(57)【要約】発光素子は、第１光反射層４１、発光構造体２０及び第２光反射層４２が積層されて成る積層構造体を備えており、発光構造体２０は、第１光反射層側から、第１化合物半導体層２１、活性層２３及び第２化合物半導体層２２が積層されて成り、積層構造体２０の内部には、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５１が形成されている。
2018037679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光反射層、
発光構造体、及び、
第２光反射層、
が積層されて成る積層構造体を備えており、
発光構造体は、第１光反射層側から、
第１化合物半導体層、
活性層、及び、
第２化合物半導体層、
が積層されて成り、
積層構造体の内部には、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発光素子。
【請求項２】
少なくとも４層の光吸収材料層が形成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
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Ｌ0としたとき、
０．９×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝≦Ｌ0≦１．１×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝
を満足する請求項１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。
【請求項４】
光吸収材料層の厚さは、λ0／（４・ｎeq）以下である請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
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請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
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請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
光吸収材料層は、発光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請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
光吸収材料層は、発光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請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体材料から成る請求項１に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光素子（具体的には、垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬとも呼ばれる面発光レーザ素子）に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２０１５−０３５５４１に開示されているように、面発光レーザ素子においては、一般に、２つの光反射層（Distributed Bragg Reflector 層、ＤＢＲ層）の間で光を共振させることによってレーザ発振が生じる。２つのＤＢＲ層の間には発光構造体が形成されている。２つのＤＢＲ層及びその間に形成された発光構造体によって構成された積層構造体の内部における共振器の長さＬは、積層構造体全体の等価屈折率をｎeq、面発光レーザ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。等価屈折率ｎeqに関しては後述する。【０００３】
ところで、面発光レーザ素子において、発振可能な波長は共振器の長さＬ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、
λ02／（２ｎeff・Ｌ）
で表される。即ち、共振器の長さＬが長いほど、縦モードの間隔Δλは狭くなる。よって、共振器の長さＬ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λとしたとき、以下の関係がある。【０００４】
ｎeff＝ｎeq−λ・（ｄｎeq／ｄλ）【０００５】
ここで、共振器の長さＬが１μｍ以下と短い場合、面発光レーザ素子から出射される縦モードのレーザ光は、通常、１種類（１波長）である（図６Ａの概念図を参照）。従って、面発光レーザ素子から出射されるレーザ光の発振波長を正確に制御することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−０３５５４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、共振器の長さＬが、面発光レーザ素子から出射されるレーザ光の波長の数倍以上と長い場合、面発光レーザ素子から出射され得る縦モードのレーザ光が複数種類となってしまい（図６Ｂの概念図を参照）、面発光レーザ素子から出射されるレーザ光の発振波長を正確に制御することが困難である。【０００８】
従って、本開示の目的は、出射されるレーザ光の発振波長を正確に制御することを可能とする構成、構造を有する発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本開示の発光素子は、
第１光反射層、
発光構造体、及び、
第２光反射層、
が積層されて成る積層構造体を備えており、
発光構造体は、第１光反射層側から、
第１化合物半導体層、
活性層（発光層）、及び、
第２化合物半導体層、
が積層されて成り、
積層構造体の内部には、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。
【発明の効果】
【００１０】
本開示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。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、実施例１の発光素子及びその変形例の模式的な一部断面図である。
【図２】図２は、実施例１の発光素子の模式的な一部断面図と、縦モードＡと縦モードＢの２つの縦モードを重ね合わせた図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、実施例４の発光素子の模式的な一部断面図である。
