JP7622732B2 - Light emitting element - Google Patents
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Description
本開示は、発光素子、より具体的には、面発光レーザ素子(VCSEL)から成る発光素子に関する。The present disclosure relates to a light-emitting device, more specifically, a light-emitting device comprising a vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL).
例えば、WO2018/083877A1に開示された面発光レーザ素子から成る発光素子においては、2つの光反射層(Distributed Bragg Reflector 層、DBR層)の間でレーザ光を共振させることによってレーザ発振が生じる。そして、n型化合物半導体層(第1化合物半導体層)、化合物半導体から成る活性層(発光層)及びp型化合物半導体層(第2化合物半導体層)が積層された積層構造体を有する面発光レーザ素子において、p型化合物半導体層上に透明導電材料から成る第2電極を形成し、第2電極の上に第2光反射層を形成する。また、n型化合物半導体層上に(導電性の基板上にn型化合物半導体層が形成されている場合には基板の露出面上に)、第1光反射層及び第1電極を形成する。尚、本明細書において、「上」という概念は、活性層を基準として、活性層から離れる方向を指す場合があるし、「下」という概念は、活性層を基準として、活性層に近づく方向を指す場合があるし、「凸」、「凹」という概念は、活性層を基準としている場合がある。For example, in a light-emitting element consisting of a surface-emitting laser element disclosed in WO2018/083877A1, laser oscillation occurs by resonating laser light between two light reflecting layers (Distributed Bragg Reflector layer, DBR layer). In a surface-emitting laser element having a laminated structure in which an n-type compound semiconductor layer (first compound semiconductor layer), an active layer (light-emitting layer) consisting of a compound semiconductor, and a p-type compound semiconductor layer (second compound semiconductor layer) are laminated, a second electrode consisting of a transparent conductive material is formed on the p-type compound semiconductor layer, and a second light reflecting layer is formed on the second electrode. In addition, a first light reflecting layer and a first electrode are formed on the n-type compound semiconductor layer (on the exposed surface of the substrate when the n-type compound semiconductor layer is formed on a conductive substrate). In this specification, the concept of "upper" may refer to a direction away from the active layer based on the active layer, the concept of "lower" may refer to a direction approaching the active layer based on the active layer, and the concepts of "convex" and "concave" may refer to the active layer as a reference.
ところで、第2電極を構成する透明導電材料は、一般に、高い電気抵抗値を有する。従って、活性層(発光層)の面積の拡大を図った場合、必然的に第2電極も大面積となり、第2電極、更には、活性層には、電流が均一に流れ難くなる可能性がある。However, the transparent conductive material that constitutes the second electrode generally has a high electrical resistance. Therefore, when the area of the active layer (light-emitting layer) is increased, the area of the second electrode also inevitably becomes large, and it may become difficult for current to flow uniformly through the second electrode and further through the active layer.
従って、本開示の目的は、活性層に電流を均一に流し得る構成、構造を有する発光素子を提供することにある。Therefore, the object of the present disclosure is to provide a light-emitting element having a configuration and structure that enables current to flow uniformly through the active layer.
上記の目的を達成するための本開示の発光素子は、
第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
第1化合物半導体層の第2面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第2化合物半導体層、
が積層された積層構造体、
第1化合物半導体層の第1面側に形成された第1光反射層、
第2化合物半導体層の第2面側に形成された第2光反射層、
第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
第2化合物半導体層と第2光反射層との間に設けられた第2電極、
を備えており、
第2電極は、少なくとも、ナノカーボン材料層又は2次元材料層を有する。
In order to achieve the above object, the light-emitting device of the present disclosure comprises:
a first compound semiconductor layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
an active layer facing the second surface of the first compound semiconductor layer; and
a second compound semiconductor layer having a first surface facing the active layer and a second surface opposite to the first surface;
A laminated structure in which
A first light reflecting layer formed on the first surface side of the first compound semiconductor layer;
a second light reflecting layer formed on the second surface side of the second compound semiconductor layer;
a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer; and
a second electrode provided between the second compound semiconductor layer and the second light reflecting layer;
It is equipped with
The second electrode includes at least a nanocarbon material layer or a two-dimensional material layer.
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~実施例2の変形)
5.実施例4(実施例1~実施例2の別の変形)
6.実施例5(実施例1~実施例4の変形)
7.実施例6(実施例5の変形)
8.実施例7(実施例5~実施例6の変形)
9.実施例8(実施例5の変形)
10.実施例9(実施例5、実施例4、実施例5の変形)
11.実施例10(実施例1~実施例5の変形)
12.実施例11(実施例10の変形)
13.その他
Hereinafter, the present disclosure will be described based on examples with reference to the drawings, but the present disclosure is not limited to the examples, and various numerical values and materials in the examples are merely examples. The description will be made in the following order.
1. General Description of the Light-Emitting Element of the
3. Example 2 (Modification of Example 1)
4. Example 3 (Modification of Examples 1 and 2)
5. Example 4 (another modification of Examples 1 and 2)
6. Example 5 (Modification of Examples 1 to 4)
7. Example 6 (Modification of Example 5)
8. Example 7 (Modification of Examples 5 to 6)
9. Example 8 (Modification of Example 5)
10. Example 9 (Modifications of Example 5, Example 4, and Example 5)
11. Example 10 (Modification of Examples 1 to 5)
12. Example 11 (Modification of Example 10)
13. Other
〈本開示の発光素子、全般に関する説明〉
本開示の発光素子において、ナノカーボン材料層は、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレンから成る群から選択された少なくとも1種類の材料から成る形態とすることができる。また、2次元材料層は、シリセン、ゲルマネン、スタネン、プランベン、窒化ホウ素(具体的には、六方晶窒化ホウ素)、及び、遷移金属ダイカルコゲナイド系材料から成る群から選択された少なくとも1種類の材料から成る形態とすることができ、更には、この場合、遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC:Transition Metal DiChalcogenide)系材料をMX2で表したとき、遷移金属「M」は、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Tc及びReから成る群から選択された1種類の元素であり、カルコゲン元素「X」は、O、S、Se及びTeから成る群から選択された1種類の元素である形態とすることができる。あるいは又、遷移金属であるCuとカルコゲン元素であるSとの化合物であるCuSを挙げることもできるし、Ga、In、Ge、Sn、Pb等の非遷移金属とカルコゲン元素との化合物(例えば、GaS、GaSe、GaTe、In2Se3、InSnS2、SnSe2、GeSe、SnS2、PbO)を挙げることもできるし、黒リン(Black Phosphorus)を挙げることもできる。尚、グラフェン(graphene)とは、1原子の厚さのsp2結合炭素原子のシート状物質を指し、炭素原子とその結合から作製された蜂の巣のような六角形格子構造を有する。シリセン(Silicene)とは、グラフェンの炭素原子をシリコン元素で置き換えて蜂の巣格子状に結晶を組んだグラフェン状物質であり、ゲルマネン(Germanene)とは、グラフェンの炭素原子をゲルマニウム元素で置き換えて蜂の巣格子状に結晶を組んだグラフェン状物質であり、スタネン(Stanene)とは、グラフェンの炭素原子をスズ元素で置き換えて蜂の巣格子状に結晶を組んだグラフェン状物質であり、プランベン(Plumbene)とは、グラフェンの炭素原子を鉛元素で置き換えて蜂の巣格子状に結晶を組んだグラフェン状物質であり、これらの材料は、ポストグラフェン材料とも呼ばれる。尚、第2電極は、少なくとも、ナノカーボン材料層及び2次元材料層の積層構造を有していてもよい。
<General Description of Light-Emitting Element of the Present Disclosure>
In the light-emitting element of the present disclosure, the nanocarbon material layer can be made of at least one material selected from the group consisting of graphene, carbon nanotube, and fullerene. The two-dimensional material layer can be made of at least one material selected from the group consisting of silicene, germanene, stanene, plumbene, boron nitride (specifically, hexagonal boron nitride), and transition metal dichalcogenide-based materials, and further, in this case, when the transition metal dichalcogenide (TMDC)-based material is represented by MX 2 , the transition metal "M" is one element selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Tc, and Re, and the chalcogen element "X" is one element selected from the group consisting of O, S, Se, and Te. Alternatively, CuS, which is a compound of Cu, a transition metal, and S, a chalcogen element, can be mentioned, as well as compounds of non-transition metals such as Ga, In, Ge, Sn, and Pb , and chalcogen elements (e.g., GaS, GaSe, GaTe, In2Se3 , InSnS2, SnSe2 , GeSe, SnS2 , PbO), and black phosphorus can also be mentioned. Graphene refers to a sheet-like material of sp2- bonded carbon atoms with a thickness of one atom, and has a hexagonal lattice structure like a honeycomb made of carbon atoms and their bonds. Silicene is a graphene-like material in which the carbon atoms of graphene are replaced with silicon elements and crystallized in a honeycomb lattice, germanene is a graphene-like material in which the carbon atoms of graphene are replaced with germanium elements and crystallized in a honeycomb lattice, stanene is a graphene-like material in which the carbon atoms of graphene are replaced with tin elements and crystallized in a honeycomb lattice, and plumbene is a graphene-like material in which the carbon atoms of graphene are replaced with lead elements and crystallized in a honeycomb lattice, and these materials are also called post-graphene materials. The second electrode may have a laminated structure of at least a nanocarbon material layer and a two-dimensional material layer.
上記の好ましい形態を含む本開示の発光素子において、第2電極は、少なくとも、透明導電材料又は半導体材料から成る第1の層と、ナノカーボン材料層又は2次元材料層から成る第2の層との積層構造を有する形態とすることができる。そして、この場合、第1の層は第2化合物半導体層と接している形態とすることができる。更には、第2電極の中央部には、第2の層が形成されていない形態とすることができ、これによって、活性層から出射された高次モードの光の出射を抑制することができる。第2の層が形成されていない領域の直径をRCLとする。第2電極は、例えば、透明導電材料又は半導体材料から成る第1の層と、ナノカーボン材料層又は2次元材料層から成る第2の層と、透明導電材料又は半導体材料から成る第3の層との積層構造を有する形態とすることもできる。以下、ナノカーボン材料層及び2次元材料層を、総称して、『ナノカーボン材料層等』と呼ぶ場合がある。 In the light-emitting device of the present disclosure including the above preferred embodiment, the second electrode can be in a form having a laminated structure of at least a first layer made of a transparent conductive material or a semiconductor material and a second layer made of a nanocarbon material layer or a two-dimensional material layer. In this case, the first layer can be in contact with the second compound semiconductor layer. Furthermore, the second layer can be not formed in the center of the second electrode, thereby suppressing the emission of high-order mode light emitted from the active layer. The diameter of the region where the second layer is not formed is R CL . The second electrode can also be in a form having a laminated structure of, for example, a first layer made of a transparent conductive material or a semiconductor material, a second layer made of a nanocarbon material layer or a two-dimensional material layer, and a third layer made of a transparent conductive material or a semiconductor material. Hereinafter, the nanocarbon material layer and the two-dimensional material layer may be collectively referred to as "nanocarbon material layer, etc.".
上記の第2電極の中央部に第2の層が形成されていない形態において、第2の層は、以下に述べる式(A)を満足しない位置に配置することが好ましい。これによって、第2の層(ナノカーボン材料層等)は、光吸収材料層としても機能し、活性層から出射された高次モードの光を吸収するので、活性層から出射された光の横モード制御を確実に行うことができる。In the embodiment in which the second layer is not formed in the center of the second electrode, it is preferable that the second layer is disposed at a position that does not satisfy the following formula (A). This allows the second layer (nanocarbon material layer, etc.) to function as a light absorbing material layer and absorb the high-order mode light emitted from the active layer, thereby ensuring transverse mode control of the light emitted from the active layer.
第1光反射層と第2光反射層によって形成される共振器の長さLORが、発光素子から出射される光の波長の数倍以上と長い場合、ナノカーボン材料層等が発光素子から出射される光を吸収する結果、発光素子から出射され得る縦モードの光が複数種類となってしまい(図43Bの概念図を参照)、発光素子から出射される光の発振波長を正確に制御することが困難となる場合がある。 When the length L OR of the resonator formed by the first light reflecting layer and the second light reflecting layer is several times or more longer than the wavelength of the light emitted from the light emitting element, the nano carbon material layer or the like absorbs the light emitted from the light emitting element, resulting in multiple types of longitudinal mode light that can be emitted from the light emitting element (see the conceptual diagram in Figure 43B), which may make it difficult to accurately control the oscillation wavelength of the light emitted from the light emitting element.
従って、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の発光素子において、積層構造体の厚さ方向における活性層の厚さ方向の中心からナノカーボン材料層又は2次元材料層の厚さ方向の中心までの距離をL2、発振波長をλ0、活性層の厚さ方向の中心からナノカーボン材料層又は2次元材料層の厚さ方向の中心までに位置する部分の等価屈折率をneqとしたとき、
0.9×{(m+1)λ0)/(4・neq)}≦L2≦1.1×{(m+1)λ0)/(4・neq)} (A)
を満足する形態とすることができる。ここで、mは、0、又は、1を含む2以上の任意の整数である。このような形態を採用することで、第2電極を構成するナノカーボン材料層等を光強度分布の最低振幅部分に位置させることが可能となる結果、第2電極を構成するナノカーボン材料層等が活性層において発生した光を吸収し難くなり、発光素子から出射され得る縦モードの光が1種類となり(図43Aの概念図を参照)、発光素子から出射される縦モードの光の発振波長を正確に制御することが可能となり、発光素子の発光効率の向上を図ることができるし、発光素子から出射される光の発振波長が単一となり、発光波長を正確に制御することが可能となる。ここで、等価屈折率neqとは、活性層の厚さ方向の中心からナノカーボン材料層等の厚さ方向の中心までに位置する部分を構成する各種材料から成る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、活性層の厚さ方向の中心からナノカーボン材料層等の厚さ方向の中心までに位置する部分を構成する各種材料から成る層の総数であり、「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。尚、ナノカーボン材料層等は、積層構造体を構成する化合物半導体よりもバンドギャップが狭いことが好ましく、これによって、ナノカーボン材料層等は光吸収材料層としても機能する。
Therefore, in the light-emitting device of the present disclosure including the preferred embodiments described above, when the distance in the thickness direction of the laminate structure from the center of the active layer in the thickness direction to the center of the nanocarbon material layer or the two-dimensional material layer in the thickness direction is L 2 , the oscillation wavelength is λ 0 , and the equivalent refractive index of the portion located from the center of the active layer in the thickness direction to the center of the nanocarbon material layer or the two-dimensional material layer in the thickness direction is n eq ,
0.9×{(m+1)λ 0 )/(4・n eq )}≦L 2 ≦1.1×{(m+1)λ 0 )/(4・n eq )} (A)
Here, m is an arbitrary integer of 0 or 2 or more including 1. By adopting such a configuration, it becomes possible to position the nanocarbon material layer constituting the second electrode at the minimum amplitude part of the light intensity distribution, so that the nanocarbon material layer constituting the second electrode is less likely to absorb the light generated in the active layer, and the light in the longitudinal mode that can be emitted from the light emitting element becomes one type (see the conceptual diagram of FIG. 43A ). It becomes possible to accurately control the oscillation wavelength of the light in the longitudinal mode emitted from the light emitting element, so that the light emitting efficiency of the light emitting element can be improved, and the oscillation wavelength of the light emitted from the light emitting element becomes single, making it possible to accurately control the emission wavelength. Here, the equivalent refractive index n eq is, when the thickness of each of the layers made of various materials constituting the part located from the center of the active layer in the thickness direction to the center of the nanocarbon material layer in the thickness direction is t i and the refractive index of each of the layers is n i ,
n eq =Σ(t i ×n i )/Σ(t i )
where i=1, 2, 3, ..., I, "I" is the total number of layers made of various materials constituting the portion located from the center of the active layer in the thickness direction to the center of the nanocarbon material layer in the thickness direction, and "Σ" means taking the sum from i=1 to i=I. The equivalent refractive index n eq may be calculated based on the known refractive index and thickness obtained by observation of each constituent material by observing the constituent materials through electron microscope observation of the cross section of the light emitting element. Note that the nanocarbon material layer, etc. preferably has a narrower band gap than the compound semiconductor constituting the laminated structure, and thus the nanocarbon material layer, etc. also functions as a light absorbing material layer.
更には、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の発光素子において、第2電極を構成するナノカーボン材料層又は2次元材料層の厚さは、限定するものではないが、0nmを越え、5nm以下であることが好ましい。Furthermore, in the light-emitting element of the present disclosure, including the preferred forms described above, the thickness of the nanocarbon material layer or two-dimensional material layer constituting the second electrode is preferably, but not limited to, greater than 0 nm and less than 5 nm.
更には、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の発光素子において、少なくとも第2化合物半導体層の厚さ方向の一部は、電流注入領域、及び、電流注入領域を囲む電流非注入領域から構成されており、
第2化合物半導体層の第2面における電流注入領域の直径RCCは、限定するものではないが、1×10-6m乃至1×10-2m、好ましくは、2×10-6m乃至1×10-3mである構成とすることができる。電流注入領域によって電流狭窄領域が規定される。尚、電流注入領域の平面形状が円形ではない場合、電流注入領域の面積に等しい円形を想定したときの円形の直径を電流注入領域の直径RCCとする。直径RCLと直径RCCの関係として、
0.05RCC<RCL<0.95RCC
を例示することができる。
Furthermore, in the light-emitting device according to the present disclosure including the preferred embodiment described above, at least a part of the second compound semiconductor layer in the thickness direction is composed of a current injection region and a current non-injection region surrounding the current injection region,
The diameter R CC of the current injection region on the second surface of the second compound semiconductor layer is not limited, but may be 1×10 −6 m to 1×10 −2 m, preferably 2×10 −6 m to 1×10 −3 m. The current confinement region is defined by the current injection region. When the planar shape of the current injection region is not circular, the diameter of a circle that is assumed to be equal to the area of the current injection region is taken as the diameter R CC of the current injection region. The relationship between the diameter R CL and the diameter R CC is as follows:
0.05R CC <R CL <0.95R CC
Examples include:
あるいは又、以上に説明した好ましい形態を含む本開示の発光素子において、
第2化合物半導体層は、第1領域、及び、第1領域を囲む第2領域に区画され、
第2化合物半導体層の第1領域の上には、第2電極が設けられており、
第2化合物半導体層の第2領域は、絶縁層を介して第2電極と対向している構成とすることができる。
Alternatively, in the light-emitting device according to the present disclosure including the preferred embodiments described above,
the second compound semiconductor layer is partitioned into a first region and a second region surrounding the first region;
a second electrode is provided on the first region of the second compound semiconductor layer;
The second region of the second compound semiconductor layer may be configured to face the second electrode via an insulating layer.
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子において、発光素子から出射される光の偏光状態の制御のために、第2電極には、一方向(例えば、第1の方向)に延びる複数の溝部が形成されている形態とすることができる。具体的には、第1の方向に延びる複数の溝部は、第2電極の厚さ方向と直交する仮想平面(後述するXY平面)と平行であり、溝部の形成ピッチP0が入射する光の波長λ0よりも有意に小さい場合、溝部の延在方向(第1の方向)に平行な平面で振動する光は、選択的に溝部において反射・吸収される。ここで、溝部のライン部とライン部との間の距離(第2の方向に沿ったスペース部の距離)を、溝部の形成ピッチP0とする。すると、溝部に到達する光(電磁波)には縦偏光成分と横偏光成分が含まれるが、溝部を通過した電磁波は縦偏光成分が支配的な直線偏光となる。ここで、可視光波長帯に着目して考えた場合、溝部の形成ピッチP0が溝部へ入射する光(電磁波)の実効波長λeffよりも有意に小さい場合、第1の方向に平行な面に偏った偏光成分は溝部の表面で反射若しくは吸収される。一方、第2の方向に平行な面に偏った偏光成分を有する光が溝部に入射すると、溝部の表面を伝播した電場(光)は、溝部の裏面からの入射波長と同じ波長、同じ偏光方位のまま透過(出射)する。ここで、スペース部に存在する物質に基づき求められた平均屈折率をnaveとしたとき、実効波長λeffは、(λ0/nave)で表される。平均屈折率naveとは、スペース部において存在する物質の屈折率と体積の積を加算して、スペース部の体積で除した値である。波長λ0の値を一定とした場合、naveの値が小さいほど、実効波長λeffの値は大きくなり、従って、形成ピッチP0の値を大きくすることができる。また、naveの値が大きくなるほど、溝部における透過率の低下、消光比の低下を招く。 Furthermore, in the light-emitting element of the present disclosure including the preferred forms and configurations described above, the second electrode may have a plurality of grooves extending in one direction (for example, a first direction) in order to control the polarization state of light emitted from the light-emitting element. Specifically, the plurality of grooves extending in the first direction are parallel to a virtual plane (XY plane described later) perpendicular to the thickness direction of the second electrode, and when the groove formation pitch P 0 is significantly smaller than the wavelength λ 0 of the incident light, the light vibrating in a plane parallel to the extension direction (first direction) of the grooves is selectively reflected and absorbed in the grooves. Here, the distance between the line portions of the grooves (the distance of the space portion along the second direction) is defined as the groove formation pitch P 0. Then, the light (electromagnetic wave) that reaches the grooves contains a vertically polarized component and a horizontally polarized component, but the electromagnetic wave that passes through the grooves becomes linearly polarized light in which the vertically polarized component is dominant. Here, when considering the visible light wavelength band, if the pitch P 0 of the grooves is significantly smaller than the effective wavelength λ eff of the light (electromagnetic wave) incident on the grooves, the polarized component biased to the plane parallel to the first direction is reflected or absorbed on the surface of the grooves. On the other hand, when light having a polarized component biased to the plane parallel to the second direction is incident on the grooves, the electric field (light) propagated on the surface of the grooves transmits (emits) with the same wavelength and polarization direction as the incident wavelength from the back surface of the grooves. Here, when the average refractive index determined based on the material present in the space portion is n ave , the effective wavelength λ eff is expressed as (λ 0 /n ave ). The average refractive index n ave is the value obtained by adding the product of the refractive index and volume of the material present in the space portion and dividing it by the volume of the space portion. When the value of the wavelength λ 0 is constant, the smaller the value of n ave , the larger the value of the effective wavelength λ eff , and therefore the value of the formation pitch P 0 can be increased. Moreover, the larger the value of n ave , the lower the transmittance in the grooves and the lower the extinction ratio.
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子において、第1光反射層は、活性層から離れる方向に向かって凸状の形状を有し、第2光反射層は、平坦な形状を有する形態とすることができる。そして、この場合、凸状の形状を有する第1光反射層の部分の曲率半径R1は、限定するものではないが、1×10-5m乃至1×10-2m、好ましくは、3×10-5m乃至1×10-3mである形態とすることができる。但し、いずれの場合も、R1の値は共振器長LORの値よりも大きい。 Furthermore, in the light-emitting device of the present disclosure including the preferred forms and configurations described above, the first light reflecting layer may have a convex shape facing away from the active layer, and the second light reflecting layer may have a flat shape. In this case, the radius of curvature R1 of the portion of the first light reflecting layer having a convex shape may be, but is not limited to, 1×10 −5 m to 1×10 −2 m, preferably 3×10 −5 m to 1×10 −3 m. In either case, however, the value of R1 is greater than the value of the cavity length L OR .
ここで、第1化合物半導体層の第2面を基準としたとき、第1光反射層が形成された基部面(後述する)の第1の部分は上に凸の形状を有する。基部面の第1の部分よりも外側の部分を第2の部分と呼ぶが、第2の部分は、第1化合物半導体層の第2面を基準としたとき、平坦であるか、あるいは又、第2面に向かって凹んでいる。基部面の第2の部分を周辺領域と呼ぶ場合もある。基部面の第2の部分に第1光反射層の延在部が形成されている場合もあるし、第2の部分に第1光反射層が形成されていない場合もある。Here, when the second surface of the first compound semiconductor layer is used as a reference, a first portion of the base surface (described later) on which the first light reflecting layer is formed has an upwardly convex shape. The portion of the base surface that is outside the first portion is called the second portion, and when the second surface of the first compound semiconductor layer is used as a reference, the second portion is either flat or concave toward the second surface. The second portion of the base surface is sometimes called the peripheral region. An extension of the first light reflecting layer may be formed on the second portion of the base surface, or the first light reflecting layer may not be formed on the second portion.
基部面の第2の部分が、上述したように第1化合物半導体層の第2面に向かって凹んでいる場合、基部面の第2の部分の中心部の曲率半径R2は、1×10-6m以上、好ましくは3×10-6m以上、より好ましくは5×10-6m以上であることが望ましいし、基部面の第2の部分が環状の場合、第2の部分の環状の凸の形状の頂部の曲率半径R2’は、1×10-6m以上、好ましくは3×10-6m以上、より好ましくは5×10-6m以上であることが望ましい。 When the second portion of the base surface is concave toward the second surface of the first compound semiconductor layer as described above, the radius of curvature R2 of the central portion of the second portion of the base surface is desirably 1× 10-6 m or more, preferably 3× 10-6 m or more, and more preferably 5× 10-6 m or more, and when the second portion of the base surface is annular, the radius of curvature R2 ' of the apex of the annular convex shape of the second portion is desirably 1× 10-6 m or more, preferably 3× 10-6 m or more, and more preferably 5× 10-6 m or more.
複数の並置された発光素子から発光素子アレイを構成する場合、基部面の第1の部分の中心部は正方形の格子の頂点(交差点)上に位置する構成とすることができ、この場合、基部面の第2の部分の中心部は正方形の格子の頂点(交差点)上に位置する構成とすることができる。あるいは又、基部面の第1の部分の中心部は正三角形の格子の頂点(交差点)上に位置する構成とすることができ、この場合、基部面の第2の部分の中心部は正三角形の格子の頂点(交差点)上に位置する構成とすることができる。When a light-emitting element array is constructed from a plurality of juxtaposed light-emitting elements, the center of the first portion of the base surface can be configured to be located on the vertex (intersection) of a square lattice, and in this case, the center of the second portion of the base surface can be configured to be located on the vertex (intersection) of the square lattice. Alternatively, the center of the first portion of the base surface can be configured to be located on the vertex (intersection) of an equilateral triangular lattice, and in this case, the center of the second portion of the base surface can be configured to be located on the vertex (intersection) of the equilateral triangular lattice.
積層構造体の積層方向を含む仮想平面(後述するXZ平面)で基部面の第1の部分あるいは第2の部分を切断したときの基部面の第1の部分あるいは第2の部分が描く図形は、円の一部、放物線の一部、サイン曲線の一部、楕円の一部、カテナリー曲線の一部である構成とすることができる。図形は、厳密には円の一部ではない場合もあるし、厳密には放物線の一部ではない場合もあるし、厳密にはサイン曲線の一部ではない場合もあるし、厳密には楕円の一部ではない場合もあるし、厳密にはカテナリー曲線の一部ではない場合もある。即ち、概ね円の一部である場合、概ね放物線の一部である場合、概ねサイン曲線の一部である場合、概ね楕円の一部である場合、概ねカテナリー曲線の一部である場合も、「図形は、円の一部、放物線の一部、サイン曲線の一部、概ね楕円の一部である、概ねカテナリー曲線の一部である」ことに包含される。これらの曲線の一部が線分で置き変えられていてもよい。基部面が描く図形は、基部面の形状を計測器で計測し、得られたデータを最小自乗法に基づき解析することで求めることができる。The figure drawn by the first or second part of the base surface when the first or second part of the base surface is cut in a virtual plane (XZ plane described later) including the stacking direction of the laminated structure can be a part of a circle, a part of a parabola, a part of a sine curve, a part of an ellipse, or a part of a catenary curve. The figure may not be a part of a circle, a part of a parabola, a part of a sine curve, a part of an ellipse, or a part of a catenary curve in the strict sense. In other words, the figure may be a part of a circle, a part of a parabola, a part of a sine curve, a part of an ellipse, or a part of a catenary curve, even if it is approximately a part of a circle, a part of a parabola, a part of a sine curve, a part of an ellipse, or a part of a catenary curve. Some of these curves may be replaced with line segments. The figure drawn by the base surface can be obtained by measuring the shape of the base surface with a measuring instrument and analyzing the obtained data based on the least squares method.
また、基部面の第2の部分に対向した第2化合物半導体層の第2面側の部分には、バンプが配設されている構成とすることができる。あるいは又、基部面の第1の部分の中心部に対向した第2化合物半導体層の第2面側の部分には、バンプが配設されている構成とすることができる。バンプとして、金(Au)バンプ、ハンダバンプ、インジウム(In)バンプを例示することができるし、バンプの配設方法は周知の方法とすることができる。バンプは、具体的には、第2電極上に設けられた第2パッド電極(後述する)の上に設けられており、あるいは又、第2パッド電極の延在部上に設けられている。 A bump may be provided on the portion of the second compound semiconductor layer facing the second portion of the base surface. Alternatively, a bump may be provided on the portion of the second compound semiconductor layer facing the center of the first portion of the base surface. Examples of the bump include a gold (Au) bump, a solder bump, and an indium (In) bump, and the bump may be provided by a known method. Specifically, the bump is provided on a second pad electrode (described later) provided on the second electrode, or on an extension of the second pad electrode.
更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子において、共振器長LORは、限定するものではないが、1×10-6m乃至5×10-4mである形態とすることができる。 Furthermore, in the light-emitting device of the present disclosure including the preferred embodiments and configurations described above, the cavity length L OR can be, but is not limited to, 1×10 −6 m to 5×10 −4 m.
以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示の発光素子(以下、『本開示に発光素子等』と呼ぶ)において、積層構造体は、GaN系化合物半導体、InP系化合物半導体及びGaAs系化合物半導体から成る群から選択された少なくとも1種類の材料から成る構成とすることができる。具体的には、積層構造体は、
(a)GaN系化合物半導体から成る構成
(b)InP系化合物半導体から成る構成
(c)GaAs系化合物半導体から成る構成
(d)GaN系化合物半導体及びInP系化合物半導体から成る構成
(e)GaN系化合物半導体及びGaAs系化合物半導体から成る構成
(f)InP系化合物半導体及びGaAs系化合物半導体から成る構成
(g)GaN系化合物半導体、InP系化合物半導体及びGaAs系化合物半導体から成る構成
を挙げることができる。
In the light-emitting device of the present disclosure including the preferred embodiments and configurations described above (hereinafter referred to as the "light-emitting device of the present disclosure, etc."), the laminated structure may be made of at least one material selected from the group consisting of GaN-based compound semiconductors, InP-based compound semiconductors, and GaAs-based compound semiconductors.
(a) a configuration made of a GaN-based compound semiconductor; (b) a configuration made of an InP-based compound semiconductor; (c) a configuration made of a GaAs-based compound semiconductor; (d) a configuration made of a GaN-based compound semiconductor and an InP-based compound semiconductor; (e) a configuration made of a GaN-based compound semiconductor and a GaAs-based compound semiconductor; (f) a configuration made of an InP-based compound semiconductor and a GaAs-based compound semiconductor; and (g) a configuration made of a GaN-based compound semiconductor, an InP-based compound semiconductor, and a GaAs-based compound semiconductor.
本開示の発光素子等において、積層構造体の熱伝導率の値は、第1光反射層の熱伝導率の値よりも高い構成とすることができる。第1光反射層を構成する誘電体材料の熱伝導率の値は、一般に、10ワット/(m・K)程度あるいはそれ以下である。一方、積層構造体を構成するGaN系化合物半導体の熱伝導率の値は、50ワット/(m・K)程度乃至100ワット/(m・K)程度である。In the light-emitting element etc. of the present disclosure, the thermal conductivity value of the laminated structure can be configured to be higher than the thermal conductivity value of the first light reflecting layer. The thermal conductivity value of the dielectric material constituting the first light reflecting layer is generally about 10 watts/(m·K) or less. On the other hand, the thermal conductivity value of the GaN-based compound semiconductor constituting the laminated structure is about 50 watts/(m·K) to about 100 watts/(m·K).
