特開 2022-21054 半導体レーザ素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022021054

(43)【公開日】2022-02-02

(54)【発明の名称】半導体レーザ素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20220126BHJP

   H01S 5/40 20060101ALN20220126BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

H01S5/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020124411

(22)【出願日】2020-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】000002185

【氏名又は名称】ソニーグループ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094363

【氏名又は名称】山本 孝久

(74)【代理人】

【識別番号】100118290

【弁理士】

【氏名又は名称】吉井 正明

(72)【発明者】

【氏名】中島 博

(72)【発明者】

【氏名】濱口 達史

(72)【発明者】

【氏名】田中 雅之

(72)【発明者】

【氏名】林 賢太郎

(72)【発明者】

【氏名】幸田 倫太郎

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AC04

5F173AC14

5F173AC23

5F173AC26

5F173AC35

5F173AC42

5F173AC52

5F173AC53

5F173AH22

5F173AP05

5F173AP32

5F173AP33

5F173AR03

(57)【要約】

【課題】発振波長が動作温度や動作電流に対して安定である半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子は、第１化合物半導体層２１、活性層２３及び第２化合物半導体層２２が積層されて成る積層構造体２０を備えた共振器構造、並びに、共振器構造の共振方向に沿った両端に設けられた第１光反射層４１及び第２光反射層４２を有しており、発振波長をλとしたとき、第１光反射層４１及び第２光反射層４２のそれぞれは、光学的膜厚がｋ₀（λ／４）の薄膜が、複数、積層された屈折率周期構造を有し、第１光反射層４１及び第２光反射層４２の少なくともいずれか一方の光反射層の内部には、位相シフト層が設けられている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層が積層されて成る積層構造体を備えた共振器構造、並びに、
共振器構造の共振方向に沿った両端に設けられた第１光反射層及び第２光反射層、
を有し、
発振波長をλ₀としたとき、第１光反射層は、少なくとも、光学的膜厚がｋ₁₁（λ₀／４）の第１の薄膜［但し、０．７≦ｋ₁₁≦１．３］、及び、光学的膜厚がｋ₁₂（λ₀／４）の第２の薄膜［但し、０．７≦ｋ₁₂≦１．３］が、複数、積層された、光学的膜厚がｋ₁₀（λ₀／２）［但し、０．９≦ｋ₁₀≦１．１］の周期を有する第１屈折率周期構造を有し、
第２光反射層は、少なくとも、光学的膜厚がｋ₂₁（λ₀／４）の第１の薄膜［但し、０．７≦ｋ₂₁≦１．３］、及び、光学的膜厚がｋ₂₂（λ₀／４）の第２の薄膜［但し、０．７≦ｋ₂₂≦１．３］が、複数、積層された、光学的膜厚がｋ₂₀（λ₀／２）［但し、０．９≦ｋ₂₀≦１．１］の周期を有する第２屈折率周期構造を有し、
第１光反射層及び第２光反射層の少なくともいずれか一方の光反射層の内部には、位相シフト層が設けられている半導体レーザ素子。

【請求項2】

位相シフト層の数は、１以上、５以下である請求項１に記載の半導体レーザ素子。

【請求項3】

位相シフト層と位相シフト層との間に、第１の薄膜、又は、第２の薄膜、又は、第１の薄膜及び第２の薄膜が配設されている請求項２に記載の半導体レーザ素子。

【請求項4】

位相シフト層は、屈折率周期構造の端部には設けられていない請求項１に記載の半導体レーザ素子。

【請求項5】

位相シフト層の光学的膜厚は、λ₀の０．１倍以上、５０倍以下である請求項１に記載の半導体レーザ素子。

【請求項6】

位相シフト層を構成する材料は、第１の薄膜を構成する材料と同じであり、又は、第２の薄膜を構成する材料と同じである請求項５に記載の半導体レーザ素子。

【請求項7】

位相シフト層の光学的膜厚は、ｋ₃（λ₀／４）（２ｒ＋１）［但し、ｒは１００以下の整数であり、０．９≦ｋ₃≦１．１］を満足する請求項１に記載の半導体レーザ素子。

【請求項8】

積層構造体は、
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、
が積層されて成り、
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、
第２光反射層は、第２化合物半導体層の第２面側に形成されており、
面発光レーザ素子から成る請求項１に記載の半導体レーザ素子。

【請求項9】

第１光反射層は、凹面鏡として機能し、
第２光反射層は、平坦な形状を有する請求項８に記載の半導体レーザ素子。

【請求項10】

共振器長は１×１０^-5ｍ以上である請求項８に記載の半導体レーザ素子。

【請求項11】

積層構造体は、
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、
が積層されて成り、
積層構造体には、活性層で生成したレーザ光の一部を出射し、残部を反射する第１端面、及び、第１端面と対向し、活性層で生成したレーザ光を反射する第２端面が設けられており、
第１端面には第１光反射層が設けられており、
第２端面には第２光反射層が設けられている請求項１に記載の半導体レーザ素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体レーザ素子に関する。

【背景技術】

【0002】

面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）から成る発光素子においては、一般に、２つの光反射層（Distributed Bragg Reflector 層、ＤＢＲ層）の間で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は、一般に、ｐ型化合物半導体層上に透明導電性材料から成る第２電極を形成し、第２電極の上に絶縁材料の積層構造から成る第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）、絶縁材料の積層構造から成る第１光反射層、及び、第１電極を形成する。

【0003】

第１光反射層が凹面鏡としても機能する構造が、例えば、ＷＯ２０１８／０８３８７７Ａ１に開示されている。ここで、この国際公開公報に開示された技術にあっては、活性層を基準として、例えば、ｎ型化合物半導体層に凸部が形成されており、凸部上に第１光反射層が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＷＯ２０１８／０８３８７７Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、面発光レーザ素子において、共振器長が１μｍ程度である場合、縦モードの間隔は１０ｎｍ以上になる。従って、このような共振器長を有する面発光レーザ素子の発振波長は、動作温度や動作電流に対して安定しており、縦モードも単一となる。そして、面発光レーザ素子において、共振器長が長くなると、縦モードの間隔は短くなる。従って、長い共振器長を有する面発光レーザ素子の発振波長は、動作温度や動作電流に対して不安定となり、縦モードもマルチモードになり易い。また、一般に、端面発光半導体レーザ素子では共振器長が１ｍｍ程度となるため、縦モードの間隔は０．１ｎｍオーダーとなる。一方、一般的な半導体材料の利得は数ｎｍ程度の帯域を有し、且つ、利得ピーク波長は温度に依存する。そのため、例えば、端面出射半導体レーザ素子では、動作温度や動作電流によって縦モードがホップするように変化する。

【0006】

従って、本開示の目的は、発振波長が動作温度や動作電流に対して安定である構成、構造を有する半導体レーザ素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するための本開示の半導体レーザ素子は、
第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層が積層されて成る積層構造体を備えた共振器構造、並びに、
共振器構造の共振方向に沿った両端に設けられた第１光反射層及び第２光反射層、
を有し、
発振波長をλ₀としたとき、第１光反射層は、少なくとも、光学的膜厚がｋ₁₁（λ₀／４）の第１の薄膜［但し、０．７≦ｋ₁₁≦１．３］、及び、光学的膜厚がｋ₁₂（λ₀／４）の第２の薄膜［但し、０．７≦ｋ₁₂≦１．３］が、複数、積層された、光学的膜厚がｋ₁₀（λ₀／２）［但し、０．９≦ｋ₁₀≦１．１］の周期を有する第１屈折率周期構造を有し、
第２光反射層は、少なくとも、光学的膜厚がｋ₂₁（λ₀／４）の第１の薄膜［但し、０．７≦ｋ₂₁≦１．３］、及び、光学的膜厚がｋ₂₂（λ₀／４）の第２の薄膜［但し、０．７≦ｋ₂₂≦１．３］が、複数、積層された、光学的膜厚がｋ₂₀（λ₀／２）［但し、０．９≦ｋ₂₀≦１．１］の周期を有する第２屈折率周期構造を有し、
第１光反射層及び第２光反射層の少なくともいずれか一方の光反射層の内部には、位相シフト層が設けられている。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施例１の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図2】図２は、実施例１の発光素子の変形例（変形例－１）の模式的な一部端面図である。

【図3】図３は、実施例１の発光素子の変形例（変形例－２）の模式的な一部端面図である。

【図4】図４は、実施例１の発光素子アレイの模式的な一部端面図である。

【図5】図５は、実施例１の発光素子アレイの模式的な一部端面図である。

【図6】図６は、実施例１の発光素子アレイの模式的な一部端面図である。

【図7】図７は、実施例１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の部分の配置を示す模式的な平面図である。

【図8】図８は、実施例１の発光素子アレイにおける第１光反射層及び第１電極の配置を示す模式的な平面図である。

【図9】図９は、実施例１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の部分の配置を示す模式的な平面図である。

【図10】図１０は、実施例１の発光素子アレイにおける第１光反射層及び第１電極の配置を示す模式的な平面図である。

【図11】図１１Ａ及び図１１Ｂは、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。

【図12】図１２は、図１１Ｂに引き続き、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。

【図13】図１３は、図１２に引き続き、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。

【図14】図１４Ａ及び図１４Ｂは、図１３に引き続き、実施例１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である。

【図15】図１５Ａ、図１５Ｂ及び図１５Ｃは、図１４Ｂに引き続き、実施例１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である。

【図16】図１６Ａ及び図１６Ｂは、図１５Ｃに引き続き、実施例１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である。

【図17】図１７は、実施例２の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図18】図１８は、実施例２の発光素子アレイの模式的な一部端面図である。

【図19】図１９は、実施例２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の部分の配置を示す模式的な平面図である。

