JP2006339247A - 光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明の目的の１つは、光素子及びその製造方法に関して、湿度及び温度等の環境変化等に対する信頼性の向上を図ることにある。
【解決手段】 光素子１００は、基板１１０と、基板１１０の上方に形成され、光が出射又は入射する上面１３２を有する柱状部１３０と、基板１１０の上方において少なくとも柱状部１３０の周囲を含む領域に形成された第１の保護層１４０と、第１の保護層１４０の上方に形成された樹脂層１５０と、樹脂層１５０の上方に形成された第２の保護層１６０と、柱状部１３０の上面１３２と電気的に接続された電極１７０と、を含む。第１及び第２の保護層１４０，１６０は、樹脂層１５０よりも硬い材質からなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光素子に関する。
光素子として、基板と、基板の上方に形成され光が出射又は入射する柱状部と、柱状部の周囲に形成された樹脂層と、柱状部の上面と電気的に接続された電極と、を含む構造が知られている。例えば、特開２００４−３１６３３号公報によれば、基板とポリイミド保護膜との間に別の保護膜を介在させ、ポリイミド保護膜の剥離等を防止する構造が開示されている。
ところで、樹脂は軟らかく、また温度変化により膨張又は収縮しやすいので、その変形を防止することが重要となる。また、樹脂（例えばポリイミド樹脂などの高分子材料）は水分の透過性がわずかながらにあるため、吸湿により樹脂層と電極、又は樹脂層と基板の界面において剥離が生じる可能性がある。
特開２００４−３１６３３号公報
本発明の目的の１つは、光素子に関して、湿度及び温度等の環境変化等に対する信頼性の向上を図ることにある。
（１）本発明に係る光素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成され、光が出射又は入射する上面を有する柱状部と、
前記基板の上方において少なくとも前記柱状部の周囲を含む領域に形成された第１の保護層と、
前記第１の保護層の上方に形成された樹脂層と、
前記樹脂層の上方に形成された第２の保護層と、
前記柱状部の上面と電気的に接続された電極と、
を含み、
前記第１及び第２の保護層は、前記樹脂層よりも硬い材質からなる。
本発明によれば、第１及び第２の保護層は、樹脂層よりも硬い材質からなるので、それらが両方から押さえ込むように作用し、樹脂層の変形を効果的に防止することができる。また、第１及び第２の保護層により、密着性及び耐湿性の向上が図れるので、樹脂層等の剥離を効果的に防止することができる。
なお、本発明において、特定のＡの上方にＢが設けられているとは、Ａ上に直接Ｂが設けられている場合と、Ａ上に他の層等を介してＢが設けられている場合と、を含むものとする。このことは、以下の発明においても同様である。
（２）この光素子において、
前記電極は、前記柱状部の上面から前記樹脂層の上方に延出して形成され、かつ前記樹脂層の上方にパッド部を有していてもよい。
（３）この光素子において、
前記第１の保護層は、前記柱状部の側面、及び前記柱状部の上面の端部に形成されていてもよい。
これにより、例えば、水分の浸入に伴う柱状部の意図しない酸化による弊害を防止することができる。また、樹脂層と柱状部の密着力が向上し、樹脂層の剥離を効果的に防止することができる。
（４）この光素子において、
前記第２の保護層は、前記樹脂層と前記電極の間に介在していてもよい。
これによれば、樹脂層よりも硬い材質の第２の保護層が電極の下地となるので、例えば電極のパッド部へのボンディングを良好に行うことができる。
（５）この光素子において、
前記第２の保護層は、前記第１の保護層及び前記樹脂層よりも、前記柱状部の上面の内側に至るように形成されていてもよい。
これによれば、樹脂層の変形をより効果的に防止することができる。
（６）この光素子において、
前記第２の保護層は、前記電極の上方に形成されていてもよい。
これによれば、電極の剥離防止又は酸化防止を図ることができる。
（７）この光素子において、
前記第２の保護層は、前記第１の保護層、前記樹脂層及び前記電極よりも、前記柱状部の上面の内側に至るように形成されていてもよい。
これによれば、樹脂層の変形をより効果的に防止することができる。
（８）この光素子において、
前記樹脂層と前記電極の間に介在して形成された第３の保護層をさらに含み、
前記第３の保護層は、前記樹脂層よりも硬い材質からなるものであってもよい。
これによれば、樹脂層よりも硬い材質の第３の保護層が電極の下地となるので、例えば電極のパッド部へのボンディングを良好に行うことができる。
（９）この光素子において、
前記第１及び第２の保護層の少なくとも一方は、前記柱状部の上面の前記電極よりも、前記柱状部の上面の内側の領域を被覆していてもよい。
これによれば、柱状部の光の出射又は入射領域を保護することができる。
（１０）この光素子において、