本開示の発光素子等において、活性層と第1光反射層との間に各種の化合物半導体層(化合物半導体基板を含む)が存在する場合、この各種の化合物半導体層(化合物半導体基板を含む)を構成する材料にあっては、10%以上の屈折率の変調が無いこと(積層構造体の平均屈折率を基準として、10%以上の屈折率差が無いこと)が好ましく、これによって、共振器内の光場の乱れ発生を抑制することができる。In the light-emitting element etc. disclosed herein, when various compound semiconductor layers (including compound semiconductor substrates) are present between the active layer and the first light reflecting layer, it is preferable that the materials constituting these various compound semiconductor layers (including compound semiconductor substrates) have no refractive index modulation of 10% or more (no refractive index difference of 10% or more based on the average refractive index of the laminated structure), thereby making it possible to suppress the occurrence of disturbances in the optical field within the resonator.
本開示の発光素子等によって、第1光反射層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)を構成することができるし、あるいは又、第2光反射層を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子を構成することもできる。場合によっては、発光素子製造用基板(後述する)を除去してもよい。The light-emitting element of the present disclosure can be used to form a surface-emitting laser element (vertical cavity laser, VCSEL) that emits laser light through a first light-reflecting layer, or a surface-emitting laser element that emits laser light through a second light-reflecting layer. In some cases, the substrate for manufacturing the light-emitting element (described later) may be removed.
本開示の発光素子等において、積層構造体は、具体的には、前述したとおり、例えば、AlInGaN系化合物半導体から成る構成とすることができる。ここで、AlInGaN系化合物半導体として、より具体的には、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。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。 In the light-emitting element and the like of the present disclosure, the stacked structure can be specifically, as described above, composed of, for example, an AlInGaN-based compound semiconductor. More specifically, the AlInGaN-based compound semiconductor can be GaN, AlGaN, InGaN, and AlInGaN. Furthermore, these compound semiconductors may contain boron (B) atoms, thallium (Tl) atoms, arsenic (As) atoms, phosphorus (P) atoms, and antimony (Sb) atoms as desired. The active layer desirably has a quantum well structure. Specifically, it may have a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure). The active layer having a quantum well structure has a structure in which at least one well layer and one barrier layer are laminated, and examples of the combination of (compound semiconductor constituting the well layer, compound semiconductor constituting the barrier layer) include ( InyGa (1-y) N, GaN), ( InyGa ( 1-y) N, InzGa (1-z) N) [where y>z], and ( InyGa (1-y) N, AlGaN). The first compound semiconductor layer can be composed of a compound semiconductor of a first conductivity type (e.g., n-type), and the second compound semiconductor layer can be composed of a compound semiconductor of a second conductivity type (e.g., p-type) different from the first conductivity type. The first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer are also called a first cladding layer and a second cladding layer. The first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer may be a layer of a single structure, a layer of a multilayer structure, or a layer of a superlattice structure. Furthermore, it may be a layer having a composition gradient layer or a concentration gradient layer.
あるいは又、積層構造体を構成するIII族原子として、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)を挙げることができるし、積層構造体を構成するV族原子として、ヒ素(As)、リン(P)、アンチモン(Sb)、窒素(N)を挙げることができる。具体的には、AlAs、GaAs、AlGaAs、AlP、GaP、GaInP、AlInP、AlGaInP、AlAsP、GaAsP、AlGaAsP、AlInAsP、GaInAsP、AlInAs、GaInAs、AlGaInAs、AlAsSb、GaAsSb、AlGaAsSb、AlN、GaN、InN、AlGaN、GaNAs、GaInNAsを挙げることができるし、活性層を構成する化合物半導体として、GaAs、AlGaAs、GaInAs、GaInAsP、GaInP、GaSb、GaAsSb、GaN、InN、GaInN、GaInNAs、GaInNAsSbを挙げることができる。Alternatively, examples of group III atoms constituting the laminated structure include gallium (Ga), indium (In), and aluminum (Al), and examples of group V atoms constituting the laminated structure include arsenic (As), phosphorus (P), antimony (Sb), and nitrogen (N). Specific examples of the semiconductors that constitute the active layer include AlAs, GaAs, AlGaAs, AlP, GaP, GaInP, AlInP, AlGaInP, AlAsP, GaAsP, AlGaAsP, AlInAsP, GaInAsP, AlInAs, GaInAs, AlGaInAs, AlAsSb, GaAsSb, AlGaAsSb, AlN, GaN, InN, AlGaN, GaNAs, and GaInNAsSb.
量子井戸構造として、2次元量子井戸構造、1次元量子井戸構造(量子細線)、0次元量子井戸構造(量子ドット)を挙げることができる。量子井戸を構成する材料として、例えば、Si;Se;カルコパイライト系化合物であるCIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2、AgInSe2;ペロブスカイト系材料;III-V族化合物であるGaAs、GaP、InP、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、GaN、InAs、InGaAs、GaInNAs、GaSb、GaAsSb;CdSe、CdSeS、CdS、CdTe、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnTe、ZnS、HgTe、HgS、PbSe、PbS、TiO2等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。
Examples of the quantum well structure include a two-dimensional quantum well structure, a one-dimensional quantum well structure (quantum wire), and a zero-dimensional quantum well structure (quantum dot). Examples of materials constituting quantum wells include Si; Se; chalcopyrite compounds such as CIGS (CuInGaSe), CIS (CuInSe 2 ), CuInS 2 , CuAlS 2 , CuAlSe 2 ,
積層構造体は、発光素子製造用基板の第2面上に形成され、あるいは又、化合物半導体基板の第2面上に形成される。尚、発光素子製造用基板あるいは化合物半導体基板の第2面は第1化合物半導体層の第1面と対向しており、発光素子製造用基板あるいは化合物半導体基板の第1面は発光素子製造用基板あるいは化合物半導体基板の第2面と対向している。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が、GaN基板の使用が欠陥密度の少ないことから好ましい。また、化合物半導体基板として、GaN基板、InP基板、GaAs基板を挙げることができる。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(第2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、GaN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面方位、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。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、例えば、有機金属化学的気相成長法(MOCVD法,Metal Organic-Chemical Vapor Deposition 法、MOVPE法,Metal Organic-Vapor Phase Epitaxy 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(HVPE法)、原子層堆積法(ALD法, Atomic Layer Deposition 法)、マイグレーション・エンハンスト・エピタキシー法(MEE法, Migration-Enhanced Epitaxy 法)、プラズマアシステッド物理的気相成長法(PPD法)等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。 The laminated structure is formed on the second surface of the substrate for manufacturing the light-emitting element, or on the second surface of the compound semiconductor substrate. The second surface of the substrate for manufacturing the light-emitting element or the compound semiconductor substrate faces the first surface of the first compound semiconductor layer, and the first surface of the substrate for manufacturing the light-emitting element or the compound semiconductor substrate faces the second surface of the substrate for manufacturing the light-emitting element or the compound semiconductor substrate. Examples of the substrate for manufacturing the light-emitting element include a GaN substrate, a sapphire substrate, a GaAs substrate, a SiC substrate, an alumina substrate, a ZnS substrate, a ZnO substrate, an AlN substrate, a LiMgO substrate, a LiGaO2 substrate, a MgAl2O4 substrate, an InP substrate, and a Si substrate, and substrates having a base layer or a buffer layer formed on the surface (main surface) of these substrates, but the use of a GaN substrate is preferred because of its low defect density. Examples of the compound semiconductor substrate include a GaN substrate, an InP substrate, and a GaAs substrate. It is known that the characteristics of a GaN substrate vary from polar to non-polar to semi-polar depending on the growth surface, but any of the main surfaces (second surfaces) of the GaN substrate can be used to form a compound semiconductor layer. In addition, with regard to the main surface of the GaN substrate, depending on the crystal structure (e.g., cubic crystal type, hexagonal crystal type, etc.), crystal plane orientations called so-called A-plane, B-plane, C-plane, R-plane, M-plane, N-plane, S-plane, etc., or planes off these in a specific direction, etc. can be used. Examples of methods for forming various compound semiconductor layers constituting the light-emitting element include, but are not limited to, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD, Metal Organic-Chemical Vapor Deposition, MOVPE, Metal Organic-Vapor Phase Epitaxy), molecular beam epitaxy (MBE), hydride vapor phase epitaxy (HVPE) in which halogen contributes to transport or reaction, atomic layer deposition (ALD, Atomic Layer Deposition), migration-enhanced epitaxy (MEE, Migration Enhanced Epitaxy), and plasma-assisted physical vapor deposition (PPD).
GaAs、InP材料は同じく閃亜鉛鉱構造である。これらの材料から構成された化合物半導体基板の主面として、(100)、(111)AB、(211)AB、(311)AB等の面に加え、特定方向にオフさせた面を挙げることができる。尚、「AB」は90°オフ方向が異なることを意味しており、このオフ方向により面の主材料がIII族になるかV族になるかが決まる。これらの結晶面方位及び成膜条件を制御することにより、組成ムラやドット形状を制御することが可能となる。成膜方法として、GaN系と同じく、MBE法、MOCVD法、MEE法、ALD法等の成膜方法が一般に用いられるが、これらの方法に限定するものではない。GaAs and InP materials also have a zinc blende structure. The main surfaces of compound semiconductor substrates made of these materials can include (100), (111)AB, (211)AB, (311)AB, and other surfaces, as well as surfaces off-axis in a specific direction. Note that "AB" means that the off-axis direction is different by 90 degrees, and the off-axis direction determines whether the main material of the surface is group III or group V. By controlling these crystal plane orientations and deposition conditions, it is possible to control the composition unevenness and dot shape. As with GaN, deposition methods such as MBE, MOCVD, MEE, and ALD are commonly used, but are not limited to these methods.
ここで、GaN系化合物半導体層の形成にあっては、MOCVD法における有機ガリウム源ガスとして、トリメチルガリウム(TMG)ガスやトリエチルガリウム(TEG)ガス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ガス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)ガスを用いればよいし、In源としてトリメチルインジウム(TMI)ガスを用いればよい。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ガス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。 Here, in the formation of the GaN-based compound semiconductor layer, trimethylgallium (TMG) gas or triethylgallium (TEG) gas can be used as the organic gallium source gas in the MOCVD method, and ammonia gas or hydrazine gas can be used as the nitrogen source gas. In the formation of the GaN-based compound semiconductor layer having n-type conductivity, for example, silicon (Si) can be added as an n-type impurity (n-type dopant), and in the formation of the GaN-based compound semiconductor layer having p-type conductivity, for example, magnesium (Mg) can be added as a p-type impurity (p-type dopant). When aluminum (Al) or indium (In) is included as the constituent atoms of the GaN-based compound semiconductor layer, trimethylaluminum (TMA) gas can be used as the Al source, and trimethylindium (TMI) gas can be used as the In source. Furthermore, monosilane gas ( SiH4 gas) may be used as the Si source, and biscyclopentadienyl magnesium gas, methylcyclopentadienyl magnesium, or biscyclopentadienyl magnesium ( Cp2Mg ) may be used as the Mg source. Note that examples of n-type impurities (n-type dopants) include Ge, Se, Sn, C, Te, S, O, Pd, and Po, in addition to Si, and examples of p-type impurities (p-type dopants) include Zn, Cd, Be, Ca, Ba, C, Hg, and Sr, in addition to Mg.
積層構造体をInP系化合物半導体あるいはGaAs系化合物半導体から構成する場合、III族原料に関しては、有機金属原料であるTMGa、TEGa、TMIn、TMAl等が一般的に用いられる。また、V族原料に関しては、アルシンガス(AsH3ガス)、ホスフィンガス(PH3ガス)、アンモニア(NH3)等が用いられる。尚、V族原料に関しては有機金属原料が用いられる場合もあり、例えば、ターシャリーブチルアルシン(TBAs)、ターシャリーブチルホスフィン(TBP)、ジメチルヒドラジン(DMHy)、トリメチルアンチモン(TMSb)等を挙げることができる。これらの材料は低温で分解するため、低温成長において有効である。n型ドーパントとして、Si源としてモノシラン(SiH4)、Se源としてセレン化水素(H2Se)等が用いられる。また、p型ドーパントとして、ジメチル亜鉛(DMZn)、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)等が用いられる。ドーパント材料としては、GaN系と同様の材料が候補となる。 When the laminated structure is made of an InP-based compound semiconductor or a GaAs-based compound semiconductor, metalorganic raw materials such as TMGa, TEGa, TMIn, and TMAl are generally used as group III raw materials. In addition, metalorganic raw materials such as arsine gas (AsH 3 gas), phosphine gas (PH 3 gas), and ammonia (NH 3 ) are used as group V raw materials. In addition, metalorganic raw materials may be used as group V raw materials, such as tertiary butyl arsine (TBAs), tertiary butyl phosphine (TBP), dimethyl hydrazine (DMHy), and trimethyl antimony (TMSb). These materials decompose at low temperatures, and are therefore effective in low-temperature growth. As n-type dopants, monosilane (SiH 4 ) is used as a Si source, and hydrogen selenide (H 2 Se) is used as a Se source. As the p-type dopant, dimethyl zinc (DMZn), biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg), etc. As the dopant material, the same materials as those of the GaN system are candidates.
第1化合物半導体層の第1面が基部面を構成する形態とすることができる。あるいは又、第1化合物半導体層の第1面と第1光反射層との間には化合物半導体基板(あるいは発光素子製造用基板)が配されており、基部面は化合物半導体基板(あるいは発光素子製造用基板)の表面から構成されている構成とすることができ、この場合、例えば、化合物半導体基板はGaN基板から成る構成とすることができる。GaN基板として、極性基板、半極性基板、無極性基板のいずれを用いてもよい。化合物半導体基板の厚さとして、5×10-5m乃至1×10-4mを例示することができるが、このような値に限定するものではない。あるいは又、第1化合物半導体層の第1面と第1光反射層との間には基材が配されており、あるいは又、第1化合物半導体層の第1面と第1光反射層との間には化合物半導体基板及び基材が配されており、基部面は基材の表面から構成されている構成とすることができる。基材を構成する材料として、TiO2、Ta2O5、SiO2等の透明な誘電体材料、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂を例示することができる。 The first surface of the first compound semiconductor layer may constitute the base surface. Alternatively, a compound semiconductor substrate (or a substrate for manufacturing a light-emitting device) may be disposed between the first surface of the first compound semiconductor layer and the first light reflecting layer, and the base surface may be constituted by the surface of the compound semiconductor substrate (or a substrate for manufacturing a light-emitting device). In this case, for example, the compound semiconductor substrate may be constituted by a GaN substrate. As the GaN substrate, any of a polar substrate, a semi-polar substrate, and a non-polar substrate may be used. The thickness of the compound semiconductor substrate may be, for example, 5×10 −5 m to 1×10 −4 m, but is not limited to such values. Alternatively, a substrate may be disposed between the first surface of the first compound semiconductor layer and the first light reflecting layer, or a compound semiconductor substrate and a substrate may be disposed between the first surface of the first compound semiconductor layer and the first light reflecting layer, and the base surface may be constituted by the surface of the substrate. Examples of materials constituting the substrate include transparent dielectric materials such as TiO 2 , Ta 2 O 5 , and SiO 2 , silicone-based resins, and epoxy-based resins.
本開示の発光素子等の製造においては、発光素子製造用基板を残したままとしてもよいし、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、発光素子製造用基板を除去してもよい。具体的には、発光素子製造用基板の上に形成された第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、次いで、第2光反射層を支持基板に固定した後、発光素子製造用基板を除去して、第1化合物半導体層(第1化合物半導体層の第1面)を露出させればよい。発光素子製造用基板の除去は、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、ケミカル・メカニカル・ポリッシング法(CMP法)、機械研磨法、反応性イオンエッチング(RIE)法等のドライエッチング法、レーザを用いたリフトオフ法等によって、あるいは、これらの組合せによって、発光素子製造用基板の除去を行うことができる。In the manufacture of the light-emitting element and the like of the present disclosure, the substrate for manufacturing the light-emitting element may be left as it is, or the active layer, the second compound semiconductor layer, the second electrode, and the second light reflecting layer may be formed in sequence on the first compound semiconductor layer, and then the substrate for manufacturing the light-emitting element may be removed. Specifically, the active layer, the second compound semiconductor layer, the second electrode, and the second light reflecting layer may be formed in sequence on the first compound semiconductor layer formed on the substrate for manufacturing the light-emitting element, and then the second light reflecting layer may be fixed to a support substrate, and then the substrate for manufacturing the light-emitting element may be removed to expose the first compound semiconductor layer (the first surface of the first compound semiconductor layer). The substrate for manufacturing a light-emitting element can be removed by a wet etching method using an alkaline aqueous solution such as a sodium hydroxide aqueous solution or a potassium hydroxide aqueous solution, an ammonia solution + hydrogen peroxide solution, a sulfuric acid solution + hydrogen peroxide solution, a hydrochloric acid solution + hydrogen peroxide solution, a phosphoric acid solution + hydrogen peroxide solution, or the like; a dry etching method such as a chemical mechanical polishing method (CMP method), a mechanical polishing method, or a reactive ion etching (RIE) method; a lift-off method using a laser, or a combination of these.
第2光反射層を固定する支持基板は、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、AlN等から成る絶縁性基板、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1mm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、ハンダ接合法、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、接着剤を用いた方法等、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ハンダ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。The support substrate for fixing the second light reflecting layer may be composed of, for example, various substrates exemplified as substrates for manufacturing light emitting elements, or may be composed of an insulating substrate made of AlN or the like, a semiconductor substrate made of Si, SiC, Ge or the like, a metal substrate or an alloy substrate, but it is preferable to use a substrate having electrical conductivity, or it is preferable to use a metal substrate or an alloy substrate from the viewpoints of mechanical properties, elastic deformation, plastic deformation, heat dissipation, etc. Examples of the thickness of the support substrate include 0.05 mm to 1 mm. As a method for fixing the second light reflecting layer to the support substrate, known methods such as solder bonding, room temperature bonding, bonding using adhesive tape, bonding using wax bonding, and bonding using adhesives can be used, but from the viewpoint of ensuring electrical conductivity, it is preferable to adopt the solder bonding method or the room temperature bonding method. For example, when a silicon semiconductor substrate, which is a conductive substrate, is used as the support substrate, it is preferable to adopt a method that allows bonding at a low temperature of 400 ° C or less in order to suppress warping due to differences in thermal expansion coefficients. When a GaN substrate is used as the support substrate, the bonding temperature may be 400 ° C or more.
複数の並置された発光素子から発光素子アレイを構成する場合、第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極は、複数の発光素子において共通であり、第2化合物半導体層に電気的に接続された第2電極は、複数の発光素子において共通であり、あるいは又、複数の発光素子において個別に設けられている形態とすることができる。When a light-emitting element array is constructed from a plurality of light-emitting elements arranged side by side, the first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer is common to the plurality of light-emitting elements, and the second electrode electrically connected to the second compound semiconductor layer is common to the plurality of light-emitting elements, or may be provided individually for the plurality of light-emitting elements.
第1電極は、発光素子製造用基板が残されている場合、発光素子製造用基板の第2面と対向する第1面上に形成すればよいし、あるいは又、化合物半導体基板の第2面と対向する第1面上に形成すればよい。また、発光素子製造用基板が残されていない場合、積層構造体を構成する第1化合物半導体層の第1面上に形成すればよい。尚、この場合、第1化合物半導体層の第1面には第1光反射層が形成されるので、例えば、第1光反射層を取り囲むように第1電極を形成すればよい。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。If the substrate for manufacturing the light-emitting element remains, the first electrode may be formed on the first surface opposite the second surface of the substrate for manufacturing the light-emitting element, or may be formed on the first surface opposite the second surface of the compound semiconductor substrate. If the substrate for manufacturing the light-emitting element does not remain, the first electrode may be formed on the first surface of the first compound semiconductor layer constituting the laminated structure. In this case, since the first light reflecting layer is formed on the first surface of the first compound semiconductor layer, the first electrode may be formed, for example, to surround the first light reflecting layer. The first electrode preferably has a single-layer structure or a multi-layer structure containing at least one metal (including alloy) selected from the group consisting of gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), nickel (Ni), Ti (titanium), vanadium (V), tungsten (W), chromium (Cr), Al (aluminum), Cu (copper), Zn (zinc), tin (Sn) and indium (In). Specifically, for example, Ti/Au, Ti/Al, Ti/Al/Au, Ti/Pt/Au, Ni/Au, Ni/Au/Pt, Ni/Pt, Pd/Pt, Ag/Pd can be exemplified. Note that the layer before the "/" in the multi-layer structure is located closer to the active layer side. The same applies to the following explanation. The first electrode can be formed by a PVD method such as a vacuum deposition method or a sputtering method.
第1光反射層を取り囲むように第1電極を形成する場合、第1光反射層と第1電極とは接している構成とすることができる。あるいは又、第1光反射層と第1電極とは離間している構成とすることができる。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。When the first electrode is formed to surround the first light reflecting layer, the first light reflecting layer and the first electrode may be in contact with each other. Alternatively, the first light reflecting layer and the first electrode may be spaced apart. In some cases, the first electrode may be formed up to the edge of the first light reflecting layer, or the first light reflecting layer may be formed up to the edge of the first electrode.
第2電極を構成する第1の層は、前述したとおり、透明導電材料から成る構成とすることができる。透明導電材料として、インジウム系透明導電材料[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]、錫系透明導電材料[具体的には、例えば、酸化錫(SnOX)、ATO(SbドープのSnO2)、FTO(FドープのSnO2)]、亜鉛系透明導電材料[具体的には、例えば、酸化亜鉛(ZnO、AlドープのZnO(AZO)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)]、NiO、TiOXを例示することができる。あるいは又、第1の層を構成する材料として、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材料を挙げることもできる。第1の層は、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、第1の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。 As described above, the first layer constituting the second electrode can be made of a transparent conductive material. Examples of the transparent conductive material include indium-based transparent conductive materials [specifically, for example, indium-tin oxide (ITO, indium tin oxide, Sn-doped In 2 O 3 , including crystalline ITO and amorphous ITO), indium-zinc oxide (IZO), indium-gallium oxide (IGO), indium-doped gallium-zinc oxide (IGZO, In-GaZnO 4 ), IFO (F-doped In 2 O 3 ), ITiO (Ti-doped In 2 O 3 ), InSn, and InSnZnO], and tin-based transparent conductive materials [specifically, for example, tin oxide (SnO x ), ATO (Sb-doped SnO 2 ), and FTO (F-doped SnO 2 ) ]. )], zinc-based transparent conductive material [specifically, for example, zinc oxide (including ZnO, Al-doped ZnO (AZO) and B-doped ZnO), gallium-doped zinc oxide (GZO), AlMgZnO (aluminum oxide and magnesium oxide-doped zinc oxide)], NiO, TiO x can be exemplified. Alternatively, as a material constituting the first layer, a transparent conductive film having a base layer of gallium oxide, titanium oxide, niobium oxide, antimony oxide, nickel oxide, etc. can be exemplified, and a transparent conductive material such as a spinel type oxide or an oxide having a YbFe 2 O 4 structure can also be exemplified. The first layer can be formed by a PVD method such as a vacuum deposition method or a sputtering method. Alternatively, a low-resistance semiconductor layer can be used as the first layer, and in this case, specifically, an n-type GaN-based compound semiconductor layer can be used. Furthermore, when an n-type GaN-based compound semiconductor layer and an adjacent layer are p-type, the electrical resistance at the interface can be reduced by joining the two via a tunnel junction.
第1電極及び第2電極上に、外部の電極あるいは回路(以下、『外部の回路等』と呼ぶ場合がある)と電気的に接続するために、第1パッド電極及び第2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。A first pad electrode and a second pad electrode may be provided on the first electrode and the second electrode to electrically connect with an external electrode or circuit (hereinafter, sometimes referred to as "external circuit, etc."). The pad electrode preferably has a single-layer structure or a multi-layer structure containing at least one metal selected from the group consisting of Ti (titanium), aluminum (Al), Pt (platinum), Au (gold), Ni (nickel), and Pd (palladium). Alternatively, the pad electrode may have a multi-layer structure such as a Ti/Pt/Au multi-layer structure, a Ti/Au multi-layer structure, a Ti/Pd/Au multi-layer structure, a Ti/Pd/Au multi-layer structure, a Ti/Ni/Au multi-layer structure, or a Ti/Ni/Au/Cr/Au multi-layer structure. When the first electrode is composed of an Ag layer or an Ag/Pd layer, it is preferable to form a cover metal layer, for example, of Ni/TiW/Pd/TiW/Ni, on the surface of the first electrode, and to form a pad electrode, for example, of a multilayer structure of Ti/Ni/Au or a multilayer structure of Ti/Ni/Au/Cr/Au, on the cover metal layer.
第1光反射層及び第2光反射層を構成する光反射層(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、AlGaNX、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/TaOX、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(発光波長)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。また、光反射層の光反射率は95%以上であることが望ましい。光反射層の大きさ及び形状は、電流注入領域あるいは素子領域(これらに関しては後述する)を覆う限り、特に限定されない。 The light reflecting layer (distributed Bragg reflector layer, DBR layer) constituting the first light reflecting layer and the second light reflecting layer is composed of, for example, a semiconductor multilayer film or a dielectric multilayer film. Examples of the dielectric material include oxides, nitrides (e.g., SiNx , AlNx , AlGaNx , GaNx , BNx , etc.) or fluorides of Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti, etc. Specific examples include SiOx , TiOx , NbOx , ZrOx , TaOx , ZnOx , AlOx , HfOx , SiNx , AlNx , etc. Among these dielectric materials, two or more types of dielectric films made of dielectric materials with different refractive indices are alternately stacked to obtain a light reflecting layer. For example, multilayer films such as SiOx / SiNy , SiOx / TaOx , SiOx / NbOy , SiOx / ZrOy , and SiOx / AlNy are preferred. In order to obtain a desired light reflectance, the material, film thickness, number of layers, and the like constituting each dielectric film may be appropriately selected. The thickness of each dielectric film can be appropriately adjusted depending on the material used, and is determined by the oscillation wavelength (light emission wavelength) λ0 and the refractive index n at the oscillation wavelength λ0 of the material used. Specifically, it is preferable to set the thickness to an odd multiple of λ0 /(4n). For example, in a light emitting device with an oscillation wavelength λ0 of 410 nm, when the light reflecting layer is composed of SiOx / NbOy , the thickness can be exemplified as about 40 nm to 70 nm. The number of layers can be exemplified as 2 or more, preferably 5 to 20. The thickness of the entire light reflecting layer can be exemplified as about 0.6 μm to 1.7 μm. In addition, it is desirable that the light reflecting layer has a light reflectance of 95% or more. The size and shape of the light reflecting layer are not particularly limited as long as it covers the current injection region or the element region (which will be described later).
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種類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種類以上とを組み合わせる方法等を挙げることができる。The light-reflecting layer can be formed based on well-known methods, such as PVD methods such as vacuum deposition, sputtering, reactive sputtering, ECR plasma sputtering, magnetron sputtering, ion beam assisted deposition, ion plating, and laser ablation; various CVD methods; coating methods such as spraying, spin coating, and dipping; a method combining two or more of these methods; and a method combining these methods with one or more of the following: full or partial pretreatment, irradiation with an inert gas (Ar, He, Xe, etc.) or plasma, irradiation with oxygen gas, ozone gas, or plasma, oxidation treatment (heat treatment), and exposure treatment.
活性層への電流注入を規制するために、前述したとおり、電流注入領域が設けられている。電流注入領域と電流非注入領域との境界の形状、素子領域や電流狭窄領域に設けられた開口部の平面形状として、具体的には、円形、楕円形、長円形、矩形、正多角形(正三角形、正方形、正六角形等)を挙げることができる。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。As described above, a current injection region is provided to regulate the current injection into the active layer. The shape of the boundary between the current injection region and the non-current injection region, and the planar shape of the opening provided in the element region and the current confinement region can be, specifically, a circle, an ellipse, an oval, a rectangle, or a regular polygon (equilateral triangle, square, regular hexagon, etc.). Here, the "element region" refers to the region where the confined current is injected, or the region where light is confined due to a refractive index difference, or the region where laser oscillation occurs within the region sandwiched between the first light reflection layer and the second light reflection layer, or the region that actually contributes to laser oscillation within the region sandwiched between the first light reflection layer and the second light reflection layer.
第2電極を構成するナノカーボン材料層等は、例えば、これらの材料層を支持部材上に成膜した後、これらの材料層を第2化合物半導体層あるいは第1の層に固着(転写)させ、次いで、支持部材を除去するといった方法に基づき得ることができるし、各種CVD法や各種PVD法、液相成長法等に基づき得ることができるが、これらの方法に限定するものではない。The nanocarbon material layer constituting the second electrode can be obtained, for example, by forming a film of these material layers on a support member, then fixing (transferring) these material layers to the second compound semiconductor layer or the first layer, and then removing the support member, or by various CVD methods, various PVD methods, liquid phase growth methods, etc., but is not limited to these methods.
あるいは又、グラフェンは、例えば、以下に説明する製造方法で形成することができる。即ち、支持部材上にグラフェン化触媒を含む膜を成膜する。そして、グラフェン化触媒を含む膜に対して気相炭素供給源を供給すると同時に、気相炭素供給源を熱処理して、グラフェンを生成させる。その後、グラフェンを所定の冷却速度で冷却することで、フィルム状のグラフェンをグラフェン化触媒を含む膜上に形成することができる。グラフェン化触媒として、SiC等の炭素化合物の他、Ni、Co、Fe、Pt、Au、Al、Cr、Cu、Mg、Mn、Mo、Rh、Si、Ta、Ti、W、U、V、及びZrから選択される少なくとも1種類の金属を挙げることができる。また、気相炭素供給源として、例えば、一酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、エタノール、アセチレン、プロパン、ブタン、ブタジエン、ペンタン、ペンテン、シクロペンタジエン、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン及びトルエンから選択される少なくとも1種類の炭素源を挙げることができる。そして、以上のようにして形成されたフィルム状のグラフェンを、最終的に、グラフェン化触媒を含む膜から分離することにより、グラフェンを得ることができる。但し、グラフェンの製造方法は、これに限定するものではない。Alternatively, graphene can be formed, for example, by the manufacturing method described below. That is, a film containing a graphene catalyst is formed on a support member. Then, a gas-phase carbon source is supplied to the film containing the graphene catalyst, and the gas-phase carbon source is heat-treated to generate graphene. Then, the graphene is cooled at a predetermined cooling rate, so that a film-like graphene can be formed on the film containing the graphene catalyst. Examples of the graphene catalyst include carbon compounds such as SiC, as well as at least one metal selected from Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, and Zr. Examples of the gas-phase carbon source include at least one carbon source selected from carbon monoxide, methane, ethane, ethylene, ethanol, acetylene, propane, butane, butadiene, pentane, pentene, cyclopentadiene, hexane, cyclohexane, benzene, and toluene. The film-like graphene thus formed can be finally separated from the membrane containing the graphene catalyst to obtain graphene. However, the method for producing graphene is not limited thereto.
