发光元件、发光元件单元、电子设备、发光装置、感测装置和通信装置的制作方法

1.本公开涉及发光元件，更具体地，涉及包括表面发光激光元件(vcsel)的发光元件、包括该发光元件的发光元件单元、电子设备、发光装置、感测装置以及通信装置。


背景技术：

2.例如，在包括wo2018/083877a1中公开的表面发光激光元件的发光元件中，通过使激光在两个光反射层(分布式bragg反射层(dbr层))之间共振而发生激光振荡。此外，在具有层压n型化合物半导体层(第一化合物半导体层)、包括化合物半导体的活性层(发光层)、以及p型化合物半导体层(第二化合物半导体层)的层压结构的表面发光激光元件中，包括透明导电材料的第二电极形成在p型化合物半导体层上，并且第二光反射层形成在第二电极上。此外，第一光反射层和第一电极形成在n型化合物半导体层上(在n型化合物半导体层形成在导电衬底上的情况下，在衬底的暴露表面上)。应注意，在本说明书中，“上方”的概念可表示相对于活性层远离活性层的方向，“下方”的概念可表示相对于活性层朝向活性层的方向，并且“凸”和“凹”的概念可表示活性层。此外，正投影图像是在层压结构上的正投影图像(如稍后将描述的)。
3.在发光元件中，发射激光通常需要高直度，即，窄发射角(辐射角)。随着发射角更窄，在激光耦接至另一光学系统时泄漏至外部的激光的比例减小，并且耦接效率增加。此外，所使用的光学系统也可以小且简化，并且变得易于在没有诸如透镜的外部光学系统的情况下照射远处的位置。此外，当发射的激光被会聚时，聚焦深度深，并且因此可以减轻对各种组件的位置精度等的要求。
4.引用列表
5.专利文献
6.专利文献1：wo2018/083877a1。


技术实现要素：

7.本发明要解决的问题
8.然而，在获得具有高直度的发光元件的情况下，需要在光学和电学上有效地扩大限制区域。在上述wo2018/083877a1中公开的技术中，第一光反射层具有凹面镜结构，并且因此，具有减小的横向扩散的光场定位在元件区域中(如后面将描述的)以获得激光振荡。然后，通过将光限制在较窄的区域中来实现低功耗。然而，光限制区域较宽。因此，在一些情况下，发射角变大，远场图案(ffp)变为例如几度，并且不满足诸如窄发射角的要求。此外，当从发光元件本身发出的光具有某种形状(图形、图案等)时，可以简化包括这种发光元件的电子器件等的配置和结构。
9.因此，本公开的第一目的是提供具有窄发射角(辐射角)的发光元件和包括该发光元件的发光元件单元。此外，本公开的第二目的是提供发射的光本身具有一定形状的发光
元件。此外，目的是提供一种电子设备、发光装置、感测装置和通信装置。
10.问题的解决方案
11.提供了根据本公开的第一方面或第二方面的用于实现上述第一目的或第二目的的发光元件，发光元件包括：
12.层压结构，其中层压第一化合物半导体层、活性层、和第二化合物半导体层，第一化合物半导体层具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面，活性层面向第一化合物半导体层的第二表面，以及第二化合物半导体层具有面向活性层的第一表面以及与第一表面相对的第二表面；
13.第一光反射层，形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上；
14.第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上；
15.第一电极，电连接至第一化合物半导体层；以及
16.第二电极，电连接至第二化合物半导体层，其中
17.电流限制区域，被设置以控制电流流入活性层。
18.此外，在根据本公开的第一方面的发光元件中，当穿过由电流限制区域包围的电流注入区域的中心的层压结构的厚度方向上的轴被定义为z轴，与z轴正交的方向被定义为x方向，并且与x方向和z轴正交的方向被定义为y方向时，电流注入区域具有长边方向在y方向上延伸的细长平面形状。
19.此外，在根据本公开的第二方面的发光元件中，由电流限制区包围的电流注入区域的平面形状包括选自由环形形状、部分切割的环形形状、由曲线包围的形状、由多个线段包围的形状、以及由曲线和线段包围的形状组成的组中的至少一种类型的形状。
20.提供了用于实现上述第一目的的本公开的发光元件单元，该发光元件单元是包括多个发光元件的发光元件单元，
21.每个发光元件包括根据本公开的第一方面的发光元件，以及
22.多个发光元件在x方向上彼此分开布置。
23.提供了本公开的电子设备或发光装置，包括：根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件或本公开的发光元件单元。
24.本发明提供一种感测装置，该感测装置包括：
25.光发射装置，包括根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件或本公开的发光元件单元；以及
26.光接收装置，接收从光发射装置发射的光。
27.本公开提供了一种通信装置，包括：
28.根据本公开的第二方面的包括多种类型的发光元件的光发射装置；以及
29.光接收装置，接收从光发射装置发射的光。
附图说明
30.图1是实施例1的发光元件的示意性部分端部视图。
31.图2的(a)是示意性地示出构成实施例1的发光元件的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态的示图，图2的(b)和(c)是沿着图2的(a)中的箭头b-b和箭头c-c的实施例1的发光元件的示意性部分端部视图。
32.图3的(a)、(b)和(c)与图2的(a)、(b)和(c)基本相同，并且是写入各种参数的示图。
33.图4是实施例1的发光元件的变形例-1的示意性部分端部视图。
34.图5是实施例1的发光元件的变形例-2的示意性部分端部视图。
35.图6是实施例1的发光元件的变形例-3的示意性部分端部视图。
36.图7是实施例1的发光元件的变形例-4的示意性部分端部视图。
37.图8是示意性地示出构成实施例2的发光元件的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态的示图。
38.图9是示意性地示出构成实施例2的发光元件的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态的示图。
39.图10的(a)是示意性示出构成实施例2的发光元件的变形例-1的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态的示图，图10的(b)和(c)是沿着图10的(a)中的箭头b-b和箭头c-c的实施例2的发光元件的变形例-1的示意性部分端部视图。
40.图11的(a)是示意性示出构成实施例2的发光元件的变形例-2的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态的示图，图11的(b)是沿着图11的(a)中的箭头b-b的实施例2的发光元件的变形例-2的示意性部分端部视图。
41.图12是实施例3的发光元件的示意性部分端部视图。
42.图13a和图13b是示意性地示出构成实施例4的发光元件单元的发光元件中的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态的示图。
43.图14是实施例4的发光元件单元的示意性部分端部视图。
44.图15是实施例4的发光元件单元的变形例-1的示意性部分端部视图。
45.图16是实施例5的发光元件的示意性部分端部视图。
46.图17的(a)、(b)、(c)和(d)是示意性示出构成实施例5的发光元件的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态的示图。
47.图18的(a)是示意性地示出构成实施例5的发光元件的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态的示图，图18的(b)是示意性地示出构成实施例5的发光元件的电流注入区域和电流限制区域的布置状态的示图。
48.图19的(a)、(b)、(c)、(d)和(e)是示意性示出构成实施例5的发光元件的电流注入区域的平面形状的示图。
49.图20是实施例7的发光元件的示意性部分端部视图。
50.图21a和图21b是用于描述实施例1的发光元件的制造方法的层压结构等的示意性部分端部视图。
51.图22是用于描述制造实施例1的发光元件的方法的层压结构等的示意性部分端部视图，接续图21b。
52.图23是用于描述制造实施例1的发光元件的方法的层压结构等的示意性部分端部视图，接续图22。
53.图24a、图24b和图24c是用于描述制造实施例1的发光元件的方法的第一化合物半导体层等的示意性部分端部视图，接续图23。
54.图25a、图25b和图25c是用于描述制造实施例3的发光元件的方法的层压结构等的
示意性部分端部视图。
55.图26a、图26b和图26c是用于描述制造实施例3的发光元件的方法的层压结构等的示意性部分端部视图。
56.图27a和图27b是用于描述制造实施例3的发光元件的方法的层压结构等的示意性部分端部视图，接续图25c。
57.图28是实施例7的发光元件的示意性局部截面视图，和纵向模式a和纵向模式b两种纵向模式重叠的示图。
58.图29a和图29b是示意性地示出由活性层确定的增益谱中的纵向模式的概念图。
具体实施方式
59.在下文中，将参考附图基于实施例描述本公开，但是本公开不限于实施例，并且实施例中的各种数值和材料是实例。注意，将按照以下顺序给出描述。
60.1.根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件、本公开的发光元件单元等的一般描述
61.2.实施例1(根据本公开的第一方面的发光元件)
62.3.实施例2(实施例1的变形例)
63.4.实施例3(实施例1和2的变形例)
64.5.实施例4(本公开的发光元件单元)
65.6.实施例5(根据本公开的第二方面的发光元件)
66.7.实施例6(实施例1至5的变形例)
67.8.实施例7(实施例1至6的变形例)
68.9.实施例8(实施例7的变形例)
69.10.实施例9(实施例7的另一变形例)
70.11.实施例10(根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件和本公开的发光元件单元的应用)
71.12.实施例11(根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件和本公开的发光元件单元的应用)
72.13.实施例12(根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件和本公开的发光元件单元的应用)
73.14.其他
74.《根据本公开的第一方面和第二方面的发光元件、本公开的发光元件单元等的一般描述》
75.在根据本公开的第一方面的发光元件中，当电流注入区域沿y方向的宽度是l
max-y
并且沿x方向的宽度是l
min-x
时，
76.可以满足l
max-y
/l
min-x
≥3，
77.并且优选地，
78.可以满足l
max-y
/l
min-x
≥20。
79.注意，在电流注入区域的沿y方向的宽度l
max-y
和沿x方向的宽度l
min-x
存在变化、波动或改变的情况下，或者在宽度l
min-x
改变的情况下，仅需要宽度的平均值为l
max-y
和l
min-x
。
以下同样适用。
80.在包括上述优选方面的根据本公开的第一方面的发光元件中，第一光反射层可具有朝向远离活性层的方向的凸形形状，并且第二光反射层可具有平坦形状。然后，在这种情况下，不限制沿z轴的谐振器长度l
or
，并且其实施例包括1
×
10-5
m≤l
or
≤5
×
10-5
m。
81.在此，参考第一化合物半导体层的第二表面，在其上形成第一光反射层的基底表面的第一部分(如稍后将描述的)具有向上凸起的形状。基底表面的第一部分外部的部分被称为第二部分，并且第二部分相对于第一化合物半导体层的第二表面是平坦的或朝向第二表面凹入的。基底表面的第二部分也可以被称为外围区域。第一光反射层的延伸部分可形成在基底表面的第二部分中，或者第一光反射层可不形成在第二部分中。
82.当基底表面的第一部分或第二部分沿xz虚拟平面切割时由基底表面的第一部分或第二部分绘制的形状(图形)可以是圆的一部分、抛物线的一部分、正弦曲线的一部分、椭圆的一部分或链曲线的一部分。形状(图形)可以不严格地是圆的一部分，可以不严格地是抛物线的一部分，可以不严格地是正弦曲线的一部分，可以不严格地是椭圆的一部分，和可以不严格地是链曲线的一部分。换言之，“基本是圆的一部分、基本是抛物线的一部分、基本是正弦曲线的一部分、基本是椭圆的一部分、以及基本是链曲线的一部分”的情况也包括在“形状是圆的一部分、抛物线的一部分、正弦曲线的一部分、椭圆的一部分、或链曲线的一部分”的情况中。这些曲线的一部分可由线段替代。由基底表面绘制的形状(图形)可以通过用测量仪器测量基底表面的形状并且基于最小二乘法分析所获得的数据来获得。
83.此外，当基底表面的第一部分沿着yz虚拟平面被切割时由顶部部分绘制的形状(图形)可以是线段、从线段的一端和另一端延伸的圆的一部分、抛物线的一部分、正弦曲线的一部分、椭圆的一部分以及链曲线的一部分。当沿着yz虚拟平面切割基底表面的平坦的第二部分时的线段以及当沿着yz虚拟平面切割基底表面的第一部分时由顶部绘制的形状(图形)的线段的一部分，可以彼此平行。
84.优选的是，在沿着xz虚拟平面切割基底表面的第一部分时由凸部绘制的形状的中心部分的曲率半径r1满足1.5
×
10-5
m≤r1≤1
×
10-3
m，并且优选地，满足3
×
10-5
m≤r1≤1.5
×
10-4
m。
85.基底表面的第二部分可以是平坦的或者可以是朝向第一化合物半导体层的第二表面凹入的。在后一种情况下，在沿着xz虚拟平面切割时，期望基底表面的第二部分的中心部分的曲率半径r2为1
×
10-6
m以上，优选地为3
×
10-6
m以上，更优选地为5
×
10-6
m以上。
86.这里，期望第一部分到第二部分可彼此区分。换言之，当基底表面由z＝f(x，y)表示时，基底表面上的微分值可以通过和获得。术语“平滑”是分析术语。例如，当实变量函数f(x)在a＜x＜b中可微分并且f’(x)是连续的时，可以认为基底表面在表达式中是连续可微分的，并且被表达为光滑的。然后，基底表面中存在从第一部分到第二部分的拐点的部分是第一部分和第二部分之间的边界。
[0087]“从第一部分/第二部分的周边部分至中心部分”的形状可以是(a)“向上凸起的形状/向下凸起的形状”，(b)“从向上凸起的形状/向下凸起的形状延续至线段”，(c)“从向上凸起的形状/向上凸起的形状延续至向下凸起的形状”，(d)“从向上凸起的形状/向上凸起的形状延续至向下凸起的形状和线段”，(e)“从向上凸起的形状/线段延续至向下凸起的形状”，(f)“从向上凸起的形状/线段延续至向下凸起的形状和线段”。注意，在发光元件中，基