前記第１及び第２の保護層のいずれもが、前記柱状部の上面の前記電極よりも、前記柱状部の上面の内側の領域を被覆しており、
前記第１及び第２の保護層の屈折率は異なっていてもよい。
これによれば、第１及び第２の保護層により、柱状部の光の出射又は入射領域を保護することができるだけでなく、例えば第１及び第２の保護層をミラーとして機能させることができる。
（１１）この光素子において、
前記第１及び第２の保護層の少なくとも一方は、珪素と、酸素又は窒素との化合物を含むものであってもよい。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
Ａ．光素子
図１は、本発明の実施の形態に係る光素子の平面図であり、図２は、図１のII−II線断面図である。
光素子１００は、基板１１０と、素子部１２０（柱状部１３０）と、第１の保護層１４０と、樹脂層１５０と、第２の保護層１６０と、電極１７０と、他の電極１８０と、を含む。本実施の形態では、光素子１００が面発光型装置（面発光半導体レーザ）である場合を例として説明する。
（Ａ−１）まず、基板１１０及び素子部１２０について説明する。
基板１１０は、半導体基板（例えばｎ型ＧａＡｓ基板）である。素子部１２０は、基板１１０上に形成されている。基板１１０及び素子部１２０の両者の平面形状は、同一（例えば矩形）であってもよい。面発光型半導体レーザの場合、素子部１２０は共振器（垂直共振器）と呼ばれる。
素子部１２０は、柱状部１３０を含む。図２に示すように、素子部１２０の断面形状が凸型をなし、その凸型の突起部が柱状部１３０となっていてもよい。柱状部１３０の側面は、基板面に垂直又は順テーパが付されていてもよい。柱状部１３０の平面形状は、円形であってもよいし、矩形（正方形又は長方形）又はその他の多角形であってもよい。図１に示す例では、１つの基板１１０に１つの柱状部１３０が形成されているが、複数の柱状部１３０が形成されていてもよい。柱状部１３０の上面１３２の中央部は、光（レーザ光）が出射又は入射する光学面（面発光型半導体レーザであれば出射面）１２８となっている。光学面１２８は、樹脂層１５０及び電極１７０から露出している。
素子部１２０は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラーである第１のミラー（広義には第１の半導体層）１２２と、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層（広義には機能層）１２４と、ｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラーである第２のミラー（広義には第２の半導体層）１２６と、が順次積層して構成されている。なお、第１のミラー１２２、活性層１２４、及び第２のミラー１２６を構成する各層の組成及び層数はこれに限定されるわけではない。また、活性層１２４は、キャリアの再結合が生じる層を含み、単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造のいずれを適用してもよい。
第２のミラー１２６は、例えばＣ，Ｚｎ，Ｍｇなどがドーピングされることによりｐ型にされ、第１のミラー１２２は、例えばＳｉ，Ｓｅなどがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、第２のミラー１２６、不純物がドーピングされていない活性層１２４、及び第１のミラー１２２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
第２のミラー１２６を構成する層のうち活性層１２４に近い領域に、酸化アルミニウムを主成分とする電流狭窄層１２５が形成されている。この電流狭窄層１２５は、リング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層１２５は、光学面１２８に平行な面で切断した場合における断面が同心円状である。
柱状部１３０は、少なくとも第２のミラー１２６を含む（図２に示す例では、第２のミラー１２６、活性層１２４及び第１のミラー１２２の一部を含む）半導体積層体をいう。柱状部１３０は、基板１１０上に支持されている。
（Ａ−２）次に、樹脂層１５０について説明する。
樹脂層１５０は、第１の保護層１４０を介して基板１１０（素子部１２０）上に形成されている。図１に示すように、樹脂層１５０は、少なくとも柱状部１３０の周囲を含む領域に形成されている。また、樹脂層１５０は、電極１７０（特にパッド部１７２）の下地として形成されている。これにより、表面の平坦化を可能にして電極のパターニングの容易化を図ることができる。また、素子部１２０と電極１７０の間に、低誘電率の樹脂を介在させることにより、寄生容量の低減を図ることができる。なお、樹脂層１５０は、例えば柱状部１３０とほぼ同じ厚さに形成することができる。
