特開 2022-58667 発光素子

(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】P2022058667

(43)【公開日】2022-04-12

(54)【発明の名称】発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/183 20060101AFI20220405BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20220405BHJP

【ＦＩ】

H01S5/183

H01S5/343 610

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022006483

(22)【出願日】2022-01-19

(62)【分割の表示】P 2018557565の分割

【原出願日】2017-10-13

(31)【優先権主張番号】P 2016246654

(32)【優先日】2016-12-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】110001357

【氏名又は名称】特許業務法人つばさ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】濱口 達史

(72)【発明者】

【氏名】御友 重吾

(72)【発明者】

【氏名】中島 博

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 仁道

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 進

(57)【要約】      （修正有）

【課題】第１光反射層と積層構造体との界面における光学ロスが発生し難い構成、構造を有する発光素子を提供する。
【解決手段】第１光反射層４１、積層構造体２０及び第２光反射層４２が積層されて成り；積層構造体２０は、第１光反射層側から、第１化合物半導体層２１、発光層２３及び第２化合物半導体層２２が積層されて成り；積層構造体２０からの光は、第１光反射層４１又は第２光反射層４２を介して外部に出射され；第１光反射層４１は、少なくとも２種類の薄膜４１Ａ，４１Ｂが、複数、交互に積層された構造を有しており；積層構造体２０と第１光反射層４１との間には、膜厚変調層８０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光反射層、積層構造体及び第２光反射層が積層されて成り、
前記積層構造体は、前記第１光反射層側から、第１化合物半導体層、発光層及び第２化合物半導体層が積層されて成り、
前記積層構造体からの光は、前記第１光反射層又は前記第２光反射層を介して外部に出射され、
前記第１光反射層は、少なくとも２種類の薄膜が、複数、交互に積層された構造を有しており、
前記積層構造体と前記第１光反射層との間には、膜厚変調層が設けられ、
前記第１光反射層及び前記膜厚変調層は、凹面鏡部を有し、
前記第２光反射層は、平坦な形状を有し、
前記第２化合物半導体層には、電流注入領域及び前記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、
前記電流注入領域の面積重心点から、前記電流注入領域と前記電流非注入領域の境界までの最短距離Ｄ_CIは、以下の式を満足する発光素子。
Ｄ_CI≧ω₀／２
但し、
ω₀ ²≡（λ₀／π）｛Ｌ_OR（Ｒ_DBR－Ｌ_OR）｝^1/2
ここで、
λ₀ ：発光素子から主に出射される光の波長
Ｌ_OR ：共振器長
Ｒ_DBR：前記第１光反射層及び前記膜厚変調層から構成された前記凹面鏡部の曲率半径

【請求項2】

前記第１光反射層は、光学膜厚ｔ_１を有する第１の薄膜と、光学膜厚ｔ_２（但し、ｔ_２≠ｔ_１）を有する第２の薄膜とが、複数、交互に積層された構造を有しており、
前記膜厚変調層は、少なくとも１層の、光学膜厚ｔ_３（但し、ｔ_３≠ｔ_１）を有する第３の薄膜から構成されている請求項１に記載の発光素子。

【請求項3】

ｔ_３／ｔ_１≧１．１、又は、ｔ_３／ｔ_１≦０．９を満足する請求項２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記第１の薄膜は、第１の材料から成り、
前記第２の薄膜は、前記第１の材料とは異なる第２の材料から成る請求項２に記載の発光素子。

【請求項5】

前記膜厚変調層は、前記第３の薄膜と、光学膜厚ｔ_４を有する第４の薄膜とが積層された構造を有する請求項４に記載の発光素子。

【請求項6】

前記膜厚変調層は、前記第３の薄膜と前記第４の薄膜とが、複数、交互に積層された構造を有しており、
前記第３の薄膜の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ_３≠ｔ_１を満足する請求項５に記載の発光素子。

【請求項7】

前記第４の薄膜の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ_４≠ｔ_２を満足する請求項６に記載の発光素子。

【請求項8】

ｔ_３≠ｔ_１を満足する前記第３の薄膜、又は、ｔ_４≠ｔ_２を満足する前記第４の薄膜は、前記第１光反射層と接している請求項７に記載の発光素子。

【請求項9】

ｔ_３≠ｔ_１を満足する前記第３の薄膜以外の前記第３の薄膜は、ｔ_３＝ｔ_１を満足し、
ｔ_４≠ｔ_２を満足する前記第４の薄膜以外の前記第４の薄膜は、ｔ_４＝ｔ_２を満足する請求項８に記載の発光素子。

【請求項10】

前記第３の薄膜と前記第４の薄膜の層数合計は５以下である請求項６に記載の発光素子。

【請求項11】

前記第３の薄膜は、前記第１の材料から成り、
前記第４の薄膜は、前記第２の材料から成る請求項５に記載の発光素子。

【請求項12】

前記第１光反射層は基板上に形成されている請求項１に記載の発光素子。

【請求項13】

前記第１光反射層が形成されていない前記基板の領域上には前記積層構造体が形成されている請求項１２に記載の発光素子。

【請求項14】

前記第１光反射層は前記積層構造体の露出面上に形成されている請求項１に記載の発光素子。

【請求項15】

前記第１の材料は化合物半導体材料から成り、前記第２の材料も化合物半導体材料から成る請求項４に記載の発光素子。

【請求項16】

前記第１の材料は誘電体材料から成り、前記第２の材料も誘電体材料から成る請求項４に記載の発光素子。

【請求項17】

前記第１化合物半導体層の厚さは、前記第２化合物半導体層の厚さよりも厚い請求項１に記載の発光素子。

【請求項18】

前記積層構造体はＧａＮ系化合物半導体から成る請求項１に記載の発光素子。

【請求項19】

前記積層構造体と前記膜厚変調層の界面に凹凸が形成されており、前記凹凸の表面粗さ二乗平均平方根粗さＲｑは、Ｒｑ≧１ｎｍである請求項１に記載の発光素子。

【請求項20】

前記積層構造体と前記膜厚変調層の界面に点欠陥が形成されており、前記点欠陥の密度は１×１０^１７／ｃｍ^３以上である請求項１に記載の発光素子。

【請求項21】

前記積層構造体と前記膜厚変調層の界面に空隙が形成されており、前記空隙の厚さは１０ｎｍ以下である請求項１に記載の発光素子。

【請求項22】

前記膜厚変調層を構成する材料は、前記第１化合物半導体層、前記発光層及び前記第２化合物半導体層を構成する材料とは異なる請求項１に記載の発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発光素子に関する。

