JP2005150505A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザ放射角を小さくすることができ、簡便に製造することができる面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器を提供する。
【解決手段】 面発光レーザの共振器における光出射面の一部に、レンズ形状の半導体層からなるレンズ形状部が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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に関するものである。

半導体レーザには、半導体基板の端面からレーザ光を放射する端面レーザと、半導体基板の表面からレーザ光を放射する面発光レーザとがある。面発光レーザは、端面レーザに比べて、レーザ放射角が等方向でかつ小さいという特徴をもっている。ところで、例えば、面発光レーザを光通信の光源として用いる場合、大きな光出力が必要となる。面発光レーザの出力を増大させるためには、レーザ出射口径を大きくすることが有効である。しかし、レーザ出射口径を大きくするとレーザ放射角が大きくなってしまう。レーザ放射角が大きくなると、例えば面発光レーザと光ファイバーとをレンズなどを介さずに直接に光結合したとき、光結合効率を低下させ、それらの取り付け余裕を減少させてしまう。

従来、面発光レーザのレーザ放射角を小さくする構成手法としては、面発光レーザの共振器がなす柱形状部の上面を凸レンズ形状に形成したもの（レンズ層又はコンタクト層）がある。面発光レーザの放射光は前記レンズ層又はコンタクト層により収束され、レーザ放射角が小さくなる（例えば、特許文献１の図１，図７，図８参照）。
特開２０００−７６６８２号公報

ところで、上記特許文献１の図１，図７，図８に記載されている面発光レーザでは、レンズ形状となっているレンズ層又はコンタクト層の外径が共振器のなす柱形状部の外径と一致している。実際の面発光レーザでは、共振器がなす柱形状部の外径を２０μｍ以上にすることが多い。このように、柱形状部の外径を２０μｍ以上としながら、レーザ放射角を小さくするのに十分なレンズ曲率を得ようとすると、レンズ形状とするレンズ層又はコンタクト層が厚くなりすぎ、それらの製造が困難となる。

一方、上記特許文献１の図１０に記載されている面発光レーザでは、共振器がなす柱形状部を全体的にレンズ形状にしているので、そのレンズ形状の曲率を小さくしやすく、レーザ放射角を小さくしやすい。しかしながら、この従来の面発光レーザは、共振器がなす柱形状部の全体が曲面となっており、上部電極（面発光レーザのアノード又はカソード電極）とコンタクト層との接触面積を十分にとることができない。そこで、この従来の面発光レーザでは、素子抵抗（アノード電極とカソード電極間の抵抗）が高くなってしまうという問題点がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、レーザ放射角を小さくすることができ、簡便に製造することができる面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器を提供することを目的とする。
また、本発明は、レーザ放射角を小さくすることができ、簡便に製造することができ、素子抵抗を低く抑えることができる面発光レーザ、面発光レーザの製造方法、デバイス及び電子機器を提供することを目的とする。
また、本発明は、面発光レーザの共振器がなす柱形状部の中心軸と、レーザ放射角を小さくするレンズ部の光軸とを自動的に一致させる面発光レーザの製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の面発光レーザは、面発光レーザの共振器における光出射面の一部に、レンズ形状の半導体層からなるレンズ形状部が設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、共振器の光出射面（すなわち共振器がなす柱部の上面）の一部にレンズ形状部が設けられている。そこで、そのレンズ形状部を小さい曲率の凸レンズにすることができ、そのレンズ形状部によって面発光レーザのレーザ放射角を十分に小さくすることができる。さらに、そのレンズ形状部により、レーザ放射角を十分に小さくでき、かつ、そのレンズ形状部の厚さを薄くすることができるので、容易に製造できる高性能な面発光レーザを提供することができる。

また、本発明の面発光レーザは、前記共振器が、半導体基板上に凸形状に形成された柱部を有し、前記出射面は、前記柱部の上面であり、前記光出射面における前記レンズ形状部の周囲には、コンタクト層が露出していることが好ましい。
本発明によれば、共振器の光出射面におけるレンズ形状部以外の領域にコンタクト層を露出させる構成とすることができるので、そのコンタクト層と接合させる電極の接触面積を大きくすることができる。すなわち、従来の面発光レーザのようにコンタクト層が曲面上に形成されるのではなく、コンタクト層が柱部上の平面に形成されているので、そのコンタクト層と電極（例えば上部電極）との接触面積を大きくすることができる。したがって、本発明によれば、面発光レーザの素子抵抗を小さくすることができ、簡便に高性能な面発光レーザを提供することができる。

また、本発明の面発光レーザは、前記レンズ形状部がコンタクト層の上面に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）ミラーをなす半導体層上に、コンタクト層をレンズ形状部に阻害されることなく配置することができる。また、上記レンズ形状部を簡便に構成できる。したがって、レンズ形状部を薄く構成しながらレーザ放射角を十分に小さくできる高性能な面発光レーザを簡便に提供することができる。

また、本発明の面発光レーザは、前記コンタクト層の上面における前記レンズ形状部が配置されていない領域において、該コンタクト層にオーミック接触しているとともに、リング形状を有する上部電極が設けられていることが好ましい。
本発明によれば、コンタクト層と上部電極とのオーミック接触している領域がコンタクト層の上面、すなわち共振器がなす柱部上の平面に配置されるので、そのコンタクト層と上部電極との接触面積を大きくすることができる。したがって、本発明によれば、面発光レーザの素子抵抗を簡便に小さくすることができ、簡便に高性能な面発光レーザを提供することができる。

また、本発明の面発光レーザは、前記レンズ形状部が、前記面発光レーザのレーザ光のエネルギーに相当するバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体層から構成され、前記コンタクト層は、前記レンズ形状部を構成する半導体層のバンドギャップより小さいバンドギャップの半導体層から構成されていることが好ましい。
本発明によれば、コンタクト層のバンドギャップがレンズ形状部よりも小さいことにより、例えば、上部電極とコンタクト層との良好なオーミック接触を達成させることができる。また、レンズ形状部のバンドギャップを上記のように大きくすることにより、レンズ形状部でのレーザ光の吸収損失を最小限に抑えることができる。これらにより、本発明によれば、オーミック接触の向上と光吸収損失の防止との両立を図ることができる。

また、本発明の面発光レーザは、前記レンズ形状部が、屈折率の異なる複数の層からなることが好ましい。そして、前記複数の層は、屈折率が多段的に変化していることとしてもよい。本発明によれば、例えば複数の層の屈折率が多段的に変化していると、レンズ形状部が球面状である場合において、効果的に球面収差の補正をすることができる。

また、本発明の面発光レーザは、前記レンズ形状部が１つの層からなることが好ましい。本発明によれば、レンズ形状部を形成するために半導体層を積層させる必要がなく、工程数を低減させることができる。

また、本発明の面発光レーザは、微小なタイル形状に形成されていることが好ましい。本発明によれば、例えば、半導体基板に上記面発光レーザをなす機能部を形成し、その機能部を半導体基板から切り取って微小なタイル状素子を形成するいわゆるエピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）法を用いて、微小なタイル形状の上記面発光レーザを構成することができる。そこで、本発明によれば、任意の基板（最終基板）の任意位置に貼り付けることができる微小なタイル形状の面発光レーザであって、レーザ放射角を十分に小さくでき、素子抵抗を低くすることができ、さらに、簡便に製造できる面発光レーザを提供することができる。