樹脂層１５０が光透過性を有しない場合には、樹脂層１５０は、少なくとも光学面１２８を避ける領域に形成されている。図２に示す例では、樹脂層１５０は、柱状部１３０の側面を被覆し、柱状部１３０の上面１３２及び側面の間の境界（角部）を被覆し、さらに柱状部１３０の上面１３２の端部に至るように設けられている。
あるいは、変形例として樹脂層１５０は、柱状部１３０の上面１３２の全部の領域を避けて形成されていてもよい。その場合、柱状部１３０と樹脂層１５０の境界において段差が生じないように、樹脂層１５０の上面を柱状部１３０の上面１３２とほぼ面一とすることができる。
また、樹脂層１５０は、柱状部１３０の上面１３２の周縁に沿って（すなわち全周にわたって）連続して形成されていてもよい。また、樹脂層１５０が柱状部１３０の周縁から中央の方向に従って薄くなるように滑らかに傾斜していれば、電極１７０の効果的な断線防止を図ることができる。
樹脂層１５０は、例えば、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、又はエポキシ樹脂などから形成することができる。
（Ａ−３）次に、電極１７０、及び他の電極１８０について説明する。
電極１７０は、柱状部１３０の上面１３２と電気的に接続されている。例えば、電極１７０は、柱状部１３０の上面１３２の端部（すなわち光学面１２８を避ける領域）において第２のミラー１２６と電気的に接続されている。また、図１に示す例では、電極１７０は柱状部１３０の上面１３２の周縁に沿って（すなわち全周にわたって）連続して設けられ、第２ミラー１２６との接続領域はリング形状をなしている。そして、電極１７０の内側の開口から露出する部分が光学面１２８となっている。電極１７０は、例えばＡｕ及びＺｎの合金とＡｕとの積層膜から形成することができる。
電極１７０は、柱状部１３０の上面１３２から樹脂層１５０上に延出して形成され、樹脂層１７０上にパッド部１７２を有する。パッド部１７２は外部電気的接続部であり、ワイヤやバンプなどの導電部材（図示しない）のボンディング領域を含む。パッド部１７２から柱状部１３０上を結ぶ部分を配線部とした場合、パッド部１７２の幅は、配線部の幅よりも大きくすることができる。
他の電極１８０は、第１のミラー１２２側に電気的に接続されるもので、基板１１０の裏面に形成してもよいし、あるいは基板１１０（素子部１２０）の一部を樹脂層１５０から露出させ該露出領域に形成してもよい。電極１８０は、例えばＡｕ及びＧｅの合金とＡｕとの積層膜から形成することができる。
電極１７０，１８０によって、第１及び第２ミラー１２２，１２６の間の活性層１２４に電流を流すことができる。なお、電極１７０，１８０の材料は、上述に限定されず、例えばＴｉ，Ｎｉ，Ａｕ又はＰｔなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。
（Ａ−４）次に、第１及び第２の保護層１４０，１６０について説明する。
第１の保護層１４０は、基板１１０上（図２では素子部１２０のさらに上）に形成されている。すなわち、第１の保護層１４０は、基板１１０（素子部１２０）と樹脂層１５０の間に形成されている。また、第１の保護層１４０は、少なくとも柱状部１３０の周囲を含む領域に形成されている。例えば、第１の保護層１４０の平面領域は、基板１１０の平面形状とほぼ同一又はわずかに小さくてもよい（図２参照）。
図２に示すように、第１の保護層１４０は、柱状部１３０の側面（例えば側面の全部）を被覆し、柱状部１３０の上面１３２及び側面の間の境界（例えば境界の全部）を被覆し、さらに柱状部１３０の上面１３２の端部に至るように形成されていてもよい。例えば、図１に示す例では、第１の保護層１４０が柱状部１３０の上面１３２の周縁に沿って（全周にわたって）連続して形成され、柱状部１３０の上面１３２の内側に開口部１４２が設けられている。
図２に示すように、柱状部１３０の上面１３２の端部に第１の保護層１４０が形成されている場合、樹脂層１５０は第１の保護層１４０よりも内側に至るように形成され、電極１７０は樹脂層１５０よりもさらに内側に至るように形成されていてもよい。
なお、変形例として、第１の保護層１４０は、柱状部１３０の上面１３２を避けて、柱状部１３０の側面のみを被覆して形成されていてもよい。
これによれば、第１の保護層１４０が基板１１０（素子部１２０）を保護するのみならず、基板１１０（素子部１２０）及び樹脂層１５０の両者の密着力を向上させることができる。また、第１の保護層１４０により水分の浸入を防止することができるので、例えば樹脂層１５０にわずかながらに含まれる水分に起因する剥離等を防止することができる。また、上述したように第１の保護層１４０が柱状部１３０にも形成されていれば、水分の浸入に伴う柱状部１３０の意図しない酸化による弊害（例えば電流狭搾層１２５の拡大、酸化に伴う半導体層の屈折率の変動）を防止し、また、樹脂層１５０と柱状部１３０の密着力の向上を図ることができる。
