JP2003121611A - 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、レンズの製造方法 - 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、レンズの製造方法Info
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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を
提供することである。 【解決手段】少なくともAlを含む半導体材料からなるレ
ンズ204である。基板201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
の一部が側壁面からウエットエッチングされて成る半導
体領域204が、集光作用等の光線処理作用を行い得る立
体形状を有している。
に制御性良く形成できるマイクロレンズなどのレンズを
提供することである。 【解決手段】少なくともAlを含む半導体材料からなるレ
ンズ204である。基板201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
の一部が側壁面からウエットエッチングされて成る半導
体領域204が、集光作用等の光線処理作用を行い得る立
体形状を有している。
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、あるいは、光を効率的に受光する
目的として、面型受・発光素子の光出射面あるいは光受
光面上に凸形状などにより集光作用を有するマイクロレ
ンズを直接形成する提案が幾つか成されている。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12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12において、101は半導体堆
積体（柱状部）、103は上部DBR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、あるいは、光を効率的に受光する
目的として、面型受・発光素子の光出射面あるいは光受
光面上に凸形状などにより集光作用を有するマイクロレ
ンズを直接形成する提案が幾つか成されている。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12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12において、101は半導体堆
積体（柱状部）、103は上部DBR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
いが、図13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13において、1
2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
いが、図13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13において、1
2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中のキャリア
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中のキャリア
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、これは滑
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13に示したように、アノード電極18と上部DB
R層16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、面発光レーザ素子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、これは滑
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13に示したように、アノード電極18と上部DB
R層16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、面発光レーザ素子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、フォトダイオードなどの面型受・発光素子、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、フォトダイオードなどの面型受・発光素子、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（レンズの直径が
数ミクロン乃至数百ミクロン程度のレンズである）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ウエットエッチングされて成る半
導体領域が、集光作用等の光線処理作用を行うことがで
きる立体形状を有していることを特徴としたり（例え
ば、図2参照）、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
柱状の側壁面からウエットエッチングされて成る半導体
領域が、集光作用等の光線処理作用を行うことができる
立体形状を有していることを特徴としたりする（例え
ば、図2から基板をなくしたもの）。
成するための本発明のマイクロレンズ（レンズの直径が
数ミクロン乃至数百ミクロン程度のレンズである）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ウエットエッチングされて成る半
導体領域が、集光作用等の光線処理作用を行うことがで
きる立体形状を有していることを特徴としたり（例え
ば、図2参照）、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
柱状の側壁面からウエットエッチングされて成る半導体
領域が、集光作用等の光線処理作用を行うことができる
立体形状を有していることを特徴としたりする（例え
ば、図2から基板をなくしたもの）。
【０００８】こうした構成のレンズにおいては、光軸方
向に適当なAl濃度分布を有したAlを含んだ柱状の半導体
材料の側壁面からのウエットエッチングという簡単な方
法のみで、集光作用等の光線処理作用を可能とする所望
の立体形状を制御性良く形成できる。こうしたレンズで
は、屈折率はAl濃度分布に応じて光軸方向に変化するが
レンズ光軸に垂直な面内では均一であるので、集光作用
等の光線処理作用にとって実質的に悪影響はない。
向に適当なAl濃度分布を有したAlを含んだ柱状の半導体
材料の側壁面からのウエットエッチングという簡単な方
法のみで、集光作用等の光線処理作用を可能とする所望
の立体形状を制御性良く形成できる。こうしたレンズで
は、屈折率はAl濃度分布に応じて光軸方向に変化するが
レンズ光軸に垂直な面内では均一であるので、集光作用
等の光線処理作用にとって実質的に悪影響はない。
【０００９】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。例えば、Al濃度をほぼ連続的に増加させれ
ば、前記立体形状は集光作用を有する凸形状にできる。