【図20】図２０は、実施例２の発光素子アレイにおける第１光反射層及び第１電極の配置を示す模式的な平面図である。

【図21】図２１は、実施例２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の部分の配置を示す模式的な平面図である。

【図22】図２２は、実施例２の発光素子アレイにおける第１光反射層及び第１電極の配置を示す模式的な平面図である。

【図23】図２３Ａ及び図２３Ｂは、実施例２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である。

【図24】図２４Ａ及び図２４Ｂは、図２３Ｂに引き続き、実施例２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である。

【図25】図２５Ａ及び図２５Ｂは、図２４Ｂに引き続き、実施例２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である。

【図26】図２６は、実施例３の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図27】図２７は、実施例４の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図28】図２８は、実施例４の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。

【図29】図２９Ａ、図２９Ｂ及び図２９Ｃは、実施例５の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。

【図30】図３０は、実施例６の発光素子の変形例の模式的な一部断面図である。

【図31】図３１Ａ、図３１Ｂ及び図３１Ｃは、実施例７の発光素子の製造方法を説明するための積層構造体等の模式的な一部端面図である。

【図32】図３２は、実施例８の発光素子の模式的な一部断面図である。

【図33】図３３は、実施例９の端面出射半導体レーザ素子の模式的な断面図である。

【図34】図３４は、実施例９の端面出射半導体レーザ素子の模式的な断面図である。

【図35】図３５は、第２の部分が平坦な実施例１の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。

【図36】図３６Ａは、実施例１の半導体レーザ素子において、位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値を示す図であり、図３６Ｂは、図３６Ａに示した位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値の波長４４５ｎｍ付近の拡大図であり、図３６Ｃは、比較例１において第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値を示す図である。

【図37】図３７Ａは、図３６Ａに示した位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値の波長４４５ｎｍ付近の拡大図であり、図３７Ｂは、実施例１の半導体レーザ素子において、第１電極と第２電極との間に電流を流したときの発振波長の変化を示す図であり、図３７Ｃは、比較例１の半導体レーザ素子において、第１電極と第２電極との間に電流を流したときの発振波長の変化を示す図である。

【図38】図３８は、第１電極と第２電極との間に流した電流（動作電流と、発振波長の変化量を示す図である。

【図39】図３９Ａは、共振器長Ｌ_ORと、縦モードの間隔Δλの関係を示す図であり、図３９Ｂ及び図３９Ｃは、第１電極と第２電極との間に電流を流し、活性層の温度が上昇したときの活性層利得の変化の概念図である。

【図40】図４０Ａ及び図４０Ｂは、半導体レーザ素子において、活性層の温度の変化によって波長に対する活性層利得に変化が生じる状態を示す概念図である。

【図41】図４１Ａ及び図４１Ｂは、それぞれ、実施例１の変形例－３の半導体レーザ素子において、位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値を示すグラフ、及び、図４１Ａに示した位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値の波長４３０ｎｍ乃至４６０ｎｍ付近の拡大図である。

【図42】図４２Ａ及び図４２Ｂは、それぞれ、実施例１の変形例－４の半導体レーザ素子において、位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値を示すグラフ、及び、図４２Ａに示した位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値の波長４５０ｎｍ付近の拡大図である。

【図43】図４３Ａ及び図４３Ｂは、それぞれ、実施例１の変形例－６の半導体レーザ素子において、位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値を示すグラフ、及び、図４３Ａに示した位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値の波長４５０ｎｍ付近の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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．本開示の半導体レーザ素子、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の半導体レーザ素子、面発光レーザ素子、第１構成の発光素子、第１－Ａ構成の発光素子、第２構成の発光素子）
３．実施例２（実施例１の変形、第１－Ｂ構成の発光素子）
４．実施例３（実施例１～実施例２の変形、第３構成の発光素子）
５．実施例４（実施例１～実施例２の変形、第４構成の発光素子）
６．実施例５（実施例４の変形）
７．実施例６（実施例１～実施例５の変形）
８．実施例７（本開示の発光素子の別の製造方法）
９．実施例８（実施例１～実施例６の変形）
１０．実施例９（本開示の半導体レーザ素子、端面出射半導体レーザ素子）
１１．その他

【0010】

［本開示の半導体レーザ素子、全般に関する説明］
本開示の半導体レーザ素子において、位相シフト層の数は、１以上、５以下である形態とすることができる。そして、位相シフト層の数が２以上の場合、位相シフト層と位相シフト層との間に、第１の薄膜、又は、第２の薄膜、又は、第１の薄膜及び第２の薄膜が配設されている形態とすることができる。

【0011】

以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ素子において、位相シフト層は、屈折率周期構造の端部には設けられていない形態とすることができる。

【0012】

更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ素子において、位相シフト層の光学的膜厚は、λ₀の０．１倍以上、５０倍以下である形態とすることができる。そして、この場合、位相シフト層を構成する材料は、第１の薄膜を構成する材料と同じであり、又は、第２の薄膜を構成する材料と同じである形態とすることができる。但し、これに限定するものではなく、位相シフト層を構成する材料は、第１の薄膜を構成する材料と異なり、且つ、第２の薄膜を構成する材料と異なる形態とすることもできる。

【0013】

屈折率周期構造は、２種類の薄膜が積層された構造を有していてもよいし、３種類以上の薄膜が積層された構造を有していてもよい。

【0014】

第１の薄膜を構成する材料は、第２の薄膜を構成する材料と異なる。また、第１光反射層における第１の薄膜を構成する材料は、第２光反射層における第１の薄膜あるいは第２の薄膜を構成する材料と、同じであってもよいし、異なっていてもよく、第１光反射層における第２の薄膜を構成する材料は、第２光反射層における第１の薄膜あるいは第２の薄膜を構成する材料と、同じであってもよいし、異なっていてもよい。即ち、
第１光反射層
第１の薄膜を構成する材料：ＭＴ_1-1
第２の薄膜を構成する材料：ＭＴ_1-2
第２光反射層
第１の薄膜を構成する材料：ＭＴ_2-1
第２の薄膜を構成する材料：ＭＴ_2-2
位相シフト層を構成する材料 ：ＭＴ₃
としたとき、大前提として、
（Ａ）ＭＴ_1-1≠ＭＴ_1-2、且つ、ＭＴ_2-1≠ＭＴ_2-2
の関係にあるし、ＭＴ_1-1に関しては、
（Ｂ－１）ＭＴ_1-1＝ＭＴ_2-1、又は、
（Ｂ－２）ＭＴ_1-1≠ＭＴ_2-1、又は、
（Ｂ－３）ＭＴ_1-1＝ＭＴ_2-2、又は、
（Ｂ－４）ＭＴ_1-1≠ＭＴ_2-2
の関係にあるし、ＭＴ_1-2に関しては、
（Ｃ－１）ＭＴ_1-2＝ＭＴ_2-1、又は、
（Ｃ－２）ＭＴ_1-2≠ＭＴ_2-1、又は、
（Ｃ－３）ＭＴ_1-2＝ＭＴ_2-2、又は、
（Ｃ－４）ＭＴ_1-2≠ＭＴ_2-2
の関係にある。また、位相シフト層が第１光反射層の内部に設けられている場合、ＭＴ₃に関しては、
（Ｄ－１）ＭＴ₃＝ＭＴ_1-1、又は、
（Ｄ－２）ＭＴ₃＝ＭＴ_1-2、又は、
（Ｄ－３）ＭＴ₃≠ＭＴ_1-1、且つ、ＭＴ₃≠ＭＴ_1-2
の関係にあるし、位相シフト層が第２光反射層の内部に設けられている場合、ＭＴ₃に関しては、
（Ｅ－１）ＭＴ₃＝ＭＴ_2-1、又は、
（Ｅ－２）ＭＴ₃＝ＭＴ_2-2、又は、
（Ｅ－３）ＭＴ₃≠ＭＴ_2-1、且つ、ＭＴ₃≠ＭＴ_2-2
の関係にある。

【0015】

更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ素子において、位相シフト層の光学的膜厚は、ｋ₃（λ₀／４）（２ｒ＋１）［但し、ｒは１００以下の整数であり、０．９≦ｋ₃≦１．１］を満足する形態とすることができる。但し、これに限定するものではなく、広くは、位相シフト層の光学的膜厚は、ｋ₃’（λ₀／４）（２ｒ’）［但し、ｒ’は１００以下の整数であり、０．９≦ｋ₃’≦１．１］以外の光学的膜厚である形態とすることもできる。

【0016】

位相シフト層とは、上記のとおり、第１光反射層あるいは第２光反射層の屈折率周期構造（分布ブラッグ反射条件、ＤＢＲ条件を満足する膜構造）における周期構造を乱す（擾乱する）層であり、「周期構造擾乱層」と呼ぶこともできるし、「非周期層」と呼ぶこともできる。

【0017】

更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ素子において、積層構造体は、
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、
が積層されて成り、
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、
第２光反射層は、第２化合物半導体層の第２面側に形成されており、
面発光レーザ素子から成る構成とすることができる。尚、このような構成の半導体レーザ素子を、便宜上、『本開示における面発光レーザ素子』と呼ぶ場合がある。そして、この場合、
第１光反射層は、凹面鏡として機能し、
第２光反射層は、平坦な形状を有する構成とすることができ、これらの本開示における面発光レーザ素子において、共振器長Ｌ_ORは１×１０^-5ｍ以上である構成とすることができる。共振器長Ｌ_ORの上限値として、限定するものではないが、１×１０^-3ｍを挙げることができる。

【0018】

ここで、「共振器長」とは、積層構造体と対向する第１光反射層の面と、積層構造体と対向する第２光反射層の面との間の距離であると定義する。また、共振器構造、第１光反射層及び第２光反射層によって、共振器が構成される。