（Ａ−５）図２に示す例では、第２の保護層１６０は、電極１７０を介して樹脂層１５０上に形成されている。第２の保護層１６０は、パッド部１７２を露出して電極１７０上に形成されている。第２の保護層１６０は、パッド部１７２の中央部のみを露出してもよいし、パッド部１７２の全部を露出してもよい。前者の場合、図１に示すように、第２の保護層１６０の開口部１６２がパッド部１７２の内側に位置する。パッド部１７２が開口部１６２から露出することにより、外部に対する電気的接続を図ることができる。
第２の保護層１６０は、電極１７０におけるパッド部１７２を除く全部を被覆し、さらに、樹脂層１５０における電極１７０からの露出領域の全部を被覆していてもよい。さらに、第２の保護層１６０は、樹脂層１５０の外側の領域（第１の保護層１４０又は基板１１０（素子部１２０））を被覆していてもよい。第２の保護層１６０の平面領域は、基板１１０の平面領域とほぼ同一であってもよい。
図２に示すように、第２の保護層１６０は、第１の保護層１４０、樹脂層１５０及び電極１７０よりも、柱状部１３０の上面１３２の内側に至るように形成されていてもよい。また、第２の保護層１６０は、柱状部１３０の光学面１２８を避けて形成されていてもよいが、柱状部１３０の上面１３２の電極１７０よりも内側の領域、すなわち光学面１２８（の全部）を被覆してもよい。第２の保護層１６０により光学面１２８が被覆されていれば、光学面１２８が外部環境にさらされずに済むので、さらなる信頼性の向上を図ることができる。また、第２の保護層１６０の成膜プロセス（例えばＣＶＤ法によるプロセス温度及び圧力など）及び厚さなどを適宜調整することにより、第２の保護膜１６０をミラーとして機能させることができる。すなわち、第２の保護層１６０の屈折率を下地（図２では第２のミラー１２６の最上層（例えばＡｌ組成のより低い（Ａｌ）ＧａＡｓ層））と異なるように調整することによって、第２の保護層１６０を光の出射又は入射に寄与させることができる。これにより、例えば第２のミラー１２６を薄くすることが可能になり、素子の低抵抗化を図ることができる。
なお、図２に示す例では、第２の保護層１６０は、パッド部１７２を除く基板１１０の上方の全面を被覆するように形成されている。
この形態によれば、第２の保護層１６０は最表層に設けられるため、外部環境に対する信頼性が極めて高いものとなる。詳しくは、第２の保護層１６０により外部からの水分の浸入を防止し、耐湿性の向上を図ることができる。また、第２の保護層１６０は電極１７０を被覆しているので、電極１７０の損傷、剥離及び酸化などの弊害を防止することができる。
（Ａ−６）第１及び第２の保護層は、樹脂層１５０よりも硬い材質（ヤング率が大きい材質）からなる。例えば、樹脂層１５０としてヤング率が０．３ＧＰａ〜５ＧＰａ程度のものを使用し、第１及び第２の保護層１４０，１６０としてヤング率が１０ＧＰａ〜１００ＧＰａ程度のものを使用してもよい。第１及び第２の保護層１４０，１６０の少なくとも一方は、絶縁材料から形成され、例えば酸化物又は窒化物などの無機系材料から形成することができる。例えば、第１及び第２の保護層１４０，１６０の少なくとも一方は、珪素と、酸素又は窒素との化合物を含む、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、ＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）から形成してもよい。あるいは、第１及び第２の保護層１４０，１６０の少なくとも一方は、有機系材料から形成してもよい。第１及び第２の保護層１４０，１６０の少なくとも一方は光透過性を有している。なお、第１及び第２の保護層１４０，１６０は同一材料から形成してもよいし、異なる材料から形成してもよい。また、第１及び第２の保護層１４０，１６０は、それぞれ、単層又は複数層のいずれであってもよい。
本実施の形態に係る光素子によれば、第１及び第２の保護層１４０，１６０は、樹脂層１５０よりも硬い材質からなるので、それらが両方から押さえ込むように作用し、樹脂層１５０の変形を効果的に防止することができる。詳しくは、温度、湿度又は実装時の応力に起因する樹脂層１５０の変形を効果的に防止することができる。また、第１及び第２の保護層１４０，１６０により、密着性及び耐湿性の向上が図れるので、樹脂層等の剥離を効果的に防止することができる。また、第１及び第２の保護層１４０，１６０により、素子部１２０（柱状部１３０）を保護することができるので、例えばプロセス中の外部環境の変化（温度、湿度、プラズマ・有機溶媒の使用など）に起因し、光素子の損傷（例えば樹脂層のクラック）、光素子の特性（例えば電流−出力、放射角などの特性）の劣化又は変動を防止することができる。したがって、環境変化に対する信頼性の向上を図ることができる。
（Ａ−７）なお、本実施の形態に係る光素子は、面発光型半導体レーザに限定されるわけではなく、他の発光素子（例えば、半導体発光ダイオードや、有機ＬＥＤ）であってもよく、あるいは受光素子（例えばフォトダイオード）であってもよい。受光素子であれば、柱状部１３０の光学面１２８は光の入射面となる。受光素子の場合、少なくとも光吸収層（広義には機能層）を有する。また、その場合、光吸収層の上下には、それぞれ半導体層（コンタクト層ともいう）が設けられることが多い。
