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JP2017163140A - 発光素子 - Google Patents

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JP2017163140A
JP2017163140A JP2017038861A JP2017038861A JP2017163140A JP 2017163140 A JP2017163140 A JP 2017163140A JP 2017038861 A JP2017038861 A JP 2017038861A JP 2017038861 A JP2017038861 A JP 2017038861A JP 2017163140 A JP2017163140 A JP 2017163140A
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Abstract

【課題】発光素子を開示する。【解決手段】発光素子は、放射を放出可能なものであり、基板と、基板の上に位置し、第１ＤＢＲスタック、発光スタック、第２ＤＢＲスタック及びコンタクト層を順次含むエピタキシャル構造と、電極と、コンタクト層と電極との間に位置する電流ブロック層と、電流ブロック層の中に形成された第１開口と、電極の中に形成され、且つ第１開口の内に位置する第２開口と、を含み、電極の一部は、第１開口の中に埋め込まれ、且つコンタクト層と接触し、発光素子は、第２ＤＢＲスタックにおいて、酸化層及びイオン注入層を有しない。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、発光素子に関し、特にレーザ及び発光ダイオード特性を有する発光素子に関する。
発光ダイオードは、固体照明光源に幅広く使われている。従来の白熱電球及び蛍光灯に比べて、発光ダイオードは低消費電力及び長寿命などの利点を有するため、発光ダイオードは、次第に従来の光源に取って代わり、交通標識、バックライトモジュール、街路照明、医療機器などの各種の分野に応用されている。
図２４は従来の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）の断面図である。垂直キャビティ面発光レーザは、活性領域に垂直な方向にコヒーレント光を発することができる。ＶＣＳＥＬは、基板３００、及び基板３００上に位置し、且つ活性領域２３０を挟む一対のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布ブラッグ反射鏡）スタック２００、２１０を有する構造を含み、活性領域２３０は、電子と正孔とが結合して光を発生させる場所である。活性領域２３０に電流を注入して光を発生させるために、第１電極２４０及び第２電極２５０を設け、光はＶＣＳＥＬの上面に位置する開孔（ａｐｅｒｔｕｒｅ）から逃げる。
ＤＢＲスタック２１０において、垂直キャビティ面発光レーザはアンダーカット２６０を有することができる。図２４の例では、アンダーカット２６０は、ＤＢＲスタック２１０における１つの層の周辺部を選択的に除去することで隙間を形成し、隙間に空気が入ることができ、空気の導電率が半導体材料の導電率よりも明らかに低いため、ＤＢＲスタック２１０における他の層の導電率に比べて、ＤＢＲスタック２１０に形成されたアンダーカット２６０は比較的に低い導電率を有する。
本発明は発光素子を提供する。
放射を放出可能な発光素子であって、基板と、前記基板の上に位置し、第１ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布ブラッグ反射鏡）スタック、発光スタック、第２ＤＢＲスタック及びコンタクト層を順次含むエピタキシャル構造と、電極と、前記コンタクト層と前記電極との間に位置する電流ブロック層と、前記電流ブロック層の中に形成された第１開口と、前記電極の中に形成され、且つ前記第１開口の内に位置する第２開口と、を含み、前記電極の一部は、前記第１開口の中に埋め込まれ、且つ前記コンタクト層と接触し、前記発光素子は、前記第２ＤＢＲスタックにおいて、酸化層及びイオン注入層を有しない、発光素子を開示する。
本開示内容の第１実施例の発光素子の平面図である。 本開示内容の第１実施例の発光素子の図１ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本開示内容の第１実施例の発光素子の光出力パワー（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ）と順方向電流（ｆｏｒｗａｒｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）の関係曲線を示す図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 本開示内容の第２実施例の発光素子の平面図である。 本開示内容の第１実施例の発光素子の図５ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本開示内容の第３実施例の発光素子の断面図である。 本開示内容の第４実施例の発光素子の断面図である。 本開示内容の第５実施例の発光素子の平面図である。 本開示内容の第５実施例の発光素子の図８ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本開示内容の第６実施例の発光素子の平面図である。 本開示内容の第６実施例の発光素子の図９ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本開示内容の図９Ａに示す第６実施例の発光素子の電流ブロック層の平面図である。 本開示内容の発光素子の図１０ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本開示内容の第７実施例の発光素子の平面図である。 本開示内容の発光素子の図１１ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本開示内容の第７実施例の発光素子の光出力パワー（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ）と順方向電流（ｆｏｒｗａｒｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）の関係曲線を示す図である。 図１２Ａにおける領域Ｉの拡大図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１１Ａ及び図１１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。 本開示内容の第８実施例の発光素子の平面図である。 本開示内容の発光素子の図１７ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本開示内容の第９実施例の発光素子の断面図である。 図１８に示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１８に示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１８に示す発光素子の製造方法を示す図である。 図１８に示す発光素子の製造方法を示す図である。 本開示内容の第１０実施例の発光素子の平面図である。 本開示内容の発光素子の図２０ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本開示内容の第１１実施例の発光素子の平面図である。 本開示内容の発光素子の図２１ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本開示内容の第１２実施例の発光素子の平面図である。 本開示内容の第１３実施例の発光素子の平面図である。 従来の垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）の断面図である。
以下は図面を参照しながら本発明の概念を説明し、図面又は説明では、類似又は同一の部分について同一の符号を使用し、図面において、素子の形状又は厚さを拡大、或いは縮小してもよい。なお、図面に示せず、或いは明細書に説明されていない素子は、当業者にとって自明な形であってもよい。