【図５】図５は、実施例４の発光素子の変形例の模式的な一部断面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、活性層によって決まるゲインスペクトル内に存在する縦モードを模式的に示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の発光素子、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の発光素子）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１の別の変形）
５．実施例４（実施例１〜実施例３の変形）
６．その他
【００１３】
〈本開示の発光素子、全般に関する説明〉
以下の説明において、活性層（発光層）と対向する第１化合物半導体層の面を第１化合物半導体層の第２面と呼び、第１化合物半導体層の第２面と対向する第１化合物半導体層の面を第１化合物半導体層の第１面と呼ぶ場合がある。また、活性層と対向する第２化合物半導体層の面を第２化合物半導体層の第１面と呼び、第２化合物半導体層の第１面と対向する第２化合物半導体層の面を第２化合物半導体層の第２面と呼ぶ場合がある。
【００１４】
本開示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。
【００１５】
上記の好ましい形態を含む本開示の発光素子において、発振波長（発光素子から出射される所望の発振波長）をλ0、２層の光吸収材料層、及び、光吸収材料層と光吸収材料層との間に位置する積層構造体の部分の全体の等価屈折率をｎeq、光吸収材料層と光吸収材料層との間の距離をＬ0としたとき、
０．９×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝≦Ｌ0≦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）｝≦Ｌ0≦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）｝≦Ｌ0≦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）｝≦Ｌ0≦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）｝≦Ｌ0≦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）｝≦Ｌ0≦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。
【００１６】
更には、上記の各種の好ましい形態を含む本開示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。
【００１７】
更には、上記の各種の好ましい形態を含む本開示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低振幅部分に光吸収材料層が位置する形態とすることができる。
【００１８】
更には、上記の各種の好ましい形態を含む本開示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形態とすることができる。
【００１９】
更には、上記の各種の好ましい形態を含む本開示の発光素子において、光吸収材料層は、発光構造体を構成する化合物半導体の光吸収係数の２倍以上の光吸収係数を有する形態とすることができる。ここで、光吸収材料層の光吸収係数や発光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。
【００２０】
更には、上記の各種の好ましい形態を含む本開示の発光素子において、光吸収材料層は、発光構造体を構成する化合物半導体よりもバンドギャップの狭い化合物半導体材料、不純物をドープした化合物半導体材料、透明導電性材料、及び、光吸収特性を有する光反射層構成材料から成る群から選択された少なくとも１種類の材料から構成されている形態とすることができる。ここで、発光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、発光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。
【００２１】
更には、上記の各種の好ましい形態を含む本開示の発光素子において、第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層（発光積層体）は、ＧａＮ系化合物半導体材料から成る形態とすることができる。ここで、ＧａＮ系化合物半導体として、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。後述する第２電極と第２化合物半導体層との間に、電流狭窄構造が形成されていることが好ましい。第１化合物半導体層、第２化合物半導体層は、単一構造の層であってもよいし、多層構造の層であってもよいし、超格子構造の層であってもよい。更には、組成傾斜層、濃度傾斜層を備えた層とすることもできる。
【００２２】
電流狭窄構造を得るためには、後述する第２電極と第２化合物半導体層との間に絶縁材料（例えば、ＳｉＯXやＳｉＮX、ＡｌＯX）から成る電流狭窄層を形成してもよいし、あるいは又、第２化合物半導体層をＲＩＥ法等によりエッチングしてメサ構造を形成してもよいし、あるいは又、積層された第２化合物半導体層の一部の層を横方向から部分的に酸化して電流狭窄領域を形成してもよいし、第２化合物半導体層に不純物をイオン注入して導電性が低下した領域を形成してもよいし、あるいは、これらを、適宜、組み合わせてもよい。但し、第２電極は、電流狭窄により電流が流れる第２化合物半導体層の部分と電気的に接続されている必要がある。
【００２３】
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、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法，ＭＯＶＰＥ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等を挙げることができる。ここで、ＭＯＣＶＤ法における有機ガリウム源として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧ）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）を用いればよいし、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）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。
【００２４】
第１化合物半導体層と電気的に接続された第１電極が形成されており、第２化合物半導体層と接して第２電極が形成されている。第１電極は、第１化合物半導体層と接して形成されており、あるいは又、基板を介して第１化合物半導体層と電気的に接続されている。第１電極は金属又は合金から成る形態とすることができるし、第２電極は透明導電性材料から成る形態とすることができる。第２電極を透明導電性材料から構成することで、電流を横方向（第２化合物半導体層の面内方向）に広げることができ、効率良く、素子領域に電流を供給することができる。第２電極は第２化合物半導体層の第２面上に形成されており、第２電極上に第２光反射層が形成されていることが好ましい。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。