また、上述の各半導体において、ｐ型とｎ型を入れ替えてもよい。また、上述の例では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系の半導体材料を用いることも可能である。
Ｂ．光素子の製造方法
図３〜図１１は、本発明の実施の形態に係る光素子の製造方法を示す図である。
（Ｂ−１）まず、図３〜図５に示すように、基板１１０上に柱状部１３０を含む素子部１２０を形成する。
図３に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１１０の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、半導体多層膜を形成する。ここで、半導体多層膜は、例えば、ｎ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの第１のミラー１２２、ＧａＡｓウエル層とＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１２４、及びｐ型Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層とｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの第２のミラー１２６からなる。
なお、第２のミラー１２６を成長させる際に、活性層１２４近傍の少なくとも１層を、ＡｌＡｓ層又はＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層に形成する。この層は後に酸化され、電流狭窄層１２５となる（図５参照）。また、第２のミラー１２６の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極１７０とのオーミック接触をとりやすくしておくことができる。
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、基板１１０の種類、あるいは形成する半導体多層膜の種類、厚さ、及びキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であることができる。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（MOVPE：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法や、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、あるいはＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）法などを用いることができる。
次に、半導体多層膜上に、所定形状にパターニングされたレジスト層（図示しない）を形成し、該レジスト層をマスクとして、例えばドライエッチング法により、第２のミラー１２６、活性層１２４、及び第１のミラー１２２の一部をエッチングして、図４に示すように、柱状部１３０を形成する。
次に、図５に示すように、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、柱状部１３０が形成された基板１１０を投入することにより、上述した第２のミラー１２６中のＡｌ組成が高い層（Ａｌ組成が０．９５以上の層）を側面から酸化して、電流狭窄層１２５を形成する。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成及び膜厚に依存する。上述した電流狭窄層１２５を備えた面発光型半導体レーザでは、駆動する際に、電流狭窄層１２５が形成されていない部分（酸化されていない部分）のみに電流が流れる。したがって、酸化によって電流狭窄層１２５を形成する工程において、電流狭窄層１２５の形成領域を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
（Ｂ−２）次に、図６に示すように、第１の保護層１４０を形成する。
第１の保護層１４０は、ＣＶＤ法（例えばプラズマＣＶＤ法）、スパッタ法又は蒸着法などにより素子部１２０の表面に成膜した後、ドライエッチング法（例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング））により所定領域にパターニングすることができる。ドライエッチングのエッチングガスとしては、例えばＣＦ４を使用することができる。こうして、図６に示すように、柱状部１３０の上面１３２を、第１の保護層１４０の開口部１４２から露出させる。図６に示す例では、柱状部１３０の上面１３２の端部は、第１の保護層１４０により被覆させ、柱状部１３０の上面１３２の中央部のみを露出させる。柱状部１３０の上面１３２の少なくとも一部を露出させることにより、電極１７０との電気的導通を確保することができる。