【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、通常、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。このような発光素子にあっては、例えば、基板の露出面上に複数の薄膜が積層されて成る第１光反射層を形成し、第１光反射層が形成されていない基板の露出面の上から第１光反射層の上に亙り、ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）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、第１化合物半導体層、化合物半導体から成る発光層（活性層）及び第２化合物半導体層が積層された積層構造体を形成する（例えば、T. Hamaguchi, et al., "Milliwatt-class GaN-based blue vertical-cavity surface-emitting lasers fabricated by epitaxial lateral overgrowth", Phys. Status Solidi A, 1-7 (2016) / DOI 10.1002/pssa.201532759 参照）。そして、第２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電極の上に薄膜の積層構造から成る第２光反射層を形成する。あるいは又、基板上に、積層構造体、第２電極及び第２光反射層を形成した後、例えば、ＣＭＰ法（化学的／機械的研磨法）に基づき基板を除去し、露出した第１化合物半導体層上に、複数の薄膜が積層されて成る第１光反射層を形成する（例えば、特開２０１１－１５１３６４号公報参照）。あるいは又、基板上に、複数の化合物半導体の薄膜が積層されて成る第１光反射層をエピタキシャル成長法に基づき形成し、第１光反射層上に、更に、積層構造体、第２電極及び第２光反射層を形成する（例えば、Tien-Chang Lu, et al., "Continuous wave operation of current injected GaN vertical cavity surface emitting lasers at room temperature", Appl. Phys. Lett. 97, 071114 (2010); doi: 10.1063/1.3483133 を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－１５１３６４号公報

【特許文献2】特開２００６－１１４７５３号公報

【特許文献3】特開２０００－０２２２７７号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】T. Hamaguchi, et al., "Milliwatt-class GaN-based blue vertical-cavity surface-emitting lasers fabricated by epitaxial lateral overgrowth", Phys. Status Solidi A, 1-7 (2016) / DOI 10.1002/pssa.201532759

【非特許文献2】Tien-Chang Lu, et al., "Continuous wave operation of current injected GaN vertical cavity surface emitting lasers at room temperature", Appl. Phys. Lett. 97, 071114 (2010); doi: 10.1063/1.3483133

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、これらのいずれの方法にあっても、第１光反射層あるいは積層構造体の形成の際、第１光反射層と積層構造体との界面の状態を良好に保つことが困難な場合がある。そして、界面の状態を良好に保つことができない場合、発光層（活性層）において生成した光が吸収されたり、散乱される原因、即ち、光学ロスの発生原因となり、その結果、発光素子の閾値の上昇、発光効率の低下、発光光の品質低下が生じる虞がある。

【0006】

従って、本開示の目的は、第１光反射層と積層構造体との界面における光学ロスが発生し難い構成、構造を有する発光素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するための本開示の発光素子は、
第１光反射層、積層構造体及び第２光反射層が積層されて成り、
積層構造体は、第１光反射層側から、第１化合物半導体層、発光層及び第２化合物半導体層が積層されて成り、
積層構造体からの光は、第１光反射層又は第２光反射層を介して外部に出射され、
第１光反射層は、少なくとも２種類の薄膜が、複数、交互に積層された構造を有しており、
積層構造体と第１光反射層との間には、膜厚変調層が設けられ、
第１光反射層及び膜厚変調層は、凹面鏡部を有し、
第２光反射層は、平坦な形状を有し、
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Ｄ_CIは、以下の式を満足する。
Ｄ_CI≧ω₀／２
但し、
ω₀ ²≡（λ₀／π）｛Ｌ_OR（Ｒ_DBR－Ｌ_OR）｝^1/2
ここで、
λ₀ ：発光素子から主に出射される光の波長
Ｌ_OR ：共振器長
Ｒ_DBR：第１光反射層及び膜厚変調層から構成された凹面鏡部の曲率半径

【発明の効果】

【0008】

本開示の発光素子にあっては、積層構造体と第１光反射層との間に膜厚変調層が設けられているので、積層構造体と対向する第１光反射層の領域、あるいは、第１光反射層と対向する積層構造体の領域において、光学ロスが発生し難い。それ故、発光素子の閾値の上昇、発光効率の低下、発光光の品質低下といった問題の発生を確実に回避することができる。尚、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また、付加的な効果があってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、実施例１の発光素子の模式的な一部端面図、及び、第１光反射層、膜厚変調層及び第１化合物半導体層の模式的な一部端面図である。

【図2】図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、第１光反射層、膜厚変調層及び第１化合物半導体層の模式的な一部端面図である。

【図3】図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための基板等の模式的な一部端面図である。

【図4】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、実施例１の発光素子の光場をシミュレーションした結果、及び、比較例１の発光素子の光場をシミュレーションした結果を示す図である。

【図5】図５Ａ及び図５Ｂは、実施例１の発光素子の光場をシミュレーションした結果を示す図である。

【図6】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、実施例２及びその変形例の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図7】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、実施例２の変形例の発光素子及び実施例３の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図8】図８Ａは、実施例４の発光素子の一部端面図であり、図８Ｂは、図６Ａに示した実施例２の発光素子の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例の一部端面図である。

【図9】図９Ａは、図６Ｂに示した実施例２の発光素子の変形例の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例の一部端面図であり、図９Ｂは、図７Ａに示した実施例２の発光素子の変形例の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例の模式的な一部端面図である。

【図10】図１０は、図７Ｂに示した実施例３の発光素子の構成、構造を、実施例４の発光素子に適用した例の模式的な一部端面図である。

【図11】図１１は、実施例４の発光素子の模式的な一部断面図と、縦モードＡと縦モードＢの２つの縦モードを重ね合わせた図である。

【図12】図１２Ａ及び図１２Ｂは、発光層によって決まるゲインスペクトル内に存在する縦モードを模式的に示す概念図である。

【図13】図１３は、実施例７の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図14】図１４Ａ及び図１４Ｂ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15】図１５は、図１４Ｂに引き続き、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16】図１６は、図１５に引き続き、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17】図１７は、図１６に引き続き、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18】図１８は、図１７に引き続き、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19】図１９は、図１８に引き続き、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20】図２０は、実施例７の発光素子の変形例の積層構造体等の模式的な一部端面図である。

