(57)【要約】【課題】耐湿性を付与しつつ発光特性の低下を抑制することのできる面発光レーザー、面発光レーザーの製造方法、光信号伝送装置、ロボットおよび原子発振器を提供すること。【解決手段】面発光レーザーは、半導体基板と、前記半導体基板上に配置されており、光を出射する共振部と、前記共振部の側面に配置されている絶縁層と、前記共振部と前記絶縁層とを覆う被覆膜と、を有し、前記被覆膜の前記絶縁層の側面に配置されている部分は、原子層堆積膜で構成されている。【選択図】図１
2020004783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に配置されており、光を出射する共振部と、
前記共振部の側面に配置されている絶縁層と、
前記共振部と前記絶縁層とを覆う被覆膜と、を有し、
前記被覆膜の前記絶縁層の側面に配置されている部分は、原子層堆積膜で構成されていることを特徴とする面発光レーザー。
【請求項２】
前記被覆膜の全域が前記原子層堆積膜で構成されている請求項１に記載の面発光レーザー。
【請求項３】
前記原子層堆積膜は、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムまたは酸化タンタルのいずれかで構成されている請求項１または２に記載の面発光レーザー。
【請求項４】
前記絶縁層は、ポリイミドで構成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の面発光レーザー。
【請求項５】
前記絶縁層は、酸化シリコンで構成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の面発光レーザー。
【請求項６】
前記共振部に電圧を印加する電極を有し、
前記電極は、前記絶縁層上に配置されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の面発光レーザー。
【請求項７】
前記共振部に歪みを付与し、前記共振部から出射される光を偏光させる歪付与部を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の面発光レーザー。
【請求項８】
半導体基板上に、光を出射する共振部を形成する共振部形成工程と、
前記共振部の側面に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記共振部と前記絶縁層とを覆う被覆膜を形成する被覆膜形成工程と、を含み、
前記被覆膜のうち、前記絶縁層の側面に配置されている部分は、原子層堆積法により形成されていることを特徴とする面発光レーザーの製造方法。
【請求項９】
前記絶縁層形成工程と前記被覆膜形成工程との間に行われ、前記共振部へ電圧を印加する電極を形成する電極形成工程と、
前記被覆膜形成工程の後に行われ、前記被覆膜をパターニングして、前記電極を露出させるパターニング工程と、を含む請求項８に記載の面発光レーザーの製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の面発光レーザーを有することを特徴とする光信号伝送装置。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の面発光レーザーを有することを特徴とするロボット。
【請求項１２】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の面発光レーザーを有することを特徴とする原子発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光レーザー、面発光レーザーの製造方法、光信号伝送装置、ロボットおよび原子発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載されたＶＣＳＥＬでは、コンタクト層の表面全体に表面保護膜が形成され、表面保護膜上に環状電極が形成され、環状電極上に出射保護膜が形成され、出射保護膜上に界面保護膜が形成されている。このように、保護膜は、ＶＣＳＥＬの上面にのみ配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９４３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のＶＣＳＥＬでは、保護膜をＶＣＳＥＬの側面の部分にも配置した場合には、保護膜に起因して生じる応力によって、ＶＣＳＥＬの発光特性、特に出射光の光量が変化してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の面発光レーザーは、半導体基板と、
前記半導体基板上に配置されており、光を出射する共振部と、
前記共振部の側面に配置されている絶縁層と、
前記共振部と前記絶縁層とを覆う被覆膜と、を有し、
前記被覆膜の前記絶縁層の側面に配置されている部分は、原子層堆積膜で構成されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る面発光レーザーを示す平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す面発光レーザーが有する積層体の平面図である。
【図４】面発光レーザーの変形例を示す平面図である。
【図５】面発光レーザーの変形例を示す断面図である。
【図６】図１に示す面発光レーザーの高温高湿試験の結果を示すグラフである。
【図７】被覆膜のない面発光レーザーの高温高湿試験の結果を示すグラフである。
【図８】図１に示す面発光レーザーの製造工程を示す図である。