本開示内容では、特段の説明がない限り、通式ＡｌＧａＡｓはＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓを表し、０≦ｘ≦１、通式ＡｌＩｎＰはＡｌｘＩｎ（１−ｘ）Ｐを表し、０≦ｘ≦１、通式ＡｌＧａＩｎＰは（ＡｌｙＧａ（１−ｙ））１−ｘＩｎｘＰを表し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、通式ＡｌＧａＮはＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎを表し、０≦ｘ≦１、通式ＡｌＡｓＳｂはＡｌＡｓ（１−ｘ）Ｓｂｘを表し、０≦ｘ≦１、通式ＩｎＧａＰはＩｎｘＧａ１−ｘＰを表し、０≦ｘ≦１。元素の含有量を調整することで異なる目的を達成でき、例えばエネルギーレベル又は主発光波長を調整する。
図１Ａは本開示内容の第１実施例の発光素子の平面図である。図１Ｂは本開示内容の第１実施例の発光素子の図１ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。本実施例では、発光素子は、基板１０、基板１０の上に位置するエピタキシャル構造２０、電流ブロック層３０、第１電極４０及び第２電極５０を含む。エピタキシャル構造２０は、第１ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：分布ブラッグ反射鏡）スタック２１、発光スタック２２、第２ＤＢＲスタック２３及びコンタクト層２４を順次含む。第１ＤＢＲスタック２１の導電形態は第２ＤＢＲスタック２３の導電形態と異なる。本実施例では、第１ＤＢＲスタック２１はｎ型であり、第２ＤＢＲスタック２３はｐ型である。電流ブロック層３０は、コンタクト層２４と第１電極４０との間に位置する。第１開口３１は電流ブロック層３０の中に形成され、コンタクト層２４を露出させる。第１開口３１は第１最大幅Ｗ１を有する。第１電極４０の一部は、第１開口３１の中に埋め込まれ、且つコンタクト層２４と直接接触する。第２開口２５は第１電極４０の中に形成され、コンタクト層２４を露出させ、第２開口２５は、第１最大幅Ｗ１よりも小さい第２最大幅Ｗ２を有する。第２電極５０は、基板１０のエピタキシャル構造２０に対向する側に位置する。発光素子は放射Ｒを放出でき、放射Ｒは６００ナノメートル（ｎｍ）〜１６００ナノメートル（ｎｍ）のピーク波長を有し、好ましくは、ピーク波長は８３０ナノメートル〜１０００ナノメートルである。
図１Ｂに示すように、本実施例では、基板１０の幅、エピタキシャル構造２０の幅及び電流ブロック層３０の幅は略同じである。本実施例では、第１開口３１の形状は円形であり、第１最大幅Ｗ１は円形の直径である。第１開口３１の形状は、本実施例に限定されず、楕円形、矩形、正方形、菱形又は他の任意の形状であってもよい。第１最大幅Ｗ１は２０ミクロン（μｍ）〜５０ミクロンであってもよいが、これに限定されない。電流ブロック層３０は、アルミニウム酸化物（ＡｌＯｘ）、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯｘＮｙ）、シリコン窒化物（ＳｉｘＮｙ）、エポキシ樹脂（ｅｐｏｘｙ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ペルフルオロシクロブタン（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｂｕｔａｎｅ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ：ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）又はシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）を含む絶縁材料を含む。好ましくは、発光スタックにより放出された放射は、実質的に電流ブロック層３０を透過できる。電流ブロック層３０は、１００ｎｍよりも大きい厚さを有し、好ましくは、２μｍよりも小さく、より好ましくは、ｎλ／４に近く、或いは等しく、λは発光スタック２２により放出された放射のピーク波長であり、ｎは奇数の正整数である。
本実施例では、第２開口２５の形状は円形であり、第２最大幅Ｗ２は円形の直径である。第２開口２５の形状は、本実施例に限定されず、楕円形、矩形、正方形、菱形又は他の任意の形状であってもよい。好ましくは、第２開口２５の形状は、第１開口３１の形状と略同じである。好ましくは、第１開口３１と第２開口２５は略同心円である。
図１Ａ及び図１Ｂに示すように、第１電極４０は、連続的な層であり、リード線に接続するためのワイヤボンディング部４１、電流を注入してエピタキシャル構造２０を通過させるための電流注入部４２、及びワイヤボンディング部４１と電流注入部４２とを接続するためのブリッジング部４３を含む。ワイヤボンディング部４１は電流ブロック層３０上に位置する。電流注入部４２は、第１開口３１内に埋め込まれ、且つコンタクト層２４と接触する。１つの態様では、第１開口２５は電流注入部４２内に形成されているため、電流注入部４２は環状の形である。具体的には、本実施例では、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、電流注入部４２の一部は電流ブロック層３０の側壁と分離されているため、電流注入部４２と電流ブロック層３０の側壁との間に隙間が形成され、エピタキシャル構造２０の一部を露出させる。本実施例の第１電極４０は、電流ブロック層３０の５０％未満の表面積を覆う。電流ブロック層３０のブリッジング部４３とエピタキシャル構造２０との間に位置する部分及びワイヤボンディング部４１とエピタキシャル構造２０との間に位置する部分は、電流がワイヤボンディング部４１及びブリッジング部４３からエピタキシャル構造２０に直接流れることを防止するためのものである。
本実施例では、発光素子は、第２ＤＢＲスタック２３において、高抵抗構造を有しておらず、ここで、高抵抗構造は、第２ＤＢＲスタック２３において第１電極４０の直下に位置し、且つ第１電極４０により覆われている層を意味し、第２ＤＢＲ２３において第１電極４０の直下に位置し、且つ第１電極により覆われている他の層に比べて、相対的に低い導電率を有する。具体的には、高抵抗構造は、酸化層、イオン注入層又は図２４に示すアンダーカットである。好ましくは、第２ＤＢＲスタック２３の電流ブロック層３０の直下に位置する部分及び／又は第１電極４０の直下に位置する部分は酸化層、イオン注入層又はアンダーカットを有しない。即ち、第２ＤＢＲスタック２３の第１開口３１の直下に位置する部分の導電率は、全体から見ると、第２ＤＢＲスタック２３の電流ブロック層３０により覆われている部分の導電率に略同じである。
好ましくは、第２ＤＢＲスタック２３は、実質的には、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、例えばＡｌＧａＡｓからなるものである。第２ＤＢＲスタック２３は、酸化物、例えば意図的に形成されたアルミナを有せず、ここで、アルミナはＡｌａＯｂの実験式を有し、ａ及びｂはゼロを除く自然数である。また、第２ＤＢＲスタック２３は、任意の導電率を低減させるイオンを有せず、導電率を低減させるイオンは、第２ＤＢＲスタック２３の一部の導電率を低減させ、且つ他の導電部分の第２ＤＢＲ２３スタックの導電率に比べて３桁以上、好ましくは５桁以上だけ低減するように、意図的に形成されたものである。導電率を低減させるイオンは、アルゴン（Ａｒ）イオン、ヘリウム（Ｈｅ）イオン又は水素（Ｈ）イオンを含む。第２ＤＢＲスタック２３は、環境に存在する不可避なイオンを含む可能性があるが、不可避なイオンが第２ＤＢＲスタック２３の導電率を実質的に変化させなく、例えば他の導電部分の第２ＤＢＲスタック２３の導電率に比べて不可避なイオンが導電率を実質的に１桁以上だけ低減させることがないため、本開示内容では不可避なイオンを考慮すべきではない。１つの態様では、発光素子が第２ＤＢＲスタック２３において図２４に示すアンダーカットを有しないため、第２ＤＢＲスタック２３の各層が実質的にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなり、且つ空気の隙間が第２ＤＢＲスタック２３の何れの層にも存在しない。
