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CN106663919B - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

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CN106663919B
CN106663919B CN201580031161.XA CN201580031161A CN106663919B CN 106663919 B CN106663919 B CN 106663919B CN 201580031161 A CN201580031161 A CN 201580031161A CN 106663919 B CN106663919 B CN 106663919B
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light
semiconductor layer
gan substrate
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风田川统之
滨口达史
泉将一郎
仓本大
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

该发光元件至少具有：GaN衬底(11)；第一光反射层(41)，其形成所述GaN衬底(11)上，并且用作选择性生长掩膜层(44)；形成在所述第一光反射层上的第一化合物半导体层(21)、有源层(23)以及第二化合物半导体层(22)；以及形成在所述第二化合物半导体层(22)上的第二电极(32)和第二光反射层(42)。所述GaN衬底(11)表面的平面方向的离角等于或小于0.4°，所述第一光反射层(41)的面积等于或小于0.8S0，其中，所述GaN衬底(11)的面积由S0表示，并且作为所述第一光反射层的最低层(41A)，热膨胀缓解薄膜(44)形成在所述GaN衬底(11)上。

Description

发光元件及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种发光元件(具体而言，也称为垂直谐振器激光VCSEL的表面发射激光器元件)及其制造方法。
背景技术
在表面发射激光元件中，通常由在两个光反射层(分布式布拉格反射器层、DBR层)之间的振荡光造成激光振荡。因此，需要将半导体表面光滑以便形成亚纳米级的DBR层。在不能获得适当的光滑性时，降低每个DBR层的光学反射率，并且特征的变化(振荡阈值等)增大，这最终使得甚至难以获得激光振荡。
从日本专利申请公开号10-308558中已知使用选择性生长方法制造氮化物表面发射激光器的方法。即，制造在本公开专利申请中公开的氮化物半导体激光器元件的方法包括：
在衬底表面上选择性形成由介电质制成的多层薄膜的步骤，
在多层薄膜的顶部生长氮化物半导体层的步骤，
在形成在多层薄膜的顶部的氮化物半导体层的顶部生长包括有源层的氮化物半导体层的步骤，以及
将多层薄膜用作用于有源层的光发射的至少一个反射镜的步骤。
引用列表
专利文档
专利文档1：日本专利申请公开号10-308558
发明内容
本发明要解决的问题
同时，在制造在上述公开专利申请中公开的氮化物半导体激光元件的方法中，使用与氮化物半导体不同的衬底。然而，在使用这种衬底的情况下，具体而言，在使用蓝宝石衬底时，例如，由于在基于GaN的化合物半导体层与蓝宝石衬底之间的晶格失配，所以发生大量位错，这对发光元件的可靠性具有明显的不利影响。进一步，由于蓝宝石衬底具有比典型的半导体衬底的热导率更低的热导率，所以发光元件的耐热性变得极其大，这造成振荡阈值电流增大、光学输出下降、元件使用寿命退化等。此外，由于蓝宝石衬底没有导电性，所以不能给衬底的背面提供n侧电极，并且必须在与p侧电极的相同侧提供n侧电极。同样，元件区域增大，使得具有生产率差的问题。进一步，上述公开专利申请未描述因在衬底的线性热膨胀系数与多层薄膜(选择性生长掩膜层)的线性热膨胀系数之间的差异而造成的多层薄膜(选择性生长掩膜层)从衬底剥离以及在例如包括有源层的氮化物半导体层生长时因氮化物半导体层的表面粗糙度而造成的特征变化(例如，光学反射率变化)的问题。
因此，本公开的一个目标在于，提供一种发光元件，其中，不太可能造成特征的变化，这具有高度可靠性，并且该发光元件能够防止因在衬底的线性热膨胀系数与选择性生长掩膜层的线性热膨胀系数之间的差异而发生选择性生长掩膜层从衬底剥离的问题，并且提供一种发光元件的制造方法。
问题的解决方案
用于实现上述目标的根据本公开的第一方面或第二方面的一种发光元件制造方法是一种发光元件制造方法，至少包括以下步骤：
在GaN衬底上形成选择性生长掩膜层之后；
从未覆盖有所述选择性生长掩膜层的GaN衬底的表面选择性生长第一化合物半导体层，并且使用第一化合物半导体层，覆盖所述GaN衬底和所述选择性生长掩膜层；然后
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、第二电极以及第二光反射层，其中，
所述选择性生长掩膜层用作第一光反射层，
所述GaN衬底的表面的平面方向的离角是0.4°或更小，
所述选择性生长掩膜层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积。应注意的是，选择性生长掩膜层可以完全覆盖有第一化合物半导体层，或者选择性生长掩膜层可以部分覆盖。进一步，覆盖选择性生长掩膜层的第一化合物半导体层的顶面可以是平面，或者可以在一部分内具有凹陷。
然后，在根据本公开的第一方面的发光元件制造方法中，作为所述选择性生长掩膜层的底层，热膨胀缓解薄膜形成在所述GaN衬底上。进一步，在根据本公开的第二方面的发光元件制造方法中，与所述GaN衬底接触的所述选择性生长掩膜层的底层的线性热膨胀系数(CTE)满足
1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，
优选地，
1×10-6/K<CTE≤1×10-5/K。
用于实现上述目标的根据本公开的第一方面或第二方面的一种发光元件是一种发光元件，至少包括：
GaN衬底；
第一光反射层，其形成所述GaN衬底上，并且用作选择性生长掩膜层；
层叠结构，其形成在所述第一光反射层上，所述层叠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；以及
形成在所述第二化合物半导体层上的第二电极和第二光反射层，其中，
所述GaN衬底的表面的平面方向的离角是0.4°或更小，
所述第一光反射层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积。
然后，在根据本公开的第一方面的发光元件中，作为所述第一光反射层的底层，热膨胀缓解薄膜形成在所述GaN衬底上。进一步，在根据本公开的第二方面的发光元件中，与所述GaN衬底接触的所述第一光反射层的底层的线性热膨胀系数CTE满足
1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，
优选地，
1×10-6/K<CTE≤1×10-5/K。
发明的效果
在根据本公开的第一方面或第二方面的发光元件及其制造方法中，由于限定了GaN衬底的表面的平面方向的离角以及选择性生长掩膜层(第一光反射层)的面积比，所以可以减少第二化合物半导体层的表面粗糙度。这表示可以形成具有优异的表面形态的第二化合物半导体层。同样，可以获得具有优异表面光滑度的第二光反射层，即，可以获得期望的光学反射率，并且不太可能造成发光元件的特征变化。此外，由于形成热膨胀缓解薄膜，或者限定CTE的值，所以可以防止因在衬底的线性热膨胀系数与选择性生长掩膜层的线性热膨胀系数之间的差异而发生选择性生长掩膜层从衬底剥离的问题，据此，可以提供具有高度可靠性的发光元件。进一步，在使用GaN衬底时，在化合物半导体层内不太可能造成位错，并且可以防止发光元件的耐热性增大的问题。同样，可以给发光元件提供高度可靠性，并且可以给GaN衬底在与p侧电极的侧边不同的侧边上提供n侧电极。应注意的是，示例性提供在本说明书中描述的效果，没有任何限制，并且还可以接受额外效果。