（Ｂ−３）次に、図７〜図１０に示すように、樹脂層１５０を形成する。
樹脂層１５０は、まず、前駆体層１５０ａを素子部１２０の全面を被覆するように設け、該前駆体層１５０ａをパターニングすることにより形成することができる。
詳しく説明すると、まず、図７に示すように、前駆体層１５０ａを例えばスピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法などにより、素子部１２０上に設ける。次に、前駆体層１５０ａを所定形状にパターニングするが、本例においては、感光性を有する前駆体層１５０ａを使用し、前駆体層１５０ａ上に感光性のレジスト層Ｒを形成し、フォトリソグラフィ技術の露光及び現像工程（溶解除去工程）によりレジスト層Ｒ及び前駆体層１５０ａを同時にパターニングする。
上述した露光及び現像工程前に、前駆体層１５０ａを例えば８０〜１００℃程度にプリベークして、前駆体層１５０ａ中の溶媒を飛ばしてもよい。こうすることで、現像工程時の溶解除去速度を均一にすることができる。また、プリベークによって、前駆体層１５０ａの溶解速度をレジスト層Ｒの溶解速度よりも遅らせることができる。
例えば、第１のパターニングにより、前駆体層１５０ａの外縁を形成してもよい。具体的には、柱状部１３０を含む領域の上方にマスクＭ１を配置し、光エネルギーを照射する。レジスト層Ｒ及び前駆体層１５０ａには、マスクＭ１から露出する領域に光エネルギーが照射される。こうして、レジスト層Ｒ及び前駆体層１５０ａを同時に露光する。その後、現像液に浸漬することによって、光エネルギーが照射された部分を同時に除去する。なお、図７に示す例では、レジスト層Ｒ及び前駆体層１５０ａは、いずれも照射部分の溶解性が増加するポジ型を使用しているが、逆に照射部分の溶解性が減少するネガ型を使用することも可能である。ネガ型の場合、図７及び図８において使用するマスクの形状は、それぞれ反転形状となる。
次に、第２のパターニングにより、柱状部１３０の上面１３２（例えば中央部）を露出させる。具体的には、図８に示すように、柱状部１３０の上面１３２の中央部が開口するマスクＭ２を配置し、光エネルギーを照射する。そして、レジスト層Ｒ及び前駆体層１５０ａを同時に露光及び現像する。第２のパターニング工程では、第１のパターニング工程で残されたレジスト層Ｒをそのまま使用して行う。
以上のように、前駆体層１５０ａのパターニングを複数回行うことによって、それぞれに最適な露光及び現像時間を確保することができる。すなわち、パターニングの最適化を図り、パターニング精度の向上を図ることができる。
こうして、図９に示すように、素子部１２０上に、前駆体層１５０ｂ及びレジスト層Ｒ´を形成することができる。前駆体層１５０ｂ及びレジスト層Ｒ´は、柱状部１３０の周囲のみならず、柱状部１３０の上面１３２の端部にも形成することができる。
その後、レジスト層Ｒ´を除去する。レジストシンナー（例えばＬＢシンナー（商品名））等を使用して、レジスト層Ｒ´を溶解除去（ウエットエッチング）してもよい。この場合、第１の保護層１４０が形成されているので、レジスト層Ｒ´を除去するための溶媒等から素子部１２０を保護することができる。ここで、プリベーク済みの前駆体層１５０ｂは、レジスト層Ｒ´に比べて溶解除去速度が遅いので、レジスト層Ｒ´が全部除去されるのに対して、前駆体層１５０ｂは表層部のみが除去される。その結果、図１０に示すように、レジスト層Ｒ´を除去した後、上面が滑らかな曲面を有する樹脂層１５０を形成することができる。例えば、柱状部１３０の上面１３２においては、樹脂層１５０を上面１３２の周縁から中央の方向に従って薄くなるように滑らかに傾斜させることができる。
なお、パターニング後、前駆体層１５０ｂを例えば３５０℃程度に加熱し硬化収縮させることにより、図１０に示す樹脂層１５０を形成することができる。この場合、第１の保護層１４０により素子部１２０が被覆されているので、高温プロセスに起因する素子部１２０（特に柱状部１３０）の変成（例えば酸化の進行）を防止することができる。
上述した例の変形例として、１回のパターニングにより樹脂層１５０を形成してもよいし、レジスト層Ｒの形成を省略して樹脂層１５０を形成してもよいし、非感光性の樹脂層を使用してエッチングによりパターニング形成してもよい。あるいは、液滴吐出方式（例えばインクジェット方式）又は印刷方式（例えばスクリーン印刷方式）により、所定のパターン形状を有する樹脂層１５０を直接形成することも可能である。
（Ｂ−４）次に、図１１に示すように、電極１７０、及び他の電極１８０を形成する。電極１７０は第２のミラー１２６に電気的に接続させ、電極１８０は第１のミラー１２２に電気的に接続させる。