【図９】図１に示す面発光レーザーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】図１に示す面発光レーザーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】図１に示す面発光レーザーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】図１に示す面発光レーザーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】図１に示す面発光レーザーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】図１に示す面発光レーザーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】図１に示す面発光レーザーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】図１に示す面発光レーザーの製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。
【図１８】ロボットが備える光信号伝送装置の配置を示す図である。
【図１９】光信号伝送装置を示す側面図である。
【図２０】図１９に示す光信号伝送装置の断面図（図２１中のＢ−Ｂ線断面図）である。
【図２１】図１９に示す光信号伝送装置が有する第１基板の上面図である。
【図２２】本発明の第３実施形態に係る原子発振器の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の面発光レーザー、面発光レーザーの製造方法、光信号伝送装置、ロボットおよび原子発振器を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る面発光レーザーおよびその製造方法について説明する。
【０００９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る面発光レーザーを示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示す面発光レーザーが有する積層体の平面図である。図４は、面発光レーザーの変形例を示す平面図である。図５は、面発光レーザーの変形例を示す断面図である。図６は、図１に示す面発光レーザーの高温高湿試験の結果を示すグラフである。図７は、被覆膜のない面発光レーザーの高温高湿試験の結果を示すグラフである。図８は、図１に示す面発光レーザーの製造工程を示す図である。図９ないし図１６は、それぞれ、図１に示す面発光レーザーの製造方法を説明するための断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側および図２中の上側を「上」とも言い、図１中の紙面奥側および図２中の下側を「下」とも言う。
【００１０】
図１および図２に示す面発光レーザー１は、半導体基板２と、第１ミラー層３１と、活性層３２と、第２ミラー層３３と、電流狭窄層３４と、コンタクト層３５と、酸化領域３６と、層間絶縁膜７と、第１電極８１と、第２電極８２と、被覆膜９と、を有する。
【００１１】
半導体基板２は、例えば、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＡｓ基板である。半導体基板２上には第１ミラー層３１が形成されている。第１ミラー層３１は、第１導電型の半導体層である。また、第１ミラー層３１は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。例えば、高屈折率層は、シリコンがドープされたｎ型のＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層であり、低屈折率層は、シリコンがドープされたｎ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層である。
【００１２】
第１ミラー層３１上には活性層３２が形成されている。活性層３２は、例えば、ｉ型のＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ａｓ層とｉ型のＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層とから構成される量子井戸構造を複数層重ねた多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。
【００１３】
活性層３２上には第２ミラー層３３が形成されている。第２ミラー層３３は、第２導電型（例えばｐ型）の半導体層である。また、第２ミラー層３３は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである。例えば、高屈折率層は、炭素がドープされたｐ型のＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ａｓ層であり、低屈折率層は、炭素がドープされたｐ型のＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓ層である。
【００１４】
第２ミラー層３３上にはコンタクト層３５が形成されている。コンタクト層３５は、第２導電型の半導体層である。例えば、コンタクト層３５は、炭素がドープされたｐ型のＧａＡｓ層である。
【００１５】
第１ミラー層３１、活性層３２および第２ミラー層３３は、垂直共振器型のｐｉｎダイオードを構成する。第１電極８１と第２電極８２との間にｐｉｎダイオードの順方向の電圧を印加すると、活性層３２において電子と正孔との再結合が起こり、発光が生じる。活性層３２で発生した光は、第１ミラー層３１と第２ミラー層３３との間で多重反射し、その際に誘導放出が起こって強度が増幅される。そして、光利得が光損失を上回るとレーザー発振が起こり、コンタクト層３５の上面（光出射部）から垂直方向にレーザー光ＬＬが射出する。
【００１６】
第１ミラー層３１と第２ミラー層３３との間には電流狭窄層３４が設けられている。電流狭窄層３４は、絶縁層であり、その中央部に開口部３４１が形成されている。電流狭窄層３４によって、第１、第２電極８１、８２からｐｉｎダイオードに注入される電流が平面方向に広がることを防ぐことができる。なお、本実施形態では、電流狭窄層３４は、活性層３２上に設けられているが、例えば、第１ミラー層３１または第２ミラー層３３の内部に設けることもできる。
