JP2002214404A - Ａｌを含む半導体材料からなるレンズ、それを用いた面型光素子、及びその製造方法 - Google Patents
Ａｌを含む半導体材料からなるレンズ、それを用いた面型光素子、及びその製造方法Info
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- JP2002214404A JP2002214404A JP2001008401A JP2001008401A JP2002214404A JP 2002214404 A JP2002214404 A JP 2002214404A JP 2001008401 A JP2001008401 A JP 2001008401A JP 2001008401 A JP2001008401 A JP 2001008401A JP 2002214404 A JP2002214404 A JP 2002214404A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡単な方法で大量に作製でき、その形状を容易
に制御性良く形成できるマイクロレンズなどのレンズで
ある。 【解決手段】マイクロレンズなどのレンズは、少なくと
もAlを含む半導体材料からなるレンズであって、基板20
1に平行な面内では均一な組成であり基板201に垂直な方
向にはAl濃度が変化した柱状の半導体領域が基板201上
に形成され、柱状の半導体領域の一部が柱状の側壁面か
ら酸化されてなる酸化領域206が半導体領域に形成さ
れ、酸化されていない半導体領域202の形状が立体形状
で残って成る。
に制御性良く形成できるマイクロレンズなどのレンズで
ある。 【解決手段】マイクロレンズなどのレンズは、少なくと
もAlを含む半導体材料からなるレンズであって、基板20
1に平行な面内では均一な組成であり基板201に垂直な方
向にはAl濃度が変化した柱状の半導体領域が基板201上
に形成され、柱状の半導体領域の一部が柱状の側壁面か
ら酸化されてなる酸化領域206が半導体領域に形成さ
れ、酸化されていない半導体領域202の形状が立体形状
で残って成る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、微小なマイクロレ
ンズなどの半導体材料を含むレンズ、プリンタ、複写
機、光通信などに使用される該レンズを用いた面発光型
レーザ、面発光型LED、面型受光素子などの面型光素
子、及びその製造方法に関する。
ンズなどの半導体材料を含むレンズ、プリンタ、複写
機、光通信などに使用される該レンズを用いた面発光型
レーザ、面発光型LED、面型受光素子などの面型光素
子、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、面発光型素子と光ファイバとの結
合効率を高める目的として、面発光型素子の光出射面上
に凸形状をしたマイクロレンズを直接形成する提案がい
くつか成されている。例えば、特開2000-76682号公報に
記載されている方法では、凸形状をしたフォトレジスト
とコンタクト層をドライエッチングすることによって、
図9のように、面発光レーザ100のコンタクト層102を凸
形状にしてマイクロレンズ115を形成している。尚、図9
において、101は半導体堆積体（柱状部）、103は上部DB
Rミラー、104は下部DBRミラー、105は量子井戸活性層、
106は上部電極、107は下部電極、108は絶縁層、109は基
板である。
合効率を高める目的として、面発光型素子の光出射面上
に凸形状をしたマイクロレンズを直接形成する提案がい
くつか成されている。例えば、特開2000-76682号公報に
記載されている方法では、凸形状をしたフォトレジスト
とコンタクト層をドライエッチングすることによって、
図9のように、面発光レーザ100のコンタクト層102を凸
形状にしてマイクロレンズ115を形成している。尚、図9
において、101は半導体堆積体（柱状部）、103は上部DB
Rミラー、104は下部DBRミラー、105は量子井戸活性層、
106は上部電極、107は下部電極、108は絶縁層、109は基
板である。
【０００３】また、特開平11-233888号公報に記載され
ている方法では、実際に、凸形状をしたマイクロレンズ
を面発光レーザ装置の光出射面に形成しているのではな
い。しかし、図10に示すように、複数の半導体材料で構
成された半導体層の一部の層を酸化し、酸化部と非酸化
部の界面での屈折率の変化により集光作用を持つ光学素
子（レンズ部17）を、面発光レーザ装置11のアノード電
極18と上部DBR層16の間に、形成している。尚、図10に
おいて、12は基板、13は下部DBR層、14はカソード電
極、15は中間層である。
ている方法では、実際に、凸形状をしたマイクロレンズ
を面発光レーザ装置の光出射面に形成しているのではな
い。しかし、図10に示すように、複数の半導体材料で構
成された半導体層の一部の層を酸化し、酸化部と非酸化
部の界面での屈折率の変化により集光作用を持つ光学素
子（レンズ部17）を、面発光レーザ装置11のアノード電
極18と上部DBR層16の間に、形成している。尚、図10に
おいて、12は基板、13は下部DBR層、14はカソード電
極、15は中間層である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開20
00-76682号公報に記載された方法では、凸形状をしたレ
ジストの形を反映させながら、半導体層（コンタクト
層）102をドライエッチングにより凸形状にするため
に、微細な形状制御をすることが困難であるという問題
点がある。さらに、キャリア密度の高いコンタクト層10
2により凸レンズ115を形成しているため、通常よりもコ
ンタクト層が厚くなり、コンタクト層102のキャリアに
よる光吸収損失が増加し、光出力が低下するという問題
も発生する。
00-76682号公報に記載された方法では、凸形状をしたレ
ジストの形を反映させながら、半導体層（コンタクト
層）102をドライエッチングにより凸形状にするため
に、微細な形状制御をすることが困難であるという問題
点がある。さらに、キャリア密度の高いコンタクト層10
2により凸レンズ115を形成しているため、通常よりもコ
ンタクト層が厚くなり、コンタクト層102のキャリアに
よる光吸収損失が増加し、光出力が低下するという問題
も発生する。
【０００５】また、特開平11-233888号公報に記載され
た方法では、簡単な方法で、かつ、大量に集光作用を持
った光学素子（レンズ部）17を作製できるが、滑らかな
立体形状を有していないため、集光作用が弱い。さら
に、図10に示したように、アノード電極18と上部DBR層1
6の間に集光作用を持った光学素子（レンズ部）17が形
成されているため、レンズ部17の酸化領域が大きな抵抗
