厚膜减轻晶格畸变，使氮化物半导体厚膜上形成的化合物半导体层的结晶劣化并且造成出现大量位错和晶体缺陷，因此极有可能在半导体激光元件的可靠性和寿命方面出现问题。
因此，期望提供一种发光元件，该发光元件的构造和结构使得不可能出现诸如杂散光和可靠性降低的问题。
[问题的解决方案]
根据本公开的实施例的一种发光元件包括通过层合具有第一导电类型的第一化合物半导体层、具有有源层的第三半导体层和具有与第一导电类型不同的第二导电类型的第二化合物半导体层而制成的层合结构，并且具有发光端面和反光端面，其中，所述发光端面具有至少：发光端面第二区域，其被构造成具有所述第二化合物半导体层的端面；发光端面第三区域，其被构造成具有所述第三化合物半导体层的端面，并且当将所述发光端面中的虚拟垂直表面和所述发光端面第二区域之间的角度设置成θ2并且将所述发光端面中的虚拟垂直表面和所述发光端面第三区域之间的角度设置成θ3时，满足“θ3的绝对值等于或大于0度且小于θ2的绝对值”。具体地，在制造期间，所述层合结构形成在发光元件制造衬底上；然而，层合次序包括所述第一化合物半导体层、所述第三化合物半导体层和所述第二化合物半导体层的层合次序和所述第二化合物半导体层、所述第三化合物半导体层和所述第一化合物半导体层的层合次序。
根据另一个实施例的一种发光元件，所述发光元件包括层合结构，所述层合结构包括具有第一导电类型的第一化合物半导体层、具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型的第二化合物半导体层、形成在所述第一化合物半导体层和所述第二化合物半导体层之间并且包括有源层的第三化合物半导体层。所述第二化合物半导体层的第二端面和所述第三化合物半导体层的第三端面相对于所述层合结构的虚拟垂直方向形成为相应的第二角度θ2和第三角度θ3并且满足以下关系：“θ3的绝对值等于或大于0度且小于θ2的绝对值”。
在另一个实施例中，一种发光元件包括层合结构，所述层合结构包括具有第一导电类型的第一化合物半导体层、具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型的第二化合物半导体层、形成在所述第一化合物半导体层和所述第二化合物半导体层之间并且包括有源层的第三化合物半导体层。所述第一化合物半导体层的第一端面、所述第二化合物半导体层的第二端面和所述第三化合物半导体层的第三端面相对于所述层合结构的虚拟垂直方向形成为相应的第一角度θ1、第二角度θ2和第三角度θ3并且满足以下关系：“|θ2-θ3|大于2.0度；|θ1-θ3|大于1.0度”。
[本发明的有利效果]
在本公开的发光元件中，限定至少发光端面第二区域和发光端面中的虚拟垂直表面之间的角度θ2和发光端面第三区域和发光端面中的虚拟垂直表面之间的角度θ3的关系，使得当有源层中出现的光在发光端面和反光端面之间往复移动时，不可能出现杂散光。此外，不必引入化合物半导体层来减轻晶格畸变，并且可以提供具有高可靠性和长寿命的发光元件。说明书中描述的效果不仅仅是示例，但不限于此，可存在另外的效果。
附图说明
图1是当在XZ虚拟平面上切割实例1的发光元件时的示意性剖视图。
图2是当在YZ虚拟平面上切割实例1的发光元件时的示意性剖视图。
图3是示出当在GaN衬底上形成AlxGa(1-x)N混合晶体层时铝(Al)的组分X和AlxGa(1-x)N混合晶体层的晶格畸变的量之间的关系的曲线图。
图4是示出当在GaN衬底上形成AlxInyGa(1-x-y)N混合晶体层时在将组分X和Y设置成参数时相对于GaN的晶格畸变的量的曲线图。
图5是示出检验化合物半导体层的晶格畸变的量和角度θ之间的关系的结果的曲线图。
图6是从上方观察的实例1的发光元件的修改例中的脊条结构的示意图。
具体实施方式
下文中，将参照附图基于实例来描述本公开；然而，本公开不限于实例，实例中的各种数值和材料是范例。
将按以下次序执行描述。
1.对本公开的整个发光元件的描述。
2.实例1(本公开的发光元件)和其它实例。
[对本公开的整个发光元件的描述]
在下面的描述中，在发光元件制造衬底上形成层合结构，假设当通过发光端面中的虚拟垂直表面切割发光元件制造衬底时，发光元件制造衬底的端面(垂直表面)。然后，基于垂直表面，假设在发光端面向外伸出方向上的以下将描述的角度θ2和θ3或角度θ1的值是正的，并且假设发光端面向内缩回方向上的角度θ2、θ3和θ1的值是负的。此外，反光端面包括至少：反光端面第二区域，其被构造成具有第二化合物半导体层的端面；反光端面第三区域，其被构造成具有第三化合物半导体层的端面，并且当将反光端面和反光端面第二区域之间的角度设置成θ2′并且将反光端面和反光端面第三区域之间的角度设置成θ3′时，假设在反光端面向外伸出方向上的角度θ2′和θ3′的值是负的，并且假设反光端面向内缩回方向上的角度θ2′和θ3′的值是正的。角度的单元是“度”。