【００１７】
第１ミラー層３１の側方には酸化領域３６１が形成されている。酸化領域３６１は、第１ミラー層３１を構成する低屈折率層と連続する層が酸化された酸化層と、高屈折率層と連続する層と、が交互に積層されて構成されている。また、第２ミラー層３３の側方には酸化領域３６２が形成されている。酸化領域３６２は、第２ミラー層３３を構成する低屈折率層と連続する層が酸化された酸化層と、高屈折率層と連続する層と、が交互に積層されて構成されている。そして、酸化領域３６１、３６２によって酸化領域３６が構成されている。
【００１８】
以上説明した第１ミラー層３１、活性層３２、第２ミラー層３３、電流狭窄層３４、コンタクト層３５および酸化領域３６によって積層体３が構成されている。図３に示すように、積層体３は、第１歪付与部３ａと、第２歪付与部３ｂと、これらの間に位置する共振部３ｃと、を有する。
【００１９】
第１歪付与部３ａおよび第２歪付与部３ｂは、活性層３２に歪みを付与して、活性層３２で発生する光を偏光させる。これにより、レーザー光ＬＬの偏光方向を安定させることができる。ここで、「光を偏光させる」とは、光の電場の振動方向を一定にすることをいう。なお、図４に示すように、第１歪付与部３ａおよび第２歪付与部３ｂは、省略してもよい。
【００２０】
共振部３ｃは、第１歪付与部３ａと第２歪付与部３ｂとの間に設けられている。共振部３ｃは、活性層３２で発生した光を共振させ、レーザー光ＬＬを出射する。共振部３ｃの平面形状は、特に限定されないが、例えば、円とすることができる。
【００２１】
積層体３の側面は、層間絶縁膜７によって覆われており、絶縁層と呼ぶことができる。図２に示すように、層間絶縁膜７は、コンタクト層３５と第２電極８２との電気的な接続およびコンタクト層３５からのレーザー光ＬＬの出射を邪魔しないように、コンタクト層３５を露出させた状態で積層体３の側面に設けられている。層間絶縁膜７の構成材料としては、絶縁性を有していれば、特に限定されないが、例えば、各種樹脂材料、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等を用いることができる。
【００２２】
なお、これらの材料の中でも、層間絶縁膜７の構成材料としては、ポリイミドを用いることが好ましい。これにより、十分な絶縁性を有する層間絶縁膜７となる。また、ポリイミドは、熱硬化性樹脂であり、加熱工程（キュア工程）において収縮する。さらに、ポリイミドは、加熱工程から常温に戻す際において収縮する。したがって、層間絶縁膜７としてポリイミドを用いることにより、製造時の収縮を利用して、活性層３２に対してより大きな応力を付与することができる。したがって、面発光レーザー１は、レーザー光ＬＬの偏光方向をより安定させることができる。
【００２３】
また、層間絶縁膜７の構成材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いることも好ましい。これにより、十分な絶縁性を有する層間絶縁膜７となる。また、活性層３２に対してより大きな応力を付与することができる。したがって、面発光レーザー１は、レーザー光ＬＬの偏光方向をより安定させることができる。
【００２４】
図２に示すように、第１電極８１は、第１ミラー層３１上に形成され、第１ミラー層３１とオーミックコンタクトしている。また、第２電極８２は、コンタクト層３５上に形成され、コンタクト層３５とオーミックコンタクトしている。そして、第２電極８２は、コンタクト層３５を介して、第２ミラー層３３と電気的に接続されている。
【００２５】
また、図１に示すように、第２電極８２は、層間絶縁膜７の上面に形成され、図１に示す平面視で、コンタクト層３５（レーザー光ＬＬの出射口）からずれた位置に引き出された端子部８２１を有する。このような位置に端子部８２１を配置することにより、第２電極８２への電気的な接続が容易となる。また、端子部８２１を層間絶縁膜７の上面に形成することにより、半導体基板２と端子部８２１とのギャップを十分に大きくすることができ、これらの間に形成される静電容量を効果的に小さくすることができる。なお、半導体基板２と端子部８２１とのギャップとしては、特に限定されないが、例えば、３μｍ以上５μｍ以下とすることができる。
【００２６】
また、図１および図２に示すように、層間絶縁膜７は、その全域が被覆膜９で覆われている。被覆膜９は、耐湿性を有しており、その内側に位置する積層体３や層間絶縁膜７への水分の侵入を抑制する機能を有する。これにより、面発光レーザー１に耐湿性を付与することができる。そのため、面発光レーザー１の安定した駆動が可能となり、また、面発光レーザー１の故障を抑制することができる。このような被覆膜９の構成材料としては、耐湿性を有していれば、特に限定されないが、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタルのいずれかを用いることが好ましい。これにより、優れた耐湿性を有する被覆膜９が得られる。そのため、前述した効果をより顕著に発揮することができる。
【００２７】
また、後述する製造方法でも説明するが、被覆膜９は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition：原子層堆積）で成膜された原子層堆積膜で構成されている。ＡＬＤは、原子の自己制御性を利用して、原子を一層ずつ堆積する成膜方法である。ＡＬＤは、例えば、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の他の成膜方法と比べて、膜厚を薄くできる、アスペクト比の高い構造への成膜が容易、ピンホールを低減することができる、優れたステップカバレッジを発揮することができる、低温での成膜が可能である、等の利点を有する。
【００２８】
