(57)【要約】【課題】  発光部に対してレンズが高精度で位置合わせされた面発光素子を提供する。【解決手段】  本発明の面発光素子は、一方の面にレンズ１０２が形成されているレンズ基板１０１と、半導体エピタキシャル層を含む発光部１０３とを含み、  前記レンズ基板１０１に、目合わせマーク１０４が形成されており、  前記レンズ基板１０１の前記レンズ１０２が形成されている面上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズが対向している状態で、前記発光部１０３が配置されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面にレンズが形成されているレンズ基板と、半導体エピタキシャル層を含む発光部とを含み、
前記レンズ基板に、目合わせマークが形成されており、
前記レンズ基板の前記レンズが形成されている面上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズが対向している状態で、前記発光部が配置されていることを特徴とする面発光素子。
【請求項２】
前記レンズ基板が、前記発光部の物理的支持体となっていることを特徴とする請求項１記載の面発光素子。
【請求項３】
前記半導体エピタキシャル層が、化合物半導体から形成される基板上に結晶成長技術により形成された化合物半導体層であり、
前記レンズ基板が、前記発光部基板と同一種の化合物半導体から形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の面発光素子。
【請求項４】
前記レンズ基板が、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓまたはＧａＮであることを特徴とする請求項３記載の面発光素子。
【請求項５】
前記レンズ基板が、ＳｉまたはＳＯＩであることを特徴とする請求項１または２記載の面発光素子。
【請求項６】
前記発光部からの出射光が、低屈折率の媒質を通過した後に、前記レンズのレンズ面に対して低屈折率側から入射して前記レンズ基板内を通過することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の面発光素子。
【請求項７】
前記レンズが、凸レンズであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の面発光素子。
【請求項８】
前記レンズが、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の面発光素子。
【請求項９】
前記レンズの少なくとも一部に、前記発光部からの出射光の少なくとも一部を遮断するための、反射体、散乱体および吸収体の少なくとも一つが形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の面発光素子。
【請求項１０】
前記レンズを通過した前記発光部からの出射光が、単峰な発光強度分布を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の面発光素子。
【請求項１１】
前記半導体エピタキシャル層と前記レンズ基板の間の少なくとも一部にスぺーサ層を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の面発光素子。
【請求項１２】
前記レンズ基板における前記半導体エピタキシャル層と反対側の面に、前記レンズを通過した前記発光部からの出射光を光ファイバに結合させるための嵌合部を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の面発光素子。
【請求項１３】
前記レンズ基板における前記半導体エピタキシャル層と反対側の面に、前記レンズを通過した前記発光部からの出射光を整形するための整形部材を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の面発光素子。
【請求項１４】
前記整形部材が、光路変換用ミラー、または、光路変換用ミラーとファイバ嵌合用Ｖ溝の組み合わせであることを特徴とする請求項１３記載の面発光素子。
【請求項１５】
目合わせマークを含むレンズ基板のレンズが形成されている基板面上に、半導体積層体を貼り合わせる第１の工程と、
前記目合わせマークを基準として、前記半導体積層体に発光部を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする面発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記レンズ基板のレンズが形成されている基板面上に、前記半導体積層体をスぺーサ材を用いて貼り合わせることを特徴とする請求項１５記載の面発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記半導体積層体が、半導体エピタキシャル層を含み、
前記第１の工程において、前記半導体積層体を前記基板面上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズを対向させた状態で貼り合わせることを特徴とする請求項１５または１６記載の面発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記半導体積層体が、基板上に前記半導体エピタキシャル層が積層されて形成されており、
前記第１の工程に次いで、前記半導体積層体の前記基板を除去する基板除去工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の面発光素子の製造方法。
【請求項１９】
レンズ基板の一方の面にレンズを形成し、かつ、前記レンズ基板に目合わせマークを形成して前記レンズ基板を製造するレンズ基板製造工程と、
基板上に半導体層を形成して、前記半導体積層体を製造する半導体積層体製造工程をさらに含み、
前記第１の工程において、前記基板上の前記半導体積層体を前記レンズ基板上に、前記半導体層と前記レンズとを対向させた状態で貼り合わせることを特徴とする請求項１５から１８のいずれか一項に記載の面発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザは、小型化および２Ｄアレイ化等の高密度実装が可能で、低消費電力である等の特徴により、低コストの通信用光源として、ｄａｔａｃｏｍ用や光インタコネクション用光源等の幅広い用途のために開発が行われている。これら用途のためのモジュールには、特に小型化および低コストの強い要請がある。例えば、面発光レーザと光ファイバの光結合をより簡易にし、構造をより単純化するための面発光レーザとレンズの一体形成は、実装コストとレンズ部材のコスト削減の観点から有効であるため、すでに様々な方法が提案されている。このような面発光レーザおよび面発光レーザ機能を有する光電変換装置等の光学デバイスには、例えば、裏面出射型の面発光レーザ等がある。図１０の断面図に、前記裏面出射型の面発光レーザ等の基本構造を例示する。図示のとおり、前記裏面出射型の面発光レーザ等は、光出射面である基板７０５の裏面７０５’にレンズ構造７０１が一体的に形成されている。このような裏面出射型の面発光レーザ等としては、例えば、特許文献１から１０の面発光レーザ等がある。
【０００３】
特許文献１記載の光電変換装置は、光出射面等が露出するように素子基体に設けられた光電変換素子と、レンズ部が設けられたレンズ基体とからなり、前記素子に前記レンズ基体が直接接合されている光電変換装置である。
【０００４】
特許文献２記載の光電変換装置は、光電変換素子が設けられた素子基体と、前記光電変換素子と反対側の面側に、前記素子基体に設けられたレンズ部とを有し、前記レンズ部が保護層に埋没している光電変換装置である。
【０００５】
特許文献３記載の光レーザは、レーザ光が出射する側にマイクロレンズが一体に形成されたマイクロレンズ一体型表面光レーザである。
【０００６】
特許文献４記載の光半導体デバイスは、ＧａＡｓ系光デバイスが出力する光の光路上に光学素子が設けられている光半導体デバイスである。
【０００７】
特許文献５記載の半導体デバイスは、Ｓｉ系単結晶基板の上に化合物半導体層が設けられている第１の基板上に、ＧａＡｓ単結晶基板上にＧａＡｓ系面発光レーザ構造体が直接接合されている半導体デバイスである。
【０００８】
特許文献６記載の光装置は、光素子を形成するための基板と光透過面を備えた光素子部と第１保護部と光学部とを有する光装置である。
【０００９】
特許文献７記載の光結合装置は、光出射部材と光入射部材と光学レンズアレイとを有し、前記光学レンズアレイにより、前記光出射部材から出射された光を対応する前記光入射部材の各光入射部に結合させる光結合装置である。
【００１０】
特許文献８記載の光伝送モジュールは、光電素子と、光学経路制御用の光部品と、前記光電素子を位置決めする実装補助部材と、前記光部品と前記実装補助部材とを位置決めする位置決め機構とを備えた光伝送モジュールである。
【００１１】
特許文献９記載の光源素子は、発光素子の主発光面に直接接着した透明板を設け、前記透明板に光ビーム整形用のレンズ機能を与えたコリメート光源素子である。
【００１２】
特許文献１０記載の二次元アレイ光ヘッドは、マイクロレンズアレイとＶＣＳＥＬアレイとプローブアレイとを組み合わせた二次元アレイ光ヘッドである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２３７４２８号公報
【特許文献２】特開２００６−３１０４１７号公報
【特許文献３】特開２００２−１８５０７１号公報
【特許文献４】特開２００５−３８９９５号公報
【特許文献５】特開２００５−１５９０７１号公報
【特許文献６】特開２００６−１７９７４７号公報
【特許文献７】特開２００５−７０８０７号公報
【特許文献８】特開２００７−３１００８３号公報
【特許文献９】特開昭６３−２７０８７号公報
【特許文献１０】特開２００４−３３３８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前記特許文献１から１０記載の面発光レーザ等は、例えば、高密度集積性に優れるレイアウトを実現できるため、非常に有望である。しかし、これら面発光レーザ等における発光部とレンズの集積構造には、次のようなレンズ形成位置の精度上の問題がある。すなわち、前記特許文献８および１０に記載の面発光レーザ等の構造では、例えば、発光部とレンズ間を別々の基板上で形成したのちに基板接合技術によって貼り付けているため、両基板の反りや熱膨張係数の違いなどに起因して、基板全面にわたる高精度の目合わせを実現することが困難である。また、他の課題として、例えば、前記特許文献１から６、及び９に記載の面発光レーザ等では、発光部とレンズとの間に基板が存在することに起因して、発光部とレンズの間の距離を短くできない。このため、レンズに要求される寸法が大きくなるため、レンズ寸法の精度、及びレンズ面の平滑性を実現することが困難である。さらにこのような構造の面発光レーザ等では、例えば、裏面研磨工程、及び裏面露光の必要性が生じ、前記レンズ基板と発光部の一体化のために目合わせマークを用いた場合でも、実用上十分に高い位置合わせの精度を達成するのは実際上不可能である。以上述べたような、前記先行技術文献に記載の構造におけるレンズ−発光部間の相対位置精度、レンズ寸法精度、及びレンズ平滑性などに関する課題は、レンズ通過後の光結合対象が、例えばコア径が１０μｍ以下と小さい単一モード光ファイバであるような場合には一層顕著となる。また、さらに別の課題としては、例えば、前記特許文献１、３から７に記載の面発光レーザ等では、レンズ面が外部に露出した構造を有しており、レンズ面の経時的な信頼性や、物理強度上の問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は、発光部に対してレンズが高精度に位置合わせされ、信頼性、及び物理的強度に優れるとともに、多機能性にも優れた面発光素子を提供することを目的とする。本発明は、また、発光部に対してレンズが高精度に位置合わせされた面発光素子を製造するための方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の面発光素子は、一方の面にレンズが形成されているレンズ基板と、半導体エピタキシャル層を含む発光部とを含み、
前記レンズ基板に、目合わせマークが形成されており、
前記レンズ基板の前記レンズが形成されている面上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズが対向している状態で、前記発光部が配置されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の面発光素子の製造方法は、目合わせマークを含むレンズ基板のレンズが形成されている基板面上に、半導体積層体を貼り合わせる第１の工程と、
前記目合わせマークを基準として、前記半導体積層体に発光部を形成する第２の工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の面発光素子は、発光部に対してレンズが高精度に位置合わせされ、信頼性、及び物理的強度に優れるとともに、多機能性にも優れた面発光素子である。本発明の面発光素子の製造方法によれば、発光部に対してレンズが高精度で位置合わせされた面発光素子を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の面発光素子の製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の面発光素子の製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の面発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、面発光素子の基本構造の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