【0019】

あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本開示の半導体レーザ素子において、積層構造体は、
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、
が積層されて成り、
積層構造体には、活性層で生成したレーザ光の一部を出射し、残部を反射する第１端面、及び、第１端面と対向し、活性層で生成したレーザ光を反射する第２端面が設けられており、
第１端面には第１光反射層が設けられており、
第２端面には第２光反射層が設けられている構成とすることができる。尚、このような構成の半導体レーザ素子を、便宜上、『本開示における端面出射半導体レーザ素子』と呼ぶ場合がある。共振器構造、第１光反射層及び第２光反射層によって、共振器が構成される。

【0020】

以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本開示の半導体レーザ素子（以下、これらを総称して、『本開示の半導体レーザ素子等』と呼ぶ場合がある）において、位相シフト層が設けられている光反射層はエタロン構造を有する形態とすることができる。ここで、エタロン構造とは、一定の距離を隔てた２つの反射面を持つ干渉系を指し、透過光の波長スペクトルは共振波長あるいはその近傍において大きな光透過率ピークを示す。

【0021】

本開示の半導体レーザ素子等は、単一の縦モードで発振することが好ましいが、これに限定するものではない。縦モードでの発振波長におけるレーザ光の強度と、この発振波長に隣接した近接モードでの発振波長におけるレーザ光の強度との比（強度比、ＳＭＳＲ：Side Mode Suppression Ratio）が３０ｄＢ以上であるとき、単一の縦モードで発振しているとする。

【0022】

また、本開示の半導体レーザ素子等において、半導体レーザ素子の発振波長の近傍の波長における光反射率Ｒef₂は、半導体レーザ素子の発振波長における光反射率Ｒef₁よりも低い。半導体レーザ素子の発振波長と、半導体レーザ素子の発振波長の近傍の波長との差は、±５ｎｍ以内である。また、Ｒef₂／Ｒef₁≦０．９９９を満足することが好ましい。

【0023】

更には、本開示の半導体レーザ素子等にあっては、動作温度によって発振波長が殆ど変化しない。ここで、「発振波長が殆ど変化しない」とは、波長変化が±１ｎｍ以下であることを意味する。動作温度の下限値及び上限値として、限定するものではないが、０゜Ｃ及び８０゜Ｃを挙げることができ、この動作温度の範囲内において波長変化が±１ｎｍ以下であるとき、「発振波長が殆ど変化しない」とする。

【0024】

また、本開示の半導体レーザ素子等にあっては、動作電流によって発振波長が殆ど変化しない。ここで、「動作電流によって発振波長が殆ど変化しない」とは、波長変化が±１ｎｍ以下であることを意味する。動作電流の下限値及び上限値として、限定するものではないが、１ミリアンペア及び２０ミリアンペアを挙げることができ、この動作電流の範囲内において波長変化が±１ｎｍ以下であるとき、「動作電流によって発振波長が殆ど変化しない」とする。

【0025】

更には、本開示の半導体レーザ素子等にあっては、活性層利得が波長に対して変動しても発振波長は一定に保たれる。ここで、「活性層利得が波長に対して変動しても発振波長は一定に保たれる」とは、波長変化が±１ｎｍ以下であることを意味する。

【0026】

本開示の半導体レーザ素子等において、屈折率周期構造を構成する第１の薄膜及び第２の薄膜を、それぞれ、便宜上、「膜Ａ」及び「膜Ｂ」と呼び、位相シフト層を、便宜上、「膜Ｃ」と呼ぶとき、屈折率周期構造は、
膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂ，・・・，膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂ
といった積層構造を有し、膜Ｃは、これらの積層構造の端部を除く、いずれかの部位に挿入されている。即ち、例えば、
膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂ，膜Ｃ，膜Ａ，膜Ｂ，・・・，膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂ
といった構造とすることもできるし、
膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｃ，膜Ｂ，・・・，膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂ
といった構造とすることもできる。尚、第１の薄膜（膜Ａ）と第２の薄膜（膜Ｂ）の積層ユニット、あるいは又、第１の薄膜（膜Ｂ）と第２の薄膜（膜Ａ）の積層ユニットを、便宜上、『光反射積層膜』と呼ぶ場合がある。

【0027】

本開示における面発光レーザ素子において、第１光反射層が形成されている基部面の部分（『第１の部分』と呼ぶ場合がある）には、第１化合物半導体層の第２面を基準として凸部が形成されている形態とすることができる。また、本開示における面発光レーザ素子において、第１光反射層が形成されていない基部面の部分（『第２の部分』と呼ぶ場合があり、第１の部分を囲んでいる）には、第１化合物半導体層の第２面を基準として凹部が形成されている形態とすることができ、このような形態を、便宜上、『第１構成の発光素子』と呼ぶ。但し、このような形態に限定するものではなく、第２の部分は平坦である形態とすることもできる。第２の部分は、第１の部分から延在し、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光反射層の延在部が形成されていない場合もある。

【0028】

第１構成の発光素子において、基部面は微分可能であることが好ましい。即ち、基部面は滑らかである形態とすることができる。ここで、「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。

【0029】

ここで、基部面をｚ＝ｆ(ｘ，ｙ）で表すとき、基部面における微分値は、
∂ｚ／∂ｘ＝［∂ｆ(ｘ，ｙ）／∂ｘ］_y
∂ｚ／∂ｙ＝［∂ｆ(ｘ，ｙ）／∂ｙ］_x
で得ることができる。

【0030】

第１構成の発光素子において、第１の部分と第２の部分との境界は、
（１）第２の部分に第１光反射層が延在していない場合、第１光反射層の外周部
（２）第２の部分に第１光反射層が延在している場合、第１の部分から第２の部分に亙る基部面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。

【0031】

第１構成の発光素子において、上述したとおり、第１化合物半導体層の第２面を基準として、第２の部分は凹部である構成（第１化合物半導体層の第２面を基準として、第２の部分は下に凸の形状を有する構成）とすることができる。係る構成の第１構成の発光素子を、『第１－Ａ構成の発光素子』と呼ぶ。そして、第１－Ａ構成の発光素子において、第１の部分の中心部は、正方形の格子の頂点上に位置する構成とすることができるし、あるいは又、正三角形の格子の頂点上に位置する構成とすることができる。前者の場合、第２の部分の中心部は正方形の格子の頂点上に位置する構成とすることができ、後者の場合、第２の部分の中心部は正三角形の格子の頂点上に位置する構成とすることができる。第１－Ａ構成の発光素子においては、基部面の第１の部分から第２の部分に亙り微分可能であることが好ましい。

【0032】

第１－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。

【0033】

あるいは又、第１化合物半導体層の第２面を基準として、第２の部分は、第２の部分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。係る構成の第１構成の発光素子を、『第１－Ｂ構成の発光素子』と呼ぶ。そして、第１－Ｂ構成の発光素子において、第１化合物半導体層の第２面から第１の部分の中心部までの距離をＬ₁、第１化合物半導体層の第２面から第２の部分の中心部までの距離をＬ_2ndとしたとき、
Ｌ_2nd＞Ｌ₁
を満足する構成とすることができ、また、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、第２の部分の中心部の曲率半径をＲ_2ndとしたとき、
Ｒ₁＞Ｒ_2nd
を満足する構成とすることができる。尚、Ｌ_2nd／Ｌ₁の値として、限定するものではないが、
１＜Ｌ_2nd／Ｌ₁≦１００
を挙げることができるし、Ｒ₁／Ｒ_2ndの値として、限定するものではないが、
１＜Ｒ₁／Ｒ_2nd≦１００
を挙げることができる。

【0034】

上記の好ましい構成を含む第１－Ｂ構成の発光素子において、第１の部分の中心部は正方形の格子の頂点上に位置する構成とすることができ、この場合、第２の部分の中心部は正方形の格子の頂点上に位置する構成とすることができる。あるいは又、第１の部分の中心部は正三角形の格子の頂点上に位置する構成とすることができ、この場合、第２の部分の中心部は正三角形の格子の頂点上に位置する構成とすることができる。

【0035】

第１－Ｂ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。

【0036】

あるいは又、第１化合物半導体層の第２面を基準として、第２の部分は、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第１の部分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。係る構成の第１構成の発光素子を、『第１－Ｃ構成の発光素子』と呼ぶ。

【0037】

第１－Ｃ構成の発光素子において、第１化合物半導体層の第２面から第１の部分の中心部までの距離をＬ₁、第１化合物半導体層の第２面から第２の部分の環状の凸の形状の頂部までの距離をＬ_2nd’としたとき、
Ｌ_2nd’＞Ｌ₁
を満足する構成とすることができ、また、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、第２の部分の環状の凸の形状の頂部の曲率半径をＲ_2nd’としたとき、
Ｒ₁＞Ｒ_2nd’
を満足する構成とすることができる。尚、Ｌ_2nd’／Ｌ₁の値として、限定するものではないが、
１＜Ｌ_2nd’／Ｌ₁≦１００
を挙げることができるし、Ｒ₁／Ｒ_2nd’の値として、限定するものではないが、
１＜Ｒ₁／Ｒ_2nd’≦１００
を挙げることができる。第２の部分の中心部の曲率半径Ｒ_2nd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、第２の部分の環状の凸の形状の頂部の曲率半径Ｒ_2nd’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。

【0038】

第１－Ｃ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の部分の中心部で基部面が終端している場合もある。

【0039】

以上に説明した好ましい構成を含む第１－Ｂ構成の発光素子あるいは第１－Ｃ構成の発光素子において、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１－Ａ構成の発光素子において、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、半田バンプ、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。

