CN1245790C - 面发光激光器及其制造方法和光接收元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的本课题是提供可进行低电流驱动的面发光激光器及其制造方法、可进行高速调制的光接收元件及其制造方法以及提高了光耦合效率的光传输组件。在面发光激光器(100)的半导体衬底(1)上，形成从半导体衬底(1)的另一面(1b)侧至发光部(2A)的半导体衬底(1)侧的端部的开口部(5)，利用该开口部(5)的侧面形成由透明树脂构成的透镜(6)。在光电二极管(200)的半导体衬底(10)上，形成从半导体衬底(10)的另一面(10b)侧至受光部(20A)的半导体衬底(10)侧的端部的开口部(5)，利用该开口部(5)的侧面形成由透明树脂构成的透镜(6)。将在上述面发光激光器(100)的发光部(2A)上形成的透镜(6)和在光电二极管(200)的受光部(20A)上形成的透镜(6)不经光波导相向配置。

Description

面发光激光器及其制造方法和光接收元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及光数据通信用的发光元件，光接收元件以及应用它们的光传输组件。
背景技术
在光通信使用的面发光激光器中，为使高速调制成为可能，有时采用不经引线而借助倒装芯片键合进行安装的方法。当采用该方法时，由于用焊锡凸点等安装在面发光激光器的半导体叠层体的上表面侧，所以激光从半导体衬底的下表面侧射出。
但是，因为从通常的面发光激光器发出的光的波长为850nm，所以用砷化镓衬底时，存在不能透过激光的不良情况。
此处，为解决上述问题，在IEEE Photonics Technology Letters，Vol.11，No.1，January 1999，PP.128-130中了提出了使面发光激光器的波长为970nm的方法。根据该提案，即使使用砷化镓衬底，也能透过激光。
发明内容
然而，采用根据上述提案的970nm的波长，由于在光接收侧使用的硅PIN光电二极管的灵敏度下降，所以不得不使用高价的InGaAsPIN光电二极管。
另外，在作为发光元件的面发光激光器中，为消除尤其是阵列化场合的发热问题，必须使通过电流的发光区收窄，但这样一来，存在发射角增大，因而耦合效率降低的不良情况。此处，为减小发射角，虽然试验了在发光部的上表面形成透镜，但在距发光部的近距离处要高精度地形成曲率半径小的透镜是困难的。
还有，在作为光接收元件的光电二极管中，为实现其高速工作，必须减小元件电容，但这样一来，则存在光纤或激光器的耦合效率降低的不良情况。
还有，在将具有面发光激光器的发光元件和具有光电二极管的光接收元件在光学上进行组合的光传输组件中，必须减小从面发光激光器发出的激光的发射角，尽可能地增大光电二极管的光接收面积。
鉴于上述情况，本发明的课题是提供能透过850nm的激光，并且可进行低电流驱动的面发光激光器及其制造方法，可高速调制的光接收元件及其制造方法，以及光耦合效率良好的光传输组件。
[解决课题的方法]
为解决这些问题，本发明的第一方面是在具有衬底、在该衬底的一面上形成的具有发射激光的发光部的半导体叠层体、用于施加电压以便电流在该发光部的叠层方向流动的一对电极的面发光激光器中，上述衬底具有从该衬底的另一面至上述发光部的上述衬底侧的端部的圆锥型开口部，与该圆锥型开口部的侧面相接的透镜的面发光激光器。
在本发明的第一方面所述的面发光激光器中，借助于使衬底上具有从该衬底的另一(即未形成半导体叠层体的一侧)面至发光部的衬底侧的端部的开口部，使得以往不能透过砷化镓衬底的850nm的激光也可以透过。
因此，作为光接收端的元件可以使用廉价的硅PIN光电二极管。
另外，借助于在形成于衬底上的开口部设置透镜，可以减小由发光部发出的激光的发射角，可以提高光耦合效率。
还有，由于通过设置透镜可使发光部收窄，所以可进行低电流驱动，能够消除阵列化场合发生的发热问题。