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。例えば、Al濃度をほぼ連続的に増加させれ
ば、前記立体形状は集光作用を有する凸形状にできる。
【００１０】Alを含む半導体材料を立体形状にウエット
エッチングする手段としては、HF系エッチング溶液によ
る選択ウエットエッチングが挙げられる。ここでは、Al
を含む半導体をAlxGa1-xAsとし、それをHF系エッチング
液、特にHFとNH4Fを混ぜたBuffered HF（以下、BHF）
でウエットエッチングする場合について説明する。
エッチングする手段としては、HF系エッチング溶液によ
る選択ウエットエッチングが挙げられる。ここでは、Al
を含む半導体をAlxGa1-xAsとし、それをHF系エッチング
液、特にHFとNH4Fを混ぜたBuffered HF（以下、BHF）
でウエットエッチングする場合について説明する。
【００１１】BHFでAlxGa1-xAs をエッチングする場合、
Al濃度に応じてエッチング速度が大きく異なることは、
すでに知られている。
Al濃度に応じてエッチング速度が大きく異なることは、
すでに知られている。
【００１２】図10(b)に、HFとNH4Fを1:５で混合した溶
液で、図10(a)のようにGaAsで挟んだAl0.3Ga0.7As、Al
0.9Ga0.1As、及びAlAsを夫々横方向からエッチングした
場合のエッチング速度のグラフを示す。図10(b)から分
かるように、AlAsとAl0.9Ga0.1Asにおいて、約５倍もエ
ッチング速度が異なる。また、本実験においては、Al
0.3Ga0.7As とGaAsにおいては殆どエッチングされない
ことも分った。
液で、図10(a)のようにGaAsで挟んだAl0.3Ga0.7As、Al
0.9Ga0.1As、及びAlAsを夫々横方向からエッチングした
場合のエッチング速度のグラフを示す。図10(b)から分
かるように、AlAsとAl0.9Ga0.1Asにおいて、約５倍もエ
ッチング速度が異なる。また、本実験においては、Al
0.3Ga0.7As とGaAsにおいては殆どエッチングされない
ことも分った。
【００１３】つまり、BHFにおけるAlxGa1-xAsのエッチ
ング速度はAl組成に大きく依存し、Al組成の高い方のエ
ッチング速度が速く、Al濃度が減少するにつれてエッチ
ング速度が著しく低下し、Alを含まないGaAsやAl濃度が
少ないAl0.3Ga0.7Asにおいては殆どエッチングが起こら
ない。
ング速度はAl組成に大きく依存し、Al組成の高い方のエ
ッチング速度が速く、Al濃度が減少するにつれてエッチ
ング速度が著しく低下し、Alを含まないGaAsやAl濃度が
少ないAl0.3Ga0.7Asにおいては殆どエッチングが起こら
ない。
【００１４】この性質を用いることにより、以下のこと
が可能になる。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濃度を変化
させた半導体領域を形成し、その上に、上方からのエッ
チングを防ぐためにGaAs等のAlを含まない材料或いはBH
F溶液にエッチングされない材料（Al0.3Ga0.7Asでも
可）を形成した後、それをBHF中で基板に対して横方向
からウエットエッチングした場合、Al組成の高い半導体
領域をより多くエッチングし、Al濃度が低い半導体領域
を少なくエッチングすることが可能となる。その結果、
エッチング後のAlを含む半導体材料は、集光作用等を行
うことが出来る凸形状等の立体形状をしたレンズとな
る。
が可能になる。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濃度を変化
させた半導体領域を形成し、その上に、上方からのエッ
チングを防ぐためにGaAs等のAlを含まない材料或いはBH
F溶液にエッチングされない材料（Al0.3Ga0.7Asでも
可）を形成した後、それをBHF中で基板に対して横方向
からウエットエッチングした場合、Al組成の高い半導体
領域をより多くエッチングし、Al濃度が低い半導体領域
を少なくエッチングすることが可能となる。その結果、
エッチング後のAlを含む半導体材料は、集光作用等を行
うことが出来る凸形状等の立体形状をしたレンズとな
る。
【００１５】例えば、レンズを形成する半導体のAl組成
を基板近傍で少なく、基板上方で多くすることにより、
エッチング後の半導体層の形状は凸形状となり、この場
合、集光作用を持った凸レンズとして機能することがで
きる。こうして、ドライエッチングなどの複雑な工程を
行うことなく、ウエットエッチングのみで、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。
を基板近傍で少なく、基板上方で多くすることにより、
エッチング後の半導体層の形状は凸形状となり、この場
合、集光作用を持った凸レンズとして機能することがで
きる。こうして、ドライエッチングなどの複雑な工程を
行うことなく、ウエットエッチングのみで、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。
【００１６】Alを含む半導体材料のエッチング後の立体
形状は、その半導体材料の膜厚やAl組成分布、エッチン
グ溶液の種類やエッチング時間などのエッチングパラメ
ータ、さらには柱状形状のサイズ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
ことで容易にその立体形状を制御性良く制御できる。
形状は、その半導体材料の膜厚やAl組成分布、エッチン
グ溶液の種類やエッチング時間などのエッチングパラメ
ータ、さらには柱状形状のサイズ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
ことで容易にその立体形状を制御性良く制御できる。
【００１７】また、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、その表面を誘電体膜で
覆ったり、また、そのレンズ形状の一部（例えばレンズ
形状の表面部）あるいは全てを酸化してもよい。こうし
たレンズでは、屈折率は誘電体膜或いは酸化部の所で変
化するが、このことを予め考慮して設計したり、或いは
この部分の厚さを極く薄くする等の手段で、集光作用等
の光線処理作用にとって実質的に悪影響はない様にでき
る。
マイクロレンズなどのレンズは、その表面を誘電体膜で
覆ったり、また、そのレンズ形状の一部（例えばレンズ
形状の表面部）あるいは全てを酸化してもよい。こうし
たレンズでは、屈折率は誘電体膜或いは酸化部の所で変
化するが、このことを予め考慮して設計したり、或いは
この部分の厚さを極く薄くする等の手段で、集光作用等
の光線処理作用にとって実質的に悪影響はない様にでき
る。
【００１８】通常、Alを高濃度に含む半導体は、空気中
で自然酸化したり、高温時においては空気中の水蒸気と
反応して容易に酸化する。その結果、レンズの特性（焦
点距離など）が変化したり、光散乱の原因となりうる。
これを防止するため、SiO2やSiNxなどの透明な誘電体薄
膜で覆ったり、あるいは、高温で水蒸気にさらすwet酸
化などで予め安定な酸化層を形成することにより、経時
変化の少ないレンズを形成することが可能となる。
で自然酸化したり、高温時においては空気中の水蒸気と
反応して容易に酸化する。その結果、レンズの特性（焦
点距離など）が変化したり、光散乱の原因となりうる。
これを防止するため、SiO2やSiNxなどの透明な誘電体薄
膜で覆ったり、あるいは、高温で水蒸気にさらすwet酸