【0040】

あるいは又、バンプの代わりにロウ材を用いることもできる。ロウ材として、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）系高温はんだ；Ｐｂ_97.5Ａｇ_2.5（融点３０４゜Ｃ）、Ｐｂ_94.5Ａｇ_5.5（融点３０４～３６５゜Ｃ）、Ｐｂ_97.5Ａｇ_1.5Ｓｎ_1.0（融点３０９゜Ｃ）等の鉛（Ｐｂ）系高温はんだ；Ｚｎ₉₅Ａｌ₅（融点３８０゜Ｃ）等の亜鉛（Ｚｎ）系高温はんだ；Ｓｎ₅Ｐｂ₉₅（融点３００～３１４゜Ｃ）、Ｓｎ₂Ｐｂ₉₈（融点３１６～３２２゜Ｃ）等の錫－鉛系標準はんだ；Ａｕ₈₈Ｇａ₁₂（融点３８１゜Ｃ）等のろう材（以上の添字は全て原子％を表す）を例示することができる。

【0041】

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示における面発光レーザ素子において、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。このような構成の発光素子を、便宜上、『第２構成の発光素子』と呼ぶ。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構成とすることができる。このような構成の発光素子を、便宜上、『第３構成の発光素子』と呼ぶ。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。このような構成の発光素子を、便宜上、『第４構成の発光素子』と呼ぶ。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。尚、第２構成の発光素子と第１構成の発光素子とを、適宜、組み合わせてもよいし、第３構成の発光素子と第１構成の発光素子とを、適宜、組み合わせてもよいし、第４構成の発光素子と第１構成の発光素子とを、適宜、組み合わせてもよい。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、第１面及び第１面と対向する第２面を有する第２基板と、第１面及び第１面と対向する第２面を有する第１基板とが貼り合わされた構造が配されており、基部面は第１基板の第１面から構成されている構成とすることができる。ここで、第１基板の第２面と第２基板の第１面とが貼り合わされており、第１基板の第１面上に第１光反射層が形成されており、第２基板の第２面上に積層構造体が形成されている。このような構成の発光素子を、便宜上、『第５構成の発光素子』と呼ぶ。第２基板として、ＩｎＰ基板あるいはＧａＡｓ基板を挙げることができるし、第１基板として、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板、ＧａＮ基板を挙げることができる。

【0042】

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示における面発光レーザ素子において、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第１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。即ち、第１の部分の頂部が描く図形は、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り、第１の部分の裾の部分が描く図形は線分である構成とすることもできる。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。

【0043】

基部面の第１の部分及び第２の部分を形成するための犠牲層の形成方法として、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、メタルマスク印刷法を含む各種印刷法；スピンコート法；金型等を用いた転写法；ナノインプリント法；３Ｄプリンティング技術（例えば、光造形３Ｄプリンタあるいは２光子吸収マイクロ３Ｄプリンタを用いた３Ｄプリンティング技術）；物理的気相成長法（例えば、電子ビーム蒸着法や熱フィラメント蒸着法といった真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法を含むＰＶＤ法）；各種化学的気相成長法（ＣＶＤ法）；リフトオフ法；パルスレーザによる微細加工技術等を挙げることができるし、これらの方法とエッチング法との組合せを挙げることもできる。

【0044】

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示における面発光レーザ素子において、第１の部分の中心部の曲率半径Ｒ₁は、１×１０^-5ｍ以上、好ましくは３×１０^-5ｍ以上であることが望ましい。更には、３×１０^-4ｍ以上であってもよい。但し、いずれの場合も、Ｒ₁の値は共振器長Ｌ_ORの値以上の値である。即ち、Ｒ₁≧Ｌ_ORである。

【0045】

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示における面発光レーザ素子において、あるいは又、本開示における端面出射半導体レーザ素子において、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。あるいは又、Ｖ族元素がＮ（窒素）、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）の内の少なくとも１種類を含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体を挙げることができる。

【0046】

更には、以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示における面発光レーザ素子をアレイ状に配する場合、面発光レーザ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。

【0047】

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示における面発光レーザ素子において、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。

【0048】

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示における面発光レーザ素子において、活性層と第１光反射層との間に位置する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。

【0049】

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本開示における面発光レーザ素子によって、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、半導体レーザ素子製造用基板（後述する）を除去してもよい。

【0050】

本開示における面発光レーザ素子において、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、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，ＧａＮ）、（Ｉｎ_yＧａ_(1-y)Ｎ，Ｉｎ_zＧａ_(1-z)Ｎ）［但し、ｙ＞ｚ］、（Ｉｎ_yＧａ_(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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

積層構造体は、半導体レーザ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、あるいは又、第２基板の第２面上に形成される。尚、半導体レーザ素子製造用基板の第２面は第１化合物半導体層の第１面と対向しており、半導体レーザ素子製造用基板の第１面は半導体レーザ素子製造用基板の第２面と対向している。また、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、化合物半導体基板の第１面は化合物半導体基板の第２面と対向している。また、第２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、第２基板の第１面は第１基板の第２面と対向している。半導体レーザ素子製造用基板あるいは第１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、化合物半導体基板あるいは第２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。

【0054】

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や第２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系化合物半導体と同じく、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。

【0055】

ここで、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。

【0056】

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系化合物半導体から構成する場合と同様の材料が候補となる。

【0057】

第２光反射層を固定するための支持基板は、例えば、半導体レーザ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、半田接合法、常温接合法、粘着テープを用いた接合法、ワックス接合を用いた接合法、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半田接合法あるいは常温接合法を採用することが望ましい。例えば導電性基板であるシリコン半導体基板を支持基板として使用する場合、熱膨張係数の違いによる反りを抑制するために、４００゜Ｃ以下の低温で接合可能な方法を採用することが望ましい。支持基板としてＧａＮ基板を使用する場合、接合温度が４００゜Ｃ以上であってもよい。

【0058】

本開示における面発光レーザ素子の製造においては、半導体レーザ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、半導体レーザ素子製造用基板を除去してもよい。具体的には、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、半導体レーザ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。半導体レーザ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、半導体レーザ素子製造用基板の除去を行うことができる。半導体レーザ素子製造用基板を残したままとする場合、半導体レーザ素子製造用基板に第１基板を貼り合わせることで、半導体レーザ素子製造用基板から成る第２基板と第１基板の貼り合わせ構造を得ることもできる。

【0059】

本開示における面発光レーザ素子をアレイ状に配する場合、第１化合物半導体層に電気的に接続された第１電極は、複数の面発光レーザ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、複数の面発光レーザ素子において共通であり、あるいは又、複数の面発光レーザ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が、これに限定するものではない。

【0060】

第１電極は、半導体レーザ素子製造用基板が残されている場合、半導体レーザ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、半導体レーザ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。

【0061】

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。

【0062】

第２電極は透明導電性材料から成る構成とすることができる。第２電極を構成する透明導電性材料として、インジウム系透明導電性材料［具体的には、例えば、インジウム－錫酸化物（ＩＴＯ，Indium Tin Oxide，ＳｎドープのＩｎ₂Ｏ₃、結晶性ＩＴＯ及びアモルファスＩＴＯを含む）、インジウム－亜鉛酸化物（ＩＺＯ，Indium Zinc Oxide）、インジウム－ガリウム酸化物（ＩＧＯ）、インジウム・ドープのガリウム－亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ，Ｉｎ－ＧａＺｎＯ₄）、ＩＦＯ（ＦドープのＩｎ₂Ｏ₃）、ＩＴｉＯ（ＴｉドープのＩｎ₂Ｏ₃）、ＩｎＳｎ、ＩｎＳｎＺｎＯ］、錫系透明導電性材料［具体的には、例えば、酸化錫（ＳｎＯ_X）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ₂）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ₂）］、亜鉛系透明導電性材料［具体的には、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ＡｌドープのＺｎＯ（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、ＴｉＯ_X、グラフェンを例示することができる。あるいは又、第２電極として、ガリウム酸化物、チタン酸化物、ニオブ酸化物、アンチモン酸化物、ニッケル酸化物等を母層とする透明導電膜を挙げることができるし、スピネル型酸化物、ＹｂＦｅ₂Ｏ₄構造を有する酸化物といった透明導電性材料を挙げることもできる。但し、第２電極を構成する材料として、第２光反射層と第２電極との配置状態に依存するが、透明導電性材料に限定するものではなく、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）等の金属を用いることもできる。第２電極は、これらの材料の少なくとも１種類から構成すればよい。第２電極は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等のＰＶＤ法にて成膜することができる。あるいは又、透明電極層として低抵抗な半導体層を用いることもでき、この場合、具体的には、ｎ型のＧａＮ系化合物半導体層を用いることもできる。更には、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体層と隣接する層がｐ型である場合、両者をトンネルジャンクションを介して接合することで、界面の電気抵抗を下げることもできる。第２電極を透明導電性材料から構成することで、電流を横方向（第２化合物半導体層の面内方向）に広げることができ、効率良く、電流注入領域（後述する）に電流を供給することができる。