在本公开的发光元件中，优选地满足“θ3的绝对值等于或小于2.0度”，并且理想地，“θ3的绝对值等于或小于1.0度”。换句话讲，优选地满足“θ3的绝对值等于或大于-2.0度且等于或小于2.0度”，并且理想地，“θ3等于或大于-1.0度且等于或小于1.0度”。
另外，在包括以上提到的优选实施例的本公开的发光元件中，优选地满足“(θ2-θ3)的绝对值大于2.0度”，并且理想地，“(θ2-θ3)的绝对值大于3.0度”。也就是说，优选地满足“θ2-θ3大于2.0度”或“θ2-θ3小于-2.0度”，并且理想地，“θ2-θ3大于3.0度”或“θ2-θ3小于-3.0度”。
在包括上述优选实施例的本公开的发光元件中，层合结构可由基于AlGaInN化合物半导体形成。然后，在这种情况下，第二化合物半导体层具有相对于GaN的晶格畸变量的负值，并且可由晶格畸变量的绝对值是0.02％或更大的混合晶体构成。通过由此混合晶体构造第二化合物半导体层，可以可靠地实现“(θ2-θ3)的绝对值大于2.0度”的关系。此外，有源层包括InGaN层。另外，第二化合物半导体层可被构造成具有至少AlXInYGa(1-X-Y)N层(其中，X＞0，Y等于或大于0)。也就是说，具体地，第二化合物半导体层被优选地构造成具有至少AlXInYGa(1-X-Y)N层(其中，X＞0，Y等于或大于0)、或者AlXInYGa(1-X-Y)N层(其中，X＞0，Y等于或大于0)和AlPInQGa(1-P-Q)N层(其中，P等于或大于0，Q等于或大于0)。
此外，在包括上述优选实施例和构造的本公开的发光元件中，发光端面还包括发光端面第一区域，发光端面第一区域被构造成具有第一化合物半导体层的端面，并且当将发光端面中的虚拟垂直表面和发光端面第一区域之间的角度设置成θ1时，优选地，满足“θ3的绝对值等于或大于0度且等于或小于θ1的绝对值”。在这种情况下，优选地满足|θ1-θ3|＞0度，并且理想地，“(θ1-θ3)的绝对值大于1.0度”。也就是说，理想地，优选地满足“θ1-θ3大于1.0度”或者“θ1-θ3小于-1.0度”。另外，第一化合物半导体层可被构造成具有单层或多层的AlX′InY′Ga(1-X′-Y′)N层(其中，X′等于或大于0，Y′等于或大于0)。后者的具体示例包括例如GaN层/AlX′InY′Ga(1-X′-Y′)N层(其中，X′＞0，Y′等于或大于0)/GaN层层合而成的构造。构成第三化合物半导体层的有源层包括InGaN层，使得整体上，相对于GaN的晶格畸变量的值是正的。因此，即使当相对于第一化合物半导体层的GaN的晶格畸变量的值是零时，第一化合物半导体层也具有相对于第三化合物半导体层的相对负晶格畸变量。因此，如上所述，θ3和θ1之间存在角度差。
在包括上述优选实施例和构造的本公开的发光元件中，层合结构形成在由具有半极性或非极性主表面的GaN衬底(具体地，独立型或自立式GaN衬底)制成的发光元件制造衬底上。也就是说，层合结构优选地形成在GaN衬底的半极性或非极性主表面上；然而，形成层合结构的地方不限于GaN衬底。然后，在这种情况下，形成层合结构的地方不限于GaN衬底，而是层合结构可形成在例如GaN衬底的{20-21}表面、{1-102}r表面、{1-101}表面、{11-22}表面、{2-201}表面和{0001}表面上。此外，可通过依次层合第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层，在GaN衬底(具体地，例如，在n型GaN衬底的{20-21}表面、{1-102}r表面、{1-101}表面、{11-22}表面、{2-201}表面和{0001}表面)上形成层合结构。在这种情况下，可以以n型作为第一导电类型的示例并且以p型作为第二导电类型的示例。
此外，在包括上述优选实施例和构造的本公开的发光元件中，当将从发光端面向着反光端面的层合结构的轴向方向设置成X方向并且将层合结构的厚度方向设置成Z方向时，当在XZ虚拟平面上切割层合结构时反光端面的横截面形状和发光端面的横截面形状可被形成为彼此具有互补形状。也就是说，优选地，满足θ2＝θ2′和θ3＝θ3′。另外，反光端面还包括反光端面第一区域，反光端面第一区域被构造成具有第一化合物半导体层的端面，并且当将反光端面中的虚拟垂直表面和反光端面第一区域之间的角度设置成θ1′时，优选地满足θ1＝θ1′。发光端面中的虚拟垂直表面、反光端面中的虚拟垂直表面和发光元件制造衬底的端面(垂直表面)是平行于YZ虚拟平面的平面。此外，Y方向对应于层合结构的宽度方向。
在包括上述优选实施例和构造的本公开的发光元件中，第一化合物半导体层可由至少第一覆盖层制成，并且可通过从第一化合物半导体层侧层合第一导光层、有源层和第二导光层来制成第三化合物半导体层，并且第二化合物半导体层可由至少第二覆盖层制成。