底表面可以终止于第二部分的中心部分。
[0088]
此外，在包括上述优选方面的根据本公开的第一方面的发光元件中，第一光反射层的平面形状可以是近似电流注入区域的平面形状的形状(近似形状)。
[0089]
此外，在包括上述优选方面的根据本公开的第一方面的发光元件中，yz虚拟平面中的光的发射角θy可以是2度以下。xz虚拟平面中的光的发射角由θ
x
表示。只需要获得发光元件的ffp，当假设发光元件沿yz虚拟平面切割时，发射角θy只需要通过已知方法从yz虚拟平面上的ffp中获得，或者当假设发光元件沿xz虚拟平面切割时，发射角θ
x
只需要通过已知方法从xz虚拟平面上的ffp中获得。发射角是当获得ffp的光束分布中的最大光强度的半峰全宽的光强度时的发射角。
[0090]
此外，在包括上述优选方面的根据本公开的第一方面的发光元件中，电流注入区域的平面形状可以是椭圆形。这里，椭圆形是包括两条平行的线段、连接两条线段的一端部的半圆和连接两条线段的另一端部的半圆的形状。这两个线段也可以用两条曲线替换。
[0091]
可替代地，在包括上述优选方面的根据本公开的第一方面的发光元件中，电流注入区域的平面形状可以是矩形形状。然后，在这样的配置中，包括与电流注入区域的x方向平行的边的侧表面可以与电流限制区域接触，包括与电流注入区域的x方向平行的边的端面可以与例如大气接触，或者包括与电流注入区域的x方向平行的边的端面可以与在其上在y方向上交替地布置第一电介质层和第二电介质层的层(层压膜)接触。例如，层压膜的外表面可以与电流限制区接触，或者可以与大气接触。此外，在这些配置中，平行于电流注入区域的y方向的边可以包括线段或曲线。
[0092]
在根据本公开的第二方面的发光元件中，电流注入区域的平面形状可包括字符或图形。
[0093]
在本公开的发光元件单元中，当在每个发光元件中的电流注入区域沿y方向的宽度是l
max-y
并且沿x方向的宽度是l
min-x
时，
[0094]
可以满足l
max-y
/l
min-x
≥3，
[0095]
并且优选地，
[0096]
可以满足l
max-y
/l
min-x
≥20，
[0097]
以及
[0098]
当多个发光元件沿x方向的阵列间距为p
x
时，
[0099]
可以满足p
x
/l
min-x
≥1.5，
[0100]
以及
[0101]
优选地，
[0102]
可以满足p
x
/l
min-x
≥5。
[0103]
在包括上述优选方面的本公开的发光元件单元中，
[0104]
在整个发光元件单元中，
[0105]
在yz虚拟平面中的光的发射角θy'可以是2度以下，以及
[0106]
在xz虚拟平面中的光的发射角θ
x
'可为0.1度以下。
[0107]
此外，在包括上述优选方面的本公开的发光元件单元中，第一电极可以为多个发光元件共用，并且第二电极可以单独设置在每个发光元件中，或者第一电极可以为多个发光元件共用，并且第二电极可以为多个发光元件共用。
[0108]
此外，在包括上述优选方面和配置的本公开的发光元件中，在一个方向(例如，第一方向)延伸的多个凹槽部分可形成在第二电极中，以便控制从发光元件发射的光的偏振状态。具体地，在第一方向延伸的多个凹槽部被包括在与第二电极的厚度方向正交的虚拟平面中(在xy虚拟平面中)。在凹槽部分的形成间距p0显著小于入射光的波长λ0的情况下，在平行于凹槽部分的延伸方向(第一方向)的平面上振动的光在凹槽部分中被选择性地反射和吸收。在此，将凹槽部分的线部与线部之间的距离(空间部分之间的沿第二方向的距离)设定为凹槽部分的形成间距p0。然后，到达凹槽部分的光(电磁波)包括纵向偏振分量和横向偏振分量，但是已经穿过凹槽部分的电磁波变成纵向偏振分量占主导的线性偏振光。这里，在考虑集中于可见光波长范围的情况下，在凹槽部分的形成间距p0显著小于入射到凹槽部分上的光(电磁波)的有效波长λ
eff
的情况下，偏向平行于第一方向的平面的偏振分量被凹槽部分的表面反射或吸收。另一方面，当具有偏向平行于第二方向的平面的偏振分量的光入射在凹槽部分上时，传播通过凹槽部分的表面的电场(光)以与来自凹槽部分的背面的入射波长相同的波长和相同的偏振取向通过(发射)。这里，当基于空间部分中存在的物质获得的平均折射率是n
ave
时，有效波长λ
eff
由(λ0/n
ave
)表示。平均折射率n
ave
是通过将折射率与存在于空间部分中的物质的体积的乘积相加并且将该乘积除以空间部分的体积而获得的值。在波长λ0的值恒定的情况下，有效波长λ
eff
的值随着n
ave
的值减小而增大，因此形成间距p0的值可增加。另外，n
ave
的值越大，则凹槽部分中的光透射率越低，并且消光比越低。
[0109]
在根据包括上述优选方面和配置的本公开的第一方面和第二方面的发光元件(下文中称为“本公开中的发光元件等”)中，层压结构可包括选自由gan基化合物半导体、inp基化合物半导体和gaas基化合物半导体组成的组中的至少一种类型的材料。具体地，层压结构的实施例包括：(a)包括gan基化合物半导体的构造，(b)包括inp基化合物半导体的构造，(c)包括gaas基化合物半导体的构造，(d)包括gan基化合物半导体和inp基化合物半导体的构造，(e)包括gan基化合物半导体和gaas基化合物半导体的构造，(f)包括inp基化合物半导体和gaas基化合物半导体的构造，以及(g)包括gan基化合物半导体、inp基化合物半导体和gaas基化合物半导体的构造。
[0110]
在本公开的发光元件等中，层压结构的热导率值可高于第一光反射层的热导率值。构成第一光反射层的介电材料的热导率值通常约为10瓦特/(m
·
k)以下。另一方面，构成层压结构的gan基化合物半导体的热导率值为约50瓦特/(m
·
k)至约100瓦特/(m
·
k)或100瓦特/(m
·
k)以下。
[0111]
在本公开的发光元件等中，在各种化合物半导体层(包括化合物半导体衬底)存在于活性层与第一光反射层之间的情况下，构成各种化合物半导体层(包括化合物半导体衬底)的材料优选不具有10％以上的折射率的调制(基于层压结构的平均折射率不存在10％以上的折射率差)，并且因此，可以抑制谐振器中的光场的干扰的发生。
[0112]
本公开的发光元件等可构成经由第一光反射层发射激光的表面发光激光元件(垂直腔表面发射激光器(vcsel))，或者还可构成经由第二光反射层发射激光的表面发光激光元件。在一些情况下，可以去除发光元件制造衬底(如后面将描述的)。
[0113]
在本公开的发光元件等中，具体地，如上所述，层压结构可包括例如alingan基化合物半导体。这里，alingan基化合物半导体的更具体的实施例包括gan、algan、ingan和alingan。此外，这些化合物半导体可以根据需要包含硼(b)原子、铊(tl)原子、砷(as)原子、
磷(p)原子或锑(sb)原子。活性层优选具有量子阱结构。具体地，可以设置单量子阱结构(sqw结构)，或者可以设置多量子阱结构(mqw结构)。具有量子阱结构的活性层具有层压至少一个阱层和一个势垒层的结构，并且组合(构成阱层的化合物半导体和构成势垒层的化合物半导体)的实施例包括(inyga
(1-y)
n，gan)，(inyga
(1-y)
n，inzga
(1-z)
n)(其中y》z)以及(inyga
(1-y)
n，algan)。第一化合物半导体层可包括第一导电类型(例如，n型)化合物半导体，并且第二化合物半导体层可包括不同于第一导电类型的第二导电类型(例如，p型)的化合物半导体。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层也被称为第一包覆层和第二包覆层。第一化合物半导体层和第二化合物半导体层可以是单结构层、多层结构层或超晶格结构层。此外，也可以使用包括组分梯度层和浓度梯度层的层。
[0114]
可替代地，构成层压结构的iii族原子的实施例包括镓(ga)、铟(in)和铝(al)，并且构成层压结构的v族原子的实施例包括砷(as)、磷(p)、锑(sb)和氮(n)。其具体实施例包括alas、gaas、algaas、alp、gap、gainp、alinp、algainp、alasp、gaasp、algaasp、alinasp、gainasp、alinas、gainas、algainas、alassb、gaassb、algaassb、aln、gan、inn、algan、ganas和gainnas。构成活性层的化合物半导体的具体实施例包括gaas、algaas、gainas、gainasp、gainp、gasb、gaassb、gan、inn、gainn、gainnas以及gainnassb。
[0115]
量子阱结构的实施例包括二维量子阱结构、一维量子阱结构(量子细线)和零维量子阱结构(量子点)。构成量子阱的材料的实施例包括si；se；cigs(cuingase)、cis(cuinse2)、cuins2、cuals2、cualse2、cugas2、cugase2、agals2、agalse2、agins2和aginse2，其为黄铜矿基化合物；钙钛矿基材料；gaas、gap、inp、algaas、ingap、algainp、ingaasp、gan、inas、ingaas、gainnas、gasb和gaassb，它们是iii-v族化合物；cdse、cdses、cds、cdte、in2se3、in2s3、bi2se3、bi2s3、znse、znte、zns、hgte、hgs、pbse、pbs和tio2；等等，但不限于此。
[0116]
层压结构形成在发光元件制造衬底的第二表面上或者形成在化合物半导体衬底的第二表面上。应注意，发光元件制造衬底或化合物半导体衬底的第二表面与第一化合物半导体层的第一表面相对，并且发光元件制造衬底或化合物半导体衬底的第一表面与发光元件制造衬底或化合物半导体衬底的第二表面相对。发光元件制造衬底的实施例包括gan衬底、蓝宝石衬底、gaas衬底、sic衬底、氧化铝衬底、zns衬底、zno衬底、aln衬底、limgo衬底、ligao2衬底、mgal2o4衬底、inp衬底、si衬底以及在这些衬底的表面(主表面)上形成基底层或缓冲层的衬底，但是由于低缺陷密度，优选使用gan衬底。此外，化合物半导体衬底的实施例包括gan衬底、inp衬底、以及gaas衬底。虽然已知诸如gan衬底的极性/非极性/半极性的特性根据生长表面而变化，但是gan衬底的任何主表面(第二表面)可以用于形成化合物半导体层。此外，关于gan衬底的主表面，根据晶体结构(例如，立方体晶体类型、六边形晶体类型等)，还可以使用被称为所谓的a平面、b平面、c平面、r平面、m平面、n平面、s平面等的晶面取向，或者沿特定方向偏移的平面等。用于形成构成发光元件的各种化合物半导体层的方法的实施例包括但不限于有机金属化学气相沉积法(金属有机化学气相沉积法(mocvd法)和金属有机气相外延法(movpe法))、分子束外延法(mbe法)、卤素有助于传输或反应的氢化物气相外延法(hvpe法)、原子层沉积法(ald法)、迁移增强外延法(mee法)、等离子体辅助物理气相沉积法(ppd法)等。
[0117]
gaas和inp材料还具有闪锌矿结构。除了诸如(100)、(111)ab、(211)ab和(311)ab的表面之外，包括这些材料的化合物半导体衬底的主表面的实施例，包括在特定方向上偏
移的表面。要注意的是，“ab”表示90
°
断开方向不同，并且根据断开方向确定表面的主要材料是iii族还是v族。通过控制这些晶面取向和成膜条件，可以控制成分不均和点形状。作为成膜方法，与gan基法一样，通常使用mbe法、mocvd法、mee法、ald法等的成膜方法，但是成膜方法不限于这些方法。
[0118]
在此，在gan基化合物半导体层的形成中，mocvd方法中的有机镓源气体的实施例包括三甲基镓(tmg)气体和三乙基镓(teg)气体，并且氮源气体的实施例包括氨气和肼气。在具有n型导电类型的gan基化合物半导体层的形成中，例如，仅需要添加硅(si)作为n型杂质(n型掺杂剂)，并且在具有p型导电类型的gan基化合物半导体层的形成中，例如，仅需要添加镁(mg)作为p型杂质(p型掺杂剂)。在包含铝(al)或铟(in)作为gan基化合物半导体层的构成原子的情况下，三甲基铝(tma)气体可以用作al源，并且三甲基铟(tmi)气体可以用作in源。另外，作为si源，可以使用甲硅烷气体(sih4气体)，作为mg源，可以使用双环戊二烯基镁气体、甲基环戊二烯基镁、双环戊二烯基镁(cp2mg)。应注意，除si之外，n型杂质(n型掺杂剂)的实施例包括ge、se、sn、c、te、s、o、pd和po，并且除mg之外，p型杂质(p型掺杂剂)的实施例包括zn、cd、be、ca、ba、c、hg和sr。
[0119]
在层压结构包括inp基化合物半导体或gaas基化合物半导体的情况下，作为有机金属原料的tmga、tega、tmin、tmal等通常被用作iii族原料。此外，作为v族原料，使用砷化氢气体(ash3气体)、磷化氢气体(ph3气体)、氨(nh3)等。注意，关于v族原料，可以使用有机金属原料，并且其实施例包括叔丁基胂(tbas)、叔丁基膦(tbp)、二甲肼(dmhy)、三甲基锑(tmsb)等。这些材料在低温生长中是有效的，因为这些材料在低温下分解。作为n型掺杂剂，使用甲硅烷(sih4)作为si源，并且使用硒化氢(h2se)等作为se源。此外，二甲基锌(dmzn)、双环戊二烯基镁(cp2mg)等被用作p型掺杂剂。作为掺杂剂材料，类似于gan基材料的材料是候选材料。
[0120]
第一化合物半导体层的第一表面可构成基底表面。可替代地，化合物半导体衬底(或发光元件制造衬底)可以设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，并且基底表面可以包括化合物半导体衬底(或发光元件制造衬底)的表面，并且在这种情况下，例如，化合物半导体衬底可以包括gan衬底。作为gan衬底，可以使用极性衬底、半极性衬底、以及非极性衬底中的任一种。作为化合物半导体衬底的厚度，可以例示5
×
10-5
m至1
×
10-4
m，但是厚度不限于这样的值。可替代地，基底材料可设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，或者化合物半导体衬底和基底材料可设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，并且基底表面可包括基底材料的表面。构成基底材料的材料的实施例包括诸如tio2、ta2o5和sio2的透明介电材料、硅酮类树脂和环氧基类树脂。
[0121]
在制造本公开的发光元件等时，可留下发光元件制造衬底，或者可在第一化合物半导体层上顺序形成活性层、第二化合物半导体层、第二电极以及第二光反射层之后，去除发光元件制造衬底。具体地，可以在发光元件制造衬底上形成的第一化合物半导体层上依次形成活性层、第二化合物半导体层、第二电极以及第二光反射层，然后可以将第二光反射层固定至支撑衬底，然后可以去除发光元件制造衬底以暴露第一化合物半导体层(第一化合物半导体层的第一表面)。关于发光元件制造衬底的去除，发光元件制造衬底可以通过使用湿蚀刻方法，如碱性水溶液如氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液、氨溶液+过氧化氢溶液、硫酸溶液+过氧化氢溶液、盐酸溶液+过氧化氢溶液、磷酸溶液+过氧化氢溶液等；干法蚀