附图说明
图1A和1B是第一实施方式的发光元件和示例性修改的示意性部分剖视图；
图2A和2B是第一实施方式的发光元件的其他示例性修改的示意性部分剖视图；
图3是第一实施方式的发光元件的另一个示例性修改的示意性部分剖视图；
图4A、4B以及4C是用于解释第一实施方式的发光元件制造方法的层叠结构等的示意性部分端视图；
图5是第二实施方式的发光元件的示意性部分剖视图；
图6A和6B是第三实施方式的发光元件和示例性修改的示意性部分剖视图；
图7A和7B是用于解释第三实施方式的发光元件制造方法的层叠结构等的示意性部分端视图；
图8A和8B是第一实施方式的发光元件的其他示例性修改的示意性部分剖视图；
图9示出选择性生长掩膜层的示意性平面图。
具体实施方式
在后文中，虽然参考附图，基于实施方式，描述本公开，但是本公开不限于这些实施方式。示例性示出在这些实施方式中描述的各种数值和材料。应注意的是，按照以下顺序提供描述。
1、根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件以及根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件制造方法的总体描述
2、第一实施方式(根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件以及根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件制造方法)
3、第二实施方式(第一实施方式的修改)
4、第三实施方式(第一实施方式的另一个修改)等
【根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件以及根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件制造方法的总体描述】
根据本公开的第一方面的发光元件或者由根据本公开的第一方面的发光元件制造方法制造的发光元件可以统称为“根据本公开的第一方面的发光元件等”。进一步，根据本公开的第二方面的发光元件或者由根据本公开的第二方面的发光元件制造方法制造的发光元件可以统称为“根据本公开的第二方面的发光元件等”。与有源层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二表面，并且与第一化合物半导体层的第二表面相反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。与有源层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一表面，并且与第二化合物半导体层的第一表面相反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GaN衬底的表面的平面方向的离角(off angle)表示在宏观上观看时由GaN衬底的表面的晶体平面的平面方向和GaN衬底的表面的法线所限定的角度。进一步，在根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件制造方法中，假设GaN衬底的面积是S0，限定选择性生长掩膜层的面积是0.8S0或更小，并且在根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件中，假设GaN衬底的面积是S0，限定第一光反射层的面积是0.8S0或更小。然而，“GaN衬底的面积S0”表示在最后获得发光元件时剩余的GaN衬底的面积。选择性生长掩膜层的底层或第一光反射层的底层没有作为光反射层的功能。
在根据本公开的第一方面的发光元件等中，热膨胀缓解薄膜可以通过选自由以下材料构成的组的至少一种类型的材料制成的模式的形成：氮化硅(SiNX)、氧化铝(AlOX)、氧化铌(NbOX)、氧化钽(TaOX)、氧化钛(TiOX)、氧化镁(MgOX)、氧化锆(ZrOX)以及氮化铝(AlNX)。应注意的是，连接至每个物质的化学式的后缀“X”或者下面描述的后缀“Y”或后缀“Z”不仅包括基于每个材料的化学计量学的值，而且包括偏离基于化学计量学的值的值。在以下描述中一样。然后，在包括这种优选模式的根据本公开的第一方面的发光元件等中，可取地满足
t1＝λ0/(4n1)，
优选地，
t1＝λ0/(2n1)，
其中，t1表示热膨胀缓解薄膜的厚度，λ0表示发光元件的发射波长，并且n1表示热膨胀缓解薄膜的折射率。然而，热膨胀缓解薄膜的厚度t1是本质上任意的，这可以是例如1×10-7m或更小。
在根据本公开的第二方面的发光元件等中，选择性生长掩膜层(第一光反射层)的底层通过选自由氮化硅(SiNX)、氧化铝(AlOX)、氧化铌(NbOX)、氧化钽(TaOX)、氧化钛(TiOX)、氧化镁(MgOX)、氧化锆(ZrOX)以及氮化铝(AlNX)构成的组的至少一种类型的材料制成的模式制造。然后，在包括这种优选模式的根据本公开的第二方面的发光元件等中，可取地满足
t1＝λ0/(4n1)，
优选地，
t1＝λ0/(2n1)，
其中，t1表示选择性生长掩膜层(第一光反射层)的底层的厚度，λ0表示发光元件的发射波长，并且n1表示选择性生长掩膜层(第一光反射层)的底层的折射率。然而，选择性生长掩膜层(第一光反射层)的底层的厚度t1是本质上任意的，这可以是例如1×10-7m或更小。
在包括上述各种优选模式的根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件制造方法中，依次在第一化合物半导体层上形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极以及第二光反射层之后，GaN衬底可以保留，或者GaN衬底可以去除，第一光反射层用作阻挡器层。具体而言，依次在第一化合物半导体层上形成有源层、第二化合物半导体层、第二电极以及第二光反射层，并且在第二反光层固定至支撑衬底值，去除GaN衬底，第一光反射层用作阻挡器层，据此，可以露出第一化合物半导体层(第一化合物半导体层的第一表面)以及第一光反射层。进一步，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。
可以通过基于化学/机械抛光方法(CMP方法)执行的模式去除GaN衬底。应注意的是，首先，可以通过使用碱溶液(例如，氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液)、氨溶液+过氧化氢溶液、硫酸溶液+过氧化氢溶液、盐酸溶液+过氧化氢溶液、磷酸溶液+过氧化氢溶液等的湿法蚀刻方法、干法蚀刻方法、使用激光的剥离(lift-off)方法、机械抛光方法等、或其组合，去除一部分GaN衬底，或者可以减小GaN衬底的厚度；然后，通过执行化学/机械抛光方法，可以露出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。
而且，在包括上述各种优选模式的根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件等中，第二化合物半导体层(第二化合物半导体层的第二表面)的表面粗糙度Ra优选地是1.0nm或更小。在JIS B-610:2001中限定表面粗糙度Ra，并且具体而言，可以基于根据AFM或截面TEM的观察来测量。