【００２５】
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の発光素子にあっては、活性層において生成した光は、第２光反射層を介して外部に出射される形態（以下、便宜上、『第２光反射層出射タイプの発光素子』と呼ぶ）とすることができるし、第１光反射層を介して外部に出射される形態（以下、便宜上、『第１光反射層出射タイプの発光素子』と呼ぶ）とすることもできる。尚、第１光反射層出射タイプの発光素子にあっては、場合によっては、基板（発光素子製造用基板）を除去してもよい。基板（発光素子製造用基板）を除去する場合、第２光反射層は支持基板に固定されている形態とすることができる。発光素子は、第１化合物半導体層の頂面から第１光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成る構成とすることができるし、あるいは又、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から成る構成とすることもできる。
【００２６】
基板（発光素子製造用基板）を除去する場合、例えば、基板上に第１光反射層及び第１化合物半導体層を形成し、第１化合物半導体層上に活性層、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（光吸収材料層の形成を含む）、第１光反射層をストッパ層として、基板を除去すればよい。具体的には、例えば、基板上に第１光反射層及び第１化合物半導体層を形成し、第１化合物半導体層上に活性層、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（光吸収材料層の形成を含む）、次いで、第２光反射層を支持基板に固定した後、第１光反射層をストッパ層として基板を除去して、第１化合物半導体層（第１化合物半導体層の第１面）及び第１光反射層を露出させればよい。更には、第１化合物半導体層（第１化合物半導体層の第１面）の上に第１電極を形成すればよい。あるいは又、基板の除去レート（研磨レート）に基づいて除去量を制御すれば、ストッパ層を用いなくてもよい。
【００２７】
基板（発光素子製造用基板）の除去は、化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）に基づき行う形態とすることができる。尚、先ず、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液、アンモニア溶液＋過酸化水素水、硫酸溶液＋過酸化水素水、塩酸溶液＋過酸化水素水、リン酸溶液＋過酸化水素水等を用いたウェットエッチング法や、ドライエッチング法、レーザを用いたリフトオフ法、機械研磨法等によって、あるいは、これらの組合せによって、基板の一部の除去を行い、あるいは、基板の厚さを薄くし、次いで、化学的／機械的研磨法を実行することで、第１化合物半導体層（第１化合物半導体層の第１面）及び第１光反射層を露出させればよい。
【００２８】
基板（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。ＧａＮ系化合物半導体層を基板に形成する場合、ＧａＮ基板の使用が欠陥密度の少ないことから好ましい。ＧａＮ基板は成長面によって、極性／無極性／半極性と特性が変わることが知られているが、ＧａＮ基板のいずれの主面も化合物半導体層の形成に使用することができる。また、これらの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。
【００２９】
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、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０．５ｍｍ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。
【００３０】
第１光反射層出射タイプの発光素子において、基板を除去する場合、第１化合物半導体層の第１面における第１光反射層と第１電極の配置状態として、第１光反射層と第１電極とが接している状態を挙げることができるし、あるいは又、第１光反射層と第１電極とが離間している状態を挙げることができるし、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部を有する必要がある。開口部の大きさは、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の数倍のオーダーであることが好ましい。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。
【００３１】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の発光素子において、第２化合物半導体層（第２化合物半導体層の第２面）の表面粗さＲａは、１．０ｎｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａ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。
【００３２】
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。
【００３３】
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）］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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、ＡｌＧａＮ、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／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。
【００３６】
あるいは又、第１光反射層は、少なくともＮ（窒素）原子を含んだ誘電体膜を備えていることが望ましく、更には、このＮ原子を含んだ誘電体膜は、誘電体多層膜の最上層であることが一層望ましい。あるいは又、第１光反射層は、少なくともＮ（窒素）原子を含んだ誘電体材料層によって被覆されていることが望ましい。あるいは又、第１光反射層の表面に対して窒化処理を施すことで、第１光反射層の表面を、少なくともＮ（窒素）原子を含んだ層（以下、便宜上、『表面層』と呼ぶ）とすることが望ましい。少なくともＮ原子を含んだ誘電体膜あるいは誘電体材料層、表面層の厚さは、λ0／（４ｎ）の奇数倍とすることが好ましい。少なくともＮ原子を含んだ誘電体膜あるいは誘電体材料層を構成する材料として、具体的には、ＳｉＮX、ＳｉＯXＮZを挙げることができる。このように、少なくともＮ原子を含んだ誘電体膜あるいは誘電体材料層、表面層を形成することで、第１光反射層を覆う化合物半導体層を形成したとき、第１光反射層を覆う化合物半導体層の結晶軸と発光素子製造用基板の結晶軸のずれを改善することが可能となり、共振器となる発光構造体の品質を高めることが可能となる。