このような利点から、ＡＬＤで成膜された被覆膜９は、薄く、かつ、優れた耐湿性を有する膜となる。被覆膜９が薄い程、被覆膜９に残留する応力や層間絶縁膜７と被覆膜９との熱膨張係数差に起因した熱応力が小さくなるため、被覆膜９に起因した積層体３の意図しない歪みを効果的に抑制することができる。そのため、面発光レーザー１の発光特性、特にレーザー光ＬＬの光量の変化を効果的に抑制することができ、安定した駆動を行うことのできる面発光レーザー１となる。
【００２９】
特に、本実施形態では、被覆膜９の全域がＡＬＤで成膜されている。すなわち、被覆膜９の全域が原子層堆積膜から構成されている。そのため、被覆膜９の全域において、上述したような利点を発揮することができる。したがって、全域に亘って薄く、優れた耐湿性を有する被覆膜９となる。また、被覆膜９に起因した積層体３の意図しない歪みをより効果的に抑制することもできる。
【００３０】
ただし、被覆膜９の構成としては、特に限定されず、被覆膜９の一部が、ＡＬＤ以外の成膜方法によって成膜されていてもよい。例えば、図５に示すように、被覆膜９は、層間絶縁膜７の側面を覆い、ＡＬＤで成膜された第１部分９１と、層間絶縁膜７の上面を覆い、ＡＬＤ以外の成膜方法（例えば、ＰＶＤ、ＣＶＤ等）で成膜された第２部分９２と、を有する構成となっていてもよい。このような構成によっても、本実施形態と同様に、被覆膜９に起因した積層体３の意図しない歪みを効果的に抑制することができる。
【００３１】
図１に示すように、被覆膜９からは、第１電極８１および第２電極８２がそれぞれ露出している。言い換えると、被覆膜９は、第１、第２電極８１、８２の少なくとも一部と重ならないように形成されている。これにより、外部装置と第１、第２電極８１、８２との電気的な接続が容易となる。また、被覆膜９からは、半導体基板２の外縁部が露出している。すなわち、被覆膜９は、半導体基板２の外縁部と重ならないように形成されている。後述する製造方法でも説明するように、面発光レーザー１は、半導体ウエハ上に複数形成され、これらをダイシングブレードにより個片化することで得られる。仮に、ダイシングライン上すなわち半導体基板２の外縁部に被覆膜９が形成されていると、被覆膜９がダイシングブレードに詰まり、個片化の作業を阻害するおそれがある。そこで、被覆膜９を半導体基板２の外縁部と重ならないように形成することにより、上記の問題が生じることを抑制し、スムーズな個片化が可能となる。
【００３２】
なお、被覆膜９の厚さ（平均厚さ）としては、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲内であることが好ましく、２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲内であることがより好ましい。これにより、十分に高い耐湿性を有し、かつ、十分に薄い被覆膜９となる。そのため、上述した被覆膜９の効果をより顕著に発揮することができる。また、このような厚さであれば、より確実に、被覆膜９をレーザー光ＬＬが透過するため、被覆膜９によってレーザー光ＬＬの出射が阻害されてしまうことを防ぐことができる。
【００３３】
ここで、図６に、被覆膜９が形成された本実施形態の面発光レーザーの高温高湿試験結果のグラフを示し、図７に、被覆膜９が形成されていない比較例の面発光レーザーの高温高湿試験結果のグラフを示す。図６および図７の高温高湿試験は、面発光レーザーを温度８５℃／湿度８５％の環境下に置き、経時的なレーザー光ＬＬの発光量（出射光量）の変化を測定したものである。図６および図７から分かるように、被覆膜９が形成された面発光レーザーでは、レーザー光ＬＬの発光量が経時的に安定しているのに対して、被覆膜９が形成されていない面発光レーザーでは、レーザー光ＬＬの発光量が不安定であり、経時的に低下している。このことから、被覆膜９によって優れた耐湿性が発揮されることが分かる。
【００３４】
以上、面発光レーザー１の構成について説明した。このような面発光レーザー１は、半導体基板２と、半導体基板２上に配置されており、光としてのレーザー光ＬＬを出射する共振部３ｃと、共振部３ｃの側面に配置されている層間絶縁膜７と、共振部３ｃと層間絶縁膜７とを覆っている被覆膜９と、を有する。そして、被覆膜９の層間絶縁膜７の側面に配置されている部分９０（第１部分９１）は、原子層堆積膜で構成されている。これにより、被覆膜９をより薄く形成することができ、被覆膜９に起因した積層体３の意図しない歪みを効果的に抑制することができる。そのため、面発光レーザー１の発光特性、特にレーザー光ＬＬの光量の変化を効果的に抑制することができる。さらには、被覆膜９によって、共振部３ｃや層間絶縁膜７への水分の侵入を効果的に抑制することもできる。したがって、信頼性が高く、安定した駆動を行うことのできる面発光レーザー１となる。特に、本実施形態では、被覆膜９の全域が原子層堆積膜で構成されている。このため、上述の効果をより顕著に発揮することができる。
【００３５】
また、前述したように、原子層堆積膜は、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムおよび酸化タンタルのいずれかで構成することができる。これにより、優れた耐湿性を有する被覆膜９となる。そのため、共振部３ｃや層間絶縁膜７への水分の侵入を効果的に抑制することができる。なお、原子層堆積膜が酸化ハフニウムで構成されているとは、原子層堆積膜が酸化ハフニウムのみから構成されている場合の他、例えば、製造上混入し得る材料等、酸化ハフニウム以外の材料を含んでいる場合も含む意味である。酸化アルミニウムおよび酸化タンタルについても同様である。
【００３６】
また、前述したように、層間絶縁膜７は、ポリイミドで構成することができる。これにより、製造時の収縮を利用して、活性層３２に対して大きな応力を付与することができる。したがって、面発光レーザー１は、レーザー光ＬＬの偏光方向をより安定させることができる。また、前述したように、層間絶縁膜７は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成することができる。これにより、十分な絶縁性を有する層間絶縁膜７となる。