化などで予め安定な酸化層を形成することにより、経時
変化の少ないレンズを形成することが可能となる。
【００１９】さらに、レンズを形成するAlを含む半導体
材料を全て酸化することで、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対して、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（酸化で小
さくなる）、レンズの焦点距離も変化させられる。
材料を全て酸化することで、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対して、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（酸化で小
さくなる）、レンズの焦点距離も変化させられる。
【００２０】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。
これらの材料でも、上記AlxGa1-xAs を例に挙げたHF系
エッチング溶液による選択ウエットエッチングの説明と
同じ事が言い得る。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。
これらの材料でも、上記AlxGa1-xAs を例に挙げたHF系
エッチング溶液による選択ウエットエッチングの説明と
同じ事が言い得る。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。
【００２１】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。
【００２２】更に、本発明に係るマイクロレンズは、面
型光素子（面発光型LED、面発光型レーザ、面型フォト
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。この様な構成にすることで、集光作用等を有し、
立体形状等を高精度に制御できるマイクロレンズと面型
光素子が一体化した面型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。
型光素子（面発光型LED、面発光型レーザ、面型フォト
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。この様な構成にすることで、集光作用等を有し、
立体形状等を高精度に制御できるマイクロレンズと面型
光素子が一体化した面型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。
【００２３】集光作用等を有し、立体形状等を高精度に
制御できる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、上記に記した酸化層
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。
制御できる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、上記に記した酸化層
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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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、基板上に形成した少な
くともAlを含む半導体材料においては、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頂面をエッチ
ング防止用マスクで覆った状態で該柱状の半導体領域の
一部を該柱状の側壁面からウエットエッチングして、該
半導体領域を、集光作用等の光線処理作用を可能とする
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、ウエットエッチング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、基板上に形成した少な
くともAlを含む半導体材料においては、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頂面をエッチ
ング防止用マスクで覆った状態で該柱状の半導体領域の
一部を該柱状の側壁面からウエットエッチングして、該
半導体領域を、集光作用等の光線処理作用を可能とする
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、ウエットエッチング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。
【００２７】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、そのレンズ表面に誘電体
膜を形成してもよいし、前記立体形状等をしたAlを含む
半導体を一部あるいは全部を酸化する工程を実行しても
よい。この製造方法によれば、材料の自然酸化などによ
るレンズ特性の経時変化の恐れがなくなる。
は、上述した製造工程の後に、そのレンズ表面に誘電体
膜を形成してもよいし、前記立体形状等をしたAlを含む
半導体を一部あるいは全部を酸化する工程を実行しても
よい。この製造方法によれば、材料の自然酸化などによ
るレンズ特性の経時変化の恐れがなくなる。
【００２８】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。
【００２９】
【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。
【００３０】（第1の実施例）図1(a)、(b)及び図2に、
本発明の第1の実施例である集光作用を持った凸形状マ
イクロレンズの断面図とその製造方法を示す。図1(a)に
示すように、GaAs基板201上に、有機金属気相成長（MOC
VD）法を用いて、膜厚方向に図6に示したようにAl組成
をx=0.8からx=1に放物線状に徐々に増加させたAlxGa1-x
Asからなるマイクロレンズ形成層202を1μm形成し、上
面からのエッチングを防ぐためのGaAs層203を0.1μm続
いて形成する。ここでは、マイクロレンズ形成層202のA
l組成分布を、図6に示したように、最下面でAl0.8Ga0.2
Asとし、最表面でAlAsとした。
本発明の第1の実施例である集光作用を持った凸形状マ
イクロレンズの断面図とその製造方法を示す。図1(a)に
示すように、GaAs基板201上に、有機金属気相成長（MOC
VD）法を用いて、膜厚方向に図6に示したようにAl組成
をx=0.8からx=1に放物線状に徐々に増加させたAlxGa1-x
Asからなるマイクロレンズ形成層202を1μm形成し、上
面からのエッチングを防ぐためのGaAs層203を0.1μm続
いて形成する。ここでは、マイクロレンズ形成層202のA
l組成分布を、図6に示したように、最下面でAl0.8Ga0.2
Asとし、最表面でAlAsとした。
【００３１】次に、その上にフォトレジストから成る直
径15μmの円形をしたエッチングマスク（不図示）を形
成し、側面にマイクロレンズ形成層202が全て露出する
まで、Cl2を用いた反応性イオンビームエッチングによ
りエッチングして円柱状構造を形成する。そして、その
後、エッチングマスクであるフォトレジストを除去する
（図1（b））。
径15μmの円形をしたエッチングマスク（不図示）を形
