JP4074498B2 - 面発光型発光素子、光モジュールおよび光伝達装置 - 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。そこで、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。この場合、光学部材の設置位置、形状および大きさ等を制御することは、出射される光の特性を決定する上で重要である。
【０００３】
例えば、レンズが設置された面発光型発光素子が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−６７４４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、設置位置、形状および大きさが制御された光学部材を含む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。
【０００６】
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、
前記光が出射する出射面と、
前記出射面上に設けられた土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた光学部材と、を含み、
前記光学部材の最大径が前記土台部材の最大径より大きく、
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、少なくとも一部に柱状部を含む共振器を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面が設置され、
前記土台部材の径が、前記柱状部の径より小さいことができる。
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、
前記光が出射する出射面と、
前記出射面上に設けられた土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた光学部材と、を含み、
前記光学部材の最大径が前記土台部材の最大径より大きく、
前記面発光型発光素子は、半導体発光ダイオードであり、
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活性層を含む柱状部と、を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面が設置され、
前記土台部材の径が、前記柱状部の径より小さいことができる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材は、所定波長の光を通過させる材質からなることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材は、レンズとしての機能を有することができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材は、偏向素子としての機能を有することができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材は、円球状または楕円球状であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材は、切断円球状または切断楕円球状であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材の断面は、円または楕円であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材は、エネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成されることができる。この場合、前記光学部材は、紫外線硬化型樹脂からなることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材の少なくとも一部を覆うように、封止材を形成できる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材の上面は、円形または楕円形であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材の上面は、曲面であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材の上面と、前記土台部材の側部において該上面に接する面とのなす角が鋭角であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材の上部は、逆テーパ状に形成できる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材は、前記柱状部と一体化して形成できる。この場合、前記土台部材は、半導体層からなることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材がレンズとして機能し、かつ、切断円球状であり、前記光学部材の屈折率と、前記土台部材との屈折率とがほぼ等しく、前記光学部材の曲率半径ｒと、前記出射面から前記光学部材の頂点までの距離ｄとが、以下の式（１）に示す関係を満たしていることができる。
ｒ≦０．３４×ｄ 式（１）
本発明の光モジュールは、上記面発光型発光素子と、光導波路とを含むことができる。
本発明の光伝達装置は、上記光モジュールを含むことができる。
［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、
前記光が出射する出射面と、
前記出射面上に設けられた土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた光学部材と、を含む。
【０００８】
ここで、「基体」とは、発光素子が形成される基板をいう。例えば面発光型半導体レーザの場合、「基体」は例えば半導体基板であり、例えば半導体発光ダイオードの場合、「基体」は例えば例えばサファイア基板であり、例えばＥＬ素子の場合、「基体」は例えば透明基板である。
【０００９】
また、「土台部材」とは、前記光学部材を載置できる上面を有する部材をいい、「土台部材の上面」とは、前記光学部材が設置される面をいう。前記土台部材の上面は、前記光学部材を設置できる限り、平面であってもよいし曲面であってもよい。
【００１０】
さらに、「光学部材」とは、発光素子からの出射光の光学特性や進行方向を変化させる機能を有する部材をいい、ここで、「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、例えばレンズまたは偏向素子が例示できる。
【００１１】
本発明の面発光型発光素子によれば、上記構成を有することにより、前記土台部材の上面の形状や高さ等を制御することによって、設置位置、形状および大きさが良好に制御された光学部材を含む面発光型発光素子を得ることができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【００１２】
本発明の面発光型発光素子は、以下の態様（１）〜（１３）をとることができる。
【００１３】
（１）前記土台部材は、所定波長の光を通過させる材質からなることができる。ここで、「通過」とは、前記土台部材に入射した光が入射した後、該土台部材から光が出射することをいい、前記土台部材に入射した光がすべて該土台部材から出射する場合だけでなく、前記土台部材に入射した光の一部のみが該土台部材から出射する場合を含む。
【００１４】
（２）前記光学部材は、レンズまたは偏光素子としての機能を有することができる。
【００１５】
（３）前記光学部材は、円球状または楕円球状であることができる。
【００１６】
（４）前記光学部材は、切断円球状または切断楕円球状であることができる。ここで、「切断円球状」とは、円球を一平面で切断して得られる形状をいい、該円球は完全な円球のみならず、円球に近似する形状をも含む。また、「切断楕円球状」とは、楕円球を一平面で切断して得られる形状をいい、楕円球は完全な楕円球のみならず、楕円球に近似する形状をも含む。
【００１７】
この場合、前記光学部材の断面は、円または楕円であることができる。また、この場合、前記光学部材に、レンズまたは偏向素子としての機能を付与することができる。
【００１８】
（５）前記光学部材は、エネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成できる。
【００１９】
この場合、前記光学部材は、紫外線硬化型樹脂からなることができる。
【００２０】
（６）前記光学部材の少なくとも一部を覆うように、封止材を形成することができる。これにより、前記土台部材の上面上に前記光学部材を確実に固定することができる。
【００２１】
（７）前記土台部材の上面は、円形または楕円形であることができる。
【００２２】
（８）前記土台部材の上面は、曲面であることができる。
【００２３】
（９）前記土台部材の上面と、前記土台部材の側部において該上面に接する面とのなす角が鋭角であることができる。この構成によれば、液滴を吐出して光学部材前駆体を形成した後硬化させて前記光学部材を形成する場合、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材を確実に得ることができる。
【００２４】
この場合、前記土台部材の上部を、逆テーパ状に形成できる。ここで、「前記土台部材の上部」とは、前記土台部材のうち前記上面近傍の領域をいう。この構成によれば、液滴を吐出して光学部材前駆体を形成した後硬化させて前記光学部材を形成する場合、前記土台部材の安定性を保持しつつ、前記土台部材の上面と側面とのなす角をより小さくすることができる。これにより、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材を得ることができる。
【００２５】
（１０）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。
【００２６】
（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、少なくとも一部に柱状部を含む共振器を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面を設置できる。
【００２７】
この場合、前記土台部材は、前記柱状部と一体化して形成できる。また、この場合、前記土台部材は、半導体層からなることができる。さらに、この場合、前記柱状部は、前記土台部材としての機能を有することができる。
【００２８】
（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、前記出射面を設置できる。
【００２９】
（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、凹部が形成され、
前記凹部には、光路調整層が埋め込まれて形成され、
前記光路調整層の上面に、前記出射面を設置できる。
【００３０】
（１１）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。
【００３１】
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活性層を含む柱状部と、を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面を設置できる。
【００３２】
また、この場合、前記土台部材は、前記柱状部と一体化して形成できる。さらに、この場合、前記土台部材は、半導体層からなることができる。加えて、この場合、前記柱状部は、前記土台部材としての機能を有することができる。
【００３３】
（１２）前記面発光型発光素子は、ＥＬ素子であることができる。
【００３４】
（１３）前記光学部材がレンズとして機能し、かつ、切断円球状であり、
前記光学部材の屈折率と、前記土台部材との屈折率とがほぼ等しく、
前記光学部材の曲率半径ｒと、前記出射面から前記光学部材の頂点までの距離ｄとが、以下の式（１）に示す関係を満たすことができる。
【００３５】
ｒ≦０．３４×ｄ 式（１）
［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、
（ａ）出射面を含み、前記発光素子として機能する部分を形成し、
（ｂ）前記基体上に土台部材を形成し、
（ｃ）前記土台部材の上面に対して液滴を吐出して、光学部材前駆体を形成し、
（ｄ）前記光学部材前駆体を硬化させて、光学部材を形成すること、を含む。
【００３６】
本発明の面発光型発光素子の製造方法によれば、前記（ｂ）において、上面の形状や高さおよび設置位置等が調整された前記土台部材を形成し、前記（ｃ）において、前記液滴の吐出量を調整すること等によって、設置位置、形状および大きさが良好に制御された光学部材を含む面発光型発光素子を形成することができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【００３７】
本発明の面発光型発光素子の製造方法は、以下の態様（１）〜（６）をとることができる。
【００３８】
（１）前記（ｂ）において、所定波長の光を通過させる材質にて前記土台部材を形成することができる。
【００３９】
（２）前記（ｃ）において、前記液滴の吐出を、インクジェット法により行なうことができる。インクジェット法とは、インクジェットヘッドを用いて液滴を吐出する方法である。この方法によれば、前記液滴の吐出量の微妙な調整が可能であるため、微細な光学部材を、前記土台部材の上面上に簡便に設置することができる。また、吐出する液滴の量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができるため、微細な構造を作成することができる。
【００４０】
（３）前記（ｄ）において、前記光学部材前駆体の硬化を、エネルギーの付加により行なうことができる。この方法によれば、前記光学部材前駆体の硬化を簡便な方法にて行なうことができる。
【００４１】
この場合、前記（ｄ）において、前記光学部材前駆体の硬化を、紫外線の照射により行なうことができる。この方法によれば、前記光学部材前駆体を硬化させる際に、面発光型発光素子の素子特性に与える影響を少なくすることができる。
【００４２】
（４）前記（ｂ）において、前記土台部材の上面と、前記土台部材の側部において該上面に接する面とのなす角が鋭角になるように、前記土台部材を形成することができる。これにより、前記（ｂ）において、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材を確実に形成することができる。
【００４３】
この場合、前記（ｂ）において、前記土台部材の上部を逆テーパ状に形成することができる。これにより、前記土台部材の安定性を保持しつつ、前記土台部材の上面と側面とのなす角をより小さくすることができる。これにより、前記（ｂ）において、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材をより確実に形成することができる。
【００４４】
（５）さらに、前記（ｃ）より前に、（ｅ）前記液滴に対する前記土台部材の上面の濡れ性を調整すること、を含むことができる。これにより、所望の形状および大きさを有する光学部材を形成することができる。ここで、例えば、前記土台部材の上面に、前記液滴に対して親液性または撥液性を有する膜を形成することにより、濡前記液滴に対する前記土台部材の上面の濡れ性を制御することができる。
【００４５】
（６）さらに、（ｆ）前記光学部材の少なくとも一部を封止材で覆うこと、を含むことができる。これにより、前記土台部材の上面上に前記光学部材を簡便な方法にて固定することができる。
【００４６】
［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。
【００４７】
【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。
【００４８】
［第１の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
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。
【００４９】
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を含む。
【００５０】
また、この面発光型発光素子１００は、光が出射する出射面１０８と、出射面１０８上に設けられた土台部材１１０と、土台部材１１０の上面１１０ａ上に設けられた光学部材１１１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。また、本実施の形態においては、光学部材１１１がレンズとして機能する場合について説明する。
【００５１】
（土台部材）
本実施の形態においては、土台部材１１０は、所定波長の光を通過させる材質からなることができる。具体的には、土台部材１１０は、出射面１０８から出射した光を通過させることができる材質からなることができる。例えば、土台部材１１０は、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、あるいはフッ素系樹脂から形成することができる。あるいは、後述する第４実施形態に係る面発光型発光素子４００（図１６参照）のように、土台部材を半導体層で形成することもできる。
【００５２】
また、土台部材１１０の立体形状は特に限定されるわけではないが、少なくともその上面上に光学部材を載置させることができる構造であることが必要とされる。この点は、後述する実施形態に係る面発光型発光素子の土台部材においても同様である。
【００５３】
また、土台部材１１０の高さは、土台部材１１０の上面１１０ａ上に形成される光学部材１１１の機能および用途、ならびに形状および大きさによって定められる。本実施の形態のように、光学部材１１１がレンズとして機能する場合、土台部材１１０の高さｈは、該レンズの曲率半径ｒと、出射面１０８から該レンズ１１１の頂点までの距離ｄ（図１参照）とに依存して決定される。
【００５４】
例えば、土台部材１１０の屈折率と光学部材（レンズ）１１１の屈折率とがほぼ等しい場合、光学部材１１１がレンズとして機能するためには、図３１に示すように、光学部材（レンズ）１１１の曲率半径ｒと、出射面１０８から該レンズの頂点までの距離ｄ（図１参照）との間に、以下の式（１）を満たす関係が成立する必要がある。
【００５５】
ｒ≦０．３４×ｄ 式（１）
この式（１）を満たすように、光学部材１１１の曲率半径ｒおよび土台部材１１０の高さｈが決定される。図３１において、斜線で示した領域が式（１）を満たす領域である。なお、この場合において、ｒ＝０．３４×ｄが成立する場合、光学部材１１１から出射する光はコリメート光となる。
【００５６】
一般的に、出射面からレンズの頂点までの距離が長いほど、レンズの曲率半径が小さいほど、レンズの集光機能は大きくなる。
【００５７】
また、土台部材１１０の上面１１０ａの形状は、土台部材１１０の上面１１０ａ上に形成される光学部材１１１の機能や用途によって定められる。言い換えれば、土台部材１１０の上面１１０ａの形状を制御することによって、光学部材１１１の形状を制御することができる。
【００５８】
例えば、面発光型発光素子１００（図１および図２参照）では、土台部材１１０の上面１１０ａの形状は円である。また、後述する実施形態に係る面発光型発光素子においても、土台部材の上面の形状が円である場合を示す。
【００５９】