第一导光层和第二导光层由例如未掺杂GaInN层制成。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层可以是单个结构的层或多层结构的层，或者可包括超晶格结构的层、合成梯度层、或浓度替代层。具体地，第二化合物半导体层可具有第二覆盖层/接触层(例如，掺杂Mg的GaN层)层合而成的构造或者例如AlXInYGa(1-X-Y)N层(其中，X＞0，Y等于或大于0)和GaN层层合而成的构造。此外，第二化合物半导体层可具有在构造层中或层界面上具有阶梯的结构。
此外，在包括(而不限于)上述优选实施例和构造的本公开的发光元件中，可以形成所发射光的波长是450nm至600nm并且理想地500nm至550nm的形式。
在本公开的发光元件中，可以使用解理形成发光端面和反光端面。然后，通过控制相对于第三化合物半导体层的第二化合物半导体层的晶格畸变量，具体地，当有源层包括InGaN层并且第二化合物半导体层包括AlXInYGa(1-X-Y)N层(其中，X＞0，Y等于或大于0)时，通过控制第二化合物半导体层中的铝(Al)或铟(In)的含量，可以确定和控制使用解理形成的发光端面第二区域的角度θ2、发光端面第三区域的角度θ3、反光端面第二区域的角度θ2′、反光端面第三区域的角度θ3′。以相同方式，通过控制相对于第三化合物半导体层的第一化合物半导体层的晶格畸变量，具体地，当有源层包括InGaN层并且第一化合物半导体层包括AlX′InY′Ga(1-X′-Y′)N层(其中，X′＞0，Y′等于或大于0)时，通过控制第一化合物半导体层中的铝(Al)或铟(In)的含量，可以确定和控制使用解理形成的发光端面第一区域的角度θ1和反光端面第一区域的角度θ1′。
当在GaN衬底的{20-21}半极性表面上形成层合结构时，发光端面第三区域的米勒指数可包括{-101n}(其中，n是6、7、8、9中的任一个)。可基于X射线衍射方法，执行在化合物半导体层中测量晶格畸变量。{-1016}表面、{-1017}表面、{-1018}表面和{-1019}表面和{20-21}表面中的每个之间的角度是87.54度、89.90度、91.71度和93.13度。
当将第一化合物半导体层的厚度设置成t1并且将第二化合物半导体层的厚度设置成t2时，优选地，t1和t2的值是20nm或更大。
作为本公开的发光元件，具体地，可以以端面发射型的半导体激光元件或超发光二极管(SLD)和半导体光学放大器为例。这里，在半导体激光元件中，发光端面上的反光率和反光端面上的反光率被优化，从而构成谐振器。半导体激光元件可包括其中发光区和可饱和吸收区布置在谐振器方向上的双区型或多区型(多电极型)的半导体激光元件、其中发光区和可饱和吸收区布置在垂直方向上的可饱和吸收器层(SAL)型的半导体激光元件、其中可饱和吸收区沿着脊条结构设置的弱折射率引导(WI)型的半导体激光元件。另一方面，在超发光二极管中，发光端面上的反光率被设置成非常低的值，反光端面上的反光率被设置成非常高的值，并且在有源层中产生的光在反光端面上被反射并且从发光端面发射而没有构成谐振器。此外，半导体光学放大器执行在没有将光信号转换成电信号的情况下在直接光的状态下执行放大，具有尽可能多地消除谐振器作用的激光器结构，并且基于半导体光学放大器上的光增益来放大入射光。
半导体激光元件包括具有脊条型的分离限制异质结构(SCH结构)的半导体激光元件。可供选择地，可以以具有对角脊条型的分离限制异质结构的半导体激光元件为例。也就是说，半导体激光元件的轴可以与脊条结构成预定角度。这里，作为预定角度phi，可以以“phi等于或大于0.1度且等于或小于10度”为例。脊条结构的轴是连接发光端面中的脊条结构的两端的中点和反光端面中的脊条结构的两端的中点的直线。另外，半导体激光元件的轴是指与发光端面中的虚拟垂直表面和反光端面中的虚拟垂直表面正交的轴。脊条结构的平面形状可以是笔直的形状，并且可以是弯曲的形状。可供选择地，可以以具有减缩的(展开的)脊条型的分离限制异质结构(例如，包括从发光端面向着反光端面以减缩形状单调地缓缓扩宽的构造和首先扩宽、超过最大宽度、从发光端面向着反光端面收窄的构造)的半导体激光元件为例。脊条结构可被构造成只具有第二化合物半导体层，可被构造成具有第二化合物半导体层和第三化合物半导体层，或者可被构造成具有第二化合物半导体层、第三化合物半导体层和第一化合物半导体层在厚度方向上的一部分。然而，半导体激光元件不限于这些结构。
总体上，在发光端面上，形成抗反射涂层(AR)或低反射涂层。此外，在反光端面上，形成高反射涂层(HR)。抗反射涂层(低反射涂层)可包括从包括氧化钛层、氧化钽层、氧化锆层、氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层和氮化硅层的组中选择的至少两种类型的层合结构。