还有，由于通过利用开口部的侧面，能在离开发光部的位置形成透镜，所以能够容易地形成曲率半径大的透镜。因此，曲率半径的精度即使不高，也能得到平行光，故而可以提高光耦合效率。
本发明的第二方面是，在第一方面所述的面发光激光器中开口部是从衬底的另一面向发光部的衬底侧的端部逐渐收窄的空间。
在本发明的第二方面所述的面发光激光器中，借助于将开口部作成从衬底的另一(即未形成半导体叠层体的一侧)面向发光部的衬底侧的端部逐渐收窄的空间，在其侧面形成了斜面。利用该斜面可以容易地形成曲率半径大的透镜。
本发明的第三方面是，在第一方面或第二方面所述的面发光激光器中透镜由透明树脂制成。
在本发明的第三方面所述的面发光激光器中，借助于使透明树脂固化形成在面发光激光器上形成的透镜，即使是微小的开口部，也可以容易而可靠地形成透镜。另外，由于通过调节衬底表面与开口部侧面的沾润性可以设定透镜的曲率半径，同时能够形成凹透镜和凸透镜中的任何一种，因此能够容易而可靠地形成符合设定条件的透镜。
本发明的第四方面是，在第一至第三方面的任何一个方面所述的面发光激光器中，在形成于发光部的与衬底相反一侧的面上的电极上开设射出激光的出射口，使从该出射口射出的激光入射到监测用光电二极管上。
在本发明的第四方面所述的面发光激光器中，借助于在形成于发光部的与衬底相反一侧的面上的电极上开设激光出射口，使从该出射口射出的激光入射到监测用光电二极管上，可以监测随环境温度等变化的输出光功率，能够控制驱动电流。另外，借助于使光通信用激光从设置在发光部的衬底侧的开口部射出，使监测用激光从设置在发光部的与衬底侧相反的一侧的出射口射出，可以使面发光激光器以高密度实现阵列化，可以使面发光激光器阵列小型化。
本发明的第五方面是，在具有衬底、在该衬底的一面上形成的且有发射激光的发光部的半导体叠层体和用于施加电压以使电流在该发光部的叠层方向流动的一对电极的面发光激光器中，在上述发光部的与激光出射侧相反的一侧的面上形成的电极上开设射出激光的出射口，使从该出射口射出的激光入射到监测用光电二极管上的面发光激光器。
在本发明的第五方面所述的面发光激光器中，借助于在形成于发光部的与激光出射侧相反一侧的面上的电极上开设激光出射口，使从该出射口射出的激光入射到监测用发光二极管上，与第四方面一样，可以检测随环境温度等变化的输出光功率，能够控制驱动电流。另外，借助于使光通信用激光从设置在发光部的衬底侧的开口部射出，使监测用激光从设置在发光部的与衬底侧相反一侧的出射口射出，可以使面发光激光器以高密度实现阵列化，可以使面发光激光器阵列小型化。
本发明的第六方面是一种面发光激光器的制造方法，该制造方法包括：对层叠在半导体衬底的一面上的半导体叠层体在垂直方向刻蚀，形成发射激光的凸状发光部的工序；形成从上述半导体衬底的另一面至上述发光部的上述半导体衬底侧的端部的圆锥型开口部，并使其从上述半导体衬底的另一面向上述发光部的上述半导体衬底侧的端部逐渐收窄的工序；向上述圆锥型开口部内注入透明树脂的工序；以及使上述树脂固化，形成透镜的工序。
按照本发明的第六方面所述的面发光激光器的制造方法，能够容易地制造第一至第四方面中的任何一个方面所述的面发光激光器。
本发明的第七方面是在第六方面所述的面发光激光器的制造方法中的注入树脂的工序中，在调节开口部的侧面与半导体衬底的另一面的沾润性之差后，注入树脂。
按照本发明的第七方面所述的面发光激光器的制造方法，可借助于在注入树脂的工序中，调节开口部的侧面和半导体衬底的另一(即未形成半导体叠层体的一侧)面的沾润性之差，可以容易地在开口部形成规定形状的透镜。
本发明的第八方面是，在具有衬底和在该衬底的一面上形成的、用于入射激光的受光部的光接收元件中，上述衬底具有从该衬底的另一面至上述受光部的上述衬底侧的端部的圆锥型开口部，在该圆锥型开口部的侧面相接的透镜的光接收元件。
在本发明的第八方面所述的光接收元件中，由于借助于在衬底上形成从衬底的另一(即未形成受光部的一侧)面至受光部的衬底侧的端部的开口部，在该开口部设置透镜，可以扩大受光部的等效受光面积，因而可以减小光接收元件的受光部。因此，既可以良好地保持光接收元件的光耦合效率，又可以使高速工作成为可能。
