JP2008134343A - 半導体レンズおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズ面が損傷することを防止できる半導体レンズおよびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】半導体レンズ１は、半導体基板１０をレンズ面１４の形状に応じて一表面側から多孔質化した後に酸化することで形成されたカバー部１２と、カバー部１２を除く半導体基板１０の部位からなりカバー部１２との境界面からなるレンズ面１４を有するレンズ部１３とを備えるものであって、半導体基板１０の他表面側にレンズ面１４の形状に応じて半導体基板１０との接触パターンを設計した陽極２０を形成する陽極形成工程と、電解液中で半導体基板１０の一表面側に対向配置した陰極と陽極２０との間に通電して半導体基板１０の一部を多孔質化してその一表面側にカバー部１２の基礎となる多孔質部１１を形成する多孔質化工程と、多孔質部１１を酸化してカバー部１２およびレンズ部１３を形成するカバー部・レンズ部形成工程とを経ることで形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レンズおよびその製造方法に関するものである。

従来から、導電性基板を用いたマイクロレンズ用金型の製造方法およびそのマイクロレンズ用金型を用いたマイクロレンズの製造方法が提案されている（特許文献１参照）。なお、特許文献１には、マイクロレンズとして合成樹脂レンズが例示されている。

上記特許文献１のマイクロレンズ用金型の製造方法では、例えば、導電性基板たる低抵抗のｐ形シリコン基板の一表面上にシリコン窒化膜を堆積させた後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン窒化膜の所定部位に円形状の開孔部を形成し、その後、シリコン窒化膜をマスク層としてｐ形シリコン基板の上記一表面側の一部を陽極酸化処理にて多孔質化することにより半球状の多孔質シリコン部を形成する。その後、多孔質シリコン部を全体に亘って酸化することにより二酸化シリコン部を形成し、マスク層を除去してから、二酸化シリコン部を除去することによってｐ形シリコン基板の上記一表面に所望の凸レンズ形状に対応する凹部を形成し、続いて、ｐ形シリコン基板の上記一表面側および他表面側それぞれに熱酸化膜を形成している。なお、上述の陽極酸化処理では、陽極酸化用の電解液中でｐ形シリコン基板の上記一表面側に対向配置される陰極と半導体基板の他表面に接する形で配置される陽極板との間に通電することで多孔質シリコン部を形成している。

上記特許文献１に開示されたマイクロレンズ用金型の製造方法では、ｐ形シリコン基板として抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い低抵抗のものを用いており、陽極酸化処理時にｐ形シリコン基板の多孔質化が等方性エッチングのように等方的に進行するので、上記開孔部の形状を円形状とすることにより、ｐ形シリコン基板の上記一表面に形成される凹部の深さ寸法と凹部の円形状の開口面の半径とが略等しくなり、結果的に、マイクロレンズとして平凸型の球面レンズを製造することができる。なお、上記特許文献１には、マイクロレンズ用金型の製造時に上記開孔部の形状を長方形状とすることにより、結果的に、マイクロレンズとして平凸型のシリンドリカルレンズを製造することができることも開示されている。

また、従来から、半絶縁性のＧａＡｓ基板のような高抵抗（例えば、抵抗率が１０^８Ωｃｍ程度）の半導体基板の一表面側にメサ形状に応じてパターン設計したマスク層を設けることなく陽極酸化技術を利用してメサ形状を形成する方法として、半導体基板の他表面側にメサ形状に応じて形状を設計した陽極（電極）を接触させ、その後、陽極と電解液中において半導体基板の上記一表面に対向配置した陰極との間に通電して酸化膜を形成する陽極酸化工程を行い、続いて、酸化膜をエッチング除去する酸化膜除去工程を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

上記特許文献２に記載されたメサ形状の形成方法では、陽極酸化工程において陽極の形状や酸化膜の厚さなどによって半導体基板に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、メサの側面の勾配が緩く、メサの側面と平坦面とが滑らかに連続したメサ形状を形成することができる。
特開２０００−２６３５５６号公報 特開昭５５−１３９６０号公報

上記特許文献１に開示されたマイクロレンズ用金型や、上記特許文献２に記載された技術を用いれば、シリコンなどの半導体を用いた半導体レンズを形成することができるが、このようにして得られた半導体レンズはレンズ面が露出しているので、レンズ面に傷が付き易い（レンズ面が損傷しやすい）という問題があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、レンズ面の損傷を防止できる半導体レンズおよびその製造方法を提供することにある。