刻方法，诸如化学机械抛光方法(cmp方法)、机械抛光方法、反应离子蚀刻(rie)方法等；使用激光的剥离方法；或它们的组合，去除。
[0122]
用于固定第二光反射层的支撑衬底仅需要包括例如示例为发光元件制造衬底的各种衬底，或者可以包括包含aln等的绝缘衬底、包含si、sic、ge等的半导体衬底、金属衬底、或合金衬底，但是从机械特性、弹性变形、塑性变形、散热等的观点来看，优选使用具有导电性的衬底，或优选使用金属衬底或合金衬底。支撑衬底的厚度可以是例如0.05mm至1mm。作为用于将第二光反射层固定至支撑衬底的方法，可使用诸如焊接接合方法、常温接合方法、使用胶带的接合方法、使用蜡接合的接合方法或使用粘合剂的方法的已知方法，但从确保导电性的观点来看，期望采用焊接接合方法或常温接合方法。例如，在作为导电衬底的硅半导体衬底被用作支撑衬底的情况下，期望采用能够在400℃以下的低温下接合的方法，以便抑制由于热膨胀系数的差异而导致的翘曲。当使用gan衬底作为支撑衬底时，接合温度可以是400℃以上。
[0123]
在留下发光元件制造衬底的情况下，第一电极仅需要形成在与发光元件制造衬底的第二表面相对的第一表面上，或仅需要形成在与化合物半导体衬底的第二表面相对的第一表面上。此外，在不留下发光元件制造衬底的情况下，仅需要在构成层压结构的第一化合物半导体层的第一表面上形成第一电极。在这种情况下，由于第一光反射层形成在第一化合物半导体层的第一表面上，例如，第一电极仅需要形成为围绕第一光反射层。第一电极优选具有包括选自由例如金(au)、银(ag)、钯(pd)、铂(pt)、镍(ni)、钛(ti)、钒(v)、钨(w)、铬(cr)、铝(al)、铜(cu)、锌(zn)、锡(sn)和铟(in)组成的组的至少一种类型的金属(包括合金)的单层配置或多层配置。具体地，例如，可以示例ti/au、ti/al、ti/al/au、ti/pt/au、ni/au、ni/au/pt、ni/pt、pd/pt、和ag/pd。要注意的是，在多层配置中，在“/”之前的层更靠近活性层侧。以下同样适用。第一电极可通过例如pvd法(诸如真空沉积法或溅射法)形成。
[0124]
在第一电极形成为围绕第一光反射层的情况下，第一光反射层和第一电极可彼此接触。可替代地，第一光反射层和第一电极可以彼此分开。在一些情况下，可以提到第一电极一直形成至第一光反射层的边缘部分的状态和第一光反射层一直形成至第一电极的边缘部分的状态。
[0125]
第二电极可以包括透明导电材料。透明导电材料的实施例包括：铟基透明导电材料(具体地，例如，氧化铟锡(包括氧化铟锡(ito)、掺杂sn的in2o3、结晶ito、以及无定形ito)、氧化铟锌(氧化铟锌(izo))、氧化铟镓(igo)、掺杂铟的氧化镓锌(in-gazno4(igzo))、ifo(掺杂f的in2o3)、itio(掺杂ti的in2o3)、insn、以及insnzno)；锡基透明导电材料(具体地，例如，氧化锡(sno
x
)、ato(sb掺杂sno2)和fto(f掺杂sno2))；锌基透明导电材料(具体地，例如，氧化锌(包括zno、al掺杂的zno(azo)和b掺杂的zno)、镓掺杂的氧化锌(gzo)、almgzno(氧化铝和氧化镁掺杂的氧化锌))；nio；和tio
x
。可替代地，构成第二电极的材料的实施例包括具有氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化锑、氧化镍等作为基底层的透明导电膜，并且还包括诸如尖晶石型氧化物或具有ybfe2o4结构的氧化物的透明导电材料。第二电极可通过例如pvd法(诸如真空沉积法或溅射法)形成。可替代地，可以使用低电阻半导体层作为第二电极，并且在这种情况下，具体地，也可以使用n型gan基化合物半导体层。此外，在邻近于n型gan基化合物半导体层的层是p型的情况下，界面的电阻也可以通过经由隧道结接合两层而降低。
[0126]
第一焊盘电极和第二焊盘电极可设置在第一电极和第二电极上以电连接至外部电极或电路(在下文中，可称为“外部电路等”)。焊盘电极优选具有包含选自由钛(ti)、铝(al)、铂(pt)、金(au)、镍(ni)和钯(pd)组成的组中的至少一种类型的金属的单层配置或多层配置。可替代地，焊盘电极可具有多层配置，示例为ti/pt/au多层配置、ti/au多层配置、ti/pd/au多层配置、ti/pd/au多层配置、ti/ni/au多层配置、以及ti/ni/au/cr/au多层配置。在第一电极包括ag层或ag/pd层的情况下，优选的是在第一电极的表面上形成包括例如ni/tiw/pd/tiw/ni的覆盖金属层，并且优选的是在覆盖金属层上形成包括例如ti/ni/au的多层配置或ti/ni/au/cr/au的多层配置的焊盘电极。
[0127]
构成第一光反射层和第二光反射层的光反射层(分布式bragg反射层(dbr层))包括例如半导体多层膜或介电多层膜。介电材料的实施例包括诸如si、mg、al、hf、nb、zr、sc、ta、ga、zn、y、b以及ti的氧化物、氮化物(例如，sin
x
，aln
x
，algan
x
，gan
x
，bn
x
等)、氟化物等。具体地，可以示例为sio
x
，tio
x
，nbo
x
，zro
x
，tao
x
，zno
x
，alo
x
，hfo
x
，sin
x
，aln
x
，等。然后，可通过交替层压两种以上的介电膜来获得光反射层，所述介电膜包括这些介电材料中具有不同折射率的介电材料。例如，诸如sio
x
/siny，sio
x
/tao
x
，sio
x
/nboy，sio
x
/zroy，或sio
x
/alny的多层膜是优选的。为了获得期望的光反射率，仅需要适当地选择构成各个介电膜的材料、膜厚度、层压层数等。每个介电膜的厚度可以根据要使用的材料等适当地调整，并且由要使用的材料的振荡波长(发射波长)λ0和振荡波长λ0处的折射率n确定。具体地，λ0/(4n)的奇倍数是优选的。例如，在具有410nm的振荡波长λ0的发光元件中，在光反射层包括sio
x
/nboy的情况下，可示例约40nm至70nm的厚度。层压的层数可以为2以上，并且优选为约5至20。例如，整个反光层的厚度可以是大约0.6μm至1.7μm。此外，期望光反射层的光反射率为95％以上。只要光反射层覆盖电流注入区域或元件区域(稍后将描述这些)，则不具体限制光反射层的尺寸和形状。
[0128]
光反射层可以基于已知的方法形成，并且具体地，其实施例包括pvd法，诸如真空沉积法、溅射法、反应溅射法、ecr等离子体溅射法、磁控溅射法、离子束辅助气相沉积法、离子电镀法、或激光烧蚀法；各种cvd方法；涂覆方法如喷涂法、旋涂法和浸渍法；组合这些方法中的两种以上的方法；例如，将这些方法与预处理，惰性气体(ar、he、xe等)或等离子体的照射，氧气、臭氧气体或等离子体的照射，氧化处理(热处理)和曝光处理中的任何一种或多种完全或部分组合的方法。
[0129]
如上所述，设置电流注入区域以便调节向活性层中的电流注入。电流注入区域和电流限制区域(电流非注入区域)之间的边界的形状以及设置在元件区域或电流限制区域中的开口部分的平面形状如上所述。此处，“元件区域”指注入受限电流的区域、由于折射率差等限制光的区域、夹在第一光反射层与第二光反射层之间的区域中发生激光振荡的区域、或者实际上有助于夹在第一光反射层与第二光反射层之间的区域中的激光振荡的区域。
[0130]
层压结构的侧表面或暴露表面可以覆盖有覆盖层(绝缘膜)。涂覆层(绝缘膜)可以基于已知方法形成。构成覆盖层(绝缘膜)的材料的折射率优选地小于构成层压结构的材料的折射率。构成涂覆层(绝缘膜)的材料的实施例可包括sio
x
基材料(包括sio2)、sin
x
基材料、sioynz基材料、tao
x
、zro
x
、aln
x
、alo
x
和gao
x
)或有机材料(诸如聚酰亚胺类树脂)。用于形成覆盖层(绝缘膜)的方法的实施例包括pvd法，诸如真空沉积法或溅射法以及cvd法，并且
还可基于涂覆法形成覆盖层。
[0131]
[实施例1]
[0132]
实施例1涉及根据本公开的第一方面的发光元件。实施例的发光元件包括发射激光的表面发光激光元件(垂直腔表面发射激光器(vcsel))。图1示出了实施例1的发光元件的示意性部分端部视图，图2的(a)示意性地示出了构成实施例1的发光元件的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态，图2的(b)和(c)示出了实施例1的发光元件沿着图2的(a)中的箭头b-b和箭头c-c的示意性部分端部视图，图3的(a)、(b)和(c)示出了与图2的(a)、(b)和(c)基本上相同的视图，但是其中写入了各种参数。
[0133]
要注意的是，在以下描述中使用的各种符号(参照图3)的描述总结在下表1中。稍后将描述参考标号。
[0134]
《表1》
[0135]
[发光元件]
[0136]
λ0：振荡波长
[0137]
l
or
：谐振器长度
[0138]
θy：在yz虚拟平面中的光的发射角
[0139]
θ
x
：在xz虚拟平面中的光的发射角
[0140]
[第二电极32]
[0141]
l
32ab
：第二电极32在yz虚拟平面中的长度
[0142]w32ab
：第二电极32在xz虚拟平面中的长度
[0143]r32cd
：第二电极32在xy虚拟平面中的半圆形部分的半径
[0144]
[电流注入区域51]
[0145]
l
max-y
：电流注入区域51沿着y方向的宽度(电流注入区域51在yz虚拟平面中的长度)
[0146]
l
min-x
：电流注入区域51沿x方向的宽度(电流注入区域51在xz虚拟平面中的长度)
[0147]
l
51ab
：构成椭圆形的两个平行线段51a和51b的长度
[0148]r51cd
：连接两个线段51a和51b的一个端部和另一个端部的半圆51c和51d的半径
[0149]
[基底表面90的第一部分91]
[0150]
r1：当基底表面90的第一部分91沿xz虚拟平面切割时由凸部绘制的形状的中心部分91c的曲率半径
[0151]r91bc
：当沿着yz虚拟平面切割时，基底表面90的第一部分91的端部的曲率半径
[0152]
r2：基底表面90的第二部分92的中心部分92c的曲率半径
[0153]
[发光元件单元]
[0154]
p
x
：多个发光元件的阵列间距
[0155]
θy'：在yz虚拟平面中的光的发射角
[0156]
θ
x
'：在xz虚拟平面中的光的发射角
[0157]
稍后将描述的根据实施例1的发光元件10a或根据实施例2至12的发光元件包括：层压结构20，层压具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b的第一化合物半导体层21、面向第一化合物半导体层21的第二表面21b的活性层(发光层)23、以及具有面向活性层23的第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b的第二化合物半导体层22；
第一光反射层41，形成在第一化合物半导体层21的第一表面侧上；第二光反射层42，形成在第二化合物半导体层22的第二表面侧上；第一电极31，电连接至第一化合物半导体层21；以及第二电极32，电连接至第二化合物半导体层22；以及电流限制区域52，被设置以控制电流流入活性层23。
[0158]
然后，在实施例1的发光元件10a中，当穿过由电流限制区域52包围的电流注入区域51的中心的层压结构20的厚度方向上的轴被定义为z轴，与z轴正交的方向被定义为x方向，并且与x方向和z轴正交的方向被定义为y方向时，电流注入区域51具有纵向方向在y方向上延伸的细长平面形状。
[0159]
这里，在根据实施例1的发光元件10a中，当电流注入区域51沿y方向的宽度是l
max-y
并且沿x方向的宽度是l
min-x
时，
[0160]
满足l
max-y
/l
min-x
≥3，以及
[0161]
优选地，
[0162]
满足l
max-y
/l
min-x
≥20。
[0163]
此外，在根据实施例1的发光元件10a中，第一光反射层41具有朝向远离活性层23的方向的凸形形状，并且第二光反射层42具有平坦形状。此外，在这种情况下，沿着z轴的谐振器长度l
or
不受限制，并且其实施例包括1
×
10-5
m(10μm)≤l
or
≤5
×
10-5
m(50μm)。
[0164]
此外，在根据实施例1的发光元件10a中，第一光反射层41和第二电极32的平面形状为近似电流注入区域51的平面形状的形状(近似形状)。此外，电流注入区域51的平面形状为椭圆形。此外，对于构成椭圆形状的平行的两个线段51a、51b的长度l
51ab
、和连接这两个线段51a、51b的一端和另一端的半圆51c、51d的半径r
51cd
，在后面叙述。此外，稍后还将描述第二电极32在yz虚拟平面中的长度(当第二电极32沿yz虚拟平面切割时的第二电极32的线段32a和32b的长度)l
32ab
、第二电极32在xz虚拟平面中的长度(当第二电极32沿xz虚拟平面切割时的第二电极32的长度)w
32ab
以及第二电极32在xy虚拟平面中的半圆形部分的半径r
32cd
。电流注入区域51的正投影图像包括在第二电极32的正投影图像中。此外，第二电极32的正投影图像被包括在电流限制区域52的正投影图像中。
[0165]
在此，第一化合物半导体层21的第一表面21a构成基底表面90。参照第一化合物半导体层21的第二表面21b，其上形成第一光反射层41的基底表面90的第一部分91具有向上凸起的形状。换言之，基底表面90具有朝向远离活性层23的方向的凸形形状。在实施例1中，第二部分92，是基底表面90的第一部分91外部的部分，是平坦的并且围绕第一部分91。第一光反射层41形成在基座表面90的第一部分91上并且不形成在基底表面90的第二部分92上。
[0166]
当沿着yz虚拟平面切割基底表面90的第一部分91时的形状(图形)是线段91a以及从线段91a的一端和另一端延伸的圆的部分91b和91c(参考图3的(b))。在沿着yz虚拟平面切割基底表面90的第二部分92时的线段92a和线段91a平行。此外，在沿着xz虚拟平面切割基底表面90的第一部分91时由凸形部分绘制的形状91d是例如圆形的一部分(参考图3的(c))。后面将描述当沿yz虚拟平面切割时基底表面90的第一部分91的端部91b和91c的曲率半径r
91bc
。
[0167]
此外，如图3的(c)中所示，在沿着xz虚拟平面切割基底表面90的第一部分91时期望由凸形部分绘制的形状91d(第一部分91绘制的曲线)的中心部分91c的曲率半径r1满足1.5
×
10-5
m(15μm)≤r1≤1
×