となり、素子11の抵抗が増加するという問題が生じる。
た方法では、簡単な方法で、かつ、大量に集光作用を持
った光学素子（レンズ部）17を作製できるが、滑らかな
立体形状を有していないため、集光作用が弱い。さら
に、図10に示したように、アノード電極18と上部DBR層1
6の間に集光作用を持った光学素子（レンズ部）17が形
成されているため、レンズ部17の酸化領域が大きな抵抗
となり、素子11の抵抗が増加するという問題が生じる。
【０００６】本発明は、簡単な方法で大量に作製でき、
その形状を容易に制御性良く形成できるマイクロレンズ
などのレンズ、光出力の低下や素子抵抗の増大を生じな
いマイクロレンズと一体化した面発光型レーザ、面発光
型LED、面型受光素子などの面型光素子、及びその製造
方法を提供することを目的とする。
その形状を容易に制御性良く形成できるマイクロレンズ
などのレンズ、光出力の低下や素子抵抗の増大を生じな
いマイクロレンズと一体化した面発光型レーザ、面発光
型LED、面型受光素子などの面型光素子、及びその製造
方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するための本発明のマイクロレンズなどのレンズは、
少なくともAlを含む半導体材料からなるレンズであっ
て、基板に平行な面内では均一な組成であり該基板に垂
直な方向にはAl濃度が変化した柱状の半導体領域が該基
板上に形成され、該柱状の半導体領域の一部が該柱状の
側壁面から酸化されてなる酸化領域が該半導体領域に形
成され、酸化されていない半導体領域の形状が立体形状
で残って成ることを特徴としたり（図2(a)参照）、レン
ズ光軸に垂直な面内では均一な組成であり該レンズ光軸
の方向にはAl濃度が変化した柱状の半導体領域を有し、
該柱状の半導体領域の一部が該柱状の側壁面から酸化さ
れてなる酸化領域が該半導体領域に形成され、酸化され
ていない半導体領域の形状が立体形状で残って成ること
を特徴としたり（図2(a)の構成から基板を無くしたもの
参照）、基板に平行な面内では均一な組成であり該基板
に垂直な方向にはAl濃度が変化した半導体領域が該基板
上に立体形状に形成されて成ることを特徴としたり（図
3参照）、レンズ光軸に垂直な面内では均一な組成であ
り該レンズ光軸の方向にはAl濃度が変化した半導体領域
が立体形状に形成されて成ることを特徴としたりする
（図3の構成から基板を無くしたもの参照）。こうした
構成のレンズは、光軸方向に適当な濃度分布でAlを含ん
だ柱状の半導体材料の側壁面からの酸化という簡単な方
法のみで、所望の立体形状のものを制御性良く形成でき
る。
成するための本発明のマイクロレンズなどのレンズは、
少なくともAlを含む半導体材料からなるレンズであっ
て、基板に平行な面内では均一な組成であり該基板に垂
直な方向にはAl濃度が変化した柱状の半導体領域が該基
板上に形成され、該柱状の半導体領域の一部が該柱状の
側壁面から酸化されてなる酸化領域が該半導体領域に形
成され、酸化されていない半導体領域の形状が立体形状
で残って成ることを特徴としたり（図2(a)参照）、レン
ズ光軸に垂直な面内では均一な組成であり該レンズ光軸
の方向にはAl濃度が変化した柱状の半導体領域を有し、
該柱状の半導体領域の一部が該柱状の側壁面から酸化さ
れてなる酸化領域が該半導体領域に形成され、酸化され
ていない半導体領域の形状が立体形状で残って成ること
を特徴としたり（図2(a)の構成から基板を無くしたもの
参照）、基板に平行な面内では均一な組成であり該基板
に垂直な方向にはAl濃度が変化した半導体領域が該基板
上に立体形状に形成されて成ることを特徴としたり（図
3参照）、レンズ光軸に垂直な面内では均一な組成であ
り該レンズ光軸の方向にはAl濃度が変化した半導体領域
が立体形状に形成されて成ることを特徴としたりする
（図3の構成から基板を無くしたもの参照）。こうした
構成のレンズは、光軸方向に適当な濃度分布でAlを含ん
だ柱状の半導体材料の側壁面からの酸化という簡単な方
法のみで、所望の立体形状のものを制御性良く形成でき
る。
【０００８】滑らかな立体形状として性能の良いレンズ
とする為には、前記Al濃度はほぼ連続的に変化している
のが良い。Al濃度をほぼ連続的に増加させれば、前記立
体形状は凸形状にできる。前記酸化領域と前記酸化され
ていない半導体領域の屈折率は夫々ほぼ均一になる。
とする為には、前記Al濃度はほぼ連続的に変化している
のが良い。Al濃度をほぼ連続的に増加させれば、前記立
体形状は凸形状にできる。前記酸化領域と前記酸化され
ていない半導体領域の屈折率は夫々ほぼ均一になる。
【０００９】Alを含む半導体の酸化に関しては、例え
ば、K.D.Choquette等による論文「Lowthreshold volta
ge vertical-cavity lasers fabricated by selec
tiveoxidation」（Electron. Lett.、30、2043、199
4）において開示されている様に、AlGaAsの酸化速度はA
l組成に大きく依存し、Al組成の高い方が酸化速度が速
いことが知られている。この性質を用いることにより、
上記の構成のように、少なくともAlを含む半導体材料を
用いて、基板に垂直な方向にAl濃度をほぼ連続的に変化
させた半導体領域を形成し、それを水蒸気中で400℃程
度に加熱して酸化した場合、Al組成の高い半導体領域を
より多く酸化させ、Al濃度が低い半導体領域を少なく酸
化させることが可能である。その結果、酸化後のAlを含
む半導体材料の酸化部と非酸化部の境界の形状は凸形状
等の立体形状になる。
ば、K.D.Choquette等による論文「Lowthreshold volta
ge vertical-cavity lasers fabricated by selec
tiveoxidation」（Electron. Lett.、30、2043、199
4）において開示されている様に、AlGaAsの酸化速度はA
l組成に大きく依存し、Al組成の高い方が酸化速度が速
いことが知られている。この性質を用いることにより、
上記の構成のように、少なくともAlを含む半導体材料を
用いて、基板に垂直な方向にAl濃度をほぼ連続的に変化
させた半導体領域を形成し、それを水蒸気中で400℃程
度に加熱して酸化した場合、Al組成の高い半導体領域を
より多く酸化させ、Al濃度が低い半導体領域を少なく酸
化させることが可能である。その結果、酸化後のAlを含
む半導体材料の酸化部と非酸化部の境界の形状は凸形状
等の立体形状になる。
【００１０】上記の酸化された半導体材料は、残滓物質
は別にして主にAlOzに変化し、電気的には絶縁層となる
とともに、屈折率が1.5程度となることが知られてい
る。通常、半導体材料の屈折率は測定する波長にもよる
が3.0〜3.5程度であるため、上記の凸形状等をしたAlを