【0063】

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。

【0064】

第１光反射層及び第２光反射層を構成する屈折率周期構造（分布ブラッグ反射構造、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、ＳｉＮ_X、ＡｌＮ_X、ＡｌＧａＮ_X、ＧａＮ_X、ＢＮ_X等）、又は、フッ化物等を挙げることができる。具体的には、ＳｉＯ_X、ＴｉＯ_X、ＮｂＯ_X、ＺｒＯ_X、ＴａＯ_X、ＺｎＯ_X、ＡｌＯ_X、ＨｆＯ_X、ＳｉＮ_X、ＡｌＮ_X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、光反射積層膜（第１の薄膜と第２の薄膜の積層構造を有する）が、複数、積層された光反射層を得ることができる。光反射積層膜として、例えば、ＳｉＯ_X／ＳｉＮ_Y、ＳｉＯ_X／ＴａＯ_X、ＳｉＯ_X／ＮｂＯ_Y、ＳｉＯ_X／ＺｒＯ_Y、ＳｉＯ_X／ＡｌＮ_Y等の多層膜を挙げることができる。所望の光反射率を得るために、各誘電体膜（第１の薄膜及び第２の薄膜）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（第１の薄膜及び第２の薄膜）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、各誘電体膜の光学的膜厚は、例えば、（λ₀／４）である。例えば、発振波長λ₀が４１０ｎｍの面発光レーザ素子において、光反射積層膜をＳｉＯ_X／ＮｂＯ_Y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９９％以上であることが望ましい。位相シフト層を構成する材料も、例えば、上記の材料から適宜選択すればよい。尚、第１の薄膜を構成する材料の屈折率と第２の薄膜を構成する材料の屈折率との差が大きいほど、光反射率が高くなり、望ましい。

【0065】

光反射層や位相シフト層は、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。

【0066】

位相シフト層を含む光反射層は、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、大きさ及び形状は特に限定されない。第１光反射層の平面形状として、限定するものではないが、具体的には、円形、楕円形、矩形、正多角形を含む多角形（三角形、四角形、六角形等）を挙げることができる。また、第１の部分の平面形状として、第１光反射層の平面形状と相似形あるいは近似形の平面形状を挙げることができる。電流注入領域と電流非注入との境界の形状、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、矩形、正多角形を含む多角形（三角形、四角形、六角形等）を挙げることができる。電流注入領域と電流非注入との境界の形状は、相似形であることが望ましい。ここで、「素子領域」とは、狭窄された電流が注入される領域、あるいは又、屈折率差等により光が閉じ込められる領域、あるいは又、第１光反射層と第２光反射層で挟まれた領域の内、レーザ発振が生じる領域、あるいは又、第１光反射層と第２光反射層で挟まれた領域の内、実際にレーザ発振に寄与する領域を指す。

【0067】

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ＳｉＯ_X系材料、ＳｉＮ_X系材料、ＳｉＯ_YＮ_Z系材料、ＴａＯ_X、ＺｒＯ_X、ＡｌＮ_X、ＡｌＯ_X、ＧａＯ_Xを例示することができるし、あるいは又、ポリイミド樹脂等の有機材料を挙げることもできる。被覆層（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。

【実施例0068】

実施例１は、本開示の半導体レーザ素子、具体的には、本開示における面発光レーザ素子、更には、第１構成、第１－Ａ構成の発光素子、第２構成の発光素子に関する。以下の説明において、特に断りの無い限り、面発光レーザ素子から構成された半導体レーザ素子を「発光素子」と呼ぶ。

【0069】

実施例１の発光素子１０Ａの模式的な一部端面図を図１、図２（変形例－１）及び図３（変形例－２）に示し、実施例１の複数の発光素子によって発光素子アレイを構成する場合の発光素子アレイの模式的な一部端面図を図４、図５及び図６に示し、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ある図７及び図９に示し、発光素子アレイにおける第１光反射層及び第１電極の配置を模式的な平面図である図８及び図１０に示す。更には、実施例１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１１Ａ、図１１Ｂ、図１２、図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１６Ａ及び図１６Ｂに示す。

【0070】

尚、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１６Ａ、図１６Ｂ、図２３Ａ、図２３Ｂ、図２４Ａ、図２４Ｂ、図２５Ａ、図２５Ｂ、図３１Ａ、図３１Ｂ及び図３１Ｃ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７、図９、図１９、図２１には、基部面の第１の部分を、明確化のため実線の円で示し、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。

【0071】

実施例１の半導体レーザ素子（面発光レーザ素子、発光素子１０Ａ）は、
第１化合物半導体層２１、活性層２３及び第２化合物半導体層２２が積層されて成る積層構造体２０を備えた共振器構造、並びに、
共振器構造の共振方向に沿った両端に設けられた第１光反射層４１及び第２光反射層４２、
を有する。そして、発振波長をλ₀としたとき、
第１光反射層４１は、少なくとも、光学的膜厚がｋ₁₁（λ₀／４）の第１の薄膜［但し、０．７≦ｋ₁₁≦１．３］、及び、光学的膜厚がｋ₁₂（λ₀／４）の第２の薄膜［但し、０．７≦ｋ₁₂≦１．３］が、複数、積層された、光学的膜厚がｋ₁₀（λ₀／２）［但し、０．９≦ｋ₁₀≦１．１］の周期を有する第１屈折率周期構造を有し、
第２光反射層４２は、少なくとも、光学的膜厚がｋ₂₁（λ₀／４）の第１の薄膜［但し、０．７≦ｋ₂₁≦１．３］、及び、光学的膜厚がｋ₂₂（λ₀／４）の第２の薄膜［但し、０．７≦ｋ₂₂≦１．３］が、複数、積層された、光学的膜厚がｋ₂₀（λ₀／２）［但し、０．９≦ｋ₂₀≦１．１］の周期を有する第２屈折率周期構造を有し、
第１光反射層４１及び第２光反射層４２の少なくともいずれか一方の光反射層の内部には、位相シフト層が設けられている。

【0072】

ここで、共振器構造、第１光反射層４１及び第２光反射層４２によって、共振器が構成される。また、第１光反射層４１及び第２光反射層４２は、分布ブラッグ反射構造を有する。

【0073】

具体的には、実施例１にあっては、第２光反射層４２の内部に、位相シフト層が設けられている。第２光反射層４２にあっては、１２層の光反射積層膜が積層された第２屈折率周期構造を有する。ここで、積層構造体側から、第１層目の光反射積層膜、第２層目の光反射積層膜、第３層目の光反射積層膜・・・と呼ぶとすると、第６層目の光反射積層膜と第７層目の光反射積層膜との間に位相シフト層が設けられている。このように、位相シフト層は、第２屈折率周期構造の端部には設けられていない。

【0074】

そして、位相シフト層の光学的膜厚は、λ₀の０．１倍以上、５０倍以下である。尚、実施例１において、あるいは又、後述する実施例２～実施例９において、設計上の値として、ｋ₁₀＝ｋ₁₁＝ｋ₁₂＝ｋ₂₀＝ｋ₂₁＝ｋ₂₂＝１．０、ｋ₃＝ｋ₃’＝１．０とした。

【0075】

第２光反射層４２において、第１の薄膜をＳｉＯ₂から構成し、第２の薄膜をＴａ₂Ｏ₅から構成した。更には、位相シフト層を構成する材料は、第１の薄膜を構成する材料と同じ、ＳｉＯ₂とした。また、位相シフト層の光学的膜厚を２．２５λ₀とした。第１光反射層４１を構成する光反射積層膜において、第２光反射層４２と同様に、第１の薄膜をＳｉＯ₂から構成し、第２の薄膜をＴａ₂Ｏ₅から構成した。そして、第１光反射層４１にあっては、１４層の光反射積層膜が積層された第１屈折率周期構造を有する。

【0076】

面発光レーザ素子を構成する積層構造体２０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、
が積層されて成り、
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の上に形成されており、
第２光反射層４２は、第２化合物半導体層２２の第２面側に形成されている。ここで、第１光反射層４１は、凹面鏡として機能し、第２光反射層４２は、平坦な形状を有する。また、共振器長Ｌ_ORは１×１０^-5ｍ以上である。

【0077】

実施例１の発光素子において、第１光反射層４１が形成されている基部面９０の部分である第１の部分９１には、第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂを基準として凸部が形成されている。また、第１光反射層４１が形成されていない基部面９０の部分である第２の部分９２には、第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂを基準として凹部が形成されている。即ち、第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂを基準として、第２の部分９２は下に凸の形状を有する。実施例１の複数の発光素子によって発光素子アレイを構成する場合、基部面９０の第１の部分９１の中心部９１_cは、正方形の格子の頂点上に位置し（図７参照）、あるいは又、正三角形の格子の頂点上に位置する（図９参照）。

【0078】

そして、基部面９０は、凹凸状であり、且つ、微分可能である。即ち、基部面９０は解析学的に滑らかである。第２の部分９２は、第１の部分９１から延在し、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の延在部が形成されていない場合もあるが、図示した例では、第２の部分９２に第１光反射層４１の延在部は形成されていない。第１の部分９１、第２の部分９２、及び、第１の部分と第２の部分９２の境界（連結部分）９０_bdも、微分可能である。

【0079】

実施例１～実施例９において、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。

【0080】

実施例１の発光素子１０Ａにおいて、第１の部分９１と第２の部分９２との境界９０_bdは、
（１）第２の部分９２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）第２の部分９２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１の発光素子１０Ａは、具体的には、（１）のケースに該当する。

【0081】

また、実施例１の発光素子１０Ａ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］
（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が、実施例１の発光素子１０Ａは、具体的には（Ａ）のケースに該当する。

【0082】

実施例１の発光素子１０Ａ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。即ち、基部面９０の第１の部分９１の頂部が描く図形は、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り、基部面９０の第１の部分９１の裾の部分が描く図形は線分である構成とすることもできる。また、基部面９０の第２の部分９２の最底部が描く図形は、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り、基部面９０の第２の部分９２の最底部よりも上方の部分が描く図形は線分である構成とすることもできる。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９０_bdも微分可能である。

【0083】

実施例１の複数の発光素子によって発光素子アレイを構成する場合、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９１_cの曲率半径Ｒ₁は、１×１０^-5ｍ以上であることが望ましい。共振器長Ｌ_ORは、１×１０^-5ｍ≦Ｌ_ORを満足することが好ましい。発光素子１０Ａのパラメータは以下の表１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９２_c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９１_cまでの距離をＬ₁、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９２_cまでの距離をＬ₂としたとき、
Ｈ₁＝Ｌ₁－Ｌ₂
で表される。