进一步，在包括上述各种优选模式的根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件等中，选择性生长掩膜层(或第一光反射层)的平面形状可以具有各种多边形形状(包括正六边形形状、圆形、椭圆形、晶格形状(矩形)、岛状形状或条纹形状)中的任一种形状的模式。虽然选择性生长掩膜层(或第一光反射层)的截面形状可以是矩形，但是更优选地，梯形，即，选择性生长掩膜层(或第一光反射层)的侧面具有正向圆锥形。作为形成选择性生长掩膜的方法，可以提供物理气相沉积方法(PVD方法)(例如，溅射)、化学气相沉积方法(CVD方法)、或涂抹方法以及光刻技术或蚀刻技术的组合。
优选地满足
t2＝λ0/(4n2)
其中，t2表示第一光反射层的顶层(与第一化合物半导体层接触的层)的厚度，并且n2表示第一光反射层的顶层的折射率，并且进一步，满足
t2＝λ0/(2n2)，
第一光反射层的顶层相对于具有波长λ0的光变成缺乏层(absent layer)。第一光反射层的顶层(与第一化合物半导体层接触的层)可以具有由氮化硅薄膜配置的模式。
在包括上述各种优选模式的根据本公开的第一方面或第二方面的发光元件等中，第一光反射层与第二光反射层相距的距离优选地是0.15μm或更大，但是是50μm或更小。
进一步，在包括上述各种优选模式的根据本公开的第一方面或第二方面的发光元件等中，可接受以下模式：第二光反射层的区域质心点不在穿过第一光反射层的区域质心点的关于第一光反射层的法线上。
而且，在包括上述各种优选模式的根据本公开的第一方面或第二方面的发光元件等中，可接受以下模式：有源层的区域质心点不在穿过第一光反射层的区域质心点的关于第一光反射层的法线上。
在形成第一化合物半导体层时，在形成选择性生长掩膜层的GaN衬底上，通过使用允许在横向上外延生长的方法(例如，横向外延过生长(ELO)方法)的横向过生长，在从选择性生长掩膜层的边缘部分朝着选择性生长掩膜层的中心部分外延生长的第一化合物半导体层相关联时，存在在相关联的部分发生大量晶体缺陷的情况。在存在大量晶体缺陷的相关联的部分位于元件区域的中心部分(下面描述)时，会不利地影响发光元件的特征。如上所述，通过第二光反射层的区域质心点不在穿过第一光反射层的区域质心点的关于第一光反射层的法线上的模式以及有源层的区域质心点不在穿过第一光反射层的区域质心点的关于第一光反射层的法线上的模式，可以可靠地防止对发光元件的特征发生不利影响。
在包括上述各种优选模式的根据本公开的第一方面或第二方面的发光元件等中，在有源层内产生的光可以采用光通过第二光反射层发射到外面的模式(为了方便起见，在后文中称为“第二光反射层发射类型的发光元件”)，或者采用光通过第一光反射层发射到外面的模式(为了方便起见，在后文中称为“第一光反射层发射类型的发光元件”)。应注意的是，在第一光反射层发射类型的发光元件的情况下，在某些情况下，如上所述，可以去除GaN衬底。
然后，在第一光反射层发射类型的发光元件的情况下，可取地满足
S1>S2，
并且在第二光反射层发射类型的发光元件的情况下，可取地满足
S1<S2，
其中，S1表示与第一化合物半导体层的第一表面接触的第一光反射层的一部分(与第二光反射层相反的第一光反射层的一部分)的面积，并且S2表示与第二化合物半导体层的第二表面相反的第二光反射层的一部分(与第一光反射层相反的第二光反射层的一部分)的面积。虽然本公开不限于此。
进一步，虽然本公开不限于此，在第二光反射层的区域质心点不在穿过第一光反射层的区域质心点的关于第一光反射层的法线上的模式中以及在有源层的区域质心点不在穿过第一光反射层的区域质心点的关于第一光反射层的法线上的模式中，在第一光反射层发射类型的发光元件的情况下，可取地满足
S3>S4，
并且在第二光反射层发射类型的发光元件的情况下，可取地满足
S3<S4，
其中，S3表示构成元件区域(下面描述)的与第一化合物半导体层的第一表面接触的第一光反射层的一部分(与第二光反射层相反的第一光反射层的一部分)的面积，并且S4表示构成元件区域的与第二化合物半导体层的第二表面相反的第二光反射层的一部分(与第一光反射层相反的第二光反射层的一部分)的面积。
在第一光反射层发射类型的发光元件中，在去除GaN衬底的情况下，第二光反射层可以采用固定至支撑衬底的模式。在第一光反射层发射类型的发光元件中，在去除GaN衬底的情况下，作为第一光反射层和在第一化合物半导体层的第一表面上的第一电极的设置状态，可以提供第一光反射层和第一电极彼此接触的状态，或者可以提供第一光反射层和第一电极彼此分离的状态，并且在某些情况下，可以提供第一电极形成在第一光反射层的边缘部分上的状态或者第一光反射层形成在第一电极的边缘部分上的状态。在此处，在第一光反射层形成在第一电极的边缘部分上的状态的情况下，第一电极需要具有某个尺寸的开口，以便尽可能不吸收激光振荡的基本模式光。由于开口的尺寸根据基本模式的波长或者在横向(第一化合物半导体层的平面内方向)的光限制结构改变，所以优选地具有大约几倍发射波长λ0，虽然不限于此。可替换地，可以具有以下配置：第一光反射层和第一电极彼此分离，即，具有偏移，并且分离距离是1mm或更小。
进一步，在包括上述各种优选模式的根据本公开的第一方面或第二方面的发光元件等中，第一电极可以采用通过金属或合金制制造的模式，并且第二电极可以采用通过透明导电材料制造的模式。通过使第二电极由透明导电材料制成，电流可以在横向(第二化合物半导体层的平面内方向)扩展，并且通过高效率将电流供应给元件区域(后面描述)。
“元件区域”表示注入限制的电流的区域、或光由折射率差等限制的区域、或在夹在第一光反射层与第二光反射层之间的区域内造成激光振荡的区域、或实际上在夹在第一光反射层与第二光反射层之间的区域内促进激光振荡的区域。
如上所述，发光元件可以被配置成由通过第一光反射层从第一化合物半导体层的顶面发射光的表面发射激光元件(垂直谐振器激光器VCSEL)构成，或者可以被配置成由通过第二光反射层从第二化合物半导体层的顶面发射光的表面发射激光元件构成。
在包括上述各种优选模式的根据本公开的第一方面或第二方面的发光元件等中，具体而言，由第一化合物半导体层、有源层以及第二化合物半导体层构成的层叠结构可以由基于GaN的化合物半导体配置成。在此处，作为基于GaN的化合物半导体，更具体而言，可以提供GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN。进一步，这种化合物半导体可以根据需要包含硼(B)原子、铊(Tl)原子、砷(As)原子、磷(P)原子或锑(Sb)原子。有源层可取地具有量子阱结构。具体而言，可以具有单量子阱结构(QW结构)或多量子阱结构(MQW结构)。虽然具有量子阱结构的有源层具有层叠至少一层阱层和至少一层阻挡层的结构，但是作为(构成阱层的化合物半导体和作为阻挡层的化合物半导体)的组合，可以示例性示出(InyGa(1-y)N、GaN)、(InyGa(1-y)N、InzGa(1-z)N)【如果y>z】或(InyGa(1-y)N、AlGaN)。第一化合物半导体层可以由第一导电型(例如，n型)化合物半导体配置成，并且第二化合物半导体层可以由与第一导电型不同的第二导电型(例如，p型)化合物半导体配置成。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层也称为第一覆层和第二覆层。电流收缩结构可取地形成在第二电极与第二化合物半导体层之间。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层均可以是单结构的层、多结构的层或超晶格结构的层。进一步，可以是具有成分梯度层或浓度梯度层的层。
为了获得电流收缩结构，由绝缘材料(例如，SiOX、SiNX或AlOX)制成的电流收缩层可以形成在第二电极与第二化合物半导体层之间，或者通过使用RIE方法等在第二化合物半导体层上执行蚀刻，可以形成台面结构，或者通过从横向上部分氧化层叠的第二化合物半导体层的一部分，可以形成电流收缩区域，或者通过将杂质离子注入第二化合物半导体层内，可以形成导电性降低的区域，或者这些可以适当地组合。然而，第二电极需要与第二化合物半导体层的一部分(其中电流通过电流收缩流动)电气连接。