上述の課題を解決するために、請求項１の発明では、半導体基板を用いて形成される半導体レンズであって、半導体基板を所望のレンズ面の形状に応じて一表面側から多孔質化した後に酸化することによって形成されたカバー部と、前記カバー部を除く前記半導体基板の部位からなり前記カバー部との境界面からなるレンズ面を有するレンズ部とを備えていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、レンズ部のレンズ面がカバー部によって保護されているから、レンズ面の損傷を防止できる。また、カバー部の屈折率がレンズ部の屈折率と空気の屈折率との間の値となるから、レンズ面での光の反射を低減できる。また、半導体基板における多孔質化した部位を酸化することでカバー部を形成し、このカバー部とレンズ部との境界面をレンズ面としているから、多孔質化した部位を除去することでレンズ部を形成する場合に比べてレンズ面を平坦化できる。また、レンズ部のレンズ面を露出させた後にレンズ部のレンズ面にカバー部の基礎となる材料を堆積するような場合に比べてレンズ部とカバー部との密着性を高めることができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記カバー部は、多孔度が異なる複数の多孔質層を酸化することによって形成されて酸化された前記多孔質層からなる複数のカバー層を有し、前記複数の多孔質層は、前記レンズ部の前記レンズ面から離れたものほど多孔度が高く設定されていることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、カバー層の屈折率は多孔質層の多孔度に依存し、多孔度が低くなればなるほどカバー層の屈折率が空気の屈折率よりもレンズ部の屈折率（多孔度が高くなればなるほどカバー層の屈折率がレンズ部の屈折率よりも空気の屈折率）に近づくので、カバー部の屈折率はレンズ部から離れるほど空気に近い屈折率となるから、カバー部による赤外線の反射を抑制できる。

請求項３の発明では、請求項１記載の半導体レンズの製造方法であって、請求項１記載の半導体レンズの製造方法であって、半導体基板の他表面側に所望のレンズ面の形状に応じて半導体基板との接触パターンを設計した陽極を形成する陽極形成工程と、電解液中で半導体基板の一表面側に対向配置した陰極と陽極との間に通電して半導体基板の一部を多孔質化することで半導体基板の前記一表面側にカバー部の基礎となる多孔質部を形成する多孔質化工程と、多孔質部を酸化することでカバー部を形成するとともにレンズ部を形成するカバー部・レンズ部形成工程とを有していることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、陽極形成工程にて形成する陽極と半導体基板との接触パターンにより陽極酸化工程において半導体基板に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、多孔質化工程にて形成する多孔質部の厚み方向の面内分布を制御することができて厚みを連続的に変化した多孔質部を形成することが可能であり、当該多孔質部をカバー部・レンズ部形成工程にて酸化することで所望のレンズ形状のレンズ部およびレンズ部のレンズ面を保護するカバー部を有する半導体レンズが形成されるから、任意形状で且つレンズ面が滑らかな半導体レンズを容易に形成することが可能になる。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記陽極形成工程では、陽極と半導体基板との接触がオーミック接触となるように陽極を形成することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、陽極と半導体基板との間にショットキ障壁が生じないから、陰極と陽極との間に電流を流す際に、ショットキ障壁によって電流が遮られることや、所望の電流値が得られなくなってしまうことを抑制できる。

請求項５の発明では、請求項３または４の発明において、前記カバー部・レンズ部形成工程では、熱酸化法により前記多孔質部を酸化することを特徴とする。

請求項５の発明によれば、熱酸化法では半導体基板を約１０００度に加熱するので、例えば、半導体基板としてシリコン基板を用いた際に、熱耐性および膜均一性が高いＳｉＯ_２からなるカバー部を形成することができるから、カバー部の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズを製造できる。

請求項６の発明では、請求項３または４の発明において、前記カバー部・レンズ部形成工程では、オゾンを用いた酸化法により前記多孔質部を酸化することを特徴とする。

請求項６の発明によれば、欠陥の少ない緻密なカバー部を形成することができるから、カバー部の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズを製造できる。また、熱酸化法により多孔質部を酸化する場合に比べて低温で多孔質部の酸化処理を行えるから、レンズ部に生じる熱応力を低減できて、熱応力に起因するレンズ部の品質の劣化を抑制できる。

請求項７の発明では、請求項３または４の発明において、前記カバー部・レンズ部形成工程では、高圧水蒸気酸化法により前記多孔質部を酸化することを特徴とする。

請求項７の発明によれば、欠陥の少ない緻密なカバー部を形成することができるから、カバー部の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズを製造できる。また、熱酸化法により多孔質部を酸化する場合に比べて低温で多孔質部の酸化処理を行えるから、レンズ部に生じる熱応力を低減できて、熱応力に起因するレンズ部の品質の劣化を抑制できる。また、オゾンを用いた酸化法により多孔質部を酸化する場合に比べて酸化処理する面積の広域化が容易であるという利点がある。また、安全性の点でも優れている。