另外，由于利用开口部的侧面，可以在离开受光部的位置形成透镜，所以能够容易地形成曲率半径大的透镜。因此，即使曲率半径的精度不高，也能得到平行光，从而可以提高光耦合效率。
本发明的第九方面是，在第八方面所述的光接收元件中，透镜用透明树脂制成。
在本发明的第九方面所述的光接收元件中，借助于在光接收元件上形成的透镜为透明树脂制造，可以得到与第三方面相同的效果。
本发明的第十方面是一种光接收元件的制造方法，该制造方法包括：对形成在半导体衬底的一面上的半导体层在垂直方向刻蚀，形成入射激光的凸状受光部的工序；形成从上述半导体衬底的另一面至上述受光部的上述半导体衬底侧的端部的圆锥型开口部，并使其从上述半导体衬底的另一面向上述受光部的上述半导体衬底侧的端部逐渐收窄的工序；向上述圆锥型开口部内注入透明树脂的工序；以及使上述树脂固化，形成透镜的工序。
按照本发明的第十方面所述的光接收元件的制造方法，能够容易地制造第八或第九方面所述的光接收元件。
本发明的第十一方面是包含第一至第四方面中的任何一个方面所述的面发光激光器的光传输组件。
在本发明的第十一方面所述的光传输组件中，借助于包含第一至第四方面中的任何一个方面所述的面发光激光器，能够提供可以进行低电流驱动，光耦合效率良好的光传输组件。
本发明的第十二方面是包含第八方面或第九方面所述的光接收元件的光传输组件。
在本发明的第十二方面所述的光传输组件中，借助于包含第八方面或第九方面所述的光接收元件，能够提供使高速调制成为可能、光耦合效率良好的光传输组件。
本发明的第十三方面是包含第一至第四方面中任何一个方面所述的面发光激光器和第八方面或第九方面所述的光接收元件的光传输组件。
在本发明第十三方面所述的光传输组件中，借助于包含第一至第四方面中的任何一个方面所述的面发光激光器和第八方面或第九方面所述的光接收元件，能够提供使低电流驱动和高速调制成为可能、光耦合效率良好的光传输组件。另外，由于在发光元件和光接收元件两方形成透镜，所以能够使不经光波导，直接进行光耦合的IC芯片间的光数据通信成为可能。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施例的面发光激光器的剖面图。
图2是示出本发明的一个实施例的光电二极管的剖面图。
图3是示出本发明的面发光激光器的一道制造工序的剖面图。
图4是示出本发明的面发光激光器的一道制造工序的剖面图。
图5是示出本发明的面发光激光器的一道制造工序的剖面图。
图6是示出本发明的面发光激光器的一道制造工序的剖面图。
图7是示出本发明的面发光激光器的一道制造工序的剖面图。
图8是示出本发明的面发光激光器的一道制造工序的剖面图。
图9是示出本发明的一个实施例的光传输组件的剖面图。
图10是示出本发明的另一实施例的光传输组件的剖面图。
图11是示出本发明的另一实施例的光传输组件的剖面图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施例进行说明。
图1是示出本发明的一个实施例的面发光激光器的剖面图。
如图1所示，面发光激光器100是垂直谐振腔型面发光激光器(VCSEL)，由具有250μm厚度的n型GaAs构成的半导体衬底1，在其一面(图1的下面)1a侧形成的、经凹部2C分割成发光部2A和增强部2B的半导体叠层体2，用于施加电压以使电流在发光部2A的叠层方向流动的一对电极3构成，将该面发光激光器100的半导体叠层体2朝向下侧安装在驱动基板11上。
该半导体叠层体2由从衬底1的一面1a侧依次层叠的刻蚀中止层21、n型DBR层22、n型间隔层23、MQW有源层24、p型间隔层25、电流狭窄层26、p型DBR层27、以及p型接触层28构成。