また、本発明の面発光レーザは、前記面発光レーザの共振器の少なくとも一部をなす柱部の周囲に、絶縁膜が配置されていることが好ましい。
本発明によれば、共振器の出射面に配置したコンタクト層と接合する電極（例えば上部電極）が共振器の他の半導体などと短絡することを絶縁膜で回避することができる。また共振器がなす柱部の上面及び側面がなす段差を絶縁膜で無くすことができるので、コンタクト層と接合する電極を段差のない滑らかな平面又は曲面上に形成することができ、かかる電極を良好にかつ簡便に構成することができる。また、絶縁膜としては、例えばポリイミドで構成することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明のデバイスは、前記面発光レーザを備えたことを特徴とする。本発明によれば、レーザ放射角を十分に小さくすることができ、素子抵抗を十分に低くすることができ、さらに容易に製造することができる面発光レーザを備えたデバイスを提供することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の面発光レーザの製造方法は、半導体基板に下部ＤＢＲ層を形成し、前記下部ＤＢＲ層の上に活性層を形成し、前記活性層の上に上部ＤＢＲ層を形成し、前記上部ＤＢＲ層の上にコンタクト層を形成し、前記コンタクト層の上にレンズ層を形成し、前記レンズ層の上にレンズ形状のレジストマスクを形成し、エッチングにより、前記レンズ層、コンタクト層及び上部ＤＢＲ層を少なくとも除去して、柱部を形成し、エッチングにより、前記レジストマスクの外径が前記柱部の上面の外径よりも小さくなるように、該レジストマスクを等方的に小さくし、該小さくしたレジストマスクを用いてエッチングをすることにより、前記レンズ層を前記コンタクト層の一部上にレンズ形状に形成することを特徴とする。
本発明によれば、レンズ形状のレジストマスクを用いて等方向的にエッチングして共振器をなす柱部及びレンズ形状のレンズ層を形成するので、その柱部の軸とレンズ層のレンズ形状の軸とをセルフアラインに一致させることができる。したがって、柱部がなす共振器のレーザ光軸とそのレーザ放射角を小さくするレンズ形状の軸とをセルフアラインに一致させることができ、高性能な面発光レーザを容易に製造することができる。また、柱部の一部にレンズ形状のレンズ層を形成できるので、そのレンズ形状を小さい曲率の凸レンズにすることができ、そのレンズ形状によって面発光レーザのレーザ放射角を十分に小さくすることができる。さらに、そのレンズ形状の厚さを薄くすることができるので、高性能な面発光レーザを容易に製造することができる。

また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記柱部を形成するときのエッチングにおいて、前記レジストマスクはほとんどエッチングしないように、高選択比でドライエッチングすることが好ましい。
本発明によれば、発振器の一部又は全部をなす柱部を形成するときのエッチングにおいて、レンズ形状のレジストマスクをほとんどそのままに残すことができる。したがって、かかるエッチングにおいてレジストマスクの底面部位のレンズ層、コンタクト層及び上部ＤＢＲ層はエッチングされずに残り、発振器の一部又は全部をなす柱部を形成することができる。

また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記レジストマスクを等方的に小さくするときのエッチングにおいて、酸素プラズマ又はオゾンを用いることが好ましい。
本発明によれば、酸素プラズマ又はオゾンにより、レジストマスクを等方的に小さくすなわち縮小することができる。そこで、発振器の一部又は全部をなす柱部の上面に、その上面の外径よりも小さい外径のレジストマスクを形成することができる。また、上記エッチングにより、柱部の中心軸とレンズ形状のレジストマスクの中心軸とをセルフアラインに一致させることができ、高性能な面発光レーザを容易に製造することができる。

また、本発明の面発光レーザの製造方法は、前記レンズ層をレンズ形状にするエッチングにおいて、前記レジストマスクも該レンズ層と共にエッチングするように、低選択比でドライエッチングすることが好ましい。
本発明によれば、上記エッチングにより、レジストマスクのレンズ形状をレンズ層に転写させることができる。すなわち、レジストマスクのレンズ形状が共振器をなす柱部の上面に浮き彫りにされる。したがって、柱部上面の一部にレンズ形状を設けて、そのレンズ形状を薄くしてレーザ放射角を十分に小さくでき、さらに、柱部の軸であるレーザ光軸とレンズ形状の軸とをセルフアラインに一致させることができ、高性能な面発光レーザを容易に製造することができる。

また、本発明の電子機器は、前記面発光レーザ又は前記デバイスを備えることを特徴とする。本発明によれば、レーザ放射角を小さくすることができ、素子抵抗を低くすることができ、さらに、容易に製造できる面発光レーザを備えた電子機器を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る面発光レーザについて、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る面発光レーザの一例を示す模式断面図である。図１に示す面発光レーザ１は、下部ＤＢＲ１１と、活性層１２と、上部ＤＢＲ１３と、コンタクト層１４と、レンズ形状部１５と、上部電極１６と、絶縁膜１７とを有して構成されている。

下部ＤＢＲ１１は、例えばｎ型ＧａＡｓ基板（図示せず）上に設けられている。そして下部ＤＢＲ１１は、例えば「Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ」と「Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ」とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）を構成している。活性層１２は、下部ＤＢＲ１１の上に設けられている。そして、活性層１２は、例えば厚さ３ｎｍのＧａＡｓのウエル層と厚さ３ｎｍのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓのバリア層からなり、そのウエル層が３層で構成されている量子井戸活性層を構成している。上部ＤＢＲ１３は、活性層１２の上に設けられている。そして、上部ＤＢＲ１３は、例えば「Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓ」と「Ａｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓ」とを交互に積層した３０ペアの分布反射型多層膜ミラー（ＤＢＲミラー）を構成している。

下部ＤＢＲ１１は、Siがドーピングされることによりｎ型半導体にされている。上部ＤＢＲ１３は、Cがドーピングされることによりｐ型半導体にされている。活性層１２には、不純物がドーピングされていない。これらにより、下部ＤＢＲ１１、活性層１２及び上部ＤＢＲ１３は、ｐｉｎダイオードを構成しており、面発光レーザの共振器を構成している。この共振器における活性層１２及び上部ＤＢＲ１３は、半導体基板及び下部ＤＢＲ１１の上面に凸形状に形成された柱部５０を構成している。なお、下部ＤＢＲ１１における上面付近部位を柱部５０の一部としてもよい。この柱部５０の上面及び下面が面発光レーザ１のレーザ光の出射面となる。

コンタクト層１４は、上部ＤＢＲ１３の上に、すなわち柱部５０の上面に設けられており、柱部５０の一部を構成している。コンタクト層１４は、上部電極１６とオーミック接触可能な材質であることが必要である。例えばコンタクト層１４は、ＡｌＧａＡｓ系材料の場合、１０^１９ｃｍ^−３以上の高濃度の不純物がドーピングされたＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓからなる。

