发光元件及发光装置

技术领域

本发明涉及一种发光元件及发光装置。

背景技术

在专利文献1中记载了涉及具备光子晶体层的面发光型的半导体发光装置的技术。在该半导体发光装置中，多个半导体发光元件配置于基板上。半导体发光元件中具有配置于基板上的光子晶体层及活性层、和形成于光子晶体层及活性层上的电极。另外，该半导体发光装置还具有基座。此外，基座是指，多个半导体发光元件的电极经由焊料在基板上电连接的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-93127号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明人们对上述的现有技术进行了研究，结果发现了以下那样的技术问题。即存在如下情况：在沿着与基板的主面交叉的方向输出激光的面发光型的发光元件中，在沿着基板的主面的方向上形成共振模式的层(例如光子结晶层)被设置在活性层的附近。这种情况下，自形成共振模式的层输出的光的一部分朝向发光元件的一个面前进，并从该一个面输出至发光元件的外部。另外，自形成共振模式的层输出的光的剩余部分朝向发光元件的另一个面前进，并在设置于该另一个面上的金属电极膜上被反射。其后，被反射的光朝向该一个面前进，并从该一个面输出至发光元件的外部。此外，发光元件是所谓的背面出射型的情况下，上述一个面(即光出射面)为基板的背面。另外，发光元件是所谓的表面出射型的情况下，上述一个面为包含形成共振模式的层的半导体层叠体的表面(与基板相反侧的面)。

具有上述构造的发光元件中，设置于另一个面上的金属电极膜以与半导体层叠体或者基板形成欧姆接触的方式被构成。另外，该金属电极膜有时通过焊料等与散热器等电连接。为此，金属电极膜具有由用于欧姆接触的下层(接触对象是p型GaAs系半导体的情况下，例如Ti层、Cr层或者Ni层)和与焊料接触的上层(例如Au层)构成的层叠结构。此外，下层是Ti层的情况下，在下层和上层之间有时设置有Pt层。

但是，本发明人们通过实验发现了，使具有上述结构的发光元件动作时，光输出经时地降低，或者从通电初期开始光输出效率低。本发明的目的在于，在具有形成共振模式的层的面发光型的发光元件中抑制光输出的降低。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明的一个方式所涉及的发光元件具有基板和与该基板共同构成结构体的半导体层叠体。基板具有主面和与该主面相对的背面。半导体层叠体被设置于基板的主面上，并且具有：下表面，其与主面面对面；和上表面，其相对于该下表面位于基板的相反端侧。半导体层叠体还包含：第一包覆层，其被设置于上表面和下表面之间；第二包覆层，其被设置于所述第一包覆层和上表面之间；活性层，其被设置于第一包覆层和第二包覆层之间；及共振模式形成层，其被设置于第一包覆层和第二包覆层之间。具体地，共振模式形成层被配置于第一包覆层和活性层之间、或者活性层和第二包覆层之间。共振模式形成层包含基本层、以及分别具有与基本层的折射率不同的折射率且在与半导体层叠体的层叠方向垂直的面上呈二维状分布的多个不同折射率区域。由基板和半导体层叠体构成的结构体具有相当于基板的背面的第一构造面和相当于半导体层叠体的上表面的第二构造面。另外，在结构体的第一构造面及第二构造面中的一个面上设置有用于输出激光的区域，而在第一构造面及第二构造面中的另一个面上设置有金属电极膜，该金属电极膜具有与结构体面对面的第一层面、和相对于第一层面位于结构体的相反侧的第二层面。

此外，金属电极膜包含：第一层，其具有第一层面；第二层，其被设置于第一层和第二层面之间；第三层，其被设置于第二层和第二层面之间；以及被设置于第三层和第二层面之间的焊料接合用的第四层。第一层以相对于结构体构成欧姆接触的方式经由第一层面紧贴于结构体。第二层具有与第一层的组成不同的组成，且反射来自共振模式形成层的光。第三层具有与第二层的组成不同的组成，且关于焊料的扩散程度具有比第二层低的扩散程度。第四层具有与第三层的组成不同的组成，且关于焊料的扩散程度具有比第三层高的扩散程度。

发明的效果

根据本发明的一个方式，在具有形成共振模式的层的面发光型的发光元件和发光装置中，能够抑制光输出的降低。

附图说明

图1是示出作为本发明的一实施方式所涉及的发光元件的面发光激光元件1A的结构的立体图。

图2是示意性地示出面发光激光元件1A的截面结构的图。

图3是示意性地示出面发光激光元件1A的截面结构的图。

图4是光子晶体层15A的俯视图。

图5是示出只在光子晶体层的特定区域内设置了不同折射率区域15b的示例的俯视图。

图6(a)～图6(g)是示出不同折射率区域15b的平面形状的示例的图。

图7(a)～图7(k)是示出不同折射率区域15b的平面形状的示例的图。

图8(a)～图8(k)是示出X-Y平面内的不同折射率区域的形状的其他的示例的俯视图。

图9是示意性地示出金属电极膜16的层结构的图。

图10是示意性地示出作为面发光激光元件1A的安装的例子的发光装置2A的截面结构的图。

图11是示意性地示出阻挡层的变形例的图。

图12(a)～图12(c)是示出对比较例的面发光激光元件进行长时间的通电试验，从光出射面(基板的背面)侧观察金属电极膜中的光反射状态的随时间变化的结果的照片。

图13(a)是示意性地示出在半导体层叠体10上层叠由Cr构成的下层31和由Au构成的上层32，并经由焊料层22接合基座21和上层32的样子的图；图13(b)是放大示出上层32与焊料层22的界面的图。

图14是示出验证一实施方式的效果的结果的曲线图。

图15(a)～图15(c)是示出对一实施方式的面发光激光元件1A进行长时间的通电试验，从光出射面(半导体基板3的背面3b)侧观察金属电极膜16中的光反射状态的随时间变化的结果的照片。

图16是S-iPM激光器所具备的相位调制层15B的俯视图。

图17是放大示出相位调制层15B的一部分的图。

图18是示出只在相位调制层的特定区域内应用了图16的折射率结构的例子的俯视图。

图19是S-iPM激光器所具备的相位调制层15C的俯视图。

图20是示出相位调制层15C中的不同折射率区域15b的位置关系的图。

图21是示出第三变形例的发光装置2B的结构的图。

具体实施方式

[本申请发明的实施方式的说明]

首先，对本申请发明的实施方式的内容分别个别地举例而进行说明。

(1)本实施方式所涉及的发光元件，作为其一个方式，具有基板和与该基板共同构成结构体的半导体层叠体。基板具有主面和与该主面相对的背面。半导体层叠体被设置于基板的主面上，并且具有：下表面，其与主面面对面；上表面，其相对于该下表面位于基板的相反端侧。半导体层叠体还具有：第一包覆层，其被设置于下表面和上表面之间；第二包覆层，其被设置于所述第一包覆层和上表面之间；活性层，其被设置于第一包覆层和第二包覆层之间；以及共振模式形成层，其被设置于第一包覆层和第二包覆层之间。具体地，共振模式形成层被配置于第一包覆层和活性层之间、或者活性层和第二包覆层之间。共振模式形成层包含基本层和分别具有与基本层的折射率不同的折射率且在与半导体层叠体的层叠方向垂直的面上呈二维状分布的多个不同折射率区域。由基板和半导体层叠体构成的结构体具有相当于基板的背面的第一构造面和相当于半导体层叠体的上表面的第二构造面。另外，在结构体的第一构造面及第二构造面中的一个面上设置有用于输出激光的区域，而在第一构造面及第二构造面中的另一个面上设置有金属电极膜，该金属电极膜具有与结构体面对面的第一层面和相对于第一层面位于结构体的相反侧的第二层面。