虽然众所周知，GaN衬底的特征根据生长表面变成极性/非极性/半极性，但是GaN衬底的任何主平面可以用于形成化合物半导体层。进一步，关于GaN衬底的主平面，根据晶体结构(例如，立方晶体类型、六边形晶体类型等)，使用平面，其中被称为所谓的A平面、B平面、C平面、R平面、M平面、N平面、S平面等的晶体平面的平面方向离开特定方向(包括离角是0°的情况)。形成用于构成发光元件的各种化合物半导体层的方法包括有机金属化学气相沉积方法(MOCVD方法、MOVPE方法)、分子束外延方法(MBE方法)、氢化物气相生长方法(其中卤素促进输送或反应的)等。
在此处，作为在MOCVD方法中的有机镓源，可以提供三甲基镓(TMG)或三甲基镓(TEG)，并且作为氮源气体，可以提供氨气或肼。在形成具有n型导电性的基于GaN的化合物半导体层时，例如，可以加入硅(Si)，作为n型杂质(n型掺杂物)，并且在形成具有p型导电性的基于GaN的化合物半导体层时，例如，可以加入镁(Mg)，作为p型杂质(p型掺杂物)。在包括铝(Al)或铟(In)，作为基于GaN的化合物半导体层的配置原子的情况下，三甲基铝(TMA)可以用作Al源，并且三甲基铟(TMI)可以用作In源。进一步，作为Si源，可以使用甲硅烷气体(SiH4气体)，并且作为Mg源，可以使用双(环戊二烯基)镁、甲基环戊二烯基镁、双(环戊二烯基)镁(Cp2Mg)。应注意的是，作为n型杂质(n型掺杂物)，除了Si以外，还可以提供Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd或Po，并且作为p型杂质(p型掺杂物)，除了Mg以外，还可以提供Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg或Sr。
支撑衬底可以由例如GaN衬底、蓝宝石衬底、GaAs衬底、SiC衬底、氧化铝衬底、ZnS衬底、ZnO衬底、LiMgO衬底、LiGaO2衬底、MgAl2O4衬底以及InP衬底各种衬底中的任一个衬底配置。可替换地，还可以由AlN等制成的绝缘衬底、由Si、SiC、Ge等制成的半导体衬底、金属衬底或由合金制成的衬底配置。然而，优选地使用具有导电性的衬底，或者从机械特征、弹性变形、塑料变形、散热等角度来看，优选地使用金属衬底或合金。作为支撑衬底的厚度，例如，可以示例性提供0.05mm到0.5mm的厚度。作为将第二光反射层固定至支撑衬底的方法，虽然可以使用任何已知的方法，例如，焊接连接方法、常温连接方法、使用胶带的连接方法、或使用蜡连接的连接方法，但是从确保导电性的角度来看，可取地采用焊接连接方法或常温连接方法。例如，在将作为导电衬底的硅半导体衬底用作支撑衬底的情况下，可取地采用能够在400℃或更低的低温下执行连接的方法，以便抑制由热膨胀系数的差异造成的翘曲。在将GaN衬底用作支撑衬底的情况下，连接温度可以是400℃或更高。
例如，第一电极可取地具有单层配置或多层配置，其包括选自由金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、Ti(钛)、钒(V)、钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)以及铟(In)构成的组的至少一种类型的金属(包括合金)。具体而言，例如，可以示例性示出Ti/Au、Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt以及Ag/Pd。应注意的是，在多层配置中在"/"之前的层更接近有源层侧。这在以下描述中相似。第一电极可以由PVD方法沉积，例如，真空气相沉积法或溅射方法。
作为构成第二电极的透明导电材料，可以示例性提供氧化铟锡(ITO，包括掺杂Sn的In2O3、晶体ITO以及非晶ITO)、氧化铟锌(IZO)、IFO(掺杂F的In2O3)、氧化锡(SnO2)、ATO(掺杂Sb的SnO2)、FTO(掺杂F的SnO2)、或氧化锌(ZnO，包括掺杂Al的ZnO和掺杂B的ZnO)。可替换地，作为第二电极，可以提供透明导电膜，其中，基层由氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化镍等制成。然而，作为构成第二电极的材料，虽然取决于在第二光反射层与第二电极之间的设置状态，但是不限于透明导电材料。可以使用金属，例如，钯(Pd)、铂(Pt)、镍(在)、金(Au)、钴(Co)或铑(Rh)。第二电极可以由这些材料中的至少一种类型制成。第二电极可以由PVD方法沉积，例如，真空沉积法、溅射方法等。
在第一电极和第二电极上，可以提供平板电极，用于与外部电极或电路电气连接。平板电极可取地具有单层配或多层配置，包括选自由Ti(钛)、铝(Al)、铂(Pt)、金(Au)、镍(Ni)以及钯(Pd)构成的组的至少一种类型的金属。可替换地，平板电极可以具有多层配置，该多层配置示例性地提供为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、Ti/Ni/Au/Cr/Au的多层配置。在第一电极由Ag层或Ag/Pd层配置的情况下，优选地在例如第一电极的表面上形成由Ni/TiW/Pd/TiW/Ni制成的覆盖金属层，并且例如，在覆盖金属层上，形成由Ti/Ni/Au的多层配置或Ti/Ni/Au/Cr/Au的多层配置构成的平板电极。
例如，光反射层(分布式布拉格反射器层、DBR层)由半导体多层膜或电介质多层膜配置成。作为介电材料，例如，可以示例性提供氧化物(例如，Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、or Ti)、氮化物(例如，SiNX、AlNX、AlGaN、GaNX、BNX等)、氟化物等。具体而言，可以示例性提供SiOX、TiOX、NbOX、ZrOX、TaOX、ZnOX、AlOX、HfOX、SiNX、AlNX等。然后，通过可替换地层叠由在介电材料之中具有不同折射率的介电材料制成的两种或多种类型的介电薄膜，可以获得光反射层。例如，优选诸如SiOX/SiNY、SiOX/NbOY、SiOX/ZrOY、SiOX/AlNY等的多层膜。为了获得可取的光学反射率，可以适当地选择用于构成每个介电薄膜的材料、薄膜厚度、层数等。可以根据要使用的材料等适当地调整每个介电薄膜的厚度，这由发射波长λ0以及具有要使用的材料的发射波长λ0的折射率n确定。具体而言，优选地是λ0/(4n)的奇数倍。例如，在具有410nm的发射波长λ0的发光元件中，在光反射层由SiOX/NbOY配置成时，可以示例性提供大约40nm到大约70nm的厚度。作为层数，可以示例性提供2层，优选地，从大约5层到大约20层。作为整个光反射层的厚度，可以示例性提供大约0.6μm到大约1.7μm的厚度。
可替换地，第一光反射层可取地具有至少包括氮(N)原子的介电薄膜，进一步，包括N原子的介电薄膜是介电多层膜的顶层。可替换地，第一光反射层可取地由至少包括氮(N)原子的介电材料层覆盖。可替换地，可取地给第一光反射层的表面应用氮化处理，从而使第一光反射层的表面成为至少包括氮(N)原子的层(为了方便起见，在后文中称为“表面层”)。优选地，至少包括N原子的介电薄膜、介电材料层或表面层的厚度是λ0/(4n)的奇数倍。作为构成至少包括N原子的介电薄膜或介电材料层的材料，具体而言，可以提供SiNX或SiOXNZ。如上所述，通过形成至少包括N原子的介电薄膜、介电材料层或表面层，在形成覆盖第一光反射层的化合物半导体层时，可以提高在覆盖第一光反射层的化合物半导体层的晶体轴与GaN衬底的晶体轴之间的间隙，这能够增强层叠结构(例如，谐振器)的质量。
光反射层可以由众所周知的方法构成。具体而言，可以提供PVD方法，例如真空沉积法、溅射法、反应性溅射法、ECR等离子溅射法、磁控管溅射法、离子束辅助沉积法、离子电镀法或激光烧蚀法；任何类型的CVD法；涂抹方法，例如喷射方法、旋涂法或浸染法；组合这些方法中的两种或多种类型的方法；组合这些方法中的任一种方法的方法；以及任何一种或多种类型的整体或部分预处理、通过惰性气体(氩、氦、氙等)或等离子体的照射、通过氧气、臭氧气或等离子体的照射、氧化处理(热处理)以及曝光处理。