電極１７０は、柱状部１３０の上面１３２上、及び樹脂層１５０上に、例えば真空蒸着法などにより形成した後、リフトオフ法によりその一部を除去することによって、所定形状にパターニングすることができる。あるいは、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法を適用することもできる。電極１７０は、単層又は複数層から形成することができ、複数層の場合それぞれを異なる材質から形成してもよい。電極１７０を形成する前に、必要があればプラズマ処理等により、被成膜領域を洗浄してもよい。また、電極１７０を形成した後あるいはその途中において、例えば３５０℃程度の高温下でアニール処理（合金化処理）を行うことができる。なお、他の電極１８０は、例えば基板１１０の裏面に形成することができ、その形成方法は電極１７０の説明の通りである。
（Ｂ−５）その後、第２の保護層１６０を形成する（図２参照）。
第２の保護層１６０の材質及び成膜方法は、第１の保護層１４０の内容を適用することができる。第２の保護層１６０は、例えば素子部１２０の全面（光学面１２８を含む）に形成する。第２の保護層１６０が光透過性を有していれば、光の経路を妨げることなく、光学面１２８を含む柱状部１３０を外部環境から保護することができる。第２の保護層１６０を厚く形成すると保護性能をより向上させることができる。
本実施の形態に係る光素子の製造方法のその他の詳細及び効果は、上述した光素子の内容を適用することができる。
Ｃ．変形例
図１２〜図１４は、本発明の実施の形態に係る変形例を示す図である。以下の変形例では、上述した形態と異なる点について説明する。
（Ｃ−１）図１２は、本実施の形態に係る第１の変形例を示す図である。本変形例に係る光素子２００では、第２の保護層２１０が樹脂層１５０と電極２２０の間に介在している。すなわち、第２の保護層２１０は、電極２２０（パッド部２２２を含む）の下地として形成されている。これによれば、樹脂層１５０よりも硬い材質の第２の保護層２１０が電極２２０の下地となるので、例えば電極２２０のパッド部２２２へのボンディング（例えばワイヤボンディング）を良好に行うことができる。
また、第２の保護層２１０は、樹脂層１５０の全部を被覆して形成されている。また、柱状部１３０の上面１３２の少なくとも一部が露出するように、第２の保護層２１０を形成する。こうすることにより、電極１７０との電気的導通を確保することができる。
なお、図１２に示す例では、第２の保護層２１０は、第１の保護層１４０及び樹脂層１５０よりも、柱状部１３０の上面１３２の内側に至るように形成されている。
本変形例によれば、電極２２０の下地として樹脂層１５０よりも硬い材質の第２の保護層２１０を形成するので、例えばパッド部２２２に導電部材などがボンディングされる場合、必要とする荷重を十分に与えることができ、導電部材（例えばワイヤボール）をパッド部２２２に良好に接合することができる。また、樹脂層１５０を上層及び下層から直接押さえ込むので、樹脂層１５０の変形をより効果的に防止することができる。
（Ｃ−２）図１３は、本実施の形態に係る第２の変形例を示す図である。本変形例に係る光素子２０２は、光素子１００の構成に加えて、さらに第３の保護層２３０を含む。
第３の保護層２３０は、樹脂層１５０と電極１７０の間に介在して形成され、樹脂層１５０よりも硬い材質からなる。第３の保護層２３０の詳細は、上述した第１及び第２の保護層１４０，１６０の内容を適用することができ、例えば酸化シリコン、窒化シリコンから形成することができる。
図１３に示すように、第３の保護層２３０は、少なくともパッド部１７２の領域（のみ）に形成されていてもよい。これにより、上述した良好なボンディングを実現することができる。あるいは、第３の保護層２３０は、樹脂層１５０の全部の領域を被覆するように形成してもよい。
本変形例によれば、上述した光素子１００の構成から導かれる効果に加えて、さらに第１の変形例において説明した効果を奏することができる。
（Ｃ−３）図１４は、本実施の形態に係る第３の変形例を示す図である。本変形例に係る光素子２０４では、第１及び第２の保護層２４０，２５０の形態が光素子１００と異なる。
第１の保護層２４０は、柱状部１３０の側面（例えば側面の全部）を被覆し、柱状部１３０の上面１３２及び側面の間の境界（例えば境界の全部）を被覆し、さらに柱状部１３０の上面１３２の端部に至るように形成されている。また、第１の保護層２４０は、柱状部１３０の上面１３２の電極１７０よりも内側の領域を被覆する、第１の被覆部２４２を有する。第１の被覆部２４２は、いわゆる光学面１２８の全部を被覆している。
本変形例によれば、光学面１２８が被覆されているので、光学定数の変動等を防止し、外部環境変化に対する信頼性をより一層向上させることができる。特に、樹脂層１５０及び電極１７０の形成工程の高温プロセス、エッチングプロセス等に起因する、光素子の損傷又は特性の劣化・変動を効果的に防止することができる。