電流がエピタキシャル構造２０に流入する際に、第１開口３１における電流注入部４２がエピタキシャル構造２０のコンタクト層２４と直接接触し、且つワイヤボンディング部４１及びブリッジング部４３が電流ブロック層３０によりエピタキシャル構造２０と分離し、且つ絶縁するため、電流は、主にエピタキシャル構造２０の電流ブロック層３０により覆われておらず、且つ電流注入部４２と直接接触する部分を介して流れる。即ち、電流がエピタキシャル構造２０に流入する際に、第２ＤＢＲスタック２３の電流ブロック層３０の直下に位置する部分の電流密度は、第２ＤＢＲスタック２３の電流ブロック層により覆われていない部分の電流密度よりも遥かに低い。このため、エピタキシャル構造２０の電流注入部４２と直接接触し、且つ概ね第１開口３１の直下に位置する部分は、放射Ｒを発生する放射放出領域Ｉとなる。放射Ｒは、第１開口により発光素子から逃げる。具体的には、エピタキシャル構造２０の最上層、即ち本実施例のコンタクト層２４は、エピタキシャル構造２０のうち発光素子の制限後の電流を伝導する半導体層の１番目の層である。図２は本開示内容の第１実施例の発光素子の光出力パワー（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ、Ｐ０）と順方向電流（ｆｏｒｗａｒｄ ｃｕｒｒｅｎｔ、Ｉｆ）の関係曲線を示す図である。本実施例では、発光素子は、順方向電圧Ｖｆ、レーザ閾値電流Ｉｔｈ、及び飽和電流Ｉｓａｔを有する。発光素子は、順方向電圧Ｖｆにおいて明らかな順方向電流を伝導し始め、例えば、本実施例では、明らかな順方向電流は５ミリアンペア（ｍＡ）である。レーザ閾値電流Ｉｔｈは発光素子の放射放出領域により放出された放射の誘導放出（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）が自然放出（ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を超えた場合の最小電流であるため、レーザ閾値電流Ｉｔｈにおける放射はコヒーレントのものである。飽和電流Ｉｓａｔは、放射の出力が順方向電流の増加に伴って増加しない場合の電流である。発光素子が発光素子の順方向電圧Ｖｆよりも大きい動作電圧Ｖｏｐ及びレーザ閾値電流Ｉｔｈよりも小さい順方向電流で動作する場合、本開示内容の発光素子の放射放出領域Ｉにより放出された放射は非コヒーレント光である。好ましくは、発光素子が発光素子の順方向電圧Ｖｆよりも大きい動作電圧Ｖｏｐ及びレーザ閾値電流Ｉｔｈよりも小さい順方向電流で動作する場合、非コヒーレント光は６０度よりも大きいファーフィールド角を有する。発光素子がレーザ閾値電流Ｉｔｈより大きく、且つ飽和電流Ｉｓａｔよりも小さい順方向電流で動作する場合、発光素子の放射放出領域Ｉにより放出された放射Ｒは１５度よりも小さいファーフィールド角を有するコヒーレント光である。具体的には、発光素子の順方向電流がレーザ閾値電流Ｉｔｈに実質的に等しい場合、エピタキシャル構造２０の非放射放出領域の電流密度は放射放出領域Ｉの電流密度よりも遥かに小さく、且つワイヤボンディング部４１及びブリッジング部４３がエピタキシャル構造２０により放出された放射を遮蔽し、エピタキシャル構造２０の非放射放出領域であり、且つ第１電極４０により覆われていない領域は非コヒーレント光Ｒ１を放出する。
本実施例では、レーザ閾値電流Ｉｔｈは約２０ミリアンペアである。レーザ閾値電流Ｉｔｈ、飽和電流Ｉｓａｔ及びレーザ閾値電流Ｉｔｈと飽和電流Ｉｓａｔの差は、異なる応用要求に応じて第１開口３１の第１最大幅Ｗ１で調整されてもよい。例えば、高いレーザ閾値電流Ｉｔｈ、高い飽和電流Ｉｓａｔ及び高いレーザ閾値電流Ｉｔｈと飽和電流Ｉｓａｔの差が必要となる場合、第１最大幅Ｗ１が大きい方が好ましい。具体的には、レーザ閾値電流Ｉｔｈと第１最大幅Ｗ１は次の式を満たす。
０．４Ｗ１（μｍ）−７≦Ｉｔｈ（ミリアンペア）≦０．４Ｗ１（μｍ）＋７
表１は、異なる順方向電流の場合の発光素子の放射のファーフィールド角を示している。光束の発散度を明確に説明するために、本開示内容のファーフィールド角は半ビーム幅の発散角である。
Figure 2017163140
表１から分かるように、順方向電流がレーザ閾値電流Ｉｔｈよりも高く、且つ飽和電流Ｉｓａｔよりも低い場合、放射のファーフィールド角は１５度よりも小さく、好ましくは、５度〜１５度であり、より好ましくは、５度〜１３度である。
本開示内容では、発光素子が第２ＤＢＲスタック２３において酸化層及びイオン注入層を含む高抵抗構造を有しないが、電流ブロック層３０及び第１電極を含むことで、エピタキシャル構造２０の最上層がエピタキシャル構造２０の発光素子の制限後の電流を伝導する１番目の層となり、順方向電流がレーザ閾値電流Ｉｔｈと飽和電流Ｉｓａｔとの間のものである場合、発光素子は１５度よりも小さいファーフィールド角を有する。また、従来技術の発光素子が第２ＤＢＲスタック２３において酸化層などの高抵抗構造を含み、正常の動作条件で、特に高い順方向電流の動作では、従来技術の発光素子は大きいファーフィールド角を有する。しかし、順方向電流がレーザ閾値電流Ｉｔｈと飽和電流Ｉｓａｔとの間のものである場合、本開示内容の発光素子は１５度よりも小さいファーフィールド角を有する。発光素子は、例えば近接センサ、ナイトビジョンシステム又は血液酸素検出器などのセンサに適用されてもよい。
図３Ａ乃至図４Ｂは図１Ａ及び図１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。図３Ｂは本開示内容の図３ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図４Ｂは本開示内容の図４ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。本方法は下記のステップを含む。
ａ．図３Ａ及び図３Ｂに示すように、基板１０を提供する。
ｂ．エピタキシャル成長により基板１０の上にエピタキシャル構造２０を形成する。
ｃ．任意の適切な方法、例えばスパッタリング又は蒸着により、エピタキシャル構造２０の上に電流ブロック層３０を形成する。
ｄ．フォトリソグラフィ・マスクにより電流ブロック層３０をパターン化し、任意の適切な方法で第１開口３１を形成してエピタキシャル構造２０の一部を露出させる。
ｅ．電流ブロック層３０の上に金属層（図示せず）を形成し、図４Ａ及び図４Ｂに示す第１開口３１を覆う。
ｆ．フォトリソグラフィ・マスクにより金属層をパターン化して第１電極４０を形成し、第１電極は電流注入部４２、ワイヤボンディング部４１、及びワイヤボンディング部４１と電流注入部４２を接続させるブリッジング部４３を含み、ワイヤボンディング部４１及びブリッジング部４３は電流ブロック層３０の上に位置し、電流注入部４２は第１開口３１の中に埋め込まれ、第２開口２５を電流注入部４２内に形成してエピタキシャル構造２０を露出させる。
ｇ．任意の適切な方法により基板１０のエピタキシャル構造２０に対向する他方側に第２電極５０を形成する。
ｈ．ステップｇにおいて形成された構造を切断し、図１Ａ及び図１Ｂに示すそれぞれ形成された発光素子を取得する。
本開示内容の方法は、第２ＤＢＲスタック２３の導電率を低減させるステップ、例えば酸化領域の導電率、イオン注入領域の導電率又は図２４に示すアンダーカットの導電率が第２ＤＢＲスタック２３の処理領域以外の他部の導電率よりも低くするための、第２ＤＢＲスタック２３のうち少なくとも１つの層を酸化する酸化ステップ、第２ＤＢＲスタック２３のうち少なくとも１つの層において少なくとも導電率を低減させるイオンを注入するステップ、及び／又は第２ＤＢＲスタック２３のうち少なくとも１つの層の周辺部を選択的にエッチングして図２４に示すアンダーカットを形成するステップを含まない。酸化ステップ、イオン注入ステップ及び第２ＤＢＲスタック２３のうち１つの層をエッチングするステップは、第２ＤＢＲスタック２３の第１電極４０の直下に位置する部分を略絶縁の領域に変換して第２ＤＢＲスタック２３に高抵抗構造を形成するためのものである。本開示内容の方法は、パターン化プロセスにおいて、４種類以下の異なるフォトリソグラフィ・マスクを用いる。本実施例では、本方法は、パターン化プロセスにおいて、２種類の異なるフォトリソグラフィ・マスクを用いる。従って、本開示内容の発光素子の製造方法は簡単であり、且つ低コストの利点を有する。