光学部材を、例えばレンズまたは偏向素子として用いる場合、土台部材の上面の形状を円にする。これにより、光学部材の立体形状を、円球状または切断円球状に形成することができ、得られた光学部材をレンズまたは偏向素子として用いることができる。
【００６０】
本実施の形態においては、光学部材１１１がレンズとして機能する例を示す。すなわち、図１および図２に示すように、光学部材１１１によって、出射面１０８から出射する光を集光させることができる。
【００６１】
また、図示しないが、光学部材を例えば異方性レンズまたは偏向素子として用いる場合、土台部材の上面の形状を楕円にすることができる。これにより、光学部材の立体形状を、楕円球状または切断楕円球状に形成することができ、得られた光学部材を異方性レンズまたは偏向素子として用いることができる。
【００６２】
（光学部材）
光学部材１１１の立体形状については、（土台部材）の欄で説明したので、詳しい説明は省略する。
【００６３】
光学部材１１１は、例えば熱または光等のエネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料（例えば紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体）を硬化させることにより形成される。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、熱硬化型のポリイミド系樹脂等が例示できる。
【００６４】
紫外線硬化型樹脂の前駆体は、短時間の紫外線照射によって硬化する。このため、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、紫外線硬化型樹脂の前駆体を用いて光学部材１１１を形成する場合、素子へ与える影響を少なくすることができる。
【００６５】
本実施の形態において、光学部材１１１は、具体的には、土台部材１１０の上面１１０ａに対して、前記液体材料からなる液滴１１１ａを吐出して、光学部材前駆体１１１ｂを形成した後、光学部材前駆体１１１ｂを硬化させることによって形成される（図１０および図１１参照）。光学部材１１１の形成方法については後述する。
【００６６】
（その他の構成要素）
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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なるのが望ましい。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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
２．面発光型発光素子の動作
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。
【００７７】
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からレーザ光が出射した後光学部材１１１へと入射する。光学部材１１１に入射したレーザ光は光学部材１１１によって放射角が調整された後、半導体基板１０１に対して垂直方向へと出射する。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。
３．面発光型発光素子の製造方法
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１１を用いて説明する。図３〜図１１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。
【００７８】
（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が形成される。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層が、ＡｌＡｓ層またはＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層に形成される。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。
【００７９】
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。
【００８０】
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が形成される（図３参照）。
【００８１】
（２）ついで、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が形成される。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が除去される。
【００８２】
（３）続いて、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が形成される（図５参照）。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。
【００８３】
（４）次いで、柱状部１３０を取り囲む絶縁層１０６が形成される（図６参照）。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。
【００８４】
まず、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上に塗布した後、イミド化させることにより、図６に示すように、柱状部１３０を周囲に絶縁層１０６が形成される。この絶縁層１０６の形成方法としては、例えば、特願２００１−０６６２９９号公報に記載されている方法を用いることができる。また、樹脂前駆体層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を利用することができる。
【００８５】
（５）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が形成される（図７参照）。
【００８６】
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。
【００８７】
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（図７参照）。これにより、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が形成される。
【００８８】
（６）次いで、出射面１０８上に、光学部材１１１（図１参照）を設置するための土台部材１１０が形成される（図８および図９参照）。
【００８９】
土台部材１１０の形成は、土台部材１１０の材質や形状ならびに大きさに応じて適切な方法（例えば選択成長法、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、リフトオフ法、転写法等）を選択することができる。本実施の形態においては、ウエットエッチングによるパターニングにて土台部材１１０を形成する場合について説明する。
【００９０】
まず、図８に示すように、少なくとも出射面１０８上に、樹脂層１１０ｂを形成する。本実施の形態においては、例えばスピンコート法にて、樹脂層１１０ｂを、出射面１０８および第１電極１０７上に全体に形成する場合を示す。
【００９１】
ついで、樹脂層１１０ｂ上に、所定のパターンのレジスト層Ｒ２００を形成する。このレジスト層Ｒ２００は、樹脂層１１０ｂをパターニングして土台部材１１０を形成するために利用される。具体的には、フォトリソグラフィ工程により、レジスト層Ｒ２００をマスクとして、例えばアルカリ性溶液をエッチャントに用いるウエットエッチング法によって、樹脂層１１０ｂをパターニングする。これにより、図９に示すように、出射面１０８上に土台部材１１０が形成される。
【００９２】
（７）次いで、土台部材１１０の上面１１０ａ上に、光学部材１１１が形成される（図１０および図１１参照）。
【００９３】
まず、必要に応じて、土台部材１１０の上面１１０ａに、光学部材１１１（図１参照）の濡れ角を調整するための処理を施す。この工程によれば、後述する工程において、土台部材１１０の上面１１０ａ上に液体材料１１１ａを導入した場合、所望の形状の光学部材前駆体１１１ｂを得ることができ、その結果、所望の形状の光学部材１１を得ることができる（図１０および図１１参照）。
【００９４】
次いで、例えばインクジェット法を用いて、液体材料１１１ａの液滴を、土台部材１１０の上面１１０ａに向けて吐出する。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、液滴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１０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の土台部材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、液体材料１１１ａの液滴を吐出する。これにより、図１１に示すように、土台部材１１０の上面１１０ａ上に光学部材前駆体１１１ｂを形成する。
【００９６】
この場合、図１０に示すように、ノズル１１２から吐出された前記液滴が、土台部材１１０の上面１１０ａに着弾した際に、表面張力によって、土台部材１１０の上面１１０ａの中心にくるように液体材料１１１ａが変形するため、自動的に位置の補正がなされる。
【００９７】
また、この場合、光学部材前駆体１１１ｂ（図１１参照）は、土台部材１１０の上面１１０ａの形状および大きさ、液体材料１１１ａの吐出量、液体材料１１１ａの表面張力、ならびに土台部材１１０の上面１１０ａと液体材料１１１ａとの間の界面張力に応じた形状および大きさとなる。したがって、これらを制御することにより、最終的に得られる光学部材１１１（図１参照）の形状および大きさ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。
【００９８】
以上の工程を行なった後、図１１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、光学部材前駆体１１１ｂを硬化させて、土台部材１１０の上面１１０ａ上に、レンズとして機能する光学部材１１１を形成する（図１参照）。最適な紫外線の波長および照射量は、光学部材前駆体１１１ｂの材質に依存する。例えば、アクリル系紫外線硬化樹脂の前駆体を用いて光学部材前駆体１１１ｂを形成した場合、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、図１に示す面発光型発光素子１００が得られる。
４．作用効果
本実施の形態に係る面発光型発光素子１００は、以下に示す作用および効果を有する。
【００９９】
（Ａ）第１に、光学部材１１１が土台部材１１０の上面１１０ａ上に設けられていることにより、出射面１０８からの出射するレーザ光の光路長を確保することができる。すなわち、光学部材１１１が土台部材１１０を介して出射面１０８上に設けられているため、出射面１０８から光学部材１１１までの距離を確保することができる。このため、光学部材１１１のレンズとしての集光機能を高めることができる。
【０１００】
（Ｂ）第２に、光学部材１１１の大きさおよび形状を厳密に制御することができる。光学部材１１１を形成するためには、前記（７）の工程にて説明したように、光学部材１１１を形成する工程において、光学部材前駆体１１１ｂが土台部材１１０の上面１１０ａ上に形成される（図１０および図１１参照）。ここで、土台部材１１０の側面１１０ｂが、光学部材前駆体１１０ａを構成する液体材料で濡れない限り、光学部材前駆体１１１ｂには土台部材１１０の表面張力は作用せず、前記液体材料の表面張力が主に作用する。したがって、光学部材１１１を形成するために用いる前記液体材料（液滴１１１ａ）の量を制御することにより、光学部材前駆体１１１ｂの形状を制御することができる。これにより、形状がより厳密に制御された光学部材１１１を形成することができる。その結果、所望の形状および大きさを有する光学部材１１１を得ることができる。
【０１０１】
（Ｃ）第３に、光学部材１１１の設置位置を厳密に制御することができる。前述したように、光学部材１１１は、土台部材１１０の上面１１０ａに対して、液体材料１１１ａの液滴を吐出して、光学部材前駆体１１１ｂを形成した後、光学部材前駆体１１１ｂを硬化させることにより形成される（図１１参照）。一般に、吐出された液滴の着弾位置を厳密に制御するのは難しい。しかしながら、この方法によれば、特に位置合わせを行なうことなく土台部材１１０の上面１１０ａ上に光学部材１１１を形成することができる。すなわち、土台部材１１０の上面１１０ａ上に単に液滴１１１ｂを吐出することによって、位置合わせを行なうことなく光学部材前駆体１１１ａを形成することができる。言い換えれば、土台部材１１０を形成する際のアライメント精度にて光学部材１１１を形成することができる。これにより、設置位置が制御された光学部材１１１を簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【０１０２】
特に、インクジェット法を用いて液滴１１１ｂを吐出する場合、液滴１１１ｂをより的確な位置に吐出することができるため、設置位置がより制御された光学部材１１１を簡易かつ歩留まり良く形成することができる。また、インクジェット法を用いて液滴１１１ｂを吐出することにより、吐出する液滴１１１ｂの量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができるため、微細な構造を正確に作成することができる。
【０１０３】
（Ｄ）第４に、土台部材１１０の上面１１０ａの形状および面積を設定することによって、光学部材１１１の形状および大きさを設定することができる。特に、土台部材１１０の上面１１０ａの形状を適宜選択することによって、所定の機能を有する光学部材１１１を形成することができる。したがって、土台部材１１０の上面１１０ａの形状を変えることによって、異なる機能を有する光学部材を同一の基体上に集積化することもできる。
【０１０４】
なお、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。このことは、後述する第２〜第６および第８の実施の形態に係る面発光型発光素子でも同様である。なお、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。
５．変形例
次に、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の一変形例について、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の一変形例（面発光型発光素子１９０）を模式的に示す断面図である。
【０１０５】
図１２に示すように、本変形例に係る面発光型発光素子１９０においては、光学部材１１１の少なくとも一部を覆うように、封止材１３１が形成されている。これにより、光学部材１１１を、土台部材１１０の上面１１０ａ上に確実に固定させることができる。封止材１３１は、光学部材１１１よりも屈折率が小さいことが望ましい。封止材１３１の材質は特に限定されないが、例えば樹脂を用いることができる。
【０１０６】
上記の点以外は、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００と同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。
６．別の変形例
次いで、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の一変形例について、図１３を参照して説明する。図１３は、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の別の一変形例（面発光型発光素子１８０）を模式的に示す断面図である。
【０１０７】
図１３に示すように、本変形例に係る面発光型発光素子１８０においては、土台部材９１０の上面９１０ａが曲面である。この構成によれば、ほぼ円球状の光学部材９１１を、土台部材９１０の上面９１０ａ上に設置することができる。
【０１０８】
なお、上記の点以外は、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００と同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。また、後述する他の実施形態の面発光型発光素子についても、土台部材の上面を曲面にすることができる。
【０１０９】
［第２の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図１４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。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。
【０１１０】
本実施の形態に係る面発光型発光素子２００は、土台部材２１０の側壁が逆テーパ状である点以外は、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。このため、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。
【０１１１】
図１４に示すように、土台部材２１０の上面２１０ａと側面２１０ｂとのなす角θを鋭角にすることができる。すなわち、土台部材２１０においては、前述したように、土台部材２１０の側壁が逆テーパ状である。ここで、土台部材２１０の側面２１０ｂとは、土台部材２２の側部において上面２１０ａに接する面をいう。土台部材２１０においては、土台部材２１０の側部が側面２１０ｂである。なお、土台部材２１０の材質は、第１の実施の形態の土台部材１１０の材質と同様である。すなわち、土台部材２１０は、出射面１０８から出射した光を通過させることができる材質からなる。また、光学部材２１１の構造、材質および機能は、第１の実施の形態の光学部材１１１の構造、材質および機能と同様である。さらに、光学部材２１１は、第１の実施の形態の光学部材１１１と同様の方法によって形成することができる。
２．面発光型発光素子の動作
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め、詳しい説明は省略する。
３．面発光型発光素子の製造方法
本実施の形態に係る面発光型発光素子２００の製造方法は、土台部材２１０の側壁を逆テーパ状に形成する以外は、第１の実施形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法と同様である。このため、詳しい説明は省略する。
４．作用効果
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は、以下に示す作用および効果を有する。
【０１１２】
光学部材２１１は、土台部材２１０の上面２１０ａに対して液滴を吐出して、光学部材前駆体（図示せず）を形成した後、該光学部材前駆体を硬化させることにより形成される。この場合、土台部材２１０の上面２１０ａと側面２１０ｂとのなす角θが鋭角であることにより、土台部材２１０の上面２１０ａに対して前記液滴を吐出する際に、土台部材２１０の側面２１０ｂが前記液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材２１１を確実に形成することができる。
【０１１３】
［第３の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
