JP3767496B2 - 面発光型発光素子およびその製造方法、光モジュール、光伝達装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光型発光素子およびその製造方法、ならびに該面発光型発光素子を含む光モジュールおよび光伝達装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
面発光型半導体レーザに代表される面発光型発光素子は、光通信や光演算、および各種センサの光源として大いに期待されている。これらの用途においては、場合によって、出射光の光学特性、例えば光の放射角や波長等を制御する必要が生じる。この場合、例えば、所定の光学部材を設置することにより、光学特性を制御することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、出射光の光学特性を制御できる面発光型発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００４】
また、本発明の目的は、前記面発光型発光素子を含む光モジュールおよび光伝達装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（面発光型発光素子）
本発明の面発光型発光素子は、基体と垂直方向に光を出射できる面発光型発光素子であって、
出射面と、該出射面を取り囲むように形成されたバンクとを含み、
前記バンクの上縁部は、前記出射面よりも高い位置に形成されている。
【０００６】
ここで、「バンクの上縁部」とは、前記バンクの上面のうち、前記出射面に近い側の縁部をいう。また、「基体」とは、発光素子が形成される基板をいい、例えば面発光型半導体レーザの場合、半導体基板をいい、例えば半導体発光ダイオードの場合、例えばサファイア基板をいい、例えばＥＬ素子の場合、例えば透明基板をいう。
【０００７】
本発明の面発光型発光素子によれば、前記バンクの上縁部が、前記出射面よりも高い位置に形成されていることにより、前記バンクの内側の領域に光学部材を設置する場合、該光学部材を安定して設置することができる。これにより、前記出射面から出射する光の特性を効果的に制御することができる。
【０００８】
本発明の面発光型発光素子は、以下の態様（１）〜（８）をとることができる。
【０００９】
（１）前記バンクの上縁部を、前記出射面よりも０．５μｍ以上高い位置に形成することができる。
【００１０】
（２）前記バンクの上面を、前記出射面よりも高い位置に形成することができる。
【００１１】
（３）前記バンクは、絶縁体により形成することができる。
【００１２】
（４）前記バンクは、ポリイミド系樹脂またはフッ素系樹脂により形成することができる。
【００１３】
（５）前記出射面の上方に、光学部材を形成することができる。ここで、光学部材とは、発光素子からの出射光の光学特性を変化させる機能を有する部材をいう。光学特性とは、例えば、波長、偏光、放射角等が挙げられる。このような光学部材としては、例えばレンズ、干渉フィルタ、偏光フィルタ、波長フィルタ、および波長変換部材が例示できる。
【００１４】
この場合、前記光学部材は、前記バンクの内側の領域に形成することができる。
【００１５】
また、この場合、前記光学部材は、紫外線硬化型樹脂により形成することができる。
【００１６】
（６）前記面発光型発光素子は、面発光型半導体レーザであることができる。この場合、下記の態様（Ｉ）〜（III）を例示できる。
【００１７】
（Ｉ）前記基体は、半導体基板であり、
前記面発光型半導体レーザは、
前記半導体基板上に形成された共振器と、
前記共振器の少なくとも一部を構成する柱状部と、
前記柱状部の側面を覆う絶縁層と、を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面が設置され、
前記柱状部の周辺領域は、前記バンクとして機能できる。
【００１８】
（II）前記基体は、半導体基板であり、
前記面発光型半導体レーザは、前記半導体基板上に形成された共振器を含み、前記半導体基板の裏面に、凹部が形成され、
前記前記凹部の上面に、前記出射面が設置され、
前記凹部の周辺領域は、前記バンクとして機能できる。
【００１９】
ここで、半導体基板の裏面とは、前記半導体基板において前記共振器の設置面と反対側の面をいう。
【００２０】
（III）前記基体は、半導体基板であり、
前記面発光型半導体レーザは、前記半導体基板上に形成された共振器を含み、
前記半導体基板の裏面に、第１凹部が形成され、
前記第１凹部には、光路調整層が埋め込まれて形成され、
前記光路調整層には、第２凹部が形成され、
前記第２凹部の上面に、前記出射面が形成され、
前記第２凹部の周辺領域は、前記バンクとして機能できる。
【００２１】
（７）前記面発光型発光素子は、半導体発光ダイオードであることができる。
【００２２】
この場合、前記基体は、半導体基板であり、
前記半導体発光ダイオードは、
前記半導体基板上に形成された発光素子部と、
前記発光素子部の少なくとも一部を構成する柱状部と、
前記柱状部の側面を覆う絶縁層と、を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面が設置され、
前記柱状部の周辺領域は、前記バンクとして機能することができる。
【００２３】
（８）前記面発光型発光素子は、ＥＬ素子であることができる。
【００２４】
（面発光型発光素子の製造方法）
本発明の面発光型発光素子の製造方法は、
基体と垂直方向に光を出射できる面発光型発光素子の製造方法であって、以下の工程（ａ）および工程（ｂ）を含む。
【００２５】
（ａ）前記出射面を含み、前記発光素子として機能する部分を形成する工程、および
（ｂ）前記出射面を取り囲むようにバンクを形成する工程であって、該バンクの上面が該出射面よりも高い位置になるように形成する工程。
【００２６】
本発明の面発光型発光素子の製造方法によれば、出射光の光学特性が効果的に制御された発光素子を簡便な方法にて形成することができる。
【００２７】
（１）この場合、以下の工程（ｃ）を含むことができる。
【００２８】
（ｃ）前記出射面の上方に、光学部材を形成する工程。
【００２９】
（２）また、この場合、前記工程（ｃ）において、前記光学部材がレンズであって、前記バンクの内側の領域に該レンズを形成する工程を含むことができる。この工程によれば、前記光学部材が正確な位置に設置された面発光型発光素子を、簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【００３０】
（３）さらにこの場合、前記工程（ｃ）において、前記バンクの内側の領域に前記レンズを形成する工程が以下の工程（ｃ−１）および（ｃ−２）を含むことができる。
【００３１】
（ｃ−１）インクジェット法により、レンズ材を前記バンクの内側の領域に吐出する工程、および
（ｃ−２）前記レンズ材を硬化させる工程。
【００３２】
この工程によれば、前記レンズが正確にアライメントされた面発光型発光素子を、簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【００３３】
（４）さらにこの場合、以下の工程（ｄ）を含むことができる。
【００３４】
（ｄ）前記工程（ｃ−１）の前に、前記レンズ材の濡れ角を調整する工程。この工程によれば、前記バンクの内側の領域に、所望の形状を有するレンズを精度良く形成することができる。
【００３５】
（５）（３）および（４）の場合において、レンズ材として紫外線硬化型樹脂を用いることができる。この工程によれば、熱工程など素子に対するダメージを与えやすい工程を含まずに、短時間で効率良くレンズ材を硬化させることができるため、素子に対する影響を少なくすることができる。
【００３６】
（光モジュールおよび光伝達装置）
本発明の面発光型発光素子と、光導波路とを含む光モジュールに適用することができる。また、前記光モジュールを含む光伝達装置に適用することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
［第１の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００を模式的に示す平面図である。図１は、図２のＡ−Ａ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【００３９】
本実施の形態の面発光型発光素子１００は、図１に示すように、半導体基板（本実施形態ではＧａＡｓ基板）１０１と、半導体基板１０１上に形成された垂直共振器（以下「共振器」とする）１４０とを含む。この共振器１４０は柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」とする）１３０を含み、柱状部１３０の側面は絶縁層１０６で覆われている。
【００４０】
本実施の形態の面発光型発光素子１００においては、柱状部１３０の周辺領域はバンク１１０として機能する。ここで、柱状部１３０の周辺領域とは、絶縁層１０６、ならびに第１電極１０７のうち絶縁層１０６の上面１０６ｃに形成されている部分をいう。
【００４１】
この面発光型発光素子１００は、図１に示すように、光が出射する出射面１０８と、出射面１０８を取り囲むように形成されたバンク１１０とを含む。この出射面１０８は、柱状部１３０の上面に設置されており、この出射面１０８からレーザ光が出射する。本実施の形態の面発光型発光素子１００においては、柱状部１３０の上面のうち第１電極１０７で覆われていない部分が出射面１０８に該当する。
【００４２】
このバンク１１０の上縁部１１０ａは、出射面１０８よりも高い位置に形成されている。ここで、バンク１１０の上縁部１１０ａとは、バンク１１０の上面１１０ｂのうち、出射面１０８に近い側の縁部をいう。本実施の形態の面発光型発光素子１００においては、バンク１１０の上縁部１１０ａとは、バンク１１０の上面１１０ｂのうち、柱状部１３０に近い側の縁部をいう。
【００４３】
ここで、「このバンク１１０の上縁部１１０ａが、出射面１０８よりも高い位置に形成されている」とは、バンク１１０の上縁部１１０ａと半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａとの距離が、出射面１０８と半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａとの距離よりも大きいことをいう。すなわち、半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａを基準として、各構成要素と半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａとの距離が大きいほど、「高い」位置に形成されているとする。
【００４４】
例えば、後述する「このバンク１１０の上面１１０ｂが、出射面１０８よりも高い」場合も同様に、バンク１１０の上面１１０ｂと半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａとの距離が、出射面１０８と半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａとの距離よりも大きいことをいう。他の実施形態においても同様である。
【００４５】
特に、このバンク１１０の上縁部１１０ａが、出射面１０８よりも０．５μｍ以上高い位置に形成されているのが望ましい。すなわち、図１に示すように、出射面１０８からバンク１１０の上縁部１１０ａまでの高さＸが０．５μｍ以上であることが望ましい。このように、バンク１１０の上縁部１１０ａが、出射面１０８よりも０．５μｍ以上高い位置に形成されていることにより、例えば出射面１０８上にレンズ等の光学部材を設置する場合、前記光学部材を安定な状態で設置することができる。
【００４６】
さらに、図１に示すように、この面発光型発光素子１００においては、バンク１１０の上面１１０ｂが出射面１０８より高い位置に形成されているのが望ましい。これにより、例えば前述した光学部材を設置する場合、さらに安定な状態で前記光学部材を設置することができる。
【００４７】
次に、この面発光型発光素子１００の各構成要素について説明する。
【００４８】
面発光型発光素子１００は、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成された共振器１４０とを含む。
【００４９】
共振器１４０には柱状部１３０が形成されている。ここで、柱状部１３０とは、共振器１４０の一部であって、少なくとも上部ミラー１０４を含む柱状の半導体堆積体をいう。この柱状部１３０は絶縁層１０６で埋め込まれている。すなわち、柱状部１３０の側面は絶縁層１０６で取り囲まれている。さらに、柱状部１３０上には第１電極１０７が形成されている。
【００５０】
共振器１４０は、例えば、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「下部ミラー」という）１０２、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３、およびｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「上部ミラー」という）１０４が順次積層されて構成されている。なお、下部ミラー１０２、活性層１０３、および上部ミラー１０４を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
【００５１】
上部ミラー１０４は、例えばＣがドーピングされることによりｐ型にされ、下部ミラー１０２は、例えばＳｉがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、上部ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、および下部ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００５２】
また、共振器１４０のうち面発光型発光素子１００のレーザ光出射側から下部ミラー１０２の途中にかけての部分が、レーザ光出射側からから見て円形の形状にエッチングされて柱状部１３０が形成されている。なお、本実施の形態では、柱状部１３０の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることが可能である。
【００５３】
さらに、上部ミラー１０４を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、酸化アルミニウムからなる電流狭窄層１０５が形成されている。この電流狭窄層１０５は、リング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層１０５は、図１におけるＸ−Ｙ平面に平行な面で切断した場合における断面が同心円状である形状を有する。
【００５４】
また、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００においては、柱状部１３０の側面ならびに下部ミラー１０２の上面を覆うようにして、絶縁層１０６が形成されている。
【００５５】
この面発光型発光素子１００の製造工程においては、柱状部１３０の側面を覆う絶縁層１０６を形成した後、柱状部１３０の上面および絶縁層１０６の上面に第１電極１０７を、半導体基板１０１の裏面（半導体基板１０１において共振器１４０の設置面と反対側の面）に第２電極１０９を、それぞれ形成する。これらの電極形成の際には一般的に、アニール処理を約４００℃で行なう（後述する製造プロセスを参照）。したがって、樹脂を用いて絶縁層１０６を形成する場合、このアニール処理工程に耐え得るためには、絶縁層１０６を構成する樹脂は耐熱性に優れたものであることが必要とされる。この要求を満たすためには、絶縁層１０６を構成する樹脂がポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂等であることが望ましく、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂であるのが望ましい。また、絶縁層１０６の上に、樹脂を原材料として光学部材（例えばレンズ）を形成する場合、レンズ材（樹脂）との接触角が大きく、レンズ形状を制御しやすいという観点からも、絶縁層１０６はポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂から形成されるのが望ましい。この場合、絶縁層１０６は、熱または光等のエネルギー照射により硬化、あるいは化学反応によって樹脂前駆体を硬化させることにより形成される。
【００５６】
また、柱状部１３０および絶縁層１０６の上には、第１電極１０７が形成されている。さらに、柱状部１３０上面の中央部には、第１電極１０７が形成されていない部分（開口部）が設けられている。この部分が出射面１０８である。この出射面１０８がレーザ光の出射口となる。第１電極１０７は、例えばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜からなる。
【００５７】
さらに、半導体基板１０１の裏面には、第２電極１０９が形成されている。すなわち、図１に示す面発光型発光素子１００では、柱状部１３０上で第１電極１０７と接合し、かつ、半導体基板１０１の裏面で第２電極１０９と接合し、この第１電極１０７および第２電極１０９によって活性層１０３に電流が注入される。第２電極１０９は、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなる。
【００５８】
第１および第２電極１０７，１０９を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、例えばＴｉやＰｔなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。
【００５９】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の面発光型半導体レーザの駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００６０】
まず、第１電極１０７と第２電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、係る再結合による発光が生じる。そこで生じた光が上部ミラー１０４と下部ミラー１０２との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、柱状部１３０上面にある出射面１０８から、半導体基板１０１に対して垂直方向（図１に示すＺ方向）にレーザ光が出射される。ここで、「半導体基板１０１に対して垂直方向」とは、半導体基板１０１の表面１０１ａ（図１ではＸ−Ｙ平面と平行な面）に対して垂直な方向（図１ではＺ方向）をいう。