【００３７】
また、前述したように、面発光レーザー１は、共振部３ｃに電圧を印加する電極である第２電極８２を有する。そして、第２電極８２は、層間絶縁膜７上（層間絶縁膜７の上面）に配置されている。これにより、半導体基板２と第２電極８２とのギャップを十分に大きくすることができ、これらの間に形成される静電容量を小さくすることができる。
【００３８】
また、前述したように、面発光レーザー１は、共振部３ｃに歪みを付与し、共振部３ｃから出射されるレーザー光ＬＬを偏光させる歪付与部としての第１歪付与部３ａおよび第２歪付与部３ｂを有する。これにより、レーザー光ＬＬの偏光方向を安定させることができる。
【００３９】
次に、面発光レーザー１の製造方法について説明する。面発光レーザー１の製造方法は、図８に示すように、共振部形成工程と、絶縁層形成工程と、電極形成工程と、被覆膜形成工程と、パターニング工程と、個片化工程と、を含む。
【００４０】
［共振部形成工程］
まず、図９に示すように、複数の半導体基板２が一体形成された半導体ウエハ２０を準備し、この半導体ウエハ２０上に、第１ミラー層３１、活性層３２、酸化により電流狭窄層３４となる被酸化層３４０、第２ミラー層３３およびコンタクト層３５を、この順でエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法が挙げられる。
【００４１】
次に、図１０に示すように、コンタクト層３５、第２ミラー層３３、被酸化層３４０、活性層３２および第１ミラー層３１をパターニングして、各半導体基板２上に凸状の積層体３を形成する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技法とエッチング技法とを用いて行うことができる。次に、各積層体３に含まれる被酸化層３４０を酸化して、電流狭窄層３４を形成する。また、この工程において、第１ミラー層３１および第２ミラー層３３を構成する層をその側面から酸化して、各積層体３に酸化領域３６を形成する。
【００４２】
［絶縁層形成工程］
次に、図１１に示すように、半導体ウエハ２０上に、各積層体３を覆う層間絶縁膜７を半導体ウエハ２０上に成膜する。なお、層間絶縁膜７の構成材料としては、ポリイミドを用いることができる。また、層間絶縁膜７の成膜は、例えば、スピンコート法等を用いることができる。次に、図１２に示すように、層間絶縁膜７をパターニングし、コンタクト層３５および第１ミラー層３１の外周部を層間絶縁膜７から露出させる。層間絶縁膜７のパターニングは、例えば、ウエットエッチングにより行うことができる。次に、層間絶縁膜７を加熱処理（キュア）することにより硬化させ、その後、常温に冷却する。この加熱処理および冷却処理によって層間絶縁膜７が収縮し、活性層３２に対して大きな応力を付与することができる。
【００４３】
［電極形成工程］
次に、図１３に示すように、コンタクト層３５上および層間絶縁膜７上に第２電極８２を形成し、第１ミラー層３１上に第１電極８１を形成する。なお、第１電極８１および第２電極８２は、例えば、真空蒸着法およびリフトオフ法の組合せ等により形成することができる。
【００４４】
［被覆膜形成工程］
次に、図１４に示すように、層間絶縁膜７の部分９０を含む全域を覆う被覆膜９を半導体ウエハ２０上に成膜する。なお、被覆膜９の構成材料としては、酸化ハフニウムや酸化アルミニウムを用いることができる。また、被覆膜９の成膜方法は、ＡＬＤを用いることができる。ＡＬＤを用いることにより、例えば、ＰＶＤやＣＶＤと比べて、薄く緻密な被覆膜９を成膜することができ、被覆膜９に起因する応力が積層体３に加わり難くなる。また、ＡＬＤを用いることにより、ＰＶＤやＣＶＤと比べて、成膜時の加熱温度を低く抑えることができ、積層体３への熱ダメージを低減することができる。
【００４５】
例えば、被覆膜９の構成材料が酸化ハフニウムの場合、半導体ウエハ２０を８０℃以上１２０℃以下の範囲内で加熱しながら成膜することが好ましい。これにより、十分に低い加熱温度となり、積層体３への熱ダメージをより効果的に低減することができると共に、被覆膜９を精度よく成膜することができる。
【００４６】
［パターニング工程］
次に、図１５に示すように、被覆膜９をパターニングし、第１電極８１の少なくとも一部、第２電極８２の少なくとも一部および各半導体基板２の外周部（ダイシングラインＤＬ）を被覆膜９から露出させる。被覆膜９のパターニングは、例えば、ドライエッチング、ウエットエッチングにより行うことができる。
【００４７】
［個片化工程］
次に、図１６に示すように、半導体ウエハ２０を半導体基板２毎に個片化する。個片化は、例えば、ダイシングブレードを用いて行うことができる。ここで、個片化は、隣り合う半導体基板２の境界に位置するダイシングラインＤＬ（図１５参照）に沿って半導体ウエハ２０を切断することで行われるが、前述したように、ダイシングラインＤＬ上には被覆膜９が形成されていないため、被覆膜９によってダイシングブレードが目詰まりを起こすことなく、個片化をスムーズに行うことができる。
【００４８】
以上の工程によって、面発光レーザー１が製造される。このような面発光レーザー１の製造方法は、前述したように、半導体基板２上に光を出射する共振部３ｃを含む積層体３を形成する共振部形成工程と、積層体３（共振部３ｃ）の側面に絶縁層としての層間絶縁膜７を形成する絶縁層形成工程と、積層体３と層間絶縁膜７とを覆う被覆膜９を形成する被覆膜形成工程と、を含む。そして、被覆膜９のうち、層間絶縁膜７の側面に配置されている部分は、原子層堆積法（ＡＬＤ）により形成されている。このような製造方法によれば、例えば、被覆膜９をＰＶＤやＣＶＤで成膜した場合と比べて、被覆膜９をより薄くかつ厚みばらつきを抑えて形成することができる。そのため、被覆膜９に起因した積層体３の意図しない歪みを効果的に抑制することができ、面発光レーザー１の発光特性、特にレーザー光ＬＬの光量の変化を効果的に抑制することができる。さらには、被覆膜９によって、共振部３ｃや層間絶縁膜７への水分の侵入を効果的に抑制することもできる。したがって、信頼性が高く、安定した駆動を行うことのできる面発光レーザー１が得られる。