含む半導体材料は、屈折率の低いAlOzに囲まれ、その結
果、光線制御作用（典型的には、集光作用）を持ったレ
ンズとして機能することができる。従って、ドライエッ
チングなどの複雑な工程を行うことなく、酸化のみで、
簡単に凸形状等の立体形状をしたマイクロレンズなどの
レンズを形成できる。
は別にして主にAlOzに変化し、電気的には絶縁層となる
とともに、屈折率が1.5程度となることが知られてい
る。通常、半導体材料の屈折率は測定する波長にもよる
が3.0〜3.5程度であるため、上記の凸形状等をしたAlを
含む半導体材料は、屈折率の低いAlOzに囲まれ、その結
果、光線制御作用（典型的には、集光作用）を持ったレ
ンズとして機能することができる。従って、ドライエッ
チングなどの複雑な工程を行うことなく、酸化のみで、
簡単に凸形状等の立体形状をしたマイクロレンズなどの
レンズを形成できる。
【００１１】凸形状等をしたレンズを形成するAlを含む
半導体材料の形状は、その半導体材料の膜厚・組成分
布、酸化温度、酸化時間などの酸化パラメータ、マスク
形状などにより簡単に制御することができ、それらのフ
ァクターを精確に設定することで容易にその凸形状等の
立体形状を制御性良く制御することが可能である。
半導体材料の形状は、その半導体材料の膜厚・組成分
布、酸化温度、酸化時間などの酸化パラメータ、マスク
形状などにより簡単に制御することができ、それらのフ
ァクターを精確に設定することで容易にその凸形状等の
立体形状を制御性良く制御することが可能である。
【００１２】本発明に係るレンズは、酸化領域を除去し
て、凸形状等をしたAlを含む半導体材料のみにより形成
してもよい。このようにした場合、凸形状等をした半導
体材料とそれを囲んでいる物質の屈折率の差が変化する
ので、レンズの焦点距離を変化させられる。また、酸化
領域での僅かな光吸収あるいは光散乱もなくすことがで
き、光の透過率も増加できる。
て、凸形状等をしたAlを含む半導体材料のみにより形成
してもよい。このようにした場合、凸形状等をした半導
体材料とそれを囲んでいる物質の屈折率の差が変化する
ので、レンズの焦点距離を変化させられる。また、酸化
領域での僅かな光吸収あるいは光散乱もなくすことがで
き、光の透過率も増加できる。
【００１３】また、本発明のレンズは、Alを含む半導体
材料がAlxGa1-xAs 、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xP、AlxIn1-x
P、(AlxGa1-x)yIn1-yP及び、(AlxGa1-x)yIn1-yAs（0≦x
≦1、0≦y≦1）の少なくとも1種類から構成されうる。
典型的には、1種類から構成してAl濃度を変化させる。
しかし、異なる種類のものを積層してレンズを構成すれ
ば、DBRミラーの機能を兼ねさせることもできる。この
場合、面発光レーザなどと一体化して使用するとき、面
発光レーザ中のDBRミラー層の積層数を減らすことがで
きる。
材料がAlxGa1-xAs 、AlxIn1-xAs、AlxGa1-xP、AlxIn1-x
P、(AlxGa1-x)yIn1-yP及び、(AlxGa1-x)yIn1-yAs（0≦x
≦1、0≦y≦1）の少なくとも1種類から構成されうる。
典型的には、1種類から構成してAl濃度を変化させる。
しかし、異なる種類のものを積層してレンズを構成すれ
ば、DBRミラーの機能を兼ねさせることもできる。この
場合、面発光レーザなどと一体化して使用するとき、面
発光レーザ中のDBRミラー層の積層数を減らすことがで
きる。
【００１４】また、レンズを形成する前記半導体領域が
全て酸化されていてもよい。このように、酸化領域によ
り凸形状等をしたレンズを形成した場合、バンドギャッ
プエネルギーが広がるので、Alを含む半導体材料のバン
ドギャップよりも大きなエネルギーを持つ光において、
その透過率を増加することが可能となる。さらに、凸形
状等をしたレンズを構成する材料の屈折率が変化するた
め（小さくなる）、レンズの焦点距離も変化させられ
る。
全て酸化されていてもよい。このように、酸化領域によ
り凸形状等をしたレンズを形成した場合、バンドギャッ
プエネルギーが広がるので、Alを含む半導体材料のバン
ドギャップよりも大きなエネルギーを持つ光において、
その透過率を増加することが可能となる。さらに、凸形
状等をしたレンズを構成する材料の屈折率が変化するた
め（小さくなる）、レンズの焦点距離も変化させられ
る。
【００１５】上記のレンズを半導体基板上に1次元ある
いは2次元的に並べてレンズアレイを構成することもで
きる。
いは2次元的に並べてレンズアレイを構成することもで
きる。
【００１６】更に、本発明に係るマイクロレンズは、面
型受・発光素子（面型発光素子或いは面型受光素子を指
し、面発光型LED、面発光型レーザ、フォトダイードな
どである）の光出入射面側に一体化されてもよい。この
ような構成にすることで、凸形状等を高精度に制御でき
るマイクロレンズと面型受・発光素子が一体化した面型
受・発光素子を簡単な方法で大量に作製することが可能
となる。さらに、一体化して作製することにより、マイ
クロレンズと面型光素子の光軸を調整する必要もなくな
る。
型受・発光素子（面型発光素子或いは面型受光素子を指
し、面発光型LED、面発光型レーザ、フォトダイードな
どである）の光出入射面側に一体化されてもよい。この
ような構成にすることで、凸形状等を高精度に制御でき
るマイクロレンズと面型受・発光素子が一体化した面型
受・発光素子を簡単な方法で大量に作製することが可能
となる。さらに、一体化して作製することにより、マイ
クロレンズと面型光素子の光軸を調整する必要もなくな
る。
【００１７】マイクロレンズは面型受・発光素子の電極
用のコンタクト層上に形成されうる。この様にマイクロ
レンズをコンタクト層上に形成する構成では、面型受・
発光素子自体の抵抗を変化させることはない。また、こ
こでのマイクロレンズは、コンタクト層として機能する
のではないため、マイクロレンズを構成する材料のキャ
リア密度を上げる必要はなく、キャリアの吸収による光
吸収損失を低減させられる。さらに、上記酸化層で構成
されたマイクロレンズを用いることで、キャリアの吸収
による光吸収損失がないマイクロレンズを面型受・発光
素子のコンタクト層上に形成できる。
用のコンタクト層上に形成されうる。この様にマイクロ
レンズをコンタクト層上に形成する構成では、面型受・
発光素子自体の抵抗を変化させることはない。また、こ
こでのマイクロレンズは、コンタクト層として機能する
のではないため、マイクロレンズを構成する材料のキャ
リア密度を上げる必要はなく、キャリアの吸収による光
吸収損失を低減させられる。さらに、上記酸化層で構成
されたマイクロレンズを用いることで、キャリアの吸収
による光吸収損失がないマイクロレンズを面型受・発光