図１４に示すように、第２の保護層２５０も光学面１２８を被覆して設けられる場合、光学面１２８上には、第１の保護層２４０の第１の被覆部２４２、及び第２の保護層２５０の第２の被覆部２５２が積層して設けられる。その場合、第１及び第２の保護層２４０，２５０（正確には第１及び第２の被覆部２４２，２５２）の屈折率を異なるように設定することができる。具体的には、第１の保護層２４０の屈折率を第２のミラー１２６の最上層（例えばＡｌ組成のより低い（Ａｌ）ＧａＡｓ層）と異なるように設定し、さらに、第２の保護層２５０の屈折率を第１の保護層２４０と異なるように設定する。こうすることにより、第１及び第２の保護層２４０，２５０をミラーとして機能させることができ、光の出射又は入射に寄与させることができる。したがって、例えば第２のミラー１２６をより薄くすることが可能になり、素子のさらなる低抵抗化を図ることができる。
なお、図１４のさらなる変形例として、第１の保護層２４０のみを光学面１２８上に形成してもよい。すなわち、光学面１２８を第１の保護層２４０（第１の被覆部２４２）のみにより被覆してもよい。その場合の効果は、すでに説明した通りである。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
本発明の実施の形態に係る光素子の平面図。 本発明の実施の形態に係る光素子の断面図。 本発明の実施の形態に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態の変形例に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態の変形例に係る光素子の製造方法を示す図。 本発明の実施の形態の変形例に係る光素子の製造方法を示す図。
符号の説明
１００…光素子 １１０…基板 １２０…素子部 １２２…第１のミラー
１２４…活性層 １２５…電流狭窄層 １２６…第２のミラー １２８…光学面
１３０…柱状部 １３２…上面 １４０…第１の保護層 １５０…樹脂層
１６０…第２の保護層 １７０…電極 １７２…パッド部 １８０…他の電極
２００，２０２，２０４…光素子 ２１０…第２の保護層 ２２０…電極
２２２…パッド部 ２３０…第３の保護層 ２４０…第１の保護層
２５０…第２の保護層

Claims (11)

  1. 基板と、
    前記基板の上方に形成され、光が出射又は入射する上面を有する柱状部と、
    前記基板の上方において少なくとも前記柱状部の周囲を含む領域に形成された第１の保護層と、
    前記第１の保護層の上方に形成された樹脂層と、
    前記樹脂層の上方に形成された第２の保護層と、
    前記柱状部の上面と電気的に接続された電極と、
    を含み、
    前記第１及び第２の保護層は、前記樹脂層よりも硬い材質からなる、光素子。
  2. 請求項１記載の光素子において、
    前記電極は、前記柱状部の上面から前記樹脂層の上方に延出して形成され、かつ前記樹脂層の上方にパッド部を有する、光素子。
  3. 請求項１又は請求項２記載の光素子において、
    前記第１の保護層は、前記柱状部の側面、及び前記柱状部の上面の端部に形成されている、光素子。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光素子において、
    前記第２の保護層は、前記樹脂層と前記電極の間に介在している、光素子。
  5. 請求項４記載の光素子において、
    前記第２の保護層は、前記第１の保護層及び前記樹脂層よりも、前記柱状部の上面の内側に至るように形成されている、光素子。
  6. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光素子において、
    前記第２の保護層は、前記電極の上方に形成されている、光素子。
  7. 請求項６記載の光素子において、
    前記第２の保護層は、前記第１の保護層、前記樹脂層及び前記電極よりも、前記柱状部の上面の内側に至るように形成されている、光素子。
  8. 請求項６又は請求項７記載の光素子において、
    前記樹脂層と前記電極の間に介在して形成された第３の保護層をさらに含み、
    前記第３の保護層は、前記樹脂層よりも硬い材質からなる、光素子。
  9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の光素子において、
    前記第１及び第２の保護層の少なくとも一方は、前記柱状部の上面の前記電極よりも、前記柱状部の上面の内側の領域を被覆している、光素子。
  10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の光素子において、
    前記第１及び第２の保護層のいずれもが、前記柱状部の上面の前記電極よりも、前記柱状部の上面の内側の領域を被覆しており、
    前記第１及び第２の保護層の屈折率は異なっている、光素子。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光素子において、
    前記第１及び第２の保護層の少なくとも一方は、珪素と、酸素又は窒素との化合物を含む、光素子。
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