請求項８の発明では、請求項３〜７のうちいずれか１項の発明において、前記多孔質化工程では、陰極と陽極との間に通電する際の電流密度を時間経過に伴って変化させることによって多孔度が異なる複数の多孔質層を有する多孔質部を形成し、前記カバー部・レンズ部形成工程では、多孔質部を酸化することで酸化された多孔質層からなる屈折率が異なる複数のカバー層を有するカバー部を形成することを特徴とする。

請求項８の発明によれば、屈折率の異なる複数のカバー層を有するカバー部を形成できるから、カバー部の各カバー層の屈折率を適宜設定することによって、カバー部にフィルタや、無反射コートなどの光学的な機能を持たせることが可能になる。

請求項９の発明では、請求項３〜７のうちいずれか１項の発明において、前記陽極酸化工程では、陰極と陽極との間に通電する際の電流密度を時間経過に伴って変化させることによって前記カバー部の基礎となる第１の多孔質層と第１の多孔質層よりも多孔度が高く第１の多孔質層よりも半導体基板の前記他表面から離れた第２の多孔質層とを有する多孔質部を形成し、前記カバー部・レンズ部形成工程では、多孔質部の各多孔質層を酸化した後に酸化された第２の多孔質層を除去することで酸化された第１の多孔質層からなるカバー部を露出させることを特徴とする。

請求項９の発明によれば、カバー部におけるレンズ部側とは反対側の面をレンズ面に沿った形状にすることができるから、例えば、レンズ部におけるカバー部側とは反対側の面から入射させた光を、カバー部におけるレンズ部側とは反対側の面で反射してしまうことを低減できる。

請求項１の発明は、レンズ面の損傷を防止できるという効果を奏し、さらに、レンズ面での光の反射を低減できるという効果を奏し、加えて、レンズ面を平坦化できるという効果を奏し、しかも、レンズ部とカバー部との密着性を高めることができるという効果を奏する。

請求項３の発明は、任意形状で且つレンズ面が滑らかな半導体レンズを容易に形成することが可能になるという効果を奏する。

（実施形態１）
本実施形態の半導体レンズ１は、図１（ｅ）に示すように、半導体基板１０を用いて形成されており、半導体基板１０を所望のレンズ面１４の形状に応じて一表面側（図１（ａ）における上面側）から多孔質化した後に酸化することによって形成されたカバー部１２と、カバー部１２を除く半導体基板１０の部位からなりカバー部１２との境界面からなるレンズ面１４を有するレンズ部１３とを備えている。

以下に、本実施形態の半導体レンズ１の製造方法として、シリコン基板からなる半導体基板１０（図１（ａ）参照）を用いて半導体レンズ１を製造する製造方法を例示する。ここで、本実施形態における半導体レンズ１のレンズ部１３は、平凸型の非球面レンズである。なお、本実施形態では、半導体基板１０として導電形がｐ形のものを用いるようにし、半導体基板１０の抵抗率を８０Ωｃｍに設定してあるが、この数値は特に限定するものではない。

以下、上述の半導体レンズ１の製造方法について図１（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。

まず、図１（ａ）に示す半導体基板（後述のダイシングを行うまではウェハであり、図１（ａ）〜（ｅ）では、２つの半導体レンズ１が形成される部分を図示している）１０の他表面側（図１（ａ）の下面側）に後述の多孔質化工程で利用する陽極２０（図１（ｃ）参照）の基礎となる所定膜厚（例えば、１μｍ）の導電性膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる導電性層２１を形成する導電性層形成工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。ここで、導電性層形成工程では、例えばスパッタ法によって半導体基板１０の上記他表面上に導電性層２１を成膜した後、Ｎ_２ガスおよびＨ_２ガス雰囲気中で導電性層２１のシンタ（熱処理）を行うことで、導電性層２１と半導体基板１０とのオーミック接触を得ている。なお、導電性層２１の成膜方法はスパッタ法に限らず、例えば蒸着法などを採用してもよい。

