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CN107851967B - 发光元件 - Google Patents

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CN107851967B
CN107851967B CN201680042134.7A CN201680042134A CN107851967B CN 107851967 B CN107851967 B CN 107851967B CN 201680042134 A CN201680042134 A CN 201680042134A CN 107851967 B CN107851967 B CN 107851967B
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Abstract

该发光元件设置有：层状结构(20)，通过将由GaN基化合物半导体制成的第一化合物半导体层(21)、活性层(23)和第二化合物半导体层(22)分层来形成该层状结构；模式损耗有效点(54)，其设置在第二化合物半导体层(22)上并且形成模式损耗有效区域(55)，该模式损耗有效区域对振荡模式损耗的增加/减少具有作用；第二电极(32)；第二光反射层(42)；第一光反射层(41)；以及第一电极(31)。在层状结构(20)中，形成有电流注入区域(51)、围绕电流注入区域(51)的非电流注入内部区域(52)以及围绕非电流注入内部区域(52)的非电流注入外部区域(53)。所述模式损耗有效区域(55)的投影图像覆盖非电流注入外部区域(53)的投影图像。

Description

发光元件
技术领域
本公开涉及一种发光元件(特别地，有时称为垂直谐振器激光器或VCSEL的表面发射激光元件)。
背景技术
通常，在由表面发射激光元件配置成的发光元件中，通过使激光在两个光反射层(分布式布拉格反射层，即，DBR层)之间共振来发生激光振荡。在具有n型GaN基化合物半导体、由GaN基化合物半导体配置成的活性层(发光层)和p型GaN基化合物半导体堆叠的结构的表面发射激光元件中，通常在p型化合物半导体层上形成由透明导电材料制成的第二电极，并且在第二电极上形成由绝缘材料的堆叠结构配置成的第二光反射层。此外，在n型化合物半导体层上形成由绝缘材料的堆叠结构配置成的第一电极和第一光反射层。注意，为了便于说明，将穿过由两个光反射层形成的谐振器的中心的轴线称为Z轴，将与Z轴正交的虚拟平面称为XY平面。
顺便提及，在表面发射激光元件中，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)，形成电流非注入区域以围绕电流注入区域。
在由GaAs基化合物半导体配置成的表面发射激光元件中，可以通过沿着XY平面从外部氧化活性层而形成围绕电流注入区域的电流非注入区域。与未被氧化的区域(电流注入区域)相比，活性层(电流非注入区域)的氧化区域的折射率降低。结果，在电流非注入区域中的谐振器的光路长度(由折射率和物理距离的乘积表示)变得比电流注入区域中的光路长度短。这引起了一种“透镜效应”，并且引起了将激光限制在表面发射激光元件的中心部分的动作。由于光通常倾向于通过衍射效应扩散，所以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)，并且具有诸如阈值电流增加等不利影响。然而，由于透镜效应补偿了衍射损耗，因此可以抑制阈值电流的增加等。
然而，在由GaN基化合物半导体配置成的表面发射激光元件中，从材料的特性，难以沿XY平面从外侧(从横向方向)氧化活性层。因此，在p型化合物半导体层上形成由SiO2制成的并且具有开口的绝缘层，由透明导电材料制成的第二电极形成在从暴露于开口的底部的第二化合物半导体层到绝缘层的区域上。另外，在第二电极上形成由绝缘材料堆叠结构配置成的第二光反射层(例如，参考JP 2011-151364A)。通过以这种方式形成绝缘层来形成电流非注入区域。此外，设置在绝缘层上并位于开口中的化合物半导体层的一部分用作电流注入区域。
【引用列表】
【专利文献】
【PTL 1】
JP 2011-151364A
发明内容
【技术问题】
在p型化合物半导体层上形成绝缘层的情况下，形成绝缘层的区域(电流非注入区域)中的谐振器的长度比未形成绝缘层的区域(电流注入区域)中的谐振器的长度长且长出等于绝缘层的光学厚度的长度。因此，发生在由表面发射激光元件(发光元件)的两个光反射层形成的谐振器中往复运动的激光发散并消散到谐振器的外部的作用。为了便于说明，将刚刚描述的这种作用称为“反转透镜效应”。结果，随着激光发生更大量的振荡模式损耗，这增加了阈值电流或使斜率效率劣化。此处，“振荡模式损耗”表示对于要振荡的激光中的基本模式和更高模式的光场强度提供增加或减小的物理量，并且针对各个模式定义不同的振荡模式损耗。应注意，“光场强度”是与XY平面上的Z轴相距的距离L是函数的光场强度。通常，虽然在基本模式中，随着距离L增加，光场强度单调劣化，但是在更高模式中，光场强度最终减小，同时当距离L增加时，增加或减少重复一次或多次，(参考图11的(A)的概念图)。应注意，在图11中，实线曲线表示基本模式的光场强度分布，虚线曲线表示更高模式的光场强度分布。
因此，本公开的目的是提供一种具有能够将振荡模式损耗置于期望状态的配置或结构的发光元件。
【问题的解决方案】
为了实现上述目的，根据本公开的第一模式，提供了一种发光元件，包括：
(A)通过堆叠以下层而配置成的堆叠结构：
由GaN基化合物半导体制成的并且具有第一面和与第一面相对的第二面的第一化合物半导体层，
由GaN基化合物半导体制成的并且与第一化合物半导体层的第二面接触的活性层，以及
由GaN基化合物半导体制成的、具有第一面和与第一面相对的第二面，并且在其第一面与活性层接触的第二化合物半导体层；
(B)模式损耗作用部分，其设置在第二化合物半导体层的第二面上并且配置作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域；
(C)第二电极，其形成在从第二化合物半导体层的第二面到模式损耗作用部分的区域上；
(D)第二光反射层，其形成在第二电极上；
(E)第一光反射层，其形成在第一化合物半导体层的第一面上；以及
(F)第一电极，其电连接到第一化合物半导体层，
其中，在堆叠结构上形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内侧区域和围绕电流非注入内侧区域的电流非注入外侧区域，并且
所述模式损耗作用区域的投影图像和所述电流非注入外侧区域的投影图像彼此重叠。
为了实现上述目的，根据本公开的第二模式，提供了一种发光元件，包括：
(a)通过堆叠以下层而配置成的堆叠结构：
由GaN基化合物半导体制成的并且具有第一面和与第一面相对的第二面的第一化合物半导体层，
由GaN基化合物半导体制成的并且与第一化合物半导体层的第二面接触的活性层，以及
由GaN基化合物半导体制成的、具有第一面和与第一面相对的第二面，并且在其第一面与活性层接触的第二化合物半导体层；
(b)第二电极，其形成在从第二化合物半导体层的第二面上；
(c)第二光反射层，其形成在第二电极上；
(d)模式损耗作用部分，其设置在第一化合物半导体层的第一面上并且配置作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域；
(e)第一光反射层，其形成在从第一化合物半导体层的第一面到模式损耗作用部分的一区域上；以及
(f)第一电极，其电连接到第一化合物半导体层，
其中，在堆叠结构上形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内侧区域和围绕电流非注入内侧区域的电流非注入外侧区域，并且
所述模式损耗作用区域的投影图像和所述电流非注入外侧区域的投影图像彼此重叠。
【本公开的有益效果】
在根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件中，电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内侧区域和围绕电流非注入内侧区域的电流非注入外侧区域形成在堆叠结构上，并且模式损耗作用区域的投影图像和电流非注入外侧区域的投影图像彼此重叠。换言之，电流注入区域和模式损耗作用区域通过电流非注入内侧区域彼此间隔开(彼此分离)。因此，适当地确定电流注入区域和模式损耗作用区域之间的位置关系、配置模式损耗作用区域的模式损耗作用部分的厚度等，使得可以将振荡模式损耗的增加或减少放置到期望状态。结果，例如，可以解决阈值电流增加或斜率效率降低的常规发光元件的问题。此外，由于可以独立于彼此进行振荡模式损耗的控制和发光元件的发光状态的控制，因此可以提高发光元件的控制自由度和设计自由度。应注意，本说明书中描述的效果最终是示例性的，并且不限于此，并且可能具有额外效果。
附图说明
图1是工作示例1的发光元件的示意性局部剖视图；
图2A、2B和2C是示出工作示例1的发光元件的制造方法的堆叠结构等的示意性局部剖视图；
图3是工作示例2的发光元件的示意性局部剖视图；
图4是工作示例3的发光元件的示意性局部剖视图；
图5是工作示例4的发光元件的示意性局部剖视图；
图6是切除图5所示的工作示例4的发光元件的一部分的示意性局部剖视图；
图7是工作示例5的发光元件的示意性局部剖视图；
图8是工作示例5的发光元件的修改的局部剖视图；
图9是工作示例5的发光元件的不同修改的局部剖视图；
图10是工作示例6的发光元件的示意性局部剖视图；
图11的(A)、(B)和(C)是描述常规发光元件、工作示例1的发光元件和工作示例4的发光元件的光场强度的概念图。
具体实施方式
在下文中，参考附图，基于工作示例来描述本公开。然而，本公开不限于工作示例，在工作示例中的各种数值和材料是说明性的。应注意，以下列顺序给出描述。
1、根据本公开的第一和第二模式的发光元件的概述
2、工作示例1(根据本公开的第一模式的发光元件)
3、工作示例2(工作示例1的修改)
4、工作示例3(工作示例1和2的修改)
5、工作示例4(工作示例1至3的修改)
6、工作示例5(工作示例1至4的修改)
7、工作示例6(根据本公开的第二模式的发光元件)
8、其他
<根据本公开的第一和第二模式的发光元件的概述>
在根据本公开的第一模式和第二模式的发光元件中，尽管电流非注入区域(电流非注入内侧区域和电流非注入外侧区域的概括术语)形成在堆叠结构中，特别地，电流非注入区域可以在厚度方向上形成在第二化合物半导体层的第二电极侧的区域中，或者可以形成在整个第二化合物半导体层上。替代地，电流非注入区域可以形成在第二化合物半导体层和活性层上，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区域上。虽然模式损耗作用区域的投影图像和电流非注入外侧区域的投影图像彼此重叠，但是在与电流注入区域充分间隔的区域中，模式损耗作用区域的投影图像和电流非注入外侧区域的投影图像可能彼此不重叠。
根据本公开的第一模式的发光元件可以形成为使得电流非注入外侧区域位于模式损耗作用区域的下方。