まず、本発明において、「半導体エピタキシャル層とレンズが対向している状態」とは、前記半導体エピタキシャル層が、前記レンズ上に配置されており、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズとの間に基板が存在しないことを意味する。本発明において、「目合わせ」は、「位置合わせ」と同義である。また、本発明において、「目合わせの精度が高い」または「位置合わせの精度が高い」は、一つの物体と他の物体との相対的位置の、両者について要求される相対的位置からのずれが小さく、且つこのようなずれの小さな状態が、本発明の面発光素子を構成するウエハ平面内における全領域で実現されていることを意味する。また、「目合わせ誤差」または「位置合わせ誤差」は、一つの物体と他の物体との相対的位置の、両者について要求される相対的位置からのずれの量を意味する。
【００２１】
図１の断面図に、本発明の面発光素子の構成の一例を示す。図示のとおり、この面発光素子は、レンズ基板１０１と発光部１０３とを含む。レンズ基板１０１の一方の面１０５には、レンズ１０２が形成されている。レンズ基板１０１には、さらに、目合わせマーク１０４が形成されている。発光部１０３は、メサ形状部分１１４の中央に形成されており、発光部１０３およびメサ形状部分１１４とも半導体エピタキシャル層を含む。同図中、符号１０７および符号１０８は、電極を示す。同図に一例を示すように、本発明の面発光素子は、レンズ基板１０１のレンズ形成面１０５の上に、半導体エピタキシャル層とレンズ１０２が対向している状態で、発光部１０３が配置される。同図では、レンズ１０２は、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に形成された凸レンズである。目合わせマーク１０４は、レンズ基板１０１のレンズ形成面１０５に形成されている。さらに、発光部１０３は、活性層が、互いに異なる導電形態の反射鏡層で挟まれた３層構造を有する。しかし、本発明はこのような態様に限定されない。すなわち、例えば、レンズ１０２として凹レンズが形成されていてもよい。また、目合わせマーク１０４は、レンズ基板１０１に形成されていればよく、必ずしもレンズ形成面１０５に形成されている必要はない。さらに、発光部１０３は、例えば、基板ではない他の層をさらに含んでいてもよい。また、発光部１０３を構成する反射鏡層のうち一方、もしくは双方が半導体以外の材料を含んでいてもよい。
【００２２】
このような構成により、本発明の面発光素子は、主として以下の３つの特長において、前記特許文献１から１０に記載の面発光素子等の課題を解決している。すなわち、本発明の面発光素子の第一の特長は、基板面全域にわたる高い目合わせ精度を実現可能な点である。本発明の面発光素子では、前記レンズ基板が目合わせマークを有するので、例えば、前記発光部は、前記レンズ形成工程時に使用、もしくは同時形成された前記目合わせマークを基準として、前記レンズ形成工程に対して逐次的に形成できる。このため、例えば、前記特許文献８および１０で問題となる、基板面内にわたる高精度な位置合わせの実現に対する困難を、本発明では解決できる。すなわち、例えば、前記特許文献８および１０では、レンズと発光部をあらかじめ別々の基板上に形成した後に基板接合によって一体化させる製造方法を採用している。しかし、このような製造方法では、レンズ基板及び発光部の形成された基板にあらかじめ存在しうる応力に起因する基板のソリ、両基板の熱膨張係数の違い、接合時の応力、接着層等を使用する際の接着層の収縮に起因する応力に起因する目ずれなどの要因によって、基板面内にわたって形成された多数の面発光素子のレンズと発光部のペアを一括に高精度で位置合わせすることは極めて困難である。しかし、本発明によれば、例えば、前記発光部を、前記目合わせマークを基準として、前記レンズ形成工程に対して逐次的に形成する等により、このような問題を解決できる。
【００２３】
本発明の面発光素子の第２の特長は、レンズの形成精度及び発光部−レンズ間の相対位置精度を極めて高くすることができる点である。この特長は２つの観点から説明できる。第一の観点は、本発明の面発光素子では発光部１０３とレンズ１０２が対向する構造により、発光部とレンズの距離を短く形成できる点に起因する。この構造によれば、発光部からの出射光のスポット径が広がる前にレンズに入射させることが可能となり、要求されるレンズ１０２の寸法を小さくできる。一般的な加工技術では、大きな構造物を高精度で製造することは難易度が高い。逆に本発明のように要求されるレンズの寸法が小さいということは、高精度なレンズ形成が可能であることを示している。その一方で、前記特許文献１から７のように、レンズと発光部とが互いにレンズ基板の反対側の面に形成されている場合や、前記特許文献９のように発光部とレンズの間に発光部の支持基板が挿入されている場合には、前記発光部と前記レンズの間の距離を短縮できない。すなわち、このような構成では、少なくとも前記基板の高さだけ、前記発光部と前記レンズとの間に間隔が開くことになる。このため、発光部からの出射光は前記基板の高さに相当する距離を伝搬するあいだにスポット径が広がるため、この広がったスポット径に対応すべく、要求されるレンズ１０２の寸法は必然的に大きくなる。一例として、発光部−レンズ間距離が２００μｍの場合、発光部から半値全幅１２°の放射角で出射した光は、レンズ１０２面では４０μｍ程度のスポット径まで広がる。このスポット径の光を、例えばコア径１０μｍ以下の単一モード光ファイバに再び低損失で安定的に集光させて光結合させることはレンズ設計のトレランス上極めて困難である。さらに、加工すべき寸法が大きくなると、例えば、レンズ形成時のレンズ寸法の精度やレンズ表面の平滑さが加工中に悪化する。また、レンズ構造の形成時に必要とされる、球面状の断面を有するフォトレジストパターンの膜厚が増すので、フォトレジストの塗布厚の厚さに起因するパターニング寸法の精度の低下が必然的に発生する。第２の観点として、本発明の面発光素子では、前記レンズ及び前記発光部はレンズ基板における同一面側に、同一露光装置によるフォトリソグラフィーによって形成可能であり、研磨工程が不要であることがあげられる。例えば、前記特許文献１から６および９に記載の面発光レーザ等のように、レンズと発光部の間に基板が挿入されている場合には必然的に前記基板を研磨してその厚みを減らす研磨工程が必要となる。そのため、前記研磨工程での前記基板の研磨厚さの絶対値や厚さ基板面内分布のばらつきが生じ、これも高精度な位置合わせの阻害要因となる。一方で、本発明の構造によれば、厚さ分布の存在する研磨済み基板裏面への両面露光工程を経る必要がなく、この観点においても本発明の構造は精度上優位である。以上述べたような、本発明の面発光素子におけるレンズ−発光部間の相対位置精度、レンズ寸法精度、及びレンズ平滑性などに関する特長は、レンズ通過後の光結合対象が、例えばコア径１０μｍの単一モード光ファイバであるような場合には一層明確になる。特に、レンズ−発光部間の距離の小ささに起因してレンズの寸法を小さく設計��きることは、上記単一モード光ファイバに出射光を集光させる際のレンズ増倍率を小さく設計できることを意味するため、光結合効率のトレランス設計上大きなメリットとなる。このため、本発明による面発光素子は、近年積極的に開発されているシリコンフォトニクス用途やセンシング用途等、単一モード（波長）発振が要求される用途にも適用可能な、極めて高精度なレンズ集積構造を実現していると言える。
【００２４】
本発明の面発光素子の第３の特長は、前記レンズの品質の信頼性を向上できる点である。前記本発明の面発光素子は、前記レンズ基板のレンズ形成面を密閉する形で前記発光部が配置されており、レンズは外部に一切露出していない。一方、例えば、前記特許文献１、３から６に記載の面発光レーザ等では、レンズが外部に露出した構造であるため、レンズ面の経時的な劣化や、凹凸のあるレンズ形状に起因する局所的な応力が生じやすく、加工および実装時に、レンズの物理的強度不足によりレンズが損壊する恐れがある。また、レンズ面の汚れが発生しうる。しかし、前記本発明の面発光素子では、前記レンズが外部に露出しないので、前記レンズの品質の信頼性を向上できる。
【００２５】
以上述べた３つの特長に基づき、本発明によれば、従来のレンズ集積型面発光レーザの課題を同時に解決することが可能である。本発明の面発光素子において、以上述べた３点以外の特長は、例えば以下の通りである。例えば、本面発光素子では、前記レンズ基板におけるレンズ形成面と反対の面に、プロセスを施す必要がない。このことは、特にレンズ基板としてＳｉ或いはＳＯＩを使用して、本面発光素子と面発光レーザ駆動用のレーザドライバ回路や他の電子回路等と集積する際には大きなメリットとなる。即ち、基板の裏面に対するレンズ形成のように、面発光素子固有の製造工程を上記集積素子に導入することは最終的な素子の歩留まり低下に結びつくものであるため集積素子の性能上、あるいはコスト上望ましくない。一方、本発明の面発光素子では、前記レンズ基板におけるレンズ形成面と反対の面に他の構造を集積することが可能である。この特長は、本発明の面発光素子の多機能性に関する優位性と言える。
【００２６】
なお、本発明において、前記レンズ基板は、一方の面にレンズが形成されており、かつ、目合わせマークを有する限り、特に制限されない。前記レンズ基板は、前記発光部からの出射光を通過させることができる限り、どのような材料から形成されてもよい。前記レンズ基板は、例えば、化合物半導体から形成できる。前記化合物半導体としては、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯが挙げられるが、これらには限定されない。前記レンズ基板は、また、例えば、Ｓｉ、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ダイヤモンドもしくは、任意の支持の表面にダイヤモンド薄膜が形成された複合基板から形成できる。例えば、前記レンズ基板を、ＳＯＩやＳｉから形成することにより、例えば、前記発光部（面発光レーザ）と、面発光レーザ駆動用のレーザドライバ回路や他の電子回路等の他の構造を同一の前記レンズ基板（ＳＯＩ基板、Ｓｉ基板、ダイヤモンド基板等）上に一体的に集積することが可能となる。また、前記レンズ基板を物理的支持体とすることができ、面発光素子の物理的強度を向上させることができる。例えば、電子デバイスやセンサデバイス分野では、チップ自身に耐環境性、耐応力、耐静電気性、及び実装時の嵌合構造などのパッケージの機能を持たせる、いわゆるチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）構造が実用化されている。これに対し、半導体光デバイス分野では、このようなＣＳＰ構造は実現されていない。しかし、本発明の面発光素子では、前述のように、例えば、前記レンズ基板をＳＯＩ、Ｓｉから形成することで、前記ＣＳＰ構造を実現できる。さらに前記レンズ基板は、結晶材料のみでなくシリカガラスなどのアモルファス材料やセラミックスであってよい。さらに無機材料以外に透明樹脂材によるシートが使用されてもよい。
【００２７】
前記目合わせマークは、例えば、前記面発光素子の製造工程において、前記発光部と前記レンズを正確に位置合わせするために用いられる印である。前記目合わせマークは、例えば、前記発光部の形成時に基準として使用される印である。前記目合わせマークは、また、例えば、前記発光部および前記レンズの双方の形成時に基準として使用される印である。これにより、前記レンズと前記発光部を高い精度で位置合わせすることが可能となる。すなわち、例えば、前記レンズ基板上に前記半導体積層体を貼り合わせ、前記半導体積層体を加工して前記発光部を形成する際に、前記目合わせマークを手掛かりにして、前記レンズ基板上に前記発光部を形成できる。そのため、前記発光部を前記レンズに対してより高精度で位置合わせされた位置に形成することができる。また、例えば、前記レンズ基板のレンズ形成面上に前記発光部を貼り合わせる際に、前記目合わせマークを手掛かりにできる。これにより、前記レンズと前記発光部をより高精度に位置合わせ可能に、前記レンズ基板と前記発光部を貼り合わせることができる。前記目合わせマークは、例えば、赤外線カメラを用いて認識可能なマークであってもよいし、レンズ基板のレンズ形成面で位置を認識できるように、前記レンズ形成面に露出可能に形成されたマークであってもよい。前記目合わせマークは、例えば、溝による凹凸、金属膜、誘電体膜等である。前記目合わせマークは、例えば、前記発光部を形成する際に位置合わせの基準として使用できる限り、前記レンズ基板のどの場所に形成されていてもよい。前記目合わせマークは、例えば、前記レンズ形成面の前記レンズが形成されている領域外の部分に形成でき、また、例えば、前記レンズ基板のレンズ形成面に露出しないように形成することもできる。
【００２８】