【0084】

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。実施例１にあっては、具体的には、積層構造体２０はＧａＮ系化合物半導体から成る。

【0085】

第１化合物半導体層２１はｎ－ＧａＮ層から成り、活性層２３はＩｎ_0.04Ｇａ_0.96Ｎ層（障壁層）とＩｎ_0.16Ｇａ_0.84Ｎ層（井戸層）とが積層された３重の多重量子井戸構造から成り、第２化合物半導体層２２はｐ－ＧａＮ層から成る。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は、透明導電性材料、具体的には、ＩＴＯから成る。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、Ｐｄ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕやＴｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕから成る第２パッド電極３３が形成あるいは接続されていてもよい（図２、図３参照）。第１光反射層４１及び第２光反射層４２は、例えば、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、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のそれぞれの平面形状は円形である。

【0086】

図４に示すように、実施例１の複数の発光素子によって発光素子アレイを構成する場合、第２電極３２は、発光素子アレイを構成する発光素子１０Ａにおいて共通であり、第２電極は第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１０Ａ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１及び図４に示す発光素子１０Ａ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。尚、発光素子１０Ａによって発光素子アレイを構成しない場合、第１電極３１、第２電極３２は、発光素子１０Ａに設ければよい。以下の説明においても同様である。

【0087】

あるいは又、図５に示すように、実施例１の変形例－１にあっては、第２電極３２は、発光素子アレイを構成する発光素子１０Ａにおいて個別に形成されており、第２パッド電極３３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１０Ａ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２及び図５に示す発光素子１０Ａ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。

【0088】

あるいは又、図６に示すように、実施例１の変形例－２にあっては、第２電極３２は、発光素子アレイとする場合、発光素子アレイを構成する発光素子１０Ａにおいて個別に形成されており、第２電極３２の上に形成された第２パッド電極３３の上にはバンプ３５が形成されており、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１０Ａ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１の部分９１の中心部９１_cに対向した第２化合物半導体層２２の第２面側の部分に配設されており、第２光反射層４２を覆っている。バンプ３５として、金（Ａｕ）バンプ、半田バンプ、インジウム（Ｉｎ）バンプを例示することができるし、バンプ３５の配設方法は周知の方法とすることができる。図３及び図６に示す発光素子１０Ａ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る。尚、図１に示した発光素子１０Ａにおいてバンプ３５を設けてもよい。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。

【0089】

積層構造体２０の熱伝導率の値は、第１光反射層４１の熱伝導率の値よりも高い。第１光反射層４１を構成する誘電体材料の熱伝導率の値は、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２０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。

【0090】

〈表１〉
曲率半径Ｒ₁ １００μｍ
直径Ｄ₁ ２０μｍ
高さＨ₁ ２μｍ
曲率半径Ｒ₂ ２μｍ
第２光反射層４２ ＳｉＯ₂／Ｔａ₂Ｏ₅（１２ペア）
位相シフト層 ＳｉＯ₂（光学的膜厚２．２５λ₀）
第２電極３２ ＩＴＯ（厚さ：２２ｎｍ）
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Ｌ_OR ２５μｍ
発振波長（発光波長）λ₀ ４４０．２ｎｍ
波長λ’ ４４６．５ｎｍ

【0091】

図３６Ａに、位相シフト層を含む第２光反射層（実施例１の第２光反射層）の光反射率の実測値（実線で示す）及び計算値（点線で示す）を示し、図３６Ｂ及び図３７Ａに、波長４４５ｎｍ付近の拡大図を示し、図３６Ｃに、比較例１として、位相シフト層を設けていない第２光反射層の光反射率の実測値（実線で示す）及び計算値（点線で示す）を示す。図３６Ａ、図３６Ｂに示すように、実施例１の発光素子における位相シフト層を含む第２光反射層は、上記の表１における波長λ’において、光反射率が最低になる。即ち、位相シフト層が設けられている第２光反射層４２はエタロン構造を有する。また、図３６Ｂ及び図３７Ａに示す例におけるΔλの値は１．６ｎｍである。

【0092】

また、実施例１及び比較例１において、第１電極３１と第２電極３２との間に電流を流したときの発振波長の変化を、それぞれ、図３７Ｂ及び図３７Ｃに示す。尚、２ミリアンペアの電流を流したとき発振波長の変化を、図３７Ｂ及び図３７Ｃの「Ａ」で示す。また、３ミリアンペアの電流を流したとき発振波長の変化を、図３７Ｂ及び図３７Ｃの「Ｂ」で示す。更には、４ミリアンペアの電流を流したとき発振波長の変化を、図３７Ｂ及び図３７Ｃの「Ｃ」で示す。また、５ミリアンペアの電流を流したとき発振波長の変化を、図３７Ｂ及び図３７Ｃの「Ｄ」で示す。更には、６ミリアンペアの電流を流したとき発振波長の変化を、図３７Ｂ及び図３７Ｃの「Ｅ」で示す。また、７ミリアンペアの電流を流したとき発振波長の変化を、図３７Ｂ及び図３７Ｃの「Ｆ」で示す。更には、８ミリアンペアの電流を流したとき発振波長の変化を、図３７Ｂ及び図３７Ｃの「Ｇ」で示す。また、第１電極３１と第２電極３２との間に流した電流（動作電流であり、単位はミリアンペア）と、発振波長の変化量（単位：ｎｍ）を図３８に示す。尚、図３８において、「Ａ」は実施例１のデータであり、「Ｂ」は比較例１のデータである。

【0093】

一般に、発光素子に電流を流すと、発光素子は発熱し、活性層の温度が上昇する結果、発光波長は長波長側に移動する。このような現象は、図３７Ｃに示す比較例１の発光素子においては、位相シフト層が設けられていないが故に、顕著に認められる。一方、図３７Ｂに示すように、実施例１にあっては、このような現象は、位相シフト層が設けられているが故に、認められない。即ち、実施例１の発光素子にあっては、図３８に示すように、動作温度によって発振波長が殆ど変化しないし、動作電流によって発振波長が殆ど変化しないし、活性層利得が波長に対して変動しても発振波長は一定に保たれる。尚、発光素子は、その外面が５０゜Ｃの保持されるように、シートシンクによって温度が制御されている。

【0094】

縦モードの間隔Δλは、共振器を構成する化合物半導体層の平均屈折率をｎ_aveとしたとき、
Δλ＝｛λ₀ ²／（２Ｌ_OR×ｎ_ave）｝［１－（λ₀／ｎ_ave）（ｄｎ_ave／ｄλ₀）］^-1
で表すことができる。共振器を構成する層をＧａＮ系化合物半導体（ｎ_ave＝２．４５）とし、（ｄｎ_ave／ｄλ₀）＝－０．０１、λ₀＝４５０ｎｍとしたときの、共振器長Ｌ_OR（単位：μｍ）と、縦モードの間隔（Δλ、単位ｎｍ）の関係を図３９Ａに示す。この条件では、
Δλ＝４１．１／Ｌ_OR（ｎｍ）
となる。図３６Ｂ及び図３７Ａに示す例におけるΔλの値は、１．６ｎｍである。

【0095】

また、第１電極と第２電極との間に電流を流し、活性層の温度が上昇したときの活性層利得の変化の概念図を、それぞれ、図３９Ｂ及び図３９Ｃに示す。尚、図３９Ｂは、Ｌ_OR≒３０μｍの場合であり、図３９Ｃは、Ｌ_OR≒２μｍの場合である。図３９Ｂに示す例では、Δλ≒１ｎｍである一方、図３９Ｃに示す例では、Δλ≒２０ｎｍである。即ち、共振器長Ｌ_ORが長くなるほど、縦モードの間隔Δλは拡がる。このように、共振器長Ｌ_ORが短い場合、縦モードの間隔Δλの値は大きい。従って、面発光レーザ素子の発振波長は、動作温度や動作電流に対して安定しており、縦モードも単一となる。一方、共振器長Ｌ_ORが長くなると、縦モードの間隔Δλは狭くなる。このように、共振器長Ｌ_ORが長い場合、縦モードの間隔Δλの値は小さい。従って、面発光レーザ素子の発振波長は、動作温度や動作電流に対して不安定となり、縦モードもマルチモードとなり易い。

【0096】

図４０Ａに概念図を示すように、一般に、発光素子は、活性層の温度の変化によって、波長に対する活性層利得に変化が生じる。ここで、活性層利得が最大値となる波長が発光素子の発振波長である。従って、活性層の温度が上昇すると、「ａ」で示す活性層利得が「ｂ」で示す活性層利得へと変化し、その結果、発振波長にも変化が生じる。

【0097】

一方、図４０Ｂに概念図を示すように、実施例１の発光素子にあっては、活性層の温度が上昇すると、「ａ」で示す活性層利得が「ｂ」で示す活性層利得へと変化するが、活性層利得が「ｂ」で示す活性層利得にあっては、位相シフト層が存在し、発振波長λ₁から長波長側にずれた波長λ₁’が、位相シフト層を含む第２光反射層における低光反射波長領域に入ってしまい、係る波長λ₁’では発光素子は発振しなくなる。そして、その代わりに、波長λ₁’に隣接し、波長λ₁’よりも短波長側に位置する発振波長λ₂において発光素子が発振するようになる。この発振波長λ₂の値は、発振波長λ₁の値に近い値あるいはほぼ等しい値である。

【0098】

以上のとおり、実施例１の発光素子（半導体レーザ素子）にあっては、光反射層の内部に位相シフト層が設けられているので、発振波長が動作温度や動作電流に対して安定であるし、単一縦モードを得ることができる。また、積層構造体の厚さ方向と直交する仮想平面内において、積層構造体を構成する化合物半導体材料の結晶性にバラツキが存在したとしても、均一な発振波長を得ることができる。