根据包括上述优选模式的本公开的第一模式的发光元件可以形成为使得在所述电流注入区域的投影图像的面积由S1表示，并且所述电流非注入内侧区域的投影图像的面积由S2表示的情况下，满足
0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7。同时，根据本公开的第二模式的发光元件可以形成为使得在所述电流注入区域的投影图像的面积由S1'表示，并且所述电流非注入内侧区域的投影图像的面积由S2'表示的情况下，满足
0.01≤S1'/(S1'+S2')≤0.7。然而，S1/(S1'+S2)的范围和S1'/(S1'+S2')的范围不限于或限制于上述范围。
根据包括上述优选模式的本公开的第一模式和第二模式的发光元件可以被配置为使得电流非注入内侧区域和电流非注入外侧区域通过将离子注入堆叠结构内而形成。为了方便描述，具有刚刚描述的这种配置的发光元件分别被称为“根据本公开的第1-A模式的发光元件”或“根据本公开的第2-A模式的发光元件”。在这种情况下，发光元件可以被配置为使得所述离子种类为选自包括硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅的组中的至少一种的离子。
或者，根据包括上述优选模式的本公开的第一和第二模式的发光元件可以被配置为使得所述电流非注入内侧区域和所述电流非注入外侧区域可以是通过在所述第二化合物半导体层的第二面上的等离子体照射、对所述第二化合物半导体层的第二面的灰化处理或对所述第二化合物半导体层的第二面的反应离子蚀刻处理而形成的。为了方便描述，具有刚刚描述的这种配置的发光元件分别被称为“根据本公开的第1-B模式的发光元件”或“根据本公开的第2-B模式的发光元件”。由于在上述处理中，电流非注入内侧区域和电流非注入外侧区域暴露于等离子体粒子，所以随着第二化合物半导体层的导电性而发生劣化，因此，电流非注入内侧区域和电流非注入外侧区域被置于高电阻状态。特别地，发光元件可以被配置为使得通过将第二化合物半导体层的第二面暴露于等离子体粒子而形成电流非注入内侧区域和电流非注入外侧区域。对于等离子体粒子，可以特别使用氩、氧、氮等。
替代地，根据包含上述优选模式的本公开的第一和第二模式的发光元件可以被配置为使得第二光反射层具有将来自所述第一光反射层的光朝向由所述第一光反射层和所述第二光反射层配置成的谐振器结构的外侧反射或散射的区域。为了方便描述，具有刚刚描述的这种配置的发光元件分别被称为“根据本公开的第1-C模式的发光元件”或“根据本公开的第2-C模式的发光元件”。特别地，位于模式损耗作用部分(设置在模式损耗作用部分的开口的侧壁)上方的第二光反射层的区域具有向前锥形倾斜或具有朝向第一光反射层投射地弯曲的区域。替代地，根据包括上述优选模式的本公开的第一和第二模式的发光元件可以被配置为使得第一光反射层具有将来自第二光反射层的光朝向由所述第一光反射层和所述第二光反射层配置成的谐振器结构的外侧反射或散射的区域。为了方便描述，具有刚刚描述的这种配置的发光元件分别被称为“根据本公开的第1-C'模式的发光元件”或“根据本公开的第2-C'模式的发光元件”。特别地，在根据本公开的第1-C'模式的发光元件中，可以形成向前锥形倾斜，或者可以在第一光反射层的部分的区域中形成朝向第二光反射层投射的弯曲部分。或者，在根据本公开的第2-C'模式的发光元件中，位于模式损耗作用部分(设置在模式的开口的侧壁)上方的第一光反射层的区域具有向前锥形倾斜或具有朝向第二光反射层投射地弯曲的区域。另外，根据包括上述优选模式的本公开的第一和第二模式可以配置发光元件，使得通过在模式损耗作用部分的顶面与设置在模式损耗作用部分处的开口的侧壁之间的边界(侧壁边缘部分)散射光，光朝着由第一光反射层和第二光反射层配置成的谐振器结构的外侧散射。
根据上面描述的本公开的第1-A模式、本公开的第1-B模式或本公开的第1-C模式的发光元件可以被配置为使得在所述电流注入区域中的活性层与所述第二化合物半导体层的第二面的光学距离由L2表示，并且所述模式损耗作用区域中的活性层与所述模式损耗作用部分的顶面的光学距离由L0表示的情况下，满足
L0>L2。此外，根据上面描述的本公开的第2-A模式、本公开的第2-B模式或本公开的第2-C模式的发光元件可以被配置为使得在所述电流注入区域中的活性层与所述第一化合物半导体层的第一面的光学距离由L1'表示，并且所述模式损耗作用区域中的活性层与所述模式损耗作用部分的顶面的光学距离由L0'表示的情况下，满足
L0'>L1'。此外，包括上述配置的根据上面描述的本公开的第1-A模式、本公开的第2-A模式、本公开的第1-B模式、本公开的第2-B模式、本公开的第1-C模式、或本公开的第2-C模式的发光元件可以被配置为使得具有更高模式的生成光由模式损耗作用区域朝向由所述第一光反射层和所述第二光反射层配置的所述谐振器结构的外侧散发，由此振荡模式损耗增加。特别地，虽然随着在模式损耗作用区域的投影图像中与Z轴的距离的增加，基本模式和要产生的更高模式的光场强度由于存在作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域而减小，但更高模式的模式损耗大于基本模式的光场强度的降低，因此基本模式可以进一步稳定。此外，与不存在电流注入内侧区域的替代情况相比，由于可以抑制模式损耗，所以可以预期阈值电流的减小。
此外，根据上面描述的本公开的第1-A模式、本公开的第2-A模式、本公开的第1-B模式、本公开的第2-B模式、本公开的第1-C模式、或本公开的第2-C模式的发光元件可以被配置为使得所述模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料制成。作为介电材料，可以例示SiOX、SiNX、AlNX、AlOX、TaOX以及ZrOX，并且作为金属材料或合金材料，可以例示钛、金、铂及其合金。然而，这些材料不限于如上所述的金属。通过由所述材料中的任一种配置成的模式损耗作用部分，可以吸收光，以增加模式损耗。或者，即使材料不直接吸收光，也可以通过干扰相位来控制模式损耗。在这种情况下，发光元件可以被配置为使得模式损耗作用部分由介电材料制成，并且模式损耗作用部分的光学厚度具有从由发光元件产生的光的四分之一波长的整数倍偏移的值。特别地，在模式损耗作用部分中干扰围绕谐振器以形成驻波的光的相位，从而破坏驻波，由此可以提供相应的模式损耗。或者，发光元件可以被配置为使得所述模式损耗作用部分由介电材料制成，并且所述模式损耗作用部分的光学厚度是由发光元件产生的光的四分之一波长的整数倍。换言之，发光元件可以被配置为使得模式损耗作用部分的光学厚度是这种厚度，使得由发光元件产生的光的相位不被干扰并且驻波不被破坏。然而，模式损耗作用部分的光学厚度不必严格地等于四分之一的整数倍，而必须仅仅满足
(λ/4n0)×m-(λ/8n0)≤t0≤(λ/4n0)×2m+(λ/8n0)。
或者，通过将发光元件配置为使得模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料制成，通过模式损耗作用部分的光可以在相位上干扰或被模式损耗作用部分吸收。此外，通过采用上述配置，可以以更高的自由度进行振荡模式损耗的控制，并且可以进一步提高发光元件的设计自由度。
或者，根据包括上述优选模式的本公开的第一模式的发光元件可以被配置为使得
在所述第二化合物半导体层的第二面侧形成有凸出部分，并且
所述模式损耗作用部分形成在围绕凸出部分的第二化合物半导体层的第二面的区域上。具有刚刚描述的这种配置的发光元件分别被称为“根据本公开的第1-D模式的发光元件”。凸出部分占据电流注入区域和电流非注入内侧区域。在这种情况下，发光元件可以被配置为使得在电流注入区域中的活性层与所述第二化合物半导体层的第二面的光学距离由L2表示，并且所述模式损耗作用区域中的活性层与所述模式损耗作用部分的顶部的光学距离由L0表示的情况下，满足
L0<L2。此外，在这种情况下，具有更高模式的生成光由模式损耗作用区域限制在所述电流注入区域和所述电流非注入内侧区域，由此振荡模式损耗降低。特别地，由于存在作用于增加或减少振荡模式损耗的模式损耗作用区域，所以基本模式和生成的更高阶模式的光场强度增加了电流注入区域和电流非注入内侧区域的投影图像。此外，在这些情况下，发光元件可以被配置为使得模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料制成。此处，上述各种材料可用作介电材料、金属材料和合金材料。
或者，根据包含上述优选模式的本公开的第二模式的发光元件可以被配置为使得凸出部分形成在第一化合物半导体层的第一面侧上，并且
模式损耗作用部分形成在包括凸出部分的第一化合物半导体层的第一面的区域中，或者化合物半导体层由围绕凸出部分的第一化合物半导体层的区域配置成。为了便于描述，将刚刚描述的这种配置的发光元件称为“根据本公开的第2-D模式的发光元件”。凸出部分与电流注入区域和电流非注入内侧区域的投影图像重合。此外，在这种情况下，发光元件可以被配置为使得在所述电流注入区域中的活性层与所述第一化合物半导体层的第一面的光学距离由L1'表示，并且所述模式损耗作用区域中的活性层与所述模式损耗作用部分的顶面的光学距离由L0'表示的情况下，满足
L0'<L1'。此外，在这些情况下，发光元件可以被配置为使得具有更高模式的生成光由模式损耗作用区域限制在所述电流注入区域和所述电流非注入内侧区域，由此振荡模式损耗降低。此外，在这些情况下，发光元件可以被配置为使得所述模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料制成。此处，上述各种材料可用作介电材料、金属材料或合金材料。
根据包括优选模式和配置的本公开的第一和第二模式的发光元件可以被配置为使得第二电极由透明导电材料制成。
通过根据包括优选模式和配置的本公开的第一和第二模式的发光元件(这种发光元件统称为“本公开的发光元件等”)，可以配置从第一化学半导体层的顶面通过第一光反射层发光的表面发射激光元件(垂直谐振器激光器，VCSEL)，或者也可以配置从第二化学半导体层的顶面通过第二光反射层发光的表面发射激光元件。
虽然在本公开的发光元件等中，从第一光反射层到第二光反射层的距离优选地等于或大于0.15μm，并且等于或小于50μm，但该距离不限于此。
本公开的发光元件等可以形成为使得至少第二光反射层被固定到支撑衬底。
本公开的发光元件等可以形成为使得在穿过第一光反射层的区域重心的第一光反射层的法线上，不存在活性层的区域重心。在使用诸如ELO(外延侧向生长法)等横向外延生长方法通过横向生长形成第一光反射层的发光元件制造衬底上形成第一化合物半导体层时，如果从第一光反射层的边缘部分朝向第一光反射层的中心部分外延生长的第一化合物半导体层与第一光反射层接触，则在接触部分产生许多晶体缺陷。如果存在许多晶体缺陷的接触部分位于电流注入区域的中心部分，则存在对发光元件的特性可能产生不良影响的可能性。或者，可以形成发光元件，使得通过第一光反射层的区域重心的第一光反射层的法线上不存在活性层的区域重心。通过形成发光元件，使得通过第一光反射层的区域重心的第一光反射层的法线上不存在第二光反射层的区域重心，或者使得通过第一光反射层的区域重心的第一光反射层的法线上不存在活性层的区域重心，可以确定地抑制对发光元件的特性的不良影响。