成し、側面にマイクロレンズ形成層202が全て露出する
まで、Cl2を用いた反応性イオンビームエッチングによ
りエッチングして円柱状構造を形成する。そして、その
後、エッチングマスクであるフォトレジストを除去する
（図1（b））。
【００３２】次に、温度を25℃と一定に保ったBHF溶液
（HF：HN4F＝1：5）中で、5分間攪拌しながら、基板に
対して水平方向からAlxGa1-xAsから成るマイクロレンズ
形成層202をウエットエッチングする。この時、GaAs基
板201及び上部のGaAs層203はBHF中では殆どエッチング
されないため、円柱状構造の上面からのエッチング及び
基板201のエッチングは防止され、側面からのエッチン
グしか起こらない。その結果、エッチング速度が速いAl
xGa1-xAsから成るマイクロレンズ形成層202の上部GaAs
層203近傍のAl組成が高濃度の領域の全て、及び、エッ
チング速度が遅いマイクロレンズ形成層202のAl濃度の
低い領域（GaAs基板201近傍）の周辺領域のみがエッチ
ングされる。こうして、ウエットエッチング後には、図
2のように、集光作用を持った凸曲面状をしたAlxGa1-xA
s層から成るマイクロレンズ204が形成される。
（HF：HN4F＝1：5）中で、5分間攪拌しながら、基板に
対して水平方向からAlxGa1-xAsから成るマイクロレンズ
形成層202をウエットエッチングする。この時、GaAs基
板201及び上部のGaAs層203はBHF中では殆どエッチング
されないため、円柱状構造の上面からのエッチング及び
基板201のエッチングは防止され、側面からのエッチン
グしか起こらない。その結果、エッチング速度が速いAl
xGa1-xAsから成るマイクロレンズ形成層202の上部GaAs
層203近傍のAl組成が高濃度の領域の全て、及び、エッ
チング速度が遅いマイクロレンズ形成層202のAl濃度の
低い領域（GaAs基板201近傍）の周辺領域のみがエッチ
ングされる。こうして、ウエットエッチング後には、図
2のように、集光作用を持った凸曲面状をしたAlxGa1-xA
s層から成るマイクロレンズ204が形成される。
【００３３】本実施例では、マイクロレンズ形成層202
であるAlxGa1-xAs層の最上面のAlAs層が全てエッチング
されるまで、エッチングが行われるため、最終的には、
最上面のGaAs層203は残らない。
であるAlxGa1-xAs層の最上面のAlAs層が全てエッチング
されるまで、エッチングが行われるため、最終的には、
最上面のGaAs層203は残らない。
【００３４】この様に作製した凸形状をしたマイクロレ
ンズ204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。
ンズ204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。
【００３５】上述した様に円柱状構造をしたマイクロレ
ンズ形成層202を側面からエッチングすることで凸形状
を有したAlを含むAlxGa1-xAs半導体層204が形成される
のは、前述した様に、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エッチングされるためである。
よって、AlxGa1-xAsのAlの組成分布は、ここで示した様
に、x=0.8からx=1への変化に限ったものではなく、形成
するマイクロレンズの形状に依存する。例えば、緩やか
な曲率を持った凸形状にする場合は、Alを含む半導体層
のAl組成の変化率を少なくすればよい。また、本実施例
よりもレンズの曲率を高める場合は、AlxGa1-xAsのAlの
組成分布をx=0.7からx=1.0などにしてもよい。
ンズ形成層202を側面からエッチングすることで凸形状
を有したAlを含むAlxGa1-xAs半導体層204が形成される
のは、前述した様に、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エッチングされるためである。
よって、AlxGa1-xAsのAlの組成分布は、ここで示した様
に、x=0.8からx=1への変化に限ったものではなく、形成
するマイクロレンズの形状に依存する。例えば、緩やか
な曲率を持った凸形状にする場合は、Alを含む半導体層
のAl組成の変化率を少なくすればよい。また、本実施例
よりもレンズの曲率を高める場合は、AlxGa1-xAsのAlの
組成分布をx=0.7からx=1.0などにしてもよい。
【００３６】また、本実施例では、放物線状にAl組成を
変化させたが、これに限ったものではなく、直線的に増
加させてもよい。しかし、この場合、レンズ形状が滑ら
かな凸形状にはならないで、円錘のような形状になる場
合がある。従って、滑らかな凸形状を形成する場合は、
放物線状にAl濃度を変化させる方が好ましい。
変化させたが、これに限ったものではなく、直線的に増
加させてもよい。しかし、この場合、レンズ形状が滑ら
かな凸形状にはならないで、円錘のような形状になる場
合がある。従って、滑らかな凸形状を形成する場合は、
放物線状にAl濃度を変化させる方が好ましい。
【００３７】さらに、ここでは、Al組成分布を徐々に連
続的に変化させたが、このことが不可能な場合は、階段
状にAl組成を変化させることも可能である。この場合、
Al濃度の分布の仕方によっては、図5のように、凸形状
の表面が階段状210になる場合があるが、この階段の差
分を出来るだけ小さくすることで、十分、集光作用を持
ったレンズとして機能させることができる。
続的に変化させたが、このことが不可能な場合は、階段
状にAl組成を変化させることも可能である。この場合、
Al濃度の分布の仕方によっては、図5のように、凸形状
の表面が階段状210になる場合があるが、この階段の差
分を出来るだけ小さくすることで、十分、集光作用を持
ったレンズとして機能させることができる。
【００３８】いずれにせよ、適当な条件を設定さえすれ
ば、AlxGa1-xAs半導体層202の凸形状曲面を例えば図2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、層202の厚さ、さ
らには、その層202のエッチング時間、エッチング溶液
の種類、エッチング温度等のエッチングパラメータを制
御して、マイクロレンズの立体形状を変化させること
で、容易に所望の形状をしたマイクロレンズを作製する
ことが可能である。
ば、AlxGa1-xAs半導体層202の凸形状曲面を例えば図2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、層202の厚さ、さ
らには、その層202のエッチング時間、エッチング溶液
の種類、エッチング温度等のエッチングパラメータを制
御して、マイクロレンズの立体形状を変化させること
で、容易に所望の形状をしたマイクロレンズを作製する
ことが可能である。
【００３９】従って、本実施例では、BHFによるエッチ
ング時間を５分とし、また、BHFのHFとNH4Fの比を１対
５としたが、これに限ったものではなく、形成するマイ
クロレンズの形状に応じてこれらを調整すればよい。
ング時間を５分とし、また、BHFのHFとNH4Fの比を１対
５としたが、これに限ったものではなく、形成するマイ
クロレンズの形状に応じてこれらを調整すればよい。
【００４０】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、基板
としては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、基板