10-3
m(1mm)，并且优选地，3
×
10-5
m(30μm)≤r1≤1.5
×
10-4m(150μm)。
[0168]
层压结构20可包括选自由gan基化合物半导体、inp基化合物半导体和gaas基化合物半导体构成的组中的至少一种类型的材料。
[0169]
在下文中，将描述实施例1的发光元件10a的配置的实施例。
[0170]
例如，第一化合物半导体层21包括掺杂有大约2
×
10
16
cm-3
的si的n-gan层，活性层23包括层压有in
0.04
ga
0.96
n层(势垒层)和in
0.16
ga
0.84
n层(阱层)的五层多量子阱结构，并且例如，第二化合物半导体层22包括掺杂有大约1
×
10
19
cm-3
的镁的p-gan层。第一化合物半导体层21的平面取向不限于{0001}平面，并且可以是例如半极性平面等的{20-21}平面。例如，包括ti/pt/au的第一电极31经由包括ti/pt/au或v/pt/au的第一焊盘电极(未示出)电连接至外部电路等。另一方面，第二电极32形成在第二化合物半导体层22上，并且第二光反射层42形成在第二电极32上。第二电极32上的第二光反射层42具有平坦形状。例如，在第二电极32的边缘部分上，可形成或连接用于与外部电路等电连接的包括ti/pt/au、ni/pt/au、pd/ti/pt/au、ti/pd/au、ti/ni/au或ti/au的第二焊盘电极(未示出)。第一光反射层41和第二光反射层42具有ta2o5层和sio2层的层压结构或sin层和sio2层的层压结构。第一光反射层41和第二光反射层42具有如上所述的多层结构，但是为了简化附图，由一层表示。电流注入区域51如上所述。设置在第一电极31中的开口部分31'、第一光反射层41、设置在绝缘层(电流限制层)34中的开口部分34a和第二光反射层42中的每一个的平面形状不受限制，而是近似电流注入区域51的平面形状的形状(近似形状)。第一化合物半导体层21具有第一导电类型(具体地，n型)，并且第二化合物半导体层22具有不同于第一导电类型的第二导电类型(具体地，p型)。
[0171]
在层压结构20中，形成电流注入区域51和围绕电流注入区域51的电流限制区域(电流非注入区域)52。这里，在图1中所示的实施例中，电流限制区域52在厚度方向上从第二化合物半导体层22开始形成在第一化合物半导体层21的一部分上。然而，电流限制区域52可在厚度方向形成在第二电极侧上的第二化合物半导体层22的区域中，可形成在整个第二化合物半导体层22中，或者可形成在第二化合物半导体层22和活性层23中。例如，可基于离子注入杂质的离子注入方法形成电流限制区域52(例如，选自由硼、质子、磷、砷、碳、氮、氟、氧、锗、锌、以及硅组成的组中的至少一种类型的离子(即，一种类型的离子或者两种以上类型的离子))，并且可获得包括导电性降低的区域的电流限制区域52。
[0172]
可替代地，如图4中的实施例1的发光元件的变形例-1的示意性部分端视图所示，为了获得电流限制区域52，可以在第二电极32和第二化合物半导体层22之间形成包括绝缘材料(例如，sio
x
、sin
x
或alo
x
)的绝缘层(电流限制层)34，并且绝缘层(电流限制层)34设置有用于将电流注入第二化合物半导体层22的开口部分34a。换言之，第二化合物半导体层22被划分成第一区域22a和围绕第一区域22a的第二区域22b，第二电极32设置在第二化合物半导体层22的第一区域22a上，并且第二化合物半导体层22的第二区域22b经由绝缘层34与第二电极32相对。
[0173]
可替代地，为了获得电流限制区域，可以通过rie方法等蚀刻第二化合物半导体层22以形成台面结构，或者可以从横向方向部分地氧化层压的第二化合物半导体层22的至少一部分以形成电流限制区域。可替代地，电流限制区域可以通过在第二化合物半导体层的第二表面上的等离子体辐射(具体地，氩、氧、氮等)、在第二化合物半导体层的第二表面上
的灰化处理、或在第二化合物半导体层的第二表面上的反应离子蚀刻(rie)处理来形成。当用等离子体照射第二化合物半导体层的第二表面时，第二化合物半导体层的导电性劣化，并且电流限制区域变成高电阻状态。
[0174]
可替代地，这些可以适当地组合。然而，第二电极32需要电连接至由于电流限制导致电流流过的第二化合物半导体层22的一部分(电流注入区域51)。
[0175]
第二电极32经由第二焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。第一电极31还经由第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。光可以经由第一光反射层41发射到外部，或者光可以经由第二光反射层42发射到外部。
[0176]
实施例1的发光元件10a的层压结构等的规格示于下表2和表3中。应注意，在表2中示出了示例性实施例1的发光元件中，第二焊盘电极设置在不干扰来自发光元件的光的发射的位置处，并且具有能够经由第一光反射层41发射光和经由第二光反射层42发射光的结构。另一方面，在表3中示出了示例性实施例1的发光元件中，第二焊盘电极形成为覆盖第二光反射层42和第二电极32，并且具有经由第一光反射层41发射光的结构。通过提供这种第二焊盘电极，在活性层23中生成的光被朝向第一光反射层41反射，并且可提高光发射效率。
[0177]
《表2》
[0178]
[0179][0180]
《表3》
[0181]
[0182][0183]
从表2和表3中可以发现，yz虚拟平面中的发光角度θy可以被设置为2度以下。
[0184]
在下文中，将描述用于制造实施例1的发光元件10a的方法的概要。
[0185]
首先，在形成层压结构20之后，在第二化合物半导体层22的第二表面侧上形成第二光反射层42。
[0186]
[步骤-100]
[0187]
具体地，在具有大约0.4mm的厚度的化合物半导体衬底11的第二表面11b上，形成包括gan基化合物半导体的层压结构20，并且其中，层压具有第一表面21a和与第一表面21a相对的第二表面21b的第一化合物半导体层21、面向第一化合物半导体层21的第二表面21b的活性层(发光层)23、以及具有面向活性层23的第一表面22a和与第一表面22a相对的第二表面22b的第二化合物半导体层22。更具体地，层压结构20可通过基于外延生长法通过已知的mocvd法在化合物半导体衬底11的第二表面11b上依次形成第一化合物半导体层21、活性层23以及第二化合物半导体层22来获得(参照图21a)。
[0188]
[步骤-110]
[0189]
接下来，基于使用硼离子的已知的离子注入方法，在层压结构20中形成电流限制区域52(参照图21b)。
[0190]
[步骤-120]
[0191]
此后，基于溅射方法在第二化合物半导体层22上形成第二电极32。
[0192]
[步骤-130]
[0193]
接下来，在第二电极32上形成第二光反射层42。具体地，基于诸如溅射方法或真空沉积方法的成膜方法与诸如湿蚀刻方法或干蚀刻方法的图案化方法的组合，从第二电极32的顶部至第二焊盘电极的顶部形成第二光反射层42。第二电极32上的第二光反射层42具有平坦形状。以这种方式，可以获得图22中示出的结构。
[0194]
[步骤-140]
[0195]
接下来，第二光反射层42经由接合层48固定到支撑衬底49(参考图23)。具体地，使用包括粘合剂的接合层48将第二光反射层42固定至包括蓝宝石衬底的支撑衬底49。
[0196]
[步骤-150]
[0197]
接下来，基于机械抛光法或cmp法使化合物半导体衬底11变薄，并且进一步蚀刻以去除化合物半导体衬底11。
[0198]
[步骤-160]
[0199]
此后，牺牲层81形成在其上形成第一光反射层41的基底表面90的第一部分91(具体地，第一化合物半导体层21的第一表面21a)的区域上，然后牺牲层81的表面被制成凸面。具体地，在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成抗蚀剂材料层，对抗蚀剂材料层进行图案化以在要形成基底表面90的第一部分91的区域上留下抗蚀剂材料层(参照图24a)，然后对剩余的抗蚀剂材料层进行热处理，从而可以获得具有凸表面的牺牲层81'(参照图24b)。接下来，通过回蚀牺牲层81'并且进一步从基底表面90朝向内部(即，从第一化合物半导体层21的第一表面21a至第一化合物半导体层21的内部)回蚀，参照第一化合物半导体层21的第二表面21b，可以在基底表面90的第一部分91中形成凸部(参照图24c)。基底表面90的第一部分91和与第一部分91和第一部分91之间的区域对应的第二部分92是平坦的。回蚀可以基于干法蚀刻方法如rie方法进行，或者可以基于使用盐酸、硝酸、氢氟酸、磷酸、它们的混合物等的湿法蚀刻方法进行。要注意的是，在图24a、图24b和图24c以及稍后描述的图25a、图25b、图25c、图26a、图26b、图26c、图27a和图27b中，省略活性层、第二化合物半导体层、第二光反射层等的图示。
[0200]
[步骤-170]
[0201]
接下来，在基地表面90的凸形部分91上形成第一光反射层41。具体地，基于诸如溅射法或真空沉积法的成膜法在基底表面90的整个表面上形成第一光反射层41，然后图案化第一光反射层41，由此可在基底表面90的凸形部分91上形成第一光反射层41。此后，第一电极31形成在基地表面90的未形成第一光反射层41的区域上。如上所述，可以获得图1所示的实施例1的发光元件10a。当第一电极31从第一光反射层41突出时，可以保护第一光反射层41。然后，仅需要实现与外部电极或电路(用于驱动发光元件的电路)的电连接。具体地，第一化合物半导体层21只需要经由第一电极31和第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等，并且第二化合物半导体层22可以经由第二电极32和第二焊盘电极连接至外部电路等。接着，通过封装或密封完成实施例1的发光元件10a。
[0202]
附带地，可以引用三个值得注意的发现作为半导体激光器的物理背景。
[0203]
第一个发现是由爱因斯坦预测的受激发射。这是当从特定状态转换到另一状态时增强特定模式的现象。当转变源的状态反向分布并且转变目的地的状态为boson时，发生这种现象。在半导体激光器的情况下，通过将反向分布状态下的电子空穴转变(受激发射)为光，来产生具有特定模式的激光。此时，为了将电子-空穴引导至反向分布状态，需要局部注入电流，即，将电子和光限制在窄区域中。
[0204]
第二个发现是考虑由施罗丁格预测的状态的不确定性。已经预测包括光的量子能够同时采取多个状态，并且通过观察确定这些状态。这作为称为“施罗丁格猫”的思想实验而闻名。在某个量子如上所述同时采取多个状态的情况下，这些状态通常表
示为“重叠”、“耦合”、“相位匹配(相干)”等。
[0205]
第三个发现是海森伯格(heisenberg)提出的不确定性原则。这是基于量子的各个物理量的不确定性程度彼此具有因果关系的假设。具体地，已经预测位置和动量的不确定性彼此成反比。这不小于光束的最小宽度(或光束在垂直于行进方向的平面中的位置的不确定性)与半导体激光器中的发射角(辐射角)之间的关系。即使在量子力学之前，通过增大光束的最小宽度来抑制发射角并且获得具有高直度的光的事实，也称为衍射现象。
[0206]
根据海森伯格的不确定性原理，加宽光束的最小宽度(或在垂直于行进方向的平面中的位置的不确定性)，即加宽光束的宽度，对于减小发射角是有效的。为了实现该目的，增大光限制区域是重要的。例如，在当今广泛使用的脊波导型端面激光器的情况下，可以考虑增大脊宽度的方法，并且在氧化收缩型表面发光激光器元件的情况下，可以考虑增大非氧化收缩区域，即，增大电流注入区域的方法。然而，在增大电流注入区域的情况下，激光不在表面发光激光元件中广泛地分布，并且可以在各个区域中利用局部非同轴空间布置单独地生成多个模式。在这种情况下，由于减小了空间不确定性，所以不能获得对应于光限制区域的设计尺寸的发射角，而是增加了发射角。例如，在表面发光激光元件的情况下，存在这样的担忧：由于诸如光反射层的起伏、存在于化合物半导体晶体中的缺陷和导电性不均匀性的现象，分离模式在表面发光激光元件的特定区域和另一区域之间变得占主导地位。在这种情况下，由于激光的量子状态不扩散与光限制区域的尺寸一样多，所以光束的发射角变得大于光在整个光限制区域上扩散的情况下的发射角。换言之，简单地增大光学限制区域不足以实现宽光限制。
[0207]
此外，在半导体激光元件中，光被限制的区域和电流被限制的区域彼此重叠。因此，在很多情况下，也需要扩大电流注入区域。然而，在将电流注入大区域的情况下，需要较大电流以获得反向分布，并且因此伴随诸如功耗增加、发热增加和可靠性劣化等问题。
[0208]
在实施例1的发光元件中，为了实现宽的光限制区域，不仅光学限制区域需要被放大，而且电流注入区域需要被放大，使得电流注入区域具有形状特异性，诸如纵向方向在y方向上延伸的细长平面形状。结果，从发光元件发射的光束沿y方向的宽度增大，并且光束沿y方向的发射角度可减小。换言之，能够使yz虚拟平面内的光的发射角θy小于xz虚拟平面内的光的发射角θ
x
。因此，可以获得具有在光束的yz虚拟平面中具有高直度的光束的发光元件，其不包括在现有技术的发光元件中。
[0209]
此外，当光场限制区域在y方向上的端部区域的形状为平面方式的圆形(立体方式的球形)时，试图从端部区域逃逸到发光元件外部的光可以被限制在发光元件内部，光的损失减少，并且可以提高发光元件的发光效率。
[0210]
此外，实施例1的发光元件中的发射光的横截面形状(当假设沿垂直于发射光的行进方向的虚拟平面切割发射光时的发射光的形状)是在y方向上延伸的“棒状”或“i形”。然后，例如，在期望在x方向上照射更宽的范围的情况下，在不使用诸如透镜等外部光学系统或者通过使用简单的外部光学系统的情况下，可以在满足这种要求的同时容易地照射远处的位置，并且可以获得在y方向上具有较少辐射并且在x方向上具有高直度的光束以及在x方向上具有高质量高斯分布的光束。此外，与现有技术的发光元件相比，更大的活性层(发光层)体积可有助于发光，因此可实现发光元件的输出增加(例如，100毫瓦以上)。此外，因为可以缩短从第二电极到电流注入区域的每个区域的距离，所以电流可以均匀地流过具有
层)，其中，第一部分91和第二部分92设置在化合物半导体衬底11的暴露表面(第一表面11a)上。接下来，基于已知的方法，仅需要在基底材料95的期望的区域上形成第一光反射层41。
[0217]
[实施例2]
[0218]
实施例2是实施例1的变形例。图8和图9示意性地示出了构成实施例2的发光元件的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态，并且在实施例2的发光元件中，电流注入区域51的平面形状是矩形形状。另一方面，第二电极32的平面形状为椭圆形(图8)或具有圆角的矩形形状(参考图9)。电流限制区域52包围电流注入区域51。与实施例1类似，电流注入区域51的正投影图像包括在第二电极32的正投影图像中。此外，第二电极32的正投影图像被包括在电流限制区域52的正投影图像中。