本公开的发光元件等可以被配置为使得堆叠结构特别地由AlInGaN基化合物半导体制成。此处，作为AlInGaN基化合物半导体，可以列举更特别是GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN。此外，化合物半导体可以包含硼(B)原子或铊(Tl)原子、砷(As)原子、磷(P)原子或锑(Sb)原子)。活性层优选具有量子阱结构。特别地，活性层可以具有单量子阱结构(SQW结构)。虽然具有量子阱结构的活性层被构造为使得至少一个阱层和至少一个阻挡层堆叠，但作为组合(配置阱层的化合物半导体、配置阻挡层的化合物半导体)，可以例示(InyGa(1-y)N,GaN)、(InyGa(1-y)N,InzGa(1-z)N)[其中，y>z]、(InyGa(1-y)N,AlGaN)。可以从第一导电类型(例如，n型)的化合物半导体配置第一化合物半导体层，并且从与第一导电类型不同的第二导电类型(例如，p型)的化合物半导体配置第二化合物半导体层。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层也分别称为第一覆层和第二覆层。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层中的每一个可以是单层结构的层或多层结构的层，另外可以是超晶格结构的层。此外，第一化合物半导体层和第二化合物半导体层中的每一个可以形成为包括成分梯度层或浓度梯度层的结构。
虽然堆叠结构形成在发光元件制造衬底的第一面上，但是作为发光元件制造衬底，可以列举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、AlN衬底、LiMgO衬底、LiGaO2衬底、MgAl2O4衬底、InP衬底、Si衬底以及在其表面(主表面)上形成有接地层或缓冲层的任何衬底。然而，优选使用GaN衬底，因为具有低缺陷密度。虽然已知GaN衬底的特性根据生长表面而不同，例如，极性/非极性/半极性，但是可以使用GaN衬底的任何主表面来形成化合物半导体层。此外，关于衬底的主表面，根据晶体结构(例如，立方体型、六边形型等)，也可以使用可以称为A平面、B平面、C平面、R平面、M平面、N平面和S平面或通过在特定方向上偏移而获得的晶体取向平面。作为配置发光元件的各种化合物半导体层的形成方法，例如，可以列举有机金属化学气相沉积法(MOCVD法、金属有机化学气相沉积法、MOVPE法、金属有机气相外延法)、分子束外延法(MBE法)、卤素有助于运输或反应的氢化物气相生长法(HVPE法)、原子层沉积法(ALD法)、迁移增强外延法(MEE法)、等离子辅助物理气相生长法(PPD)法等。然而，形成方法不限于此。
此处，作为MOCVD法中的有机镓源气体，可以列举三甲基镓(TMG)气体和三乙基镓(TEG)气体，作为氮源气体，可以列举氨气和肼(hydrazine)气体。在形成具有n型导电性的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型导电性的GaN基化合物半导体时，例如，可以添加镁(Mg)，作为p型杂质(p型掺杂剂)。在作为GaN基化合物半导体层的构成原子，包含铝(Al)或铟(In)的情况下，可以使用三甲基铝(TMA)气体作为Al源，可以使用三甲基铟(TMI)气体作为In源。此外，可以使用单硅烷气体(SiH 4气体)作为Si源，可以使用双环戊二烯基镁气体或甲基-环戊二烯基镁、双环戊二烯基镁(Cp2Mg)作为Mg源。应注意，作为n型杂质(n型掺杂剂)，除了Si之外，还可以列举Ge、Se、Sn、C、Te、S、O、Pd和Po，并且作为p型杂质(p型掺杂剂)，除了Mg之外，还可以列举Zn、Cd、Be、Ca、Ba、C、Hg和Sr。
支撑衬底可以例如由作为发光元件制造衬底例示的各种衬底配置成，或者也可以由由AlN等制成的绝缘衬底、由Si、SiC、Ge等制成的半导体衬底或金属衬底或合金衬底配置成。然而，从机械特性、弹性变形、塑性变形性、散热等方面考虑，优选使用具有导电性的衬底，或者优选使用金属衬底或合金衬底。作为支撑衬底的厚度，例如可例示为0.05到0.5mm。作为第二光反射层到支撑衬底的固定方法，可以使用诸如焊接方法、室温接合方法、使用粘合带的接合方法、使用蜡结的粘合剂等已知方法。然而，从确保导电性的角度来看，优选采用焊接方法或室温接合方法。例如，在将作为导电性衬底的硅半导体衬底用作支撑衬底的情况下，为了通过热膨胀系数的差异来抑制翘曲，可期望地采用可以将支撑衬底接合在等于或低于400℃的低温下。在使用GaN衬底作为支撑衬底的情况下，接合温度可以等于或高于400℃。
在本公开的发光元件等的制造中，可以留下发光元件制造衬底，或者在活性层、第二化合物半导体层、第二电极和第二光反射层依次形成在第一化合物半导体层上之后形成第一光反射层的情况下，可以使用第一光反射层作为阻挡层，来去除发光元件制造衬底。特别地，在活性层之后，在第一化合物半导体层上依次形成第二化合物半导体层、第二电极和第二光反射层，然后将第二光反射层固定在支撑衬底上之后，如果形成第一光反射层，则可以使用第一光反射层作为阻挡层，来去除发光元件制造衬底，以暴露第一化合物半导体层(第一化合物半导体层的第一面)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面)上。
可以以通过化学/机械抛光方法(CMP方法)的形式来执行去除发光元件制造衬底。应注意，可以执行去除部分发光元件制造衬底，或者首先可以通过湿式蚀刻方法、干式蚀刻方法、使用激光的剥离法、机械抛光方法等或其组合，来减小发光元件制造衬底的厚度，该湿式蚀刻方法使用碱性水溶液，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，然后进行化学/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面)并且在形成第一光反射层的情况下暴露第一光反射层。
尽管已知GaN衬底的特性根据生长表面在极性/非极性/半极性方面的特性不同，但是可以使用GaN衬底的任何主表面来形成化合物半导体层。此外，关于GaN衬底的主表面，根据晶体结构(例如，立方体、六边形等)，也使用通过偏移称为A平面、B平面、C平面、R平面、M平面、N平面和S平面等(包括偏移角为0°的情况)的晶体平面的平面取向而提供的平面。
在留下发光元件制造衬底的地方，第一电极可以形成在与发光元件制造衬底的第一面相对的第二面上。另一方面，在不留下发光元件制造衬底的情况下，也可以在配置堆叠结构的第一化合物半导体层的第一面上形成第一电极。应注意，在这种情况下，由于第一光反射层形成在第一化合物半导体层的第一面上，所以第一电极可以例如形成为围绕第一光反射层。第一电极优选具有单层配置或多层配置，包括至少一种金属(包括合金)，其选自例如包括金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、铂(Pt)、镍(Ni)、钛(钛)、钒(V)、钨(W)、铬(Cr)、铝(铝)、铜(铜)、锌(锌)、锡(Sn)和铟(In)的组，特别地，可以例证例如Ti/Au、Ti/Al、Ti/Al/Au、Ti/Pt/Au、Ni/Au、Ni/Au/Pt、Ni/Pt、Pd/Pt和Ag/Pd。要注意的是，多层配置中在“/”之前的层位于更靠近活性层的一侧。这同样适用于下面给出的描述。第一电极可以通过例如真空沉积法或溅射法等物理气相沉积(PVD)法形成为薄膜。
在第一电极被形成为围绕第一光反射层的情况下，本公开的发光元件等可以被配置为使得第一光反射层和第一电极彼此接触。或者，本公开的发光元件等可以被配置为使得第一光反射层和第一电极彼此间隔开，即在其间具有偏移并且间隔距离在1mm内。如果位于第一光反射层和第一电极中的电流注入区域在平面内彼此间隔开，则电流将在第一化合物半导体层中流过长距离。因此，为了将出现在电流路径中的电阻抑制为低，优选间隔距离在1mm以内。在一些情况下，也可以列举第一电极甚至形成在第一光反射层的边缘部分上的状态和第一光反射层甚至形成在第一电极的边缘部分上的另一状态。此处，甚至在应用在第一电极的边缘部分上形成有第一光反射层的状态的情况下，第一电极需要具有一定尺寸的开口，使得第一电极尽可能不吸收激光振荡的基本模式光。由于开口的大小根据基本模式的波长或光限制结构在横向(第一化合物半导体层的面内方向)而变化，所以尽管这不受限制，但是其优选大致为振荡频率λ的几倍。
作为配置第二电极的透明导电材料，可以例示铟锡复合氧化物(包括ITO、氧化铟锡、掺杂Sn的In2O3、结晶ITO和非晶ITO)、ITiO(掺杂Ti的In2O3)、铟锌复合氧化物(IZO、铟氧化锌)、IFO(掺杂F的In2O3)、氧化锡(SnO2)、ATO(掺杂Sb的SnO2)、FTO(掺杂F的SnO2)、氧化锌(包括ZnO、掺杂Al的ZnO、掺杂B的ZnO)、掺杂铟的镓锌复合氧化物(IGZO、In-GaZnO4)、掺杂氧化铝的氧化锌(AZO)、AlMgZnO(掺杂氧化铝和氧化镁的氧化锌)、铟镓复合氧化物(IGO)、InSnZnO、NiO或掺杂镓的氧化锌(GZO)。或者，对于第二电极，可以列举包括由氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化镍等制成的母层的透明导电膜。第二电极可以由上述材料中的至少一种配置成。第二电极可以通过例如真空沉积法或溅射法等PVD法形成为膜。通过从透明导电材料配置第二电极，电流可以在横向(第二化合物半导体层的面内方向)上扩展，并且可以有效地向电流注入区域提供电流。
为了建立与外部电极或电路的电连接，可以在第一电极或第二电极上设置焊盘电极。焊盘电极优选具有单层配置或多层配置，包括选自包括Ti(钛)、铝(Al)、Pt(铂)、Au(金)、Ni(镍)和Pd(钯)的组的至少一个金属。或者，焊盘电极可以具有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、或Ti/Ni/Au/Cr/Au的多层配置。在第一电极由Ag层或Ag/Pd层配置成的情况下，优选在第一电极的表面上形成优选由例如Ni/TiW/Pd/TiW/Ni配置成的覆盖金属层，在覆盖金属层上形成具有例如Ti/Ni/Au的多层配置或Ti/Ni/Au/Cr/Au的多层配置的焊盘电极。
配置第一光反射层和第二光反射层的光反射层(分布布拉格反射层，即，DBR层)例如由半导体多层膜或介电多层膜构成。作为介电材料，可以列举例如Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Ti等的氮化物(例如，SiNX、AlNX、AlGaNX、GaNX、BNX等)、氟化物等。特别地，可以列举SiOX、TiOX、NbOX、ZrOX、TaOX、ZnOX、AlOX、HfOX、SiNX、AlNX等。此外，通过从上述介电材料中交替地堆叠由具有彼此不同的折射率的介电材料制成的两种或更多种不同种类的介电薄膜，可以获得光反射层。例如，优选SiOX/SiNY、SiOX/NbOY、SiOX/ZrOY或SiOX/AlNY的多层膜。为了获得期望的光反射率，可以适当地选择配置每个介电薄膜的材料、膜厚度、堆叠层数等。每个介电薄膜的厚度可以通过所使用的材料等适当调节，并且根据振荡波长(发射光波长)λ和所用材料的振荡波长λ处的折射率n确定。特别地，每个介电层的厚度优选设置为λ/(4n)的奇数倍数。例如，在振动波长λ为410nm的发光元件中的光反射层由SiOX/NbOY配置成的情况下，可以列举约40到70nm。作为堆叠层数，可以列举两个或以上，优选约5到20个。作为整体光反射层的厚度，例如可以列举例如约0.6到1.7μm。