図５Ａは本開示内容の第２実施例の発光素子の平面図である。図５Ｂは本開示内容の第１実施例の発光素子の図５ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。本明細書では、特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第２実施例の発光素子は、第１実施例と略同一の構成を含み、相違点として、電流ブロック層３０の幅はエピタキシャル構造２０の幅よりも小さい。従って、発光素子の平面において、エピタキシャル構造２０の周辺部は電流ブロック層３０から露出している。また、第１電極４０は第１実施例と異なる形状を有する。具体的には、第１電極４０は、電流ブロック層３０の第１開口３１を囲む側壁全体を覆うため、コンタクト層２４の第２開口２５の直下に位置する部分のみを露出させる。このため、エピタキシャル構造２０は電流注入部４２と直接接触し、概ね第１開口３１の直下に位置する部分は放射放出領域Ｉとなり、放射Ｒは主に第２開口２５を介して発光素子の表面から逃げる。また、第１電極４０は電流ブロック層３０の表面積の５０％以上を覆い、第１電極４０は電流ブロック層３０と略同一の形状を有する。好ましくは、第１電極４０は電流ブロック層３０の表面積の８０％以上を覆い、より好ましくは、第１電極４０は電流ブロック層３０の表面積の９０％以上を覆う。第１電極４０の第２開口２５から離れる部分はリード線と接続するためのものである。第１電極４０が電流ブロック層３０の表面積の５０％以上を覆い、且つ電流ブロック層３０の第１開口３１を囲む側壁全体を覆うため、順方向電流が発光素子のレーザ閾値電流Ｉｔｈよりも高い場合、概ね第１電極４０の直下に位置する発光スタック２２により放出された非コヒーレント光は第１電極４０により遮蔽されるが、発光スタック２２により放出されたコヒーレント光は第２開口２５から逃げる。図５Ａ及び図５Ｂに示す発光素子の製造方法は図１Ａ及び図１Ｂに示す発光素子の製造方法と略同じである。相違点として、金属層をパターン化するためのフォトリソグラフィ・マスクが異なるため、第２実施例における第１電極４０のパターンは第１実施例における第１電極のパターンと異なる。
図６は本開示内容の第３実施例の発光素子の断面図である。本明細書では、特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第３実施例の発光素子は、第２実施例と略同一の構成を含み、相違点として、エピタキシャル構造２０の周辺部は任意の適切な方法により除去され、幅を有する突出部２６が形成される。突出部２６の幅は基板１０の幅よりも小さく、突出部２６は露出されている台部側壁２６１を有する。台部側壁２６１は、基板１０の最も外側の縁部に比べて、第２開口２５に近い。具体的には、電流ブロック層３０は、台部側壁２６１及び第１ＤＢＲスタック２１の上面を覆う。本実施例では、電流ブロック層３０は、エピタキシャル構造２０の突出部２６の台部側壁２６１を保護する。よって、エピタキシャル構造２０の信頼性及び発光素子の信頼性が向上する。図６に示す発光素子の製造方法は図５Ａ及び図５Ｂに示す発光素子の製造方法と略同一である。相違点として、エピタキシャル構造２０の上に電流ブロック層３０を形成する前に、本方法はエピタキシャル構造２０をパターン化するステップをさらに含み、任意の適切な方法によりエピタキシャル構造２０の第２ＤＢＲスタック２３の周辺部、発光スタック２２の周辺部及び第１ＤＢＲスタック２１の周辺部を除去して、台部側壁２６１を含む突出部２６を形成する。本実施例では、本開示内容の方法は、パターン化プロセスにおいて、３個以下の異なるフォトリソグラフィ・マスクを用いる。従って、本開示内容の発光素子の製造方法は簡単であり、且つ低コストの利点を有する。
図７は本開示内容の第４実施例の発光素子の断面図である。特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第４実施例の発光素子は、第３実施例と略同一の構成を含み、相違点として、第１電極４０は、台部側壁２６１に沿って台部側壁２６１を覆うため、電流ブロック層３０はエピタキシャル構造２０と第１電極４０との間に位置する。第１電極４０が台部側壁２６１に沿って電流ブロック層３０を覆うことで、発光スタック２２により放出された放射が台部側壁２６１から放出されることを防止できる。図７に示す発光素子の製造方法は図６に示す発光装置の製造方法と略同一である。相違点として、金属層をパターン化するためのフォトリソグラフィ・マスクは異なる。
図８Ａは本開示内容の第５実施例の発光素子の平面図である。図８Ｂは本開示内容の第５実施例の発光素子の図８ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第５実施例の発光素子は、第５実施例と略同一の構成を含み、相違点として、第１開口３１は電流ブロック層３０により確定されている環状である。電流ブロック層３０は内部３０１及び外部３０２を含み、外部３０２により囲まれて形成された円形の直径は第１最大幅Ｗ１である。第１開口３１は、電流ブロック層３０の内部３０１と電流ブロック層３０の外部３０２とに分けることで、電流ブロック層３０の内部３０１に放射放出領域を保護させる。本実施例では、電流ブロック層３０はｎλ／４に略等しい厚さを有し、λは発光スタックから放出された放射のピーク波長であり、ｎは奇数の正整数である。第１電極は第１開口３１に埋め込まれ、電流ブロック層３０の内部３０１の側壁に沿って覆い、且つ電流ブロック層３０の内部３０１の外側領域に位置する。第２開口２５は、下方の電流ブロック層３０の内部３０１を露出させる。図８Ａ及び図８Ｂに示す発光素子の製造方法は図７に示す発光装置の製造方法と略同一である。相違点として、電流ブロック層３０をパターン化するためのフォトリソグラフィ・マスクは異なる。
図９Ａは本開示内容の第６実施例の発光素子の平面図である。図９Ｂは本開示内容の第６実施例の発光素子の図９ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図１０Ａ本開示内容の図９Ａに示す第６実施例の発光素子の電流ブロック層３０の平面図である。図１０Ｂは本開示内容の発光素子の図１０ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第６実施例の発光素子は、第４実施例と略同一の構成を含み、相違点として、本実施例の発光素子は、単一ダイ（ｄｉｅ）において、２次元アレイ状に配列された複数の放射放出領域Ｉを含む。具体的には、複数の第１開口３１は電流ブロック層３０内に形成され、コンタクト層２４を露出させる。図１０Ａに示すように、電流ブロック層３０は連続的な層である。第１開口３１同士は電流ブロック層により分離されている。２次元アレイ状に配列された複数の第２開口２５は第１電極４０内に形成され、且つ互いに分離され、各第２開口２５は対応する第１開口３１内に形成され、コンタクト層２４を露出させるため、対応する第１開口３１と第２開口２５は同心円となる。第１電極４０は連続的な層であり、且つワイヤボンディング部４１を有し、リード線と接続するように任意の第２開口を有しない。第１電極４０の一部は第１開口３１内に埋め込まれ、第１開口３１を囲む電流ブロック層３０の側壁に沿って覆い、且つエピタキシャル構造２０のコンタクト層２４と直接接触する。エピタキシャル構造２０の第１電極４０と直接接触し、且つ概ね第１開口３１の直下に位置する部分は放射放出領域となる。放射放出領域Ｉの配置方法は本実施例に限定されず、例えば放射放出領域Ｉは交差するように配列されてもよいし、隣接する２つの行及び／又は列の放射放出領域Ｉの数は異なってもよい。
図１１Ａは本開示内容の第７実施例の発光素子の平面図である。図１１Ｂは本開示内容の発光素子の図１１ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。本明細書では、特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本実施例では、基板１０、第１ＤＢＲスタック２１、発光スタック２２及び第２ＤＢＲスタック２３は第２実施例と略同一である。相違点として、コンタクト層２４は第３幅Ｗ３を有し、第２ＤＢＲスタック２３は第３幅Ｗ３よりも大きい第４幅Ｗ４を有する。発光素子は、コンタクト層２４を覆い、且つ第１電極４０とコンタクト層２４との間に設けられた導電層６０をさらに含む。導電層６０は、第２ＤＢＲスタック２３の第４幅Ｗ４に略等しい第５幅Ｗ５を有する。第１電極４０は、導電層６０の表面積の５０％以上を覆う。好ましくは、第１電極４０は導電層６０の表面積の８０％以上、より好ましくは、導電層６０の表面積の９０％以上を覆う。第１電極４０の輪郭は導電層６０の輪郭と略同一である。第１電極４０は、コンタクト層２４と直接接触することではなく、導電層６０と直接接触する。放射放出領域Ｉは、コンタクト層２４の直下に位置する第２ＤＢＲスタック２３、発光スタック２２及び第１ＤＢＲスタック２１を含む。放射Ｒは第２開口２５を介して発光素子から逃げる。
第２開口２５は、コンタクト層２４の直上に位置し、且つ下方の導電層６０を露出させる。コンタクト層２４の第３幅Ｗ３と第２開口２５の第２最大幅Ｗ２との比は０．１〜３であり、好ましくは、０．５〜１．１であり、より好ましくは、０．６〜０．８である。第３幅Ｗ３と第２最大幅Ｗ２との比を１よりも小さいものとすることで、第１電極４０は放射放出領域Ｉにより放出された光を遮蔽しにくく、より多くの光は第２開口を介して逃げることができる。