図44Aに示すように、グラフェンは、通常の半導体とは異なり、ディラックポイントDpを対称点として、価電子帯と伝導帯が線形の分散関係を有するゼロギャップ半導体である。通常、フェルミ準位Efは、ディラックポイントDpに存在するが、電圧の印加やドーピング処理によってシフトさせることができる。例えば、図44Bに示すように、電圧の印加やドーピング処理によってフェルミ準位Efを移動させた場合、例えば矢印Eaで示すように、2|ΔEf|よりも大きいエネルギーの光学遷移は可能である。一方、矢印Ebで示すように、2|ΔEf|以下のエネルギーの光学遷移は禁制にできる。即ち、2|ΔEf|以下のエネルギーを有する光に対してグラフェンは透明である。このように、グラフェンでは、フェルミ準位Efをシフトさせることで、所望の波長(周波数)の光に対する光透過率を変える(制御する)ことができる。図44Cに示すように、グラフェンにn型の不純物をドーピングした場合、フェルミ準位Efを、ディラックポイントDpから伝導帯側にシフトさせることができる。一方、図44Dに示すように、グラフェンにp型の不純物をドーピングした場合、フェルミ順位Efを、ディラックポイントDpから価電子帯側にシフトさせることができる。 As shown in FIG. 44A, unlike ordinary semiconductors, graphene is a zero-gap semiconductor in which the valence band and the conduction band have a linear dispersion relationship with the Dirac point Dp as a symmetric point. Usually, the Fermi level E f exists at the Dirac point Dp, but it can be shifted by applying a voltage or by a doping process. For example, as shown in FIG. 44B, when the Fermi level E f is moved by applying a voltage or by a doping process, an optical transition of an energy larger than 2|ΔE f | is possible, for example, as shown by the arrow E a . On the other hand, as shown by the arrow E b , an optical transition of an energy of 2|ΔE f | or less can be prohibited. That is, graphene is transparent to light having an energy of 2|ΔE f | or less. In this way, in graphene, the light transmittance for light of a desired wavelength (frequency) can be changed (controlled) by shifting the Fermi level E f . As shown in FIG. 44C, when graphene is doped with an n-type impurity, the Fermi level E f can be shifted from the Dirac point Dp to the conduction band side. On the other hand, as shown in FIG. 44D, when graphene is doped with a p-type impurity, the Fermi level E f can be shifted from the Dirac point D p toward the valence band side.
グラフェン層にn型やp型の不純物をドーピングするためには、例えば、化学ドーピングを行えばよい。化学ドーピングを行うためには、具体的には、グラフェン層上にドーパント層を形成すればよい。ドーパント層は、電子受容型(p型)のドーパント層とすることができるし、あるいは又、電子供与型(n型)のドーパント層とすることができる。電子受容型(p型)のドーパント層を構成する材料として、AuCl3、HAuCl4、PtCl4等の塩化物;HNO3、H2SO4、HCl、ニトロメタン等の酸;ホウ素やアルミニウムといったIII族元素;酸素等の電子吸引性分子を挙げることができるし、電子供与型(n型)のドーパント層を構成する材料として、窒素やリンといったV族元素の他に、ピリジン系化合物、窒化物、アルカリ金属類、アルキル基を有する芳香族化合物等の電子供与性分子を挙げることができる。 In order to dope the graphene layer with n-type or p-type impurities, for example, chemical doping may be performed. To perform chemical doping, specifically, a dopant layer may be formed on the graphene layer. The dopant layer may be an electron-accepting (p-type) dopant layer, or an electron-donating (n-type) dopant layer. Materials constituting the electron-accepting (p-type) dopant layer include chlorides such as AuCl 3 , HAuCl 4 , and PtCl 4 ; acids such as HNO 3 , H 2 SO 4 , HCl, and nitromethane; Group III elements such as boron and aluminum; and electron-withdrawing molecules such as oxygen. Materials constituting the electron-donating (n-type) dopant layer include Group V elements such as nitrogen and phosphorus, as well as electron-donating molecules such as pyridine-based compounds, nitrides, alkali metals, and aromatic compounds having alkyl groups.
積層構造体の側面や露出面を被覆層(絶縁膜)で被覆してもよい。被覆層(絶縁膜)の形成は、周知の方法に基づき行うことができる。被覆層(絶縁膜)を構成する材料の屈折率は、積層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(絶縁膜)を構成する材料として、SiO2を含むSiOX系材料、SiNX系材料、SiOYNZ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、ポリイミド系樹脂等の有機材料を挙げることもできる。被覆層(絶縁膜)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。 The side surface or exposed surface of the laminated structure may be covered with a coating layer (insulating film). The coating layer (insulating film) may be formed based on a known method. The refractive index of the material constituting the coating layer (insulating film) is preferably smaller than the refractive index of the material constituting the laminated structure. Examples of materials constituting the coating layer (insulating film) include SiO2- containing SiOx- based materials, SiNx- based materials, SiOyNz - based materials, TaOx , ZrOx , AlNx , AlOx , and GaOx , or organic materials such as polyimide resins. Examples of methods for forming the coating layer (insulating film) include PVD methods such as vacuum deposition and sputtering, or CVD methods, and the coating layer (insulating film) may also be formed based on a coating method.
実施例1は、本開示の発光素子に関する。実施例の発光素子は、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。実施例1の発光素子の模式的な一部端面図を図1に示す。図中、Z軸は、発光素子を構成する第1光反射層41の軸線(第1光反射層41の中心を通る、積層構造体20に対する垂線)を示す。また、X軸は、Z軸と直交し、Y軸は、X軸及び軸と直交する。Example 1 relates to a light-emitting device of the present disclosure. The light-emitting device of the example is composed of a surface-emitting laser element (vertical cavity laser, VCSEL) that emits laser light. A schematic partial end view of the light-emitting device of Example 1 is shown in FIG. 1. In the figure, the Z axis indicates the axis of the first light-reflecting
実施例1の発光素子10Aあるいは後述する実施例2~実施例11の発光素子は、
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、
第1化合物半導体層21の第2面21bと面する活性層(発光層)23、並びに、
活性層23と面する第1面22a、及び、第1面22aと対向する第2面22bを有する第2化合物半導体層22、
が積層された積層構造体20、
第1化合物半導体層21の第1面側に形成された第1光反射層41、
第2化合物半導体層22の第2面側に形成された第2光反射層42、
第1化合物半導体層21に電気的に接続された第1電極31、並びに、
第2化合物半導体層22と第2光反射層42との間に設けられた第2電極32、
を備えており、
第2電極32は、少なくとも、ナノカーボン材料層又は2次元材料層を有する。
The
a first
an active layer (light emitting layer) 23 facing the
a second compound semiconductor layer having a first surface facing the active layer and a second surface opposed to the first surface;
A
A first
A second
a
a
Equipped with
The
そして、第2電極32は、具体的には、ナノカーボン材料層又は2次元材料層の単層を有する。あるいは又、第2電極32は、少なくとも、透明導電材料又は半導体材料(実施例1にあっては、具体的には、ITOといった透明導電材料)から成る第1の層32Aと、ナノカーボン材料層又は2次元材料層から成る第2の層32Bとの積層構造を有する。そして、この場合、第1の層32Aは第2化合物半導体層22の第2面22bと接している。また、第2電極32を構成するナノカーボン材料層又は2次元材料層の厚さは、限定するものではないが、0nmを越え、5nm以下であることが好ましい。尚、実施例1において、第2電極32を構成するナノカーボン材料層は、具体的には、グラフェン層から成る。
The
また、少なくとも第2化合物半導体層22の厚さ方向の一部は、電流注入領域51、及び、電流注入領域51を囲む電流非注入領域52から構成されており、
第2化合物半導体層22の第2面における電流注入領域51の直径RCCは、限定するものではないが、1×10-6m乃至1×10-2m、好ましくは、2×10-6m乃至1×10-3mである。
At least a portion of the second
The diameter R CC of the
更には、実施例1の発光素子10Aにおいて、第1光反射層41は、活性層23から離れる方向に向かって凸状の形状を有し、第2光反射層42は、平坦な形状を有する。凸状の形状を有する第1光反射層41の部分の曲率半径R1は、限定するものではないが、1×10-5m乃至1×10-2mであり、また、共振器長LORは、限定するものではないが、1×10-6m乃至5×10-4mである。
Furthermore, in the
第1化合物半導体層21の第1面21aが基部面90を構成する。第1光反射層41は基部面90に形成されている。基部面90は、活性層23から離れる方向に向かって凸状の形状を有する。基部面90の凸状の形状を有する部分は第1の部分91であり、第1の部分91と第1の部分91の間の領域に相当する第2の部分92は平坦である。あるいは又、第1の部分91の周辺領域に相当する第2の部分92は平坦である。第2の部分92は、第1の部分91を囲んでいる。The
発光素子アレイを、複数の並置された実施例1あるいは後述する各種実施例の発光素子から構成する場合、発光素子アレイにおいて、発光素子10Aの形成ピッチは、3μm以上、50μm以下、好ましくは5μm以上、30μm以下、より好ましくは8μm以上、25μm以下であることが望ましい。また、基部面90の曲率半径R1は、1×10-4m以上であることが望ましい。尚、発光素子アレイにおける発光素子の配置状態を、図11及び図12に掲げるが、実施例5において詳しく説明する。
When the light-emitting element array is composed of a plurality of juxtaposed light-emitting elements of Example 1 or various other examples described later, the formation pitch of the light-emitting
積層構造体20は、GaN系化合物半導体、InP系化合物半導体及びGaAs系化合物半導体から成る群から選択された少なくとも1種類の材料から成る構成とすることができる。The
以下、実施例1の発光素子10Aの構成の一例を説明する。
Below, an example of the configuration of the light-emitting
第1化合物半導体層21は、例えば、Siが2×1016cm-3程度ドーピングされた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、例えば、マグネシウムが1×1019cm-3程度ドーピングされたp-GaN層から成る。第1化合物半導体層21の面方位は{0001}面に限定されず、例えば、半極性面である{20-21}面等とすることもできる。Ti/Pt/Auから成る第1電極31は、例えばTi/Pt/Au又はV/Pt/Auから成る第1パッド電極(図示せず)を介して外部の回路等と電気的に接続されている。一方、第2電極32は、第2化合物半導体層22の上に形成されており、第2光反射層42は第2電極32上に形成されている。第2電極32の上の第2光反射層42は平坦な形状を有する。第2電極32の縁部の上には、外部の回路等と電気的に接続するための、例えば、Ti/Pt/Auや、Ni/Pt/Au、Pd/Ti/Pt/Au、Pd/Ti/Pt/Au、Ti/Pd/Au、Ti/Ni/Auから成る第2パッド電極(図示せず)が形成あるいは接続されていてもよい。第1光反射層41及び第2光反射層42は、Ta2O5層とSiO2層との積層構造や、SiN層とSiO2層との積層構造から成る。第1光反射層41及び第2光反射層42はこのように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。第1電極31に設けられた開口部31’、第1光反射層41、第2光反射層42、絶縁層(電流狭窄層)34に設けられた開口部34A、電流注入領域51のそれぞれの平面形状は円形である。第1化合物半導体層21は第1導電型(具体的には、n型)を有し、第2化合物半導体層22は第1導電型とは異なる第2導電型(具体的には、p型)を有する。
The first
積層構造体20には、電流注入領域51、及び、電流注入領域51を取り囲む電流非注入領域52が形成されている。ここで、電流非注入領域52は、図1に示した例では、厚さ方向、第2化合物半導体層22から第1化合物半導体層21の一部に亙り形成されている。但し、電流非注入領域52は、厚さ方向、第2化合物半導体層22の第2電極側の領域に形成されていてもよいし、第2化合物半導体層22全体に形成されていてもよいし、第2化合物半導体層22及び活性層23に形成されていてもよい。電流非注入領域52は、例えば、不純物[例えば、ボロン、プロトン、リン、ヒ素、炭素、窒素、フッ素、酸素、ゲルマニウム、亜鉛及びシリコンから成る群から選択された少なくとも1種類のイオン(即ち、1種類のイオン又は2種類以上のイオン)]をイオン注入するイオン注入法に基づき形成することができ、導電性が低下した領域から成る電流狭窄領域を得ることができる。The
あるいは又、図3に示すように、電流狭窄領域52を得るために、第2電極32と第2化合物半導体層22との間に絶縁材料(例えば、SiOXやSiNX、AlOX)から成る絶縁層(電流狭窄層)34を形成してもよく、絶縁層(電流狭窄層)34には、第2化合物半導体層22に電流を注入するための開口部34Aが設けられている。即ち、第2化合物半導体層22は、第1領域22A、及び、第1領域22Aを囲む第2領域22Bに区画され、第2化合物半導体層22の第1領域22Aの上には第2電極32が設けられており、第2化合物半導体層22の第2領域22Bは、絶縁層34を介して第2電極32と対向している。
3, in order to obtain a
あるいは又、電流狭窄領域を得るために、第2化合物半導体層22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、少なくとも積層された第2化合物半導体層22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。あるいは又、第2化合物半導体層の第2面へのプラズマ照射(具体的には、アルゴン、酸素、窒素等)、又は、第2化合物半導体層の第2面へのアッシング処理、又は、第2化合物半導体層の第2面への反応性イオンエッチング(RIE)処理によって、電流狭窄領域を形成してもよい。第2化合物半導体層の第2面へのプラズマ照射を行うことで、第2化合物半導体層の導電性に劣化が生じ、電流非注入領域は高抵抗状態となる。Alternatively, to obtain the current confinement region, the second
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32は、電流狭窄により電流が流れる第2化合物半導体層22の部分(電流注入領域)と電気的に接続されている必要がある。Alternatively, these may be combined as appropriate. However, the
第2電極32は第2パッド電極(図示せず)を介して外部の回路等に接続される。第1電極31も、第1パッド電極(図示せず)を介して外部の回路等に接続される。第1光反射層41を介して光が外部に出射されてもよいし、第2光反射層42を介して光が外部に出射されてもよい。The
実施例1の発光素子10Aの各種仕様を、以下の表1、表2、表3、表4、表5に示す。
Various specifications of the light-emitting
〈表1〉
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(7ペア)
第2電極32 グラフェン(厚さ:3原子層)
第2化合物半導体層22 p-GaN(厚さ:120nm)
活性層23 多重量子井戸構造(総厚:30nm)
井戸層 InGaN
バリア層 GaN
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(15ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 450nm
曲率半径R1 1mm
電流注入領域 第2化合物半導体層へのボロンイオンのイオン注入によって 形成(直径RCC:0.1mm)
発光素子製造用基板 GaN基板[主面:(0001)面]
<Table 1>
Second
Second compound semiconductor layer 22 p-GaN (thickness: 120 nm)
Active layer 23: Multiple quantum well structure (total thickness: 30 nm)
Well layer: InGaN
Barrier layer GaN
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 450 nm
Radius of curvature R1 1mm
Current injection region: Formed by ion implantation of boron ions into the second compound semiconductor layer (diameter R CC : 0.1 mm).
Substrate for manufacturing light-emitting elements GaN substrate [main surface: (0001) surface]
〈表2〉
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(7ペア)
第2電極32
第2の層 グラフェン(厚さ:3原子層)
第1の層 ITO(厚さ:5nm)
第2化合物半導体層22 p-GaN(厚さ:110nm)
活性層23 多重量子井戸構造(総厚:30nm)
井戸層 InGaN
バリア層 GaN
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(15ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 450nm
曲率半径R1 1mm
電流注入領域 第2化合物半導体層へのボロンイオンのイオン注入によって 形成(直径RCC:0.1mm)
発光素子製造用基板 GaN基板[主面:(20-21)面]
<Table 2>
Second
Second layer: Graphene (thickness: 3 atomic layers)
First layer: ITO (thickness: 5 nm)
Second compound semiconductor layer 22 p-GaN (thickness: 110 nm)
Active layer 23: Multiple quantum well structure (total thickness: 30 nm)
Well layer: InGaN
Barrier layer GaN
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 450 nm
Radius of curvature R1 1mm
Current injection region: Formed by ion implantation of boron ions into the second compound semiconductor layer (diameter R CC : 0.1 mm).
Substrate for manufacturing light-emitting element GaN substrate [Main surface: (20-21) surface]
〈表3〉
第2光反射層42 SiO2/SiN(6ペア)
第2電極32
第2の層 窒化ホウ素(厚さ:3原子層)
第1の層 ITO(厚さ:5nm)
第2化合物半導体層22 p-GaN(厚さ:150nm)
活性層23 多重量子井戸構造(総厚:30nm)
井戸層 InGaN
バリア層 GaN
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(15ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 525nm
曲率半径R1 1mm
電流注入領域 第2化合物半導体層へのボロンイオンのイオン注入によって 形成(直径RCC:0.1mm)
発光素子製造用基板 GaN基板[主面:(20-21)面]
<Table 3>
Second
Second layer: Boron nitride (thickness: 3 atomic layers)
First layer: ITO (thickness: 5 nm)
Second compound semiconductor layer 22 p-GaN (thickness: 150 nm)
Active layer 23: Multiple quantum well structure (total thickness: 30 nm)
Well layer: InGaN
Barrier layer GaN
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 525 nm
Radius of curvature R1 1mm
Current injection region: Formed by ion implantation of boron ions into the second compound semiconductor layer (diameter R CC : 0.1 mm).
Substrate for manufacturing light-emitting element GaN substrate [Main surface: (20-21) surface]
〈表4〉
第2光反射層42 SiO2/SiN(6ペア)
第2電極32
第2の層 硫化モリブデン(厚さ:20原子層)
第1の層 ITO(厚さ:5nm)
第2化合物半導体層22 p-GaN(厚さ:150nm)
活性層23 多重量子井戸構造(総厚:30nm)
井戸層 InGaN
バリア層 GaN
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Nb2O5(10ペア)
共振器長LOR 15μm
発振波長(発光波長)λ0 525nm
曲率半径R1 2mm
電流注入領域 第2化合物半導体層へのボロンイオンのイオン注入によって 形成(直径RCC:0.5mm)
発光素子製造用基板 GaN基板[主面:(20-21)面]
Table 4
Second
Second layer: Molybdenum sulfide (thickness: 20 atomic layers)
First layer: ITO (thickness: 5 nm)
Second compound semiconductor layer 22 p-GaN (thickness: 150 nm)
Active layer 23: Multiple quantum well structure (total thickness: 30 nm)
Well layer: InGaN
Barrier layer GaN
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 15μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 525 nm
Radius of
Current injection region: Formed by ion implantation of boron ions into the second compound semiconductor layer (diameter R CC : 0.5 mm).
Substrate for manufacturing light-emitting element GaN substrate [Main surface: (20-21) surface]
〈表5〉
第2光反射層42 SiO2/Nb2O5(5ペア)
第2電極32 グラフェン(厚さ:10原子層)
第2化合物半導体層22 p-GaN(厚さ:130nm)
活性層23 多重量子井戸構造(総厚:15nm)
井戸層 InGaN
バリア層 GaN
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/HfO2(15ペア)
共振器長LOR 15μm
発振波長(発光波長)λ0 405nm
曲率半径R1 5mm
電流注入領域 第2化合物半導体層へのアルミニウムイオンのイオン注入に よって形成(直径RCC:1mm)
発光素子製造用基板 GaN基板[主面:(0001)面]
Table 5
Second
Second compound semiconductor layer 22 p-GaN (thickness: 130 nm)
Active layer 23: Multiple quantum well structure (total thickness: 15 nm)
Well layer: InGaN
Barrier layer GaN
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 15μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 405 nm
Radius of curvature R1 5mm
Current injection region: Formed by ion implantation of aluminum ions into the second compound semiconductor layer (diameter R CC : 1 mm).
Substrate for manufacturing light-emitting elements GaN substrate [main surface: (0001) surface]
以下、実施例1の発光素子10Aの製造方法の概要を説明する。
Below, an overview of the manufacturing method for the light-emitting
先ず、積層構造体20を形成した後、第2化合物半導体層22の第2面側に第2光反射層42を形成する。First, the
[工程-100]
具体的には、厚さ0.4mm程度の化合物半導体基板11の第2面11b上に、
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、
第1化合物半導体層21の第2面21bと面する活性層(発光層)23、並びに、
活性層23と面する第1面22a、及び、第1面22aと対向する第2面22bを有する第2化合物半導体層22、
が積層された、GaN系化合物半導体から成る積層構造体20を形成する。より具体的には、周知のMOCVD法によるエピタキシャル成長法に基づき、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を、化合物半導体基板11の第2面11b上に、順次、形成することで、積層構造体20を得ることができる(図32A参照)。
[Step-100]
Specifically, on the
a first
an active layer (light emitting layer) 23 facing the
a second compound semiconductor layer having a first surface facing the active layer and a second surface opposed to the first surface;
More specifically, the first
[工程-110]
次いで、ボロンイオンを用いた周知のイオン注入法に基づき、電流非注入領域52を積層構造体20に形成する(図32B参照)。
[Step-110]
Next, a current
[工程-120]
その後、第2化合物半導体層22上に第2電極32を形成する。具体的には、例えば、圧延した厚さ35μmの銅箔(支持部材に相当する)を電気炉内で水素雰囲気(水素流量20sccm)中において1000゜Cに加熱し、メタンガスを30sccmの流量で30分間、供給することで、グラフェン層を銅箔上に形成する。次いで、グラフェン層上に、メチルメタクリレート(PMMA)のアセトン希釈溶液をスピンコートにて塗布した後、溶液を乾燥させてPMMA膜を形成する。その後、銅箔(支持部材)を硝酸鉄水溶液を用いて除去し、PMMA膜に貼り合わされたグラフェン層を残す。そして、グラフェン層を第2化合物半導体層22の第2面22bの上に転写した後、アセトン溶媒を用いてPMMA膜を除去する。こうして、第2化合物半導体層22の第2面22bの上に、グラフェン層から成る第2電極32を得ることができる。更に、所望に応じて、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法とウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法との組合せに基づき第2電極32の上に第2パッド電極を形成する。
[Step-120]
Thereafter, a
[工程-130]
次いで、第2電極32の上に第2光反射層42を形成する。具体的には、第2電極32の上から第2パッド電極の上に亙り、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法とウェットエッチング法やドライエッチング法といったパターニング法との組合せに基づき第2光反射層42を形成する。第2電極32の上の第2光反射層42は平坦な形状を有する。こうして、図33に示す構造を得ることができる。
[Step-130]
Next, the second
[工程-140]
次いで、第2光反射層42を、接合層48を介して支持基板49に固定する(図34参照)。具体的には、第2光反射層42を、接着剤から成る接合層48を用いて、サファイア基板から構成された支持基板49に固定する。
[Step-140]
Next, the second
[工程-150]
次いで、化合物半導体基板11を、機械研磨法やCMP法に基づき薄くし、更に、エッチングを行うことで、化合物半導体基板11を除去する。
[Step-150]
Next, the
[工程-160]
その後、第1光反射層41を形成すべき基部面90(具体的には、第1化合物半導体層21の第1面21a)の第1の部分91を形成すべき領域の上に犠牲層81を形成した後、犠牲層81の表面を凸状とする。具体的には、レジスト材料層を第1化合物半導体層21の第1面21aの上に形成し、基部面90の第1の部分91を形成すべき領域の上にレジスト材料層を残すようにレジスト材料層をパターニングした後(図35A参照)、残されたレジスト材料層に加熱処理を施すことで、表面が凸状の犠牲層81’を得ることができる(図35B参照)。次いで、犠牲層81’をエッチバックし、更に、基部面90から内部(即ち、第1化合物半導体層21の第1面21aから第1化合物半導体層21の内部)に向けてエッチバックすることで、第1化合物半導体層21の第2面21bを基準としたとき、基部面90の第1の部分91に凸部を形成することができる(図35C参照)。基部面90の第1の部分91と第1の部分91の間の領域に相当する第2の部分92は平坦である。エッチバックは、RIE法等のドライエッチング法に基づき行うこともできるし、塩酸、硝酸、フッ酸、リン酸やこれらの混合物等を用いてウェットエッチング法に基づき行うこともできる。尚、図35A、図35B及び図35Cにあっては、活性層や第2化合物半導体層、第2光反射層等の図示を省略している。
[Step-160]
Thereafter, a
[工程-170]
次に、基部面90の凸部91の上に第1光反射層41を形成する。具体的には、基部面90の全面に、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法に基づき第1光反射層41を成膜した後、第1光反射層41をパターニングすることで、基部面90の凸部91の上に第1光反射層41を得ることができる。その後、基部面90の第1光反射層41が形成されていない領域の上に、第1電極31を形成する。以上によって、図1に示した実施例1の発光素子10Aを得ることができる。第1電極31を第1光反射層41よりも突出させれば、第1光反射層41を保護することができる。そして、外部の電極あるいは回路(発光素子を駆動する回路)と電気的に接続すればよい。具体的には、第1電極31及び図示しない第1パッド電極を介して第1化合物半導体層21を外部の回路等に接続し、また、第2電極32、第2パッド電極を介して第2化合物半導体層22を外部の回路等に接続すればよい。次いで、パッケージや封止することで、実施例1の発光素子10Aを完成させる。
[Step-170]
Next, the first
尚、実施例1の発光素子10Aの変形例-1の模式的な一部端面図を図2に示すように、[工程-120]において、第2化合物半導体層22の第2面22bの上に、ITOといった透明導電材料)から成る第1の層32Aと、ナノカーボン材料層等から成る第2の層32Bとの積層構造を有する第2電極32を形成してもよい。この場合、第1の層32Aは第2化合物半導体層22と接している。2 is a schematic partial end view of Modification 1 of the light-emitting
発光素子10Aから出射される光の偏光状態の制御のために、第2電極32には、より具体的には、第1の層と第2の層から構成された第2電極32において、第2の層に、一方向(例えば、第1の方向、Y方向)に延びる複数の溝部が形成されていてもよい。In order to control the polarization state of the light emitted from the light-emitting
また、[工程-110]において、電流非注入領域52を得るために、第2電極32と第2化合物半導体層22との間に絶縁材料(例えば、SiOXやSiNX、AlOX)から成る絶縁層(電流狭窄層)34を形成してもよく、絶縁層(電流狭窄層)34には、第2化合物半導体層22に電流を注入するための開口部34Aが設けられている。このような構造の発光素子10Aの変形例-2の模式的な一部端面図を図3に示す。開口部34Aを有する絶縁層34によって、電流狭窄領域(電流非注入領域52)が規定される。即ち、開口部34Aによって電流注入領域51が規定される。
In addition, in [Step-110], an insulating layer (current confinement layer) 34 made of an insulating material (e.g., SiOx , SiNx , AlOx ) may be formed between the
実施例1の発光素子においては、第2電極がナノカーボン材料層等を有するので、第2電極、全体の低抵抗化を図ることができ、活性層に電流を均一に流すことが可能となるし、第2電極の周辺部から中央部へと流れる電流の不均一状態の発生を抑制することができる。それ故、電流注入領域の中央部を流れる電流が不足し、発振が阻害され、閾値電流が増加するといった問題の発生を抑制することができるし、より低い閾値電流での発振が可能となる。また、横モードの発振が不安定になることを防止することができる。そして、以上の結果、活性層(発光層)の面積の拡大を図ることができ、大光出力の発光素子を提供することができる。In the light-emitting element of Example 1, since the second electrode has a nanocarbon material layer or the like, the resistance of the second electrode as a whole can be reduced, and it is possible to uniformly pass current through the active layer, and the occurrence of a non-uniform state of current flowing from the periphery to the center of the second electrode can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of problems such as a shortage of current flowing through the center of the current injection region, which inhibits oscillation and increases the threshold current, and oscillation at a lower threshold current is possible. In addition, it is possible to prevent the oscillation in the transverse mode from becoming unstable. As a result of the above, it is possible to expand the area of the active layer (light-emitting layer), and a light-emitting element with a large light output can be provided.
また、実施例1の発光素子において、第1光反射層は凹面鏡として機能するので、活性層を起点に回折して広がり、そして、第1光反射層に入射した光を活性層に向かって確実に反射し、活性層に集光することができる。従って、回折損失が増加することを回避することができ、確実にレーザ発振を行うことができるし、長い共振器を有することから熱飽和の問題を回避することが可能となる。また、共振器長を長くすることができるが故に、発光素子の製造プロセスの許容度が高くなる結果、歩留りの向上を図ることができる。尚、「回折損失」とは、一般に、光は回折効果に起因して広がろうとするため、共振器を往復するレーザ光は、次第に、共振器外へと散逸してしまう現象を指す。 In addition, in the light-emitting device of Example 1, the first light reflecting layer functions as a concave mirror, so that the light diffracts and spreads from the active layer as a starting point, and the light incident on the first light reflecting layer can be reliably reflected toward the active layer and focused on the active layer. Therefore, it is possible to avoid an increase in diffraction loss, reliably perform laser oscillation, and since it has a long resonator, it is possible to avoid the problem of thermal saturation. In addition, since the resonator length can be made long, the tolerance of the manufacturing process of the light-emitting device is increased, and the yield can be improved. In addition, "diffraction loss" generally refers to the phenomenon in which light tends to spread due to the diffraction effect, and the laser light traveling back and forth through the resonator gradually dissipates outside the resonator.
また、発光素子の製造プロセスにあっては、GaN基板を用いるが、ELO法等の横方向にエピタキシャル成長させる方法に基づきGaN系化合物半導体を形成してはいない。従って、GaN基板として、極性GaN基板だけでなく、半極性GaN基板や無極性GaN基板を用いることができる。極性GaN基板を使用すると、活性層におけるピエゾ電界の効果のために発光効率が低下する傾向があるが、無極性GaN基板や半極性GaN基板を用いれば、このような問題を解決したり、緩和することが可能である。 In addition, in the manufacturing process of the light-emitting element, a GaN substrate is used, but a GaN-based compound semiconductor is not formed based on a method of lateral epitaxial growth such as the ELO method. Therefore, as the GaN substrate, not only a polar GaN substrate but also a semi-polar GaN substrate or a non-polar GaN substrate can be used. When a polar GaN substrate is used, the light-emitting efficiency tends to decrease due to the effect of the piezoelectric field in the active layer, but if a non-polar GaN substrate or a semi-polar GaN substrate is used, it is possible to solve or alleviate such a problem.