光反射层可以通过已知的方法形成，特别是PVD法，例如，真空沉积法、溅射法、反应溅射法、电子回旋共振(ECR)等离子溅射法、磁控管溅射法、离子束辅助沉积法或离子镀法；各种CVD方法；涂布方法，例如，喷涂法、旋涂法或浸渍法；两种或多种方法的组合的方法；任何方法和全部或部分预处理、惰性气体(Ar、He、Xe等)或等离子体的照射、氧气、臭氧气体或等离子体的照射、氧化处理(热处理)和曝光处理等中的至少一个的组合的方法。
或者，第一光反射层优选包括至少包含N(氮)原子的介电薄膜，更优选包含N原子的介电薄膜是介电多层膜的最上层。或者，第一光反射层优选地涂覆有至少包含N(氮)原子的介电材料层。或者，优选地，通过对所述第一光反射层的表面进行氮化处理，优选地，由包含至少N(氮)原子的层(为了方便描述，这种层以下称为“表面层”)形成第一光反射层的表面。绝缘膜、介电材料层或至少包含N个原子的表面层的厚度优选等于λ/(4n)的奇数倍。作为配置至少包含N原子的介电薄膜或介电材料层的材料，特别可以列举SiN SiNX X和SiOYNZ。通过以这种方式形成介电薄膜、介电材料层或至少包含N个原子的表面层，当形成覆盖第一光反射层的化合物半导体层时，可以提高覆盖第一光反射层的化合物半导体层的晶轴与发光元件制造衬底的晶轴之间的位移，并且可以提高成为谐振器的堆叠结构的质量。
只要覆盖电流注入区域，光反射层的尺寸和形状就不特别限定。作为电流注入区域和电流非注入内侧区域之间的边界的形状以及电流非注入内侧区域与电流非注入外侧区域之间的边界的形状，例如，可以列举圆形、椭圆形、矩形和多边形(三角形、矩形、六角形等)。优选地，电流注入区域和电流非注入内侧区域之间的边界的形状以及电流非注入内侧区域和电流非注入外侧区域之间的边界的形状类似。在电流注入区域和电流非注入内侧区域之间的边界的形状为圆形的情况下，优选圆形直径为约5到100μm。
堆叠结构的侧面或露出面可以涂覆有绝缘膜。绝缘膜的形成可以通过已知方法进行。配置绝缘膜的材料的折射率优选低于配置堆叠结构的材料的折射率。作为配置绝缘膜的材料，可以列举包括SiO2的SiOX基材料、SiNX基材料、SiOYNZ基材料、TaOX、ZrOX、AlNX、AlOX以及GaOX，也可列举聚酰亚胺树脂等有机材料。作为绝缘膜的形成方法，可以列举诸如真空蒸镀法、溅射法等PVD法或CVD法，也可以通过涂布法形成绝缘膜。
工作示例1
工作示例1涉及根据本公开的第一模式的发光元件，特别涉及根据本公开的第1-A模式的发光元件。更具体地，工作示例1或工作示例2到工作示例4中的任一个的发光元件包括从第二化合物半导体层22的顶面通过二光反射层42发射激光的表面发射激光元件(垂直谐振器层VCSEL)。
图1中描述其示意性局部端视图的工作示例1的发光元件或工作示例2到工作示例5中的任一个的发光元件包括：
(A)堆叠结构20，其中，
由GaN基化合物半导体制成的具有第一面21a和与第一面21a相对的第二面21b的第一化合物半导体层21，
由GaN基化合物半导体制成的并且与第一化合物半导体层21的第二面21b接触的活性层(发光层)23，以及
由GaN基化合物半导体制成的，具有第一面22a和与第一面22a相对的第二面22b，并且在其第一面22a与活性层23接触的第二化合物半导体层22
堆叠；
(B)设置在第二化合物半导体层22的第二面22b上并配置作用于振荡模式损耗增加或减少的模式损耗作用区域55的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54；
(C)形成在从第二化合物半导体层22的第二面22b到模式损耗作用部54的区域上的第二电极32；
(D)形成在第二电极32上的第二光反射层42；
(E)形成在第一化合物半导体层21的第一面21a上的第一光反射层41；和
(F)与第一化合物半导体层21电连接的第一电极31。应注意，在下文描述的在工作示例1的发光元件和工作示例2至工作示例4的发光元件中，堆叠结构20形成在具有导电性的发光元件制造衬底11的第一面11a上，第一电极31形成在与发光元件制造衬底11的第一面11a相对的第二面11b上。
此外，堆叠结构20上形成有电流注入区域51、围绕电流注入区域51的电流非注入内侧区域52和围绕电流非注入内侧区域52的电流非注入外侧区域53，并且模式损耗作用区域55的投影图像和电流非注入外侧区域53的投影图像重叠。换言之，电流非注入外侧区域53位于模式损耗作用区域55的下方。应注意，在与注入电流的电流注入区域51充分隔开的区域中，模式损耗作用区域55的投影图像和电流非注入外侧区域53的投影图像可以彼此不重叠。此处，虽然在堆叠结构20上形成了不注入电流的电流非注入区域52和53，但是在所示的示例中，电流非注入区域52和53在厚度方向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。然而，电流非注入区52和53在厚度方向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，或者可以形成在整个第二化合物半导体层22上，或者可以形成在第二化合物半导体层22和活性层23之上。
模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54由诸如SiO2等介电材料形成，并且在工作示例1或工作示例2至5中的任一个的发光元件中，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的光学厚度可以被设置为从由发光元件产生的光的四分之一波长的整数倍偏移的值。或者，也可以将模式损耗作用部分54的光学厚度设定为由发光元件产生的光的波长的四分之一的整数倍。换言之，模式损耗作用部分54的光学厚度可以设定为这种厚度，使得由发光元件产生的光的相位不被干扰并且驻波不被破坏。然而，模式损耗作用部分54的光学厚度不必严格地等于四分之一波长的整数倍，而必须仅仅满足
(λ/4n0)×m-(λ/8n0)≤t0≤(λ/4n0)×2m+(λ/8n0)。
特别地，在由发光元件产生的光的四分之一波长的值为“100”的情况下，优选地，模式损耗作用部分54的光学厚度为约25到250。此外，通过采用上述配置，可以改变通过模式损耗作用部分54的激光与通过电流注入区域51的激光之间的相位差(可以控制相位差)，并且可以以依然更高的自由度进行振荡模式损耗的控制，并且可以进一步提高发光元件的设计自由度。
在工作示例1中，将电流注入区域51与电流非注入内侧区域52之间的边界的形状制造为圆形(直径：8μm)，并且电流非注入内侧区域52和电流非注入外侧区域53之间的边界的形状制造为圆形(直径：12μm)。特别地，当电流注入区域51的投影图像的面积由S1表示，并且电流非注入内侧区域52的投影图像的面积由S2表示的情况下，满足
0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7。
尤其地，满足
S1/(S1+S2)＝82/122＝0.44。
在下文所述的工作示例1或工作示例2至3和5中的任一个的发光元件中，在所述电流注入区域51中的活性层23与所述第二化合物半导体层22的第二面的光学距离由L2表示，并且所述模式损耗作用区域55中的活性层22与所述模式损耗作用部分54的顶面的光学距离由L0表示的情况下，满足
L0>L2。尤其地，该距离被设定为满足
L0/L2＝1.5。
然后，具有更高模式的生成光由模式损耗作用区域55朝向由所述第一光反射层41和所述第二光反射层42配置的所述谐振器结构的外侧散发，由此振荡模式损耗增加。特别地，虽然随着在模式损耗作用区域55的投影图像中与Z轴的距离的增加，生成的基本模式和更高模式的光场强度由于存在作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域55而减小(参考图11的(B)的概念图)，但更高模式的模式损耗大于基本模式的光场强度的降低。因此，基本模式可以进一步稳定，并且可以实现阈值电流的降低，并且可以提高基本模式的相对光场强度。此外，由于更高阶的光场强度的边缘部分比传统发光元件(参考图11的(A))离电流注入部分更远，所以可以实现减少逆透镜效果的影响。应注意，在没有设置由SiO2制成的模式损耗作用部分54的情况下，发生振荡模式混合。
第一化合物半导体层21由n-GaN层形成，活性层23由In0.04Ga0.96N层(阻挡层)和In0.16Ga0.84N(阱层)堆叠的五倍多量子阱结构形成，而第二化合物半导体层22由p-GaN层形成。此外，第一电极31由Ti/Pt/Au构成，第二电极32由透明导电材料构成，特别是由ITO构成。在模式损耗作用部分54处形成圆形开口54A，并且第二化合物半导体层22暴露于圆形开口54A的底部。在第一电极31的边缘部分，形成或连接例如由Ti/Pt/Au或V/Pt/Au构成的焊盘电极(未示出)，用于建立与外部电极或电路的电连接。在第二电极32的边缘部分，形成或连接例如由Ti/Pd/Au或Ti/Ni/Au构成的焊盘电极33，用于建立与外部电极或电路的电连接。第一光反射层41和第二光反射层42由SiN层和SiO2层的堆叠结构(介电薄膜的总层数：20层)构成。虽然第一光反射层41和第二光反射层42以这种方式具有多层结构，但是为了简化附图，由一层表示。从第一光反射层41到第二光反射层42的距离等于或大于0.15μm，并且等于或小于50μm，特别例如为4.5μm。
在工作示例1的发光元件中，通过离子注入堆叠结构20来形成电流非注入内侧区域52和电流非注入外侧区域53。虽然例如选择硼作为离子种类，但是离子种类不限于硼离子。
下面，参考作为堆叠结构等的示意性局部端视图的图2A、2B和2C，描述工作示例1的发光元件的制造方法。
【步骤100】
首先，在发光元件制造衬底11上形成由多层膜形成并具有投射形状的第一光反射层41。特别地，由多层膜形成并图案化的第一光反射层41由已知的方法形成在由GaN衬底形成的发光元件制造衬底11的第一面11a上。可以以这种方式获得图2A所示的结构。第一光反射层41的形状为盘状。然而，第一光反射层41的形状不限于此。
【步骤110】
然后，在包括第一光反射层41的发光元件制造衬底11上，堆叠
由GaN基化合物半导体制成的并且具有第一面21a和与第一面21a相对的第二面21b第一化合物半导体层21，
由GaN基化合物半导体制成的并且与第一化合物半导体层21的第二面21b接触的活性层(发光层)23，以及
由GaN基化合物半导体制成的、具有与第一面22a相对的第一面22a和第二面22b，并且在其第一面22a处与活性层23接触第二化合物半导体层22，