素子のコンタクト層上に形成できる。
【００１８】従って、本発明のマイクロレンズを面型受
・発光素子のコンタクト層上に形成することにより、光
出力の低下や素子抵抗の増大を生じない、マイクロレン
ズと一体化した面型受・発光素子を実現できる。
・発光素子のコンタクト層上に形成することにより、光
出力の低下や素子抵抗の増大を生じない、マイクロレン
ズと一体化した面型受・発光素子を実現できる。
【００１９】また、上記面型受・発光素子は1次元ある
いは２次元的に配列されてもよい。
いは２次元的に配列されてもよい。
【００２０】更に、上記目的を達成する為の本発明のレ
ンズの製造方法は、少なくともAlを含む半導体材料を用
いたレンズの製造方法であって、基板に垂直な方向に、
該基板に平行な面内では均一な組成であり該基板に垂直
な方向にはAl濃度を変化させて半導体を形成し、該半導
体から柱状の半導体領域を形成し、該柱状の半導体領域
の一部を該柱状の側壁面から酸化して酸化領域を該半導
体領域に形成することで該半導体領域中に酸化されてい
ない半導体領域を立体形状で形成することを特徴とす
る。この製造方法によれば、酸化という簡単な方法のみ
で、容易に凸形状等をしたレンズを形成することが可能
となる。
ンズの製造方法は、少なくともAlを含む半導体材料を用
いたレンズの製造方法であって、基板に垂直な方向に、
該基板に平行な面内では均一な組成であり該基板に垂直
な方向にはAl濃度を変化させて半導体を形成し、該半導
体から柱状の半導体領域を形成し、該柱状の半導体領域
の一部を該柱状の側壁面から酸化して酸化領域を該半導
体領域に形成することで該半導体領域中に酸化されてい
ない半導体領域を立体形状で形成することを特徴とす
る。この製造方法によれば、酸化という簡単な方法のみ
で、容易に凸形状等をしたレンズを形成することが可能
となる。
【００２１】さらに、本発明に係るレンズの製造方法で
は、上述した製造工程の後に、酸化領域を除去してもよ
い。酸化領域の除去はウエットエッチングあるいはドラ
イエッチングと超音波を用いて行い得る。好適には、エ
ッチング溶液中で超音波をかけて酸化領域を剥離する。
この製造方法によれば、酸化領域と凸形状等をしたAlを
含む半導体層を容易に分離できる。
は、上述した製造工程の後に、酸化領域を除去してもよ
い。酸化領域の除去はウエットエッチングあるいはドラ
イエッチングと超音波を用いて行い得る。好適には、エ
ッチング溶液中で超音波をかけて酸化領域を剥離する。
この製造方法によれば、酸化領域と凸形状等をしたAlを
含む半導体層を容易に分離できる。
【００２２】さらに、本発明に係るレンズの製造方法で
は、上述した工程の後に、前記凸形状等をしたAlを含む
半導体を全て酸化する工程を行ってもよい。この製造方
法によれば、容易に、マイクロレンズを構成する材料の
屈折率を変化（減少）させることができる。また、全て
酸化してしまうので材料の経時変化の恐れがなくなる。
は、上述した工程の後に、前記凸形状等をしたAlを含む
半導体を全て酸化する工程を行ってもよい。この製造方
法によれば、容易に、マイクロレンズを構成する材料の
屈折率を変化（減少）させることができる。また、全て
酸化してしまうので材料の経時変化の恐れがなくなる。
【００２３】前記基板は除去して、レンズ機能を果たす
立体形状部のみからレンズを構成してもよい。
立体形状部のみからレンズを構成してもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
である実施例について、図面を参照しながら説明する。
である実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】（第1の実施例）図1及び図2は、本発明の
第1の実施例であるマイクロレンズとその製造方法を示
す。図1に示すように、GaAs基板上201に、通常の有機金
属気相成長法を用いて、膜厚方向にAl組成をx=0.9からx
=1に徐々に変化させたAlxGa1-xAsからなるマイクロレン
ズ形成層202を1μm、マイクロレンズ形成層202を保護す
るための層としてGaAs層203を0.05μm続いて形成する。
ここでは、マイクロレンズ形成層202のAl組成分布を、
最下面でAl0.9Ga0.1Asとし、最表面でAlAsとした（図2
（b）参照）。
第1の実施例であるマイクロレンズとその製造方法を示
す。図1に示すように、GaAs基板上201に、通常の有機金
属気相成長法を用いて、膜厚方向にAl組成をx=0.9からx
=1に徐々に変化させたAlxGa1-xAsからなるマイクロレン
ズ形成層202を1μm、マイクロレンズ形成層202を保護す
るための層としてGaAs層203を0.05μm続いて形成する。
ここでは、マイクロレンズ形成層202のAl組成分布を、
最下面でAl0.9Ga0.1Asとし、最表面でAlAsとした（図2
（b）参照）。
【００２６】次に、その上に、上面からの酸化を保護す
るための酸化防止膜としてSiNx膜204をプラズマCVD法に
より、約0.2μm堆積させる。さらに、フォトレジストか
らなるエッチングマスク205を形成する（図1（a））。
このマスク205の形状は直径10μmの円形とした。
るための酸化防止膜としてSiNx膜204をプラズマCVD法に
より、約0.2μm堆積させる。さらに、フォトレジストか
らなるエッチングマスク205を形成する（図1（a））。
このマスク205の形状は直径10μmの円形とした。
【００２７】次いで、SiNx膜204をCF4を用いたドライエ
ッチングによりエッチングする。さらに、側面にAlxGa
1-xAsから成るマイクロレンズ形成層202がすべて露出す
るまで、Cl2を用いた反応性エッチングによりエッチン
グし、円柱状構造を形成する（図1（b））。
ッチングによりエッチングする。さらに、側面にAlxGa
1-xAsから成るマイクロレンズ形成層202がすべて露出す
るまで、Cl2を用いた反応性エッチングによりエッチン
グし、円柱状構造を形成する（図1（b））。
【００２８】次に、フォトレジスト205を取り除いた
後、水蒸気雰囲気中で380℃、5分加熱することで、AlxG
a1-xAsからなるマイクロレンズ形成層202の最表面近傍
のAl組成がx=0.97からx=1 のAlxGa1-xAs層202のすべて
の領域、及びこの領域の下のAl組成がx=0.9からx=0.96
のAlxGa1-xAs層202の周辺領域を酸化する。この際、酸
化防止膜204により円柱状構造の上面からの酸化が防止
される。こうして、円柱状構造をしたマイクロレンズ形
成層202の円柱周辺部及び最表面部分にAlxGa1-xAs酸化
領域206を形成する。その結果、円柱状構造をしたマイ
クロレンズ形成層202内に、凸形曲面状をしたAlを含む
半導体層であるAlxGa1-xAs層202が形成された（図2(a)
参照）。本実施例では、最終的には酸化防止膜204を取