进一步，层叠结构的侧面或暴露表面可以由绝缘薄膜覆盖。可以基于众所周知的方法形成绝缘薄膜。优选地，构成绝缘薄膜的材料的折射率小于构成层叠结构的材料的折射率。作为构成绝缘薄膜的材料，可以示例性提供基于SiOX的材料(包括SiO2)、基于SiNX的材料、基于SiOXNZ的材料、TaOX、ZrOX、AlNX、AlOX或GaOX，或者可以示例性提供有机材料，例如，聚酰亚胺树脂。作为形成绝缘薄膜的方法，可以提供PVD方法(例如，真空沉积方法或溅射方法)或CVD方法，或者可以由涂抹方法形成。
【第一实施方式】
第一实施方式涉及根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件及其制造方法。
如示出示意性部分侧面的图1A所示，具体而言，下面描述的第一实施方式或第二实施方式以及第三实施方式的发光元件是表面发射激光元件(垂直谐振器激光VCSEL)，并且至少包括
GaN衬底11；
第一光反射层41，其形成所述GaN衬底11上，并且用作选择性生长掩膜层43；
层叠结构20，其由形成在所述第一光反射层上41上的第一化合物半导体层21、有源层23以及第二化合物半导体层22配置成，以及
形成在所述第二化合物半导体层22上的第二电极32和第二光反射层42。
然后，在下面描述的第一实施方式或第二实施方式以及第三实施方式的发光元件中或者在发光元件制造方法中，GaN衬底11的表面11a的晶体平面的平面方向的离角是0.4°或更小，优选地是0.40°或更小，并且在GaN衬底11的面积限定为S0时，第一光反射层41的面积是0.8S0或更小。应注意的是，作为第一光反射层41的面积的下限值，可以示例性提供0.004×S0，虽然不限于此。在此处，GaN衬底11的表面11a的晶体平面的平面方向设置为这表示在GaN衬底11的(0001)平面(C平面)上，形成第一光反射层41和层叠结构20。应注意的是，作为所述第一光反射层41的底层41A，热膨胀缓解薄膜(thermal expansionrelaxation film)44形成在所述GaN衬底11上，并且与GaN衬底11接触的第一光反射层41的底层41A(对应于热膨胀缓解薄膜44)的线性热膨胀系统(CTE)满足
1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，
优选地，
1×10-6/K<CTE≤1×10-5/K。
具体而言，热膨胀缓解薄膜44(选择性生长掩膜层43的底层)由氮化硅(SiNX)构成，例如，满足
t1＝λ0/(2n1)。
应注意的是，具有这种薄膜厚度的热膨胀缓解薄膜44(选择性生长掩膜层43的底层)相对于具有波长λ0的光透明，并且没有作为光发射层的功能。进一步，选择性生长掩膜层43(或第一光反射层41)的平面形状是正六边形。设置或排列正六边形，使得化合物半导体层在[11-20]方向或者与其结晶等同的方向横向外延生长。氮化硅(SiNX)和GaN衬底11的CTE值如下面在表1中所示。CTE值是在25℃下的值。
【表1】
GaN衬底：5.59×10-6/K
氮化硅(SiNX)：2.6到3.5×10-6/K
应注意的是，更具体而言，当层叠结构20由第一化合物半导体层21、有源层23以及第二化合物半导体层22配置成时，但是该结构被配置成使得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按以下方式层叠：
第一化合物半导体层21由基于GaN的化合物半导体构成，并且包括第一表面21a以及与第一表面21a相反的第二表面21b，
有源层(发光层)23由基于GaN的化合物半导体构成，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由基于GaN的化合物半导体构成，并且包括第一表面22a以及与第一表面22a相反的第二表面22b(其中，第一表面22a与有源层23接触)。
然后，在第二化合物半导体层22的第二表面22b上，形成由第二电极32和多层薄膜配置成的第二光反射层42，并且第一电极31形成在与GaN衬底11的表面11a(其上形成层叠结构20)相反的GaN衬底11的另一个平面11b上。由多层薄膜配置成的第一光反射层41形成在GaN衬底11的表面11a上，并且形成为与第一化合物半导体层21的第一表面21a接触。
在此处，在第一实施方式中，发光元件是第二光发射层发射类型，其中，光通过第二光反射层42从第二化合物半导体层22的第二表面22b中发射。GaN衬底11保持。
在下面描述的第一实施方式或第二实施方式以及第三实施方式的发光元件中，由绝缘材料(例如，SiOX、SiNX或AlOX)制成的电流收缩层24形成在第二电极32与第二化合物半导体层22之间。电流收缩层24具有开口24A，并且第二化合物半导体层22暴露到开口24A的底部。第二电极32通过电流收缩层24形成在第二化合物半导体层22的第二表面22b上，并且第二光反射层42形成在第二电极32上。进一步，在第二电极32的边缘部分上，连接用于与外部电极或电路电气连接的平板电极33，。在下面描述的第一实施方式或第二实施方式以及第三实施方式的发光元件中，元件区域的平面形状是正六边形，并且第一光反射层41、第二光反射层42以及形成在电流收缩层24内的开口24A的平面形状是圆形。应注意的是，虽然第一光反射层41和第二光反射层42均具有多层结构，但是显示为一层，以便简化示图。应注意的是，电流收缩层24的形成是可选择地。
然后，在第一实施方式的发光元件中，从第一光反射层41到第二光反射层42的距离是0.15μm或更多，但是是50μm或更小，并且具体而言，例如，是10μm。
第一化合物半导体层21由厚度为5μm的n型GaN层配置成，并且整个厚度是180nm的有源层23由五层的多层量子阱结构构成，其中，In0.04Ga0.96N层(阻挡层)和In0.16Ga0.84N层(阱层)层叠。第二化合物半导体层22具有p型AlGaN电子阻挡层(10nm厚)和p型GaN层的双层配置。应注意的是，电子阻挡层位于有源层侧上。第一电极31由Ti/Pt/Au制成，并且第二电极32由透明导电材料(即，ITO)制成，并且具体而言，平板电极33由Ti/Pd/Au或Ti/Pt/Au制成，并且第一光反射层41和第二光反射层42由SiNX层和SiOY层的层叠结构配置成(层叠介电薄膜的总数是：20层)。每层的厚度是λ0/(4n)。
在后文中，参考图4A、图4B以及图4C，描述根据第一实施方式的发光元件的制造方法，每个图是层叠结构等的示意性部分端视图。
【步骤100】
首先，选择性生长掩膜层43形成在GaN衬底11上。具体而言，在GaN衬底11上，形成构成选择性生长掩膜层43的底层的热膨胀缓解薄膜44，并且在热膨胀缓解薄膜44上，形成由多层薄膜形成的选择性生长掩膜层43的剩余部分(用作第一光反射层41)。然后，选择性生长掩膜层43被图案化。通过这种方式，可以获得在图4A示出的结构。如示出示意性平面图的图9所示，包括热膨胀缓解薄膜44的选择性生长掩膜层43的形状是正六边形形状。然而，选择性生长掩膜层43的形状不限于此。例如，可以是圆形、晶格形状或条纹形状。应注意的是，在图9中，选择性生长掩膜层43填充有阴影线，以明确显示选择性生长掩膜层43。在选择性生长掩膜层43与选择性生长掩膜层43之间，露出GaN衬底11。
【步骤110】
接下来，第一化合物半导体层21从没有被选择性生长掩膜层43覆盖的GaN衬底11的表面选择性生长，并且GaN衬底11和选择性生长掩膜层43由第一化合物半导体层21覆盖。具体而言，GaN衬底11加热到1000℃，同时使用MOCVD装置供应氨气，然后，通过使用允许在横向上外延生长的方法(例如，基于使用TMG气体和SiH4气体的MOCVD方法的ELO方法)，第一化合物半导体层21在横向上生长。