刻蚀中止层21具有100nm的厚度，由n型Al0.8Ga0.2As层构成。n型DBR层22是由n型Al0.15Ga0.85As层和n型Al0.86Ga0.14As层构成的28对的多重层。n型间隔层23由n型Al0.15Ga0.85As层构成。MQW有源层24由3层GaAs量子阱层构成。p型间隔层25由Al0.15Ga0.85As层构成。
电流狭窄层26由p型AlAs构成。该电流狭窄层26在规定直径的圆的范围以内，由氧化铝构成的绝缘体层26a在其周围数μm处形成。该电流狭窄层26是为了将来自p型金属电极3A的电流集中至发光部2A的中央部而形成。
p型DBR层27是由n型Al0.15Ga0.85As层和p型Al0.86Ga0.14As层构成的36对多重层。p型接触层28由p型Al0.15Ga0.85As层构成。
该半导体叠层体2，借助于在半导体衬底1的一面1a侧依次层叠这些层后，在垂直方向刻蚀至半导体衬底1的表面露出，形成环状凹部2C，经该凹部2C被分割成圆柱状发光部2A和其周围的增强部2B。在该凹部2C的发光部2A的周围，埋入聚酰亚胺等绝缘性物质4。
p型金属电极3A，在发光部2A的与半导体衬底1相反一侧的面(图1中的发光部2A的下表面)上形成环状，与p型接触层28相接触。该环状的中央部构成了射出监测用激光的出射口7a。p型金属电极3A的形成材料由铬、金一锌合金和金构成。
n型金属电极3B以覆盖增强部2B的形式在增强部2B的与半导体衬底1相反一侧的面(图1中的增强部2B的下表面)及侧面，以及半导体衬底1的一面1a侧的一部分上形成，与p型接触层28相接触。n型金属电极3B的形成材料由金-锗合金、镍和金构成。
在该面发光激光器100的半导体衬底1上，形成从半导体衬底1的另一面(图1中的上表面)1b侧至发光部2A的半导体衬底1侧的端部的开口部5，并使该开口部成为以半导体衬底1的另一面1b侧为底面的四棱锥状。在该开口部5中，朝向半导体衬底1的另一面1b侧，形成由透明树脂构成的曲率半径大的凸透镜6。该透镜6的凸状，通过在向开口5内注入透明树脂时，原样地使因树脂的表面张力而隆起的部分固化而形成。这里，作为树脂的形成材料，只要是对波长850nm的光透明的材料，使用氟化聚酰亚胺、PMMA等热固化性树脂、可见光或紫外线固化型环氧树脂等任何树脂都可以。
然后，在由上述结构构成的面发光激光器100的n型金属电极3B上形成焊锡凸点8，通过倒装键合，将其安装到有多个VCSEL用发送电路的驱动基板11上。在该驱动基板11上，在与开设在面发光激光器100的p型金属电极3A上的监测用激光出射口7a相向的位置，形成监测用光电二极管7。
对上述结构的面发光激光器100，通过在p型金属电极3A和n型金属电极3B间施加电压，使电流在发光部2A的叠层方向流动，使激光从设置于半导体衬底1的另一面(图1中的上表面)1b侧的开口部5中的透镜6射出。这时，用在与半导体衬底1相反一侧的驱动基板11上形成的监测用光电二极管7吸收从在发光部2A的与半导体衬底1相反一侧的面(图1中的下表面)上形成的出射口7a射出的监测用激光，进行输出光功率的监测。
其次，参照图3～图8对本发明实施例的面发光激光器100的制造方法进行说明。图3～图8是分别示出本发明的面发光激光器的一个制造工序的剖面图。
首先，如图3所示，在由GaAs构成的高阻半导体衬底1的一面(图3中的上表面)1a上依次层叠刻蚀中止层21、n型DBR层22、n型间隔层23、MQW有源层24、p型间隔层25、电流狭窄层26、p型DBR层27、以及p型接触层28。
上述各半导体叠层体2用有机金属CVD(MOCVD/Metal OrganicChemical Vapor Deposition：金属有机物化学气相淀积)法外延生长。这里不限于MOCVD法，用MBE(Molecular Beam Epitaxy：分子束外延)法也可以。
然后，在p型接触层28上涂敷光致抗蚀剂后，通过用光刻法对该光致抗蚀剂制作图形，形成用于只对发光部2A的周围进行刻蚀的规定图形的抗蚀剂层。其次，以该抗蚀剂层作为掩模，如图4所示，进行干法刻蚀，直至半导体衬底1露出，形成环状凹部2C。这里，半导体叠层体2经凹部2C形成了圆柱状发光部2A和它周围的增强部2B。