り除いて、保護膜203が酸化領域206上に存在する図2(a)
の形態で使用する。
後、水蒸気雰囲気中で380℃、5分加熱することで、AlxG
a1-xAsからなるマイクロレンズ形成層202の最表面近傍
のAl組成がx=0.97からx=1 のAlxGa1-xAs層202のすべて
の領域、及びこの領域の下のAl組成がx=0.9からx=0.96
のAlxGa1-xAs層202の周辺領域を酸化する。この際、酸
化防止膜204により円柱状構造の上面からの酸化が防止
される。こうして、円柱状構造をしたマイクロレンズ形
成層202の円柱周辺部及び最表面部分にAlxGa1-xAs酸化
領域206を形成する。その結果、円柱状構造をしたマイ
クロレンズ形成層202内に、凸形曲面状をしたAlを含む
半導体層であるAlxGa1-xAs層202が形成された（図2(a)
参照）。本実施例では、最終的には酸化防止膜204を取
り除いて、保護膜203が酸化領域206上に存在する図2(a)
の形態で使用する。
【００２９】このように作製した凸形状をしたマイクロ
レンズにレーザ光を照射したところ、レーザ光を集光す
ることができた。
レンズにレーザ光を照射したところ、レーザ光を集光す
ることができた。
【００３０】上述したように円柱状構造をしたマイクロ
レンズ形成層202内部に凸形状を有したAlを含むAlxGa
1-xAs半導体層202が形成されるのは、前述したように、
Al組成が高い半導体層がAl組成の低い半導体層よりも速
く酸化されるためである。従って、例えば、AlxGa1-xAs
のAlの組成分布は、ここで示したように、x=0.9からx=1
である必要はなく、x=0.8からx=1でもよい。さらに、こ
こでは、Al組成分布を徐々に変化させたが、このことが
不可能な場合、差分の小さい階段状にAl組成を変化させ
ることも可能である。
レンズ形成層202内部に凸形状を有したAlを含むAlxGa
1-xAs半導体層202が形成されるのは、前述したように、
Al組成が高い半導体層がAl組成の低い半導体層よりも速
く酸化されるためである。従って、例えば、AlxGa1-xAs
のAlの組成分布は、ここで示したように、x=0.9からx=1
である必要はなく、x=0.8からx=1でもよい。さらに、こ
こでは、Al組成分布を徐々に変化させたが、このことが
不可能な場合、差分の小さい階段状にAl組成を変化させ
ることも可能である。
【００３１】Al組成分布を徐々にリニアに変化させた図
2(b)のグラフと図2(a)のAlxGa1-xAs半導体層202の凸形
状曲面とはほぼ対応している。すなわち、適当に条件を
設定すれば、Al組成分布を図2(b)のグラフの如く徐々に
リニアに変化させたときに、AlxGa1-xAs半導体層202の
凸形状曲面を図2(a)の如く形成できる。こうして、上記
に示した方法では、マイクロレンズ形成層202のAl組成
分布、厚さ、さらには、その層202の酸化時間、酸化温
度等の酸化パラメータを制御して、酸化領域206を変化
させることで、容易に所望の形状をしたマイクロレンズ
を作製することが可能となる。
2(b)のグラフと図2(a)のAlxGa1-xAs半導体層202の凸形
状曲面とはほぼ対応している。すなわち、適当に条件を
設定すれば、Al組成分布を図2(b)のグラフの如く徐々に
リニアに変化させたときに、AlxGa1-xAs半導体層202の
凸形状曲面を図2(a)の如く形成できる。こうして、上記
に示した方法では、マイクロレンズ形成層202のAl組成
分布、厚さ、さらには、その層202の酸化時間、酸化温
度等の酸化パラメータを制御して、酸化領域206を変化
させることで、容易に所望の形状をしたマイクロレンズ
を作製することが可能となる。
【００３２】本実施例においては、基板201及びマイク
ロレンズ形成層202として、GaAs基板及びAlGaAs層を用
いたが、基板としては、Alを含んだ半導体結晶を形成で
きるものであればよい。また、マイクロレンズ形成層と
してはAlを含んだ半導体であればよい。例えば、InP基
板を用い、マイクロレンズ形成層としてはAlInAs層を用
いることもできる。
ロレンズ形成層202として、GaAs基板及びAlGaAs層を用
いたが、基板としては、Alを含んだ半導体結晶を形成で
きるものであればよい。また、マイクロレンズ形成層と
してはAlを含んだ半導体であればよい。例えば、InP基
板を用い、マイクロレンズ形成層としてはAlInAs層を用
いることもできる。
【００３３】さらに、製造工程中に上面からAlを含む半
導体層202の酸化が進行しない様にする為の（更には、
そのまま残す場合には、レンズ使用時にレンズを保護す
る為の）マイクロレンズ形成層保護層204としては、酸
化しない材料であればよく、酸化防止膜204としてはSiO
2などであってもよい。
導体層202の酸化が進行しない様にする為の（更には、
そのまま残す場合には、レンズ使用時にレンズを保護す
る為の）マイクロレンズ形成層保護層204としては、酸
化しない材料であればよく、酸化防止膜204としてはSiO
2などであってもよい。
【００３４】（第2の実施例）本発明の第2の実施例につ
いて説明する。図3は本実施例に係るマイクロレンズの
断面図である。
いて説明する。図3は本実施例に係るマイクロレンズの
断面図である。
【００３５】本実施例のマイクロレンズは、第1の実施
例においてマイクロレンズを形成しているAlを含むAlxG
a1-xAs半導体層202の周辺部にある酸化領域206を除去し
た構成となっている。第2の実施例の作製方法は、第1の
実施例のマイクロレンズ（図2(a)参照）を形成した後
に、以下の工程を行う。従って、途中の工程までは第1
の実施例と同様であるため、その工程の説明は省略す
る。同一の材料には同一の番号を付して説明する。
例においてマイクロレンズを形成しているAlを含むAlxG
a1-xAs半導体層202の周辺部にある酸化領域206を除去し
た構成となっている。第2の実施例の作製方法は、第1の
実施例のマイクロレンズ（図2(a)参照）を形成した後
に、以下の工程を行う。従って、途中の工程までは第1
の実施例と同様であるため、その工程の説明は省略す
る。同一の材料には同一の番号を付して説明する。
【００３６】図2（a）に示した第1の実施例のマイクロ
レンズを、例えば、Buffered HF溶液（以下BHF）中に
浸しながら、約2分間超音波をかける。その結果、BHF溶
液がAlGaAs酸化領域206とAlGaAs202の界面に浸透し、Al
GaAs酸化領域とAlGaAsを剥離できる。こうして、Alを含
んだ半導体層であるAlxGa1-xAs層202のみで凸形状をし
たマイクロレンズを形成できる（図3）。このとき、BHF
溶液により、AlGaAs層202も若干エッチングされるが、
これによりマイクロレンズ表面の凹凸が低減される。