此外，金属电极膜包含：第一层，其具有第一层面；第二层，其被设置于第一层和第二层面之间；第三层，其被设置于第二层和第二层面之间；以及被设置于第三层和第二层面之间的焊料接合用的第四层。第一层以相对于结构体构成欧姆接触的方式经由第一层面紧贴于结构体。第二层具有与第一层的组成不同的组成，并且反射来自共振模式形成层的光。第三层具有与第二层的组成不同的组成，并且关于焊料材料的扩散程度具有比该第二层低的扩散程度。第四层具有与第三层的组成不同的组成，并且关于焊料材料的扩散程度具有比第三层高的扩散程度。

在具有上述结构的发光元件中，自活性层输出的光被关入第一包覆层和第二包覆层之间并到达共振模式形成层。在共振模式形成层中，在沿基板的主面的方向上形成共振模式，并生成与多个不同折射率区域的配置相应的模式的激光。激光沿与基板的主面交叉的方向前进。其中，向一个面前进的激光就这样从一个面输出至外部。另外，向另一个面前进的激光在金属电极膜上被反射后向一个面前进，并从一个面输出至外部。

另外，本发明人们关于上述的随时间的光输出的降低，得到了如下那样的见解。即，发光元件动作时，由于其发热，发光元件的温度上升。随着其温度上升，焊料的构成材料与上层的构成材料反应并向下层侧逐渐扩散。此时，由于焊料材料不均匀地扩散，因而扩散部分不均匀地生长，在上层的表面产生凹凸。该上层上的形状变化引起光反射率的降低以及光的散射。由于这种现象，发光元件的光输出会降低。因此，在具有现有结构的金属电极膜的发光元件中，未避免伴随着动作的随时间的光输出的降低。

因此，在本实施方式的一个方式所涉及的发光元件中，金属电极膜具有由第一层～第四层构成的多层结构。第一层与构成结构体的半导体层叠体或者基板紧贴(欧姆接触)。第二层被设置于第一层上，具有与第一层不同的组成，反射来自共振模式形成层的光。第四层被设置于第二层上，作为发光装置的一部分被安装于基座时，与焊料接合。第三层被设置与第二层与第四层之间，具有与第二层及第四层不同的组成。于是，第三层的焊料材料的扩散程度比第二层及第四层的扩散程度低。这种情况下，随着发光元件的温度上升，焊料的构成材料与第四层的构成材料反应并向第二层侧逐渐扩散。然而，在第二层与第四层之间，存在焊料材料的扩散程度低的第三层。因此，焊料材料在该第三层中被阻挡，难以向第二层扩散。由此，第二层变得难以被焊料材料的扩散影响，能够抑制光反射率的降低，并且能够降低由凹凸引起的光散射。由上，根据上述的发光元件，能够抑制伴随着动作的随时间的光输出的降低。

(2)作为本实施方式的一个方式，第二层也可以主要包含Au、Ag、Al及Cu中的至少一个元素。根据这种结构，能够提高第二层的光反射率。

(3)作为本实施方式的一个方式，第三层也可以主要包含Pt、Ni、Ta、W及Cr中的至少一个元素，或者也可以包含TiN。根据这种结构，可以有效阻挡焊料材料的扩散。

(4)作为本实施方式的一个方式，第四层也可以主要包含Au、Ag、Pt、Cu、Pd、Ni及Al中的至少一个元素，并且也可以由与第三层不同的材料构成。根据该结构，能够与焊料材料充分接触并与基座材料进行稳定的电接触、物理接触。

(5)即，作为本实施方式的一个方式，金属电极膜包含：第一层，其具有第一层面；第二层，其被设置于第一层和第二层面之间；第三层，其被设置于第二层和第二层面之间；以及被设置于第三层和第二层面之间的焊料接合用的第四层。第一层以相对于结构体构成欧姆接触的方式经由第一层面紧贴于结构体。第二层具有与第一层的组成不同的组成，并且反射来自共振模式形成层的光。第三层具有与第二层的组成不同的组成，并且关于焊料材料的扩散程度具有比该第二层低的扩散程度。第四层具有与第三层的组成不同的组成，并且关于焊料材料的扩散程度具有比第三层高的扩散程度。再有，第二层主要包含Au、Ag、Al及Cu中的至少一个元素。第三层主要包含Pt、Ni、Ta、W及Cr中的至少一个元素，或者由TiN构成。第四层主要包含Au、Ag、Pt、Cu、Pd及Al中的至少一个元素。根据具有该构造的发光元件，与上述发光元件相同，能够抑制伴随着动作的随时间的光输出的降低。

(6)作为本实施方式的一个方式，第一层也可以包含Ti、Cr、Mo及Ni中的至少一个元素。根据这种结构，能够适当实现p型半导体层或者基板与第一层的欧姆接触。

(7)作为本实施方式的一个方式，沿从第一层面向第二层面的方向规定的第三层的厚度也可以比第一层的厚度厚，且比第二层及第四层各自的厚度薄。构成第三层的材料与构成第二层及第四层的材料相比，有时成膜更花费时间。另外，如果第三层变厚至一定程度以上，则焊料材料大部分会被阻挡，扩散抑制效果几乎不增加。因此，能够使第三层比第二层及第四层薄，由此能够缩短形成金属电极膜所需要的时间。第一层的厚度因为只要能形成欧姆接触即可，所以也可以比第三层薄。

(8)作为本实施方式的一个方式，沿从第一层面向第二层面的方向规定的第一层的厚度优选为50nm以下。另外，第二层、第三层及第四层各自的厚度优选为1000nm以下。例如，通过将各层设为这样的厚度，能够适宜地实现本发明的一个方式的金属电极膜的效果。

(9)作为本实施方式的一个方式，共振模式形成层也可以是多个不同折射率区域沿着设定面上的至少一个方向周期性地排列的光子晶体层。自活性层输出的光被关入第一包覆层和第二包覆层之间并到达光子晶体层。在光子晶体层中，在沿着基板的主面的方向上形成共振模式，光以与多个不同折射率区域的排列周期相应的波长进行振荡(激光的生成)。激光的一部分沿与基板的主面垂直的方向衍射，到达一个面。激光可以直接到达一个面，或者也可以在金属电极膜上被反射后到达一个面。因此，通过这样的结构也可得到上述效果。

(10)作为本实施方式的一个方式，在设定面上，多个不同折射率区域分别与在该设定面上规定的假想的正方晶格的多个晶格点的任一个建立对应(一个或者其以上的不同折射率区域与一个晶格点建立对应)。在这种状态下，对于假想的正方晶格的每个晶格点，与该晶格点建立对应的不同折射率区域的重心被配置于偏离该晶格点的位置。再有，对于假想的正方晶格的每个晶格点，设定连结该晶格点和建立对应的不同折射率区域的重心的线段的相对于假想的正方晶格的旋转角度。这种情况下，自活性层输出的光被关入第一包覆层和第二包覆层之间并到达共振模式形成层。在共振模式形成层中，多个不同折射率区域的重心在假想的正方晶格的晶格点周围具有按每个不同折射率区域设定的旋转角度。这种发光元件在与基板的主面垂直的方向上输出激光(0次光)。0次光直接到达一个面，或者在金属电极膜上被反射后到达一个面。到达一个面的激光从该一个面输出至发光元件的外部。因此，通过这样的结构也可得到上述效果。