としては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。
【００４１】さらに、製造工程中に上面からマイクロレ
ンズ形成層202のエッチングが進行しない様にする為の
マスク層203としては、GaAs層に限ったものではなく、
エッチングしにくい材料であればよい。例えば、Al0.1G
a0.9Asでもよい。
ンズ形成層202のエッチングが進行しない様にする為の
マスク層203としては、GaAs層に限ったものではなく、
エッチングしにくい材料であればよい。例えば、Al0.1G
a0.9Asでもよい。
【００４２】また、実施例では、上側に凸形状をしたマ
イクロレンズの例を示したが、集光作用以外の光学作用
を持たせる為に、Alの濃度分布をAlを含む半導体のAl組
成を基板側で大きくし、基板上方で少なくなる様にして
も良い。
イクロレンズの例を示したが、集光作用以外の光学作用
を持たせる為に、Alの濃度分布をAlを含む半導体のAl組
成を基板側で大きくし、基板上方で少なくなる様にして
も良い。
【００４３】（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。
【００４４】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204を形成しているAlを含むA
lxGa1-xAs半導体層の周辺部を透明な誘電体膜205で覆っ
た構造となっている。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2参照）を形成した後に、
その上に誘電体膜205を形成すればよい。本実施例で
は、プラズマCVD法により、約0.2μm厚のSiNx膜205を表
面に形成した。
例においてマイクロレンズ204を形成しているAlを含むA
lxGa1-xAs半導体層の周辺部を透明な誘電体膜205で覆っ
た構造となっている。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2参照）を形成した後に、
その上に誘電体膜205を形成すればよい。本実施例で
は、プラズマCVD法により、約0.2μm厚のSiNx膜205を表
面に形成した。
【００４５】この様な構成にすることで、AlGaAsで構成
された凸形状をしたマイクロレンズ204は、自然酸化な
どによりレンズとしての特性が変化する恐れがなくな
る。
された凸形状をしたマイクロレンズ204は、自然酸化な
どによりレンズとしての特性が変化する恐れがなくな
る。
【００４６】（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。
【００４７】本実施例に係るマイクロレンズでは、第1
の実施例におけるマイクロレンズ204を形成しているAl
を含む半導体層全部を酸化し、酸化領域のみでマイクロ
レンズ206を構成している。作製方法は、第1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
こでは、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。
の実施例におけるマイクロレンズ204を形成しているAl
を含む半導体層全部を酸化し、酸化領域のみでマイクロ
レンズ206を構成している。作製方法は、第1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
こでは、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。
【００４８】本実施例の作製方法では、図2に示した第1
の実施例で作製したマイクロレンズ204及びGaAs基板201
を水蒸気雰囲気中で450℃で30分加熱する。この結果、G
aAs層で構成された基板201のみを残して、AlxGa1-xAs層
からなるAlを含んだ半導体層で構成されたマイクロレン
ズ204の全てが酸化され、AlxGa1-xAs酸化領域で構成さ
れたマイクロレンズ206が形成される（図4）。
の実施例で作製したマイクロレンズ204及びGaAs基板201
を水蒸気雰囲気中で450℃で30分加熱する。この結果、G
aAs層で構成された基板201のみを残して、AlxGa1-xAs層
からなるAlを含んだ半導体層で構成されたマイクロレン
ズ204の全てが酸化され、AlxGa1-xAs酸化領域で構成さ
れたマイクロレンズ206が形成される（図4）。
【００４９】この様に構成された凸形状をしたマイクロ
レンズでは、絶縁体であるAlOzによりレンズが実質的に
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（3〜3.5程度）よりも
小さいので、第1及び第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。
レンズでは、絶縁体であるAlOzによりレンズが実質的に
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（3〜3.5程度）よりも
小さいので、第1及び第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。
【００５０】また、ここでは、AlxGa1-xAs層から成るAl
を含んだ半導体層で構成されたマイクロレンズを全て酸
化したが、全て酸化する必要はなく、自然酸化しやすい
層の表面のみを酸化してもよい。これによっても、自然
酸化などによりレンズとしての特性が変化する恐れを低
減できる。
を含んだ半導体層で構成されたマイクロレンズを全て酸
化したが、全て酸化する必要はなく、自然酸化しやすい
層の表面のみを酸化してもよい。これによっても、自然
酸化などによりレンズとしての特性が変化する恐れを低
減できる。
【００５１】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。
【００５２】（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７(a)、(b)、図8(a)、(b)、図9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７(a)、(b)、図8(a)、(b)、図9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。
【００５３】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、バッファ
層としてn型GaAs（不図示）を5000Å成長した後に、n型
のAl0 .9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As40ペアから成る多層膜の
分布ブラック反射鏡（DBR）層401と、ノンドープのAl
0.3Ga0.7As /Al0.11Ga0.89Asの３量子井戸から成る活性
層を含みスペーサー層としてAl0.6Ga0.4Asを有する１波
長共振器層402と、p型のAl 0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As30
ペアから成る多層膜のp側DBRミラー層403（ここには示
されていないが、電流狭窄のための300Å厚のAlAs層が
含まれている）と、200Å厚のp-GaAsコンタクト層404を
形成する。さらに、AlxGa1-xAs層のAl組成を下部でx=0.