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。
【０１１４】
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００は、土台部材３１０の上部３１０ｃが逆テーパ状である点以外は、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。このため、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。
【０１１５】
前述したように、本実施の形態に係る面発光型発光素子３００においては、土台部材３１０の上部３１０ｃが逆テーパ状である。この場合において、土台部材３１０の上面３１０ａと、側面３１０ｂ（土台部材３１０の側部において上面３１０ａに接する面）とのなす角θは鋭角となる。なお、土台部材３１０の材質は、第１の実施の形態に係る土台部材１１０の材質と同様である。すなわち、土台部材３１０は、出射面１０８から出射した光を通過させることができる材質からなる。また、光学部材３１１の構造、材質および機能は、第１の実施の形態の光学部材１１１の構造、材質および機能と同様である。さらに、光学部材３１１は、第１の実施の形態の光学部材１１１と同様の方法によって形成することができる。
２．面発光型発光素子の動作
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め、詳しい説明は省略する。
３．面発光型発光素子の製造方法
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００の製造方法は、土台部材３１０の上部３１０ｃが逆テーパ状となるように土台部材３１０を形成する点以外は、第１の実施形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法と同様である。したがって、ここでは、第１の実施形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法と異なる工程、すなわち土台部材３１０を形成する工程について主に説明する。
【０１１６】
まず、前述した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子の製造方法のうち、前記（１）〜（５）の工程（図３〜図７参照）と同様の方法にて、面発光型発光素子３００のうち発光素子として機能する部分を形成する。次いで、前記（６）の工程（図８参照）と同様の方法にて、樹脂層１１０ｂを形成した後、この樹脂層１１０ｂ上に、所定のパターンのレジスト層Ｒ２００を形成する。このレジスト層Ｒ２００は、後の工程において、樹脂層１１０ｂをパターニングして土台部材２１０を形成するために利用される。
【０１１７】
次に、レジストを変質させない程度の温度（例えば１３０℃）で熱処理を行なう。この熱処理においては樹脂層１１０ｂの上面側から熱を加えることにより、樹脂層１１０ｂのうち基板１０１側部分よりも、樹脂層１１０ｂの上面側（レジスト層Ｒ２００側）部分の硬化の度合いを大きくする。
【０１１８】
次いで、レジスト層Ｒ２００をマスクとして、樹脂層１１０ｂをウエットエッチングする。この工程において、レジスト層Ｒ２００の直下部分すなわち樹脂層１１０ｂの上部は、他の部分と比較してエッチャントの侵入速度が遅いためエッチングされにくい。また、前記熱処理により、樹脂層１１０ｂの上面側部分の硬化の度合いが基板１０１側部分の硬化の度合いよりも大きくなっているため、樹脂層１１０ｂにおいて、上面側部分は基板１００側部分よりもウエットエッチングにおけるエッチングレートが小さい。このため、該ウエットエッチング時において、樹脂層１１０ｂの上面側部分は、樹脂層１１０ｂの基板１００側部分に比較してエッチング速度が遅いため、樹脂層１１０ｂの上面側部分は、樹脂層１１０ｂの基板１００側部分と比較してより多く残存する。これにより、上部３１０ｃが逆テーパ状に形成された土台部材３１０（図１５参照）を得ることができる。次いで、レジスト層Ｒ２００を除去する。
【０１１９】
その後の工程は、第１の実施形態に係る製造方法（第１の実施形態の（７）の工程）と同様であるため、詳しい説明は省略する。これにより、面発光型発光素子３００が得られる（図１５参照）。
４．作用効果
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３００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。
【０１２０】
面発光型発光素子３００によれば、土台部材３１０の上部３１０ｃが逆テーパ状となるように、土台部材３１０が形成されていることにより、土台部材３１０の安定性を保持しつつ、土台部材３１０の上面３１０ａと側面３１０ｂとのなす角θをより小さくすることができる。これにより、土台部材３１０の側面３１０ｂが液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材３１１を、より確実に形成することができる。
【０１２１】
［第４の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図１６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。
【０１２２】
本実施の形態に係る面発光型発光素子４００は、土台部材４１０が半導体層からなる点以外は、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。このため、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。
【０１２３】
前述したように、土台部材４１０は半導体層からなる。この半導体層は、出射面１０８から出射した光を通過させることができる性質を有する。また、この土台部材４１０は柱状部１３０と一体化して形成できる。具体的には、土台部材４１０を構成する層は、柱状部１３０と同様にエピタキシャル成長により積層することができる。
【０１２４】
本実施の形態において、柱状部１３０は第１の実施の形態で説明したように、ＡｌＧａＡｓ系の半導体層から形成されている。この場合、例えば、柱状部１３０から出射するレーザ光の波長（共振器１４０の発振波長）が８５０ｎｍである場合、土台部材４１０はＡｌの組成（モル分率）が３０％以上である層から形成することができる。これにより、出射面１０８から土台部材４１０に入射した前記レーザ光が土台部材４１０を透過することができる。
【０１２５】
また、土台部材４１０が前述した組成の層からなる場合、土台部材４１０は、柱状部１３０の一部として機能する。具体的には、土台部材４１０は上部ミラー１０４の上方に形成されることから、上部ミラー１０４の一部として機能する。この場合、共振器１４０（図１６参照）の発振波長λとすると、土台部材４１０の高さｈを、ｎλ／４（ｎは整数）に形成することができる。これにより、反射率の低下を防止することができる。
２．面発光型発光素子の動作
本実施の形態の面発光型発光素子４００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め、詳しい説明は省略する。
３．面発光型発光素子の製造方法
次に、本実施の形態に係る面発光型発光素子４００の製造方法の一例について、図１７〜図２１を用いて説明する。図１７〜図２１は、図１６に示す本実施の形態の面発光型発光素子４００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１６に示す断面に対応している。
【０１２６】
まず、前述した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造工程のうち前記（１）の工程（図３参照）と同様の方法にて、半導体多層膜１５０を形成する。この半導体多層膜１５０は、図３に示す半導体多層膜１５０と同様の組成および膜厚を有する。
【０１２７】
次いで、この半導体多層膜１５０上に、半導体層４１０ａをエピタキシャル成長させる。この半導体層４１０ａは前述した組成であることが望ましい。ここで、半導体層４１０ａの膜厚を、ｎλ／４（ｎは整数，λは共振器１４０（図１６参照）の発振波長）に形成することができる。
【０１２８】
次いで、図１７に示すように、半導体層４１０ａの上に、所定のパターンのレジスト層Ｒ１１０を形成する。このレジスト層Ｒ１１０は、半導体層４１０ａをパターニングして土台部材４１０を形成するために利用される。次いで、このレジスト層Ｒ１１０をマスクとして、例えばドライエッチングにより、半導体層４１０ａをパターニングする。これにより、図１８に示すように、半導体多層膜１５０上に土台部材４１０が形成される。その後、レジスト層Ｒ１１０が除去される。
【０１２９】
次いで、図１９に示すように、半導体多層膜１５０の上に、所定のパターンのレジスト層Ｒ２１０を形成する。このレジスト層Ｒ２１０は、半導体多層膜１５０をパターニングして柱状部１３０を形成するために利用される。次いで、このレジスト層Ｒ２１０をマスクとして、例えばドライエッチングにより、半導体多層膜１５０をパターニングする。これにより、図２０に示すように、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Ｒ２１０が除去される。
【０１３０】
次いで、前述した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造工程のうち前記（３）〜（５）の工程と同様の工程によって、酸化狭窄層１０５を形成した後、柱状部１３０の周囲に絶縁層１０６を形成し、その後、第１および第２電極１０９ならびに出射面１０８を形成する（図２１参照）。
【０１３１】
次いで、前述した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造工程のうち前記（７）の工程と同様の工程によって、土台部材４１０上に光学部材１１１（図１６参照）が形成される。以上の工程により、面発光型発光素子４００が形成される。
【０１３２】
なお、本実施の形態においては、最初のエッチングにて土台部材４１０を形成してから、次のエッチングにて柱状部１３０を形成する場合を示したが、このエッチングの順序は適宜変更することができる。すなわち、最初のエッチングにて柱状部１３０を形成してから、次のエッチングにて土台部材４１０を形成してもよい。
４．作用効果
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４００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。
【０１３３】
面発光型発光素子４００によれば、半導体層４１０ａ（図１７参照）は、エピタキシャル成長により形成される。したがって、半導体層４１０ａの膜厚を容易に制御することができる。土台部材４１０はこの半導体層４１０ａから形成されるため、土台部材４１０の高さの制御が容易である。
【０１３４】
また、あらかじめ土台部材４１０を形成してから、絶縁層１０６の埋め込みや、電極１０７，１０９の形成を行なうため、土台部材４１０を形成することによる素子特性への影響を少なくすることができる。
【０１３５】
［第５の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図２２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。なお、本実施の形態においては、第１〜第４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。なお、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。
【０１３６】
本実施の形態に係る面発光型発光素子５００は、半導体基板１０１の裏面１０１ｂ側から光が出射する点で、第１〜第４の実施の形態の面発光型発光素子と異なる構造を有する。
【０１３７】
面発光型発光素子５００では、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに設けられた出射面５０８から光が出射する。また、出射面５０８上には土台部材１１０が設けられ、この土台部材１１０の上面１１０ａ上には光学部材１１１が設けられている。
【０１３８】
また、この面発光型発光素子５００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〜第４の実施の形態の面発光型発光素子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。
【０１３９】
また、この面発光型発光素子５００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。
２．面発光型発光素子の動作
本実施の形態の面発光型発光素子５００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５００では、出射面５０８が半導体基板１０１の裏面１０１ｂ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５０８から出射し、しかる後に土台部材１１１へと入射する。光学部材１１１に入射したレーザ光は、光学部材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２２に示す−Ｚ方向）へと出射する。
３．面発光型発光素子の製造方法
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。
【０１４０】
第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００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、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、第１および第２電極１０７，１０９の平面形状が異なる点、裏面１０１ｂに出射面５０８が形成され、出射面５０８上に、土台部材１１０を介して光学部材１１１が設置されている点を除いて、第１の実施の形態の面発光型発光素子１００の製造プロセスとほぼ同様の工程によって形成される。よって、ここでは、第１の実施の形態の面発光型発光素子の製造プロセスと異なる点について主に説明する。
【０１４１】
本実施の形態に係る面発光型発光素子５００の製造プロセスでは、具体的には、第２電極１０９を形成する際に、半導体基板１０１が露出する領域を設ける。この露出する領域が出射面５０８となる。
【０１４２】
また、出射面５０８上に土台部材１１０を形成し、さらに、土台部材１１０の上面１１０ａ上に光学部材１１１を形成する。第１および第２電極１０７，１０９、土台部材１１０および光学部材１１１の形成方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同様である。
４．作用効果
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、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。
【０１４３】
［第６の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図２３は、本発明を適用した第６の実施の形態に係る面発光型発光素子６００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５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。なお、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。
【０１４４】
本実施の形態に係る面発光型発光素子６００は、半導体基板１０１の裏面１０１ｂ側から光が出射する点で、第５の実施の形態の面発光型発光素子５００と同様の構造を有する。また、この面発光型発光素子６００は、第５の実施の形態の面発光型発光素子５００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。
【０１４５】
一方、この面発光型発光素子６００は、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに凹部３２１が設置され、凹部３２１に光路調整層６３０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、光路調整層６３０の上面に出射面６０８が設置されている点で、第５の実施の形態の面発光型発光素子５００と異なる構造を有する。
【０１４６】
この他の構成要素の構造および機能については、第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００とほぼ同様の構造および機能を有する。第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００と実質的に同じ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。
【０１４７】
具体的には、この面発光型発光素子６００では、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに凹部３２１が設置され、凹部３２１に光路調整層６３０が埋め込まれている。すなわち、図２３に示すように、光路調整層６３０は、半導体基板１０１と土台部材１１０との間に形成されている。この光路調整層６３０の幅および膜厚は、凹部３２１の幅および深さを調整することによって、制御することが可能である。また、この光路調整層６３０は、出射す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６３０の材質は、面発光型発光素子６００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。
【０１４８】
また、土台部材１１０が出射面６０８上に形成され、この土台部材１１０の上面１１０ａに光学部材１１１が形成されている。
２．面発光型発光素子の動作
本実施の形態の面発光型発光素子６００の動作は、第５の実施の形態の面発光型発光素子５００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６００は、半導体基板１０１と土台部材１１０との間に光路調整層６３０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を経て光路調整層６３０へと入射した後出射面６０８へと到達し、この出射面６０８から出射する。出射面６０８から出射した光は、土台部材１１０を通過した後光学部材１１１へと入射した後、この光学部材１１１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２３に示す−Ｚ方向）へと出射する。
３．面発光型発光素子の製造方法
本発明を適用した第６の実施の形態に係る面発光型発光素子６００は、第１電極１０７と第２電極１０９とを同じ側に形成する点、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに凹部３２１を形成し、凹部３２１に光路調整層６３０を形成する点を除いて、第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００と同様の製造プロセスにより形成される。よって、詳しい説明は省略する。