(11)作为本实施方式的一个方式，在设定面上，多个不同折射率区域分别与在该设定面上规定的假想的正方晶格的多个晶格点的任一个建立对应(一个或者其以上的不同折射率区域与一个晶格点建立对应)。在这个状态下，对于假想的正方晶格的每个晶格点，与该晶格点建立对应的不同折射率区域的重心被配置于通过该晶格点且相对于假想的正方晶格倾斜的直线上。再有，对于假想的正方晶格的每个晶格点，也可以设定从该晶格点到建立对应的不同折射率区域的距离。在具备这种结构的发光元件中，也沿与基板的主面垂直的方向输出激光(0次光)。0次光直接到达一个面，或者在金属电极膜上被反射后到达一个面。到达一个面的激光从该一个面输出至发光元件的外部。因此，通过这样的结构也可得到上述效果。

(12)本实施方式的一个方式所涉及的发光装置也可以具备具有上述结构的发光元件和具有搭载该发光元件的搭载面的基座。这种情况下，发光元件的金属电极膜和上述搭载面通过焊料被互相接合。另外，优选，焊料为Sn焊料、In焊料、包含Sn的共晶焊料、或者包含Sn的无铅焊料。在这种发光装置中，伴随着发光元件的温度上升，焊料的构成材料在金属电极膜的内部逐渐扩散。但是，由于这种发光装置具备上述任一个的发光元件，因而焊料材料在第三层中被阻挡，难以向第二层扩散。因此，能够抑制伴随着动作的随时间的光输出的降低。

在上文中在该[本申请发明的实施方式的说明]一栏中列举的各方式能够应用于其余的所有方式的各个、或者这些其余的方式的所有的组合。

[本申请发明的实施方式的细节]

以下，参照附图对本实施方式所涉及的发光元件及发光装置的具体的结构进行详细的说明。另外，本发明并不限定于这些例子，而是意图包含由权利要求的范围进行表示且与权利要求的范围等同的意思和范围内的所有的变更。另外，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的符号，省略重复的说明。

图1是示出作为本发明的一实施方式所涉及的发光元件的面发光激光元件1A的结构的立体图。另外，图2是示意性地示出面发光激光元件1A的截面结构的图。此外，定义以沿着面发光激光元件1A的厚度方向延伸的轴为Z轴的XYZ直角坐标系。面发光激光元件1A在X-Y面上规定的方向上形成驻波，在相对于半导体基板3的主面垂直的方向(Z轴方向)上输出激光L。

面发光激光元件1A为光子晶体面发光激光器(Photonic Crystal SurfaceEmitting LASER:PCSEL)。面发光激光元件1A具有半导体基板3、及设置于半导体基板3的主面3a上的半导体层叠体10。半导体层叠体10由设置于主面3a上的包覆层11(第一包覆层)、设置于包覆层11上的活性层12、设置于活性层12上的包覆层13(第二包覆层)及设置于包覆层13上的接触层14构成。再有，半导体层叠体10具有光子晶体层15A。激光L从半导体基板3的背面3b输出。

包覆层11及包覆层13的能带隙比活性层12的能带隙宽。半导体基板3、包覆层11及13、活性层12、接触层14、光子晶体层15A的厚度方向与Z轴方向一致。

根据需要，在半导体层叠体10，在包覆层11和活性层12之间、以及活性层12和包覆层13之间中的至少一方，也可以设置用于调整光分布的光导层。光导层也可以包含用于有效地将载流子关入活性层12的载流子势垒层。

另外，在图1及图2所示的示例中，光子晶体层15A被设置于活性层12和包覆层13之间，但是，如图3所示，光子晶体层15A也可以被设置于包覆层11和活性层12之间。再有，在光导层被设置于活性层12和包覆层11之间的情况下，光子晶体层15A被设置于包覆层11和光导层之间。

光子晶体层(衍射晶格层)15A为本实施方式中的共振模式形成层。光子晶体层15A由基本层15a和多个不同折射率区域15b构成。基本层15a是由第一折射率介质形成的半导体层。多个不同折射率区域15b分别由具有与第一折射率介质的折射率不同的折射率的第二折射率介质形成，并存在于基本层15a内。多个不同折射率区域15b在与光子晶体层15A的厚度方向垂直的设计面(X-Y面)上呈二维状且周期性地排列。设等效折射率为n时，光子晶体层15A选择的波长λ

图4为光子晶体层15A的俯视图。在此，在光子晶体层15A的与X-Y面一致的面(设定面)上，设定有假想的正方晶格。该正方晶格的一边与X轴平行，另一边与Y轴平行。这时，以正方晶格的晶格点O(x，y)为中心的正方形状的单位构成区域R(x，y)能够遍及沿着X轴的多列及沿着Y轴的多行呈二维状设定。示出单位构成区域R的坐标的x分量被赋予0,1,2,3……，示出X轴上的第x个晶格点的位置。y分量被赋予0,1,2,3……，示出Y轴上的第y个晶格点的位置。另外，在单位构成区域R(x，y)内配置有一个或者其以上的不同折射率区域15b。即，相对于位于单位构成区域R(x，y)的中心的晶格点O(x，y)，一个或者其以上的不同折射率区域15b被建立对应。不同折射率区域15b的平面形状例如是圆形。在单位构成区域R(x，y)内，不同折射率区域15b的重心G与晶格点O(x，y)重叠(一致)。此外，多个不同折射率区域15b的周期结构不限于图4所示的示例，例如也可以替代正方晶格而设定三角晶格。

图5是示出只在光子晶体层15A的特定区域内设置了不同折射率区域15b的示例的俯视图。在图5示出的例子中，在正方形的内侧区域RIN中，形成有不同折射率区域15b周期结构。另一方面，在包围内侧区域RIN的外侧区域ROUT也形成有不同折射率区域15b的周期结构。金属电极膜16形成于内侧区域RIN之上，电流以内侧区域RIN为中心流过。这种结构的情况下，能够抑制向沿着包含内侧区域RIN及外侧区域ROUT的面的方向的漏光，能够期待阈值电流的降低。

另外，在图4中，虽然示出了X-Y平面上的不同折射率区域15b的形状是圆形的示例，但是不同折射率区域15b也可以具有圆形以外的形状。例如，X-Y平面上的不同折射率区域15b的形状也可以具有镜像对称性(线对称性)。在此，所谓镜像对称性(线对称性)是指，夹着X-Y上的某条直线而位于该直线的一侧的不同折射率区域15b的平面形状和位于该直线的另一侧的不同折射率区域15b的平面形状能够互相成为镜像对称(线对称)。作为具有镜像对称性(线对称性)的形状，例如，可以列举图6(a)所示的正圆、图6(b)所示的正方形、图6(c)所示的正六边形、图6(d)所示的正八边形、图6(e)所示的正十六边形、图6(f)所示的长方形、图6(g)所示的椭圆等。