【図21】図２１は、実施例７の発光素子の変形例の積層構造体等の模式的な一部端面図である。

【図22】図２２は、実施例８の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図23】図２３は、実施例９の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図24】図２４は、実施例９の発光素子の変形例の模式的な一部端面図である。

【図25】図２５Ａ及び図２５Ｂは、実施例１０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26】図２６は、実施例１２の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図27】図２７Ａ及び図２７Ｂは、実施例１２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28】図２８の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、従来の発光素子、実施例１２の発光素子及び実施例１５の発光素子における光場強度を示す概念図である。

【図29】図２９は、実施例１３の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図30】図３０は、実施例１４の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図31】図３１は、実施例１５の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図32】図３２は、図３１に示した実施例１５の発光素子の要部を切り出した模式的な一部断面図である。

【図33】図３３は、実施例１６の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図34】図３４は、実施例１７の発光素子の模式的な一部端面図である。

【図35】図３５は、実施例１８の発光素子の模式的な一部断面図である。

【図36】図３６は、実施例１８の発光素子の変形例の発光素子の模式的な一部断面図である。

【図37】図３７は、実施例１１の発光素子において、同一の曲率半径を有する２つの凹面鏡部で挟まれたファブリペロー型共振器を想定したときの概念図である。

【図38】図３８は、ω₀の値と共振器長Ｌ_ORの値と第１光反射層等の凹面鏡部の曲率半径Ｒ_DBRの値の関係を示すグラフである。

【図39】図３９は、ω₀の値と共振器長Ｌ_ORの値と第１光反射層等の凹面鏡部の曲率半径Ｒ_DBRの値の関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、実施例に基づき本開示を説明するが、本開示は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本開示の発光素子、全般に関する説明
２．実施例１（本開示の発光素子）
３．実施例２（実施例１の変形）
４．実施例３（実施例１の別の変形）
５．実施例４（実施例１～実施例３の変形、光吸収材料層を備えた発光素子）
６．実施例５（実施例４の変形）
７．実施例６（実施例４の別の変形）
８．実施例７（実施例１～実施例６の変形、凹面鏡部を有する発光素子、第５－Ａ構成の発光素子）
９．実施例８（実施例７の変形、第５－Ｂ構成の発光素子）
１０．実施例９（実施例７～実施例８の変形、第６構成の発光素子）
１１．実施例１０（実施例９の変形）
１２．実施例１１（実施例７～実施例１０の変形、第１構成の発光素子）
１３．実施例１２（実施例７～実施例１１の変形、第２－Ａ構成の発光素子）
１４．実施例１３（実施例１２の変形、第２－Ｂ構成の発光素子）
１５．実施例１４（実施例１２～実施例１３の変形、第２－Ｃ構成の発光素子）
１６．実施例１５（実施例１２～実施例１４の変形、第２－Ｄ構成の発光素子）
１７．実施例１６（実施例１２～実施例１５の変形）
１８．実施例１７（実施例７～実施例１１の変形、第３－Ａ構成の発光素子、第３－Ｂ構成の発光素子、第３－Ｃ構成の発光素子及び第３－Ｄ構成の発光素子）
１９．実施例１８（実施例７～実施例１７の変形、第４構成の発光素子）
２０．その他

【0011】

〈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、第１光反射層は、光学膜厚ｔ₁を有する第１の薄膜と、光学膜厚ｔ₂（但し、ｔ₂≠ｔ₁）を有する第２の薄膜とが、複数、交互に積層された構造を有しており；膜厚変調層は、少なくとも１層の、光学膜厚ｔ₃（但し、ｔ₃≠ｔ₁）を有する第３の薄膜から構成されている形態とすることができる。そして、この場合、膜厚変調度合いとして、ｔ₃／ｔ₁≧１．１、好ましくは、１．９≧ｔ₃／ｔ₁≧１．１を満足し、又は、ｔ₃／ｔ₁≦０．９、好ましくは、０．１≦ｔ₃／ｔ₁≦０．９を満足することが望ましい。

【0012】

ここで、光学膜厚とは、薄膜の物理的な厚さをｔ_phys、発光素子の発振波長（発光波長）λ₀における薄膜を構成する材料の屈折率をｎ₀としたとき、ｎ₀×ｔ_physで表される。薄膜を構成する材料が変われば屈折率ｎ₀の値が変わるが、薄膜を構成する材料は同じであっても（例えば、薄膜を構成する元素は同じであるが）、組成を変えることで屈折率ｎ₀の値を変えることができるし、あるいは又、薄膜を構成する材料に不純物等を添加することで屈折率ｎ₀の値を変えることもできる。このように異なる屈折率ｎ₀を有する材料を、本願では、『互いに異なる材料』と呼ぶ。

【0013】

そして、上記の各種の好ましい形態において、第１の薄膜は第１の材料から成り；第２の薄膜は、第１の材料とは異なる第２の材料から成る形態とすることができる。

【0014】

更には、以上に説明した好ましい形態において、膜厚変調層は、第３の薄膜と、光学膜厚ｔ₄を有する第４の薄膜とが積層された構造を有する形態とすることができる。そして、この場合、膜厚変調層は、第３の薄膜と第４の薄膜とが、複数、交互に積層された構造を有しており；第３の薄膜の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ₃≠ｔ₁を満足する形態とすることができ、更には、この場合、第４の薄膜の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ₄≠ｔ₂を満足する形態とすることができ、更には、この場合、ｔ₃≠ｔ₁を満足する第３の薄膜、又は、ｔ₄≠ｔ₂を満足する第４の薄膜は、第１光反射層と接している形態とすることができる。更には、これらの形態にあっては、ｔ₃≠ｔ₁を満足する第３の薄膜以外の第３の薄膜は、ｔ₃＝ｔ₁を満足し；ｔ₄≠ｔ₂を満足する第４の薄膜以外の第４の薄膜は、ｔ₄＝ｔ₂を満足する形態とすることができる。更には、これらの形態にあっては、第３の薄膜と第４の薄膜の層数合計は５以下である形態とすることができる。更には、これらの形態にあっては、第３の薄膜は第１の材料から成り；第４の薄膜は第２の材料から成る形態とすることができる。