導電性層形成工程の後、導電性層２１に円形状の開孔部２２を設けるように導電性層２１をパターニングするパターニング工程を行なうことによって、図１（ｃ）に示す構造を得る。ここで、パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術を利用して半導体基板１０の上記他表面側に上記開孔部２２に対応する部位が開孔されたレジスト層（図示せず）を形成した後、レジスト層をマスクとして導電性層２１の不要部分を例えばドライエッチング技術またはウェットエッチング技術によってエッチング除去して開孔部２２を設けることにより導電性層２１の残りの部分からなる陽極２０を形成し、その後、上記レジスト層を除去する。なお、導電性層２１がＡｌ膜やＡｌ−Ｓｉ膜であれば、導電性層２１の不要部分をウェットエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば燐酸系エッチャントを用いればよく、導電性層２１の不要部分をドライエッチング技術によりエッチング除去する場合には、例えば反応性イオンエッチング装置などを用いればよい。また、本実施形態では、上述の導電性層形成工程とパターニング工程とで、所望のレンズ面１４の形状（レンズ部１３のレンズ形状）に応じて半導体基板１０との接触パターンを設計した陽極２０を半導体基板１０の上記他表面側に形成する陽極形成工程を構成している。なお、円形状の開孔部２２の半径は１ｍｍに設定してあるが、この数値は特に限定するものではなく、半導体レンズ１のレンズ部１３のレンズ径の設定値に基づいて適宜設定すればよい。

パターニング工程の後、陽極酸化用の電解液中で半導体基板１０の上記一表面側に対向配置される白金電極からなる陰極（図示せず）と陽極２０との間に通電して半導体基板１０の一部を多孔質化することで半導体基板１０の上記一表面側に多孔質シリコンからなりカバー部１２の基礎となる多孔質部１１を形成する多孔質化工程（陽極酸化工程）を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。

この多孔質化工程では、陽極２０と陰極との間に通電する際には、陽極２０と陰極との間に流れる電流の電流密度が所定電流密度となるように陽極２０と陰極との間に電圧を印加し、通電開始から所定時間が経過すると直ちに通電を終了するようにしている。

また、多孔質化工程で用いられる電解液としては、半導体基板１０の構成元素であるＳｉの酸化物であるＳｉＯ_２をエッチング除去する溶液として、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを１：１で混合したフッ酸系溶液を用いている。ただし、フッ化水素水溶液の濃度やフッ化水素水溶液とエタノールとの混合比は特に限定するものではない。また、フッ化水素水溶液と混合する液体もエタノールに限らず、メタノール、プロパノール、イソプロパノール（ＩＰＡ）などのアルコールなど、陽極酸化反応で発生した気泡を除去できる液体であれば、特に限定するものではない。

ところで、ｐ形のシリコン基板からなる半導体基板１０の一部を陽極酸化工程において多孔質化する際には、ホールをｈ^＋、電子をｅ⁻とすると、以下の反応が起こっていると考えられる。
Ｓｉ＋２ＨＦ＋（２−ｎ）ｈ^＋→ＳｉＦ_２＋２Ｈ^＋＋ｎｅ⁻
ＳｉＦ_２＋２ＨＦ→ＳｉＦ_４＋Ｈ_２
ＳｉＦ_４＋２ＨＦ→ＳｉＨ_２Ｆ_６
すなわち、ｐ形のシリコン基板からなる半導体基板１０の陽極酸化では、Ｆイオンの供給量とホールｈ^＋の供給量との兼ね合いで多孔質化あるいは電解研磨が起こることが知られており、Ｆイオンの供給量の方がホールｈ^＋の供給量よりも多い場合には多孔質化が起こり、ホールｈ^＋の供給量がＦイオンの供給量よりも多い場合には電解研磨が起こる。したがって、本実施形態のように半導体基板１０としてｐ形のシリコン基板を用いている場合には、陽極酸化による多孔質化の速度はホールｈ^＋の供給量で決まるから、半導体基板１０中を流れる電流の電流密度で多孔質化の速度が決まり、多孔質部１１の厚みが決まることになる。本実施形態の場合、半導体基板１０の上記一表面側では、陽極２０の開孔部２２の中心線（半導体基板１０の厚み方向に沿った中心線）から離れるほど電流密度が徐々に大きくなるように電流密度の面内分布を有することとなり、半導体基板１０の上記一表面側に形成される多孔質部１１は、陽極２０の開孔部２２の中心線に近くなるほど徐々に薄くなることになる。なお、上述の電流密度の面内分布は、陽極２０と陰極との間に通電しているときに陽極２０と半導体基板１０との接触パターンなどにより決まる半導体基板１０の電界強度の分布に応じて発生し、電界強度が強いほど電流密度が大きくなり、電界強度が弱いほど電流密度が小さくなる。