【0099】

以下、実施例１の各種の変形例を説明する。

【0100】

実施例１の変形例－３にあっても、第２光反射層４２の内部に、位相シフト層が設けられている。第２光反射層４２にあっては、８層の光反射積層膜が積層された第２屈折率周期構造を有する。そして、第２層目の光反射積層膜と第３層目の光反射積層膜との間に位相シフト層が設けられている。位相シフト層は、第２屈折率周期構造の端部には設けられていない。実施例１の光反射積層膜と同様に、第１の薄膜をＳｉＯ₂から構成し、第２の薄膜をＴａ₂Ｏ₅から構成した。更には、位相シフト層を構成する材料は、第１の薄膜を構成する材料と同じ、ＳｉＯ₂とした。また、位相シフト層の光学的膜厚は、１０λ₀である。第１光反射層４１の構成、構造は、実施例１における第１光反射層４１の構成、構造と同様とした。

【0101】

図４１Ａに、実施例１の変形例－３の半導体レーザ素子において、位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値（実線で示す）及び計算値（点線で示す）を示すグラフを示し、図４１Ｂに、図４１Ａに示した位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値の波長４３０ｎｍ乃至４６０ｎｍ付近の拡大図を示す。図４１Ａ、図４１Ｂに示すように、実施例１の発光素子の変形例－３における位相シフト層を含む第２光反射層は、６箇所の波長領域において、光反射率が低くなる。

【0102】

実施例１の変形例－４にあっては、第２光反射層４２の内部に、２箇所、位相シフト層が設けられている。第２光反射層４２にあっては、１８層の光反射積層膜が積層された第２屈折率周期構造を有する。そして、第４層目の光反射積層膜と第５層目の光反射積層膜との間に第１の位相シフト層が設けられているし、第８層目の光反射積層膜と第９層目の光反射積層膜との間に第２の位相シフト層が設けられている。第１の位相シフト層及び第２の位相シフト層は、第２屈折率周期構造の端部には設けられていない。位相シフト層と位相シフト層との間に４層の光反射積層膜が配設されている。実施例１の光反射積層膜と同様に、第１の薄膜をＳｉＯ₂から構成し、第２の薄膜をＴａ₂Ｏ₅から構成した。更には、位相シフト層を構成する材料は、第１の薄膜を構成する材料と同じ、ＳｉＯ₂とした。また、第１の位相シフト層及び第２の位相シフト層の光学的膜厚は、２．２５λ₀である。第１光反射層４１の構成、構造は、実施例１における第１光反射層４１の構成、構造と同様とした。

【0103】

図４２Ａに、実施例１の変形例－４の半導体レーザ素子において、位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値（実線で示す）及び計算値（点線で示す）を示すグラフを示し、図４２Ｂに、図４２Ａに示した位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値の波長４５０ｎｍ付近の拡大図を示す。図４２Ａ、図４２Ｂに示すように、実施例１の発光素子の変形例－４における位相シフト層を含む第２光反射層は、２箇所の波長領域において、光反射率が低くなる。

【0104】

実施例１の変形例－５にあっては、第１光反射層４１の内部に、位相シフト層が設けられている。第１光反射層４１にあっては、１４層の光反射積層膜が積層された第１屈折率周期構造を有する。そして、第７層目の光反射積層膜と第８層目の光反射積層膜との間に位相シフト層が設けられている。位相シフト層は、第１屈折率周期構造の端部には設けられていない。実施例１の光反射積層膜と同様に、第１の薄膜をＳｉＯ₂から構成し、第２の薄膜をＴａ₂Ｏ₅から構成した。更には、位相シフト層を構成する材料は、第１の薄膜を構成する材料と同じ、ＳｉＯ₂とした。また、位相シフト層の光学的膜厚は、２．２５λ₀である。平坦な形状を有する第２光反射層４２を構成する光反射積層膜は、第１光反射層４１と同様の第１の薄膜（ＳｉＯ₂から成る）と第２の薄膜（Ｔａ₂Ｏ₅とが積層された構造を有する。そして、第２光反射層４２にあっては、９層の光反射積層膜が積層された第２屈折率周期構造を有する。

【0105】

実施例１の変形例－５の半導体レーザ素子において、位相シフト層を含む第１光反射層の光反射率の実測値及び計算値は、図３６Ａと同様であった。

【0106】

実施例１の変形例－６において、第１光反射層４１は、実施例１の変形例－５の第１光反射層４１同様の構成、構造を有する。また、第２光反射層４２は、実施例１の第２光反射層４２同様の構成、構造を有する。

【0107】

図４３Ａに、実施例１の変形例－６の半導体レーザ素子において、位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値（実線で示す）及び計算値（点線で示す）を示すグラフを示し、図４３Ｂに、図４３Ａに示した位相シフト層を含む第２光反射層の光反射率の実測値及び計算値の波長４５０ｎｍ付近の拡大図を示す。図４３Ａ、図４３Ｂに示すように、実施例１の発光素子の変形例－６における位相シフト層を含む第１光反射層と第２光反射層とは、全体として、２箇所の波長領域において、光反射率が低くなる。

【0108】

ところで、実施例１、実施例１の変形例－３、実施例１の変形例－４、実施例１の変形例－５、後述する実施例９において、位相シフト層の光学的膜厚は、λ₀の０．１倍以上、５０倍以下である。また、実施例１、実施例１の変形例－４、実施例１の変形例－５、後述する実施例９において、位相シフト層の光学的膜厚は、ｋ₃（λ₀／４）（２ｒ＋１）［但し、ｒは１００以下の整数であり、０．９≦ｋ₃≦１．１］を満足する。但し、これに限定するものでなく、広くは、位相シフト層の光学的膜厚は、ｋ₃’（λ₀／４）（２ｒ’）［但し、ｒ’は１００以下の整数であり、０．９≦ｋ₃’≦１．１］以外の光学的膜厚である形態とすることもでできる。

【0109】

以下、光反射層における第１の薄膜及び第２の薄膜並びに位相シフト層の配列順、第１の薄膜、第２の薄膜及び位相シフト層を構成する材料を、種々、変えたシミュレーションを行い、位相シフト層の効果について考察した。尚、第１の薄膜を構成する材料の屈折率をｎ₁、第２の薄膜を構成する材料の屈折率をｎ₂、位相シフト層を構成する材料の屈折率をｎ₃とする。

【0110】

膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂ，膜Ｃ，膜Ａ，膜Ｂ，・・・，膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂといった構造（以下、便宜上、『第１構造』と呼ぶ）において、
膜Ａ：屈折率ｎ₁を有する第１の材料から成る第１の薄膜
膜Ｂ：屈折率ｎ₂（＜ｎ₁）を有する第２の材料から成る第２の薄膜
とする。

【0111】

そして、
膜Ｃ：屈折率ｎ₁を有する第１の材料から成る位相シフト層
膜Ｃ：屈折率ｎ₂を有する第２の材料から成る位相シフト層
膜Ｃ：屈折率ｎ₃（但し、ｎ₃＜ｎ₂）を有する第３の材料から成る位相シフト層
膜Ｃ：屈折率ｎ₃（但し、ｎ₂＜ｎ₃＜ｎ₁）を有する第３の材料から成る位相シフト層
膜Ｃ：屈折率ｎ₃（但し、ｎ₁＜ｎ₃）を有する第３の材料から成る位相シフト層
とした場合のいずれの場合にあっても、膜Ｃの光学的膜厚を（λ₀／４）としたとき、光反射層の光反射率が低下する波長の存在が認めらるといったシミュレーション結果が得られた。一方、膜Ｃの光学的膜厚を（λ₀／２）としたとき、光反射層の光反射率が低下する波長の存在は認めらないといったシミュレーション結果が得られた。

【0112】

また、膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｃ，膜Ｂ，・・・，膜Ａ，膜Ｂ，膜Ａ，膜Ｂといった構造（以下、便宜上、『第２構造』と呼ぶ）において、
膜Ａ：屈折率ｎ₁を有する第１の材料から成る第１の薄膜
膜Ｂ：屈折率ｎ₂（＜ｎ₁）を有する第２の材料から成る第２の薄膜
とする。

【0113】

そして、
膜Ｃ：屈折率ｎ₁を有する第１の材料から成る位相シフト層
膜Ｃ：屈折率ｎ₂を有する第２の材料から成る位相シフト層
膜Ｃ：屈折率ｎ₃（但し、ｎ₃＜ｎ₂）を有する第３の材料から成る位相シフト層
膜Ｃ：屈折率ｎ₃（但し、ｎ₂＜ｎ₃＜ｎ₁）を有する第３の材料から成る位相シフト層
膜Ｃ：屈折率ｎ₃（但し、ｎ₁＜ｎ₃）を有する第３の材料から成る位相シフト層
とした場合のいずれの場合にあっても、膜Ｃの光学的膜厚を（λ₀／４）としたとき、光反射層の光反射率が低下する波長の存在が認めらるといったシミュレーション結果が得られた。一方、膜Ｃの光学的膜厚を（λ₀／２）としたとき、光反射層の光反射率が低下する波長の存在は認めらないといったシミュレーション結果が得られた。

【0114】

以下、第１化合物半導体層等の模式的な一部端面図である図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２、図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１６Ａ及び図１６Ｂを参照して、実施例１の発光素子の製造方法を説明する。

【0115】

ここで、実施例１の発光素子の製造方法は、
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面を基準として、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。

【0116】

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。

【0117】

［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１１Ａ参照）。尚、参照番号１１ａは、化合物半導体基板１１の第２面１１ｂに対向する化合物半導体基板１１の第１面である。