本実施形態における特徴的構成の一つであるレンズ形状部１５は、コンタクト層１４の上面に設けられている。そして、レンズ形状部１５は、コンタクト層１４の一部、すなわち柱部５０の上面（共振器の光出射面）の一部に、設けられており、半導体層からなり凸レンズ形状となっている。すなわち、レンズ形状部１５の凸レンズ形状の外径は、柱部５０の上面（コンタクト層１４の上面）の外径よりも小さくなっている。また、レンズ形状部１５の凸レンズ形状の中心軸と柱部５０の中心軸とが一致するように、レンズ形状部１５は柱部５０の上面に配置されている。したがって、柱部５０の上面である光出射面におけるレンズ形状部１５の周囲には、コンタクト層１４が露出している。

絶縁膜１７は、柱部５０の側面の大部分及び下部ＤＢＲ１１の上面を覆うように配置されている。上部電極１６は、コンタクト層１４の上面におけるレンズ形状部１５が配置されていない領域（コンタクト層１４の露出部）において、そのコンタクト層１４にオーミック接触している。そして、上部電極１６は、レンズ形状部１５の周囲を囲むようにリング形状を有するとともに、絶縁膜１７の上面を覆う部位を有している。また、本実施形態の面発光レーザ１は、下部ＤＢＲ１１にオーミック接触している下部電極（図示せず）を備えている。この下部電極は、例えば下部ＤＢＲ１１の底面全体に設ける。

このような構成の面発光レーザ１において、上記ｐｉｎダイオードに順方向電位がかかるように、上部電極１６及び下部電極に対して電圧を印加する。すると、活性層１２において、電子と正孔との再結合が起こり、再結合発光が生じる。そこで生じた光が上部ＤＢＲ１３と下部ＤＢＲ１１との間を往復するとき、誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。ここで、光利得が光損失を上まわるとレーザ発振が起こり、上部電極１６の開口部から基板に対して垂直方向にレーザ光が出射される。このレーザ光は、レンズ形状部１５を透過するときに屈折させられ、レーザ放射角を狭められる。

これらにより、本実施形態の面発光レーザ１によれば、共振器の光出射面（すなわち共振器がなす柱部５０の上面）であるコンタクト層１４の一部にレンズ形状部１５が設けられているので、そのレンズ形状部１５を小さい曲率の凸レンズにすることができる。したがって、そのレンズ形状部１５によってレーザ放射角を十分に小さくすることができ、かつ、そのレンズ形状部１５の厚さを薄くすることができる。そこで、本実施形態によれば容易に製造でき、かつ高性能な面発光レーザを提供することができる。

また、本実施形態の面発光レーザ１によれば、共振器の光出射面におけるレンズ形状部１５以外の領域にコンタクト層１４を露出させる構成とすることができるので、そのコンタクト層１４と接合させる上部電極１６の接触面積を大きくすることができる。すなわち、従来の面発光レーザのようにコンタクト層１４が曲面上に形成されるのではなく、コンタクト層１４が柱部５０上の平面に形成されているので、そのコンタクト層１４と上部電極１６との接触面積を大きくすることができる。したがって、本実施形態によれば、面発光レーザ１の素子抵抗を小さくすることができる。

上記構成の面発光レーザ１において、コンタクト層１４は、レンズ形状部１５を構成する半導体層のバンドギャップより小さいバンドギャップの半導体層から構成されていることが好ましい。このように、コンタクト層１４としてバントギャップが小さい半導体、例えば高濃度の不純物がドーピングされたＧａＡｓを用いることにより、コンタクト層１４と上部電極１６との良好なオーミック接触を達成させることができる。

また、レンズ形状部１５は、面発光レーザ１のレーザ光のエネルギーに相当するバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体層から構成されていることが好ましい。このようにすれば、レンズ形状部１５でのレーザ光の吸収損失を最小限に抑えることができる。また、本実施形態によれば、レンズ形状部１５を従来のものよりも薄くすることができるので、レンズ形状部１５でのレーザ光の吸収損失を従来よりも抑えることができる。

また、レンズ形状部１５が、屈折率の異なる複数の層からなることとしてもよい。その複数の層は、屈折率が多段的に変化していることとしてもよい。例えば、レンズ形状部１５の凸レンズ形状を２層に分け、下層が低屈折率であり上層が高屈折率であることとしてもよい。このような構成によれば、レンズ形状部１５の凸レンズ形状が球面的な凸レンズ形状であっても、単純曲面、すなわち非球面的な凸レンズ形状と同等の効果を奏することができ、効果的に球面収差の補正をすることもできる。また、レンズ形状部１５は１つの層からなることとしてもよい。このようにすると、レンズ形状部１５を形成するために半導体層を積層させる必要がなく、工程数を低減させることができる。

また、本実施形態の面発光レーザ１は、微小なタイル形状（微小タイル形状）に形成されていることとしてもよい。その微小タイル形状の面発光レーザ１は、例えば厚さが２０μｍ以下であり、縦横の大きさが数十μｍから数百μｍの板形状とする。その微小タイル形状の面発光レーザ１の製造方法について、次に説明する。先ず、半導体基板（第１基板）に犠牲層を形成し、その犠牲層の上層に図１に示す面発光レーザ１をなす機能層（電子的機能部）を積層する。次いで犠牲層をエッチングすることにより、面発光レーザ１を半導体基板から微小タイル形状に切り離す。これにより、微小タイル形状の面発光レーザ１が完成する。なお、下部電極は、上記切り離した後に形成してもよい。このようなエピタキシャルリフトオフ（ＥＬＯ）法を用いて、微小タイル形状の面発光レーザ１を簡便に製造することができる。このようにすれば、任意の基板（最終基板）の任意位置に貼り付けることができる微小タイル形状の面発光レーザであって、レーザ放射角を十分に小さくでき、素子抵抗を低くすることができ、さらに、簡便に製造できる面発光レーザを提供することができる。

＜製造方法＞
次に、上記構成の面発光レーザ１の製造方法について、図２から図８を参照して説明する。
＜第１工程＞
図２は本製造方法の第１工程を示す概略断面図である。先ず、例えばｎ型ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５ＡｓとＡｌＡｓとを交互に積層し、Ｓｅをドーピングした２５ペアの下部ＤＢＲ層２１を形成する。下部ＤＢＲ層２１は図１の下部ＤＢＲ１１に対応するものである。次いで、下部ＤＢＲ層２１上に、厚さ３ｎｍのＧａＡｓのウエル層と、厚さ３ｎｍのＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓのバリア層から成り、そのウエル層が３層で構成される活性層（図示せず）を形成する。この活性層は図１の活性層１２の元となるものである。さらに、活性層上に、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５ＡｓとＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓとを交互に積層し、Ｚｎをドーピングした３０ペアの上部ＤＢＲ層２３を形成する。この上部ＤＢＲ層２３は図１の上部ＤＢＲ１３の元となるものである。その後、上部ＤＢＲ層２３上に、Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ａｓからなるコンタクト層２４を積層する。このコンタクト層２４は図１のコンタクト層１４の元となるものである。その後、コンタクト層１４の上に、レンズ層２５を形成する。レンズ層２５は、面発光レーザ１のレーザ光のエネルギーに相当するバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体とする。このレンズ層２５は、図１のレンズ形状部１５の元となるものである。