前記レンズは、特に制限されず、例えば、凸レンズであってもよいし、フレネルレンズであってもよい。前記フレネルレンズは、肉厚を薄く形成できるので、例えば、前記レンズ基板における前記レンズの加工上の精度を向上させることができる。前記本発明の面発光素子では、前記発光部からの出射光が、一旦、空気や樹脂等の低屈折率の媒質を通過したのちに前記レンズのレンズ面に対して低屈折率側から入射するよう、前記レンズを形成することができる。このような態様は、例えば、レンズ基板の上面から陥没した部分に前記レンズを形成することで実現できる。このような態様により、前記発光部からの出射光の特性を精密かつ簡便に調整することが可能となる。すなわち、例えば、前記出射光の放射方向や強度分布を整形することが可能となる。より具体的には、前記出射光の放射角度の低減、コリメート、レンズ基板のレンズ形成面と反対側の面付近への集光、複数のレンズによる光線の分割と放射角度の低減、反射もしくは吸収による光強度分布の外周部の光の除去等、目的に応じた前記出射光の特性の調整が可能となる。また、例えば、前記レンズを通過した前記出射光が、単峰な発光強度分布を有するよう、前記出射光を整形することが可能となる。前記本発明の面発光素子では、前記レンズは、その少なくとも一部に、前記発光部からの出射光の少なくとも一部を遮断するための、反射体、散乱体および吸収体のいずれかが、もしくはその組み合わせが形成されていてもよい。この場合、前記レンズは、凸レンズであることが好ましい。これにより、例えば、前記レンズに対して前記レンズの光軸を離れて外周部で入射した光を反射、散乱、吸収させた際に、残留する反射光成分が発光部に戻ることを防止できる。このため、前記面発光素子の外部への放射光パターンの整形を簡易に行うことが可能となる。前記反射体、前記散乱体および前記吸収体は、前記入射光を反射、散乱または吸収できる限り、特に制限されない。前記反射体としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｐｔ等の金属や、Ｓｉ／ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２などからなる多層膜で形成されることが好ましい。また前記散乱体、または前記吸収体としては、例えば、出射光の波長に対して光吸収係数を有する金属や化合物等が添加されたガラス微粒子や樹脂、カーボン微粒子及び、出射光の波長に対して共鳴吸収を生ずる微粒子等で形成されることが好ましい。前記反射体、前記散乱体、及び前記吸収体は、例えば、前記レンズのレンズ面における、前記レンズの光軸を囲む領域外の部分の上に形成されることが好ましい。前記反射体、前記散乱体および前記吸収体は、例えば光出射パターン（発光強度分布）を単峰にしたい場合には、前記レンズ面の前記領域外の部分を覆うリング形状に形成されることが好ましい。この場合、前記レンズにおいて前記反射体、前記散乱体および前記吸収体を形成しない前記領域は、例えば、円形の外周を有する球面形状部分である。前記球面形状部分のサイズは、特に制限されないが、例えば、前記球面状部分の外周が０．２μｍ〜１５μｍの直径を有することが好ましく、１μｍ〜６μｍの直径を有することがより好ましい。ただし、前記領域のサイズは、このような範���に限定されず、前記レンズの曲率や前記出射光の放射角度等により、適切に調整できる。また、レンズ通過後の集光スポット径を小さくしたい場合や、光マニュピレーション用途として用いるために光出射パターンをリング状にしたい場合には、前記反射体、散乱体、及び吸収体をレンズ光軸の中央に略円形で形成するのが好ましい。このとき、前記反射体、散乱体、及び吸収体のサイズは、特に制限されないが、例えば、直径が０．２μｍ〜１０μｍ程度とすることが好ましい。ただし、前記領域のサイズは、このような範囲に限定されず、前記レンズの曲率や前記出射光の放射角度等により、適切に調整できる。
【００２９】
前記発光部は、半導体層から形成され、半導体エピタキシャル層を含み、面発光可能に形成されている限り、特に制限されない。すなわち、前記発光部は、光を出射でき、例えば、面発光レーザとして機能し得る限り、特に制限されない。前記本発明の発光素子において、前記発光部は、例えば、発光点を含み、前記発光点から前記レンズのレンズ面に対して光を出射する。前記本発明の面発光素子では、例えば、前記発光部の発光点が、前記レンズの光軸に対して高精度に位置合わせされた状態で形成されていることが好ましい。前記本発明の面発光素子は、例えば、前記発光部の発光点が、前記レンズの光軸上に位置合わせされていることが好ましい。前記本発明の面発光素子では、例えば、前記発光点の前記レンズの光軸からのずれが、２μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましく、０．１μｍ以下であることがいっそう好ましい。また、前記本発明の面発光素子では、例えば、前記発光部からの出射光がレンズ面において所望の光スポットを形成するために要求される、前記発光部のレンズ光軸に対する相対位置からのずれが、０．５μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以下であることがより好ましい。
【００３０】
前記本発明の発光素子において、前記発光部の出射光の波長は特に限定されるものではく、用途に応じて選択してよい。例えば、光通信用途の場合、８００ｎｍ〜１６５０ｎｍ帯の発振波長を有することが好ましい。センシング用途では４００ｎｍ〜数μｍと広い波長範囲が求められる。またＣＤ、ＤＶＤなどの記録用途では３５０〜７８０ｎｍの波長帯が好ましい。尚、前記電気回路と前記発光部との一体形成、もしくは前記ＣＳＰ構造を有する光モジュール製造等を目的として前記レンズ基板にＳＯＩ、Ｓｉ等を選択した場合に
は、前記発光部は前記基板に対して十分な光透過性を有する発振波長として、１１００ｎｍ以上とすることが好ましく、１２００ｎｍ〜１６５０ｎｍの長さの発振波長を有する光を出射できることがより好ましい。前記発光部は、例えば、化合物半導体を既存の結晶成長技術によりエピタキシャル成長させて前記半導体エピタキシャル層を形成することで形成できる。前記発光部は、例えば、電流注入により発光する活性層が、互いに異なる導電形態の反射鏡層で挟まれた共振構造を有するが、このような態様には限定されない。前記発光部には、前記活性層に電流を注入するための電極が形成されてよい。前記活性層を構成する材料も特に限定されるものではないが、例えば、ＧａＡｓ基板上へのエピタキシャル成長により形成する場合には、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓを井戸層とする量子井戸構造、もしくは量子ドット構造を使用することで６００〜１３６０ｎｍ程度のレーザ発振波長を実現できる。また、ＩｎＰ基板上へのエピタキシャル成長により形成する場合には、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓを井戸層とする量子井戸構造もしくは量子ドッド構造を使用することで、１２００ｎｍ〜１７００ｎｍ程度のレーザ発振波長を実現できる。さらに、ＧａＮ基板上へのエピタキシャル成長により形成する場合には、ＩｎＧａＮを井戸層とする量子井戸構造もしくは量子ドット構造を使用することで、３５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度のレーザ発振波長を実現できる。また、前記Ｓｉ、ＳＯＩからなるレンズ基板に対応した活性層としては、例えば、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長されたＧａＩｎＮＡｓ井戸層を有する多重量子井戸、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長されたＧａＩｎＡｓ量子ドットを有する活性層、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長されたＩｎＡｌＧａＡｓ井戸層を有する多重量子井戸で形成することが望ましい。前記反射鏡層は、例えば、分布型ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）層である。このような発光部は、前記発光部を形成する各半導体層をエピタキシャル成長により結晶成長させることで、面発光可能に形成できる。ただし、前記発光部は、前記活性層および前記反射鏡層以外の、基板ではない他の層を含んでもよい。すなわち、例えば、前記本発明の面発光素子において、前記発光部は、エピタキシャル成長以外の方法で形成された他の層であって、前記エピタキシャル層を形成する際に使用される基板以外の層を含んでいてもよい。例えば、前記反射鏡層の少なくとも一部が、エピタキシャル成長以外の方法で形成されていてもよい。前記発光部は、例えば、化合物半導体から形成される基板（以下、「化合物半導体基板」ともいう）上に前記半導体エピタキシャル層を結晶成長技術により成長させることで形成できる。この場合、前記化合物半導体基板を前記レンズ基板と同一種の化合物半導体から形成することができる。これにより、前記面発光素子の製造工程で、前記レンズ基板と前記化合物半導体基板の熱膨張係数を等しくすることができ、熱履歴に起因する素子品質の信頼性の低下を抑制できる。
【００３１】
前記本発明の面発光素子は、例えば、次のようにして作製することができる。すなわち、まず、前記レンズ基板と、前記発光部の基となる材料となる、前記半導体エピタキシャル層を含む半導体積層体とを準備する。次いで、前記レンズ基板上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズを対向させた状態で前記半導体積層体を貼り合わせる。その後、前記目合わせマークを基準として前記半導体積層体を加工して、前記レンズに対して高精度に位置決めされた箇所に前記発光部を形成する。しかし、前記本発明の面発光素子は、このような態様に限定されず、公知の面発光レーザ加工技術を用いて作製できる。ただし、特に、後述する本発明の面発光素子の製造方法を用いて簡便に作製できる。
【００３２】
前記本発明の面発光素子では、例えば、前記レンズ基板を、前記発光部の物理的支持体として機能し得る形状に形成できる。これは、例えば、前記レンズ基板のレンズが形成されている面と反対側の面を平坦に形成することで、実現できるが、このような態様には限定されない。すなわち、例えば、前記レンズ基板を、例えば、ＳＯＩ、Ｓｉ、ダイヤモンド、ＡｌＮ、アルミナセラミック、シリカガラス等から形成することで、前記レンズ基板の物理的強度を高めることができ、これにより前記支持体としての機能を持たせることができる。これにより、例えば、前記面発光素子の製造工程において、前記レンズ基板に対して前記発光部を、前記レンズに対してより正確に位置合わせされた箇所に形成することが可能となる。すなわち、他の支持部材を用いなくても、前記レンズ基板を土台として、この上に安定に前記発光部を配置することが可能となり、前記高い精度の位置合わせを実現できる。また、例えば、実装モジュールにおいて、別途支持体を使用しなくても前記本発明の面発光素子を実装することが可能となり、レイアウト上、より高密度の集積が可能となり、前記実装モジュールを小型化することも可能となる。さらに、前記面発光素子における局所的な応力の発生を防止でき、前記面発光素子の物理的強度を高めることができ、例えば、プロセス及び実装時の物理強度不足による損壊を防止できる。
【００３３】
前記本発明の面発光素子は、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズ用基板の間の少なくとも一部にスぺーサ層を含んでいてもよい。これにより、前記半導体エピタキシャル層の前記レンズ基板との貼り合わせ面に存在する凹凸を緩和できる。前記スぺーサ層としては、例えば、金属層、透明樹脂層、低融点ガラス層のほか、前記半導体エピタキシャル層の一部としてこれが形成されていてもよいが、これらには限定されない。前記スぺーサ層として、特に、前記金属層を含めた場合には、前記金属層を面発光レーザへの通電のための電極としても使用できるため、製造工程もしくは前記面発光素子の構造を簡略化できる。
【００３４】
前記本発明の面発光素子では、前記レンズ基板のレンズ形成面の上に前記発光部を形成することから、前記レンズ基板における、前記半導体エピタキシャル層と反対側の面に、所望の他の構造を追加することができる。これにより、前記本発明の面発光素子に多様な機能を追加できる。例えば、前記レンズ基板における前記反対側の面に、前記レンズを通過した前記発光部からの出射光を光ファイバに結合させるための嵌合部を形成することができる。本発明の面発光素子では、前述のように、前記レンズに対する前記発光部の相対的位置が精密に目合わせされている。このため、前記嵌合部を前記レンズ基板に形成して、面発光レーザと光ファイバの光結合をより簡易に、より単純な構造で達成でき、光ファイバのアライメントのための工程を大幅に簡略することができる。また、例えば、前記レンズ基板における前記反対側の面に、前記レンズを通過した前記発光部からの出射光を整形するための整形部材を設けることができる。前記整形部材としては、例えば、レンズ、光路変換用ミラー、光ファイバ嵌合用溝、光フィルタ、回折用スリット、光路変換用ミラーとファイバ嵌合用Ｖ溝の組み合わせが挙げられるが、これらには限定されない。
【００３５】
前記本発明の面発光素子は、例えば、下記に説明する本発明の面発光素子の製造方法を用いて製造できる。前記本発明の面発光素子の製造方法は、前述のとおり、目合わせマークを含むレンズ基板のレンズが形成されている基板面上に、半導体積層体を貼り合わせる第１の工程（Ａ）と、前記目合わせマークを基準として、前記半導体積層体に発光部を形成する第２の工程（Ｂ）とを含む。図２の断面図に、前記第１の工程（Ａ）および前記第２の工程（Ｂ）を模式的に示す。同図において、図２（ａ）は、前記第１の工程（Ａ）の例を示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、前記第２の工程（Ｂ）の例を示す。図２（ｃ）は、前記発光部を形成した前記半導体積層体を面発光素子として完成させる仕上げ工程の例を示す。同図に示すように、前記本発明の面発光素子の製造方法では、まず、前記第１の工程（Ａ）で、目合わせマーク１０４を含むレンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている基板面１０５の上に、半導体積層体１１１を貼り合わせる（図２（ａ））。この際、必ずしも目合わせマーク１０４を基準としてレンズ基板１０１と半導体積層体１１１を貼り合わせることは必要でないが、目合わせマーク１０４を基準として貼り合わせてもよい。次いで、前記第２の工程（Ｂ）で、目合わせマーク１０４を基準として発光部分となる発光部１０３を形成する（図２（ｂ））。その後、発光部１０３を形成した半導体積層体１１１に電極（１０７、１０８）を形成して、面発光素子を完成する（図２（ｃ））。ただし、本発明は同図に示す態様には限定されない。すなわち、図２（ａ）では、レンズ基板１０１の上面１０５に目合わせマーク（溝）１０４が形成されているが、目合わせマーク１０４は、このような態様に限定されない。すなわち、目合わせマーク１０４は、前記第２の工程（Ｂ）で、発光部１０３をレンズ１０２に対して高精度に位置合わせするための基準となり得る限り、どのような形態でどのような場所に形成されていてもよい。また、同図では、発光部１０３は、活性層が、互いに異なる導電形態の反射鏡層で挟まれた３層構造で形成されているが、このような態様には限定されず、後述のように、例えば、基板ではない他の層をさらに含んでいてもよい。さらに、同図では、レンズ１０２は凸レンズであるが、これに限定されず、後述のように、例えば、凹レンズであってもよい。さらに、前記本発明の面発光素子の製造方法は、前記第１の工程（Ａ）と前記第２の工程（Ｂ）を含んでいればよい。すなわち、前記第２の工程（Ｂ）では、前記半導体積層体に発光部を形成できればよい。図２（ｂ）では、目合わせマーク１０４を基準として、半導体積層体１１１における不要な部分を除去して発光部分となる発光部１０３を形成しているが、このような態様に限定されない。すなわち、発光部１０３は、例えば、イオン注入等の発光部形成技術により形成してもよい。また、前記仕上げ工程は、図２（ｃ）に示す態様に限定されず、前記発光部を形成した半導体積層体１１１を含む面発光素子を完成できれば、どのような態様であってもよい。