以形成堆叠结构20。具体地，可以通过使用诸如ELO等横向外延生长方法通过横向生长形成由n-GaN制成的第一化合物半导体层21，并且通过外延生长法在第一化合物半导体层21上进一步形成活性层23和第二化合物半导体层22来获得堆叠结构20。
【步骤120】
此后，通过使用硼离子的离子注入法在堆叠结构20上形成电流非注入内侧区域52和电流非注入外侧区域53。
【步骤130】
然后，在第二化合物半导体层22的第二面22b上，通过已知的方法(参考图2B)形成具有开口54A并由SiO2制成的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54。
【步骤140】
此后，在从暴露于开口54A的底面的第二化合物半导体层22的第二面22b到模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54的区域上例如通过剥离方法形成第二电极32，此外，通过已知的方法形成焊盘电极33。可以以这种方式获得在图2C所示的结构。然后，通过已知方法在从第二电极32到焊盘电极33的区域上形成第二光反射层42。可以以这种方式获得在图1所示的结构。此后，通过已知的方法在发光元件制造衬底11的第二面11b上形成第一电极31等，进一步进行所谓的元件分离，以分离发光元件和侧面，并且堆叠结构的露出面涂覆有例如由SiO2制成的绝缘膜。然后，执行包装或密封，以完成工作示例1的发光元件。
在工作示例1的发光元件中，在堆叠结构上形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内侧区域和围绕电流非注入内侧区域的电流非注入外侧区域，并且模式损耗作用区域的投影图像和电流非注入外侧区域的投影图像彼此重叠。因此，如图11的(B)的概念图所示，可以将振荡模式损耗的增加或减少(特别是在工作示例1中的增加)控制到期望的状态。然后，结果，可以解决常规发光元件中的这种问题，例如，阈值电流的增加或斜率效应的劣化。例如，可以通过减少基本模式的振荡模式损耗来实现阈值电流的降低。此外，由于可以独立于彼此控制提供振荡模式损耗的区域和有助于其中注入电流的发光的区域，所以发光元件的控制自由度和设计自由度可以增加。特别地，通过以上述预定设置关系设置电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域，可以控制由模式损耗作用区域提供给基本模式和更高模式的振荡模式损耗的大小的关系，并且通过相对于提供给基本模式的振荡模式损耗，将提供给更高模式的振荡模式损耗设置得较高，基本模式可以进一步稳定。
工作示例2
工作示例2是对工作示例1的修改，涉及根据本公开的第1-B模式的发光元件。如图3的示意性局部剖视图所示，在工作示例2的发光元件中，所述电流非注入内侧区域52和所述电流非注入外侧区域53是通过在所述第二化合物半导体层22的第二面上的等离子体照射、用于所述第二化合物半导体层22的第二面的灰化工艺或用于所述第二化合物半导体层22的第二面的反应离子蚀刻工艺(RIE)而形成的。然后，由于电流非注入内侧区域52和电流非注入外侧区域53以这种方式暴露于等离子体粒子(特别是氩、氧、氮等)中，随着第二化合物半导体层22的导电性而发生劣化，并且电流非注入内侧区域52和电流非注入外侧区域53被置于高电阻状态。换言之，通过将第二化合物半导体层22的第二面22b暴露于等离子体粒子而形成电流非注入内侧区域52和电流非注入外侧区域53。
另外，在工作示例2中，将电流注入区域51与电流非注入内侧区域52之间的边界的形状制造为圆形(直径：8μm)，并且电流非注入内侧区域52和电流非注入外侧区域53之间的边界的形状制造为圆形(直径：15μm)。特别地，当电流注入区域51的投影图像的面积由S1表示，并且电流非注入内侧区域52的投影图像的面积由S2表示的情况下，满足
0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7。
尤其地，满足
S1/(S1+S2)＝102/152＝0.44。
在工作示例2中，所述电流非注入内侧区域52和所述电流非注入外侧区域53可以通过在所述第二化合物半导体层22的第二面上的等离子体照射、对所述第二化合物半导体层22的第二面的灰化工艺或对所述第二化合物半导体层22的第二面的反应离子蚀刻工艺而形成在堆叠结构20中，代替工作示例1中的【步骤120】。
除了上述之外，工作示例2的发光元件的部件和结构可以与工作示例1的发光元件的部件和结构相似，因此在此省略其详细描述。
另外，在工作示例2或下文描述的工作示例3的发光元件中，通过如上所述将电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域设定为预定的排列关系，可以控制由模式损耗作用区域提供到基本模式和更高模式的振荡模式损耗，并且通过相对于提供给基本模式的振荡模式损耗，将提供给更高模式的振荡模式损耗设置得较高，基本模式可以进一步稳定。
工作示例3
工作示例3是对工作示例1和2的修改，并且涉及根据本公开的第1-C模式的发光元件。如图4的示意性局部剖视图所示，在工作示例3的发光元件中，第二光反射层42具有将来自所述第一光反射层41的光朝向由所述第一光反射层41和所述第二光反射层42配置成的谐振器结构(即朝向模式损耗作用区域55)的外侧反射或散射的区域。特别地，位于模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54的侧壁上方(开口54B的侧壁上方)的第二光反射层42的一部分具有向前锥形倾斜部分42A或具有朝向第一光反射层41投射地弯曲的区域。
在工作示例3中，将电流注入区域51和电流非注入内侧区域52之间的边界的形状制造成圆形(直径：8μm)，并且电流非注入内侧区域52和电流非注入外侧区域53之间的边界的形状制造成圆形(直径：10到20μm)。
在工作示例3中，在与工作示例1的【步骤130】类似的步骤中，形成具有开口54B并由SiO2制成的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54时，可以形成具有向前锥形侧壁的开口54B。特别地，在形成在第二化合物半导体层22的第二面22b上的模式损耗作用层上形成抗蚀剂层，并且通过光刻技术在要形成开口54B的抗蚀剂层的一部分处设置开口。通过已知的方法，开口的侧壁以向前锥形的方式形成。然后，通过进行蚀刻回退，可以在模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54处形成具有向前锥形侧壁的开口54B。此外，通过如上所述在模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54上形成第二电极32和第二光反射层42，可以在第二光反射层42上设置向前锥形的倾斜部分42A。
除了上述之外，工作示例3的发光元件的部件和结构可以与工作示例1和2的发光元件的部件和结构相似，因此在此省略其详细描述。
工作示例4
工作示例4是对工作示例1到3的修改，涉及根据本公开的1-D模式的发光元件。如作为工作示例4的发光元件的示意性局部剖视图的图5和作为切除主要部分的示意性局部剖视图的图6所示，在第二化合物半导体层22的第二面22b侧形成有凸出部分22A。此外，如图5和图6所示，在围绕凸出部分22A的第二化合物半导体层22的第二面22b的区域22B上形成模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54。凸出部分22A占据电流注入区域51或电流注入区域51和电流非注入内侧区域52。模式损耗作用部分(模式损耗作用层)54由介电材料制成，例如，SiO2，类似于工作示例1中。在区域22B中，设置了电流非注入外侧区域53。在从电流注入区域51中的活性层23到第二化合物半导体层22的第二面的光学距离由L2表示，并且所述模式损耗作用区域55中的活性层与所述模式损耗作用部分54的顶面的光学距离由L0表示的情况下，满足
L0<L2。特别地，光学距离L0和L2被设定为满足
L2/L0＝1.5。
通过该配置，在发光元件中产生透镜效应。
在工作示例4的发光元件中，具有更高模式的生成光由模式损耗作用区域55限制在所述电流注入区域51和所述电流非注入内侧区域52，由此振荡模式损耗降低。特别地，由于存在作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域55，所以在电流注入区域51和电流非注入内侧区域52的投影图像中，所产生的基本模式和更高模式的光场强度增加。
在工作示例4中，将电流注入区域51和电流非注入内侧区域52之间的边界的形状制造成圆形(直径：8μm)，并且电流非注入内侧区域52和电流非注入外侧区域53之间的边界的形状制造成圆形(直径：30μm)。
在工作示例4中，凸出部分22A可以在工作示例1的【步骤120】和【步骤130】之间通过从第二面22b侧去除第二化合物半导体层22的一部分而形成。
除了上述之外，工作示例4的发光元件的部件和结构可以与工作示例1的发光元件的部件和结构相似，因此在此省略其详细描述。在工作示例4的发光元件中，抑制由模式损耗作用区域提供给各种模式的振荡模式损耗，从而允许以多模式振荡横向模式，并且允许减小激光振荡的阈值。此外，如图11的(C)的概念图所示，由于存在作用于振荡模式损耗的增加或减少(特别是在工作示例4中的减少)的模式损耗作用区域，所以可以在电流注入区域和电流非注入内侧区域的投影图像中增加所产生的基本模式和更高模式的光场强度。
工作示例5
工作示例5是对工作示例1到4的修改。下文描述的工作示例5或工作示例6的发光元件由通过第一光反射层41从第一化合物半导体层21的顶面发射激光的表面发射激光元件(垂直谐振器激光器VCSEL)配置成。
在工作示例5的发光元件中，如作为示意性局部剖视图的图7所示，第二光反射层42采用焊接法通过由金(Au)层或包含锡(Sn)的焊锡层形成的接合层43固定到由硅半导体衬底配置成的支撑衬底44。
下面描述工作示例5的发光元件的制造方法。
【步骤500】
首先，例如，通过与工作示例1中的【步骤100】至【步骤140】类似的步骤，可以获得图1所示的状态。或者，执行上文结合工作示例2至4描述的发光元件的各种制造步骤。
【步骤510】
此后，第二光反射层42通过接合层43固定到支撑衬底44。
【步骤520】
然后，去除发光元件制造衬底11，露出第一化合物半导体层21的第一面21a和第一光反射层41。特别地，发光元件制造衬底11的厚度首先由机械抛光方法减小，然后通过CMP方法去除发光元件制造衬底11的剩余部分。以这种方式露出第一化合物半导体层21的第一面21a和第一光反射层41。
【步骤530】
此后，第一电极31形成在第一化合物半导体层21的第一面21a上。可以以这种方式获得具有图7所示的结构的工作示例5的发光元件。
另外，在工作示例5的发光元件中，通过以预定的排列关系设置电流注入区域、电流非注入区域和模式损耗作用区域，可以控制由模式损耗作用区域提供给基本模式和更高模式的振荡模式损耗的大小关系，并且通过相对于提供给基本模式的振荡模式损耗使提供给更高模式的振荡模式损耗较大，基本模式可以进一步稳定。