レンズを、例えば、Buffered HF溶液（以下BHF）中に
浸しながら、約2分間超音波をかける。その結果、BHF溶
液がAlGaAs酸化領域206とAlGaAs202の界面に浸透し、Al
GaAs酸化領域とAlGaAsを剥離できる。こうして、Alを含
んだ半導体層であるAlxGa1-xAs層202のみで凸形状をし
たマイクロレンズを形成できる（図3）。このとき、BHF
溶液により、AlGaAs層202も若干エッチングされるが、
これによりマイクロレンズ表面の凹凸が低減される。
【００３７】この様な構成にすることで、AlGaAs202で
構成された凸形状をしたマイクロレンズを酸化領域206
で覆う場合よりも、マイクロレンズ202とそれを囲んで
いる媒質（通常は空気）との屈折率差を大きくできる。
そのため、同じ焦点距離を出すのに、形成するマイクロ
レンズ202の厚さを薄くすることが可能になった。さら
に、酸化領域206及びマイクロレンズ形成層保護層203で
の光吸収や光散乱もなくすことができる。尚、AlGaAs20
2の表面は若干自然酸化される場合もある。
構成された凸形状をしたマイクロレンズを酸化領域206
で覆う場合よりも、マイクロレンズ202とそれを囲んで
いる媒質（通常は空気）との屈折率差を大きくできる。
そのため、同じ焦点距離を出すのに、形成するマイクロ
レンズ202の厚さを薄くすることが可能になった。さら
に、酸化領域206及びマイクロレンズ形成層保護層203で
の光吸収や光散乱もなくすことができる。尚、AlGaAs20
2の表面は若干自然酸化される場合もある。
【００３８】（第3の実施例）図4は本発明の第3の実施
例に係るマイクロレンズを示す断面図である。
例に係るマイクロレンズを示す断面図である。
【００３９】本実施例に係るマイクロレンズでは、第2
の実施例においてマイクロレンズを形成しているAlを含
む半導体層202をすべて酸化し、酸化領域206のみでマイ
クロレンズを構成している。作製方法は、第2の実施例
のマイクロレンズを形成した後に、以下の工程を行う。
ここでも、途中の工程までは第1及び2の実施例と同様で
あるため、その工程の説明は省略する。同一の材料には
同一の番号を付して説明する。
の実施例においてマイクロレンズを形成しているAlを含
む半導体層202をすべて酸化し、酸化領域206のみでマイ
クロレンズを構成している。作製方法は、第2の実施例
のマイクロレンズを形成した後に、以下の工程を行う。
ここでも、途中の工程までは第1及び2の実施例と同様で
あるため、その工程の説明は省略する。同一の材料には
同一の番号を付して説明する。
【００４０】本実施例の作製方法では、図3に示した第2
の実施例で作製したマイクロレンズ202を水蒸気雰囲気
中で380℃で10分加熱する。この結果、GaAs層で構成さ
れた基板201のみを残して、AlxGa1-xAs層からなるAlを
含んだ半導体層202で構成されたマイクロレンズのすべ
てが酸化され、AlxGa1-xAs酸化領域206で構成されたマ
イクロレンズが形成される（図4）。
の実施例で作製したマイクロレンズ202を水蒸気雰囲気
中で380℃で10分加熱する。この結果、GaAs層で構成さ
れた基板201のみを残して、AlxGa1-xAs層からなるAlを
含んだ半導体層202で構成されたマイクロレンズのすべ
てが酸化され、AlxGa1-xAs酸化領域206で構成されたマ
イクロレンズが形成される（図4）。
【００４１】このように構成された凸レンズでは、絶縁
体であるAlOzにより凸レンズが構成されるため、AlGaAs
のバンドギャップよりもエネルギーの高いレーザ光を照
射した場合にも、そのレーザ光の透過率を増加させるこ
とができる。また、AlOzの屈折率（1.5程度）はAlGaAs
の屈折率（3程度）よりも小さいので、第2の実施例で示
したマイクロレンズよりも焦点距離を長くすることがで
きる。
体であるAlOzにより凸レンズが構成されるため、AlGaAs
のバンドギャップよりもエネルギーの高いレーザ光を照
射した場合にも、そのレーザ光の透過率を増加させるこ
とができる。また、AlOzの屈折率（1.5程度）はAlGaAs
の屈折率（3程度）よりも小さいので、第2の実施例で示
したマイクロレンズよりも焦点距離を長くすることがで
きる。
【００４２】尚、第1乃至第3の実施例において、結晶基
板201が着いたままでレンズを他の素子に固着して使用
してもよいが、レンズの上側を適当な支持板に一時的に
付着して結晶基板201を取り除いてからレンズを他の素
子に固着して使用することもできる。
板201が着いたままでレンズを他の素子に固着して使用
してもよいが、レンズの上側を適当な支持板に一時的に
付着して結晶基板201を取り除いてからレンズを他の素
子に固着して使用することもできる。
【００４３】（第4の実施例）本発明に係るマイクロレ
ンズは、面発光型素子の光出射面と一体化することがで
きる。図5、図6、図7は本発明に係るマイクロレンズと
面発光レーザを一体に作製した第4の実施例の面発光レ
ーザ装置の製造工程を示した図である。
ンズは、面発光型素子の光出射面と一体化することがで
きる。図5、図6、図7は本発明に係るマイクロレンズと
面発光レーザを一体に作製した第4の実施例の面発光レ
ーザ装置の製造工程を示した図である。
【００４４】本実施例の面発光レーザ装置は以下の如く
作製される。先ず、n-GaAs結晶基板400上に、n型AlGaAs
多層膜からなる分布ブラック反射鏡（DBR）層401、GaAs
/AlGaAsの３量子井戸から成る活性層を含み最下層と最
上層としてAlGaAsを有する１波長共振器層402、AlGaAs
多層膜から成るp側DBRミラー層403、p-GaAsコンタクト
層404、AlGaAs層から成るマイクロレンズ形成層405（こ
の詳しい構成は上記実施例を参照）、マイクロレンズ形
成層保護層であるGaAs層406を有機金属気相成長法など
により結晶成長する（図5（a））。その後、酸化防止膜
としてSiNx膜407をプラズマCVD法で形成し、さらに、フ
ォトレジストによりエアポストを形成するためのマスク
408を形成し、SiNx膜407をそのマスク形状に合わせてエ
ッチングする。（図5（b））。
作製される。先ず、n-GaAs結晶基板400上に、n型AlGaAs
多層膜からなる分布ブラック反射鏡（DBR）層401、GaAs
/AlGaAsの３量子井戸から成る活性層を含み最下層と最
上層としてAlGaAsを有する１波長共振器層402、AlGaAs
多層膜から成るp側DBRミラー層403、p-GaAsコンタクト
層404、AlGaAs層から成るマイクロレンズ形成層405（こ
の詳しい構成は上記実施例を参照）、マイクロレンズ形
成層保護層であるGaAs層406を有機金属気相成長法など
により結晶成長する（図5（a））。その後、酸化防止膜
としてSiNx膜407をプラズマCVD法で形成し、さらに、フ