【步骤120】
随后，在GaN衬底11的温度是800℃的情况下，有源层23、第二化合物半导体层22、第二电极32以及第二光反射层42依次形成在第一化合物半导体层21上。具体而言，基于外延生长方法，在使用TMG气体和TMI气体在第一化合物半导体层21上形成有源层23之后，使GaN衬底11的温度达到950℃，并且使用TMG气体、TMA气体、Cp2Mg气体形成电子阻挡层，并且使用TMG气体和Cp2Mg气体形成p型GaN层，从而获得第二化合物半导体层22。通过上述步骤，可以获得层叠结构20。这表示，在包括选择性生长掩膜层43的GaN衬底11上，其中具有层叠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的层叠结构20外延生长，并且其中，
第一化合物半导体层21由基于GaN的化合物半导体构成并且包括第一表面21a以及与第一表面21a相反的第二表面21b，
有源层23由基于GaN的化合物半导体构成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由基于GaN的化合物半导体构成并且包括第一表面22a以及与第一表面22a相反的第二表面22b(其中，第一表面22a与有源层23接触)。
然后，在第二化合物半导体层22的第二表面22b上，基于众所周知的方法，形成由0.2μm厚的绝缘元件制成的并且具有开口24A的电流收缩层24。可以获得在图4B示出的结构。
然后，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和由多层薄膜构成的第二光反射层42。具体而言，基于剥离方法，例如，通过电流收缩层24在第二化合物半导体层22的第二表面22b上形成由50nm厚的ITO制成的第二电极32，并且进一步，在电流收缩层24之上的第二电极32上由众所周知的方法形成平板电极33。通过这种方式，可以获得在图4C示出的结构。然后，基于众所周知的方法，在平板电极33之上的第二电极32上，形成第二光反射层42。同时，在GaN衬底11的另一个表面11b上，基于众所周知的方法，形成第一电极31。通过这种方式，可以获得在图1A示出的结构。
【步骤130】
然后，通过执行所谓的元件隔离，分离发光元件，并且使用例如由SiOX制成的绝缘薄膜，覆盖层叠结构的侧面和露出表面。然后，基于众所周知的方法，形成用于将第一电极31和平板电极33与外部电路等连接的端子，并且执行封装和密封，以完成第一实施方式的发光元件。
在第一实施方式中，检查在第二化合物半导体层22的离角和表面粗糙度Ra之间的关系。在下面提供的表2中，示出结果。从表2中发现，在离角超过0.4°时，第二化合物半导体层22的表面粗糙度Ra的值增大。同样，通过将离角设置为0.4°或更小，优选地是0.40°或更小，可以抑制生长化合物半导体层的台阶聚集，并且可以减小第二化合物半导体层22的表面粗糙度Ra的值。因此，可以获得具有优异的光滑度的第二光反射层42，据此，不太可能造成特征(例如，光学反射率)的变化。
【表2】
离角(度) 表面粗糙度Ra(nm)
0.35 0.87
0.38 0.95
0.43 1.32
0.45 1.55
0.50 2.30
进一步，检查在GaN衬底11的面积S0、第一光反射层41的面积以及第二化合物半导体层22的表面粗糙度Ra之间的关系。在下面提供的表3中示出结果。从表3中发现，通过将第一光反射层41的面积设置为0.8S0或更小，可以减小第二化合物半导体层22的表面粗糙度Ra的值。
【表3】
第一光反射层41的面积比 表面粗糙度Ra(nm)
0.88S<sub>0</sub> 1.12
0.83S<sub>0</sub> 1.05
0.75S<sub>0</sub> 0.97
0.69S<sub>0</sub> 0.91
0.63S<sub>0</sub> 0.85
从上述结果中，发现第二化合物半导体层22的表面粗糙度Ra(第二化合物半导体层22的第二表面)优选地是1.0nm或更小。
进一步，在选择性生长掩膜层43的底层由SiOX(CTE：0.51-0.58×10-6/K)制成，而不形成热膨胀缓解薄膜44时，并且进一步，制造具有与第一实施方式的配置和结构相似的配置和结构的发光元件时，在层叠结构的沉积期间，选择性生长掩膜层43与GaN衬底11剥离。同时，在第一实施方式中，在层叠结构的沉积期间，选择性生长掩膜层43不与GaN衬底11剥离。
如上所述，在第一实施方式的发光元件及其制造方法中，由于限定GaN衬底表面的晶体平面的平面方向的离角以及选择性生长掩膜层(第一光反射层)的面积比，所以可以减小第二化合物半导体仓的表面粗糙度。这表示可以形成具有优异的表面形态的第二化合物半导体层。因此，由于可以获得具有优异表面光滑度的第二光反射层，所以可以获得期望的光学反射率，并且不太可能造成发光元件的特征变化。此外，由于形成热膨胀缓解薄膜，或者限定CTE的值，所以可以防止由于GaN衬底的线性热膨胀系数与选择性生长掩膜层的线性热膨胀系数之间的差异而导致发生选择性生长掩膜层从GaN衬底剥离的问题，据此，可以提供具有高度可靠性的发光元件。进一步，由于使用GaN衬底，在化合物半导体层内不太可能造成位错，并且可以防止发光元件的耐热性增大的问题。同样，可以给发光元件提供高度可靠性，并且可以在参考GaN衬底与p侧电极的不同侧的侧面上提供n侧电极。
在图1A示出的实例中，虽然选择性生长掩膜层43(或第一光反射层41)的截面形状是矩形，但是不限于此。如图1B所示，可以是梯形。进一步，在图1A示出的实例中，虽然选择性生长掩膜层43(或第一光反射层41)完全由第一化合物半导体层21覆盖，但是一部分选择性生长掩膜层43(或第一光反射层41)会处于暴露状态中(参考图2A)，或者在选择性生长掩膜层43(或第一光反射层41)上的第一化合物半导体层21可以在并非完全平坦的状态中(参考图2B)。应注意的是，在图2A和图2B中，未示出电流收缩层24、第二电极32、平板电极33、第二光反射层42以及第一电极31。仅仅需要制造发光元件，避免暴露选择性生长掩膜层43(或第一光反射层41)的区域或者第一化合物半导体层21并非完全扁平的区域。具体而言，优选地应用下面描述的第二实施方式。进一步，如图3所示，第一光反射层41的顶层(与第一化合物半导体层21接触的层)41B可由氮化硅薄膜制成。然后，在这种情况下，优选地满足
t2＝λ0/(4n2)，
其中，t2表示第一光反射层41的顶层41B的厚度，并且n2表示第一光反射层41的顶层41B的折射率，并且进一步，在满足
t2＝λ0/(2n2)时，
第一光反射层41的顶层41B相对于具有波长λ0的光变成缺乏层。
【第二实施方式】
如上所示，在形成选择性生长掩膜层43(或第一光反射层41)的GaN衬底11上，在使用允许在横向上外延生长的方法(例如，ELO方法)通过横向过生长形成第一化合物半导体层21时，如果从选择性生长掩膜层43的边缘部分朝着选择性生长掩膜层43的中心部分外延生长的第一化合物半导体层21相关联，则在相关联部分内会造成大量晶体缺陷。
在第二实施方式的发光元件中，并且在第二实施方式的发光元件制造方法中，如在示出在图1A示出的第一实施方式的发光元件的示例性修改的图5所示，第二光反射层42的区域质心点并没有位于穿过第一光反射层41的区域质心点的关于第一光反射层41的法线LN1上。可替换地，有源层23的区域质心点没有位于穿过第一光反射层41的区域质心点的关于第一光反射层41法线LN1上。穿过第二光反射层42的区域质心点的关于第二光反射层42的法线以及穿过有源层23的区域质心点的关于有源层23的法线一致，并且该法线表示为“LN2”。应注意的是，毋庸置疑，第二实施方式的发光元件的配置和结构适用于在图1B、图2A、图2B以及图3示出的发光元件。由于第二实施方式的发光元件的配置和结构(除了上述配置和结构以外)与第一实施方式的发光元件的配置和结构相似，所以省略其详细描述。