４．作用効果
本実施の形態に係る面発光型発光素子６００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６００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。
【０１４９】
本実施の形態に係る面発光型発光素子６００によれば、半導体基板１０１と土台部材１１０との間に光路調整層６３０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６３０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６３０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。
【０１５０】
［第７の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図２４は、本発明を適用した第７の実施の形態に係る面発光型発光素子７００を模式的に示す断面図である。図２５は、図２４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。また、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。
【０１５１】
この実施の形態の面発光型発光素子７００は、図２４に示すように、サファイア基板７０１と、サファイア基板７０１上に形成された発光素子部７０２とを含む。この面発光型発光素子７００においては、この発光素子部７０２によって紫外光が発生する。
【０１５２】
発光素子部７０２は、例えば、サファイア基板７０１上に形成されたｎ型ＧａＮ層からなるバッファ層７２２、ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２３、ｎ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層７２４、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７２５、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層７２６、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２７が順次積層されて構成されている。
【０１５３】
ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２３、不純物がドーピングされていない活性層７２５、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２７により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【０１５４】
また、発光素子部７０２のうち出射面７０８側からコンタクト層７２３の途中にかけての部分が、出射面７０８側からから見て円形の形状にエッチングされて柱状部７３０が形成されている。本実施の形態においては、柱状部７３０とは、発光素子部７０２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７３０の平面形状は任意の形状をとることが可能である。
【０１５５】
絶縁層７０６は、柱状部７３０の側面ならびにコンタクト層７２３の上面を覆うように形成されている。したがって、柱状部７３０の側面は絶縁層７０６で取り囲まれている。
【０１５６】
さらに、柱状部７３０の上面から絶縁層７０６の表面にかけては、第１電極７０７が形成されている。柱状部７３０の上面には出射面７０８が設置されており、この出射面７０８から光が出射する。すなわち、柱状部７３０の上面のうち第１電極７０７で覆われていない部分が出射面７０８に該当する。また、絶縁層７０６の一部が除去されてコンタクト層７２３が露出しており、この露出したコンタクト層７２３の表面に接触する形で第２電極７０９が形成されている。
【０１５７】
絶縁層７０６、ならびに第１および第２電極７０７，７０９としては、前述した第１〜第６の実施の形態の面発光型発光素子を構成する絶縁層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。
【０１５８】
本実施の形態の面発光型発光素子７００においては、出射面７０８上に土台部材１１０が形成され、土台部材１１０の上面１１０ａ上に光学部材１１１が形成されている。
２．面発光型発光素子の動作
本実施の形態の面発光型発光素子７００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。
【０１５９】
まず、第１電極７０７と第２電極７０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層７２５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７３０上面にある出射面７０８から出射した後、土台部材１１０へと入射する。土台部材１１０に入射した光は土台部材１１０を通過して光学部材１１１に入射し、光学部材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２４に示すＺ方向）へと出射する。
３．面発光型発光素子の製造方法
次に、本発明を適用した第７の実施の形態に係る面発光型発光素子７００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７００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。
【０１６０】
（１）まず、サファイア基板７０１の表面に、ｎ型ＧａＮ層からなるバッファ層７２２、ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２３、ｎ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層７２４、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７２５、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層７２６、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２７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。
【０１６１】
次いで、アニール処理を行ない、クラッド層７２６およびコンタクト層７２７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７２７からｎ型コンタクト層７２３の途中にかけてエッチングを行ない、柱状部７３０を形成する。
【０１６２】
（２）続いて、柱状部７３０の周囲に絶縁層７０６を形成する。この絶縁層７０６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。なお、この工程において、第２電極７０９をコンタクト層７２３の上に形成するために、絶縁層７０６を、コンタクト層７２３の一部が露出するような形状に形成する。
【０１６３】
（３）次いで、例えば真空蒸着法により、第１および第２電極７０７，７０９を形成する。この工程によって、柱状部７３０の上面に出射面７０８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７０７，７０９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。
【０１６４】
（４）次いで、出射面７０８上に土台部材１１０を形成した後、土台部材１１０の上面１１０ａ上に光学部材１１１を形成する。土台部材１１０および光学部材１１１の製造方法は、前述した第１の実施の形態の面発光型発光素子１００の製造プロセスにて示した方法と同様の方法を用いることができる。あるいは、土台部材１１０は、前述した第４の実施の形態の面発光型発光素子４００の土台部材４１０（図１６参照）と同様に、柱状部７３０に一体化して形成することもできる。以上の工程により、図２４および図２５に示す面発光型発光素子７００が形成される。
４．作用効果
本実施の形態に係る面発光型発光素子７００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。
【０１６５】
［第８の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図２６は、本発明を適用した第８の実施の形態に係る面発光型発光素子８００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。
【０１６６】
本実施の形態に係る面発光型発光素子８００は、柱状部１３０が土台部材としての機能を有する点以外は、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。このため、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。
【０１６７】
この面発光型発光素子８００では、図２６に示すように、柱状部１３０が土台部材としての機能を有する。具体的には、柱状部１３０の上には、第１電極８０７を介して光学部材８１１が形成されている。また、絶縁層１０６の上面が、柱状部１３０の上面よりも低い位置に設けられており、柱状部１３０および第１電極８０７の上に第１電極８０７がほぼ均一の膜厚で形成されている。これにより、柱状部１３０に対して、土台部材としての機能を付与させることができる。
【０１６８】
また、光学部材８１１の構造、材質および機能は、第１の実施の形態の光学部材１１１の構造、材質および機能と同様である。
２．面発光型発光素子の動作
本実施の形態の面発光型発光素子８００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め、詳しい説明は省略する。
３．面発光型発光素子の製造方法
本実施の形態に係る面発光型発光素子８００の製造方法は、柱状部１３０の上面上に光学部材８１１を形成する以外は、第１の実施形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法と同様である。なお、第１の実施の形態の光学部材１１１と同様の方法によって、柱状部１３０を土台部材として用いることにより、柱状部１３０の上面上に光学部材８１１を形成することができる。その他の工程については、詳しい説明は省略する。
４．作用効果
本実施の形態に係る面発光型発光素子８００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は、以下に示す作用および効果を有する。
【０１６９】
光学部材８１１は、柱状部１３０を土台部材として用いることにより形成される。これにより、土台部材を別途形成する必要がない。これにより、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
【０１７０】
［第９の実施の形態］
図２７は、本発明を適用した第９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２７参照）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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
［第１０の実施の形態］
図２８は、本発明を適用した第１０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２２０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。
【０１７３】
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２２０側の構成（受光素子２２０、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。
【０１７４】
例えば、図３０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２２０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。
【０１７５】
図３１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。
【０１７６】
なお、第８および第１０の実施の形態（図２７〜図３０参照）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１９０（図１２参照），１８０(図１３参照)，２００（図１４参照），３００（図１５参照），４００（図１６参照），５００（図２２参照），６００（図２３参照），７００（図２４参照），８００（図２６参照）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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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】 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１１】 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１２】 図１および図２に示す面発光型発光素子の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図１３】 図１および図２に示す面発光型発光素子の他の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図１４】 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】 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平面図である。
【図１７】 図１６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】 図１６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１９】 図１６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２０】 図１６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２１】 図１６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２２】 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２３】 本発明を適用した第６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２４】 本発明を適用した第７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２５】 本発明を適用した第７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２６】 本発明を適用した第８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２７】 本発明を適用した第９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２８】 本発明を適用した第１０の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図２９】 本発明を適用した第１０の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図３０】 本発明を適用した第１０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。
【図３１】 出射面から光学部材の頂点までの距離と、光学部材の曲率半径との関係を示す図である。
【符号の説明】
１００，１８０，１９０，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００ 面発光型発光素子、 １０１ 半導体基板、 １０１ａ 半導体基板の表面、 １０１ｂ 半導体基板の裏面、 １０２ 下部ミラー、 １０３，３０３，７２５ 活性層、 １０４ 上部ミラー、 １０５ 酸化狭窄層、 １０６，７０６ 絶縁層、 １０７，７０７，８０７ 第１電極、 １０８，５０８，６０８，７０８ 出射面、 １０９，７０９ 第２電極、 １１０，２１０，３１０，４１０，９１０ 土台部材、 １１０ａ，２１０ａ，３１０ａ，９１０ａ 土台部材の上面 １１０ｂ、 樹脂層 ２１０ｂ，３１０ｂ 土台部材の側面、 ３１０ｃ 土台部材の上部、 １１１，２１１，３１１，８１１，９１１光学部材、 １１１ａ 液滴、 １１１ｂ 光学部材前駆体、 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、 １３１ 封止材、 １４０ 共振器、 １５０ 半導体多層膜、 ２２０ 受光素子、 ３２１ 凹部、 ４１０ａ 半導体層、 ６３０ 光路調整層、 ７０１ サファイア基板、 ７０１ａ サファイア基板の表面、 ７０２ 発光素子部、 ７２２ バッファ層、 ７２３ コンタクト層、 ７２４ クラッド層、 ７２６ クラッド層、 ７２７ コンタクト層、 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，Ｒ１１０，Ｒ２１０ 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。そこで、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。この場合、光学部材の設置位置、形状および大きさ等を制御することは、出射される光の特性を決定する上で重要である。
【０００３】
例えば、レンズが設置された面発光型発光素子が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−６７４４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、設置位置、形状および大きさが制御された光学部材を含む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。
【０００６】
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、
前記光が出射する出射面と、
前記出射面上に設けられた土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた光学部材と、を含み、
前記光学部材の最大径が前記土台部材の最大径より大きく、
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、少なくとも一部に柱状部を含む共振器を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面が設置され、