また、実施例1の発光素子10Aの変形例-3の模式的な一部端面図を図4に示すように、第2電極32は、第1の層32A及び第2の層32Bの積層構造を有し、第2電極32の中央部には、第2の層32Bが形成されていない形態とすることができ、これによって、発光素子10Aからの高次モードの光の出射を抑制することができる。第2電極32の中央部の第2の層32Bが形成されていない領域には、ITOから成る透明薄膜(平坦化膜)32Cを形成すればよい。活性層23において生成し、透明薄膜32Cを通過する光は、透明薄膜32Cにおいて吸収されない。一方、透明薄膜32Cを囲む第2の層32Bは、活性層23において生成した光を吸収する。具体的には、このような発光素子10Aにあっては、積層構造体20の厚さ方向における活性層23の厚さ方向の中心から第2の層32Bの厚さ方向の中心までの距離L2は、前述した式(A)を満足していない。そして、これによって、第2の層32Bは光強度分布の最低振幅部分に位置せず、第2の層32Bは活性層23において発生した光を吸収し易くなる。即ち、高次の横モードを有する光は第2の層32Bによって吸収され易くなる一方、1次の横モードを有する光は透明薄膜32Cを通過するので、発光素子10Aから出射される横モードのレーザ光の制御が可能となる。こうして、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となるし、発光素子10Aの発光効率の向上を図ることができる。尚、第2電極32の中央部における第2の層32Bが形成されていない領域の直径RCLと直径RCCの関係として、
0.05RCC<RCL<0.95RCC
を例示することができる。このような発光素子の仕様を、表5に示す。但し、第2電極32[グラフェン(厚さ:10原子層)]の中央部を直径100μmほど除いたドーナツ型の第2電極32とする。即ち、直径RCL=100μmとした。あるいは又、このような発光素子の仕様を、表6(後述する)に示す。
4 is a schematic partial end view of the modified example 3 of the
0.05R CC <R CL <0.95R CC
Examples of the specifications of such a light-emitting device are shown in Table 5. However, the second electrode 32 [graphene (thickness: 10 atomic layers)] is a doughnut-shaped
一方、上記の表1乃至表5に示した仕様のいずれにおいても、発光素子10Aにあっては、積層構造体20の厚さ方向における活性層23の厚さ方向の中心からナノカーボン材料層等の厚さ方向の中心までの距離L2は、前述した式(A)を満足する。そして、これによって、第2電極32を構成するナノカーボン材料層等を、光強度分布の最低振幅部分に位置させることが可能となる結果、即ち、発光素子10A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ナノカーボン材料層等を位置させる結果、第2電極32を構成するナノカーボン材料層等が、活性層23において発生した光を吸収し難くなり、発光素子10Aの発光効率の向上を図ることができるし、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となる。ナノカーボン材料層の光吸収係数は、p-GaN層から成る第2化合物半導体層22の光吸収係数の2倍以上、具体的には、約1×103倍である。尚、発光素子10Aの内部において形成される光の定在波に生じる最高振幅部分に活性層23が位置する。
On the other hand, in any of the specifications shown in Tables 1 to 5, in the
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45のようになる。尚、図45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26が、縦モードAの最小振幅部分に位置し、且つ、縦モードBの最小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45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26の位置を制御することで、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。
When multiple longitudinal modes occur within the gain spectrum determined by the
従って、光吸収材料層26として機能するナノカーボン材料層等の位置をこのように制御すればよく、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。Therefore, by controlling the position of the nano-carbon material layer or the like that functions as the light absorbing
尚、例えば、第1化合物半導体層21の式(A)を満足するように、以上に説明した光吸収材料層26を、例えば、少なくとも2層、好ましくは、少なくとも4層、配置する構成とすることもできる。即ち、積層構造体20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26が位置することが好ましい。また、光吸収材料層26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26の厚さの下限値として1nmを例示することができる。尚、光吸収材料層26は、積層構造体20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ことが好ましい。
For example, at least two layers, preferably at least four layers, of the light absorbing
光吸収材料層26は、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構成とすることができる。ここで、積層構造体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として、例えば、積層構造体20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、光吸収特性を有する光反射層構成材料として、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26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26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26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26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26は、第1化合物半導体層21内に形成されていてもよいし、第2化合物半導体層22内に形成されていてもよいし、第1光反射層41内に形成されていてもよいし、第2光反射層42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。1層の光吸収材料層26が第1化合物半導体層21内に形成されている発光素子(実施例1の変形例-4)の模式的な一部端面図を図5に示す。
The light absorbing
以上の実施例1の発光素子あるいは各種の変形例を、実施例2~実施例3の発光素子に適用することができる。The light-emitting element of Example 1 or various modified examples thereof can be applied to the light-emitting elements of Examples 2 to 3.
実施例2は、実施例1の変形である。実施例1においては、積層構造体20をGaN系化合物半導体から構成した。一方、実施例2にあっては、積層構造体20をInP系化合物半導体から構成した。具体的には、第1化合物半導体層21を、Seを1×1018cm-3ドーピングしたn-InPから構成し、活性層23をAlGaInAs層から構成し、第2化合物半導体層22を、C(炭素)を1×1019cm-3ドーピングしたp-AlGaInAs層から構成した。また、電流非注入領域52を、n-AlGaInAs層/p-AlGaInAs層/n-InP層の積層構造、あるいは、FeドープのInP層から構成し、あるいは又、イオン注入法に基づき形成した。第2電極32の構成は、実施例1において説明したと同様である。更には、実施例2の変形例としての実施例2の発光素子にあっては、第1光反射層41は、発光素子製造用基板としての半絶縁性のInP基板(アンドープであり、あるいは又、Feがドープされている)の上に形成されている。以上の点を除き、実施例2の発光素子は、実施例1の発光素子と同様の構成、構造とすることができるので、詳細な説明は省略する。
Example 2 is a modification of Example 1. In Example 1, the stacked
実施例2の発光素子の仕様を、以下の表6に示す。The specifications of the light-emitting element of Example 2 are shown in Table 6 below.
〈表6〉
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(7ペア)
第2電極32 グラフェン(厚さ:3原子層)
第2化合物半導体層22 p-InP(厚さ:200nm)
活性層23 多重量子井戸構造(総厚:40nm)
井戸層 AlGaInAs
バリア層 AlGaInAs
第1化合物半導体層21 n-InP
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(15ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 1400nm
曲率半径R1 1mm
電流注入領域 第2化合物半導体層への水素イオンのイオン注入によって形 成(直径RCC:0.1mm)
発光素子製造用基板 InP基板
Table 6
Second
Second compound semiconductor layer 22 p-InP (thickness: 200 nm)
Active layer 23: Multiple quantum well structure (total thickness: 40 nm)
Well layer: AlGaInAs
Barrier layer: AlGaInAs
First compound semiconductor layer 21 n-InP
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 1400 nm
Radius of curvature R1 1mm
Current injection region: Formed by ion implantation of hydrogen ions into the second compound semiconductor layer (diameter R CC : 0.1 mm).
Substrate for manufacturing light-emitting devices InP substrate
あるいは又、実施例2にあっては、積層構造体20をGaAs系化合物半導体から構成することもできる。このような実施例2の発光素子の変形例の仕様を、以下の表7に示す。Alternatively, in Example 2, the stacked
〈表7〉
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(7ペア)
第2電極32 グラフェン(厚さ:3原子層)
第2化合物半導体層22 p-AlGaAs(厚さ:200nm)
活性層23 多重量子井戸構造(総厚:40nm)
井戸層 InGaAs
バリア層 AlGaAs
第1化合物半導体層21 n-AlGaAs
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(15ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 約900nm
曲率半径R1 1mm
電流注入領域 第2化合物半導体層への水素イオンのイオン注入によって形 成(直径RCC:0.1mm)
発光素子製造用基板 GaAs基板
Table 7
Second
Second compound semiconductor layer 22 p-AlGaAs (thickness: 200 nm)
Active layer 23: Multiple quantum well structure (total thickness: 40 nm)
Well layer: InGaAs
Barrier layer: AlGaAs
First compound semiconductor layer 21 n-AlGaAs
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 approx. 900 nm
Radius of curvature R1 1mm
Current injection region: Formed by ion implantation of hydrogen ions into the second compound semiconductor layer (diameter R CC : 0.1 mm).
Substrate for manufacturing light emitting devices GaAs substrate
実施例3は、実施例1~実施例2の変形である。模式的な一部端面図を図6に示す実施例3の発光素子10Bにおいて、第1化合物半導体層21の第1面21aと第1光反射層41との間には化合物半導体基板11が配されており(残されており)、基部面90は化合物半導体基板11の表面(第1面11a)から構成されている。尚、図6においては、実施例1の変形例-2の発光素子に基づく発光素子を図示しているが、これに限定するものではない。
Example 3 is a modification of Examples 1 and 2. In the light-emitting
実施例3の発光素子10Bは、実施例1の[工程-150]と同様の工程において、化合物半導体基板11を薄くし、鏡面仕上げを施す。化合物半導体基板11の第1面11aの表面粗さRaの値は10nm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。その後、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)の上に、実施例1の[工程-160]における犠牲層を形成し、以下、実施例1の[工程-160]以降の工程と同様の工程を実行し、実施例1における第1化合物半導体層21の代わりに化合物半導体基板11に第1の部分91及び第2の部分92から成る基部面90を設け、発光素子を完成させればよい。また、第1電極31は化合物半導体基板11の上に形成すればよい。In the light-emitting
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~実施例2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。 Except for the above points, the configuration and structure of the light-emitting element in Example 3 can be similar to the configuration and structure of the light-emitting element in Examples 1 and 2, so a detailed description will be omitted.
代替的に、第1光反射層41を、発光素子製造用基板としてのサファイア基板の上に形成してもよい。この場合、第1電極31を、図示しない領域において、第1化合物半導体層21に接続すればよい。Alternatively, the first
実施例4も、実施例1~実施例2の変形である。模式的な一部端面図を図7に示す実施例4の発光素子10Cにおいて、第1化合物半導体層21の第1面21aと第1光反射層41との間には基材95が配されており、基部面90は基材95の表面から構成されている。あるいは又、模式的な一部端面図を図8に示す実施例4の発光素子10Cの変形例において、第1化合物半導体層21の第1面21aと第1光反射層41との間には化合物半導体基板11及び基材95が配されており、基部面90は基材95の表面から構成されている。基材95を構成する材料として、TiO2、Ta2O5、SiO2等の透明な誘電体材料、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂等を挙げることができる。尚、図7、図8においては、実施例1の変形例-2の発光素子に基づく発光素子を図示しているが、これに限定するものではない。
Example 4 is also a modification of Examples 1 and 2. In a light-emitting
図7に示す実施例4の発光素子10Cは、実施例1の[工程-150]と同様の工程において、化合物半導体基板11を除去し、第1化合物半導体層21の第1面21aの上に基部面90を有する基材95を形成する。具体的には、第1化合物半導体層21の第1面21aの上に、例えば、TiO2層又はTa2O5層を形成し、次いで、第1の部分91を形成すべきTiO2層又はTa2O5層の上にパターニングされたレジスト層を形成し、レジスト層を加熱することでレジスト層をリフローさせて、レジストパターンを得る。レジストパターンには第1の部分の形状と同じ形状(あるいは類似した形状)が付与される。そして、レジストパターン及びTiO2層又はTa2O5層をエッチバックすることによって、第1化合物半導体層21の第1面21aの上に、第1の部分91及び第2の部分92が設けられた基材95(TiO2層又はTa2O5層から成る)を得ることができる。次いで、基材95の所望の領域の上に周知の方法に基づき第1光反射層41を形成すればよい。
In the light-emitting
あるいは又、図8に示す実施例4の発光素子10Cは、実施例1の[工程-150]と同様の工程において、化合物半導体基板11を薄くし、鏡面仕上げを施した後、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)の上に基部面90を有する基材95を形成する。具体的には、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)の上に、例えば、TiO2層又はTa2O5層を形成し、次いで、第1の部分91を形成すべきTiO2層又はTa2O5層の上にパターニングされたレジスト層を形成し、レジスト層を加熱することでレジスト層をリフローさせて、レジストパターンを得る。レジストパターンには第1の部分の形状と同じ形状(あるいは類似した形状)が付与される。そして、レジストパターン及びTiO2層又はTa2O5層をエッチバックすることによって、化合物半導体基板11の露出面(第1面11a)の上に、第1の部分91及び第2の部分92が設けられた基材95(TiO2層又はTa2O5層から成る)を得ることができる。次いで、基材95の所望の領域の上に周知の方法に基づき第1光反射層41を形成すればよい。
Alternatively, in the light-emitting
以上の点を除き、実施例4の発光素子の構成、構造は、実施例1~実施例2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。 Except for the above points, the configuration and structure of the light-emitting element in Example 4 can be similar to the configuration and structure of the light-emitting element in Examples 1 and 2, so a detailed explanation will be omitted.
ところで、実施例1~実施例4において説明した発光素子にあっては、例えば、平坦な基部面90の第1の部分91の立上り部分に何らかの原因で強い外力が加わった場合、第1の部分91の立上り部分に応力が集中し、第1化合物半導体層等に損傷が発生する虞がある。However, in the light-emitting element described in Examples 1 to 4, if a strong external force is applied to the rising portion of the
実施例5は、実施例1~実施例4の変形である。実施例5の発光素子10Dの模式的な一部端面図を図9に示し、実施例5の発光素子10Dを複数備えた発光素子アレイの模式的な一部端面図を図10に示す。また、実施例5の発光素子の製造方法を説明するための第1化合物半導体層等の模式的な一部端面図を図35A、図35B、図36A、図36B、図36C、図37A、図37B、図37C、図38A及び図38Bに示す。Example 5 is a modification of Examples 1 to 4. A schematic partial end view of the light-emitting
尚、図36A、図36B、図36C、図37A、図37B、図37C、図38A、図38B、図39A、図39B、図40A、図40B、図41A、図41B、図42A、図42B、図42Cにおいては、活性層や第2化合物半導体層、第2光反射層等の図示を省略する。また、図11、図12、図15、図16、図17、図18、図21、図22には、基部面の第1の部分を、明確化のため実線の円あるいは長円で示し、基部面の第2の部分の中心部を、明確化のため実線の円で示し、基部面の第2の部分の環状の凸の形状の頂部の部分を、明確化のため実線のリングで示す。 In addition, in Figures 36A, 36B, 36C, 37A, 37B, 37C, 38A, 38B, 39A, 39B, 40A, 40B, 41A, 41B, 42A, 42B, and 42C, the active layer, the second compound semiconductor layer, the second light reflecting layer, and the like are omitted. In addition, in Figures 11, 12, 15, 16, 17, 18, 21, and 22, the first portion of the base surface is shown as a solid circle or ellipse for clarity, the center of the second portion of the base surface is shown as a solid circle for clarity, and the top portion of the annular convex shape of the second portion of the base surface is shown as a solid ring for clarity.
実施例5の発光素子10Dにおいて、第1光反射層41は、
第1化合物半導体層21の第1面側に位置する基部面90は、第1の部分91、及び、第1の部分91を囲む第2の部分92(周辺領域99)から構成されており、
第1光反射層41は、第1の部分91の上に形成されており、
第1化合物半導体層21の第2面21bを基準として、第1の部分91は凸状であり、第2の部分92は凹状であり、第1の部分91から第2の部分92に亙り微分可能である。尚、図9、図10に示す発光素子10Dは、実施例1の変形例-2を適用している。
In the light-emitting
A
The first
With respect to the
ここで、基部面90をz=f(x,y)で表すとき、基部面90における微分値は、
∂z/∂x=[∂f(x,y)/∂x]y
∂z/∂y=[∂f(x,y)/∂y]x
で得ることができる。「滑らかである」とは、解析学上の用語である。例えば、実変数関数f(x)がa<x<bにおいて微分可能で、且つ、f’(x)が連続ならば、標語的に連続的微分可能であると云えるし、滑らかであるとも表現される。そして、第1の部分91から第2の部分92に亙る基部面90において変曲点が存在する部分が、第1の部分91と第2の部分92の境界である。
Here, when the
∂z/∂x=[∂f(x,y)/∂x] y
∂z/∂y=[∂f(x,y)/∂y] x
"Smooth" is a term used in analysis. For example, if a real variable function f(x) is differentiable in the range a<x<b and f'(x) is continuous, it can be said to be continuously differentiable, or expressed as smooth. The portion of the
上述したとおり、第1化合物半導体層21の第2面21bを基準としたとき、周辺領域99を占める基部面90の第2の部分92は下に凸の形状を有する。係る構成の発光素子を、『第A構成の発光素子』と呼ぶ。そして、複数の第A構成の発光素子を備えた発光素子アレイにおいて、基部面90の第1の部分91の中心部は正方形の格子の頂点(交差点)上に位置する構成とすることができるし、あるいは又、基部面90の第1の部分91の中心部は正三角形の格子の頂点(交差点)上に位置する構成とすることができる。前者の場合、基部面90の第2の部分92の中心部は正方形の格子の頂点(交差点)上に位置する構成とすることができ、後者の場合、基部面90の第2の部分92の中心部は正三角形の格子の頂点(交差点)上に位置する構成とすることができる。As described above, when the
第A構成の発光素子において、[第1の部分/第2の部分の周辺部から中心部まで]の形状は、
(A)[上に凸の形状/下に凸の形状]
(B)[上に凸の形状/下に凸の形状から線分へと続く]
(C)[上に凸の形状/上に凸の形状から下に凸の形状へと続く]
(D)[上に凸の形状/上に凸の形状から下に凸の形状、線分へと続く]
(E)[上に凸の形状/線分から下に凸の形状へと続く]
(F)[上に凸の形状/線分から下に凸の形状、線分へと続く]
といったケースがある。尚、発光素子においては、第2の部分の中心部で基部面が終端している場合もある。実施例5の発光素子10Dにおいて、[第1の部分91/第2の部分92の周辺部から中心部まで]の形状は、具体的には(A)のケースに該当する。
In the light-emitting element of the A configuration, the shape of the [first portion/second portion from the peripheral portion to the center portion] is
(A) [Upward convex shape/downward convex shape]
(B) [Continuing from an upward convex shape/downward convex shape to a line segment]
(C) [Upward convex shape/upward convex shape continues into downward convex shape]
(D) [Upward convex shape/Upward convex shape to downward convex shape, continuing to a line segment]
(E) [Upward convex shape/line segment continues into downward convex shape]
(F) [Upward convex shape/Downward convex shape from line segment, continuing to line segment]
In the light emitting element, the base surface may terminate at the center of the second portion. In the
あるいは又、第1化合物半導体層21の第2面21bを基準としたとき、周辺領域99を占める基部面90の第2の部分92は、周辺領域99の中心部に向かって、下に凸の形状、及び、下に凸の形状から延びる上に凸の形状を有する構成とすることができる。係る構成の発光素子を、『第B構成の発光素子』と呼ぶ。そして、第B構成の発光素子において、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第1の部分91の中心部までの距離をLL1、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第2の部分92の中心部までの距離をLL2としたとき、
LL2>LL1
を満足する構成とすることができ、また、基部面90の第1の部分91の中心部の曲率半径(即ち、第1光反射層の曲率半径)をR1、基部面90の第2の部分92の中心部の曲率半径をR2としたとき、
R1>R2
を満足する構成とすることができる。尚、LL2/LL1の値として、限定するものではないが、
1<LL2/LL1≦100
を挙げることができるし、R1/R2の値として、限定するものではないが、
1<R1/R2≦100
を挙げることができる。
Alternatively, when the
LL2 > LL1
In addition, when the radius of curvature of the center of the
R1 > R2
The value of LL2 / LL1 is not limited to, but may be,
1<LL 2 /LL 1 ≦100
Examples of the value of R 1 /R 2 include, but are not limited to,
1<R 1 /R 2 ≦100
Examples include:
第B構成の発光素子において、[第1の部分91/第2の部分92の周辺部から中心部まで]の形状は、
(A)[上に凸の形状/下に凸の形状から上に凸の形状へと続く]
(B)[上に凸の形状/上に凸の形状から下に凸の形状、上に凸の形状へと続く]
(C)[上に凸の形状/線分から下に凸の形状、上に凸の形状へと続く]
といったケースがある。
In the light-emitting element having the B-th configuration, the shape of [the
(A) [Upward convex shape/downward convex shape continues to upward convex shape]
(B) [Upward convex shape/upward convex shape continues to downward convex shape to upward convex shape]
(C) [Upward convex shape/line segment leading to downward convex shape, then upward convex shape]
There are cases like this.
あるいは又、第1化合物半導体層21の第2面21bを基準としたとき、周辺領域99を占める基部面90の第2の部分92は、基部面90の第1の部分91を取り囲む環状の凸の形状、及び、環状の凸の形状から基部面90の第1の部分91に向かって延びる下に凸の形状を有する構成とすることができる。係る構成の発光素子を、『第C構成の発光素子』と呼ぶ。Alternatively, when the
第C構成の発光素子において、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第1の部分91の中心部までの距離をLL1、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第2の部分92の環状の凸の形状の頂部までの距離をLL2’としたとき、
LL2’>LL1
を満足する構成とすることができ、また、基部面90の第1の部分91の中心部の曲率半径(即ち、第1光反射層の曲率半径)をR1、基部面90の第2の部分92の環状の凸の形状の頂部の曲率半径をR2’としたとき、
R1>R2’
を満足する構成とすることができる。尚、LL2’/LL1の値として、限定するものではないが、
1<LL2’/LL1≦100
を挙げることができるし、R1/R2’の値として、限定するものではないが、
1<R1/R2’≦100
を挙げることができる。
In the light-emitting device of configuration C, when the distance from the
LL2 '> LL1
In addition, when the radius of curvature of the center of the
R 1 >R 2 '
The value of LL2 '/ LL1 is not limited to, but may be,
1< LL2 '/ LL1 ≦100
Examples of the value of R 1 /R 2 ' include, but are not limited to,
1<R 1 /R 2 '≦100
Examples include:
第C構成の発光素子において、[第1の部分91/第2の部分92の周辺部から中心部まで]の形状は、
(A)[上に凸の形状/下に凸の形状から上に凸の形状、下に凸の形状へと続く]
(B)[上に凸の形状/下に凸の形状から上に凸の形状、下に凸の形状、線分へと続く]
(C)[上に凸の形状/上に凸の形状から下に凸の形状、上に凸の形状、下に凸の形状へと続く]
(D)[上に凸の形状/上に凸の形状から下に凸の形状、上に凸の形状、下に凸の形状、線分へと続く]
(E)[上に凸の形状/線分から下に凸の形状、上に凸の形状、下に凸の形状へと続く]
(F)[上に凸の形状/線分から下に凸の形状、上に凸の形状、下に凸の形状、線分へと続く]
といったケースがある。尚、発光素子においては、第2の部分92の中心部で基部面90が終端している場合もある。
In the light-emitting element of the Cth configuration, the shape of [the
(A) [Continuing from an upward convex shape/downward convex shape to an upward convex shape/downward convex shape]
(B) [Continuing from an upward convex shape/downward convex shape to an upward convex shape, a downward convex shape, and a line segment]
(C) [Upward convex shape/upward convex shape followed by downward convex shape, upward convex shape, downward convex shape]
(D) [Upward convex shape/upward convex shape to downward convex shape, upward convex shape, downward convex shape, continuing to a line segment]
(E) [Upward convex shape/line segment leading to downward convex shape, upward convex shape, downward convex shape]
(F) [Upward convex shape/Continuing from a line segment to a downward convex shape, upward convex shape, downward convex shape, to a line segment]
In addition, in the light emitting element, the
以上に説明した好ましい構成を含む第B構成の発光素子あるいは第C構成の発光素子において、基部面の第2の部分における凸の形状の部分に対向した第2化合物半導体層の第2面側の部分には、バンプが配設されている構成とすることができる。あるいは又、以上に説明した好ましい構成を含む第A構成の発光素子において、基部面の第1の部分の中心部に対向した第2化合物半導体層の第2面側の部分には、バンプが配設されている構成とすることができる。バンプとして、金(Au)バンプ、ハンダバンプ、インジウム(In)バンプを例示することができるし、バンプの配設方法は周知の方法とすることができる。バンプは、具体的には、第2電極上に設けられた第2パッド電極の上に設けられており、あるいは又、第2パッド電極の延在部上に設けられている。In the light-emitting device of the B configuration or the C configuration including the preferred configuration described above, a bump can be arranged on the second surface side of the second compound semiconductor layer facing the convex portion in the second portion of the base surface. Alternatively, in the light-emitting device of the A configuration including the preferred configuration described above, a bump can be arranged on the second surface side of the second compound semiconductor layer facing the center of the first portion of the base surface. Examples of the bump include a gold (Au) bump, a solder bump, and an indium (In) bump, and the bump can be arranged by a well-known method. Specifically, the bump is provided on the second pad electrode provided on the second electrode, or on the extension of the second pad electrode.
以下、実施例5の発光素子10Dを、具体的に説明する。
The light-emitting
実施例5の発光素子10Dにあっては、実施例1~実施例4において説明した発光素子10A,10B,10Cにおいて、基部面90が周辺領域99に延在しており、基部面90は凹凸状であり、且つ、微分可能である。即ち、実施例5の発光素子10Dにおいて、基部面90は解析学的に滑らかである。尚、第1光反射層41は、実施例1~実施例4において説明した発光素子10A,10B,10Cと同様に、第1化合物半導体層21の第1面側に位置する基部面90の上に形成されているし、第2光反射層42は、第2化合物半導体層22の第2面側に形成され、平坦な形状を有する。In the light-emitting
そして、第1化合物半導体層21の第2面21bを基準としたとき、第1光反射層41が形成された基部面90の第1の部分91は上に凸の形状を有するし、第1化合物半導体層21の第2面21bを基準としたとき、周辺領域99を占める基部面90の第2の部分92は下に凸の形状を有し、第1の部分91を囲んでいる。基部面90の第1の部分91の中心部91cは正方形の格子の頂点(交差点)上に位置し(配置状態は、例えば、図11参照)、あるいは又、基部面90の第1の部分91の中心部91cは正三角形の格子の頂点(交差点)上に位置する(配置状態は、例えば、図12参照)。
When the
第1光反射層41は基部面90の第1の部分91に形成されているが、周辺領域99を占める基部面90の第2の部分92に第1光反射層41の延在部が形成されている場合もあるし、第2の部分92に第1光反射層41が形成されていない場合もある。実施例5においては、周辺領域99を占める基部面90の第2の部分92に第1光反射層41は形成されていない。The first
実施例5の発光素子10Dにおいて、第1の部分91と第2の部分92との境界90bdは、
(1)周辺領域99に第1光反射層41が延在していない場合、第1光反射層41の外周部
(2)周辺領域99に第1光反射層41が延在している場合、第1の部分91から第2の部分92に亙る基部面90における変曲点が存在する部分
であると規定することができる。ここで、実施例5の発光素子10Dは、具体的には、(1)のケースに該当する。
In the
(1) When the first
実施例5の発光素子10Dにおいては、第1化合物半導体層21の第1面21aが基部面90を構成する。積層構造体20の積層方向を含む仮想平面(図示した例では、例えば、XZ平面)で基部面90を切断したときの基部面90の第1の部分91が描く図形は、微分可能であり、より具体的には、円の一部、放物線の一部、サイン曲線、楕円の一部、又は、カテナリー曲線の一部、あるいはこれらの曲線の組合せとすることができるし、これらの曲線の一部が線分で置き換えられていてもよい。第2の部分92が描く図形も、微分可能であり、より具体的には、円の一部、放物線の一部、サイン曲線の一部、楕円の一部、又は、カテナリー曲線の一部、あるいはこれらの曲線の組合せとすることができるし、これらの曲線の一部が線分で置き換えられていてもよい。更には、基部面90の第1の部分91と第2の部分92との境界も微分可能である。In the light-emitting
発光素子アレイにおいて、発光素子の形成ピッチは、3μm以上、50μm以下、好ましくは5μm以上、30μm以下、より好ましくは8μm以上、25μm以下であることが望ましい。また、基部面90の第1の部分91の中心部91cの曲率半径R1は、1×10-4m以上であることが望ましい。共振器長LORは、1×10-6m≦LORを満足することが好ましい。配置状態を図11及び図12に示した配列の実施例5の発光素子アレイにおいて、発光素子10Dのパラメータを以下の表8に示す。尚、第1光反射層41の直径をD1で示し、第1の部分91の高さをH1で示し、基部面90の第2の部分92の中心部92cの曲率半径をR2で示す。ここで、第1の部分91の高さH1は、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第1の部分91の中心部91cまでの距離をLL1、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第2の部分92の中心部92cまでの距離をLL2としたとき、
H1=LL1-LL2
で表される。また、配置状態を図11及び図12に示した配列の実施例5の発光素子10Dの仕様を、以下の表9及び表10に示す。尚、「発光素子数」とは、1つの発光素子アレイを構成する発光素子の数である。
In the light-emitting element array, the pitch of the light-emitting elements is preferably 3 μm or more and 50 μm or less, preferably 5 μm or more and 30 μm or less, more preferably 8 μm or more and 25 μm or less. The radius of curvature R 1 of the
H1 = LL1 - LL2
The specifications of the light-emitting
〈表8〉
図11の配置状態を参照 図12の配置状態を参照
形成ピッチ 25μm 20μm
曲率半径R1 100μm 200μm
直径D1 20μm 15μm
高さH1 2μm 2μm
曲率半径R2 2μm 3μm
<Table 8>
See the arrangement in FIG. 11 See the arrangement in FIG. 12 Formation pitch 25
Radius of curvature R 1 100μm 200μm
Diameter D 1 20μm 15μm
Radius of curvature R 2 2μm 3μm
〈表9〉 図11の配置状態を参照
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(11.5ペア)
第2電極32 実施例1を参照
第2化合物半導体層22 p-GaN
活性層23 InGaN(多重量子井戸構造)
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(14ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 445nm
発光素子数 100×100
Table 9: See the arrangement in FIG. 11. Second light reflecting layer 42: SiO 2 /Ta 2 O 5 (11.5 pairs)
Active layer 23: InGaN (multiple quantum well structure)
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 445 nm
Number of light emitting elements: 100 x 100
〈表10〉 図12の配置状態を参照
第2光反射層42 SiO2/SiN(9ペア)
第2電極32 実施例1を参照
第2化合物半導体層22 p-GaN
活性層23 InGaN(多重量子井戸構造)
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(14ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 488nm
発光素子数 1000×1000
Table 10: See the arrangement in FIG. 12. Second light reflecting layer 42: SiO 2 /SiN (9 pairs)
Active layer 23: InGaN (multiple quantum well structure)
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 488 nm
Number of light emitting elements: 1000 x 1000
実施例5の発光素子において、基部面は、凹凸状であり、且つ、微分可能であるが故に、何らかの原因で発光素子に強い外力が加わった場合、凸部の立ち上がり部分に応力が集中するといった問題を確実に回避することができ、第1化合物半導体層等に損傷が発生する虞がない。特に、発光素子アレイにあっては、バンプを用いて外部の回路等と接続・接合するが、接合時、発光素子アレイに大きな荷重(例えば、50MPa程度)を加える必要がある。実施例5の発光素子アレイにあっては、このような大きな加重が加わっても、発光素子アレイに損傷が生じる虞がない。また、基部面が凹凸状であるが故に、迷光の発生が一層抑制され、発光素子間における光クロストークの発生を一層確実に防止することができる。In the light-emitting element of Example 5, the base surface is uneven and differentiable, so that if a strong external force is applied to the light-emitting element for some reason, the problem of stress concentration on the rising part of the convex part can be reliably avoided, and there is no risk of damage to the first compound semiconductor layer, etc. In particular, in the light-emitting element array, bumps are used to connect and bond to external circuits, etc., but a large load (for example, about 50 MPa) must be applied to the light-emitting element array during bonding. In the light-emitting element array of Example 5, even if such a large load is applied, there is no risk of damage to the light-emitting element array. In addition, because the base surface is uneven, the generation of stray light is further suppressed, and the occurrence of optical crosstalk between light-emitting elements can be more reliably prevented.
発光素子アレイにおいて発光素子を配設する場合、前述した犠牲層のフットプリント径は発光素子の形成ピッチを超えることができない。従って、発光素子アレイの狭形成ピッチ化を図るためには、フットプリント径を縮小させる必要がある。ところで、基部面90の第1の部分91の中心部の曲率半径R1は、フットプリント径とは正の相関がある。つまり、狭形成ピッチ化に伴いフットプリント径が小さくなると、その結果、曲率半径R1が小さくなる傾向がある。例えば、フットプリント径24μmに対して、30μm程度の曲率半径R1が報告されている。また、発光素子から出射される光の放射角は、フットプリント径とは負の相関がある。つまり、狭形成ピッチ化に伴いフットプリント径が小さくなると、その結果、曲率半径R1が小さくなり、FFP(Far Field Pattern)が拡大する傾向がある。30μm未満の曲率半径R1では、放射角は数度以上となる場合がある。発光素子アレイの応用分野によっては、発光素子から出射される光には2乃至3度以下の狭い放射角を求められることがある。
When emitting elements are arranged in a light-emitting element array, the footprint diameter of the sacrificial layer described above cannot exceed the formation pitch of the light-emitting elements. Therefore, in order to narrow the formation pitch of the light-emitting element array, it is necessary to reduce the footprint diameter. Incidentally, the radius of curvature R 1 of the center of the
実施例5にあっては、基部面90に第1の部分91及び第2の部分92を形成するので、発光素子を狭い形成ピッチで配設した場合であっても、大きな曲率半径R1を達成することができる。それ故、発光素子から出射される光の放射角を2乃至3度以下の狭い放射角、あるいは、出来る限り狭い放射角とすることが可能となり、狭いFFPを有する発光素子を提供することができるし、発光素子の光出力の増加及び効率の改善を図ることができる。しかも、第1の部分91の高さ(厚さ)を低く(薄く)することができるので、発光素子アレイにおいてバンプを用いて外部の回路等と接続・接合するとき、バンプに空洞(ボイド)が発生し難くなり、熱伝導性の向上を図ることができる。尚、以上の説明は、実施例1~実施例4、後述する実施例6~実施例11の発光素子に対しても適用することができることは云うまでもない。
In the fifth embodiment, since the
以下、実施例5の発光素子の製造方法を説明する。 The manufacturing method of the light-emitting element of Example 5 is described below.