另外，X-Y平面上的不同折射率区域15b的形状也可以是不具有180°的旋转对称性的形状。作为这种形状，例如，可以列举图7(a)所示的正三角形、图7(b)所示的等腰直角三角形、图7(c)所示的形状(两个圆或者椭圆的一部分重叠的形状)、图7(d)所示的卵形(以沿着椭圆的长轴的一个端部附近的短轴方向的尺寸小于另一个端部附近的短轴方向的尺寸的方式变形的形状)、图7(e)所示的泪形(将沿着椭圆的长轴的一个端部变形为沿着长轴方向突出的尖的端部的形状)、图7(f)所示的等腰三角形、图7(g)所示的箭头形(矩形的一边凹成三角形且其相对的一边变尖成三角形的形状)、图7(h)所示的梯形、图7(i)所示的五边形、图7(j)所示的形状(两个矩形的一部分彼此重叠的形状)、图7(k)所示的形状(两个矩形的一部分彼此重叠且不具有镜像对称性的形状)等。这样，X-Y平面上的不同折射率区域15b的形状不具有180°的旋转对称性，从而能够得到更高的光输出。

图8是示出X-Y平面内的不同折射率区域的形状的其他的示例的俯视图。在这个示例中，还设置有与多个不同折射率区域15b不同的其他的不同折射率区域15c。各个不同折射率区域15c由折射率与基本层15a的第一折射率介质不同的第二折射率介质构成。不同折射率区域15c与不同折射率区域15b同样，也可以是空位，也可以在空位埋入化合物半导体而构成。不同折射率区域15c与不同折射率区域15b分别一对一地对应而设置。于是，由不同折射率区域15b、15c构成的区域的重心(合成重心)G位于构成假想的正方晶格的单位构成领域R(x，y)的晶格点O(x，y)上。此外，任一个不同折射率区域15b、15c均被包含于构成假想的正方晶格的单位构成领域R(x，y)的范围内。单位构成领域R(x，y)成为被将假想的正方晶格的相邻的晶格点间两等分的直线包围的区域。

不同折射率区域15c的平面形状例如为圆形，但是与不同折射率区域15b同样地，可以具有各种形状。图8(a)～图8(k)示出了不同折射率区域15b、15c的X-Y平面上的形状和相对关系的例子。图8(a)和图8(b)示出了不同折射率区域15b、15c具有相同形状的图形的方式。图8(c)和图8(d)示出了不同折射率区域15b、15c具有相同形状的图形并且互相的一部分彼此重叠的方式。图8(e)示出了不同折射率区域15b、15c具有相同形状的图形并且不同折射率区域15b、15c互相旋转的方式。图8(f)示出了不同折射率区域15b、15c具有互相不同形状的图形的方式。图8(g)示出了不同折射率区域15b、15c具有互相不同形状的图形并且不同折射率区域15b、15c互相旋转的方式。

另外，如图8(h)～图8(k)所示，不同折射率区域15b也可以包含互相分开的两个区域15b1、15b2而构成。于是，也可以在单位构成区域R内任意设定由区域15b1、15b2构成的部分区域的重心(相当于单一不同折射率区域15b的重心)和不同折射率区域15c的重心的距离。另外，在该情况下，如图8(h)所示，区域15b1、15b2以及不同折射率区域15c也可以具有相同形状的图形。另外，如图8(i)所示，区域15b1、15b2和不同折射率区域15c中的两个图形也可以与其它不同。另外，如图8(j)所示，除了连结区域15b1、15b2的直线和X轴所成的角度以外，也可以在单位构成区域R内任意设定连结晶格点O与不同折射率区域15c的重心的直线和X轴所成的角度。另外，如图8(k)所示，也可以在使区域15b1、15b2与不同折射率区域15c维持互相相同的相对角度的状态下，在单位构成区域R内任意地设定连结区域15b1、15b2的直线和X轴所成的角度。

此外，也可以在每个单位构成区域R各多个地设置不同折射率区域15b。在此，单位构成区域R是指相对于某个单位构成区域R的晶格点O，被与周期性地排列的其他的相邻单位构成区域的晶格点的垂直两等分线包围的区域中最小面积的区域，对应于固体物理学中的魏格纳-塞兹原胞。在这种情况下，一个单位构成区域R中包含的多个不同折射率区域15b具有互相相同形状的图形，互相的重心也可分离。另外，不同折射率领域15b的X-Y平面上的形状在各单位构成区域R间是相同的，并且可以通过平移操作、或者平移操作和旋转操作，在各个单位构成区域R间互相重叠。在这种情况下，光子能带结构的波动减少，能够得到线宽窄的光谱。或者，不同折射率区域的X-Y平面上的形状在各个单位构成区域R之间也并非一定相同，在相邻的单位构成区域R之间形状也可以互不相同。

再次参照图1及图2。面发光激光元件1A还具备设置于接触层14上的金属电极膜16和设置于半导体基板3的背面3b上的金属电极膜17。金属电极膜16与接触层14欧姆接触，金属电极膜17与半导体基板3欧姆接触。金属电极膜17呈包围激光L的输出领域的框状(环状)的平面形状，且具有开口17a。此外，金属电极膜17的平面形状也可以为矩形环状、圆环状这样的各种各样的形状。半导体基板3的背面3b中的金属电极膜17以外的部分(包含开口17a内)被反射防止膜19覆盖。也可以去除在开口17a以外的领域存在的反射防止膜19。金属电极膜16被设置于接触层14的中央区域、即沿着Z轴方向观察接触层14的表面时与开口17a重叠的区域。接触层14上的金属电极膜16之外的部分被保护膜18覆盖。此外，也可以去除与金属电极膜16未接触的接触层14的一部分(非接触区域)。

在金属电极膜16和金属电极膜17之间供给驱动电流时，在活性层12中发生电子和空穴的再结合(发光)。与有助于该发光的电子及空穴一起产生的光有效率地分布于包覆层11及包覆层13之间。从活性层12输出的光分布于包覆层11及包覆层13之间。因此，从活性层12输出的光的一部分进入光子晶体层15A的内部，根据光子晶体层15A的内部的晶格结构，在沿着半导体基板3的主面3a的方向上形成共振模式。于是，光以与多个不同折射率区域15b的排列周期相应的波长进行振荡(激光的生成)。从光子晶体层15A输出的激光的一部分L1沿着与半导体基板3的主面3a垂直的方向前进，直接从背面3b通过开口17a输出至面发光激光元件1A的外部。另外，从光子晶体层15A输出的激光的剩余部分L2在金属电极膜16上反射后，从背面3b通过开口17a输出至面发光激光元件1A的外部。

在某个例子中，半导体基板3为GaAs基板。另外，包覆层11、活性层12、光子晶体层15A、包覆层13、及接触层14由GaAs系半导体构成。具体地，包覆层11为AlGaAs层。活性层12具有多重量子阱结构(势垒层：AlGaAs/量子阱层：InGaAs，阱层的层数例如为3个)。光子晶体层15A的基本层15a为AlGaAs层或者GaAs层，不同折射率区域15b是空位。包覆层13为AlGaAs层。接触层14为GaAs层。在该例的情况下，半导体基板3的厚度例如为150μm。包覆层11的厚度例如为2000nm。活性层12的厚度例如为140nm。光子晶体层15A的厚度例如为300nm。包覆层13的厚度例如为2000nm。接触层14的厚度例如为200nm。设想发光波长为980nm，则包覆层11的折射率例如为3.11左右。活性层12的折射率例如为3.49左右。包覆层13的折射率例如为3.27左右。接触层14的折射率例如为3.52左右。

