JP2010239096A - Surface light emitting device, and method of manufacturing the same - Google Patents

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Masaru Hatakeyama
大 畠山
Takeshi Akagawa
武志 赤川
Takafumi Suzuki
尚文 鈴木
Masayoshi Fukatsu
公良 深津
Takayoshi Anami
隆由 阿南
Masayoshi Tsuji
正芳 辻
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface light emitting device in which lens is very precisely aligned with a light emission section. <P>SOLUTION: The surface light emitting device includes a lens substrate 101 having a lens 102 formed on one surface, and a light emission section 103 having a semiconductor epitaxial layer. An eye doubling mark 104 is formed on the lens substrate 101. With the semiconductor epitaxial layer facing the lens, the light emission section 103 is disposed on the surface of the lens substrate 101, the lens 102 being formed on the surface. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、面発光素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a surface light emitting device and a method for manufacturing the same.

面発光レーザは、小型化および２Ｄアレイ化等の高密度実装が可能で、低消費電力である等の特徴により、低コストの通信用光源として、ｄａｔａｃｏｍ用や光インタコネクション用光源等の幅広い用途のために開発が行われている。これら用途のためのモジュールには、特に小型化および低コストの強い要請がある。例えば、面発光レーザと光ファイバの光結合をより簡易にし、構造をより単純化するための面発光レーザとレンズの一体形成は、実装コストとレンズ部材のコスト削減の観点から有効であるため、すでに様々な方法が提案されている。このような面発光レーザおよび面発光レーザ機能を有する光電変換装置等の光学デバイスには、例えば、裏面出射型の面発光レーザ等がある。図１０の断面図に、前記裏面出射型の面発光レーザ等の基本構造を例示する。図示のとおり、前記裏面出射型の面発光レーザ等は、光出射面である基板７０５の裏面７０５’にレンズ構造７０１が一体的に形成されている。このような裏面出射型の面発光レーザ等としては、例えば、特許文献１から１０の面発光レーザ等がある。   Surface emitting lasers are capable of high-density mounting such as miniaturization and 2D array, and have low power consumption. Due to their low-cost communication light sources, they can be used in a wide range of applications such as datacom and optical interconnection light sources. Is being developed for. There is a strong demand for miniaturization and low cost for modules for these applications. For example, since the optical coupling between the surface emitting laser and the optical fiber is simplified and the surface emitting laser and the lens are integrally formed to simplify the structure, it is effective from the viewpoint of mounting cost and cost reduction of the lens member. Various methods have already been proposed. Examples of such a surface emitting laser and an optical device such as a photoelectric conversion device having a surface emitting laser function include a back emission type surface emitting laser. The cross-sectional view of FIG. 10 illustrates the basic structure of the back-emitting surface emitting laser. As shown in the drawing, in the back-emitting surface emitting laser or the like, a lens structure 701 is integrally formed on a back surface 705 'of a substrate 705 that is a light emitting surface. Examples of such back-emitting surface emitting lasers include surface emitting lasers disclosed in Patent Documents 1 to 10, for example.

特許文献１記載の光電変換装置は、光出射面等が露出するように素子基体に設けられた光電変換素子と、レンズ部が設けられたレンズ基体とからなり、前記素子に前記レンズ基体が直接接合されている光電変換装置である。   The photoelectric conversion device described in Patent Document 1 includes a photoelectric conversion element provided on an element base so that a light emitting surface and the like are exposed, and a lens base provided with a lens portion, and the lens base is directly attached to the element. It is the photoelectric conversion device joined.

特許文献２記載の光電変換装置は、光電変換素子が設けられた素子基体と、前記光電変換素子と反対側の面側に、前記素子基体に設けられたレンズ部とを有し、前記レンズ部が保護層に埋没している光電変換装置である。   The photoelectric conversion device described in Patent Document 2 includes an element base on which a photoelectric conversion element is provided, and a lens portion provided on the element base on a surface opposite to the photoelectric conversion element. Is a photoelectric conversion device embedded in a protective layer.

特許文献３記載の光レーザは、レーザ光が出射する側にマイクロレンズが一体に形成されたマイクロレンズ一体型表面光レーザである。   The optical laser described in Patent Document 3 is a microlens-integrated surface light laser in which a microlens is integrally formed on the side from which laser light is emitted.

特許文献４記載の光半導体デバイスは、ＧａＡｓ系光デバイスが出力する光の光路上に光学素子が設けられている光半導体デバイスである。   The optical semiconductor device described in Patent Document 4 is an optical semiconductor device in which an optical element is provided on an optical path of light output from a GaAs optical device.

特許文献５記載の半導体デバイスは、Ｓｉ系単結晶基板の上に化合物半導体層が設けられている第１の基板上に、ＧａＡｓ単結晶基板上にＧａＡｓ系面発光レーザ構造体が直接接合されている半導体デバイスである。   In the semiconductor device described in Patent Document 5, a GaAs surface emitting laser structure is directly bonded on a GaAs single crystal substrate on a first substrate in which a compound semiconductor layer is provided on a Si single crystal substrate. It is a semiconductor device.

特許文献６記載の光装置は、光素子を形成するための基板と光透過面を備えた光素子部と第１保護部と光学部とを有する光装置である。   The optical device described in Patent Document 6 is an optical device that includes a substrate for forming an optical element, an optical element unit having a light transmission surface, a first protection unit, and an optical unit.

特許文献７記載の光結合装置は、光出射部材と光入射部材と光学レンズアレイとを有し、前記光学レンズアレイにより、前記光出射部材から出射された光を対応する前記光入射部材の各光入射部に結合させる光結合装置である。   The optical coupling device described in Patent Document 7 includes a light emitting member, a light incident member, and an optical lens array, and each of the light incident members corresponding to light emitted from the light emitting member by the optical lens array. An optical coupling device coupled to the light incident part.

特許文献８記載の光伝送モジュールは、光電素子と、光学経路制御用の光部品と、前記光電素子を位置決めする実装補助部材と、前記光部品と前記実装補助部材とを位置決めする位置決め機構とを備えた光伝送モジュールである。   The optical transmission module described in Patent Document 8 includes a photoelectric element, an optical component for optical path control, a mounting auxiliary member that positions the photoelectric element, and a positioning mechanism that positions the optical component and the mounting auxiliary member. An optical transmission module provided.

特許文献９記載の光源素子は、発光素子の主発光面に直接接着した透明板を設け、前記透明板に光ビーム整形用のレンズ機能を与えたコリメート光源素子である。   The light source element described in Patent Document 9 is a collimated light source element in which a transparent plate directly adhered to the main light emitting surface of the light emitting element is provided, and the transparent plate is provided with a lens function for light beam shaping.

特許文献１０記載の二次元アレイ光ヘッドは、マイクロレンズアレイとＶＣＳＥＬアレイとプローブアレイとを組み合わせた二次元アレイ光ヘッドである。   The two-dimensional array optical head described in Patent Document 10 is a two-dimensional array optical head in which a microlens array, a VCSEL array, and a probe array are combined.

特開２００６−２３７４２８号公報JP 2006-237428 A 特開２００６−３１０４１７号公報JP 2006-310417 A 特開２００２−１８５０７１号公報JP 2002-185071 A 特開２００５−３８９９５号公報JP 2005-38995 A 特開２００５−１５９０７１号公報JP 2005-159071 A 特開２００６−１７９７４７号公報JP 2006-179747 A 特開２００５−７０８０７号公報JP-A-2005-70807 特開２００７−３１００８３号公報JP 2007-310083 A 特開昭６３−２７０８７号公報JP-A 63-27087 特開２００４−３３３８３４号公報JP 2004-333834 A

前記特許文献１から１０記載の面発光レーザ等は、例えば、高密度集積性に優れるレイアウトを実現できるため、非常に有望である。しかし、これら面発光レーザ等における発光部とレンズの集積構造には、次のようなレンズ形成位置の精度上の問題がある。すなわち、前記特許文献８および１０に記載の面発光レーザ等の構造では、例えば、発光部とレンズ間を別々の基板上で形成したのちに基板接合技術によって貼り付けているため、両基板の反りや熱膨張係数の違いなどに起因して、基板全面にわたる高精度の目合わせを実現することが困難である。また、他の課題として、例えば、前記特許文献１から６、及び９に記載の面発光レーザ等では、発光部とレンズとの間に基板が存在することに起因して、発光部とレンズの間の距離を短くできない。このため、レンズに要求される寸法が大きくなるため、レンズ寸法の精度、及びレンズ面の平滑性を実現することが困難である。さらにこのような構造の面発光レーザ等では、例えば、裏面研磨工程、及び裏面露光の必要性が生じ、前記レンズ基板と発光部の一体化のために目合わせマークを用いた場合でも、実用上十分に高い位置合わせの精度を達成するのは実際上不可能である。以上述べたような、前記先行技術文献に記載の構造におけるレンズ−発光部間の相対位置精度、レンズ寸法精度、及びレンズ平滑性などに関する課題は、レンズ通過後の光結合対象が、例えばコア径が１０μｍ以下と小さい単一モード光ファイバであるような場合には一層顕著となる。また、さらに別の課題としては、例えば、前記特許文献１、３から７に記載の面発光レーザ等では、レンズ面が外部に露出した構造を有しており、レンズ面の経時的な信頼性や、物理強度上の問題がある。   The surface emitting lasers and the like described in Patent Documents 1 to 10 are very promising because, for example, a layout with excellent high-density integration can be realized. However, the integrated structure of the light emitting portion and the lens in these surface emitting lasers has the following problem in the accuracy of the lens forming position. That is, in the structures of the surface emitting lasers and the like described in Patent Documents 8 and 10, for example, the light emitting portion and the lens are formed on separate substrates and then attached by a substrate bonding technique. Due to the difference in thermal expansion coefficient and the like, it is difficult to realize high-precision alignment over the entire surface of the substrate. Further, as another problem, for example, in the surface emitting lasers described in Patent Documents 1 to 6 and 9, the substrate exists between the light emitting unit and the lens. The distance between them cannot be shortened. For this reason, since the size required for the lens becomes large, it is difficult to realize the accuracy of the lens size and the smoothness of the lens surface. Furthermore, in a surface emitting laser having such a structure, for example, the need for a back surface polishing step and back surface exposure arises, and even when alignment marks are used for the integration of the lens substrate and the light emitting portion, they are practically used. It is practically impossible to achieve a sufficiently high alignment accuracy. As described above, the problems related to the relative position accuracy between the lens and the light emitting portion, the lens dimensional accuracy, the lens smoothness, and the like in the structure described in the above-described prior art document are as follows. Becomes more conspicuous when the optical fiber is a single mode optical fiber having a small value of 10 μm or less. Further, as another problem, for example, the surface emitting lasers described in Patent Documents 1 and 3 to 7 have a structure in which the lens surface is exposed to the outside. There is also a problem with physical strength.

そこで、本発明は、発光部に対してレンズが高精度に位置合わせされ、信頼性、及び物理的強度に優れるとともに、多機能性にも優れた面発光素子を提供することを目的とする。本発明は、また、発光部に対してレンズが高精度に位置合わせされた面発光素子を製造するための方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a surface light emitting device in which a lens is aligned with respect to a light emitting portion with high accuracy, and is excellent in reliability and physical strength, and is also excellent in multi-functionality. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a surface light emitting device in which a lens is aligned with high accuracy with respect to a light emitting portion.

本発明の面発光素子は、一方の面にレンズが形成されているレンズ基板と、半導体エピタキシャル層を含む発光部とを含み、
前記レンズ基板に、目合わせマークが形成されており、
前記レンズ基板の前記レンズが形成されている面上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズが対向している状態で、前記発光部が配置されていることを特徴とする。 The surface light emitting device of the present invention includes a lens substrate on which a lens is formed on one surface, and a light emitting unit including a semiconductor epitaxial layer,
An alignment mark is formed on the lens substrate,
The light emitting portion is arranged on the surface of the lens substrate on which the lens is formed, with the semiconductor epitaxial layer and the lens facing each other.

本発明の面発光素子の製造方法は、目合わせマークを含むレンズ基板のレンズが形成されている基板面上に、半導体積層体を貼り合わせる第１の工程と、
前記目合わせマークを基準として、前記半導体積層体に発光部を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする。 The method for manufacturing a surface light emitting device of the present invention includes a first step of attaching a semiconductor laminate on a substrate surface on which a lens substrate lens including alignment marks is formed,
And a second step of forming a light emitting portion in the semiconductor stacked body with the alignment mark as a reference.

本発明の面発光素子は、発光部に対してレンズが高精度に位置合わせされ、信頼性、及び物理的強度に優れるとともに、多機能性にも優れた面発光素子である。本発明の面発光素子の製造方法によれば、発光部に対してレンズが高精度で位置合わせされた面発光素子を製造できる。   The surface light-emitting device of the present invention is a surface light-emitting device in which a lens is aligned with respect to a light-emitting portion with high accuracy, and is excellent in reliability and physical strength, and also in multi-functionality. According to the method for manufacturing a surface light emitting element of the present invention, it is possible to manufacture a surface light emitting element in which a lens is aligned with high accuracy with respect to a light emitting portion.

図１は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a surface light emitting device of the present invention. 図２は、本発明の面発光素子の製造方法の一実施形態を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a method for manufacturing a surface light emitting device of the present invention. 図３は、本発明の面発光素子の製造方法の一実施形態を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a method for manufacturing a surface light emitting device of the present invention. 図４は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing an embodiment of the surface light emitting device of the present invention. 図５は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an embodiment of the surface light emitting device of the present invention. 図６は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an embodiment of the surface light emitting device of the present invention. 図７は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing an embodiment of the surface light emitting device of the present invention. 図８は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing an embodiment of the surface light emitting device of the present invention. 図９は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing an embodiment of the surface light emitting device of the present invention. 図１０は、面発光素子の基本構造の例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the basic structure of the surface light emitting element.

まず、本発明において、「半導体エピタキシャル層とレンズが対向している状態」とは、前記半導体エピタキシャル層が、前記レンズ上に配置されており、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズとの間に基板が存在しないことを意味する。本発明において、「目合わせ」は、「位置合わせ」と同義である。また、本発明において、「目合わせの精度が高い」または「位置合わせの精度が高い」は、一つの物体と他の物体との相対的位置の、両者について要求される相対的位置からのずれが小さく、且つこのようなずれの小さな状態が、本発明の面発光素子を構成するウエハ平面内における全領域で実現されていることを意味する。また、「目合わせ誤差」または「位置合わせ誤差」は、一つの物体と他の物体との相対的位置の、両者について要求される相対的位置からのずれの量を意味する。   First, in the present invention, “the state where the semiconductor epitaxial layer and the lens face each other” means that the semiconductor epitaxial layer is disposed on the lens, and a substrate is disposed between the semiconductor epitaxial layer and the lens. It means not existing. In the present invention, “alignment” is synonymous with “position alignment”. Further, in the present invention, “high alignment accuracy” or “high alignment accuracy” means that the relative position between one object and another object deviates from the relative position required for both. This means that such a small deviation state is realized in the entire region in the plane of the wafer constituting the surface light emitting device of the present invention. “Alignment error” or “positioning error” means the amount of deviation of the relative position between one object and another object from the relative position required for both.

図１の断面図に、本発明の面発光素子の構成の一例を示す。図示のとおり、この面発光素子は、レンズ基板１０１と発光部１０３とを含む。レンズ基板１０１の一方の面１０５には、レンズ１０２が形成されている。レンズ基板１０１には、さらに、目合わせマーク１０４が形成されている。発光部１０３は、メサ形状部分１１４の中央に形成されており、発光部１０３およびメサ形状部分１１４とも半導体エピタキシャル層を含む。同図中、符号１０７および符号１０８は、電極を示す。同図に一例を示すように、本発明の面発光素子は、レンズ基板１０１のレンズ形成面１０５の上に、半導体エピタキシャル層とレンズ１０２が対向している状態で、発光部１０３が配置される。同図では、レンズ１０２は、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に形成された凸レンズである。目合わせマーク１０４は、レンズ基板１０１のレンズ形成面１０５に形成されている。さらに、発光部１０３は、活性層が、互いに異なる導電形態の反射鏡層で挟まれた３層構造を有する。しかし、本発明はこのような態様に限定されない。すなわち、例えば、レンズ１０２として凹レンズが形成されていてもよい。また、目合わせマーク１０４は、レンズ基板１０１に形成されていればよく、必ずしもレンズ形成面１０５に形成されている必要はない。さらに、発光部１０３は、例えば、基板ではない他の層をさらに含んでいてもよい。また、発光部１０３を構成する反射鏡層のうち一方、もしくは双方が半導体以外の材料を含んでいてもよい。   An example of the structure of the surface light emitting device of the present invention is shown in the sectional view of FIG. As illustrated, the surface light emitting element includes a lens substrate 101 and a light emitting unit 103. A lens 102 is formed on one surface 105 of the lens substrate 101. Further, alignment marks 104 are formed on the lens substrate 101. The light-emitting portion 103 is formed at the center of the mesa-shaped portion 114, and both the light-emitting portion 103 and the mesa-shaped portion 114 include a semiconductor epitaxial layer. In the figure, reference numerals 107 and 108 denote electrodes. As shown in the figure, in the surface light emitting device of the present invention, the light emitting portion 103 is disposed on the lens forming surface 105 of the lens substrate 101 with the semiconductor epitaxial layer and the lens 102 facing each other. . In the figure, the lens 102 is a convex lens formed in a portion recessed from the upper surface of the lens substrate 101. The alignment mark 104 is formed on the lens forming surface 105 of the lens substrate 101. Further, the light emitting unit 103 has a three-layer structure in which an active layer is sandwiched between reflecting mirror layers having different conductive forms. However, the present invention is not limited to such an embodiment. That is, for example, a concave lens may be formed as the lens 102. Further, the alignment mark 104 only needs to be formed on the lens substrate 101, and is not necessarily formed on the lens formation surface 105. Furthermore, the light emitting unit 103 may further include another layer that is not a substrate, for example. One or both of the reflecting mirror layers constituting the light emitting unit 103 may contain a material other than the semiconductor.

このような構成により、本発明の面発光素子は、主として以下の３つの特長において、前記特許文献１から１０に記載の面発光素子等の課題を解決している。すなわち、本発明の面発光素子の第一の特長は、基板面全域にわたる高い目合わせ精度を実現可能な点である。本発明の面発光素子では、前記レンズ基板が目合わせマークを有するので、例えば、前記発光部は、前記レンズ形成工程時に使用、もしくは同時形成された前記目合わせマークを基準として、前記レンズ形成工程に対して逐次的に形成できる。このため、例えば、前記特許文献８および１０で問題となる、基板面内にわたる高精度な位置合わせの実現に対する困難を、本発明では解決できる。すなわち、例えば、前記特許文献８および１０では、レンズと発光部をあらかじめ別々の基板上に形成した後に基板接合によって一体化させる製造方法を採用している。しかし、このような製造方法では、レンズ基板及び発光部の形成された基板にあらかじめ存在しうる応力に起因する基板のソリ、両基板の熱膨張係数の違い、接合時の応力、接着層等を使用する際の接着層の収縮に起因する応力に起因する目ずれなどの要因によって、基板面内にわたって形成された多数の面発光素子のレンズと発光部のペアを一括に高精度で位置合わせすることは極めて困難である。しかし、本発明によれば、例えば、前記発光部を、前記目合わせマークを基準として、前記レンズ形成工程に対して逐次的に形成する等により、このような問題を解決できる。   With such a configuration, the surface light emitting device of the present invention solves the problems of the surface light emitting devices described in Patent Documents 1 to 10 mainly in the following three features. That is, the first feature of the surface light emitting device of the present invention is that high alignment accuracy over the entire substrate surface can be realized. In the surface light emitting device of the present invention, since the lens substrate has an alignment mark, for example, the light emitting unit is used in the lens formation process, or the lens formation process is based on the alignment mark formed at the same time. Can be formed sequentially. For this reason, for example, the present invention can solve the difficulty in realizing high-precision alignment over the substrate surface, which is a problem in Patent Documents 8 and 10. That is, for example, Patent Documents 8 and 10 employ a manufacturing method in which a lens and a light emitting unit are formed on separate substrates in advance and then integrated by substrate bonding. However, in such a manufacturing method, the warpage of the substrate caused by the stress that may exist in advance on the lens substrate and the substrate on which the light emitting portion is formed, the difference in thermal expansion coefficient between the two substrates, the stress at the time of bonding, the adhesive layer, etc. Due to factors such as misalignment caused by stress caused by shrinkage of the adhesive layer during use, the lens and light emitting part pairs of a large number of surface light emitting elements formed over the substrate surface are aligned together with high accuracy. It is extremely difficult. However, according to the present invention, for example, such a problem can be solved by forming the light emitting portion sequentially with respect to the lens forming step with the alignment mark as a reference.

本発明の面発光素子の第２の特長は、レンズの形成精度及び発光部−レンズ間の相対位置精度を極めて高くすることができる点である。この特長は２つの観点から説明できる。第一の観点は、本発明の面発光素子では発光部１０３とレンズ１０２が対向する構造により、発光部とレンズの距離を短く形成できる点に起因する。この構造によれば、発光部からの出射光のスポット径が広がる前にレンズに入射させることが可能となり、要求されるレンズ１０２の寸法を小さくできる。一般的な加工技術では、大きな構造物を高精度で製造することは難易度が高い。逆に本発明のように要求されるレンズの寸法が小さいということは、高精度なレンズ形成が可能であることを示している。その一方で、前記特許文献１から７のように、レンズと発光部とが互いにレンズ基板の反対側の面に形成されている場合や、前記特許文献９のように発光部とレンズの間に発光部の支持基板が挿入されている場合には、前記発光部と前記レンズの間の距離を短縮できない。すなわち、このような構成では、少なくとも前記基板の高さだけ、前記発光部と前記レンズとの間に間隔が開くことになる。このため、発光部からの出射光は前記基板の高さに相当する距離を伝搬するあいだにスポット径が広がるため、この広がったスポット径に対応すべく、要求されるレンズ１０２の寸法は必然的に大きくなる。一例として、発光部−レンズ間距離が２００μｍの場合、発光部から半値全幅１２°の放射角で出射した光は、レンズ１０２面では４０μｍ程度のスポット径まで広がる。このスポット径の光を、例えばコア径１０μｍ以下の単一モード光ファイバに再び低損失で安定的に集光させて光結合させることはレンズ設計のトレランス上極めて困難である。さらに、加工すべき寸法が大きくなると、例えば、レンズ形成時のレンズ寸法の精度やレンズ表面の平滑さが加工中に悪化する。また、レンズ構造の形成時に必要とされる、球面状の断面を有するフォトレジストパターンの膜厚が増すので、フォトレジストの塗布厚の厚さに起因するパターニング寸法の精度の低下が必然的に発生する。第２の観点として、本発明の面発光素子では、前記レンズ及び前記発光部はレンズ基板における同一面側に、同一露光装置によるフォトリソグラフィーによって形成可能であり、研磨工程が不要であることがあげられる。例えば、前記特許文献１から６および９に記載の面発光レーザ等のように、レンズと発光部の間に基板が挿入されている場合には必然的に前記基板を研磨してその厚みを減らす研磨工程が必要となる。そのため、前記研磨工程での前記基板の研磨厚さの絶対値や厚さ基板面内分布のばらつきが生じ、これも高精度な位置合わせの阻害要因となる。一方で、本発明の構造によれば、厚さ分布の存在する研磨済み基板裏面への両面露光工程を経る必要がなく、この観点においても本発明の構造は精度上優位である。以上述べたような、本発明の面発光素子におけるレンズ−発光部間の相対位置精度、レンズ寸法精度、及びレンズ平滑性などに関する特長は、レンズ通過後の光結合対象が、例えばコア径１０μｍの単一モード光ファイバであるような場合には一層明確になる。特に、レンズ−発光部間の距離の小ささに起因してレンズの寸法を小さく設計できることは、上記単一モード光ファイバに出射光を集光させる際のレンズ増倍率を小さく設計できることを意味するため、光結合効率のトレランス設計上大きなメリットとなる。このため、本発明による面発光素子は、近年積極的に開発されているシリコンフォトニクス用途やセンシング用途等、単一モード（波長）発振が要求される用途にも適用可能な、極めて高精度なレンズ集積構造を実現していると言える。   The second feature of the surface light emitting device of the present invention is that the lens formation accuracy and the relative position accuracy between the light emitting portion and the lens can be made extremely high. This feature can be explained from two viewpoints. The first aspect is due to the fact that in the surface light emitting device of the present invention, the distance between the light emitting portion and the lens can be reduced by the structure in which the light emitting portion 103 and the lens 102 face each other. According to this structure, it is possible to make the light incident on the lens before the spot diameter of the light emitted from the light emitting portion is widened, and the required size of the lens 102 can be reduced. In general processing technology, it is difficult to manufacture a large structure with high accuracy. On the contrary, the small required lens size as in the present invention indicates that a highly accurate lens can be formed. On the other hand, when the lens and the light emitting part are formed on the opposite surfaces of the lens substrate as in Patent Documents 1 to 7, or between the light emitting part and the lens as in Patent Document 9, respectively. When the support substrate of the light emitting unit is inserted, the distance between the light emitting unit and the lens cannot be shortened. That is, in such a configuration, a gap is opened between the light emitting unit and the lens at least by the height of the substrate. For this reason, since the spot diameter of the emitted light from the light emitting portion propagates while propagating a distance corresponding to the height of the substrate, the required size of the lens 102 is inevitably required to accommodate this widened spot diameter. Become bigger. As an example, when the distance between the light emitting part and the lens is 200 μm, the light emitted from the light emitting part with a radiation angle of a full width at half maximum of 12 ° spreads to the spot diameter of about 40 μm on the lens 102 surface. It is extremely difficult for the tolerance of the lens design to stably condense the light with this spot diameter on a single mode optical fiber having a core diameter of 10 μm or less, for example, with a low loss, and stably. Further, when the dimension to be processed becomes large, for example, the accuracy of the lens dimension at the time of forming the lens and the smoothness of the lens surface deteriorate during the processing. In addition, since the film thickness of the photoresist pattern having a spherical cross section, which is required when forming the lens structure, is increased, the patterning dimension accuracy is inevitably lowered due to the thickness of the photoresist coating thickness. To do. As a second aspect, in the surface light emitting device of the present invention, the lens and the light emitting portion can be formed on the same surface side of the lens substrate by photolithography using the same exposure apparatus, and a polishing step is unnecessary. It is done. For example, when a substrate is inserted between the lens and the light emitting unit, such as the surface emitting lasers described in Patent Documents 1 to 6 and 9, the substrate is necessarily polished to reduce its thickness. A polishing step is required. Therefore, the absolute value of the polishing thickness of the substrate in the polishing step and the variation of the distribution in the thickness of the substrate surface occur, which also becomes an obstacle to highly accurate alignment. On the other hand, according to the structure of the present invention, it is not necessary to go through a double-sided exposure step on the back surface of the polished substrate where a thickness distribution exists, and the structure of the present invention is superior in accuracy from this viewpoint. As described above, the features relating to the relative positional accuracy between the lens and the light emitting portion, the lens dimensional accuracy, the lens smoothness, etc. in the surface light emitting device of the present invention are as follows. In the case of a single mode optical fiber, it becomes clearer. In particular, the fact that the lens size can be designed to be small due to the small distance between the lens and the light emitting part means that the lens multiplication factor when converging the outgoing light on the single mode optical fiber can be designed to be small. Therefore, this is a great merit in the tolerance design of optical coupling efficiency. For this reason, the surface light emitting device according to the present invention is an extremely high-precision lens that can be applied to applications requiring single mode (wavelength) oscillation, such as silicon photonics applications and sensing applications that have been actively developed in recent years. It can be said that an integrated structure is realized.