[0219]
实施例2的发光元件的层压结构等的规格示于下表4中。在表4中示出的示例性发光元件中，第二焊盘电极形成为覆盖第二光反射层42和第二电极32，并且具有经由第一光反射层41发射光的结构。平行于电流注入区域51的y方向的边可以包括线段或曲线。沿图8和图9中的箭头b-b截取的示意性部分端部视图以及沿图8和图9中的箭头c-c截取的示意性部分端部视图与图2的(b)和(c)中示出的示意性部分端部视图基本相同。
[0220]
《表4》
[0221]
[0222][0223]
实施例2的发光元件具有比表2中所示的实施例1的发光元件的值更小的l
max-y
值和更大的l
min-x
值。因此，θy的值和θ
x
的值也大于表2中所示的实施例1的发光元件的值。从该结果可以发现，通过适当地设计l
max-y
的值和l
min-x
的值，可以将来自发光元件的光束的发射角设置为期望值，即，可以控制发射角。此外，当光场限制区域在y方向上的端部区域的形状为平面方式的圆形(立体方式的球形)时，试图从端部区域逃逸到发光元件外部的光可以被限制在发光元件内部，光的损失减少，并且可以提高发光元件的发光效率。此外，由于电流注入区域的平面形状为矩形形状，所以可以防止电流在电流注入区域的y方向上过度流入端部区域，可以抑制在端部区域中发光状态的局部化，结果，可以将整个元件区域中的发光状态保持一致。此外，可以提高发光元件的制造成品率。
[0224]
实施例2的两个发光元件在y方向上布置，使得yz虚拟平面彼此重叠。沿着y方向的两个发光元件中的第二电极32和第二电极32之间的距离被设置为5μm。结果，与一个发光元件的情况相比，y方向上的光的位置的不确定性可以增加，并且θy的值是0.01度以下。此外，即使当电流注入区域51在y方向上的总长度与50μm相同时，通过采用布置两个发光元件(参考实施例2)而不是一个发光元件(参考实施例1)的结构，θy的值变得更小。
[0225]
图10的(a)是示意性示出构成实施例2的发光元件的变形例-1的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态的示图，图10的(b)和(c)是沿着图10的(a)中的箭头b-b和箭头c-c的实施例2的发光元件的变形例-1的示意性部分端部视图。在该变形例-1中，电流注入区域51和第二电极32的平面形状是矩形形状。然后，第二电极32平行于x方向的边的正投影图像与电流注入区域51平行于x方向的边的正投影图像彼此重合(参照图10的(a)和(b))。可替代地，电流注入区域51平行于x方向的边的正投影图像与第二电极32平行于x方向的边的正投影图像之间的距离在5μm内。换言之，参照电流注入区域51平行于x方向的边的正投影图像，第二电极32平行于x方向的边的正投影图像可以在y方向的外侧位于5μm以
下的距离，或者可以在内侧位于5μm以下的距离。根据这样的结构，能够防止电流过大地流入平面形状为矩形的电流注入区域51的y方向的端部区域，能够抑制发光状态在端部区域局部化，结果，能够将整个元件区域的发光状态保持一致。此外，也可以提高发光元件的制造成品率。实施例2的发光元件的变形例-1的层压结构等的规格示于以下表5中。包括电流注入区域51的与x方向平行的边的侧表面可与电流限制区域52接触，或者包括电流注入区域51的与x方向平行的边的端面可包括层压结构20的切割表面。换言之，例如，包括电流注入区域51的与x方向平行的边的端面可与大气接触。此外，电流注入区域51的与y方向平行的边可以包括线段或曲线。
[0226]
《表5》
[0227][0228][0229]
图11的(a)示意性地示出构成实施例2的发光元件的变形例-2的电流注入区域、电
流限制区域和第二电极的布置状态，并且图11的(b)示出沿箭头b-b的示意性部分端部视图。变形例-2是变形例-1的修改，并且包括电流注入区域51的平行于x方向的边的端面与第一介电层和第二介电层在y方向上交替布置的层(层压膜)60接触。例如，层压膜60的外表面可以与电流限制区域52接触，或者可以与大气接触。在层压膜60的外表面与电流限制区域52接触的方面中，例如，尽管层压方向(交替布置方向)与光反射层的层压方向不同，但是层压膜60具有相似的配置和结构。具体地，通过在层压结构的一部分中形成凹部(凹槽部分)并且基于例如溅射方法用与光反射层相似的材料顺次填充凹部(凹槽部分)，当沿着正交于层压结构的层压方向的虚拟平面切割层压膜时，可获得介电层交替布置的层压膜。此外，在层压膜60的外表面与大气接触的方面，在包括电流注入区域51的平行于x方向的边的端面通过蚀刻等层压结构或通过切割层压结构而暴露之后，通过基于例如溅射方法在端面上依次形成包括与光反射层的材料相似的材料的层，可获得层压膜60。此外，电流注入区域51的平行于y方向的边可以包括线段或曲线。
[0230]
此外，利用这种结构，可以抑制光沿y方向消散并提高发光元件的发光效率。此外，由于到电流注入区域的端部区域的空间可以用作元件区域，所以当元件区域的面积相同时，可以获得具有比其他实施例的芯片面积更小的芯片面积的发光元件。例如，在l
max-y
是100μm并且光场限制结构(具有凹面镜的第一光反射层)的曲率半径r1是25μm的情况下，应用变形例-2可以使l
max-y
是l
max-y
的一半的50μm，以获得相同的特性。结果，由于制造发光元件所需的衬底面积减半，所以可以降低制造成本。
[0231]
[实施例3]
[0232]
顺便提及，在实施例1和实施例2中描述的发光元件中，例如，在由于某些原因对平坦基底表面90的第一部分91的升高部分施加强外力的情况下，应力集中在第一部分91的升高部分上，并且存在在第一化合物半导体层等中发生损坏的担忧。
[0233]
实施例3是实施例1和实施例2的变形例。图12示出了实施例3的发光元件10b的示意性部分端部视图。在实施例1和实施例2中，基底表面90的第二部分92是平坦的。然而，在实施例3中，参考第一化合物半导体层21的第二表面21b，基底表面90的第二部分92朝向第一化合物半导体层21的第二表面21b凹陷。在此，可以将第一部分91到第二部分92进行区分。然后，在基底表面90中存在从第一部分91到第二部分92的拐点的部分是第一部分91与第二部分92之间的边界。具体地，“从第一部分/第二部分的周边部分至中心部分”的形状对应于上述(a)的情况。
[0234]
尽管第一光反射层41形成在基座表面90的第一部分91中，但是第一光反射层41的延伸部分可以形成在基座表面90的占据外围区域99的第二部分92中，或者第一光反射层41可以不形成在第二部分92中。在实施例3中，第一光反射层41不形成在基底表面90的占据外围区域99的第二部分92中。
[0235]
在实施例3的发光元件10b中，第一部分91和第二部分92之间的边界90
bd
可被定义为：(1)在第一光反射层41未延伸至外围区域99的情况下的第一光反射层41的外围部分，以及(2)在第一光反射层41延伸至外围区域99的情况下在基底表面90中存在从第一部分91至第二部分92拐点的部分。这里，实施例3的发光元件10b具体地对应于(1)的情况。
[0236]
在实施例3的发光元件10b中，第一化合物半导体层21的第一表面21a构成基底表面90。当基底表面90被包括层压结构20的层压方向的虚拟平面(在示出的实施例中，例如，
xz虚拟平面)切割时由基底表面90的第一部分91绘制的形状可以微分，并且更具体地，可以是圆的一部分、抛物线的一部分、正弦曲线的一部分、椭圆的一部分、链曲线的一部分或这些曲线的组合，或者这些曲线的一部分可以被线段替代。第二部分92绘制的形状(图形)也可以微分，并且更具体地，可以是圆的一部分、抛物线的一部分、正弦曲线的一部分、椭圆的一部分、链曲线的一部分或这些曲线的组合，或者这些曲线的一部分可以被线段替代。此外，基底表面90的第一部分91和第二部分92之间的边界也是可微分的。
[0237]
在实施例3的发光元件中，因为基底表面具有不均匀形状并且可以微分，并且因此在由于某些原因对发光元件施加强外力的情况下，可以可靠地避免应力集中在凸部的上升部分上的问题，并且不存在在第一化合物半导体层等中发生损坏的担忧。具体地，使用凸块(bump)将稍后描述的发光元件单元连接和接合至外部电路等，但是在接合时需要将大负载(例如，约50mpa)施加至发光元件单元。在实施例3的发光元件中，即使当施加这种大负载时，也不存在发光元件中发生损坏的担忧。此外，因为基底表面具有不均匀形状，所以进一步抑制杂散光的发生，并且可以更可靠地防止发光元件之间的光学串扰的发生。
[0238]
在下文中，将描述实施例3的发光元件的制造方法。
[0239]
首先，执行与实施例1的[步骤-100]至[步骤-150]类似的步骤。此后，第一牺牲层81形成在基底表面90的第一部分91(具体地，第一化合物半导体层21的第一表面21a)上，第一光反射层41形成在所述第一部分91上，然后，第一牺牲层的表面被制成凸面。具体地，通过在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一抗蚀剂材料层，并且图案化第一抗蚀剂材料层以在第一部分91上留下第一抗蚀剂材料层，获得图24a中所示的第一牺牲层81，然后对第一牺牲层81进行热处理，因此，可获得图24b中所示的结构。接着，当对第一牺牲层81'的表面进行灰化处理(等离子体照射处理)以改变第一牺牲层81'的表面并且在下一步骤中形成第二牺牲层82时，防止第一牺牲层81'中发生损坏、变形等。
[0240]
接着，在暴露于基底表面90的第一牺牲层81'与第一牺牲层81'之间的第二部分92上以及在第一牺牲层81'上，形成第二牺牲层82以使第二牺牲层82的表面不均匀(参考图25a)。具体地，包括具有适当厚度的第二抗蚀剂材料层的第二牺牲层82形成在整个表面上。注意，在图12所示的配置状态的示例中，第二牺牲层82的平均膜厚度为2μm，以及第二牺牲层82的平均膜厚度为5μm。
[0241]
可替代地，在第一化合物半导体层21的第一表面21a上形成第一牺牲层81之后，使第一牺牲层81的表面是凸出的(参照图24a和图24b)，此后，回蚀刻第一牺牲层81'，并且此外，从第一表面21a向内回蚀刻第一化合物半导体层21，从而形成相对于第一化合物半导体层21的第二表面21b的凸出部分91'。以这种方式，可以获得图26a中所示的结构。此后，在整个表面上形成第二牺牲层82(参照图26b)。
[0242]
构成第一牺牲层81和第二牺牲层82的材料不限于抗蚀剂材料，并且仅需要选择用于第一化合物半导体层21的适当材料，诸如氧化物材料(例如，sio2、sin、tio2等)、半导体材料(例如，si、gan、inp、gaas等)或者金属材料(例如，ni、au、pt、sn、ga、in、al等)。另外，通过使用具有适当粘度的抗蚀剂材料作为构成第一牺牲层81和第二牺牲层82的抗蚀剂材料，并且通过适当地设定和选择第一牺牲层81的厚度、第二牺牲层82的厚度、第一牺牲层81'的直径等，可以将基底表面90的曲率半径的值和基底表面90的不平坦形状(例如，直径或高度)设定为期望的值和形状。
[0243]
此后，通过回蚀第二牺牲层82和第一牺牲层81'并且进一步从基底表面90朝向内侧(即，从第一化合物半导体层21的第一表面21a至第一化合物半导体层21的内部)回蚀，相对于第一化合物半导体层21的第二表面21b，可以在基底表面90的第一部分91中形成凸部91a，并且可以在基底表面90的第二部分92中形成至少凹部(实施例3中的凹部92a)。以这种方式，可获得图25b或图26c中示出的结构。在需要进一步增大基底表面90的第一部分91的曲率半径r1的情况下，可以重复该步骤。回蚀可以基于干法蚀刻方法如rie方法进行，或者可以基于使用盐酸、硝酸、氢氟酸、磷酸、它们的混合物等的湿法蚀刻方法进行。
[0244]
接着，在基底表面90的第一部分91上形成第一光反射层41。具体地，基于诸如溅射方法或真空沉积方法的成膜方法在基底表面90的整个表面上形成第一光反射层41(参照图25c)，然后图案化第一光反射层41，由此可在基底表面90的第一部分91上获得第一光反射层41(参照图27a)。此后，每个发光元件共用的第一电极31形成在基底表面90的第二部分92上(参考图27b)。如上所述，可以获得实施例3的发光元件单元或发光元件10b。当第一电极31从第一光反射层41突出时，可以保护第一光反射层41。然后，仅需要实现与外部电极或电路(用于驱动发光元件的电路)的电连接。具体地，第一化合物半导体层21只需要经由第一电极31和第一焊盘电极(未示出)连接至外部电路等，并且第二化合物半导体层22可以经由第二电极32和第二焊盘电极连接至外部电路等。接着，通过封装或密封完成实施例3的发光元件。
[0245]
[实施例4]
[0246]
实施例4涉及本公开的发光元件单元。图13a和图13b示意性地示出构成实施例4的发光元件单元的发光元件中的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态。此外，图14示出了沿x方向的发光元件单元的部分端部视图。
[0247]
实施例4的发光元件单元是包括多个发光元件的发光元件单元，并且每个发光元件包括具有各种变形例的实施例1至3的发光元件。另外，多个发光元件在x方向上彼此分开布置。注意，在示出的实施例中，一个发光元件单元由四个发光元件构成，但是构成发光元件单元的发光元件的数量不限于此。
[0248]
在实施例4的发光元件单元中，当在每个发光元件中的电流注入区域51的沿y方向的宽度是l
max-y
并且沿x方向的宽度是l
min-x
时，
[0249]
满足l
max-y
/l
min-x
≥3，以及
[0250]
优选地，
[0251]
满足l
max-y
/l
min-x
≥20，以及
[0252]
当多个发光元件沿x方向的阵列间距为p
x
时，
[0253]
满足p
x
/l
min-x
≥1.5，以及
[0254]
优选地，
[0255]
满足p
x
/l
min-x
≥5。
[0256]
此外，在实施例4的发光元件单元中，在整个发光元件单元中，yz虚拟平面中的光的发射角θy'为2度以下，xz虚拟平面中的光的发射角θ
x
'为0.1度以下。
[0257]
此外，在图13a所示的实施例中，第一电极31为多个发光元件共用，并且第二电极32单独设置在每个发光元件中。第二电极32中的每一个经由第二焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。第二焊盘电极设置在不干扰来自发光元件的光的发射的位置处，并且具有能
够经由第一光反射层41发射光和经由第二光反射层42发射光的结构。在一些情况下，第二焊盘电极可形成为覆盖四个发光元件(具体地，第二光反射层42和第二电极32)，并且还可具有经由第一光反射层41发射光的结构。
[0258]