前記土台部材の径が、前記柱状部の径より小さいことができる。
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、
前記光が出射する出射面と、
前記出射面上に設けられた土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた光学部材と、を含み、
前記光学部材の最大径が前記土台部材の最大径より大きく、
前記面発光型発光素子は、半導体発光ダイオードであり、
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活性層を含む柱状部と、を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面が設置され、
前記土台部材の径が、前記柱状部の径より小さいことができる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材は、所定波長の光を通過させる材質からなることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材は、レンズとしての機能を有することができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材は、偏向素子としての機能を有することができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材は、円球状または楕円球状であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材は、切断円球状または切断楕円球状であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材の断面は、円または楕円であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材は、エネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成されることができる。この場合、前記光学部材は、紫外線硬化型樹脂からなることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材の少なくとも一部を覆うように、封止材を形成できる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材の上面は、円形または楕円形であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材の上面は、曲面であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材の上面と、前記土台部材の側部において該上面に接する面とのなす角が鋭角であることができる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材の上部は、逆テーパ状に形成できる。
上記面発光型発光素子において、前記土台部材は、前記柱状部と一体化して形成できる。この場合、前記土台部材は、半導体層からなることができる。
上記面発光型発光素子において、前記光学部材がレンズとして機能し、かつ、切断円球状であり、前記光学部材の屈折率と、前記土台部材との屈折率とがほぼ等しく、前記光学部材の曲率半径ｒと、前記出射面から前記光学部材の頂点までの距離ｄとが、以下の式（１）に示す関係を満たしていることができる。
ｒ≦０．３４×ｄ 式（１）
本発明の光モジュールは、上記面発光型発光素子と、光導波路とを含むことができる。
本発明の光伝達装置は、上記光モジュールを含むことができる。
［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、
前記光が出射する出射面と、
前記出射面上に設けられた土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた光学部材と、を含む。
【０００８】
ここで、「基体」とは、発光素子が形成される基板をいう。例えば面発光型半導体レーザの場合、「基体」は例えば半導体基板であり、例えば半導体発光ダイオードの場合、「基体」は例えば例えばサファイア基板であり、例えばＥＬ素子の場合、「基体」は例えば透明基板である。
【０００９】
また、「土台部材」とは、前記光学部材を載置できる上面を有する部材をいい、「土台部材の上面」とは、前記光学部材が設置される面をいう。前記土台部材の上面は、前記光学部材を設置できる限り、平面であってもよいし曲面であってもよい。
【００１０】
さらに、「光学部材」とは、発光素子からの出射光の光学特性や進行方向を変化させる機能を有する部材をいい、ここで、「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、例えばレンズまたは偏向素子が例示できる。
【００１１】
本発明の面発光型発光素子によれば、上記構成を有することにより、前記土台部材の上面の形状や高さ等を制御することによって、設置位置、形状および大きさが良好に制御された光学部材を含む面発光型発光素子を得ることができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【００１２】
本発明の面発光型発光素子は、以下の態様（１）〜（１３）をとることができる。
【００１３】
（１）前記土台部材は、所定波長の光を通過させる材質からなることができる。ここで、「通過」とは、前記土台部材に入射した光が入射した後、該土台部材から光が出射することをいい、前記土台部材に入射した光がすべて該土台部材から出射する場合だけでなく、前記土台部材に入射した光の一部のみが該土台部材から出射する場合を含む。
【００１４】
（２）前記光学部材は、レンズまたは偏光素子としての機能を有することができる。
【００１５】
（３）前記光学部材は、円球状または楕円球状であることができる。
【００１６】
（４）前記光学部材は、切断円球状または切断楕円球状であることができる。ここで、「切断円球状」とは、円球を一平面で切断して得られる形状をいい、該円球は完全な円球のみならず、円球に近似する形状をも含む。また、「切断楕円球状」とは、楕円球を一平面で切断して得られる形状をいい、楕円球は完全な楕円球のみならず、楕円球に近似する形状をも含む。
【００１７】
この場合、前記光学部材の断面は、円または楕円であることができる。また、この場合、前記光学部材に、レンズまたは偏向素子としての機能を付与することができる。
【００１８】
（５）前記光学部材は、エネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成できる。
【００１９】
この場合、前記光学部材は、紫外線硬化型樹脂からなることができる。
【００２０】
（６）前記光学部材の少なくとも一部を覆うように、封止材を形成することができる。これにより、前記土台部材の上面上に前記光学部材を確実に固定することができる。
【００２１】
（７）前記土台部材の上面は、円形または楕円形であることができる。
【００２２】
（８）前記土台部材の上面は、曲面であることができる。
【００２３】
（９）前記土台部材の上面と、前記土台部材の側部において該上面に接する面とのなす角が鋭角であることができる。この構成によれば、液滴を吐出して光学部材前駆体を形成した後硬化させて前記光学部材を形成する場合、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材を確実に得ることができる。
【００２４】
この場合、前記土台部材の上部を、逆テーパ状に形成できる。ここで、「前記土台部材の上部」とは、前記土台部材のうち前記上面近傍の領域をいう。この構成によれば、液滴を吐出して光学部材前駆体を形成した後硬化させて前記光学部材を形成する場合、前記土台部材の安定性を保持しつつ、前記土台部材の上面と側面とのなす角をより小さくすることができる。これにより、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材を得ることができる。
【００２５】
（１０）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。
【００２６】
（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、少なくとも一部に柱状部を含む共振器を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面を設置できる。
【００２７】
この場合、前記土台部材は、前記柱状部と一体化して形成できる。また、この場合、前記土台部材は、半導体層からなることができる。さらに、この場合、前記柱状部は、前記土台部材としての機能を有することができる。
【００２８】
（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、前記出射面を設置できる。
【００２９】
（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、凹部が形成され、
前記凹部には、光路調整層が埋め込まれて形成され、
前記光路調整層の上面に、前記出射面を設置できる。
【００３０】
（１１）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。
【００３１】
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活性層を含む柱状部と、を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面を設置できる。
【００３２】
また、この場合、前記土台部材は、前記柱状部と一体化して形成できる。さらに、この場合、前記土台部材は、半導体層からなることができる。加えて、この場合、前記柱状部は、前記土台部材としての機能を有することができる。
【００３３】
（１２）前記面発光型発光素子は、ＥＬ素子であることができる。
【００３４】
（１３）前記光学部材がレンズとして機能し、かつ、切断円球状であり、
前記光学部材の屈折率と、前記土台部材との屈折率とがほぼ等しく、
前記光学部材の曲率半径ｒと、前記出射面から前記光学部材の頂点までの距離ｄとが、以下の式（１）に示す関係を満たすことができる。
【００３５】
ｒ≦０．３４×ｄ 式（１）
［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、
（ａ）出射面を含み、前記発光素子として機能する部分を形成し、
（ｂ）前記基体上に土台部材を形成し、
（ｃ）前記土台部材の上面に対して液滴を吐出して、光学部材前駆体を形成し、
（ｄ）前記光学部材前駆体を硬化させて、光学部材を形成すること、を含む。
【００３６】
本発明の面発光型発光素子の製造方法によれば、前記（ｂ）において、上面の形状や高さおよび設置位置等が調整された前記土台部材を形成し、前記（ｃ）において、前記液滴の吐出量を調整すること等によって、設置位置、形状および大きさが良好に制御された光学部材を含む面発光型発光素子を形成することができる。詳しくは、本実施の形態の欄で説明する。
【００３７】
本発明の面発光型発光素子の製造方法は、以下の態様（１）〜（６）をとることができる。
【００３８】
（１）前記（ｂ）において、所定波長の光を通過させる材質にて前記土台部材を形成することができる。
【００３９】
（２）前記（ｃ）において、前記液滴の吐出を、インクジェット法により行なうことができる。インクジェット法とは、インクジェットヘッドを用いて液滴を吐出する方法である。この方法によれば、前記液滴の吐出量の微妙な調整が可能であるため、微細な光学部材を、前記土台部材の上面上に簡便に設置することができる。また、吐出する液滴の量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができるため、微細な構造を作成することができる。
【００４０】
（３）前記（ｄ）において、前記光学部材前駆体の硬化を、エネルギーの付加により行なうことができる。この方法によれば、前記光学部材前駆体の硬化を簡便な方法にて行なうことができる。
【００４１】
この場合、前記（ｄ）において、前記光学部材前駆体の硬化を、紫外線の照射により行なうことができる。この方法によれば、前記光学部材前駆体を硬化させる際に、面発光型発光素子の素子特性に与える影響を少なくすることができる。
【００４２】
（４）前記（ｂ）において、前記土台部材の上面と、前記土台部材の側部において該上面に接する面とのなす角が鋭角になるように、前記土台部材を形成することができる。これにより、前記（ｂ）において、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材を確実に形成することができる。
【００４３】
この場合、前記（ｂ）において、前記土台部材の上部を逆テーパ状に形成することができる。これにより、前記土台部材の安定性を保持しつつ、前記土台部材の上面と側面とのなす角をより小さくすることができる。これにより、前記（ｂ）において、前記土台部材の側面が前記液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材をより確実に形成することができる。
【００４４】
（５）さらに、前記（ｃ）より前に、（ｅ）前記液滴に対する前記土台部材の上面の濡れ性を調整すること、を含むことができる。これにより、所望の形状および大きさを有する光学部材を形成することができる。ここで、例えば、前記土台部材の上面に、前記液滴に対して親液性または撥液性を有する膜を形成することにより、濡前記液滴に対する前記土台部材の上面の濡れ性を制御することができる。
【００４５】
（６）さらに、（ｆ）前記光学部材の少なくとも一部を封止材で覆うこと、を含むことができる。これにより、前記土台部材の上面上に前記光学部材を簡便な方法にて固定することができる。
【００４６】
［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。
【００４７】
【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。
【００４８】
［第１の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
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。
【００４９】
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を含む。
【００５０】
また、この面発光型発光素子１００は、光が出射する出射面１０８と、出射面１０８上に設けられた土台部材１１０と、土台部材１１０の上面１１０ａ上に設けられた光学部材１１１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。また、本実施の形態においては、光学部材１１１がレンズとして機能する場合について説明する。
【００５１】
（土台部材）
本実施の形態においては、土台部材１１０は、所定波長の光を通過させる材質からなることができる。具体的には、土台部材１１０は、出射面１０８から出射した光を通過させることができる材質からなることができる。例えば、土台部材１１０は、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、あるいはフッ素系樹脂から形成することができる。あるいは、後述する第４実施形態に係る面発光型発光素子４００（図１６参照）のように、土台部材を半導体層で形成することもできる。
【００５２】
また、土台部材１１０の立体形状は特に限定されるわけではないが、少なくともその上面上に光学部材を載置させることができる構造であることが必要とされる。この点は、後述する実施形態に係る面発光型発光素子の土台部材においても同様である。
【００５３】
また、土台部材１１０の高さは、土台部材１１０の上面１１０ａ上に形成される光学部材１１１の機能および用途、ならびに形状および大きさによって定められる。本実施の形態のように、光学部材１１１がレンズとして機能する場合、土台部材１１０の高さｈは、該レンズの曲率半径ｒと、出射面１０８から該レンズ１１１の頂点までの距離ｄ（図１参照）とに依存して決定される。
【００５４】
例えば、土台部材１１０の屈折率と光学部材（レンズ）１１１の屈折率とがほぼ等しい場合、光学部材１１１がレンズとして機能するためには、図３１に示すように、光学部材（レンズ）１１１の曲率半径ｒと、出射面１０８から該レンズの頂点までの距離ｄ（図１参照）との間に、以下の式（１）を満たす関係が成立する必要がある。
【００５５】
ｒ≦０．３４×ｄ 式（１）
この式（１）を満たすように、光学部材１１１の曲率半径ｒおよび土台部材１１０の高さｈが決定される。図３１において、斜線で示した領域が式（１）を満たす領域である。なお、この場合において、ｒ＝０．３４×ｄが成立する場合、光学部材１１１から出射する光はコリメート光となる。
【００５６】
一般的に、出射面からレンズの頂点までの距離が長いほど、レンズの曲率半径が小さいほど、レンズの集光機能は大きくなる。
【００５７】
また、土台部材１１０の上面１１０ａの形状は、土台部材１１０の上面１１０ａ上に形成される光学部材１１１の機能や用途によって定められる。言い換えれば、土台部材１１０の上面１１０ａの形状を制御することによって、光学部材１１１の形状を制御することができる。
【００５８】
例えば、面発光型発光素子１００（図１および図２参照）では、土台部材１１０の上面１１０ａの形状は円である。また、後述する実施形態に係る面発光型発光素子においても、土台部材の上面の形状が円である場合を示す。
【００５９】
光学部材を、例えばレンズまたは偏向素子として用いる場合、土台部材の上面の形状を円にする。これにより、光学部材の立体形状を、円球状または切断円球状に形成することができ、得られた光学部材をレンズまたは偏向素子として用いることができる。
【００６０】
本実施の形態においては、光学部材１１１がレンズとして機能する例を示す。すなわち、図１および図２に示すように、光学部材１１１によって、出射面１０８から出射する光を集光させることができる。
【００６１】
また、図示しないが、光学部材を例えば異方性レンズまたは偏向素子として用いる場合、土台部材の上面の形状を楕円にすることができる。これにより、光学部材の立体形状を、楕円球状または切断楕円球状に形成することができ、得られた光学部材を異方性レンズまたは偏向素子として用いることができる。
【００６２】
（光学部材）
光学部材１１１の立体形状については、（土台部材）の欄で説明したので、詳しい説明は省略する。
【００６３】
光学部材１１１は、例えば熱または光等のエネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料（例えば紫外線硬化型樹脂や熱硬化型樹脂の前駆体）を硬化させることにより形成される。紫外線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、熱硬化型のポリイミド系樹脂等が例示できる。
【００６４】
紫外線硬化型樹脂の前駆体は、短時間の紫外線照射によって硬化する。このため、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、紫外線硬化型樹脂の前駆体を用いて光学部材１１１を形成する場合、素子へ与える影響を少なくすることができる。
【００６５】