【００３７】
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。
【００３８】
光反射層は、素子領域を覆う限り、大きさ及び形状は特に限定されない。素子領域、第１光反射層、第２光反射層、電流狭窄層に設けられた開口の平面形状として、具体的には、円形、楕円形、矩形、多角形（三角形、四角形、六角形等）を挙げることができる。また、第１電極の平面形状として環状を挙げることができる。素子領域、第１光反射層、第２光反射層、電流狭窄層に設けられた開口の平面形状、環状の第１電極の内側環部の平面形状は、相似形であることが望ましい。円形の場合、直径２μｍ乃至７０μｍ程度であることが好ましい。
【００３９】
発光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、発光構造体を構成する材料の屈折率よりも小さいことが好ましい。被覆層を構成する絶縁材料として、ＳｉＯ2を含むＳｉＯX系材料、ＳｉＮX系材料、ＳｉＯXＮZ系材料、ＴａＯX、ＺｒＯX、ＡｌＮX、ＡｌＯX、ＧａＯXを例示することができるし、あるいは又、ポリイミド樹脂等の有機材料を挙げることもできる。被覆層の形成方法として、例えば真空蒸着法やスパッタリング法といったＰＶＤ法、あるいは、ＣＶＤ法を挙げることができるし、塗布法に基づき形成することもできる。
【実施例１】
【００４０】
実施例１は、本開示の発光素子に関する。【００４１】
模式的な一部断面図を図１Ａに示すように、実施例１の発光素子は、後述する実施例２〜実施例４の発光素子は、具体的には、面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）であり、
第１光反射層４１、
発光構造体２０、及び、
第２光反射層４２、
が積層されて成る積層構造体を備えており、
発光構造体２０は、第１光反射層側から、
第１化合物半導体層２１、
活性層（発光層）２３、及び、
第２化合物半導体層２２、
が積層されて成り、
積層構造体の内部には、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５１が、好ましくは、少なくとも４層の光吸収材料層５１が、具体的には、実施例１にあっては２０層の光吸収材料層５１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５１のみを示した。【００４２】
実施例１において、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（発光積層体２０）は、ＧａＮ系化合物半導体材料から成る。具体的には、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。また、第１電極３１はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成り、第２電極３２は、透明導電性材料、具体的には、ＩＴＯから成り、パッド電極３３はＴｉ／Ｐｄ／Ａｕ又はＴｉ／Ｐｄ／Ａｕから成り、第１光反射層４１及び第２光反射層４２は、ＳｉＮ層とＳｉＯ2層の積層構造（誘電体膜の積層総数：２０層）から成る。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、発光積層体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。【００４３】
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５１は、発光構造体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５１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５１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。【００４４】
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５１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５１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５１、及び、光吸収材料層５１と光吸収材料層５１との間に位置する積層構造体の部分（具体的には、実施例１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５１と光吸収材料層５１との間の距離をＬ0としたとき、
０．９×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝≦Ｌ0≦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１においては、ｍ＝１とした。従って、隣接する光吸収材料層５１の間の距離は、全ての複数の光吸収材料層５１（２０層の光吸収材料層５１）において、
０．９×｛λ0／（２・ｎeq）｝≦Ｌ0≦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、
Ｌ0＝１×４５０／（２×２．４２）
＝９３．０ｎｍ
である。尚、２０層の光吸収材料層５１の内、一部の光吸収材料層５１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。【００４５】
第１光反射層４１及び第１化合物半導体層２１は、導電性を有する基板１１（発光素子製造用基板であり、具体的には、ｎ−ＧａＮ基板）の上（具体的には、基板１１の第１面１１ａの上）に設けられている。また、活性層２３において生成した光は、第２光反射層４２を介して外部に出射される。即ち、実施例１の発光素子は、第２光反射層出射タイプの発光素子であり、具体的には、第２化合物半導体層２２の頂面から第２光反射層４２を介して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。【００４６】
第１電極３１は、基板１１の外面（第２面１１ｂ）上に設けられている。第１化合物半導体層２１及び多層膜から成る第１光反射層４１は、基板１１の第２面１１ｂと対向する第１面１１ａの上に形成されている。【００４７】
実施例１の発光素子においては、第２電極３２と第２化合物半導体層２２との間に、ＳｉＯ2といった絶縁材料から成る電流狭窄層２４が形成されている。電流狭窄層２４には円形の開口２５が形成されており、この開口２５の底部に第２化合物半導体層２２が露出している。【００４８】