更具体地，基于AlGaInN的化合物半导体可包括GaN、AlGaN、GaInN和AlGaInN。此外，如有需要，可在这些化合物半导体中包括硼(B)原子和铊原子(T1)、砷(As)原子、磷(P)原子和锑(Sb)原子。此外，理想地，有源层具有量子阱结构。具体地，有源层可具有单量子阱结构(SQW结构)，并且可具有多量子阱结构(MQW结构)。在具有量子阱结构的有源层中，阱层和势垒层具有至少一个层层合而成的结构。然而，作为构成阱层的化合物半导体和构成势垒层的化合物半导体的组合，可以以(InGaN，GaN)或(InGaN，AlInGaN)、(InGaN，InGaN)为例[然而，构成阱层的InGaN的组分不同于构成势垒层的InGaN的组分]。此外，势垒层可被构造成具有含多个组分的层集合。
形成构成发光元件的各种类型的化合物半导体层(具体地，基于AlGaInN的化合物半导体层)的方法包括有机金属化学气相生长法(MOCVD法、MOVPE法)或分子束外延法(MBE法)、用卤素促成传输或反应的混合气相生长法等。这里，MOCVD法中的有机镓源气体可包括三甲基镓(TMG)气体和三乙基镓(TEG)气体，氮源气体可包括氨气和联氨气体。此外，例如，在形成具有n型导电类型的基于GaN的化合物半导体层时，可添加硅(Si)作为n型杂质(n型掺杂物)，例如，在形成具有p型导电类型的基于GaN的化合物半导体层时，可添加镁(Mg)作为p型杂质(p型掺杂物)。此外，当包括铝(Al)或铟(In)作为基于GaN的化合物半导体层的构造原子时，可使用三甲基铝(TMA)气体作为Al源，可使用三甲基铟(TMI)气体作为In源。此外，可使用甲硅烷(SiH4气体)作为Si源，可使用环戊二烯基镁气体或甲基环戊二烯基镁和双环戊二烯基镁(Cp2Mg)作为Mg源。除了Si外，可以以Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd、Po作为n型杂质(n型掺杂物)为例，并且除了Mg外，可以以Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg和Sr作为p型杂质(p型掺杂物)为例。
在第一化合物半导体层、第三化合物半导体层和第二化合物半导体层依次层合在发光元件制造衬底上的层合结构中，第一化合物半导体层电连接到第一电极，第二化合物半导体层电连接到第二电极。当第一导电类型被设置成n型并且第二导电类型被设置成p型时，第二电极包括从包括例如钯(Pd)、镍(Ni)、铂(Pt)、金(Au)、钴(Co)和铑(Rh)的组中选择的至少一种类型的金属(包括合金)，并且被可实现为单层构造或多层构造(例如，钯层与第二化合物半导体层接触的钯层/铂层的层合结构、或钯层与第二化合物半导体层接触的钯层/镍层的层合结构)的形式。第一电极优选地具有单层构造或多层构造，含有从包括例如金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)、钒(V)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)和铟(In)的组中选择的至少一种类型的金属(包括合金)，并且可以以例如Ti/Au、Ti/Al、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt和Ag/Pd为例。当层是在多层构造中的“/”之前时，层更靠近有源层侧设置。将以相同的方式提供下面的描述。第一电极电连接到第一化合物半导体层；然而，包括第一电极形成在第一化合物半导体层上的形式和第一电极通过导电材料层或导电发光元件制造衬底等连接到第一化合物半导体层的形式。可通过诸如真空蒸发法或溅射法的PVD法来形成第一电极或第二电极。
在第一电极和第二电极上，焊盘电极可被设置成电连接到外部电极或电路。理想地，焊盘电极具有单层构造或多层构造，含有从包括钛(Ti)、铂(Pt)、金(Au)、镍(Ni)和钯(Pd)的组中选择的至少一种类型的金属(包括合金)。可供选择地，焊盘电极可被实现为多层构造，诸如，Ti/Pt/Au的多层构造、Ti/Au的多层构造、Ti/Pd/Au的多层构造、Ti/Pd/Au的多层构造、Ti/Ni/Au的多层构造和Ti/Ni/Au/Cr/Au的多层构造。
[实例1]
实例1涉及本公开的发光元件。在图1中示出当在图1中示出的XZ虚拟平面上切割实例1的发光元件时的示意性剖视图，并且在图2中示出当在YZ虚拟平面上切割实例1的发光元件时的示意性剖视图。此外，图1是沿着图2的I-I箭头截取的示意性剖视图，图2是沿着图1的II-II箭头截取的示意性剖视图。
实例1的发光元件10具体地是端面发射型的半导体激光元件，更具体地，是具有脊条型的分离限制异质结构(SCH结构)的半导体激光元件，并且包括层合结构20，层合结构20是通过层合具有第一导电类型(具体地，实例1中，n型)的第一化合物半导体层30和具有与第一导电类型不同的第二导电类型(具体地，实例1，p型)的第二化合物半导体层40来制成的，并且包括发光端面60和反光端面70。