然后，借助于将由p型AlAs构成的电流狭窄层26暴露在含约400℃的水蒸汽的氮气气氛中，使AlAs层从其露出面向内侧氧化，在由AlAs构成的半导体层的周围形成由氧化铝构成的绝缘层26a。这里，绝缘层26a在留在发光部2A中央的半径约2μm的电流狭窄层26的外围形成环状。
然后，如图5所示，在构成发光部2A的半导体层叠(体)2的上表面和侧面形成抗蚀剂3a后，依次蒸发金-锗合金150nm、镍100nm、金100nm。这样，就在构成增强部2B的半导体叠层体2的上表面、侧面和半导体衬底1的一面(图5中的上表面)1a的一部分上形成了n型金属电极3B。
然后，在用丙酮去除掉前道工序的抗蚀剂3a后，如图6所示，留出构成发光部2A的半导体叠层体2的上表面，与形成n型金属电极3B相同，形成抗蚀剂3b。之后，依次蒸发铬100nm、金-锌合金100nm、金10nm。进而与形成n型金属电极3B相同，去除掉抗蚀剂3b，形成p型金属电极3A。
然后，如图7所示，将经上述工序形成的面发光激光器重新设置，使半导体衬底1位于上方，之后，在半导体衬底1的另一面(图7中的上表面)1b侧形成150nm的氧化硅膜5a。接着在氧化硅膜5a上形成抗蚀剂，利用两面准直器对准发光部2A的中心，形成圆形开口的抗蚀剂图形。利用该抗蚀剂图形，借助四氟化碳等反应性离子刻蚀(RIE/Reactive Ion Etching)在氧化硅膜5a上形成圆形开口。然后，以该氧化硅膜5a的图形作为掩模，在60℃的溶液中以约10μm/分钟的速度进行湿法刻蚀。这里，根据由n型GaAs构成的半导体衬底1的晶体结构，形成以半导体衬底1的另一面1b为底面的四棱锥状的开口部5。使该开口部5的刻蚀中止层21上的开口直径比电流狭窄层26的直径大2μm以上，比发光部2A的直径小。这是为了通过面发光激光器100中的激光的扩展来抑制半导体衬底1中的吸收。这里，在本实施例中，因电流狭窄层26的直径为4μm，所以希望刻蚀中止层21的开口直径为6μm。进而，如在该湿法刻蚀中使用3H2SO4+H2O2+H2O或5H2PO4等各向同性的刻蚀液，则形成圆形开口，这对形成各向同性的透镜6是有效的。
然后，在氢氟酸中或用干法刻蚀除去氧化硅膜5a之后，如图8所示，借助于四氟化碳气体的等离子体处理，调节半导体衬底1的另一面1b(图8中的上表面)的疏水性。之后，在将安装基板11保持水平的状态下，用喷墨(IJ)法等将透明树脂注入开口部5。这样一来，注入开口部5的树脂的表面因表面张力而呈隆起状态。之后，将该安装基板11保持水平，在保持上述树脂状态的条件下，利用可借助热、可见光或紫外线进行固化的树脂性质将树脂固化。这样，就制成了由树脂的表面张力形成的凸透镜6。
另外，使半导体衬底1的另一面1b对树脂有疏水性，使开口部5的侧面对树脂有亲水性，在这样进行调节后，如果用上述IJ法等将透明树脂注入开口部5，借助于沾润性之差，可以在开口部5中形成凹透镜6(无图示)。
这里，作为向树脂的开口部5的注入方法，也可考虑如下的方法。
首先，在形成开口部5的半导体衬底1的另一面1b侧形成抗蚀剂、聚酰亚胺或SAM(Self-Assembly：自组装)膜等的与由GaAs构成的半导体衬底1不同的膜。然后，通过制作图形仅除去开口部5的膜，如有必要，利用等离子体处理等方法调整开口部5的侧面和半导体衬底1的另一面1b侧的沾润性之差。
其次，使留在半导体衬底1的另一面1b侧的膜上，对树脂有疏水性，使开口部5有亲水性，在半导体衬底1的另一面1b上涂敷树脂。
这样一来，由于半导体衬底1的另一面1b侧的膜上和开口部5的侧面的沾润性之差，树脂只留在亲水性的开口部5上，形成凹透镜6。
另一方面，如果在半导体衬底1的另一面1b和开口部5上形成上述SAM膜等，并使其对树脂有疏水性，则在开口部5形成凸透镜6。