包覆层11具有与半导体基板3相同的导电类型。包覆层13及接触层14具有与半导体基板3相反的导电类型。在一个例子中，半导体基板3及包覆层11为n型。包覆层13及接触层14为p型。光子晶体层15A被设置于活性层12与包覆层11之间时，具有与半导体基板3相同的导电类型。另外，设置于活性层12与包覆层13之间时，光子晶体层15A具有与半导体基板3相反的导电类型。此外，杂质浓度例如为1×10

此外，在上述的结构中，不同折射率区域15b是空位，但是不同折射率区域15b也可以通过将折射率与基本层15a不同的半导体埋入空位中而形成。在该情况下，例如在基本层15a中通过蚀刻形成空位，使用有机金属气相沉积法、分子束外延法、溅射法或外延法将半导体埋入到该空位内即可。例如，在基本层15a由GaAs构成的情况下，不同折射率区域15b也可以由AlGaAs构成。另外，通过在设置于基本层15a的空位内埋入半导体来形成不同折射率区域15b之后，也可以进一步在其上堆积与不同折射率区域15b相同的半导体。此外，在不同折射率区域15b是空位的情况下，也可以在该空位封入有氩、氮等的不活泼气体、或者氢或空气等气体。

反射防止膜19例如由硅氮化物(例如SiN)、硅氧化物(例如SiO

金属电极膜17的材料可以根据半导体基板3的构成材料进行适当选择。半导体基板3为n型GaAs基板的情况下，金属电极膜17例如可以包含Au和Ge的混合物。在一个例子中，金属电极膜17具有AuGe单层、或者AuGe层与Au层的层叠结构。但是，金属电极膜17的材料只要是能够实现欧姆接触即可，不限于此。

在此，对金属电极膜16的结构进行详细的说明。图9是示意性地示出金属电极膜16的层构造的图。如图9所示，金属电极膜16包含紧贴层161(第一层)、高反射层162(第二层)、阻挡层163(第三层)、及接合层164(第四层)而构成。这些层161～164在半导体基板3的厚度方向(即Z轴方向)上被层叠。

紧贴层161为通过与半导体层叠体10的表面10a(在本实施方式中为接触层14的表面)紧贴而与该半导体层叠体10欧姆接触的层。紧贴层161由与半导体或保护膜18的紧贴性良好的材料、例如包含Ti、Cr、Mo及Ni中的至少一个元素的材料构成。因此，p型的接触层14和紧贴层161的欧姆接触可以适宜地实现。在一个例子中，紧贴层161为Ti层、Cr层、Mo层、Ni层、或者Ti合金层(例如TiW层或者TiMo层)。紧贴层161的厚度例如是1nm以上，另外，例如是50nm以下。由于紧贴层161的厚度是1nm以上，可实现与半导体层叠体10的良好的欧姆接触。另外，由于紧贴层161的厚度是50nm以下，可有效抑制由紧贴层161导致的金属电极膜16的光反射特性的劣化。

高反射层162为将来自光子晶体层15A的激光L向半导体基板3的背面3b反射的层。高反射层162具有与紧贴层161不同的组成，被设置于紧贴层161上(在一个例子中，与紧贴层161相接)。此外，两个层具有互相不同的组成是指，在一个层中作为组成包含的元素的一部分在另一个层中不作为组成包含。即使是不将某元素作为组成而包含的情况下，有时也由于来自相邻层的相互扩散等而包含该元素。高反射层162由在从光子晶体层15A输出的激光的波长下具有高反射率(至少比阻挡层163高的反射率)的材料、例如主要包含Au、Ag、Al及Cu中的至少一个元素的材料构成。因此，能够提高高反射层162的光反射率。在一个例子中，高反射层162为Au层、Ag层、Al层或Cu层。高反射层162的厚度例如为10nm以上，另外，例如为1000nm以下。由于高反射层162的厚度为10nm以上，能够适宜地反射来自光子晶体层15A的激光L。另外，由于高反射层162的厚度为1000nm以下，能够兼得良好的光反射特性和堆积时间的缩短。

接合层164为在安装面发光激光元件1A时与焊料接合的层。在此，图10是示意性地示出了作为面发光激光元件1A的安装的例子的发光装置2A的截面结构的图。发光装置2A除了面发光激光元件1A外，还具有导电性的基座21。基座21例如具有长方体状的外观，作为对面发光激光元件1A供给电流并且释放面发光激光元件1A中产生的热的散热器而发挥功能。在一个例子中，基座21由SiC构成。基座21具有搭载面发光激光元件1A的平坦的搭载面21a。面发光激光元件1A以半导体基板3的主面3a与搭载面21a相对的方式被配置于搭载面21a上。于是，金属电极膜16和搭载面21a经由焊料层22相互导电接合。此时，焊料层22与金属电极膜16的接合层164相接。另外，焊料层22也可以与保护膜18相接。在一个例子中，焊料层22利用由Sn单材料构成的Sn焊料、由In单材料构成的In焊料、包含Sn的共晶焊料(例如AuSn类或PbSn类)、或者包含Sn的无铅焊料(例如SnAgCu类、SnCu类、SnZnBi类、SnAgInBi类、或者SnZnAl类)构成。

在制作发光装置2A时，用于焊料层22的焊料材料通过使用蒸镀法等而被堆积于基座21的搭载面21a上或者面发光激光元件1A上(金属电极膜16上及保护膜18上)。通过在搭载面21a上配置了面发光激光元件1A的状态下，使搭载面21a的温度上升，焊料材料在暂时熔融后被冷却。由此，搭载面21a和金属电极膜16及保护膜18经由焊料层22互相接合。

接合层164具有与高反射层162相同或者不同的组成，并被设置于高反射层162上。接合层164由主要包含难以氧化且对焊料材料的润湿性高的材料、例如Au、Ag、Pt、Cu、Pd、Ni及Al中的至少一个元素的材料构成。由此，与焊料材料充分接触，能够实现与基座21的构成材料的电接触、物理接触。在一个例子中，接合层164为Au层、Ag层、Pt层、Cu层、Pd层、Ni层或Al层，由与阻挡层163不同的材料构成。接合层164的厚度例如为10nm以上，另外，例如为1000nm以下。由于接合层164的厚度为10nm以上，焊料层22和接合层164充分反应(共晶化)，可以得到良好的接合强度。另外，由于接合层164的厚度为1000nm以下，能够兼得良好的接合强度与堆积时间的缩短。

阻挡层163具有与高反射层162及接合层164不同的组成，被设置于高反射层162和接合层164之间。在一个例子中，阻挡层163与高反射层162及接合层164相接。阻挡层163相较于高反射层162及接合层164，由焊料材料(特别是上述的任一个的焊料材料)的扩散程度低的材料构成。由此，与接合层164的构成材料发生反应并向高反射层162侧逐渐扩散的焊料材料在阻挡层163中受到阻挡(向高反射层162的焊料材料的扩散被抑制)。阻挡层163例如主要包含Pt、Ni、Ta、W及Cr中的至少一个元素，或者包含TiN。由此，能够有效阻挡焊料材料的扩散。在一个例子中，阻挡层163为Pt层、Ni层、Ta层、W层、TiN层或者Cr层。