【0015】

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１光反射層は基板上に形成されている構成とすることができ、この場合、第１光反射層が形成されていない基板の領域上には積層構造体が形成されている構成とすることができる。

【0016】

あるいは又、以上に説明した好ましい形態において、第１光反射層は積層構造体の露出面上に形成されている構成とすることができる。

【0017】

あるいは又、以上に説明した好ましい形態において、第１の材料は化合物半導体材料から成り、第２の材料も化合物半導体材料から成る構成とすることができるし、以上に説明した好ましい形態、構成において、第１の材料は誘電体材料から成り、第２の材料も誘電体材料から成る構成とすることができる。但し、膜厚変調層を構成する材料は、第１化合物半導体層、発光層及び第２化合物半導体層を構成する材料とは異なっていてもよい。

【0018】

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、凹面鏡部を有し、
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。

【0019】

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化合物半導体層の厚さは、第２化合物半導体層の厚さよりも厚い形態とすることができる。

【0020】

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、積層構造体はＧａＮ系化合物半導体から成る形態とすることができる。

【0021】

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、膜厚変調層と第１光反射層との界面あるいは界面近傍において不規則構造（例えば、微細な凹凸、点欠陥や線欠陥、空隙等）が存在する場合がある。ここで、不規則構造は、膜厚変調層に形成されている場合があるし、あるいは又、第１光反射層に形成されている場合があるし、あるいは又、膜厚変調層と第１光反射層とに跨がって形成されている場合もある。尚、これらの３つの場合を総称して、「膜厚変調層と第１光反射層との界面において不規則構造が形成されている」と表現する。具体的には、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あっては、積層構造体と膜厚変調層の界面に凹凸が形成されており、凹凸の表面粗さ二乗平均平方根粗さＲｑは、Ｒｑ≧１ｎｍである形態とすることができる。尚、Ｒｑの上限値として、限定するものではないが、１０ｎｍを挙げることができる。あるいは又、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あっては、積層構造体と膜厚変調層の界面に点欠陥が形成されており、点欠陥の密度は１×１０¹⁷／ｃｍ³以上である形態とすることができる。尚、点欠陥の密度の上限値として、限定するものではないが、１×１０¹⁹／ｃｍ³を挙げることができる。あるいは又、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あっては、積層構造体と膜厚変調層の界面に線欠陥が形成されており、線欠陥の密度として、１×１０⁶／ｃｍ³以上を例示することができる。尚、線欠陥の密度の上限値として、限定するものではないが、１×１０¹¹／ｃｍ³を挙げることができる。あるいは又、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あっては、積層構造体と膜厚変調層の界面に空隙が形成されており、空隙の厚さ［空隙の最大厚さ］（積層構造体と膜厚変調層の最大離間距離）は１０ｎｍ以下である形態とすることができる。尚、空隙の厚さ［空隙の最大厚さ］の下限値として、限定するものではないが、０．２ｎｍを挙げることができる。空隙の構造として、空隙に気体や液体が充填された構造を例示することができる。

【0022】

以下の説明において、発光層（活性層）と対向した第１化合物半導体層の面を第２面と呼び、第２面と対向する面を第１面と呼ぶ。また、発光層と対向した第２化合物半導体層の面を第１面と呼び、第１面と対向する面を第２面と呼ぶ。後述する発光素子製造用基板において、第１化合物半導体層と対向する面を第２面と呼び、第２面と対向する面を第１面と呼ぶ。

【0023】

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。尚、発光素子の構成、構造にも依るが、場合によっては、後述する発光素子製造用基板を除去してもよい。

【0024】

前述したとおり、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、化合物半導体材料多層膜や誘電体材料多層膜から構成される。化合物半導体材料として、例えば、ＧａＮやＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮを例示することができるし、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、これらの化合物半導体材料や誘電体材料の内、屈折率が異なる化合物半導体材料や誘電体材料から成る２種類以上の化合物半導体材料膜や誘電体材料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、ＧａＮ／ＡｌＩｎＮ、ＳｉＯ_X／ＳｉＮ_Y、ＳｉＯ_X／ＴａＯ_X、ＳｉＯ_X／ＮｂＯ_Y、ＳｉＯ_X／ＺｒＯ_Y、ＳｉＯ_X／ＡｌＮ_Y等の多層膜が好ましい。所望の光反射率を得るために、各化合物半導体材料膜や誘電体材料膜を構成する材料、膜厚、積層数等を、適宜、選択すればよい。各化合物半導体材料膜や誘電体材料膜の厚さ（光学膜厚）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１０至３０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。

【0025】

誘電体材料多層膜から構成された光反射層は、周知の方法に基づき形成することができ、具体的には、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＥＣＲプラズマスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法等のＰＶＤ法；各種ＣＶＤ法；スプレー法、スピンコート法、ディップ法等の塗布法；これらの方法の２種以上を組み合わせる方法；これらの方法と、全体又は部分的な前処理、不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等）又はプラズマの照射、酸素ガスやオゾンガス、プラズマの照射、酸化処理（熱処理）、露光処理のいずれか１種以上とを組み合わせる方法等を挙げることができる。化合物半導体材料多層膜から構成された光反射層も、周知の方法に基づき形成することができ、具体的には、後述する各種の化合物半導体層の形成方法を挙げることができる。

【0026】

光反射層は、素子領域（電流注入領域）を覆う限り、大きさ及び形状は特に限定されない。電流注入領域と電流非注入・内側領域との境界の形状、電流非注入・内側領域と電流非注入・外側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、第１光反射層、第２光反射層、電流狭窄層に設けられた開口の平面形状として、具体的には、円形、楕円形、矩形、多角形（三角形、四角形、六角形等）を挙げることができる。また、第１電極の平面形状として環状を挙げることができる。電流注入領域と電流非注入・内側領域との境界の形状、及び、電流非注入・内側領域と電流非注入・外側領域との境界の形状、素子領域、第１光反射層、第２光反射層、電流狭窄層に設けられた開口の平面形状、環状の第１電極の内側環部の平面形状は、相似形であることが望ましく、これらの平面形状が円形の場合、直径５μｍ乃至１００μｍ程度であることが好ましい。尚、「素子領域（電流注入領域）」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。素子領域（電流注入領域）は電流非注入領域によって取り囲まれており、素子領域（電流注入領域）及び電流非注入領域によって電流狭窄領域が規定される。