然后，发光端面60包括至少：发光端面第二区域62，其被构造成具有第二化合物半导体层40的端面；发光端面第三区域63，其被构造成具有第三化合物半导体层50的端面。当将发光端面60中的虚拟垂直表面(YZ虚拟平面)和发光端面第二区域62之间的角度设置成θ2并且将虚拟垂直表面和发光端面第三区域63之间的角度设置成θ3时，满足“θ3的绝对值等于或大于0度且小于θ2的绝对值”，此外，满足“θ3的绝对值等于或小于2.0度”和|θ2-θ3|＞2.0度。
另外，在实例1的发光元件10中，发光端面60还包括发光端面第一区域61，发光端面第一区域61被构造成具有第一化合物半导体层30的端面。当将发光端面60中的虚拟垂直表面(YZ虚拟平面)和发光端面第一区域61之间的角度设置成θ1时，满足“θ3的绝对值等于或大于0度且等于或小于θ1的绝对值”，优选地，满足|θ1-θ3|＞0度。
此外，当在XZ虚拟平面上切割层合结构20时发光端面60的横截面形状具有与反光端面70的横截面形状互补的形状。也就是说，反光端面70具有：反光端面第二区域72，其被构造成具有第二化合物半导体层40的端面；反光端面第三区域73，其被构造成具有第三化合物半导体层50的端面；反光端面第一区域71，其被构造成具有第一化合物半导体层30的端面。当将反光端面70中的虚拟垂直表面(YZ虚拟平面)和反光端面第二区域72之间的角度设置成θ2′并且将虚拟垂直表面和反光端面第三区域73之间的角度设置成θ3′并且将虚拟垂直表面和反光端面第一区域71之间的角度设置成θ1′时，满足θ2＝θ2′、θ3＝θ3′和θ1＝θ1′。
更具体地，θ1＝θ4′＝4.0度，θ2＝θ2′＝0.0度，θ3＝θ3′＝1.0度。另外，第二化合物半导体层40具有相对于GaN的晶格畸变量的负值，并且晶格畸变量的绝对值(位错比率)是0.1％。相对于第一化合物半导体层30的GaN的晶格畸变量的值是零。
层合结构20形成在发光元件制造衬底上。具体地，层合结构20形成在由具有半极性主表面的自立式n型GaN衬底11制成的发光元件制造衬底上，更具体地，形成在n型GaN衬底11的{20-21}表面上。然而，不限于此地，层合结构20可形成在例如{1-102}r表面、{1-101}表面、{11-22}表面、{2-201}表面和{0001}表面等上。换句话讲，可通过依次在GaN衬底11上，具体地，在n型GaN衬底11的{20-21}表面上(可供选择地，在{1-102}r表面、{1-101}表面、{11-22}表面、{2-201}表面和{0001}表面等上)层合第一化合物半导体层30、第三化合物半导体层50和第二化合物半导体层40来制成层合结构20。
在实例1的发光元件10中，第一化合物半导体层30由至少第一覆盖层31制成，并且通过从第一化合物半导体层侧层合第一导光层51、有源层52和第二导光层53来制成第三化合物半导体层50，并且第二化合物半导体层40由至少第二覆盖层41制成。
更具体地，实例1的发光元件10是折射率引导型的基于GaN的半导体激光元件，并且包括脊条结构12。然后，具体地，由基于AlGaInN的化合物半导体来制成层合结构20，也就是说，第一化合物半导体层30、第三化合物半导体层50和第二化合物半导体层40。这里，第二化合物半导体层40具有相对于GaN的晶格畸变量的负值，并且由晶格畸变量的绝对值是0.02％或更大的混合晶体制成。第二化合物半导体层40的厚度是20nm或更大。此外，有源层52包括InGaN层，第二化合物半导体层40包括至少AlXInYGa(1-X-Y)N层(其中，X＞0，Y等于或大于0)。另外，第一化合物半导体层30由相对于GaN的晶格畸变量的值是0的混合晶体制成。第一化合物半导体层30的厚度是20nm或更大。具体地，第一化合物半导体层30包括AlX′InY′Ga(1-X′-Y′)N层(其中，X′等于或大于0，Y′等于或大于0)。更具体地，层合结构20具有以下表1中示出的层构造。因为以下在表1中描述了化合物半导体层，所以该层是靠近n型GaN衬底11的层。从作为发光元件10的半导体激光元件发射的激光的波长是530nm。如上所述，层合结构形成在GaN衬底11的半极性表面上，层合结构20是通过在GaN衬底11上依次层合第一化合物半导体层30、第三化合物半导体层50和第二化合物半导体层40而制成的。