【００３６】
以上のように、前記本発明の面発光素子の製造方法は、前記第１の工程（Ａ）で、前記発光部の基となる材料である前記半導体積層体を前記レンズ基板の前記基板面上に貼り合わせる。そして、その後で、前記目合わせマークを基準として前記発光部を形成する。そのため、極めて高精度に位置合わせされた状態で、前記レンズと前記発光部を配置することができる。すなわち、前記本発明の面発光素子の製造方法によれば、例えば、前記レンズ基板と前記発光部を目合わせマークを用いて貼り合わせる場合の、両者の熱膨張係数の違いや貼り合わせ時に生じる応力の影響等による目合わせ誤差を無くすことができる。また、一般に目合わせ精度の劣る両面露光装置を使用する必要がなく、製造される面発光素子における前記発光部と前記レンズとの高精度の位置合わせを実現できる。本発明の面発光素子に製造方法によれば、高い目合わせ精度、寸法形成精度で形成されたレンズを有し、しかも物理的強度に優れた面発光素子を実現できる。
【００３７】
前記第１の工程（Ａ）で使用する前記レンズ基板は、前記目合わせマークを含み、かつ、一方の面にレンズが形成されている限り、特に制限されない。このようなレンズ基板としては、例えば、前記本発明の面発光素子を構成する前記レンズ基板を使用できる。前記レンズ基板については、前記本発明の面発光素子について説明したとおりである。前記レンズ基板に形成されるレンズについても、前記本発明の面発光素子について説明したとおりである。また、前記第２の工程（Ｂ）では、前記目合わせマークを基準として、前記半導体積層体に前記発光部を前記レンズに対して高い位置合わせ精度で形成することができる。このため、前記本発明の面発光素子の製造方法によれば、前記発光部と前記レンズとが高精度で位置合わせされた面発光素子を製造できる。前記目合わせマークは、前記第２の工程（Ｂ）で、前記発光部を形成する際の基準となるマークであれば、特に制限されない。前記目合わせマークは、例えば、前記第２の工程で基準として使用した後も、前記レンズ基板に残存するマークであってもよいし、前記第２の工程で基準として使用した後は前記レンズ基板から除去されるマークであってもよい。前記目合わせマークは、前記第１の工程（Ａ）で基準として使用されてもよい。すなわち、前記第１の工程で前記半導体積層体を前記基板面上に貼り合わせる際の基準となるマークであってもよい。前記目合わせマークとしては、前記本発明の面発光素子における前記目合わせマークと同様である。すなわち、前記目合わせマークの形状やレンズ基板における形成場所等については、前記本発明の面発光素子について説明したとおりである。
【００３８】
前記半導体積層体は、前記面発光素子における前記発光部の材料である。このような半導体積層体は、面発光可能な前記発光部を形成できる限り、特に制限されない。前記半導体積層体は、例えば、少なくとも前記発光部を形成する部分において、活性層の上下に互いに異なる導電形態の反射鏡層を積層することで形成できる。このように前記半導体積層体において形成された前記発光部は、例えば、前記活性層に電流を注入することにより、発光させることができる。前記活性層および前記反射鏡層については、前記本発明の面発光素子について説明したとおりである。前記半導体積層体において、前記発光部を形成する部分は、前記活性層および前記反射鏡層以外の、基板ではない層を含んでもよい。前記発光部を形成する部分は、半導体エピタキシャル層を含んでいてもよい。前記発光部を形成する部分は、例えば、化合物半導体を既存の結晶成長技術によりエピタキシャル成長させることより形成できる。前記発光部を形成する部分は、エピタキシャル成長以外の方法で形成された層であって、エピタキシャル層を形成する際の基板ではない層を含んでいてもよい。例えば、前記発光部を形成する部分において、レーザ共振器構造を形成するための反射鏡層の少なくとも一部が、エピタキシャル成長以外の方法で形成されていてもよい。前記半導体積層体が、前記基板に半導体エピタキシャル層を結晶成長させた前記半導体積層体である場合、前記半導体積層体を、前記レンズ基板のレンズ形成面上に、前記半導体エピタキシャル層と前記レンズを対向させた状態で貼り合わせることが好ましい。これにより、前記第２の工程（Ｂ）において、レンズに対していっそう高精度に位置合わせされた状態で前記発光部を形成することが可能となる。また、この場合、前記半導体エピタキシャル層を形成する前記基板として、前記レンズ基板と同種の材料から形成される前記基板を用いた場合、前記レンズ基板と前記基板の熱膨張係数を等しくすることができ、製造される面発光素子において、熱履歴に起因する素子品質の信頼性の低下を抑制できる。
【００３９】
前記第１の工程（Ａ）で、前記半導体積層体は、前記レンズ基板上に、半導体ウエハを貼り合わせる際に使用される公知のウエハ貼り合わせ技術（ウエハ接合技術）を用いて貼り合わせることができる。具体的には、プラズマや溶液を用いた表面活性化法、または、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）やエポキシなどの透明樹脂等を接着剤として用いる接着法等を用いて貼り合わせることができる。前記半導体積層体は、前記レンズ基板上に、直接貼り合わせてもよいし、スぺーサ材を用いて貼り合わせてもよい。これにより、前記半導体積層体と前記レンズ基板を、前記スぺーサー材から形成される前記スぺーサ層を介して貼り合わせることができる。その結果、前記半導体積層体と前記レンズ基板の貼り合わせ面付近で発生しうる応力を緩和することができる。前記スぺーサ材は、前記半導体積層体と前記レンズ基板の貼り合わせ面付近で発生しうる応力を緩和できる限り、特に制限されないが、例えば、透明樹脂、金属低融点ガラス層のほか、前記半導体エピタキシャル層の一部として形成される半導体層である。すなわち、前記レンズ基板と前記半導体積層体の貼り合わせ面となる界面は、半導体層でなくてもよく、半導体層と金属層が貼り合わされてもよいし、金属層と金属層が貼り合わされてもよいし、誘電体層と半導体層が貼り合わされてもよい。このような貼り合わせは、例えば、前記レンズ基板のレンズ形成面と前記半導体積層体の貼り合わせ面の双方またはいずれか一方に、予め金属膜や誘電体膜を形成しておく、出射光通過部分にリソグラフィ処理を行う等により実現できる。ただし、前記半導体積層体と前記レンズ基板の間には、基板を介在させないことが好ましい。
【００４０】
前記第２の工程（Ｂ）で、前記発光部は、例えば、前記目合わせマークを基準として、フォトリソグラフィー、ドライエッチング、水蒸気酸化、イオン注入等の加工技術を用いて、形成できる。この場合、前記フォトグラフィー処理において、例えば、前記レンズ基板における前記目合わせマークの位置を把握し、前記レンズ基板における前記目合わせマークの位置を基準として、前記半導体積層体に前記発光部を形成することができる。具体的には、例えば、前記目合わせマークが、赤外線カメラを用いて画像認識可能なマークである場合は、前記第２の工程に際し、赤外線カメラを用いて画像認識処理を行い、前記レンズ基板における前記目合わせマークの位置を把握することができる。また、例えば、前記目合わせマークが、前記第２の工程に際してレンズ基板のレンズ形成面に露出可能に形成されたものである場合は、前記第２の工程に際し、前記目合わせマークを前記レンズ形成面に露出させる工程を実施する。次いで、前記レンズ基板上に露出した前記目合わせマークの前記レンズ基板における位置を把握することができる。そして、例えば、このように把握した前記目合わせマークからの距離を基準として、レンズに対して正確に位置合わせされた箇所に、前記発光部を形成することができる。これにより、形成される前記発光部を、前記レンズに対して高い精度で位置合わせすることができる。なお、前記本発明の面発光素子の製造方法において、特に、基板上に前記発光部を形成する部分を積層させた前記半導体積層体を用いる場合、例えば、前記第１の工程に次いで、前記半導体積層体の前記基板を除去する工程をさらに含んでもよい。
【００４１】
前記本発明の面発光素子の製造方法において、前記レンズ基板は、完成品である前記レンズ基板を入手して前記第１の工程（Ａ）で使用してもよいし、前記第１の工程（Ａ）の前に、前記レンズ基板を製造する工程を実施して入手してもよい。また、前記半導体積層体は、完成品である半導体積層体を入手して前記第１の工程（Ａ）で使用してもよいし、前記第１の工程（Ａ）の前に、前記半導体積層体を製造する工程を実施して入手してもよい。すなわち、前記本発明の面発光素子の製造方法は、レンズ基板の一方の面にレンズを形成し、かつ、前記レンズ基板に目合わせマークを形成して前記レンズ基板を製造するレンズ基板製造工程と、基板上に半導体層を形成して、前記半導体積層体を製造する半導体積層体製造工程をさらに含んでよい。前記レンズ基板製造工程は、レンズを作製可能な公知のフォトリソグラフィー加工技術、エッチング加工技術、コーティング加工技術、研磨技術、ナノインプリントリソグラフィー技術、インクジェットパターニング技術、紫外線硬化樹脂による立体構造形成技術を用いて実施できる。前記半導体積層体製造工程は、半導体積層体を作製可能な公知の半導体加工技術を用いて実施できる。前記半導体積層体製造工程において、前記半導体積層体は、例えば、基板上に半導体層をエピタキシャル成長させることにより作製できる。前記態様の本発明の面発光素子の製造方法では、前記レンズ基板製造工程および前記半導体積層体製造工程を実施後、例えば、前記第１の工程（Ａ）および前記第２の工程（Ｂ）を実施することができる。
【００４２】
本発明の面発光素子の製造方法は、さらに、前記発光部からの出射光の少なくとも一部を遮断するための、反射体、散乱体、および吸収体を前記レンズ基板に形成する工程を含んでいてもよい。前記反射体、前記散乱体、および前記吸収体としては、前記本発明の面発光素子で使用されるものを使用できる。このような反射体、散乱体、および吸収体の構成およびレンズ基板における形成態様については、前記本発明の面発光素子について説明したとおりである。このような反射体、散乱体および吸収体は、例えば、反射体、散乱体、および吸収体の堆積と選択的なエッチングによる方法のほか、リフトオフ法等を用いて形成できる。
【００４３】
本発明の面発光素子の製造方法は、さらに、前記レンズ基板のレンズ形成面と反対側の面に、光ファイバ結合用の嵌合部を形成する嵌合部形成工程を含んでよい。このような嵌合部は、製造される面発光素子に結合される光ファイバとの精密な光結合を実現できる限り、どのような形状でどのような範囲に形成されていてもよい。本発明の面発光素子では、前述のように、前記レンズに対する前記発光部の相対的位置が精密に目合わせされている。このため、前記嵌合部自体に、出射光強度の空間分布整形機能等の出射光整形機能を持たせる必要はない。ただし、前記嵌合部にこのような出射光整形機能を持たせてもよい。このような嵌合部は、例えば、前記第１の工程および前記第２の工程を実施した後で前記嵌合部形成工程を実施することで形成できるが、これに限定されず、例えば、前記第１の工程において実施してもよい。前記嵌合部形成工程は、例えば、フォトリソグラフィー、エッチング、モールド形成、マイクロマシニング等の公知のレンズ基板加工技術を用いて実施できる。
【００４４】
本発明の面発光素子の製造方法は、さらに、前記レンズ基板のレンズ形成面と反対側の面に、レンズ基板を通過した前記出射光の波長スペクトル成分、光強度分布、光出射方向を整形するための適宜の構造（整形部材等）を形成する整形部材形成工程を含んでもよい。前記整形部材形成工程は、前記適宜の構造を形成できる限り、特に制限されない。前記整形部材としては、例えば、例えば、レンズ、光路変換用ミラー、光ファイバ嵌合穴、光フィルタ、回折用スリット、光路変換用ミラーとファイバ嵌合用Ｖ溝の組み合わせが挙げられるが、これらには限定されない。前記整形部材形成工程は、例えば、前記第１の工程および前記第２の工程を実施した後で前記整形部材形成工程を実施することで形成できるが、これに限定されない。すなわち、例えば、前記第１の工程において実施してもよい。前記整形部材形成工程は、例えば、フォトリソグラフィー、エッチング、モールド形成、マイクロマシニング等の公知の基板加工技術を用いて実施できる。例えば、前記レンズ基板としてＳｉ基板を用い、前記整形部材形成工程として、フォトリソグラフィー及びＫＯＨ（水酸化カリウム）によるウエットエッチングを実施した場合、レンズ基板を通過した前記出射光の光出射方向を略レンズ基板面内方向に反射させる平面ミラー及び、前記レンズ基板面内方向に反射させた光を光ファイバに導くための光ファイバ嵌合用Ｖ溝を形成することができる。
【００４５】
次に、本発明の面発光素子および本発明の面発光素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下の実施形態は、例示であり、本発明は、以下の実施形態により制限および限定されない。
【００４６】
［実施形態１］