第２ＤＢＲスタック２３のコンタクト層２４の直下に位置する部分の導電率は、第２ＤＢＲスタック２３のコンタクト層２４により覆われていない部分の導電率に略同一である。導電層６０はｎλ／４に近く、或いは等しい厚さを有し、λは発光スタック２２から放出された放射のピーク波長であり、ｎは奇数の正整数である。導電層６０は、透明の導電性金属酸化物の材料、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、カドミウム錫酸化物（ＳｎＣｄＯ）、アンチモンスズ酸化物（ＡＴＯ）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、亜鉛スズ酸化物（ＺＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）を含む。導電層６０は、実質的に、発光スタック２２により放出された放射を透過させることができる。
電流が第１電極４０からエピタキシャル構造２０に流入する際に、コンタクト層２４と第２ＤＢＲスタック２３との間の接触抵抗は、導電層６０とエピタキシャル構造２０との間の接触抵抗に比べて相対的に低いため、電流は殆ど導電層６０からコンタクト層２４に流れ、コンタクト層２４を介してエピタキシャル構造２０に流入する。即ち、第２ＤＢＲスタック２３のコンタクト層２４の直下に位置する部分の電流密度は、第２ＤＢＲスタック２３のコンタクト層２４により覆われていない部分の電流密度よりも高い。具体的には、エピタキシャル構造２０の最上層、即ち本実施例のコンタクト層２４は、エピタキシャル構造２０のうち発光素子の制限後の電流を伝導する半導体層の１番目の層である。
図１２Ａは本開示内容の第７実施例の発光素子の光出力パワー（ｏｐｔｉｃａｌ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ）と順方向電流（ｆｏｒｗａｒｄ ｃｕｒｒｅｎｔ）の関係曲線を示す図であり、ここで、コンタクト層２４の第３幅Ｗ３と第２開口２５の第２最大幅Ｗ２との比は約１である。図１２Ｂは図１２Ａにおける領域Ｉの拡大図である。本実施例では、レーザ閾値電流Ｉｔｈは約１３ミリアンペアであり、飽和電流Ｉｓａｔは約７９ミリアンペアである。レーザ閾値電流Ｉｔｈ、飽和電流Ｉｓａｔ及びレーザ閾値電流Ｉｔｈと飽和電流Ｉｓａｔの差は、異なる応用要求に応じてコンタクト層２４の第３幅Ｗ３で調整されてもよい。例えば、高いレーザ閾値電流Ｉｔｈ、高い飽和電流Ｉｓａｔ及び高いレーザ閾値電流Ｉｔｈと飽和電流Ｉｓａｔの差が必要となる場合、第３幅Ｗ３が大きい方が好ましい。具体的には、レーザ閾値電流Ｉｔｈと第３幅Ｗ３は次の式を満たす。
０．４Ｗ３（μｍ）−７≦Ｉｔｈ（ミリアンペア）≦０．４Ｗ３（μｍ）＋７
１つの態様では、放射は約８５０±１０ナノメートルのピーク波長を有する。１つの態様では、放射は約９４０±１０ナノメートルのピーク波長を有する。
表２は、異なる順方向電流の場合の第７実施例の発光素子の放射のファーフィールド角を示し、放射は約８５０±１０ナノメートルのピーク波長を有する。
Figure 2017163140
表３は、異なる順方向電流の場合の第７実施例の発光素子の放射のファーフィールド角を示し、放射は約９４０±１０ナノメートルのピーク波長を有する。本実施例では、レーザ閾値電流Ｉｔｈは約１３ミリアンペアであり、飽和電流Ｉｓａｔは約８０ミリアンペアである。
Figure 2017163140
表２及び表３に示すように、順方向電流がレーザ閾値電流Ｉｔｈよりも高く、且つ飽和電流Ｉｓａｔよりも低い場合、放射のファーフィールド角は１５度よりも小さく、好ましくは、５度〜１５度であり、より好ましくは、８度〜１３度である。
本開示内容では、発光素子が第２ＤＢＲスタック２３において酸化層及びイオン注入層を含む高抵抗構造を有しないが、コンタクト層２４及び導電層６０を含むことで、エピタキシャル構造２０の最上層がエピタキシャル構造２０の発光素子の制限後の電流を伝導する１番目の層となり、順方向電流がレーザ閾値電流Ｉｔｈと飽和電流Ｉｓａｔとの間のものである場合、発光素子は１５度よりも小さいファーフィールド角を有する。
図１３Ａ乃至図１６Ｂは図１１Ａ及び図１１Ｂに示す発光素子の製造方法を示す図である。本方法は下記のステップを含む。
ａ．図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、基板１０を提供する。
ｂ．エピタキシャル成長により基板１０の上にエピタキシャル構造２０を形成する。
ｃ．フォトリソグラフィ・マスクによりコンタクト層２４をパターン化する。
ｄ．図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、任意の適切な方法、例えばスパッタリング又は蒸着により、パターン化されたコンタクト層２４を覆う導電層６０を形成する。
ｅ．図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、金属層６０の上に金属層（図示せず）を形成する。
ｆ．フォトリソグラフィ・マスクにより金属層をパターン化し、第１電極４０を形成して第１電極４０内に第２開口２５を形成する。ここで、第１電極４０はコンタクト層２４のパターンと略相補的なパターンを有し、即ち、コンタクト層２４のパターンは第１電極４０の第２開口２５のパターンと略等しく、且つ第２開口２５は概ねコンタクト層２４の直上に位置する。
ｇ．図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、エピタキシャル構造２０の周辺部を除去して突出部２６を形成する。突出部２６は、露出している台部側壁２６１を含み、基板１０の最も外側の縁部に比べて、第２開口２５に近い。
ｈ．基板１０のエピタキシャル構造２０に対向する他方側に第２電極５０を形成する。
ｉ．ステップｈにおいて形成された構造を切断し、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すそれぞれ形成された発光素子を取得する。
本開示内容の方法は、第２ＤＢＲスタック２３の一部の領域の導電率を低減させるステップ、例えば酸化領域の導電率、イオン注入領域の導電率又は図２４に示すアンダーカットの導電率が第２ＤＢＲスタック２３の処理領域以外の他部の導電率よりも低くするための、第２ＤＢＲスタック２３のうち少なくとも１つの層を酸化する酸化ステップ、第２ＤＢＲスタック２３のうち少なくとも１つの層において少なくとも導電率を低減させるイオンを注入するステップ、及び／又は第２ＤＢＲスタック２３のうち少なくとも１つの層の周辺部を選択的にエッチングして図２４に示すアンダーカットを形成するステップを含まない。酸化ステップ、イオン注入ステップ及び第２ＤＢＲスタック２３のうち１つの層をエッチングするステップは、第２ＤＢＲスタック２３の第１電極４０の直下に位置する部分を略絶縁の領域に変換して第２ＤＢＲスタック２３に高抵抗構造を形成するためのものである。好ましくは、本開示内容の方法は、パターン化プロセスにおいて、３種類以下の異なるフォトリソグラフィ・マスクを用いる。従って、本開示内容の発光素子の製造方法は簡単であり、且つ低コストの利点を有する。
図１７Ａは本開示内容の第８実施例の発光素子の平面図である。図１７Ｂは本開示内容の発光素子の図１７ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。本明細書では、特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第８実施例の発光素子は、第７実施例と略同一の構成を含み、相違点として、発光素子は、エピタキシャル構造２０、導電層６０及び第１電極４０と同一の形状を有するようにエピタキシャル構造２０、導電層６０及び第１電極４０を覆うパッシベーション層１１０をさらに含む。パッシベーション層１１０は、リード線に接続するように、下方の第１電極４０を露出させ、且つコンタクト層２４から離れる開孔１１１を含む。図１７Ａ及び図１７Ｂに示す発光素子の製造方法は図１６Ａ及び図１６Ｂに示す発光素子の製造方法と略同一である。相違点として、露出する台部側壁２６１を含む突出部２６を形成した後に、本方法は、エピタキシャル構造２０の露出する台部側壁２６１、導電層６０の側壁、第１電極４０の側壁に沿って同一の形状を有するパッシベーション層１１０を形成するステップをさらに含み、パッシベーション層１１０は導電層６０及び第１電極４０を覆う。次に、パッシベーション層１１０をパターン化し、パッシベーション層１１０内に開孔１１１を形成して下方の第１電極４０を露出させる。本開示内容の方法は、パターン化プロセスにおいて、４以下の異なるフォトリソグラフィ・マスクを用いる。従って、本開示内容の発光素子の製造方法は簡単であり、且つ低コストの利点を有する。