第２電極３２は、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上に形成されており、多層膜から成る第２光反射層４２は第２電極３２の上に形成されている。具体的には、第２電極３２は、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上から電流狭窄層２４上に亙り形成されており、第２光反射層４２は第２電極３２上に形成されている。更には、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パッド電極３３が接続されている。素子領域の平面形状は円形であり、第１電極３１、第１光反射層４１、第２光反射層４２、電流狭窄層２４に設けられた開口２５の平面形状も円形である。第１光反射層４１及び第２光反射層４２は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。電流狭窄層２４の形成は、必須ではない。【００４９】
以下、積層構造体等の模式的な一部端面図である図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照して、実施例１の発光素子の製造方法を説明する。【００５０】
［工程−１００］
先ず、発光素子製造用基板１１の第１面１１ａ上に、多層膜から成り、凸形状を有する第１光反射層４１を形成する。具体的には、ＧａＮ基板から成る発光素子製造用基板１１の第１面１１ａ上に、周知の方法に基づき、多層膜から成り、パターニングされた第１光反射層４１を形成する。こうして、図３Ａに示す構造を得ることができる。第１光反射層４１の形状は円盤状である。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。【００５１】
［工程−１１０］
次に、第１光反射層４１を含む発光素子製造用基板１１上に、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１面２１ａ、及び、第１面２１ａと対向する第２面２１ｂを有する第１化合物半導体層２１、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂと接する活性層（発光層）２３、及び、
ＧａＮ系化合物半導体から成り、第１面２２ａ、及び、第１面２２ａと対向する第２面２２ｂを有し、第１面２２ａが活性層２３と接する第２化合物半導体層２２、
が積層されて成る発光構造体２０を形成する。具体的には、ＥＬＯ法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法を用いて、横方向成長により、ｎ−ＧａＮから成る第１化合物半導体層２１を形成する。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５１を併せて形成する。更に、第１化合物半導体層２１の上に、エピタキシャル成長法に基づき、活性層２３、第２化合物半導体層２２を形成することで、発光構造体２０を得ることができる。【００５２】
［工程−１２０］
その後、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上に、周知の方法に基づき、開口２５を有し、ＳｉＯ2から成る電流狭窄層２４を形成する（図３Ｂ参照）。【００５３】
［工程−１３０］
次いで、開口２５の底面に露出した第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂから電流狭窄層２４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、周知の方法に基づきパッド電極３３を形成する。こうして、図３Ｃに示す構造を得ることができる。次いで、第２電極３２の上からパッド電極３３の上に亙り、周知の方法に基づき第２光反射層４２を形成する。【００５４】
［工程−１４０］
その後、発光素子製造用基板１１の外面（第２面１１ｂ）上に、第１電極３１等を周知の方法に基づき形成する。こうして、図１Ａに示す構造を得ることができる。そして、更に、所謂素子分離を行うことで発光素子を分離し、積層構造体の側面や露出面を、例えば、ＳｉＯ2等の絶縁材料から成る被覆層で被覆する。そして、パッケージや封止することで、実施例１の発光素子を完成させることができる。【００５５】
発光構造体をＧａＡｓ系化合物半導体層から構成する場合、共振器の長さＬは、通常、１μｍ以下と短く、面発光レーザ素子から出射される縦モードのレーザ光は、１種類（１波長）である。従って、面発光レーザ素子から出射される縦モードのレーザ光の発振波長を正確に制御することができる。一方、発光構造体をＧａＮ系化合物半導体層から構成する場合、共振器の長さＬは、通常、面発光レーザ素子から出射されるレーザ光の波長の数倍と長い。従って、面発光レーザ素子から出射され得る縦モードのレーザ光が複数種類となってしまい、面発光レーザ素子から出射され得るレーザ光の発振波長を正確に制御することが困難となる。【００５６】
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２のようになる。尚、図２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５１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２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５１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。【００５７】
以上のとおり、実施例１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。【００５８】
尚、［工程−１００］において、ＧａＮ基板から成る発光素子製造用基板１１の第１面１１ａ上に、エピタキシャル成長法に基づき、多層膜から成る第１光反射層４１を形成してもよい。尚、第１光反射層４１のパターニングは、原則として、不要である。こうして、最終的に、図１Ｂに模式的な一部断面図を示す構造を有する発光素子を得ることができる。
【実施例２】
【００５９】
実施例２は、実施例１の変形である。実施例１においては、光吸収材料層５１を、発光構造体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２においては、１０層の光吸収材料層５１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２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２にあっては、ｍ＝１とし、Ｌ0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５１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５１の厚さは３ｎｍである。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、１０層の光吸収材料層５１の内、一部の光吸収材料層５１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３】