本実施形態では、本発明の面発光素子の一例および本発明の面発光素子の製造方法の一例を示す。図１の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、一方の面１０５にレンズ１０２が形成されているレンズ基板１０１と、半導体エピタキシャル層から形成されている発光部１０３を含む。レンズ基板１０１には、目合わせマーク１０４が形成されている。発光部１０３は、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面１０５の上に、半導体エピタキシャル層１０３とレンズ１０２が対向している状態で配置されている。同図では、発光部１０３は、活性層と、活性層の上下に設けられた互いに異なる導電形態の反射鏡層から形成される３層構造を有する。ただし、本実施形態はこのような態様に限定されず、例えば、発光部１０３は、半導体エピタキシャル層１０３の基板ではない他の層をさらに含んでいてもよい。また、反射鏡層のうちの一方、あるいは双方にエピタキシャル成長層以外の半導体層や誘電体層が含まれていてもよい。発光部１０３には、活性層に電流を注入するためのｎ型コンタクト電極１０７およびｐ型コンタクト電極１０８と、前記両電極間の絶縁および半導体層の保護のための誘電体保護層１０９が形成されている。同図では、目合わせマーク１０４が、レンズ基板１０１の上面１０５に形成された溝１０４であるが、本実施形態の面発光素子は、このような態様に限定されない。すなわち、目合わせマーク１０４は、前記面発光素子の形成工程で、レンズ１０２と発光部１０３の正確な位置合わせを実現するための基準として使用できる限り、レンズ基板１０４のどの場所に形成されていてもよい。また、前記正確な位置合わせを実現できる限り、どのような形態で形成されてもよい。また、同図では、レンズ１０２は、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に形成された凸レンズである。ただし、本実施形態の面発光素子は、このような態様に限定されず、後述のように、例えば、レンズ１０２として凹レンズが形成されていてもよい。さらに、同図では、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面１０５と反対側の面が平坦に形成されているが、本実施形態は、このような態様に限定されず、例えば、他の追加的部材が形成されていてもよい。
【００４７】
本実施形態の面発光素子は、例えば、前記特許文献１等に記載の面発光素子等のように、レンズ基板に対して、レンズと発光部を反対側に形成した場合と比べ、発光部１０３とレンズ１０２の間の距離を短く形成できる。また、このように、発光部１０３の近傍にレンズ１０２を形成できるため、レンズ１０２の絶対寸法を小さく形成できる。このため、レンズ加工工程において、レンズ基板１０１の加工部分を減らすことができ、レンズ寸法の精度を向上でき、また、レンズ面を容易に平滑に形成できる。以上の理由から、本実施形態の面発光素子では、前記面発光素子の形成工程で、目合わせマーク１０４を基準として用いることができるので、レンズ１０２と発光部１０３が、高い精度で位置合わせされている。また、本実施形態の面発光素子では、レンズ１０２が外部に露出しないので、レンズ１０２の品質劣化を防止できる。なお、特に、図１に示すように、本実施形態の面発光素子において、レンズ基板１０１のレンズ形成面１０５と反対側の面を平坦に形成した場合、前記面発光素子における局所的な応力の発生を防止でき、前記面発光素子の物理的強度を高めることができる。また、特に、同図に示すように、本実施形態の面発光素子において、レンズ１０２として、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に凸レンズを形成した場合、レンズ１０２と発光部１０３の間には、媒質（空気）１１２が存在する。すなわち、このような態様では、発光部１０３からの出射光が、一旦低屈折率の媒質（空気）を通過した後にレンズ面に低屈折率側から入射する。このため、前記出射光の放射方向や強度分布を、目的に応じて容易に整形することが可能となる。
【００４８】
本実施形態の面発光素子は、次に示す本実施形態の面発光素子の製造方法（以下、単に「本実施形態の製造方法」という）を用いて製造することができる。本実施形態の製造方法は、前記目合わせマークを含み、一方の面にレンズが形成されている前記レンズ基板のレンズ形成面上に、半導体積層体を貼り合わせる第１の工程（Ａ）と、前記目合わせマークを基準として、メサ形状部分及び前記メサ形状部分の中央部に発光部を形成する第２の工程（Ｂ）とを含む。図２の断面図に、本実施形態の製造方法の各工程を模式的に示す。同図において、図２（ａ）は、前記第１の工程（Ａ）の例を示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、前記第２の工程（Ｂ）の例を示す。図２（ｃ）は、前記第２の工程（Ｂ）において発光部を形成した半導体積層体を含む面発光素子を完成する仕上げ工程の例を示す。同図に示すように、前記本発明の面発光素子の製造方法では、まず、前記第１の工程（Ａ）で、目合わせマーク１０４を含むレンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている基板面１０５の上に、半導体エピタキシャル層から形成される半導体積層体１１１を貼り合わせる（図２（ａ））。このとき、目合わせマーク１０４を基準として用いてもよいし、用いなくてもよい。次いで、前記第２の工程（Ｂ）で、目合わせマーク１０４を基準として、半導体積層体１１１の不要な部分を除去して、メサ形状部分１１４を形成し、その後水蒸気酸化プロセスによって発光部１０３を形成する（図２（ｂ））。その後、前記不要な部分を除去した半導体積層体１１１に電極（１０７、１０８）を形成して、面発光素子を完成する（図２（ｃ））。ただし、本発明は同図に示す態様には限定されない。すなわち、図２（ａ）では、レンズ基板１０１の上面に目合わせマーク（溝）１０４が形成されているが、前述のとおり、目合わせマーク１０４は、発光部１０３とレンズ１０２との高精度の位置合わせを実現できる限りどのような形態でどのような場所に形成されていてもよい。また、図２（ｂ）では、半導体積層体１１１の不要な部分を除去して、メサ形状部分１１４を形成し、発光部１０３を形成しているが、このような態様に限定されず、例えば、イオン注入等により発光部１０３を形成してもよい。さらに、前記第２の工程（Ｂ）における前記仕上げ工程は、図２（ｃ）に示す態様に限定されない。例えば、電極（１０７、１０８）が別の箇所に形成されていてもよいし、また、例えば、隣に配置される他の半導体素子との分離用の分離溝等が形成されてもよい。このように、本実施形態の面発光素子の製造方法は、前記第１の工程（Ａ）で、発光部の材料である半導体積層体１１１をレンズ基板１０１のレンズ形成面上に貼り合わせた後で、目合わせマーク１０４を基準として発光部１０３を形成する。そのため、例えば、別々に形成した前記レンズ基板と前記発光部を、目合わせマークを基準として貼り合わせる方法等と比べて、前記レンズに対する前記発光部の位置合わせの精度が格段に向上する。
【００４９】
［実施形態２］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例および本発明の面発光素子の製造方法の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、下記に説明する本実施形態の製造方法で作製したこと以外は、前記実施形態１と同様であり、前記実施形態１と同じ構造を有する。
【００５０】
本実施形態の面発光素子は、次に示す本実施形態の製造方法を用いて製造することができる。本実施形態の面発光素子の製造方法は、前記実施形態１の製造方法における前記第１の工程（Ａ）と前記第２の工程（Ｂ）を含み、さらに、レンズ基板製造工程と、半導体積層体製造工程とを含む。また、前記第１の工程（Ａ）に次いで、基板を除去する基板除去工程及び発光部形成工程を含む。図３の断面図に、本実施形態の製造方法を模式的に示す。同図において、図３（ａ）から図３（ｃ）は、前記レンズ基板製造工程を示す。図３（ｄ）は、前記半導体積層体製造工程を示す。図３（ｅ）は、前記第１の工程（Ａ）を示し、図３（ｆ）は、前記基板除去工程を示す。図３（ｇ）から図３（ｉ）は、前記第２の工程（Ｂ）を示し、発光部形成工程を含む。詳しくは、図３（ｇ）は、半導体積層体に発光部を形成する発光部形成工程を示し、図３（ｈ）および図３（ｉ）は、前記発光部を形成した前記半導体積層体を含む面発光素子を完成する仕上げ工程を示す。図３を参照して、本実施形態の製造方法を説明する。
【００５１】
（１）レンズ基板製造工程
まず、図３（ａ）に示すように、レンズ基板の材料である第１の基板１０１’のレンズ形成面におけるレンズおよび目合わせマークを形成する場所に、誘電体膜の堆積とフォトリソグラフィーおよびエッチング処理により、誘電体マスクパターン２０１を形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、レンズの曲面形状を第１の基板１０１’に形成するための球面形状のフォトレジストパターンを形成する。次いで、図３（ｃ）に示すように、レジストと基板材料とのエッチンググレード選択比の低いドライエッチングを第１の基板１０１’のレンズ形成面全体に施す。これにより、球面状にエッチングされたレンズ１０２が形成される。レンズ形成後にレンズ形成面に残る誘電体膜２０１は、ウェットエッチング等により選択的に除去できる。また、レンズ形成後に、レンズ表面を含む第１の基板１０１’のレンズ形成面上に、無反射または有限の反射率のコーティングを施してもよい。なお、目合わせマーク１０４は、レンズ１０２と同時に形成されなくてもよい。すなわち、例えば、誘電体膜２０１を堆積させる前に、別途形成しておいてもよい。こうすることで、レンズ１０２を形成するためのフォトリソグラフィー処理において、既に形成されている目合わせマーク１０４を基準として用いてレンズ１０２を形成できる。目合わせマーク１０４は、特に限定されず、例えば、下記（２）の半導体積層体製造工程で形成される半導体層の積層体２０５を通過して赤外線カメラを用いて画像認識可能なマークであってもよい。目合わせマーク１０４は、また、例えば、レンズ基板１０１のレンズ形成面で位置を認識できるように、前記レンズ形成面に露出可能に形成されたマークであってもよい。以上の工程により、一方の面にレンズが形成されたレンズ基板１０１を作製できる。
【００５２】
（２）半導体積層体製造工程
前記（１）のレンズ基板製造工程とは別に、発光部１０３の材料となる半導体積層体２１１を作製する。すなわち、例えば、まず、第２の基板２０１を準備し、図３（ｄ）に示すように、第２の基板２０１の上に、犠牲層と、発光部（面発光部）１０３を形成する半導体エピタキシャル層２０５を既存の結晶成長技術を用いて形成して、半導体積層体２１１を作製する。半導体積層体２１１における発光部１０３となる部分２０５（以下、「半導体層の積層体」ともいう）は、例えば、活性層と活性層の上下に設けられた互いに異なる導電形態の反射鏡層を含み、レーザ共振器構造を形成する。具体的には、半導体層の積層体２０５は、例えば、活性層と、ｐ型およびｎ型導電形態の半導体層、高い組成比でＡｌを含む酸化狭窄層等を含む。半導体層の積層体２０５は、結晶成長技術以外の方法で形成された層を含んでもよい。すなわち、例えば、半導体層の積層体２０５において、前記反射鏡層の少なくとも一部は、結晶成長技術以外の方法で形成されていてもよい。また、前記半導体層の積層体２０５は、その最上層に、レンズ基板１０１との貼り合わせ部分で発生し得る応力を緩和するためのスぺーサ層を含んでもよい。
【００５３】
（３）第１の工程（Ａ）
次に、図３（ｅ）に示すように、前記（１）のレンズ基板製造工程で作製したレンズ基板１０１のレンズ形成面と、前記（２）の半導体積層体製造工程で作製した半導体積層体２１１の半導体層の積層体２０５側の面２０６を貼り合わせる。この貼り合わせの際に、目合わせマーク１０４を基準としてしてもよいし、基準として使用しなくてもよい。
【００５４】
（４）第２の工程（Ｂ）
次に、図３（ｆ）に示すように、第２の基板２０１をエッチング処理により除去する。本実施形態の製造方法では、この際、前記犠牲層をエッチングストップ層として使用できる。次いで、図３（ｇ）に示すように、半導体層の積層体２０５におけるレンズ１０２の上方に位置する部分に、フォトリソグラフィー処理とエッチング処理によりメサ形状部分１１４を形成する。本実施形態では、前記フォトグラフィー処理における目合わせの際に、目合わせマーク１０４を基準として使用する。すなわち、例えば、レンズ基板１０１における目合わせマーク１０４の位置を把握し、レンズ基板１０１における目合わせマーク１０４の位置を基準として、例えば、半導体の積層体２０５において不要と判断される部分を除去して発光部１０３を形成する。これにより、レンズ１０２に対して正確な位置合わせで発光部１０３を形成できる。例えば、目合わせマーク１０４が、半導体層の積層体２０５を通過して赤外線カメラを用いて画像認識可能なマークである場合は、赤外線カメラを用いて画像認識処理を行うことができる。これにより、例えば、レンズ基板１０１のレンズ形成面における目合わせマーク１０４の位置を正確に把握できる。また、例えば、目合わせマーク１０４が、前記第１の工程まではレンズ基板１０１のレンズ形成面上に露出していないが、前記レンズ形成面に露出可能に形成されたマークである場合は、前記第２の工程（Ｂ）に際して、目合わせマーク１０４を前記レンズ形成面上に露出させる処理を行うことができる。これにより、レンズ基板１０１のレンズ形成面における目合わせマーク１０４の位置を正確に把握できる。次いで、例えば、メサ形状部分１１４の中心に発光部１０３を形成する。これは、例えば、水蒸気酸化処理により、メサ形状部分１１４の側面に露出した酸化狭窄層を酸化させる等により行うことができる。なお、前記メサ形状部分１１４形成の際にも、目合わせマーク１０４を使用してもよい。以上のようにして形成された発光部１０３は、レンズ１０２に対して極めて高精度に位置合わせされている。このように発光部が形成された半導体層の積層体２０５に対し、次いで、例えば、図３（ｈ）に示すように、半導体層の積層体２０５の上面に誘電体保護膜１０９を形成し、次いで、電極コンタクトのための貫通孔（スルーホール）２０８を形成する。ここで、例えば、電極のパッド容量を低減し、面発光レーザの動作速度を上げるために、低誘電率の樹脂から形成される低誘電率膜を併用してもよい。前記低誘電率膜は、例えば、ポリイミドから形成される厚膜である。次いで、図３（ｉ）に示すように、例えば、フォトリソグラフィー処理、蒸着処理、およびリフトオフ処理等により、ｎ型コンタクト電極１０７およびｐ型コンタクト電極１０８を形成して、面発光素子を完成させる。
【００５５】