在GaN衬底的AlXGa(1-X)N中，随着X值增大，晶格常数减小，并且相对于GaN的晶格畸变量增大(参照图3)。另外，就AlXInYGa(1-X-Y)N而言，在将组分X和Y设置为参数时，相对于GaN的晶格畸变量如图4中所示。在图4中，直线“A”示出晶格畸变量是+0.10％，直线“B”示出晶格畸变量是+0.05％，直线“C”示出晶格畸变量是0.00％，直线“D”示出晶格畸变量是-0.05％，直线“E”示出晶格畸变量是-0.10％，直线“E”示出晶格畸变量是-0.10％，直线“F”示出晶格畸变量是-0.15％。因此，例如，就AlXGa(1-X)N而言，假定晶格畸变量是-0.05％的组分具有0.02的X值(图3和图4中)。此外，例如，就AlXInYGa(1-X-Y)N而言，假定晶格畸变量是-0.05％或更小的组分具有等于或大于0.02的X值和等于或大于0的Y值(图4中)。也就是说，组分变成图4中被插入直线“D”和X轴的(X，Y)区域。此外，通过在GaN衬底上层合由AlXGa(1-X)N或AlXInYGa(1-X-Y)N制成的化合物半导体层，检验各化合物半导体层的晶格畸变量与各化合物半导体层和相对于衬底的垂直表面间的角度θ之间的关系并且得到图5中示出的结果。从结果中发现，该角度受晶格畸变量控制。
(表1)
第二化合物半导体层40
(掺杂Mg的)接触层42
p型GaN
(掺杂Mg的)第二覆盖层41
厚度是0.2微米至0.4微米的p型AlGaN，
第三化合物半导体层50(整体厚度：0.1微米至0.3微米)
第二导光层53
未掺杂的GaInN
量子阱有源层52
(阱层：InGaN/势垒层：InGaN)
第一导光层51
未掺杂的GaInN
第一化合物半导体层30
(掺杂Si的)第一覆盖层31
厚度是0.5微米至1.5微米的n型AlGaN
另外，通过RIE法，去除p型GaN接触层42和p型AlGaN第二覆盖层41的一些部分，并且形成脊条结构12。在脊条结构12的两侧，形成由SiO2/Si制成的层合绝缘膜43。SiO2层是下层，Si层是上层。然后，在与脊条结构12的顶面对应的p型GaN接触层42上，形成第二电极(p侧欧姆电极)82。另一方面，在n型GaN衬底11的后表面上，形成由Ti/Pt/Au制成的第一电极(n侧欧姆电极)81。另外，在发光端面60上，形成抗反射涂层(AR)。另一方面，在面对发光端面60的反光端面70上，形成高反射涂层(HR)。抗反射涂层(低反射涂层)可包括从包括氧化钛层、氧化钽层、氧化锆层、氧化硅层和氧化铝层的组中选择的至少两种类型的层的层合结构。
可使用例如以下方法制造实例1的发光元件10。
[过程-100]
首先，通过基于现有的MOCVD方法，在n型GaN衬底11的(20-21)表面上，形成通过顺序地层合第一化合物半导体层30、第三化合物半导体层50和第二化合物半导体层40而制成的层合结构，第一化合物半导体层30具有第一导电类型(n型导电类型)并且由基于GaN的化合物半导体制成，第三化合物半导体层50由基于GaN的化合物半导体制成，第二化合物半导体层40具有不同于第一导电类型的第二导电类型(p型导电类型)并且由基于GaN的化合物半导体制成。
[过程-110]
随后，通过在第二化合物半导体层40上形成用于蚀刻的掩模并且蚀刻第二化合物半导体层40的至少一部分(具体地，蚀刻第二化合物半导体层40的一部分)，形成脊条结构12。更具体地，基于使用Cl2气的RIE方法，蚀刻第二化合物半导体层40的一部分。
[过程-120]
此后，在形成覆盖整个表面的层合绝缘膜43之后，基于蚀刻方法，去除设置在脊条结构12的顶面上的第二化合物半导体层40的一部分上的层合绝缘膜43，并且基于现有方法，在被暴露的第二化合物半导体层40的一部分上，形成第二电极82。另外，基于现有方法，在GaN衬底的后表面上，形成第一电极81。
[过程-130]
此后，可以通过对GaN衬底11执行解理等并另外执行封装来制成实例1的发光元件(半导体激光元件)10。
构成层合结构20的各化合物半导体层的顶面是{-101n}表面(其中，n是例如7)。然后，可通过解理来形成发光端面60和反光端面70。此外，通过控制第二化合物半导体层40相对于第三化合物半导体层50的晶格畸变量和第一化合物半导体层30相对于第三化合物半导体层50的晶格畸变量，具体地，由于有源层52包括InGaN层，因此第二化合物半导体层40包括至少AlXInYGa(1-X-Y)N层(其中，X＞0，Y等于或大于0)，并且第一化合物半导体层30包括AlX′InY′Ga(1-X′-Y′)N层(其中，X′＞0，Y′等于或大于0)，通过控制第二化合物半导体层40和第一化合物半导体层30中的铝(Al)和铟(In)的含量，可以确定和控制使用解理形成的发光端面第二区域62的角度θ2、发光端面第三区域63的角度θ3、发光端面第一区域的角度θ1、反光端面第二区域72的角度θ2′、反光端面第三区域73的角度θ3′、反光端面第一区域71的角度θ1′。然后，如上所述，发现可控制晶格畸变量，从而可控制角度。