阻挡层163的厚度可以比紧贴层161厚，另外，也可以比高反射层162及接合层164薄。构成阻挡层163的材料与构成高反射层162及接合层164的材料相比有时成膜需要花费时间。另外，如果阻挡层163变厚至一定程度以上，则焊料材料大部分会被阻挡，扩散抑制效果几乎不增加。因此，能够使阻挡层163比高反射层162及接合层164薄，由此能够缩短形成金属电极膜16所需要的时间。另外，紧贴层161的厚度只要是能形成欧姆接触即可，所以也可以比阻挡层163薄。在一个例子中，阻挡层163的厚度为1nm以上，更优选为100nm以上。另外，阻挡层163的厚度为1000nm以下，更优选为200nm以下。由于阻挡层163的厚度为1nm以上，能够有效地抑制焊料材料的扩散。另外，由于阻挡层163的厚度为1000nm以下，能够兼得焊料扩散的充分的抑制效果与堆积时间的缩短。

图11是示意性地示出阻挡层的变形例的图。在这个例子中，阻挡层163A具有包含多个层163a、163b及163c的层叠结构。层163b为主要阻挡焊料材料的扩散的层。层163a为使层163b与高反射层162紧贴并为了防止这些层彼此的剥离而设置的层。层163c为使接合层164与层163b紧贴并为了防止这些层彼此的剥离而设置的层。层163a及163c由上述的紧贴层161的构成材料构成，层163b能够由上述的阻挡层163的构成材料中与层163a及163c不同的材料构成。此外，根据需要，层163a及163c中的任一个也可以被省略。

在发明人们实际制作的一个例子中，紧贴层161是厚度2nm的Ti层。高反射层162是厚度200nm的Au层。阻挡层163是厚度150nm的Pt层。接合层164是厚度200nm的Au层。另外，在发明人们实际制作的其他例子中，紧贴层161是厚度2nm的Cr层。高反射层162是厚度500nm的Au层。阻挡层163A的层163a是厚度50nm的Ti层，层163b是厚度100nm的Pt层，未设置层163c。接合层164是厚度200nm的Au层。

在形成金属电极膜16时，首先，在接触层14上紧贴层161、高反射层162、阻挡层163及接合层164按此顺序被堆积。作为堆积方法，例如能够应用蒸镀法、溅射法等物理堆积法。接着，为了实现与接触层14的欧姆接触，对金属电极膜16进行退火处理。此时，发生接触层14的构成材料和紧贴层161的构成材料的相互扩散、及在层161～164之间的构成材料的相互扩散。因此，接触层14和紧贴层161的边界、以及层161～164之间的各边界有时变得模糊不清。

对由具有以上结构的本实施方式的面发光激光元件1A得到的效果进行说明。现有的金属电极膜具有用于欧姆接触的下层(接触对象为p型GaAs类半导体的情况下，例如Ti层、Cr层或者Ni层)和与焊料接触的上层(例如Au层)的层叠结构。发明人们通过实验发现了，使具备具有这种结构的金属电极膜的面发光激光元件动作时，光输出经时地降低。为了探明该原因，发明人们对面发光激光元件进行长时间的通电试验，从光出射面(基板的背面)侧观察金属电极膜中的光反射状态的随时间的变化。图12(a)～图12(c)为示出该结果的照片。图12(a)示出从试验开始前的自然放出时的光反射状态，图12(b)示出从试验开始150小时后的自然放出时的光反射状态，图12(c)示出从试验开始1000小时后的自然放出时的光反射状态。参照这些图12(a)～图12(c)时可知，在试验开始前反射光强度是均匀的，试验开始150小时后反射光强度变得不均匀，产生斑状的暗部。即，发明人们探明了随时间的光输出的降低的主要原因为金属电极膜中的光反射状态的随时间的劣化、即金属电极膜的形态的随时间的劣化。

发明人们针对这样的劣化的原因，进行了如下思考。即，面发光激光元件动作时，由于其发热，元件的温度升高。另外，随着其温度升高，焊料的构成材料与上层的构成材料发生反应并向下层侧逐渐扩散。图13(a)是示意性地示出在半导体层叠体10上层叠有由Cr形成的下层31和由Au形成的上层32，基座21和上层32通过焊料层22接合的样子的图。图13(b)是放大示出上层32与焊料层22的界面的图。如图13(b)所示，焊料层22的构成材料与上层32的构成材料发生反应并向下层31侧扩散时，由于焊料层22的构成材料与上层32的构成材料相互反应(共晶化)，而在上层32中形成共晶区域33。此时，焊料层22的构成材料在上层32的内部不均匀地扩散。因此，在上层32内共晶区域33不均匀地生长，在该上层32的表面产生凹凸。认为这种上层32的表面形状的变化引起光反射率的降低及光的散射。由于这种现象，面发光激光元件的光输出会降低。因此，在具备具有图13(a)所示的结构的金属电极膜的面发光激光元件中，未避免伴随着动作的随时间的光输出的降低。

与之相对，在本实施方式中，金属电极膜16具有紧贴层161(第一层)、高反射层162(第二层)、阻挡层163(第三层)、及接合层164(第四层)。紧贴层161通过与半导体层叠体10(例如接触层14)紧贴，而与该半导体层叠体10欧姆接触。高反射层162被设置于紧贴层161上，具有与紧贴层161不同的组成，反射来自光子晶体层15A的光。接合层164被设置于高反射层162上，安装时与焊料层22接合。阻挡层163被设置于高反射层162和接合层164之间，具有与高反射层162及接合层164不同的组成。于是，阻挡层163中的焊料材料的扩散程度比高反射层162及接合层164的低。这种情况下，伴随着面发光激光元件1A的温度升高，焊料层22的构成材料与接合层164的构成材料反应并向高反射层162侧逐渐扩散。但是，在高反射层162与接合层164之间存在焊料材料的扩散程度低的阻挡层163。因此，焊料材料在该阻挡层163中被阻挡，难以向高反射层162扩散。因此，高反射层162变得难以被焊料材料的扩散影响，抑制光反射率的降低。再有，高反射层162能够减轻由凹凸引起的光散射。由上，根据本实施方式的面发光激光元件1A，能够抑制伴随着动作的随时间的光输出的降低。

图14是示出验证本实施方式的上述的效果的结果的曲线图。在图14中，横轴示出了动作时间(单位：小时(hour))，纵轴示出了自面发光激光元件输出的激光的相对峰强度(Relative Peak Power，单位：％)。图14中的实线示出了本实施方式的多个面发光激光元件1A中的结果，虚线作为比较例示出了具有图13(a)的金属反射膜的多个面发光激光元件中的结果。此外，在该实验中，面发光激光元件的动作温度为85℃。脉冲宽度tw为50纳秒。频率fr为25kHZ。峰电流值lop为25安培。在面发光激光元件1A中，紧贴层161为厚度5nm的Cr层。高反射层162为厚度500nm的Au层。阻挡层163具有厚度50nm的Ti层和厚度100nm的Pt层的层叠结构。接合层164为厚度200nm的Au层。另外，比较例中的下层31(Cr层)的厚度为5nm。上层32(Au层)的厚度为500nm。作为焊料层22应用了Sn焊料。

参照图14时可知，在比较例中，从动作刚开始后直到经过大约100小时，相对峰强度随着时间经过逐渐降低。于是，在经过大约100小时后，产生15～20％左右的相对峰强度的降低，之后也维持该相对峰强度。对此，在本实施方式的面发光激光元件1A中，可知从动作刚开始后维持高的相对峰强度。