本実施形態の製造方法により作製した本実施形態の面発光素子は、電極（１０７、１０８）の間に電圧を印加することで、発光部１０３に電流を注入できる。電流が注入されると、活性層から光が出射される。前述のとおり、本実施形態の面発光素子では、発光部１０３は、レンズ１０２に対して極めて高精度に位置合わせされている。そのため、例えば、レンズ１０２の光軸に対して高精度に位置合わせされた出射光を得ることができる。このため、本実施形態の面発光素子によれば、目的に応じて精密に整形された出射光を得ることができる。また、特に、本実施形態の面発光素子を、図３に示すように、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に凸レンズ１０２を形成して作製した場合は、前記面発光素子において、出射光は、一旦低屈折率の媒質（空気）１１２を通過した後にレンズ１０２に低屈折率側から入射する。このため、本実施形態の面発光素子では、極めて精密かつ簡便に、出射光を整形できる。すなわち、例えば、目的に応じて前記出射光の放射方向や強度分布等を簡便に整形することができる。具体的には、例えば、レンズ１０２において、前記出射光の放射角度の低減、コリメート、レンズ基板におけるレンズ形成面と反対側の面付近への集光が可能となる。また、例えば、レンズ１０２を複数形成して、複数のレンズによる光線の分割や放射角度の低減することもできる。さらに、例えば、レンズ１０２に反射体や散乱体、吸収体を形成して、光強度分布の外周部分の光を除去することもできる。本実施形態の面発光素子では、レンズ基板１０１のレンズ形成面の上に発光部１０３が形成されている。このため、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の面に、レンズ基板を通過した前記出射光を整形するための適宜の構造（整形部材等）を形成して、多機能を併せ持つ高精度の面発光素子を簡便に作製できる。
【００５６】
［実施形態３］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。図４の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、レンズ基板１０１にフレネルレンズ１０２’を形成したことを除き、前記実施形態１および２の面発光素子と同じである。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。
【００５７】
本実施形態では、レンズ１０２としてフレネルレンズを形成していることから、さらに次のような効果が得られる。すなわち、フレネルレンズは、例えば、所定の出射光整形効果を得るために必要となるレンズの肉厚（高さ）を薄く形成できる。そのため、レンズ加工工程において、レンズ基板の加工部分を減らすことができ、レンズ寸法等のレンズ加工上の精度をより向上でき、また、レンズ面を容易に平滑に形成できる。そのため、本実施形態の面発光素子では、レンズと発光部が、より高い精度で位置合わせされる。
【００５８】
本実施形態の面発光素子は、一方の面にフレネルレンズが形成されているレンズ基板１０１を用いる以外は、前記実施形態１および２の製造方法と同じ方法を用いて作製できる。すなわち、目合わせマーク１０４を基準として前記第１の工程（Ａ）および前記第２の工程（Ｂ）を実施できる。このような方法で製造された本実施形態の面発光素子は、レンズ１０２’と発光部１０３とが正確に位置合わせされた高精度な面発光素子である。
【００５９】
［実施形態４］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に凸レンズ１０２が形成されており、レンズ面上に周辺光を除去するためのピンホール４０１を形成したこと以外は前記実施形態１および２の面発光素子と同じ構成を有する。図５の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分に形成された凸レンズ１０２のレンズ面上にピンホール４０１が形成されていること以外は、前記実施形態１および２と同じである。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。本実施形態では、レンズ基板１０１における凸レンズ１０２のレンズ面（入射面）上に、レンズ１０２の光軸を囲む領域外の部分の上に、リング形状の電極マスク（ピンホール）４０１が形成されている。本実施形態では、レンズ面上で電極マスク４０１を形成しない前記領域部分は、凸レンズ１０２の最上部を含む、例えば、直径５μｍのほぼ円形の外周を有する球面形状の部分である。
【００６０】
本実施形態の面発光素子は、前記実施形態１および２の面発光素子と同様の優れた特性を有する。本実施例の面発光素子は、さらに、レンズ面にピンホール４０１が形成されているので、レンズ面におけるレンズの光軸に接近した範囲に入射する出射光のみを選択的にレンズに透過させることができる。例えば、特許文献１から６に記載の面発光素子等のように、発光部からの出射光がレンズ面に対して光屈折率側から入射する構造では、レンズ面の外周部に金属マスクを形成した場合、前記金属マスクにより反射された光が発光部に戻る。このため、面発光素子外部への放射光のパターンの整形が困難である。これに対して、本実施形態の面発光素子は、発光部１０３からの出射光が、一旦低屈折率の媒質（空気）１１２を通過した後にレンズ面に低屈折率側から入射する。このため、レンズの光軸を離れてレンズ外周部で入射した光は、金属マスク（電極マスク）４０１により反射されて発光部１０３の発光部には戻らない。したがって、面発光素子外部への放射光のパターンを簡易かつ精密に整形することができる。
【００６１】
本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１においてピンホール４０１を形成する工程を実施する以外は、前記実施形態２の製造方法と同様の方法を用いて製造できる。すなわち、本実施形態の面発光素子は、例えば、前記実施形態２における前記（１）のレンズ基板製造工程でレンズ１０２を形成する際に、レンズ面上に前記金属マスクを形成する工程を実施する。これ以外は、本実施形態の面発光素子は、前記実施形態２の製造方法と同じ製造方法を用いて作製できる。具体的には、前記金属マスクは、例えばリフトオフ法を用いて、あらかじめピンホール形成の用フォトレジストパターンが塗布されたレンズ１０２表面にＴｉおよびＡｕからなる膜をイオンビーム蒸着したのちに、リフトオフ法により前記フォトレジスト上に堆積されたＴｉＡｕ薄膜をフォトレジストと共に除去する工程により形成できる。
【００６２】
［実施形態５］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、半導体エピタキシャル層１０３とレンズ基板１０１の間に金属層１１５を形成したこと以外は前記実施形態１および２の面発光素子と同じ構成を有する。図６の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、半導体エピタキシャル層１０３とレンズ基板１０１の間に金属層１１５を形成したこと以外は、前記実施形態１および２と同じである。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。
【００６３】
本実施形態の面発光素子は、前記実施形態１および２の面発光素子と同様の優れた特性を有する。本実施例の面発光素子では、製造工程において、半導体エピタキシャル層１０３とレンズ基板１０１の貼り合わせ面に存在する凹凸を、金属層１１５によって緩和できるので、発光部１０３とレンズ１０２との位置合わせの精度をより向上できる。また、金属層１１５を面発光レーザへの通電のための電極にも使用することができ、面発光素子の製造工程および素子構造を簡略化できる。
【００６４】
本実施形態の面発光素子は、前記実施形態２における前記（２）の半導体積層体製造工程で、前記半導体層の積層体２０５の最上層に、レンズ基板１０１との貼り合わせ部分で発生し得る応力を緩和するためのスぺーサー層として金属層を形成したこと以外は、前記実施形態２の製造方法と同様の製造方法を用いて作製できる。具体的には、前記半導体積層体製造工程において、前記金属層は、厚さ１５０ｎｍのＴｉと厚さ１００ｎｍのＡｕからなるスパッタ膜などにより形成できる。
【００６５】
［実施形態６］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、発光部と他の素子を形成する半導体層とを同一のレンズ基板の上に形成可能な本発明の面発光素子の例である。図７の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１のレンズ形成面上に、発光部１０３と他の半導体素子を形成する半導体層とを分離するための素子分離溝１１３が形成されている以外は、前記実施形態１および２の面発光素子と同様の構成を有する。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。
【００６６】
本実施形態の面発光素子は、素子分離溝１１３を有するので、前記面発光素子と他の素子とを分離でき、例えば、前記面発光素子と他の素子とを絶縁状態で同一レンズ基板上に形成できる。前記他の素子の集積のために、本実施形態の面発光素子では、レンズ基板１０１が、発光部１０３の物理的支持体としても機能し得る形態を有することが好ましい。レンズ基板１０１が、発光部１０３の物理的支持体としても機能し得るために、例えば、同図に示すように、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面と反対側の面が平坦に形成されることが好ましい。また、例えば、レンズ基板１０１をＳＯＩ、Ｓｉ、ダイヤモンド、ＡｌＮ、アルミナセラミック、シリカガラス等から形成することが好ましい。これにより、レンズ基板の物理的強度を高めることができ、レンズ基板１０１を物理的支持体として、電子回路等の他の素子を集積できる。本発明の面発光素子において、素子分離溝１１３は、他の素子を同一のレンズ基板上に形成しない場合には、必ずしも必要でない。しかし、例えば、発光部１０３とレンズ基板１０１を異種材料で形成する場合には、素子分離溝１１３のような溝をレンズ基板１０１の上に形成することが好ましい。これにより、面発光素子の製造工程における、発光部１０３とレンズ基板１０１の間の熱膨張係数の違いにより起因する内部応力を外部に逃すことができ、前記内部応力による素子特性や素子品質への影響を抑制できる。すなわち、素子特性および素子品質をより向上できる。
【００６７】
本実施形態の面発光素子は、前記実施形態１または２の製造方法と同様の方法を用いて製造できる。すなわち、本実施形態の面発光素子は、第２の工程（Ｂ）において素子分離溝１１３を形成する工程を実施すること以外は、前記実施形態１または２の製造方法と同様にして作製できる。例えば、前記実施形態１の前記第２の工程（Ｂ）において、半導体積層体１１１に発光部を形成する際（図２（ｂ））に、半導体層積層体１１１における他の半導体素子との境界部分を除去して素子分離溝１１３を形成する。これ以外は、前記実施形態１の製造方法と同様にして、本実施形態の面発光素子を作製できる。また、例えば、前記実施形態２の前記第２の工程（Ｂ）において、半導体の積層体２０５に発光部１０３を形成する際（図３（ｇ））に、半導体層の積層体２０５における他の半導体素子との境界部分を除去して素子分離溝１１３を形成する。これ以外は、前記実施形態２の製造方法と同様にして、本実施形態の面発光素子を作製できる。
【００６８】
［実施形態７］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、レンズ基板に光ファイバ結合用の嵌合部を有することを除き、前記実施形態１および２と同じ構成を有する。図８の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の面に光ファイバ結合用の嵌合部（ファイバ嵌合溝）５０２が形成されていること以外は、前記実施形態１および２と同じである。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。同図では、前記嵌合部（ファイバ嵌合溝）５０２は、レンズ基板１０１の前記反対側の面において、レンズ１０２の下方に形成された凹部である。
【００６９】
本実施形態の面発光素子は、前述のとおり嵌合部５０２を有するので、嵌合部５０２に光ファイバ５０１を結合して、光ファイバとの間で極めて高精度の光結合を実現できる。本実施形態の面発光素子では、前述の構成により、前記実施形態１および２で記載したように、発光部１０３における発光部が、レンズ１０２に対して極めて高精度に目合わせされている。そのため、例えば、特許文献６に記載の面発光素子と比較して、光ファイバとの光結合性が格段に高い。
【００７０】
本実施形態の面発光素子は、嵌合部５０２を形成する嵌合部形成工程を実施すること以外は前記実施形態１または２の製造方法と同様の方法を用いて作製できる。例えば、まず、前記実施形態１または２の製造方法により、面発光素子を作製する。その後、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面に、例えば、フォトリソグラフィー処理およびエッチング処理によりファイバ嵌合溝５０２を形成して、本実施形態の面発光素子を作製できる。本実施形態の面発光素子は、また、例えば、前記実施形態１または２の製造方法において、前記第１の工程で、レンズ基板と半導体積層体１１１または半導体の積層体２０５を貼り合わせる前に、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面にファイバ嵌合溝５０２を形成すること以外は、前記実施形態１または２の製造方法と同様にして、作製できる。ただし、本実施形態の面発光素子は、このような方法に限定されず、公知の面発光素子作製方法を用いて作製できる。
【００７１】
本実施形態では、ファイバ嵌合溝５０２自体に、レンズのような出射光強度の空間分布整形機能を持たせる必要はない。ファイバ嵌合溝５０２自体に前記空間分布整形機能を持たせないことで、例えば、レンズ１０２によりコリメート、もしくは集光された出射光を光ファイバに対して導くために要求される目合わせ精度を緩和でき、面発光素子と光ファイバの光結合をより簡易に、より単純な構造で行うことができる。すなわち、本実施形態の面発光素子では、前述のように、レンズ１０２に対する発光部１０３の相対的位置が精密に目合わせされている。このため、嵌合部５０２を追加して、面発光素子と光ファイバの光結合をより簡易に、より単純な構造で行うことができる。また、本実施形態の面発光素子では、光ファイバとの結合のための嵌合部５０２を面発光素子自体が有するので、光ファイバのアライメントのための工程を大幅に簡略することできる。なお、必要に応じて、ファイバ嵌合溝５０２自体に、レンズのような出射光強度の空間分布整形機能を持たせてもよい。
【００７２】
［実施形態８］