上記の下部ＤＢＲ層２１、活性層、上部ＤＢＲ層２３、コンタクト層２４及びレンズ層２５からなるエピタキシャル層２０は、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-OrganicVapor Phase Epitaxy）法でエピタキシャル成長させることができる。このとき、例えば、成長温度は、７５０℃、成長圧力は、２×１０^４Ｐａで、ＩＩＩ族原料にＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）の有機金属を用い、Ｖ族原料にＡｓＨ_３、ｎ型ドーパントにＨ_２Ｓｅ、ｐ型ドーパントにＤＥＺｎ（ジメチル亜鉛）を用いることができる。

次いで、レンズ層２５上に、フォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィーにより、フォトレジストをパターニングする。これにより、図２に示すように、所定のパターンのレジスト層３０を形成する。

＜第２工程＞
図３は本製造方法の第２工程を示す概略断面図である。本工程では、レジスト層３０を凸レンズ形状に形成する。具体的には、レジスト層３０を加熱、リフロー、すなわち、溶融したレジストを流動させて再形成する。これにより、レジスト層３０は、表面張力の影響を受けて、図３に示すような凸レンズ状に変形する。加熱方法としては、例えば、ホットプレートまたは温風循環式オーブンなどを用いて行うことができる。ホットプレートを使用した場合の条件は、レジストの材質により変わるが、１５０℃以上で、２〜１０分、好ましくは５分である。また、温風循環式オーブンの場合は、１６０℃以上で、２０〜３０分が適当である。なお、グレーマスクを用いることにより、加熱などをせずにレジスト層３０を凸レンズ形状に形成してもよい。

＜第３工程＞
図４は本製造方法の第３工程を示す概略断面図である。本工程では、図４に示すように上部ＤＢＲ層２３、コンタクト層２４及びレンズ層２５からなる柱部を形成する。具体的には、凸レンズ形状のレジスト層３０をマスクとして、高選択比のドライエッチングを行う。すなわち、レジスト層３０はほとんどそのまま残し、レンズ層２５、コンタクト層２４及び上部ＤＢＲ２３の途中までをメサ状にエッチングし、柱部５１を形成する。このエッチングの選択比は、例えば２．０以上であることが好ましい。

＜第４工程＞
図５は本製造方法の第４工程を示す概略断面図である。本工程では、図５に示すように凸レンズ形状のレジスト層３０を等方的に小さくする。具体的には、酸素プラズマ又はオゾンなどを用いて、レジスト層３０のみを相似形状に縮小する。これにより、レジスト層３０は、上記柱部の中心軸と同一の中心軸をもち、かつ、その柱部上面の外径よりも小さい外径の凸レンズ形状となる。

＜第５工程＞
図６は本製造方法の第５工程を示す概略断面図である。本工程では、第４工程後のレジスト層３０の形状ほぼ同一形状となるように、レンズ層２５を変形させ、図６に示すような凸レンズ形状にする。具体的には、縮小された凸レンズ形状のレジスト層３０をマスクとして、低選択比のドライエッチングを行う。これにより、上記レジスト層３０と、下部ＤＢＲ層２１、活性層、上部ＤＢＲ層２３、コンタクト層２４及びレンズ層２５とが、同時にエッチングされる。すると、縮小された凸レンズ形状のレジスト層３０がエッチングされ除去されると同時に、レンズ層２５がその縮小された凸レンズ形状にエッチングされる。なお、本工程のエッチングにより、活性層及び下部ＤＢＲ層２１の一部もエッチングされ、下部ＤＢＲ層２１の一部と活性層と上部ＤＢＲ層２３とコンタクト層２４とから柱部５２が構成されることとなる。

＜第６工程＞
図７は本製造方法の第６工程を示す概略断面図である。本工程では、下部ＤＢＲ層２１の一部、活性層、上部ＤＢＲ層２３及びコンタクト層２４からなる上記柱部５２の周囲に絶縁膜２７を形成する。具体的には、上記柱部５２におけるコンタクト層２４付近の高さまで、その柱部５２の周囲に絶縁膜２７し、その高さまで絶縁膜２７に柱部５２を埋め込む。絶縁膜２７の構成材料としては、例えばポリイミドを用いる。例えば、液状体のポリイミドを液滴吐出方式などにより柱部５２の周囲に塗布し、その後、焼成などによりポリイミドを硬化させることで、簡易に絶縁膜２７を形成することができる。絶縁膜２７を形成することにより、後工程でコンタクト層２４に接続する電極（上部電極）が余計なところに短絡することを回避できる。また、絶縁膜２７により、コンタクト層２４の周囲が平坦化されるので、コンタクト層２４に接続させる電極（上部電極）の形成が容易になる。

＜第７工程＞
図８は本製造方法の第７工程を示す概略断面図である。本工程では、コンタクト層２４にオーミック接触する上部電極２６を形成する。具体的には、上記柱部５２上の平面における凸レンズ形状のレンズ層２５の周囲に、すなわちレンズ層２５の周囲にリング状に形成されたコンタクト層２４の上に、上部電極２６を形成する。ここで、上部電極２６は、コンタクト層２４にオーミック接触させる。また、柱部５２の周囲に形成された絶縁膜２７の上面にいたるまで、上部電極２６を形成する。このような上部電極２６は、例えば真空蒸着法によりＡｕ−Ｇｅ合金膜を形成し、その合金膜をエッチングによりパターニングすることで形成できる。
本工程の後に、下部ＤＢＲ層２１にオーミック接触する下部電極（図示せず）を形成することにより、図１に示すような面発光レーザ１が完成する。なお、下部電極は、上部電極２６と同様にして形成することができる。

これらにより、本製造方法によれば、第５工程において、面発光レーザの共振器をなす柱部５２上面の一部に、凸レンズ形状のレンズ層２５を形成することができる。したがって、そのレンズ層２５を、従来よりも小さい曲率の凸レンズに容易に形成することができ、そのレンズ層２５によりレーザ放射角を十分に小さくすることができ、かつ、そのレンズ層２５の厚さを従来よりも薄くすることができる。

また、本製造方法によれば、第５工程において、柱部５２がなす共振器の光出射面におけるレンズ層２５の外側の平面領域にコンタクト層２４を露出させることができる。また、そのコンタクト層２４の露出部に対して、第７工程において上部電極２６をオーミック接触させることができる。そこで、本製造方法によれば、コンタクト層２４と上部電極２６との接触を上記柱部５２上の平面で行う構成とすることができるので、そのコンタクト層２４と上部電極２６の接触面積を大きくすることができる。したがって、本製造方法によれば、面発光レーザの素子抵抗を小さくすることができ、簡便に高性能な面発光レーザを提供することができる。

また、本製造方法によれば、第４工程においてレジスト層３０の凸レンズ形状を等方的に縮小させることができるので、共振器をなす柱部５１，５２の中心軸であるレーザ光軸と第５工程で形成されるレンズ層２５の凸レンズ形状の中心軸とをセルフアラインに一致させることができる。そこで、本製造方法によれば、これらの光軸合わせが不要となり、高性能な面発光レーザを容易に製造することができる。