8とし上部でx=1として放物線状に徐々に変化させたマイ
クロレンズ形成層405を1μm、マイクロレンズ形成層保
護層であるGaAs層406を1000Å、有機金属気相成長法に
より結晶成長する。
作製される。先ず、n-GaAs結晶基板400上に、バッファ
層としてn型GaAs（不図示）を5000Å成長した後に、n型
のAl0 .9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As40ペアから成る多層膜の
分布ブラック反射鏡（DBR）層401と、ノンドープのAl
0.3Ga0.7As /Al0.11Ga0.89Asの３量子井戸から成る活性
層を含みスペーサー層としてAl0.6Ga0.4Asを有する１波
長共振器層402と、p型のAl 0.9Ga0.1As/Al0.3Ga0.7As30
ペアから成る多層膜のp側DBRミラー層403（ここには示
されていないが、電流狭窄のための300Å厚のAlAs層が
含まれている）と、200Å厚のp-GaAsコンタクト層404を
形成する。さらに、AlxGa1-xAs層のAl組成を下部でx=0.
8とし上部でx=1として放物線状に徐々に変化させたマイ
クロレンズ形成層405を1μm、マイクロレンズ形成層保
護層であるGaAs層406を1000Å、有機金属気相成長法に
より結晶成長する。
【００５４】その後、フォトレジストにより、凸型マイ
クロレンズを形成するための円柱を形成するための円形
状のマスク（不図示）を形成する。ここでは、円形マス
クパターンの直径を10μmとした。次に、マイクロレン
ズ形成層保護層406及びマイクロレンズ形成層405を露出
するために、Cl2を用いた反応性イオンビームエッチン
グによりp-GaAsコンタクト層404の直上までドライエッ
チングし、円柱形状を形成する。その後、フォトレジス
トを除去する（図7(b)）。
クロレンズを形成するための円柱を形成するための円形
状のマスク（不図示）を形成する。ここでは、円形マス
クパターンの直径を10μmとした。次に、マイクロレン
ズ形成層保護層406及びマイクロレンズ形成層405を露出
するために、Cl2を用いた反応性イオンビームエッチン
グによりp-GaAsコンタクト層404の直上までドライエッ
チングし、円柱形状を形成する。その後、フォトレジス
トを除去する（図7(b)）。
【００５５】次に、BHF溶液を用いてAlxGa1-xAs層（x=
0.8〜1）からなるマイクロレンズ形成層405の一部を側
面から選択的にウエットエッチングして、マイクロレン
ズ形成層407を凸形状にする（図8(a)）。この工程は第
１の実施例で説明した工程に準じる。この時、p側DBRミ
ラー層403は、BHFによりエッチングが起こらないGaAs層
404で保護されているため、BHFウエットエッチングによ
る該DBRミラーのエッチングは起こらない。この工程に
より、高さ0.9μm、幅7μmの凸型をしたマイクロレンズ
407が面発光レーザ素子の光出射面に形成される。
0.8〜1）からなるマイクロレンズ形成層405の一部を側
面から選択的にウエットエッチングして、マイクロレン
ズ形成層407を凸形状にする（図8(a)）。この工程は第
１の実施例で説明した工程に準じる。この時、p側DBRミ
ラー層403は、BHFによりエッチングが起こらないGaAs層
404で保護されているため、BHFウエットエッチングによ
る該DBRミラーのエッチングは起こらない。この工程に
より、高さ0.9μm、幅7μmの凸型をしたマイクロレンズ
407が面発光レーザ素子の光出射面に形成される。
【００５６】次に、面発光レーザのエアポストを形成す
るために、プラズマCVD法により形成したSiNx膜（不図
示）とフォトレジスト（不図示）により、円形状のエッ
チングマスク（直径30μm）を形成し、Cl2を用いた反応
性イオンビームエッチングによりn側DBR層401の一部が
露出するまでドライエッチングし、円柱形状を形成す
る。その後、上記フォトレジストを除去した後、水蒸気
中で380℃に加熱し、5分間水蒸気酸化を行う。これによ
り、p側DBR層403に含まれているAlAsが酸化され、図8
(b)に示されている様なAlOyからなる絶縁層408がp側DBR
層403内に形成される。こうして、注入電流を狭い活性
層内に閉じ込めることができ、閾値電流値を低減でき
る。
るために、プラズマCVD法により形成したSiNx膜（不図
示）とフォトレジスト（不図示）により、円形状のエッ
チングマスク（直径30μm）を形成し、Cl2を用いた反応
性イオンビームエッチングによりn側DBR層401の一部が
露出するまでドライエッチングし、円柱形状を形成す
る。その後、上記フォトレジストを除去した後、水蒸気
中で380℃に加熱し、5分間水蒸気酸化を行う。これによ
り、p側DBR層403に含まれているAlAsが酸化され、図8
(b)に示されている様なAlOyからなる絶縁層408がp側DBR
層403内に形成される。こうして、注入電流を狭い活性
層内に閉じ込めることができ、閾値電流値を低減でき
る。
【００５７】次に、隣接素子間の分離のために、SiNx膜
からなる絶縁膜409をプラズマCVD法により全面に形成
し、その後、電極コンタクトのためのSiNx膜409の窓開
けをする。この時、凸型マイクロレンズ407上のSiNx層4
09は、除去せず残しておいた。これは、AlxGa1-xAs層40
7の自然酸化によるレンズ特性の変化を防ぐためであ
る。
からなる絶縁膜409をプラズマCVD法により全面に形成
し、その後、電極コンタクトのためのSiNx膜409の窓開
けをする。この時、凸型マイクロレンズ407上のSiNx層4
09は、除去せず残しておいた。これは、AlxGa1-xAs層40
7の自然酸化によるレンズ特性の変化を防ぐためであ
る。
【００５８】さらに、ポリイミド410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9）。p側電極4
12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。
側電極412及びn側電極413を成膜する（図9）。p側電極4
12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。
【００５９】この様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。
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。