本実施形態では、本発明の面発光素子の別の例を示す。本実施形態の面発光素子は、レンズ基板に光路変換ミラーと光ファイバ結合用のＶ溝を有することを除き、前記実施形態１および２と同じ構成を有する。図９の断面図に、本実施形態の面発光素子の構成を示す。図示のとおり、本実施形態の面発光素子は、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の面に光路変換ミラー６０１と光ファイバ結合用のＶ溝６０２が形成されていること以外は、前記実施形態１および２と同じである。同図中、前記実施形態１および２と同一の部分には同一の符号を付している。本実施形態では、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の表面に、光路変換用ミラー６０１が形成されている。また、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の面には、光路変換用ミラー６０１により反射された出射光に対して位置を整合したファイバ嵌合用のＶ溝６０２が形成されている。
【００７３】
本実施形態の面発光素子は、前述のとおり、光路変換用ミラー６０１とＶ溝６０２を有するので、レンズ１０２の光軸に対してほぼ直角方向に配置された光ファイバとの高精度の光結合を簡易に実現できる。このような光ファイバの配置態様は、表面実装型モジュールにおいて特に好適である。
【００７４】
本実施形態の面発光素子は、光路変換用ミラー６０１とＶ溝６０２を形成する工程を実施すること以外は前記実施形態１または２の製造方法と同様の方法を用いて作製できる。例えば、まず、前記実施形態１または２の製造方法と同じ方法により、面発光素子を作製する。次いで、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面に、フォトリソグラフィーおよび公知のエッチングミラー形成技術を用いて光路変換用ミラー６０１と光ファイバ嵌合用のＶ溝６０２を作製する。このようにして、本実施形態の面発光素子を作製することができる。本実施形態の面発光素子は、また、例えば、前記実施形態１または２の製造方法において、前記第１の工程で、レンズ基板と半導体積層体または半導体の積層体を貼り合わせる前に、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面に光路変換用ミラー６０１と光ファイバ嵌合用のＶ溝６０２を作製する。これ以外は、前記実施形態１または２の製造方法と同様にして、作製できる。ただし、本実施形態の面発光素子は、このような方法に限定されず、公知の面発光素子作製方法を用いて作製できる。
【００７５】
なお、実施形態７および８に関し、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側には、光ファイバ嵌合溝５０２ならびに光路変換用ミラー６０１およびＶ溝６０２に代えて、レンズ１０２を通過した出射光を整形するための適宜の他の整形部材を形成することができる。前記他の整形部材として、例えば、第２のレンズや回折用スリットを形成することができる。また、特に、発光部からの出射光が、単峰な発光強度分布を有するよう、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側に、光フィルタ等を形成することができる。
【００７６】
次に、本発明の面発光素子および本発明の面発光素子の製造方法の具体例を示す。ただし、本発明は下記の実施例に限定されない。
【実施例】
【００７７】
［実施例１］
本実施例では、本発明の面発光素子の一具体例および本発明の面発光素子の製造方法の一具体例を示す。本実施例の面発光素子は、前記実施形態１および２と同じ構成を有するので、前記実施形態１の説明で参照した同じ図１を参照して説明する。図示のとおり、本実施例の面発光素子は、一方の面にレンズ１０２が形成されているレンズ基板１０１と、半導体エピタキシャル層から形成される発光部１０３を含む。発光部１０３は、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面上に、半導体エピタキシャル層１０３とレンズ１０２が対向している状態で配置されている。レンズ基板１０１には、上面１０５にレンズ１０２と、目合わせマークである溝１０４が形成されている。レンズ基板１０１は、半絶縁性ＧａＡｓから形成される。発光部１０３は、発振波長１０５０ｎｍ帯の面発光レーザとして機能する発光部である。発光部１０３は、前記エピタキシャル層として、ＧａＡｓに格子整合する化合物半導体層の積層体を含む。前記エピタキシャル層は、電流注入により発光するＩｎＧａＡＳ／ＧａＡｓＰ量子井戸層から形成される活性層と、前記活性層の上下に形成されたｐ型およびｎ型の分布ブラッグ反射鏡層、前記ｐ型反射鏡層の一部領域に形成されたＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ層から形成される酸化狭窄層を含む。発光部１０３には、前記半導体層の積層体を通じて活性層に電流を注入するためのｎ型コンタクト電極１０７およびｐ型コンタクト電極１０８と、前記両電極間の絶縁および半導体層の保護のための誘電体保護層１０９が形成されている。本実施例では、後述のように、前記半導体エピタキシャル層１０３が、レンズ基板１０１と同一種の化合物半導体から形成される基板（第２の基板）上に形成された層である。このため、製造工程で、レンズ基板１０１と第２の基板の熱膨張係数を等しくすることができ、熱履歴に起因する素子品質の信頼性の低下を抑制できる。本実施例では、レンズ１０２は、レンズ基板１０１の上面から陥没した部分の底に形成された凸レンズであり、レンズ１０２と発光部１０３の間に媒質（空気）１１２が存在する。すなわち、本実施例では、発光部１０３からの出射光が、一旦、低屈折率の前記媒質１１２を通過したのちにレンズ１０２のレンズ面に対して低屈折率側から入射する。このため、発光部１０３からの出射光の放射角度を、高い精度でコリメートできる。また、本実施例の面発光素子では、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面と反対側の面が平坦に形成されているので、レンズ基板１０１が、発光部１０３の物理的支持体としても機能する。
【００７８】
本実施例の面発光素子は、次に示す本実施例の面発光素子の製造方法（以下、「本実施例の製造方法」ともいう）を用いて製造した。本実施例の製造方法は、前記実施形態２の製造方法と同様である。すなわち、本実施例の製造方法は、レンズ基板製造工程と、半導体積層体製造工程と、前記第１の工程（Ａ）と、基板を除去する基板除去工程と、発光部を形成する工程を含む前記第２の工程（Ｂ）とを含む。本実施例の製造方法は、前述のとおり、前記実施形態２の製造方法と同様であるので、前記実施形態２で参照した図３を参照して、本実施例の製造方法を説明する。
【００７９】
（１）レンズ基板製造工程
まず、図３（ａ）に示すように、レンズ基板の材料である半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１’（以下、第１の基板ともいう）のレンズ形成面におけるレンズおよび目合わせマークを形成する場所に、誘電体膜の堆積とフォトリソグラフィーおよびエッチング処理により、レンズ形成領域、及び目合わせマーク形成領域以外のウエハ表面を保護するための誘電体マスクパターン２０１を形成した。次いで、図３（ｂ）に示すように、レンズの曲面形状を第１の基板に形成するための球面形状のフォトレジストパターン２０２を形成した。具体的には、第１の基板１０１’に塗布膜５μｍのフォトレジストを露光した後、１８０℃にてベーキングすることで、パターニング直径が１０μｍで、断面の曲率半径が５μｍの半球面形状のフォトレジストパターンを形成した。このとき、目合わせマーク１０４を形成するためのフォトレジストパターンも同時に形成した。尚、目合わせマーク１０４には、使用する露光装置がウエハ上の座標を認識するためのマークのほか、後工程における露光プロセスごとに、作業者が露光パターンの位置ずれ量を定量的に把握するためのバーニヤ目盛として使用される、周期状のストライプパターン等も含まれている。次いで、図３（ｃ）に示すように、前記フォトレジストパターンが形成された第１の基板１０１’の表面に対して、アルゴンイオンミリングによりエッチング処理をし、厚さ１０μｍのフォトレジストをすべて除去した。この結果、第１の基板１０１’の上面側に、直径が２０μｍで曲率半径が１０μｍのレンズ１０２が形成された。また同時に、レンズ基板上の凹凸からなる目合わせマーク１０４も形成された。レンズ１０２以外の表面保護のために形成された誘電体マスクパターンを、バッファードフッ酸を用いたエッチング処理により除去した。以上の工程により、一方の面にレンズ、及びレンズに対してフォトマスクレベルの相対位置精度で形成された目合わせマーク１０４とが同時に形成されたレンズ基板１０１を作製した。
【００８０】
（２）半導体積層体製造工程
まず、図３（ｄ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ基板２０１（以下、第２の基板ともいう）上に半導体の積層体２０５を形成して、半導体積層体２１１を作製した。半導体の積層体２０５は、半導体エピタキシャル層を含む。具体的には、第２の基板２０１の上に、有機金属化学気相堆積（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、ＡｌＡｓから形成される厚さ５０ｎｍの犠牲層、および発光部１０３を形成する半導体層の積層体２０５として、ｎ−Ａｌ１０．９Ｇａ０．１Ａｓとｎ−ＧａＡｓを含む交互多層膜から形成されるｎ型分布ブラッグ反射鏡層を３５対、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、Ｉｎ０．３Ｇａ０．８Ａｓ井戸層とＧａＡｓ０．８Ｐ０．２障壁層から形成される多重量子井戸活性層、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、厚さ３０ｎｍのＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓから形成される酸化狭窄層、ｐ−Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓとｐ−ＧａＡｓを含む交互多層膜から形成されるｐ型分布ブラッグ反射鏡層を２０対、順次積層した。以上の工程により、半導体積層体２１１を作製した。
【００８１】
（３）第１の工程（Ａ）
次に、図３（ｅ）に示すように、前記（１）のレンズ基板製造工程で作製したレンズ基板１０１のレンズ形成面と、前記（２）の半導体積層体製造工程で作製した半導体積層体２１１のエピタキシャル層側の面をウエハ接合技術を用いて貼り合わせた。具体的には、真空チャンバ内にレンズ基板１０１および半導体積層体２１１を置き、両者の貼り合わせ面にＡｒプラズマを照射して活性化させた後、前記真空チャンバから取り出した。次いで、ウエハ接合用の加圧ステージにおいて、ステージ温度２５０℃、１００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力にて６時間保存することで、レンズ基板１０１および半導体積層体２１１を貼り合わせた。
【００８２】
（４）第２の工程（Ｂ）
次に、図３（ｆ）に示すように、犠牲層をエッチングストップ層として第２の基板２０１をエッチング処理により除去した。次いで、図３（ｇ）に示すように、半導体層の積層体２０５におけるレンズ１０２の上方に位置する部分に、フォトリソグラフィー処理とドライエッチング処理により直径２４μｍのメサ形状部分１１４を形成した。ここで、前記フォトグラフィー処理における目合わせの際に、目合わせマーク１０４を基準として使用した。具体的には、レンズ基板１０１における目合わせマーク１０４の位置を把握し、レンズ基板１０１における目合わせマーク１０４の位置を基準として、前記メサ形状部分１１４形成用のフォトレジストパターンを露光した（図３には図示していない）。このとき、目合わせマーク１０４の一部に重なるように、バーニヤ目盛の原理に基づき露光位置ずれ量を高精度で定量的に把握するための周期状のストライプパターン列も同時に形成した。本工程で新たにパターニングされた周期状のストライプパターン列は、レンズ基板に形成済みの目合わせマーク１０４に含まれるものとわずかに異なる周期を有する。バーニヤ目盛の原理に基づき、周期状のストライプパターン列の中において、両者の形成位置が一致するストライプの位置を読み取った。本手法によれば、前記フォトレジストパターンと前記目合わせマーク１０４との間の露光位置ずれ量を、フォトレジストパターンの露光限界寸法（例えば０．５μｍラインアンドスペース）よりも高い精度で測定可能である。測定の結果、前記フォトレジストパターンと前記目合わせマーク１０４の目合わせ誤差（露光位置ずれ量）は、０．０５μｍ以下（測定限界）であることを確認した。その後前記フォトレジストパターンをマスクとして用いて、半導体の積層体２０５において不要と判断される部分を除去することで、目合わせマーク１０４に対して０．０５μｍ以下の目合わせ誤差で配置されたメサ形状部分１１４を形成した。次いで、水蒸気酸化処理により、メサ形状部分１１４の中心に発光部１０３を形成した。具体的には、前記不要と判断される部分を除去した半導体の積層体２０５を４００℃の水蒸気中に１５分間放置した。これにより、メサ形状部分１１４の側面に露出したＡｌ０．９８Ｇａ０．０２Ａｓ酸化狭窄層をメサ形状部分１１４の周辺部分からメサ形状部分１１４の内部奥部に向けて半導体の積層体２０５を酸化した。これにより、前記メサ形状部分１１４の中心付近に、直径６μｍの略円形の発光部１０３が形成された。以上のようにして形成された発光部１０３及びメサ形状部分１１４を赤外線顕微鏡で観察して、両者の略円形形状の中心位置ずれ量を画像解析により導出して比較したところ、その位置ずれ量は０．０５μｍの測定限界以下であった。以上の測定結果から、発光部１０３とメサ形状部分１１４、メサ形状部分１１４と目合わせマーク１０４の目合わせ誤差はともに０．０５μｍ以下であり、さらに目合わせマーク１０４とレンズ１０２の目合わせ誤差は光学特性上無視できるレベルであるため、発光部１０３とレンズ１０２は単純合算による目合わせ誤差において０．１μｍ以下の精度で形成されていることがわかった。さらに、ウエハ全面にわたる複数の場所で同様に０．１μｍ以下の目合わせ誤差が実現されていることを確認した。このように形成した構造体に対し、次いで、図３（ｈ）に示すように、半導体の積層体２０５の上面にＳｉＮから形成される厚さ１μｍの誘電体保護膜１０９を形成した。その後、フォトリソグラフィとバッファードフッ酸によるエッチング処理により、電極コンタクトのための貫通孔（スルーホール）２０８を形成した。次いで、図３（ｉ）に示すように、フォトリソグラフィー処理、蒸着処理、およびリフトオフ処理等により、ＡｕＧｅ／ＡｕＧｅＮｉ合金から形成される２層構造のｎ型コンタクト電極１０７およびＴｉ／Ａｕから形成される２層構造のｐ型コンタクト電極１０８を形成して、面発光素子を完成させた。