【0027】

電流狭窄領域を得るためには、第２電極と第２化合物半導体層との間に絶縁材料（例えば、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化合物半導体層をＲＩＥ法等によりエッチングしてメサ構造を形成してもよいし、あるいは又、積層された第２化合物半導体層の一部の層を横方向から部分的に酸化して電流狭窄領域を形成してもよいし、第２化合物半導体層に不純物をイオン注入して導電性が低下した領域を形成してもよいし、あるいは、これらを、適宜、組み合わせてもよい。但し、第２電極は、電流狭窄により電流が流れる第２化合物半導体層の部分と電気的に接続されている必要がある。

【0028】

本開示の発光素子において、積層構造体は、具体的には、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。発光層は、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発光層は、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，Ａｌ_xＧａ_1-xＮ）、（ＧａＮ，Ａｌ_xＧａ_1-xＮ）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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

第２化合物半導体層（第２化合物半導体層の第２面）の表面粗さＲａは、１．０ｎｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａあるいは表面粗さＲｑは、ＪＩＳ Ｂ－６１０：２００１に規定されており、具体的には、ＡＦＭや断面ＴＥＭによる観察に基づき測定することができる。

【0032】

本開示の発光素子は、第１電極及び第２電極を備えている。第１電極は、第１化合物半導体層に電気的に接続されている。また、第２電極は、第２化合物半導体層に電気的に接続されており、具体的には、例えば、第２化合物半導体層の第２面上に形成されている。

【0033】

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。第１電極を第１化合物半導体層の第１面上に形成する場合、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、より発光層側に位置する。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。

【0034】

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電極とは離間しており、即ち、オフセットを有しており、離間距離は１ｍｍ以内である構成とすることができる。第１光反射層内に位置する素子領域（電流注入領域）と第１電極とが平面的に離れると、電流は、第１化合物半導体層中を長い距離、流れることになる。それ故、この電流経路において生ずる電気抵抗を低く抑えるために、離間距離は１ｍｍ以内であることが好ましい。場合によっては、第１光反射層の縁部の上にまで第１電極が形成されている状態、第１電極の縁部の上にまで第１光反射層が形成されている状態を挙げることもできる。ここで、第１電極の縁部の上にまで第１光反射層が形成されている状態とする場合、第１電極は、レーザ発振の基本モード光を出来る限り吸収しないように、或る程度の大きさの開口を有する必要がある。開口の大きさは、基本モードの波長や横方向（第１化合物半導体層の面内方向）の光閉じ込め構造によって変化するので、限定するものではないが、おおよそ発振波長（発光波長）λ₀の数倍あるいはそれ以上のオーダーであることが好ましい。

【0035】

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（ＳｎＯ₂）、ＡＴＯ（ＳｂドープのＳｎＯ₂）、ＦＴＯ（ＦドープのＳｎＯ₂）］、亜鉛系透明導電性材料［具体的には、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ＡｌドープのＺｎＯ（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。透明導電性材料やトンネルジャンクションは、光吸収材料層としても機能するが故に発振波長の制御に効果があるだけでなく（具体的には、後述するように、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）、電気経路（電流経路）も併用することができるという付加的な効果もある。

【0036】

第２電極を透明導電性材料から構成することで、電流を横方向（第２化合物半導体層の面内方向）に広げることができ、効率良く、素子領域（電流注入領域）に電流を供給することができる。第２電極は第２化合物半導体層の第２面上に形成されており、第２電極上に第２光反射層が形成されていることが好ましい。

【0037】

第１電極や第２電極上に、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するために、パッド電極を設けてもよい。パッド電極は、Ｔｉ（チタン）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｄ（パラジウム）から成る群から選択された少なくとも１種類の金属を含む、単層構成又は多層構成を有することが望ましい。あるいは又、パッド電極を、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕの多層構成、Ｔｉ／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。

【0038】

積層構造体は、発光素子製造用基板の第２面上に形成される。発光素子製造用基板として、ＧａＮ基板、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、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、最終的に発光素子製造用基板を残す場合、斯かる発光素子製造用基板として、ＧａＮ基板やＧａＡｓ基板といった化合物半導体基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ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方位面、あるいは、これらを特定方向にオフさせた面等を用いることもできる。

【0039】

本開示の発光素子の製造においては、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発光層、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、第１化合物半導体層上に発光層、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、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。そして、これによって、第１化合物半導体層（第１化合物半導体層の第１面）や第１光反射層が露出する。

【0040】

あるいは又、発光素子製造用基板を除去する場合、例えば、発光素子製造用基板上に第１光反射層、膜厚変調層及び第１化合物半導体層を形成し、第１化合物半導体層上に発光層、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、第１光反射層をストッパ層として、発光素子製造用基板を除去すればよい。具体的には、例えば、発光素子製造用基板上に第１光反射層、膜厚変調層及び第１化合物半導体層を形成し、第１化合物半導体層上に発光層、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、第１光反射層をストッパ層として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）及び第１光反射層を露出させればよい。更には、第１化合物半導体層（第１化合物半導体層の第１面）の上に第１電極を形成すればよい。あるいは又、発光素子製造用基板の除去レート（研磨レート）に基づいて除去量を制御すれば、ストッパ層を用いなくてもよい。

【0041】

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、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。

【0042】

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。被覆層の形成は、周知の方法に基づき行うことができる。被覆層を構成する材料の屈折率は、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。被覆層を構成する絶縁材料として、ＳｉＯ₂を含むＳｉＯ_X系材料、ＳｉＮ_X系材料、ＳｉＯ_XＮ_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0043】

実施例１は、本開示の発光素子に関する。実施例１あるいは後述する実施例２～実施例１８の発光素子は、構造に依るが、より具体的には、第２化合物半導体層の頂面から第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（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成り、あるいは又、第１化合物半導体層の頂面から第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）から成る。