本発明の面発光素子の第３の特長は、前記レンズの品質の信頼性を向上できる点である。前記本発明の面発光素子は、前記レンズ基板のレンズ形成面を密閉する形で前記発光部が配置されており、レンズは外部に一切露出していない。一方、例えば、前記特許文献１、３から６に記載の面発光レーザ等では、レンズが外部に露出した構造であるため、レンズ面の経時的な劣化や、凹凸のあるレンズ形状に起因する局所的な応力が生じやすく、加工および実装時に、レンズの物理的強度不足によりレンズが損壊する恐れがある。また、レンズ面の汚れが発生しうる。しかし、前記本発明の面発光素子では、前記レンズが外部に露出しないので、前記レンズの品質の信頼性を向上できる。   A third feature of the surface light emitting device of the present invention is that the reliability of the quality of the lens can be improved. In the surface light emitting device of the present invention, the light emitting part is disposed so as to seal the lens forming surface of the lens substrate, and the lens is not exposed at all. On the other hand, for example, the surface emitting lasers described in Patent Documents 1 and 3 to 6 have a structure in which the lens is exposed to the outside. Therefore, the lens surface is deteriorated with time or locally due to uneven lens shape. Stress is likely to occur, and the lens may be damaged during processing and mounting due to insufficient physical strength of the lens. Further, the lens surface may be soiled. However, in the surface light emitting device of the present invention, since the lens is not exposed to the outside, the reliability of the quality of the lens can be improved.

以上述べた３つの特長に基づき、本発明によれば、従来のレンズ集積型面発光レーザの課題を同時に解決することが可能である。本発明の面発光素子において、以上述べた３点以外の特長は、例えば以下の通りである。例えば、本面発光素子では、前記レンズ基板におけるレンズ形成面と反対の面に、プロセスを施す必要がない。このことは、特にレンズ基板としてＳｉ或いはＳＯＩを使用して、本面発光素子と面発光レーザ駆動用のレーザドライバ回路や他の電子回路等と集積する際には大きなメリットとなる。即ち、基板の裏面に対するレンズ形成のように、面発光素子固有の製造工程を上記集積素子に導入することは最終的な素子の歩留まり低下に結びつくものであるため集積素子の性能上、あるいはコスト上望ましくない。一方、本発明の面発光素子では、前記レンズ基板におけるレンズ形成面と反対の面に他の構造を集積することが可能である。この特長は、本発明の面発光素子の多機能性に関する優位性と言える。   Based on the three features described above, according to the present invention, it is possible to simultaneously solve the problems of the conventional lens integrated surface emitting laser. In the surface light emitting device of the present invention, features other than the three points described above are as follows, for example. For example, in this surface light emitting device, it is not necessary to perform a process on the surface of the lens substrate opposite to the lens forming surface. This is a great advantage particularly when Si or SOI is used as a lens substrate and integrated with a main surface light emitting element and a laser driver circuit for driving a surface emitting laser, another electronic circuit, or the like. That is, introducing a manufacturing process unique to a surface light emitting element into the integrated element, such as forming a lens on the back surface of the substrate, leads to a decrease in the yield of the final element. Not desirable. On the other hand, in the surface light emitting device of the present invention, other structures can be integrated on the surface of the lens substrate opposite to the lens forming surface. This feature can be said to be an advantage regarding the multifunctionality of the surface light emitting device of the present invention.

なお、本発明において、前記レンズ基板は、一方の面にレンズが形成されており、かつ、目合わせマークを有する限り、特に制限されない。前記レンズ基板は、前記発光部からの出射光を通過させることができる限り、どのような材料から形成されてもよい。前記レンズ基板は、例えば、化合物半導体から形成できる。前記化合物半導体としては、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯが挙げられるが、これらには限定されない。前記レンズ基板は、また、例えば、Ｓｉ、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ダイヤモンドもしくは、任意の支持の表面にダイヤモンド薄膜が形成された複合基板から形成できる。例えば、前記レンズ基板を、ＳＯＩやＳｉから形成することにより、例えば、前記発光部（面発光レーザ）と、面発光レーザ駆動用のレーザドライバ回路や他の電子回路等の他の構造を同一の前記レンズ基板（ＳＯＩ基板、Ｓｉ基板、ダイヤモンド基板等）上に一体的に集積することが可能となる。また、前記レンズ基板を物理的支持体とすることができ、面発光素子の物理的強度を向上させることができる。例えば、電子デバイスやセンサデバイス分野では、チップ自身に耐環境性、耐応力、耐静電気性、及び実装時の嵌合構造などのパッケージの機能を持たせる、いわゆるチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）構造が実用化されている。これに対し、半導体光デバイス分野では、このようなＣＳＰ構造は実現されていない。しかし、本発明の面発光素子では、前述のように、例えば、前記レンズ基板をＳＯＩ、Ｓｉから形成することで、前記ＣＳＰ構造を実現できる。さらに前記レンズ基板は、結晶材料のみでなくシリカガラスなどのアモルファス材料やセラミックスであってよい。さらに無機材料以外に透明樹脂材によるシートが使用されてもよい。   In the present invention, the lens substrate is not particularly limited as long as the lens is formed on one surface and has alignment marks. The lens substrate may be formed of any material as long as it can pass light emitted from the light emitting unit. The lens substrate can be formed of, for example, a compound semiconductor. Examples of the compound semiconductor include GaAs, InP, InGaAs, GaN, and ZnO, but are not limited thereto. The lens substrate may be formed of, for example, Si, SOI (Silicon On Insulator), diamond, or a composite substrate in which a diamond thin film is formed on an arbitrary supporting surface. For example, by forming the lens substrate from SOI or Si, for example, the light emitting unit (surface emitting laser) and the other structure such as a laser driver circuit for driving the surface emitting laser and other electronic circuits are made the same. It is possible to integrally integrate on the lens substrate (SOI substrate, Si substrate, diamond substrate, etc.). In addition, the lens substrate can be a physical support, and the physical strength of the surface light emitting element can be improved. For example, in the field of electronic devices and sensor devices, a so-called chip scale package (CSP) structure in which the chip itself has package functions such as environmental resistance, stress resistance, electrostatic resistance, and a fitting structure at the time of mounting is practical. It has become. On the other hand, in the semiconductor optical device field, such a CSP structure has not been realized. However, in the surface light emitting device of the present invention, as described above, for example, the CSP structure can be realized by forming the lens substrate from SOI or Si. Furthermore, the lens substrate may be not only a crystalline material but also an amorphous material such as silica glass or ceramics. Further, a sheet made of a transparent resin material other than the inorganic material may be used.

前記目合わせマークは、例えば、前記面発光素子の製造工程において、前記発光部と前記レンズを正確に位置合わせするために用いられる印である。前記目合わせマークは、例えば、前記発光部の形成時に基準として使用される印である。前記目合わせマークは、また、例えば、前記発光部および前記レンズの双方の形成時に基準として使用される印である。これにより、前記レンズと前記発光部を高い精度で位置合わせすることが可能となる。すなわち、例えば、前記レンズ基板上に前記半導体積層体を貼り合わせ、前記半導体積層体を加工して前記発光部を形成する際に、前記目合わせマークを手掛かりにして、前記レンズ基板上に前記発光部を形成できる。そのため、前記発光部を前記レンズに対してより高精度で位置合わせされた位置に形成することができる。また、例えば、前記レンズ基板のレンズ形成面上に前記発光部を貼り合わせる際に、前記目合わせマークを手掛かりにできる。これにより、前記レンズと前記発光部をより高精度に位置合わせ可能に、前記レンズ基板と前記発光部を貼り合わせることができる。前記目合わせマークは、例えば、赤外線カメラを用いて認識可能なマークであってもよいし、レンズ基板のレンズ形成面で位置を認識できるように、前記レンズ形成面に露出可能に形成されたマークであってもよい。前記目合わせマークは、例えば、溝による凹凸、金属膜、誘電体膜等である。前記目合わせマークは、例えば、前記発光部を形成する際に位置合わせの基準として使用できる限り、前記レンズ基板のどの場所に形成されていてもよい。前記目合わせマークは、例えば、前記レンズ形成面の前記レンズが形成されている領域外の部分に形成でき、また、例えば、前記レンズ基板のレンズ形成面に露出しないように形成することもできる。   The alignment mark is, for example, a mark used for accurately aligning the light emitting unit and the lens in the manufacturing process of the surface light emitting element. The alignment mark is, for example, a mark used as a reference when forming the light emitting portion. The alignment mark is also a mark used as a reference when forming both the light emitting portion and the lens, for example. Thereby, the lens and the light emitting unit can be aligned with high accuracy. That is, for example, when the semiconductor multilayer body is bonded onto the lens substrate and the semiconductor multilayer body is processed to form the light emitting portion, the light emission portion is formed on the lens substrate using the alignment mark as a clue. Part can be formed. Therefore, the light emitting part can be formed at a position aligned with higher accuracy with respect to the lens. For example, the alignment mark can be used as a clue when the light emitting unit is bonded onto the lens forming surface of the lens substrate. Thereby, the lens substrate and the light emitting unit can be bonded together so that the lens and the light emitting unit can be aligned with higher accuracy. The alignment mark may be, for example, a mark that can be recognized using an infrared camera, or a mark that can be exposed on the lens forming surface so that the position can be recognized on the lens forming surface of the lens substrate. It may be. The alignment mark is, for example, unevenness due to a groove, a metal film, a dielectric film, or the like. For example, the alignment mark may be formed at any location on the lens substrate as long as it can be used as a reference for alignment when forming the light emitting portion. The alignment mark can be formed, for example, on a portion of the lens forming surface outside the region where the lens is formed, or can be formed so as not to be exposed on the lens forming surface of the lens substrate, for example.

前記レンズは、特に制限されず、例えば、凸レンズであってもよいし、フレネルレンズであってもよい。前記フレネルレンズは、肉厚を薄く形成できるので、例えば、前記レンズ基板における前記レンズの加工上の精度を向上させることができる。前記本発明の面発光素子では、前記発光部からの出射光が、一旦、空気や樹脂等の低屈折率の媒質を通過したのちに前記レンズのレンズ面に対して低屈折率側から入射するよう、前記レンズを形成することができる。このような態様は、例えば、レンズ基板の上面から陥没した部分に前記レンズを形成することで実現できる。このような態様により、前記発光部からの出射光の特性を精密かつ簡便に調整することが可能となる。すなわち、例えば、前記出射光の放射方向や強度分布を整形することが可能となる。より具体的には、前記出射光の放射角度の低減、コリメート、レンズ基板のレンズ形成面と反対側の面付近への集光、複数のレンズによる光線の分割と放射角度の低減、反射もしくは吸収による光強度分布の外周部の光の除去等、目的に応じた前記出射光の特性の調整が可能となる。また、例えば、前記レンズを通過した前記出射光が、単峰な発光強度分布を有するよう、前記出射光を整形することが可能となる。前記本発明の面発光素子では、前記レンズは、その少なくとも一部に、前記発光部からの出射光の少なくとも一部を遮断するための、反射体、散乱体および吸収体のいずれかが、もしくはその組み合わせが形成されていてもよい。この場合、前記レンズは、凸レンズであることが好ましい。これにより、例えば、前記レンズに対して前記レンズの光軸を離れて外周部で入射した光を反射、散乱、吸収させた際に、残留する反射光成分が発光部に戻ることを防止できる。このため、前記面発光素子の外部への放射光パターンの整形を簡易に行うことが可能となる。前記反射体、前記散乱体および前記吸収体は、前記入射光を反射、散乱または吸収できる限り、特に制限されない。前記反射体としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｔ等の金属や、Ｓｉ／ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２などからなる多層膜で形成されることが好ましい。また前記散乱体、または前記吸収体としては、例えば、出射光の波長に対して光吸収係数を有する金属や化合物等が添加されたガラス微粒子や樹脂、カーボン微粒子及び、出射光の波長に対して共鳴吸収を生ずる微粒子等で形成されることが好ましい。前記反射体、前記散乱体、及び前記吸収体は、例えば、前記レンズのレンズ面における、前記レンズの光軸を囲む領域外の部分の上に形成されることが好ましい。前記反射体、前記散乱体および前記吸収体は、例えば光出射パターン（発光強度分布）を単峰にしたい場合には、前記レンズ面の前記領域外の部分を覆うリング形状に形成されることが好ましい。この場合、前記レンズにおいて前記反射体、前記散乱体および前記吸収体を形成しない前記領域は、例えば、円形の外周を有する球面形状部分である。前記球面形状部分のサイズは、特に制限されないが、例えば、前記球面状部分の外周が０．２μｍ〜１５μｍの直径を有することが好ましく、１μｍ〜６μｍの直径を有することがより好ましい。ただし、前記領域のサイズは、このような範囲に限定されず、前記レンズの曲率や前記出射光の放射角度等により、適切に調整できる。また、レンズ通過後の集光スポット径を小さくしたい場合や、光マニュピレーション用途として用いるために光出射パターンをリング状にしたい場合には、前記反射体、散乱体、及び吸収体をレンズ光軸の中央に略円形で形成するのが好ましい。このとき、前記反射体、散乱体、及び吸収体のサイズは、特に制限されないが、例えば、直径が０．２μｍ〜１０μｍ程度とすることが好ましい。ただし、前記領域のサイズは、このような範囲に限定されず、前記レンズの曲率や前記出射光の放射角度等により、適切に調整できる。 The lens is not particularly limited, and may be, for example, a convex lens or a Fresnel lens. Since the thickness of the Fresnel lens can be reduced, for example, the processing accuracy of the lens on the lens substrate can be improved. In the surface light emitting device of the present invention, the light emitted from the light emitting portion once enters a lens surface of the lens from the low refractive index side after passing through a low refractive index medium such as air or resin. Thus, the lens can be formed. Such an aspect can be realized, for example, by forming the lens in a portion recessed from the upper surface of the lens substrate. By such an aspect, it becomes possible to adjust the characteristic of the emitted light from the said light emission part precisely and simply. That is, for example, the emission direction and intensity distribution of the emitted light can be shaped. More specifically, reduction of the emission angle of the emitted light, collimation, condensing near the surface opposite to the lens formation surface of the lens substrate, splitting of the light beam by a plurality of lenses and reduction of the emission angle, reflection or absorption The characteristics of the emitted light can be adjusted according to the purpose, such as the removal of light from the outer peripheral portion of the light intensity distribution due to. In addition, for example, the emitted light can be shaped so that the emitted light that has passed through the lens has a unimodal emission intensity distribution. In the surface light emitting device of the present invention, at least a part of the lens is a reflector, a scatterer, or an absorber for blocking at least a part of light emitted from the light emitting unit, or The combination may be formed. In this case, the lens is preferably a convex lens. Thereby, for example, when the light incident on the outer peripheral part away from the optical axis of the lens with respect to the lens is reflected, scattered, or absorbed, the remaining reflected light component can be prevented from returning to the light emitting part. For this reason, it becomes possible to simply shape the radiation pattern to the outside of the surface light emitting element. The reflector, the scatterer, and the absorber are not particularly limited as long as they can reflect, scatter, or absorb the incident light. The reflector is formed of, for example, a metal such as Au, Ag, Cr, Ti, Pt, or a multilayer film made of Si / SiO 2 , Al 2 O 3 / SiO 2 , TiO 2 / SiO 2 or the like. Is preferred. In addition, as the scatterer or the absorber, for example, a glass fine particle or resin, a carbon fine particle to which a metal or a compound having a light absorption coefficient with respect to the wavelength of the outgoing light is added, and the wavelength of the outgoing light. It is preferably formed of fine particles that cause resonance absorption. It is preferable that the reflector, the scatterer, and the absorber are formed, for example, on a portion of the lens surface outside the region surrounding the optical axis of the lens. The reflector, the scatterer, and the absorber may be formed in a ring shape that covers a portion outside the region of the lens surface when, for example, a light emission pattern (light emission intensity distribution) is desired to be a single peak. preferable. In this case, in the lens, the region where the reflector, the scatterer, and the absorber are not formed is, for example, a spherical portion having a circular outer periphery. The size of the spherical portion is not particularly limited. For example, the outer periphery of the spherical portion preferably has a diameter of 0.2 μm to 15 μm, and more preferably has a diameter of 1 μm to 6 μm. However, the size of the region is not limited to such a range, and can be appropriately adjusted according to the curvature of the lens, the emission angle of the emitted light, and the like. In addition, when it is desired to reduce the focused spot diameter after passing through the lens, or when it is desired to make the light output pattern in a ring shape for use in optical manipulation, the reflector, scatterer, and absorber are arranged on the lens optical axis. It is preferable to form a substantially circular shape at the center. At this time, the size of the reflector, scatterer, and absorber is not particularly limited, but for example, the diameter is preferably about 0.2 μm to 10 μm. However, the size of the region is not limited to such a range, and can be appropriately adjusted according to the curvature of the lens, the emission angle of the emitted light, and the like.

前記発光部は、半導体層から形成され、半導体エピタキシャル層を含み、面発光可能に形成されている限り、特に制限されない。すなわち、前記発光部は、光を出射でき、例えば、面発光レーザとして機能し得る限り、特に制限されない。前記本発明の発光素子において、前記発光部は、例えば、発光点を含み、前記発光点から前記レンズのレンズ面に対して光を出射する。前記本発明の面発光素子では、例えば、前記発光部の発光点が、前記レンズの光軸に対して高精度に位置合わせされた状態で形成されていることが好ましい。前記本発明の面発光素子は、例えば、前記発光部の発光点が、前記レンズの光軸上に位置合わせされていることが好ましい。前記本発明の面発光素子では、例えば、前記発光点の前記レンズの光軸からのずれが、２μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましく、０．１μｍ以下であることがいっそう好ましい。また、前記本発明の面発光素子では、例えば、前記発光部からの出射光がレンズ面において所望の光スポットを形成するために要求される、前記発光部のレンズ光軸に対する相対位置からのずれが、０．５μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより好ましい。   The light emitting part is not particularly limited as long as it is formed of a semiconductor layer, includes a semiconductor epitaxial layer, and is formed so as to be capable of surface light emission. That is, the light emitting unit is not particularly limited as long as it can emit light and can function as, for example, a surface emitting laser. In the light emitting device of the present invention, the light emitting section includes, for example, a light emitting point, and emits light from the light emitting point to the lens surface of the lens. In the surface light emitting device of the present invention, for example, it is preferable that the light emitting point of the light emitting portion is formed in a state of being accurately aligned with the optical axis of the lens. In the surface light emitting device of the present invention, for example, the light emitting point of the light emitting unit is preferably aligned on the optical axis of the lens. In the surface light emitting device of the present invention, for example, the deviation of the light emitting point from the optical axis of the lens is preferably 2 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, and 0.1 μm or less. More preferred. In the surface light emitting device of the present invention, for example, the light emitted from the light emitting portion is required to form a desired light spot on the lens surface, and the deviation from the relative position of the light emitting portion with respect to the lens optical axis. Is preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0.1 μm or less.

前記本発明の発光素子において、前記発光部の出射光の波長は特に限定されるものではく、用途に応じて選択してよい。例えば、光通信用途の場合、８００ｎｍ〜１６５０ｎｍ帯の発振波長を有することが好ましい。センシング用途では４００ｎｍ〜数μｍと広い波長範囲が求められる。またＣＤ、ＤＶＤなどの記録用途では３５０〜７８０ｎｍの波長帯が好ましい。尚、前記電気回路と前記発光部との一体形成、もしくは前記ＣＳＰ構造を有する光モジュール製造等を目的として前記レンズ基板にＳＯＩ、Ｓｉ等を選択した場合に
は、前記発光部は前記基板に対して十分な光透過性を有する発振波長として、１１００ｎｍ以上とすることが好ましく、１２００ｎｍ〜１６５０ｎｍの長さの発振波長を有する光を出射できることがより好ましい。前記発光部は、例えば、化合物半導体を既存の結晶成長技術によりエピタキシャル成長させて前記半導体エピタキシャル層を形成することで形成できる。前記発光部は、例えば、電流注入により発光する活性層が、互いに異なる導電形態の反射鏡層で挟まれた共振構造を有するが、このような態様には限定されない。前記発光部には、前記活性層に電流を注入するための電極が形成されてよい。前記活性層を構成する材料も特に限定されるものではないが、例えば、ＧａＡｓ基板上へのエピタキシャル成長により形成する場合には、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓを井戸層とする量子井戸構造、もしくは量子ドット構造を使用することで６００〜１３６０ｎｍ程度のレーザ発振波長を実現できる。また、ＩｎＰ基板上へのエピタキシャル成長により形成する場合には、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓを井戸層とする量子井戸構造もしくは量子ドッド構造を使用することで、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍ程度のレーザ発振波長を実現できる。さらに、ＧａＮ基板上へのエピタキシャル成長により形成する場合には、ＩｎＧａＮを井戸層とする量子井戸構造もしくは量子ドット構造を使用することで、３５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度のレーザ発振波長を実現できる。また、前記Ｓｉ、ＳＯＩからなるレンズ基板に対応した活性層としては、例えば、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長されたＧａＩｎＮＡｓ井戸層を有する多重量子井戸、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長されたＧａＩｎＡｓ量子ドットを有する活性層、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長されたＩｎＡｌＧａＡｓ井戸層を有する多重量子井戸で形成することが望ましい。前記反射鏡層は、例えば、分布型ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）層である。このような発光部は、前記発光部を形成する各半導体層をエピタキシャル成長により結晶成長させることで、面発光可能に形成できる。ただし、前記発光部は、前記活性層および前記反射鏡層以外の、基板ではない他の層を含んでもよい。すなわち、例えば、前記本発明の面発光素子において、前記発光部は、エピタキシャル成長以外の方法で形成された他の層であって、前記エピタキシャル層を形成する際に使用される基板以外の層を含んでいてもよい。例えば、前記反射鏡層の少なくとも一部が、エピタキシャル成長以外の方法で形成されていてもよい。前記発光部は、例えば、化合物半導体から形成される基板（以下、「化合物半導体基板」ともいう）上に前記半導体エピタキシャル層を結晶成長技術により成長させることで形成できる。この場合、前記化合物半導体基板を前記レンズ基板と同一種の化合物半導体から形成することができる。これにより、前記面発光素子の製造工程で、前記レンズ基板と前記化合物半導体基板の熱膨張係数を等しくすることができ、熱履歴に起因する素子品質の信頼性の低下を抑制できる。 In the light emitting device of the present invention, the wavelength of the light emitted from the light emitting portion is not particularly limited, and may be selected according to the application. For example, in the case of optical communication applications, it is preferable to have an oscillation wavelength in the 800 nm to 1650 nm band. For sensing applications, a wide wavelength range of 400 nm to several μm is required. For recording applications such as CD and DVD, a wavelength band of 350 to 780 nm is preferable. When SOI, Si, or the like is selected for the lens substrate for the purpose of integrally forming the electric circuit and the light emitting unit, or manufacturing an optical module having the CSP structure, the light emitting unit The oscillation wavelength having sufficient light transmission is preferably 1100 nm or more, and more preferably, light having an oscillation wavelength of 1200 nm to 1650 nm can be emitted. The light emitting portion can be formed, for example, by epitaxially growing a compound semiconductor using an existing crystal growth technique to form the semiconductor epitaxial layer. The light emitting unit has a resonance structure in which, for example, an active layer that emits light by current injection is sandwiched between reflecting mirror layers having different conductive forms, but is not limited to such a mode. An electrode for injecting current into the active layer may be formed in the light emitting unit. The material constituting the active layer is not particularly limited. For example, when the active layer is formed by epitaxial growth on a GaAs substrate, a quantum well structure having AlGaInP, GaAs, InGaAs, and GaInNAs as a well layer, or quantum A laser oscillation wavelength of about 600 to 1360 nm can be realized by using a dot structure. Further, in the case of forming by epitaxial growth on an InP substrate, a laser oscillation wavelength of about 1200 nm to 1700 nm can be realized by using a quantum well structure or a quantum dot structure having InGaAsP, InAlGaAs, and InGaAs as well layers. Furthermore, when forming by epitaxial growth on a GaN substrate, a laser oscillation wavelength of about 350 nm to 500 nm can be realized by using a quantum well structure or a quantum dot structure having InGaN as a well layer. Examples of the active layer corresponding to the lens substrate made of Si and SOI include, for example, a multiple quantum well having a GaInNAs well layer epitaxially grown on a GaAs substrate, and an active layer having a GaInAs quantum dot epitaxially grown on a GaAs substrate. It is desirable to form a multi-quantum well having an InAlGaAs well layer epitaxially grown on an InP substrate. The reflector layer is, for example, a distributed Bragg reflector (DBR) layer. Such a light emitting part can be formed so that surface emission is possible by crystal growth of each semiconductor layer forming the light emitting part by epitaxial growth. However, the light emitting unit may include other layers other than the substrate other than the active layer and the reflecting mirror layer. That is, for example, in the surface light emitting device of the present invention, the light emitting portion is another layer formed by a method other than epitaxial growth, and includes a layer other than the substrate used when forming the epitaxial layer. You may go out. For example, at least a part of the reflecting mirror layer may be formed by a method other than epitaxial growth. The light emitting part can be formed, for example, by growing the semiconductor epitaxial layer on a substrate formed of a compound semiconductor (hereinafter also referred to as “compound semiconductor substrate”) by a crystal growth technique. In this case, the compound semiconductor substrate can be formed of the same type of compound semiconductor as the lens substrate. Thereby, in the manufacturing process of the surface light emitting element, the thermal expansion coefficients of the lens substrate and the compound semiconductor substrate can be made equal, and the deterioration of the reliability of the element quality due to the thermal history can be suppressed.