先ず、実施例1の[工程-100]~[工程-150]と同様の工程を実行する。その後、第1光反射層41を形成すべき基部面90(具体的には、第1化合物半導体層21の第1面21a)の第1の部分91の上に第1犠牲層81を形成した後、第1犠牲層の表面を凸状とする。具体的には、第1のレジスト材料層を第1化合物半導体層21の第1面21aの上に形成し、第1の部分91の上に第1のレジスト材料層を残すように第1のレジスト材料層をパターニングすることで、図35Aに示す第1犠牲層81を得た後、第1犠牲層81に加熱処理を施すことで、図35Bに示す構造を得ることができる。次いで、第1犠牲層81’の表面にアッシング処理を施し(プラズ照射処理を施し)、第1犠牲層81’の表面を変質させ、次の工程で第2犠牲層82を形成したとき、第1犠牲層81’に損傷や変形等が発生することを防止する。First, the same steps as [Step-100] to [Step-150] in Example 1 are performed. After that, a first
次いで、第1犠牲層81’と第1犠牲層81’との間に露出した基部面90の第2の部分92の上及び第1犠牲層81’の上に第2犠牲層82を形成して第2犠牲層82の表面を凹凸状とする(図36A参照)。具体的には、全面に適切な厚さを有する第2のレジスト材料層から成る第2犠牲層82を成膜する。尚、配置状態を図11に示した例では、第2犠牲層82の平均膜厚は2μmであり、配置状態を図12に示した例では、第2犠牲層82の平均膜厚は5μmである。Next, a second
あるいは又、第1化合物半導体層21の第1面21aの上に第1犠牲層81を形成した後、第1犠牲層81の表面を凸状とし(図35A及び図35B参照)、その後、第1犠牲層81’をエッチバックし、更に、第1化合物半導体層21を第1面21aから内部に向けてエッチバックすることで、第1化合物半導体層21の第2面21bを基準としたとき、凸部91’を形成する。こうして、図37Aに示す構造を得ることができる。その後、全面に第2犠牲層82を形成する(図37B参照)。Alternatively, after forming a first
第1犠牲層81、第2犠牲層82を構成する材料は、レジスト材料に限定されず、酸化物材料(例えば、SiO2、SiN、TiO2等)、半導体材料(例えば、Si、GaN、InP、GaAs等)、金属材料(例えば、Ni、Au、Pt、Sn、Ga、In、Al等)等、第1化合物半導体層21に対して適切な材料を選択すればよい。また、第1犠牲層81、第2犠牲層82を構成するレジスト材料として適切な粘度を有するレジスト材料を用いることで、また、第1犠牲層81の厚さ、第2犠牲層82の厚さ、第1犠牲層81’の直径等を適切に設定、選択することで、基部面90の曲率半径の値や基部面90の凹凸の形状(例えば、直径D1や高さH1)を、所望の値、形状とすることができる。
The material constituting the first
その後、第2犠牲層82及び第1犠牲層81’をエッチバックし、更に、基部面90から内部(即ち、第1化合物半導体層21の第1面21aから第1化合物半導体層21の内部)に向けてエッチバックすることで、第1化合物半導体層21の第2面21bを基準としたとき、基部面90の第1の部分91に凸部91Aを形成し、基部面90の第2の部分92に少なくとも凹部(実施例5にあっては、凹部92A)を形成する。こうして、図36Bあるいは図37Cに示す構造を得ることができる。基部面90の第1の部分91の曲率半径R1を一層大きくする必要がある場合、この工程を繰り返せばよい。エッチバックは、RIE法等のドライエッチング法に基づき行うこともできるし、塩酸、硝酸、フッ酸、リン酸やこれらの混合物等を用いてウェットエッチング法に基づき行うこともできる。
Thereafter, the second
次に、基部面90の第1の部分91の上に第1光反射層41を形成する。具体的には、基部面90の全面に、スパッタリング法や真空蒸着法といった成膜法に基づき第1光反射層41を成膜した後(図36C参照)、第1光反射層41をパターニングすることで、基部面90の第1の部分91の上に第1光反射層41を得ることができる(図38A参照)。その後、基部面90の第2の部分92の上に、各発光素子に共通な第1電極31を形成する(図38B参照)。以上によって、実施例5の発光素子アレイあるいは発光素子10Dを得ることができる。第1電極31を第1光反射層41よりも突出させれば、第1光反射層41を保護することができる。そして、外部の電極あるいは回路(発光素子を駆動する回路)と電気的に接続すればよい。具体的には、第1電極31及び図示しない第1パッド電極を介して第1化合物半導体層21を外部の回路等に接続し、また、第2電極32、第2パッド電極を介して第2化合物半導体層22を外部の回路等に接続すればよい。次いで、パッケージや封止することで、実施例5の発光素子を完成させる。Next, the first
実施例6は、実施例5の変形であり、第B構成の発光素子に関する。実施例6の発光素子10Eの模式的な一部端面図を図13に示し、実施例6の発光素子10Eを複数備えた発光素子アレイの模式的な一部端面図を図14に示す。また、実施例6の発光素子アレイにおける基部面の第1の部分及び第2の部分の配置を模式的な平面図を図15及び図17に示し、実施例6の発光素子アレイにおける第1光反射層及び第1電極の配置の模式的な平面図を図16及び図18に示す。更には、実施例6の発光素子アレイの製造方法を説明するための第1化合物半導体層等の模式的な一部端面図を図39A、図39B、図40A、図40B、図41A及び図41Bに示す。Example 6 is a modification of Example 5 and relates to a light-emitting element of the B configuration. A schematic partial end view of the light-emitting
実施例6の発光素子10Eにおいて、第1化合物半導体層21の第2面21bを基準としたとき、周辺領域99を占める基部面90の第2の部分92は、周辺領域99の中心部に向かって、下に凸の形状、及び、下に凸の形状から延びる上に凸の形状を有する。そして、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第1の部分91の中心部91cまでの距離をLL1、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第2の部分92の中心部92cまでの距離をLL2としたとき、
LL2>LL1
を満足する。また、基部面90の第1の部分91の中心部91cの曲率半径(即ち、第1光反射層41の曲率半径)をR1、基部面90の第2の部分92の中心部92cの曲率半径をR2としたとき、
R1>R2
を満足する。尚、LL2/LL1の値として、限定するものではないが、
1<LL2/LL1≦100
を挙げることができるし、R1/R2の値として、限定するものではないが、
1<R1/R2≦100
を挙げることができ、具体的には、例えば、
LL2/LL1=1.05
R1/R2=10
である。
In the light-emitting
LL2 > LL1
In addition, when the radius of curvature of the
R1 > R2
The value of LL2 / LL1 is not limited to the following:
1<LL 2 /LL 1 ≦100
Examples of the value of R 1 /R 2 include, but are not limited to,
1<R 1 /R 2 ≦100
Specifically, for example,
LL2 / LL1 =1.05
R1 / R2 =10
It is.
実施例6の発光素子10Eにおいて、基部面90の第1の部分91の中心部91cは正方形の格子の頂点(交差点)上に位置し(図15参照)、この場合、基部面90の第2の部分92の中心部92c(図15においては円形で示す)は正方形の格子の頂点(交差点)上に位置する。あるいは又、基部面90の第1の部分91の中心部91cは正三角形の格子の頂点(交差点)上に位置し(図17参照)、この場合、基部面90の第2の部分92の中心部92c(図17においては円形で示す)は正三角形の格子の頂点(交差点)上に位置する。また、周辺領域99を占める基部面90の第2の部分92は、周辺領域99の中心部に向かって、下に凸の形状を有するが、この領域を図15及び図17においては、参照番号92bで示す。
In the
実施例6の発光素子10Eにおいて、[第1の部分91/第2の部分92の周辺部から中心部まで]の形状は、前述した第B構成の発光素子における(A)~(C)のケースの内、具体的には(A)のケースに該当する。In the light-emitting
実施例6の発光素子10Eにおいて、基部面90の第2の部分92における凸の形状の部分に対向した第2化合物半導体層22の第2面側の部分に、バンプ35が配設されている。In the light-emitting
図13に示すように、第2電極32は、発光素子アレイを構成する発光素子10Eにおいて共通であり、あるいは又、図14に示すように、個別に形成されており、第2パッド電極33及びバンプ35を介して外部の回路等に接続される。第1電極31は、発光素子アレイを構成する発光素子10Eにおいて共通であり、第1パッド電極(図示せず)を介して外部の回路等に接続される。バンプ35は、基部面90の第2の部分92における凸の形状の部分92cに対向した第2化合物半導体層22の第2面側の部分に形成されている。図13、図14に示す発光素子10Eにあっては、第1光反射層41を介して光が外部に出射されてもよいし、第2光反射層42を介して光が外部に出射されてもよい。バンプ35の形状として、円柱形、環状、半球形を例示することができる。
As shown in FIG. 13, the
また、基部面90の第2の部分92の中心部92cの曲率半径R2は、1×10-6m以上、好ましくは3×10-6m以上、より好ましくは5×10-6m以上であることが望ましく、具体的には、
曲率半径R2=3μm
である。
The radius of curvature R2 of the central portion 92c of the
Radius of curvature R 2 =3 μm
It is.
図15及び図16並びに図17及び図18に示す実施例6の発光素子アレイにおいて、発光素子10Eのパラメータは以下の表11のとおりである。また、図15及び図16並びに図17及び図18に示す実施例6の発光素子10Eの仕様を、以下の表12及び表13に示す。ここで、第1の部分91の高さH1は、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第1の部分91の中心部91cまでの距離をLL1、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第2の部分92における最も深い凹部の部分92bまでの距離をLL2”としたとき、
H1=LL1-LL2”
で表され、第2の部分92の中心部92cの高さH2は、
H2=LL2-LL2”
で表される。
In the light-emitting element array of Example 6 shown in Figures 15 and 16, as well as Figures 17 and 18, the parameters of the light-emitting
H 1 = LL 1 - LL 2 ”
and the height H2 of the center portion 92c of the
H 2 = LL 2 - LL 2 ”
It is expressed as:
〈表11〉
図15及び図16参照 図17及び図18参照
形成ピッチ 25μm 25μm
曲率半径R1 150μm 150μm
直径D1 20μm 20μm
高さH1 2μm 2μm
曲率半径R2 2μm 2μm
高さH2 2.5μm 2.5μm
Table 11
See Fig. 15 and Fig. 16 See Fig. 17 and Fig. 18 Formation pitch 25
Radius of curvature R 1 150μm 150μm
Diameter D 1 20μm 20μm
Radius of curvature R 2 2μm 2μm
Height H2 2.5 μm 2.5 μm
〈表12〉 図15及び図16参照
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(11.5ペア)
第2電極32 実施例1を参照
第2化合物半導体層22 p-GaN
活性層23 InGaN(多重量子井戸構造)
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(14ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 445nm
発光素子数 100×100
Table 12 See Figs. 15 and 16 Second
Active layer 23: InGaN (multiple quantum well structure)
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 445 nm
Number of light emitting elements: 100 x 100
〈表13〉 図17及び図18参照
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(11.5ペア)
第2電極32 実施例1を参照
第2化合物半導体層22 p-GaN
活性層23 InGaN(多重量子井戸構造)
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(14ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 445nm
発光素子数 100×100
Table 13 See Figs. 17 and 18 Second
Active layer 23: InGaN (multiple quantum well structure)
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 445 nm
Number of light emitting elements: 100 x 100
実施例6の発光素子アレイの製造方法を説明するための第1化合物半導体層等の模式的な一部端面図を、図39A、図39B、図40A、図40B、図41A、図41Bに示すが、実施例6の発光素子アレイの製造方法は、実質的に実施例5の発光素子アレイの製造方法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、図39Aにおける参照番号83、図39B、図40Aにおける参照番号83’は、第2の部分92の中心部92cを形成するための第1犠牲層の部分を示す。尚、第1犠牲層のサイズ(直径)が小さくなるに従い、加熱処理を施した後の第1犠牲層の高さは高くなる。
39A, 39B, 40A, 40B, 41A, and 41B are schematic partial end views of the first compound semiconductor layer and the like for explaining the manufacturing method of the light-emitting element array of Example 6. However, since the manufacturing method of the light-emitting element array of Example 6 can be substantially the same as the manufacturing method of the light-emitting element array of Example 5, detailed description will be omitted. Note that
実施例6あるいは後述する実施例7の発光素子アレイにあっても、バンプ35を用いて外部の回路等と接続・接合する場合、接合時、発光素子アレイに大きな荷重(例えば、50MPa程度)を加える必要がある。実施例6の発光素子アレイにあっては、このような大きな加重が加わっても、バンプ35と、基部面90の第2の部分92における凸の形状の部分92cとは、垂直方向に一直線上に配列されているので、発光素子アレイに損傷が生じることを確実に防止することができる。
In the light-emitting element array of Example 6 or Example 7 described later, when connecting/joining to an external circuit or the like using the
実施例7は、実施例5~実施例6の変形であり、第C構成の発光素子に関する。実施例7の発光素子アレイの模式的な一部端面図を図19及び図20に示し、また、実施例7の発光素子アレイにおける基部面の第1の部分及び第2の部分の配置を模式的な平面図を図21に示す。尚、図19に示す例では、第2電極32は各発光素子に個別に形成されており、図20に示す例では、第2電極32は各発光素子に共通に形成されている。Example 7 is a modification of Examples 5 to 6, and relates to a light-emitting element of configuration C. Schematic partial end views of the light-emitting element array of Example 7 are shown in Figures 19 and 20, and a schematic plan view of the arrangement of the first and second parts of the base surface in the light-emitting element array of Example 7 is shown in Figure 21. In the example shown in Figure 19, the
実施例7の発光素子10Fにおいて、第1化合物半導体層21の第2面21bを基準としたとき、周辺領域99を占める基部面90の第2の部分92は、基部面90の第1の部分91を取り囲む環状の凸の形状93、及び、環状の凸の形状93から基部面90の第1の部分91に向かって延びる下に凸の形状94Aを有する。周辺領域99を占める基部面90の第2の部分92において、環状の凸の形状93によって囲まれた領域を参照番号94Bで示す。In the light-emitting
実施例7の発光素子10Fにおいて、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第1の部分91の中心部91cまでの距離をLL1、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第2の部分92の環状の凸の形状93の頂部までの距離をLL2’としたとき、
LL2’>LL1
を満足する。また、基部面90の第1の部分91の中心部91cの曲率半径(即ち、第1光反射層41の曲率半径)をR1、基部面90の第2の部分92の環状の凸の形状93の頂部の曲率半径をR2’としたとき、
R1>R2’
を満足する。尚、LL2’/LL1の値として、限定するものではないが、
1<LL2’/LL1≦100
を挙げることができ、具体的には、例えば、
LL2’/LL1=1.1
である。また、R1/R2’の値として、限定するものではないが、
1<R1/R2’≦100
を挙げることができ、具体的には、例えば、
R1/R2’=50
である。
In the light-emitting
LL2 '> LL1
In addition, when the radius of curvature of the
R 1 >R 2 '
The value of LL2 '/ LL1 is not limited to the following.
1< LL2 '/ LL1 ≦100
Specifically, for example,
LL 2 '/LL 1 = 1.1
In addition, the value of R 1 /R 2 ' is not limited, but may be:
1<R 1 /R 2 '≦100
Specifically, for example,
R1 / R2 '=50
It is.
実施例7の発光素子10Fにおいて、[第1の部分91/第2の部分92の周辺部から中心部まで]の形状は、前述した第C構成の発光素子における(A)~(F)のケースの内、具体的には(A)のケースに該当する。In the light-emitting
また、実施例7の発光素子10Fにおいて、基部面90の第2の部分92における環状の凸の形状93の部分に対向した第2化合物半導体層22の第2面側の部分には、バンプ35が配設されている。バンプ35の形状として、環状の凸の形状93と対向した環状とすることが好ましい。円柱形、環状、半球形を例示することができる。バンプ35は、基部面90の第2の部分92における凸の形状の部分92cに対向した第2化合物半導体層22の第2面側の部分に形成されている。
In the
図19に示すように、第2電極32は、発光素子アレイを構成する発光素子10Fにおいて個別に形成されており、バンプ35を介して外部の回路等に接続される。第1電極31は、発光素子アレイを構成する発光素子10Fにおいて共通であり、第1パッド電極(図示せず)を介して外部の回路等に接続される。あるいは又、図20に示すように、第2電極32は、発光素子アレイを構成する発光素子10Fにおいて共通であり、バンプ35を介して外部の回路等に接続される。第1電極31は、発光素子アレイを構成する発光素子10Fにおいて共通であり、第1パッド電極(図示せず)を介して外部の回路等に接続される。図19、図20に示す発光素子10Fにあっては、第1光反射層41を介して光が外部に出射されてもよいし、第2光反射層42を介して光が外部に出射されてもよい。As shown in FIG. 19, the
また、基部面90の第2の部分92の環状の凸の形状93の曲率半径R2’は、1×10-6m以上、好ましくは3×10-6m以上、より好ましくは5×10-6m以上であることが望ましく、具体的には、
曲率半径R2’=5μm
である。
The radius of curvature R 2 ' of the annular
Radius of curvature R 2 '=5μm
It is.
図21に示す実施例7の発光素子アレイにおいて、発光素子10Fのパラメータは以下の表14のとおりである。また、図21に示す実施例7の発光素子10Fの仕様を、以下の表15に示す。ここで、第1の部分91の高さH1は、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第1の部分91の中心部91cまでの距離をLL1、第1化合物半導体層21の第2面21bから基部面90の第2の部分92における最も深い凹部の部分92bまでの距離をLL2”としたとき、
H1=LL1-LL2”
で表され、第2の部分92の環状の凸の形状93の高さH2は、
H2=LL2-LL2”
で表される。また、直径D2は、環状の凸の形状93の直径を示す。
In the light-emitting element array of Example 7 shown in FIG. 21, the parameters of the light-emitting
H 1 = LL 1 - LL 2 ”
The height H2 of the annular
H 2 = LL 2 - LL 2 ”
In addition, the diameter D2 indicates the diameter of the annular
〈表14〉
図21参照
形成ピッチ 25μm
曲率半径R1 150μm
直径D1 15μm
高さH1 2μm
曲率半径R2 3μm
直径D2 19μm(内径18μm/外径20μm)
高さH2 3μm
<Table 14>
See FIG. 21. Formation pitch: 25 μm
Radius of curvature R 1 150μm
Diameter D1 15 μm
Height H1 2 μm
Radius of curvature R2 3 μm
Diameter D 2 19μm (inner diameter 18μm/outer diameter 20μm)
Height H2 3 μm
〈表15〉 図21参照
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(7ペア)
第2電極32 実施例1を参照
第2化合物半導体層22 p-GaN
活性層23 InGaN(多重量子井戸構造)
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(14ペア)
共振器長LOR 20μm
発振波長(発光波長)λ0 405nm
発光素子数 1000×1000
Table 15 See FIG. 21 Second
Active layer 23: InGaN (multiple quantum well structure)
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 20μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 405 nm
Number of light emitting elements: 1000 x 1000
実施例7の発光素子アレイの製造方法は、実質的に実施例5あるいは実施例6の発光素子アレイの製造方法と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。The manufacturing method for the light-emitting element array of Example 7 can be substantially the same as the manufacturing method for the light-emitting element array of Example 5 or Example 6, so a detailed explanation will be omitted.
実施例8は、実施例5の変形である。図22A及び図22Bに、実施例8の発光素子アレイにおける基部面の第1の部分及び第2の部分の配置を模式的な平面図で示す。図22Aに示す例では、発光素子アレイは、例えば、実施例5の発光素子が一列に配列されている。図22Aの矢印A-Aに沿った模式的な一部端面図は、図9に示したと同様である。図22Bに示す例では、発光素子アレイは、例えば、平面形状が実施例5の発光素子よりも細長い発光素子が一列に配列されている。図22Bの矢印A-Aに沿った模式的な一部端面図は、図9に示したと同様である。図22Aに示す実施例8の発光素子アレイにおいて、発光素子のパラメータは以下の表16のとおりであるし、発光素子の仕様を、以下の表17に示す。また、図22Bに示す実施例8の発光素子アレイにおいて、発光素子のパラメータは以下の表18のとおりであるし、発光素子の仕様を、以下の表19に示す。尚、図22Bに示す基部面の形状は、シリンドリカル形状の一部あるいは蒲鉾型形状の一部である。 Example 8 is a modification of Example 5. Figures 22A and 22B are schematic plan views showing the arrangement of the first and second parts of the base surface in the light-emitting element array of Example 8. In the example shown in Figure 22A, the light-emitting element array has, for example, the light-emitting elements of Example 5 arranged in a row. The schematic partial end view along the arrow A-A in Figure 22A is similar to that shown in Figure 9. In the example shown in Figure 22B, the light-emitting element array has, for example, light-emitting elements whose planar shape is longer and thinner than the light-emitting elements of Example 5 arranged in a row. The schematic partial end view along the arrow A-A in Figure 22B is similar to that shown in Figure 9. In the light-emitting element array of Example 8 shown in Figure 22A, the parameters of the light-emitting elements are as shown in Table 16 below, and the specifications of the light-emitting elements are shown in Table 17 below. In addition, in the light-emitting element array of Example 8 shown in Figure 22B, the parameters of the light-emitting elements are as shown in Table 18 below, and the specifications of the light-emitting elements are shown in Table 19 below. The shape of the base surface shown in FIG. 22B is a part of a cylindrical shape or a part of a semi-cylindrical shape.
〈表16〉
図22A参照
形成ピッチ 25μm
曲率半径R1 100μm
直径D1 20μm
高さH1 2μm
<Table 16>
See FIG. 22A Formation pitch: 25 μm
Radius of curvature R 1 100μm
Height H1 2 μm
〈表17〉 図22A参照
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(11.5ペア)
第2電極32 実施例1を参照
第2化合物半導体層22 p-GaN
活性層23 InGaN(多重量子井戸構造)
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(14ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 445nm
発光素子数 1000×1
Table 17 See FIG. 22A Second
Active layer 23: InGaN (multiple quantum well structure)
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 445 nm
Number of light emitting elements: 1000 x 1
〈表18〉
図22B参照
形成ピッチ 25μm(図22Bの矢印Bに沿ったピッチ)
曲率半径R1 100μm(図22Bの矢印Bの方向の曲率半径)
第1の部分の大きさ 長さ400μm×幅20μm
高さH1 2μm
<Table 18>
See FIG. 22B Formation pitch: 25 μm (pitch along arrow B in FIG. 22B)
Radius of curvature R 1 100 μm (radius of curvature in the direction of arrow B in FIG. 22B)
Size of the first part: length 400 μm ×
Height H1 2 μm
〈表19〉 図22B参照
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(11.5ペア)
第2電極32 実施例1を参照
第2化合物半導体層22 p-GaN
活性層23 InGaN(多重量子井戸構造)
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(14ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 445nm
発光素子数 512×1
Table 19 See FIG. 22B Second
Active layer 23: InGaN (multiple quantum well structure)
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 445 nm
Number of light emitting elements: 512 x 1
実施例9は、実施例3、実施例4、実施例5~実施例8の変形である。実施例9の発光素子の構成、構造は、実質的に、実施例3、実施例4、実施例5~実施例8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。 Example 9 is a modification of Examples 3, 4, and 5 to 8. The configuration and structure of the light-emitting element of Example 9 can be substantially the same as the configuration and structure of the light-emitting element of Examples 3, 4, and 5 to 8, so a detailed description will be omitted.
実施例9にあっては、先ず、発光素子製造用基板11の第2面11bに、基部面90を形成するための凸凹部96を形成する(図42A参照)。そして、発光素子製造用基板11の第2面11bに、多層膜から成る第1光反射層41を形成した後(図42B参照)、第1光反射層41及び第2面11bの上に平坦化膜97を形成し、平坦化膜97に平坦化処理を施す(図42C参照)。In Example 9, first, the
次に、第1光反射層41を含む発光素子製造用基板11の平坦化膜97の上に、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、横方向成長に基づき積層構造体20を形成する。その後、発光素子製造用基板11を除去し、露出した平坦化膜97に第1電極31を形成する。あるいは又、発光素子製造用基板11を除去すること無く、発光素子製造用基板11の第1面11aに第1電極31を形成する。Next, a
実施例10は、実施例1~実施例9の変形である。実施例10の発光素子にあっては、第1光反射層41を囲むように、積層構造体20の積層方向に延びる隔壁24,25が形成されている。隔壁24,25を形成することで、光クロストークの発生を防止することができる。Example 10 is a modification of Examples 1 to 9. In the light-emitting element of Example 10,
第1光反射層41を囲むように積層構造体20の積層方向に延びる隔壁が形成されているが、第1光反射層41の正射影像は、第1光反射層41と対向する隔壁の側面(以下、『隔壁側面』と呼ぶ場合がある)の正射影像(以下、『隔壁側面の正射影像』と呼ぶ場合がある)に含まれていてもよいし、隔壁側面の正射影像は、第1光反射層41の光反射に寄与しない部分(第1光反射層41の非有効領域)の正射影像に含まれていてもよい。あるいは又、第1光反射層41がその上に形成された基部面90は、隔壁側面の正射影像に含まれていてもよい。また、隔壁側面は、連続面であってもよいし、一部が切り欠かれた非連続面であってもよい。尚、『正射影像』とは、積層構造体20へ正射影したときに得られる正射影像を意味する。A partition extending in the stacking direction of the
隔壁24は、第1化合物半導体層21の第1面側から、第1化合物半導体層21内を、第1化合物半導体層21の厚さ方向の途中まで延びている形態とすることができる。即ち、隔壁24の上端部は、第1化合物半導体層21の厚さ方向の途中に位置する形態とすることができる。隔壁24の下端部は、発光素子の第1面に露出している場合もあるし、発光素子の第1面に露出していない場合もある。ここで、『発光素子の第1面』とは、第1光反射層41が設けられた側の発光素子の露出面を指し、『発光素子の第2面』とは、第2光反射層が設けられた側の発光素子の露出面を指す。そして、本開示における発光素子アレイにおいて、L0とL1とL3との間の関係は、
以下の式(1)、好ましくは、式(1’)を満足し、又は、
以下の式(2)、好ましくは、式(2’)を満足し、又は、
以下の式(1)及び式(2)を満足し、又は、
以下の式(1')及び式(2’)を満足することが望ましい。
0.01×L0≦L0-L1 (1)
0.05×L0≦L0-L1 (1')
0.01×L3≦L1 (2)
0.05×L3≦L1 (2’)
ここで、
L0:第1化合物半導体層21の第1面と対向する第1光反射層41の対向面の端部から、活性層23までの距離
L1:活性層23から、第1化合物半導体層21内を第1化合物半導体層21の厚さ方向の途中まで延びる隔壁24の端部(隔壁24の上端部であり、活性層23の方を向いた端部)までの距離
L3:発光素子を構成する第1光反射層41の軸線から、積層構造体20への隔壁24の正射影像(より具体的には、隔壁24の上端部の正射影像)までの距離
である。尚、(L0-L1)の上限値はL0未満であるが、活性層23と第1電極との間に隔壁24によって短絡が発生しない場合には、(L0-L1)の上限値はL0以上であってもよい。
The
The following formula (1) is satisfied, or preferably the following formula (1') is satisfied:
The following formula (2) is satisfied, or preferably the following formula (2') is satisfied:
The following formulas (1) and (2) are satisfied, or
It is desirable to satisfy the following formula (1') and formula (2').
0.01×L 0 ≦L 0 -L 1 (1)
0.05×L 0 ≦L 0 -L 1 (1')
0.01×L 3 ≦L 1 (2)
0.05×L 3 ≦L 1 (2')
Where:
L 0 : distance from an end of the opposing surface of the first
あるいは又、隔壁25は、第2化合物半導体層22の第2面側から第2化合物半導体層22内及び活性層23内を延び、更に、第1化合物半導体層21内を第1化合物半導体層21の厚さ方向の途中まで延びている形態とすることができる。即ち、隔壁25の下端部は、第1化合物半導体層21の厚さ方向の途中に位置する形態とすることができる。隔壁25の上端部は、発光素子の第2面に露出している場合もあるし、発光素子の第2面に露出していない場合もある。そして、このような形態において、L0とL2とL3’との間の関係は、
以下の式(3)、好ましくは、式(3’)を満足し、又は、
以下の式(4)、好ましくは、式(4’)を満足し、又は、
以下の式(3)及び式(4)を満足し、又は、
以下の式(3’)及び式(4’)を満足することが望ましい。
0.01×L0≦L2 (3)
0.05×L0≦L2 (3’)
0.01×L3’≦L2 (4)
0.05×L3’≦L2 (4’)
ここで、
L0 :第1化合物半導体層21の第1面と対向する第1光反射層41の対向面の端部から、活性層23までの距離
L2 :活性層23から、第1化合物半導体層21内を第1化合物半導体層21の厚さ方向の途中まで延びる隔壁25の端部(隔壁25の下端部であり、第1電極の方を向いた端部)までの距離
L3’:発光素子を構成する第1光反射層41の軸線から、積層構造体20への隔壁25の正射影像(より具体的には、隔壁25の下端部の正射影像)までの距離
である。尚、L2の上限値はL0未満であるが、活性層23と第1電極との間に隔壁25によって短絡が発生しない場合には、L2の上限値はL0であってもよい。
Alternatively, the
The following formula (3), preferably formula (3′), is satisfied, or
The following formula (4), preferably formula (4'), is satisfied, or
The following formulas (3) and (4) are satisfied, or
It is desirable to satisfy the following formula (3') and formula (4').