【0044】

模式的な一部端面図を図１Ａに示し、第１光反射層及びその近傍の模式的な一部端面図を図１Ｂ、図２Ａ、図２Ｂに示すように、実施例１の発光素子は、第１光反射層４１、積層構造体２０及び第２光反射層４２が積層されて成る。そして、積層構造体２０は、第１光反射層４１側から、第１化合物半導体層２１、発光層（活性層）２３及び第２化合物半導体層２２が積層されて成る。更には、積層構造体２０からの光は、第１光反射層４１又は第２光反射層４２を介して（実施例１にあっては、第２光反射層４２を介して）、外部に出射される。また、第１光反射層４１は、少なくとも２種類の薄膜が、複数、交互に積層された構造を有しており、積層構造体２０と第１光反射層４１との間には、膜厚変調層８０が設けられている。

【0045】

より具体的には、実施例１の発光素子あるいは後述する実施例２～実施例１８の発光素子は、
（Ａ）第１面２１ａ、及び、第１面２１ａと対向する第２面２１ｂを有し、第１導電型（具体的には、ｎ型）を有する厚さ４ｎｍの第１化合物半導体層２１、
第１化合物半導体層２１の第２面２１ｂと面する発光層（活性層）２３、並びに、
発光層２３と面する第１面２２ａ、及び、第１面２２ａと対向する第２面２２ｂを有し、第２導電型（具体的には、ｐ型）を有する厚さ１００ｎｍの第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、
（Ｂ）第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ側に配設された第１光反射層４１、並びに、
（Ｃ）第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂ側に配設された第２光反射層４２、
を備えている。第１化合物半導体層２１の厚さは、第２化合物半導体層２２の厚さよりも厚い。

【0046】

そして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａから或る深さまでの第１光反射層４１の領域、積層構造体２０（第１化合物半導体層２１、発光層２３及び第２化合物半導体層２２）、並びに、第２化合物半導体層２２の第２面２２ｂから或る深さまでの第２光反射層４２の領域によって、共振器が構成される。

【0047】

尚、以下の説明において、便宜上、２つの光反射層によって形成される共振器の中心を通る軸線をＺ軸とし、Ｚ軸と直交する仮想平面をＸＹ平面と呼ぶ場合がある。

【0048】

導電性を有するＧａＮ基板といった化合物半導体基板から成る発光素子製造用基板１１の第１面１１ａは、例えば、｛０００１｝面を主面として有する。発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ上に形成された第１化合物半導体層２１はｎ－ＧａＮ層から成り、発光層（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５重の多重量子井戸構造から成り、第２化合物半導体層２２はｐ－ＧａＮ層から成る。第１電極３１は、発光素子製造用基板１１の第１面１１ａの上に形成されている。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１光反射層４１及び第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１電極３１はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから成り、第２電極３２は、透明導電性材料、具体的には、ＩＴＯから成る。第１電極３１の縁部の上には、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するための、例えばＴｉ／Ｐｄ／Ａｕから成るパッド電極（図示せず）が形成あるいは接続されている。第２電極３２の縁部の上には、外部の電極あるいは回路と電気的に接続するための、例えば、Ｐｄ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕやＴｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕから成るパッド電極３３が形成あるいは接続されている。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（ＸＹ平面に正射影したときの平面形状）は円形である。第２光反射層４２は、ＳｉＮ層とＳｉＯ₂層の積層構造（誘電体膜の積層総数：２０層）から成る。第１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。

【0049】

実施例１の発光素子において、第１光反射層４１は、光学膜厚ｔ₁を有する第１の薄膜４１Ａと、光学膜厚ｔ₂（但し、ｔ₂≠ｔ₁）を有する第２の薄膜４１Ｂとが、複数、交互に積層された構造を有している。また、膜厚変調層８０は、少なくとも１層の、光学膜厚ｔ₃（但し、ｔ₃≠ｔ₁）を有する第３の薄膜から構成されている。ここで、第１の薄膜４１Ａは第１の材料から成り、第２の薄膜４１Ｂは、第１の材料とは異なる第２の材料から成る。具体的には、第１の材料はＳｉＮであり、第２の材料はＳｉＯ₂である。即ち、第１の材料は誘電体材料から成り、第２の材料も誘電体材料から成る。このように、膜厚変調層を構成する材料は、第１化合物半導体層２１、発光層２３及び第２化合物半導体層２２を構成する材料とは異なっていてもよい。そして、膜厚変調度合いとして、ｔ₃／ｔ₁≧１．１、又は、ｔ₃／ｔ₁≦０．９を満足する。例えば、第１の薄膜４１Ａの層数を１４、第２の薄膜４１Ｂの層数を１４とした。

【0050】

場合によっては、膜厚変調層８０は、第３の薄膜８１と、光学膜厚ｔ₄を有する第４の薄膜８２とが積層された構造を有する。更には、膜厚変調層８０は、第３の薄膜８１と第４の薄膜８２とが、複数、交互に積層された構造を有しており、第３の薄膜８１の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ₃≠ｔ₁を満足する。更には、場合によっては、第４の薄膜８２の内、少なくとも１層の光学膜厚は、ｔ₄≠ｔ₂を満足する。尚、ｔ₃≠ｔ₁を満足する第３の薄膜を、参照番号８１Ａで表し、便宜上、『第３Ａの薄膜８１Ａ』と呼び、それ以外の第３の薄膜を、参照番号８１Ｂで表し、便宜上、『第３Ｂの薄膜８１Ｂ』と呼ぶ。また、ｔ₄≠ｔ₂を満足する第４の薄膜を、参照番号８２Ａで表し、便宜上、『第４Ａの薄膜８２Ａ』と呼び、それ以外の第４の薄膜を、参照番号８２Ｂで表し、便宜上、『第４Ｂの薄膜８２Ｂ』と呼ぶ。更には、ｔ₃≠ｔ₁を満足する第３Ａの薄膜８１Ａ、又は、ｔ₄≠ｔ₂を満足する第４Ａの薄膜８２Ａは、第１光反射層４１と接している。また、ｔ₃≠ｔ₁を満足する第３Ａの薄膜８１Ａ以外の第３Ｂの薄膜８１Ｂは、ｔ₃＝ｔ₁を満足し、ｔ₄≠ｔ₂を満足する第４Ａの薄膜８２Ａ以外の第４Ｂの薄膜８２Ｂは、ｔ₄＝ｔ₂を満足する。第３の薄膜８１と第４の薄膜８２の層数合計は５以下である。第３の薄膜８１は第１の材料から成り、第４の薄膜８２は第２の材料から成る。具体的には、実施例１において、各薄膜の膜厚等は、例えば、以下の表１のとおりであるが、これらの値に限定するものではない。λ₀＝４３５ｎｍである。