【００４９】
また、前述したように、面発光レーザー１の製造方法は、絶縁層形成工程と被覆膜形成工程との間に行われ、共振部３ｃへ電圧を印加する電極としての第１電極８１および第２電極８２を形成する電極形成工程と、被覆膜形成工程の後に行われ、被覆膜９をパターニングして、第１、第２電極８１、８２を露出させるパターニング工程と、をさらに含んでいる。これにより、第１、第２電極８１、８２への電気的な接続を容易に行うことができる。
【００５０】
また、前述したように、被覆膜形成工程では、半導体ウエハ２０（半導体基板２）を８０℃以上１２０℃以下の範囲で加熱する。これにより、積層体３への熱ダメージをより効果的に低減することができると共に、被覆膜９を精度よく成膜することができる。
【００５１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るロボットおよび光信号伝送装置について説明する。
【００５２】
図１７は、本発明の第２実施形態に係るロボットを示す斜視図である。図１８は、ロボットが備える光信号伝送装置の配置を示す図である。図１９は、光信号伝送装置を示す側面図である。図２０は、図１９に示す光信号伝送装置の断面図（図２１中のＢ−Ｂ線断面図）である。図２１は、図１９に示す光信号伝送装置が有する第１基板の上面図である。
【００５３】
図１７に示すロボット２０００は、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うことができる。ただし、ロボット２０００の用途としては、これに限定されない。ロボット２０００は、垂直多関節ロボットである。ロボット２０００は、基台２１００と、ロボットアーム２２００と、を有する。また、ロボットアーム２２００は、第１アーム２２１０、第２アーム２２２０、第３アーム２２３０、第４アーム２２４０、第５アーム２２５０および第６アーム２２６０を有する。
【００５４】
第１アーム２２１０は、基台２１００に対して回動軸Ｏ１まわりに回動可能に接続されている。また、第２アーム２２２０は、第１アーム２２１０に対して回動軸Ｏ２まわりに回動可能に接続されている。また、第３アーム２２３０は、第２アーム２２２０に対して回動軸Ｏ３まわりに回動可能に接続されている。また、第４アーム２２４０は、第３アーム２２３０に対して回動軸Ｏ４まわりに回動可能に接続されている。また、第５アーム２２５０は、第４アーム２２４０に対して回動軸Ｏ５まわりに回動可能に接続されている。また、第６アーム２２６０は、第５アーム２２５０に対して回動軸Ｏ６まわりに回動可能に接続されている。
【００５５】
また、ロボット２０００では、第６アーム２２６０の先端部に、例えば、精密機器、部品等を把持するロボットハンド２５００（図１７では示せず）等のエンドエフェクターを着脱可能に取り付けることができる。また、ロボット２０００は、ロボット２０００の各部の作動を制御するパーソナルコンピューター等のロボット制御装置２３００を有する。また、ロボット２０００は、基台２１００および第１アーム２２１０〜第６アーム２２６０の各連結部に配置された駆動装置２４００を有する。各駆動装置２４００は、例えば、アームの駆動源となるモーター、モーターの駆動を制御するコントローラー、減速機、エンコーダー等を有する。
【００５６】
また、図１８に示すように、ロボット２０００は、その内部に配置された複数の光信号伝送装置１０００を有する。複数の光信号伝送装置１０００は、基台２１００内に配置された光信号伝送装置１０００Ａ’〜１０００Ｇ’と、第１アーム２２１０内に配置され、光配線１９００を介して光信号伝送装置１０００Ａ’と光学的に接続された光信号伝送装置１０００Ａ”と、第２アーム２２２０内に配置され、光配線１９００を介して光信号伝送装置１０００Ｂ’と光学的に接続された光信号伝送装置１０００Ｂ”と、第３アーム２２３０内に配置され、光配線１９００を介して光信号伝送装置１０００Ｃ’と光学的に接続された光信号伝送装置１０００Ｃ”と、第４アーム２２４０内に配置され、光配線１９００を介して光信号伝送装置１０００Ｄ’と光学的に接続された光信号伝送装置１０００Ｄ”と、第５アーム２２５０内に配置され、光配線１９００を介して光信号伝送装置１０００Ｅ’と光学的に接続された光信号伝送装置１０００Ｅ”と、第６アーム２２６０内に配置され、光配線１９００を介して光信号伝送装置１０００Ｆ’と光学的に接続された光信号伝送装置１０００Ｆ”と、ロボットハンド２５００内に配置され、光配線１９００を介して光信号伝送装置１０００Ｇ’と光学的に接続された光信号伝送装置１０００Ｇ”と、を含む。
【００５７】
なお、ロボット２０００は、少なくとも１つの光信号伝送装置１０００を有していればよく、例えば、光信号伝送装置１０００Ａ’〜１０００Ｇ”の一部を省略してもよい。光信号伝送装置１０００Ａ’〜１０００Ｇ”は、互いに同じ構成であるため、以下では、これらを光信号伝送装置１０００としてまとめて説明する。
【００５８】
図１９に示すように、光信号伝送装置１０００は、第１基板１１００と、第２基板１２００と、第１基板１１００に配置された光電変換部１３００と、第２基板１２００に配置された回路素子１４００および端子部１５００と、第１基板１１００と第２基板１２００とを接続する基板接続部１６００と、を有する。また、光電変換部１３００は、光学素子１３１０と、光導波路１３２０と、コネクター１３３０と、を有する。光学素子１３１０は、電気信号から変換された第１光信号ＬＳ１を生成する機能と、第２光信号ＬＳ２を受光して電気信号に変換する機能と、を有する。
【００５９】
図２０に示すように、光学素子１３１０は、パッケージ１３１１と、パッケージ１３１１に収納された発光素子１３１４、受光素子１３１５および増幅回路１３１６と、を有する。そして、発光素子１３１４から出射される光によって第１光信号ＬＳ１を生成し、受光素子１３１５によって第２光信号ＬＳ２を受光する。本実施形態では、発光素子１３１４として前述した面発光レーザー１が用いられている。