本実施の形態において、光学部材１１１は、具体的には、土台部材１１０の上面１１０ａに対して、前記液体材料からなる液滴１１１ａを吐出して、光学部材前駆体１１１ｂを形成した後、光学部材前駆体１１１ｂを硬化させることによって形成される（図１０および図１１参照）。光学部材１１１の形成方法については後述する。
【００６６】
（その他の構成要素）
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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なるのが望ましい。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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
２．面発光型発光素子の動作
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。
【００７７】
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からレーザ光が出射した後光学部材１１１へと入射する。光学部材１１１に入射したレーザ光は光学部材１１１によって放射角が調整された後、半導体基板１０１に対して垂直方向へと出射する。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。
３．面発光型発光素子の製造方法
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１１を用いて説明する。図３〜図１１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。
【００７８】
（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が形成される。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層が、ＡｌＡｓ層またはＡｌ組成が０．９５以上のＡｌＧａＡｓ層に形成される。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。
【００７９】
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。
【００８０】
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が形成される（図３参照）。
【００８１】
（２）ついで、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が形成される。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が除去される。
【００８２】
（３）続いて、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が形成される（図５参照）。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。
【００８３】
（４）次いで、柱状部１３０を取り囲む絶縁層１０６が形成される（図６参照）。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。
【００８４】
まず、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上に塗布した後、イミド化させることにより、図６に示すように、柱状部１３０を周囲に絶縁層１０６が形成される。この絶縁層１０６の形成方法としては、例えば、特願２００１−０６６２９９号公報に記載されている方法を用いることができる。また、樹脂前駆体層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を利用することができる。
【００８５】
（５）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が形成される（図７参照）。
【００８６】
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。
【００８７】
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（図７参照）。これにより、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が形成される。
【００８８】
（６）次いで、出射面１０８上に、光学部材１１１（図１参照）を設置するための土台部材１１０が形成される（図８および図９参照）。
【００８９】
土台部材１１０の形成は、土台部材１１０の材質や形状ならびに大きさに応じて適切な方法（例えば選択成長法、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、リフトオフ法、転写法等）を選択することができる。本実施の形態においては、ウエットエッチングによるパターニングにて土台部材１１０を形成する場合について説明する。
【００９０】
まず、図８に示すように、少なくとも出射面１０８上に、樹脂層１１０ｂを形成する。本実施の形態においては、例えばスピンコート法にて、樹脂層１１０ｂを、出射面１０８および第１電極１０７上に全体に形成する場合を示す。
【００９１】
ついで、樹脂層１１０ｂ上に、所定のパターンのレジスト層Ｒ２００を形成する。このレジスト層Ｒ２００は、樹脂層１１０ｂをパターニングして土台部材１１０を形成するために利用される。具体的には、フォトリソグラフィ工程により、レジスト層Ｒ２００をマスクとして、例えばアルカリ性溶液をエッチャントに用いるウエットエッチング法によって、樹脂層１１０ｂをパターニングする。これにより、図９に示すように、出射面１０８上に土台部材１１０が形成される。
【００９２】
（７）次いで、土台部材１１０の上面１１０ａ上に、光学部材１１１が形成される（図１０および図１１参照）。
【００９３】
まず、必要に応じて、土台部材１１０の上面１１０ａに、光学部材１１１（図１参照）の濡れ角を調整するための処理を施す。この工程によれば、後述する工程において、土台部材１１０の上面１１０ａ上に液体材料１１１ａを導入した場合、所望の形状の光学部材前駆体１１１ｂを得ることができ、その結果、所望の形状の光学部材１１を得ることができる（図１０および図１１参照）。
【００９４】
次いで、例えばインクジェット法を用いて、液体材料１１１ａの液滴を、土台部材１１０の上面１１０ａに向けて吐出する。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、液滴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１０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の土台部材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、液体材料１１１ａの液滴を吐出する。これにより、図１１に示すように、土台部材１１０の上面１１０ａ上に光学部材前駆体１１１ｂを形成する。
【００９６】
この場合、図１０に示すように、ノズル１１２から吐出された前記液滴が、土台部材１１０の上面１１０ａに着弾した際に、表面張力によって、土台部材１１０の上面１１０ａの中心にくるように液体材料１１１ａが変形するため、自動的に位置の補正がなされる。
【００９７】
また、この場合、光学部材前駆体１１１ｂ（図１１参照）は、土台部材１１０の上面１１０ａの形状および大きさ、液体材料１１１ａの吐出量、液体材料１１１ａの表面張力、ならびに土台部材１１０の上面１１０ａと液体材料１１１ａとの間の界面張力に応じた形状および大きさとなる。したがって、これらを制御することにより、最終的に得られる光学部材１１１（図１参照）の形状および大きさ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。
【００９８】
以上の工程を行なった後、図１１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、光学部材前駆体１１１ｂを硬化させて、土台部材１１０の上面１１０ａ上に、レンズとして機能する光学部材１１１を形成する（図１参照）。最適な紫外線の波長および照射量は、光学部材前駆体１１１ｂの材質に依存する。例えば、アクリル系紫外線硬化樹脂の前駆体を用いて光学部材前駆体１１１ｂを形成した場合、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、図１に示す面発光型発光素子１００が得られる。
４．作用効果
本実施の形態に係る面発光型発光素子１００は、以下に示す作用および効果を有する。
【００９９】
（Ａ）第１に、光学部材１１１が土台部材１１０の上面１１０ａ上に設けられていることにより、出射面１０８からの出射するレーザ光の光路長を確保することができる。すなわち、光学部材１１１が土台部材１１０を介して出射面１０８上に設けられているため、出射面１０８から光学部材１１１までの距離を確保することができる。このため、光学部材１１１のレンズとしての集光機能を高めることができる。
【０１００】
（Ｂ）第２に、光学部材１１１の大きさおよび形状を厳密に制御することができる。光学部材１１１を形成するためには、前記（７）の工程にて説明したように、光学部材１１１を形成する工程において、光学部材前駆体１１１ｂが土台部材１１０の上面１１０ａ上に形成される（図１０および図１１参照）。ここで、土台部材１１０の側面１１０ｂが、光学部材前駆体１１０ａを構成する液体材料で濡れない限り、光学部材前駆体１１１ｂには土台部材１１０の表面張力は作用せず、前記液体材料の表面張力が主に作用する。したがって、光学部材１１１を形成するために用いる前記液体材料（液滴１１１ａ）の量を制御することにより、光学部材前駆体１１１ｂの形状を制御することができる。これにより、形状がより厳密に制御された光学部材１１１を形成することができる。その結果、所望の形状および大きさを有する光学部材１１１を得ることができる。
【０１０１】
（Ｃ）第３に、光学部材１１１の設置位置を厳密に制御することができる。前述したように、光学部材１１１は、土台部材１１０の上面１１０ａに対して、液体材料１１１ａの液滴を吐出して、光学部材前駆体１１１ｂを形成した後、光学部材前駆体１１１ｂを硬化させることにより形成される（図１１参照）。一般に、吐出された液滴の着弾位置を厳密に制御するのは難しい。しかしながら、この方法によれば、特に位置合わせを行なうことなく土台部材１１０の上面１１０ａ上に光学部材１１１を形成することができる。すなわち、土台部材１１０の上面１１０ａ上に単に液滴１１１ｂを吐出することによって、位置合わせを行なうことなく光学部材前駆体１１１ａを形成することができる。言い換えれば、土台部材１１０を形成する際のアライメント精度にて光学部材１１１を形成することができる。これにより、設置位置が制御された光学部材１１１を簡易かつ歩留まり良く形成することができる。
【０１０２】
特に、インクジェット法を用いて液滴１１１ｂを吐出する場合、液滴１１１ｂをより的確な位置に吐出することができるため、設置位置がより制御された光学部材１１１を簡易かつ歩留まり良く形成することができる。また、インクジェット法を用いて液滴１１１ｂを吐出することにより、吐出する液滴１１１ｂの量を、ピコリットルオーダーの単位で制御することができるため、微細な構造を正確に作成することができる。
【０１０３】
（Ｄ）第４に、土台部材１１０の上面１１０ａの形状および面積を設定することによって、光学部材１１１の形状および大きさを設定することができる。特に、土台部材１１０の上面１１０ａの形状を適宜選択することによって、所定の機能を有する光学部材１１１を形成することができる。したがって、土台部材１１０の上面１１０ａの形状を変えることによって、異なる機能を有する光学部材を同一の基体上に集積化することもできる。
【０１０４】
なお、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。このことは、後述する第２〜第６および第８の実施の形態に係る面発光型発光素子でも同様である。なお、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。
５．変形例
次に、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の一変形例について、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の一変形例（面発光型発光素子１９０）を模式的に示す断面図である。
【０１０５】
図１２に示すように、本変形例に係る面発光型発光素子１９０においては、光学部材１１１の少なくとも一部を覆うように、封止材１３１が形成されている。これにより、光学部材１１１を、土台部材１１０の上面１１０ａ上に確実に固定させることができる。封止材１３１は、光学部材１１１よりも屈折率が小さいことが望ましい。封止材１３１の材質は特に限定されないが、例えば樹脂を用いることができる。
【０１０６】
上記の点以外は、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００と同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。
６．別の変形例
次いで、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の一変形例について、図１３を参照して説明する。図１３は、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００の別の一変形例（面発光型発光素子１８０）を模式的に示す断面図である。
【０１０７】
図１３に示すように、本変形例に係る面発光型発光素子１８０においては、土台部材９１０の上面９１０ａが曲面である。この構成によれば、ほぼ円球状の光学部材９１１を、土台部材９１０の上面９１０ａ上に設置することができる。
【０１０８】
なお、上記の点以外は、本実施の形態に係る面発光型発光素子１００と同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。また、後述する他の実施形態の面発光型発光素子についても、土台部材の上面を曲面にすることができる。
【０１０９】
［第２の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図１４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。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。
【０１１０】
本実施の形態に係る面発光型発光素子２００は、土台部材２１０の側壁が逆テーパ状である点以外は、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。このため、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。
【０１１１】
図１４に示すように、土台部材２１０の上面２１０ａと側面２１０ｂとのなす角θを鋭角にすることができる。すなわち、土台部材２１０においては、前述したように、土台部材２１０の側壁が逆テーパ状である。ここで、土台部材２１０の側面２１０ｂとは、土台部材２２の側部において上面２１０ａに接する面をいう。土台部材２１０においては、土台部材２１０の側部が側面２１０ｂである。なお、土台部材２１０の材質は、第１の実施の形態の土台部材１１０の材質と同様である。すなわち、土台部材２１０は、出射面１０８から出射した光を通過させることができる材質からなる。また、光学部材２１１の構造、材質および機能は、第１の実施の形態の光学部材１１１の構造、材質および機能と同様である。さらに、光学部材２１１は、第１の実施の形態の光学部材１１１と同様の方法によって形成することができる。
２．面発光型発光素子の動作
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め、詳しい説明は省略する。
３．面発光型発光素子の製造方法
本実施の形態に係る面発光型発光素子２００の製造方法は、土台部材２１０の側壁を逆テーパ状に形成する以外は、第１の実施形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法と同様である。このため、詳しい説明は省略する。
４．作用効果
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は、以下に示す作用および効果を有する。
【０１１２】
光学部材２１１は、土台部材２１０の上面２１０ａに対して液滴を吐出して、光学部材前駆体（図示せず）を形成した後、該光学部材前駆体を硬化させることにより形成される。この場合、土台部材２１０の上面２１０ａと側面２１０ｂとのなす角θが鋭角であることにより、土台部材２１０の上面２１０ａに対して前記液滴を吐出する際に、土台部材２１０の側面２１０ｂが前記液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材２１１を確実に形成することができる。
【０１１３】
［第３の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
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。
【０１１４】
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００は、土台部材３１０の上部３１０ｃが逆テーパ状である点以外は、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。このため、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。
【０１１５】
前述したように、本実施の形態に係る面発光型発光素子３００においては、土台部材３１０の上部３１０ｃが逆テーパ状である。この場合において、土台部材３１０の上面３１０ａと、側面３１０ｂ（土台部材３１０の側部において上面３１０ａに接する面）とのなす角θは鋭角となる。なお、土台部材３１０の材質は、第１の実施の形態に係る土台部材１１０の材質と同様である。すなわち、土台部材３１０は、出射面１０８から出射した光を通過させることができる材質からなる。また、光学部材３１１の構造、材質および機能は、第１の実施の形態の光学部材１１１の構造、材質および機能と同様である。さらに、光学部材３１１は、第１の実施の形態の光学部材１１１と同様の方法によって形成することができる。
２．面発光型発光素子の動作
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め、詳しい説明は省略する。
３．面発光型発光素子の製造方法
本実施の形態に係る面発光型発光素子３００の製造方法は、土台部材３１０の上部３１０ｃが逆テーパ状となるように土台部材３１０を形成する点以外は、第１の実施形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法と同様である。したがって、ここでは、第１の実施形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法と異なる工程、すなわち土台部材３１０を形成する工程について主に説明する。
【０１１６】