【００６１】
（デバイスの製造プロセス）
次に、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法の一例について、図３〜図９を用いて説明する。図３〜図９は、図１および図２に示す本実施の形態の面発光型発光素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面に対応している。
【００６２】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図３に示すように、半導体多層膜１５０を形成する。ここで、半導体多層膜１５０は例えば、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの下部ミラー１０２、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３、およびｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの上部ミラー１０４からなる。これらの層を順に半導体基板１０１上に堆層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。なお、上部ミラー１０４を成長させる際に、活性層近傍の少なくとも１層を、ＡｌＡｓ層またはＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層に形成する。この層は後に酸化され、電流狭窄層１０５となる。また、上部ミラー１０４の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極（後述する第１電極１０７）とのオーミック接触をとりやすくしておくのが望ましい。
【００６３】
エピタキシャル成長を行なう際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行なう際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。
【００６４】
続いて、半導体多層膜１５０上に、フォトレジスト（図示しない）を塗布した後フォトリソグラフィ法により該フォトレジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ１００を形成する。ついで、このレジスト層Ｒ１００をマスクとして、例えばドライエッチング法により、上部ミラー１０４、活性層１０３、および下部ミラー１０２の一部をエッチングして、図４に示すように、柱状の半導体堆積体（柱状部）１３０を形成する。以上の工程により、図４に示すように、半導体基板１０１上に、柱状部１３０を含む共振器１４０が形成される。その後、レジスト層Ｒ１００を除去する。
【００６５】
続いて、図５に示すように、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって共振器１４０が形成された半導体基板１０１を投入することにより、前述の上部ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層を側面から酸化して、電流狭窄層１０５を形成する。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層（前記Ａｌ組成が高い層）のＡｌ組成および膜厚に依存する。酸化により形成される電流狭窄層を備えた面発光レーザでは、駆動する際に、電流狭窄層が形成されていない部分（酸化されていない部分）のみに電流が流れる。したがって、酸化によって電流狭窄層を形成する工程において、形成する電流狭窄層１０５の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
【００６６】
以上の工程により、面発光型発光素子１００のうち、発光素子として機能する部分（出射面１０８および電極１０７，１０９を除く）が形成される。
【００６７】
（２）次いで、柱状部１３０を取り囲む絶縁層１０６（図９参照）を形成する。なお、ここでは、絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について説明する。まず、図６に示すように、例えばスピンコート法を用いて、樹脂前駆体（ポリイミド前駆体）を共振器１４０上に塗布して、樹脂前駆体層１０６ａを形成する。ここで、樹脂前駆体層１０６ａの膜厚（すなわち、下部ミラー１０２上面から樹脂前駆体層１０６ａ上面までの距離）が柱状部１３０の高さより大きくなるように、樹脂前駆体層１０６ａを形成する。次に、使用する樹脂前駆体層１０６ａが溶媒を含む場合、この半導体基板１０１について、ホットプレート等を用いて加熱して樹脂前駆体層１０６ａ中の溶媒を除去する。次いで、柱状部１３０の上に存在する樹脂を除去する（図８参照）。
【００６８】
なお、樹脂前駆体層１０６ａの形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、インクジェット法等の公知技術が利用できる。
【００６９】
柱状部１３０の上に存在する樹脂を除去する方法としては、（ｉ）樹脂前駆体層１０６ａを半硬化させた後、ウエットエッチングにより柱状部１３０の上に存在する樹脂を除去する方法（特願２００１−０６６２９９号に記載されている方法を利用）、（ii）樹脂前駆体層１０６ａをほぼ完全に硬化させた後、ドライエッチングにより柱状部１３０の上に存在する樹脂を除去する方法等が例示できる。本実施の形態においては、前記（ｉ）の方法を用いた場合について説明する。
【００７０】
前記（ｉ）の方法では、まず、図７に示すように、樹脂前駆体層１０６ａを半硬化させることにより、半硬化樹脂層１０６ｂを形成する。ここで、半硬化とは、熱または光等のエネルギー線を付与することにより、続く工程におけるウエットエッチングに用いるエッチャントに対する溶解性を変化させることをいう。
【００７１】
次に、図７に示すように、フォトリソグラフィ法により、半硬化樹脂層１０６ｂにおいて、下部に柱状部１３０が形成されている領域上にはレジスト層Ｒ２００を形成せず、下部に柱状部１３０が形成されていない領域上にレジスト層Ｒ２００を形成する。
【００７２】
次いで、ウエットエッチング法を用いてこの半導体基板１０１を処理することにより、図８に示すように、柱状部１３０の上に形成されていた半硬化樹脂層１０６ｂを除去する。その後、レジスト層Ｒ２００を除去する。
【００７３】
続いて、この半導体基板１０１を、例えば３５０℃程度の炉に入れて、半硬化樹脂層１０６ｂをイミド化させることにより、図９に示すように、ほぼ完全に硬化した絶縁層１０６が得られる。上記工程においては、樹脂前駆体層１０６ａ（図６参照）の膜厚を制御することにより、絶縁層１０６（図９参照）の高さを制御することができる。その結果、バンク１１０（図１参照）の高さを制御することができる。
【００７４】
また、前記（ｉ）の方法において、感光性を有する樹脂で絶縁層１０６を形成する場合は、樹脂前駆体（感光していない状態）の上にレジスト層を形成せずに、一般的なレジストのパターニングと同様の方法で直接パターニングすることが可能である。
【００７５】
なお、上記の説明においては、前記（ｉ）の方法について説明したが、柱状部１３０の上に存在する樹脂を除去する方法は、前記（ｉ）の方法に限定されるわけではなく、前記（ii）の方法を用いることもできる。
【００７６】
以上の工程により、図９に示すように、絶縁層１０６の上面１０６ｃが、柱状部１３０の上面よりも高い位置に形成される。
【００７７】
（３）次に、活性層１０３に電流を注入するための第１電極１０７および第２電極１０９、およびレーザ光の出射面１０８を形成する工程について説明する。
【００７８】
まず、第１電極１０７および第２電極１０９を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、柱状部１３０の上面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。つづいて、例えば真空蒸着法により絶縁層１０６および柱状部１３０の上面に、例えばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜（図示せず）を形成した後、リフトオフ法により、柱状部１３０の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が出射面１０８となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法を用いることもできる。
【００７９】
また、半導体基板１０１の裏面に、例えば真空蒸着法により、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜（図示せず）を形成する。次いで、アニール処理する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施形態で用いた電極材料の場合は、通常４００℃前後で行なう。以上の工程により、第１電極１０７および第２電極１０９が形成されるとともに、バンク１１０が得られる。バンク１１０は、絶縁層１０６、ならびに第１電極１０７のうち絶縁層１０６の上面に形成されている部分から構成される。この場合において、バンク１１０の一部が絶縁層１０６で構成されていることにより、前述の工程において、特別な処理を必要とすることなく絶縁層１０６上に第１電極１０７を形成することができる。このバンク１１０の上縁部１１０ａは、出射面１０８よりも高い位置に形成される。
【００８０】
以上のプロセスにより、図１に示す面発光型発光素子１００が得られる。
【００８１】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の主な作用および効果を以下に示す。
【００８２】
（１）本実施の形態の面発光型発光素子１００によれば、出射面１０８と、出射面１０８を取り囲むように形成されたバンク１１０とを含み、このバンク１１０の上縁部１１０ａが出射面１０８よりも高い位置に形成されていることにより、バンク１１０の内側の領域に、光学部材を安定して設置することができる。これにより、出射面１０８から出射する光の特性を効果的に制御することができる。
【００８３】
（２）また、本実施の形態の面発光型発光素子１００の製造方法によれば、出射光の光学特性が効果的に制御された発光素子を簡便な方法にて形成することができる。
【００８４】
また、本実施の形態においては、面発光型発光素子１００が面発光型半導体レーザである場合について説明したが、本発明は、面発光型半導体レーザ以外の発光素子にも適用可能である。本発明を適用できる面発光型発光素子としては、例えば、ＥＬ素子や半導体発光ダイオードなどが挙げられる。
【００８５】
［第２の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１０は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００を模式的に示す断面図である。図１１は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００を模式的に示す平面図である。図１０は、図１１のＡ−Ａ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【００８６】
本実施の形態に係る面発光型発光素子２００は、出射面１０８の上に、光学部材としてレンズ１１１が設置されている点以外は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００とほぼ同様の構造を有する。第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００８７】
このレンズ１１１は、バンク１１０の内側の領域において、出射面１０８上に形成されている。レンズ１１１の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂のように、熱または光等のエネルギー線の照射により硬化する材質を用いて形成することができる。このような材質としては、例えば、紫外線硬化型ポリイミド系樹脂、紫外線硬化型アクリル系樹脂、および紫外線硬化型エポキシ系樹脂が例示できる。
【００８８】
なお、本実施の形態においては、光学部材としてレンズ１１１を用いた場合について説明したが、光学部材はレンズに限定されるわけではなく、光学部材として干渉フィルタ、波長フィルタ、偏光フィルタ、および波長変換部材のいずれかを用いることができる。波長フィルタを用いる場合、特定の波長の光のみを通過させることができる。また、波長変換部材の場合、発光素子２００が発する光の波長とは異なる波長の光を出射させることができる。
【００８９】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子２００の動作は、第１の実施の形態の面発光型発光素子１００と基本的に同様である。ただし、本実施の形態の面発光型発光素子２００では、出射面１０８上にレンズ１１１が設置されているので、出射面１０８から出射された光は、レンズ１１１によって放射角が調整された後、半導体基板１０１に対して垂直方向（図１０に示すＺ方向）へと出射される。
【００９０】
（デバイスの製造プロセス）
次に、本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００の製造方法の一例について、図１２〜図１４を用いて説明する。図１２〜図１４は、図１０および図１１に示す本実施の形態の面発光型発光素子２００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１０に示す断面に対応している。
【００９１】
第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の出射面１０８の上にレンズ１１１を形成することにより得られる。したがって、面発光型発光素子２００を形成するためには、まず、前述の方法にしたがって、面発光型発光素子１００を形成する。なお、本実施の形態においては、レンズ１１１を形成するための材料（レンズ材１１１ａ）として紫外線硬化型樹脂を用いる場合について説明するが、レンズ材を形成するための材料はこれに限定されるわけではない。紫外線硬化型樹脂は、短時間の紫外線照射によって硬化する。すなわち、熱工程など素子に対するダメージを与えやすい工程を経ずに硬化させることができる。このため、紫外線硬化型樹脂であるレンズ材１１１ａを用いてレンズ１１１を形成することにより、素子へ与える影響を少なくすることができる。
【００９２】
次いで、レンズ１１１（図１０参照）を形成する前に、必要に応じて、レンズ材１１１ａ（図１２参照）の濡れ角を調整する工程を行なう。濡れ角を調整するための処理としては、（ｉ）レンズ材に対して撥液性を有する材料で薄膜を形成する方法、（ii）プラズマ処理を行ない表面を改質する方法、が挙げられる。これらの処理の後、レンズ材を吐出してレンズを形成すれば、レンズの大きさおよび形状を綿密に制御することができる。本実施の形態においては、前記（ｉ）の方法を用いた場合について説明する。また、レンズ材に対して撥液性を有する材料として、フッ化アルキルシラン（ＦＡＳ）を用いる場合について説明する。
【００９３】
まず、ＦＡＳの蒸気雰囲気中に面発光型発光素子１００を投入することにより、素子１００の表面全体に、ＦＡＳ膜からなる濡れ角調整層（図示せず）を形成する。以上の処理がなされることにより、少なくともバンク１１０の内側の領域に、ＦＡＳの単分子膜が形成される。この工程によれば、後述する工程において、バンク１１０の内側の領域にレンズ材１１１ａを導入した場合、ＦＡＳの単分子膜からなる濡れ角調整層とレンズ材１１１ａとの濡れ角によって、所望の形状のレンズ１１１を得ることができる。特に、ＦＡＳの単分子膜からなる濡れ角調整層とレンズ材１１１ａとの濡れ角が大きい場合、曲率半径がより小さいレンズを制御良く得ることができる。
【００９４】
次いで、レンズ材１１１ａをバンク１１０の内側の領域へと導入する。本実施の形態においては、インクジェット法を用いて、レンズ材１１１ａをバンク１１０の内側の領域へと吐出する方法について説明する。インクジェットの吐出方法としては、例えば、（ｉ）熱により液体（ここではレンズ材）中の気泡の大きさを変化させることで圧力を生じ、液体を吐出する方法、（ii）圧電素子により生じた圧力によって液体を吐出させる方法とがある。圧力の制御性の観点からは、前記（ii）の方法が望ましい。
【００９５】
インクジェットヘッドのノズルの位置とレンズ材の吐出位置とのアライメントは、一般的な半導体集積回路の製造工程における露光工程や検査工程で用いられる公知の画像認識技術を用いて行なわれる。例えば、図１２に示すように、インクジェットヘッド１２０のノズル１１２の位置と、面発光型発光素子１００のバンク１１０の位置とのアライメントを行なう。アライメント後、インクジェットヘッド１２０に印加する電圧を制御した後、レンズ材１１１ａを吐出する。この際、図１３に示すように、ノズル１１２から吐出されるレンズ材１１１ａがバンク１１０の内側の領域に着弾すれば、表面張力によってバンク１１０で囲まれた領域の中心がレンズ材１１１ａの中心になるようにレンズ材１１１ａが変形するため、自動的に位置の補正がなされる。この場合、レンズ材１１１ａは、バンク１１０の内側の領域の容積、レンズ材１１１ａの吐出量、およびレンズ材１１１ａの接触角に応じた曲率を有する形状となる。したがって、これらを制御することにより、得られるレンズ１１１の曲率半径を制御することが可能となり、レンズ設計の自由度が高くなる。
【００９６】
以上の工程を行なった後、図１４に示すように、エネルギー線（例えば紫外線）１１３を照射することにより樹脂を硬化させて、恒久的なレンズ形状を有するレンズ１１１を出射面１０８上に形成する。最適な紫外線の波長および照射量はレンズ材１１１ａに依存する。例えば、レンズ材１１１ａとしてアクリル系紫外線硬化樹脂を用いた場合、波長３５０ｎｍ程度、強度１０ｍＷの紫外線を５分間照射することで硬化を行なう。以上の工程により、面発光型発光素子２００が得られる。
【００９７】