ォトレジストによりエアポストを形成するためのマスク
408を形成し、SiNx膜407をそのマスク形状に合わせてエ
ッチングする。（図5（b））。
【００４５】次に、p-DBR層403にエアポストを、Cl2を
用いた反応性エッチングにより形成する（図6（a））。
その後、AlGaAsからなるマイクロレンズ形成層405の一
部を選択的に水蒸気酸化して酸化領域409を形成し、非
酸化領域410よりなるマイクロレンズを形成する（図6
（b））。この工程は上記実施例で説明した工程に準じ
る。
用いた反応性エッチングにより形成する（図6（a））。
その後、AlGaAsからなるマイクロレンズ形成層405の一
部を選択的に水蒸気酸化して酸化領域409を形成し、非
酸化領域410よりなるマイクロレンズを形成する（図6
（b））。この工程は上記実施例で説明した工程に準じ
る。
【００４６】このウエハをBuffered HF溶液中に浸し
て、2分間超音波をかけることにより、酸化領域409、マ
イクロレンズ形成層保護層406、酸化防止膜407を除去
し、コンタクト層404を露出させる（図7（a））。その
後、図中には示していないが隣接素子間の分離のために
露出したp-DBR層403上にSiNx膜により絶縁膜を形成し
て、ポリイミド411で平坦化を行い、p側電極412及びn側
電極413を成膜する（図7（b））。p側電極412としては
例えばTi/Auを用いることができ、また、n側電極413と
してはAuGe/Auを用いることができる。
て、2分間超音波をかけることにより、酸化領域409、マ
イクロレンズ形成層保護層406、酸化防止膜407を除去
し、コンタクト層404を露出させる（図7（a））。その
後、図中には示していないが隣接素子間の分離のために
露出したp-DBR層403上にSiNx膜により絶縁膜を形成し
て、ポリイミド411で平坦化を行い、p側電極412及びn側
電極413を成膜する（図7（b））。p側電極412としては
例えばTi/Auを用いることができ、また、n側電極413と
してはAuGe/Auを用いることができる。
【００４７】このような構成をとることで、凸形状の制
御が容易で簡単な方法で作製できるマイクロレンズと面
発光レーザの光出射面とが一体化した面発光レーザ装置
を実現できる。
御が容易で簡単な方法で作製できるマイクロレンズと面
発光レーザの光出射面とが一体化した面発光レーザ装置
を実現できる。
【００４８】本実施例では、面発光型素子として面発光
レーザを用いたが、面発光型LEDを用いた場合でも、ほ
ぼ同様な工程でマイクロレンズと一体化した面発光型LE
Dを作製することができる。
レーザを用いたが、面発光型LEDを用いた場合でも、ほ
ぼ同様な工程でマイクロレンズと一体化した面発光型LE
Dを作製することができる。
【００４９】また、本実施例では、第2の実施例で示し
た非酸化領域のみで構成したマイクロレンズを用いた
が、これに限ったものではなく、第1及び第3の実施例で
説明したマイクロレンズによって構成してもよい。さら
に、面発光レーザ装置として、GaAs基板上にAlGaAs系半
導体を用いた構成を示したが、それに限ったものではな
く、例えば、InP基板上に、InGaAsP系材料を用いた構成
としてもよい。この場合は、マイクロレンズ形成層とし
て、AlInAs層（Al濃度が変化している）を用いること
で、例えば、1.3μmや1.55μmといった波長帯の面発光
レーザと共に用いることができる。
た非酸化領域のみで構成したマイクロレンズを用いた
が、これに限ったものではなく、第1及び第3の実施例で
説明したマイクロレンズによって構成してもよい。さら
に、面発光レーザ装置として、GaAs基板上にAlGaAs系半
導体を用いた構成を示したが、それに限ったものではな
く、例えば、InP基板上に、InGaAsP系材料を用いた構成
としてもよい。この場合は、マイクロレンズ形成層とし
て、AlInAs層（Al濃度が変化している）を用いること
で、例えば、1.3μmや1.55μmといった波長帯の面発光
レーザと共に用いることができる。
【００５０】（第5の実施例）図8に、第2の実施例の方
法で作製したマイクロレンズを２次元的に並べたマイク
ロレンズアレイを示す。結晶基板500上に、第2の実施例
で説明したマイクロレンズ501を２次元的に配列させて
作製することにより、一度に大量のマイクロレンズを作
製することができる。作製は、レンズアレイの配列に合
わせてフォトレジスト205（図1参照）を形成して第2の
実施例で説明した工程を実施すればよい。また、第1及
び第3の実施例で説明したマイクロレンズを１次元ある
いは２次元的に配列させて、それらを一度に大量に作製
することも可能である。
法で作製したマイクロレンズを２次元的に並べたマイク
ロレンズアレイを示す。結晶基板500上に、第2の実施例
で説明したマイクロレンズ501を２次元的に配列させて
作製することにより、一度に大量のマイクロレンズを作
製することができる。作製は、レンズアレイの配列に合
わせてフォトレジスト205（図1参照）を形成して第2の
実施例で説明した工程を実施すればよい。また、第1及
び第3の実施例で説明したマイクロレンズを１次元ある
いは２次元的に配列させて、それらを一度に大量に作製
することも可能である。
【００５１】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、光軸方向に適当な濃度分布でAlを含んだ柱状の半導
体材料の側壁面からの酸化という簡単な方法だけで、所
望の立体形状をしたマイクロレンズなどのレンズ及びそ
れと一体化した面発光型素子等の面型光素子を大量に提
供することができる。また、マイクロレンズと面型発光
素子等を同時に作製できるため、マイクロレンズと面型
発光素子等との光軸調整を必要としなくなる。
ば、光軸方向に適当な濃度分布でAlを含んだ柱状の半導
体材料の側壁面からの酸化という簡単な方法だけで、所
望の立体形状をしたマイクロレンズなどのレンズ及びそ
れと一体化した面発光型素子等の面型光素子を大量に提
供することができる。また、マイクロレンズと面型発光
素子等を同時に作製できるため、マイクロレンズと面型
発光素子等との光軸調整を必要としなくなる。
【図1】本発明の第1の実施例のマイクロレンズの製造工
程の一部を示す断面図である。
程の一部を示す断面図である。
【図2】（a）は第1の実施例のマイクロレンズの製造工
程の最終部を示す断面図、（b）はマイクロレンズ形成
層であるAlxGa1-xAs層のAl組成分布を示すグラフ図であ
る。
程の最終部を示す断面図、（b）はマイクロレンズ形成
層であるAlxGa1-xAs層のAl組成分布を示すグラフ図であ
る。
【図3】本発明の第2の実施例のマイクロレンズの断面図
である。
である。
【図4】本発明の第3の実施例のマイクロレンズの断面図