＜電子機器＞
次に、上記実施形態の面発光レーザ１を備えた電子機器の例について説明する。図９は、本実施形態の電子機器の一例であり、本実施形態の面発光レーザ１を備えたＩＣチップ間光インターコネクション回路を示す斜視図である。本実施形態の電子機器は、基板上に配置された複数の集積回路チップ（ＩＣチップ、ＬＳＩチップなど）相互間で面発光レーザ１を用いて光通信するＩＣチップ間光インターコネクション回路である。本実施形態の電子機器では、面発光レーザ１を微小なタイル形状（微小タイル状素子）に構成し、その面発光レーザ１を基板（最終基板）４５０に貼り付けた構成例を示す。ただし、面発光レーザ１を最初から基板４５０にエピタキシャル成長などにより形成してもよい。

図９における基板４５０の上面には、複数のＬＳＩ（集積回路）４０１ａ，４０１ｂ，４０１ｃが実装されている。また、基板４５０の上面には、複数の光導波路４３０と、複数の面発光レーザ１と、複数の受光素子１’とが取り付けられている。各ＬＳＩ４０１ａ，４０１ｂ，４０１ｃは、半導体チップからなり、基板４５０の上面にフリップチップ実装されている。なお、各ＬＳＩ４０１ａ，４０１ｂ，４０１ｃは、フリップチップ実装以外の方法で基板４５０に実装してもよい。受光素子１’は、微小タイル状素子として形成しその後基板４５０に貼り付けたものとしてもよく、基板４５０にエピタキシャル成長などにより形成してもよい。

そして、一つの面発光レーザ１と一つの受光素子１’とが一対となり、それぞれ１つの光導波路４３０の端部に設けられているものとする。したがって、各面発光レーザ１と各受光素子１’とが光導波路４３０で光学的に接続されている。また、各面発光レーザ１及び各受光素子１’の電極は、基板４５０上に設けられた電極を介して近傍のＬＳＩ４０１ａ，４０１ｂ，４０１ｃと電気的に接続されている。また、１つの光導波路４３０に２個以上の面発光レーザ１又は受光素子１’を光学的に接続してもよい。

そこで、例えばＬＳＩ４０１ａの出力信号（電気信号）は、電極などを介して近傍の面発光レーザ１に送られる。その面発光レーザ１は電気信号を光パルス信号に変換して光導波路４３０に出射する。その光パルス信号は、光導波路４３０の端部であってＬＳＩ４０１ｂの近隣に配置されている受光素子１’で電気信号に変換され、ＬＳＩ４０１ｂの入力信号となる。

本実施形態の電子機器によれば、ＩＣチップ間におけるデータ伝送及び通信を光信号により極めて高速化することができる。また、本実施形態の電子機器によれば、光信号の光源となる面発光レーザ１がレーザ放射角を小さくでき、素子抵抗を低くでき、かつ光軸をセルフアラインに一致させることができるので、光結合効率が高く、消費電力の少ない微小なＩＣチップ間光インターコネクション回路を簡便に実現することができる。本実施形態において、１つの光導波路４３０に複数の受光素子１’を接続して、光バスを形成してもよい。このような構成にすると、例えば、複数のＬＳＩ４０１ａ，４０１ｂ，４０１ｃで共有されるクロック信号の配信を光導波路４３０によって行うことができる。また、１つの導波路４３０に、発光波長の異なる複数の面発光レーザ１と、受光波長の異なる複数の受光素子１’とを接続してもよい。このような構成にすると、例えば、波長多重光通信を簡便に実現することができる。

図１０は、本実施形態の電子機器の一例であり、本実施形態の面発光レーザ１を備えたＩＣチップ内光インターコネクション回路を示す斜視図である。本実施形態の電子機器は、１つの集積回路チップ（ＩＣチップ、ＬＳＩチップ）上に設けられた複数の回路ブロックについて上記面発光レーザ１を用いて光通信するものである。

１つの集積回路チップ５５０上には、３つの回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃが形成されている。集積回路チップ５５０は半導体チップからなる。なお、集積回路チップ５５０上に形成される回路ブロックの数は、３つに限定されるものではなく、２つ以上であればよい。また集積回路チップ５５０上には、回路ブロック以外の回路又は電子素子などが形成されていてもよい。

回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃは、ＣＰＵ、メモリ回路、映像信号処理回路、映像信号ドライブ回路、通信Ｉ／Ｏ、各種インターフェース回路、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータなどを構成するものである。例えば回路ブロック５０１ａがＣＰＵを構成し、回路ブロック５０１ｂが第１メモリ回路を構成し、回路ブロック５０１ｃが第２メモリ回路を構成するものとする。なお、回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃは、バイポーラ集積回路、ＭＯＳ集積回路、ＣＭＯＳ集積回路又はＳＯＳ（Silicon On Sapphire）集積回路などとして集積回路チップ５５０上に形成することができる。

各回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ同士は、メタル配線５３１によって電気的に接続されている。また、回路ブロック５０１ａには、上記面発光レーザ１が接合されている。回路ブロック５０１ｂ，５０１ｃのそれぞれには、受光素子１’が接合されている。各面発光レーザ１及び受光素子１’は、例えば数百μｍ四方以下の面積と数十μｍ以下の厚さをもつ微小タイル状素子であって、集積回路チップ５５０の表面に接着材などで貼り付けられたものとする。また、各面発光レーザ１及び受光素子１’は、回路ブロック（回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃのいずれか）と電気的に接続されている。

集積回路チップ５５０上には、光導波路５３０も形成されている。光導波路５３０は、集積回路チップ５５０の上面、回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃの上面及びメタル配線５３１の上面に渡って棒状に形成された光導波路材からなるものである。この光導波路材の厚み（高さ）は、集積回路チップ５５０表面と、回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃと、面発光レーザ１、受光素子１’又はメタル配線５３１とがなす段差よりも十分大きな値とすることが好ましい。これは、光導波路５３０における光結合効率を高めるためである。

光導波路材としては、透明樹脂又はゾルゲルガラスなどを適用することができる。また光導波路５３０をなす光導波路材は、各面発光レーザ１及び受光素子１’を被うように形成されている。したがって、各面発光レーザ１と受光素子１’とは、光導波路５３０によって光学的に接続されている。さらに、光導波路材の表面には、外乱光の入射を防ぐための光吸収膜又は光反射膜を形成してもよい。

このような構成により、例えばＣＰＵをなす回路ブロック５０１ａから出力された電気信号（データ）は、回路ブロック５０１ａ上の面発光レーザ１によって光信号に変換される。この面発光レーザ１から放射された光信号は、光導波路５３０に入射してその光導波路５３０内を伝播する。この光信号は、回路ブロック５０１ｂ及び回路ブロック５０１ｃそれぞれの受光素子１’で電気信号に変換され、回路ブロック５０１ｂ及び回路ブロック５０１ｃそれぞれに入力される。