前記本発明の面発光素子は、例えば、次のようにして作製することができる。すなわち、まず、前記レンズ基板と、前記発光部の基となる材料となる、前記半導体エピタキシャル層を含む半導体積層体とを準備する。次いで、前記レンズ基板上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズを対向させた状態で前記半導体積層体を貼り合わせる。その後、前記目合わせマークを基準として前記半導体積層体を加工して、前記レンズに対して高精度に位置決めされた箇所に前記発光部を形成する。しかし、前記本発明の面発光素子は、このような態様に限定されず、公知の面発光レーザ加工技術を用いて作製できる。ただし、特に、後述する本発明の面発光素子の製造方法を用いて簡便に作製できる。   The surface light emitting device of the present invention can be produced, for example, as follows. That is, first, the lens substrate and a semiconductor stacked body including the semiconductor epitaxial layer, which is a material that becomes a base of the light emitting portion, are prepared. Next, the semiconductor laminate is bonded onto the lens substrate with the semiconductor epitaxial layer and the lens facing each other. Thereafter, the semiconductor stacked body is processed using the alignment mark as a reference, and the light emitting portion is formed at a position positioned with high accuracy with respect to the lens. However, the surface emitting device of the present invention is not limited to such an embodiment, and can be manufactured using a known surface emitting laser processing technique. However, it can be particularly easily produced by using the method for producing a surface light emitting device of the present invention described later.

前記本発明の面発光素子では、例えば、前記レンズ基板を、前記発光部の物理的支持体として機能し得る形状に形成できる。これは、例えば、前記レンズ基板のレンズが形成されている面と反対側の面を平坦に形成することで、実現できるが、このような態様には限定されない。すなわち、例えば、前記レンズ基板を、例えば、ＳＯＩ、Ｓｉ、ダイヤモンド、ＡｌＮ、アルミナセラミック、シリカガラス等から形成することで、前記レンズ基板の物理的強度を高めることができ、これにより前記支持体としての機能を持たせることができる。これにより、例えば、前記面発光素子の製造工程において、前記レンズ基板に対して前記発光部を、前記レンズに対してより正確に位置合わせされた箇所に形成することが可能となる。すなわち、他の支持部材を用いなくても、前記レンズ基板を土台として、この上に安定に前記発光部を配置することが可能となり、前記高い精度の位置合わせを実現できる。また、例えば、実装モジュールにおいて、別途支持体を使用しなくても前記本発明の面発光素子を実装することが可能となり、レイアウト上、より高密度の集積が可能となり、前記実装モジュールを小型化することも可能となる。さらに、前記面発光素子における局所的な応力の発生を防止でき、前記面発光素子の物理的強度を高めることができ、例えば、プロセス及び実装時の物理強度不足による損壊を防止できる。   In the surface light emitting device of the present invention, for example, the lens substrate can be formed in a shape that can function as a physical support of the light emitting unit. This can be realized, for example, by forming the surface of the lens substrate opposite to the surface on which the lens is formed, but is not limited to such a mode. That is, for example, by forming the lens substrate from, for example, SOI, Si, diamond, AlN, alumina ceramic, silica glass, or the like, the physical strength of the lens substrate can be increased, and as a result, as the support body It can have the function of. Thereby, for example, in the manufacturing process of the surface light emitting element, the light emitting unit can be formed at a position more accurately aligned with the lens substrate. That is, without using another support member, the light emitting unit can be stably disposed on the lens substrate as a base, and the highly accurate alignment can be realized. In addition, for example, in the mounting module, the surface light emitting device of the present invention can be mounted without using a separate support, which enables higher-density integration on the layout, and the mounting module can be downsized. It is also possible to do. Furthermore, the generation of local stress in the surface light emitting element can be prevented, and the physical strength of the surface light emitting element can be increased. For example, damage due to insufficient physical strength during process and mounting can be prevented.

前記本発明の面発光素子は、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズ用基板の間の少なくとも一部にスぺーサ層を含んでいてもよい。これにより、前記半導体エピタキシャル層の前記レンズ基板との貼り合わせ面に存在する凹凸を緩和できる。前記スぺーサ層としては、例えば、金属層、透明樹脂層、低融点ガラス層のほか、前記半導体エピタキシャル層の一部としてこれが形成されていてもよいが、これらには限定されない。前記スぺーサ層として、特に、前記金属層を含めた場合には、前記金属層を面発光レーザへの通電のための電極としても使用できるため、製造工程もしくは前記面発光素子の構造を簡略化できる。   The surface light emitting device of the present invention may include a spacer layer at least partly between the semiconductor epitaxial layer and the lens substrate. Thereby, the unevenness | corrugation which exists in the bonding surface with the said lens substrate of the said semiconductor epitaxial layer can be eased. Examples of the spacer layer include, but are not limited to, a metal layer, a transparent resin layer, a low-melting glass layer, and a part of the semiconductor epitaxial layer. As the spacer layer, particularly when the metal layer is included, the metal layer can be used as an electrode for energizing the surface emitting laser, so that the manufacturing process or the structure of the surface emitting element is simplified. Can be

前記本発明の面発光素子では、前記レンズ基板のレンズ形成面の上に前記発光部を形成することから、前記レンズ基板における、前記半導体エピタキシャル層と反対側の面に、所望の他の構造を追加することができる。これにより、前記本発明の面発光素子に多様な機能を追加できる。例えば、前記レンズ基板における前記反対側の面に、前記レンズを通過した前記発光部からの出射光を光ファイバに結合させるための嵌合部を形成することができる。本発明の面発光素子では、前述のように、前記レンズに対する前記発光部の相対的位置が精密に目合わせされている。このため、前記嵌合部を前記レンズ基板に形成して、面発光レーザと光ファイバの光結合をより簡易に、より単純な構造で達成でき、光ファイバのアライメントのための工程を大幅に簡略することができる。また、例えば、前記レンズ基板における前記反対側の面に、前記レンズを通過した前記発光部からの出射光を整形するための整形部材を設けることができる。前記整形部材としては、例えば、レンズ、光路変換用ミラー、光ファイバ嵌合用溝、光フィルタ、回折用スリット、光路変換用ミラーとファイバ嵌合用Ｖ溝の組み合わせが挙げられるが、これらには限定されない。   In the surface light emitting device of the present invention, since the light emitting portion is formed on the lens forming surface of the lens substrate, another desired structure is formed on the surface of the lens substrate opposite to the semiconductor epitaxial layer. Can be added. Thereby, various functions can be added to the surface light emitting device of the present invention. For example, a fitting portion for coupling light emitted from the light emitting portion that has passed through the lens to an optical fiber can be formed on the opposite surface of the lens substrate. In the surface light emitting device of the present invention, as described above, the relative position of the light emitting portion with respect to the lens is precisely aligned. For this reason, the fitting part is formed on the lens substrate, so that the optical coupling between the surface emitting laser and the optical fiber can be achieved with a simpler structure, and the process for aligning the optical fiber is greatly simplified. can do. Further, for example, a shaping member for shaping the emitted light from the light emitting part that has passed through the lens can be provided on the opposite surface of the lens substrate. Examples of the shaping member include, but are not limited to, a lens, an optical path changing mirror, an optical fiber fitting groove, an optical filter, a diffraction slit, a combination of an optical path changing mirror and a fiber fitting V groove. .

前記本発明の面発光素子は、例えば、下記に説明する本発明の面発光素子の製造方法を用いて製造できる。前記本発明の面発光素子の製造方法は、前述のとおり、目合わせマークを含むレンズ基板のレンズが形成されている基板面上に、半導体積層体を貼り合わせる第１の工程（Ａ）と、前記目合わせマークを基準として、前記半導体積層体に発光部を形成する第２の工程（Ｂ）とを含む。図２の断面図に、前記第１の工程（Ａ）および前記第２の工程（Ｂ）を模式的に示す。同図において、図２（ａ）は、前記第１の工程（Ａ）の例を示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、前記第２の工程（Ｂ）の例を示す。図２（ｃ）は、前記発光部を形成した前記半導体積層体を面発光素子として完成させる仕上げ工程の例を示す。同図に示すように、前記本発明の面発光素子の製造方法では、まず、前記第１の工程（Ａ）で、目合わせマーク１０４を含むレンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている基板面１０５の上に、半導体積層体１１１を貼り合わせる（図２（ａ））。この際、必ずしも目合わせマーク１０４を基準としてレンズ基板１０１と半導体積層体１１１を貼り合わせることは必要でないが、目合わせマーク１０４を基準として貼り合わせてもよい。次いで、前記第２の工程（Ｂ）で、目合わせマーク１０４を基準として発光部分となる発光部１０３を形成する（図２（ｂ））。その後、発光部１０３を形成した半導体積層体１１１に電極（１０７、１０８）を形成して、面発光素子を完成する（図２（ｃ））。ただし、本発明は同図に示す態様には限定されない。すなわち、図２（ａ）では、レンズ基板１０１の上面１０５に目合わせマーク（溝）１０４が形成されているが、目合わせマーク１０４は、このような態様に限定されない。すなわち、目合わせマーク１０４は、前記第２の工程（Ｂ）で、発光部１０３をレンズ１０２に対して高精度に位置合わせするための基準となり得る限り、どのような形態でどのような場所に形成されていてもよい。また、同図では、発光部１０３は、活性層が、互いに異なる導電形態の反射鏡層で挟まれた３層構造で形成されているが、このような態様には限定されず、後述のように、例えば、基板ではない他の層をさらに含んでいてもよい。さらに、同図では、レンズ１０２は凸レンズであるが、これに限定されず、後述のように、例えば、凹レンズであってもよい。さらに、前記本発明の面発光素子の製造方法は、前記第１の工程（Ａ）と前記第２の工程（Ｂ）を含んでいればよい。すなわち、前記第２の工程（Ｂ）では、前記半導体積層体に発光部を形成できればよい。図２（ｂ）では、目合わせマーク１０４を基準として、半導体積層体１１１における不要な部分を除去して発光部分となる発光部１０３を形成しているが、このような態様に限定されない。すなわち、発光部１０３は、例えば、イオン注入等の発光部形成技術により形成してもよい。また、前記仕上げ工程は、図２（ｃ）に示す態様に限定されず、前記発光部を形成した半導体積層体１１１を含む面発光素子を完成できれば、どのような態様であってもよい。   The surface light emitting device of the present invention can be manufactured using, for example, the method for manufacturing the surface light emitting device of the present invention described below. As described above, the method for manufacturing a surface light emitting device of the present invention includes a first step (A) of attaching a semiconductor laminate on a substrate surface on which a lens of a lens substrate including alignment marks is formed, And a second step (B) of forming a light emitting portion in the semiconductor stacked body using the alignment mark as a reference. The sectional view of FIG. 2 schematically shows the first step (A) and the second step (B). 2A shows an example of the first step (A), and FIGS. 2B and 2C show an example of the second step (B). FIG. 2C shows an example of a finishing process for completing the semiconductor laminate having the light emitting portion as a surface light emitting element. As shown in the figure, in the surface light emitting device manufacturing method of the present invention, first, in the first step (A), the substrate surface on which the lens 102 of the lens substrate 101 including the alignment mark 104 is formed. A semiconductor stacked body 111 is bonded onto 105 (FIG. 2A). At this time, it is not always necessary to bond the lens substrate 101 and the semiconductor laminate 111 with the alignment mark 104 as a reference, but the alignment may be performed with the alignment mark 104 as a reference. Next, in the second step (B), a light emitting portion 103 that becomes a light emitting portion is formed with reference to the alignment mark 104 (FIG. 2B). Thereafter, electrodes (107, 108) are formed on the semiconductor multilayer body 111 on which the light emitting portion 103 is formed, thereby completing the surface light emitting element (FIG. 2C). However, the present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. That is, in FIG. 2A, the alignment mark (groove) 104 is formed on the upper surface 105 of the lens substrate 101, but the alignment mark 104 is not limited to such an embodiment. That is, the alignment mark 104 is in any form and in any location as long as it can serve as a reference for accurately aligning the light emitting unit 103 with respect to the lens 102 in the second step (B). It may be formed. In the same figure, the light emitting unit 103 is formed with a three-layer structure in which the active layer is sandwiched between reflecting mirror layers having different conductive forms. In addition, for example, another layer that is not a substrate may be further included. Furthermore, although the lens 102 is a convex lens in the same figure, it is not limited to this, For example, a concave lens may be sufficient as mentioned later. Furthermore, the method for manufacturing a surface light emitting device of the present invention may include the first step (A) and the second step (B). That is, in the second step (B), it is sufficient that a light emitting portion can be formed in the semiconductor stacked body. In FIG. 2B, the light emitting portion 103 to be a light emitting portion is formed by removing an unnecessary portion in the semiconductor stacked body 111 with the alignment mark 104 as a reference, but the present invention is not limited to such a mode. That is, the light emitting unit 103 may be formed by a light emitting unit forming technique such as ion implantation. Further, the finishing step is not limited to the mode shown in FIG. 2C, and may be any mode as long as the surface light emitting device including the semiconductor stacked body 111 in which the light emitting portion is formed can be completed.

以上のように、前記本発明の面発光素子の製造方法は、前記第１の工程（Ａ）で、前記発光部の基となる材料である前記半導体積層体を前記レンズ基板の前記基板面上に貼り合わせる。そして、その後で、前記目合わせマークを基準として前記発光部を形成する。そのため、極めて高精度に位置合わせされた状態で、前記レンズと前記発光部を配置することができる。すなわち、前記本発明の面発光素子の製造方法によれば、例えば、前記レンズ基板と前記発光部を目合わせマークを用いて貼り合わせる場合の、両者の熱膨張係数の違いや貼り合わせ時に生じる応力の影響等による目合わせ誤差を無くすことができる。また、一般に目合わせ精度の劣る両面露光装置を使用する必要がなく、製造される面発光素子における前記発光部と前記レンズとの高精度の位置合わせを実現できる。本発明の面発光素子に製造方法によれば、高い目合わせ精度、寸法形成精度で形成されたレンズを有し、しかも物理的強度に優れた面発光素子を実現できる。   As described above, in the method for manufacturing a surface light emitting element of the present invention, in the first step (A), the semiconductor stacked body that is a material of the light emitting unit is disposed on the substrate surface of the lens substrate. Paste to. After that, the light emitting part is formed with the alignment mark as a reference. Therefore, the lens and the light emitting unit can be arranged in a state of being aligned with extremely high accuracy. That is, according to the method for manufacturing a surface light emitting element of the present invention, for example, when the lens substrate and the light emitting part are bonded using alignment marks, the difference in thermal expansion coefficient between them and the stress generated at the time of bonding are combined. It is possible to eliminate alignment errors due to the influence of the above. In addition, it is not necessary to use a double-side exposure apparatus with generally poor alignment accuracy, and high-precision alignment between the light emitting unit and the lens in the manufactured surface light emitting element can be realized. According to the manufacturing method of the surface light emitting device of the present invention, a surface light emitting device having a lens formed with high alignment accuracy and dimension forming accuracy and having excellent physical strength can be realized.

前記第１の工程（Ａ）で使用する前記レンズ基板は、前記目合わせマークを含み、かつ、一方の面にレンズが形成されている限り、特に制限されない。このようなレンズ基板としては、例えば、前記本発明の面発光素子を構成する前記レンズ基板を使用できる。前記レンズ基板については、前記本発明の面発光素子について説明したとおりである。前記レンズ基板に形成されるレンズについても、前記本発明の面発光素子について説明したとおりである。また、前記第２の工程（Ｂ）では、前記目合わせマークを基準として、前記半導体積層体に前記発光部を前記レンズに対して高い位置合わせ精度で形成することができる。このため、前記本発明の面発光素子の製造方法によれば、前記発光部と前記レンズとが高精度で位置合わせされた面発光素子を製造できる。前記目合わせマークは、前記第２の工程（Ｂ）で、前記発光部を形成する際の基準となるマークであれば、特に制限されない。前記目合わせマークは、例えば、前記第２の工程で基準として使用した後も、前記レンズ基板に残存するマークであってもよいし、前記第２の工程で基準として使用した後は前記レンズ基板から除去されるマークであってもよい。前記目合わせマークは、前記第１の工程（Ａ）で基準として使用されてもよい。すなわち、前記第１の工程で前記半導体積層体を前記基板面上に貼り合わせる際の基準となるマークであってもよい。前記目合わせマークとしては、前記本発明の面発光素子における前記目合わせマークと同様である。すなわち、前記目合わせマークの形状やレンズ基板における形成場所等については、前記本発明の面発光素子について説明したとおりである。   The lens substrate used in the first step (A) is not particularly limited as long as it includes the alignment mark and a lens is formed on one surface. As such a lens substrate, for example, the lens substrate constituting the surface light emitting device of the present invention can be used. The lens substrate is as described for the surface light emitting device of the present invention. The lens formed on the lens substrate is also as described for the surface light emitting device of the present invention. In the second step (B), the light emitting portion can be formed in the semiconductor stacked body with a high alignment accuracy with respect to the lens with the alignment mark as a reference. For this reason, according to the method for manufacturing a surface light emitting element of the present invention, it is possible to manufacture a surface light emitting element in which the light emitting portion and the lens are aligned with high accuracy. The alignment mark is not particularly limited as long as it is a mark that serves as a reference in forming the light emitting portion in the second step (B). The alignment mark may be, for example, a mark remaining on the lens substrate even after being used as a reference in the second step, or after being used as a reference in the second step, the lens substrate. The mark may be removed from the mark. The alignment mark may be used as a reference in the first step (A). That is, it may be a mark serving as a reference when the semiconductor stacked body is bonded onto the substrate surface in the first step. The alignment mark is the same as the alignment mark in the surface light emitting device of the present invention. That is, the shape of the alignment mark, the formation location on the lens substrate, and the like are as described for the surface light emitting device of the present invention.

前記半導体積層体は、前記面発光素子における前記発光部の材料である。このような半導体積層体は、面発光可能な前記発光部を形成できる限り、特に制限されない。前記半導体積層体は、例えば、少なくとも前記発光部を形成する部分において、活性層の上下に互いに異なる導電形態の反射鏡層を積層することで形成できる。このように前記半導体積層体において形成された前記発光部は、例えば、前記活性層に電流を注入することにより、発光させることができる。前記活性層および前記反射鏡層については、前記本発明の面発光素子について説明したとおりである。前記半導体積層体において、前記発光部を形成する部分は、前記活性層および前記反射鏡層以外の、基板ではない層を含んでもよい。前記発光部を形成する部分は、半導体エピタキシャル層を含んでいてもよい。前記発光部を形成する部分は、例えば、化合物半導体を既存の結晶成長技術によりエピタキシャル成長させることより形成できる。前記発光部を形成する部分は、エピタキシャル成長以外の方法で形成された層であって、エピタキシャル層を形成する際の基板ではない層を含んでいてもよい。例えば、前記発光部を形成する部分において、レーザ共振器構造を形成するための反射鏡層の少なくとも一部が、エピタキシャル成長以外の方法で形成されていてもよい。前記半導体積層体が、前記基板に半導体エピタキシャル層を結晶成長させた前記半導体積層体である場合、前記半導体積層体を、前記レンズ基板のレンズ形成面上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズを対向させた状態で貼り合わせることが好ましい。これにより、前記第２の工程（Ｂ）において、レンズに対していっそう高精度に位置合わせされた状態で前記発光部を形成することが可能となる。また、この場合、前記半導体エピタキシャル層を形成する前記基板として、前記レンズ基板と同種の材料から形成される前記基板を用いた場合、前記レンズ基板と前記基板の熱膨張係数を等しくすることができ、製造される面発光素子において、熱履歴に起因する素子品質の信頼性の低下を抑制できる。   The semiconductor stacked body is a material of the light emitting part in the surface light emitting element. Such a semiconductor laminate is not particularly limited as long as the light emitting part capable of surface light emission can be formed. The semiconductor laminate can be formed, for example, by laminating reflective mirror layers having different conductive forms above and below the active layer in at least a portion where the light emitting portion is formed. Thus, the said light emission part formed in the said semiconductor laminated body can be light-emitted, for example by injecting an electric current into the said active layer. The active layer and the reflector layer are as described for the surface light emitting device of the present invention. In the semiconductor stacked body, the portion that forms the light emitting unit may include a layer that is not a substrate other than the active layer and the reflecting mirror layer. The portion that forms the light emitting portion may include a semiconductor epitaxial layer. The portion for forming the light emitting portion can be formed, for example, by epitaxially growing a compound semiconductor using an existing crystal growth technique. The portion for forming the light emitting portion is a layer formed by a method other than epitaxial growth, and may include a layer that is not a substrate when forming the epitaxial layer. For example, at the part where the light emitting part is formed, at least a part of the reflecting mirror layer for forming the laser resonator structure may be formed by a method other than epitaxial growth. When the semiconductor stacked body is the semiconductor stacked body in which a semiconductor epitaxial layer is crystal-grown on the substrate, the semiconductor stacked body is opposed to the semiconductor epitaxial layer and the lens on a lens forming surface of the lens substrate. It is preferable to bond together in the state of being made. Thereby, in the second step (B), it is possible to form the light emitting part in a state in which the lens is aligned with higher accuracy. In this case, when the substrate formed of the same material as the lens substrate is used as the substrate for forming the semiconductor epitaxial layer, the thermal expansion coefficients of the lens substrate and the substrate can be made equal. In the manufactured surface light emitting device, it is possible to suppress a decrease in reliability of the device quality due to the thermal history.

前記第１の工程（Ａ）で、前記半導体積層体は、前記レンズ基板上に、半導体ウエハを貼り合わせる際に使用される公知のウエハ貼り合わせ技術（ウエハ接合技術）を用いて貼り合わせることができる。具体的には、プラズマや溶液を用いた表面活性化法、または、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）やエポキシなどの透明樹脂等を接着剤として用いる接着法等を用いて貼り合わせることができる。前記半導体積層体は、前記レンズ基板上に、直接貼り合わせてもよいし、スぺーサ材を用いて貼り合わせてもよい。これにより、前記半導体積層体と前記レンズ基板を、前記スぺーサー材から形成される前記スぺーサ層を介して貼り合わせることができる。その結果、前記半導体積層体と前記レンズ基板の貼り合わせ面付近で発生しうる応力を緩和することができる。前記スぺーサ材は、前記半導体積層体と前記レンズ基板の貼り合わせ面付近で発生しうる応力を緩和できる限り、特に制限されないが、例えば、透明樹脂、金属低融点ガラス層のほか、前記半導体エピタキシャル層の一部として形成される半導体層である。すなわち、前記レンズ基板と前記半導体積層体の貼り合わせ面となる界面は、半導体層でなくてもよく、半導体層と金属層が貼り合わされてもよいし、金属層と金属層が貼り合わされてもよいし、誘電体層と半導体層が貼り合わされてもよい。このような貼り合わせは、例えば、前記レンズ基板のレンズ形成面と前記半導体積層体の貼り合わせ面の双方またはいずれか一方に、予め金属膜や誘電体膜を形成しておく、出射光通過部分にリソグラフィ処理を行う等により実現できる。ただし、前記半導体積層体と前記レンズ基板の間には、基板を介在させないことが好ましい。   In the first step (A), the semiconductor laminate is bonded onto the lens substrate by using a known wafer bonding technique (wafer bonding technique) used when bonding a semiconductor wafer. it can. Specifically, it can be bonded using a surface activation method using plasma or a solution, or a bonding method using a transparent resin such as benzocyclobutene (BCB) or epoxy as an adhesive. The semiconductor laminate may be bonded directly onto the lens substrate, or may be bonded using a spacer material. Thereby, the said semiconductor laminated body and the said lens board | substrate can be bonded together through the said spacer layer formed from the said spacer material. As a result, the stress that can be generated in the vicinity of the bonding surface between the semiconductor laminate and the lens substrate can be relaxed. The spacer material is not particularly limited as long as it can relieve stress that can be generated in the vicinity of the bonding surface of the semiconductor laminate and the lens substrate. For example, in addition to a transparent resin, a metal low-melting glass layer, the semiconductor It is a semiconductor layer formed as part of the epitaxial layer. That is, the interface which becomes the bonding surface of the lens substrate and the semiconductor laminate may not be a semiconductor layer, the semiconductor layer and the metal layer may be bonded, or the metal layer and the metal layer may be bonded. Alternatively, the dielectric layer and the semiconductor layer may be bonded together. Such bonding includes, for example, an outgoing light passage portion in which a metal film or a dielectric film is formed in advance on either or either of the lens forming surface of the lens substrate and the bonding surface of the semiconductor laminate. It can be realized by performing a lithography process. However, it is preferable not to interpose a substrate between the semiconductor laminate and the lens substrate.