如上所述，由于透镜6的曲率半径由半导体衬底1的另一面1b和开口部5的侧面的沾润性之差决定，所以能根据用途自由改变。另外，若使用折射率大的树脂，则可增大透镜6的曲率半径，可拓宽制造容差。在本发明实施例这样的由250μm厚的GaAs构成的半导体衬底1中，用折射率n＝1.6的树脂，可望形成曲率半径R＝100左右。形成并测定该条件的透镜6的结果表明：尽管没有透镜6的场合的发射角的半最大值全角度宽达25°，但在形成透镜6的场合可以得到发射角窄至6°的光束。
本发明的面发光激光器100借助于在半导体衬底1上形成从半导体衬底1的另一面(无半导体叠层体形成的面)至发光部2A的半导体衬底1侧的端部的开口部5，可以从该开口部5射出激光。因此，由于使用砷化镓衬底也能射出850nm的激光，所以作为光接收元件可以使用廉价的硅PIN光电二极管。
另外，借助于在形成在半导体衬底1上的开口部5中形成透镜6，可以减小由发光部2A射出的激光的发射角，可以提高光耦合效率。
另外，由于借助于形成透镜6，可以使发光部收窄，所以使低电流驱动成为可能，可以消除阵列化场合发生的发热问题。
另外，由于借助于利用开口部5的侧面形成透镜6，可以在离开发光部2A的位置处形成透镜6，所以能够容易地形成曲率半径大的透镜6。因此，即使曲率半径的精度不高，也能得到平行光，因而可以提高光耦合效率。
另外，借助于将透明树脂固化形成透镜6，纵然是微小的开口部5，也能容易而可靠地形成透镜6。还有，由于通过调节半导体衬底1的另一面1b和开口部5的侧面的沾润性，可以自由设定曲率半径，同时可以形成凹透镜、凸透镜中的任何一种，所以能够容易而可靠地形成最适合设定条件的透镜6。
另外，由于借助于以半导体衬底1作为衬底，利用半导体衬底1的结晶性形成开口部5，所以能够容易而可靠地形成有斜面的开口部5。
另外，借助于在形成于面发光激光器100的发光部2A的与半导体衬底1相反一侧的面上的电极3上设置出射口7a，并将从该出射口7a射出的监测用激光入射到监测用光电二极管7上，可以使面发光激光器形成高密度阵列，这对面发光激光器阵列的小型化是有效的。
下面参照附图对本发明的作为光接收元件的光电二极管200进行说明。图2是示出本发明的一个实施例的光电二极管的剖面图。
光电二极管200是硅PIN光电二极管，如图2所示，由p+扩散层的硅构成的半导体衬底10，在其一面(图2中的下表面)10a侧形成的半导体层20，形成在该半导体层20的与半导体衬底10相反一侧的面(图2中的下表面)上的氧化硅膜形成的绝缘膜24a，一对电极30构成，该光电二极管200以半导体层20朝向下侧的方式安装在驱动基板110上。
半导体层20，通过在半导体衬底(p层)10的一面(图2中的下表面)10a上形成由p-扩散层构成的光吸收层(i层)21a，在该i层21a的与半导体衬底10相反一侧的表面(图2中的下表面)上，形成被p+区23a包围的n+区(n层)22a，形成PIN光电二极管。
形成有该半导体层20的半导体衬底10，借助于在垂直方向进行刻蚀，使i层21a露出，形成环状凹部20C，经该凹部20C被分割成圆柱形受光部20A和它周围的增强部20B。在该凹部20C的受光部20A的周围埋入聚酰亚胺等绝缘物质40。
p型金属电极30A至少在受光部20A的与半导体衬底10相反的一侧的面上形成，n型金属电极30B在未形成p型金属电极30A的增强部20B的与半导体衬底10相反一侧的面上形成。
与上述面发光激光器100一样，在该光电二极管200的半导体衬底10上，形成从半导体衬底10的另一面10b侧至受光部20A的半导体衬底10侧的端部的开口部5，并使该开口部5呈以半导体衬底10的另一面10b侧为底面的四棱锥状。在该开口部5中，朝向半导体衬底10的另一面10b侧形成由透明树脂构成的曲率半径大的凸透镜6。
然后，在由上述结构形成的光电二极管200的p型金属电极30A和n型金属电极30B的上表面形成焊锡凸点80，利用倒装芯片键合，将其安装在有多个光电二极管用接收电路的驱动基板110上。
对上述结构的光电二极管200，在p型金属电极30A和n型金属电极30B之间施加反向偏置电压，借助于使i层21a成为耗尽层，吸收入射至受光部20A的激光，将其转换成光电流。