したがって、本実施形態によれば、面発光レーザ１及び受光素子１’と光導波路５３０とを用いて、集積回路チップ５５０上の各回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ間におけるデータ伝送を光信号により極めて高速化することができる。また、本実施形態の電子機器によれば、光信号の光源となる面発光レーザ１がレーザ放射角を小さくでき、素子抵抗を低くでき、かつ光軸をセルフアラインに一致させることができるので、光結合効率が高く、消費電力の少ない微小なＩＣチップ内光インターコネクション回路を簡便に実現することができる。

光導波路５３０を伝播する光信号は、クロック信号としてもよい。例えば回路ブロック５０１ａの面発光レーザ１からクロック信号（光信号）が放射され、そのクロック信号が光導波路５３０を伝播して他の回路ブロック５０１ｂ，５０１ｃの受光素子１’に入力されることとする。このような構成とすることにより、従来よりも周波数の高いクロック信号で各回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃを高速動作させることができる。また、本実施形態においては、各回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ相互間はメタル配線５３１により電気的に接続されている。そこで、比較的高速に伝送する必要がない信号及び電力供給などについてはメタル配線５３１を介して伝送することができる。

また、本実施形態においては、光導波路５３０が回路ブロック５０１ｂを横切るように、各回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ上に設けられている。そこで、光導波路５３０の経路長を短縮することができる。光導波路５３０は、集積回路チップ５５０上において、回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃの上面であるか否かにかかわらず形成することができる。

そして、光導波路５３０は、回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃを迂回するように集積回路チップ５５０の表面に設けてもよい。このようにすると、集積回路チップ５５０の表面において、回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃの領域表面と他の領域表面との段差が大きい場合でも、光導波路５３０が平らな面に設けられるので、光信号伝送過程での光結合効率を高めることができる。光導波路５３０は、図２１に示すような直線状に限らず、曲げや分岐あるいはループ状に形成することもできる。

図１０に示す実施形態では回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ毎に１つずつ面発光レーザ１又は受光素子１’が貼り付けられており、１本の光導波路５３０で面発光レーザ１と受光素子１’とを接続しているが、各回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃ毎に複数の面発光レーザ１又は受光素子１’を貼り付けてもよい。そして複数本の光導波路５３０によって各面発光レーザ１と受光素子１’とを接続してもよい。このようにすることにより、複数組の面発光レーザ１、受光素子１’及び光導波路５３０を用いて複数の光信号を並列に伝送することができ、データ伝送速度をさらに高速化することができる。図１０に示す実施形態では、全ての回路ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０１ｃが光導波路５３０で接続されているが、一部の回路ブロック間（例えば回路ブロック５０１ａと回路ブロック５０１ｂ間）のみを光導波路５３０で接続してもよい。

さらに、図１０に示す集積回路チップ５５０を所望の基板上に複数実装してもよい。この場合、各集積回路チップ５５０同士の側面を密着させて基板上に配置することが好ましい。各集積回路チップ５５０は、フリップチップ実装することが好ましい。これらのようにすることにより、複数の集積回路チップ５５０を基板上にコンパクトに実装することができる。また、これらのようにすることで、各集積回路チップ５５０同士を上記面発光レーザ１、受光素子１’及び光導波路５３０で接続することも容易に行える。したがって、複数の集積回路チップ５５０からなる大規模なコンピュータシステムなどを、コンパクトにしながら高性能にかつ信頼性高く提供することができる。

図１１は、本実施形態の電子機器の一例であり、本実施形態の面発光レーザ１を備えた積層構造の光インターコネクション集積回路の概略断面図である。本光インターコネクション集積回路は、３つの集積回路チップ（シリコン半導体基板）６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃを、樹脂などの透明な接着材（図示せず）を挟んで重ね合わせて積層した構造を有している。集積回路チップ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃは、シリコン半導体基板に集積回路（ＬＳＩなど）を形成したものである。また集積回路チップ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃは、ガラス基板に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などを形成したものでもよい。また、図１１における面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４は、それぞれ微小タイル状素子からなる上記面発光レーザ１で構成されているものとする。フォトディテクタＰＤ１，ＰＤ１’，ＰＤ２，ＰＤ２’，ＰＤ３，ＰＤ３’，ＰＤ４，ＰＤ４’は、それぞれ微小タイル状素子からなる受光素子で構成されているものとする。それらの微小タイル状素子の形状としては、例えば厚さ１μｍから２０μｍ、縦横の大きさ数十μｍから数百μｍの板形状とする。

集積回路チップ６０１ａの上面には、２つの面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２と、２つのフォトディテクタＰＤ３，ＰＤ４とが所望の位置に接着されている。すなわち、集積回路チップ６０１ａの上面における周縁部位に限らず、集積回路の中の任意の位置に面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２及びフォトディテクタＰＤ３，ＰＤ４を配置する。

面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２及びフォトディテクタＰＤ３，ＰＤ４それぞれの間隔は、非常に小さくすることができ、例えば、当該間隔としては数μｍとすることもできる。また、面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２及びフォトディテクタＰＤ３，ＰＤ４などをなす各微小タイル状素子は、透明性を有する接着材６３０で集積回路チップ６０１ａの上面に接着されている。接着材６３０としては例えば樹脂を用いる。

集積回路チップ６０１ｂの上面には、１つの面発光レーザＶＣ３と、３つのフォトディテクタＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ４’とが接着されている。ここで、面発光レーザＶＣ３及びフォトディテクタＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ４’は、透明性を有する接着材６３０で集積回路チップ６０１ｂの上面に接着されている。集積回路チップ６０１ｃの上面には、１つの面発光レーザＶＣ４と、３つのフォトディテクタＰＤ１’，ＰＤ２’，ＰＤ３’とが接着されている。ここで面発光レーザＶＣ４及びフォトディテクタＰＤ１’，ＰＤ２’，ＰＤ３’は、透明性を有する接着材６３０で集積回路チップ６０１ｃの上面に接着されている。

接着材６３０は、インクジェットノズル（図示せず）から接着材６３０を含む液滴を吐出して集積回路チップ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃに塗布する液滴吐出方式で設けることが好ましい。これにより、接着材６３０などの量を軽減でき、設計変更などにも容易に対応でき、製造コストを低減することができる。また、集積回路チップ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃを接着材で重ね合わせるときも、その接着材を液滴吐出方式で塗布することが好ましい。これにより、接着材などの量を軽減でき、設計変更などにも容易に対応でき、製造コストを低減することができる。

そして、面発光レーザＶＣ１の発光中心軸に対向するように、２つのフォトディテクタＰＤ１，ＰＤ１’が配置されている。また、面発光レーザＶＣ２の発光中心軸に対向するように、２つのフォトディテクタＰＤ２，ＰＤ２’が配置されている。また、面発光レーザＶＣ３の発光中心軸に対向するように、２つのフォトディテクタＰＤ３，ＰＤ３’が配置されている。また、面発光レーザＶＣ４の発光中心軸に対向するように２つのフォトディテクタＰＤ４，ＰＤ４’が配置されている。望ましくは、各々の面発光レーザＶＣの発光中心軸上に、各々の面発光レーザに対向して配置される２つのフォトディテクタＰＤ，ＰＤ’の受光中心軸がくるように、面発光レーザＶＣとフォトディテクタＰＤ，ＰＤ’を配置するのがよい。