図１８は開示内容の第９実施例の発光素子の断面図であり、その平面図は図１１Ａと同じである。本明細書では、特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第９実施例の発光素子は、第７実施例と略同一の構成を含み、相違点として、本実施例の発光素子は、永久基板９０、及び永久基板９０とエピタキシャル構造２０との間の接着層１００を含む。本実施例では、永久基板９０は、基板１０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。接着層１００は、永久基板９０とエピタキシャル構造２０とを接続させるために用いられる。図１９Ａ〜図１９Ｄは図１８に示す発光素子の製造方法を示す図である。図１８に示す発光素子の製造方法は図１１Ａ及び図１１Ｂに示す発光素子の製造方法と略同一である。相違点として、コンタクト層２４をパターン化する前に、図１９Ａに示すように、本方法は、一時的な接着層８０によりエピタキシャル構造２０を一時的な基板７０に接着するステップをさらに含み、本実施例では、一時的な基板はガラスを含む。図１９Ｂに示すように、任意の適切な方法により基板１０を除去する。図１９Ｃに示すように、接着層１００によりエピタキシャル構造２０を永久基板９０に接着する。図１９Ｄに示すように、一時的な基板７０及び一時的な接着層８０を除去する。本実施例では、接着ステップにより、発光素子は高い熱伝導率を有する永久基板９０を含む。従って、発光素子は高い出力電力を達成できる。
図２０Ａは本開示内容の第１０実施例の発光素子の平面図である。図２０Ｂは本開示内容の発光素子の図２０ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。本明細書では、特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第１０実施例の発光素子は、第７実施例と略同一の構成を含み、相違点として、本実施例の発光素子は、単一ダイにおいて、アレイ状に配列された複数の放射放出領域Ｉを含む。具体的には、コンタクト層２４は複数の分離しているコンタクト領域２４１を含み、図２０Ａに示すように、コンタクト領域２４１は二次元のアレイ状に配列されている。各コンタクト領域２４１は第３幅Ｗ３を有する。本実施例では、複数のコンタクト領域２４１の第３幅Ｗ３は略等しい。図２０Ｂに示すように、導電層６０は、連続的な層であり、且つ複数の分離しているコンタクト領域２４１を覆う。第１電極４０は導電層６０上に位置し、且つ連続的な層である。複数の第２開口２５は第１電極４０内に形成され、且つ互いに分離し、各第２開口２５は対応するコンタクト領域２４１に位置合わせるように形成される。第２開口２５は導電層６０を露出させる。コンタクト領域２４１の第３幅Ｗ３と対応する第２開口２５の第２幅Ｗ２との比は０．１〜３であり、好ましくは、０．９〜１．１である。本実施例では、各比は略同一である。コンタクト層２４の直下に位置する第２ＤＢＲスタック２３、発光スタック２２及び第１ＤＢＲスタック２１は放射放出領域Ｉとなる。コンタクト領域２４１及び第２開口２５の数は本実施例に限定されず、放射放出領域Ｉの配置方法も本実施例に限定されない。例えば放射放出領域Ｉは交差するように配列されてもよいし、隣接する２つの行及び／又は列の放射放出領域Ｉの数は異なってもよい。具体的には、エピタキシャル構造２０の最上層、即ち本実施例のコンタクト層２４は、エピタキシャル構造２０のうち発光素子の制限後の電流を伝導する半導体層の１番目の層である。
図２１Ａは本開示内容の第１１実施例の発光素子の平面図である。図２１Ｂは本開示内容の発光素子の図２１ＡのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。本明細書では、特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第１１実施例の発光素子は、第１０実施例と略同一の構成を含み、相違点として、本実施例の発光素子は、少なくとも１つのコンタクト領域２４１の第３幅Ｗ３’は他のコンタクト領域２４１の第３幅Ｗ３と異なり、複数の異なるレーザ閾値電流Ｉｔｈを有する。本実施例では、図２１Ｂに示すように、中央のコンタクト領域２４１の第３幅Ｗ３’は他のコンタクト領域２４１の第３幅Ｗ３よりも小さい。中央のコンタクト領域２４１の第３幅Ｗ３’と他の２つのコンタクト領域２４１のうち１つの第３幅Ｗ３との差は３ミクロン（μｍ）以上であり、好ましくは、８ミクロンよりも大きく、且つ４０ミクロンよりも小さい。図２１に示すように、中央のコンタクト領域２４１に対応する第２開口２５は他の第２開口２５よりも小さい。コンタクト領域２４１の第３幅と各コンタクト領域２４１に対応する第２開口２５の第２最大幅Ｗ２との比は０．１〜３であり、好ましくは、０．５〜１．１であり、より好ましくは、０．６〜０．８である。発光素子は複数の異なるレーザ閾値電流Ｉｔｈを有する。各レーザ閾値電流Ｉｔｈは、放射放出領域Ｉにコヒーレント光を発生させるために用いられる。具体的には、中央のコンタクト領域２４１の第３幅Ｗ３’が他のコンタクト領域２４１の第３幅Ｗ３よりも小さいため、中央の放射放出領域Ｉにコヒーレント光を放出させるためのレーザ閾値電流Ｉｔｈは他の２つの放射放出領域Ｉのうち１つにコヒーレント光を放出させるためのレーザ閾値電流Ｉｔｈよりも小さい。このため、本実施例では、順方向電流が中央の放射放出領域Ｉにコヒーレント光を放出させるためのレーザ閾値電流Ｉｔｈよりも大きく、且つ他の放射放出領域Ｉにコヒーレント光を放出させるためのレーザ閾値電流Ｉｔｈよりも小さい場合、中央の放射放出領域Ｉにより放出された放射は１５度よりも小さいファーフィールド角を有するコヒーレント光であるが、他の放射放出領域Ｉにより放出された放射は６０度よりも大きいファーフィールド角を有する非コヒーレント光である。従って、発光素子は、遠距離及び近距離の両方の特性が必要な応用、例えば監視機器に適用する。第３幅を有するコンタクト領域２４１の配置方法は本実施例に限定されない。例えば、他のコンタクト領域２４１の第３幅よりも小さい第３幅を有するコンタクト領域２４１を端部に設けてもよい。或いは、交差して配列するように、比較的に小さい第３幅を有するコンタクト領域２４１及び比較的に大きい第３幅を有するコンタクト領域２４１を行及び／又は列ごとに間隔を空けて設けてもよい。
図２２は本開示内容の第１２実施例の発光素子の平面図である。本明細書では、特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第１２実施例の発光素子は、第１１実施例と略同一の構成を含み、相違点として、本実施例の発光素子は、複数の互いに同一のレーザ閾値電流Ｉｔｈを有する。各レーザ閾値電流Ｉｔｈは、放射放出領域Ｉにコヒーレント光を発生させるために用いられる。第１電極４０の異なるレイアウトに応じて、異なる量の電流が異なるコンタクト領域２４１に流入するように制御し、電流が発光素子に流入する際に、他のコンタクト領域２４１により吸引された電流に比べて、１つのコンタクト領域２４１はより多い電流を吸引する。具体的には、本実施例では、中央のコンタクト領域２４１の幅は他のコンタクト領域２４１の幅に略等しい。中央のコンタクト領域２４１に対応する第２開口２５の幅は他の第２開口２５の幅に略等しい。図２１Ａに示す第１電極４０に比べると、本実施例の導電層６０上の第１電極４０は異なるレイアウトを有する。具体的には、第１電極は、ワイヤボンディング部、複数の第１延在電極４４及び第２延在電極４５を含む。ワイヤボンディング部４１はリード線に接続するために用いられる。各第１延在電極４４は第２開口２５を囲む。各第２延在電極４５は、実質的にワイヤボンディング部４１から垂直に延伸し、且つ少なくとも３つの第１延在電極４４に接続する。本実施例では、各第１延在電極４４の幅は略同一である。各第２延在電極４５の幅は略同一である。中央の第２開口２５を囲む第１延在電極４４は２つの第２延在電極４５に接続し、他の２つの第２開口２５を囲む第１延在電極４４は１つのみの第２延在電極４５に接続する。このため、発光素子を駆動する際に、他のコンタクト領域２４１により吸引された電流に比べて、中央のコンタクト領域２４１はより多い電流を吸引する。中央の各コンタクト領域２４１を流れる順方向電流が対応する放射放出領域Ｉのレーザ閾値電流Ｉｔｈに達した場合、他の２つの各コンタクト領域２４１を流れる順方向電流は、依然として対応する放射放出領域Ｉのレーザ閾値電流Ｉｔｈよりも低い。このため、中央の放射放出領域Ｉにより放出された放射は１５度よりも小さいファーフィールド角を有するコヒーレント光であるが、他の放射放出領域Ｉにより放出された放射は６０度よりも大きいファーフィールド角を有する非コヒーレント光である。従って、発光素子は、遠距離及び近距離の両方の特性が必要な応用、例えば監視機器に適用する。もう１つの態様では、類似の結果を達成するために、中央の第１延在電極４４の幅は他の２つの第１延在電極４４の幅よりも大きくてもよい。もう１つの態様では、類似の結果を達成するために、中央の第２延在電極４５の幅は他の２つの第２延在電極４５の幅よりも大きく、且つ２つの第２延在電極４５が中央の第１延在電極４４に接続することを含まなくてもよい。第１延在電極４４及び第２延在電極４５の配置方法は本実施例に限定されない。例えば、端部の第２開口２５を囲む第１延在電極４４は２つの第２延在電極４５に接続してもよく、第１延在電極４４の幅及び第２延在電極４５の幅をそれに応じて変更してもよい。