まず、前述した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子の製造方法のうち、前記（１）〜（５）の工程（図３〜図７参照）と同様の方法にて、面発光型発光素子３００のうち発光素子として機能する部分を形成する。次いで、前記（６）の工程（図８参照）と同様の方法にて、樹脂層１１０ｂを形成した後、この樹脂層１１０ｂ上に、所定のパターンのレジスト層Ｒ２００を形成する。このレジスト層Ｒ２００は、後の工程において、樹脂層１１０ｂをパターニングして土台部材２１０を形成するために利用される。
【０１１７】
次に、レジストを変質させない程度の温度（例えば１３０℃）で熱処理を行なう。この熱処理においては樹脂層１１０ｂの上面側から熱を加えることにより、樹脂層１１０ｂのうち基板１０１側部分よりも、樹脂層１１０ｂの上面側（レジスト層Ｒ２００側）部分の硬化の度合いを大きくする。
【０１１８】
次いで、レジスト層Ｒ２００をマスクとして、樹脂層１１０ｂをウエットエッチングする。この工程において、レジスト層Ｒ２００の直下部分すなわち樹脂層１１０ｂの上部は、他の部分と比較してエッチャントの侵入速度が遅いためエッチングされにくい。また、前記熱処理により、樹脂層１１０ｂの上面側部分の硬化の度合いが基板１０１側部分の硬化の度合いよりも大きくなっているため、樹脂層１１０ｂにおいて、上面側部分は基板１００側部分よりもウエットエッチングにおけるエッチングレートが小さい。このため、該ウエットエッチング時において、樹脂層１１０ｂの上面側部分は、樹脂層１１０ｂの基板１００側部分に比較してエッチング速度が遅いため、樹脂層１１０ｂの上面側部分は、樹脂層１１０ｂの基板１００側部分と比較してより多く残存する。これにより、上部３１０ｃが逆テーパ状に形成された土台部材３１０（図１５参照）を得ることができる。次いで、レジスト層Ｒ２００を除去する。
【０１１９】
その後の工程は、第１の実施形態に係る製造方法（第１の実施形態の（７）の工程）と同様であるため、詳しい説明は省略する。これにより、面発光型発光素子３００が得られる（図１５参照）。
４．作用効果
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３００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。
【０１２０】
面発光型発光素子３００によれば、土台部材３１０の上部３１０ｃが逆テーパ状となるように、土台部材３１０が形成されていることにより、土台部材３１０の安定性を保持しつつ、土台部材３１０の上面３１０ａと側面３１０ｂとのなす角θをより小さくすることができる。これにより、土台部材３１０の側面３１０ｂが液滴で濡れるのを確実に防止することができる。この結果、所望の形状および大きさを有する光学部材３１１を、より確実に形成することができる。
【０１２１】
［第４の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図１６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。
【０１２２】
本実施の形態に係る面発光型発光素子４００は、土台部材４１０が半導体層からなる点以外は、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。このため、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。
【０１２３】
前述したように、土台部材４１０は半導体層からなる。この半導体層は、出射面１０８から出射した光を通過させることができる性質を有する。また、この土台部材４１０は柱状部１３０と一体化して形成できる。具体的には、土台部材４１０を構成する層は、柱状部１３０と同様にエピタキシャル成長により積層することができる。
【０１２４】
本実施の形態において、柱状部１３０は第１の実施の形態で説明したように、ＡｌＧａＡｓ系の半導体層から形成されている。この場合、例えば、柱状部１３０から出射するレーザ光の波長（共振器１４０の発振波長）が８５０ｎｍである場合、土台部材４１０はＡｌの組成（モル分率）が３０％以上である層から形成することができる。これにより、出射面１０８から土台部材４１０に入射した前記レーザ光が土台部材４１０を透過することができる。
【０１２５】
また、土台部材４１０が前述した組成の層からなる場合、土台部材４１０は、柱状部１３０の一部として機能する。具体的には、土台部材４１０は上部ミラー１０４の上方に形成されることから、上部ミラー１０４の一部として機能する。この場合、共振器１４０（図１６参照）の発振波長λとすると、土台部材４１０の高さｈを、ｎλ／４（ｎは整数）に形成することができる。これにより、反射率の低下を防止することができる。
２．面発光型発光素子の動作
本実施の形態の面発光型発光素子４００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め、詳しい説明は省略する。
３．面発光型発光素子の製造方法
次に、本実施の形態に係る面発光型発光素子４００の製造方法の一例について、図１７〜図２１を用いて説明する。図１７〜図２１は、図１６に示す本実施の形態の面発光型発光素子４００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図１６に示す断面に対応している。
【０１２６】
まず、前述した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造工程のうち前記（１）の工程（図３参照）と同様の方法にて、半導体多層膜１５０を形成する。この半導体多層膜１５０は、図３に示す半導体多層膜１５０と同様の組成および膜厚を有する。
【０１２７】
次いで、この半導体多層膜１５０上に、半導体層４１０ａをエピタキシャル成長させる。この半導体層４１０ａは前述した組成であることが望ましい。ここで、半導体層４１０ａの膜厚を、ｎλ／４（ｎは整数，λは共振器１４０（図１６参照）の発振波長）に形成することができる。
【０１２８】
次いで、図１７に示すように、半導体層４１０ａの上に、所定のパターンのレジスト層Ｒ１１０を形成する。このレジスト層Ｒ１１０は、半導体層４１０ａをパターニングして土台部材４１０を形成するために利用される。次いで、このレジスト層Ｒ１１０をマスクとして、例えばドライエッチングにより、半導体層４１０ａをパターニングする。これにより、図１８に示すように、半導体多層膜１５０上に土台部材４１０が形成される。その後、レジスト層Ｒ１１０が除去される。
【０１２９】
次いで、図１９に示すように、半導体多層膜１５０の上に、所定のパターンのレジスト層Ｒ２１０を形成する。このレジスト層Ｒ２１０は、半導体多層膜１５０をパターニングして柱状部１３０を形成するために利用される。次いで、このレジスト層Ｒ２１０をマスクとして、例えばドライエッチングにより、半導体多層膜１５０をパターニングする。これにより、図２０に示すように、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Ｒ２１０が除去される。
【０１３０】
次いで、前述した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造工程のうち前記（３）〜（５）の工程と同様の工程によって、酸化狭窄層１０５を形成した後、柱状部１３０の周囲に絶縁層１０６を形成し、その後、第１および第２電極１０９ならびに出射面１０８を形成する（図２１参照）。
【０１３１】
次いで、前述した第１の実施の形態に係る面発光型発光素子１００の製造工程のうち前記（７）の工程と同様の工程によって、土台部材４１０上に光学部材１１１（図１６参照）が形成される。以上の工程により、面発光型発光素子４００が形成される。
【０１３２】
なお、本実施の形態においては、最初のエッチングにて土台部材４１０を形成してから、次のエッチングにて柱状部１３０を形成する場合を示したが、このエッチングの順序は適宜変更することができる。すなわち、最初のエッチングにて柱状部１３０を形成してから、次のエッチングにて土台部材４１０を形成してもよい。
４．作用効果
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４００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。
【０１３３】
面発光型発光素子４００によれば、半導体層４１０ａ（図１７参照）は、エピタキシャル成長により形成される。したがって、半導体層４１０ａの膜厚を容易に制御することができる。土台部材４１０はこの半導体層４１０ａから形成されるため、土台部材４１０の高さの制御が容易である。
【０１３４】
また、あらかじめ土台部材４１０を形成してから、絶縁層１０６の埋め込みや、電極１０７，１０９の形成を行なうため、土台部材４１０を形成することによる素子特性への影響を少なくすることができる。
【０１３５】
［第５の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図２２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。なお、本実施の形態においては、第１〜第４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。なお、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。
【０１３６】
本実施の形態に係る面発光型発光素子５００は、半導体基板１０１の裏面１０１ｂ側から光が出射する点で、第１〜第４の実施の形態の面発光型発光素子と異なる構造を有する。
【０１３７】
面発光型発光素子５００では、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに設けられた出射面５０８から光が出射する。また、出射面５０８上には土台部材１１０が設けられ、この土台部材１１０の上面１１０ａ上には光学部材１１１が設けられている。
【０１３８】
また、この面発光型発光素子５００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〜第４の実施の形態の面発光型発光素子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。
【０１３９】
また、この面発光型発光素子５００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。
２．面発光型発光素子の動作
本実施の形態の面発光型発光素子５００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５００では、出射面５０８が半導体基板１０１の裏面１０１ｂ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５０８から出射し、しかる後に土台部材１１１へと入射する。光学部材１１１に入射したレーザ光は、光学部材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２２に示す−Ｚ方向）へと出射する。
３．面発光型発光素子の製造方法
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。
【０１４０】
第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００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、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、第１および第２電極１０７，１０９の平面形状が異なる点、裏面１０１ｂに出射面５０８が形成され、出射面５０８上に、土台部材１１０を介して光学部材１１１が設置されている点を除いて、第１の実施の形態の面発光型発光素子１００の製造プロセスとほぼ同様の工程によって形成される。よって、ここでは、第１の実施の形態の面発光型発光素子の製造プロセスと異なる点について主に説明する。
【０１４１】
本実施の形態に係る面発光型発光素子５００の製造プロセスでは、具体的には、第２電極１０９を形成する際に、半導体基板１０１が露出する領域を設ける。この露出する領域が出射面５０８となる。
【０１４２】
また、出射面５０８上に土台部材１１０を形成し、さらに、土台部材１１０の上面１１０ａ上に光学部材１１１を形成する。第１および第２電極１０７，１０９、土台部材１１０および光学部材１１１の形成方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同様である。
４．作用効果
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、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。
【０１４３】
［第６の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図２３は、本発明を適用した第６の実施の形態に係る面発光型発光素子６００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５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。なお、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。
【０１４４】
本実施の形態に係る面発光型発光素子６００は、半導体基板１０１の裏面１０１ｂ側から光が出射する点で、第５の実施の形態の面発光型発光素子５００と同様の構造を有する。また、この面発光型発光素子６００は、第５の実施の形態の面発光型発光素子５００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。
【０１４５】
一方、この面発光型発光素子６００は、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに凹部３２１が設置され、凹部３２１に光路調整層６３０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、光路調整層６３０の上面に出射面６０８が設置されている点で、第５の実施の形態の面発光型発光素子５００と異なる構造を有する。
【０１４６】
この他の構成要素の構造および機能については、第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００とほぼ同様の構造および機能を有する。第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００と実質的に同じ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。
【０１４７】
具体的には、この面発光型発光素子６００では、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに凹部３２１が設置され、凹部３２１に光路調整層６３０が埋め込まれている。すなわち、図２３に示すように、光路調整層６３０は、半導体基板１０１と土台部材１１０との間に形成されている。この光路調整層６３０の幅および膜厚は、凹部３２１の幅および深さを調整することによって、制御することが可能である。また、この光路調整層６３０は、出射す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６３０の材質は、面発光型発光素子６００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。
【０１４８】
また、土台部材１１０が出射面６０８上に形成され、この土台部材１１０の上面１１０ａに光学部材１１１が形成されている。
２．面発光型発光素子の動作
本実施の形態の面発光型発光素子６００の動作は、第５の実施の形態の面発光型発光素子５００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６００は、半導体基板１０１と土台部材１１０との間に光路調整層６３０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を経て光路調整層６３０へと入射した後出射面６０８へと到達し、この出射面６０８から出射する。出射面６０８から出射した光は、土台部材１１０を通過した後光学部材１１１へと入射した後、この光学部材１１１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２３に示す−Ｚ方向）へと出射する。
３．面発光型発光素子の製造方法
本発明を適用した第６の実施の形態に係る面発光型発光素子６００は、第１電極１０７と第２電極１０９とを同じ側に形成する点、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに凹部３２１を形成し、凹部３２１に光路調整層６３０を形成する点を除いて、第５の実施の形態に係る面発光型発光素子５００と同様の製造プロセスにより形成される。よって、詳しい説明は省略する。
４．作用効果
本実施の形態に係る面発光型発光素子６００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６００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。
【０１４９】
本実施の形態に係る面発光型発光素子６００によれば、半導体基板１０１と土台部材１１０との間に光路調整層６３０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６３０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６３０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。
【０１５０】
［第７の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図２４は、本発明を適用した第７の実施の形態に係る面発光型発光素子７００を模式的に示す断面図である。図２５は、図２４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。また、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。
【０１５１】
この実施の形態の面発光型発光素子７００は、図２４に示すように、サファイア基板７０１と、サファイア基板７０１上に形成された発光素子部７０２とを含む。この面発光型発光素子７００においては、この発光素子部７０２によって紫外光が発生する。
【０１５２】
発光素子部７０２は、例えば、サファイア基板７０１上に形成されたｎ型ＧａＮ層からなるバッファ層７２２、ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２３、ｎ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層７２４、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７２５、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層７２６、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２７が順次積層されて構成されている。