なお、前述のプロセスにおいては、レンズ材１１１ａ（図１２参照）の濡れ角を調整する工程の際に、レンズ材に対して撥液性を有する材料として、ＦＡＳを用いる場合について説明したが、ＦＡＳのかわりにフッ素系樹脂を用いることもできる。この場合、第１電極１０７の表面のうち、バンク１１０の内側以外の領域をレジスト等で保護してから、例えばスピンコート法によって、フッ素系樹脂からなる濡れ角調整層（図示せず）を形成する。この濡れ角調整層を形成することで、前述のＦＡＳを用いた方法と同様に、所望の形状を有するレンズを精度良く得ることができる。さらに、バンク１１０の内側の領域に精度良くレンズ１１１を形成することができ、かつ、レンズ１１１の大きさおよび形状を綿密に制御することができる。
【００９８】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子２００およびその製造方法は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００およびその製造方法と実質的に同じ作用および効果を有する。さらに、本実施の形態に係る面発光型発光素子２００およびその製造方法では、以下に示す作用および効果を有する。
【００９９】
（１）この面発光型発光素子２００では、バンク１１０の内側の領域にレンズ１１１が形成されていることにより、出射面１０８からの出射光を、例えば光ファイバ等の光導波路に導入する場合に結合効率の向上を図ることができる。
【０１００】
また、この面発光型発光素子２００では、バンク１１０の上縁部１１０ａが出射面１０８よりも高い位置に形成され、このバンク１１０の内側の領域にレンズ１１１が形成されているので、レンズ１１１が所定の位置に精度良く設置することができる。このため、放射角を精密に制御することができる。
【０１０１】
さらに、バンク１１０の上縁部１１０ａが出射面１０８よりも０．５μｍ以上高い位置に形成されていることにより、レンズ１１１を安定な状態で設置することができる。
【０１０２】
そのうえ、バンク１１０の上面１１０ｂが出射面１０８よりも高い位置に設置されている。これにより、バンク１１０の内側の領域に、さらに安定な状態でレンズ１１１を設置することができる。
【０１０３】
（２）出射面上にレンズを形成する一般的な方法、例えば転写による方法では、出射面上に簡易かつ精度良くレンズを形成することが難しい場合が多い。これに対して、本実施の形態に係る面発光型発光素子２００の製造方法によれば、バンク１１０の上縁部１１０ａが出射面１０８よりも高い位置に形成されていることにより、光学部材（レンズ１１１）を形成する際にアライメントが容易で、かつ歩留まりを高めることができる。
【０１０４】
また、バンク１１０の上縁部１１０ａが出射面１０８よりも０．５μｍ以上高い位置に形成されていることにより、バンク１１０の内側の領域に、レンズ１１１を形成するためのレンズ材１１１ａ（図１３参照）を導入する際に、レンズ材１１１ａの導入量を容易に制御することができる。このため、レンズ１１１の大きさおよび形状の制御が可能となる。
【０１０５】
さらに、インクジェット法を用いてレンズ材１１１ａをバンク１１０の内側の領域に吐出させ、その後レンズ材１１１ａを硬化させる工程によって、レンズ１１１を形成することにより、レンズ１１１が正確にアライメントされた面発光型発光素子を、簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【０１０６】
そのうえ、レンズ１１１（図１０参照）を形成する前に、必要に応じて、レンズ材１１１ａ（図１２参照）の濡れ角を調整する工程を行なうことにより、濡れ角調整層とレンズ材１１１ａとの濡れ角によって、所望の形状を有するレンズを精度良く得ることができる。
【０１０７】
［第３の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１５は、本発明を適用した第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００を模式的に示す断面図である。なお、本実施の形態においては、第１および第２の実施の形態と同様に、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【０１０８】
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００は、半導体基板１０１の裏面側から光が出射する点で、第１および第２の実施の形態の面発光型発光素子１００，２００と異なる構造を有する。具体的には、半導体基板１０１に設けられた凹部２２１の底面に出射面３０８が設置され、この出射面３０８から光が出射する。
【０１０９】
また、この面発光型発光素子３００には、ＩｎＧａＡｓ系の層を含む活性層３０３が形成されている点で、ＡｌＧａＡｓ系の層を含む活性層１０３が形成されている第１および第２の実施の形態の面発光型発光素子１００，２００と異なる構造を有する。具体的には、活性層３０３は、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓウエル層およびＧａＡｓバリア層を含む量子井戸構造を有する。
【０１１０】
また、この面発光型発光素子３００は、ＩｎＧａＡｓ系の層を含む活性層３０３が設置されていることにより、ＧａＡｓ基板を透過可能な波長８８０ｎｍ以上の光（例えば１１００ｎｍ程度）を出射する面発光型半導体レーザとして機能することができる。
【０１１１】
一方、出射面３０８の上に、光学部材としてレンズ３１１が設置されている点で、第２の実施の形態の面発光型発光素子２００と同様の構造を有する。
【０１１２】
この他の構造については、第１および第２の実施の形態に係る面発光型発光素子１００，２００とほぼ同様の構造を有する。第１および第２の実施の形態に係る面発光型発光素子１００，２００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１１３】
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００は、半導体基板１０１の裏面に凹部２２１が設置され、この凹部２２１の底面に出射面３０８が設置されている。また、第２電極１０９は、半導体基板１０１の裏面のうち、出射面３０８以外の領域に形成されている。すなわち、出射面３０８は、凹部２２１の底面のうち第２電極１０９で覆われていない部分である。
【０１１４】
また、バンク３１０は、半導体基板１０１の裏面側に設置されている。この面発光型発光素子３００においては、凹部２２１の周辺領域がバンク３１０として機能する。具体的には、半導体基板１０１のうち凹部２２１の周辺領域ならびに該周辺領域上に形成された第２電極１０９がバンク３１０として機能する。
【０１１５】
さらに、図１５に示すように、このバンク３１０の上縁部３１０ａは、出射面３０８よりも高い位置に形成されている。さらに、バンク３１０の上面３１０ｂは、出射面３０８よりも高い位置に形成されている。
【０１１６】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子３００の動作は、第１および第２の実施の形態の面発光型発光素子１００，２００と基本的に同様である。ただし、本実施の形態の面発光型発光素子３００では、出射面３０８が半導体基板１０１の裏面に設置されているため、活性層３０３で生じた光は、下部ミラー１０２および半導体基板１０１を経た後、出射面３０８から出射する。また、本実施の形態の面発光型発光素子３００では、第２の実施の形態の面発光型発光素子２００と同様に、出射面３０８上にレンズ３１１が設置されている。このため、出射面３０８から出射する光は、レンズ３１１によって放射角が調整された後、半導体基板１０１に対して垂直方向（図１５に示す−Ｚ方向）へと出射する。
【０１１７】
（デバイスの製造プロセス）
次に、本発明を適用した第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００の製造方法の一例について、図１６および図１７を用いて説明する。図１６および図１７は、図１５に示す本実施の形態の面発光型発光素子３００の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【０１１８】
第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００は、途中の製造プロセスまでは、前述の第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造プロセスとほぼ同様の工程によって形成することができる。具体的には、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造プロセスにおいて、活性層１０３（図３参照）のかわりに、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓウエル層およびＧａＡｓバリア層を含む活性層３０３を形成する点を除いて、第１の実施の形態において図１〜図６に示す工程とほぼ同様の工程によって得られた半導体基板１０１を用いて形成される。
【０１１９】
まず、図６に示す半導体基板１０１に対して、例えば前述の方法と同様の方法にて、樹脂前駆体層１０６ａを半硬化させて半硬化樹脂層（図示せず）を形成した後、ウエットエッチングにより、該半硬化樹脂層の表面の高さを、柱状部１３０の上面と同じ高さに形成する。その後、前記半硬化樹脂層をほぼ完全に硬化させて、絶縁層１０６（図１６参照）を形成する。なお、この工程において、ウエットエッチングを用いずに、樹脂前駆体層１０６ａをほぼ完全に硬化させて樹脂層（図示せず）を形成した後、該樹脂層のうち柱状部１３０の上面に形成された部分をドライエッチングにより除去してもよい。
【０１２０】
続いて、図１７に示すように、例えばドライエッチング法により、半導体基板１０１の裏面に凹部２２１を形成する。続いて、第１の実施の形態の面発光型発光素子１００の製造方法と同様の方法を用いて、第１電極１０７および第２電極１０９、ならびに出射面３０８を形成した後、前述した第２の実施の形態の面発光型発光素子２００の製造方法と同様の方法を用いて、レンズ３１１を形成する。
【０１２１】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００およびその製造方法は、第１および第２の実施の形態に係る面発光型発光素子１００，２００およびその製造方法と実質的に同じ作用および効果を有する。さらに、本実施の形態に係る面発光型発光素子３００およびその製造方法では、以下に示す作用および効果を有する。
【０１２２】
この面発光型発光素子３００では、バンク３１０の高さ、すなわち凹部２２１の深さを調節することによって光路長の調整を行なうことができる。これにより、出射光の放射角の制御をより自由度が高い状態で行なうことが可能となる。その結果、放射角が良好に制御された素子が得られる。また、凹部２２１の深さを調節することによって、レンズ材の導入量を容易に制御することができる。これにより、大きさおよび形状が良好に制御されたレンズ３１１を形成することができる。
【０１２３】
［第４の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１８は、本発明を適用した第４の実施の形態に係る面発光型発光素子４００を模式的に示す断面図である。なお、本実施の形態においては、第１〜第３の実施の形態と同様に、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【０１２４】
本実施の形態に係る面発光型発光素子４００は、半導体基板１０１の裏面側から光が出射する点で、第３の実施の形態の面発光型発光素子３００と同様の構造を有する。また、この面発光型発光素子４００は、第３の実施の形態の面発光型発光素子３００と同様に、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓウエル層とＧａＡｓバリア層からなる量子井戸構造を有する活性層３０３を有する。
【０１２５】
一方、この面発光型発光素子４００は、半導体基板１０１の裏面に第１凹部３２１が設置され、第１凹部３２１に光路調整層４３０が埋め込まれている点、ならびに第２電極１０９が第１電極１０７と同じ側に形成されている点で、第３の実施の形態の面発光型発光素子３００と異なる構造を有する。
【０１２６】
具体的には、この面発光型発光素子４００では、半導体基板１０１の裏面に第１凹部３２１が設置され、第１凹部３２１に光路調整層４３０が埋め込まれ、この光路調整層４３０に第２凹部４２１が設置されている。この第２凹部４２１の上に、光学部材としてレンズ４１１が設置されている。
【０１２７】
この他の構成要素の構造および機能については、第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００とほぼ同様の構造および機能を有する。第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１２８】
本実施の形態に係る面発光型発光素子４００においては、第１凹部３２１に光路調整層４３０が埋め込まれている。すなわち、図１８に示すように、光路調整層４３０は、半導体基板１０１とレンズ４１１との間に形成されている。この光路調整層４３０の幅および膜厚は、第１凹部３２１の幅および深さを調整することによって制御することができる。また、この光路調整層４３０は、面発光型発光素子４００より出射されるレーザ光を吸収しない材料で形成されていることが望ましい。すなわち、光路調整層４３０の材質は、面発光型発光素子４００より出射されるレーザ光の波長帯域に吸収帯域をもたない材質から形成されていることが望ましい。
【０１２９】
また、この面発光型発光素子４００においては、光路調整層４３０のうち第２凹部４２１の周辺領域がバンク４１０として機能する。このバンク４１０の上縁部４１０ａは、出射面４０８よりも高い位置に形成されている。さらに、バンク４１０の上面４１０ｂは、出射面４０８よりも高い位置に形成されている。
【０１３０】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子４００の動作は、第３の実施の形態の面発光型発光素子３００と基本的に同様である。また、本実施の形態の面発光型発光素子４００は、半導体基板１０１とレンズ４１１との間に光路調整層４３０が形成されているため、活性層３０３にて生じた光は、下部ミラー１０２および半導体基板１０１を経た後、半導体基板１０１の裏面から光路調整層４３０を経て出射面４０８へと到達し、出射面４０８から出射する。この出射面４０８から出射した光は、レンズ４１１によって放射角が調整された後、半導体基板１０１と垂直方向（図１８に示す−Ｚ方向）へと出射される。
【０１３１】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子４００およびその製造方法は、第１〜第３の実施の形態に係る面発光型発光素子１００，２００，３００およびこれらの製造方法と実質的に同じ作用および効果を有する。さらに、本実施の形態に係る面発光型発光素子４００およびその製造方法では、以下に示す作用および効果を有する。
【０１３２】
この面発光型発光素子４００によれば、半導体基板１０１とレンズ４１１との間に光路調整層４３０が形成されていることにより、出射光の放射角の制御をより自由度が高い状態で行なうことが可能になる。すなわち、光路調整層４３０を形成するための材料を適宜選択することにより、光路調整層４３０の屈折率を調整することができる。これにより、出射光の放射角の制御をより高い自由度で行なうことができる。
【０１３３】
［第５の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１９は、本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００を模式的に示す断面図である。図２０は、本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００を模式的に示す平面図である。図１９は、図２０のＢ−Ｂ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、面発光型発光素子として半導体紫外発光ダイオード（以下、「紫外ＬＥＤ」ともいう）を用いた場合について説明する。
【０１３４】
この実施の形態の面発光型発光素子５００は、図１９に示すように、サファイア基板５０１と、サファイア基板５０１上に形成された発光素子部５０２とを含む。この面発光型発光素子５００においては、この発光素子部５０２によって紫外光が発生する。
【０１３５】
発光素子部５０２は、例えば、サファイア基板５０１上に形成されたｎ型ＧａＮ層からなるバッファ層５２２、ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２３、ｎ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層５２４、ＧａＮ層を少なくとも１層含み、発光層として機能する活性層５２５、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層５２６、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２７が順次積層されて構成されている。
【０１３６】
ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２３、不純物がドーピングされていない活性層５２５、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２７により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【０１３７】
また、発光素子部５０２のうち出射面５０８側からコンタクト層５２３の途中にかけての部分が、出射面５０８側からから見て円形の形状にエッチングされて柱状部５３０が形成されている。本実施の形態においては、柱状部５３０とは、発光素子部５０２の一部を構成する柱状の半導体堆積体をいう。なお、柱状部５３０の平面形状は任意の形状をとることが可能である。
【０１３８】
絶縁層５０６は、柱状部５３０の側面ならびにコンタクト層５２３の上面を覆うように形成されている。したがって、柱状部５３０の側面は絶縁層５０６で取り囲まれている。
【０１３９】
さらに、柱状部５３０の上面から絶縁層５０６の表面にかけては、第１電極５０７が形成されている。柱状部５３０の上面には出射面５０８が設置されており、この出射面５０８から光が出射する。すなわち、柱状部５３０の上面のうち第１電極５０７で覆われていない部分が出射面５０８に該当する。また、絶縁層５０６の一部が除去されてコンタクト層５２３が露出しており、この露出したコンタクト層５２３の表面に接触する形で第２電極５０９が形成されている。