然后，在实例1的发光元件中，限定至少发光端面第二区域的发光端面和虚拟垂直表面之间的角度θ2和发光端面第三区域的发光端面和虚拟垂直表面之间的角度θ3的关系，使得当有源层中出现的光在发光端面和反光端面之间往复移动时，不可能出现杂散光。结果，可以防止在所发射光中包括不期望的模式，并且防止在发光分布中出现噪声。此外，由于可以将角度θ3设置成接近0度的值，因此可以以低阈值得到激光振荡并且实现高发光效率。此外，不必引入化合物半导体层来减轻晶格畸变，并且可以提供具有高可靠性和长寿命的发光元件。此外，如果在n型GaN衬底的诸如(20-21)表面的半极性表面上形成层合结构，则即使在有源层上出现压电极化和自发极化，厚度方向上的有源层的压电极化也可小于作为极性表面的(0001)c表面的压电极化，并且可以减小因压电极化和自发极化造成的不利效应。
在上文中，基于优选实例描述了本公开；然而，本公开不限于该实例。实例中描述的发光元件的构造和结构的构造仅仅是示例，并且可酌情进行修改和变化。此外，在实例中示出各种值。这些值也仅仅是实例，并且可在发光元件的规格变化时变化。还可以用发光元件构造超发光二极管(SLD)或半导体光学放大器。SLD和半导体光学放大器的构造和结构可与实例1中描述的发光元件的构造和结构基本上相同，不同的是，发光端面上的反光率不同于反光端面上的反光率。
可以将半导体激光元件构造为具有对角波导的对角脊条型的分离限制异质结构的半导体激光元件。在图6中示出从上方看到的半导体激光元件中的脊条结构12′的示意图。理想地，半导体激光元件具有呈直线形状的两个脊条结构组合而成的结构，并且由两个脊条结构的交叉而制成的角度phi的值是“phi大于0且等于或小于10(度)”，优选地，“phi大于0且等于或小于6(度)”。通过采用对角脊条型，上面执行非反射涂覆的发光端面上的反射率可进一步接近理想值0％。结果，可以防止在半导体激光元件中出现激光束轨道，并且得到的优点是，可抑制不产生与主激光束关联的辅激光束。
可供选择地，发光元件中的脊条结构的平面形状可以是减缩的形状或展开的形状。具体地，脊条结构的平面形状可实现为例如从发光端面向着反光端面以减缩形状单调地缓缓扩宽的构造和首先扩宽、超过最大宽度、从发光端面向着反光端面收窄的构造。
本公开可具有如下的构造。
[01]《发光元件》
发光元件包括通过层合具有第一导电类型的第一化合物半导体层、具有有源层的第三半导体层和具有与第一导电类型不同的第二导电类型的第二化合物半导体层而制成的层合结构，并且具有发光端面和反光端面，其中，发光端面具有至少：发光端面第二区域，其被构造成具有第二化合物半导体层的端面；发光端面第三区域，其被构造成具有第三化合物半导体层的端面，并且将发光端面中的虚拟垂直表面和发光端面第二区域之间的角度设置成θ2并且将发光端面中的虚拟垂直表面和发光端面第三区域之间的角度设置成θ3时，满足“θ3的绝对值等于或大于0度且等于或小于θ2的绝对值”。
[02]根据[01]所述的发光元件，其中，满足“θ3的绝对值等于或小于2.0度”
[03]根据[01]或[02]所述的发光元件，其中，满足“(θ2-θ3)的绝对值等于2.0度”。
[04]根据[01]至[03]中的任一项所述的发光元件，其中，层合结构由基于AlGaInN的化合物半导体制成。
[05]根据[04]所述的发光元件，其中，所述第二化合物半导体层具有相对于GaN的晶格畸变量的负值，并且由晶格畸变量的绝对值是0.02％或更大的混合晶体制成。
[06]根据[05]所述的发光元件，其中，所述有源层包括InxGa(1-x)N层，所述第二化合物半导体层包括至少AlXInYGa(1-X-Y)N层(其中，X＞θ，Y等于或大于0)。
[07]根据[01]至[06]中的任一项所述的发光元件，其中，所述发光端面包括发光端面第一区域，所述发光端面第一区域被构造成具有所述第一化合物半导体层的端面，并且当将所述发光端面中的虚拟垂直表面和所述发光端面第一区域之间的角度设置成θ1时，满足“θ3的绝对值等于或大于0度且等于或小于θ1的绝对值”。
[08]根据[01]至[07]中的任一项所述的发光元件，其中，所述第一化合物半导体层包括AlX′InY′Ga(1-X′-Y′)N层(其中，X′等于或大于0，Y′等于或大于0)。
[09]根据[01]至[08]中的任一项所述的发光元件，其中，层合结构形成在GaN衬底的半极性或非极性主表面上。
[10]根据[09]所述的发光元件，其中，通过依次层合所述第一化合物半导体层、所述第三化合物半导体层和所述第二化合物半导体层来制成所述层合结构。
[11]根据[01]至[10]中的任一项所述的发光元件，其中，当将从所述发光端面向着反光端面的层合结构的轴向方向设置成X方向并且将所述层合结构的厚度方向设置成Z方向时，当在XZ虚拟平面上切割层合结构时所述发光端面的横截面形状具有与所述反光端面的横截面形状互补的形状。
[12]根据[01]至[11]中的任一项所述的发光元件，其中，所述第一化合物半导体层由至少第一覆盖层制成，并且通过从所述第一化合物半导体层侧层合第一导光层、有源层和第二导光层来制成所述第三化合物半导体层，并且所述第二化合物半导体层由至少第二覆盖层制成。