前記第２の工程（Ｂ）で、前記発光部は、例えば、前記目合わせマークを基準として、フォトリソグラフィー、ドライエッチング、水蒸気酸化、イオン注入等の加工技術を用いて、形成できる。この場合、前記フォトグラフィー処理において、例えば、前記レンズ基板における前記目合わせマークの位置を把握し、前記レンズ基板における前記目合わせマークの位置を基準として、前記半導体積層体に前記発光部を形成することができる。具体的には、例えば、前記目合わせマークが、赤外線カメラを用いて画像認識可能なマークである場合は、前記第２の工程に際し、赤外線カメラを用いて画像認識処理を行い、前記レンズ基板における前記目合わせマークの位置を把握することができる。また、例えば、前記目合わせマークが、前記第２の工程に際してレンズ基板のレンズ形成面に露出可能に形成されたものである場合は、前記第２の工程に際し、前記目合わせマークを前記レンズ形成面に露出させる工程を実施する。次いで、前記レンズ基板上に露出した前記目合わせマークの前記レンズ基板における位置を把握することができる。そして、例えば、このように把握した前記目合わせマークからの距離を基準として、レンズに対して正確に位置合わせされた箇所に、前記発光部を形成することができる。これにより、形成される前記発光部を、前記レンズに対して高い精度で位置合わせすることができる。なお、前記本発明の面発光素子の製造方法において、特に、基板上に前記発光部を形成する部分を積層させた前記半導体積層体を用いる場合、例えば、前記第１の工程に次いで、前記半導体積層体の前記基板を除去する工程をさらに含んでもよい。   In the second step (B), the light emitting portion can be formed using a processing technique such as photolithography, dry etching, water vapor oxidation, ion implantation, etc., for example, with the alignment mark as a reference. In this case, in the photolithography process, for example, the position of the alignment mark on the lens substrate is grasped, and the light emitting unit is formed on the semiconductor stacked body based on the position of the alignment mark on the lens substrate. be able to. Specifically, for example, when the alignment mark is a mark that can be recognized using an infrared camera, an image recognition process is performed using an infrared camera in the second step, and the lens substrate The position of the alignment mark can be grasped. For example, when the alignment mark is formed so as to be exposed on the lens formation surface of the lens substrate in the second step, the alignment mark is formed in the lens formation in the second step. A step of exposing to the surface is performed. Next, the position of the alignment mark exposed on the lens substrate on the lens substrate can be grasped. For example, the light emitting unit can be formed at a position accurately aligned with the lens with reference to the distance from the alignment mark thus grasped. Thereby, the said light emission part formed can be aligned with high precision with respect to the said lens. In the method for manufacturing a surface light emitting device according to the present invention, in particular, when the semiconductor stacked body in which a portion for forming the light emitting portion is stacked on a substrate is used, for example, after the first step, the semiconductor You may further include the process of removing the said board | substrate of a laminated body.

前記本発明の面発光素子の製造方法において、前記レンズ基板は、完成品である前記レンズ基板を入手して前記第１の工程（Ａ）で使用してもよいし、前記第１の工程（Ａ）の前に、前記レンズ基板を製造する工程を実施して入手してもよい。また、前記半導体積層体は、完成品である半導体積層体を入手して前記第１の工程（Ａ）で使用してもよいし、前記第１の工程（Ａ）の前に、前記半導体積層体を製造する工程を実施して入手してもよい。すなわち、前記本発明の面発光素子の製造方法は、レンズ基板の一方の面にレンズを形成し、かつ、前記レンズ基板に目合わせマークを形成して前記レンズ基板を製造するレンズ基板製造工程と、基板上に半導体層を形成して、前記半導体積層体を製造する半導体積層体製造工程をさらに含んでよい。前記レンズ基板製造工程は、レンズを作製可能な公知のフォトリソグラフィー加工技術、エッチング加工技術、コーティング加工技術、研磨技術、ナノインプリントリソグラフィー技術、インクジェットパターニング技術、紫外線硬化樹脂による立体構造形成技術を用いて実施できる。前記半導体積層体製造工程は、半導体積層体を作製可能な公知の半導体加工技術を用いて実施できる。前記半導体積層体製造工程において、前記半導体積層体は、例えば、基板上に半導体層をエピタキシャル成長させることにより作製できる。前記態様の本発明の面発光素子の製造方法では、前記レンズ基板製造工程および前記半導体積層体製造工程を実施後、例えば、前記第１の工程（Ａ）および前記第２の工程（Ｂ）を実施することができる。   In the method for manufacturing a surface light emitting element according to the present invention, the lens substrate may be used in the first step (A) by obtaining the lens substrate which is a finished product, or the first step ( Prior to A), a process of manufacturing the lens substrate may be performed and obtained. In addition, the semiconductor laminate may be a completed semiconductor laminate that may be used in the first step (A), or the semiconductor laminate before the first step (A). You may obtain by performing the process which manufactures a body. That is, the method for manufacturing a surface light emitting device of the present invention includes a lens substrate manufacturing process in which a lens is formed on one surface of a lens substrate, and an alignment mark is formed on the lens substrate to manufacture the lens substrate. The method may further include a semiconductor stacked body manufacturing step of manufacturing the semiconductor stacked body by forming a semiconductor layer on the substrate. The lens substrate manufacturing process is performed using a known photolithography processing technique, etching processing technique, coating processing technique, polishing technique, nanoimprint lithography technique, ink jet patterning technique, and three-dimensional structure forming technique using an ultraviolet curable resin capable of producing a lens. it can. The said semiconductor laminated body manufacturing process can be implemented using the well-known semiconductor processing technique which can produce a semiconductor laminated body. In the semiconductor laminate manufacturing process, the semiconductor laminate can be produced, for example, by epitaxially growing a semiconductor layer on a substrate. In the method for manufacturing a surface light emitting element according to the aspect of the present invention, after the lens substrate manufacturing process and the semiconductor laminate manufacturing process are performed, for example, the first process (A) and the second process (B) are performed. Can be implemented.

本発明の面発光素子の製造方法は、さらに、前記発光部からの出射光の少なくとも一部を遮断するための、反射体、散乱体、および吸収体を前記レンズ基板に形成する工程を含んでいてもよい。前記反射体、前記散乱体、および前記吸収体としては、前記本発明の面発光素子で使用されるものを使用できる。このような反射体、散乱体、および吸収体の構成およびレンズ基板における形成態様については、前記本発明の面発光素子について説明したとおりである。このような反射体、散乱体および吸収体は、例えば、反射体、散乱体、および吸収体の堆積と選択的なエッチングによる方法のほか、リフトオフ法等を用いて形成できる。   The method for manufacturing a surface light emitting element of the present invention further includes a step of forming a reflector, a scatterer, and an absorber on the lens substrate for blocking at least a part of the light emitted from the light emitting portion. May be. As the reflector, the scatterer, and the absorber, those used in the surface light emitting device of the present invention can be used. About the structure of such a reflector, a scatterer, and an absorber, and the formation aspect in a lens substrate, it is as having demonstrated the surface emitting element of the said this invention. Such a reflector, scatterer, and absorber can be formed by using, for example, a lift-off method or the like in addition to a method of depositing and selectively etching the reflector, scatterer, and absorber.

本発明の面発光素子の製造方法は、さらに、前記レンズ基板のレンズ形成面と反対側の面に、光ファイバ結合用の嵌合部を形成する嵌合部形成工程を含んでよい。このような嵌合部は、製造される面発光素子に結合される光ファイバとの精密な光結合を実現できる限り、どのような形状でどのような範囲に形成されていてもよい。本発明の面発光素子では、前述のように、前記レンズに対する前記発光部の相対的位置が精密に目合わせされている。このため、前記嵌合部自体に、出射光強度の空間分布整形機能等の出射光整形機能を持たせる必要はない。ただし、前記嵌合部にこのような出射光整形機能を持たせてもよい。このような嵌合部は、例えば、前記第１の工程および前記第２の工程を実施した後で前記嵌合部形成工程を実施することで形成できるが、これに限定されず、例えば、前記第１の工程において実施してもよい。前記嵌合部形成工程は、例えば、フォトリソグラフィー、エッチング、モールド形成、マイクロマシニング等の公知のレンズ基板加工技術を用いて実施できる。   The method for manufacturing a surface light emitting device of the present invention may further include a fitting portion forming step of forming a fitting portion for coupling optical fibers on the surface of the lens substrate opposite to the lens forming surface. Such a fitting portion may be formed in any shape and in any range as long as precise optical coupling with the optical fiber coupled to the manufactured surface light emitting element can be realized. In the surface light emitting device of the present invention, as described above, the relative position of the light emitting portion with respect to the lens is precisely aligned. For this reason, it is not necessary for the fitting portion itself to have an outgoing light shaping function such as a spatial distribution shaping function of the outgoing light intensity. However, the fitting portion may have such an emitted light shaping function. Such a fitting portion can be formed, for example, by performing the fitting portion forming step after performing the first step and the second step, but is not limited thereto, for example, You may implement in a 1st process. The fitting portion forming step can be performed using a known lens substrate processing technique such as photolithography, etching, mold formation, or micromachining.

本発明の面発光素子の製造方法は、さらに、前記レンズ基板のレンズ形成面と反対側の面に、レンズ基板を通過した前記出射光の波長スペクトル成分、光強度分布、光出射方向を整形するための適宜の構造（整形部材等）を形成する整形部材形成工程を含んでもよい。前記整形部材形成工程は、前記適宜の構造を形成できる限り、特に制限されない。前記整形部材としては、例えば、例えば、レンズ、光路変換用ミラー、光ファイバ嵌合穴、光フィルタ、回折用スリット、光路変換用ミラーとファイバ嵌合用Ｖ溝の組み合わせが挙げられるが、これらには限定されない。前記整形部材形成工程は、例えば、前記第１の工程および前記第２の工程を実施した後で前記整形部材形成工程を実施することで形成できるが、これに限定されない。すなわち、例えば、前記第１の工程において実施してもよい。前記整形部材形成工程は、例えば、フォトリソグラフィー、エッチング、モールド形成、マイクロマシニング等の公知の基板加工技術を用いて実施できる。例えば、前記レンズ基板としてＳｉ基板を用い、前記整形部材形成工程として、フォトリソグラフィー及びＫＯＨ（水酸化カリウム）によるウエットエッチングを実施した場合、レンズ基板を通過した前記出射光の光出射方向を略レンズ基板面内方向に反射させる平面ミラー及び、前記レンズ基板面内方向に反射させた光を光ファイバに導くための光ファイバ嵌合用Ｖ溝を形成することができる。   The method for manufacturing a surface light emitting device of the present invention further shapes the wavelength spectrum component, light intensity distribution, and light emitting direction of the emitted light that has passed through the lens substrate on the surface of the lens substrate opposite to the lens forming surface. For example, a shaping member forming step of forming an appropriate structure (such as a shaping member) may be included. The shaping member forming step is not particularly limited as long as the appropriate structure can be formed. Examples of the shaping member include, for example, a lens, an optical path changing mirror, an optical fiber fitting hole, an optical filter, a diffraction slit, a combination of an optical path changing mirror and a fiber fitting V-groove. It is not limited. The shaping member forming step can be formed, for example, by performing the shaping member forming step after performing the first step and the second step, but is not limited thereto. That is, for example, you may implement in the said 1st process. The shaping member forming step can be performed using a known substrate processing technique such as photolithography, etching, mold formation, or micromachining. For example, when a Si substrate is used as the lens substrate, and the wet shaping process using photolithography and KOH (potassium hydroxide) is performed as the shaping member forming step, the light emission direction of the emitted light that has passed through the lens substrate is approximately a lens. A flat mirror for reflecting in the in-plane direction of the substrate and an optical fiber fitting V-groove for guiding the light reflected in the in-plane direction of the lens substrate to the optical fiber can be formed.

次に、本発明の面発光素子および本発明の面発光素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下の実施形態は、例示であり、本発明は、以下の実施形態により制限および限定されない。   Next, the surface light emitting device of the present invention and the method for producing the surface light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following embodiment is an exemplification, and the present invention is not limited or limited by the following embodiment.

［実施形態１］
本実施形態では、本発明の面発光素子の一例および本発明の面発光素子の製造方法の一例を示す。図１の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、一方の面１０５にレンズ１０２が形成されているレンズ基板１０１と、半導体エピタキシャル層から形成されている発光部１０３を含む。レンズ基板１０１には、目合わせマーク１０４が形成されている。発光部１０３は、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面１０５の上に、半導体エピタキシャル層１０３とレンズ１０２が対向している状態で配置されている。同図では、発光部１０３は、活性層と、活性層の上下に設けられた互いに異なる導電形態の反射鏡層から形成される３層構造を有する。ただし、本実施形態はこのような態様に限定されず、例えば、発光部１０３は、半導体エピタキシャル層１０３の基板ではない他の層をさらに含んでいてもよい。また、反射鏡層のうちの一方、あるいは双方にエピタキシャル成長層以外の半導体層や誘電体層が含まれていてもよい。発光部１０３には、活性層に電流を注入するためのｎ型コンタクト電極１０７およびｐ型コンタクト電極１０８と、前記両電極間の絶縁および半導体層の保護のための誘電体保護層１０９が形成されている。同図では、目合わせマーク１０４が、レンズ基板１０１の上面１０５に形成された溝１０４であるが、本実施形態の面発光素子は、このような態様に限定されない。すなわち、目合わせマーク１０４は、前記面発光素子の形成工程で、レンズ１０２と発光部１０３の正確な位置合わせを実現するための基準として使用できる限り、レンズ基板１０４のどの場所に形成されていてもよい。また、前記正確な位置合わせを実現できる限り、どのような形態で形成されてもよい。また、同図では、レンズ１０２は、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に形成された凸レンズである。ただし、本実施形態の面発光素子は、このような態様に限定されず、後述のように、例えば、レンズ１０２として凹レンズが形成されていてもよい。さらに、同図では、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面１０５と反対側の面が平坦に形成されているが、本実施形態は、このような態様に限定されず、例えば、他の追加的部材が形成されていてもよい。 [Embodiment 1]
In the present embodiment, an example of the surface light emitting device of the present invention and an example of the method for manufacturing the surface light emitting device of the present invention will be shown. The cross-sectional view of FIG. 1 shows the configuration of the surface light emitting device of this embodiment. As shown in the drawing, the surface light emitting device of this embodiment includes a lens substrate 101 having a lens 102 formed on one surface 105 and a light emitting portion 103 formed of a semiconductor epitaxial layer. An alignment mark 104 is formed on the lens substrate 101. The light emitting unit 103 is disposed on the surface 105 of the lens substrate 101 on which the lens 102 is formed, with the semiconductor epitaxial layer 103 and the lens 102 facing each other. In the figure, the light emitting unit 103 has a three-layer structure formed of an active layer and reflecting mirror layers having different conductive forms provided above and below the active layer. However, the present embodiment is not limited to such an aspect. For example, the light emitting unit 103 may further include another layer that is not the substrate of the semiconductor epitaxial layer 103. Further, one or both of the reflecting mirror layers may include a semiconductor layer or a dielectric layer other than the epitaxial growth layer. In the light emitting portion 103, an n-type contact electrode 107 and a p-type contact electrode 108 for injecting current into the active layer, and a dielectric protective layer 109 for insulating the two electrodes and protecting the semiconductor layer are formed. ing. In the figure, the alignment mark 104 is the groove 104 formed on the upper surface 105 of the lens substrate 101, but the surface light emitting device of the present embodiment is not limited to such a mode. That is, the alignment mark 104 is formed at any location on the lens substrate 104 as long as it can be used as a reference for realizing accurate alignment between the lens 102 and the light emitting portion 103 in the surface light emitting element formation process. Also good. Moreover, as long as the said exact alignment is realizable, you may form in what kind of form. In the figure, the lens 102 is a convex lens formed in a portion recessed from the upper surface of the lens substrate 101. However, the surface light emitting device of the present embodiment is not limited to such a mode, and a concave lens may be formed as the lens 102 as described later, for example. Furthermore, in the same figure, the surface opposite to the surface 105 on which the lens 102 of the lens substrate 101 is formed is formed flat. However, this embodiment is not limited to such a mode. Additional members may be formed.

本実施形態の面発光素子は、例えば、前記特許文献１等に記載の面発光素子等のように、レンズ基板に対して、レンズと発光部を反対側に形成した場合と比べ、発光部１０３とレンズ１０２の間の距離を短く形成できる。また、このように、発光部１０３の近傍にレンズ１０２を形成できるため、レンズ１０２の絶対寸法を小さく形成できる。このため、レンズ加工工程において、レンズ基板１０１の加工部分を減らすことができ、レンズ寸法の精度を向上でき、また、レンズ面を容易に平滑に形成できる。以上の理由から、本実施形態の面発光素子では、前記面発光素子の形成工程で、目合わせマーク１０４を基準として用いることができるので、レンズ１０２と発光部１０３が、高い精度で位置合わせされている。また、本実施形態の面発光素子では、レンズ１０２が外部に露出しないので、レンズ１０２の品質劣化を防止できる。なお、特に、図１に示すように、本実施形態の面発光素子において、レンズ基板１０１のレンズ形成面１０５と反対側の面を平坦に形成した場合、前記面発光素子における局所的な応力の発生を防止でき、前記面発光素子の物理的強度を高めることができる。また、特に、同図に示すように、本実施形態の面発光素子において、レンズ１０２として、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に凸レンズを形成した場合、レンズ１０２と発光部１０３の間には、媒質（空気）１１２が存在する。すなわち、このような態様では、発光部１０３からの出射光が、一旦低屈折率の媒質（空気）を通過した後にレンズ面に低屈折率側から入射する。このため、前記出射光の放射方向や強度分布を、目的に応じて容易に整形することが可能となる。   The surface light emitting device of the present embodiment has a light emitting portion 103 as compared with the case where the lens and the light emitting portion are formed on the opposite side with respect to the lens substrate, such as the surface light emitting device described in Patent Document 1 above. And the lens 102 can be formed with a short distance. In addition, since the lens 102 can be formed in the vicinity of the light emitting unit 103 in this way, the absolute dimension of the lens 102 can be reduced. For this reason, in the lens processing step, the processed portion of the lens substrate 101 can be reduced, the accuracy of lens dimensions can be improved, and the lens surface can be easily and smoothly formed. For the above reasons, in the surface light emitting device of this embodiment, the alignment mark 104 can be used as a reference in the step of forming the surface light emitting device, so that the lens 102 and the light emitting portion 103 are aligned with high accuracy. ing. In the surface light emitting device of this embodiment, since the lens 102 is not exposed to the outside, quality degradation of the lens 102 can be prevented. In particular, as shown in FIG. 1, in the surface light emitting device of this embodiment, when the surface opposite to the lens forming surface 105 of the lens substrate 101 is formed flat, local stress in the surface light emitting device is reduced. Generation | occurrence | production can be prevented and the physical intensity | strength of the said surface emitting element can be raised. In particular, as shown in the figure, in the surface light emitting device of the present embodiment, when a convex lens is formed as a lens 102 in a portion recessed from the upper surface of the lens substrate 101, the lens 102 is disposed between the light emitting unit 103 and the lens 102. The medium (air) 112 exists. That is, in such an aspect, the emitted light from the light emitting unit 103 once enters the lens surface from the low refractive index side after passing through a medium (air) having a low refractive index. For this reason, it is possible to easily shape the radiation direction and intensity distribution of the emitted light according to the purpose.

本実施形態の面発光素子は、次に示す本実施形態の面発光素子の製造方法（以下、単に「本実施形態の製造方法」という）を用いて製造することができる。本実施形態の製造方法は、前記目合わせマークを含み、一方の面にレンズが形成されている前記レンズ基板のレンズ形成面上に、半導体積層体を貼り合わせる第１の工程（Ａ）と、前記目合わせマークを基準として、メサ形状部分及び前記メサ形状部分の中央部に発光部を形成する第２の工程（Ｂ）とを含む。図２の断面図に、本実施形態の製造方法の各工程を模式的に示す。同図において、図２（ａ）は、前記第１の工程（Ａ）の例を示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、前記第２の工程（Ｂ）の例を示す。図２（ｃ）は、前記第２の工程（Ｂ）において発光部を形成した半導体積層体を含む面発光素子を完成する仕上げ工程の例を示す。同図に示すように、前記本発明の面発光素子の製造方法では、まず、前記第１の工程（Ａ）で、目合わせマーク１０４を含むレンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている基板面１０５の上に、半導体エピタキシャル層から形成される半導体積層体１１１を貼り合わせる（図２（ａ））。このとき、目合わせマーク１０４を基準として用いてもよいし、用いなくてもよい。次いで、前記第２の工程（Ｂ）で、目合わせマーク１０４を基準として、半導体積層体１１１の不要な部分を除去して、メサ形状部分１１４を形成し、その後水蒸気酸化プロセスによって発光部１０３を形成する（図２（ｂ））。その後、前記不要な部分を除去した半導体積層体１１１に電極（１０７、１０８）を形成して、面発光素子を完成する（図２（ｃ））。ただし、本発明は同図に示す態様には限定されない。すなわち、図２（ａ）では、レンズ基板１０１の上面に目合わせマーク（溝）１０４が形成されているが、前述のとおり、目合わせマーク１０４は、発光部１０３とレンズ１０２との高精度の位置合わせを実現できる限りどのような形態でどのような場所に形成されていてもよい。また、図２（ｂ）では、半導体積層体１１１の不要な部分を除去して、メサ形状部分１１４を形成し、発光部１０３を形成しているが、このような態様に限定されず、例えば、イオン注入等により発光部１０３を形成してもよい。さらに、前記第２の工程（Ｂ）における前記仕上げ工程は、図２（ｃ）に示す態様に限定されない。例えば、電極（１０７、１０８）が別の箇所に形成されていてもよいし、また、例えば、隣に配置される他の半導体素子との分離用の分離溝等が形成されてもよい。このように、本実施形態の面発光素子の製造方法は、前記第１の工程（Ａ）で、発光部の材料である半導体積層体１１１をレンズ基板１０１のレンズ形成面上に貼り合わせた後で、目合わせマーク１０４を基準として発光部１０３を形成する。そのため、例えば、別々に形成した前記レンズ基板と前記発光部を、目合わせマークを基準として貼り合わせる方法等と比べて、前記レンズに対する前記発光部の位置合わせの精度が格段に向上する。   The surface light emitting device of this embodiment can be manufactured using the following method for manufacturing the surface light emitting device of this embodiment (hereinafter simply referred to as “the manufacturing method of this embodiment”). The manufacturing method of the present embodiment includes a first step (A) of attaching a semiconductor laminate on a lens forming surface of the lens substrate including the alignment mark and having a lens formed on one surface thereof; And a second step (B) of forming a light emitting portion at the center of the mesa shape portion and the mesa shape portion with the alignment mark as a reference. In the cross-sectional view of FIG. 2, each step of the manufacturing method of this embodiment is schematically shown. 2A shows an example of the first step (A), and FIGS. 2B and 2C show an example of the second step (B). FIG. 2C shows an example of a finishing process for completing the surface light emitting element including the semiconductor stacked body in which the light emitting portion is formed in the second process (B). As shown in the figure, in the surface light emitting device manufacturing method of the present invention, first, in the first step (A), the substrate surface on which the lens 102 of the lens substrate 101 including the alignment mark 104 is formed. A semiconductor stacked body 111 formed of a semiconductor epitaxial layer is bonded onto 105 (FIG. 2A). At this time, the alignment mark 104 may or may not be used as a reference. Next, in the second step (B), unnecessary portions of the semiconductor stacked body 111 are removed using the alignment mark 104 as a reference to form a mesa-shaped portion 114, and then the light emitting portion 103 is formed by a steam oxidation process. It forms (FIG.2 (b)). Thereafter, electrodes (107, 108) are formed on the semiconductor stacked body 111 from which the unnecessary portions have been removed, thereby completing the surface light emitting device (FIG. 2C). However, the present invention is not limited to the embodiment shown in FIG. That is, in FIG. 2A, the alignment mark (groove) 104 is formed on the upper surface of the lens substrate 101. As described above, the alignment mark 104 is a high-precision between the light emitting unit 103 and the lens 102. As long as the alignment can be realized, it may be formed in any place in any form. In FIG. 2B, unnecessary portions of the semiconductor stacked body 111 are removed to form the mesa-shaped portions 114 and the light-emitting portions 103 are formed. However, the present invention is not limited to such an embodiment. Alternatively, the light emitting portion 103 may be formed by ion implantation or the like. Furthermore, the finishing step in the second step (B) is not limited to the mode shown in FIG. For example, the electrodes (107, 108) may be formed at different locations, and for example, a separation groove for separation from other semiconductor elements disposed next to each other may be formed. As described above, in the method of manufacturing the surface light emitting element according to this embodiment, after the semiconductor stacked body 111 that is the material of the light emitting portion is bonded onto the lens forming surface of the lens substrate 101 in the first step (A). Thus, the light emitting portion 103 is formed with the alignment mark 104 as a reference. Therefore, for example, the accuracy of the alignment of the light emitting portion with respect to the lens is significantly improved as compared with a method in which the lens substrate and the light emitting portion that are separately formed are attached with reference to the alignment mark.