【０１４０】
絶縁層５０６、ならびに第１および第２電極５０７，５０９としては、前述した第１〜第４の実施の形態の面発光型発光素子１００〜４００を構成する絶縁層１０６、ならびに第１および第２電極１０７，１０９と同様の材料を用いて形成することができる。
【０１４１】
本実施の形態の面発光型発光素子５００においては、柱状部５３０の周辺領域はバンク５１０として機能する。ここで、柱状部５３０の周辺領域とは、絶縁層５０６、ならびに第１電極５０７のうち絶縁層５０６の上面５０６ｃに形成されている部分をいう。
【０１４２】
さらに、出射面５０８の上には蛍光体層５１２が設置されている。この蛍光体層５１２は、図１９に示すように、バンク５１０の内側の領域に形成されている。この蛍光体層５１２は、波長変換部材としての機能を有する。具体的には、蛍光体層５１２は、発光素子部５０２で生じた光を異なる波長の光へと変換する機能を有する。蛍光体層５１２は、蛍光体材料を含有する層からなる。蛍光体層５１２に含まれる蛍光体材料は、出射面５０８から出射する光に励起されて、この蛍光体材料に依存する波長の光を発する。本実施の形態の面発光型発光素子５００においては、蛍光体層５１２は、例えばイットリウム系材料およびユウロピウム系材料からなる蛍光体材料を含有する層からなる。この場合、蛍光体層５１２は、発光素子部５０２で生じた光を赤色光へと変換する。なお、蛍光体層５１２に用いる蛍光体材料としては、上述した材料に限定されず、例えばＳｒ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｚｎ等を母体とする公知の蛍光体材料を用いることができる。
【０１４３】
バンク５１０は、出射面５０８を取り囲むように形成されている。このバンク５１０の上縁部５１０ａは、出射面５０８よりも高い位置に形成されている。さらに、図１９に示すように、バンク５１０の上面５１０ｂを出射面５０８より高い位置に形成することができる。
【０１４４】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子５００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の紫外ＬＥＤの駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【０１４５】
まず、第１電極５０７と第２電極５０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層５２５において、電子と正孔との再結合が起こり、係る再結合による発光（紫外光）が生じる。この紫外光は、柱状部５３０上面にある出射面５０８から出射する。
【０１４６】
この出射面５０８から出射する紫外光を励起光として、蛍光体層５１２中の蛍光体材料が励起されて、この紫外光とは異なる所定波長の光（ここでは赤色光）が生じる。この結果、蛍光体層５１２中の蛍光体材料に依存した波長の光が蛍光体層５１２から外部へと出射する。
【０１４７】
（デバイスの製造プロセス）
次に、本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００の製造方法の一例について説明する。この面発光型発光素子５００は、前述の第１の実施の形態の面発光型発光素子１００と類似する工程にて形成することができる。
【０１４８】
（１）まず、サファイア基板５０１の表面に、ｎ型ＧａＮ層からなるバッファ層５２２、ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２３、ｎ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層５２４、ＧａＮ層を少なくとも１層含み、発光層として機能する活性層５２５、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層５２６、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２７からなる多層膜（図示せず）を結晶成長させる。結晶成長の方法としては、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法が例示できる。この際、ｎ型の層を形成する際には例えばＳｉを、ｐ型の層を形成する際には例えばＭｇをそれぞれドープする。あるいは、ｎ型の層を形成する際にＧｅを、ｐ型の層を形成する際にはＺｎを用いてドープすることもできる。また、結晶成長にあたって、例えば特開平４−２９７０２３号公報に開示されている公知技術が利用できる。
【０１４９】
次いで、アニール処理を行ない、クラッド層５２６およびコンタクト層５２７の各層に含まれるＭｇを活性化した後、例えばドライエッチング法により、ｐ型コンタクト層５２７からｎ型コンタクト層５２３の途中にかけてエッチングを行ない、柱状部５３０を形成する。
【０１５０】
（２）続いて、柱状部５３０の周囲に絶縁層５０６を形成する。この絶縁層５０６は、第１の実施形態における絶縁層１０６と同様の工程にて形成することができる。この工程において得られる絶縁層５０６は、第１の実施形態における絶縁層１０６と同様の構造を有する。すなわち、絶縁層５０６の上面５０６ｃが柱状部５３０の上面より高い位置に設置される。なお、この工程において、第２電極５０９をコンタクト層５２３の上に形成するために、絶縁層５０６をコンタクト層５２３の一部が露出するような形状に形成する。
【０１５１】
（３）次いで、例えば真空蒸着法により、第１および第２電極５０７，５０９を形成する。また、この工程において、柱状部５３０の上面に出射面５０８が形成される。なお、この工程においては、リフトオフ法を用いて所望の表面形状を得ることができる。あるいは、ドライエッチング法を用いて第１および第２電極５０７，５０９を形成してもよい。これらの電極を形成後、アニール処理を行ない、オーミックコンタクトを形成する。
【０１５２】
（４）次いで、出射面５０８上に蛍光体層５１２を形成する。蛍光体層５１２は、前述の第２の実施の形態の面発光型発光素子２００の製造工程にて光学部材１１１を形成する方法と同様、インクジェット法により形成することができる。具体的には、蛍光体材料の微粒子を分散させた溶液を出射面５０８の上に吐出して、該溶液をバンク５１０の内側の領域に導入した後、溶媒を揮発させることにより蛍光体層５１２を形成する。なお、該溶媒の揮発は、溶媒の気化温度に応じた温度で行なう。
【０１５３】
以上の工程により、図１９および図２０に示す面発光型発光素子５００が得られる。
【０１５４】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子５００およびその製造方法は、以下に示す作用および効果を有する。
【０１５５】
（１）出射面５０８の上に蛍光体層５１２が形成されていることにより、発光素子部５０２によって生じる紫外光を励起光として蛍光体層５１２中の蛍光体材料が励起されて、所定波長の光が生じる。この結果、蛍光体層５１２中の蛍光体材料に依存した波長の光を蛍光体層５１２から外部へと出射させることができる。すなわち、素子５００が駆動することによって生じる光とは異なる波長の光を出射させることができる。
【０１５６】
（２）バンク５１０の上縁部５１０ａが出射面５０８よりも高い位置に形成され、このバンク５１０の内側の領域に蛍光体層５１２が形成されているので、蛍光体層５１２を所定の位置に精度良く設置することができる。
【０１５７】
さらに、バンク５１０の上面５１０ｂが出射面５０８よりも高い位置に設置されている。これにより、バンク５１０の内側の領域に、安定な状態で蛍光体層５１２を設置することができる。
【０１５８】
（３）バンク５１０の上縁部５１０ａが出射面５０８よりも高い位置に形成されていることにより、蛍光体層５１２を形成する際にアライメントが容易で、かつ歩留まりを高めることができる。
【０１５９】
（４）インクジェット法を用いて蛍光体層５１２を形成するための材料をバンク１１０の内側の領域に吐出させることによって、蛍光体層５１２を形成することにより、蛍光体層５１２が正確にアライメントされた面発光型発光素子５００を、簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【０１６０】
［第６の実施の形態］
図２１は、本発明を適用した第６の実施の形態に係る光モジュールを模式的に説明する図である。本実施の形態に係る光モジュールは、構造体１０００（図２１参照）を含む。この構造体１０００は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００（図１参照）、プラットフォーム１１２０、第１の光導波路１１３０およびアクチュエータ１１５０を有する。また、この構造体１０００は、第２の光導波路１３０２を有する。第２の光導波路１３０２は、基板１３００の一部をなす。第２の光導波路１３０２には、接続用光導波路１３０４を光学的に接続してもよい。接続用光導波路１３０４は、光ファイバであってもよい。また、プラットフォーム１１２０は、樹脂１３０６によって基板１３００に固定されている。
【０１６１】
本実施の形態の光モジュールでは、面発光型発光素子１００（出射面１０８・図１参照）から光が出射した後、第１および第２の光導波路１１３０，１３０２（および接続用光導波路１３０４）を通して、受光素子（図示せず）にこの光を受光させる。
【０１６２】
［第７の実施の形態］
図２２は、本発明を適用した第７の実施の形態に係る光伝達装置を説明する図である。本実施の形態では、第１の光導波路１１３０と受光素子２１０との間に、複数の第３の光導波路１２３０，１３１０，１３１２を有する。また、本実施の形態に係る光伝達装置は、複数（２つ）の基板１３１４，１３１６を有する。
【０１６３】
本実施の形態では、面発光型発光素子１００側の構成（面発光型発光素子１００、プラットフォーム１１２０、第１の光導波路１１３０、第２の光導波路１３１８、アクチュエータ１１５０を含む。）と、受光素子２１０側の構成（受光素子２１０、プラットフォーム１２２０、第３の光導波路１２３０，１３１０を含む。）との間に、第３の光導波路１３１２が配置されている。第３の光導波路１３１２として、光ファイバなどを使用して、複数の電子機器間の光伝達を行なうことができる。
【０１６４】
例えば、図２３において、光伝達装置１１００は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器１１０２を相互に接続するものである。電子機器１１０２は、情報通信機器であってもよい。光伝達装置１１００は、光ファイバ等の第３の光導波路１３１２を含むケーブル１１０４を有する。光伝達装置１１００は、ケーブル１１０４の両端にプラグ１１０６が設けられたものであってもよい。それぞれのプラグ１１０６内に、面発光型発光素子１００，受光素子２１０側の構成が設けられる。いずれかの電子機器１１０２から出力された電気信号は、発光素子によって光信号に変換され、光信号はケーブル１１０４を伝わり、受光素子によって電気信号に変換される。電気信号は、他の電子機器１１０２に入力される。こうして、本実施の形態に係る光伝達装置１１００によれば、光信号によって、電子機器１１０２の情報伝達を行なうことができる。
【０１６５】
図２４は、本発明を適用した実施の形態に係る光伝達装置の使用形態を示す図である。光伝達装置１１１２は、電子機器１１１０間を接続する。電子機器１１１０として、液晶表示モニター又はディジタル対応のＣＲＴ（金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。）、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ディジタルＴＶ、小売店のレジ（ＰＯＳ（Point of Sale Scanning）用）、ビデオ、チューナー、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。
【０１６６】
なお、第６および第７の実施の形態（図２１〜図２４参照）において、面発光型発光素子１００のかわりに、面発光型発光素子２００（図１０参照），３００（図１５参照），４００（図１８参照），５００（図１９参照）を用いた場合でも、同様の作用および効果を奏することができる。
【０１６７】
すなわち、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【０１６８】
例えば、上記実施の形態では、柱状部を一つ有する面発光型発光素子について説明したが、基板面内で柱状部が複数個設けられていても本発明の形態は損なわれない。また、複数の面発光型発光素子がアレイ化されている場合でも、同様の作用および効果を有する。
【０１６９】
また、例えば、上記実施の形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系の半導体材料を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図３】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図８】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図９】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１０および図１１に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】図１０および図１１に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】図１０および図１１に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１５】本発明を適用した第３の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図１６】図１５に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１７】図１５に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１８】本発明を適用した第４の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図１９】本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図２０】本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図２１】本発明を適用した第６の実施の形態に係る光モジュールを模式的に示す図である。
【図２２】本発明を適用した第７の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図２３】本発明を適用した第７の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図２４】本発明を適用した第７の実施の形態に係る光伝達装置の使用形態を示す図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，５００ 面発光型発光素子
１０１ 半導体基板
１０１ａ 半導体基板の表面
１０２ 下部ミラー
１０３，３０３，５２５ 活性層
１０４ 上部ミラー
１０５ 酸化狭窄層
１０６，５０６ 絶縁層
１０６ａ 樹脂前駆体層
１０６ｂ 半硬化樹脂層
１０６ｃ，５０６ｃ 絶縁層の上面
１０７，５０７ 第１電極
１０８，３０８，４０８，５０８ 出射面
１０９，５０９ 第２電極
１１０，３１０，４１０，５１０ バンク
１１０ａ，３１０ａ，４１０ａ，５１０ａ バンクの上縁部
１１０ｂ，３１０ｂ，４１０ｂ，５１０ｂ バンクの上面
１１１，３１１，４１１ レンズ
１１１ａ レンズ材
１１２ ノズル
１１３ エネルギー線
１２０ インクジェットヘッド
１３０，５３０ 柱状部
１４０ 共振器
１５０ 半導体多層膜
２１０ 受光素子
２２１ 凹部
３２１ 第１凹部
４２１ 第２凹部
４３０ 光路調整層
５０１ サファイア基板
５０１ａ サファイア基板の表面
５０２ 発光素子部
５２２ バッファ層
５２３ コンタクト層
５２４ クラッド層
５２６ クラッド層
５２７ コンタクト層
５１２ 蛍光体層
１０００ 構造体
１１００，１１１２ 光伝達装置
１１１０，１１０２ 電子機器
１１０４ ケーブル
１１０６ プラグ
１１２０，１２２０ プラットフォーム
１１３０ 第１の光導波路
１１５０ アクチュエータ
１１５２ クッション
１１５４ エネルギー供給源
１２３０，１３１０，１３１２ 第３の光導波路
１３００ 基板
１３０２，１３１８ 第２の光導波路
１３０４ 接続用光導波路
１３０６ 樹脂
１３１４，１３１６ 基板
Ｒ１００，Ｒ２００ レジスト
【発明の属する技術分野】
本発明は、面発光型発光素子およびその製造方法、ならびに該面発光型発光素子を含む光モジュールおよび光伝達装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
面発光型半導体レーザに代表される面発光型発光素子は、光通信や光演算、および各種センサの光源として大いに期待されている。これらの用途においては、場合によって、出射光の光学特性、例えば光の放射角や波長等を制御する必要が生じる。この場合、例えば、所定の光学部材を設置することにより、光学特性を制御することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、出射光の光学特性を制御できる面発光型発光素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００４】
また、本発明の目的は、前記面発光型発光素子を含む光モジュールおよび光伝達装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（面発光型発光素子）
本発明の面発光型発光素子は、基体と垂直方向に光を出射できる面発光型発光素子であって、
出射面と、該出射面を取り囲むように形成されたバンクとを含み、
前記バンクの上縁部は、前記出射面よりも高い位置に形成されている。
【０００６】