図２３は本開示内容の第１３実施例の発光素子の平面図である。特段の説明がない限り、同一の符号は、異なる図面において、本開示内容の全ての説明された同一又は略同一の構造、材料、材料組成及び／又は製造方法に対応する。本開示内容の第１３実施例の発光素子は、第１２実施例と略同一の構成を含み、相違点として、本実施例の発光素子の導電層６０上に位置する第１電極４０は異なるパターンを有する。第１電極４０は幅を有する第３延在電極４６を含み、第３延在電極４６の幅は第１延在電極４４の幅及び第２延在電極４５の幅よりも大きい。このため、第２開口２５の周辺の第１延在電極４４及び第２延在電極４５により覆われている領域に比べて、第３延在電極４６は第２開口２５の周辺のより広い領域を覆う。よって、中央の第２開口２５を囲む導電層６０と第１電極４０との間の接触面積は、他の第２開口２５を囲む導電層６０と第１電極４０との間の接触面積よりも大きい。このため、発光素子を駆動する際に、他のコンタクト領域２４１により吸引された電流に比べて、中央のコンタクト領域２４１はより多い電流を吸引する。中央の各コンタクト領域２４１を流れる順方向電流が対応する放射放出領域Ｉのレーザ閾値電流Ｉｔｈに達した場合、他の２つの各コンタクト領域２４１を流れる順方向電流は、依然として対応する放射放出領域Ｉのレーザ閾値電流Ｉｔｈよりも低い。このため、中央の放射放出領域Ｉにより放出された放射は１５度よりも小さいファーフィールド角を有するコヒーレント光であるが、他の放射放出領域Ｉにより放出された放射は６０度よりも大きいファーフィールド角を有する非コヒーレント光である。従って、発光素子は、遠距離及び近距離の両方の特性が必要な応用、例えば監視機器に適用する。第１延在電極４４及び第２延在電極４５のパターンは本実施例に限定されない。例えば、第１電極４０は、中央の第２開口２５でなく、端部の第２開口２５のより多い周辺領域を覆ってもよい。
発光スタック２２は活性領域を含み、活性領域は単一ヘテロ構造（ＳＨ：ｓｉｎｇｌｅ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、ダブルヘテロ構造（ＤＨ：ｄｏｕｂｌｅ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）又は多重量子井戸（ＭＱＷ）を含む。好ましくは、活性領域は多重量子井戸（ＭＱＷ）を含み、多重量子井戸は交互に設けられた井戸層とバリア層を含む。各バリア層のエネルギーレベルは井戸層のエネルギーレベルよりも大きい。活性領域により放出されたピーク波長は井戸層の厚さ又は材料を変更することで変更される。好ましくは、井戸層の材料はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、例えばひ化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＡｓ）を含む。バリア層の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、例えばひ化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＡｓ）を含む。発光スタック２２は、発光スタック２２の厚さを調整してｎλ／２の厚さに近く、或いは等しくするように、活性領域と第１ＤＢＲスタック２１との間及び／又は活性領域と第２ＤＢＲスタック２３との間にスペーサ層をさらに含んでもよく、ここで、λは発光スタック２２により放出された放射のピーク波長であり、ｎは正整数である。スペーサ層の材料はＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、例えばひ化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＡｓ）を含む。
第１ＤＢＲスタック２１及び第２ＤＢＲスタック２３は複数の交互に設けられた高屈折率半導体層及び低屈折率半導体層を含む。第１ＤＢＲスタック２１及び第２ＤＢＲスタック２３の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、例えばひ化ガリウムアルミニウムＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ／ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ａｓを含み、ｘはｙに等しくなく、アルミニウム及びガリウムの含有量を調整して波長範囲の光を反射してもよい。各半導体層はλ／４ｎに近く、或いは等しい厚さを有し、λは発光スタック２２により放出された放射のピーク波長であり、ｎは層の屈折率である。第１ＤＢＲスタック２１はピーク波長において９９％以上の反射率を有する。第２ＤＢＲスタック２３はピーク波長において９８％以上の反射率を有する。好ましくは、第１ＤＢＲスタック２１の反射率は第２ＤＢＲスタック２３の反射率よりも大きい。第１ＤＢＲスタック２１の組の数は第２ＤＢＲスタック２３の組の数よりも大きく、高屈折率半導体層及び低屈折率半導体層を１つの組と見なされる。好ましくは、第１ＤＢＲスタック２１の組の数は１５よりも大きく、より好ましくは、３０よりも大きく、且つ８０よりも小さい。第２ＤＢＲスタック２３の組の数は１５よりも大きく、より好ましくは、２０よりも大きく、且つ８０よりも小さい。
本実施例では、基板１０は、エピタキシャル構造２０をエピタキシャル成長するための上面を有する。基板１０は、基板１０上に成長された層又は構造を十分に支持できる厚さを有する。好ましくは、基板１０の厚さは、１００ミクロン以上であり、より好ましくは、２５０ミクロン以下である。基板１０は、単結晶基板であり、半導体材料、例えばＩＩＩ−Ｖ族半導体材料又はＩＶ族半導体材料を含む。１つの態様では、基板は、ｎ型又はｐ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む。本実施例では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、ｎ型のヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ｎ型ドーパントはケイ素（Ｓｉ）である。
永久基板８０は、導電的なものであり、第１電極４０と第２電極５０との間で電流を伝導する。永久基板８０は、その上の層又は構造を十分に支持できる厚さ、例えば１００ミクロン以上の厚さを有する。永久基板８０は、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン−モリブデン（ＭｏＷ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又は銅−タングステン（ＣｕＷ）を含む導電材料を含む。好ましくは、永久基板８０は、ケイ素又は銅−タングステン（ＣｕＷ）を含む。
第１電極４０及び第２電極５０は外部電源に接続し、且つ両者の間に電流を伝導するために用いられる。第１電極４０及び第２電極５０の材料は、透明導電材料又は金属材料を含む。透明導電材料は透明の導電酸化物を含み、金属材料は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ゲルマニウム−ニッケル−金（ＧｅＡｕＮｉ）、チタン（Ｔｉ）、ベリリウム−金（ＢｅＡｕ）、ゲルマニウム−金（ＧｅＡｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛−金（ＺｎＡｕ）又はニッケルを含む。