面発光レーザＶＣ１は第１波長のレーザ光を出射し、面発光レーザＶＣ２は第２波長のレーザ光を出射し、面発光レーザＶＣ３は第３波長のレーザ光を出射し、面発光レーザＶＣ４は第４波長のレーザ光を出射する。ここで、第１乃至第４波長は、例えば、集積回路チップ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃをシリコン半導体基板で形成した場合は１．１μｍ以上とする。これにより、面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４から出射されたレーザ光は、集積回路チップ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃを透過することが可能となる。例えば、第１波長を１．２０μｍ、第２波長を１．２２μｍ、第３波長を１．２４μｍ、第４波長を１．２６μｍとする。
波長が１．１μｍ以下の光でもガラス基板であれば透過することができる。そこで、集積回路チップ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃをガラス基板を用いて形成した場合は、第１乃至第４波長を１．１μｍ以下にすることもできる。例えば、第１波長を０．７９μｍ、第２波長を０．８１μｍ、第３波長を０．８３μｍ、第４波長を０．８５μｍとする。

各フォトディテクタＰＤ１，ＰＤ１’，ＰＤ２，ＰＤ２’，ＰＤ３，ＰＤ３’，ＰＤ４，ＰＤ４’は、波長選択性を有することが好ましい。例えば、フォトディテクタＰＤ１，ＰＤ１’は第１波長の光のみを検出し、フォトディテクタＰＤ２，ＰＤ２’は第２波長の光のみを検出し、フォトディテクタＰＤ３，ＰＤ３’は第３波長の光のみを検出し、フォトディテクタＰＤ４，ＰＤ４’は第４波長の光のみを検出するものとする。また、各フォトディテクタＰＤ１，ＰＤ１’，ＰＤ２，ＰＤ２’，ＰＤ３，ＰＤ３’，ＰＤ４，ＰＤ４’の上面又は下面に波長選択性を有する薄膜などを設けて、波長選択性を有する受光素子としてもよい。

また、面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２及びフォトディテクタＰＤ３，ＰＤ４の上面は、非透明部材で被われていることが好ましい。また、フォトディテクタＰＤ１’，ＰＤ２’，ＰＤ３’及び面発光レーザＶＣ４の下面は、非透明部材で被われていることが好ましい。これにより、迷光によるノイズを抑えることができる。

上記構成により、面発光レーザＶＣ１から下方に出射された第１波長のレーザ光は、面発光レーザＶＣ１と集積回路チップ６０１ａ間の接着材６３０、集積回路チップ６０１ａ、及び、集積回路チップ６０１ａと集積回路チップ６０１ｂ間の接着材を透過してフォトディテクタＰＤ１に入射し、さらに、フォトディテクタＰＤ１、フォトディテクタＰＤ１と集積回路チップ６０１ｂ間の接着材６３０、集積回路チップ６０１ｂ、及び、集積回路チップ６０１ｂと集積回路チップ６０１ｃ間の接着材を透過してフォトディテクタＰＤ１’に入射する。

また、面発光レーザＶＣ２から下方に出射された第２波長のレーザ光は、面発光レーザＶＣ２と集積回路チップ６０１ａ間の接着材６３０、集積回路チップ６０１ａ及び集積回路チップ６０１ａと集積回路チップ６０１ｂ間の接着材を透過してフォトディテクタＰＤ２に入射し、さらに、フォトディテクタＰＤ２、フォトディテクタＰＤ２と集積回路チップ６０１ｂ間の接着材６３０、集積回路チップ６０１ｂ、及び、集積回路チップ６０１ｂと集積回路チップ６０１ｃ間の接着材を透過してフォトディテクタＰＤ２’に入射する。

また、面発光レーザＶＣ３から上方に出射された第３波長のレーザ光は、集積回路チップ６０１ｂと集積回路チップ６０１ａ間の接着材、集積回路チップ６０１ａ、及び、集積回路チップ６０１ａとフォトディテクタＰＤ３間の接着材６３０を透過してフォトディテクタＰＤ３に入射する。面発光レーザＶＣ３から下方に出射された第３波長のレーザ光は、面発光レーザＶＣ３と集積回路チップ６０１ｂ間の接着材６３０、集積回路チップ６０１ｂ、及び、集積回路チップ６０１ｂと集積回路チップ６０１ｃ間の接着材を透過してフォトディテクタＰＤ３’に入射する。

また、面発光レーザＶＣ４から上方に出射された第４波長のレーザ光は、集積回路チップ６０１ｃと集積回路チップ６０１ｂ間の接着材、集積回路チップ６０１ｂ、及び、集積回路チップ６０１ｂとフォトディテクタＰＤ４’間の接着材６３０を透過してフォトディテクタＰＤ４’に入射し、さらに、フォトディテクタＰＤ４’、集積回路チップ６０１ｂと集積回路チップ６０１ａ間の接着材、集積回路チップ６０１ａ、及び、集積回路チップ６０１ａとフォトディテクタＰＤ４間の接着材６３０を透過してフォトディテクタＰＤ４に入射する。

したがって、面発光レーザＶＣ１から第１波長のレーザ光として出力された光信号は、フォトディテクタＰＤ１，ＰＤ１’に略同時に受信される。また、面発光レーザＶＣ２から第２波長のレーザ光として出力された光信号は、フォトディテクタＰＤ２，ＰＤ２’に略同時に受信される。また、面発光レーザＶＣ３から第３波長のレーザ光として出力された光信号は、フォトディテクタＰＤ３，ＰＤ３’に略同時に受信される。また、面発光レーザＶＣ４から第４波長のレーザ光として出力された光信号は、フォトディテクタＰＤ４，ＰＤ４’に略同時に受信される。

そこで、集積回路チップ６０１ａ、集積回路チップ６０１ｂ及び集積回路チップ６０１ｃの相互間では、第１〜第４波長の４つの光信号を同時に並列に送受信して双方向通信を行うことができる。換言すれば、上記面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４及びフォトディテクタＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４，ＰＤ１’，ＰＤ２’，ＰＤ３’，ＰＤ４’が光バスの信号送受信手段となり、第１〜第４波長の４つの光信号が光バスの伝送信号となる。

これらにより、本実施形態の光インターコネクション集積回路は、積層された３つの集積回路チップ６０１ａ，６０１ｂ，６０１ｃの相互間において複数の光信号を並列に送受信する光バスを有するので、集積回路チップ間の信号伝送速度を高速化することができ、金属配線を用いて電気信号を送受信する場合に生ずる以下の問題点
１）配線間の信号伝達タイミングのズレ（スキュー）
２）高周波信号の伝送時に大きな電力が必要となる
３）配線レイアウトについて自由度が制限され設計が困難となる
４）インピーダンスマッチングが必要となる
５）アースノイズ、電磁誘導ノイズなどの対策が必要となる
に対処することができる。