【００６０】
実施例３も、実施例１の変形である。実施例３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１の光吸収材料層５１と同様の構成、即ち、ｎ−Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎから構成した。更には、実施例３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３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、Ｌ0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）｝≦Ｌ0≦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）｝≦Ｌ0≦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３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、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１と異なり、光吸収材料層５１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５１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）｝≦Ｌ0≦１．１×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝
【実施例４】
【００６１】
実施例４は、実施例１〜実施例３の変形である。実施例４の発光素子は、より具体的には、第１化合物半導体層２１の頂面から第１光反射層４１を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成る。【００６２】
実施例４の発光素子にあっては、模式的な一部断面図を図４Ａに示すように、第２光反射層４２は、金（Ａｕ）層あるいは錫（Ｓｎ）を含む半田層から成る接合層４３を介して、シリコン半導体基板から構成された支持基板４４に半田接合法に基づき固定されている。【００６３】
以下、実施例４の発光素子の製造方法を説明する。【００６４】
［工程−４００］
先ず、例えば、実施例１の［工程−１００］〜［工程−１３０］と同様の工程とすることで、図１に示す状態（但し、第１電極３１は形成されていない）を得ることができる。【００６５】
［工程−４１０］
その後、第２光反射層４２を、接合層４３を介して支持基板４４に固定する。【００６６】
［工程−４２０］
次いで、発光素子製造用基板１１を除去して、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ及び第１光反射層４１を露出させる。具体的には、先ず、機械研磨法に基づき、発光素子製造用基板１１の厚さを薄くし、次いで、ＣＭＰ法に基づき、発光素子製造用基板１１の残部を除去する。こうして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ及び第１光反射層４１を露出させる。【００６７】
［工程−４３０］
その後、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に第１電極３１を形成する。こうして、図４Ａに示した構造を有する実施例４の発光素子を得ることができる。【００６８】
実施例４の発光素子の製造にあっては、第１光反射層が形成されている状態で発光素子製造用基板を除去する。それ故、第１光反射層が、発光素子製造用基板の除去時に一種のストッパーとして機能する結果、発光素子製造用基板面内における発光素子製造用基板の除去バラツキ、更には、第１化合物半導体層の厚さバラツキの発生を抑制することができ、共振器の長さの均一化を図ることができる結果、得られる発光素子の特性の安定化を達成することができる。しかも、第１光反射層と第１化合物半導体層との界面における第１化合物半導体層の面（平坦面）は平坦であるが故に、平坦面でのレーザ光の散乱を最小限に抑えることができる。【００６９】
以上に説明し、図４Ａに示した発光素子の例では、第１電極３１の端部は第１光反射層４１から離間している。即ち、第１光反射層４１と第１電極３１とは離間しており、云い換えれば、オフセットを有しており、離間距離は１ｍｍ以内、具体的には、例えば、平均０．０５ｍｍである。但し、このような構造に限定するものではなく、第１電極３１の端部が第１光反射層４１と接していてもよいし、第１電極３１の端部が第１光反射層４１の縁部の上に亙り形成されていてもよい。【００７０】
また、実施例１の［工程−１００］を省略して、先ず、例えば、実施例１の［工程−１１０］〜［工程−１３０］と同様の工程を実行した後、［工程−４１０］、［工程−４２０］を実行して、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させ、次いで、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に第１光反射層４１、第１電極３１を形成してもよい。こうして得られた発光素子の模式的な一部断面図を図４Ｂに示す。【００７１】
また、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に第１光反射層４１を形成する際、第１化合物半導体層２１をエッチングして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａに凹部を形成し、この凹部に第１光反射層４１を形成してもよい（図５参照）。尚、第１化合物半導体層２１に形成された傾斜部を参照番号４１Ａで示す。【００７２】
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。第１光反射層及び第１電極を形成した後、支持基板を除去することで、第２化合物半導体層の頂面から第２光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子を完成させることもできるし、あるいは又、第１光反射層を第２の支持基板に固定し、その後、支持基板を除去して第２光反射層を露出させることで、第２化合物半導体層の頂面から第２光反射層を介して光を出射する面発光レーザ素子を完成させることもできる。【００７３】
尚、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
［Ａ０１］《発光素子》
第１光反射層、
発光構造体、及び、
第２光反射層、