上述の陽極酸化処理工程の終了後、熱酸化法により多孔質シリコンからなる多孔質部１１を酸化することでＳｉＯ_２（二酸化シリコン）からなるカバー部１２を形成するとともにレンズ部１３を形成するカバー部・レンズ部形成工程を行う。このカバー部・レンズ部形成工程により、カバー部１２が形成されるとともに、カバー部１２を除く半導体基板１０の部位からなりカバー部１２との境界面をレンズ面１４として有するレンズ部１３が形成される。この後に、陽極２０を除去する陽極除去工程を行う。ここで、Ａｌ膜やＡｌ−Ｓｉ膜により形成された陽極２０を除去するエッチング液としては、アルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＴＭＡＨなどの水溶液）やＨＦ系溶液を用いればよい。陽極除去工程により、図１（ｅ）に示す構成の半導体レンズ１が得られ、このような半導体レンズ１が得られた後には、個々の半導体レンズ１に分離するダイシング工程を行えばよい。

以上述べた本実施形態の半導体レンズ１によれば、レンズ部１３のレンズ面１４がカバー部１２によって保護されているから、レンズ面１４の損傷を防止できる。また、ＳｉＯ_２からなるカバー部１２の屈折率は、Ｓｉからなるレンズ部１３の屈折率と空気の屈折率との間の値となるから、レンズ面１４での光の反射を低減できる。また、半導体基板１０における多孔質化した部位である多孔質部１１を酸化することでカバー部１２を形成し、このカバー部１２とレンズ部１３との境界面をレンズ面１４としているから、多孔質部１１を除去することによってレンズ部１３を形成する場合に比べてレンズ面１４を平坦化できる。また、レンズ部１３のレンズ面１４を露出させた後にレンズ部１３のレンズ面１４側にカバー部１２の基礎となる材料を堆積することでカバー部１２を形成するような場合に比べてレンズ部１３とカバー部１２との密着性を高めることができる。

また、上述した本実施形態の半導体レンズ１の製造方法によれば、陽極形成工程にて形成する陽極２０と半導体基板１０との接触パターンにより陽極酸化工程において半導体基板１０に流れる電流の電流密度の面内分布が決まるので、多孔質化工程にて形成する多孔質部１１の厚み方向の面内分布を制御することができて厚みを連続的に変化した多孔質部１１を形成することが可能であり、当該多孔質部１１をカバー部・レンズ部形成工程にて酸化することで所望のレンズ形状のレンズ部１３およびレンズ部１３のレンズ面１４を保護するカバー部１２を有する半導体レンズ１が形成されるから、任意形状で且つレンズ面１４が滑らかな半導体レンズ１を容易に形成することが可能になる。

さらに、陽極形成工程では、陽極２０と半導体基板１０との接触がオーミック接触となるように陽極２０を形成しているので、陽極２０と半導体基板１０との間にショットキ障壁が生じることを防止できるから、陰極と陽極２０との間に電流を流す際にショットキ障壁によって電流が遮られることや、所望の電流値が得られなくなってしまうことを抑制できる。

加えて、カバー部・レンズ部形成工程では、シリコン基板からなる半導体基板１０を多孔質化することによって形成した多孔質部１１を熱酸化法により酸化しており、熱酸化法では半導体基板を約１０００度に加熱するので、熱耐性および膜均一性が高いＳｉＯ_２からなるカバー部１２を形成することができるから、カバー部１２の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズ１を製造できる。

また、上述の半導体レンズ１の製造方法においては、多孔質化工程において半導体基板１０に流れる電流の電流密度の面内分布によってレンズ部１３のレンズ形状(本実施形態では、平凸型の非球面レンズにおける非球面の曲率半径やレンズ径)が決まるので、半導体基板１０の抵抗率や厚み、多孔質化工程にて用いる電解液の電気抵抗値や、半導体基板１０と陰極との間の距離、陰極の平面形状（半導体基板１０に対向配置した状態において半導体基板１０に平行な面内での形状）、陽極２０における円形状の開孔部２２の内径などを適宜設定することにより、レンズ形状を制御することができる。

ここで、半導体基板１０の抵抗率としては、例えば、数Ωｃｍ〜数１００Ωｃｍ程度の範囲内で設定すればよく、抵抗率が小さいほど曲率半径の大きな緩やかな曲面からなるレンズ面１４を有するレンズ部１３を形成することができ、抵抗率が大きいほど曲率半径の小さな短焦点のレンズ部１３を形成できる。また、半導体基板１０の厚みが薄いほど曲率半径の小さな短焦点のレンズ部１３を形成することができ、厚みが厚いほど曲率半径の大きな緩やかな曲面からなるレンズ面１４を有するレンズ部１３を形成することができる。

また、電解溶液の電気抵抗値は、例えば、フッ化水素水溶液の濃度や、フッ化水素水溶液とエタノールとの混合比などを変えることにより調整することができるので、陽極２０の形状の他に、陽極２０の形状以外の条件（例えば、電解溶液の電気抵抗値）を適宜設定することによって、レンズ部１３のレンズ形状をより制御しやすくなる。