另外，图15(a)～图15(c)是示出对本实施方式的面发光激光元件1A进行长时间的通电试验，从光出射面(半导体基板3的背面3b)侧观察金属电极膜16中的光反射状态的随时间变化的结果的照片。图15(a)示出试验开始前的自然放出时的光反射状态，图15(b)示出试验开始150小时后的自然放出时的光反射状态，图15(c)示出试验开始1000小时后的自然放出时的光反射状态。参照这些图15(a)～图15(c)时，从试验开始前到经过1000小时后之间，光反射状态基本上不变化。即，在面发光激光元件1A中，基本上不产生随时间的光反射状态的变化。

如以上说明的那样，根据本实施方式的面发光激光元件1A，能够抑制伴随着动作的随时间的光输出的降低。因此，本实施方式能够提供可靠性高的面发光激光元件1A。另外，能够有助于面发光激光元件1A的高输出化，且在如脉冲驱动时的高占空比动作那样的易产生热的驱动环境中也是有利的。

此外，在现有的面发光激光元件的金属电极膜中，有时在Ti层和Au层之间设置Pt层。这种情况下，金属电极膜具有Ti/Pt/Au这样的层结构。在作为光反射膜使用该金属电极膜的情况下，由于焊料材料基本上不向Pt层扩散，因而Pt层的光反射状态基本上不随时间发生变化。但是，Pt层的光反射率与Au层的光反射率相比明显低。因此，面发光激光元件的光输出效率从通电初期开始变低。对此，根据本实施方式的面发光激光元件1A，能够从通电初期得到高的光输出效率，且能够长时间地维持该高光输出效率。

另外，如本实施方式所示，面发光激光元件1A作为共振模式形成层，也可以具备周期性地排列有多个不同折射率区域15b的光子晶体层15A。这种情况下，在光子晶体层15A中产生的激光的一部分L2在与半导体基板3的主面3a垂直的方向上衍射，在金属电极膜16上被反射。之后，被反射的激光L2到达半导体基板3的背面3b，从背面3b输出至面发光激光元件1A的外部。因此，能够适宜地得到本实施方式的金属电极膜16的上述效果。

(第一变形例)

在上述实施方式中，对作为PCSEL的面发光激光元件1A进行了说明，但是本发明的发光元件不限于PCSEL，可以是各种的面发光激光元件。例如，研究通过控制从呈二维状排列的多个发光点输出的光的相位谱及强度谱而输出任意的光学图像的面发光激光元件。这样的面发光激光元件被称为S-iPM(Static-integrable Phase Modulating)激光器，沿着半导体基板的主面的法线方向(相对于半导体基板的主面垂直的方向)、及与该法线方向交叉的倾斜方向的双方，输出用于形成二维的任意形状的光学图像的光。

图16是S-iPM激光器所具备的相位调制层15B的俯视图。上述实施方式的面发光激光元件1A也可以替代光子晶体层15A(参照图4)，而具有图16所示的相位调制层15B。由此，能够使面发光激光元件成为S-iPM激光器。相位调制层15B为本变形例的共振模式形成层。另外，在本变形例的面发光激光元件中，由于除了相位调制层15B的其他的结构与上述实施方式相同，因而省略详细的说明。

相位调制层15B包含由第一折射率介质构成的基本层15a和由折射率与第一折射率介质不同的第二折射率介质构成的不同折射率区域15b。在此，假想的正方晶格被设置于相位调制层15B的与X-Y面上一致的面上。设正方晶格的一边与X轴平行，另一边与Y轴平行。此时，以正方晶格的晶格点O(x，y)为中心的正方形的单位构成区域R(x，y)能够遍及沿着X轴的多列及沿着Y轴的多行呈二维状设定。示出单位构成区域R的坐标的x分量被赋予0,1,2,3……，示出X轴上的第x个晶格点的位置。y分量被赋予0,1,2,3……，示出Y轴上的第y个晶格点的位置。另外，在单位构成区域R(x，y)内，一个不同折射率区域15b与位于中心的晶格点O(x，y)建立对应。即，在各个单位构成区域R，逐一地配置有不同折射率区域15b。不同折射率区域15b的平面形状例如为圆形。在单位构成区域R(x，y)中，不同折射率区域15b的重心G偏离建立对应的晶格点O(x，y)(最近的晶格点)而配置。

在图17中，示出了单位构成区域R(x，y)中的配置，该单位构成区域R(x，y)中的位置由以与X轴平行的s轴及与Y轴平行的t轴规定的直角坐标系赋予。连结位于单位构成区域R(x，y)的中心的晶格点O(x，y)和重心G的矢量与s轴所成的角度为φ(x，y)。此外，如上所述，示出单位构成区域R的坐标的x分量示出X轴上的第x个晶格点的位置。同样地，y分量示出Y轴上的第y个晶格点的位置。当旋转角度φ(x，y)为0°时，连结晶格点O(x，y)和重心G的矢量的方向与s轴的正方向一致。另外，连结晶格点O(x，y)和重心G的矢量的长度为r(x，y)。在一个例子中，r(x，y)不管x分量或y分量(遍及相位调制层15B全体)而固定为规定值。

如图16所示，在相位调制层15B中，不同折射率区域15b的重心G的晶格点O周围的旋转角度φ根据期望的光学图像在每个单位构成区域中独立地个别设定。旋转角度φ(x，y)在由x分量及y分量的值决定的每个位置上具有特定的值，但并非一定限于由特定的函数进行表达。即，旋转角度φ(x，y)由在将期望的光学图像傅立叶逆变换而得到的复数振幅分布中抽出相位分布后的分布决定。此外，从所期望的光学图像求出复数振幅分布时，通过应用如一般用于全息图生成的计算时的Gerchberg-Saxton(GS)法那样的迭代算法来提升波束图案的再现性。

在本变形例中，从活性层12输出的激光被关入包覆层11和包覆层13之间并进入相位调制层15B的内部。之后，进入到相位调制层15B的激光形成对应于该相位调制层15B的内部的晶格结构的规定的模式。在相位调制层15B中被散射且向该相位调制层15B之外输出的激光从半导体基板3的背面3b输出至外部。此时，0次光沿着主面3a的法线方向(与主面3a垂直的方向)输出。对此，+1次光及-1次光沿着主面3a的法线方向及与该法线方向交叉的倾斜方向的双方输出(向二维的任意方向输出)。

图18是示出只在相位调制层的特定区域内应用图16的折射率结构的例子的俯视图。在图18示出的例子中，在正方形的内侧区域RIN的内部，形成有用于输出成为目的的波束图案的折射率结构(例如：图16的结构)。另一方面，在包围内侧区域RIN的外侧区域ROUT，在正方晶格的晶格点位置上，配置有重心位置一致的正圆形的不同折射率区域。无论是内侧区域RIN的内部，还是在外侧区域ROUT内，被假想地设定的正方晶格的晶格间隔均是相同的(＝a)。在这种结构的情况下，由于在外侧区域ROUT内也分布光，能够抑制由于在内侧区域RIN的周边部上光强度急剧变化而产生的高频噪声(所谓的窗函数噪声)的发生。另外，能够抑制向沿着包含内侧区域RIN和外侧区域ROUT的面的方向的光泄露，可期待阈值电流的降低。