在第二实施方式中，存在大量晶体缺陷(具体而言，位于法线LN1上或者在其附近)的相关联部分不位于元件区域的中心部分内，不会对发光元件的特征带来不利影响，或者减少对发光元件的特征的不利影响。
【第三实施方式】
第三实施方式是第一实施方式和第二实施方式的修改。如在示出示意性部分剖视图的图6A所示，在第三实施方式的发光元件中，具体而言，在有源层23内生成的光通过第一光反射层41从第一化合物半导体层21的顶面发射到外面。这表示由表面发射激光元件(垂直谐振器激光器VCSEL)构成的第三实施方式的发光元件是第一光反射层发射类型的发光元件。然后，在第三实施方式的发光元件中，基于通过由焊接层(包括金(Au)层或锡(Sn))构成的接合层25的焊接连接方法，第二光反射层42固定至由硅半导体衬底配置成的支撑衬底26。
在第三实施方式中，在第一化合物半导体层21上依次形成有源层23、第二化合物半导体层22、第二电极32以及第二光反射层42之后，去除GaN衬底11，同时将第一光反射层41用作阻挡器层。具体而言，在第一化合物半导体层21上依次形成有源层23、第二化合物半导体层22、第二电极32以及第二光反射层42，然后，在第二光反射层42固定至支撑衬底26之后，将第一光反射层41用作阻挡器层，去除GaN衬底11，据此，露出第一化合物半导体层21(第一化合物半导体层21的第一表面)和第一光反射层41。然后，在第一化合物半导体层21(第一化合物半导体层21的第一表面)上形成第一电极31。
从第一光反射层41到第二光反射层42的距离是0.15μm或更多，但是是50μm或更小，并且具体而言，例如，是10μm。在第三实施方式的发光元件中，第一光反射层41和第一电极31彼此分离，即，具有偏移，并且分离距离是1mm或更小，并且具体而言，其平均值是0.05mm。
在后文中，参考均示出层叠结构等的示意性部分端视图的图7A和图7B，描述第三实施方式的发光元件制造方法。
【步骤300】
首先，如果未形成第一电极31，则通过执行与第一实施方式的【步骤100】到【步骤120】相似的步骤，获得在图1A示出的结构。
【步骤310】
随后，第二光反射层42通过接合层25固定至支撑衬底26。通过这种方式，可以获得在图7A示出的结构。
【步骤320】
然后，去除GaN衬底11，以露出第一化合物半导体层21的第一表面21a和第一光反射层41。具体而言，首先，基于机械抛光方法，减小GaN衬底11的厚度，然后，基于CMP方法，去除GaN衬底11的剩余部分。通过这种方式，露出第一化合物半导体层21的第一表面21a和第一光反射层41，据此，可以获得在图7B示出的结构。
【步骤330】
随后，基于众所周知的方法，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。通过这种方式，可以获得具有在图6A示出的结构的第三实施方式的发光元件。
【步骤340】
随后，通过执行所谓的元件隔离，分割发光元件，并且例如，使用由SiOX制成的绝缘薄膜覆盖层叠结构的侧面和暴露表面。然后，基于众所周知的方法，形成端子等，以便将第一电极31和平板电极33与外部电路等连接，并且执行封装和密封，据此，完成第三实施方式的发光元件。
在第三实施方式的发光元件制造方法中，在形成第一光反射层的状态下，去除GaN衬底。同样，由于在去除GaN衬底时，第一光反射层用作一种阻挡器，所以可以在GaN衬底的表面中抑制在去除GaN衬底时发生变化，进一步，抑制第一化合物半导体层的厚度的变化，据此，谐振器的长度可以均匀。因此，可以实现所获得的发光元件的特征的稳定性。此外，由于第一化合物半导体层的表面(平面)在第一光反射层与第一化合物半导体层之间的界面上是平坦的，所以是可以在平面上尽可能减少光散射。
在图6A示出的示例性发光元件中，第一电极31的端部与第一光反射层41分离。同时，在图6B示出的示例性发光元件中，第一电极31的端部延伸到第一光反射层41的外围。可替换地，可以这样形成第一电极，使得第一电极的端部与第一光反射层接触。
虽然上面基于优选的实施方式描述了本公开，但是本公开不限于这些实施方式。示例性示出了可以适当改变的在这些实施方式中描述的发光元件的配置和结构，并且这些实施方式的发光元件制造方法还可以适当改变。如示出第一实施方式的发光元件的示例性修改的示意性部分剖视图的图8A所示，选择性生长掩膜层的底层或第一光反射层的底层可以具有比在底层之上的层的平面形状更大的平面形状。进一步，在实施方式中，虽然描述了一个发光元件具有一个选择性生长掩膜层43(第一光反射层41)的实例，但是本公开不限于这种配置。如示出第一实施方式的发光元件的示例性修改的示意性部分剖视图的图8B所示，还可以接受以下配置：一个发光元件具有多个选择性生长掩膜层43，并且允许其中的一个用作第一光反射层41。
应注意的是，本公开还能够采用如下所述的配置。
[A01]<<发光元件制造方法：第一方面>>
一种发光元件制造方法，至少包括以下步骤：
在GaN衬底上形成选择性生长掩膜层之后；
从未覆盖有所述选择性生长掩膜层的GaN衬底的表面选择性生长第一化合物半导体层，并且使用第一化合物半导体层，覆盖所述GaN衬底和所述选择性生长掩膜层；然后
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、第二电极以及第二光反射层，其中，
所述选择性生长掩膜层用作第一光反射层，
所述GaN衬底的表面的平面方向的离角是0.4°或更小，优选地是0.40°或更小，
所述选择性生长掩膜层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积，并且
作为所述选择性生长掩膜层的底层，热膨胀缓解薄膜形成在所述GaN衬底上。
[A02]根据[A01]所述的发光元件制造方法，其中，所述热膨胀缓解薄膜由选自由氮化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化锆以及氮化铝构成的组的至少一种类型的材料制成。
[A03]根据[A01]或[A02]所述的发光元件制造方法，其中，
满足t1＝λ0/(2n1)，
其中，t1表示所述热膨胀缓解薄膜的厚度，λ0表示所述发光元件的发射波长，并且n1表示所述热膨胀缓解薄膜的折射率。
[A04]<<发光元件制造方法：第二方面>>
一种发光元件制造方法，至少包括以下步骤：
在GaN衬底上形成选择性生长掩膜层之后；
从未覆盖有所述选择性生长掩膜层的GaN衬底的表面选择性生长第一化合物半导体层，并且使用第一化合物半导体层，覆盖所述GaN衬底和所述选择性生长掩膜层；然后
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、第二电极以及第二光反射层，其中，
所述选择性生长掩膜层用作第一光反射层，
所述GaN衬底的表面的平面方向的离角是0.4°或更小，优选地是0.40°或更小，
所述选择性生长掩膜层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积，并且
与所述GaN衬底接触的所述选择性生长掩膜层的底层的线性热膨胀系数CTE满足
1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，
优选地，
1×10-6/K<CTE≤1×10-5/K。
[A05]根据[A04]所述的发光元件制造方法，其中，所述选择性生长掩膜层的底层由选自由氮化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化锆以及氮化铝构成的组的至少一种类型的材料制成。
[A06]根据[A04]或[A05]所述的发光元件制造方法，其中，
满足t1＝λ0/(2n1)，
其中，t1表示所述选择性生长掩膜层的底层的厚度，λ0表示所述发光元件的发射波长，并且n1表示所述选择性生长掩膜层的底层的折射率。