［実施形態２］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例および本発明の面発光素子の製造方法の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、下記に説明する本実施形態の製造方法で作製したこと以外は、前記実施形態１と同様であり、前記実施形態１と同じ構造を有する。 [Embodiment 2]
In the present embodiment, another example of the surface light emitting device of the present invention and another example of the method for manufacturing the surface light emitting device of the present invention will be shown. The surface light emitting device of this embodiment is the same as that of Embodiment 1 except that it is manufactured by the manufacturing method of this embodiment described below, and has the same structure as that of Embodiment 1.

本実施形態の面発光素子は、次に示す本実施形態の製造方法を用いて製造することができる。本実施形態の面発光素子の製造方法は、前記実施形態１の製造方法における前記第１の工程（Ａ）と前記第２の工程（Ｂ）を含み、さらに、レンズ基板製造工程と、半導体積層体製造工程とを含む。また、前記第１の工程（Ａ）に次いで、基板を除去する基板除去工程及び発光部形成工程を含む。図３の断面図に、本実施形態の製造方法を模式的に示す。同図において、図３（ａ）から図３（ｃ）は、前記レンズ基板製造工程を示す。図３（ｄ）は、前記半導体積層体製造工程を示す。図３（ｅ）は、前記第１の工程（Ａ）を示し、図３（ｆ）は、前記基板除去工程を示す。図３（ｇ）から図３（ｉ）は、前記第２の工程（Ｂ）を示し、発光部形成工程を含む。詳しくは、図３（ｇ）は、半導体積層体に発光部を形成する発光部形成工程を示し、図３（ｈ）および図３（ｉ）は、前記発光部を形成した前記半導体積層体を含む面発光素子を完成する仕上げ工程を示す。図３を参照して、本実施形態の製造方法を説明する。   The surface light emitting device of this embodiment can be manufactured using the manufacturing method of this embodiment shown below. The method for manufacturing a surface light emitting device according to the present embodiment includes the first step (A) and the second step (B) in the manufacturing method according to the first embodiment, and further includes a lens substrate manufacturing step, a semiconductor lamination Body manufacturing process. Further, following the first step (A), a substrate removing step for removing the substrate and a light emitting portion forming step are included. The manufacturing method of the present embodiment is schematically shown in the sectional view of FIG. 3A to 3C show the lens substrate manufacturing process. FIG. 3D shows the semiconductor laminate manufacturing process. FIG. 3E shows the first step (A), and FIG. 3F shows the substrate removal step. FIG. 3G to FIG. 3I show the second step (B), which includes a light emitting portion forming step. Specifically, FIG. 3G shows a light emitting part forming step for forming a light emitting part in the semiconductor laminate, and FIGS. 3H and 3I show the semiconductor laminate in which the light emitting part is formed. The finishing process which completes the surface emitting element containing is shown. With reference to FIG. 3, the manufacturing method of this embodiment is demonstrated.

（１）レンズ基板製造工程
まず、図３（ａ）に示すように、レンズ基板の材料である第１の基板１０１’のレンズ形成面におけるレンズおよび目合わせマークを形成する場所に、誘電体膜の堆積とフォトリソグラフィーおよびエッチング処理により、誘電体マスクパターン２０１を形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、レンズの曲面形状を第１の基板１０１’に形成するための球面形状のフォトレジストパターンを形成する。次いで、図３（ｃ）に示すように、レジストと基板材料とのエッチンググレード選択比の低いドライエッチングを第１の基板１０１’のレンズ形成面全体に施す。これにより、球面状にエッチングされたレンズ１０２が形成される。レンズ形成後にレンズ形成面に残る誘電体膜２０１は、ウェットエッチング等により選択的に除去できる。また、レンズ形成後に、レンズ表面を含む第１の基板１０１’のレンズ形成面上に、無反射または有限の反射率のコーティングを施してもよい。なお、目合わせマーク１０４は、レンズ１０２と同時に形成されなくてもよい。すなわち、例えば、誘電体膜２０１を堆積させる前に、別途形成しておいてもよい。こうすることで、レンズ１０２を形成するためのフォトリソグラフィー処理において、既に形成されている目合わせマーク１０４を基準として用いてレンズ１０２を形成できる。目合わせマーク１０４は、特に限定されず、例えば、下記（２）の半導体積層体製造工程で形成される半導体層の積層体２０５を通過して赤外線カメラを用いて画像認識可能なマークであってもよい。目合わせマーク１０４は、また、例えば、レンズ基板１０１のレンズ形成面で位置を認識できるように、前記レンズ形成面に露出可能に形成されたマークであってもよい。以上の工程により、一方の面にレンズが形成されたレンズ基板１０１を作製できる。 (1) Lens Substrate Manufacturing Process First, as shown in FIG. 3A, a dielectric film is formed on the lens formation surface of the first substrate 101 ′, which is a material of the lens substrate, at a place where the lens and alignment mark are formed. A dielectric mask pattern 201 is formed by depositing photolithography and etching. Next, as shown in FIG. 3B, a spherical photoresist pattern for forming the curved surface shape of the lens on the first substrate 101 ′ is formed. Next, as shown in FIG. 3C, dry etching with a low etching grade selection ratio between the resist and the substrate material is performed on the entire lens formation surface of the first substrate 101 ′. Thereby, the lens 102 etched into a spherical shape is formed. The dielectric film 201 remaining on the lens formation surface after the lens formation can be selectively removed by wet etching or the like. Further, after the lens formation, a non-reflective or finite reflectance coating may be applied on the lens forming surface of the first substrate 101 ′ including the lens surface. The alignment mark 104 may not be formed simultaneously with the lens 102. That is, for example, before the dielectric film 201 is deposited, it may be formed separately. By doing so, in the photolithography process for forming the lens 102, the lens 102 can be formed using the already formed alignment mark 104 as a reference. The alignment mark 104 is not particularly limited. For example, the alignment mark 104 is a mark that can be recognized by an infrared camera after passing through the semiconductor layer stack 205 formed in the semiconductor stack manufacturing process (2) below. Also good. The alignment mark 104 may also be a mark formed so as to be exposed on the lens forming surface so that the position can be recognized on the lens forming surface of the lens substrate 101, for example. Through the above steps, the lens substrate 101 having a lens formed on one surface can be manufactured.

（２）半導体積層体製造工程
前記（１）のレンズ基板製造工程とは別に、発光部１０３の材料となる半導体積層体２１１を作製する。すなわち、例えば、まず、第２の基板２０１を準備し、図３（ｄ）に示すように、第２の基板２０１の上に、犠牲層と、発光部（面発光部）１０３を形成する半導体エピタキシャル層２０５を既存の結晶成長技術を用いて形成して、半導体積層体２１１を作製する。半導体積層体２１１における発光部１０３となる部分２０５（以下、「半導体層の積層体」ともいう）は、例えば、活性層と活性層の上下に設けられた互いに異なる導電形態の反射鏡層を含み、レーザ共振器構造を形成する。具体的には、半導体層の積層体２０５は、例えば、活性層と、ｐ型およびｎ型導電形態の半導体層、高い組成比でＡｌを含む酸化狭窄層等を含む。半導体層の積層体２０５は、結晶成長技術以外の方法で形成された層を含んでもよい。すなわち、例えば、半導体層の積層体２０５において、前記反射鏡層の少なくとも一部は、結晶成長技術以外の方法で形成されていてもよい。また、前記半導体層の積層体２０５は、その最上層に、レンズ基板１０１との貼り合わせ部分で発生し得る応力を緩和するためのスぺーサ層を含んでもよい。 (2) Semiconductor laminated body manufacturing process The semiconductor laminated body 211 used as the material of the light emission part 103 is produced separately from the lens board | substrate manufacturing process of said (1). That is, for example, first, a second substrate 201 is prepared, and as shown in FIG. 3D, a sacrificial layer and a light emitting portion (surface light emitting portion) 103 are formed on the second substrate 201. The epitaxial layer 205 is formed using the existing crystal growth technique, and the semiconductor laminated body 211 is produced. A portion 205 (hereinafter also referred to as “semiconductor layer stack”) in the semiconductor stack 211 includes, for example, active layers and reflector layers having different conductive forms provided above and below the active layers. A laser cavity structure is formed. Specifically, the stacked body 205 of semiconductor layers includes, for example, an active layer, a p-type and n-type conductive semiconductor layer, an oxide constriction layer containing Al at a high composition ratio, and the like. The stacked body 205 of semiconductor layers may include a layer formed by a method other than the crystal growth technique. That is, for example, in the semiconductor layer stack 205, at least a part of the reflecting mirror layer may be formed by a method other than the crystal growth technique. Further, the stacked body 205 of the semiconductor layers may include a spacer layer as an uppermost layer for relieving a stress that may be generated at a bonding portion with the lens substrate 101.

（３）第１の工程（Ａ）
次に、図３（ｅ）に示すように、前記（１）のレンズ基板製造工程で作製したレンズ基板１０１のレンズ形成面と、前記（２）の半導体積層体製造工程で作製した半導体積層体２１１の半導体層の積層体２０５側の面２０６を貼り合わせる。この貼り合わせの際に、目合わせマーク１０４を基準としてしてもよいし、基準として使用しなくてもよい。 (3) First step (A)
Next, as shown in FIG. 3E, the lens forming surface of the lens substrate 101 manufactured in the lens substrate manufacturing process of (1) and the semiconductor stack manufactured in the semiconductor stack manufacturing process of (2). A surface 206 of the semiconductor layer 211 on the stacked body 205 side is bonded. At the time of bonding, the alignment mark 104 may be used as a reference or may not be used as a reference.

（４）第２の工程（Ｂ）
次に、図３（ｆ）に示すように、第２の基板２０１をエッチング処理により除去する。本実施形態の製造方法では、この際、前記犠牲層をエッチングストップ層として使用できる。次いで、図３（ｇ）に示すように、半導体層の積層体２０５におけるレンズ１０２の上方に位置する部分に、フォトリソグラフィー処理とエッチング処理によりメサ形状部分１１４を形成する。本実施形態では、前記フォトグラフィー処理における目合わせの際に、目合わせマーク１０４を基準として使用する。すなわち、例えば、レンズ基板１０１における目合わせマーク１０４の位置を把握し、レンズ基板１０１における目合わせマーク１０４の位置を基準として、例えば、半導体の積層体２０５において不要と判断される部分を除去して発光部１０３を形成する。これにより、レンズ１０２に対して正確な位置合わせで発光部１０３を形成できる。例えば、目合わせマーク１０４が、半導体層の積層体２０５を通過して赤外線カメラを用いて画像認識可能なマークである場合は、赤外線カメラを用いて画像認識処理を行うことができる。これにより、例えば、レンズ基板１０１のレンズ形成面における目合わせマーク１０４の位置を正確に把握できる。また、例えば、目合わせマーク１０４が、前記第１の工程まではレンズ基板１０１のレンズ形成面上に露出していないが、前記レンズ形成面に露出可能に形成されたマークである場合は、前記第２の工程（Ｂ）に際して、目合わせマーク１０４を前記レンズ形成面上に露出させる処理を行うことができる。これにより、レンズ基板１０１のレンズ形成面における目合わせマーク１０４の位置を正確に把握できる。次いで、例えば、メサ形状部分１１４の中心に発光部１０３を形成する。これは、例えば、水蒸気酸化処理により、メサ形状部分１１４の側面に露出した酸化狭窄層を酸化させる等により行うことができる。なお、前記メサ形状部分１１４形成の際にも、目合わせマーク１０４を使用してもよい。以上のようにして形成された発光部１０３は、レンズ１０２に対して極めて高精度に位置合わせされている。このように発光部が形成された半導体層の積層体２０５に対し、次いで、例えば、図３（ｈ）に示すように、半導体層の積層体２０５の上面に誘電体保護膜１０９を形成し、次いで、電極コンタクトのための貫通孔（スルーホール）２０８を形成する。ここで、例えば、電極のパッド容量を低減し、面発光レーザの動作速度を上げるために、低誘電率の樹脂から形成される低誘電率膜を併用してもよい。前記低誘電率膜は、例えば、ポリイミドから形成される厚膜である。次いで、図３（ｉ）に示すように、例えば、フォトリソグラフィー処理、蒸着処理、およびリフトオフ処理等により、ｎ型コンタクト電極１０７およびｐ型コンタクト電極１０８を形成して、面発光素子を完成させる。 (4) Second step (B)
Next, as shown in FIG. 3F, the second substrate 201 is removed by an etching process. In this case, the sacrificial layer can be used as an etching stop layer in the manufacturing method of the present embodiment. Next, as shown in FIG. 3G, a mesa-shaped portion 114 is formed by a photolithography process and an etching process in a portion located above the lens 102 in the stacked body 205 of the semiconductor layers. In the present embodiment, the alignment mark 104 is used as a reference when aligning in the photographic process. That is, for example, the position of the alignment mark 104 on the lens substrate 101 is grasped, and for example, a portion judged to be unnecessary in the semiconductor laminate 205 is removed using the position of the alignment mark 104 on the lens substrate 101 as a reference. The light emitting unit 103 is formed. Thereby, the light emitting part 103 can be formed with accurate alignment with the lens 102. For example, when the alignment mark 104 is a mark that passes through the semiconductor layer stack 205 and can be recognized using an infrared camera, image recognition processing can be performed using the infrared camera. Thereby, for example, the position of the alignment mark 104 on the lens forming surface of the lens substrate 101 can be accurately grasped. Further, for example, when the alignment mark 104 is not exposed on the lens forming surface of the lens substrate 101 until the first step, but is a mark formed so as to be exposed on the lens forming surface, In the second step (B), the alignment mark 104 can be exposed on the lens forming surface. Thereby, the position of the alignment mark 104 on the lens forming surface of the lens substrate 101 can be accurately grasped. Next, for example, the light emitting unit 103 is formed at the center of the mesa-shaped portion 114. This can be performed, for example, by oxidizing the oxidized constricting layer exposed on the side surface of the mesa-shaped portion 114 by steam oxidation. Note that the alignment mark 104 may also be used when the mesa-shaped portion 114 is formed. The light emitting unit 103 formed as described above is aligned with the lens 102 with extremely high accuracy. Next, for example, as shown in FIG. 3H, a dielectric protective film 109 is formed on the upper surface of the semiconductor layer stack 205 as shown in FIG. Next, a through hole 208 for electrode contact is formed. Here, for example, in order to reduce the pad capacitance of the electrode and increase the operation speed of the surface emitting laser, a low dielectric constant film formed of a low dielectric constant resin may be used in combination. The low dielectric constant film is a thick film formed of polyimide, for example. Next, as shown in FIG. 3I, the n-type contact electrode 107 and the p-type contact electrode 108 are formed by, for example, a photolithography process, a vapor deposition process, a lift-off process, and the like to complete the surface light emitting element.

本実施形態の製造方法により作製した本実施形態の面発光素子は、電極（１０７、１０８）の間に電圧を印加することで、発光部１０３に電流を注入できる。電流が注入されると、活性層から光が出射される。前述のとおり、本実施形態の面発光素子では、発光部１０３は、レンズ１０２に対して極めて高精度に位置合わせされている。そのため、例えば、レンズ１０２の光軸に対して高精度に位置合わせされた出射光を得ることができる。このため、本実施形態の面発光素子によれば、目的に応じて精密に整形された出射光を得ることができる。また、特に、本実施形態の面発光素子を、図３に示すように、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に凸レンズ１０２を形成して作製した場合は、前記面発光素子において、出射光は、一旦低屈折率の媒質（空気）１１２を通過した後にレンズ１０２に低屈折率側から入射する。このため、本実施形態の面発光素子では、極めて精密かつ簡便に、出射光を整形できる。すなわち、例えば、目的に応じて前記出射光の放射方向や強度分布等を簡便に整形することができる。具体的には、例えば、レンズ１０２において、前記出射光の放射角度の低減、コリメート、レンズ基板におけるレンズ形成面と反対側の面付近への集光が可能となる。また、例えば、レンズ１０２を複数形成して、複数のレンズによる光線の分割や放射角度の低減することもできる。さらに、例えば、レンズ１０２に反射体や散乱体、吸収体を形成して、光強度分布の外周部分の光を除去することもできる。本実施形態の面発光素子では、レンズ基板１０１のレンズ形成面の上に発光部１０３が形成されている。このため、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の面に、レンズ基板を通過した前記出射光を整形するための適宜の構造（整形部材等）を形成して、多機能を併せ持つ高精度の面発光素子を簡便に作製できる。   The surface light emitting device of this embodiment manufactured by the manufacturing method of this embodiment can inject a current into the light emitting unit 103 by applying a voltage between the electrodes (107, 108). When current is injected, light is emitted from the active layer. As described above, in the surface light emitting device of this embodiment, the light emitting unit 103 is aligned with the lens 102 with extremely high accuracy. Therefore, for example, it is possible to obtain emitted light that is aligned with high accuracy with respect to the optical axis of the lens 102. For this reason, according to the surface light emitting element of this embodiment, the emitted light shape | molded precisely according to the objective can be obtained. In particular, in the case where the surface light emitting device of this embodiment is formed by forming the convex lens 102 in the recessed portion from the upper surface of the lens substrate 101 as shown in FIG. After passing through the medium (air) 112 having a low refractive index, it enters the lens 102 from the low refractive index side. For this reason, in the surface light emitting element of this embodiment, the emitted light can be shaped extremely precisely and easily. That is, for example, the emission direction and intensity distribution of the emitted light can be simply shaped according to the purpose. Specifically, for example, in the lens 102, the emission angle of the emitted light can be reduced, collimation, and condensing can be performed near the surface of the lens substrate opposite to the lens formation surface. In addition, for example, a plurality of lenses 102 can be formed to divide a light beam by a plurality of lenses and reduce a radiation angle. Further, for example, a reflector, scatterer, or absorber can be formed on the lens 102 to remove light at the outer peripheral portion of the light intensity distribution. In the surface light emitting device of this embodiment, the light emitting unit 103 is formed on the lens forming surface of the lens substrate 101. For this reason, an appropriate structure (shaping member or the like) for shaping the emitted light that has passed through the lens substrate is formed on the surface opposite to the lens forming surface of the lens substrate 101, so that it has a high precision and has multiple functions. A surface light emitting device can be easily produced.

［実施形態３］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。図４の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、レンズ基板１０１にフレネルレンズ１０２’を形成したことを除き、前記実施形態１および２の面発光素子と同じである。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。 [Embodiment 3]
In this embodiment, another example of the surface light emitting device of the present invention is shown. The cross-sectional view of FIG. 4 shows the configuration of the surface light emitting device of this embodiment. As shown in the drawing, it is the same as the surface light emitting elements of the first and second embodiments except that a Fresnel lens 102 ′ is formed on the lens substrate 101. In the figure, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals.

本実施形態では、レンズ１０２としてフレネルレンズを形成していることから、さらに次のような効果が得られる。すなわち、フレネルレンズは、例えば、所定の出射光整形効果を得るために必要となるレンズの肉厚（高さ）を薄く形成できる。そのため、レンズ加工工程において、レンズ基板の加工部分を減らすことができ、レンズ寸法等のレンズ加工上の精度をより向上でき、また、レンズ面を容易に平滑に形成できる。そのため、本実施形態の面発光素子では、レンズと発光部が、より高い精度で位置合わせされる。   In the present embodiment, since the Fresnel lens is formed as the lens 102, the following effects can be further obtained. In other words, for example, the Fresnel lens can be formed with a thin lens thickness (height) required to obtain a predetermined outgoing light shaping effect. Therefore, in the lens processing step, the processed portion of the lens substrate can be reduced, the lens processing accuracy such as lens dimensions can be further improved, and the lens surface can be easily and smoothly formed. Therefore, in the surface light emitting device of the present embodiment, the lens and the light emitting unit are aligned with higher accuracy.

本実施形態の面発光素子は、一方の面にフレネルレンズが形成されているレンズ基板１０１を用いる以外は、前記実施形態１および２の製造方法と同じ方法を用いて作製できる。すなわち、目合わせマーク１０４を基準として前記第１の工程（Ａ）および前記第２の工程（Ｂ）を実施できる。このような方法で製造された本実施形態の面発光素子は、レンズ１０２’と発光部１０３とが正確に位置合わせされた高精度な面発光素子である。   The surface light-emitting device of this embodiment can be manufactured using the same method as the manufacturing method of Embodiments 1 and 2 except that the lens substrate 101 having a Fresnel lens formed on one surface is used. That is, the first step (A) and the second step (B) can be performed using the alignment mark 104 as a reference. The surface light emitting device of this embodiment manufactured by such a method is a highly accurate surface light emitting device in which the lens 102 ′ and the light emitting unit 103 are accurately aligned.

［実施形態４］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に凸レンズ１０２が形成されており、レンズ面上に周辺光を除去するためのピンホール４０１を形成したこと以外は前記実施形態１および２の面発光素子と同じ構成を有する。図５の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に形成された凸レンズ１０２のレンズ面上にピンホール４０１が形成されていること以外は、前記実施形態１および２と同じである。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。本実施形態では、レンズ基板１０１における凸レンズ１０２のレンズ面（入射面）上に、レンズ１０２の光軸を囲む領域外の部分の上に、リング形状の電極マスク（ピンホール）４０１が形成されている。本実施形態では、レンズ面上で電極マスク４０１を形成しない前記領域部分は、凸レンズ１０２の最上部を含む、例えば、直径５μｍのほぼ円形の外周を有する球面形状の部分である。 [Embodiment 4]
In this embodiment, another example of the surface light emitting device of the present invention is shown. In the surface light emitting device of this embodiment, the convex lens 102 is formed in a portion that is recessed from the upper surface of the lens substrate 101, and the embodiment described above except that a pinhole 401 for removing ambient light is formed on the lens surface. It has the same configuration as the surface light emitting elements 1 and 2. The cross-sectional view of FIG. 5 shows the configuration of the surface light emitting device of this embodiment. As shown in the drawing, the surface light emitting device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that the pinhole 401 is formed on the lens surface of the convex lens 102 formed in the recessed portion from the upper surface of the lens substrate 101. Same as 2. In the figure, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, a ring-shaped electrode mask (pinhole) 401 is formed on the lens surface (incident surface) of the convex lens 102 on the lens substrate 101 and on a portion outside the region surrounding the optical axis of the lens 102. Yes. In the present embodiment, the region portion where the electrode mask 401 is not formed on the lens surface is a spherical portion having a substantially circular outer periphery having a diameter of 5 μm, for example, including the uppermost portion of the convex lens 102.

本実施形態の面発光素子は、前記実施形態１および２の面発光素子と同様の優れた特性を有する。本実施例の面発光素子は、さらに、レンズ面にピンホール４０１が形成されているので、レンズ面におけるレンズの光軸に接近した範囲に入射する出射光のみを選択的にレンズに透過させることができる。例えば、特許文献１から６に記載の面発光素子等のように、発光部からの出射光がレンズ面に対して光屈折率側から入射する構造では、レンズ面の外周部に金属マスクを形成した場合、前記金属マスクにより反射された光が発光部に戻る。このため、面発光素子外部への放射光のパターンの整形が困難である。これに対して、本実施形態の面発光素子は、発光部１０３からの出射光が、一旦低屈折率の媒質（空気）１１２を通過した後にレンズ面に低屈折率側から入射する。このため、レンズの光軸を離れてレンズ外周部で入射した光は、金属マスク（電極マスク）４０１により反射されて発光部１０３の発光部には戻らない。したがって、面発光素子外部への放射光のパターンを簡易かつ精密に整形することができる。   The surface light emitting device of this embodiment has excellent characteristics similar to those of the surface light emitting devices of the first and second embodiments. In the surface light emitting device of this embodiment, since the pinhole 401 is formed on the lens surface, only the outgoing light incident on the lens surface close to the optical axis of the lens is selectively transmitted to the lens. Can do. For example, in the structure in which the light emitted from the light emitting portion is incident on the lens surface from the optical refractive index side, such as the surface light emitting elements described in Patent Documents 1 to 6, a metal mask is formed on the outer peripheral portion of the lens surface. In this case, the light reflected by the metal mask returns to the light emitting unit. For this reason, it is difficult to shape the pattern of the emitted light to the outside of the surface light emitting element. On the other hand, in the surface light emitting device of this embodiment, the light emitted from the light emitting unit 103 once enters the lens surface from the low refractive index side after passing through the medium (air) 112 having a low refractive index. For this reason, the light incident on the outer periphery of the lens after leaving the optical axis of the lens is reflected by the metal mask (electrode mask) 401 and does not return to the light emitting portion of the light emitting portion 103. Therefore, the pattern of the emitted light to the outside of the surface light emitting element can be shaped easily and precisely.