在工作示例5的发光元件的制造中，在第一光反射层保持形成的状态下去除发光元件制造衬底。因此，由于第一光反射层在去除发光元件制造衬底时起到一种阻挡作用，因此，可以抑制发光元件制造衬底平面中的发光元件制造衬底的去除分散的发生和第一化合物半导体层的厚度分散，并且可以预期谐振器的长度均匀化。结果，可以实现所得到的发光元件的特性的稳定化。此外，由于第一光反射层和第一化合物半导体层之间的界面中的第一化合物半导体层(平坦面)的表面变平，因此可以使来自平坦面的激光的散射最小化。
在上面描述并且在图7描绘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隔开。换言之，第一光反射层41和第一电极31彼此间隔开，换言之，在其间具有偏移，间隔距离在1mm以内，更特别是例如平均为0.05mm。然而，发光元件不限于如上所述的这种结构的发光元件，而是第一电极31的端部可以与第一光反射层41接触，或者可以在第一光反射层41的边缘部分上形成第一电极31的端部。
此外，在首先执行与工作示例1的【步骤110】至【步骤140】类似的步骤，省略了工作示例1中的【步骤100】之后，可以执行【步骤510】和【步骤520】，以露出第一化合物半导体层21的第一面21a，然后，第一光反射层41和第一电极31形成在第一化合物半导体层21的第一面21a上。在图8中示出以这种方式获得的发光元件的示意性局部剖视图。或者，当第一光反射层41形成在第一化合物半导体层21的第一面21a上时，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的第一面21a上形成凹部，使得第一光反射层41形成在凹部中。此外，在这种情况下，如果凹部的侧壁是向前锥形，则可以获得根据本公开的第1-C模式的发光元件(参考图9)。换言之，第一光反射层41具有将来自所述第二光反射层42的光朝向由所述第一光反射层41和所述第二光反射层42配置成的谐振器结构的外侧反射或散射的区域(倾斜部41A)。
工作示例6
工作示例6涉及根据本公开的第二模式的发光元件，更具体地，涉及根据本公开的第2-A模式的发光元件。更具体地，工作示例6的发光元件包括通过第一光反射层41从第一化合物半导体层21的顶面发射激光的表面发射激光元件(垂直谐振器激光器VCSEL)。
图10中示出了其示意性局部端视图的工作示例6的发光元件包括：
(a)堆叠结构20，其中，
由GaN基化合物半导体制成的并且具有第一面21a和与第一面21a相对的第二面21b第一化合物半导体层21，
由GaN基化合物半导体制成的并且与第一化合物半导体层21的第二面21b接触的活性层(发光层)23，以及
由GaN基化合物半导体制成的，具有第一面22a和与第一面22a相对的第二面22b，并且在其第一面22a处与活性层23接触的第二化合物半导体层22，
堆叠；
(b)形成在第二化合物半导体层22的第二面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)设置在第一化合物半导体层21的第一面21a上并且配置作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域65的模式损耗作用部分64；
(e)在从第一化合物半导体层21的第一面21a到模式损耗作用部分64的区域上形成的第一光反射层41；以及
(f)电连接到第一化合物半导体层21的第一电极31。应注意，在工作示例6的发光元件中，第一电极31形成在第一化合物半导体层21的第一面21a上。
因此，在堆叠结构20上，形成电流注入区域61、围绕电流注入区域61的电流非注入内侧区域62和围绕电流非注入内侧区域62的电流非注入外侧区域63，并且模式损耗作用区域65的投影图像和电流非注入外侧区域63的投影图像彼此重叠。此处，尽管电流非注入区域62和63形成在堆叠结构20上，但是在所示的示例中，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的一部分的区域上。然而，电流非注入区域62和63可以在厚度方向上形成在第二化合物半导体层22的第二电极侧的区域中，或者可以形成在整个第二化合物半导体层22上，或者可以形成在第二化合物半导体层22和活性层23上。
堆叠结构20、焊盘电极33、第一光反射层41和第二光反射层42的配置可以与工作示例1中的配置相同，可以使接合层43和支撑衬底44的配置类似于工作示例5中的配置。在模式损耗作用部分64处形成圆形开口64A，并且第一化合物半导体层21的第一面21a暴露于开口64A的底部。
模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64由诸如SiO2等介电材料形成，并且形成在第一化合物半导体层21的第一面21a上。模式损耗作用部分64的光学厚度可以被设置为从由发光元件产生的光的四分之一波长的整数倍偏移的值。或者，也可以将模式损耗作用部分64的光学厚度设定为由发光元件产生的光的波长的四分之一的整数倍。换言之，模式损耗作用部分64的光学厚度可以设定为这种厚度，使得由发光元件产生的光的相位不被干扰并且驻波不被破坏。然而，模式损耗作用部分64的光学厚度不必严格地等于四分之一波长的整数倍，而必须仅仅满足
(λ/4n0)×m-(λ/8n0)≤t0≤(λ/4n0)×2m+(λ/8n0)。
特别地，在由发光元件产生的光的四分之一波长的值为“100”的情况下，优选地，模式损耗作用部分64的光学厚度为约25到250。此外，通过采用上述配置，可以改变通过模式损耗作用部分64的激光与通过电流注入区域61的激光之间的相位差(可以控制相位差)，并且可以以依然更高的自由度进行振荡模式损耗的控制，并且可以进一步提高发光元件的设计自由度。
在工作示例6中，将电流注入区域61与电流非注入内侧区域62之间的边界的形状制造为圆形(直径：8μm)，并且电流非注入内侧区域62和电流非注入外侧区域63之间的边界的形状制造为圆形(直径：15μm)。特别地，当电流注入区域61的投影图像的面积由S1'表示，并且电流非注入内侧区域62的投影图像的面积由S2'表示的情况下，满足
0.01≤S1'/(S1'+S2')≤0.7。
尤其地，满足
S1'/(S1'+S2')＝82/152＝0.28。
在工作示例6的发光元件中，在所述电流注入区域61中的活性层23与所述第一化合物半导体层22的第一面的光学距离由L1'表示，并且所述模式损耗作用区域65中的活性层22与所述模式损耗作用部分64的顶面(与第一电极31相对的面)的光学距离由L0'表示的情况下，满足
L0'>L1'。尤其地，该距离被设定为满足
L0'/L1'＝1.01。
因此，具有更高模式的生成光由模式损耗作用区域65朝向由所述第一光反射层41和所述第二光反射层42配置的所述谐振器结构的外侧散发，由此振荡模式损耗增加。特别地，虽然随着在模式损耗作用区域65的投影图像中与Z轴的距离的增加，生成的基本模式和更高模式的光场强度由于存在作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域65而减小(参考图11的(B)的概念图)，但更高模式的模式损耗大于基本模式的光场强度的降低。因此，基本模式可以进一步稳定，并且可以实现阈值电流的降低，并且可以提高基本模式的相对光场强度。
在工作示例6的发光元件中，类似于工作示例1，通过离子注入到堆叠结构20中，形成电流非注入内侧区域62和电流非注入外侧区域63。虽然，例如，选择硼作为离子种类，离子种类不限于硼离子。
下面描述工作示例6的发光元件的制造方法。
【步骤600】
首先，在发光元件制造衬底11上，形成堆叠结构20，包括堆叠在其上的
由GaN基化合物半导体制成的并且具有第一面21a和与第一面21a相对的第二面21b的第一化合物半导体层21，，
由GaN基化合物半导体制成的并且与第一化合物半导体层21的第二面21b接触的活性层(发光层)23，以及
由GaN基化合物半导体制成的，具有与第一面22a相对的第一面22a和第二面22b，并且在其第一面22a处与活性层23接触的第二化合物半导体层22。特别地，可以通过使用诸如ELO等横向外延生长方法通过横向生长形成由n-GaN制成的第一化合物半导体层21，并且通过外延生长法在第一化合物半导体层21上进一步形成活性层23和第二化合物半导体层22来获得堆叠结构20。
【步骤610】
此后，通过使用硼离子的离子注入法在堆叠结构20上形成电流非注入内侧区域62和电流非注入外侧区域63。
【步骤620】
然后，在第二化合物半导体层22的第二面22b上，例如，通过剥离法形成第二电极32，并且通过已知的方法形成焊盘电极33。此后，通过已知方法在从第二电极32到焊盘电极33的区域上形成第二光反射层42。
【步骤630】
此后，第二光反射层42通过接合层43固定到支撑衬底44。
【步骤640】
然后，去除发光元件制造衬底11，露出第一化合物半导体层21的第一面21a。特别地，首先通过机械抛光法减少发光元件制造衬底11的厚度，然后，通过CMP方法去除发光元件制造衬底11的剩余部分。以这种方式露出第一化合物半导体层21的第一面21a。
【步骤650】
此后，通过已知的方法在第一化合物半导体层21的第一面21a上形成由SiO2制成并具有开口64A的模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64。
【步骤660】
此后，在从暴露于模式损耗作用部分64的开口64A的底部的第一化合物半导体层21的第一面21a到模式损耗作用部分64的区域上形成由多层膜形成的第一光反射层41，并且还形成第一电极31。可以以这种方式获得具有图10所示的结构的工作示例6的发光元件。
【步骤670】
此后，进行所谓的元件分离，以分离发光元件，堆叠结构的侧面和露出面涂覆有例如由SiO2制成的绝缘膜。然后，执行包装或密封，以完成工作示例6的发光元件。
另外，在工作示例6的发光元件中，在堆叠结构上形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内侧区域和围绕电流非注入内侧区域的电流非注入外侧区域，并且模式损耗作用区域的投影图像和电流非注入外侧区域的投影图像重叠。因此，可以将振荡模式损耗的增加或减小(特别是在工作示例6中的增加)设定为期望状态，如图11的(B)的概念图所示。此外，由于可以独立于彼此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，所以发光元件的控制自由度和设计自由度可以提高。特别地，通过将电流注入区域、电流非注入内侧区域和模式损耗作用区域设定为上述预定排列关系，可以控制由模式损耗作用区域提供给基本模式和更高模式的振荡模式损耗的大小关系，并且通过使提供给更高模式的振荡模式损耗比提供给基本模式的振荡模式损耗更大，基本模式可以更稳定。此外，还可以实现减少逆透镜效应的影响。