ここで、「バンクの上縁部」とは、前記バンクの上面のうち、前記出射面に近い側の縁部をいう。また、「基体」とは、発光素子が形成される基板をいい、例えば面発光型半導体レーザの場合、半導体基板をいい、例えば半導体発光ダイオードの場合、例えばサファイア基板をいい、例えばＥＬ素子の場合、例えば透明基板をいう。
【０００７】
本発明の面発光型発光素子によれば、前記バンクの上縁部が、前記出射面よりも高い位置に形成されていることにより、前記バンクの内側の領域に光学部材を設置する場合、該光学部材を安定して設置することができる。これにより、前記出射面から出射する光の特性を効果的に制御することができる。
【０００８】
本発明の面発光型発光素子は、以下の態様（１）〜（８）をとることができる。
【０００９】
（１）前記バンクの上縁部を、前記出射面よりも０．５μｍ以上高い位置に形成することができる。
【００１０】
（２）前記バンクの上面を、前記出射面よりも高い位置に形成することができる。
【００１１】
（３）前記バンクは、絶縁体により形成することができる。
【００１２】
（４）前記バンクは、ポリイミド系樹脂またはフッ素系樹脂により形成することができる。
【００１３】
（５）前記出射面の上方に、光学部材を形成することができる。ここで、光学部材とは、発光素子からの出射光の光学特性を変化させる機能を有する部材をいう。光学特性とは、例えば、波長、偏光、放射角等が挙げられる。このような光学部材としては、例えばレンズ、干渉フィルタ、偏光フィルタ、波長フィルタ、および波長変換部材が例示できる。
【００１４】
この場合、前記光学部材は、前記バンクの内側の領域に形成することができる。
【００１５】
また、この場合、前記光学部材は、紫外線硬化型樹脂により形成することができる。
【００１６】
（６）前記面発光型発光素子は、面発光型半導体レーザであることができる。この場合、下記の態様（Ｉ）〜（III）を例示できる。
【００１７】
（Ｉ）前記基体は、半導体基板であり、
前記面発光型半導体レーザは、
前記半導体基板上に形成された共振器と、
前記共振器の少なくとも一部を構成する柱状部と、
前記柱状部の側面を覆う絶縁層と、を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面が設置され、
前記柱状部の周辺領域は、前記バンクとして機能できる。
【００１８】
（II）前記基体は、半導体基板であり、
前記面発光型半導体レーザは、前記半導体基板上に形成された共振器を含み、前記半導体基板の裏面に、凹部が形成され、
前記前記凹部の上面に、前記出射面が設置され、
前記凹部の周辺領域は、前記バンクとして機能できる。
【００１９】
ここで、半導体基板の裏面とは、前記半導体基板において前記共振器の設置面と反対側の面をいう。
【００２０】
（III）前記基体は、半導体基板であり、
前記面発光型半導体レーザは、前記半導体基板上に形成された共振器を含み、
前記半導体基板の裏面に、第１凹部が形成され、
前記第１凹部には、光路調整層が埋め込まれて形成され、
前記光路調整層には、第２凹部が形成され、
前記第２凹部の上面に、前記出射面が形成され、
前記第２凹部の周辺領域は、前記バンクとして機能できる。
【００２１】
（７）前記面発光型発光素子は、半導体発光ダイオードであることができる。
【００２２】
この場合、前記基体は、半導体基板であり、
前記半導体発光ダイオードは、
前記半導体基板上に形成された発光素子部と、
前記発光素子部の少なくとも一部を構成する柱状部と、
前記柱状部の側面を覆う絶縁層と、を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面が設置され、
前記柱状部の周辺領域は、前記バンクとして機能することができる。
【００２３】
（８）前記面発光型発光素子は、ＥＬ素子であることができる。
【００２４】
（面発光型発光素子の製造方法）
本発明の面発光型発光素子の製造方法は、
基体と垂直方向に光を出射できる面発光型発光素子の製造方法であって、以下の工程（ａ）および工程（ｂ）を含む。
【００２５】
（ａ）前記出射面を含み、前記発光素子として機能する部分を形成する工程、および
（ｂ）前記出射面を取り囲むようにバンクを形成する工程であって、該バンクの上面が該出射面よりも高い位置になるように形成する工程。
【００２６】
本発明の面発光型発光素子の製造方法によれば、出射光の光学特性が効果的に制御された発光素子を簡便な方法にて形成することができる。
【００２７】
（１）この場合、以下の工程（ｃ）を含むことができる。
【００２８】
（ｃ）前記出射面の上方に、光学部材を形成する工程。
【００２９】
（２）また、この場合、前記工程（ｃ）において、前記光学部材がレンズであって、前記バンクの内側の領域に該レンズを形成する工程を含むことができる。この工程によれば、前記光学部材が正確な位置に設置された面発光型発光素子を、簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【００３０】
（３）さらにこの場合、前記工程（ｃ）において、前記バンクの内側の領域に前記レンズを形成する工程が以下の工程（ｃ−１）および（ｃ−２）を含むことができる。
【００３１】
（ｃ−１）インクジェット法により、レンズ材を前記バンクの内側の領域に吐出する工程、および
（ｃ−２）前記レンズ材を硬化させる工程。
【００３２】
この工程によれば、前記レンズが正確にアライメントされた面発光型発光素子を、簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【００３３】
（４）さらにこの場合、以下の工程（ｄ）を含むことができる。
【００３４】
（ｄ）前記工程（ｃ−１）の前に、前記レンズ材の濡れ角を調整する工程。この工程によれば、前記バンクの内側の領域に、所望の形状を有するレンズを精度良く形成することができる。
【００３５】
（５）（３）および（４）の場合において、レンズ材として紫外線硬化型樹脂を用いることができる。この工程によれば、熱工程など素子に対するダメージを与えやすい工程を含まずに、短時間で効率良くレンズ材を硬化させることができるため、素子に対する影響を少なくすることができる。
【００３６】
（光モジュールおよび光伝達装置）
本発明の面発光型発光素子と、光導波路とを含む光モジュールに適用することができる。また、前記光モジュールを含む光伝達装置に適用することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
［第１の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００を模式的に示す断面図である。図２は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００を模式的に示す平面図である。図１は、図２のＡ−Ａ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【００３９】
本実施の形態の面発光型発光素子１００は、図１に示すように、半導体基板（本実施形態ではＧａＡｓ基板）１０１と、半導体基板１０１上に形成された垂直共振器（以下「共振器」とする）１４０とを含む。この共振器１４０は柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」とする）１３０を含み、柱状部１３０の側面は絶縁層１０６で覆われている。
【００４０】
本実施の形態の面発光型発光素子１００においては、柱状部１３０の周辺領域はバンク１１０として機能する。ここで、柱状部１３０の周辺領域とは、絶縁層１０６、ならびに第１電極１０７のうち絶縁層１０６の上面１０６ｃに形成されている部分をいう。
【００４１】
この面発光型発光素子１００は、図１に示すように、光が出射する出射面１０８と、出射面１０８を取り囲むように形成されたバンク１１０とを含む。この出射面１０８は、柱状部１３０の上面に設置されており、この出射面１０８からレーザ光が出射する。本実施の形態の面発光型発光素子１００においては、柱状部１３０の上面のうち第１電極１０７で覆われていない部分が出射面１０８に該当する。
【００４２】
このバンク１１０の上縁部１１０ａは、出射面１０８よりも高い位置に形成されている。ここで、バンク１１０の上縁部１１０ａとは、バンク１１０の上面１１０ｂのうち、出射面１０８に近い側の縁部をいう。本実施の形態の面発光型発光素子１００においては、バンク１１０の上縁部１１０ａとは、バンク１１０の上面１１０ｂのうち、柱状部１３０に近い側の縁部をいう。
【００４３】
ここで、「このバンク１１０の上縁部１１０ａが、出射面１０８よりも高い位置に形成されている」とは、バンク１１０の上縁部１１０ａと半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａとの距離が、出射面１０８と半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａとの距離よりも大きいことをいう。すなわち、半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａを基準として、各構成要素と半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａとの距離が大きいほど、「高い」位置に形成されているとする。
【００４４】
例えば、後述する「このバンク１１０の上面１１０ｂが、出射面１０８よりも高い」場合も同様に、バンク１１０の上面１１０ｂと半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａとの距離が、出射面１０８と半導体基板１０１の共振器設置面１０１ａとの距離よりも大きいことをいう。他の実施形態においても同様である。
【００４５】
特に、このバンク１１０の上縁部１１０ａが、出射面１０８よりも０．５μｍ以上高い位置に形成されているのが望ましい。すなわち、図１に示すように、出射面１０８からバンク１１０の上縁部１１０ａまでの高さＸが０．５μｍ以上であることが望ましい。このように、バンク１１０の上縁部１１０ａが、出射面１０８よりも０．５μｍ以上高い位置に形成されていることにより、例えば出射面１０８上にレンズ等の光学部材を設置する場合、前記光学部材を安定な状態で設置することができる。
【００４６】
さらに、図１に示すように、この面発光型発光素子１００においては、バンク１１０の上面１１０ｂが出射面１０８より高い位置に形成されているのが望ましい。これにより、例えば前述した光学部材を設置する場合、さらに安定な状態で前記光学部材を設置することができる。
【００４７】
次に、この面発光型発光素子１００の各構成要素について説明する。
【００４８】
面発光型発光素子１００は、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成された共振器１４０とを含む。
【００４９】
共振器１４０には柱状部１３０が形成されている。ここで、柱状部１３０とは、共振器１４０の一部であって、少なくとも上部ミラー１０４を含む柱状の半導体堆積体をいう。この柱状部１３０は絶縁層１０６で埋め込まれている。すなわち、柱状部１３０の側面は絶縁層１０６で取り囲まれている。さらに、柱状部１３０上には第１電極１０７が形成されている。
【００５０】
共振器１４０は、例えば、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「下部ミラー」という）１０２、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３、およびｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラー（以下、「上部ミラー」という）１０４が順次積層されて構成されている。なお、下部ミラー１０２、活性層１０３、および上部ミラー１０４を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
【００５１】
上部ミラー１０４は、例えばＣがドーピングされることによりｐ型にされ、下部ミラー１０２は、例えばＳｉがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、上部ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、および下部ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００５２】
また、共振器１４０のうち面発光型発光素子１００のレーザ光出射側から下部ミラー１０２の途中にかけての部分が、レーザ光出射側からから見て円形の形状にエッチングされて柱状部１３０が形成されている。なお、本実施の形態では、柱状部１３０の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることが可能である。
【００５３】
さらに、上部ミラー１０４を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、酸化アルミニウムからなる電流狭窄層１０５が形成されている。この電流狭窄層１０５は、リング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層１０５は、図１におけるＸ−Ｙ平面に平行な面で切断した場合における断面が同心円状である形状を有する。
【００５４】
また、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００においては、柱状部１３０の側面ならびに下部ミラー１０２の上面を覆うようにして、絶縁層１０６が形成されている。
【００５５】
この面発光型発光素子１００の製造工程においては、柱状部１３０の側面を覆う絶縁層１０６を形成した後、柱状部１３０の上面および絶縁層１０６の上面に第１電極１０７を、半導体基板１０１の裏面（半導体基板１０１において共振器１４０の設置面と反対側の面）に第２電極１０９を、それぞれ形成する。これらの電極形成の際には一般的に、アニール処理を約４００℃で行なう（後述する製造プロセスを参照）。したがって、樹脂を用いて絶縁層１０６を形成する場合、このアニール処理工程に耐え得るためには、絶縁層１０６を構成する樹脂は耐熱性に優れたものであることが必要とされる。この要求を満たすためには、絶縁層１０６を構成する樹脂がポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂等であることが望ましく、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂であるのが望ましい。また、絶縁層１０６の上に、樹脂を原材料として光学部材（例えばレンズ）を形成する場合、レンズ材（樹脂）との接触角が大きく、レンズ形状を制御しやすいという観点からも、絶縁層１０６はポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂から形成されるのが望ましい。この場合、絶縁層１０６は、熱または光等のエネルギー照射により硬化、あるいは化学反応によって樹脂前駆体を硬化させることにより形成される。
【００５６】
また、柱状部１３０および絶縁層１０６の上には、第１電極１０７が形成されている。さらに、柱状部１３０上面の中央部には、第１電極１０７が形成されていない部分（開口部）が設けられている。この部分が出射面１０８である。この出射面１０８がレーザ光の出射口となる。第１電極１０７は、例えばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜からなる。
【００５７】
さらに、半導体基板１０１の裏面には、第２電極１０９が形成されている。すなわち、図１に示す面発光型発光素子１００では、柱状部１３０上で第１電極１０７と接合し、かつ、半導体基板１０１の裏面で第２電極１０９と接合し、この第１電極１０７および第２電極１０９によって活性層１０３に電流が注入される。第２電極１０９は、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなる。
【００５８】
第１および第２電極１０７，１０９を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、例えばＴｉやＰｔなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。
【００５９】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の面発光型半導体レーザの駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００６０】
まず、第１電極１０７と第２電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、係る再結合による発光が生じる。そこで生じた光が上部ミラー１０４と下部ミラー１０２との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、柱状部１３０上面にある出射面１０８から、半導体基板１０１に対して垂直方向（図１に示すＺ方向）にレーザ光が出射される。ここで、「半導体基板１０１に対して垂直方向」とは、半導体基板１０１の表面１０１ａ（図１ではＸ−Ｙ平面と平行な面）に対して垂直な方向（図１ではＺ方向）をいう。
【００６１】
（デバイスの製造プロセス）
次に、本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法の一例について、図３〜図９を用いて説明する。図３〜図９は、図１および図２に示す本実施の形態の面発光型発光素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１に示す断面に対応している。
【００６２】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図３に示すように、半導体多層膜１５０を形成する。ここで、半導体多層膜１５０は例えば、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの下部ミラー１０２、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３、およびｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの上部ミラー１０４からなる。これらの層を順に半導体基板１０１上に堆層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。なお、上部ミラー１０４を成長させる際に、活性層近傍の少なくとも１層を、ＡｌＡｓ層またはＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層に形成する。この層は後に酸化され、電流狭窄層１０５となる。また、上部ミラー１０４の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極（後述する第１電極１０７）とのオーミック接触をとりやすくしておくのが望ましい。