【００８３】
本実施例の面発光素子において、前記発光部からの出射光がレンズ面において所望の光スポットを形成するために要求される、前記発光部のレンズ光軸に対する相対位置からのずれを、裏面出射型面発レーザウエハのＬＤ特性の評価が可能なプローブステーションにて測定した。本プローブステーションは、裏面出射型面発光レーザウエハを設置可能で、かつ前記ウエハと平行な面内で移動可能な微動ステージが具備されたガラス基板からなるウエハステージと、裏面出射型面発光レーザウエハの中の任意の面発光素子に通電可能なプローブと、通電された素子からの出射光をガラス基板越しに受光し、その出射パターンをモニタできるＣＣＤカメラを主たる構成要素とする測定系である。ここでＣＣＤカメラの受光面は、ガラス基板面に対して垂直であるよう、あらかじめ光軸調整されている。本発明による面発光素子の完成後のウエハをガラス基板に搭載した後、ウエハ中の面発光素子のひとつに通電して、その出射光強度分布をＣＣＤカメラで観察した。このとき、面発光素子の発光面とＣＣＤカメラとの距離を２０ｃｍから５０ｃｍの範囲で変化させたところ、ＣＣＤに映し出された出射パターンの強度ピーク位置の変化は、１０μｍ以下であった。さらに、ウエハ面内の複数の素子で同様の測定を実施し、すべての素子で出射パターンの強度ピーク位置の変化が、１０μｍ以下であることを確認した。このことから、本発明による面発光素子の発光部とレンズとの相対的な位置合わせの誤差に起因する光出射方向の角度ずれは、最大でも０．００２度であると導出され、発光部とレンズが、ウエハ内のプロセス対象となる全領域に渡り実用上十分な相対位置精度で形成されていることを確認できた。また、この角度ずれ量を、光学設計上の発光部とレンズの目合わせ誤差量に換算したところ０．０５μｍ以下であることが確認された。
【００８４】
本実施例の面発光素子は、前記電極間に電圧を印加することで、前記発光部１０３に電流を注入できる。電流が注入されると、活性層から光が出射される。本実施形態の面発光素子では、前記フォトグラフィー処理における目合わせの際に、目合わせマーク１０４を基準として使用したことにより、発光部１０３がレンズ１０２に対して極めて高精度に位置合わせされている。具体的には、前記発光部１０３が、レンズ１０２の光軸に対して±０．０５μｍ以下という極めて高精度に位置合わせされた位置に形成されている。そのため、レンズ１０２に対して高精度に位置合わせされた出射光を得ることができ、前記出射光を高い精度で容易に整形できる。本実施例の面発光素子は、例えば、外部の光ファイバや光導波路との光結合性（光接続性）に優れたコリメート光を放射する面発光素子である。また、本実施例の面発光素子では、レンズが外部に露出していないので、レンズの劣化を防止できる。
【００８５】
［実施例２］
本実施例では、本発明の面発光素子の別の具体例および本発明の面発光素子の製造方法の別の具体例を示す。本実施例の面発光素子は、発光部１０３と他の素子を形成する半導体層とを同一のレンズ基板１０１の上に形成可能な本発明の面発光素子である。本実施例の面発光素子は、前記実施形態６と同じ構成を有する。よって、前記実施形態６で参照した同じ図７を参照して説明する。図示のとおり、本実施例の面発光素子では、レンズ基板１０１のレンズ形成面上に、発光部１０３と他の半導体素子を形成する半導体層とを分離するための素子分離溝１１３が形成されている。本実施例では、レンズ基板１０１は、ＳＯＩから形成されている。また、発光部１０３は、活性層としてＧａＩｎＮＡｓ井戸層とＧａＡｓ障壁層から形成される多重量子井戸活性層を用いたこと以外は、前記実施例１の発光部と同じである。
【００８６】
本実施例では、発光部１０３は、前記ＳＯＩ基板に対して十分な透過率を有する発振波長１３００ｎｍ帯の活性層を有する。素子分離溝１１３による効果については、前記実施形態６で説明したとおりである。
【００８７】
本実施例の面発光素子は、発光部１０３からの出射光の放射角度を、高い精度でコリメートできる。本実施例の面発光素子では、レンズ１０２が外部に露出していないので、レンズ１０２の劣化を防止できる。また、本実施例の面発光素子では、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されている面と反対側の面が平坦に形成されているので、レンズ基板１０１が、発光部１０３の物理的支持体としても機能する。さらに、本実施例では、レンズ基板１０１であるＳＯＩ基板上に発光部１０３を形成したことにより、例えば、発光部（面発光レーザ）と、面発光レーザ駆動用のレーザドライバ回路や他の電子回路等の他の部材を同一基板（ＳＯＩ基板）上に一体的に集積することが可能となる。さらに、前記ＳＯＩ基板を物理的支持体とすることができ、面発光素子の物理的強度をいっそう向上できる。
【００８８】
本実施例の面発光素子は、前記実施形態６で引用する前記実施形態２の製造方法により作製した。具体的には、前記実施例１の製造方法と同様の方法で作製した。すなわち、本実施例の製造方法は、レンズ基板１０１および半導体積層体２１１の材料が異なり、第２の工程（Ｂ）において素子分離溝１１３を形成する工程を実施すること以外は、前記実施例１の製造方法と同様である。前記実施例１で参照した同じ図３を参照して、本実施例の製造方法を説明する。
【００８９】
（１）レンズ基板製造工程
レンズ基板の材料としてＳＯＩを用いたこと以外は前記実施例１における前記（１）のレンズ基板製造工程と同様にして、レンズ基板１０１を作製した（図３（ａ）から図３（ｃ））。
【００９０】
（２）半導体積層体製造工程
Ｉｎ０．３Ｇａ０．８Ａｓ井戸層とＧａＡｓ０．８Ｐ０．２障壁層から形成される多重量子井戸活性層に代えてＧａＩｎＮＡｓ井戸層とＧａＡｓ障壁層から形成される多重量子井戸活性層を形成したこと以外は前記実施例１における前記（２）の半導体積層体製造工程と同様にして、半導体積層体２１１を作製した（図３（ｄ））。
【００９１】
（３）第１の工程（Ａ）
次に、前記実施例１における前記（３）の第１の工程と同様にして、レンズ基板１０１および半導体積層体２１１を貼り合わせた（図３（ｅ））。
【００９２】
（４）第２の工程（Ｂ）
基板２０１をエッチング処理により除去した（図３（ｆ））後、素子分離溝を形成する工程を実施する以外は前記実施例１における前記（４）の第２の工程と同様にして、本実施例の面発光素子を作製した。すなわち、前記実施例１における前記（４）の第２の工程において、フォトリソグラフィー処理とドライエッチング処理によりメサ形状部分を形成する際（図３（ｇ））に、半導体層の積層体２０５における他の半導体素子との境界部分を除去して素子分離溝１１３を形成した。これ以外は、前記実施例１における前記（４）の第２の工程と同様にして、前記面発光素子を完成させた。
【００９３】
本実施例の面発光素子は、作製工程において前記フォトグラフィー処理における目合わせの際に、目合わせマーク１０４を基準として使用したことにより、発光部１０３がレンズ１０２に対して極めて高精度に目合わせされている。具体的には、前記発光部１０３が、レンズ１０２の光軸に対して±０．０５μｍ以下という極めて高精度に位置合わせされた位置に形成されている。そのため、レンズ１０２に対して高精度に位置合わせされた出射光を得ることができ、前記出射光を高い精度で整形できる。例えば、外部の光ファイバや光導波路との光結合性（光接続性）に優れたコリメート光を放射する面発光素子を実現できる。
【００９４】
［実施例３］
本実施例では、本発明の面発光素子の別の具体例を示す。本実施例の面発光素子は、レンズ基板に光ファイバ結合用の嵌合部を有する面発光素子である。本実施例の面発光素子は、前記実施形態７の面発光素子と同じ構成を有するので、前記実施形態７で参照した同じ図８を参照して説明する。図示のとおり、本実施例の面発光素子は、レンズ基板（ＳＯＩ基板）１０１のレンズ形成面と反対側の面に光ファイバ結合用の嵌合部（ファイバ嵌合溝）５０２が形成されている。レンズ基板１０１のその他の構成および発光部の構成については、前記実施例２と同じである。ただし、本実施例では、素子分離溝は形成していない。
【００９５】
本実施例の面発光素子は、前述のとおり嵌合部５０２を有する。よって、嵌合部５０２に光ファイバ５０１を結合して、光ファイバとの間で極めて高精度の光結合を実現できる。本実施形態の面発光素子では、図８に示す構成により、前記実施例２で記載したように、発光部１０３が、レンズ１０２に対して極めて高精度に目合わせされている。そのため、例えば、特許文献６に記載の面発光素子と比較して、光ファイバとの光結合性が格段に高い。
【００９６】
本実施例の面発光素子は、実施形態７で引用する前記実施形態２の製造方法と同様の方法により作製した。具体的には、嵌合部５０２を形成する嵌合部形成工程を実施すること以外は前記実施例１の製造方法と同様の方法を用いて作製した。すなわち、レンズ基材の材料としてＳＯＩを用いてレンズ基板を作製したこと以外は、前記実施例１の（１）のレンズ基板製造工程と同様にして、レンズ基板１０１を作製した。また、Ｉｎ０．３Ｇａ０．８Ａｓ井戸層とＧａＡｓ０．８Ｐ０．２障壁層から形成される多重量子井戸活性層に代えてＧａＩｎＮＡｓ井戸層とＧａＡｓ障壁層から形成される多重量子井戸活性層を形成したこと以外は前記実施例１における前記（２）の半導体積層体製造工程と同様にして、半導体積層体２１１を作製した。これ以外は、前記実施例１の方法と同様にして、面発光素子を作製した。次いで、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面に、フォトリソグラフィーにより厚さ２０μｍのフォトレジストパターンを形成した。次いで、公知のＳｉ垂直高精細ドライエッチング技術を用いて、直径が１３０μｍで深さが５０μｍのファイバ嵌合溝５０２をエッチングで形成し、本実施例の面発光素子を完成した。
【００９７】
本実施例では、ファイバ嵌合溝５０２自体に、レンズのような出射光強度の空間分布整形機能はない。このため、例えば、レンズ１０２により並行光となった出射光を光ファイバに対して導くために要求される目合わせ精度を緩和でき、通常の裏面露光装置により実現できる目合わせ精度で嵌合部５０２を形成できる。
【００９８】
［実施例４］
本実施例では、本発明の面発光素子の別の具体例を示す。本実施例の面発光素子は、光路変換ミラーと光ファイバ結合用のＶ溝を有する面発光素子である。本実施例の面発光素子は、前記実施形態８の面発光素子と同じ構成を有する。よって、前記実施形態８で参照した同じ図９を参照して説明する。図示のとおり、本実施例では、レンズ基板（ＳＯＩ基板）１０１のレンズ形成面と反対側の表面に、光路変換用ミラー６０１が形成されている。また、レンズ基板１０１のレンズ形成面と反対側の面には、光路変換用ミラー６０１により反射された出射光に対して位置を整合したファイバ嵌合用のＶ溝６０２が形成されている。レンズ基板１０１のその他の構成および発光部の構成については、前記実施例２と同じである。ただし、本実施例では、素子分離溝は形成していない。
【００９９】
本実施形態の面発光素子は、前述のとおり、光路変換用ミラー６０１とＶ溝６０２を有するので、レンズ１０２の光軸に対してほぼ直角方向に配置された光ファイバとの高精度の光結合を簡易に実現できる。このような光ファイバの配置態様は、表面実装型モジュールにおいて特に好適である。
【０１００】
本実施例の面発光素子は、実施形態８で引用する前記実施形態２の製造方法と同様の方法により作製した。具体的には、光路変換用ミラー６０１とＶ溝６０２を形成する整形部材形成工程を実施すること以外は前記実施例１の製造方法と同様の方法を用いて作製した。すなわち、レンズ基材の材料としてＳＯＩを用いてレンズ基板を作製したこと以外は、前記実施例１の（１）のレンズ基板製造工程と同様にして、レンズ基板１０１を作製した。また、Ｉｎ０．３Ｇａ０．８Ａｓ井戸層とＧａＡｓ０．８Ｐ０．２障壁層から形成される多重量子井戸活性層に代えてＧａＩｎＮＡｓ井戸層とＧａＡｓ障壁層から形成される多重量子井戸活性層を形成したこと以外は前記実施例１における前記（２）の半導体積層体製造工程と同様にして、半導体積層体２１１を作製した。これ以外は、前記実施例１の方法と同様にして、面発光素子を作製した。次いで、レンズ基板１０１のレンズ１０２が形成されていない側の面に、フォトリソグラフィーにより厚さ２０μｍのフォトレジストパターンを形成した。次いで、ＫＯＨ溶液等を使用して公知のエッチングミラー形成技術を用いて深さ約８０μｍの光路変換用ミラー６０１と光ファイバ嵌合用のＶ溝６０２の双方を同時に作製した。以上のようにして、本実施例の面発光素子を完成した。
【０１０１】
前記実施形態および前記実施例の本発明の面発光素子によれば、発光部に対して精密に位置決めされた高精度のレンズを集積し、レンズ品質の信頼性および物理的強度に優れ、かつ、他の機能素子との集積性にも優れたレンズ集積構造を実現できる。
【符号の説明】
【０１０２】
１０１  レンズ基板
１０２  レンズ
１０３  発光部
１０４  目合わせマーク
１０５  レンズ形成面
１０７、１０８  電極
１０９  誘電体保護膜
１１０  出射光
１１１、２１１  半導体積層体
１１２  媒質
１１３  素子分離溝
１１４  メサ形状部分
１１５  金属層
２０１  基板
２０２  犠牲層
２０５  半導体層の積層体
２０６  貼り合わせ面
２０８  スルーホール
４０１  ピンホール
５０１  光ファイバ
５０２  嵌合部
６０１  光路変換用ミラー
６０２  Ｖ溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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