【0051】

【表1】

【0052】

ここで、図１Ｂに示す例では、膜厚変調層８０は１層の第３Ａの薄膜８１Ａから成る。また、図２Ａに示す例では、膜厚変調層８０は、第１化合物半導体層２１の側から、第３Ｂの薄膜８１Ｂ、第４Ｂの薄膜８２Ｂ及び第３Ａの薄膜８１Ａの３層から成る。更には、図２Ｂに示す例では、膜厚変調層８０は、第１化合物半導体層２１の側から、第３Ａの薄膜８１Ａ、第４Ｂの薄膜８２Ｂ、第３Ｂの薄膜８１Ｂ及び第４Ａの薄膜８２Ａの４層から成る。但し、これらの膜厚変調層８０の構成は例示であり、適宜、変更することができる。以下の表２、表３、及び表４に、種々の膜厚変調層８０の構成を示す。尚、これらの表において、「３Ａ」は第３Ａの薄膜８１Ａを意味し、「３Ｂ」は第３Ｂの薄膜８１Ｂを意味し、「４Ａ」は第４Ａの薄膜８２Ａを意味し、「４Ｂ」は第４Ｂの薄膜８２Ｂを意味し、「第１光反射層」の欄における「１」は第１の薄膜４１Ａを意味し、「２」は第２の薄膜４１Ｂを意味する。

【0053】

【表2】

【0054】

【表3】

【0055】

【表4】

【0056】

更には、実施例１の発光素子において、第１光反射層４１は基板（発光素子製造用基板１１）上に形成されており、第１光反射層４１が形成されていない基板（発光素子製造用基板１１）の領域上には積層構造体２０が形成されている。

【0057】

以下、積層構造体等の模式的な一部端面図である図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃを参照して、実施例１の発光素子の製造方法を説明する。

【0058】

［工程－１００］
先ず、発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ上に、スパッタリング法や真空蒸着法といった周知の方法に基づき、第１光反射層４１を形成する。更に、スパッタリング法や真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法といった周知の方法に基づき、膜厚変調層８０を形成する。そして、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に基づき、膜厚変調層８０及び第１光反射層４１の不要な部分を除去して、所望の形状を有する第１光反射層４１及び膜厚変調層８０を得る（図３Ａ参照）。第１光反射層４１及び膜厚変調層８０は平坦な形状を有する。

【0059】

［工程－１１０］
次に、膜厚変調層８０を含む発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ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。具体的には、
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と面する発光層（活性層）２３、並びに、
発光層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。

【0060】

［工程－１２０］
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３Ｂ参照）。開口部３４Ａを有する絶縁層３４によって、電流狭窄領域（素子領域６１Ａ及び電流非注入領域６１Ｂ）が規定される。即ち、開口部３４Ａによって素子領域６１Ａが規定される。

【0061】

［工程－１３０］
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（素子領域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、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パッド電極３３を形成する（図３Ｃ参照）。次いで、第２電極３２の上からパッド電極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。

【0062】

［工程－１４０］
その後、発光素子製造用基板１１の第１面１１ａ上に、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１電極３１を形成することで、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を得ることができる。こうして、図１Ａに示した構造を得ることができる。

【0063】

［工程－１５０］
その後、所謂素子分離を行うことで発光素子を分離し、積層構造体の側面や露出面を、例えば、ＳｉＯ₂から成る絶縁膜で被覆する。そして、パッケージや封止をすることで、実施例１の発光素子を完成させることができる。

【0064】

実施例１の発光素子の光場をシミュレーションした結果を図４Ａ、図５Ａ及び図５Ｂに示し、膜厚変調層８０が形成されていない発光素子を比較例１の発光素子として、この比較例１の発光素子の光場をシミュレーションした結果を図４Ｂに示す。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂにおいて、横軸は、第１化合物半導体層２１の位置、不規則構造（例えば、微細な凹凸、点欠陥や線欠陥、空隙等）の位置、膜厚変調層８０の位置、第１光反射層４１の位置を示し、縦軸は光場の強さを示し、矩形の線は屈折率を表し、波状の線は光場の強度を表す。膜厚変調層８０は１層の第３Ａの薄膜８１Ａから構成されているとした。図５Ａに示す例では、ｔ₃＝０．７３λ₀であり、図５Ｂに示す例では、ｔ₃＝１．２３λ₀である。また、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂにあっては、第１光反射層４１において、第１の薄膜４１Ａの膜厚ｔ₁＝０．２５λ₀とし、第２の薄膜４１Ｂの膜厚ｔ₂＝０．２５λ₀とした。λ₀は、発光素子から主として出射される光の波長（発振波長、発光波長）である。

【0065】

面発光レーザ素子において、光場は共振器中で強い領域と弱い領域を繰り返す。図４Ｂの比較例１に示すように、膜厚変調層８０が形成されていない場合、第１光反射層４１と積層構造体２０との界面において光場に強い領域が発生し、光場の強い領域の近傍に存在する不規則構造に起因して光学ロスが発生する。然るに、図４Ａ、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、膜厚変調層８０が形成されている実施例１の発光素子にあっては、積層構造体２０と膜厚変調層８０との界面やその近傍に光場の強い領域が形成されないため、たとえ、積層構造体２０と膜厚変調層８０との界面やその近傍に不規則構造があっても光学ロスが発生し難く、発光素子の閾値の上昇、発光効率の低下、発光光の品質低下といった問題の発生を確実に回避することができる。