【００６３】
エピタキシャル成長を行なう際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行なう際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ法（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）を用いることができる。
【００６４】
続いて、半導体多層膜１５０上に、フォトレジスト（図示しない）を塗布した後フォトリソグラフィ法により該フォトレジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層Ｒ１００を形成する。ついで、このレジスト層Ｒ１００をマスクとして、例えばドライエッチング法により、上部ミラー１０４、活性層１０３、および下部ミラー１０２の一部をエッチングして、図４に示すように、柱状の半導体堆積体（柱状部）１３０を形成する。以上の工程により、図４に示すように、半導体基板１０１上に、柱状部１３０を含む共振器１４０が形成される。その後、レジスト層Ｒ１００を除去する。
【００６５】
続いて、図５に示すように、例えば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって共振器１４０が形成された半導体基板１０１を投入することにより、前述の上部ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層を側面から酸化して、電流狭窄層１０５を形成する。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層（前記Ａｌ組成が高い層）のＡｌ組成および膜厚に依存する。酸化により形成される電流狭窄層を備えた面発光レーザでは、駆動する際に、電流狭窄層が形成されていない部分（酸化されていない部分）のみに電流が流れる。したがって、酸化によって電流狭窄層を形成する工程において、形成する電流狭窄層１０５の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
【００６６】
以上の工程により、面発光型発光素子１００のうち、発光素子として機能する部分（出射面１０８および電極１０７，１０９を除く）が形成される。
【００６７】
（２）次いで、柱状部１３０を取り囲む絶縁層１０６（図９参照）を形成する。なお、ここでは、絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について説明する。まず、図６に示すように、例えばスピンコート法を用いて、樹脂前駆体（ポリイミド前駆体）を共振器１４０上に塗布して、樹脂前駆体層１０６ａを形成する。ここで、樹脂前駆体層１０６ａの膜厚（すなわち、下部ミラー１０２上面から樹脂前駆体層１０６ａ上面までの距離）が柱状部１３０の高さより大きくなるように、樹脂前駆体層１０６ａを形成する。次に、使用する樹脂前駆体層１０６ａが溶媒を含む場合、この半導体基板１０１について、ホットプレート等を用いて加熱して樹脂前駆体層１０６ａ中の溶媒を除去する。次いで、柱状部１３０の上に存在する樹脂を除去する（図８参照）。
【００６８】
なお、樹脂前駆体層１０６ａの形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、インクジェット法等の公知技術が利用できる。
【００６９】
柱状部１３０の上に存在する樹脂を除去する方法としては、（ｉ）樹脂前駆体層１０６ａを半硬化させた後、ウエットエッチングにより柱状部１３０の上に存在する樹脂を除去する方法（特願２００１−０６６２９９号に記載されている方法を利用）、（ii）樹脂前駆体層１０６ａをほぼ完全に硬化させた後、ドライエッチングにより柱状部１３０の上に存在する樹脂を除去する方法等が例示できる。本実施の形態においては、前記（ｉ）の方法を用いた場合について説明する。
【００７０】
前記（ｉ）の方法では、まず、図７に示すように、樹脂前駆体層１０６ａを半硬化させることにより、半硬化樹脂層１０６ｂを形成する。ここで、半硬化とは、熱または光等のエネルギー線を付与することにより、続く工程におけるウエットエッチングに用いるエッチャントに対する溶解性を変化させることをいう。
【００７１】
次に、図７に示すように、フォトリソグラフィ法により、半硬化樹脂層１０６ｂにおいて、下部に柱状部１３０が形成されている領域上にはレジスト層Ｒ２００を形成せず、下部に柱状部１３０が形成されていない領域上にレジスト層Ｒ２００を形成する。
【００７２】
次いで、ウエットエッチング法を用いてこの半導体基板１０１を処理することにより、図８に示すように、柱状部１３０の上に形成されていた半硬化樹脂層１０６ｂを除去する。その後、レジスト層Ｒ２００を除去する。
【００７３】
続いて、この半導体基板１０１を、例えば３５０℃程度の炉に入れて、半硬化樹脂層１０６ｂをイミド化させることにより、図９に示すように、ほぼ完全に硬化した絶縁層１０６が得られる。上記工程においては、樹脂前駆体層１０６ａ（図６参照）の膜厚を制御することにより、絶縁層１０６（図９参照）の高さを制御することができる。その結果、バンク１１０（図１参照）の高さを制御することができる。
【００７４】
また、前記（ｉ）の方法において、感光性を有する樹脂で絶縁層１０６を形成する場合は、樹脂前駆体（感光していない状態）の上にレジスト層を形成せずに、一般的なレジストのパターニングと同様の方法で直接パターニングすることが可能である。
【００７５】
なお、上記の説明においては、前記（ｉ）の方法について説明したが、柱状部１３０の上に存在する樹脂を除去する方法は、前記（ｉ）の方法に限定されるわけではなく、前記（ii）の方法を用いることもできる。
【００７６】
以上の工程により、図９に示すように、絶縁層１０６の上面１０６ｃが、柱状部１３０の上面よりも高い位置に形成される。
【００７７】
（３）次に、活性層１０３に電流を注入するための第１電極１０７および第２電極１０９、およびレーザ光の出射面１０８を形成する工程について説明する。
【００７８】
まず、第１電極１０７および第２電極１０９を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、柱状部１３０の上面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。つづいて、例えば真空蒸着法により絶縁層１０６および柱状部１３０の上面に、例えばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜（図示せず）を形成した後、リフトオフ法により、柱状部１３０の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が出射面１０８となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法を用いることもできる。
【００７９】
また、半導体基板１０１の裏面に、例えば真空蒸着法により、例えばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜（図示せず）を形成する。次いで、アニール処理する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施形態で用いた電極材料の場合は、通常４００℃前後で行なう。以上の工程により、第１電極１０７および第２電極１０９が形成されるとともに、バンク１１０が得られる。バンク１１０は、絶縁層１０６、ならびに第１電極１０７のうち絶縁層１０６の上面に形成されている部分から構成される。この場合において、バンク１１０の一部が絶縁層１０６で構成されていることにより、前述の工程において、特別な処理を必要とすることなく絶縁層１０６上に第１電極１０７を形成することができる。このバンク１１０の上縁部１１０ａは、出射面１０８よりも高い位置に形成される。
【００８０】
以上のプロセスにより、図１に示す面発光型発光素子１００が得られる。
【００８１】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の主な作用および効果を以下に示す。
【００８２】
（１）本実施の形態の面発光型発光素子１００によれば、出射面１０８と、出射面１０８を取り囲むように形成されたバンク１１０とを含み、このバンク１１０の上縁部１１０ａが出射面１０８よりも高い位置に形成されていることにより、バンク１１０の内側の領域に、光学部材を安定して設置することができる。これにより、出射面１０８から出射する光の特性を効果的に制御することができる。
【００８３】
（２）また、本実施の形態の面発光型発光素子１００の製造方法によれば、出射光の光学特性が効果的に制御された発光素子を簡便な方法にて形成することができる。
【００８４】
また、本実施の形態においては、面発光型発光素子１００が面発光型半導体レーザである場合について説明したが、本発明は、面発光型半導体レーザ以外の発光素子にも適用可能である。本発明を適用できる面発光型発光素子としては、例えば、ＥＬ素子や半導体発光ダイオードなどが挙げられる。
【００８５】
［第２の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１０は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００を模式的に示す断面図である。図１１は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００を模式的に示す平面図である。図１０は、図１１のＡ−Ａ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【００８６】
本実施の形態に係る面発光型発光素子２００は、出射面１０８の上に、光学部材としてレンズ１１１が設置されている点以外は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００とほぼ同様の構造を有する。第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００８７】
このレンズ１１１は、バンク１１０の内側の領域において、出射面１０８上に形成されている。レンズ１１１の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂のように、熱または光等のエネルギー線の照射により硬化する材質を用いて形成することができる。このような材質としては、例えば、紫外線硬化型ポリイミド系樹脂、紫外線硬化型アクリル系樹脂、および紫外線硬化型エポキシ系樹脂が例示できる。
【００８８】
なお、本実施の形態においては、光学部材としてレンズ１１１を用いた場合について説明したが、光学部材はレンズに限定されるわけではなく、光学部材として干渉フィルタ、波長フィルタ、偏光フィルタ、および波長変換部材のいずれかを用いることができる。波長フィルタを用いる場合、特定の波長の光のみを通過させることができる。また、波長変換部材の場合、発光素子２００が発する光の波長とは異なる波長の光を出射させることができる。
【００８９】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子２００の動作は、第１の実施の形態の面発光型発光素子１００と基本的に同様である。ただし、本実施の形態の面発光型発光素子２００では、出射面１０８上にレンズ１１１が設置されているので、出射面１０８から出射された光は、レンズ１１１によって放射角が調整された後、半導体基板１０１に対して垂直方向（図１０に示すＺ方向）へと出射される。
【００９０】
（デバイスの製造プロセス）
次に、本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００の製造方法の一例について、図１２〜図１４を用いて説明する。図１２〜図１４は、図１０および図１１に示す本実施の形態の面発光型発光素子２００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１０に示す断面に対応している。
【００９１】
第２の実施の形態に係る面発光型発光素子２００は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の出射面１０８の上にレンズ１１１を形成することにより得られる。したがって、面発光型発光素子２００を形成するためには、まず、前述の方法にしたがって、面発光型発光素子１００を形成する。なお、本実施の形態においては、レンズ１１１を形成するための材料（レンズ材１１１ａ）として紫外線硬化型樹脂を用いる場合について説明するが、レンズ材を形成するための材料はこれに限定されるわけではない。紫外線硬化型樹脂は、短時間の紫外線照射によって硬化する。すなわち、熱工程など素子に対するダメージを与えやすい工程を経ずに硬化させることができる。このため、紫外線硬化型樹脂であるレンズ材１１１ａを用いてレンズ１１１を形成することにより、素子へ与える影響を少なくすることができる。
【００９２】
次いで、レンズ１１１（図１０参照）を形成する前に、必要に応じて、レンズ材１１１ａ（図１２参照）の濡れ角を調整する工程を行なう。濡れ角を調整するための処理としては、（ｉ）レンズ材に対して撥液性を有する材料で薄膜を形成する方法、（ii）プラズマ処理を行ない表面を改質する方法、が挙げられる。これらの処理の後、レンズ材を吐出してレンズを形成すれば、レンズの大きさおよび形状を綿密に制御することができる。本実施の形態においては、前記（ｉ）の方法を用いた場合について説明する。また、レンズ材に対して撥液性を有する材料として、フッ化アルキルシラン（ＦＡＳ）を用いる場合について説明する。
【００９３】
まず、ＦＡＳの蒸気雰囲気中に面発光型発光素子１００を投入することにより、素子１００の表面全体に、ＦＡＳ膜からなる濡れ角調整層（図示せず）を形成する。以上の処理がなされることにより、少なくともバンク１１０の内側の領域に、ＦＡＳの単分子膜が形成される。この工程によれば、後述する工程において、バンク１１０の内側の領域にレンズ材１１１ａを導入した場合、ＦＡＳの単分子膜からなる濡れ角調整層とレンズ材１１１ａとの濡れ角によって、所望の形状のレンズ１１１を得ることができる。特に、ＦＡＳの単分子膜からなる濡れ角調整層とレンズ材１１１ａとの濡れ角が大きい場合、曲率半径がより小さいレンズを制御良く得ることができる。
【００９４】
次いで、レンズ材１１１ａをバンク１１０の内側の領域へと導入する。本実施の形態においては、インクジェット法を用いて、レンズ材１１１ａをバンク１１０の内側の領域へと吐出する方法について説明する。インクジェットの吐出方法としては、例えば、（ｉ）熱により液体（ここではレンズ材）中の気泡の大きさを変化させることで圧力を生じ、液体を吐出する方法、（ii）圧電素子により生じた圧力によって液体を吐出させる方法とがある。圧力の制御性の観点からは、前記（ii）の方法が望ましい。
【００９５】
インクジェットヘッドのノズルの位置とレンズ材の吐出位置とのアライメントは、一般的な半導体集積回路の製造工程における露光工程や検査工程で用いられる公知の画像認識技術を用いて行なわれる。例えば、図１２に示すように、インクジェットヘッド１２０のノズル１１２の位置と、面発光型発光素子１００のバンク１１０の位置とのアライメントを行なう。アライメント後、インクジェットヘッド１２０に印加する電圧を制御した後、レンズ材１１１ａを吐出する。この際、図１３に示すように、ノズル１１２から吐出されるレンズ材１１１ａがバンク１１０の内側の領域に着弾すれば、表面張力によってバンク１１０で囲まれた領域の中心がレンズ材１１１ａの中心になるようにレンズ材１１１ａが変形するため、自動的に位置の補正がなされる。この場合、レンズ材１１１ａは、バンク１１０の内側の領域の容積、レンズ材１１１ａの吐出量、およびレンズ材１１１ａの接触角に応じた曲率を有する形状となる。したがって、これらを制御することにより、得られるレンズ１１１の曲率半径を制御することが可能となり、レンズ設計の自由度が高くなる。
【００９６】
以上の工程を行なった後、図１４に示すように、エネルギー線（例えば紫外線）１１３を照射することにより樹脂を硬化させて、恒久的なレンズ形状を有するレンズ１１１を出射面１０８上に形成する。最適な紫外線の波長および照射量はレンズ材１１１ａに依存する。例えば、レンズ材１１１ａとしてアクリル系紫外線硬化樹脂を用いた場合、波長３５０ｎｍ程度、強度１０ｍＷの紫外線を５分間照射することで硬化を行なう。以上の工程により、面発光型発光素子２００が得られる。
【００９７】
なお、前述のプロセスにおいては、レンズ材１１１ａ（図１２参照）の濡れ角を調整する工程の際に、レンズ材に対して撥液性を有する材料として、ＦＡＳを用いる場合について説明したが、ＦＡＳのかわりにフッ素系樹脂を用いることもできる。この場合、第１電極１０７の表面のうち、バンク１１０の内側以外の領域をレジスト等で保護してから、例えばスピンコート法によって、フッ素系樹脂からなる濡れ角調整層（図示せず）を形成する。この濡れ角調整層を形成することで、前述のＦＡＳを用いた方法と同様に、所望の形状を有するレンズを精度良く得ることができる。さらに、バンク１１０の内側の領域に精度良くレンズ１１１を形成することができ、かつ、レンズ１１１の大きさおよび形状を綿密に制御することができる。
【００９８】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子２００およびその製造方法は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００およびその製造方法と実質的に同じ作用および効果を有する。さらに、本実施の形態に係る面発光型発光素子２００およびその製造方法では、以下に示す作用および効果を有する。
【００９９】
（１）この面発光型発光素子２００では、バンク１１０の内側の領域にレンズ１１１が形成されていることにより、出射面１０８からの出射光を、例えば光ファイバ等の光導波路に導入する場合に結合効率の向上を図ることができる。
【０１００】