【0118】

［工程－１１０］
次いで、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ上に、ＣＶＤ法やスパッタリング法、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の組合せに基づき、開口部３４Ａを有し、ＳｉＯ₂から成る絶縁層（電流狭窄層）３４を形成する（図１１Ｂ参照）。開口部３４Ａを有する絶縁層３４によって、電流狭窄領域（電流注入領域６１Ａ及び電流非注入領域６１Ｂ）が規定される。即ち、開口部３４Ａによって電流注入領域６１Ａが規定される。

【0119】

電流狭窄領域を得るためには、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、ＳｉＯ_XやＳｉＮ_X、ＡｌＯ_X）から成る絶縁層（電流狭窄層）を形成してもよいし、あるいは又、第２化合物半導体層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、あるいは又、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し、第２化合物半導体層２２に不純物をイオン注入して導電性が低下した領域を形成してもよいし、あるいは、これらを、適宜、組み合わせてもよい。但し、第２電極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の部分と電気的に接続されている必要がある。

【0120】

［工程－１２０］
その後、第２化合物半導体層２２上に第２電極３２及び第２光反射層４２を形成する。具体的には、開口部３４Ａ（電流注入領域６１Ａ）の底面に露出した第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂから絶縁層３４の上に亙り、例えば、リフトオフ法に基づき第２電極３２を形成し、更に、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パッド電極３３を形成する。次いで、第２電極３２の上から第２パッド電極３３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１２に示す構造を得ることができる。その後、所望に応じて、基部面９０の第１の部分９１の中心部９１_c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を配設してもよい。具体的には、第２電極３２の上に形成された第２パッド電極３３（図２、図３参照）の上に、第２光反射層４２を覆うようにバンプ３５を形成してもよく、バンプ３５を介して第２電極３２は外部の回路等に接続される。

【0121】

［工程－１３０］
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１３参照）。具体的には、第２光反射層４２（あるいはバンプ３５）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。

【0122】

［工程－１４０］
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。

【0123】

［工程－１５０］
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１４Ａ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１４Ｂ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（プラズマ照射処理を施し）、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。

【0124】

［工程－１６０］
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１５Ａ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、図７に示した例では、第２犠牲層８２の平均膜厚は２μｍであり、図９に示した例では、第２犠牲層８２の平均膜厚は５μｍである。

【0125】

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、［工程－１５０］及び［工程－１６０］を繰り返せばよい。

【0126】

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。

【0127】

［工程－１７０］
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を基準として、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１にあっては、凹部９２Ａ）を形成する。こうして、図１５Ｂに示す構造を得ることができる。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。

【0128】

［工程－１８０］
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１５Ｃ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１６Ａ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１６Ｂ参照）。以上によって、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よりも突出させることで、第１光反射層４１を保護することができる。

【0129】

［工程－１９０］
その後、支持基板４９を剥離し、発光素子を個別に分離する。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パッド電極３３あるいはバンプ３５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の半導体レーザ素子（あるいは、発光素子アレイ）を完成させる。

【0130】

実施例１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、何らかの原因によって発光素子に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可能性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、発光素子に大きな荷重（例えば、５０ＭＰａ程度）を加える必要がある。実施例１の発光素子にあっては、このような大きな荷重が加わっても、発光素子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、迷光の発生が抑制され、発光素子間における光クロストークの発生を防止することができる。

【0131】

発光素子アレイにおいて発光素子を狭いピッチで配設した場合、そのピッチは、第１犠牲層のフットプリント径を超えることができない。従って、発光素子アレイの狭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、基部面の第１の部分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。

【0132】

実施例１にあっては、第１犠牲層及び第２犠牲層に基づき基部面に第１の部分を形成するので、発光素子を狭いピッチで配設した場合であっても、歪みの無い、大きな曲率半径Ｒ₁を有する第１光反射層を得ることができる。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、高い配向性を有する発光素子、高ビーム品質を有する発光素子を提供することができる。更には、広い光出射領域を得ることができるので、発光素子の光出力の増加及び発光効率の改善を図ることができるし、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。

【0133】

しかも、第１の部分の高さ（厚さ）を低く（薄く）することができるので、発光素子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し、実装が容易となる。

【0134】

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も機能するので、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。しかも、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。加えて、迷光を抑制することができるし、発光素子間の光クロストークを抑制することができる。ここで、或る発光素子において発光した光が、隣接する発光素子に飛来し、隣接発光素子の活性層に吸収され、あるいは又、共振モードにカップリングすると、隣接発光素子の発光動作に影響を与えるし、ノイズ発生の原因になる。このような現象を、光クロストークと呼ぶ。しかも、第１の部分の頂部は、例えば、球面であるので、横方向光閉じ込めの効果を確実に発揮する。

【0135】

また、後述する実施例５を除き、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。

【実施例0136】

実施例２は、実施例１の変形であり、第１－Ｂ構成の発光素子に関する。実施例２の発光素子１０Ｂの模式的な一部端面図を図１７に示し、実施例２の発光素子アレイの模式的な一部端面図を図１８に示す。また、実施例２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１９及び図２１に示し、実施例２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２０及び図２２に示す。更には、実施例２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２３Ａ、図２３Ｂ、図２４Ａ、図２４Ｂ、図２５Ａ及び図２５Ｂに示す。

【0137】

実施例２の発光素子１０Ｂにおいて、第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂを基準として、基部面９０の第２の部分９２は、第２の部分９２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９１_cまでの距離をＬ₁、第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂから第２の部分９２の中心部９２_cまでの距離をＬ_2ndとしたとき、
Ｌ_2nd＞Ｌ₁
を満足する。また、第１の部分９１の中心部９１_cの曲率半径（即ち、第１光反射層４１の曲率半径）をＲ₁、第２の部分９２の中心部９２_cの曲率半径をＲ_2ndとしたとき、
Ｒ₁＞Ｒ_2nd
を満足する。尚、Ｌ_2nd／Ｌ₁の値として、限定するものではないが、
１＜Ｌ_2nd／Ｌ₁≦１００
を挙げることができるし、Ｒ₁／Ｒ_2ndの値として、限定するものではないが、
１＜Ｒ₁／Ｒ_2nd≦１００
を挙げることができ、具体的には、例えば、
Ｌ_2nd／Ｌ₁＝１．０５
Ｒ₁／Ｒ_2nd＝１０
である。

【0138】

実施例２の発光素子１０Ｂにおいて、第１の部分９１の中心部９１_cは正方形の格子の頂点上に位置し（図１９参照）、この場合、第２の部分９２の中心部９２_c（図１９においては円形で示す）は正方形の格子の頂点上に位置する。あるいは又、第１の部分９１の中心部９１_cは正三角形の格子の頂点上に位置し（図２１参照）、この場合、第２の部分９２の中心部９２_c（図２１においては円形で示す）は正三角形の格子の頂点上に位置する。また、第２の部分９２は、第２の部分９２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１９及び図２１においては、参照番号９２_bで示す。

【0139】

実施例２の発光素子１０Ｂ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が、実施例２の発光素子１０Ｂは、具体的には（Ａ）のケースに該当する。

【0140】

実施例２の発光素子１０Ｂにおいて、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。

【0141】

図１７に示すように、実施例２の複数の発光素子によって発光素子アレイを構成する場合、第２電極３２は、発光素子アレイを構成する発光素子１０Ｂにおいて共通であり、あるいは又、図１８に示すように、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１０Ｂ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、第２の部分９２における凸の形状の部分９２_c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１７、図１８に示す発光素子１０Ｂ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。

【0142】

また、第２の部分９２の中心部９２_cの曲率半径Ｒ_2nd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Ｒ_2nd＝３μｍ
である。

【0143】

発光素子１０Ｂのパラメータは以下の表２のとおりであるし、位相シフト層を除く実施例２の発光素子１０Ｂの仕様を、以下の表３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から第１の部分９１の中心部９１_cまでの距離をＬ₁、第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂから第２の部分９２における最も深い凹部の部分９２_bまでの距離をＬ_2nd”としたとき、
Ｈ₁＝Ｌ₁－Ｌ_2nd”
で表され、第２の部分９２の中心部９２_cの高さＨ₂は、
Ｈ₂＝Ｌ_2nd－Ｌ_2nd”
で表される。尚、第１光反射層４１、第２光反射層４２、位相シフト層は、実施例１あるいは実施例１の各種変形例と同様とすることができる。以下の実施例においても同様である。

【0144】

〈表２〉
形成ピッチ ２５μｍ
曲率半径Ｒ₁ １５０μｍ
直径Ｄ₁ ２０μｍ
高さＨ₁ ２μｍ
曲率半径Ｒ_2nd ２μｍ
高さＨ₂ ２．５μｍ

【0145】

〈表３〉
第２光反射層４２ ＳｉＯ₂／Ｔａ₂Ｏ₅
第２電極３２ ＩＴＯ（厚さ：３０ｎｍ）
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
共振器長Ｌ_OR ２５μｍ
発振波長（発光波長）λ₀ ４４５ｎｍ

【0146】

実施例２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２３Ａ、図２３Ｂ、図２４Ａ、図２４Ｂ、図２５Ａ及び図２５Ｂに示すが、実施例２の発光素子の製造方法は、実質的に実施例１の発光素子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２３Ａにおける参照番号８３、図２３Ｂ、図２４Ａにおける参照番号８３’は、第２の部分９２の中心部９２_c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。

【0147】

実施例２の発光素子にあっても、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、発光素子に大きな荷重（例えば、５０ＭＰａ程度）を加える必要がある。実施例２の発光素子にあっては、このような大きな荷重が加わっても、バンプ３５と、第２の部分９２における凸の形状の部分９２_cとは、垂直方向に一直線上に配列されているので、発光素子に損傷が生じることを確実に防止することができる。