また、陰極の平面形状としては、例えば、半導体基板１０に対向配置した状態において、陽極２０の開孔部２２と中心線が一致する円形状の開孔部（図示せず）を有する平面形状としている。ここで、陰極の開孔部の内径は、陽極２０の開孔部２２の内径と必ずしも同じ値に設定する必要はなく、半導体基板１０の厚みや電解液の電気抵抗値や陰極と半導体基板１０との間の距離などを考慮して適宜設定すればよい。なお、陰極の平面形状は上述の例に限定されるものではない。

また、その他に、レンズ部１３のレンズ形状を制御するパラメータとして、陽極酸化工程における陽極酸化の処理時間（上記所定時間）があり、処理時間が長く多孔質部１１の厚みが厚くなるほど、多孔質部１１において厚い部分の厚さと薄い部分の厚さとの差が大きくなって曲率半径の小さな曲面からなるレンズ面１４を形成でき、処理時間が短く多孔質部１１の厚みが薄くなるほど、多孔質部１１において厚い部分の厚さと薄い部分の厚さとの差が小さくなって曲率半径の大きな曲面からなるレンズ面１４を形成できる。

ところで、上述のカバー部・レンズ部形成工程では、熱酸化法により多孔質部１１を酸化するようにしているが、オゾンを用いた酸化法により多孔質部１１を酸化するようにしてもよい。ここで、オゾンを用いて多孔質部１１を酸化するにあたっては、１０〜１００％程度の濃度の高濃度オゾンの雰囲気下で半導体基板１０を３００℃〜６００℃程度に加熱すればよい。このようにすれば、欠陥の少ない緻密なカバー部１２を形成することができるから、カバー部１２の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズ１を製造できる。加えて、熱酸化法により多孔質部を酸化する場合に比べて低温で多孔質部１１の酸化処理を行えるから、レンズ部１３に生じる熱応力を低減できて、熱応力に起因するレンズ部１３の品質の劣化を抑制できる。

また、高圧水蒸気酸化法により多孔質部１１を酸化するようにしてもよい。ここで、高圧水蒸気を用いて多孔質部１１を酸化するにあたっては、１〜１０ＭＰａ程度の高圧水蒸気の雰囲気下で半導体基板１０を３００℃程度に加熱すればよい。このようにすれば、欠陥の少ない緻密なカバー部１２を形成することができるから、カバー部１２の透明性を高めることができて、高品質な半導体レンズ１を製造できる。また、熱酸化法により多孔質部を酸化する場合に比べて低温で多孔質部１１の酸化処理を行えるから、レンズ部１３に生じる熱応力を低減できて、熱応力に起因するレンズ部１３の品質の劣化を抑制できる。また、オゾンを用いた酸化法により多孔質部１１を酸化する場合に比べて酸化処理する面積の広域化が容易であるという利点がある。また、安全性の点でも優れている。

なお、陽極除去工程は必ずしも行う必要はなく、例えば、半導体レンズ１を赤外線用のレンズに用いる場合、陽極２０を残しておくことで、陽極２０をレンズ部１３以外の部位を赤外線が通過することを阻止する赤外線阻止部として利用することができる。

また、上述の製造方法では、陽極形成工程において円形状の開孔部２２が設けられた陽極２０を形成しているが、開孔部２２の形状を円形状ではなく長方形状の形状とすれば、半導体レンズ１として、平凸型のシリンドリカルレンズを形成することも可能である。

ところで、本実施形態の半導体レンズ１は、半導体基板１０の上記一表面側に形成されたカバー部１２と上記他表面側に形成されたレンズ部１３とを備えているが、カバー部１２におけるレンズ部１３側とは反対側の面側（図１（ｅ）における上面側）を半導体基板１０の他表面側、レンズ部１３におけるカバー部１２側とは反対の面側（図１（ｅ）における下面側）を半導体基板１０の一表面側として用いて、上述の半導体基板の製造工程を行うことによって、レンズ部１３におけるカバー部１２側とは反対の面側にもカバー部１２を形成することができ、これにより両面にレンズ面１４を有するレンズ部１３と、レンズ部１３の両レンズ面１４それぞれを保護する２つのカバー部１２とを備える半導体レンズ１を得ることができる。

（実施形態２）
本実施形態の半導体レンズ１は、図２（ｃ）に示すように、カバー部１２におけるレンズ部１３側とは反対側の面（図２（ｃ）における上面）がレンズ部１３のレンズ面１４に沿った形状となっている点で実施形態１と異なっている。

以下に、本実施形態の半導体レンズ１の製造方法について図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。ただし、本実施形態の半導体レンズ１の製造方法は、多孔質化工程とカバー部・レンズ部形成工程のみが実施形態１と異なっているため、陽極形成工程および陽極除去工程およびダイシング工程については説明を省略する。