が積層されて成る積層構造体を備えており、
発光構造体は、第１光反射層側から、
第１化合物半導体層、
活性層、及び、
第２化合物半導体層、
が積層されて成り、
積層構造体の内部には、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発光素子。
［Ａ０２］少なくとも４層の光吸収材料層が形成されている［Ａ０１］に記載の発光素子。
［Ａ０３］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Ｌ0としたとき、
０．９×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝≦Ｌ0≦１．１×｛（ｍ・λ0）／（２・ｎeq）｝
を満足する［Ａ０１］又は［Ａ０２］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。
［Ａ０４］光吸収材料層の厚さは、λ0／（４・ｎeq）以下である［Ａ０１］乃至［Ａ０３］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ０５］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［Ａ０１］乃至［Ａ０４］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ０６］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［Ａ０１］乃至［Ａ０５］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ０７］光吸収材料層は、発光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［Ａ０１］乃至［Ａ０６］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ０８］光吸収材料層は、発光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［Ａ０１］乃至［Ａ０７］のいずれか１項に記載の発光素子。
［Ａ０９］第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体材料から成る［Ａ０１］乃至［Ａ０８］のいずれか１項に記載の発光素子。
【符号の説明】
【００７４】
１１・・・ＧａＮ基板、２０・・・発光構造体、２１・・・第１化合物半導体層、２１ａ・・・第１化合物半導体層の第１面、２１ｂ・・・第１化合物半導体層の第２面、２２・・・第２化合物半導体層、２２ａ・・・第２化合物半導体層の第１面、２２ｂ・・・第２化合物半導体層の第２面、２３・・・活性層（発光層）、２４・・・電流狭窄層、２５・・・電流狭窄層に設けられた開口、３１・・・第１電極、３２・・・第２電極、３３・・・パッド電極、４１・・・第１光反射層、４１Ａ・・・第１化合物半導体層に形成された傾斜部、４２・・・第２光反射層、４３・・・接合層、４４・・・支持基板、５１・・・光吸収材料層
【図１】
2018037679.tif 000003
【図２】
2018037679.tif 000004
【図３】
2018037679.tif 000005
【図４】
2018037679.tif 000006
【図５】
2018037679.tif 000007
【図６】
2018037679.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月8日(2017.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光反射層、
発光構造体、及び、
第２光反射層、
が積層されて成る積層構造体を備えており、
発光構造体は、第１光反射層側から、
第１化合物半導体層、
活性層、及び、
第２化合物半導体層、
が積層されて成り、
第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極、及び、
第２化合物半導体層と第２光反射層との間に形成された第２電極、を更に備えており、
積層構造体の内部には、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おり、
少なくとも２層の光吸収材料層の内の少なくとも１層の光吸収材料層は、第１化合物半導体層内に形成されており、少なくとも２層の光吸収材料層の内の他の光吸収材料層は第２電極によって兼用されている発光素子。
【請求項２】
少なくとも４層の光吸収材料層が形成されている請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
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Ｌ０としたとき、
０．９×｛（ｍ・λ０）／（２・ｎｅｑ）｝≦Ｌ０≦１．１×｛（ｍ・λ０）／（２・ｎｅｑ）｝
を満足する請求項１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。
【請求項４】
光吸収材料層の厚さは、λ０／（４・ｎｅｑ）以下である請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
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請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
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請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
光吸収材料層は、発光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請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
第１化合物半導体層に形成された光吸収材料層は、発光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、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請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体材料から成る請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
第２電極は透明導電性材料から成る請求項１に記載の発光素子。
【請求項１１】
第１化合物半導体層は、第１導電型を有し、
第２化合物半導体層は、第１導電型とは異なる第２導電型を有し、
第２電極は、第１導電型を有する化合物半導体層から成る請求項１に記載の発光素子。
【国際調査報告】
2018037679.tif 000009
2018037679.tif 000010