0.01×L 0 ≦L 2 (3)
0.05×L 0 ≦L 2 (3')
0.01×L 3 '≦L 2 (4)
0.05×L 3 '≦L 2 (4')
Where:
L 0 : Distance from the end of the facing surface of the first
隔壁24,25は、活性層23で生成した光を透過しない材料から構成されている形態とすることができ、これによって、迷光の発生、光クロストークの発生を防止することができる。具体的には、このような材料として、チタン(Ti)やクロム(Cr)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、MoSi2等の光を遮光することができる材料を挙げることができ、例えば、電子ビーム蒸着法や熱フィラメント蒸着法、真空蒸着法を含む蒸着法、スパッタリング法、CVD法やイオンプレーティング法等によって形成することができる。あるいは又、黒色の着色剤を混入した光学濃度が1以上の黒色の樹脂膜(具体的には、例えば、黒色のポリイミド系樹脂や、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂)を挙げることができる。
The
あるいは又、隔壁24,25は、活性層23で生成した光を反射する材料から構成されている形態とすることができ、これによって、迷光の発生、光クロストークの発生を防止することができるし、迷光を効率良く発光素子自身に戻すことができ、発光素子の発光効率の改善に寄与することができる。具体的には、隔壁24,25は、薄膜の干渉を利用した薄膜フィルタから構成されている。薄膜フィルタは、例えば、光反射層41,42と積層方向(交互の配列方向)が異なるものの、同様の構成、構造を有する。具体的には、積層構造体20の一部に凹部を形成し、例えば、スパッタリング法に基づき、この凹部内を光反射層41,42と同様の材料で、順次、埋め込むことで、積層構造体20の積層方向と直交する仮想平面(XZ平面)で隔壁24,25を切断したとき、誘電体層が交互に配列された薄膜フィルタを得ることができる。あるいは又、このような材料として、金属材料や合金材料、金属酸化物材料を例示することができ、より具体的には、銅(Cu)やその合金、金(Au)やその合金、スズ(Sn)やその合金、銀(Ag)や銀合金(例えば、Ag-Pd-Cu、Ag-Sm-Cu)、白金(Pt)やその合金、パラジウム(Pd)やその合金、チタン(Ti)やその合金、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金(例えば、Al-NdやAl-Cu)、Al/Ti積層構造、Al-Cu/Ti積層構造、クロム(Cr)やその合金、ITO等を挙げることができ、例えば、電子ビーム蒸着法や熱フィラメント蒸着法、真空蒸着法を含む蒸着法、スパッタリング法、CVD法やイオンプレーティング法;メッキ法(電気メッキ法や無電解メッキ法);リフトオフ法;レーザアブレーション法;ゾル・ゲル法;メッキ法等によって形成することができる。Alternatively, the
あるいは又、第1化合物半導体層21を構成する材料の熱伝導率をTC1、隔壁24,25を構成する材料の熱伝導率をTC0としたとき、
1×10-1≦TC1/TC0≦1×102
を満足する形態とすることができる。このような隔壁24,25を構成する材料として、具体的には、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、白金(Pt)等の金属あるいはその合金あるいはこれらの金属の混合物、ITO等を挙げることができ、例えば、電子ビーム蒸着法や熱フィラメント蒸着法、真空蒸着法を含む蒸着法、スパッタリング法、CVD法やイオンプレーティング法;メッキ法(電気メッキ法や無電解メッキ法);リフトオフ法;レーザアブレーション法;ゾル・ゲル法;メッキ法等によって形成することができる。そして、このように、隔壁24,25を高い熱伝導率を有する材料から構成することで、積層構造体20において発生した熱を隔壁24,25を介して外部に排熱(放熱)することができる。尚、この場合、積層構造体20において発生した熱を隔壁24,25及び隔壁延在部を介して外部に排熱(放熱)することができるように、発光素子の外面(第1面あるいは第2面)に隔壁延在部を形成してもよく、あるいは又、積層構造体20において発生した熱を隔壁24,25及び第1電極31あるいは第2電極32あるいはパッド電極を介して外部に排熱(放熱)することができるように、隔壁24,25を第1電極31あるいは第2電極32あるいはパッド電極に接続してもよい。
Alternatively, when the thermal conductivity of the material constituting the first
1×10 -1 ≦TC 1 /TC 0 ≦1×10 2
The
あるいは又、第1化合物半導体層21を構成する材料の線膨張率をCTE1、隔壁24,25を構成する材料の線膨張率をCTE0としたとき、
|CTE0-CTE1|≦1×10-4/K
を満足する形態とすることができる。このような隔壁24,25を構成する材料として、具体的には、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、カーボン系材料、SOG、多結晶GaN、単結晶GaNを挙げることができる。このように線膨張率を規定することで、発光素子全体の熱膨張係数の最適化を図ることができ、発光素子の熱膨張を制御(抑制)することができる。具体的には、例えば、積層構造体20の正味の熱膨張係数を大きくすることができ、発光素子を実装する基板材料等の熱膨張係数に合わせることで、発光素子の破損防止や、応力の発生による発光素子の信頼性の低下を抑制することができる。ポリイミド系樹脂から成る隔壁24,25は、例えば、スピンコート法及びキュア法に基づき形成することができる。
Alternatively, when the linear expansion coefficient of the material constituting the first
|CTE 0 -CTE 1 |≦1×10 -4 /K
The
あるいは又、隔壁24,25を絶縁材料から構成すれば、電気的クロストークの発生を抑制することができる。即ち、隣接する発光素子の間に不要な電流が流れることを防止することができる。Alternatively, if the
あるいは又、隔壁25はハンダ材料から構成されており、隔壁25の一部は発光素子の外面に露出している形態とすることができる。発光素子の外面に露出した隔壁25の一部によって、一種のバンプを構成することができる。このような隔壁25を構成する材料として、具体的には、Au-Sn共晶ハンダ、所謂低融点金属(合金)材料やハンダ材料、ロウ材を用いることができ、例えば、In(インジウム:融点157゜C);インジウム-金系の低融点合金;Sn80Ag20(融点220~370゜C)、Sn95Cu5(融点227~370゜C)等の錫(Sn)系高温ハンダ;Pb97.5Ag2.5(融点304゜C)、Pb94.5Ag5.5(融点304~365゜C)、Pb97.5Ag1.5Sn1.0(融点309゜C)等の鉛(Pb)系高温ハンダ;Zn95Al5(融点380゜C)等の亜鉛(Zn)系高温ハンダ;Sn5Pb95(融点300~314゜C)、Sn2Pb98(融点316~322゜C)等の錫-鉛系標準ハンダ;Au88Ga12(融点381゜C)等のロウ材(以上の添字は全て原子%を表す)を挙げることができる。
Alternatively, the
更には、第1化合物半導体層21の第1面側から第2化合物半導体層22の第2面側に向かう方向に沿って、隔壁25の側面は窄まっている形態とすることができる。即ち、積層構造体20の積層方向を含む仮想平面(XZ平面)で発光素子を切断したときの隔壁25の側面の形状は台形である形態(第2化合物半導体層側が短辺であり、第1化合物半導体層側が長辺である等脚台形)とすることができる。そして、これによって、迷光を一層効率良く発光素子自身に戻すことができる。Furthermore, the side of the
積層構造体20の積層方向を含む仮想平面(XZ平面)で発光素子を切断したときの隔壁24,25の側面の形状として、線分、弧、放物線の一部、任意の曲線の一部等を挙げることができる。また、積層構造体20の積層方向と直交する仮想平面(XY平面)で発光素子を切断したときの隔壁24,25の側面の形状として、円形、楕円形、長円形、正方形や長方形を含む矩形、正多角形(丸みを帯びた正多角形を含む)等を挙げることができる。第1光反射層41、第2光反射層の平面形状として、具体的には、円形、楕円形、長円形、矩形、正多角形(正三角形、正方形、正六角形等)を挙げることができる。第1光反射層41、第2光反射層の平面形状と、積層構造体20の積層方向と直交する仮想平面(XY平面)で発光素子を切断したときの隔壁24,25の側面の形状とは、相似形あるいは近似形であることが望ましい。Examples of the shape of the side of the
発光素子がアレイ状に配列されている場合、隔壁24,25は、各発光素子を構成する第1光反射層41を取り囲むように設けられているが、隔壁側面よりも外側の領域は、隔壁24,25によって占められていてもよいし(即ち、発光素子と発光素子との間は、隔壁24,25を構成する材料で占められていてもよいし)、隔壁24,25を構成する材料以外の材料(例えば、積層構造体20)によって占められていてもよい。後者の場合、隔壁24,25は、例えば、連続した溝状あるいは非連続の溝状に形成されている。When the light-emitting elements are arranged in an array, the
以下、実施例10の発光素子10Gを、具体的に説明する。
Below, the light-emitting
実施例10における発光素子アレイの模式的な一部断面図を図23、図25に示し、発光素子10Gの模式的な一部断面図を図24、図26に示す。ここで、図23及び図24は、隔壁24が導電性を有していない材料から構成されている例を示し、図3及び図4は、隔壁24が導電性を有する材料から構成されている例あるいは隔壁24が導電性を有していない材料から構成されている例を示す。隔壁24は、第1光反射層41を囲むように、積層構造体20の積層方向に延びる形成されている。
Schematic partial cross-sectional views of the light-emitting element array in Example 10 are shown in Figures 23 and 25, and schematic partial cross-sectional views of the light-emitting
図示するように、第1光反射層41の正射影像は、第1光反射層41と対向する隔壁24の側面24’の正射影像に含まれていてもよいし、図示しないが、隔壁側面24’の正射影像は、第1光反射層41の光反射に寄与しない部分(第1光反射層41の非有効領域)の正射影像に含まれていてもよい。また、隔壁24の側面24’は、連続面であってもよいし、一部が切り欠かれた非連続面であってもよい。後述する実施例11の隔壁25にあっても同様とすることができる。As shown in the figure, the orthogonal projection image of the first
実施例10の発光素子10Gにおいて、隔壁24は、第1化合物半導体層21の第1面側から、第1化合物半導体層21内を、第1化合物半導体層21の厚さ方向の途中まで延びている。即ち、隔壁24の上端部(活性層23の方を向いた端部)24bは、第1化合物半導体層21の厚さ方向の途中に位置する。そして、実施例1の発光素子アレイにあっては、L0とL1とL3との間の関係は、前述した関係を満足している。具体的には、後述する表23のとおりである。
In the light-emitting
隔壁24は、活性層23で生成した光を透過しない材料から構成されており、あるいは又、第1化合物半導体層21を構成する材料の熱伝導率をTC1、隔壁24を構成する材料の熱伝導率をTC0としたとき、
1×10-1≦TC1/TC0≦1×102
を満足する。具体的には、第1化合物半導体層21を構成する材料はGaNから構成されており、隔壁24は銅(Cu)から構成されている。尚、
TC0:50ワット/(m・K)乃至100ワット/(m・K)
TC1:400ワット/(m・K)
である。例えば、銅層から成る隔壁24をメッキ法にて形成する場合、シード層として0.1μm程度の厚さのAu層等から成る下地層を予めスパッタリング法等で形成しておき、その上に銅層をメッキ法にて形成すればよい。このように、隔壁24を高い熱伝導率を有する材料から構成することで、積層構造体20において発生した熱を隔壁24を介して外部に効果的に排熱(放熱)することができる。
The
1×10 -1 ≦TC 1 /TC 0 ≦1×10 2
Specifically, the material constituting the first
TC 0 : 50 Watts/(m·K) to 100 Watts/(m·K)
TC1 : 400 watts/(mK)
For example, when the
あるいは又、隔壁24は、活性層23で生成した光を反射する材料、例えば、銀(Ag)から構成されている。Alternatively, the
あるいは又、第1化合物半導体層21を構成する材料(GaN)の線膨張率をCTE1、隔壁24を構成する材料(ポリイミド系樹脂)の線膨張率をCTE0としたとき、
|CTE0-CTE1|≦1×10-4/K
を満足する。具体的には、
CTE0:5.5×10-6/K
CTE1:25×10-6/K
である。そして、これらの材料を組み合わせることで発光素子10Gの正味の熱膨張係数を大きくすることができ、発光素子10Gを実装する基板材料等の熱膨張係数と合わせることができるので、発光素子10Gの破損や、発光素子10Gにおける応力の発生による信頼性の低下を抑制することができる。
Alternatively, when the linear expansion coefficient of the material (GaN) constituting the first
|CTE 0 -CTE 1 |≦1×10 -4 /K
Specifically,
CTE 0 :5.5× 10-6 /K
CTE 1 : 25×10 -6 /K
By combining these materials, the net thermal expansion coefficient of the
積層構造体20の積層方向を含む仮想平面(図示した例では、例えば、XZ平面)で発光素子10Gを切断したときの隔壁24の側面24’の形状は線分である。また、積層構造体20の積層方向と直交する仮想平面(XY平面)で発光素子10Gを切断したときの隔壁24の側面24’の形状は円形である。更には、隔壁24は、各発光素子10Gを構成する第1光反射層41を取り囲むように設けられており、隔壁24の側面24’よりも外側の領域は、隔壁24によって占められている。即ち、発光素子10Gと発光素子10Gとの間は、隔壁24を構成する材料で占められている。When the light-emitting
図23及び図24に示すように、隔壁24を導電性を有していない材料から構成する場合、第1化合物半導体層21の第1面21aの上に第1電極31を設ける。As shown in Figures 23 and 24, when the
また、図25及び図26に示すように、隔壁24を導電性を有している材料から構成する場合、あるいは又、隔壁24を導電性を有していない材料から構成する場合、隔壁24の露出面(下端面24a)の上に第1電極31を設けてもよい。具体的には、隔壁24の下端部(第1電極31の方を向いた端部)24aは、発光素子10Gの第1面10a(第1化合物半導体層21の第1面21a)に形成された第1電極31に接している。尚、発光素子10Gの第2面10bは発光素子の露出面である。隔壁24を導電性を有している材料から構成する場合、隔壁24が第1電極31を兼ねていてもよい。このように隔壁24を高い熱伝導率を有する材料から構成することで、積層構造体20において発生した熱を隔壁24を介して外部に排熱(放熱)することができる。具体的には、積層構造体20において発生した熱を隔壁24及び第1電極31あるいは第1パッド電極を介して外部に効果的に排熱(放熱)することができる。25 and 26, when the
但し、これに限定するものではなく、発光素子10Gと発光素子10Gとの間は、隔壁24を構成する材料以外の材料(例えば、積層構造体20)によって占められていてもよい。即ち、隔壁24は、例えば、連続した溝状に形成されていてもよいし、あるいは又、非連続の溝状に形成されていてもよい。However, this is not limited thereto, and the space between the light-emitting
第1化合物半導体層21は第1導電型(具体的には、n型)を有し、第2化合物半導体層22は第1導電型とは異なる第2導電型(具体的には、p型)を有する。そして、実施例1の発光素子10Gにおいては、第1化合物半導体層21の第1面21aが基部面90を構成する。第1光反射層41は基部面90に形成されている。基部面90は、活性層23から離れる方向に向かって凸状の形状を有する。The first
図23、図24、図25及び図26に示した例では、第2電極32は、発光素子アレイを構成する発光素子10Gにおいて共通であり、第2電極32は第1パッド電極(図示せず)を介して外部の回路等に接続される。第1電極31も、発光素子アレイを構成する発光素子10Gにおいて共通であり、第1パッド電極(図示せず)を介して外部の回路等に接続される。そして、第1光反射層41を介して光が外部に出射されてもよいし、第2光反射層42を介して光が外部に出射されてもよい。23, 24, 25 and 26, the
実施例10の発光素子アレイにおいて、発光素子10Gのパラメータは以下の表20のとおりである。尚、第1光反射層41の直径をD1で示し、基部面90の高さをH1で示す(図23参照)。また、図11及び図12に示したと同様の配置を有する実施例10の発光素子10Gの仕様を、以下の表21及び表22に示す。更には、P0、L0、L1及びL3の値を表23に示し、後述する実施例11におけるP0、L0、L2及びL3’の値を表24に示す。
In the light-emitting element array of Example 10, the parameters of the light-emitting
〈表20〉
図11参照 図12参照
形成ピッチ 25μm 20μm
曲率半径R1 100μm 200μm
直径D1 20μm 15μm
高さH1 2μm 2μm
Table 20
See Fig. 11 See Fig. 12 Formation pitch 25
Radius of curvature R 1 100μm 200μm
Diameter D 1 20μm 15μm
〈表21〉 図11参照
第2光反射層42 SiO2/Ta2O5(11.5ペア)
第2電極32 実施例1を参照
第2化合物半導体層22 p-GaN
活性層23 InGaN(多重量子井戸構造)
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(14ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 445nm
発光素子数 100×100
Table 21 See FIG. 11 Second
Active layer 23: InGaN (multiple quantum well structure)
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 445 nm
Number of light emitting elements: 100 x 100
〈表22〉 図12参照
第2光反射層42 SiO2/SiN(9ペア)
第2電極32 実施例1を参照
第2化合物半導体層22 p-GaN
活性層23 InGaN(多重量子井戸構造)
第1化合物半導体層21 n-GaN
第1光反射層41 SiO2/Ta2O5(14ペア)
共振器長LOR 25μm
発振波長(発光波長)λ0 488nm
発光素子数 1000×1000
Table 22 See FIG. 12 Second
Active layer 23: InGaN (multiple quantum well structure)
First compound semiconductor layer 21 n-GaN
First
Resonator length L OR 25μm
Oscillation wavelength (emission wavelength) λ 0 488 nm
Number of light emitting elements: 1000 x 1000
〈表23〉 実施例10
P0 :40μm
L0 :30μm
L1 :28μm
L3 :18μm
Table 23 Example 10
P0 : 40 μm
L0 : 30 μm
L1 : 28 μm
L3 : 18 μm
〈表24〉 実施例11
P0 :20μm
L0 :17μm
L2 :12μm
L3’: 9μm
Table 24 Example 11
P0 : 20 μm
L0 : 17 μm
L2 : 12 μm
L3 ': 9 μm
実施例10の発光素子あるいは発光素子アレイにあっては、第1光反射層41を囲むように、積層構造体20の積層方向に延びる隔壁24が形成されているので、光クロストークの発生を防止することができるし、あるいは又、熱飽和の発生を防止することができる。その結果、高い発光効率、高い信頼性を有する発光素子、発光素子アレイを提供することができる。In the light-emitting element or light-emitting element array of Example 10, a
実施例11は、実施例10の変形である。実施例11の発光素子アレイの模式的な一部断面図を図27に示し、発光素子の模式的な一部断面図を図28に示す。Example 11 is a modification of Example 10. A schematic partial cross-sectional view of the light-emitting element array of Example 11 is shown in Figure 27, and a schematic partial cross-sectional view of the light-emitting element is shown in Figure 28.
実施例11の発光素子10Hにおいて、隔壁25Aは、第2化合物半導体層22の第2面側から第2化合物半導体層22内及び活性層23内を延び、更に、第1化合物半導体層21内を第1化合物半導体層21の厚さ方向の途中まで延びている。即ち、隔壁25Aの下端部25aは、第1化合物半導体層21の厚さ方向の途中に位置する。そして、実施例11の発光素子アレイにあっては、L0とL2とL3’との間の関係は、前述した関係を満足しており、上記の表24に示したとおりである。隔壁25Bの上端部25bは、発光素子10Hの第2面10bに露出している。
In the light-emitting
あるいは又、実施例11の発光素子10Hの変形例-1の模式的な一部断面図を図29に示すように、隔壁25Bの上端部25bは、発光素子10Hの第2面10bに露出していなくともよい。具体的には、隔壁25Bの上端部25bは、絶縁層(電流狭窄層)34及び第2電極32によって覆われている。29 is a schematic partial cross-sectional view of a modified example 1 of the light-emitting
あるいは又、実施例11の発光素子10Hの変形例-2の模式的な一部断面図を図30に示すように、第1化合物半導体層21の第1面側から第2化合物半導体層22の第2面側に向かう方向に沿って、隔壁25Cの側面25’は窄まっている。即ち、積層構造体20の積層方向を含む仮想平面(図示した例では、例えば、XZ平面)で発光素子10Hを切断したときの隔壁25Cの側面の形状は台形、具体的には、第2化合物半導体層側が短辺であり、第1化合物半導体層側が長辺である等脚台形である。30 is a schematic partial cross-sectional view of
これらの隔壁25A,25B,25Cは、実施例10において説明した隔壁24と同様の材料等から構成することができる。These
あるいは又、実施例11の発光素子10Hの変形例-3の模式的な一部断面図を図31に示すように、隔壁25Dは、ハンダ材料、具体的には、例えば、Au-Sn共晶ハンダから構成されており、隔壁25Dの一部25D’は、発光素子10Hの外面(第2面10b)上に形成されている。具体的には、発光素子10の第2面10bから露出した隔壁25Dの一部25D’によって一種のバンプが構成されており、隔壁25Dの一部25D’を介して外部の回路等に接続することができる。31 is a schematic partial cross-sectional view of Modification 3 of the light-emitting
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化合物半導体層の第2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。また、場合によっては、発光に影響を与えない第2化合物半導体層及び活性層の領域に第1化合物半導体層に至る貫通孔を形成し、この貫通孔内に第2化合物半導体層及び活性層と絶縁された第1電極を形成することもできる。第1光反射層は、基部面の第2の部分に延在していてもよい。即ち、基部面上における第1光反射層は、所謂ベタ膜から構成してもよい。そして、この場合、基部面の第2の部分に延在した第1光反射層に貫通孔を形成し、この貫通孔内に第1化合物半導体層に接続された第1電極を形成すればよい。また、ナノインプリント法に基づき犠牲層を設けることで、基部面90を形成することもできる。
Although the present disclosure has been described above based on preferred embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments. The configuration and structure of the light-emitting element described in the embodiments are illustrative and can be changed as appropriate, and the manufacturing method of the light-emitting element can also be changed as appropriate. In some cases, by appropriately selecting the bonding layer and the support substrate, a surface-emitting laser element that emits light from the second surface of the second compound semiconductor layer through the second light reflecting layer can be obtained. In some cases, a through hole leading to the first compound semiconductor layer can be formed in the region of the second compound semiconductor layer and the active layer that does not affect the light emission, and a first electrode insulated from the second compound semiconductor layer and the active layer can be formed in this through hole. The first light reflecting layer may extend to the second portion of the base surface. That is, the first light reflecting layer on the base surface may be composed of a so-called solid film. In this case, a through hole is formed in the first light reflecting layer that extends to the second portion of the base surface, and a first electrode connected to the first compound semiconductor layer may be formed in this through hole. In addition, the
発光素子の光を出射する領域に波長変換材料層(色変換材料層)が設けられている形態とすることができる。そして、この場合、波長変換材料層(色変換材料層)を介して白色光を出射する形態とすることができる。具体的には、活性層で発光した光が第1光反射層を介して外部に出射される場合、第1光反射層の光出射側の上に波長変換材料層(色変換材料層)を形成すればよいし、活性層で発光した光が第2光反射層を介して外部に出射される場合、第2光反射層の光出射側の上に波長変換材料層(色変換材料層)を形成すればよい。A wavelength conversion material layer (color conversion material layer) may be provided in the region where the light of the light-emitting element is emitted. In this case, white light may be emitted through the wavelength conversion material layer (color conversion material layer). Specifically, when the light emitted in the active layer is emitted to the outside through the first light reflecting layer, the wavelength conversion material layer (color conversion material layer) may be formed on the light emission side of the first light reflecting layer, and when the light emitted in the active layer is emitted to the outside through the second light reflecting layer, the wavelength conversion material layer (color conversion material layer) may be formed on the light emission side of the second light reflecting layer.
発光層から青色光が出射される場合、以下の形態を採用することで、波長変換材料層を介して白色光を出射する形態とすることができる。
[A]発光層から出射された青色光を黄色光に変換する波長変換材料層を用いることで、波長変換材料層から出射される光として、青色及び黄色が混ざった白色光を得る。
[B]発光層から出射された青色光を橙色光に変換する波長変換材料層を用いることで、波長変換材料層から出射される光として、青色及び橙色が混ざった白色光を得る。
[C]発光層から出射された青色光を緑色光に変換する波長変換材料層及び赤色光に変換する波長変換材料層を用いることで、波長変換材料層から出射される光として、青色、緑色及び赤色が混ざった白色光を得る。
When blue light is emitted from the light emitting layer, the following configuration can be adopted to make it possible to emit white light via the wavelength converting material layer.
[A] By using a wavelength converting material layer that converts the blue light emitted from the light emitting layer into yellow light, white light that is a mixture of blue and yellow light is obtained as the light emitted from the wavelength converting material layer.
[B] By using a wavelength converting material layer that converts the blue light emitted from the light emitting layer into orange light, white light that is a mixture of blue and orange is obtained as the light emitted from the wavelength converting material layer.
[C] By using a wavelength converting material layer that converts the blue light emitted from the light emitting layer into green light and a wavelength converting material layer that converts it into red light, white light that is a mixture of blue, green, and red is obtained as the light emitted from the wavelength converting material layer.
あるいは又、発光層から紫外線が出射される場合、以下の形態を採用することで、波長変換材料層を介して白色光を出射する形態とすることができる。
[D]発光層から出射された紫外線の光を青色光に変換する波長変換材料層及び黄色光に変換する波長変換材料層を用いることで、波長変換材料層から出射される光として、青色及び黄色が混ざった白色光を得る。
[E]発光層から出射された紫外線の光を青色光に変換する波長変換材料層及び橙色光に変換する波長変換材料層を用いることで、波長変換材料層から出射される光として、青色及び橙色が混ざった白色光を得る。
[F]発光層から出射された紫外線の光を青色光に変換する波長変換材料層、緑色光に変換する波長変換材料層及び赤色光に変換する波長変換材料層を用いることで、波長変換材料層から出射される光として、青色、緑色及び赤色が混ざった白色光を得る。
Alternatively, when ultraviolet light is emitted from the light emitting layer, the following configuration can be adopted to make it possible to emit white light via the wavelength converting material layer.
[D] By using a wavelength converting material layer that converts the ultraviolet light emitted from the light emitting layer into blue light and a wavelength converting material layer that converts it into yellow light, white light that is a mixture of blue and yellow is obtained as the light emitted from the wavelength converting material layer.
[E] By using a wavelength converting material layer that converts the ultraviolet light emitted from the light emitting layer into blue light and a wavelength converting material layer that converts it into orange light, white light that is a mixture of blue and orange is obtained as the light emitted from the wavelength converting material layer.
[F] By using a wavelength converting material layer that converts the ultraviolet light emitted from the light emitting layer into blue light, a wavelength converting material layer that converts it into green light, and a wavelength converting material layer that converts it into red light, white light that is a mixture of blue, green, and red is obtained as the light emitted from the wavelength converting material layer.
ここで、青色光によって励起され、赤色光を出射する波長変換材料として、具体的には、赤色発光蛍光体粒子、より具体的には、(ME:Eu)S[但し、「ME」は、Ca、Sr及びBaから成る群から選択された少なくとも1種類の原子を意味し、以下においても同様である]、(M:Sm)x(Si,Al)12(O,N)16[但し、「M」は、Li、Mg及びCaから成る群から選択された少なくとも1種類の原子を意味し、以下においても同様である]、ME2Si5N8:Eu、(Ca:Eu)SiN2、(Ca:Eu)AlSiN3を挙げることができる。また、青色光によって励起され、緑色光を出射する波長変換材料として、具体的には、緑色発光蛍光体粒子、より具体的には、(ME:Eu)Ga2S4、(M:RE)x(Si,Al)12(O,N)16[但し、「RE」は、Tb及びYbを意味する]、(M:Tb)x(Si,Al)12(O,N)16、(M:Yb)x(Si,Al)12(O,N)16、Si6-ZAlZOZN8-Z:Euを挙げることができる。更には、青色光によって励起され、黄色光を出射する波長変換材料として、具体的には、黄色発光蛍光体粒子、より具体的には、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体粒子を挙げることができる。尚、波長変換材料は、1種類であってもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。更には、波長変換材料を2種類以上を混合して用いることで、黄色、緑色、赤色以外の色の出射光が波長変換材料混合品から出射される構成とすることもできる。具体的には、例えば、シアン色を発光する構成としてもよく、この場合には、緑色発光蛍光体粒子(例えば、LaPO4:Ce,Tb、BaMgAl10O17:Eu,Mn、Zn2SiO4:Mn、MgAl11O19:Ce,Tb、Y2SiO5:Ce,Tb、MgAl11O19:CE,Tb,Mn)と青色発光蛍光体粒子(例えば、BaMgAl10O17:Eu、BaMg2Al16O27:Eu、Sr2P2O7:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3Cl:Eu、CaWO4、CaWO4:Pb)とを混合したものを用いればよい。 Here, examples of wavelength conversion materials that are excited by blue light and emit red light include red-emitting phosphor particles, more specifically, (ME:Eu)S [wherein "ME" means at least one type of atom selected from the group consisting of Ca, Sr, and Ba, and the same applies hereinafter], (M:Sm) x (Si,Al) 12 (O,N) 16 [wherein "M" means at least one type of atom selected from the group consisting of Li, Mg, and Ca, and the same applies hereinafter], ME2Si5N8 :Eu, (Ca: Eu)SiN2 , and (Ca : Eu) AlSiN3 . In addition, as wavelength conversion materials excited by blue light and emitting green light, specifically, green light-emitting phosphor particles , more specifically, (ME:Eu) Ga2S4 , (M:RE) x (Si,Al) 12 (O,N) 16 [wherein "RE" means Tb and Yb], (M:Tb) x (Si,Al) 12 (O,N) 16 , (M:Yb) x (Si,Al) 12 ( O ,N) 16 , and Si6 - ZAlZOZN8 -Z :Eu can be mentioned. Furthermore, as wavelength conversion materials excited by blue light and emitting yellow light, specifically, yellow light-emitting phosphor particles, more specifically, YAG (yttrium aluminum garnet) phosphor particles can be mentioned. The wavelength conversion material may be one type, or two or more types may be mixed and used. Furthermore, by using a mixture of two or more types of wavelength converting materials, it is possible to configure so that light of a color other than yellow, green, and red is emitted from the wavelength converting material mixture. Specifically, for example, a configuration that emits cyan light may be used. In this case, green light-emitting phosphor particles (e.g., LaPO4 :Ce, Tb, BaMgAl10O17 :Eu, Mn, Zn2SiO4 : Mn , MgAl11O19 :Ce, Tb, Y2SiO5 : Ce , Tb , MgAl11O19 :CE, Tb, Mn ) and blue light-emitting phosphor particles ( e.g. , BaMgAl10O17 :Eu, BaMg2Al16O27 : Eu , Sr2P2O7 : Eu, Sr5 ( PO4 ) 3Cl : Eu, ( Sr ,Ca,Ba,Mg) ... For example, a mixture of CaWO 4 and CaWO 4 :Pb may be used.
また、紫外線によって励起され、赤色光を出射する波長変換材料として、具体的には、赤色発光蛍光体粒子、より具体的には、Y2O3:Eu、YVO4:Eu、Y(P,V)O4:Eu、3.5MgO・0.5MgF2・Ge2:Mn、CaSiO3:Pb,Mn、Mg6AsO11:Mn、(Sr,Mg)3(PO4)3:Sn、La2O2S:Eu、Y2O2S:Euを挙げることができる。また、紫外線によって励起され、緑色光を出射する波長変換材料として、具体的には、緑色発光蛍光体粒子、より具体的には、LaPO4:Ce,Tb、BaMgAl10O17:Eu,Mn、Zn2SiO4:Mn、MgAl11O19:Ce,Tb、Y2SiO5:Ce,Tb、MgAl11O19:CE,Tb,Mn、Si6-ZAlZOZN8-Z:Euを挙げることができる。更には、紫外線によって励起され、青色光を出射する波長変換材料として、具体的には、青色発光蛍光体粒子、より具体的には、BaMgAl10O17:Eu、BaMg2Al16O27:Eu、Sr2P2O7:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)5(PO4)3Cl:Eu、CaWO4、CaWO4:Pbを挙げることができる。更には、紫外線によって励起され、黄色光を出射する波長変換材料として、具体的には、黄色発光蛍光体粒子、より具体的には、YAG系蛍光体粒子を挙げることができる。尚、波長変換材料は、1種類であってもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。更には、波長変換材料を2種類以上を混合して用いることで、黄色、緑色、赤色以外の色の出射光が波長変換材料混合品から出射される構成とすることもできる。具体的には、シアン色を発光する構成としてもよく、この場合には、上記の緑色発光蛍光体粒子と青色発光蛍光体粒子を混合したものを用いればよい。 Furthermore, examples of wavelength conversion materials that are excited by ultraviolet light and emit red light include red-emitting phosphor particles, more specifically, Y2O3 :Eu, YVO4 :Eu, Y (P,V) O4 :Eu, 3.5MgO.0.5MgF2.Ge2 :Mn, CaSiO3: Pb , Mn, Mg6AsO11 : Mn, (Sr,Mg) 3 ( PO4 ) 3 :Sn, La2O2S :Eu , and Y2O2S : Eu . Furthermore, examples of wavelength conversion materials that are excited by ultraviolet light and emit green light include green-emitting phosphor particles, and more specifically, LaPO4 :Ce, Tb, BaMgAl10O17 :Eu, Mn, Zn2SiO4 : Mn , MgAl11O19 : Ce , Tb, Y2SiO5 :Ce, Tb , MgAl11O19 :CE, Tb, Mn , and Si6 - ZAlZOZN8 -Z :Eu. Furthermore, as wavelength conversion materials excited by ultraviolet light and emitting blue light, specifically, blue light emitting phosphor particles, more specifically, BaMgAl10O17 :Eu, BaMg2Al16O27 :Eu, Sr2P2O7 :Eu, Sr5 ( PO4 ) 3Cl :Eu, ( Sr , Ca , Ba ,Mg) 5 ( PO4 ) 3Cl :Eu, CaWO4 , CaWO4 :Pb can be mentioned. Furthermore, as wavelength conversion materials excited by ultraviolet light and emitting yellow light, specifically, yellow light emitting phosphor particles, more specifically, YAG phosphor particles can be mentioned. The wavelength conversion material may be one type, or two or more types may be mixed and used. Furthermore, by using a mixture of two or more types of wavelength converting materials, it is possible to configure the wavelength converting material mixture to emit light of a color other than yellow, green, and red. Specifically, it may be configured to emit cyan light, and in this case, a mixture of the above-mentioned green light-emitting phosphor particles and blue light-emitting phosphor particles may be used.