本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１においてピンホール４０１を形成する工程を実施する以外は、前記実施形態２の製造方法と同様の方法を用いて製造できる。すなわち、本実施形態の面発光素子は、例えば、前記実施形態２における前記（１）のレンズ基板製造工程でレンズ１０２を形成する際に、レンズ面上に前記金属マスクを形成する工程を実施する。これ以外は、本実施形態の面発光素子は、前記実施形態２の製造方法と同じ製造方法を用いて作製できる。具体的には、前記金属マスクは、例えばリフトオフ法を用いて、あらかじめピンホール形成の用フォトレジストパターンが塗布されたレンズ１０２表面にＴｉおよびＡｕからなる膜をイオンビーム蒸着したのちに、リフトオフ法により前記フォトレジスト上に堆積されたＴｉＡｕ薄膜をフォトレジストと共に除去する工程により形成できる。   The surface light emitting device of this embodiment can be manufactured using a method similar to the manufacturing method of the second embodiment, except that the step of forming the pinhole 401 in the lens substrate 101 is performed. That is, the surface light emitting device of this embodiment performs, for example, the step of forming the metal mask on the lens surface when forming the lens 102 in the lens substrate manufacturing step (1) in the second embodiment. . Other than this, the surface light emitting device of this embodiment can be manufactured using the same manufacturing method as that of the second embodiment. Specifically, the metal mask is formed by, for example, lift-off using a lift-off method after ion beam deposition of a film made of Ti and Au on the surface of the lens 102 on which a pinhole-forming photoresist pattern has been applied in advance. Thus, the TiAu thin film deposited on the photoresist can be formed by removing the photoresist together with the photoresist.

［実施形態５］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、半導体エピタキシャル層１０３とレンズ基板１０１の間に金属層１１５を形成したこと以外は前記実施形態１および２の面発光素子と同じ構成を有する。図６の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、半導体エピタキシャル層１０３とレンズ基板１０１の間に金属層１１５を形成したこと以外は、前記実施形態１および２と同じである。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。 [Embodiment 5]
In this embodiment, another example of the surface light emitting device of the present invention is shown. The surface light emitting device of this embodiment has the same configuration as the surface light emitting devices of Embodiments 1 and 2 except that the metal layer 115 is formed between the semiconductor epitaxial layer 103 and the lens substrate 101. The cross-sectional view of FIG. 6 shows the configuration of the surface light emitting device of this embodiment. As shown in the drawing, the surface light emitting device of this embodiment is the same as that of Embodiments 1 and 2 except that a metal layer 115 is formed between the semiconductor epitaxial layer 103 and the lens substrate 101. In the figure, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals.

本実施形態の面発光素子は、前記実施形態１および２の面発光素子と同様の優れた特性を有する。本実施例の面発光素子では、製造工程において、半導体エピタキシャル層１０３とレンズ基板１０１の貼り合わせ面に存在する凹凸を、金属層１１５によって緩和できるので、発光部１０３とレンズ１０２との位置合わせの精度をより向上できる。また、金属層１１５を面発光レーザへの通電のための電極にも使用することができ、面発光素子の製造工程および素子構造を簡略化できる。   The surface light emitting device of this embodiment has excellent characteristics similar to those of the surface light emitting devices of the first and second embodiments. In the surface light emitting device of this embodiment, the unevenness existing on the bonding surface of the semiconductor epitaxial layer 103 and the lens substrate 101 can be relaxed by the metal layer 115 in the manufacturing process, so that the alignment of the light emitting portion 103 and the lens 102 can be performed. The accuracy can be further improved. In addition, the metal layer 115 can be used as an electrode for energizing the surface emitting laser, and the manufacturing process and element structure of the surface emitting element can be simplified.

本実施形態の面発光素子は、前記実施形態２における前記（２）の半導体積層体製造工程で、前記半導体層の積層体２０５の最上層に、レンズ基板１０１との貼り合わせ部分で発生し得る応力を緩和するためのスぺーサー層として金属層を形成したこと以外は、前記実施形態２の製造方法と同様の製造方法を用いて作製できる。具体的には、前記半導体積層体製造工程において、前記金属層は、厚さ１５０ｎｍのＴｉと厚さ１００ｎｍのＡｕからなるスパッタ膜などにより形成できる。   The surface light emitting device of the present embodiment can be generated at the bonding portion with the lens substrate 101 on the uppermost layer of the stacked body 205 of the semiconductor layers in the semiconductor stacked body manufacturing process (2) in the second embodiment. It can be produced using the same production method as that of the second embodiment except that a metal layer is formed as a spacer layer for relieving stress. Specifically, in the semiconductor stacked body manufacturing process, the metal layer can be formed of a sputtered film made of Ti having a thickness of 150 nm and Au having a thickness of 100 nm.

［実施形態６］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、発光部と他の素子を形成する半導体層とを同一のレンズ基板の上に形成可能な本発明の面発光素子の例である。図７の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１のレンズ形成面上に、発光部１０３と他の半導体素子を形成する半導体層とを分離するための素子分離溝１１３が形成されている以外は、前記実施形態１および２の面発光素子と同様の構成を有する。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。 [Embodiment 6]
In this embodiment, another example of the surface light emitting device of the present invention is shown. The surface light emitting device of this embodiment is an example of the surface light emitting device of the present invention in which a light emitting portion and a semiconductor layer forming another device can be formed on the same lens substrate. The cross-sectional view of FIG. 7 shows the configuration of the surface light emitting device of this embodiment. As shown in the drawing, the surface light emitting device of the present embodiment has an element isolation groove 113 formed on the lens forming surface of the lens substrate 101 for separating the light emitting portion 103 and a semiconductor layer forming another semiconductor device. Except for this, it has the same configuration as the surface light emitting elements of the first and second embodiments. In the figure, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals.

本実施形態の面発光素子は、素子分離溝１１３を有するので、前記面発光素子と他の素子とを分離でき、例えば、前記面発光素子と他の素子とを絶縁状態で同一レンズ基板上に形成できる。前記他の素子の集積のために、本実施形態の面発光素子では、レンズ基板１０１が、発光部１０３の物理的支持体としても機能し得る形態を有することが好ましい。レンズ基板１０１が、発光部１０３の物理的支持体としても機能し得るために、例えば、同図に示すように、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面と反対側の面が平坦に形成されることが好ましい。また、例えば、レンズ基板１０１をＳＯＩ、Ｓｉ、ダイヤモンド、ＡｌＮ、アルミナセラミック、シリカガラス等から形成することが好ましい。これにより、レンズ基板の物理的強度を高めることができ、レンズ基板１０１を物理的支持体として、電子回路等の他の素子を集積できる。本発明の面発光素子において、素子分離溝１１３は、他の素子を同一のレンズ基板上に形成しない場合には、必ずしも必要でない。しかし、例えば、発光部１０３とレンズ基板１０１を異種材料で形成する場合には、素子分離溝１１３のような溝をレンズ基板１０１の上に形成することが好ましい。これにより、面発光素子の製造工程における、発光部１０３とレンズ基板１０１の間の熱膨張係数の違いにより起因する内部応力を外部に逃すことができ、前記内部応力による素子特性や素子品質への影響を抑制できる。すなわち、素子特性および素子品質をより向上できる。   Since the surface light emitting device of this embodiment has the element isolation groove 113, the surface light emitting device and other devices can be separated. For example, the surface light emitting device and other devices are insulated on the same lens substrate. Can be formed. In order to integrate the other elements, in the surface light emitting element of this embodiment, it is preferable that the lens substrate 101 has a form that can also function as a physical support of the light emitting unit 103. Since the lens substrate 101 can also function as a physical support of the light emitting unit 103, for example, as shown in the figure, the surface of the lens substrate 101 opposite to the surface on which the lens 102 is formed is flat. Preferably it is formed. For example, the lens substrate 101 is preferably formed from SOI, Si, diamond, AlN, alumina ceramic, silica glass, or the like. Thereby, the physical strength of the lens substrate can be increased, and other elements such as electronic circuits can be integrated using the lens substrate 101 as a physical support. In the surface light emitting device of the present invention, the element isolation groove 113 is not necessarily required when other elements are not formed on the same lens substrate. However, for example, when the light emitting unit 103 and the lens substrate 101 are formed of different materials, it is preferable to form a groove such as the element isolation groove 113 on the lens substrate 101. As a result, internal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the light emitting unit 103 and the lens substrate 101 in the manufacturing process of the surface light emitting element can be released to the outside, and element characteristics and element quality due to the internal stress can be reduced. The influence can be suppressed. That is, element characteristics and element quality can be further improved.

本実施形態の面発光素子は、前記実施形態１または２の製造方法と同様の方法を用いて製造できる。すなわち、本実施形態の面発光素子は、第２の工程（Ｂ）において素子分離溝１１３を形成する工程を実施すること以外は、前記実施形態１または２の製造方法と同様にして作製できる。例えば、前記実施形態１の前記第２の工程（Ｂ）において、半導体積層体１１１に発光部を形成する際（図２（ｂ））に、半導体層積層体１１１における他の半導体素子との境界部分を除去して素子分離溝１１３を形成する。これ以外は、前記実施形態１の製造方法と同様にして、本実施形態の面発光素子を作製できる。また、例えば、前記実施形態２の前記第２の工程（Ｂ）において、半導体の積層体２０５に発光部１０３を形成する際（図３（ｇ））に、半導体層の積層体２０５における他の半導体素子との境界部分を除去して素子分離溝１１３を形成する。これ以外は、前記実施形態２の製造方法と同様にして、本実施形態の面発光素子を作製できる。   The surface light emitting device of this embodiment can be manufactured using a method similar to the manufacturing method of the first or second embodiment. That is, the surface light emitting device of this embodiment can be manufactured in the same manner as in the manufacturing method of Embodiment 1 or 2, except that the step of forming the element isolation groove 113 is performed in the second step (B). For example, in the second step (B) of the first embodiment, when a light emitting portion is formed in the semiconductor stacked body 111 (FIG. 2B), the boundary between the semiconductor layer stacked body 111 and another semiconductor element is formed. The element isolation trench 113 is formed by removing the portion. Except for this, the surface light emitting device of this embodiment can be produced in the same manner as in the manufacturing method of Embodiment 1. In addition, for example, in the second step (B) of the second embodiment, when the light emitting portion 103 is formed in the semiconductor stacked body 205 (FIG. 3G), another semiconductor layer stacked body 205 in the semiconductor stacked body 205 is formed. The element isolation trench 113 is formed by removing the boundary portion with the semiconductor element. Except this, the surface light emitting device of this embodiment can be produced in the same manner as in the production method of Embodiment 2.

［実施形態７］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、レンズ基板に光ファイバ結合用の嵌合部を有することを除き、前記実施形態１および２と同じ構成を有する。図８の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の面に光ファイバ結合用の嵌合部（ファイバ嵌合溝）５０２が形成されていること以外は、前記実施形態１および２と同じである。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。同図では、前記嵌合部（ファイバ嵌合溝）５０２は、レンズ基板１０１の前記反対側の面において、レンズ１０２の下方に形成された凹部である。 [Embodiment 7]
In this embodiment, another example of the surface light emitting device of the present invention is shown. The surface light emitting device of this embodiment has the same configuration as that of Embodiments 1 and 2 except that the lens substrate has a fitting portion for coupling optical fibers. The cross-sectional view of FIG. 8 shows the configuration of the surface light emitting device of this embodiment. As shown in the drawing, the surface light emitting device of the present embodiment has an optical fiber coupling fitting portion (fiber fitting groove) 502 formed on the surface of the lens substrate 101 opposite to the lens forming surface. The same as in the first and second embodiments. In the figure, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals. In the figure, the fitting portion (fiber fitting groove) 502 is a recess formed below the lens 102 on the opposite surface of the lens substrate 101.

本実施形態の面発光素子は、前述のとおり嵌合部５０２を有するので、嵌合部５０２に光ファイバ５０１を結合して、光ファイバとの間で極めて高精度の光結合を実現できる。本実施形態の面発光素子では、前述の構成により、前記実施形態１および２で記載したように、発光部１０３における発光部が、レンズ１０２に対して極めて高精度に目合わせされている。そのため、例えば、特許文献６に記載の面発光素子と比較して、光ファイバとの光結合性が格段に高い。   Since the surface light emitting element of the present embodiment has the fitting portion 502 as described above, the optical fiber 501 can be coupled to the fitting portion 502 to realize extremely high-precision optical coupling with the optical fiber. In the surface light emitting device of the present embodiment, the light emitting portion in the light emitting portion 103 is aligned with the lens 102 with extremely high accuracy as described in the first and second embodiments due to the above-described configuration. Therefore, for example, compared with the surface light emitting element described in Patent Document 6, the optical coupling with the optical fiber is remarkably high.

本実施形態の面発光素子は、嵌合部５０２を形成する嵌合部形成工程を実施すること以外は前記実施形態１または２の製造方法と同様の方法を用いて作製できる。例えば、まず、前記実施形態１または２の製造方法により、面発光素子を作製する。その後、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面に、例えば、フォトリソグラフィー処理およびエッチング処理によりファイバ嵌合溝５０２を形成して、本実施形態の面発光素子を作製できる。本実施形態の面発光素子は、また、例えば、前記実施形態１または２の製造方法において、前記第１の工程で、レンズ基板と半導体積層体１１１または半導体の積層体２０５を貼り合わせる前に、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面にファイバ嵌合溝５０２を形成すること以外は、前記実施形態１または２の製造方法と同様にして、作製できる。ただし、本実施形態の面発光素子は、このような方法に限定されず、公知の面発光素子作製方法を用いて作製できる。   The surface light emitting device of this embodiment can be manufactured using a method similar to the manufacturing method of the first or second embodiment, except that the fitting portion forming step for forming the fitting portion 502 is performed. For example, first, a surface light emitting device is manufactured by the manufacturing method of the first or second embodiment. Thereafter, the fiber fitting groove 502 is formed on the surface of the lens substrate 101 where the lens 102 is not formed, for example, by photolithography and etching, and the surface light emitting device of this embodiment can be manufactured. The surface light emitting device of this embodiment is also manufactured, for example, in the manufacturing method of Embodiment 1 or 2, before the lens substrate and the semiconductor stacked body 111 or the semiconductor stacked body 205 are bonded together in the first step. It can be manufactured in the same manner as in the manufacturing method of Embodiment 1 or 2 except that the fiber fitting groove 502 is formed on the surface of the lens substrate 101 where the lens 102 is not formed. However, the surface light emitting device of the present embodiment is not limited to such a method, and can be manufactured using a known surface light emitting device manufacturing method.

本実施形態では、ファイバ嵌合溝５０２自体に、レンズのような出射光強度の空間分布整形機能を持たせる必要はない。ファイバ嵌合溝５０２自体に前記空間分布整形機能を持たせないことで、例えば、レンズ１０２によりコリメート、もしくは集光された出射光を光ファイバに対して導くために要求される目合わせ精度を緩和でき、面発光素子と光ファイバの光結合をより簡易に、より単純な構造で行うことができる。すなわち、本実施形態の面発光素子では、前述のように、レンズ１０２に対する発光部１０３の相対的位置が精密に目合わせされている。このため、嵌合部５０２を追加して、面発光素子と光ファイバの光結合をより簡易に、より単純な構造で行うことができる。また、本実施形態の面発光素子では、光ファイバとの結合のための嵌合部５０２を面発光素子自体が有するので、光ファイバのアライメントのための工程を大幅に簡略することできる。なお、必要に応じて、ファイバ嵌合溝５０２自体に、レンズのような出射光強度の空間分布整形機能を持たせてもよい。   In the present embodiment, it is not necessary for the fiber fitting groove 502 itself to have a function for shaping the spatial distribution of the emitted light intensity like a lens. By not providing the spatial distribution shaping function in the fiber fitting groove 502 itself, for example, the alignment accuracy required to guide the emitted light collimated or condensed by the lens 102 to the optical fiber is eased. In addition, the optical coupling between the surface light emitting element and the optical fiber can be performed more simply and with a simpler structure. That is, in the surface light emitting device of this embodiment, the relative position of the light emitting unit 103 with respect to the lens 102 is precisely aligned as described above. For this reason, the fitting part 502 can be added and the optical coupling of the surface light emitting element and the optical fiber can be performed more simply and with a simpler structure. Further, in the surface light emitting device of this embodiment, the surface light emitting device itself has a fitting portion 502 for coupling with the optical fiber, so that the process for aligning the optical fiber can be greatly simplified. If necessary, the fiber fitting groove 502 itself may have a function of shaping the spatial distribution of the emitted light intensity like a lens.

［実施形態８］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、レンズ基板に光路変換ミラーと光ファイバ結合用のＶ溝を有することを除き、前記実施形態１および２と同じ構成を有する。図９の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の面に光路変換ミラー６０１と光ファイバ結合用のＶ溝６０２が形成されていること以外は、前記実施形態１および２と同じである。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。本実施形態では、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の表面に、光路変換用ミラー６０１が形成されている。また、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の面には、光路変換用ミラー６０１により反射された出射光に対して位置を整合したファイバ嵌合用のＶ溝６０２が形成されている。 [Eighth embodiment]
In this embodiment, another example of the surface light emitting device of the present invention is shown. The surface light emitting device of this embodiment has the same configuration as that of Embodiments 1 and 2 except that the lens substrate has an optical path conversion mirror and an optical fiber coupling V-groove. The cross-sectional view of FIG. 9 shows the configuration of the surface light emitting device of this embodiment. As shown in the drawing, the surface light emitting device of this embodiment is the same as that described above except that the optical path conversion mirror 601 and the optical fiber coupling V groove 602 are formed on the surface of the lens substrate 101 opposite to the lens formation surface. It is the same as Forms 1 and 2. In the figure, the same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, an optical path conversion mirror 601 is formed on the surface of the lens substrate 101 opposite to the lens formation surface. Also, a fiber fitting V-groove 602 whose position is aligned with the outgoing light reflected by the optical path conversion mirror 601 is formed on the surface of the lens substrate 101 opposite to the lens formation surface.

本実施形態の面発光素子は、前述のとおり、光路変換用ミラー６０１とＶ溝６０２を有するので、レンズ１０２の光軸に対してほぼ直角方向に配置された光ファイバとの高精度の光結合を簡易に実現できる。このような光ファイバの配置態様は、表面実装型モジュールにおいて特に好適である。   As described above, the surface light emitting device of this embodiment includes the optical path conversion mirror 601 and the V-groove 602, so that high-precision optical coupling with an optical fiber arranged in a direction substantially perpendicular to the optical axis of the lens 102 is performed. Can be realized easily. Such an arrangement mode of the optical fiber is particularly suitable for the surface mount module.

本実施形態の面発光素子は、光路変換用ミラー６０１とＶ溝６０２を形成する工程を実施すること以外は前記実施形態１または２の製造方法と同様の方法を用いて作製できる。例えば、まず、前記実施形態１または２の製造方法と同じ方法により、面発光素子を作製する。次いで、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面に、フォトリソグラフィーおよび公知のエッチングミラー形成技術を用いて光路変換用ミラー６０１と光ファイバ嵌合用のＶ溝６０２を作製する。このようにして、本実施形態の面発光素子を作製することができる。本実施形態の面発光素子は、また、例えば、前記実施形態１または２の製造方法において、前記第１の工程で、レンズ基板と半導体積層体または半導体の積層体を貼り合わせる前に、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面に光路変換用ミラー６０１と光ファイバ嵌合用のＶ溝６０２を作製する。これ以外は、前記実施形態１または２の製造方法と同様にして、作製できる。ただし、本実施形態の面発光素子は、このような方法に限定されず、公知の面発光素子作製方法を用いて作製できる。   The surface light emitting device of this embodiment can be manufactured using the same method as the manufacturing method of Embodiment 1 or 2 except that the step of forming the optical path conversion mirror 601 and the V-groove 602 is performed. For example, first, a surface light emitting device is manufactured by the same method as the manufacturing method of the first or second embodiment. Next, an optical path changing mirror 601 and an optical fiber fitting V-groove 602 are formed on the surface of the lens substrate 101 where the lens 102 is not formed using photolithography and a known etching mirror forming technique. In this manner, the surface light emitting device of this embodiment can be produced. The surface light emitting device according to the present embodiment is also provided, for example, in the manufacturing method of the first or second embodiment, before the lens substrate and the semiconductor laminate or the semiconductor laminate are bonded together in the first step. An optical path conversion mirror 601 and an optical fiber fitting V-groove 602 are formed on the surface of the lens 101 where the lens 102 is not formed. Other than this, it can be produced in the same manner as in the production method of Embodiment 1 or 2. However, the surface light emitting device of the present embodiment is not limited to such a method, and can be manufactured using a known surface light emitting device manufacturing method.

なお、実施形態７および８に関し、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側には、光ファイバ嵌合溝５０２ならびに光路変換用ミラー６０１およびＶ溝６０２に代えて、レンズ１０２を通過した出射光を整形するための適宜の他の整形部材を形成することができる。前記他の整形部材として、例えば、第２のレンズや回折用スリットを形成することができる。また、特に、発光部からの出射光が、単峰な発光強度分布を有するよう、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側に、光フィルタ等を形成することができる。   Regarding Embodiments 7 and 8, on the side opposite to the lens formation surface of the lens substrate 101, the emitted light that has passed through the lens 102 is used instead of the optical fiber fitting groove 502, the optical path changing mirror 601 and the V groove 602. Other suitable shaping members for shaping can be formed. As the other shaping member, for example, a second lens or a diffraction slit can be formed. In particular, an optical filter or the like can be formed on the lens substrate 101 on the side opposite to the lens formation surface so that the emitted light from the light emitting portion has a single peak emission intensity distribution.

次に、本発明の面発光素子および本発明の面発光素子の製造方法の具体例を示す。ただし、本発明は下記の実施例に限定されない。   Next, specific examples of the surface light emitting device of the present invention and the method for producing the surface light emitting device of the present invention are shown. However, the present invention is not limited to the following examples.

［実施例１］
本実施例では、本発明の面発光素子の一具体例および本発明の面発光素子の製造方法の一具体例を示す。本実施例の面発光素子は、前記実施形態１および２と同じ構成を有するので、前記実施形態１の説明で参照した同じ図１を参照して説明する。図示のとおり、本実施例の面発光素子は、一方の面にレンズ１０２が形成されているレンズ基板１０１と、半導体エピタキシャル層から形成される発光部１０３を含む。発光部１０３は、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面上に、半導体エピタキシャル層１０３とレンズ１０２が対向している状態で配置されている。レンズ基板１０１には、上面１０５にレンズ１０２と、目合わせマークである溝１０４が形成されている。レンズ基板１０１は、半絶縁性ＧａＡｓから形成される。発光部１０３は、発振波長１０５０ｎｍ帯の面発光レーザとして機能する発光部である。発光部１０３は、前記エピタキシャル層として、ＧａＡｓに格子整合する化合物半導体層の積層体を含む。前記エピタキシャル層は、電流注入により発光するＩｎＧａＡＳ／ＧａＡｓＰ量子井戸層から形成される活性層と、前記活性層の上下に形成されたｐ型およびｎ型の分布ブラッグ反射鏡層、前記ｐ型反射鏡層の一部領域に形成されたＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層から形成される酸化狭窄層を含む。発光部１０３には、前記半導体層の積層体を通じて活性層に電流を注入するためのｎ型コンタクト電極１０７およびｐ型コンタクト電極１０８と、前記両電極間の絶縁および半導体層の保護のための誘電体保護層１０９が形成されている。本実施例では、後述のように、前記半導体エピタキシャル層１０３が、レンズ基板１０１と同一種の化合物半導体から形成される基板（第２の基板）上に形成された層である。このため、製造工程で、レンズ基板１０１と第２の基板の熱膨張係数を等しくすることができ、熱履歴に起因する素子品質の信頼性の低下を抑制できる。本実施例では、レンズ１０２は、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分の底に形成された凸レンズであり、レンズ１０２と発光部１０３の間に媒質（空気）１１２が存在する。すなわち、本実施例では、発光部１０３からの出射光が、一旦、低屈折率の前記媒質１１２を通過したのちにレンズ１０２のレンズ面に対して低屈折率側から入射する。このため、発光部１０３からの出射光の放射角度を、高い精度でコリメートできる。また、本実施例の面発光素子では、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面と反対側の面が平坦に形成されているので、レンズ基板１０１が、発光部１０３の物理的支持体としても機能する。 [Example 1]
In this example, a specific example of the surface light emitting device of the present invention and a specific example of the method for manufacturing the surface light emitting device of the present invention will be shown. Since the surface light emitting device of this example has the same configuration as in the first and second embodiments, it will be described with reference to the same FIG. 1 referred to in the description of the first embodiment. As shown in the figure, the surface light emitting device of this example includes a lens substrate 101 having a lens 102 formed on one surface and a light emitting portion 103 formed of a semiconductor epitaxial layer. The light emitting unit 103 is disposed on the surface of the lens substrate 101 where the lens 102 is formed, with the semiconductor epitaxial layer 103 and the lens 102 facing each other. In the lens substrate 101, a lens 102 and a groove 104 that is an alignment mark are formed on an upper surface 105. The lens substrate 101 is made of semi-insulating GaAs. The light emitting unit 103 is a light emitting unit that functions as a surface emitting laser having an oscillation wavelength band of 1050 nm. The light emitting unit 103 includes a stacked body of compound semiconductor layers lattice-matched to GaAs as the epitaxial layer. The epitaxial layer includes an active layer formed of an InGaAS / GaAsP quantum well layer that emits light by current injection, p-type and n-type distributed Bragg reflector layers formed above and below the active layer, and the p-type reflector. It includes an oxide constriction layer formed from an Al0.98Ga0.02As layer formed in a partial region of the layer. The light emitting unit 103 includes an n-type contact electrode 107 and a p-type contact electrode 108 for injecting current into the active layer through the stacked body of semiconductor layers, and a dielectric for insulating between the electrodes and protecting the semiconductor layer. A body protective layer 109 is formed. In this embodiment, as will be described later, the semiconductor epitaxial layer 103 is a layer formed on a substrate (second substrate) formed of the same type of compound semiconductor as the lens substrate 101. For this reason, in the manufacturing process, the thermal expansion coefficients of the lens substrate 101 and the second substrate can be made equal, and a decrease in reliability of element quality due to thermal history can be suppressed. In this embodiment, the lens 102 is a convex lens formed at the bottom of the portion that is depressed from the upper surface of the lens substrate 101, and a medium (air) 112 exists between the lens 102 and the light emitting unit 103. That is, in this embodiment, the light emitted from the light emitting unit 103 once enters the lens surface of the lens 102 from the low refractive index side after passing through the medium 112 having a low refractive index. For this reason, the radiation angle of the emitted light from the light emitting unit 103 can be collimated with high accuracy. Further, in the surface light emitting device of this embodiment, since the surface opposite to the surface on which the lens 102 of the lens substrate 101 is formed is formed flat, the lens substrate 101 is a physical support for the light emitting unit 103. Also works.