また、この面発光型発光素子２００では、バンク１１０の上縁部１１０ａが出射面１０８よりも高い位置に形成され、このバンク１１０の内側の領域にレンズ１１１が形成されているので、レンズ１１１が所定の位置に精度良く設置することができる。このため、放射角を精密に制御することができる。
【０１０１】
さらに、バンク１１０の上縁部１１０ａが出射面１０８よりも０．５μｍ以上高い位置に形成されていることにより、レンズ１１１を安定な状態で設置することができる。
【０１０２】
そのうえ、バンク１１０の上面１１０ｂが出射面１０８よりも高い位置に設置されている。これにより、バンク１１０の内側の領域に、さらに安定な状態でレンズ１１１を設置することができる。
【０１０３】
（２）出射面上にレンズを形成する一般的な方法、例えば転写による方法では、出射面上に簡易かつ精度良くレンズを形成することが難しい場合が多い。これに対して、本実施の形態に係る面発光型発光素子２００の製造方法によれば、バンク１１０の上縁部１１０ａが出射面１０８よりも高い位置に形成されていることにより、光学部材（レンズ１１１）を形成する際にアライメントが容易で、かつ歩留まりを高めることができる。
【０１０４】
また、バンク１１０の上縁部１１０ａが出射面１０８よりも０．５μｍ以上高い位置に形成されていることにより、バンク１１０の内側の領域に、レンズ１１１を形成するためのレンズ材１１１ａ（図１３参照）を導入する際に、レンズ材１１１ａの導入量を容易に制御することができる。このため、レンズ１１１の大きさおよび形状の制御が可能となる。
【０１０５】
さらに、インクジェット法を用いてレンズ材１１１ａをバンク１１０の内側の領域に吐出させ、その後レンズ材１１１ａを硬化させる工程によって、レンズ１１１を形成することにより、レンズ１１１が正確にアライメントされた面発光型発光素子を、簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【０１０６】
そのうえ、レンズ１１１（図１０参照）を形成する前に、必要に応じて、レンズ材１１１ａ（図１２参照）の濡れ角を調整する工程を行なうことにより、濡れ角調整層とレンズ材１１１ａとの濡れ角によって、所望の形状を有するレンズを精度良く得ることができる。
【０１０７】
［第３の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１５は、本発明を適用した第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００を模式的に示す断面図である。なお、本実施の形態においては、第１および第２の実施の形態と同様に、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【０１０８】
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００は、半導体基板１０１の裏面側から光が出射する点で、第１および第２の実施の形態の面発光型発光素子１００，２００と異なる構造を有する。具体的には、半導体基板１０１に設けられた凹部２２１の底面に出射面３０８が設置され、この出射面３０８から光が出射する。
【０１０９】
また、この面発光型発光素子３００には、ＩｎＧａＡｓ系の層を含む活性層３０３が形成されている点で、ＡｌＧａＡｓ系の層を含む活性層１０３が形成されている第１および第２の実施の形態の面発光型発光素子１００，２００と異なる構造を有する。具体的には、活性層３０３は、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓウエル層およびＧａＡｓバリア層を含む量子井戸構造を有する。
【０１１０】
また、この面発光型発光素子３００は、ＩｎＧａＡｓ系の層を含む活性層３０３が設置されていることにより、ＧａＡｓ基板を透過可能な波長８８０ｎｍ以上の光（例えば１１００ｎｍ程度）を出射する面発光型半導体レーザとして機能することができる。
【０１１１】
一方、出射面３０８の上に、光学部材としてレンズ３１１が設置されている点で、第２の実施の形態の面発光型発光素子２００と同様の構造を有する。
【０１１２】
この他の構造については、第１および第２の実施の形態に係る面発光型発光素子１００，２００とほぼ同様の構造を有する。第１および第２の実施の形態に係る面発光型発光素子１００，２００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１１３】
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００は、半導体基板１０１の裏面に凹部２２１が設置され、この凹部２２１の底面に出射面３０８が設置されている。また、第２電極１０９は、半導体基板１０１の裏面のうち、出射面３０８以外の領域に形成されている。すなわち、出射面３０８は、凹部２２１の底面のうち第２電極１０９で覆われていない部分である。
【０１１４】
また、バンク３１０は、半導体基板１０１の裏面側に設置されている。この面発光型発光素子３００においては、凹部２２１の周辺領域がバンク３１０として機能する。具体的には、半導体基板１０１のうち凹部２２１の周辺領域ならびに該周辺領域上に形成された第２電極１０９がバンク３１０として機能する。
【０１１５】
さらに、図１５に示すように、このバンク３１０の上縁部３１０ａは、出射面３０８よりも高い位置に形成されている。さらに、バンク３１０の上面３１０ｂは、出射面３０８よりも高い位置に形成されている。
【０１１６】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子３００の動作は、第１および第２の実施の形態の面発光型発光素子１００，２００と基本的に同様である。ただし、本実施の形態の面発光型発光素子３００では、出射面３０８が半導体基板１０１の裏面に設置されているため、活性層３０３で生じた光は、下部ミラー１０２および半導体基板１０１を経た後、出射面３０８から出射する。また、本実施の形態の面発光型発光素子３００では、第２の実施の形態の面発光型発光素子２００と同様に、出射面３０８上にレンズ３１１が設置されている。このため、出射面３０８から出射する光は、レンズ３１１によって放射角が調整された後、半導体基板１０１に対して垂直方向（図１５に示す−Ｚ方向）へと出射する。
【０１１７】
（デバイスの製造プロセス）
次に、本発明を適用した第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００の製造方法の一例について、図１６および図１７を用いて説明する。図１６および図１７は、図１５に示す本実施の形態の面発光型発光素子３００の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【０１１８】
第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００は、途中の製造プロセスまでは、前述の第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造プロセスとほぼ同様の工程によって形成することができる。具体的には、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造プロセスにおいて、活性層１０３（図３参照）のかわりに、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓウエル層およびＧａＡｓバリア層を含む活性層３０３を形成する点を除いて、第１の実施の形態において図１〜図６に示す工程とほぼ同様の工程によって得られた半導体基板１０１を用いて形成される。
【０１１９】
まず、図６に示す半導体基板１０１に対して、例えば前述の方法と同様の方法にて、樹脂前駆体層１０６ａを半硬化させて半硬化樹脂層（図示せず）を形成した後、ウエットエッチングにより、該半硬化樹脂層の表面の高さを、柱状部１３０の上面と同じ高さに形成する。その後、前記半硬化樹脂層をほぼ完全に硬化させて、絶縁層１０６（図１６参照）を形成する。なお、この工程において、ウエットエッチングを用いずに、樹脂前駆体層１０６ａをほぼ完全に硬化させて樹脂層（図示せず）を形成した後、該樹脂層のうち柱状部１３０の上面に形成された部分をドライエッチングにより除去してもよい。
【０１２０】
続いて、図１７に示すように、例えばドライエッチング法により、半導体基板１０１の裏面に凹部２２１を形成する。続いて、第１の実施の形態の面発光型発光素子１００の製造方法と同様の方法を用いて、第１電極１０７および第２電極１０９、ならびに出射面３０８を形成した後、前述した第２の実施の形態の面発光型発光素子２００の製造方法と同様の方法を用いて、レンズ３１１を形成する。
【０１２１】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００およびその製造方法は、第１および第２の実施の形態に係る面発光型発光素子１００，２００およびその製造方法と実質的に同じ作用および効果を有する。さらに、本実施の形態に係る面発光型発光素子３００およびその製造方法では、以下に示す作用および効果を有する。
【０１２２】
この面発光型発光素子３００では、バンク３１０の高さ、すなわち凹部２２１の深さを調節することによって光路長の調整を行なうことができる。これにより、出射光の放射角の制御をより自由度が高い状態で行なうことが可能となる。その結果、放射角が良好に制御された素子が得られる。また、凹部２２１の深さを調節することによって、レンズ材の導入量を容易に制御することができる。これにより、大きさおよび形状が良好に制御されたレンズ３１１を形成することができる。
【０１２３】
［第４の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１８は、本発明を適用した第４の実施の形態に係る面発光型発光素子４００を模式的に示す断面図である。なお、本実施の形態においては、第１〜第３の実施の形態と同様に、面発光型発光素子として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【０１２４】
本実施の形態に係る面発光型発光素子４００は、半導体基板１０１の裏面側から光が出射する点で、第３の実施の形態の面発光型発光素子３００と同様の構造を有する。また、この面発光型発光素子４００は、第３の実施の形態の面発光型発光素子３００と同様に、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓウエル層とＧａＡｓバリア層からなる量子井戸構造を有する活性層３０３を有する。
【０１２５】
一方、この面発光型発光素子４００は、半導体基板１０１の裏面に第１凹部３２１が設置され、第１凹部３２１に光路調整層４３０が埋め込まれている点、ならびに第２電極１０９が第１電極１０７と同じ側に形成されている点で、第３の実施の形態の面発光型発光素子３００と異なる構造を有する。
【０１２６】
具体的には、この面発光型発光素子４００では、半導体基板１０１の裏面に第１凹部３２１が設置され、第１凹部３２１に光路調整層４３０が埋め込まれ、この光路調整層４３０に第２凹部４２１が設置されている。この第２凹部４２１の上に、光学部材としてレンズ４１１が設置されている。
【０１２７】
この他の構成要素の構造および機能については、第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００とほぼ同様の構造および機能を有する。第３の実施の形態に係る面発光型発光素子３００と実質的に同じ機能を有する構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１２８】
本実施の形態に係る面発光型発光素子４００においては、第１凹部３２１に光路調整層４３０が埋め込まれている。すなわち、図１８に示すように、光路調整層４３０は、半導体基板１０１とレンズ４１１との間に形成されている。この光路調整層４３０の幅および膜厚は、第１凹部３２１の幅および深さを調整することによって制御することができる。また、この光路調整層４３０は、面発光型発光素子４００より出射されるレーザ光を吸収しない材料で形成されていることが望ましい。すなわち、光路調整層４３０の材質は、面発光型発光素子４００より出射されるレーザ光の波長帯域に吸収帯域をもたない材質から形成されていることが望ましい。
【０１２９】
また、この面発光型発光素子４００においては、光路調整層４３０のうち第２凹部４２１の周辺領域がバンク４１０として機能する。このバンク４１０の上縁部４１０ａは、出射面４０８よりも高い位置に形成されている。さらに、バンク４１０の上面４１０ｂは、出射面４０８よりも高い位置に形成されている。
【０１３０】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子４００の動作は、第３の実施の形態の面発光型発光素子３００と基本的に同様である。また、本実施の形態の面発光型発光素子４００は、半導体基板１０１とレンズ４１１との間に光路調整層４３０が形成されているため、活性層３０３にて生じた光は、下部ミラー１０２および半導体基板１０１を経た後、半導体基板１０１の裏面から光路調整層４３０を経て出射面４０８へと到達し、出射面４０８から出射する。この出射面４０８から出射した光は、レンズ４１１によって放射角が調整された後、半導体基板１０１と垂直方向（図１８に示す−Ｚ方向）へと出射される。
【０１３１】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子４００およびその製造方法は、第１〜第３の実施の形態に係る面発光型発光素子１００，２００，３００およびこれらの製造方法と実質的に同じ作用および効果を有する。さらに、本実施の形態に係る面発光型発光素子４００およびその製造方法では、以下に示す作用および効果を有する。
【０１３２】
この面発光型発光素子４００によれば、半導体基板１０１とレンズ４１１との間に光路調整層４３０が形成されていることにより、出射光の放射角の制御をより自由度が高い状態で行なうことが可能になる。すなわち、光路調整層４３０を形成するための材料を適宜選択することにより、光路調整層４３０の屈折率を調整することができる。これにより、出射光の放射角の制御をより高い自由度で行なうことができる。
【０１３３】
［第５の実施の形態］
（デバイスの構造）
図１９は、本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００を模式的に示す断面図である。図２０は、本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００を模式的に示す平面図である。図１９は、図２０のＢ−Ｂ線における断面を示す図である。なお、本実施の形態においては、面発光型発光素子として半導体紫外発光ダイオード（以下、「紫外ＬＥＤ」ともいう）を用いた場合について説明する。
【０１３４】
この実施の形態の面発光型発光素子５００は、図１９に示すように、サファイア基板５０１と、サファイア基板５０１上に形成された発光素子部５０２とを含む。この面発光型発光素子５００においては、この発光素子部５０２によって紫外光が発生する。
【０１３５】
発光素子部５０２は、例えば、サファイア基板５０１上に形成されたｎ型ＧａＮ層からなるバッファ層５２２、ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２３、ｎ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層５２４、ＧａＮ層を少なくとも１層含み、発光層として機能する活性層５２５、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層５２６、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２７が順次積層されて構成されている。
【０１３６】
ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２３、不純物がドーピングされていない活性層５２５、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２７により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【０１３７】
また、発光素子部５０２のうち出射面５０８側からコンタクト層５２３の途中にかけての部分が、出射面５０８側からから見て円形の形状にエッチングされて柱状部５３０が形成されている。本実施の形態においては、柱状部５３０とは、発光素子部５０２の一部を構成する柱状の半導体堆積体をいう。なお、柱状部５３０の平面形状は任意の形状をとることが可能である。
【０１３８】
絶縁層５０６は、柱状部５３０の側面ならびにコンタクト層５２３の上面を覆うように形成されている。したがって、柱状部５３０の側面は絶縁層５０６で取り囲まれている。
【０１３９】
さらに、柱状部５３０の上面から絶縁層５０６の表面にかけては、第１電極５０７が形成されている。柱状部５３０の上面には出射面５０８が設置されており、この出射面５０８から光が出射する。すなわち、柱状部５３０の上面のうち第１電極５０７で覆われていない部分が出射面５０８に該当する。また、絶縁層５０６の一部が除去されてコンタクト層５２３が露出しており、この露出したコンタクト層５２３の表面に接触する形で第２電極５０９が形成されている。
【０１４０】
絶縁層５０６、ならびに第１および第２電極５０７，５０９としては、前述した第１〜第４の実施の形態の面発光型発光素子１００〜４００を構成する絶縁層１０６、ならびに第１および第２電極１０７，１０９と同様の材料を用いて形成することができる。
【０１４１】
本実施の形態の面発光型発光素子５００においては、柱状部５３０の周辺領域はバンク５１０として機能する。ここで、柱状部５３０の周辺領域とは、絶縁層５０６、ならびに第１電極５０７のうち絶縁層５０６の上面５０６ｃに形成されている部分をいう。
【０１４２】
さらに、出射面５０８の上には蛍光体層５１２が設置されている。この蛍光体層５１２は、図１９に示すように、バンク５１０の内側の領域に形成されている。この蛍光体層５１２は、波長変換部材としての機能を有する。具体的には、蛍光体層５１２は、発光素子部５０２で生じた光を異なる波長の光へと変換する機能を有する。蛍光体層５１２は、蛍光体材料を含有する層からなる。蛍光体層５１２に含まれる蛍光体材料は、出射面５０８から出射する光に励起されて、この蛍光体材料に依存する波長の光を発する。本実施の形態の面発光型発光素子５００においては、蛍光体層５１２は、例えばイットリウム系材料およびユウロピウム系材料からなる蛍光体材料を含有する層からなる。この場合、蛍光体層５１２は、発光素子部５０２で生じた光を赤色光へと変換する。なお、蛍光体層５１２に用いる蛍光体材料としては、上述した材料に限定されず、例えばＳｒ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｚｎ等を母体とする公知の蛍光体材料を用いることができる。