【００６０】
パッケージ１３１１は、上面側に開放する凹部を有するベース１３１２と、ベース１３１２の上面に接合され、凹部の開口を塞ぐリッド１３１３と、を有する。リッド１３１３は、ガラスで構成されており、第１光信号ＬＳ１や第２光信号ＬＳ２を透過するようになっている。増幅回路１３１６は、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）であり、受光素子１３１５が出力する電流信号をインピーダンス変換、増幅し、電圧信号として出力する。
【００６１】
なお、パッケージ１３１１は、省略してもよい。これにより、光信号伝送装置１０００の小型化図ることができる。この場合、発光素子１３１４、受光素子１３１５および増幅回路１３１６を第１基板１１００の上面に配置し、光導波路１３２０をスペーサーを介して第１基板１１００に固定した構成とすることができる。この場合、発光素子１３１４が外部に剥き出しになるが、前述したように、発光素子１３１４として用いられる面発光レーザー１は、優れた耐湿性を有するため、優れた信頼性を発揮することができる。
【００６２】
光導波路１３２０は、光学素子１３１０と光学的に接続されている。図２１に示すように、光導波路１３２０は、帯状をなし、帯状の基端部がリッド１３１３上に位置している。そして、光導波路１３２０は、その基端部において、図示しない接着剤を介してリッド１３１３の上面に接合されている。
【００６３】
また、図２１に示すように、光導波路１３２０は、第１光信号ＬＳ１を伝搬するための第１光伝送路１３２１と、第２光信号ＬＳ２を伝搬するための第２光伝送路１３２２と、第１光伝送路１３２１および第２光伝送路１３２２を覆う基部１３２３と、を有する。このような光導波路１３２０は、例えば、ポリマーで形成されたポリマー光導波路（有機光導波路）である。このような光導波路１３２０は、コネクター１３３０を介して光配線１９００と接続される。
【００６４】
図１９に示すように、回路素子１４００は、第２基板１２００の下面に設けられている。回路素子１４００は、光学素子１３１０のための電気信号処理や制御を実行することができる。このような回路素子１４００には、例えば、発光素子１３１４への電流をスイッチングするＬＤＤ回路、信号レベルを変換するレベル変換回路等が含まれている。
【００６５】
基板接続部１６００は、第１基板１１００と第２基板１２００とを接続して固定すると共に、第１基板１１００上の光学素子１３１０と第２基板１２００上の回路素子１４００とを電気的に接続する。図１９に示すように、基板接続部１６００は、第１基板１１００に固定された第１基板接続片１６１０と、第２基板１２００に固定された第２基板接続片１６２０と、を有する。
【００６６】
端子部１５００は、第２基板１２００の基端側に設けられている。そして、光信号伝送装置１０００は、端子部１５００を介して、他の電子部品と電気的に接続される。端子部１５００を介して光信号伝送装置１０００と電気的に接続される電子部品としては、特に限定されず、例えば、図１７に示すように、駆動装置２４００が挙げられる。この場合、ロボット制御装置２３００から駆動装置２４００のコントローラーへ送信する信号（コントロール信号）を第２光信号ＬＳ２として送信し、エンコーダーからロボット制御装置２３００へ送信する出力信号を第１光信号ＬＳ１として送信することができる。これにより、ロボット制御装置２３００と駆動装置２４００との間の通信速度を高めることができる。
【００６７】
以上のように、光信号伝送装置１０００は、面発光レーザー１（発光素子１３１４）を有する。そのため、前述した面発光レーザー１の効果を享受することができ、信頼性の高い光信号伝送装置１０００となる。
【００６８】
また、ロボット２０００は、光信号伝送装置１０００を有する。すなわち、ロボット２０００は、面発光レーザー１（発光素子１３１４）を有する。そのため、前述した面発光レーザー１の効果を享受することができ、信頼性の高いロボット２０００となる。
【００６９】
なお、ロボット２０００の構成としては、特に限定されず、例えば、アームの数が１本〜５本であってもよいし、７本以上であってもよい。また、ロボット２０００は、水平関節ロボット（スカラロボット）や双腕ロボットであってもよい。
【００７０】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る原子発振器について説明する。
【００７１】
図２２は、本発明の第３実施形態に係る原子発振器の全体構成を示すブロック図である。
【００７２】
図２２に示す原子発振器３０００は、アルカリ金属原子に対して特定の異なる波長の２つの共鳴光を同時に照射したときに当該２つの共鳴光がアルカリ金属原子に吸収されずに透過する現象が生じる量子干渉効果（ＣＰＴ：Coherent Population Trapping）を利用した原子発振器である。なお、この量子干渉効果による現象は、電磁誘起透明化（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）現象とも言う。
【００７３】
図２２に示すように、原子発振器３０００は、パッケージ部３１００と、パッケージ部３１００に電気的に接続されている制御部３２００と、を有する。パッケージ部３１００は、光を出射する光源３１１０（光源部）と、例えばルビジウム原子やセシウム原子等のアルカリ金属原子が封入された原子セル３１２０（ガスセル）と、光検出器３１３０（光検出部）と、を有し、これらが図示しないパッケージ内に収納されている。本実施形態では、光源３１１０として前述した面発光レーザー１が用いられている。
【００７４】
制御部３２００は、第１検波回路３３１０と、第１変調回路３３２０と、第１低周波発振器３３３０と、駆動回路３３４０と、第２検波回路３４１０と、電圧制御型水晶発振器３４２０（ＶＣＸＯ：Voltage Controlled Crystal Oscillators）と、第２変調回路３４３０と、第２低周波発振器３４４０と、位相同期回路３４５０（ＰＬＬ：phase locked loop）と、自動利得制御回路３４６０（ＡＧＣ：自動利得制御アンプ）と、を有し、これらがパッケージ部３１００のパッケージの外部に設けられている。