【０１５３】
ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２３、不純物がドーピングされていない活性層７２５、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２７により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【０１５４】
また、発光素子部７０２のうち出射面７０８側からコンタクト層７２３の途中にかけての部分が、出射面７０８側からから見て円形の形状にエッチングされて柱状部７３０が形成されている。本実施の形態においては、柱状部７３０とは、発光素子部７０２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７３０の平面形状は任意の形状をとることが可能である。
【０１５５】
絶縁層７０６は、柱状部７３０の側面ならびにコンタクト層７２３の上面を覆うように形成されている。したがって、柱状部７３０の側面は絶縁層７０６で取り囲まれている。
【０１５６】
さらに、柱状部７３０の上面から絶縁層７０６の表面にかけては、第１電極７０７が形成されている。柱状部７３０の上面には出射面７０８が設置されており、この出射面７０８から光が出射する。すなわち、柱状部７３０の上面のうち第１電極７０７で覆われていない部分が出射面７０８に該当する。また、絶縁層７０６の一部が除去されてコンタクト層７２３が露出しており、この露出したコンタクト層７２３の表面に接触する形で第２電極７０９が形成されている。
【０１５７】
絶縁層７０６、ならびに第１および第２電極７０７，７０９としては、前述した第１〜第６の実施の形態の面発光型発光素子を構成する絶縁層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。
【０１５８】
本実施の形態の面発光型発光素子７００においては、出射面７０８上に土台部材１１０が形成され、土台部材１１０の上面１１０ａ上に光学部材１１１が形成されている。
２．面発光型発光素子の動作
本実施の形態の面発光型発光素子７００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。
【０１５９】
まず、第１電極７０７と第２電極７０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層７２５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７３０上面にある出射面７０８から出射した後、土台部材１１０へと入射する。土台部材１１０に入射した光は土台部材１１０を通過して光学部材１１１に入射し、光学部材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２４に示すＺ方向）へと出射する。
３．面発光型発光素子の製造方法
次に、本発明を適用した第７の実施の形態に係る面発光型発光素子７００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７００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。
【０１６０】
（１）まず、サファイア基板７０１の表面に、ｎ型ＧａＮ層からなるバッファ層７２２、ｎ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２３、ｎ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層７２４、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７２５、ｐ型ＡｌＧａＮ層からなるクラッド層７２６、およびｐ型ＧａＮ層からなるコンタクト層７２７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。
【０１６１】
次いで、アニール処理を行ない、クラッド層７２６およびコンタクト層７２７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７２７からｎ型コンタクト層７２３の途中にかけてエッチングを行ない、柱状部７３０を形成する。
【０１６２】
（２）続いて、柱状部７３０の周囲に絶縁層７０６を形成する。この絶縁層７０６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。なお、この工程において、第２電極７０９をコンタクト層７２３の上に形成するために、絶縁層７０６を、コンタクト層７２３の一部が露出するような形状に形成する。
【０１６３】
（３）次いで、例えば真空蒸着法により、第１および第２電極７０７，７０９を形成する。この工程によって、柱状部７３０の上面に出射面７０８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７０７，７０９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。
【０１６４】
（４）次いで、出射面７０８上に土台部材１１０を形成した後、土台部材１１０の上面１１０ａ上に光学部材１１１を形成する。土台部材１１０および光学部材１１１の製造方法は、前述した第１の実施の形態の面発光型発光素子１００の製造プロセスにて示した方法と同様の方法を用いることができる。あるいは、土台部材１１０は、前述した第４の実施の形態の面発光型発光素子４００の土台部材４１０（図１６参照）と同様に、柱状部７３０に一体化して形成することもできる。以上の工程により、図２４および図２５に示す面発光型発光素子７００が形成される。
４．作用効果
本実施の形態に係る面発光型発光素子７００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。
【０１６５】
［第８の実施の形態］
１．面発光型発光素子の構造
図２６は、本発明を適用した第８の実施の形態に係る面発光型発光素子８００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。
【０１６６】
本実施の形態に係る面発光型発光素子８００は、柱状部１３０が土台部材としての機能を有する点以外は、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。このため、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。
【０１６７】
この面発光型発光素子８００では、図２６に示すように、柱状部１３０が土台部材としての機能を有する。具体的には、柱状部１３０の上には、第１電極８０７を介して光学部材８１１が形成されている。また、絶縁層１０６の上面が、柱状部１３０の上面よりも低い位置に設けられており、柱状部１３０および第１電極８０７の上に第１電極８０７がほぼ均一の膜厚で形成されている。これにより、柱状部１３０に対して、土台部材としての機能を付与させることができる。
【０１６８】
また、光学部材８１１の構造、材質および機能は、第１の実施の形態の光学部材１１１の構造、材質および機能と同様である。
２．面発光型発光素子の動作
本実施の形態の面発光型発光素子８００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め、詳しい説明は省略する。
３．面発光型発光素子の製造方法
本実施の形態に係る面発光型発光素子８００の製造方法は、柱状部１３０の上面上に光学部材８１１を形成する以外は、第１の実施形態に係る面発光型発光素子１００の製造方法と同様である。なお、第１の実施の形態の光学部材１１１と同様の方法によって、柱状部１３０を土台部材として用いることにより、柱状部１３０の上面上に光学部材８１１を形成することができる。その他の工程については、詳しい説明は省略する。
４．作用効果
本実施の形態に係る面発光型発光素子８００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は、以下に示す作用および効果を有する。
【０１６９】
光学部材８１１は、柱状部１３０を土台部材として用いることにより形成される。これにより、土台部材を別途形成する必要がない。これにより、製造プロセスの簡略化を図ることができる。
【０１７０】
［第９の実施の形態］
図２７は、本発明を適用した第９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２７参照）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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
［第１０の実施の形態］
図２８は、本発明を適用した第１０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２２０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。
【０１７３】
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２２０側の構成（受光素子２２０、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。
【０１７４】
例えば、図３０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２２０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。
【０１７５】
図３１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。
【０１７６】
なお、第８および第１０の実施の形態（図２７〜図３０参照）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１９０（図１２参照），１８０(図１３参照)，２００（図１４参照），３００（図１５参照），４００（図１６参照），５００（図２２参照），６００（図２３参照），７００（図２４参照），８００（図２６参照）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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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】 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１１】 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１２】 図１および図２に示す面発光型発光素子の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図１３】 図１および図２に示す面発光型発光素子の他の一変形例を模式的に示す断面図である。
【図１４】 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】 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平面図である。
【図１７】 図１６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】 図１６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１９】 図１６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２０】 図１６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２１】 図１６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２２】 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２３】 本発明を適用した第６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２４】 本発明を適用した第７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２５】 本発明を適用した第７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２６】 本発明を適用した第８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２７】 本発明を適用した第９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２８】 本発明を適用した第１０の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図２９】 本発明を適用した第１０の実施の形態に係る光伝達装置を示す図である。
【図３０】 本発明を適用した第１０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。
【図３１】 出射面から光学部材の頂点までの距離と、光学部材の曲率半径との関係を示す図である。
【符号の説明】
１００，１８０，１９０，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００ 面発光型発光素子、 １０１ 半導体基板、 １０１ａ 半導体基板の表面、 １０１ｂ 半導体基板の裏面、 １０２ 下部ミラー、 １０３，３０３，７２５ 活性層、 １０４ 上部ミラー、 １０５ 酸化狭窄層、 １０６，７０６ 絶縁層、 １０７，７０７，８０７ 第１電極、 １０８，５０８，６０８，７０８ 出射面、 １０９，７０９ 第２電極、 １１０，２１０，３１０，４１０，９１０ 土台部材、 １１０ａ，２１０ａ，３１０ａ，９１０ａ 土台部材の上面 １１０ｂ、 樹脂層 ２１０ｂ，３１０ｂ 土台部材の側面、 ３１０ｃ 土台部材の上部、 １１１，２１１，３１１，８１１，９１１光学部材、 １１１ａ 液滴、 １１１ｂ 光学部材前駆体、 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、 １３１ 封止材、 １４０ 共振器、 １５０ 半導体多層膜、 ２２０ 受光素子、 ３２１ 凹部、 ４１０ａ 半導体層、 ６３０ 光路調整層、 ７０１ サファイア基板、 ７０１ａ サファイア基板の表面、 ７０２ 発光素子部、 ７２２ バッファ層、 ７２３ コンタクト層、 ７２４ クラッド層、 ７２６ クラッド層、 ７２７ コンタクト層、 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，Ｒ１１０，Ｒ２１０ レジスト
Claims (20)
- 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、
前記光が出射する出射面と、
前記出射面上に設けられた土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた光学部材と、を含み、
前記光学部材の最大径が前記土台部材の最大径より大きく、
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、少なくとも一部に柱状部を含む共振器を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面が設置され、
前記土台部材の径が、前記柱状部の径より小さい、面発光型発光素子。 - 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、
前記光が出射する出射面と、
前記出射面上に設けられた土台部材と、
前記土台部材の上面上に設けられた光学部材と、を含み、
前記光学部材の最大径が前記土台部材の最大径より大きく、
前記面発光型発光素子は、半導体発光ダイオードであり、
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活性層を含む柱状部と、を含み、
前記柱状部の上面に、前記出射面が設置され、
前記土台部材の径が、前記柱状部の径より小さい、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記土台部材は、所定波長の光を通過させる材質からなる、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記光学部材は、レンズとしての機能を有する、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記光学部材は、偏向素子としての機能を有する、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記光学部材は、円球状または楕円球状である、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記光学部材は、切断円球状または切断楕円球状である、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記光学部材の断面は、円または楕円である、面発光型発光素子。 - 請求項１ないし８のいずれかにおいて、
前記光学部材は、エネルギーを付加することによって硬化可能な液体材料を硬化させることにより形成された、面発光型発光素子。 - 請求項９において、
前記光学部材は、紫外線硬化型樹脂からなる、面発光型発光素子。 - 請求項１ないし１０のいずれかにおいて、
前記光学部材の少なくとも一部を覆うように、封止材が形成されている、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記土台部材の上面は、円形または楕円形である、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記土台部材の上面は、曲面である、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記土台部材の上面と、前記土台部材の側部において該上面に接する面とのなす角が鋭角である、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記土台部材の上部は、逆テーパ状に形成されている、面発光型発光素子。 - 請求項１ないし１５のいずれかにおいて、
前記土台部材は、前記柱状部と一体化して形成されている、面発光型発光素子。 - 請求項１６において、
前記土台部材は、半導体層からなる、面発光型発光素子。 - 請求項１または２において、
前記光学部材がレンズとして機能し、かつ、切断円球状であり、
前記光学部材の屈折率と、前記土台部材との屈折率とがほぼ等しく、
前記光学部材の曲率半径ｒと、前記出射面から前記光学部材の頂点までの距離ｄとが、以下の式（１）に示す関係を満たす、面発光型発光素子。
ｒ≦０．３４×ｄ 式（１） - 請求項１ないし１８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１９に記載の光モジュールを含む、光伝達装置。
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