本実施形態における多孔質化工程は、実施形態１における多孔質化工程と同様の工程であるが、陽極２０と陰極との間に通電する際には、陽極２０と陰極との間に流れる電流の電流密度が所定電流密度となるように陽極２０と陰極との間に電圧を印加し、時間経過に伴って電流密度を段階的に減少させている点で異なっている。

すなわち、本実施形態における多孔質化工程では、時間経過に伴って電流密度を段階的に減少させることで半導体基板１０の多孔質化の速度および多孔度を低下させ、これにより、図２（ａ）に示すように、第１の多孔質層１１ａと第１の多孔質層１１ａより多孔度が高く第１の多孔質層１１ａよりも半導体基板１０の上記他表面から離れた第２の多孔質層１１ｂとを有する多孔質部１１を形成するようにしている。

そして、この後に行う本実施形態におけるカバー部・レンズ部形成工程では、上述した熱酸化法、またはオゾンを用いた酸化法、または高圧水蒸気酸化法により多孔質部１１の各多孔質層１１ａ，１１ｂそれぞれを酸化し、これにより図２（ｂ）に示すように、酸化された第１の多孔質層１１ａからなる第１のカバー層１２ａと、酸化された第２の多孔質層１１ｂからなる第２のカバー層１２ｂとを有するカバー部１２を形成する。このように２つのカバー層１２ａ，１２ｂを有するカバー部１２を形成した後には、エッチング技術を利用して第２のカバー層１２ｂを除去することで、図２（ｃ）に示すように、第１のカバー層１２ａを露出させる。つまり、本実施形態では、第１の多孔質層１１ａをカバー部１２の基礎として用いており、酸化された第１の多孔質層１１ａからなる第１のカバー層１２ａのみがカバー部１２として用いられる。なお、第２のカバー層１２ｂを除去するエッチング液としては、濃度を薄くしたＨＦ系溶液を用いている。例えば、第１の多孔質層１１ａの多孔度が３０％、第２の多孔質層１１ｂの多孔度が７０％である場合には、体積比がＨＦ：Ｈ_２Ｏ＝１：１００であるようなＨＦ水溶液を用いればよい。

以上述べた本実施形態の半導体レンズ１およびその製造方法によれば、カバー部１２におけるレンズ部１３側とは反対側の面（図２（ｂ）における上面）をレンズ部１３のレンズ面１４に沿った形状にすることができるから（すなわち、カバー部１２における上記反対側の面とレンズ面１４とが略平行な面となるから）、例えば、レンズ部１３におけるカバー部１２側とは反対側の面（図２（ｂ）のける下面）から入射させた光を、カバー部１２に上記反対側の面で反射してしまうことを低減でき、その結果、カバー部１２による光の損失を抑制して取り出し効率を向上できる。

ところで、図２（ｃ）に示す半導体レンズ１では、多孔度の異なる２つの多孔質層１１ａ，１１ｂを形成することで、酸化された多孔質層１１ａ，１１ｂからなるカバー層１２ａ，１２ｂを有するカバー部１２の表面側（第２のカバー層１２ｂ）を除去するようにしているが、多孔度の異なる複数の多孔質層を形成した後にこれらそれぞれを酸化することで、屈折率の異なる複数のカバー層を有するカバー部１２を形成して、複数のカバー層の屈折率を適宜設定することによってカバー部１２に光学的な機能を持たせるようにしてもよい。

以下に、屈折率が異なる複数のカバー層を有するカバー部１２を備えた半導体レンズ１の製造方法について説明する。なお、このような半導体レンズ１の製造方法は、多孔質化工程とカバー部・レンズ部形成工程のみが実施形態１と異なっているため、陽極形成工程および陽極除去工程およびダイシング工程については説明を省略する。

多孔質化工程では、時間経過に伴って電流密度を段階的に変化させることで半導体基板１０の多孔質化の速度および多孔度を増減させ（電流密度を増加させれば、多孔質化の速度および多孔度を増加でき、電流密度を低下させれば、多孔質化の速度および多孔度を低下できる）、これにより、複数の多孔度が異なる多孔質層（図示せず）を有する多孔質部１１を形成する。そして、この後に行うカバー部・レンズ部形成工程において、熱酸化法などにより多孔質部１１の各多孔質層それぞれを酸化し、これにより酸化された多孔質層からなる屈折率が異なる複数のカバー層を有するカバー部１２を形成する。ここで、各カバー層の屈折率は、それぞれの基礎となる多孔質層の多孔度に依存し、多孔度が低くなればなるほどカバー層の屈折率が空気の屈折率よりもレンズ部１３の屈折率（多孔度が高くなればなるほどカバー層の屈折率がレンズ部１３の屈折率よりも空気の屈折率）に近づくので、多孔質層の形成時に多孔度を調整しておくことにより所望の屈折率を有するカバー層を形成することができる。