可替代地，在图13b所示的示例中，第一电极31为多个(所示实例中为四个)发光元件共用，并且第二电极32为多个(所示示例中为四个)发光元件共用。换言之，四个发光元件共用的第二电极32形成为覆盖四个发光元件中的第二化合物半导体层22的第二表面22b，并且第二电极32经由第二焊盘电极(未示出)连接至外部电路等。第二焊盘电极设置在不干扰来自发光元件的光的发射的位置处，并且具有能够经由第一光反射层41发射光和经由第二光反射层42发射光的结构。在一些情况下，第二焊盘电极可形成为覆盖四个发光元件(具体地，第二光反射层42和第二电极32)，并且可具有经由第一光反射层41发射光的结构。可替代地，在一些情况下，代替第二焊盘电极，例如，包括ito的透明导电材料层可形成为覆盖四个发光元件(具体地，第二光反射层42和第二电极32)，并且第二焊盘电极也可连接至透明导电材料层。在这种情况下，还可以具有能够经由第一光反射层41发射光和经由第二光反射层42发射光的结构。
[0259]
构成发光元件单元的每个发光元件的规格示于下表6中。
[0260]
《表6》
[0261]
[0262][0263]
在实施例1和实施例2的发光元件中，x方向上的发射角的值大。另一方面，在实施例4的发光元件单元中，通过在x方向以短阵列间距p
x
布置多个发光元件，可给予发光元件相干性，并且发光元件之间发生耦合。因此，构成发光元件单元的多个发光元件表现得好像它们是一个发光元件，x方向上的“光存在的位置的不确定性”增加，并且与单个发光元件的情况相比，x方向上的发射角θ
x
'可增加。在一个发光元件的情况下，当x方向上的发射角θ
x
为8度时，例如，通过将四个发光元件布置在同一发光元件中，x方向上的发射角θ
x
'可被抑制为0.1度以下。
[0264]
此外，例如，当布置四个发光元件时，发光元件单元在x方向上的宽度为60μm。当假设具有60μm宽度的一个发光元件等同于这种发光元件单元时，需要形成单个大电流注入区域。然而，电流密度变得不均匀，发光元件的谐振器结构变得不均匀，并且不能保持整个区域的相干性。另一方面，在实施例4的发光元件单元中，因为从第二电极到每个发光元件中的电流注入区域的每个部分的距离短，所以电流可以均匀地注入到每个发光元件中。因此，可以提供具有在大区域上延伸的光场的发光元件和具有窄发射角的发光元件，对于具有60μm宽度的巨大元件区域的发光元件而言，这是不可行的。另外，通过单独驱动构成发光元件单元的发光元件，可以选择性地照射期望的位置或部分。
[0265]
应注意，在图14中示出了示意性部分端部视图的实施例4的发光元件单元中，基底表面90的第二部分92在x方向和y方向上平坦。另一方面，在图15中沿着x方向示出了示意性部分端部视图的实施例4的发光元件单元的变形例-1中，基底表面90的第二部分92参考第一化合物半导体层21的第二表面21b在x方向和y方向上朝向第一化合物半导体层21的第二表面21b凹陷，与实施例3相似。
[0266]
[实施例5]
[0267]
实施例5涉及根据本公开的第二方面的发光元件。实施例5的发光元件的示意性部分端部视图在图16中示出，构成实施例5的发光元件的电流注入区域、电流限制区域和第二电极的布置状态在图17的(a)、(b)、(c)和(d)以及图18的(a)中示意性地示出，并且电流注入区域和电流限制区域的布置状态在图18的(b)中示意性地示出。在图18的(b)中，省略了第二电极的图示。
[0268]
在实施例5的发光元件中，由电流限制区域52包围的电流注入区域51的平面形状包括从由环形形状、部分切割的环形形状、由曲线包围的形状、由多个线段包围的形状、以及由曲线和线段包围的形状组成的组中选择的至少一种类型的形状(即，除圆形之外的图形)。这里，电流注入区域51的平面形状可包括字符或图形。应注意，与实施例1至3中的发光元件不同，第一光反射层41形成在平坦基底表面90上。
[0269]
在图17的(a)中所示的实施例中，电流注入区域51的平面形状是环形形状(环状)，环形内部被电流限制区域52a占据，并且环形外部被电流限制区域52b占据。电流注入区域51和电流限制区域52a的正投影图像包括在第二电极32的正投影图像中。此外，第二电极32的正投影图像包括在电流限制区域52b的正投影图像中。发射角可以是例如5度。环形形状分别具有12μm、4μm和4μm的外径、内径和宽度。另外，以下说明的部分切割的环形形状的外径、内径、宽度也是12μm、4μm、4μm，线段的宽度也是4μm。
[0270]
在图17的(b)中所示的实施例中，电流注入区域51的平面形状是部分切割的环形形状(“c”形)。电流注入区域51被电流限制区域52包围。电流注入区域51的正投影图像包括在第二电极32的正投影图像中。此外，第二电极32的正投影图像包括在电流限制区域52的正投影图像中。
[0271]
在图17的(c)和(d)和图18的(a)中所示的实施例中，电流注入区域51的平面形状是由曲线和线段包围的形状。具体地，在图17的(c)和(d)中所示的实施例中，形状是环形形状和线段的组合。此外，电流注入区域51的环形内部被电流限制区域52a占据，并且环形外部被电流限制区域52b占据。电流注入区域51、电流限制区域52a和线段部分的正投影图像包括在第二电极32的正投影图像中。此外，第二电极32的正投影图像包括在电流限制区域52b的正投影图像中。另一方面，在图18的(a)中所示的实施例中，形状是部分切割的环形形状和线段的组合。电流注入区域51被电流限制区域52包围。电流注入区域51的正投影图像包括在第二电极32的正投影图像中。此外，第二电极32的正投影图像包括在电流限制区域52的正投影图像中。
[0272]
在图18的(b)中所示的实施例中，电流注入区域51的平面形状是多个环形形状的组合。环形内部被电流限制区域52a占据，并且环形外部被电流限制区域52b占据。电流注入区域51和电流限制区域52a的正投影图像包括在第二电极(未示出)的正投影图像中。此外，第二电极的正投影图像包括在电流限制区域52b的正投影图像中。
[0273]
此外，在图19的(a)、(b)、(c)、(d)和(e)中示意性地示出构成实施例5的发光元件的电流注入区域51的平面形状，并且电流注入区域51的平面形状是字符“a”(参考图19的(a))、字符“e”(参考图19的(b))、字符“t”(参考图19的(c))或图形(例如，正方形(参考图19的(d))和六边形(参考图19的(e))。在这些附图中，省略了第二电极和电流限制区域的图示。
[0274]
除了与第一光反射层41的结构不同的点以外，实施例5的发光元件的配置和结构可类似于实施例1和实施例2中所述的发光元件的配置和结构，因此将省略其详细描述。应注意，实施例5中的发光元件的配置和结构可类似于包括实施例1至实施例3中描述的第一光反射层41的发光元件的配置和结构。
[0275]
在实施例5的发光元件中，由电流限制区域包围的电流注入区域的平面形状是环形形状等。具体地，例如，具有凹横截面的透镜状结构的反射镜(凹反射镜)通过适当的光学系统形成，并且发光元件被布置在凹反射镜的主轴上。因此，能够将从发光元件发出的光作为图形或字符进行投射和视觉识别，并且能够发射并投射具有复杂形状的光束。另外，通过组合多个发光元件，可以显示、发射字符串、多个图形或字符和图形的组合等。此外，例如，当电流注入区域的平面形状是环形形状时，与电流注入区域的平面形状是圆形形状的情况相比，可以以更小的电流量和功率获得具有相同程度的窄发射角的光束，并且此外，可以抑制发热，并且还提高了可靠性。
[0276]
[实施例6]
[0277]
实施例6是实施例1至5的变形例。在实施例1至5中，层压结构20包括gan基化合物半导体。另一方面，在实施例6中，层压结构20包括inp基化合物半导体或gaas基化合物半导体。作为实施例，在具有图9所示实施例2的配置的发光元件中的发光元件(然而，层压结构20包括inp基化合物半导体)中的发光元件的规格示于下表7中。此外，在具有图9所示实施例2的配置的发光元件中的发光元件(然而，层压结构20包括gaas基化合物半导体)中的发光元件的规格示于下表8中。
[0278]
《表7》
[0279]
[0280][0281]
《表8》
[0282]
[0283][0284]
实施例6的发光元件的配置和结构可以类似于实施例1至实施例3和实施例5的发光元件的配置和结构，不同之处在于层压结构的配置不同，并且使用实施例6的发光元件的发光元件单元的配置和结构可以类似于实施例4的发光元件单元的配置和结构。
[0285]
[实施例7]
[0286]
实施例7是实施例1至实施例6的变形例。
[0287]
顺便说一下，当整个层压结构的等效折射率为n
eq
，且从表面发光激光元件(发光元件)发射的激光的波长为λ0时，包括两个dbr层的层压结构及其间形成的层压结构中的谐振器长度l
or
表示为l＝(m
·
λ0)/(2
·neq
)。这里，m为正整数。然后，在表面发光激光元件(发光元件)中，通过谐振器长度l
or
确定可以振荡的波长。可振荡的每个振荡模式被称为纵向(longitudinal)模式。然后，在纵向模式中，匹配由活性层确定的增益谱的模式可引起激光振荡。当有效折射率是n
eff
时，纵向模之间的间隔δλ由λ
02
/(2n
eff
·
l)表示。换言之，谐振器长度l
or
越长，纵向模式之间的间隔δλ越窄。因此，在谐振器长度l
or
长的情况下，在增益谱
中可以存在多个纵向模式，并且因此在多个纵向模式中振荡是可行的。注意，当振荡波长为λ0时，等效折射率n
eq
和有效折射率n
eff
具有以下关系：
[0288]neff
＝n
eq-λ0·
(dn
eq
/dλ0)。
[0289]
在此，在层压结构包括gaas基化合物半导体层的情况下，谐振器长度l
or
通常短至1μm以下，并且从表面发光激光元件发射的纵向模式中的激光是一种类型(一种波长)(参考图29a的概念图)。因此，可以精确地控制从表面发光激光元件发射的纵向模式中的激光的振荡波长。另一方面，在层压结构包括gan基化合物半导体层的情况下，谐振器长度l
or
通常长达从表面发光激光元件发射的激光的波长的几倍。因此，存在可从表面发光激光元件发射的纵向模式中的多种类型的激光(参考图29b的概念图)，并且变得难以精确地控制可从表面发光激光元件发射的激光的振荡波长。
[0290]
如图20中的示意性部分截面图所示，在实施例7的发光元件10c或随后描述的实施例8和实施例9的发光元件中，在包括第二电极32的层压结构20中，平行于由活性层23占据的虚拟平面(xy虚拟平面)，形成实施例7中的至少两个光吸收材料层26，优选地至少四个光吸收材料层26，并且具体地二十个光吸收材料层26。应注意，为了简化附图，在附图中仅示出了一个光吸收材料层26。
[0291]
在实施例7中，振荡波长(如期望的从发光元件发射的振荡波长)λ0＝450nm。二十个光吸收材料层26包括具有比构成层压结构20的化合物半导体，具体地，n-in
0.2
ga
0.8
n的带隙窄的带隙的化合物半导体材料，并且形成在第一化合物半导体层21内部。光吸收材料层26的厚度为λ0/(4
·neq
)或更小，具体地，3nm。此外，光吸收材料层26的光吸收系数是包括n-gan层的第一化合物半导体层21的光吸收系数的2倍以上，具体地，1
×
103倍。
[0292]
此外，光吸收材料层26定位在层压结构内形成的光的驻波中产生的最小振幅部分处，并且活性层23定位在层压结构内形成的光的驻波中产生的最大振幅部分处。活性层23在厚度方向上的中心和与活性层23相邻的光吸收材料层26在厚度方向上的中心之间的距离为46.5nm。此外，当所有的两个光吸收材料层26和位于光吸收材料层26和26之间的层压结构的一部分(具体地，在实施例7中，第一化合物半导体层21)的等效折射率是n
eq
，并且光吸收材料层26和26之间的距离是l
abs
时，满足0.9
×
{(m
·
λ0)/(2
·neq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(m
·
λ0)/(2
·neq
)}。在此，m是1或者包括1的2以上的任何整数。然而，在实施例7中，满足m＝1。因此，在所有多个光吸收材料层26(二十个光吸收材料层26)中，相邻的光吸收材料层26之间的距离满足0.9
×
{λ0/(2
·neq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{λ0/(2
·neq
)}。等效折射率n
eq
的值具体地为2.42，并且当m＝1时，具体地，满足l
abs
＝1
×
450/(2
×
2.42)＝93.0nm。应注意，在二十个光吸收材料层26中的一些光吸收材料层26中，m可以是2以上的任何整数。
[0293]
在实施例7的发光元件的制造中，层压结构20在与实施例1的[步骤-100]类似的步骤中形成，并且此时，二十个光吸收材料层26也形成在第一化合物半导体层21内部。除此之外，实施例7的发光元件可以基于与实施例5的发光元件相似的方法制造。
[0294]
图28中示意性地示出了多个纵向模式发生在由活性层23确定的增益谱中的情况。要注意的是，图28显示了两个纵向模式，纵向模式a和纵向模式b。然后，在这种情况下，假设光吸收材料层26位于纵向模式a的最小振幅部分中并且不位于纵向模式b的最小振幅部分中。然后，纵向模式a的模式损失被最小化，但是纵向模式b的模式损失大。在图28中，纵向模式b的模式损失量由实线示意性地表示。因此，在纵向模式a中比在纵向模式b中更可能发生
振荡。因此，通过使用这种结构，即，通过控制光吸收材料层26的位置和周期，可以稳定特定的纵向模式并且可以促进振荡。另一方面，由于可相对于其他不期望的纵向模式增加模式损失，因此可抑制其他不期望的纵向模式的振荡。
[0295]
如上所述，在实施例7的发光元件中，由于在层压结构内形成至少两个光吸收材料层，所以可抑制可从表面发光激光元件发射的多种类型的纵向模式的激光中的纵向模式的激光的不期望的振荡。结果，可精确地控制发射的激光的振荡波长。此外，因为实施例7的发光元件具有第一部分，所以可以可靠地抑制衍射损失的发生。
[0296]
[实施例8]
[0297]
实施例8是实施例7的变形例。在实施例7中，光吸收材料层26由具有比构成层压结构20的化合物半导体的带隙窄的带隙的化合物半导体材料制成。另一方面，在实施例8中，十个光吸收材料层26由掺杂杂质的化合物半导体材料制成，具体地，杂质浓度(杂质：si)为1
×
10
19
/cm3的化合物半导体材料(具体地，n-gan：si)。此外，在实施例8中，将振荡波长λ0设定为515nm。另外，活性层23的组成为in
0.3
ga
0.7
n。在实施例8中，m＝1，l
abs
的值为107nm，在厚度方向上的活性层23的中心与在厚度方向上与活性层23相邻的光吸收材料层26的中心之间的距离为53.5nm，并且光吸收材料层26的厚度为3nm。除了上述点之外，实施例8的发光元件的配置和结构可以与实施例7中所述的发光元件的配置和结构相似，因此将省略其详细描述。应注意，在十个光吸收材料层26中的一些光吸收材料层26中，m可以是2以上的任何整数。
[0298]
[实施例9]