但し、波長変換材料(色変換材料)は、蛍光体粒子に限定されず、例えば、間接遷移型のシリコン系材料において、直接遷移型のように、キャリアを効率良く光へ変換させるために、キャリアの波動関数を局所化し、量子効果を用いた、2次元量子井戸構造、1次元量子井戸構造(量子細線)、0次元量子井戸構造(量子ドット)等の量子井戸構造を適用した発光粒子を挙げることもできるし、半導体材料に添加された希土類原子は殻内遷移により鋭く発光することが知られており、このような技術を適用した発光粒子を挙げることもできる。However, wavelength conversion materials (color conversion materials) are not limited to phosphor particles, and examples of such materials include indirect transition type silicon-based materials, and luminescent particles that use quantum well structures such as two-dimensional quantum well structures, one-dimensional quantum well structures (quantum wires), and zero-dimensional quantum well structures (quantum dots) that localize the wave function of carriers and use quantum effects to efficiently convert carriers into light, as in the case of direct transition types. It is also known that rare earth atoms added to semiconductor materials emit light sharply due to intrashell transitions, and luminescent particles that use such technologies can also be mentioned.
波長変換材料(色変換材料)として、上記のとおり、量子ドットを挙げることができる。量子ドットの大きさ(直径)が小さくなるに従い、バンドギャップエネルギーが大きくなり、量子ドットから出射される光の波長は短くなる。即ち、量子ドットの大きさが小さいほど短い波長を有する光(青色光側の光)を発光し、大きさが大きいほど長い波長を有する光(赤色光側の光)を発光する。それ故、量子ドットを構成する材料を同じとし、量子ドットの大きさを調整することで、所望の波長を有する光を出射する(所望の色に色変換する)量子ドットを得ることができる。具体的には、量子ドットは、コア-シェル構造を有することが好ましい。量子ドットを構成する材料として、例えば、Si;Se;カルコパイライト系化合物であるCIGS(CuInGaSe)、CIS(CuInSe2)、CuInS2、CuAlS2、CuAlSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgAlS2、AgAlSe2、AgInS2、AgInSe2;ペロブスカイト系材料;III-V族化合物であるGaAs、GaP、InP、InAs、InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、InGaAsP、GaN;CdSe、CdSeS、CdS、CdTe、In2Se3、In2S3、Bi2Se3、Bi2S3、ZnSe、ZnTe、ZnS、HgTe、HgS、PbSe、PbS、TiO2等を挙げることができるが、これらに限定するものではない。
As described above, quantum dots can be cited as wavelength conversion materials (color conversion materials). As the size (diameter) of a quantum dot becomes smaller, the band gap energy becomes larger, and the wavelength of light emitted from the quantum dot becomes shorter. That is, the smaller the size of a quantum dot, the shorter the wavelength of light (light on the blue light side) that it emits, and the larger the size, the longer the wavelength of light (light on the red light side) that it emits. Therefore, by using the same material to compose the quantum dot and adjusting the size of the quantum dot, it is possible to obtain quantum dots that emit light having a desired wavelength (color conversion to a desired color). Specifically, the quantum dots preferably have a core-shell structure. Examples of materials constituting quantum dots include Si; Se; chalcopyrite compounds such as CIGS (CuInGaSe), CIS (CuInSe 2 ), CuInS 2 , CuAlS 2 , CuAlSe 2 ,
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面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
第1化合物半導体層の第2面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第2化合物半導体層、
が積層された積層構造体、
第1化合物半導体層の第1面側に形成された第1光反射層、
第2化合物半導体層の第2面側に形成された第2光反射層、
第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
第2化合物半導体層と第2光反射層との間に設けられた第2電極、
を備えており、
第2電極は、少なくとも、ナノカーボン材料層又は2次元材料層を有する発光素子。
[A02]ナノカーボン材料層は、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレンから成る群から選択された少なくとも1種類の材料から成る[A01]に記載の発光素子。
[A03]2次元材料層は、シリセン、ゲルマネン、窒化ホウ素及び遷移金属ダイカルコゲナイド系材料から成る群から選択された少なくとも1種類の材料から成る[A01]に記載の発光素子。
[A04]遷移金属ダイカルコゲナイド系材料をMX2で表したとき、遷移金属「M」は、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Tc及びReから成る群から選択された1種類の元素であり、カルコゲン元素「X」は、O、S、Se及びTeから成る群から選択された1種類の元素である[A03]に記載の発光素子。
[A05]第2電極は、少なくとも、透明導電材料又は半導体材料から成る第1の層と、ナノカーボン材料層又は2次元材料層から成る第2の層との積層構造を有する[A01]乃至[A04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A06]第1の層は第2化合物半導体層と接している[A05]に記載の発光素子。
[A07]第2電極の中央部には、第2の層が形成されていない[A05]又は[A06]に記載の発光素子。
[A08]積層構造体の厚さ方向における活性層の厚さ方向の中心からナノカーボン材料層又は2次元材料層の厚さ方向の中心までの距離をL2、発振波長をλ0、活性層の厚さ方向の中心からナノカーボン材料層又は2次元材料層の厚さ方向の中心までに位置する部分の等価屈折率をneqとしたとき、
0.9×{(m+1)λ0)/(4・neq)}≦L2≦1.1×{(m+1)λ0)/(4・neq)}
を満足する[A01]乃至[A06]のいずれか1項に記載の発光素子。
但し、mは、0、又は、1を含む2以上の任意の整数である。
[A09]第2電極を構成するナノカーボン材料層又は2次元材料層の厚さは、0nmを越え、5nm以下である[A01]乃至[A08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A10]少なくとも第2化合物半導体層の厚さ方向の一部は、電流注入領域、及び、電流注入領域を囲む電流非注入領域から構成されており、
第2化合物半導体層の第2面における電流注入領域の直径は、1×10-6m乃至1×10-2m、好ましくは、2×10-6m乃至1×10-3mである[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A11]第2化合物半導体層は、第1領域、及び、第1領域を囲む第2領域に区画され、
第2化合物半導体層の第1領域の上には、第2電極が設けられており、
第2化合物半導体層の第2領域は、絶縁層を介して第2電極と対向している[A01]乃至[A09]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A12]第2電極には、一方向に延びる複数の溝部が形成されている[A01]乃至[A11]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A13]第1光反射層は、活性層から離れる方向に向かって凸状の形状を有し、
第2光反射層は、平坦な形状を有する[A01]乃至[A12]のいずれか1項に記載の発光素子。
[A14]凸状の形状を有する第1光反射層の部分の曲率半径は、1×10-5m乃至1×10-2mである[A13]に記載の発光素子。
[A15]共振器長は、1×10-6m乃至5×10-4mである[A13]又は[A14]に記載の発光素子。
[B01]第1光反射層を囲むように、積層構造体の積層方向に延びる隔壁が形成されている[A01]乃至[A15]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B02]隔壁は、第1化合物半導体層の第1面側から、第1化合物半導体層内を、第1化合物半導体層の厚さ方向の途中まで延びている[B01]に記載の発光素子。
[B03]隔壁は、第2化合物半導体層の第2面側から第2化合物半導体層内及び活性層内を延び、更に、第1化合物半導体層内を第1化合物半導体層の厚さ方向の途中まで延びている[B01]に記載の発光素子。
[B04]隔壁は、活性層で生成した光を透過しない材料から構成されている[B01]乃至[B03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B05]隔壁は、活性層で生成した光を反射する材料から構成されている[B01]乃至[B04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B06]第1化合物半導体層を構成する材料の熱伝導率をTC1、隔壁を構成する材料の熱伝導率をTC0としたとき、
1×10-1≦TC1/TC0≦1×102
を満足する[B01]乃至[B05]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B07]第1化合物半導体層を構成する材料の線膨張率をCTE1、隔壁を構成する材料の線膨張率をCTE0としたとき、
|CTE0-CTE1|≦1×10-4/K
を満足する[B01]乃至[B06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B08]隔壁は、ハンダ材料から構成されており、
隔壁の一部は、発光素子の外面に露出している[B01]乃至[B07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B09]第1化合物半導体層の第1面側から第2化合物半導体層の第2面側に向かう方向に沿って、隔壁の側面は窄まっている[B01]乃至[B08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[B10]第1光反射層は、第1化合物半導体層の第1面側に位置する基部面の上に形成されており、
基部面は、周辺領域に延在しており、
基部面は、凹凸状であり、且つ、微分可能である[B01]乃至[B09]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C01]第1化合物半導体層の第1面側に位置する基部面は、第1の部分、及び、第1の部分を囲む第2の部分(周辺領域)から構成されており、
第1光反射層は、第1の部分の上に形成されており、
第1化合物半導体層の第2面を基準として、第1の部分は凸状であり、第2の部分は凹状であり、第1の部分から第2の部分に亙り微分可能である[A01]乃至[B10]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C02]基部面は滑らかである[C01]に記載の発光素子。
[C03]第1化合物半導体層の第2面を基準としたとき、第1光反射層が形成された基部面の第1の部分は上に凸の形状を有する[C01]又は[C02]に記載の発光素子。
[C04]《第A構成の発光素子》
第1化合物半導体層の第2面を基準としたとき、周辺領域を占める基部面の第2の部分は下に凸の形状を有する[C03]に記載の発光素子。
[C05]基部面の第1の部分の中心部は正方形の格子の頂点(交差点)上に位置する[C04]に記載の発光素子。
[C06]基部面の第1の部分の中心部は正三角形の格子の頂点(交差点)上に位置する[C04]に記載の発光素子。
[C07]《第B構成の発光素子》
第1化合物半導体層の第2面を基準としたとき、周辺領域を占める基部面の第2の部分は、周辺領域の中心部に向かって、下に凸の形状、及び、下に凸の形状から延びる上に凸の形状を有する[C03]に記載の発光素子。
[C08]第1化合物半導体層の第2面から基部面の第1の部分の中心部までの距離をLL1、第1化合物半導体層の第2面から基部面の第2の部分の中心部までの距離をLL2としたとき、
LL2>LL1
を満足する[C07]に記載の発光素子。
[C09]基部面の第1の部分の中心部の曲率半径(即ち、第1光反射層の曲率半径)をR1、基部面の第2の部分の中心部の曲率半径をR2としたとき、
R1>R2
を満足する[C07]又は[C08]に記載の発光素子。
[C10]基部面の第1の部分の中心部は正方形の格子の頂点(交差点)上に位置する[C07]乃至[C09]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C11]基部面の第2の部分の中心部は正方形の格子の頂点(交差点)上に位置する[C10]に記載の発光素子。
[C12]基部面の第1の部分の中心部は正三角形の格子の頂点(交差点)上に位置する[C07]乃至[C09]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C13]基部面の第2の部分の中心部は正三角形の格子の頂点(交差点)上に位置する[C12]に記載の発光素子。
[C14]基部面の第2の部分の中心部の曲率半径R2は、1×10-6m以上、好ましくは3×10-6m以上、より好ましくは5×10-6m以上である[C07]乃至[C13]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C15]《第C構成の発光素子》
第1化合物半導体層の第2面を基準としたとき、周辺領域を占める基部面の第2の部分は、基部面の第1の部分を取り囲む環状の凸の形状、及び、環状の凸の形状から基部面の第1の部分に向かって延びる下に凸の形状を有する[C03]に記載の発光素子。
[C16]第1化合物半導体層の第2面から基部面の第1の部分の中心部までの距離をLL1、第1化合物半導体層の第2面から基部面の第2の部分の環状の凸の形状の頂部までの距離をLL2’としたとき、
LL2’>LL1
を満足する[C15]に記載の発光素子。
[C17]基部面の第1の部分の中心部の曲率半径(即ち、第1光反射層の曲率半径)をR1、基部面の第2の部分の環状の凸の形状の頂部の曲率半径をR2’としたとき、
R1>R2’
を満足する[C15]又は[C16]に記載の発光素子。
[C18]基部面の第2の部分の環状の凸の形状の頂部の曲率半径R2’は、1×10-6m以上、好ましくは3×10-6m以上、より好ましくは5×10-6m以上である[C15]乃至[C17]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C19]基部面の第2の部分における凸の形状の部分に対向した第2化合物半導体層の第2面側の部分には、バンプが配設されている[C07]乃至[C18]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C20]基部面の第1の部分の中心部に対向した第2化合物半導体層の第2面側の部分には、バンプが配設されている[C04]乃至[C06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C21]発光素子の形成ピッチは、3μm以上、50μm以下、好ましくは5μm以上、30μm以下、より好ましくは8μm以上、25μm以下である[C01]乃至[C20]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C22]基部面の第1の部分の中心部の曲率半径R1(即ち、第1光反射層の曲率半径)は、1×10-4m以上、好ましくは3×10-4m以上である[C01]乃至[C21]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C23]積層構造体は、GaN系化合物半導体、InP系化合物半導体及びGaAs系化合物半導体から成る群から選択された少なくとも1種類の材料から成る[A01]乃至[C22]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C24]共振器長をLORとしたとき、1×10-6m≦LORを満足する[C01]乃至[C23]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C25]積層構造体の積層方向を含む仮想平面で基部面を切断したときの基部面の第1の部分が描く図形は、円の一部又は放物線の一部である[A01]乃至[C24]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C26]第1化合物半導体層の第1面が基部面を構成する[A01]乃至[C25]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C27]第1化合物半導体層の第1面と第1光反射層との間には化合物半導体基板が配されており、基部面は化合物半導体基板の表面から構成されている[A01]乃至[C25]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C28]第1化合物半導体層の第1面と第1光反射層との間には基材が配されており、あるいは又、第1化合物半導体層の第1面と第1光反射層との間には化合物半導体基板及び基材が配されており、基部面は基材の表面から構成されている[A01]乃至[C25]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C29]基材を構成する材料は、TiO2、Ta2O5、SiO2等の透明な誘電体材料、シリコーン系樹脂及びエポキシ系樹脂から成る群から選択された少なくとも1種類の材料である[C28]に記載の発光素子。
[C30]基部面上に第1光反射層が形成されている[A01]乃至[C29]のいずれか1項に記載の発光素子。
[C31]積層構造体の熱伝導率の値は、第1光反射層の熱伝導率の値よりも高い[A01]乃至[C30]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D01]第2化合物半導体層には、電流注入領域及び電流注入領域を取り囲む電流非注入領域が設けられており、
電流注入領域の面積重心点から、電流注入領域と電流非注入領域の境界までの最短距離DCIは、以下の式を満足する[A01]乃至[C31]のいずれか1項に記載の発光素子。
DCI≧ω0/2
但し、
ω0
2≡(λ0/π){LOR(R1-LOR)}1/2
ここで、
λ0 :発光素子から主に出射される所望の光の波長(発振波長)
LOR:共振器長
R1 :基部面の第1の部分の中心部の曲率半径(即ち、第1光反射層の曲率半径)
[D02]第2化合物半導体層の第2面上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域を構成するモードロス作用部位、
第2化合物半導体層の第2面上からモードロス作用部位上に亙り形成された第2電極、及び、
第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、
を更に備えており、
第2光反射層は第2電極上に形成されており、
積層構造体には、電流注入領域、及び、電流注入領域を取り囲む電流非注入領域が形成されており、
モードロス作用領域の正射影像と電流非注入領域の正射影像とは重なり合っている[D01]に記載の発光素子。
[D03]第1光反射層の光反射有効領域の半径r1は、
ω0≦r1≦20・ω0
を満足する[D01]又は[D02]に記載の発光素子。
[D04]DCI≧ω0を満足する[D01]乃至[D03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[D05]R1≦1×10-2mを満足する[D01]乃至[D04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E01]第2化合物半導体層の第2面上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域を構成するモードロス作用部位、
第2化合物半導体層の第2面上からモードロス作用部位上に亙り形成された第2電極、及び、
第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、
を更に備えており、
第2光反射層は第2電極上に形成されており、
積層構造体には、電流注入領域、及び、電流注入領域を取り囲む電流非注入領域が形成されており、
モードロス作用領域の正射影像と電流非注入領域の正射影像とは重なり合っている[A01]乃至[C31]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E02]電流非注入領域はモードロス作用領域の下方に位置している[E01]に記載の発光素子。
[E03]電流注入領域の射影像の面積をS1、電流非注入領域の射影像の面積をS2としたとき、
0.01≦S1/(S1+S2)≦0.7
を満足する[E01]又は[E02]に記載の発光素子。
[E04]電流非注入領域は、積層構造体へのイオン注入によって形成される[E01]乃至[E03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E05]イオン種は、ボロン、プロトン、リン、ヒ素、炭素、窒素、フッ素、酸素、ゲルマニウム及びシリコンから成る群から選択された少なくとも1種類のイオンである[E04]に記載の発光素子。
[E06]電流非注入領域は、第2化合物半導体層の第2面へのプラズマ照射、又は、第2化合物半導体層の第2面へのアッシング処理、又は、第2化合物半導体層の第2面への反応性イオンエッチング処理によって形成される[E01]乃至[E05]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E07]第2光反射層は、第1光反射層からの光を、第1光反射層と第2光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって反射あるいは散乱する領域を有する[E01]乃至[E06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E08]電流注入領域における活性層から第2化合物半導体層の第2面までの光学的距離をOL2、モードロス作用領域における活性層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をOL0としたとき、
OL0>OL2
を満足する[E01]乃至[E07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E09]生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、第1光反射層と第2光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって散逸させられ、以て、発振モードロスが増加する[E01]乃至[E08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E10]モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る[E01]乃至[E09]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E11]モードロス作用部位は誘電体材料から成り、
モードロス作用部位の光学的厚さは、発光素子アレイにおいて生成した光の波長の1/4の整数倍から外れる値である[E10]に記載の発光素子。
[E12]モードロス作用部位は誘電体材料から成り、
モードロス作用部位の光学的厚さは、発光素子アレイにおいて生成した光の波長の1/4の整数倍である[E10]に記載の発光素子。
[E13]
第2化合物半導体層の第2面側には凸部が形成されており、
モードロス作用部位は、凸部を囲む第2化合物半導体層の第2面の領域上に形成されている[E01]乃至[E03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E14]電流注入領域における活性層から第2化合物半導体層の第2面までの光学的距離をOL2、モードロス作用領域における活性層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をOL0としたとき、
OL0<OL2
を満足する[E13]に記載の発光素子。
[E15]生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、電流注入領域及び電流非注入領域に閉じ込められ、以て、発振モードロスが減少する[E13]又は[E14]に記載の発光素子。
[E16]モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る[E13]乃至[E15]のいずれか1項に記載の発光素子。
[E17]第2電極は、透明導電材料から成る[E01]乃至[E16]のいずれか1項に記載の発光素子。
[F01]第2化合物半導体層の第2面上に形成された第2電極、
第2電極上に形成された第2光反射層、
第1化合物半導体層の第1面上に設けられ、発振モードロスの増減に作用するモードロス作用領域を構成するモードロス作用部位、並びに、
第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、
を更に備えており、
第1光反射層は、第1化合物半導体層の第1面上からモードロス作用部位上に亙り形成されており、
積層構造体には、電流注入領域、及び、電流注入領域を取り囲む電流非注入領域が形成されており、
モードロス作用領域の正射影像と電流非注入領域の正射影像とは重なり合っている[A01]乃至[C31]のいずれか1項に記載の発光素子。
[F02]電流注入領域の射影像の面積をS1、電流非注入領域の射影像の面積をS2としたとき、
0.01≦S1’/(S1’+S2’)≦0.7
を満足する[F01]に記載の発光素子。
[F03]電流非注入領域は、積層構造体へのイオン注入によって形成される[F01]又は[F02]に記載の発光素子。
[F04]イオン種は、ボロン、プロトン、リン、ヒ素、炭素、窒素、フッ素、酸素、ゲルマニウム及びシリコンから成る群から選択された少なくとも1種類のイオンである[F03]に記載の発光素子。
[F05]電流非注入領域は、第2化合物半導体層の第2面へのプラズマ照射、又は、第2化合物半導体層の第2面へのアッシング処理、又は、第2化合物半導体層の第2面への反応性イオンエッチング処理によって形成される[F01]乃至[F04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[F06]第2光反射層は、第1光反射層からの光を、第1光反射層と第2光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって反射あるいは散乱する領域を有する[F01]乃至[F05]のいずれか1項に記載の発光素子。
[F07]電流注入領域における活性層から第1化合物半導体層の第1面までの光学的距離をOL1’、モードロス作用領域における活性層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をOL0’としたとき、
OL0’>OL1’
を満足する[F01]乃至[F06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[F08]生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、第1光反射層と第2光反射層とによって構成される共振器構造の外側に向かって散逸させられ、以て、発振モードロスが増加する[F01]乃至[F07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[F09]モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る[F01]乃至[F08]のいずれか1項に記載の発光素子。
[F10]モードロス作用部位は誘電体材料から成り、
モードロス作用部位の光学的厚さは、発光素子アレイにおいて生成した光の波長の1/4の整数倍から外れる値である[F09]に記載の発光素子。
[F11]モードロス作用部位は誘電体材料から成り、
モードロス作用部位の光学的厚さは、発光素子アレイにおいて生成した光の波長の1/4の整数倍である[F09]に記載の発光素子。
[F12]第1化合物半導体層の第1面側には凸部が形成されており、
モードロス作用部位は、凸部を囲む第1化合物半導体層の第1面の領域上に形成されている[F01]又は[F02]に記載の発光素子。
[F13]電流注入領域における活性層から第1化合物半導体層の第1面までの光学的距離をOL1’、モードロス作用領域における活性層からモードロス作用部位の頂面までの光学的距離をOL0’としたとき、
OL0’<OL1’
を満足する[F12]に記載の発光素子。
[F14]第1化合物半導体層の第1面側には凸部が形成されており、
モードロス作用部位は、凸部を囲む第1化合物半導体層の第1面の領域から構成されている[F01]又は[F02]に記載の発光素子。
[F15]生成した高次モードを有する光は、モードロス作用領域により、電流注入領域及び電流非注入領域に閉じ込められ、以て、発振モードロスが減少する[F12]乃至[F14]のいずれか1項に記載の発光素子。
[F16]モードロス作用部位は、誘電体材料、金属材料又は合金材料から成る[F12]乃至[F15]のいずれか1項に記載の発光素子。
[F17]第2電極は、透明導電材料から成る[F01]乃至[F16]のいずれか1項に記載の発光素子。
[G01]第2電極を含む積層構造体には、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[A01]乃至[F17]のいずれか1項に記載の発光素子。
[G02]少なくとも4層の光吸収材料層が形成されている[G01]に記載の発光素子。
[G03]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LAbsとしたとき、
0.9×{(m・λ0)/(2・neq)}≦LAbs≦1.1×{(m・λ0)/(2・neq)}
を満足する[G01]又は[G02]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。
[G04]光吸収材料層の厚さは、λ0/(4・neq)以下である[G01]乃至[G03]のいずれか1項に記載の発光素子。
[G05]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小振幅部分に光吸収材料層が位置する[G01]乃至[G04]のいずれか1項に記載の発光素子。
[G06]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[G01]乃至[G05]のいずれか1項に記載の発光素子。
[G07]光吸収材料層は、積層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[G01]乃至[G06]のいずれか1項に記載の発光素子。
[G08]光吸収材料層は、積層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[G01]乃至[G07]のいずれか1項に記載の発光素子。
[H01]《発光素子アレイの製造方法》
第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
第1化合物半導体層の第2面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第2化合物半導体層、
が積層された積層構造体、
第1化合物半導体層の第1面側に位置する基部面の上に形成された第1光反射層、並びに、
第2化合物半導体層の第2面側に形成され、平坦な形状を有する第2光反射層、
を備えており、
基部面は、複数の発光素子によって囲まれた周辺領域に延在しており、
基部面は、凹凸状であり、且つ、微分可能である発光素子の複数から構成された発光素子アレイの製造方法であって、
積層構造体を形成した後、第2化合物半導体層の第2面側に第2光反射層を形成し、次いで、
第1光反射層を形成すべき基部面の第1の部分の上に第1犠牲層を形成した後、第1犠牲層の表面を凸状とし、その後、
第1犠牲層と第1犠牲層との間に露出した基部面の第2の部分の上及び第1犠牲層の上に第2犠牲層を形成して第2犠牲層の表面を凹凸状とし、次いで、
第2犠牲層及び第1犠牲層をエッチバックし、更に、基部面から内部に向けてエッチバックすることで、第1化合物半導体層の第2面を基準としたとき、基部面の第1の部分に凸部を形成し、基部面の第2の部分に少なくとも凹部を形成した後、
基部面の第1の部分の上に第1光反射層を形成する、
各工程を備えている発光素子アレイの製造方法。
[H02]《発光素子アレイの製造方法》
第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
第1化合物半導体層の第2面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第2化合物半導体層、
が積層された積層構造体、
第1化合物半導体層の第1面側に位置する基部面の上に形成された第1光反射層、並びに、
第2化合物半導体層の第2面側に形成され、平坦な形状を有する第2光反射層、
を備えており、
基部面は、複数の発光素子によって囲まれた周辺領域に延在しており、
基部面は、凹凸状であり、且つ、微分可能である発光素子の複数から構成された発光素子アレイの製造方法であって、
積層構造体を形成した後、第2化合物半導体層の第2面側に第2光反射層を形成し、次いで、
第1光反射層を形成すべき基部面の第1の部分の上に第1犠牲層を形成した後、第1犠牲層の表面を凸状とし、その後、
第1犠牲層をエッチバックし、更に、基部面から内部に向けてエッチバックすることで、第1化合物半導体層の第2面を基準としたとき、基部面の第1の部分に凸部を形成した後、
基部面に第2犠牲層を形成した後、第2犠牲層をエッチバックし、更に、基部面から内部に向けてエッチバックすることで、第1化合物半導体層の第2面を基準としたとき、基部面の第1の部分に凸部を形成し、基部面の第2の部分に少なくとも凹部を形成した後、
基部面の第1の部分の上に第1光反射層を形成する、
各工程を備えている発光素子アレイの製造方法。
[H03]《発光素子アレイの製造方法》
第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第1化合物半導体層、
第1化合物半導体層の第2面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第2化合物半導体層、
が積層された積層構造体、
第1化合物半導体層の第1面側に位置する基部面の上に形成された第1光反射層、並びに、
第2化合物半導体層の第2面側に形成され、平坦な形状を有する第2光反射層、
を備えており、
基部面は、複数の発光素子によって囲まれた周辺領域に延在しており、
基部面は、凹凸状であり、且つ、微分可能である発光素子の複数から構成された発光素子アレイの製造方法であって、
基部面と相補的な面を有する型を準備しておき、
積層構造体を形成した後、第2化合物半導体層の第2面側に第2光反射層を形成し、次いで、
第1光反射層を形成すべき基部面の上に犠牲層を形成した後、型の基部面と相補的な面の形状を犠牲層に転写し、犠牲層に凹凸部を形成した後、
犠牲層をエッチバックし、更に、基部面から内部に向けてエッチバックすることで、第1化合物半導体層の第2面を基準としたとき、基部面の第1の部分に凸部を形成し、基部面の第2の部分に少なくとも凹部を形成した後、
基部面の第1の部分の上に第1光反射層を形成する、
各工程を備えている発光素子アレイの製造方法。
The present disclosure may also be configured as follows.
[A01] "Light-emitting element"
a first compound semiconductor layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
an active layer facing the second surface of the first compound semiconductor layer; and
a second compound semiconductor layer having a first surface facing the active layer and a second surface opposite to the first surface;
A laminated structure in which
A first light reflecting layer formed on the first surface side of the first compound semiconductor layer;
a second light reflecting layer formed on the second surface side of the second compound semiconductor layer;
a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer; and
a second electrode provided between the second compound semiconductor layer and the second light reflecting layer;
It is equipped with
The second electrode is a light-emitting element having at least a nanocarbon material layer or a two-dimensional material layer.
[A02] The light-emitting element according to [A01], wherein the nanocarbon material layer is made of at least one material selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, and fullerenes.
[A03] The light-emitting element according to [A01], wherein the two-dimensional material layer is made of at least one material selected from the group consisting of silicene, germanene, boron nitride, and transition metal dichalcogenide-based materials.
[A04] The light-emitting element according to [A03], wherein the transition metal dichalcogenide material is represented by MX2 , the transition metal "M" is one element selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Tc and Re, and the chalcogen element "X" is one element selected from the group consisting of O, S, Se and Te.
[A05] The light-emitting element described in any one of [A01] to [A04], wherein the second electrode has a laminated structure of at least a first layer made of a transparent conductive material or a semiconductor material and a second layer made of a nanocarbon material layer or a two-dimensional material layer.
[A06] The light-emitting device according to [A05], wherein the first layer is in contact with the second compound semiconductor layer.
[A07] The light-emitting element according to [A05] or [A06], in which the second layer is not formed in the central portion of the second electrode.
[A08] When the distance in the thickness direction of the laminated structure from the center of the active layer in the thickness direction to the center of the nanocarbon material layer or the two-dimensional material layer in the thickness direction is L 2 , the oscillation wavelength is λ 0 , and the equivalent refractive index of the part located from the center of the active layer in the thickness direction to the center of the nanocarbon material layer or the two-dimensional material layer in the thickness direction is n eq ,
0.9×{(m+1)λ 0 )/(4・n eq )}≦L 2 ≦1.1×{(m+1)λ 0 )/(4・n eq )}
The light-emitting element according to any one of [A01] to [A06], which satisfies the above.
Here, m is an arbitrary integer of 2 or more, including 0 or 1.
[A09] The light-emitting element according to any one of [A01] to [A08], wherein the thickness of the nanocarbon material layer or the two-dimensional material layer constituting the second electrode is greater than 0 nm and is 5 nm or less.
[A10] At least a portion of the second compound semiconductor layer in the thickness direction is composed of a current injection region and a current non-injection region surrounding the current injection region,
The light-emitting device according to any one of [A01] to [A09], wherein the diameter of the current injection region in the second surface of the second compound semiconductor layer is 1×10 −6 m to 1×10 −2 m, preferably 2×10 −6 m to 1×10 −3 m.
[A11] The second compound semiconductor layer is partitioned into a first region and a second region surrounding the first region,
a second electrode is provided on the first region of the second compound semiconductor layer;
The light-emitting element according to any one of [A01] to [A09], wherein the second region of the second compound semiconductor layer faces the second electrode via an insulating layer.
[A12] The light-emitting device according to any one of [A01] to [A11], in which a plurality of grooves extending in one direction are formed in the second electrode.
[A13] The first light reflective layer has a convex shape extending in a direction away from the active layer,
The light-emitting device according to any one of [A01] to [A12], wherein the second light reflective layer has a flat shape.