【0066】

比較例１にあっては、実施例１の［工程－１１０］と同様の工程において、第１光反射層４１を含む発光素子製造用基板１１の第２面１１ｂ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を形成するとき、第１光反射層４１上に形成される積層構造体２０の領域（具体的には、第１光反射層４１と接する第１化合物半導体層２１）に、上述した不規則構造が発生し易く、このような不規則構造が光を吸収したり、光を散乱する結果、光学ロスが発生する。微細な凹凸として、二乗平均平方根粗さＲｑ≧１ｎｍを挙げることができるし、点欠陥の密度として、１×１０¹⁷／ｃｍ³以上を例示することができるし、線欠陥の密度として、１×１０⁶／ｃｍ³以上を例示することができる。また、空隙が、積層構造体と膜厚変調層の界面に存在し、空隙の厚さ（積層構造体と膜厚変調層の離間距離）として１０ｎｍ以下を例示することができる。即ち、不規則構造に関しては、積層構造体と膜厚変調層の界面に凹凸が形成されており、凹凸の表面粗さ二乗平均平方根粗さＲｑは、Ｒｑ≧１ｎｍである場合があるし、あるいは又、積層構造体と膜厚変調層の界面に点欠陥が形成されており、点欠陥の密度は１×１０¹⁷／ｃｍ³以上である場合があるし、あるいは又、線欠陥の密度は１×１０⁶／ｃｍ³以上である場合があるし、あるいは又、積層構造体と膜厚変調層の界面に空隙が形成されており、空隙の厚さは１０ｎｍ以下である場合がある。

【0067】

一方、実施例１の発光素子にあっては、積層構造体２０と膜厚変調層８０との界面やその近傍に不規則構造が発生したとしても、膜厚変調層８０が形成されているので、積層構造体２０と膜厚変調層８０との界面やその近傍に光場の強い領域（腹）が形成されることがない。それ故、発光素子の閾値の上昇、発光効率の低下、発光光の品質低下といった問題の発生を確実に回避することができる。

【実施例0068】

実施例２は、実施例１の変形である。実施例２の発光素子は、より具体的には、第１化合物半導体層２１の頂面から第１光反射層４１を介してレーザ光を出射する面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）から成る。

【0069】

実施例２の発光素子にあっては、模式的な一部断面図を図６Ａに示すように、第２光反射層４２は、金（Ａｕ）層あるいは錫（Ｓｎ）を含む半田層から成る接合層４８を介して、シリコン半導体基板から構成された支持基板４９に半田接合法に基づき固定されている。また、第１光反射層４１は積層構造体２０の露出面上に形成されている。

【0070】

以下、実施例２の発光素子の製造方法を説明する。

【0071】

［工程－２００］
先ず、例えば、実施例１の［工程－１００］～［工程－１３０］と同様の工程とすることで、図１に示す状態（但し、第１電極３１は形成されていない）を得ることができる。

【0072】

［工程－２１０］
その後、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。

【0073】

［工程－２２０］
次いで、発光素子製造用基板１１を除去して、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ及び第１光反射層４１を露出させる。具体的には、先ず、機械研磨法に基づき、発光素子製造用基板１１の厚さを薄くし、次いで、ＣＭＰ法に基づき、発光素子製造用基板１１の残部を除去する。こうして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ及び第１光反射層４１を露出させる。

【0074】

［工程－２３０］
その後、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に第１電極３１を形成する。こうして、図６Ａに示した構造を有する実施例２の発光素子を得ることができる。

【0075】

実施例２の発光素子の製造にあっては、第１光反射層が形成されている状態で発光素子製造用基板を除去する。それ故、第１光反射層が、発光素子製造用基板の除去時に一種のストッパー（ストッパ層）として機能する結果、発光素子製造用基板面内における発光素子製造用基板の除去量のバラツキ、更には、第１化合物半導体層の厚さバラツキの発生を抑制することができ、共振器の長さの均一化を図ることができる結果、得られる発光素子の特性の安定化を達成することができる。しかも、第１光反射層と第１化合物半導体層との界面における第１化合物半導体層の面（平坦面）は平坦であるが故に、平坦面でのレーザ光の散乱を最小限に抑えることができる。

【0076】

以上に説明し、図６Ａに示した発光素子の例では、第１電極３１の端部は第１光反射層４１から離間している。即ち、第１光反射層４１と第１電極３１とは離間しており、云い換えれば、オフセットを有しており、離間距離は１ｍｍ以内、具体的には、例えば、平均０．０５ｍｍである。但し、このような構造に限定するものではなく、第１電極３１の端部が第１光反射層４１と接していてもよいし、第１電極３１の端部が第１光反射層４１の縁部の上に亙り形成されていてもよい。

【0077】

あるいは又、模式的な一部端面図を図６Ｂに示すように、実施例２の発光素子において、第１光反射層４１は積層構造体２０の露出面上に形成されていてもよい。即ち、実施例１の［工程－１００］を省略して、先ず、例えば、実施例１の［工程－１１０］～［工程－１３０］と同様の工程を実行した後、［工程－２１０］、［工程－２２０］を実行して、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させ、次いで、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に、膜厚変調層８０、第１光反射層４１、第１電極３１を形成してもよい。例えば、具体的には、第１の材料をＳｉＯ₂とし、第２の材料をＴａ₂Ｏ₅とした。各薄膜の膜厚等は、以下の表５のとおりであるが、これらの値に限定するものではない。λ₀＝４８８ｎｍである。また、第１の薄膜４１Ａの層数は７、第２の薄膜４１Ｂの層数は７である。

【0078】

【表5】

【0079】

このような、実施例２の発光素子の変形例にあっては、［工程－２２０］において、ＣＭＰ法に基づき、発光素子製造用基板１１の残部を除去し、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａを露出させたとき、たとえ、その露出部の表面近傍に不規則構造が発生したとしても、膜厚変調層８０が形成されているので、膜厚変調層８０と接する第１光反射層４１の界面及びその近傍の領域に光場の強い領域が形成されることがないため、光学ロスを抑制することができる。

【0080】

また、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａ上に第１光反射層４１を形成する際、第１化合物半導体層２１をエッチングして、第１化合物半導体層２１の第１面２１ａに凹部を形成し、この凹部に第１光反射層４１を形成してもよい（図７Ａ参照）。尚、第１化合物半導体層２１に形成された傾斜部を参照番号４１ａで示す。