本実施例の面発光素子は、次に示す本実施例の面発光素子の製造方法（以下、「本実施例の製造方法」ともいう）を用いて製造した。本実施例の製造方法は、前記実施形態２の製造方法と同様である。すなわち、本実施例の製造方法は、レンズ基板製造工程と、半導体積層体製造工程と、前記第１の工程（Ａ）と、基板を除去する基板除去工程と、発光部を形成する工程を含む前記第２の工程（Ｂ）とを含む。本実施例の製造方法は、前述のとおり、前記実施形態２の製造方法と同様であるので、前記実施形態２で参照した図３を参照して、本実施例の製造方法を説明する。   The surface light emitting device of this example was manufactured by using the following method for manufacturing the surface light emitting device of this example (hereinafter also referred to as “manufacturing method of this example”). The manufacturing method of this example is the same as the manufacturing method of the second embodiment. That is, the manufacturing method of the present embodiment includes a lens substrate manufacturing process, a semiconductor laminate manufacturing process, the first process (A), a substrate removing process for removing the substrate, and a process for forming a light emitting portion. Including the second step (B). Since the manufacturing method of this example is the same as the manufacturing method of the second embodiment as described above, the manufacturing method of this example will be described with reference to FIG. 3 referred to in the second embodiment.

（１）レンズ基板製造工程
まず、図３（ａ）に示すように、レンズ基板の材料である半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１’（以下、第１の基板ともいう）のレンズ形成面におけるレンズおよび目合わせマークを形成する場所に、誘電体膜の堆積とフォトリソグラフィーおよびエッチング処理により、レンズ形成領域、及び目合わせマーク形成領域以外のウエハ表面を保護するための誘電体マスクパターン２０１を形成した。次いで、図３（ｂ）に示すように、レンズの曲面形状を第１の基板に形成するための球面形状のフォトレジストパターン２０２を形成した。具体的には、第１の基板１０１’に塗布膜５μｍのフォトレジストを露光した後、１８０℃にてベーキングすることで、パターニング直径が１０μｍで、断面の曲率半径が５μｍの半球面形状のフォトレジストパターンを形成した。このとき、目合わせマーク１０４を形成するためのフォトレジストパターンも同時に形成した。尚、目合わせマーク１０４には、使用する露光装置がウエハ上の座標を認識するためのマークのほか、後工程における露光プロセスごとに、作業者が露光パターンの位置ずれ量を定量的に把握するためのバーニヤ目盛として使用される、周期状のストライプパターン等も含まれている。次いで、図３（ｃ）に示すように、前記フォトレジストパターンが形成された第１の基板１０１’の表面に対して、アルゴンイオンミリングによりエッチング処理をし、厚さ１０μｍのフォトレジストをすべて除去した。この結果、第１の基板１０１’の上面側に、直径が２０μｍで曲率半径が１０μｍのレンズ１０２が形成された。また同時に、レンズ基板上の凹凸からなる目合わせマーク１０４も形成された。レンズ１０２以外の表面保護のために形成された誘電体マスクパターンを、バッファードフッ酸を用いたエッチング処理により除去した。以上の工程により、一方の面にレンズ、及びレンズに対してフォトマスクレベルの相対位置精度で形成された目合わせマーク１０４とが同時に形成されたレンズ基板１０１を作製した。 (1) Lens Substrate Manufacturing Process First, as shown in FIG. 3A, the lenses and eyes on the lens forming surface of a semi-insulating GaAs substrate 101 ′ (hereinafter also referred to as a first substrate), which is a lens substrate material. A dielectric mask pattern 201 for protecting the lens formation region and the wafer surface other than the alignment mark formation region was formed by depositing a dielectric film, photolithography, and etching treatment at a location where the alignment mark was to be formed. Next, as shown in FIG. 3B, a spherical photoresist pattern 202 for forming a curved surface shape of the lens on the first substrate was formed. Specifically, the first substrate 101 ′ is exposed to a photoresist having a coating film thickness of 5 μm, and then baked at 180 ° C. to form a hemispherical photo resist having a patterning diameter of 10 μm and a cross-sectional radius of curvature of 5 μm. A resist pattern was formed. At this time, a photoresist pattern for forming the alignment mark 104 was also formed. In addition to the mark for the exposure apparatus to be used to recognize the coordinates on the wafer, the operator can quantitatively grasp the amount of positional deviation of the exposure pattern for each exposure process in the subsequent process. For example, a periodic stripe pattern used as a vernier scale is also included. Next, as shown in FIG. 3C, the surface of the first substrate 101 ′ on which the photoresist pattern is formed is etched by argon ion milling to remove all the 10 μm thick photoresist. did. As a result, a lens 102 having a diameter of 20 μm and a curvature radius of 10 μm was formed on the upper surface side of the first substrate 101 ′. At the same time, alignment marks 104 made of unevenness on the lens substrate were also formed. The dielectric mask pattern formed for protecting the surface other than the lens 102 was removed by an etching process using buffered hydrofluoric acid. Through the above steps, a lens substrate 101 was manufactured in which a lens and an alignment mark 104 formed with relative positional accuracy of a photomask level with respect to the lens were simultaneously formed on one surface.

（２）半導体積層体製造工程
まず、図３（ｄ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１（以下、第２の基板ともいう）上に半導体の積層体２０５を形成して、半導体積層体２１１を作製した。半導体の積層体２０５は、半導体エピタキシャル層を含む。具体的には、第２の基板２０１の上に、有機金属化学気相堆積（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、ＡｌＡｓから形成される厚さ５０ｎｍの犠牲層、および発光部１０３を形成する半導体層の積層体２０５として、ｎ−Ａｌ１０．９Ｇａ０．１Ａｓとｎ−ＧａＡｓを含む交互多層膜から形成されるｎ型分布ブラッグ反射鏡層を３５対、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、Ｉｎ０．３Ｇａ０．８Ａｓ井戸層とＧａＡｓ０．８Ｐ０．２障壁層から形成される多重量子井戸活性層、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、厚さ３０ｎｍのＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓから形成される酸化狭窄層、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｐ−ＧａＡｓを含む交互多層膜から形成されるｐ型分布ブラッグ反射鏡層を２０対、順次積層した。以上の工程により、半導体積層体２１１を作製した。 (2) Semiconductor Stack Manufacturing Process First, as shown in FIG. 3D, a semiconductor stack 205 is formed on an n-GaAs substrate 201 (hereinafter also referred to as a second substrate), and the semiconductor stack is formed. 211 was produced. The semiconductor stacked body 205 includes a semiconductor epitaxial layer. Specifically, a 50 nm-thick sacrificial layer formed of AlAs and a semiconductor layer that forms the light-emitting portion 103 are formed on the second substrate 201 using a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method. As the stacked body 205, 35 pairs of n-type distributed Bragg reflector layers formed of alternating multilayer films containing n-Al10.9Ga0.1As and n-GaAs, an n-AlGaAs cladding layer, an In0.3Ga0.8As well layer, Multiple quantum well active layer formed from GaAs0.8P0.2 barrier layer, p-AlGaAs cladding layer, oxidized constriction layer formed from Al0.98Ga0.02As with a thickness of 30 nm, p-Al0.9Ga0.1As and p- Twenty pairs of p-type distributed Bragg reflector layers formed of alternating multilayer films containing GaAs were sequentially stacked. The semiconductor stacked body 211 was manufactured through the above steps.

（３）第１の工程（Ａ）
次に、図３（ｅ）に示すように、前記（１）のレンズ基板製造工程で作製したレンズ基板１０１のレンズ形成面と、前記（２）の半導体積層体製造工程で作製した半導体積層体２１１のエピタキシャル層側の面をウエハ接合技術を用いて貼り合わせた。具体的には、真空チャンバ内にレンズ基板１０１および半導体積層体２１１を置き、両者の貼り合わせ面にＡｒプラズマを照射して活性化させた後、前記真空チャンバから取り出した。次いで、ウエハ接合用の加圧ステージにおいて、ステージ温度２５０℃、１００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力にて６時間保存することで、レンズ基板１０１および半導体積層体２１１を貼り合わせた。 (3) First step (A)
Next, as shown in FIG. 3E, the lens forming surface of the lens substrate 101 manufactured in the lens substrate manufacturing process of (1) and the semiconductor stack manufactured in the semiconductor stack manufacturing process of (2). The epitaxial layer side surface of 211 was bonded using a wafer bonding technique. Specifically, the lens substrate 101 and the semiconductor laminated body 211 were placed in a vacuum chamber, and the bonded surfaces of both were activated by irradiation with Ar plasma, and then removed from the vacuum chamber. Next, in a pressure stage for wafer bonding, the lens substrate 101 and the semiconductor laminate 211 were bonded together by storing for 6 hours at a stage temperature of 250 ° C. and a pressure of 100 kgf / cm 2 .

（４）第２の工程（Ｂ）
次に、図３（ｆ）に示すように、犠牲層をエッチングストップ層として第２の基板２０１をエッチング処理により除去した。次いで、図３（ｇ）に示すように、半導体層の積層体２０５におけるレンズ１０２の上方に位置する部分に、フォトリソグラフィー処理とドライエッチング処理により直径２４μｍのメサ形状部分１１４を形成した。ここで、前記フォトグラフィー処理における目合わせの際に、目合わせマーク１０４を基準として使用した。具体的には、レンズ基板１０１における目合わせマーク１０４の位置を把握し、レンズ基板１０１における目合わせマーク１０４の位置を基準として、前記メサ形状部分１１４形成用のフォトレジストパターンを露光した（図３には図示していない）。このとき、目合わせマーク１０４の一部に重なるように、バーニヤ目盛の原理に基づき露光位置ずれ量を高精度で定量的に把握するための周期状のストライプパターン列も同時に形成した。本工程で新たにパターニングされた周期状のストライプパターン列は、レンズ基板に形成済みの目合わせマーク１０４に含まれるものとわずかに異なる周期を有する。バーニヤ目盛の原理に基づき、周期状のストライプパターン列の中において、両者の形成位置が一致するストライプの位置を読み取った。本手法によれば、前記フォトレジストパターンと前記目合わせマーク１０４との間の露光位置ずれ量を、フォトレジストパターンの露光限界寸法（例えば０．５μｍラインアンドスペース）よりも高い精度で測定可能である。測定の結果、前記フォトレジストパターンと前記目合わせマーク１０４の目合わせ誤差（露光位置ずれ量）は、０．０５μｍ以下（測定限界）であることを確認した。その後前記フォトレジストパターンをマスクとして用いて、半導体の積層体２０５において不要と判断される部分を除去することで、目合わせマーク１０４に対して０．０５μｍ以下の目合わせ誤差で配置されたメサ形状部分１１４を形成した。次いで、水蒸気酸化処理により、メサ形状部分１１４の中心に発光部１０３を形成した。具体的には、前記不要と判断される部分を除去した半導体の積層体２０５を４００℃の水蒸気中に１５分間放置した。これにより、メサ形状部分１１４の側面に露出したＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ酸化狭窄層をメサ形状部分１１４の周辺部分からメサ形状部分１１４の内部奥部に向けて半導体の積層体２０５を酸化した。これにより、前記メサ形状部分１１４の中心付近に、直径６μｍの略円形の発光部１０３が形成された。以上のようにして形成された発光部１０３及びメサ形状部分１１４を赤外線顕微鏡で観察して、両者の略円形形状の中心位置ずれ量を画像解析により導出して比較したところ、その位置ずれ量は０．０５μｍの測定限界以下であった。以上の測定結果から、発光部１０３とメサ形状部分１１４、メサ形状部分１１４と目合わせマーク１０４の目合わせ誤差はともに０．０５μｍ以下であり、さらに目合わせマーク１０４とレンズ１０２の目合わせ誤差は光学特性上無視できるレベルであるため、発光部１０３とレンズ１０２は単純合算による目合わせ誤差において０．１μｍ以下の精度で形成されていることがわかった。さらに、ウエハ全面にわたる複数の場所で同様に０．１μｍ以下の目合わせ誤差が実現されていることを確認した。このように形成した構造体に対し、次いで、図３（ｈ）に示すように、半導体の積層体２０５の上面にＳｉＮから形成される厚さ１μｍの誘電体保護膜１０９を形成した。その後、フォトリソグラフィとバッファードフッ酸によるエッチング処理により、電極コンタクトのための貫通孔（スルーホール）２０８を形成した。次いで、図３（ｉ）に示すように、フォトリソグラフィー処理、蒸着処理、およびリフトオフ処理等により、ＡｕＧｅ／ＡｕＧｅＮｉ合金から形成される２層構造のｎ型コンタクト電極１０７およびＴｉ／Ａｕから形成される２層構造のｐ型コンタクト電極１０８を形成して、面発光素子を完成させた。 (4) Second step (B)
Next, as shown in FIG. 3F, the second substrate 201 was removed by etching using the sacrificial layer as an etching stop layer. Next, as shown in FIG. 3G, a mesa-shaped portion 114 having a diameter of 24 μm was formed by a photolithography process and a dry etching process in a portion of the stacked body 205 of the semiconductor layer located above the lens 102. Here, the alignment mark 104 was used as a reference during alignment in the photographic process. Specifically, the position of the alignment mark 104 on the lens substrate 101 is grasped, and the photoresist pattern for forming the mesa-shaped portion 114 is exposed on the basis of the position of the alignment mark 104 on the lens substrate 101 (FIG. 3). Not shown). At this time, a periodic stripe pattern row was also formed at the same time so as to overlap with a part of the alignment mark 104 based on the principle of vernier graduation for quantitatively grasping the exposure position deviation amount with high accuracy. The periodic stripe pattern array newly patterned in this step has a slightly different period from that included in the alignment mark 104 formed on the lens substrate. Based on the principle of the vernier scale, the position of the stripe where the formation positions of both coincide in the periodic stripe pattern row was read. According to this method, the exposure position deviation amount between the photoresist pattern and the alignment mark 104 can be measured with higher accuracy than the exposure limit dimension (for example, 0.5 μm line and space) of the photoresist pattern. is there. As a result of the measurement, it was confirmed that the alignment error (exposure position deviation amount) between the photoresist pattern and the alignment mark 104 was 0.05 μm or less (measurement limit). Then, using the photoresist pattern as a mask, a portion judged to be unnecessary in the semiconductor stacked body 205 is removed, so that the mesa shape arranged with an alignment error of 0.05 μm or less with respect to the alignment mark 104 Portion 114 was formed. Next, the light emitting portion 103 was formed at the center of the mesa-shaped portion 114 by steam oxidation treatment. Specifically, the semiconductor laminate 205 from which the portion judged to be unnecessary was removed was left in water vapor at 400 ° C. for 15 minutes. As a result, the Al 0.98 Ga 0.02 As oxidized constriction layer exposed on the side surface of the mesa-shaped portion 114 was oxidized from the peripheral portion of the mesa-shaped portion 114 toward the inner back of the mesa-shaped portion 114. As a result, a substantially circular light emitting portion 103 having a diameter of 6 μm was formed near the center of the mesa-shaped portion 114. The light emitting unit 103 and the mesa-shaped portion 114 formed as described above are observed with an infrared microscope, and the center position shift amount of both of them is derived by image analysis and compared. It was below the measurement limit of 0.05 μm. From the above measurement results, the alignment error between the light emitting portion 103 and the mesa shape portion 114, the mesa shape portion 114 and the alignment mark 104 are both 0.05 μm or less, and the alignment error between the alignment mark 104 and the lens 102 is as follows. Since the optical characteristics are negligible, it was found that the light emitting portion 103 and the lens 102 are formed with an accuracy of 0.1 μm or less in the alignment error by simple addition. Further, it was confirmed that alignment errors of 0.1 μm or less were similarly realized at a plurality of locations over the entire wafer surface. Next, as shown in FIG. 3 (h), a 1 μm-thick dielectric protective film 109 made of SiN was formed on the upper surface of the semiconductor laminate 205, as shown in FIG. Thereafter, through holes (through holes) 208 for electrode contacts were formed by etching using photolithography and buffered hydrofluoric acid. Next, as shown in FIG. 3I, the n-type contact electrode 107 having a two-layer structure formed of an AuGe / AuGeNi alloy and Ti / Au are formed by a photolithography process, a vapor deposition process, a lift-off process, and the like. A p-type contact electrode 108 having a two-layer structure was formed to complete the surface light emitting device.

本実施例の面発光素子において、前記発光部からの出射光がレンズ面において所望の光スポットを形成するために要求される、前記発光部のレンズ光軸に対する相対位置からのずれを、裏面出射型面発レーザウエハのＬＤ特性の評価が可能なプローブステーションにて測定した。本プローブステーションは、裏面出射型面発光レーザウエハを設置可能で、かつ前記ウエハと平行な面内で移動可能な微動ステージが具備されたガラス基板からなるウエハステージと、裏面出射型面発光レーザウエハの中の任意の面発光素子に通電可能なプローブと、通電された素子からの出射光をガラス基板越しに受光し、その出射パターンをモニタできるＣＣＤカメラを主たる構成要素とする測定系である。ここでＣＣＤカメラの受光面は、ガラス基板面に対して垂直であるよう、あらかじめ光軸調整されている。本発明による面発光素子の完成後のウエハをガラス基板に搭載した後、ウエハ中の面発光素子のひとつに通電して、その出射光強度分布をＣＣＤカメラで観察した。このとき、面発光素子の発光面とＣＣＤカメラとの距離を２０ｃｍから５０ｃｍの範囲で変化させたところ、ＣＣＤに映し出された出射パターンの強度ピーク位置の変化は、１０μｍ以下であった。さらに、ウエハ面内の複数の素子で同様の測定を実施し、すべての素子で出射パターンの強度ピーク位置の変化が、１０μｍ以下であることを確認した。このことから、本発明による面発光素子の発光部とレンズとの相対的な位置合わせの誤差に起因する光出射方向の角度ずれは、最大でも０．００２度であると導出され、発光部とレンズが、ウエハ内のプロセス対象となる全領域に渡り実用上十分な相対位置精度で形成されていることを確認できた。また、この角度ずれ量を、光学設計上の発光部とレンズの目合わせ誤差量に換算したところ０．０５μｍ以下であることが確認された。   In the surface light emitting device of this embodiment, the deviation from the relative position of the light emitting unit to the lens optical axis, which is required for the light emitted from the light emitting unit to form a desired light spot on the lens surface, is emitted from the back surface. The measurement was performed at a probe station capable of evaluating the LD characteristics of the mold surface emitting laser wafer. This probe station is provided with a wafer stage made of a glass substrate on which a back-emission surface-emitting laser wafer can be set and a fine movement stage movable in a plane parallel to the wafer, and a back-emission surface-emitting laser wafer. The measurement system includes a probe that can energize any of the surface light emitting elements and a CCD camera that receives light emitted from the energized element through a glass substrate and monitors the emission pattern. Here, the light axis of the CCD camera is adjusted in advance so as to be perpendicular to the glass substrate surface. The wafer after the surface light emitting device according to the present invention was completed was mounted on a glass substrate, and then one of the surface light emitting devices in the wafer was energized, and the emitted light intensity distribution was observed with a CCD camera. At this time, when the distance between the light emitting surface of the surface light emitting element and the CCD camera was changed in the range of 20 cm to 50 cm, the change in the intensity peak position of the emission pattern projected on the CCD was 10 μm or less. Further, the same measurement was performed on a plurality of elements in the wafer surface, and it was confirmed that the change in the intensity peak position of the emission pattern was 10 μm or less for all the elements. From this, the angle deviation in the light emitting direction due to the relative alignment error between the light emitting part and the lens of the surface light emitting element according to the present invention is derived to be 0.002 degrees at the maximum, It was confirmed that the lens was formed with relative positional accuracy sufficient for practical use over the entire region to be processed in the wafer. Further, when this angle deviation amount was converted into an alignment error amount between the light emitting portion and the lens in the optical design, it was confirmed to be 0.05 μm or less.

本実施例の面発光素子は、前記電極間に電圧を印加することで、前記発光部１０３に電流を注入できる。電流が注入されると、活性層から光が出射される。本実施形態の面発光素子では、前記フォトグラフィー処理における目合わせの際に、目合わせマーク１０４を基準として使用したことにより、発光部１０３がレンズ１０２に対して極めて高精度に位置合わせされている。具体的には、前記発光部１０３が、レンズ１０２の光軸に対して±０．０５μｍ以下という極めて高精度に位置合わせされた位置に形成されている。そのため、レンズ１０２に対して高精度に位置合わせされた出射光を得ることができ、前記出射光を高い精度で容易に整形できる。本実施例の面発光素子は、例えば、外部の光ファイバや光導波路との光結合性（光接続性）に優れたコリメート光を放射する面発光素子である。また、本実施例の面発光素子では、レンズが外部に露出していないので、レンズの劣化を防止できる。   In the surface light emitting device of this embodiment, a current can be injected into the light emitting unit 103 by applying a voltage between the electrodes. When current is injected, light is emitted from the active layer. In the surface light emitting device of the present embodiment, the alignment mark 104 is used as a reference when aligning in the photographic process, so that the light emitting unit 103 is aligned with the lens 102 with extremely high accuracy. . Specifically, the light emitting unit 103 is formed at a position that is aligned with extremely high accuracy of ± 0.05 μm or less with respect to the optical axis of the lens 102. Therefore, it is possible to obtain outgoing light that is highly accurately aligned with the lens 102, and to easily shape the outgoing light with high precision. The surface light-emitting device of this example is a surface light-emitting device that emits collimated light having excellent optical connectivity (optical connectivity) with an external optical fiber or optical waveguide, for example. Further, in the surface light emitting device of this embodiment, since the lens is not exposed to the outside, the lens can be prevented from being deteriorated.

［実施例２］
本実施例では、本発明の面発光素子の別の具体例および本発明の面発光素子の製造方法の別の具体例を示す。本実施例の面発光素子は、発光部１０３と他の素子を形成する半導体層とを同一のレンズ基板１０１の上に形成可能な本発明の面発光素子である。本実施例の面発光素子は、前記実施形態６と同じ構成を有する。よって、前記実施形態６で参照した同じ図７を参照して説明する。図示のとおり、本実施例の面発光素子では、レンズ基板１０１のレンズ形成面上に、発光部１０３と他の半導体素子を形成する半導体層とを分離するための素子分離溝１１３が形成されている。本実施例では、レンズ基板１０１は、ＳＯＩから形成されている。また、発光部１０３は、活性層としてＧａＩｎＮＡｓ井戸層とＧａＡｓ障壁層から形成される多重量子井戸活性層を用いたこと以外は、前記実施例１の発光部と同じである。 [Example 2]
In this example, another specific example of the surface light emitting device of the present invention and another specific example of the method for manufacturing the surface light emitting device of the present invention will be shown. The surface light emitting device of this embodiment is the surface light emitting device of the present invention in which the light emitting portion 103 and a semiconductor layer forming another device can be formed on the same lens substrate 101. The surface light emitting device of this example has the same configuration as that of the sixth embodiment. Therefore, description will be made with reference to the same FIG. 7 referred to in the sixth embodiment. As shown in the drawing, in the surface light emitting device of this embodiment, an element isolation groove 113 for separating the light emitting portion 103 and a semiconductor layer forming another semiconductor element is formed on the lens forming surface of the lens substrate 101. Yes. In this embodiment, the lens substrate 101 is made of SOI. The light emitting unit 103 is the same as the light emitting unit of Example 1 except that a multiple quantum well active layer formed of a GaInNAs well layer and a GaAs barrier layer is used as the active layer.

本実施例では、発光部１０３は、前記ＳＯＩ基板に対して十分な透過率を有する発振波長１３００ｎｍ帯の活性層を有する。素子分離溝１１３による効果については、前記実施形態６で説明したとおりである。   In this embodiment, the light emitting unit 103 has an active layer having an oscillation wavelength band of 1300 nm having sufficient transmittance with respect to the SOI substrate. The effect of the element isolation trench 113 is as described in the sixth embodiment.