另外，在工作示例6中，与工作示例2中一样，所述电流非注入内侧区域62和所述电流非注入外侧区域63是通过在所述第二化合物半导体层22的第二面上的等离子体照射、对所述第二化合物半导体层22的第二面的灰化工艺或对所述第二化合物半导体层22(根据本公开的第2-B模式的发光元件)的第二面的反应离子蚀刻工艺(RIE)而形成的。通过以这种方式将电流非注入内侧区域62和电流非注入外侧区域63暴露于等离子体粒子中，第二化合物半导体层22的导电性发生劣化，并且电流非注入内侧区域62和电流非注入外侧区域63被置于高电阻状态。换言之，通过将第二化合物半导体层22的第二面22b暴露于等离子体粒子而形成电流非注入内侧区域62和电流非注入外侧区域63。
此外，与工作示例3中一样，也可以将第二光反射层42配置成使得其具有将来自所述第一光反射层41的光朝向由所述第一光反射层41和所述第二光反射层42配置成的谐振器结构(即朝向模式损耗作用区域65)的外侧反射或散射的区域(根据本公开的第2-C模式的发光元件)。或者，与工作示例5中一样，当第一光反射层41形成在第一化合物半导体层21的第一面21a上时，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的第一面21a上形成凹部，在该凹部中，形成第一光反射层41，并且该凹部具有向前倾斜的锥形形状(根据本公开的第2-C'模式的发光元件)。
此外，与工作示例4中一样，也可以在第一化合物半导体层21的第一面21a侧形成凸出部分，同时在围绕凸出部分(根据本公开的第2-D模式的发光元件)的第一化合物半导体层21的第一面21a的区域上形成模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64。模式损耗作用部分(模式损耗作用层)64可以形成在围绕凸出部分的第一化合物半导体层21的第一面21a的区域上。凸出部分占据电流注入区域61或电流注入区域61和电流非注入内侧区域62。由此，具有更高模式的所产生的激光通过模式损耗作用区域65限制在电流注入区域61和电流非注入内侧区域62中，因此，振荡模式损耗减小。特别地，由于存在作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域65，所以在电流注入区域61和电流非注入内侧区域62的投影图像中，所产生的基本模式和更高模式的光场强度增加。另外，在如上所述具有这种配置的工作示例6的发光元件的修改中，可以将由模式损耗作用区域65提供的振荡模式损耗抑制成各种模式，从而不仅允许横向模式以多模式振荡，但也降低了激光振荡的阈值。此外，由于存在作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域65(特别是在工作示例6的发光元件的修改中，在减少时)，所以如图11(C)的概念图所示，在电流注入区域和电流非注入内侧区域的投影图像中，所产生的基本模式和更高模式的光场强度可以增加。
在一些情况下，可以在第一化合物半导体层21的第一面21a侧形成凸出部分(台面结构)，使得围绕凸出部分的第一化合物半导体层21的区域形成为模式损耗作用区域(模式损耗作用部分)。特别地，在这种情况下，可以省略模式损耗作用层的形成，同时模式损耗作用部分由围绕凸出部分的第一化合物半导体层的区域形成。然后，第一光反射层41可以形成在凸出部分的顶面上。凸出部分占据电流注入区域61或电流注入区域61和电流非注入内侧区域62。由此，具有高模式的所产生的激光通过模式损耗作用区域限制在电流注入区域61和电流非注入内侧区域62中，因此，振荡模式损耗减小。特别地，由于存在作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域，所以在电流注入区域61和电流非注入内侧区域62的投影图像中，所产生的基本模式和更高模式的光场强度增加。另外，在如上所述具有这种配置的工作示例6的发光元件的修改中，可以将由模式损耗作用区域提供的振荡模式损耗抑制成各种模式，从而不仅允许横向模式以多模式振荡，但也降低了激光振荡的阈值。此外，由于存在作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域(特别是在工作示例6的发光元件的修改中，在减少时)，所以如图11(C)的概念图所示，在电流注入区域和电流非注入内侧区域的投影图像中，所产生的基本模式和更高模式的光场强度可以增加。
尽管上面基于优选模式描述了本公开，但是本公开不限于实施例。结合实施例描述的发光元件的配置和结构是示例性的并且可以适当地改变，并且还可以适当地改变发光元件的制造方法。在一些情况下，可以通过适当地选择接合层或支撑衬底来形成从第二化合物半导体层的顶面通过第二光反射层发光的表面发射激光元件。通过在形成第一光反射层和第一电极之后去除支撑衬底，也可以完成从第二化合物半导体层的顶面通过第二光反射层发光的表面发射激光元件。或者，通过将第一光反射层固定到第二支撑衬底，然后去除支撑衬底，以露出第二光反射层，也可以完成从第二化合物半导体层的顶面通过第二光反射层发光的表面发射激光元件。
应注意，本公开可以采取以下配置。
【A01】<<发光元件：第一模式>>
一种发光元件，包括：
(A)通过堆叠以下层而配置成的堆叠结构：
由GaN基化合物半导体制成的并且具有第一面和与第一面相对的第二面的第一化合物半导体层，
由GaN基化合物半导体制成的并且与第一化合物半导体层的第二面接触的活性层，以及
由GaN基化合物半导体制成的、具有第一面和与第一面相对的第二面，并且在其第一面与活性层接触的第二化合物半导体层；
(B)模式损耗作用部分，其设置在第二化合物半导体层的第二面上并且配置作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域；
(C)第二电极，其形成在从第二化合物半导体层的第二面到模式损耗作用部分的区域上；
(D)第二光反射层，其形成在第二电极上；
(E)第一光反射层，其形成在第一化合物半导体层的第一面上；以及
(F)第一电极，其电连接到第一化合物半导体层，
其中，在堆叠结构上形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内侧区域和围绕电流非注入内侧区域的电流非注入外侧区域，并且
所述模式损耗作用区域的投影图像和所述电流非注入外侧区域的投影图像彼此重叠。
【A02】根据【A01】所述的发光元件，其中，所述电流非注入外侧区域位于所述模式损耗作用区域的下方。
【A03】根据【A01】或【A02】所述的发光元件，其中，所述电流注入区域的投影图像的面积由S1表示，并且所述电流非注入内侧区域的投影图像的面积由S2表示的情况下，满足
0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7。
【A04】根据【A01】至【A03】中任一项所述的发光元件，其中，所述电流非注入内侧区域和所述电流非注入外侧区域通过离子注入堆叠结构内而形成。
【A05】根据【A04】所述的发光元件，其中，所述离子种类为选自包括硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅的组中的至少一个的离子。
【A06】根据【A01】至【A05】中任一项所述的发光元件，其中，所述电流非注入内侧区域和所述电流非注入外侧区域是通过在所述第二化合物半导体层的第二面上的等离子体照射、对所述第二化合物半导体层的第二面的灰化工艺或对所述第二化合物半导体层的第二面的反应离子蚀刻工艺而形成的。
【A07】根据【A01】至【A06】中任一项所述的发光元件，其中，所述第二光反射层具有将来自所述第一光反射层的光朝向由所述第一光反射层和所述第二光反射层配置成的谐振器结构的外侧反射或散射的区域。
【A08】根据【A04】至【A07】中任一项所述的发光元件，其中，在所述电流注入区域中的活性层与所述第二化合物半导体层的第二面的光学距离由L2表示，并且所述模式损耗作用区域中的活性层与所述模式损耗作用部分的顶面的光学距离由L0表示的情况下，满足
L0>L2。
【A09】根据【A04】至【A08】中任一项所述的发光元件，其中，具有更高模式的生成光由模式损耗作用区域朝向由所述第一光反射层和所述第二光反射层配置的所述谐振器结构的外侧散发，由此振荡模式损耗增加。
【A10】根据【A04】至【A09】中任一项所述的发光元件，其中，所述模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料制成。
【A11】根据【A10】所述的发光元件，
其中，所述模式损耗作用部分由介电材料制成，并且
所述模式损耗作用部分的光学厚度是从由发光元件产生的光的四分之一波长的整数倍偏移的值。
【A12】根据【A10】所述的发光元件，
其中，所述模式损耗作用部分由介电材料制成，并且
所述模式损耗作用部分的光学厚度是由发光元件产生的光的四分之一波长的整数倍。
【A13】根据【A01】至【A03】中任一项所述的发光元件，
其中，在所述第二化合物半导体层的第二面侧形成有凸出部分，并且
所述模式损耗作用部分形成在围绕凸出部分的第二化合物半导体层的第二面的区域上。
【A14】根据【A13】所述的发光元件，其中，在电流注入区域中的活性层与所述第二化合物半导体层的第二面的光学距离由L2表示，并且所述模式损耗作用区域中的活性层与所述模式损耗作用部分的顶部的光学距离由L0表示的情况下，满足
L0<L2。
【A15】根据【A13】或【A14】所述的发光元件，其中，具有更高模式的生成光由模式损耗作用区域限制在所述电流注入区域和所述电流非注入内侧区域，由此振荡模式损耗降低。
【A16】根据【A13】至【A15】中任一项所述的发光元件，其中，所述模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料制成。
【A17】根据【A01】至【A16】中任一项所述的发光元件，其中，所述第二电极由透明导电材料制成。
【B01】<<发光元件：第二模式>>
一种发光元件，包括：
(a)通过堆叠以下层而配置成的堆叠结构：
由GaN基化合物半导体制成的并且具有第一面和与第一面相对的第二面的第一化合物半导体层，
由GaN基化合物半导体制成的并且与第一化合物半导体层的第二面接触的活性层，以及
由GaN基化合物半导体制成的、具有第一面和与第一面相对的第二面，并且在其第一面与活性层接触的第二化合物半导体层；
(b)第二电极，其形成在从第二化合物半导体层的第二面上；
(c)第二光反射层，其形成在第二电极上；
(d)模式损耗作用部分，其设置在第一化合物半导体层的第一面上并且配置作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域；
(e)第一光反射层，其形成在从第一化合物半导体层的第一面到模式损耗作用部分的区域上；以及
(f)第一电极，其电连接到第一化合物半导体层，
其中，在堆叠结构上形成有电流注入区域、围绕电流注入区域的电流非注入内侧区域和围绕电流非注入内侧区域的电流非注入外侧区域，并且
所述模式损耗作用区域的投影图像和所述电流非注入外侧区域的投影图像彼此重叠。
【B02】根据【B01】所述的发光元件，其中，所述电流注入区域的投影图像的面积由S1表示，并且所述电流非注入内侧区域的投影图像的面积由S2表示的情况下，满足
0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7。