さらに、本実施形態の光インターコネクション集積回路は、面発光レーザＶＣ１，ＶＣ２，ＶＣ３，ＶＣ４をなす面発光レーザ１がレーザ放射角を小さくでき、素子抵抗を低くできかつ光軸をセルフアラインに一致させることができるので、光結合効率が高く、消費電力の少ない微小なＩＣチップ間光インターコネクション回路を容易に提供することができる。

さらにまた、本実施形態の光インターコネクション集積回路は、光バスの通信信号となる複数のレーザ光をそれぞれ異なる波長にしているので、発光素子と受光素子を１組とした複数組の光信号送受信手段を極めて近接して配置しても迷光などによる混信を防ぐことが可能となり、さらに装置をコンパクト化することができる。さらにまた、本実施形態の光インターコネクション集積回路は、発光素子として面発光レーザ１を用いているので、さらに通信速度を高速化することができるとともに、多層構造に積層した複数の集積回路チップを透過するレーザ光の出射手段（送信手段）を容易に形成することができる。さらにまた、本実施形態の光インターコネクション集積回路は、波長選択性を有する受光素子（フォトディテクタ）を用いることで、迷光などによる混信をさらに防ぐことが可能となり、さらに装置をコンパクト化することができる。

＜電子機器の具体例＞
次に、上記実施形態の面発光レーザ１を備えた電子機器の具体例について、次に説明する。
上記実施形態の面発光レーザ１を備えたデバイスは、レーザ光を用いる機器などに対して広く適用できる。したがって、これらのデバイスを備えた応用回路又は電子機器としては、光インターコネクション回路、光ファイバ通信モジュール、レーザプリンタ、レーザビーム投射器、レーザビームスキャナ、リニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、変位センサ、圧力センサ、ガスセンサ、血液血流センサ、指紋センサ、高速電気変調回路、無線ＲＦ回路、携帯電話、無線ＬＡＮなどが挙げられる。

図１２（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図１２（ａ）において、符号１０００は上記面発光レーザ１を信号伝達手段又は表示手段などの一部として用いた携帯電話本体を示し、符号１００１は表示部を示している。図１２（ｂ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図１２（ｂ）において、符号１１００は上記面発光レーザ１を信号伝達手段又は表示手段などの一部として用いた時計本体を示し、符号１１０１は表示部を示している。図１２（ｃ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図１２（ｃ）において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は上記面発光レーザ１を信号伝達手段又は表示手段の一部として用いた情報処理装置本体、符号１２０６は表示部を示している。

図１２に示す電子機器は、上記実施形態に係る面発光レーザ１を備えており、光信号などの光源となる面発光レーザ１がレーザ放射角を小さくでき、素子抵抗を低くでき、かつ光軸をセルフアラインに一致させることができるので、光結合効率が高く、消費電力の少ないコンパクトな電子機器を安価に提供することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

本発明の実施形態に係る面発光レーザの模式断面図である。 本発明の実施形態に係る製造方法の第１工程を示す断面図である。 同上の製造方法の第２工程を示す断面図である。 同上の製造方法の第３工程を示す断面図である。 同上の製造方法の第４工程を示す断面図である。 同上の製造方法の第５工程を示す断面図である。 同上の製造方法の第６工程を示す断面図である。 同上の製造方法の第７工程を示す断面図である。 本発明の面発光レーザを備えたＩＣチップ間光インターコネクション回路を示す斜視図である。 本発明の面発光レーザを備えたＩＣチップ内光インターコネクション回路を示す斜視図である。 本発明の面発光レーザを備えた積層構造の光インターコネクション集積回路の概略断面図である。 本発明の面発光レーザを備えた電子機器の具体例を示す図である。

符号の説明

１…面発光レーザ、１１…下部ＤＢＲ、１２…活性層、１３…上部ＤＢＲ、１４…コンタクト層、１５…レンズ形状部、１６…上部電極、１７…絶縁膜、２０…エピタキシャル層、２１…下部ＤＢＲ層、２３…上部ＤＢＲ層、２４…コンタクト層、２５…レンズ層、２６…上部電極、２７…絶縁膜、３０…レジスト層、５０，５１，５２…柱部

Claims (15)

1. 面発光レーザの共振器における光出射面の一部に、レンズ形状の半導体層からなるレンズ形状部が設けられていることを特徴とする面発光レーザ。
2. 前記共振器は、半導体基板上に凸形状に形成された柱部を有し、
   前記出射面は、前記柱部の上面であり、
   前記光出射面における前記レンズ形状部の周囲には、コンタクト層が露出していることを特徴とする請求項１記載の面発光レーザ。
3. 前記レンズ形状部は、コンタクト層の上面に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の面発光レーザ。
4. 前記コンタクト層の上面における前記レンズ形状部が配置されていない領域において、該コンタクト層にオーミック接触しているとともに、リング形状を有する上部電極が設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載の面発光レーザ。
5. 前記レンズ形状部は、前記面発光レーザのレーザ光のエネルギーに相当するバンドギャップより大きなバンドギャップを有する半導体層から構成され、
   前記コンタクト層は、前記レンズ形状部を構成する半導体層のバンドギャップより小さいバンドギャップの半導体層から構成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項記載の面発光レーザ。
6. 前記レンズ形状部は、屈折率の異なる複数の層からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の面発光レーザ。
7. 前記レンズ形状部は、１つの層からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の面発光レーザ。
8. 前記面発光レーザは、微小なタイル形状に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の面発光レーザ。
9. 前記面発光レーザの共振器の少なくとも一部をなす柱部の周囲には、絶縁膜が配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の面発光レーザ。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項記載の面発光レーザを備えたことを特徴とするデバイス。
11. 半導体基板に下部ＤＢＲ層を形成し、
    前記下部ＤＢＲ層の上に活性層を形成し、
    前記活性層の上に上部ＤＢＲ層を形成し、
    前記上部ＤＢＲ層の上にコンタクト層を形成し、
    前記コンタクト層の上にレンズ層を形成し、
    前記レンズ層の上にレンズ形状のレジストマスクを形成し、
    エッチングにより、前記レンズ層、コンタクト層及び上部ＤＢＲ層を少なくとも除去して、柱部を形成し、
    エッチングにより、前記レジストマスクの外径が前記柱部の上面の外径よりも小さくなるように、該レジストマスクを等方的に小さくし、
    該小さくしたレジストマスクを用いてエッチングをすることにより、前記レンズ層を前記コンタクト層の一部上にレンズ形状に形成することを特徴とする面発光レーザの製造方法。
12. 前記柱部を形成するときのエッチングでは、前記レジストマスクはほとんどエッチングしないように、高選択比でドライエッチングすることを特徴とする請求項１１記載の面発光レーザの製造方法。
13. 前記レジストマスクを等方的に小さくするときのエッチングでは、酸素プラズマ又はオゾンを用いることを特徴とする請求項１１又は１２記載の面発光レーザの製造方法。
14. 前記レンズ層をレンズ形状にするエッチングでは、前記レジストマスクも該レンズ層と共にエッチングするように、低選択比でドライエッチングすることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項記載の面発光レーザの製造方法。
15. 請求項１から９のいずれか一項記載の面発光レーザ、又は請求項１０記載のデバイスを備えることを特徴とする電子機器。
    

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