本実施例の面発光素子は、発光部１０３からの出射光の放射角度を、高い精度でコリメートできる。本実施例の面発光素子では、レンズ１０２が外部に露出していないので、レンズ１０２の劣化を防止できる。また、本実施例の面発光素子では、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面と反対側の面が平坦に形成されているので、レンズ基板１０１が、発光部１０３の物理的支持体としても機能する。さらに、本実施例では、レンズ基板１０１であるＳＯＩ基板上に発光部１０３を形成したことにより、例えば、発光部（面発光レーザ）と、面発光レーザ駆動用のレーザドライバ回路や他の電子回路等の他の部材を同一基板（ＳＯＩ基板）上に一体的に集積することが可能となる。さらに、前記ＳＯＩ基板を物理的支持体とすることができ、面発光素子の物理的強度をいっそう向上できる。   The surface light emitting device of this embodiment can collimate the radiation angle of the emitted light from the light emitting unit 103 with high accuracy. In the surface light emitting device of this embodiment, since the lens 102 is not exposed to the outside, the lens 102 can be prevented from being deteriorated. Further, in the surface light emitting device of this embodiment, since the surface opposite to the surface on which the lens 102 of the lens substrate 101 is formed is formed flat, the lens substrate 101 is a physical support for the light emitting unit 103. Also works. Furthermore, in this embodiment, the light emitting unit 103 is formed on the SOI substrate which is the lens substrate 101, so that, for example, the light emitting unit (surface emitting laser), a laser driver circuit for driving the surface emitting laser, and other electronic circuits are provided. Such other members can be integrated on the same substrate (SOI substrate). Furthermore, the SOI substrate can be used as a physical support, and the physical strength of the surface light emitting device can be further improved.

本実施例の面発光素子は、前記実施形態６で引用する前記実施形態２の製造方法により作製した。具体的には、前記実施例１の製造方法と同様の方法で作製した。すなわち、本実施例の製造方法は、レンズ基板１０１および半導体積層体２１１の材料が異なり、第２の工程（Ｂ）において素子分離溝１１３を形成する工程を実施すること以外は、前記実施例１の製造方法と同様である。前記実施例１で参照した同じ図３を参照して、本実施例の製造方法を説明する。   The surface light emitting device of this example was manufactured by the manufacturing method of the second embodiment cited in the sixth embodiment. Specifically, it was produced by the same method as the production method of Example 1. That is, the manufacturing method of this example is different from the materials of the lens substrate 101 and the semiconductor laminate 211, except that the step of forming the element isolation groove 113 in the second step (B) is performed. This is the same as the manufacturing method. The manufacturing method of the present embodiment will be described with reference to the same FIG.

（１）レンズ基板製造工程
レンズ基板の材料としてＳＯＩを用いたこと以外は前記実施例１における前記（１）のレンズ基板製造工程と同様にして、レンズ基板１０１を作製した（図３（ａ）から図３（ｃ））。 (1) Lens substrate manufacturing process A lens substrate 101 was manufactured in the same manner as the lens substrate manufacturing process of (1) in Example 1 except that SOI was used as the material of the lens substrate (FIG. 3A). To FIG. 3 (c)).

（２）半導体積層体製造工程
Ｉｎ０．３Ｇａ０．８Ａｓ井戸層とＧａＡｓ０．８Ｐ０．２障壁層から形成される多重量子井戸活性層に代えてＧａＩｎＮＡｓ井戸層とＧａＡｓ障壁層から形成される多重量子井戸活性層を形成したこと以外は前記実施例１における前記（２）の半導体積層体製造工程と同様にして、半導体積層体２１１を作製した（図３（ｄ））。 (2) Semiconductor laminated body manufacturing process Multiple quantum well activity formed from GaInNAs well layer and GaAs barrier layer instead of multiple quantum well active layer formed from In0.3Ga0.8As well layer and GaAs0.8P0.2 barrier layer A semiconductor stacked body 211 was manufactured in the same manner as in the semiconductor stacked body manufacturing step (2) in Example 1 except that the layer was formed (FIG. 3D).

（３）第１の工程（Ａ）
次に、前記実施例１における前記（３）の第１の工程と同様にして、レンズ基板１０１および半導体積層体２１１を貼り合わせた（図３（ｅ））。 (3) First step (A)
Next, the lens substrate 101 and the semiconductor laminate 211 were bonded together in the same manner as in the first step (3) in Example 1 (FIG. 3E).

（４）第２の工程（Ｂ）
基板２０１をエッチング処理により除去した（図３（ｆ））後、素子分離溝を形成する工程を実施する以外は前記実施例１における前記（４）の第２の工程と同様にして、本実施例の面発光素子を作製した。すなわち、前記実施例１における前記（４）の第２の工程において、フォトリソグラフィー処理とドライエッチング処理によりメサ形状部分を形成する際（図３（ｇ））に、半導体層の積層体２０５における他の半導体素子との境界部分を除去して素子分離溝１１３を形成した。これ以外は、前記実施例１における前記（４）の第２の工程と同様にして、前記面発光素子を完成させた。 (4) Second step (B)
After removing the substrate 201 by the etching process (FIG. 3F), the present embodiment is performed in the same manner as the second step (4) in the first embodiment except that a step of forming an element isolation groove is performed. An example surface emitting device was fabricated. That is, in the second step (4) in the first embodiment, when the mesa-shaped portion is formed by the photolithography process and the dry etching process (FIG. 3 (g)), The element isolation trench 113 was formed by removing the boundary portion with the semiconductor element. Except for this, the surface light emitting device was completed in the same manner as the second step (4) in Example 1.

本実施例の面発光素子は、作製工程において前記フォトグラフィー処理における目合わせの際に、目合わせマーク１０４を基準として使用したことにより、発光部１０３がレンズ１０２に対して極めて高精度に目合わせされている。具体的には、前記発光部１０３が、レンズ１０２の光軸に対して±０．０５μｍ以下という極めて高精度に位置合わせされた位置に形成されている。そのため、レンズ１０２に対して高精度に位置合わせされた出射光を得ることができ、前記出射光を高い精度で整形できる。例えば、外部の光ファイバや光導波路との光結合性（光接続性）に優れたコリメート光を放射する面発光素子を実現できる。   The surface light-emitting device of this example uses the alignment mark 104 as a reference for alignment in the photolithography process in the manufacturing process, so that the light emitting unit 103 aligns the lens 102 with extremely high accuracy. Has been. Specifically, the light emitting unit 103 is formed at a position that is aligned with extremely high accuracy of ± 0.05 μm or less with respect to the optical axis of the lens 102. For this reason, it is possible to obtain outgoing light that is highly accurately aligned with the lens 102, and to shape the outgoing light with high precision. For example, it is possible to realize a surface light emitting element that emits collimated light excellent in optical coupling property (optical connectivity) with an external optical fiber or an optical waveguide.

［実施例３］
本実施例では、本発明の面発光素子の別の具体例を示す。本実施例の面発光素子は、レンズ基板に光ファイバ結合用の嵌合部を有する面発光素子である。本実施例の面発光素子は、前記実施形態７の面発光素子と同じ構成を有するので、前記実施形態７で参照した同じ図８を参照して説明する。図示のとおり、本実施例の面発光素子は、レンズ基板（ＳＯＩ基板）１０１のレンズ形成面と反対側の面に光ファイバ結合用の嵌合部（ファイバ嵌合溝）５０２が形成されている。レンズ基板１０１のその他の構成および発光部の構成については、前記実施例２と同じである。ただし、本実施例では、素子分離溝は形成していない。 [Example 3]
In this example, another specific example of the surface light emitting device of the present invention is shown. The surface light emitting device of this example is a surface light emitting device having a fitting portion for coupling optical fibers on a lens substrate. The surface light emitting device of this example has the same configuration as the surface light emitting device of the seventh embodiment, and will be described with reference to the same FIG. 8 referred to in the seventh embodiment. As shown in the drawing, in the surface light emitting device of this example, a fitting portion (fiber fitting groove) 502 for coupling optical fibers is formed on the surface of the lens substrate (SOI substrate) 101 opposite to the lens forming surface. . Other configurations of the lens substrate 101 and the configuration of the light emitting unit are the same as those in the second embodiment. However, in this embodiment, no element isolation trench is formed.

本実施例の面発光素子は、前述のとおり嵌合部５０２を有する。よって、嵌合部５０２に光ファイバ５０１を結合して、光ファイバとの間で極めて高精度の光結合を実現できる。本実施形態の面発光素子では、図８に示す構成により、前記実施例２で記載したように、発光部１０３が、レンズ１０２に対して極めて高精度に目合わせされている。そのため、例えば、特許文献６に記載の面発光素子と比較して、光ファイバとの光結合性が格段に高い。   The surface light emitting device of this example has the fitting portion 502 as described above. Therefore, by coupling the optical fiber 501 to the fitting portion 502, it is possible to realize extremely high-precision optical coupling with the optical fiber. In the surface light emitting device of this embodiment, the light emitting unit 103 is aligned with the lens 102 with extremely high accuracy as described in Example 2 with the configuration shown in FIG. Therefore, for example, compared with the surface light emitting element described in Patent Document 6, the optical coupling with the optical fiber is remarkably high.

本実施例の面発光素子は、実施形態７で引用する前記実施形態２の製造方法と同様の方法により作製した。具体的には、嵌合部５０２を形成する嵌合部形成工程を実施すること以外は前記実施例１の製造方法と同様の方法を用いて作製した。すなわち、レンズ基材の材料としてＳＯＩを用いてレンズ基板を作製したこと以外は、前記実施例１の（１）のレンズ基板製造工程と同様にして、レンズ基板１０１を作製した。また、Ｉｎ０．３Ｇａ０．８Ａｓ井戸層とＧａＡｓ０．８Ｐ０．２障壁層から形成される多重量子井戸活性層に代えてＧａＩｎＮＡｓ井戸層とＧａＡｓ障壁層から形成される多重量子井戸活性層を形成したこと以外は前記実施例１における前記（２）の半導体積層体製造工程と同様にして、半導体積層体２１１を作製した。これ以外は、前記実施例１の方法と同様にして、面発光素子を作製した。次いで、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面に、フォトリソグラフィーにより厚さ２０μｍのフォトレジストパターンを形成した。次いで、公知のＳｉ垂直高精細ドライエッチング技術を用いて、直径が１３０μｍで深さが５０μｍのファイバ嵌合溝５０２をエッチングで形成し、本実施例の面発光素子を完成した。   The surface light emitting device of this example was manufactured by the same method as the manufacturing method of the second embodiment cited in the seventh embodiment. Specifically, it was manufactured using the same method as the manufacturing method of Example 1 except that the fitting portion forming step for forming the fitting portion 502 was performed. That is, the lens substrate 101 was manufactured in the same manner as the lens substrate manufacturing process of (1) of Example 1 except that the lens substrate was manufactured using SOI as the material of the lens base material. Other than forming a multiple quantum well active layer formed of a GaInNAs well layer and a GaAs barrier layer in place of the multiple quantum well active layer formed of an In0.3Ga0.8As well layer and a GaAs0.8P0.2 barrier layer A semiconductor laminated body 211 was produced in the same manner as in the semiconductor laminated body manufacturing step (2) in Example 1. A surface light emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the above. Next, a photoresist pattern having a thickness of 20 μm was formed by photolithography on the surface of the lens substrate 101 where the lens 102 was not formed. Next, using a known Si vertical high-definition dry etching technique, a fiber fitting groove 502 having a diameter of 130 μm and a depth of 50 μm was formed by etching to complete the surface light emitting device of this example.

本実施例では、ファイバ嵌合溝５０２自体に、レンズのような出射光強度の空間分布整形機能はない。このため、例えば、レンズ１０２により並行光となった出射光を光ファイバに対して導くために要求される目合わせ精度を緩和でき、通常の裏面露光装置により実現できる目合わせ精度で嵌合部５０２を形成できる。   In this embodiment, the fiber fitting groove 502 itself does not have a function for shaping the spatial distribution of the emitted light intensity like a lens. For this reason, for example, the alignment accuracy required to guide the emitted light that has become parallel light by the lens 102 to the optical fiber can be relaxed, and the fitting portion 502 can be realized with an alignment accuracy that can be realized by a normal backside exposure apparatus. Can be formed.

［実施例４］
本実施例では、本発明の面発光素子の別の具体例を示す。本実施例の面発光素子は、光路変換ミラーと光ファイバ結合用のＶ溝を有する面発光素子である。本実施例の面発光素子は、前記実施形態８の面発光素子と同じ構成を有する。よって、前記実施形態８で参照した同じ図９を参照して説明する。図示のとおり、本実施例では、レンズ基板（ＳＯＩ基板）１０１のレンズ形成面と反対側の表面に、光路変換用ミラー６０１が形成されている。また、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の面には、光路変換用ミラー６０１により反射された出射光に対して位置を整合したファイバ嵌合用のＶ溝６０２が形成されている。レンズ基板１０１のその他の構成および発光部の構成については、前記実施例２と同じである。ただし、本実施例では、素子分離溝は形成していない。 [Example 4]
In this example, another specific example of the surface light emitting device of the present invention is shown. The surface light emitting device of this example is a surface light emitting device having an optical path conversion mirror and an optical fiber coupling V groove. The surface light emitting device of this example has the same configuration as the surface light emitting device of the eighth embodiment. Therefore, description will be made with reference to the same FIG. 9 referred to in the eighth embodiment. As shown in the figure, in this embodiment, an optical path conversion mirror 601 is formed on the surface of the lens substrate (SOI substrate) 101 opposite to the lens formation surface. Also, a fiber fitting V-groove 602 whose position is aligned with the outgoing light reflected by the optical path conversion mirror 601 is formed on the surface of the lens substrate 101 opposite to the lens formation surface. Other configurations of the lens substrate 101 and the configuration of the light emitting unit are the same as those in the second embodiment. However, in this embodiment, no element isolation trench is formed.

本実施形態の面発光素子は、前述のとおり、光路変換用ミラー６０１とＶ溝６０２を有するので、レンズ１０２の光軸に対してほぼ直角方向に配置された光ファイバとの高精度の光結合を簡易に実現できる。このような光ファイバの配置態様は、表面実装型モジュールにおいて特に好適である。   As described above, the surface light emitting device of this embodiment includes the optical path conversion mirror 601 and the V-groove 602, so that high-precision optical coupling with an optical fiber arranged in a direction substantially perpendicular to the optical axis of the lens 102 Can be realized easily. Such an arrangement mode of the optical fiber is particularly suitable for the surface mount module.

本実施例の面発光素子は、実施形態８で引用する前記実施形態２の製造方法と同様の方法により作製した。具体的には、光路変換用ミラー６０１とＶ溝６０２を形成する整形部材形成工程を実施すること以外は前記実施例１の製造方法と同様の方法を用いて作製した。すなわち、レンズ基材の材料としてＳＯＩを用いてレンズ基板を作製したこと以外は、前記実施例１の（１）のレンズ基板製造工程と同様にして、レンズ基板１０１を作製した。また、Ｉｎ０．３Ｇａ０．８Ａｓ井戸層とＧａＡｓ０．８Ｐ０．２障壁層から形成される多重量子井戸活性層に代えてＧａＩｎＮＡｓ井戸層とＧａＡｓ障壁層から形成される多重量子井戸活性層を形成したこと以外は前記実施例１における前記（２）の半導体積層体製造工程と同様にして、半導体積層体２１１を作製した。これ以外は、前記実施例１の方法と同様にして、面発光素子を作製した。次いで、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面に、フォトリソグラフィーにより厚さ２０μｍのフォトレジストパターンを形成した。次いで、ＫＯＨ溶液等を使用して公知のエッチングミラー形成技術を用いて深さ約８０μｍの光路変換用ミラー６０１と光ファイバ嵌合用のＶ溝６０２の双方を同時に作製した。以上のようにして、本実施例の面発光素子を完成した。   The surface light emitting device of this example was manufactured by the same method as the manufacturing method of the second embodiment cited in the eighth embodiment. Specifically, it was manufactured using the same method as the manufacturing method of Example 1 except that the shaping member forming step for forming the optical path conversion mirror 601 and the V-groove 602 was performed. That is, the lens substrate 101 was manufactured in the same manner as the lens substrate manufacturing process of (1) of Example 1 except that the lens substrate was manufactured using SOI as the material of the lens base material. Other than forming a multiple quantum well active layer formed of a GaInNAs well layer and a GaAs barrier layer in place of the multiple quantum well active layer formed of an In0.3Ga0.8As well layer and a GaAs0.8P0.2 barrier layer A semiconductor laminated body 211 was produced in the same manner as in the semiconductor laminated body manufacturing step (2) in Example 1. A surface light emitting device was fabricated in the same manner as in Example 1 except for the above. Next, a photoresist pattern with a thickness of 20 μm was formed by photolithography on the surface of the lens substrate 101 where the lens 102 was not formed. Next, both an optical path changing mirror 601 and a V-groove 602 for fitting an optical fiber having a depth of about 80 μm were formed at the same time using a known etching mirror forming technique using a KOH solution or the like. As described above, the surface light emitting device of this example was completed.

前記実施形態および前記実施例の本発明の面発光素子によれば、発光部に対して精密に位置決めされた高精度のレンズを集積し、レンズ品質の信頼性および物理的強度に優れ、かつ、他の機能素子との集積性にも優れたレンズ集積構造を実現できる。   According to the surface light emitting device of the present invention of the embodiment and the example, high-precision lenses that are precisely positioned with respect to the light emitting unit are integrated, and the lens quality is excellent in reliability and physical strength, and A lens integrated structure excellent in integration with other functional elements can be realized.

１０１ レンズ基板
１０２ レンズ
１０３ 発光部
１０４ 目合わせマーク
１０５ レンズ形成面
１０７、１０８ 電極
１０９ 誘電体保護膜
１１０ 出射光
１１１、２１１ 半導体積層体
１１２ 媒質
１１３ 素子分離溝
１１４ メサ形状部分
１１５ 金属層
２０１ 基板
２０２ 犠牲層
２０５ 半導体層の積層体
２０６ 貼り合わせ面
２０８ スルーホール
４０１ ピンホール
５０１ 光ファイバ
５０２ 嵌合部
６０１ 光路変換用ミラー
６０２ Ｖ溝

DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Lens board | substrate 102 Lens 103 Light emission part 104 Alignment mark 105 Lens formation surface 107, 108 Electrode 109 Dielectric protective film 110 Output light 111, 211 Semiconductor laminated body 112 Medium 113 Element isolation groove 114 Mesa shape part 115 Metal layer 201 Substrate 202 Sacrificial layer 205 Semiconductor layer stack 206 Bonding surface 208 Through hole 401 Pinhole 501 Optical fiber 502 Fitting portion 601 Optical path conversion mirror 602 V-groove

Claims (19)

一方の面にレンズが形成されているレンズ基板と、半導体エピタキシャル層を含む発光部とを含み、
前記レンズ基板に、目合わせマークが形成されており、
前記レンズ基板の前記レンズが形成されている面上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズが対向している状態で、前記発光部が配置されていることを特徴とする面発光素子。 Including a lens substrate on which a lens is formed on one surface, and a light emitting unit including a semiconductor epitaxial layer,
An alignment mark is formed on the lens substrate,
The surface light emitting device, wherein the light emitting portion is disposed on a surface of the lens substrate on which the lens is formed, with the semiconductor epitaxial layer and the lens facing each other. 前記レンズ基板が、前記発光部の物理的支持体となっていることを特徴とする請求項１記載の面発光素子。   The surface light-emitting element according to claim 1, wherein the lens substrate is a physical support of the light-emitting portion. 前記半導体エピタキシャル層が、化合物半導体から形成される基板上に結晶成長技術により形成された化合物半導体層であり、
前記レンズ基板が、前記発光部基板と同一種の化合物半導体から形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の面発光素子。 The semiconductor epitaxial layer is a compound semiconductor layer formed by a crystal growth technique on a substrate formed of a compound semiconductor,
The surface light-emitting element according to claim 1, wherein the lens substrate is formed of the same type of compound semiconductor as the light-emitting portion substrate. 前記レンズ基板が、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓまたはＧａＮであることを特徴とする請求項３記載の面発光素子。   4. The surface light emitting device according to claim 3, wherein the lens substrate is GaAs, InP, InGaAs or GaN. 前記レンズ基板が、ＳｉまたはＳＯＩであることを特徴とする請求項１または２記載の面発光素子。   3. The surface light emitting device according to claim 1, wherein the lens substrate is made of Si or SOI. 前記発光部からの出射光が、低屈折率の媒質を通過した後に、前記レンズのレンズ面に対して低屈折率側から入射して前記レンズ基板内を通過することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の面発光素子。   2. The emitted light from the light emitting unit passes through the lens substrate after passing through a medium having a low refractive index and then entering the lens surface of the lens from the low refractive index side. To 5. The surface emitting element according to any one of 5 to 5. 前記レンズが、凸レンズであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の面発光素子。   The surface light-emitting element according to claim 1, wherein the lens is a convex lens. 前記レンズが、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の面発光素子。   The surface light-emitting element according to claim 1, wherein the lens is a Fresnel lens. 前記レンズの少なくとも一部に、前記発光部からの出射光の少なくとも一部を遮断するための、反射体、散乱体および吸収体の少なくとも一つが形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の面発光素子。   The at least one of a reflector, a scatterer, and an absorber for blocking at least a part of the light emitted from the light emitting unit is formed on at least a part of the lens. The surface emitting element according to any one of 8. 前記レンズを通過した前記発光部からの出射光が、単峰な発光強度分布を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の面発光素子。   The surface light emitting device according to any one of claims 1 to 9, wherein the light emitted from the light emitting portion that has passed through the lens has a unimodal light emission intensity distribution. 前記半導体エピタキシャル層と前記レンズ基板の間の少なくとも一部にスぺーサ層を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の面発光素子。   The surface light emitting device according to claim 1, further comprising a spacer layer at least at a part between the semiconductor epitaxial layer and the lens substrate. 前記レンズ基板における前記半導体エピタキシャル層と反対側の面に、前記レンズを通過した前記発光部からの出射光を光ファイバに結合させるための嵌合部を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の面発光素子。   The fitting portion for coupling the emitted light from the said light emission part which passed the said lens to an optical fiber is included in the surface on the opposite side to the said semiconductor epitaxial layer in the said lens board | substrate. The surface emitting element as described in any one of these. 前記レンズ基板における前記半導体エピタキシャル層と反対側の面に、前記レンズを通過した前記発光部からの出射光を整形するための整形部材を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の面発光素子。   The shaping member for shaping the emitted light from the said light emission part which passed the said lens is included in the surface on the opposite side to the said semiconductor epitaxial layer in the said lens board | substrate, The any one of Claim 1 to 12 characterized by the above-mentioned. The surface light emitting device according to item. 前記整形部材が、光路変換用ミラー、または、光路変換用ミラーとファイバ嵌合用Ｖ溝の組み合わせであることを特徴とする請求項１３記載の面発光素子。   14. The surface emitting device according to claim 13, wherein the shaping member is an optical path conversion mirror or a combination of an optical path conversion mirror and a fiber fitting V-groove. 目合わせマークを含むレンズ基板のレンズが形成されている基板面上に、半導体積層体を貼り合わせる第１の工程と、
前記目合わせマークを基準として、前記半導体積層体に発光部を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする面発光素子の製造方法。 A first step of bonding the semiconductor laminate on the substrate surface on which the lens of the lens substrate including the alignment mark is formed;
And a second step of forming a light emitting portion in the semiconductor multilayer body using the alignment mark as a reference. 前記レンズ基板のレンズが形成されている基板面上に、前記半導体積層体をスぺーサ材を用いて貼り合わせることを特徴とする請求項１５記載の面発光素子の製造方法。   16. The method for manufacturing a surface light emitting element according to claim 15, wherein the semiconductor laminate is bonded to a substrate surface on which the lens of the lens substrate is formed, using a spacer material. 前記半導体積層体が、半導体エピタキシャル層を含み、
前記第１の工程において、前記半導体積層体を前記基板面上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズを対向させた状態で貼り合わせることを特徴とする請求項１５または１６記載の面発光素子の製造方法。 The semiconductor stack includes a semiconductor epitaxial layer;
The surface light emitting device according to claim 15 or 16, wherein in the first step, the semiconductor stacked body is bonded onto the substrate surface in a state where the semiconductor epitaxial layer and the lens are opposed to each other. Method. 前記半導体積層体が、基板上に前記半導体エピタキシャル層が積層されて形成されており、
前記第１の工程に次いで、前記半導体積層体の前記基板を除去する基板除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の面発光素子の製造方法。 The semiconductor laminate is formed by laminating the semiconductor epitaxial layer on a substrate,
The method of manufacturing a surface light emitting element according to claim 17, further comprising a substrate removing step of removing the substrate of the semiconductor stacked body after the first step. レンズ基板の一方の面にレンズを形成し、かつ、前記レンズ基板に目合わせマークを形成して前記レンズ基板を製造するレンズ基板製造工程と、
基板上に半導体層を形成して、前記半導体積層体を製造する半導体積層体製造工程をさらに含み、
前記第１の工程において、前記基板上の前記半導体積層体を前記レンズ基板上に、前記半導体層と前記レンズとを対向させた状態で貼り合わせることを特徴とする請求項１５から１８のいずれか一項に記載の面発光素子の製造方法。

Forming a lens on one surface of the lens substrate, and forming an alignment mark on the lens substrate to manufacture the lens substrate; and
Forming a semiconductor layer on the substrate, and further comprising a semiconductor laminate manufacturing step of manufacturing the semiconductor laminate,
19. The method according to claim 15, wherein in the first step, the semiconductor stacked body on the substrate is bonded onto the lens substrate in a state where the semiconductor layer and the lens face each other. The manufacturing method of the surface emitting element of one term | claim.

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