以上述べた半導体レンズ１の製造方法によれば、屈折率の異なる複数のカバー層を有するカバー部１２を形成できるから、カバー部１２の各カバー層の屈折率を適宜設定することによって、カバー部１２に光学的な機能を持たせることができる。例えば、屈折率が異なるカバー層を交互に有するカバー部１２を形成することによって、カバー部１２に周波数選択フィルタとしての機能を持たせることができる。

また、複数の多孔質層の多孔度を、レンズ部１３のレンズ面１４から離れたものほど高く設定するようにすれば、カバー部１２においてはレンズ部１３から離れたカバー層ほど屈折率が空気に近い屈折率となるから、例えば、カバー部１２による赤外線の反射を抑制でき、カバー部１２に無反射コート（ＡＲコート）としての機能を持たせることができる。

実施形態１の半導体レンズの製造方法の説明図である。 実施形態２の半導体レンズの製造方法の説明図である。

符号の説明

１ 半導体レンズ
１０ 半導体基板
１１ 多孔質部
１１ａ 第１の多孔質層
１１ｂ 第２の多孔質層
１２ カバー部
１２ａ 第１のカバー層
１２ｂ 第２のカバー層
１３ レンズ部
１４ レンズ面
２０ 陽極
２１ 導電性層
２２ 開孔部

Claims (9)

1. 半導体基板を用いて形成される半導体レンズであって、半導体基板を所望のレンズ面の形状に応じて一表面側から多孔質化した後に酸化することによって形成されたカバー部と、前記カバー部を除く前記半導体基板の部位からなり前記カバー部との境界面からなるレンズ面を有するレンズ部とを備えていることを特徴とする半導体レンズ。
2. 前記カバー部は、多孔度が異なる複数の多孔質層を酸化することによって形成されて酸化された前記多孔質層からなる複数のカバー層を有し、前記複数の多孔質層は、前記レンズ部の前記レンズ面から離れたものほど多孔度が高く設定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レンズ。
3. 請求項１記載の半導体レンズの製造方法であって、半導体基板の他表面側に所望のレンズ面の形状に応じて半導体基板との接触パターンを設計した陽極を形成する陽極形成工程と、電解液中で半導体基板の一表面側に対向配置した陰極と陽極との間に通電して半導体基板の一部を多孔質化することで半導体基板の前記一表面側にカバー部の基礎となる多孔質部を形成する多孔質化工程と、多孔質部を酸化することによってカバー部を形成するとともにレンズ部を形成するカバー部・レンズ部形成工程とを有していることを特徴とする半導体レンズの製造方法。
4. 前記陽極形成工程では、陽極と半導体基板との接触がオーミック接触となるように陽極を形成することを特徴とする請求項３記載の半導体レンズの製造方法。
5. 前記カバー部・レンズ部形成工程では、熱酸化法により前記多孔質部を酸化することを特徴とする請求項３または４記載の半導体レンズの製造方法。
6. 前記カバー部・レンズ部形成工程では、オゾンを用いた酸化法により前記多孔質部を酸化することを特徴とする請求項３または４記載の半導体レンズの製造方法。
7. 前記カバー部・レンズ部形成工程では、高圧水蒸気酸化法により前記多孔質部を酸化することを特徴とする請求項３または４記載の半導体レンズの製造方法。
8. 前記多孔質化工程では、陰極と陽極との間に通電する際の電流密度を時間経過に伴って変化させることによって多孔度が異なる複数の多孔質層を有する多孔質部を形成し、前記カバー部・レンズ部形成工程では、多孔質部を酸化することで酸化された多孔質層からなる屈折率が異なる複数のカバー層を有するカバー部を形成することを特徴とする請求項３〜７のうちいずれか１項記載の半導体レンズの製造方法。
9. 前記陽極酸化工程では、陰極と陽極との間に通電する際の電流密度を時間経過に伴って変化させることによって前記カバー部の基礎となる第１の多孔質層と第１の多孔質層よりも多孔度が高く第１の多孔質層よりも半導体基板の前記他表面から離れた第２の多孔質層とを有する多孔質部を形成し、前記カバー部・レンズ部形成工程では、多孔質部の各多孔質層を酸化した後に酸化された第２の多孔質層を除去することで酸化された第１の多孔質層からなるカバー部を露出させることを特徴とする請求項３〜７のうちいずれか１項記載の半導体レンズの製造方法。

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