[0299]
实施例9也是实施例7的变形例。在实施例9中，五个光吸收材料层(为方便起见称作“第一光吸收材料层”)被配置成与实施例7的光吸收材料层26相似，即，包括n-in
0.3
ga
0.7
n。此外，在实施例9中，一个光吸收材料层(为方便起见称作“第二光吸收材料层”)由透明导电材料制成。具体地，第二光吸收材料层也被用作包括ito的第二电极32。在实施例9中，将振荡波长λ0设定为450nm。另外，m设定为1和2。当m＝1时，l
abs
的值为93.0nm，活性层23在厚度方向上的中心与和活性层23相邻的第一光吸收材料层在厚度方向上的中心之间的距离为46.5nm，并且五个第一光吸收材料层的厚度为3nm。换言之，在五个第一光吸收材料层中，满足0.9
×
{λ0/(2
·neq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{λ0/(2
·neq
)}。此外，与活性层23相邻的第一光吸收材料层和第二光吸收材料层满足m＝2。换言之，满足0.9
×
{2
·
λ0/(2
·neq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(2
·
λ0)/(2
·neq
)}。也用作第二电极32的第二光吸收材料层具有2000cm-1
的光吸收系数和30nm的厚度，并且从活性层23至第二光吸收材料层的距离为139.5nm。除了上述点之外，实施例9的发光元件的配置和结构可以与实施例7中所述的发光元件的配置和结构相似，因此将省略其详细描述。应注意，在五个第一光吸收材料层之中的一些第一光吸收材料层中，m可以是2以上的任何整数。要注意的是，与实施例7不同，光吸收材料层26的数量可以是1。同样，在这种情况下，也用作第二电极32的第二光吸收材料层与光吸收材料层26之间的位置关系需要满足以下表达式，
[0300]
0.9
×
{(m
·
λ0)/(2
·neq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(m
·
λ0)/(2
·neq
)}。
[0301]
[实施例10]
[0302]
实施例10涉及电子设备或发光装置。实施例10的电子设备或发光装置包括实施例1至实施例3和实施例5的发光元件或实施例4的发光元件单元。此外，具体地，例如，实施例1
至实施例3和实施例5的发光元件以及实施例4的发光元件单元可以结合在诸如各种显示装置(诸如投影仪、电视接收器和监视器)、构成显示装置的像素、室内和室外照明、激光指示器、使用激光的电平、以及距离测量装置的电子设备中。电子设备本身仅需要具有已知的配置和结构。
[0303]
或者，发光装置(或照明装置)也可以包括上述实施例1至实施例3和实施例5的发光元件和实施例4的发光元件单元。例如，如图17的(a)所示，电流注入区域51的平面形状为环形形状(环形)的发光装置(具体地，例如，前灯等)可安装在各种移动物体上，诸如包括汽车、摩托车和自行车的车辆。例如，作为环形形状的外径、内径和宽度，可以例示24μm、12μm和6μm。紧接着从发光元件发射之后的发射光的横截面形状是环形形状，但是在离发光元件足够远的位置处变成圆形等，并且可以获得具有高质量的光束。
[0304]
或者，可以使用诸如线传感器的光源单元、通过多处理的二维线传感器的光源单元、能够以更高速度对应于更宽区域的li-hi光源单元和能够处理更宽区域的激光处理光源单元的装置中的发光装置(或照明装置)。此外，发光装置可以结合在各种显示装置中。发光装置、照明装置、显示装置、以及装置本身仅需要具有已知的配置和结构。
[0305]
发光元件的振荡波长(发射波长)λ0可以是例如400nm至500nm，或者当设置稍后描述的波长转换材料层(颜色转换材料层)时，可以发射具有期望颜色的光。
[0306]
在实施例10的发光装置(或照明装置)中，发射角小于(窄于)通常使用的端面发光激光元件(或表面发光激光元件)的发射角。然后，由于可以在没有外部光学系统(外部光学组件)(或仅具有简单的光学组件)的情况下，获得具有在发光装置(或照明装置)周围扩展的窄发射角的光束，所以可以获得整个装置的重量减轻、成本降低和高可靠性。
[0307]
此外，发光装置(或照明装置)可用作光源，并且例如，可使用光纤用光照射期望的物体、部件、地点等。在这种情况下，从发光元件发射的光可以有效地耦接至光纤，因此可以实现功耗的降低和长寿命。
[0308]
注意，实施例10的电子设备或发光装置以及稍后描述的实施例11的感测装置可以包括实施例5的多种类型的发光元件。换言之，电子设备或发光装置和感测装置可通过混合发光元件来配置，其中，实施例5中描述的电流注入区域的平面形状包括从由以下构成的组中选择的至少一种类型的形状：环形形状、部分切割的环形形状、由曲线包围的形状、由多个线段包围的形状、以及由曲线和线段包围的形状。然后，通过单独地且适当地驱动每个发光元件来改变照射图案。
[0309]
[实施例11]
[0310]
实施例11涉及感测装置。实施例11的感测装置包括：光发射装置，其包括实施例1至实施例3和实施例5的发光元件或实施例4的发光元件单元；以及接收从光发射装置发射的光的光接收装置。感测装置本身仅需要具有已知的配置和结构。
[0311]
感测装置的具体实例包括光检测和测距(lidar)。可替代地，光发射装置可用于通过以非接触方式测量到对象的距离或测量对象的三维形状的方法在三维感测装置中发射结构光，并且例如，仅需要发射基于红外线的结构光以照射对象。结构光的实例包括线和空间图案、格状图案和点图案，并且例如，这些图案仅需要从包括实施例1至实施例3和实施例5的发光元件或实施例4的发光元件单元的光发射装置发射。可替代地，当发射光的截面形状是在实施例1中描述的在y方向上延伸的“杆形”或“i形”的发光元件被用作感测装置的光
发射装置，并且以y方向作为垂直方向或各种移动物体(诸如包括汽车、摩托车和自行车的车辆)附接至要感测光发射装置的位置时，变得可以在水平方向上广泛地发射光，并且可以感测水平方向上的宽的区域。可替换地，感测装置的实例可包括移动图像显示器、通信装置以及智能电话。
[0312]
[实施例12]
[0313]
实施例12涉及一种通信装置。实施例12的通信装置包括：光发射装置，其包括实施例5的多种类型的发光元件；以及接收从光发射装置发射的光的光接收装置。
[0314]
这里，实施例5的包括多种发光元件的光发射装置是指通过混合发光元件而配置的光发射装置，其中，实施例5中描述的电流注入区域的平面形状包括从由以下构成的组中选择的至少一种形状：环形形状、部分切割的环形形状、由曲线包围的形状、由多个线段包围的形状、以及由曲线和线段包围的形状。换言之，光发射装置是指安装有多个不同形状的光源(发射光的截面形状不同的多个发光元件)的光发射装置。
[0315]
然后，衍射光学元件(doe)被布置在光发射装置与光接收装置之间。此外，可以布置诸如透镜的光学元件。通过单独地且适当地驱动每个发光元件来改变照射图案。到达光接收装置的光根据诸如doe的外部光学系统(外部光学组件)的配置、形式、形状和性能、相对于光发射装置的相对位置、构成光发射装置的多种类型的发光元件的发光图案、从光发射装置发射的光的横截面形状、光发射装置和发光元件的驱动条件而改变，光发射装置中的多个发光元件中的哪个发光元件闪烁，作为信号被获取(在下文中，这些被统称为“参数”)等。当从光发射装置发射的光到达光接收装置时，在参数未知的情况下，不可能知道从光发射装置发射的光如何变化。因此，实施例12的通信装置可构成使用这些参数中的全部或一些作为合成密钥的一种类型的加密通信系统。
[0316]
换言之，在正常空间通信(或可见光通信)中，信息被提供(编码)给光源的闪烁，并且该信息被传输至远处的地点。然而，在这种情况下，当光接收元件被布置在用光照射的区域中时，可以获取信息。换言之，可以容易地执行窃听。另一方面，在实施例12的通信装置中，不知道上述参数的第三方不能知道包括在发光元件的闪烁中的信息。因此，这些参数可以用作使用合成密钥的加密传输和通信系统，并且当使用实施例12的通信装置时，变得可以比在单个发光元件简单地闪烁的情况下更牢固地将信息传输到远处位置。换言之，可以加密特定模式的闪烁并且用于空间传输，并且可以使用可见光空间通信等在公共空间中执行私人通信。此外，在光通信中，与pam4相似，当多个图案被传输至远处位置时，本公开可应用于添加每个图案所特有的信息的通信。
[0317]
虽然以上基于优选实施例描述了本公开，但是本公开不限于这些实施例。在实施例中描述的发光元件的配置和结构是实施例，并且可以适当地改变，并且用于制造发光元件的方法也可以适当地改变。在一些情况下，通过适当地选择接合层和支撑衬底，可以获得经由第二光反射层从第二化合物半导体层的第二表面发射光的表面发光激光元件。此外，在一些情况下，到达第一化合物半导体层的通孔可形成在不影响光发射的第二化合物半导体层和活性层的区域中，并且与第二化合物半导体层和活性层绝缘的第一电极可形成在通孔中。第一光反射层可延伸到基底表面的第二部分。换言之，基底表面上的第一光反射层可包括所谓的固体膜。然后，在这种情况下，通孔可形成于在基底表面的第二部分中延伸的第一光反射层中，并且连接至第一化合物半导体层的第一电极仅需要形成在通孔中。此外，也
可以通过基于纳米压印法提供牺牲层来形成基底表面。虽然除了实施例5之外，第一光反射层形成在基底表面的凸部上，但是在每个实施例中，第一光反射层可形成在平坦的基底表面上。
[0318]
为了控制从发光元件发射的光的偏振状态，在一个方向(x方向或y方向)上延伸的多个凹槽部分可以形成在第二电极中。
[0319]
波长转换材料层(颜色转换材料层)可以设置在发光元件的从其发射光的区域中。然后，在这种情况下，可经由波长转换材料层(颜色转换材料层)发射白光。具体地，在从活性层发射的光经由第一光反射层发射至外部的情况下，波长转换材料层(颜色转换材料层)可形成在第一光反射层的发光侧上，并且在从活性层发射的光经由第二光反射层发射至外部的情况下，仅需要在第二光反射层的发光侧上形成波长转换材料层(颜色转换材料层)。
[0320]
在从发光层发射蓝光的情况下，通过采用以下方面可以经由波长转换材料层发射白光。
[0321]
[a]通过使用将从发光层发射的蓝光转换成黄光的波长转换材料层，获得混合有蓝光和黄光的白光，作为从波长转换材料层发射的光。
[0322]
[b]通过使用将从发光层发射的蓝光转换成橙光的波长转换材料层，获得混合有蓝光和橙光的白光，作为从波长转换材料层发射的光。
[0323]
[c]通过使用将从发光层发射的蓝光转换成绿光的波长转换材料层和将蓝光转换成红光的波长转换材料层，获得混合有蓝光、绿光和红光的白光，作为从波长转换材料层发射的光。
[0324]
可替代地，在从发光层发射紫外线的情况下，通过采用以下方面可以经由波长转换材料层发射白光。
[0325]
[d]通过使用将从发光层发射的紫外线转换成蓝光的波长转换材料层和将紫外线转换成黄光的波长转换材料层，获得混合有蓝光和黄光的白光，作为从波长转换材料层发射的光。
[0326]
[e]通过使用将从发光层发射的紫外线转换成蓝光的波长转换材料层和将紫外线转换成橙光的波长转换材料层，获得混合有蓝光和橙光的白光，作为从波长转换材料层发射的光。
[0327]
[f]通过使用将从发光层发射的紫外线转换成蓝光的波长转换材料层、将紫外线转换成绿光的波长转换材料层、以及将紫外线转换成红光的波长转换材料层，获得混合有蓝光、绿光和红光的白光作为从波长转换材料层发射的光。
[0328]
在此，被蓝光激发并发射红光的波长转换材料的实例包括，具体地，红光发射磷光体粒子，并且更具体地，(me：eu)s(在此，“me”是指选自由ca、sr和ba组成的组中的至少一种类型的原子，并且以下类似适用)，(m：sm)
x
(si，al)
12
(o，n)
16
(在此，“m”是指选自由li、mg和ca组成的组中的至少一种类型的原子，并且以下类似适用)，me2si5n8：eu，(ca：eu)sin2，和(ca：eu)alsin3。此外，被蓝光激发并发射绿光的波长转换材料的实例包括，具体地，绿光发射磷光体粒子，并且更具体地，(me：eu)ga2s4，(m：re)
x
(si，al)
12
(o，n)
16
(此处，“re”指tb和yb)，(m：tb)
x
(si，al)
12
(o，n)
16
，(m：yb)
x
(si，al)
12
(o，n)
16
，和si
6-z
alzozn
8-z
：eu。另外，作为被蓝色光激发而发出黄色光的波长转换材料的实例包括，具体地，黄光发射磷光体粒子，更具体地，钇铝石榴石(yag)系磷光体粒子等。注意，波长转换材料可单独使用或以其两种以上
类型的组合使用。此外，通过使用两种以上类型的波长转换材料的混合物，还可以从波长转换材料混合物发射黄色、绿色和红色之外的颜色的发射光。具体地，例如，可以发射青色，并且在这种情况下，可以使用绿光发射磷光体粒子(例如，lapo4：ce，tb，bamgal
10o17
：eu，mn，zn2sio4：mn，mgal
11o19
：ce，tb，y2sio5：ce，tb，和mgal
11o19
：ce，tb，mn)和蓝光发射磷光体粒子(例如，bamgal
10o17
：eu，bamg2al
16o27
：eu，sr2p2o7：eu，sr5(po4)3cl：eu，(sr，ca，ba，mg)5(po4)3cl：eu，cawo4，和cawo4：pb)的混合物。
[0329]
此外，被紫外线激发并发射红光的波长转换材料的实例包括，具体地，红光发射磷光体粒子，并且更具体地，y2o3：eu，yvo4：eu，y(p，v)o4：eu，3.5mgo
·
0.5mgf2·
ge2：mn，casio3：pb，mn，mg6aso
11
：mn，(sr，mg)3(po4)3：sn，la2o2s：eu，和y2o2s：eu。此外，被紫外线激发并发射绿光的波长转换材料的实例包括，具体地，绿光反射磷光体粒子，并且更具体地，lapo4：ce，tb，bamgal
10o17
：eu，mn，zn2sio4：mn，mgal
11o19
：ce，tb，y2sio5：ce，tb，mgal
11o19
：ce，tb，mn，和si
6-z
alzozn
8-z
：eu。此外，被紫外线激发并发射蓝光的波长转换材料的实例包括，具体地，蓝光发射磷光体粒子，并且更具体地，bamgal
10o17
：eu，bamg2al
16o27
：eu，sr2p2o7：eu，sr5(po4)3cl：eu，(sr，ca，ba，mg)5(po4)3cl：eu，cawo4，和cawo4：pb。另外，作为由紫外线激发并发出黄光的波长转换材料实例包括，具体地，可列举出黄光发射磷光体粒子，以及更具体地，yag系磷光体粒子。注意，波长转换材料可单独使用或以其两种以上类型的组合使用。此外，通过使用两种以上类型的波长转换材料的混合物，还可以从波长转换材料混合物发射黄色、绿色和红色之外的颜色的发射光。具体地，可以发出青色，在这种情况下，可以使用上述的绿光发射磷光体粒子和蓝光发射磷光体粒子的混合物。
[0330]