如本变形例所示，面发光激光元件也可以具备作为共振模式形成层的相位调制层15B。这种情况下，在相位调制层15B中发生的激光的一部分(+1次光及-1次光的一部分、还包含0次光)在半导体基板3的主面3a的法线方向上衍射，在金属电极膜16上被反射。之后，被反射的激光到达半导体基板3的背面3b，并从背面3b输出至面发光激光元件的外部。因此，可适宜地得到上述实施方式的金属电极膜16的上述效果。

(第二变形例)

S-iPM激光器不限于上述第一变形例的结构。例如，即使是本变形例的相位调制层的结构，也可适当地实现S-iPM激光器。图19是S-iPM激光器所具备的相位调制层15C的俯视图。另外，图20是示出相位调制层15C中的不同折射率区域15b的位置关系的图。相位调制层15C为本变形例中的共振模式形成层。如图19及图20所示，相位调制层15C中，各不同折射率区域15b的重心G被配置于直线D上。直线D是通过位于单位构成区域R(x，y)的中心的晶格点O(x，y)，且相对于正方晶格的各边倾斜的直线。换言之，直线D是相对于X轴及Y轴的双方倾斜的直线。直线D相对于正方晶格的一边(X轴)的倾斜角度为θ。倾斜角度θ在相位调制层15C中的全单位构成区域中被固定为规定值。倾斜角度θ满足，0°＜θ＜90°，在一个例子中θ＝45°。或者，倾斜角度θ满足，180°＜θ＜270°，在一个例子中θ＝225°。这样，倾斜角度θ满足0°＜θ＜90或者180°＜θ＜270°的情况下，直线D从由X轴及Y轴规定的坐标平面的第一象限延伸至第三象限。另一方面，倾斜角度θ满足，90°＜θ＜180°，在一个例子中可以是θ＝135°。或者，倾斜角度θ满足，270°＜θ＜360°，在一个例子中可以是θ＝315°。这样，倾斜角度θ满足90°＜θ＜180°或者270°＜θ＜360°的情况下，直线D从由X轴及Y轴规定的坐标平面的第二象限延伸至第四象限。即，倾斜角度θ为0°、90°、180°及270°之外的角度。通过这样设定倾斜角度θ，在光输出光束中，能够有助于在X轴方向行进的光波和在Y轴方向行进的光波两者。在此，单位构成区域R(x，y)中的晶格点O(x，y)和重心G的距离被设定为r(x，y)。示出单位构成区域R的坐标的x分量示出X轴上的第x个晶格点的位置，y分量示出Y轴上的第y个晶格点的位置。距离r(x，y)为正值的情况下，重心G位于第一象限(或者第二象限)。距离r(x，y)为负值的情况下，重心G位于第三象限(或者第四象限)。距离r(x，y)为0的情况下，晶格点O(x，y)和重心G互相一致。

图19所示的单位构成区域R(x，y)中，不同折射率区域15b的重心G和位于单位构成区域R(x，y)的中心的晶格点O(x，y)的距离r(x，y)根据所期望的光学图像在与构成正方晶格的晶格点分别建立对应的每个不同折射率区域15b个别设定。距离r(x，y)的分布在由x分量及y分量决定的每个单位构成区域具有特定的值，但不一定必须限于由特定的函数表示。距离r(x，y)的分布通过从将所期望的光学图像傅立叶逆变换而得到的复数振幅分布中抽出相位分布而被决定。即，图20所示的、单位构成区域(x，y)中的相位P(x，y)为P

[式1]

此外，在本变形例中，也可以只在相位调制层的特定区域内应用图19的折射率结构。例如，如图18所示的示例那样，在正方形的内侧区域RIN的内部，也可以形成有用于输出成为目的的波束图案的折射率结构(例如：图19的结构)。这种情况下，在包围内侧区域RIN的外侧区域ROUT，在正方晶格的晶格点位置上，配置有重心位置一致的正圆形的不同折射率区域。无论是内侧区域RIN的内部，还是在外侧区域ROUT内，被假想地设定的正方晶格的晶格间隔均是相同的(＝a)。在这种结构的情况下，由于在外侧区域ROUT内也分布光，能够抑制由于在内侧区域RIN的周边部上光强度急剧变化而产生的高频噪声(所谓的窗函数噪声)的发生。另外，能够抑制向沿着包含内侧区域RIN和外侧领域ROUT的面的方向的光泄露，可期待阈值电流的降低。

如本变形例所示，面发光激光元件也可以具备作为共振模式形成层的相位调制层15B。这种情况下，在相位调制层15B中发生的激光的一部分(+1次光及-1次光的一部分、还包含0次光)在半导体基板3的主面3a的法线方向上衍射，在金属电极膜16上被反射。之后，被反射的激光到达半导体基板3的背面3b上，并从背面3b输出至面发光激光元件的外部。因此，可适宜地得到上述实施方式的金属电极膜16的上述效果。

(第三变形例)

图21是示出第三变形例的发光装置2B的结构的图。该发光装置2B具有支撑基板73、在支撑基板73上呈一维或二维状排列的多个半导体发光元件1A、以及个别地驱动多个面发光激光元件1A的驱动电路72。各面发光激光元件1A的结构与上述实施方式相同。各面发光激光元件1A以半导体基板3的主面3a和支撑基板73相互相对的方向被配置，各面发光激光元件1A的金属电极膜16和支撑基板73经由焊料层而被导电接合。驱动电路72被设置于支撑基板73的背面或者内部，个别地驱动各面发光激光元件1A。驱动电路72根据来自控制电路71的指示，向各个面发光激光元件1A供给电流。

此外，在本变形例中，也可以替代面发光激光元件1A而应用各变形例的面发光激光元件。这种情况下也能够达到同样的效果。

本发明的发光元件及发光装置不限于上述的实施方式，可以进行各种变形。例如，在上述实施方式及各变形例中，例示了从半导体基板3的背面3b输出激光的方式(背面出射型)，但本发明也可适用于从半导体层叠体10的表面10a(通过去除接触层14的表面、或者接触层14的一部分而露出的包覆层13的表面)输出激光的面发光激光元件。这种情况下，被设置于半导体基板3的背面3b上的金属电极膜具有与上述实施方式的金属电极膜16相同的结构。但是，紧贴层(第一层)通过与半导体基板3的背面3b紧贴而与该半导体基板3欧姆接触。另外，在上述实施方式中，与p型半导体形成欧姆接触的金属电极膜具有阻挡层，但是，与n型半导体形成欧姆接触的金属电极膜也可以具有阻挡层。另外，在上述实施方式中，作为基板，使用作为生长基板的半导体基板，但是，基板只要能机械地支撑半导体层叠体即可，不限于作为生长基板的半导体基板。

符号的说明

1A…面发光激光元件；2A、2B…发光装置；3…半导体基板；3a…主面；3b…背面；10…半导体层叠体；11…包覆层；12…活性层；13…包覆层；14…接触层；15A…光子晶体层；15B、15C…相位调制层；15a…基本层；15b、15c…不同折射率区域；16、17…金属电极膜；17a…开口；18…保护膜；19…反射防止膜；21…基座；21a…搭载面；22…焊料层；31…下层；32…上层；33…共晶区域；71…控制电路；72…驱动电路；73…支撑基板；161…紧贴层；162…高反射层；163、163A…阻挡层；164…接合层；D…直线；G…重心；L…激光；O…晶格点；R…单位构成区域；RIN…内侧区域；ROUT…外侧区域。