【０１４３】
バンク５１０は、出射面５０８を取り囲むように形成されている。このバンク５１０の上縁部５１０ａは、出射面５０８よりも高い位置に形成されている。さらに、図１９に示すように、バンク５１０の上面５１０ｂを出射面５０８より高い位置に形成することができる。
【０１４４】
（デバイスの動作）
本実施の形態の面発光型発光素子５００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の紫外ＬＥＤの駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【０１４５】
まず、第１電極５０７と第２電極５０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層５２５において、電子と正孔との再結合が起こり、係る再結合による発光（紫外光）が生じる。この紫外光は、柱状部５３０上面にある出射面５０８から出射する。
【０１４６】
この出射面５０８から出射する紫外光を励起光として、蛍光体層５１２中の蛍光体材料が励起されて、この紫外光とは異なる所定波長の光（ここでは赤色光）が生じる。この結果、蛍光体層５１２中の蛍光体材料に依存した波長の光が蛍光体層５１２から外部へと出射する。
【０１４７】
（デバイスの製造プロセス）
次に、本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００の製造方法の一例について説明する。この面発光型発光素子５００は、前述の第１の実施の形態の面発光型発光素子１００と類似する工程にて形成することができる。
【０１４８】
（１）まず、サファイア基板５０１の表面に、ｎ型ＧａＮ層からなるバッファ層５２２、ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２３、ｎ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層５２４、ＧａＮ層を少なくとも１層含み、発光層として機能する活性層５２５、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層５２６、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層５２７からなる多層膜（図示せず）を結晶成長させる。結晶成長の方法としては、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法が例示できる。この際、ｎ型の層を形成する際には例えばＳｉを、ｐ型の層を形成する際には例えばＭｇをそれぞれドープする。あるいは、ｎ型の層を形成する際にＧｅを、ｐ型の層を形成する際にはＺｎを用いてドープすることもできる。また、結晶成長にあたって、例えば特開平４−２９７０２３号公報に開示されている公知技術が利用できる。
【０１４９】
次いで、アニール処理を行ない、クラッド層５２６およびコンタクト層５２７の各層に含まれるＭｇを活性化した後、例えばドライエッチング法により、ｐ型コンタクト層５２７からｎ型コンタクト層５２３の途中にかけてエッチングを行ない、柱状部５３０を形成する。
【０１５０】
（２）続いて、柱状部５３０の周囲に絶縁層５０６を形成する。この絶縁層５０６は、第１の実施形態における絶縁層１０６と同様の工程にて形成することができる。この工程において得られる絶縁層５０６は、第１の実施形態における絶縁層１０６と同様の構造を有する。すなわち、絶縁層５０６の上面５０６ｃが柱状部５３０の上面より高い位置に設置される。なお、この工程において、第２電極５０９をコンタクト層５２３の上に形成するために、絶縁層５０６をコンタクト層５２３の一部が露出するような形状に形成する。
【０１５１】
（３）次いで、例えば真空蒸着法により、第１および第２電極５０７，５０９を形成する。また、この工程において、柱状部５３０の上面に出射面５０８が形成される。なお、この工程においては、リフトオフ法を用いて所望の表面形状を得ることができる。あるいは、ドライエッチング法を用いて第１および第２電極５０７，５０９を形成してもよい。これらの電極を形成後、アニール処理を行ない、オーミックコンタクトを形成する。
【０１５２】
（４）次いで、出射面５０８上に蛍光体層５１２を形成する。蛍光体層５１２は、前述の第２の実施の形態の面発光型発光素子２００の製造工程にて光学部材１１１を形成する方法と同様、インクジェット法により形成することができる。具体的には、蛍光体材料の微粒子を分散させた溶液を出射面５０８の上に吐出して、該溶液をバンク５１０の内側の領域に導入した後、溶媒を揮発させることにより蛍光体層５１２を形成する。なお、該溶媒の揮発は、溶媒の気化温度に応じた温度で行なう。
【０１５３】
以上の工程により、図１９および図２０に示す面発光型発光素子５００が得られる。
【０１５４】
（作用および効果）
本実施の形態に係る面発光型発光素子５００およびその製造方法は、以下に示す作用および効果を有する。
【０１５５】
（１）出射面５０８の上に蛍光体層５１２が形成されていることにより、発光素子部５０２によって生じる紫外光を励起光として蛍光体層５１２中の蛍光体材料が励起されて、所定波長の光が生じる。この結果、蛍光体層５１２中の蛍光体材料に依存した波長の光を蛍光体層５１２から外部へと出射させることができる。すなわち、素子５００が駆動することによって生じる光とは異なる波長の光を出射させることができる。
【０１５６】
（２）バンク５１０の上縁部５１０ａが出射面５０８よりも高い位置に形成され、このバンク５１０の内側の領域に蛍光体層５１２が形成されているので、蛍光体層５１２を所定の位置に精度良く設置することができる。
【０１５７】
さらに、バンク５１０の上面５１０ｂが出射面５０８よりも高い位置に設置されている。これにより、バンク５１０の内側の領域に、安定な状態で蛍光体層５１２を設置することができる。
【０１５８】
（３）バンク５１０の上縁部５１０ａが出射面５０８よりも高い位置に形成されていることにより、蛍光体層５１２を形成する際にアライメントが容易で、かつ歩留まりを高めることができる。
【０１５９】
（４）インクジェット法を用いて蛍光体層５１２を形成するための材料をバンク１１０の内側の領域に吐出させることによって、蛍光体層５１２を形成することにより、蛍光体層５１２が正確にアライメントされた面発光型発光素子５００を、簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【０１６０】
［第６の実施の形態］
図２１は、本発明を適用した第６の実施の形態に係る光モジュールを模式的に説明する図である。本実施の形態に係る光モジュールは、構造体１０００（図２１参照）を含む。この構造体１０００は、第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００（図１参照）、プラットフォーム１１２０、第１の光導波路１１３０およびアクチュエータ１１５０を有する。また、この構造体１０００は、第２の光導波路１３０２を有する。第２の光導波路１３０２は、基板１３００の一部をなす。第２の光導波路１３０２には、接続用光導波路１３０４を光学的に接続してもよい。接続用光導波路１３０４は、光ファイバであってもよい。また、プラットフォーム１１２０は、樹脂１３０６によって基板１３００に固定されている。
【０１６１】
本実施の形態の光モジュールでは、面発光型発光素子１００（出射面１０８・図１参照）から光が出射した後、第１および第２の光導波路１１３０，１３０２（および接続用光導波路１３０４）を通して、受光素子（図示せず）にこの光を受光させる。
【０１６２】
［第７の実施の形態］
図２２は、本発明を適用した第７の実施の形態に係る光伝達装置を説明する図である。本実施の形態では、第１の光導波路１１３０と受光素子２１０との間に、複数の第３の光導波路１２３０，１３１０，１３１２を有する。また、本実施の形態に係る光伝達装置は、複数（２つ）の基板１３１４，１３１６を有する。
【０１６３】
本実施の形態では、面発光型発光素子１００側の構成（面発光型発光素子１００、プラットフォーム１１２０、第１の光導波路１１３０、第２の光導波路１３１８、アクチュエータ１１５０を含む。）と、受光素子２１０側の構成（受光素子２１０、プラットフォーム１２２０、第３の光導波路１２３０，１３１０を含む。）との間に、第３の光導波路１３１２が配置されている。第３の光導波路１３１２として、光ファイバなどを使用して、複数の電子機器間の光伝達を行なうことができる。
【０１６４】
例えば、図２３において、光伝達装置１１００は、コンピュータ、ディスプレイ、記憶装置、プリンタ等の電子機器１１０２を相互に接続するものである。電子機器１１０２は、情報通信機器であってもよい。光伝達装置１１００は、光ファイバ等の第３の光導波路１３１２を含むケーブル１１０４を有する。光伝達装置１１００は、ケーブル１１０４の両端にプラグ１１０６が設けられたものであってもよい。それぞれのプラグ１１０６内に、面発光型発光素子１００，受光素子２１０側の構成が設けられる。いずれかの電子機器１１０２から出力された電気信号は、発光素子によって光信号に変換され、光信号はケーブル１１０４を伝わり、受光素子によって電気信号に変換される。電気信号は、他の電子機器１１０２に入力される。こうして、本実施の形態に係る光伝達装置１１００によれば、光信号によって、電子機器１１０２の情報伝達を行なうことができる。
【０１６５】
図２４は、本発明を適用した実施の形態に係る光伝達装置の使用形態を示す図である。光伝達装置１１１２は、電子機器１１１０間を接続する。電子機器１１１０として、液晶表示モニター又はディジタル対応のＣＲＴ（金融、通信販売、医療、教育の分野で使用されることがある。）、液晶プロジェクタ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ディジタルＴＶ、小売店のレジ（ＰＯＳ（Point of Sale Scanning）用）、ビデオ、チューナー、ゲーム装置、プリンタ等が挙げられる。
【０１６６】
なお、第６および第７の実施の形態（図２１〜図２４参照）において、面発光型発光素子１００のかわりに、面発光型発光素子２００（図１０参照），３００（図１５参照），４００（図１８参照），５００（図１９参照）を用いた場合でも、同様の作用および効果を奏することができる。
【０１６７】
すなわち、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【０１６８】
例えば、上記実施の形態では、柱状部を一つ有する面発光型発光素子について説明したが、基板面内で柱状部が複数個設けられていても本発明の形態は損なわれない。また、複数の面発光型発光素子がアレイ化されている場合でも、同様の作用および効果を有する。
【０１６９】
また、例えば、上記実施の形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。上記実施の形態では、ＡｌＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、例えば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系の半導体材料を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明を適用した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図３】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図６】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図７】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図８】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図９】図１および図２に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明を適用した第２の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図１２】図１０および図１１に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１３】図１０および図１１に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１４】図１０および図１１に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１５】本発明を適用した第３の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図１６】図１５に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１７】図１５に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１８】本発明を適用した第４の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図１９】本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図２０】本発明を適用した第５の実施の形態に係る面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図２１】本発明を適用した第６の実施の形態に係る光モジュールを模式的に示す図である。
【図２２】本発明を適用した第７の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図２３】本発明を適用した第７の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図２４】本発明を適用した第７の実施の形態に係る光伝達装置の使用形態を示す図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００，５００ 面発光型発光素子
１０１ 半導体基板
１０１ａ 半導体基板の表面
１０２ 下部ミラー
１０３，３０３，５２５ 活性層
１０４ 上部ミラー
１０５ 酸化狭窄層
１０６，５０６ 絶縁層
１０６ａ 樹脂前駆体層
１０６ｂ 半硬化樹脂層
１０６ｃ，５０６ｃ 絶縁層の上面
１０７，５０７ 第１電極
１０８，３０８，４０８，５０８ 出射面
１０９，５０９ 第２電極
１１０，３１０，４１０，５１０ バンク
１１０ａ，３１０ａ，４１０ａ，５１０ａ バンクの上縁部
１１０ｂ，３１０ｂ，４１０ｂ，５１０ｂ バンクの上面
１１１，３１１，４１１ レンズ
１１１ａ レンズ材
１１２ ノズル
１１３ エネルギー線
１２０ インクジェットヘッド
１３０，５３０ 柱状部
１４０ 共振器
１５０ 半導体多層膜
２１０ 受光素子
２２１ 凹部
３２１ 第１凹部
４２１ 第２凹部
４３０ 光路調整層
５０１ サファイア基板
５０１ａ サファイア基板の表面
５０２ 発光素子部
５２２ バッファ層
５２３ コンタクト層
５２４ クラッド層
５２６ クラッド層
５２７ コンタクト層
５１２ 蛍光体層
１０００ 構造体
１１００，１１１２ 光伝達装置
１１１０，１１０２ 電子機器
１１０４ ケーブル
１１０６ プラグ
１１２０，１２２０ プラットフォーム
１１３０ 第１の光導波路
１１５０ アクチュエータ
１１５２ クッション
１１５４ エネルギー供給源
１２３０，１３１０，１３１２ 第３の光導波路
１３００ 基板
１３０２，１３１８ 第２の光導波路
１３０４ 接続用光導波路
１３０６ 樹脂
１３１４，１３１６ 基板
Ｒ１００，Ｒ２００ レジスト
Claims (11)
- 半導体基板と垂直方向に光を出射できる面発光型発光素子であって、
出射面と、該出射面を取り囲むように形成されたバンクとを含み、
前記バンクの上縁部は、前記出射面よりも高い位置に形成され、
前記面発光型発光素子は、面発光型半導体レーザであり、
前記面発光型半導体レーザは、前記半導体基板上に形成された共振器を含み、
前記半導体基板の裏面に、第１凹部が形成され、
前記第１凹部には、光路調整層が埋め込まれて形成され、
前記光路調整層には、第２凹部が形成され、
前記第２凹部の上面に、前記出射面が形成され、
前記第２凹部の周辺領域は、前記バンクとして機能する、面発光型発光素子。 - 請求項１において、
前記バンクの上縁部は、前記出射面よりも０．５μｍ以上高い位置に形成されている、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記バンクの上面は、前記出射面よりも高い位置に形成されている、面発光型発光素子。 - 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記バンクは、絶縁体により形成されている、面発光型発光素子。 - 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
前記バンクは、ポリイミド系樹脂またはフッ素系樹脂により形成されている、面発光型発光素子。 - 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記出射面の上方に、光学部材が形成されている、面発光型発光素子。 - 請求項６において、
前記光学部材は、前記バンクの内側の領域に形成されている、面発光型発光素子。 - 請求項６または７において、
前記光学部材は、レンズ、干渉フィルタ、波長フィルタ、偏光フィルタ、および波長変換部材のいずれかである、面発光型発光素子。 - 請求項６ないし８のいずれかにおいて、
前記光学部材は、紫外線硬化型樹脂により形成されている、面発光型発光素子。 - 請求項１ないし９のいずれかに記載の面発光型発光素子と、光導波路とを含む、光モジュール。
- 請求項１０に記載の光モジュールを含む、光伝達装置。
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