【B03】根据【B01】或【B02】的发光元件，其中，所述电流非注入内侧区域和所述电流非注入外侧区域通过离子注入堆叠结构内而形成。
【B04】根据【B03】所述的发光元件，其中，所述离子种类为选自包括硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅的组中的至少一个的离子。
【B05】根据【B01】到【B04】中任一项所述的发光元件，其中，所述电流非注入内侧区域和所述电流非注入外侧区域是通过在所述第二化合物半导体层的第二面上的等离子体照射、对所述第二化合物半导体层的第二面的灰化工艺或对所述第二化合物半导体层的第二面的反应离子蚀刻工艺而形成的。
【B06】根据【B01】到【B05】中任一项所述的发光元件，其中，所述第二光反射层具有将来自所述第一光反射层的光朝向由所述第一光反射层和所述第二光反射层配置成的谐振器结构的外侧反射或散射的区域。
【B07】根据【B03】到【B06】中任一项所述的发光元件，其中，在所述电流注入区域中的活性层与所述第一化合物半导体层的第一面的光学距离由L1'表示，并且所述模式损耗作用区域中的活性层与所述模式损耗作用部分的顶面的光学距离由L0'表示的情况下，满足
L0'>L1'。
【B08】根据【B03】到【B07】中任一项所述的发光元件，其中，具有更高模式的生成光由模式损耗作用区域朝向由所述第一光反射层和所述第二光反射层配置的所述谐振器结构的外侧散发，由此振荡模式损耗增加。
【B09】根据【B03】到【B08】中任一项所述的发光元件，其中，所述模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料制成。
【B10】根据【B09】所述的发光元件，
其中，所述模式损耗作用部分由介电材料制成，并且
所述模式损耗作用部分的光学厚度是从由发光元件产生的光的四分之一波长的整数倍偏移的值。
【B11】根据【B09】所述的发光元件，
其中，所述模式损耗作用部分由介电材料制成，并且
所述模式损耗作用部分的光学厚度是由发光元件产生的光的四分之一波长的整数倍。
【B12】根据【B01】或【B02】所述的发光元件，
其中，在所述第一化合物半导体层的第一面侧形成有凸出部分，并且
所述模式损耗作用部分形成在围绕凸出部分的第一化合物半导体层的第一面的区域上。
【B13】根据【B12】所述的发光元件，其中，在所述电流注入区域中的活性层与所述第一化合物半导体层的第一面的光学距离由L1'表示，并且所述模式损耗作用区域中的活性层与所述模式损耗作用部分的顶部的光学距离由L0'表示的情况下，满足
L0'<L1'。
【B14】根据【B01】或【B02】所述的发光元件，
其中，在所述第一化合物半导体层的第一面侧形成有凸出部分，并且
所述模式损耗作用部分由围绕凸出部分的第一化合物半导体层的第一面的区域配置成。
【B15】根据【B12】到【B14】中任一项所述的发光元件，其中，所具有更高模式的生成光由模式损耗作用区域限制在所述电流注入区域和所述电流非注入内侧区域，由此振荡模式损耗降低。
【B16】根据【B12】到【B15】中任一项所述的发光元件，其中，所述模式损耗作用部分由介电材料、金属材料或合金材料制成。
【B17】根据【B01】至【B16】中任一项所述的发光元件，其中，所述第二电极由透明导电材料制成。
【附图标记列表】
11...发光元件制造衬底；11a...发光元件制造衬底的第一面；11b...发光元件制造衬底的第二面；20...堆叠结构；21...第一化合物半导体层；21a...第一化合物半导体层的第一面；21b...第一化合物半导体层的第二面；22...第二化合物半导体层；22a...第二化合物半导体层的第一面；22b..第二化合物半导体层的第二面；22A...凸部；22B...围绕凸出部分的第二化合物半导体层的第二面的区域；23...活性层(发光层)；31...第一电极；32...第二电极；33...焊盘电极；41...第一光反射层；41A...形成在第一光反射层上的向前锥形倾斜部分；42...第二光反射层；42A...形成在第二光反射层上的向前锥形倾斜部分；43...接合层；44...支撑衬底；51、61...电流注入区域；52、62...电流非注入内侧区域；53、63...电流非注入外侧区域；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上的开口；55、65...模式损耗作用区域。

Claims (21)

1.一种发光元件，包括：
(A)堆叠结构，通过堆叠以下层而配置成：
第一化合物半导体层，由GaN基化合物半导体制成并且具有第一面和与该第一面相对的第二面，
活性层，由GaN基化合物半导体制成并且与所述第一化合物半导体层的第二面接触，以及
第二化合物半导体层，由GaN基化合物半导体制成，所述第二化合物半导体层具有第一面和与该第一面相对的第二面，并且所述第二化合物半导体层在所述第二化合物半导体层的第一面处与所述活性层接触；
(B)模式损耗作用部分，设置在所述第二化合物半导体层的第二面上并且构成作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域；
(C)第二电极，形成在从所述第二化合物半导体层的第二面到所述模式损耗作用部分的一区域上；
(D)第二光反射层，形成在所述第二电极上；
(E)第一光反射层，形成在所述第一化合物半导体层的第一面上；以及
(F)第一电极，电连接到所述第一化合物半导体层，
其中，电流注入区域、围绕所述电流注入区域的电流非注入内侧区域和围绕所述电流非注入内侧区域的电流非注入外侧区域形成在所述堆叠结构上，并且
所述模式损耗作用区域的投影图像和所述电流非注入外侧区域的投影图像彼此重叠。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述电流非注入外侧区域位于所述模式损耗作用区域的下方。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述电流注入区域的投影图像的面积由S1表示，并且所述电流非注入内侧区域的投影图像的面积由S2表示，满足
0.01≤S1/(S1+S2)≤0.7。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述电流非注入内侧区域和所述电流非注入外侧区域通过将离子注入所述堆叠结构内而形成。
5.根据权利要求4所述的发光元件，其中，所述离子的种类为选自包括硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗和硅的组中的至少一种的离子。
6.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述电流非注入内侧区域和所述电流非注入外侧区域是通过在所述第二化合物半导体层的第二面上的等离子体照射、对所述第二化合物半导体层的第二面的灰化处理或对所述第二化合物半导体层的第二面的反应离子蚀刻处理而形成的。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的发光元件，其中，从所述电流注入区域中的所述活性层到所述第二化合物半导体层的第二面的光学距离由L2表示，并且从所述模式损耗作用区域中的所述活性层到所述模式损耗作用部分的顶面的光学距离由L0表示，满足
L0>L2。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的发光元件，其中，通过模式损耗作用区域将具有更高模式的生成光朝向谐振器结构的外侧散发，由此振荡模式损耗增加，所述谐振器结构由所述第一光反射层和所述第二光反射层配置成。
9.根据权利要求4至6中任一项所述的发光元件，其中，所述模式损耗作用部分由介电材料或金属材料制成。
10.根据权利要求4至6中任一项所述的发光元件，其中，所述模式损耗作用部分由合金材料制成。
11.根据权利要求9所述的发光元件，
其中，所述模式损耗作用部分由介电材料制成，并且
所述模式损耗作用部分的光学厚度是从由所述发光元件产生的光的波长的四分之一的整数倍偏移的值。
12.根据权利要求9所述的发光元件，
其中，所述模式损耗作用部分由介电材料制成，并且
所述模式损耗作用部分的光学厚度是由所述发光元件产生的光的波长的四分之一的整数倍。
13.根据权利要求1所述的发光元件，
其中，在所述第二化合物半导体层的第二面侧形成有凸出部分，并且
所述模式损耗作用部分形成在所述第二化合物半导体层的第二面的围绕所述凸出部分的区域上。
14.根据权利要求13所述的发光元件，其中，从电流注入区域中的所述活性层到所述第二化合物半导体层的第二面的光学距离由L2表示，并且从所述模式损耗作用区域中的所述活性层到所述模式损耗作用部分的顶部的光学距离由L0表示，满足
L0<L2。
15.根据权利要求13所述的发光元件，其中，通过所述模式损耗作用区域将具有更高模式的生成光限制在所述电流注入区域和所述电流非注入内侧区域，由此振荡模式损耗降低。
16.根据权利要求13所述的发光元件，其中，所述模式损耗作用部分由介电材料或金属材料制成。
17.根据权利要求13所述的发光元件，其中，所述模式损耗作用部分由合金材料制成。
18.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述第二电极由透明导电材料制成。
19.一种发光元件，包括：
(a)堆叠结构,通过堆叠以下层而配置成：
第一化合物半导体层，由GaN基化合物半导体制成并且具有第一面和与该第一面相对的第二面，
活性层，由GaN基化合物半导体制成并且与所述第一化合物半导体层的第二面接触，以及
第二化合物半导体层，由GaN基化合物半导体制成，所述第二化合物半导体层具有第一面和与该第一面相对的第二面，并且所述第二化合物半导体层在所述第二化合物半导体层的第一面处与所述活性层接触；
(b)第二电极，形成在所述第二化合物半导体层的第二面上；
(c)第二光反射层，形成在所述第二电极上；
(d)模式损耗作用部分，设置在所述第一化合物半导体层的第一面上并且构成作用于振荡模式损耗的增加或减少的模式损耗作用区域；
(e)第一光反射层，形成在从所述第一化合物半导体层的第一面到所述模式损耗作用部分的一区域上；以及
(f)第一电极，电连接到所述第一化合物半导体层，
其中，在所述堆叠结构上形成有电流注入区域、围绕所述电流注入区域的电流非注入内侧区域和围绕所述电流非注入内侧区域的电流非注入外侧区域，并且
所述模式损耗作用区域的投影图像和所述电流非注入外侧区域的投影图像彼此重叠。
20.根据权利要求19所述的发光元件，其中，所述电流非注入内侧区域和所述电流非注入外侧区域通过将离子注入所述堆叠结构内而形成。
21.根据权利要求19所述的发光元件，其中，所述电流非注入内侧区域和所述电流非注入外侧区域是通过在所述第二化合物半导体层的第二面上的等离子体照射、对所述第二化合物半导体层的第二面的灰化处理或对所述第二化合物半导体层的第二面的反应离子蚀刻处理而形成的。
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