である。
である。
【図5】本発明の第4の実施例の製造工程の前半部を示す
断面図である。
断面図である。
【図6】本発明の第4の実施例の製造工程の中間部を示す
断面図である。
断面図である。
【図7】本発明の第4の実施例の製造工程の最終部を示す
断面図である。
断面図である。
【図8】本発明の第5の実施例のレンズアレイの斜視図で
ある。
ある。
【図9】特開2000-76682号公報に記載されているマイク
ロレンズと一体化した面発光レーザの断面図である。
ロレンズと一体化した面発光レーザの断面図である。
【図10】特開平11-233888号公報に記載された方法で製
造された面発光レーザ装置の断面図である。
造された面発光レーザ装置の断面図である。
11, 100：面発光レーザ装置 12,109：基板 13,104：下部DBR層 14,107：カソード電極 15：中間層 16,103：上部DBR層 17：レンズ部 18,106：アノード電極 101：柱状部 102：コンタクト層 105：量子井戸活性層 108：絶縁層 201,400：結晶基板 202,405：Alを含む半導体層（マイクロレンズ形成層、
マイクロレンズ） 203,406：マイクロレンズ形成層保護層 204,407：酸化防止膜 205,408：フォトレジスト 206,409：酸化領域 401：n側DBR層 402：共振器層 403：p側DBR層 404：コンタクト層 410：非酸化領域（マイクロレンズ） 411：ポリイミド 412：p側電極 413：n側電極 500：結晶基板 501：マイクロレンズ
マイクロレンズ） 203,406：マイクロレンズ形成層保護層 204,407：酸化防止膜 205,408：フォトレジスト 206,409：酸化領域 401：n側DBR層 402：共振器層 403：p側DBR層 404：コンタクト層 410：非酸化領域（マイクロレンズ） 411：ポリイミド 412：p側電極 413：n側電極 500：結晶基板 501：マイクロレンズ
Claims (24)
- 【請求項1】少なくともAlを含む半導体材料からなるレ
ンズであって、基板に平行な面内では均一な組成であり
該基板に垂直な方向にはAl濃度が変化した柱状の半導体
領域が該基板上に形成され、該柱状の半導体領域の一部
が該柱状の側壁面から酸化されてなる酸化領域が該半導
体領域に形成され、酸化されていない半導体領域の形状
が立体形状で残って成ることを特徴とするレンズ。 - 【請求項2】少なくともAlを含む半導体材料からなるレ
ンズであって、レンズ光軸に垂直な面内では均一な組成
であり該レンズ光軸の方向にはAl濃度が変化した柱状の
半導体領域を有し、該柱状の半導体領域の一部が該柱状
の側壁面から酸化されてなる酸化領域が該半導体領域に
形成され、酸化されていない半導体領域の形状が立体形
状で残って成ることを特徴とするレンズ。 - 【請求項3】少なくともAlを含む半導体材料からなるレ
ンズであって、基板に平行な面内では均一な組成であり
該基板に垂直な方向にはAl濃度が変化した半導体領域が
該基板上に立体形状に形成されて成ることを特徴とする
レンズ。 - 【請求項4】少なくともAlを含む半導体材料からなるレ
ンズであって、レンズ光軸に垂直な面内では均一な組成
であり該レンズ光軸の方向にはAl濃度が変化した半導体
領域が立体形状に形成されて成ることを特徴とするレン
ズ。 - 【請求項5】前記半導体領域が全て酸化されている請求
項3または4に記載のレンズ。 - 【請求項6】前記Al濃度がほぼ連続的に変化している請
求項1乃至5の何れかに記載のレンズ。 - 【請求項7】前記Al濃度がほぼ連続的に増加し、前記酸
化されていない半導体領域或いは前記酸化されている半
導体領域の形状が凸形状になっている請求項1乃至6の何
れかに記載のレンズ。 - 【請求項8】前記半導体材料の組成が、AlxGa1-xAs 、Al
xIn1-xAs、AlxGa1-xP、AlxIn1-xP、(AlxGa1-x)yIn
1-yP、及び(AlxGa1-x)yIn1-yAs（0≦x≦1、0≦y≦1）の
少なくとも１種類から構成されている請求項1乃至7の何
れかに記載のレンズ。 - 【請求項9】前記酸化領域の主な組成がAlOzである請求
項5乃至8の何れかに記載のレンズ。 - 【請求項10】マイクロレンズである請求項1乃至9の何れ
かに記載のレンズ。 - 【請求項11】請求項1乃至10の何れかに記載のレンズを
半導体基板上に1次元あるいは2次元的に並べたことを特
徴とするレンズアレイ。 - 【請求項12】請求項10に記載のマイクロレンズと光出入
射面側で一体化した面型受・発光素子。 - 【請求項13】前記マイクロレンズが素子の電極用のコン
タクト層上に形成されている請求項12記載の面型受・発
光素子。 - 【請求項14】前記面型受・発光素子が1次元あるいは2次
元的に配列された請求項12または13に記載の面型受・発
光素子。 - 【請求項15】面発光型LEDあるいは面発光型レーザであ
る請求項12、13または14に記載の面型受・発光素子。 - 【請求項16】少なくともAlを含む半導体材料を用いたレ
ンズの製造方法において、基板に垂直な方向に、該基板
に平行な面内では均一な組成であり該基板に垂直な方向
にはAl濃度を変化させて半導体を形成し、該半導体から
柱状の半導体領域を形成し、該柱状の半導体領域の一部
を該柱状の側壁面から酸化して酸化領域を該半導体領域
に形成することで該半導体領域中に酸化されていない半
導体領域を立体形状で形成することを特徴とするレンズ
の製造方法。 - 【請求項17】前記酸化領域を除去する請求項16に記載の
レンズの製造方法。 - 【請求項18】前記酸化領域の除去をウエットエッチング
あるいはドライエッチングと超音波を用いて行う請求項
17に記載のレンズの製造方法。 - 【請求項19】前記酸化領域を除去した後に残ったAlを含
む半導体材料を全て酸化させる請求項17または18に記載
のレンズの製造方法。 - 【請求項20】前記基板を除去する請求項16乃至19の何れ
かに記載のレンズの製造方法。 - 【請求項21】前記Al濃度をほぼ連続的に変化させる請求
項16乃至20の何れかに記載のレンズの製造方法。 - 【請求項22】前記Al濃度をほぼ連続的に増加させる請求
項21に記載のレンズの製造方法。 - 【請求項23】前記半導体材料の組成を、AlxGa1-xAs 、A
lxIn1-xAs、AlxGa1-xP、AlxIn1-xP、(AlxGa1-x)yIn
1-yP、及び(AlxGa1-x)yIn1-yAs（0≦x≦1、0≦y≦1）の
少なくとも１種類から構成する請求項16乃至22の何れか
に記載のレンズの製造方法 - 【請求項24】マイクロレンズを製造する請求項16乃至23
の何れかに記載のレンズの製造方法。
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