本公开还可如下地构造
[1]《发光元件》
一种发光元件，所述发光元件包括：
层合结构，其包括
第一化合物半导体层，其具有第一导电类型，
第二化合物半导体层，其具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型，以及
第三化合物半导体层，其形成在所述第一化合物半导体层和所述第二化合物半导体层之间并且包括有源层，
其中，所述第二化合物半导体层的第二端面和所述第三化合物半导体层的第三端面相对于层合结构的虚拟垂直方向形成为相应的第二角度θ2和第三角度θ3并且满足以下关系：“θ3的绝对值等于或大于0度且小于θ2的绝对值”。
[2]根据[1]所述的发光元件，其中，|θ2-θ3|大于2.0度。
[3]根据[1]所述的发光元件，其中，|θ2-θ3|大于3.0度。
[4]根据[1]所述的发光元件，其中，所述第一化合物半导体层的第一端面相对于所述层合结构的虚拟垂直方向形成为第一角度θ1并且满足以下关系：“θ3的绝对值等于或大于0度且小于θ1的绝对值”。
[5]根据[4]所述的发光元件，其中，|θ1-θ3|大于1.0度。
[6]根据[1]所述的发光元件，其中，|θ3|小于或等于2.0度。
[7]根据[1]所述的发光元件，其中，|θ3|是大约0度。
[8]根据[1]所述的发光元件，其中，所述第三化合物半导体层的第三端面包括阶梯结构。
[9]根据[1]所述的发光元件，其中，所述第一化合物半导体层具有与所述第一端面相对设置的对向第一端面，所述第二化合物半导体层具有与所述第二端面相对设置的对向第二端面，所述第三化合物半导体层具有与所述第三端面相对设置的对向第三端面，其中，所述第一端面、所述第二端面和所述第三端面是发光端面，并且所述对向第一端面、所述对向第二端面和所述对向第三端面是反光端面。
[10]根据[9]所述的发光元件，其中，所述对向第一端面、所述对向第二端面和所述对向第三端面分别具有相对于虚拟垂直方向的与所述第一端面、所述第二端面和所述第三端面至少基本上相同的第一角度、第二角度和第三角度，使得所述层合结构的所述发光端面和所述反光端面的横截面形状至少基本上互补。
[11]根据[1]所述的发光元件，所述发光元件还包括具有半极性或非极性主表面的衬底，所述层合结构形成在所述衬底上。
[12]根据[11]所述的发光元件，其中，所述衬底的表面是从由{20-21}表面、{1-102}r表面、{1-101}表面、{11-22}表面、{2-201}表面和{0001}表面组成的组中选择的。
[13]根据[1]所述的发光元件，其中，所述发光元件是折射率引导型半导体激光元件，并且包括脊条结构。
[14]根据[1]所述的发光元件，其中，所述层合结构是基于AlGaInN的化合物半导体。
[15]根据[14]所述的发光元件，所述发光元件还包括基于GaN的衬底，并且所述第二化合物半导体层相对于GaN衬底的晶格畸变量具有负值。
[16]根据[14]所述的发光元件，所述发光元件还包括基于GaN的衬底，并且所述第一化合物半导体层相对于GaN衬底的晶格畸变至少基本上为零。
[17]一种发光元件，所述发光元件包括：
层合结构，其包括
第一化合物半导体层，其具有第一导电类型，
第二化合物半导体层，其具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型，以及
第三化合物半导体层，其形成在所述第一化合物半导体层和所述第二化合物半导体层之间并且包括有源层，
其中，所述第一化合物半导体层的第一端面、所述第二化合物半导体层的第二端面和所述第三化合物半导体层的第三端面相对于所述层合结构的虚拟垂直方向形成为相应的第一角度θ1、第二角度θ2和第三角度θ3并且满足以下关系：|θ2-θ3|大于2.0度；|θ1-θ3|大于1.0度。
[18]根据[17]所述的发光元件，其中，|θ3|小于或等于2.0度。
[19]根据[17]所述的发光元件，其中，|θ3|是大约0度。
[20]根据[17]所述的发光元件，其中，所述第三化合物半导体层的第三端面包括阶梯结构。
本领域的技术人员应该理解，可根据设计要求和其它因素进行各种修改形式、组合形式、子组合形式和改变形式，只要它们在随附权利要求书或其等同物的范围内。
[参考符号列表]
10发光元件(半导体激光元件)
11GaN衬底
12脊条结构
20层合结构
30第一化合物半导体层
31第一覆盖层
40第二化合物半导体层
41第二覆盖层
42接触层
43层合绝缘膜
50第三化合物半导体层
51第一光学引导层
52有源层
53第二导光层
60发光端面
61发光端面第一区域
62发光端面第二区域
63发光端面第三区域
70反光端面
71反光端面第一区域
72反光端面第二区域
73反光端面第三区域
81第一电极
82第二电极