然而，波长转换材料(颜色转换材料)不限于磷光体粒子。例如，在间接过渡型硅基材料中，为了如在直接过渡型中那样有效地将载流子转换成光，可以示例出载流子的波函数被局部化的发光粒子以及应用诸如二维量子阱结构、一维量子阱结构(量子细线)或使用量子效应的零维量子阱结构(量子点)的量子阱结构。已知添加到半导体材料的稀土原子通过壳内过渡而大幅发光，并且也可以例示应用这种技术的发光粒子。
[0331]
波长转换材料(颜色转换材料)的实例包括如上所述的量子点。随着量子点的尺寸(直径)减小，带隙能量增大，并且从量子点发射的光的波长减小。换言之，随着量子点的尺寸更小，发射具有更短波长的光(蓝光侧的光)，并且随着尺寸更大，发射具有更长波长的光(红光侧的光)。因此，通过使用构成量子点的相同材料并且调整量子点的尺寸，可以获得发射具有期望波长的光(执行颜色转换成期望颜色)的量子点。具体地，量子点优选具有核-壳结构。构成量子点的材料的实例包括si；se；cigs(cuingase)，cis(cuinse2)，cuins2，cuals2，cualse2，cugas2，cugase2，agals2，agalse2，agins2，aginse2，其为黄铜矿系化合物；钙钛矿系材料；以及作为iii-v族化合物的gaas、gap、inp、inas、ingaas、algaas、ingap、algainp、ingaasp和gan；以及cdse，cdses，cds，cdte，in2se3，in2s3，bi2se3，bi2s3，znse，znte，zns，hgte，hgs，pbse，pbs，tio2等，但不限于此。
[0332]
应注意，本公开还可具有以下配置。
[0333]
[a01]《《发光元件：第一方面》》
[0334]
一种发光元件，包括：
[0335]
层压结构，其中层压第一化合物半导体层、活性层、和第二化合物半导体层，第一化合物半导体层具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面；活性层面向第一化合物半
导体层的第二表面，以及第二化合物半导体层具有面向活性层的第一表面以及与第一表面相对的第二表面；
[0336]
第一光反射层，形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上；
[0337]
第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上；
[0338]
第一电极，电连接至第一化合物半导体层；以及
[0339]
第二电极，电连接至第二化合物半导体层，
[0340]
电流限制区域，被设置以控制电流流入活性层，以及
[0341]
当通过由电流限制区域包围的电流注入区域的中心的层压结构的厚度方向上的轴被定义为z轴，与z轴正交的方向被定义为x方向，以及与x方向和z轴正交的方向被定义为y方向时，电流注入区域具有纵向方向在y方向上延伸的细长平面形状。
[0342]
[a02]根据[a01]所述的发光元件，其中，
[0343]
当电流注入区域沿y方向的宽度为l
max-y
，沿x方向的宽度为l
min-x
时，
[0344]
满足l
max-y
/l
min-x
≥3。
[0345]
[a03]根据[a01]或[a02]所述的发光元件，其中，
[0346]
第一光反射层朝向远离活性层的方向具有凸形，并且
[0347]
第二光反射层具有平坦形状。
[0348]
[a04]根据[a01]至[a03]中任一项所述的发光元件，其中，第一光反射层的平面形状是近似于电流注入区域的平面形状的形状。
[0349]
[a05]根据[a01]至[a04]中任一项所述的发光元件，其中，yz虚拟平面中的光的发射角为2度以下。
[0350]
[a06]根据[a01]至[a05]中任一项所述的发光元件，其中，电流注入区域的平面形状为椭圆形。
[0351]
[a07]根据[a01]至[a05]中任一项所述的发光元件，其中，电流注入区域的平面形状是矩形形状。
[0352]
[a08]根据[a07]所述的发光元件，其中，包括电流注入区域的与x方向平行的边的端面与在y方向上交替地布置第一介电层和第二介电层的层接触。
[0353]
[a09]根据[a06]至[a08]中任一项所述的发光元件，其中，电流注入区域的与y方向平行的边包括线段或曲线。
[0354]
[a10]《《发光元件：第二方面》》
[0355]
一种发光元件，包括：
[0356]
层压结构，其中层压第一化合物半导体层、活性层、和第二化合物半导体层，第一化合物半导体层具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面；活性层面向第一化合物半导体层的第二表面，以及第二化合物半导体层具有面向活性层的第一表面以及与第一表面相对的第二表面；
[0357]
第一光反射层，形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上；
[0358]
第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上；
[0359]
第一电极，电连接至第一化合物半导体层；以及
[0360]
第二电极，电连接至第二化合物半导体层，其中
[0361]
电流限制区域，被设置以控制电流流入活性层，以及
[0362]
由电流限制区域包围的电流注入区域的平面形状包括选自由环形形状、部分切割的环形形状、由曲线包围的形状、由多个线段包围的形状、以及由曲线和线段包围的形状组成的组中的至少一种类型的形状。
[0363]
[a11]根据[a10]所述的发光元件，其中，电流注入区域的平面形状包括字符或图形。
[0364]
[a12]根据[a01]至[a11]中任一项所述的发光元件，其中，层压结构包括选自由gan基化合物半导体、inp基化合物半导体和gaas基化合物半导体组成的组中的至少一种类型的材料。
[0365]
[a13]根据[a01]至[a12]中任一项所述的发光元件，其中，化合物半导体衬底被设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，并且基地表面包括化合物半导体衬底的表面。
[0366]
[a14]根据[a01]至[a12]中任一项所述的发光元件，其中，基底材料被设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，或者化合物半导体衬底和基底材料被设置在第一化合物半导体层的第一表面与第一光反射层之间，并且基底表面包括基底材料的表面。
[0367]
[a15]根据[a14]所述的发光元件，其中，构成基底材料的材料是从由诸如tio2、ta2o5或sio2的透明介电材料、硅酮类树脂和环氧基类树脂组成的组中选择的至少一种类型的材料。
[0368]
[a16]根据[a01]至[a15]中任一项所述的发光元件，其中
[0369]
第一光反射层形成在位于第一化合物半导体层的第一表面侧上的基底表面上，以及
[0370]
该基底表面具有不均匀的形状并且是可微分的。
[0371]
[a17]根据[a16]所述的发光元件，其中，基底表面是光滑的。
[0372]
[a18]根据[a16]或[a17]所述的发光元件，其中，在其上形成第一光反射层的基底表面的第一部分相对于第一化合物半导体层的第二表面具有向上凸起的形状。
[0373]
[a19]根据[a18]所述的发光元件，其中，基底表面的占据外围区域的第二部分相对于第一化合物半导体层的第二表面具有向下凸起的形状。
[0374]
[a20]根据[a16]至[a19]中任一项所述的发光元件，其中，当沿着包括层压结构的层压方向的虚拟平面切割基底表面时，由基底表面的第一部分绘制的形状(图形)是圆的一部分或抛物线的一部分。
[0375]
[a21]根据[a16]至[a20]中任一项所述的发光元件，其中，第一化合物半导体层的第一表面构成基底表面。
[0376]
[a22]根据[a16]至[a21]中任一项所述的发光元件，其中，第一光反射层形成在基底表面上。
[0377]
[a23]根据[a01]至[a22]中任一项所述的发光元件，其中，在包括第二电极的层压结构中，至少两个光吸收材料层与被活性层占据的虚拟平面平行地形成。
[0378]
[a24]根据[a23]所述的发光元件，其中，形成至少四个光吸收材料层。
[0379]
[a25]根据[a23]或[a24]所述的发光元件，其中，当振荡波长为λ0时，并且全部两个光吸收材料层和位于光吸收材料层之间的层压结构的一部分的等效折射率为n
eq
，并且光
吸收材料层之间的距离为l
abs
，
[0380]
满足0.9
×
{(m
·
λ0)/(2
·neq
)}≤l
abs
≤1.1
×
{(m
·
λ0)/(2
·neq
)}。
[0381]
在此，m是1或者包括1的2以上的任何整数。
[0382]
[a26]根据[a23]至[a25]中任一项所述的发光元件，其中，光吸收材料层具有λ0/(4
·neq
)以下的厚度。
[0383]
[a27]根据[a23]至[a26]中任一项所述的发光元件，其中，光吸收材料层位于在层压结构内形成的光的驻波中产生的最小振幅部分中。
[0384]
[a28]根据[a23]至[a27]中任一项所述的发光元件，其中，活性层位于层压结构内形成的光的驻波中产生的最小振幅部分中。
[0385]
[a29]根据[a23]至[a28]中任一项所述的发光元件，其中，光吸收材料层具有是构成层压结构的化合物半导体的光吸收系数的2倍以上的光吸收系数。
[0386]
[a30]根据[a23]至[a29]中任一项所述的发光元件，其中，光吸收材料层包括选自由以下项组成的组中的至少一种类型的材料：具有比构成层压结构的化合物半导体的带隙窄的带隙的化合物半导体材料、掺杂有杂质的化合物半导体材料、透明导电材料、和构成具有光吸收特性的材料的光反射层。
[0387]
[b01]《《发光元件单元》》
[0388]
一种包括多个发光元件的发光元件单元，其中
[0389]
每个发光元件包括：
[0390]
层压结构，其中层压第一化合物半导体层、活性层、和第二化合物半导体层，第一化合物半导体层具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面，活性层面向第一化合物半导体层的第二表面，以及第二化合物半导体层具有面向活性层的第一表面以及与第一表面相对的第二表面；
[0391]
第一光反射层，形成在第一化合物半导体层的第一表面侧上；
[0392]
第二光反射层，形成在第二化合物半导体层的第二表面侧上；
[0393]
第一电极，电连接至第一化合物半导体层；以及
[0394]
第二电极，电连接至第二化合物半导体层，
[0395]
电流限制区域，被设置以控制电流流入活性层，
[0396]
当穿过电流限制区域包围的电流注入区域的中心的层压结构的厚度方向上的轴被定义为z轴，与z轴正交的方向被定义为x方向，并且与x方向和z轴正交的方向被定义为y方向时，电流注入区域具有纵向方向在y方向上延伸的细长的平面形状，以及
[0397]
多个发光元件在x方向上彼此分开布置。
[0398]
[b02]根据[b01]所述的发光元件单元，其中，当在每个发光元件中的电流注入区域沿着y方向的宽度是l
max-y
并且沿着x方向的宽度是l
min-x
时，
[0399]
满足l
max-y
/l
min-x
≥3，以及
[0400]
当多个发光元件沿x方向的阵列间距为p
x
时，
[0401]
满足p
x
/l
min-x
≥1.5。
[0402]
[b03]根据[b01]或[b02]所述的发光元件单元，其中，
[0403]
在整个发光元件单元中，
[0404]
yz虚拟平面中的光的发射角为2度以下，并且
[0405]
xz虚拟平面内的光的发射角为0.1度以下。
[0406]
[b04]根据[b01]至[b03]中任一项所述的发光元件单元，其中
[0407]
第一电极为多个发光元件所共用，并且
[0408]
第二电极分别设置在每个发光元件中。
[0409]
[b05]根据[b01]至[b03]中任一项所述的发光元件单元，其中
[0410]
第一电极为多个发光元件所共用，并且
[0411]
第二电极为多个发光元件所共用。
[0412]
[c01]《《电子设备》》
[0413]
一种电子设备，包括：根据[a01]至[a30]中任一项所述的发光元件或根据[b01]至[b05]中任一项所述的发光元件单元。
[0414]
[c02]《《发光装置》》
[0415]
一种发光装置，包括：根据[a01]至[a30]中任一项所述的发光元件或根据[b01]至[b05]中任一项所述的发光元件单元。
[0416]
[c03]《《感测装置》》
[0417]
一种感测装置，包括：
[0418]
光发射装置，包括根据[a01]至[a30]中任一项所述的发光元件或根据[b01]至[b05]中任一项所述的发光元件单元；以及
[0419]
光接收装置，接收从光发射装置发射的光。
[0420]
[c04]《《通信装置》》
[0421]
一种通信装置，包括：
[0422]
光发射装置，包括多种类型的根据[a10]或[a11]所述的发光元件；以及
[0423]
光接收装置，接收从光发射装置发射的光。
[0424]
附图标记列表
[0425]
10a、10b、10c发光元件(表面发光元件、表面发光激光元件)
[0426]
11化合物半导体衬底(用于制造发光元件单元的衬底)
[0427]
20层压结构
[0428]
21第一化合物半导体层
[0429]
21a第一化合物半导体层的第一表面
[0430]
21b第一化合物半导体层的第二表面
[0431]
22第二化合物半导体层
[0432]
22a第二化合物半导体层的第一表面
[0433]
22b第二化合物半导体层的第二表面
[0434]
23活性层(发光层)
[0435]
26光吸收材料层
[0436]
31第一电极
[0437]
31'设置在第一电极中的开口部分
[0438]
32第二电极
[0439]
33第二焊盘电极
[0440]
34绝缘层(电流限制层)
[0441]
34a设置在绝缘层(电流限制层)中的开口部分
[0442]
41第一光反射层
[0443]
42第二光反射层
[0444]
48接合层
[0445]
49支撑衬底
[0446]
51电流注入区域
[0447]
52、52a、52b电流限制区域
[0448]
81，81'第一牺牲层
[0449]
82第二牺牲层
[0450]
90基底表面
[0451]
90
bd
第一部分和第二部分之间的边界
[0452]
91基底表面的第一部分
[0453]
91'形成在基底表面的第一部分中的凸部
[0454]
91a形成在基底表面的第一部分中的凸部
[0455]
91c基底表面的第一部分的中心部分
[0456]
92基底表面的第二部分
[0457]
92a在基底表面的第二部分中形成的凹部
[0458]
92c基底表面的第二部分的中心部分
[0459]
95基底材料
[0460]
99外围区域。