【００７５】
駆動回路３３４０は、光源３１１０に、バイアス電流に変調電流を重畳した駆動電流を供給する。これにより、光源３１１０は、バイアス電流の電流値に応じた中心波長の光と、その光の波長に対して両側に変調電流の周波数に応じた波長分だけずれた波長の２つのサイドバンド光（第１光および第２光）とを出射する。当該２つのサイドバンド光は、原子セル３１２０を通過して、光検出器３１３０で検出される。第１検波回路３３１０、第１変調回路３３２０および第１低周波発振器３３３０は、光検出器３１３０の検出結果に基づいて、駆動回路３３４０のバイアス電流の電流値を調整する。
【００７６】
また、第２検波回路３４１０、電圧制御型水晶発振器３４２０、第２変調回路３４３０、第２低周波発振器３４４０および位相同期回路３４５０は、光検出器３１３０の検出結果に基づいて、原子セル３１２０内のアルカリ金属原子の２つの基底準位間の遷移周波数に応じたマイクロ波信号を生成する「信号生成部３５００」として機能する。信号生成部３５００は、前述した２つのサイドバンド光および原子セル３１２０内のアルカリ金属原子によるＥＩＴ現象が生じるように、変調電流として用いるマイクロ波信号の周波数を調整するとともに、電圧制御型水晶発振器３４２０の出力信号を所定の周波数で安定させ、その出力信号を原子発振器３０００のクロック信号として出力する。
【００７７】
自動利得制御回路３４６０は、信号生成部３５００からの変調電流（マイクロ波信号）の振幅を調整して駆動回路３３４０に入力する。
【００７８】
以上のように、原子発振器３０００は、面発光レーザー１（光源３１１０）を有する。そのため、前述した面発光レーザー１の効果を享受することができ、信頼性の高い原子発振器３０００となる。
【００７９】
以上、本発明の面発光レーザー、面発光レーザーの製造方法、光信号伝送装置、ロボットおよび原子発振器について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【００８０】
また、前述した実施形態では、ＡｌＧａＡｓ系の面発光レーザーについて説明したが、本発明に係る面発光レーザーは、発振波長に応じて、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てもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１…面発光レーザー、２…半導体基板、２０…半導体ウエハ、３…積層体、３ａ…第１歪付与部、３ｂ…第２歪付与部、３ｃ…共振部、３１…第１ミラー層、３２…活性層、３３…第２ミラー層、３４…電流狭窄層、３４０…被酸化層、３４１…開口部、３５…コンタクト層、３６、３６１、３６２…酸化領域、７…層間絶縁膜（絶縁層）、８１…第１電極、８２…第２電極、８２１…端子部、９…被覆膜、９０…部分、９１…第１部分、９２…第２部分、１０００…光信号伝送装置、１０００Ａ’〜１０００Ｇ’…光信号伝送装置、１０００Ａ”〜１０００Ｇ”…光信号伝送装置、１１００…第１基板、１２００…第２基板、１３００…光電変換部、１３１０…光学素子、１３１１…パッケージ、１３１２…ベース、１３１３…リッド、１３１４…発光素子、１３１５…受光素子、１３１６…増幅回路、１３２０…光導波路、１３２１…第１光伝送路、１３２２…第２光伝送路、１３２３…基部、１３３０…コネクター、１４００…回路素子、１５００…端子部、１６００…基板接続部、１６１０…第１基板接続片、１６２０…第２基板接続片、１９００…光配線、２０００…ロボット、２１００…基台、２２００…ロボットアーム、２２１０…第１アーム、２２２０…第２アーム、２２３０…第３アーム、２２４０…第４アーム、２２５０…第５アーム、２２６０…第６アーム、２３００…ロボット制御装置、２４００…駆動装置、２５００…ロボットハンド、３０００…原子発振器、３１００…パッケージ部、３１１０…光源、３１２０…原子セル、３１３０…光検出器、３２００…制御部、３３１０…第１検波回路、３３２０…第１変調回路、３３３０…第１低周波発振器、３３４０…駆動回路、３４１０…第２検波回路、３４２０…電圧制御型水晶発振器、３４３０…第２変調回路、３４４０…第２低周波発振器、３４５０…位相同期回路、３４６０…自動利得制御回路、３５００…信号生成部、ＤＬ…ダイシングライン、ＬＬ…レーザー光、ＬＳ１…第１光信号、ＬＳ２…第２光信号、Ｏ１〜Ｏ６…回動軸
【図１】
2020004783.tif 000003
【図２】
2020004783.tif 000004
【図３】
2020004783.tif 000005
【図４】
2020004783.tif 000006
【図５】
2020004783.tif 000007
【図６】
2020004783.tif 000008
【図７】
2020004783.tif 000009
【図８】
2020004783.tif 000010
【図９】
2020004783.tif 000011
【図１０】
2020004783.tif 000012
【図１１】
2020004783.tif 000013
【図１２】
2020004783.tif 000014
【図１３】
2020004783.tif 000015
【図１４】
2020004783.tif 000016
【図１５】
2020004783.tif 000017
【図１６】
2020004783.tif 000018
【図１７】
2020004783.tif 000019
【図１８】
2020004783.tif 000020
【図１９】
2020004783.tif 000021
【図２０】
2020004783.tif 000022
【図２１】
2020004783.tif 000023
【図２２】
2020004783.tif 000024