这样，对本发明的光电二极管200，借助于在半导体衬底10上形成从半导体衬底10的另一面10b侧至受光部20A的半导体衬底10侧的端部的开口部5，并在该开口部设置透镜6，可以增大受光部20A的等效光接收面积。由此，可以减小光电二极管200的元件电容，故而可以在保持光耦合效率的同时，实现光电二极管200的高速工作。
另外，与面发光激光器100一样，由于借助于利用在半导体衬底10上形成的开口部5的侧面形成透镜6，可以在离开受光部20A的位置形成透镜6，所以能够容易地形成曲率半径大的透镜6。
下面参照图9对示出本发明的一个实施例的光传输组件300a进行说明。图9是示出本发明的一个实施例的光传输组件的剖面图。
该光传输组件300a由将上述面发光激光器100阵列化的面发光激光器阵列101和将上述光电二极管200阵列化的光电二极管阵列201构成。这里，在面发光激光器100的发光部2A形成的透镜6和在光电二极管200的受光部20A形成的透镜6，以光学上相向的方式层叠配置。
在上述光传输组件300a中，因由具有VCSEL用发送电路的驱动基板11施加的电压而在发光部2A产生的激光，从在半导体衬底1的另一面(图9中的上表面)形成的透镜6射出。该激光从配置成相向位置的光电二极管200的透镜6入射到受光部20A，通过从具有光电二极管用接收电路的驱动基板110施加电压，将激光转换成光电流。
这样，由于在本发明的光传输组件300a中，在面发光激光器100的发光部2A和光电二极管200的受光部20A两方形成透镜6，所以即使不使用光纤等光波导，也可以使光耦合效率良好。因此，能够提供减少光轴调整等工作的光传输组件300a。
另外，由于用使发光部2A变窄的面发光激光器100作为发光元件，所以可以进行低电流驱动，能够抑制阵列化时的发热。
另外，由于用减小了元件电容的光电二极管200作为光接收元件，所以能够实现高速工作。
另外，由于将面发光激光器100和光电二极管隔开一定间隔制成了阵列，所以能够抑制相邻元件间的相互干扰。
下面参照图10对示出本发明的另一实施例的光传输组件300b进行说明。图10是示出本发明的另一实施例的光传输组件的剖面图。
该光传输组件300b由将上述面发光激光器100阵列化的面发光激光器阵列101、将上述光电二极管200阵列化的光电二极管阵列201和一对平面镜装置400构成。这里，面发光激光器阵列101和光电二极管阵列201两者以排列在同一面上的方式配置，在面发光激光器100上形成的透镜6和在光电二极管200上形成的透镜6皆面向上方。另外，一对平面镜装置400之中的第1平面镜装置400a形成在面发光激光器100的发光部2A的上表面，第2平面镜装置400b形成在光电二极管200的受光部20A的上表面。
这里，从面发光激光器100的发光部2A射出的激光，通过射至第1平面镜装置400a上并进行反射，射至第2平面镜装置400b上，进而射至第2平面镜装置400b上的激光经反射入射至光电二极管200的受光部20A上。
在此光传输组件300b中，通过在面发光激光器100的发光部2A和光电二极管200的受光部20A两方形成透镜6，激光的发射角变小，因而可以利用平面镜装置400的反射进行光耦合。这时，如果使该平面镜装置400可动，并调节为激光照射状况和不照射状况，则有望将平面镜装置400用作光传输组件300b的开关。
下面参照图11对示出本发明的另一实施例的光传输组件300c进行说明。
该光传输组件300c由将上述面发光激光器100阵列化的面发光激光器阵列101、将上述光电二极管200阵列化的光电二极管阵列201以及光纤500构成。这里，面发光激光器100的发光部2A和光电二极管200的受光部20A之间用光纤500连接。
这里，由于用光纤500连接发光部2A和受光部20A，所以可以使激光的光耦合效率稳定。但是由于使用了光纤500等光波导，所以必须调整面发光激光器100、光纤500以及光电二极管200的各个光轴。