[A07]根据[A01]到[A06]中任一项所述的发光元件制造方法，进一步包括：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、第二电极以及第二光反射层之后，去除所述GaN衬底，同时将所述第一光反射层用作阻挡器层。
[A08]根据[A01]到[A07]中任一项所述的发光元件制造方法，其中，所述第二化合物半导体层的表面粗糙度Ra是1.0nm或更小。
[A09]根据[A01]到[A08]中任一项所述的发光元件制造方法，其中，所述选择性生长掩膜层的平面形状是正六边形形状、圆形、晶格形状或条纹形状。
[B01]<<发光元件：第一方面>>
一种发光元件，至少包括：
GaN衬底；
第一光反射层，其形成所述GaN衬底上，并且用作选择性生长掩膜层；
层叠结构，其形成在所述第一光反射层上，所述层叠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；以及
形成在所述第二化合物半导体层上的第二电极和第二光反射层，其中，
所述GaN衬底的表面的平面方向的离角是0.4°或更小，优选地是0.40°或更小，
所述第一光反射层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积，并且
作为所述第一光反射层的底层，热膨胀缓解薄膜形成在所述GaN衬底上。
[B02]根据[B01]所述的发光元件制造方法，其中，所述热膨胀缓解薄膜由选自由氮化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化锆以及氮化铝构成的组的至少一种类型的材料制成。
[B03]根据[B01]或[B02]所述的发光元件制造方法，其中，
满足t1＝λ0/(2n1)，
其中，t1表示所述热膨胀缓解薄膜的厚度，λ0表示所述发光元件的发射波长，并且n1表示所述热膨胀缓解薄膜的折射率。
[B04]<<发光元件：第二方面>>
一种发光元件，至少包括：
GaN衬底；
第一光反射层，其形成所述GaN衬底上，并且用作选择性生长掩膜层；
层叠结构，其形成在所述第一光反射层上，所述层叠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；以及
形成在所述第二化合物半导体层上的第二电极和第二光反射层，其中，
所述GaN衬底的表面的平面方向的离角是0.4°或更小，优选地是0.40°或更小，
所述第一光反射层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积，并且
与所述GaN衬底接触的所述第一光反射层的底层的线性热膨胀系数CTE满足
1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，
优选地，
1×10-6/K<CTE≤1×10-5/K。
[B05]根据[B04]所述的发光元件制造方法，其中，所述第一光反射层的底层由选自由氮化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化锆以及氮化铝构成的组的至少一种类型的材料制成。
[B06]根据[B04]或[B05]所述的发光元件制造方法，其中，
满足t1＝λ0/(2n1)，
其中，t1表示所述第一光反射层的底层的厚度，λ0表示所述发光元件的发射波长，并且n1表示所述第一光反射层的底层的折射率。
[B07]根据[B01]到[B06]中任一项所述的发光元件制造方法，其中，所述第二化合物半导体层的表面粗糙度Ra是1.0nm或更小。
[B08]根据[B01]到[B07]中任一项所述的发光元件制造方法，其中，所述第一光反射层的平面形状是正六边形形状、圆形、晶格形状或条纹形状。
附图标记列表
11：GaN衬底
20：层叠结构
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
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
24A：形成在电流收缩层内的开口
25：接合层
26：支撑衬底
31：第一电极
32：第二电极
33：平板电极
41：第一光反射层
41A：第一光反射层的底层
42：第二光反射层
43：选择性生长掩膜层
44：热膨胀缓解薄膜

Claims (7)

1.一种发光元件制造方法，至少包括以下步骤：
在GaN衬底上形成选择性生长掩膜层之后；
从未覆盖有所述选择性生长掩膜层的所述GaN衬底的表面选择性地生长第一化合物半导体层，并且使用所述第一化合物半导体层覆盖所述GaN衬底和所述选择性生长掩膜层；然后
在所述第一化合物半导体层的表面上形成有源层；
在所述有源层的表面上形成第二化合物半导体层；
在所述第二化合物半导体层的表面上形成第二电极；以及
在所述第二电极的表面上形成第二光反射层，其中，
所述选择性生长掩膜层用作第一光反射层，
所述GaN衬底的所述表面的平面方向的离角是0.4o或更小，
所述选择性生长掩膜层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积，并且
作为所述选择性生长掩膜层的底层，热膨胀缓解薄膜形成在所述GaN衬底上，
与所述GaN衬底接触的所述选择性生长掩膜层的所述底层的线性热膨胀系数CTE满足：
1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，
其中，所述第一化合物半导体层的表面在所述第一光反射层与所述第一化合物半导体层的界面是平坦的。
2.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中，
所述热膨胀缓解薄膜通过选自由氮化硅、氧化铝、氧化铌、氧化钽、氧化钛、氧化镁、氧化锆以及氮化铝构成的组的至少一种类型的材料制成。
3.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中，
满足t1＝λ0/(2n1)，
其中，t1表示所述热膨胀缓解薄膜的厚度，λ0表示所述发光元件的发射波长，并且n1表示所述热膨胀缓解薄膜的折射率。
4.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，进一步包括：
在所述第一化合物半导体层上依次形成所述有源层、所述第二化合物半导体层、所述第二电极以及所述第二光反射层之后，去除所述GaN衬底，同时将所述第一光反射层用作阻挡器层。
5.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中，
所述第二化合物半导体层的表面粗糙度Ra是1.0nm或更小。
6.根据权利要求1所述的发光元件制造方法，其中，
所述选择性生长掩膜层的平面形状是正六边形形状、圆形、晶格形状或条纹形状。
7.一种发光元件，至少包括：
GaN衬底；
第一光反射层，形成在所述GaN衬底上，并且用作选择性生长掩膜层；
层叠结构，其形成在所述第一光反射层上，所述层叠结构包括覆盖所述GaN衬底和所述选择性生长掩膜层的第一化合物半导体层、在所述第一化合物半导体层的表面上形成的有源层以及在所述有源层的表面上形成的第二化合物半导体层；以及
形成在所述第二化合物半导体层的表面上的第二电极和在所述第二电极的表面上形成的第二光反射层，其中，
所述GaN衬底的表面的平面方向的离角是0.4o或更小，
所述第一光反射层的面积是0.8S0或更小，其中，S0表示所述GaN衬底的面积，并且
作为所述第一光反射层的底层，热膨胀缓解薄膜形成在所述GaN衬底上，
与所述GaN衬底接触的所述第一光反射层的所述底层的线性热膨胀系数CTE满足：
1×10-6/K≤CTE≤1×10-5/K，
其中，所述第一化合物半导体层的表面在所述第一光反射层与所述第一化合物半导体层的界面是平坦的。
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