【００６０】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や面型フォトダイオー
ドを用いた場合でも、ほぼ同様な工程（DBR層がない）
でマイクロレンズと一体化した面発光型LEDやフォトダ
イオードを作製することができる。
レーザを用いたが、面発光型LEDや面型フォトダイオー
ドを用いた場合でも、ほぼ同様な工程（DBR層がない）
でマイクロレンズと一体化した面発光型LEDやフォトダ
イオードを作製することができる。
【００６１】また、本実施例では、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1.55μ
m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。
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1.55μ
m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。
【００６２】また、本実施例では、マイクロレンズの自
然酸化防止層として、SiNx膜を示したが、SiO2など他の
レーザ光に透明な誘電体膜も用いられる。
然酸化防止層として、SiNx膜を示したが、SiO2など他の
レーザ光に透明な誘電体膜も用いられる。
【００６３】また、本実施例では、電流狭窄の方法とし
て酸化層を用いたが、これに限ったものではなく、水素
をイオン注入したことで形成される高抵抗層を用いても
よい。
て酸化層を用いたが、これに限ったものではなく、水素
をイオン注入したことで形成される高抵抗層を用いても
よい。
【００６４】（第5の実施例）図11に、第1の実施例の方
法で作製した凸型マイクロレンズを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501上に、第1の実
施例で説明した凸型マイクロレンズ502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（図1参照）を形成して
第1の実施例で説明した工程を実施すればよい。また、
第2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、これらを一度に大量に
作製することも可能である。
法で作製した凸型マイクロレンズを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501上に、第1の実
施例で説明した凸型マイクロレンズ502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（図1参照）を形成して
第1の実施例で説明した工程を実施すればよい。また、
第2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、これらを一度に大量に
作製することも可能である。
【００６５】
【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ウエットエッチングという簡単な
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ウエットエッチングという簡単な
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】（a）、(b)は本発明の第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。
ンズの製造工程の一部を示す断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例のマイクロレンズを示す断
面図である。
面図である。
【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1の実施例の変形例である階段状マイ
クロレンズの断面図である。
クロレンズの断面図である。
【図6】本発明の第1の実施例のマイクロレンズ形成層の
Al組成分布を示す図である。
Al組成分布を示す図である。
【図7】（a）、(b)は本発明の第4の実施例のマイクロレ
ンズと一体化した面発光レーザの製造工程の一部を示す
断面図である。
ンズと一体化した面発光レーザの製造工程の一部を示す
断面図である。
【図8】（a）、(b)は本発明の第4の実施例のマイクロレ
ンズと一体化した面発光レーザの製造工程の一部を示す
断面図である。
ンズと一体化した面発光レーザの製造工程の一部を示す
断面図である。
【図9】本発明の第4の実施例のマイクロレンズと一体化
した面発光レーザを示す断面図である。
した面発光レーザを示す断面図である。
【図10】(a)はAlxGa1-xAsのエッチング速度の検討に使
用した試料の断面図であり、(b)はAl濃度に依存したAlx
Ga1-xAsのウエットエッチング速度を示した図である。
用した試料の断面図であり、(b)はAl濃度に依存したAlx
Ga1-xAsのウエットエッチング速度を示した図である。
【図11】本発明の第5の実施例のレンズアレイの斜視図
である。
である。
【図12】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13】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
201,400,501：結晶基板
202,405：Alを含む半導体層（マイクロレンズ形成層）
203,406：マイクロレンズ形成層保護層（GaAs層）
204,407,502：マイクロレンズ
205：誘電体膜
206：酸化したマイクロレンズ
210：階段状マイクロレンズ
401：n側DBR層
402：共振器層
403：p側DBR層
404：p型GaAsコンタクト層
408：絶縁層（AiOz）
409：SiNx（絶縁層）
410：ポリイミド
412：p側電極
413：n側電極
Claims (22)
- 【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ウエットエッチングされて成る半
導体領域が立体形状を有してい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
の側壁面からウエットエッチングされて成る半導体領域
が立体形状を有していることを特徴とするレンズ。 - 【請求項３】前記立体形状を有している半導体領域の表
面が誘電体膜で覆われていることを特徴とする請求項１
または２記載のレンズ。 - 【請求項４】前記立体形状を有している半導体領域の一