[A14] The light-emitting element according to [A13], wherein the radius of curvature of the portion of the first light reflecting layer having a convex shape is 1×10 −5 m to 1×10 −2 m.
[A15] The light-emitting element according to [A13] or [A14], wherein the cavity length is 1×10 −6 m to 5×10 −4 m.
[B01] The light-emitting element according to any one of [A01] to [A15], in which a partition wall extending in the stacking direction of the stacked structure is formed so as to surround the first light reflecting layer.
[B02] The light-emitting element according to [B01], wherein the partition wall extends from the first surface side of the first compound semiconductor layer, within the first compound semiconductor layer, to a midpoint in a thickness direction of the first compound semiconductor layer.
[B03] The light-emitting element according to [B01], wherein the partition extends from the second surface side of the second compound semiconductor layer into the second compound semiconductor layer and the active layer, and further extends into the first compound semiconductor layer to a midpoint in a thickness direction of the first compound semiconductor layer.
[B04] The light-emitting element according to any one of [B01] to [B03], wherein the partition is made of a material that does not transmit light generated in the active layer.
[B05] The light-emitting element according to any one of [B01] to [B04], wherein the partition is made of a material that reflects light generated in the active layer.
[B06] When the thermal conductivity of the material constituting the first compound semiconductor layer is TC 1 and the thermal conductivity of the material constituting the partition wall is TC 0 ,
1×10 -1 ≦TC 1 /TC 0 ≦1×10 2
The light-emitting element according to any one of [B01] to [B05], which satisfies the above.
[B07] When the linear expansion coefficient of the material constituting the first compound semiconductor layer is CTE 1 and the linear expansion coefficient of the material constituting the partition wall is CTE 0 ,
|CTE 0 -CTE 1 |≦1×10 -4 /K
The light-emitting element according to any one of [B01] to [B06], which satisfies the above.
[B08] The partition is made of a solder material,
The light-emitting element according to any one of [B01] to [B07], wherein a part of the partition is exposed to an outer surface of the light-emitting element.
[B09] The light-emitting element according to any one of [B01] to [B08], wherein a side surface of the partition narrows in a direction from the first surface side of the first compound semiconductor layer toward the second surface side of the second compound semiconductor layer.
[B10] The first light reflecting layer is formed on a base surface located on the first surface side of the first compound semiconductor layer,
The base surface extends to a peripheral region;
The light-emitting element according to any one of [B01] to [B09], wherein the base surface is uneven and differentiable.
[C01] A base surface located on the first surface side of the first compound semiconductor layer is composed of a first portion and a second portion (peripheral region) surrounding the first portion,
a first light reflecting layer formed on the first portion;
The light-emitting element according to any one of [A01] to [B10], wherein the first portion is convex and the second portion is concave with respect to the second surface of the first compound semiconductor layer, and the light-emitting element is differentiable from the first portion to the second portion.
[C02] The light-emitting element according to [C01], wherein the base surface is smooth.
[C03] The light-emitting element according to [C01] or [C02], wherein a first portion of a base surface on which a first light-reflecting layer is formed has an upwardly convex shape when the second surface of the first compound semiconductor layer is used as a reference.
[C04] Light-emitting element of A-configuration
The light-emitting device according to [C03], wherein the second portion of the base surface occupying the peripheral region has a downwardly convex shape when the second surface of the first compound semiconductor layer is taken as a reference.
[C05] The light-emitting element according to [C04], wherein the center of the first portion of the base surface is located on an apex (intersection) of a square lattice.
[C06] The light-emitting element according to [C04], wherein the center of the first portion of the base surface is located on an apex (intersection) of a lattice of equilateral triangles.
[C07]《Light-emitting element of configuration B》
The light-emitting device according to [C03], wherein, when the second surface of the first compound semiconductor layer is used as a reference, the second portion of the base surface occupying the peripheral region has a downward convex shape toward a center of the peripheral region, and an upward convex shape extending from the downward convex shape.
[C08] When the distance from the second surface of the first compound semiconductor layer to the center of the first portion of the base surface is LL 1 and the distance from the second surface of the first compound semiconductor layer to the center of the second portion of the base surface is LL 2 ,
LL2 > LL1
The light-emitting element according to [C07], which satisfies the above.
[C09] When the radius of curvature of the center of the first portion of the base surface (i.e., the radius of curvature of the first light reflecting layer) is R 1 and the radius of curvature of the center of the second portion of the base surface is R 2 ,
R1 > R2
The light-emitting element according to [C07] or [C08], which satisfies the following:
[C10] The light-emitting element according to any one of [C07] to [C09], wherein the center of the first portion of the base surface is located on an apex (intersection) of a square lattice.
[C11] The light-emitting device according to [C10], wherein the center of the second portion of the base surface is located on an apex (intersection) of a square lattice.
[C12] The light-emitting element according to any one of [C07] to [C09], wherein the center of the first portion of the base surface is located on an apex (intersection) of an equilateral triangular lattice.
[C13] The light-emitting device according to [C12], wherein the center of the second portion of the base surface is located on an apex (intersection) of a lattice of equilateral triangles.
[C14] The light-emitting element according to any one of [C07] to [C13], wherein the radius of curvature R2 of the central portion of the second portion of the base surface is 1×10 −6 m or more, preferably 3×10 −6 m or more, and more preferably 5×10 −6 m or more.
[C15]《Light-emitting element of configuration C》
The light-emitting element according to [C03], wherein, when the second surface of the first compound semiconductor layer is used as a reference, the second portion of the base surface occupying the peripheral region has an annular convex shape surrounding the first portion of the base surface, and a downwardly convex shape extending from the annular convex shape toward the first portion of the base surface.
[C16] When the distance from the second surface of the first compound semiconductor layer to the center of the first portion of the base surface is LL 1 and the distance from the second surface of the first compound semiconductor layer to the top of the annular convex shape of the second portion of the base surface is LL 2 ',
LL2 '> LL1
The light-emitting element according to [C15], which satisfies the above.
[C17] When the radius of curvature of the center of the first portion of the base surface (i.e., the radius of curvature of the first light reflecting layer) is R 1 and the radius of curvature of the apex of the annular convex shape of the second portion of the base surface is R 2 ',
R 1 >R 2 '
The light-emitting element according to [C15] or [C16], which satisfies the following:
[C18] The light-emitting element according to any one of [C15] to [C17], wherein the radius of curvature R2 ' of the apex of the annular convex shape of the second portion of the base surface is 1 x 10-6 m or more, preferably 3 x 10-6 m or more, and more preferably 5 x 10-6 m or more.
[C19] The light-emitting element according to any one of [C07] to [C18], wherein a bump is provided on a portion of the second surface side of the second compound semiconductor layer that faces the convex-shaped portion in the second portion of the base surface.
[C20] The light-emitting element according to any one of [C04] to [C06], wherein a bump is provided on a portion of the second surface side of the second compound semiconductor layer opposite the center of the first portion of the base surface.
[C21] The light-emitting element according to any one of [C01] to [C20], in which the formation pitch of the light-emitting elements is 3 μm or more and 50 μm or less, preferably 5 μm or more and 30 μm or less, and more preferably 8 μm or more and 25 μm or less.
[C22] The light-emitting element according to any one of [C01] to [C21], wherein the radius of curvature R 1 of the center of the first portion of the base surface (i.e., the radius of curvature of the first light reflecting layer) is 1×10 -4 m or more, preferably 3×10 -4 m or more.
[C23] The light-emitting element according to any one of [A01] to [C22], wherein the laminated structure is made of at least one material selected from the group consisting of GaN-based compound semiconductors, InP-based compound semiconductors, and GaAs-based compound semiconductors.
[C24] The light-emitting device according to any one of [C01] to [C23], wherein, when a cavity length is L OR , 1×10 −6 m≦L OR is satisfied.
[C25] A light-emitting element described in any one of [A01] to [C24], in which the figure drawn by the first part of the base surface when the base surface is cut by a virtual plane including the stacking direction of the laminated structure is part of a circle or part of a parabola.
[C26] The light-emitting device according to any one of [A01] to [C25], in which the first surface of the first compound semiconductor layer constitutes a base surface.
[C27] A light-emitting element described in any one of [A01] to [C25], wherein a compound semiconductor substrate is disposed between the first surface of the first compound semiconductor layer and the first light reflecting layer, and the base surface is composed of the surface of the compound semiconductor substrate.
[C28] A light-emitting element according to any one of [A01] to [C25], wherein a base material is disposed between the first surface of the first compound semiconductor layer and the first light reflecting layer, or a compound semiconductor substrate and a base material are disposed between the first surface of the first compound semiconductor layer and the first light reflecting layer, and the base surface is composed of the surface of the base material.
[C29] The light-emitting element according to [C28], wherein the material constituting the substrate is at least one material selected from the group consisting of transparent dielectric materials such as TiO2 , Ta2O5 , SiO2 , silicone-based resins, and epoxy - based resins.
[C30] The light-emitting element according to any one of [A01] to [C29], in which a first light-reflecting layer is formed on a base surface.
[C31] The light-emitting element according to any one of [A01] to [C30], wherein the thermal conductivity value of the stacked structure is higher than the thermal conductivity value of the first light reflecting layer.
[D01] The second compound semiconductor layer is provided with a current injection region and a current non-injection region surrounding the current injection region,
The light-emitting element according to any one of [A01] to [C31], wherein the shortest distance D CI from the center of gravity of the current injection region to the boundary between the current injection region and the non-current injection region satisfies the following formula:
DCI ≧ ω0 /2
however,
ω 0 2 ≡ (λ 0 /π) {L OR (R 1 - L OR )} 1/2
Where:
λ 0 : the wavelength of the desired light mainly emitted from the light emitting element (oscillation wavelength)
L OR : Resonator length R 1 : Radius of curvature of the center of the first portion of the base surface (i.e., radius of curvature of the first light reflecting layer)
[D02] A mode loss action portion provided on the second surface of the second compound semiconductor layer and constituting a mode loss action region acting to increase or decrease the oscillation mode loss;
a second electrode formed on the second surface of the second compound semiconductor layer and on the mode loss active portion; and
a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer;
It further comprises:
The second light reflective layer is formed on the second electrode,
The laminated structure includes a current injection region and a non-current injection region surrounding the current injection region,
The light-emitting element according to [D01], wherein an orthogonal projection image of the mode loss effect region and an orthogonal projection image of the current non-injection region overlap with each other.
[D03] The radius r 1 of the effective light reflection area of the first light reflecting layer is
ω 0 ≦r 1 ≦20・ω 0
The light-emitting element according to [D01] or [D02], which satisfies the above.
[D04] The light-emitting element according to any one of [D01] to [D03], which satisfies D CI ≧ ω0 .
[D05] The light-emitting element according to any one of [D01] to [D04], which satisfies R 1 ≦1×10 −2 m.
[E01] A mode loss action portion provided on the second surface of the second compound semiconductor layer and constituting a mode loss action region acting to increase or decrease the oscillation mode loss;
a second electrode formed on the second surface of the second compound semiconductor layer and on the mode loss active portion; and
a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer;
It further comprises:
The second light reflective layer is formed on the second electrode,
The laminated structure includes a current injection region and a non-current injection region surrounding the current injection region,
The light-emitting element according to any one of [A01] to [C31], wherein an orthogonal projection image of the mode loss effect region and an orthogonal projection image of the current non-injection region overlap with each other.
[E02] The light-emitting element according to [E01], wherein the current non-injection region is located below the mode loss active region.
[E03] When the area of the projection image of the current injection region is S1 and the area of the projection image of the current non-injection region is S2 ,
0.01≦S 1 /(S 1 +S 2 )≦0.7
The light-emitting element according to [E01] or [E02], which satisfies the following:
[E04] The light-emitting element according to any one of [E01] to [E03], wherein the current non-injection region is formed by ion implantation into the stacked structure.
[E05] The light-emitting element according to [E04], wherein the ion species is at least one type of ion selected from the group consisting of boron, proton, phosphorus, arsenic, carbon, nitrogen, fluorine, oxygen, germanium, and silicon.
[E06] The light-emitting element according to any one of [E01] to [E05], wherein the current non-injection region is formed by plasma irradiation of the second surface of the second compound semiconductor layer, or by ashing treatment of the second surface of the second compound semiconductor layer, or by reactive ion etching treatment of the second surface of the second compound semiconductor layer.
[E07] A light-emitting element described in any one of [E01] to [E06], wherein the second light-reflecting layer has a region that reflects or scatters light from the first light-reflecting layer toward the outside of the resonator structure formed by the first light-reflecting layer and the second light-reflecting layer.
[E08] When the optical distance from the active layer in the current injection region to the second surface of the second compound semiconductor layer is OL 2 and the optical distance from the active layer in the mode loss action region to the top surface of the mode loss action portion is OL 0 ,
Office Lady 0 > Office Lady 2
The light-emitting element according to any one of [E01] to [E07], which satisfies the above.
[E09] A light-emitting element described in any one of [E01] to [E08], in which the generated light having a higher mode is dissipated by the mode loss effect region toward the outside of the resonator structure formed by the first light reflecting layer and the second light reflecting layer, thereby increasing the oscillation mode loss.
[E10] The light-emitting element according to any one of [E01] to [E09], wherein the mode loss active portion is made of a dielectric material, a metal material, or an alloy material.
[E11] The mode loss active portion is made of a dielectric material,
The light-emitting element according to [E10], wherein the optical thickness of the mode loss effect portion is a value outside of an integer multiple of ¼ of the wavelength of the light generated in the light-emitting element array.
[E12] The mode loss effect portion is made of a dielectric material,
The light-emitting element according to [E10], wherein the optical thickness of the mode loss effect portion is an integer multiple of ¼ of the wavelength of the light generated in the light-emitting element array.
[E13]
A convex portion is formed on the second surface side of the second compound semiconductor layer,
The light-emitting device according to any one of [E01] to [E03], wherein the mode loss effect portion is formed on a region of the second surface of the second compound semiconductor layer that surrounds the convex portion.
[E14] When the optical distance from the active layer in the current injection region to the second surface of the second compound semiconductor layer is OL 2 and the optical distance from the active layer in the mode loss action region to the top surface of the mode loss action portion is OL 0 ,
Office Lady 0 < Office Lady 2
The light-emitting element according to [E13], which satisfies the above.
[E15] The light-emitting element according to [E13] or [E14], wherein the generated light having a higher mode is confined to the current injection region and the current non-injection region by the mode loss effect region, thereby reducing oscillation mode loss.
[E16] The light-emitting element according to any one of [E13] to [E15], wherein the mode loss active portion is made of a dielectric material, a metal material, or an alloy material.
[E17] The light-emitting element according to any one of [E01] to [E16], in which the second electrode is made of a transparent conductive material.
[F01] A second electrode formed on the second surface of the second compound semiconductor layer;
a second light reflective layer formed on the second electrode;
a mode loss effect portion provided on the first surface of the first compound semiconductor layer and constituting a mode loss effect region that acts to increase or decrease the oscillation mode loss; and
a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer;
It further comprises:
the first light reflecting layer is formed over the first surface of the first compound semiconductor layer and over the mode loss active portion;
The laminated structure includes a current injection region and a non-current injection region surrounding the current injection region,
The light-emitting element according to any one of [A01] to [C31], wherein an orthogonal projection image of the mode loss effect region and an orthogonal projection image of the current non-injection region overlap with each other.
[F02] When the area of the projection image of the current injection region is S 1 and the area of the projection image of the current non-injection region is S 2 ,
0.01≦S 1 '/(S 1 '+S 2 ')≦0.7
The light-emitting element according to [F01], which satisfies the above.
[F03] The light-emitting element according to [F01] or [F02], wherein the current non-injection region is formed by ion implantation into the laminated structure.
[F04] The light-emitting element according to [F03], wherein the ion species is at least one type of ion selected from the group consisting of boron, proton, phosphorus, arsenic, carbon, nitrogen, fluorine, oxygen, germanium and silicon.
[F05] The light-emitting element according to any one of [F01] to [F04], wherein the current non-injection region is formed by plasma irradiation of the second surface of the second compound semiconductor layer, or by ashing treatment of the second surface of the second compound semiconductor layer, or by reactive ion etching treatment of the second surface of the second compound semiconductor layer.
[F06] A light-emitting element described in any one of [F01] to [F05], wherein the second light reflecting layer has a region that reflects or scatters light from the first light reflecting layer toward the outside of a resonator structure formed by the first light reflecting layer and the second light reflecting layer.
[F07] When the optical distance from the active layer in the current injection region to the first surface of the first compound semiconductor layer is OL 1 ', and the optical distance from the active layer in the mode loss action region to the top surface of the mode loss action portion is OL 0 ',
OL 0 '>OL 1 '
The light-emitting element according to any one of [F01] to [F06], which satisfies the above.
[F08] The light-emitting element according to any one of [F01] to [F07], wherein the generated light having a higher mode is dissipated by the mode loss effect region toward the outside of the resonator structure formed by the first light reflecting layer and the second light reflecting layer, thereby increasing the oscillation mode loss.
[F09] The light-emitting element according to any one of [F01] to [F08], wherein the mode loss active portion is made of a dielectric material, a metal material, or an alloy material.
[F10] The mode loss active portion is made of a dielectric material,
The light-emitting element according to [F09], wherein the optical thickness of the mode loss effect portion is a value outside of an integer multiple of ¼ of the wavelength of the light generated in the light-emitting element array.
[F11] The mode loss active portion is made of a dielectric material,
The light-emitting element according to [F09], wherein the optical thickness of the mode loss effect portion is an integer multiple of ¼ of the wavelength of the light generated in the light-emitting element array.
[F12] A convex portion is formed on the first surface side of the first compound semiconductor layer,
The light-emitting device according to [F01] or [F02], wherein the mode loss effect portion is formed on a region of the first surface of the first compound semiconductor layer that surrounds the convex portion.
[F13] When the optical distance from the active layer in the current injection region to the first surface of the first compound semiconductor layer is OL 1 ', and the optical distance from the active layer in the mode loss action region to the top surface of the mode loss action portion is OL 0 ',
OL 0 '<OL 1 '
The light-emitting element according to [F12], which satisfies the above.
[F14] A convex portion is formed on the first surface side of the first compound semiconductor layer,
The light-emitting device according to [F01] or [F02], wherein the mode loss active portion is constituted by a region of the first surface of the first compound semiconductor layer surrounding the convex portion.
[F15] A light-emitting element according to any one of [F12] to [F14], in which the generated light having a higher mode is confined to the current injection region and the current non-injection region by the mode loss effect region, thereby reducing oscillation mode loss.
[F16] The light-emitting device according to any one of [F12] to [F15], wherein the mode loss active portion is made of a dielectric material, a metal material or an alloy material.
[F17] The light-emitting element according to any one of [F01] to [F16], wherein the second electrode is made of a transparent conductive material.
[G01] A light-emitting element according to any one of [A01] to [F17], in which at least two light-absorbing material layers are formed in the stacked structure including the second electrode parallel to a virtual plane occupied by the active layer.
[G02] The light-emitting element according to [G01], in which at least four light-absorbing material layers are formed.
[G03] When the oscillation wavelength is λ 0 , the equivalent refractive index of the entire two light absorbing material layers and the portion of the laminated structure located between the light absorbing material layers is n eq , and the distance between the light absorbing material layers is L Abs ,
0.9×{(m・λ 0 )/(2・n eq )}≦L Abs ≦1.1×{(m・λ 0 )/(2・n eq )}
The light-emitting element according to [G01] or [G02], which satisfies the above.
Here, m is 1 or any integer of 2 or more including 1.
[G04] The light-emitting element according to any one of [G01] to [G03], wherein the thickness of the light-absorbing material layer is λ 0 /(4·n eq ) or less.
[G05] The light-emitting element according to any one of [G01] to [G04], in which the light-absorbing material layer is located in a minimum amplitude portion occurring in a standing wave of light formed inside the laminated structure.
[G06] The light-emitting element according to any one of [G01] to [G05], in which the active layer is located in a maximum amplitude portion of a standing wave of light formed inside the laminated structure.
[G07] The light-emitting element according to any one of [G01] to [G06], wherein the light-absorbing material layer has a light absorption coefficient that is at least twice as high as the light absorption coefficient of the compound semiconductor that constitutes the stacked structure.
[G08] The light-emitting element according to any one of [G01] to [G07], wherein the light-absorbing material layer is composed of at least one material selected from the group consisting of a compound semiconductor material having a narrower band gap than the compound semiconductor constituting the laminated structure, a compound semiconductor material doped with impurities, a transparent conductive material, and a light-reflecting layer constituent material having light-absorbing properties.
[H01] <<Method of manufacturing a light-emitting element array>>
a first compound semiconductor layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
an active layer facing the second surface of the first compound semiconductor layer; and
a second compound semiconductor layer having a first surface facing the active layer and a second surface opposite to the first surface;
A laminated structure in which
a first light reflecting layer formed on a base surface located on the first surface side of the first compound semiconductor layer; and
a second light reflecting layer formed on the second surface side of the second compound semiconductor layer and having a flat shape;
It is equipped with
The base surface extends to a peripheral region surrounded by the plurality of light emitting elements;
A method for manufacturing a light-emitting element array including a plurality of light-emitting elements, the base surface of which is uneven and differentiable, the method comprising the steps of:
After forming the laminated structure, a second light reflecting layer is formed on the second surface side of the second compound semiconductor layer, and then
forming a first sacrificial layer on a first portion of the base surface on which the first light reflecting layer is to be formed, and then forming a convex surface of the first sacrificial layer;
forming a second sacrificial layer on a second portion of the base surface exposed between the first sacrificial layer and on the first sacrificial layer to provide an irregular surface of the second sacrificial layer; and
the second sacrificial layer and the first sacrificial layer are etched back, and further etched back inward from the base surface, thereby forming a convex portion on the first portion of the base surface and at least a concave portion on the second portion of the base surface when the second surface of the first compound semiconductor layer is used as a reference, and then
forming a first light reflective layer over a first portion of the base surface;
A method for manufacturing a light-emitting element array comprising each step.
[H02] "Method of manufacturing a light-emitting element array"
a first compound semiconductor layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
an active layer facing the second surface of the first compound semiconductor layer; and
a second compound semiconductor layer having a first surface facing the active layer and a second surface opposite to the first surface;
A laminated structure in which
a first light reflecting layer formed on a base surface located on the first surface side of the first compound semiconductor layer; and
a second light reflecting layer formed on the second surface side of the second compound semiconductor layer and having a flat shape;
Equipped with
The base surface extends to a peripheral region surrounded by the plurality of light emitting elements;
A method for manufacturing a light-emitting element array including a plurality of light-emitting elements, the base surface of which is uneven and differentiable, the method comprising the steps of:
After forming the laminated structure, a second light reflecting layer is formed on the second surface side of the second compound semiconductor layer, and then
forming a first sacrificial layer on a first portion of the base surface on which the first light reflecting layer is to be formed, and then forming a convex surface of the first sacrificial layer;
The first sacrificial layer is etched back, and further etched back inward from the base surface to form a convex portion on the first portion of the base surface when the second surface of the first compound semiconductor layer is used as a reference.
After forming a second sacrificial layer on the base surface, the second sacrificial layer is etched back, and then etched back further from the base surface toward the inside, thereby forming a convex portion on a first portion of the base surface and at least a concave portion on a second portion of the base surface when the second surface of the first compound semiconductor layer is used as a reference, and then
forming a first light reflective layer over a first portion of the base surface;
A method for manufacturing a light-emitting element array comprising each step.
[H03] <<Method of manufacturing a light-emitting element array>>
a first compound semiconductor layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
an active layer facing the second surface of the first compound semiconductor layer; and
a second compound semiconductor layer having a first surface facing the active layer and a second surface opposite to the first surface;
A laminated structure in which
a first light reflecting layer formed on a base surface located on the first surface side of the first compound semiconductor layer; and
a second light reflecting layer formed on the second surface side of the second compound semiconductor layer and having a flat shape;
It is equipped with
The base surface extends to a peripheral region surrounded by the plurality of light emitting elements;
A method for manufacturing a light-emitting element array including a plurality of light-emitting elements, the base surface of which is uneven and differentiable, the method comprising the steps of:
Providing a mold having a surface complementary to the base surface;
After forming the laminated structure, a second light reflecting layer is formed on the second surface side of the second compound semiconductor layer, and then
A sacrificial layer is formed on a base surface on which a first light reflecting layer is to be formed, and then a shape of a surface complementary to the base surface of the mold is transferred to the sacrificial layer to form a concave-convex portion on the sacrificial layer.
The sacrificial layer is etched back, and further etched back inward from the base surface, so that, when the second surface of the first compound semiconductor layer is taken as a reference, a convex portion is formed on a first portion of the base surface and at least a concave portion is formed on a second portion of the base surface.
forming a first light reflective layer over a first portion of the base surface;
A method for manufacturing a light-emitting element array comprising each step.
10A,10A’,10B,10C,10D,10E,10F,10G,10H・・・発光素子(面発光素子、面発光レーザ素子)、11・・・化合物半導体基板(発光素子アレイ製造用基板)、20・・・積層構造体、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)、24,25A,25B,25C,25D・・・隔壁、24’,25’・・・隔壁の側面、25D’・・・隔壁の一部、26・・・光吸収材料層、31・・・第1電極、31’・・・第1電極に設けられた開口部、32・・・第2電極、33・・・第2パッド電極、34・・・絶縁層(電流狭窄層)、34A・・・絶縁層(電流狭窄層)に設けられた開口部、35・・・バンプ、41・・・第1光反射層、42・・・第2光反射層、48・・・接合層、49・・・支持基板、51・・・電流注入領域、52・・・電流非注入領域、81,81’・・・第1犠牲層、82・・・第2犠牲層、83,83’・・・第2の部分の中心部を形成するための第1犠牲層の部分、90・・・基部面、90bd・・・第1の部分と第2の部分との境界、91・・・基部面の第1の部分、91’・・・基部面の第1の部分に形成された凸部、91A・・・基部面の第1の部分に形成された凸部、91c・・・基部面の第1の部分の中心部、92・・・基部面の第2の部分、92A・・・基部面の第2の部分に形成された凹部、92c・・・基部面の第2の部分の中心部、92b・・・基部面の第2の部分の下に凸の形状を有する部分、93・・・基部面の第1の部分を取り囲む環状の凸の形状、94A・・・環状の凸の形状から基部面の第1の部分に向かって延びる下に凸の形状、94B・・・基部面の第2の部分における環状の凸の形状によって囲まれた領域、95・・・基材、96・・・基部面を形成するための凸凹部、97・・・平坦化膜、99・・・周辺領域 10A, 10A', 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G, 10H... Light emitting element (surface emitting element, surface emitting laser element), 11... Compound semiconductor substrate (substrate for manufacturing a light emitting element array), 20... Laminated structure, 21... First compound semiconductor layer, 21a... First surface of the first compound semiconductor layer, 21b... Second surface of the first compound semiconductor layer, 22... Second compound semiconductor layer, 22a... First surface of the second compound semiconductor layer, 22b... Second surface of the second compound semiconductor layer, 23... Active layer (light emitting layer), 24, 25A, 25B, 25C, 25D... Partition wall, 24', 25'... Side surface of partition wall, 25D ': part of partition wall, 26: light absorbing material layer, 31: first electrode, 31': opening provided in first electrode, 32: second electrode, 33: second pad electrode, 34: insulating layer (current confinement layer), 34A: opening provided in insulating layer (current confinement layer), 35: bump, 41: first light reflecting layer, 42: second light reflecting layer, 48: bonding layer, 49: supporting substrate, 51: current injection region, 52: current non-injection region, 81, 81': first sacrificial layer, 82: second sacrificial layer, 83, 83': part of first sacrificial layer for forming center of second portion, 90: base surface, 90 bd : boundary between first and second portions, 91: first portion of base surface, 91': convex portion formed on first portion of base surface, 91A: convex portion formed on first portion of base surface, 91c : center portion of first portion of base surface, 92: second portion of base surface, 92A: concave portion formed on second portion of base surface, 92c : center portion of second portion of base surface, 92b : portion having a downward convex shape on second portion of base surface, 93: annular convex shape surrounding first portion of base surface, 94A: downward convex shape extending from annular convex shape toward first portion of base surface, 94B: region surrounded by annular convex shape on second portion of base surface, 95: substrate, 96: concave portion for forming base surface, 97: planarizing film, 99: peripheral region
Claims (15)
第1化合物半導体層の第2面と面する活性層、並びに、
活性層と面する第1面、及び、第1面と対向する第2面を有する第2化合物半導体層、
が積層された積層構造体、
第1化合物半導体層の第1面側に形成された第1光反射層、
第2化合物半導体層の第2面側に形成された第2光反射層、
第1化合物半導体層に電気的に接続された第1電極、並びに、
第2化合物半導体層と第2光反射層との間に設けられた第2電極、
を備えており、
第2電極は、少なくとも2次元材料層を有する発光素子。 a first compound semiconductor layer having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
an active layer facing the second surface of the first compound semiconductor layer; and
a second compound semiconductor layer having a first surface facing the active layer and a second surface opposite to the first surface;
A laminated structure in which
A first light reflecting layer formed on the first surface side of the first compound semiconductor layer;
a second light reflecting layer formed on the second surface side of the second compound semiconductor layer;
a first electrode electrically connected to the first compound semiconductor layer; and
a second electrode provided between the second compound semiconductor layer and the second light reflecting layer;
Equipped with
The second electrode is a light emitting device having at least a two- dimensional layer of material.
ナノカーボン材料層は、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレンから成る群から選択された少なくとも1種類の材料から成る請求項1に記載の発光素子。 the second electrode further comprises a nanocarbon material layer;
The light-emitting device according to claim 1 , wherein the nano-carbon material layer is made of at least one material selected from the group consisting of graphene, carbon nanotubes, and fullerene.
0.9×{(m+1)λ0)/(4・neq)}≦L2≦1.1×{(m+1)λ0)/(4・neq)}
を満足する請求項1に記載の発光素子。
但し、mは、0、又は、1を含む2以上の任意の整数である。 When the distance in the thickness direction of the laminated structure from the center of the active layer in the thickness direction to the center of the two -dimensional material layer in the thickness direction is L 2 , the oscillation wavelength is λ 0 , and the equivalent refractive index of the portion located from the center of the active layer in the thickness direction to the center of the two- dimensional material layer in the thickness direction is n eq ,
0.9×{(m+1)λ 0 )/(4・neq )}≦L 2 ≦1.1×{(m+1)λ 0 )/(4・neq )}
The light emitting device according to claim 1 , which satisfies the following:
Here, m is an arbitrary integer of 2 or more, including 0 or 1.
第2化合物半導体層の第2面における電流注入領域の直径は、1×10-6m乃至1×10-2mである請求項1に記載の発光素子。 At least a portion of the second compound semiconductor layer in a thickness direction is composed of a current injection region and a current non-injection region surrounding the current injection region,
2. The light emitting device according to claim 1, wherein the diameter of the current injection region in the second surface of the second compound semiconductor layer is 1×10 −6 m to 1×10 −2 m.
第2化合物半導体層の第1領域の上には、第2電極が設けられており、
第2化合物半導体層の第2領域は、絶縁層を介して第2電極と対向している請求項1に記載の発光素子。 the second compound semiconductor layer is partitioned into a first region and a second region surrounding the first region;
a second electrode is provided on the first region of the second compound semiconductor layer;
The light-emitting device according to claim 1 , wherein the second region of the second compound semiconductor layer faces the second electrode via an insulating layer.
第2光反射層は、平坦な形状を有する請求項1に記載の発光素子。 the first light reflecting layer has a convex shape extending in a direction away from the active layer,
The light-emitting device according to claim 1 , wherein the second light-reflecting layer has a flat shape.
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