第１電極４０はコンタクト層２４及び第２ＤＢＲスタック２３により低抵抗接触又はオーム接触を形成し、第１電極４０と第２ＤＢＲスタック２３との間の抵抗は１０−２ｏｈｍ−ｃｍよりも低い。コンタクト層２４の導電形態は第２ＤＢＲスタック２３の導電形態と同じである。１つの態様では、コンタクト層２４はｐ型であり、且つ高いｐ型ドープ濃度を有し、例えば、１０１８／ｃｍ３よりも高く、好ましくは、１０１９／ｃｍ３よりも高く、より好ましくは、１×１０１９／ｃｍ３〜５×１０２２／ｃｍ３である（両者を共に含む）。コンタクト層２４の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料、例えばひ化ガリウム（ＧａＡｓ）又はひ化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＡｓ）を含む。
接着層１００及び／又は一時的な接着層８０は、透明導電酸化物、金属材料、絶縁酸化物又はポリマー材料を含む。透明導電酸化物は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム（ＩｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化カドミウム錫（ＣＴＯ）、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）、酸化アルミニウム亜鉛（ＡＺＯ）、酸化亜鉛スズ（ＺＴＯ）、酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ）、酸化インジウムタングステン（ＩＷＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）を含む。金属材料は、インジウム、スズ、金、チタン、ニッケル、白金、タングステン又はそれらの合金を含む。絶縁酸化物は、アルミナ（ＡｌＯｘ）、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）又は窒酸化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）を含む。ポリマー材料は、エポキシ樹脂（ｅｐｏｘｙ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ペルフルオロシクロブタン（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｂｕｔａｎｅ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ：ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）又はシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）を含む。接着層１００は、４００ナノメートル〜５０００ナノメートルの厚さを有する。
エピタキシャルの方法は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ：ｈｙｄｒｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ）、液相エピタキシー法（ＬＰＥ：ｌｉｑｕｉｄ−ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ）を含むが、これらに限定されない。
本開示内容の他の実施例では、上記実施例の構造を組み合わせ、或いは変更してもよい。例えば、図１Ａ又は図１ｂに示す発光素子はパッシベーション層を含んでもよい。
なお、本発明の列記した各実施例は単なる本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の主旨又は範囲から逸脱することなく、本発明について明らかな修正又は変更を行ってもよい。異なる実施例における同一若しくは類似の構成要件、又は異なる実施例における同一の符号を有する構成要件は同一の物理的若しくは化学的な特性を有する。また、本発明の実施例は、適切な場合に、互いに組合せ又は置換してもよく、上述した特定の実施例に限定されない。１つの実施例において詳細に説明された特定の構成要件と他の構成要件との接続関係は他の実施例にも適用されてもよく、本発明の権利保護の範囲に属するものである。
１０ 基板
２０ エピタキシャル構造
３０ 電流ブロック層
４０ 第１電極
５０ 第２電極
６０ 導電層
２１ 第１ＤＢＲスタック
３１ 第１開口
２２ 発光スタック
２３ 第２ＤＢＲスタック
２４ コンタクト層
２５ 第２開口
Ｗ１ 第１最大幅
Ｗ２ 第２最大幅
Ｒ 放射
４１ ワイヤボンディング部
４２ 電流注入部
４３ ブリッジング部
Ｉ 放射放出領域
２６ 突出部
２６１ 台部側壁
３０１ 内部
３０２ 外部
Ｗ３ 第３幅
Ｗ４ 第４幅
Ｗ５ 第５幅
Ｗ３’ 第３幅
Ｉｔｈ レーザ閾値電流
１１０ パッシベーション層
１１１ 開孔
９０ 永久基板
１００ 接着層
７０ 一時的な基板
４４ 第１延在電極
４５ 第２延在電極
４６ 第３延在電極
２４１ コンタクト領域
Ｉｓａｔ 飽和電流Ｉｓａｔ

Claims (10)

  1. 放射を放出可能な発光素子であって、
    基板と、
    前記基板の上に位置し、第１ＤＢＲスタック、発光スタック、第２ＤＢＲスタック及びコンタクト層を順次含むエピタキシャル構造と、
    電極と、
    前記コンタクト層と前記電極との間に位置する電流ブロック層と、
    前記電流ブロック層の中に形成された第１開口と、
    前記電極の中に形成され、且つ前記第１開口の内に位置する第２開口と、を含み、
    前記電極の一部は、前記第１開口の中に埋め込まれ、且つ前記コンタクト層と接触し、
    前記発光素子は、前記第２ＤＢＲスタックにおいて、酸化層及びイオン注入層を有しない、発光素子。
  2. 前記第２ＤＢＲスタックの前記第１開口の直下に位置する部分の導電率は、前記第２ＤＢＲスタックの前記電流ブロック層により覆われている他部の導電率に略等しい、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記発光素子は、順方向電圧、レーザ閾値電流、及び前記レーザ閾値電流よりも大きい飽和電流を有し、
    発光素子は前記順方向電圧よりも大きい動作電圧において順方向電流を伝導し、前記順方向電流が前記レーザ閾値電流と前記飽和電流との間のものである場合、前記放射は１５度よりも小さいファーフィールド角を有するコヒーレント光である、請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記第２ＤＢＲスタックの各層は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなるものである、請求項１に記載の発光素子。
  5. 発光素子であって、
    基板と、
    第１ＤＢＲスタック、発光スタック、第２ＤＢＲスタック及びコンタクト層を順次含むエピタキシャル構造と、を含み、
    前記発光素子は、順方向電圧、レーザ閾値電流、及び前記レーザ閾値電流よりも大きい飽和電流を有し、
    発光素子は前記順方向電圧よりも大きい動作電圧において順方向電流を伝導し、前記順方向電流が前記レーザ閾値電流と前記飽和電流との間のものである場合、前記発光素子は１５度よりも小さいファーフィールド角を有するコヒーレント光を放出し、前記順方向電流が前記レーザ閾値電流よりも小さい場合、前記発光素子は非コヒーレント光を放出する、発光素子。
  6. 前記コンタクト層は第３幅を有し、前記第２ＤＢＲスタックは前記第３幅よりも大きい第２幅を有し、前記発光素子は、前記コンタクト層を覆う導電層をさらに含む、請求項５に記載の発光素子。
  7. 前記導電層の上に位置する第１電極をさらに含み、
    前記第１電極は、前記導電層を露出させる開口を有する、請求項６に記載の発光素子。
  8. 前記開口は最大幅を有し、前記第３幅と前記最大幅との比は０．１〜３である、請求項７に記載の発光素子。
  9. 前記発光素子は、前記第２ＤＢＲスタックにおいて、酸化層及びイオン注入層を有しない、請求項５に記載の発光素子。
  10. 前記第２ＤＢＲスタックの前記コンタクト層の直下に位置する部分の導電率は、前記第２ＤＢＲスタックの前記コンタクト層により覆われていない他部の導電率に略等しい、請求項５に記載の発光素子。
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