这里，在本实施例中，作为光接收元件虽然使用了PIN光电二极管，但不限于此，也可使用光电晶体管等任何光接收元件。另外，在本发明的光传输组件300中，只要在发光元件和光接收元件中的至少任何一方形成透镜6都可以，不限于本实施例。
另外，在本实施例中，面发光激光器100和光电二极管200各自的半导体衬底1、10不限于此，也可以使用其他衬底。
[发明的效果]
如以上所述，依据本发明的面发光激光器，借助于形成从衬底的另一(即未形成半导体叠层体的一侧)面至发光部的衬底侧的端部的开口部，使得使用砷化镓衬底也能通过850nm的激光。
另外，借助于在开口部设置透镜，可以提供光耦合效率得到提高、并且可进行低电流驱动的面发光激光器。
还有，利用开口部的侧面，能够在离开发光部的位置形成透镜，因而可以容易地形成曲率半径大的透镜。
还有，由于用透明树脂制作透镜，所以即使是微小的开口部，也能够容易而可靠地形成最合设定条件的透镜。
特别是依据本发明的第四方面和第五方面所述的面发光激光器，可以将面发光激光器以高密度实现阵列化，可以使面发光激光器阵列小型化。
另外，依据本发明的光接收元件，借助于形成从衬底的另一(即未形成受光部的一侧)面至受光部的衬底侧的端部的开口部，并在该开口部设置利用其斜面而形成的透镜，可以提供光耦合效率得到提高、并且可高速调制的光接收元件。
还有，依据本发明的光传输组件，能够提供光耦合效率良好，并可进行低电流驱动、高速调制的光传输组件。

Claims (11)

1、一种面发光激光器，具有衬底、被形成在该衬底的一面上且有发射激光的发光部的半导体叠层体、以及用于施加电压以便电流向该发光部的叠层方向流动的一对电极，其特征在于：
上述衬底具有从该衬底的另一面至上述发光部的上述衬底侧的端部的圆锥型开口部，与该圆锥型开口部的侧面连接的透镜。
2、如权利要求1所述的面发光激光器，其特征在于：
上述开口部是从上述衬底的另一面向上述发光部的上述衬底侧的端部逐渐收窄的空间。
3、如权利要求1或2所述的面发光激光器，其特征在于：
上述透镜由透明树脂制成。
4、如权利要求1～3的任何一项所述的面发光激光器，其特征在于：
在形成于上述发光部的与上述衬底相反一侧的面上的上述电极上开设射出激光的出射口，使从该出射口射出的激光入射到监测用光电二极管上。
5、一种面发光激光器的制造方法，其特征在于：包括
对层叠在半导体衬底的一面上的半导体叠层体在垂直方向刻蚀，形成发射激光的凸状发光部的工序；
形成从上述半导体衬底的另一面至上述发光部的上述半导体衬底侧的端部的圆锥型开口部，并使其从上述半导体衬底的另一面向上述发光部的上述半导体衬底侧的端部逐渐收窄的工序；
向上述圆锥型开口部内注入透明树脂的工序；以及
使上述树脂固化，形成透镜的工序。
6、如权利要求5所述的面发光激光器的制造方法，其特征在于：
在注入上述树脂的工序中，在调节上述开口部的侧面和上述半导体衬底的另一面的沾润性之差后，注入上述树脂。
7、一种光接收元件，具有衬底和被形成在该衬底的一面上并用于入射激光的受光部的光接收元件，其特征在于：
上述衬底具有从该衬底的另一面至上述受光部的上述衬底侧的端部的圆锥型开口部，与该圆锥型开口部的侧面连接的透镜。
8、如权利要求7所述的光接收元件，其特征在于：
上述透镜由透明树脂制成。
9、一种光接收元件的制造方法，其特征在于，包括：
对形成于半导体衬底的一面上的半导体层在垂直方向刻蚀，形成入射激光的凸状受光部的工序；
形成从上述半导体衬底的另一面至上述受光部的上述半导体衬底侧的端部的圆锥型开口部，并使从上述半导体衬底的另一面向上述受光部的上述半导体衬底侧的端部逐渐收窄的工序；
向上述圆锥型开口部内注入透明树脂的工序；以及
使上述树脂固化，形成透镜的工序。
10、一种光传输组件，其特征在于：
包含权利要求1或2所述的面发光激光器。
11、一种光传输组件，其特征在于：
包含权利要求7或8所述的光接收元件。
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