部あるいは全てが酸化されていることを特徴とする請求
項１乃至３の何れかに記載のレンズ。 - 【請求項５】前記酸化領域の主な組成がAlOzであること
を特徴とする請求項４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こ
とを特徴とする請求項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或いは減少
し、前記半導体領域の形状が、集光作用を有する凸形状
になっていることを特徴とする請求項６記載のレンズ。 - 【請求項８】前記半導体材料の組成が、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種類から構成されていることを特徴とする
請求項１乃至７の何れかに記載のレンズ。 - 【請求項９】マイクロレンズであることを特徴とする請
求項１乃至８の何れかに記載のレンズ。 - 【請求項１０】請求項1乃至９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１１】請求項９に記載のマイクロレンズと光出
入射面側で一体化したことを特徴とする面型光素子。 - 【請求項１２】前記マイクロレンズが素子の電極コンタ
クト層上に形成されていることを特徴とする請求項１１
記載の面型光素子。 - 【請求項１３】前記面型光素子が１次元あるいは２次元
的に配列されたことを特徴とする請求項１１または１２
記載の面型光素子。 - 【請求項１４】前記面型光素子が、面発光型LED、面発
光型レーザあるいは面型フォトダイオードであることを
特徴とする請求項１１乃至１３の何れかに記載の面型光
素子。 - 【請求項１５】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
た半導体を、該基板に垂直な方向に、積層し、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
頂面をエッチング防止用マスクで覆った状態で該柱状の
半導体領域の一部を該柱状の側壁面からウエットエッチ
ングして、該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１６】前記半導体領域の表面に誘電体膜を形成
することを特徴とする請求項１５に記載のレンズの製造
方法。 - 【請求項１７】前記半導体領域の一部あるいは全部を酸
化させることを特徴とする請求項１５または１６記載の
レンズの製造方法。 - 【請求項１８】前記基板を除去することを特徴とする請
求項１５乃至１７の何れかに記載のレンズの製造方法。 - 【請求項１９】前記Al濃度をほぼ連続的に変化させるこ
とを特徴とする請求項１５乃至１８の何れかに記載のレ
ンズの製造方法。 - 【請求項２０】前記Al濃度をほぼ連続的に増加或いは減
少させることを特徴とする請求項１９記載のレンズの製
造方法。 - 【請求項２１】前記半導体材料の組成を、AlxGa1-xAs、
AlxIn1-xAs、AlxGa1-xP、AlxIn1-xP、(AlxGa1-x)yIn1-y
P、及び(AlxGa1-x)yIn1-yAs（0≦x≦1、0≦y≦1）の少
なくとも１種類から構成することを特徴とする請求項１
５乃至２０の何れかに記載のレンズの製造方法。 - 【請求項２２】レンズ直径が数ミクロン乃至数百ミクロ
ンのマイクロレンズを製造することを特徴とする請求項
１５乃至２１の何れかに記載のレンズの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317530A JP2003121611A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 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、レンズの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317530A JP2003121611A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 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、レンズの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003121611A true JP2003121611A (ja) | 2003-04-23 |
Family
ID=19135383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001317530A Pending JP2003121611A (ja) | 2001-10-16 | 2001-10-16 | 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、レンズの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003121611A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005150505A (ja) * | 2003-11-18 | 2005-06-09 | Seiko Epson Corp | 面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器 |
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| US11381060B2 (en) | 2017-04-04 | 2022-07-05 | Apple Inc. | VCSELs with improved optical and electrical confinement |
| US11418010B2 (en) | 2019-04-01 | 2022-08-16 | Apple Inc. | VCSEL array with tight pitch and high efficiency |
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-
2001
- 2001-10-16 JP JP2001317530A patent/JP2003121611A/ja active Pending
Cited By (16)
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