(57)【要約】【課題】  良好な形状のマイクロレンズが形成された光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の光素子の製造方法は、  基板上に面発光素子１００を形成すること、  前記面発光素子１００の光学特性を計測すること、  前記計測された光学特性を基に、所定の検量情報から所望のマイクロレンズの形成に必要な光透過性硬化樹脂の前駆体溶液の滴下量を決定すること、  前記面発光素子１００の出射面４６の上方に、前記決定された滴下量の前記前駆体溶液５０´を滴下すること、  前記滴下された前駆体溶液５０´を硬化してマイクロレンズ５０を形成すること、  を含み、  前記検量情報は、マイクロレンズのない面発光素子サンプルの光学特性と、該面発光素子サンプルにマイクロレンズを形成した後の光学特性と、該マイクロレンズの形成に要した前記前駆体の溶液の滴下量との関係を示す。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に面発光素子を形成すること、
前記面発光素子の光学特性を計測すること、
前記計測された光学特性を基に、所定の検量情報から所望のマイクロレンズの形成に必要な光透過性を有する硬化樹脂の前駆体溶液の滴下量を決定すること、
前記面発光素子の出射面の上方に、前記決定された滴下量の前記前駆体溶液を滴下すること、
前記滴下された前駆体溶液を硬化してマイクロレンズを形成すること、
を含み、
前記検量情報は、マイクロレンズのない面発光素子サンプルの光学特性と、該面発光素子サンプルにマイクロレンズを形成した後の光学特性と、該マイクロレンズの形成に要した前記前駆体溶液の滴下量との関係を示している、光素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記光学特性は、出射光の放射角である、光素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記前駆体溶液の滴下は液滴吐出法により行われ、
単位滴下量または滴下回数の少なくともいずれか一方を制御することで、前記決定された滴下量を充足するように滴下を行う、光素子の製造方法。
【請求項４】
基板上にアレイ化された複数の面発光素子を形成すること、
前記面発光素子の光学特性をそれぞれ計測すること、
前記計測された光学特性を基に、所定の検量情報から所望のマイクロレンズの形成に必要な光透過性を有する硬化樹脂の前駆体溶液の滴下量を前記面発光素子のそれぞれについて決定すること、
前記面発光素子の出射面の上方に、前記決定された滴下量の前記前駆体溶液をそれぞれ滴下すること、
前記滴下された前駆体を硬化してマイクロレンズを形成すること、
を含み、
前記検量情報は、マイクロレンズのない面発光素子サンプルの光学特性と、該面発光素子サンプルにマイクロレンズを形成した後の光学特性と、該マイクロレンズの形成に要した前記前駆体溶液の滴下量との関係を示している、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記光学特性は、出射光の放射角である、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項６】
請求項４または５において、
前記前駆体溶液の滴下は、液滴吐出法により行われ、
単位滴下量または滴下回数の少なくともいずれか一方を制御することで、前記決定された滴下量を充足するように滴下を行う、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記前駆体溶液の単位滴下量を変更可能なインクジェットヘッドを用いて、前記面発光素子に対して当該前駆体溶液を滴下する場合において、
前記光学特性の計測結果に応じて前記インクジェットヘッドの単位滴下量を変更することを含む、面発光素子アレイの製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法で製造された、光素子。
【請求項９】
請求項４ないし７のいずれかに記載の製造方法により形成された、面発光素子アレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光素子およびその製造方法、ならびに面発光素子アレイおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光素子である垂直共振器型面発光レーザ（以下、ＶＣＳＥＬと略す。）は、二次元集積化が可能で並列光通信用の光源として期待されている。また、ＶＣＳＥＬは、作製後にウェハレベルで検査できるというメリットがある。また、ＶＣＳＥＬをアレイ化した場合、その特性向上を図るべくＶＣＳＥＬと同様にアレイ化が可能なマイクロレンズが組み合わされて用いられることもある。
【０００３】
ところが、ＶＣＳＥＬを用いて並列光通信を実現するためには、プロセス要因などによって生じるウェハ面内での素子特性の均一性が特に重要となってくる。例えば、ＶＣＳＥＬの１チップで見ると９０％の歩留まりが確保できる状態であっても、これをアレイ化した場合、４チャンネルでは６６％、８チャンネルでは４３％、１６チャンネルでは１９％程度の歩留まりしか期待できなくなる。このため、ＶＣＳＥＬをアレイ化した場合における歩留まりを向上させる技術が望まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、良好な形状のマイクロレンズが形成された光素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
また、本発明の他の目的は、チップ間の特性差が低減された面発光素子アレイ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の光素子の製造方法は、
基板上に面発光素子を形成すること、
前記面発光素子の光学特性を計測すること、
前記計測された光学特性を基に、所定の検量情報から所望のマイクロレンズの形成に必要な光透過性を有する硬化樹脂の前駆体溶液の滴下量を決定すること、
前記面発光素子の出射面の上方に、前記決定された滴下量の前記前駆体溶液を滴下すること、
前記滴下された前駆体溶液を硬化してマイクロレンズを形成すること、
を含み、
前記検量情報は、マイクロレンズのない面発光素子サンプルの光学特性と、該面発光素子サンプルにマイクロレンズを形成した後の光学特性と、該マイクロレンズの形成に要した前記前駆体の溶液の滴下量との関係を示すものである。
【０００７】
本発明の光素子の製造方法によれば、面発光素子の出射面の上方に良好な形状のマイクロレンズが設けられた光素子をより簡易な工程で製造することができる。これは、マイクロレンズ形成前後の放射角とマイクロレンズの形成に要する前駆体の滴下量との対応関係についての知見をあらかじめ得ておくことで、実際の形成工程においては、面発光素子の光学特性の測定をするのみで、所望のマイクロレンズの形成に必要な滴下量を決定することができるためである。その結果、本発明の製造方法によれば、より簡易な工程で所望のマイクロレンズを形成することができ、素子特性の向上、たとえば放射角の低減が図られた光素子を製造することができる。
【０００８】
なお、本発明にかかる光素子の製造方法において、特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を設けるとは、Ａ上に直接Ｂを設ける場合と、Ａ上に、Ａ上の他のものを介してＢを設ける場合と、を含む。
【０００９】
（２）本発明の光素子の製造方法において、前記光学特性は、出射光の放射角であることができる。
【００１０】
（３）本発明の光素子の製造方法において、前記前駆体溶液の滴下は液滴吐出法により行われ、
単位滴下量または滴下回数の少なくともいずれか一方を制御することで、前記決定された滴下量を充足するように滴下を行うことができる。
【００１１】
この態様によれば、単位滴下量または滴下回数を制御することで、決定された滴下量を満たすよう精度のよい滴下を行うことができる。
【００１２】
（４）本発明の面発光素子アレイの製造方法は、
基板上にアレイ化された複数の面発光素子を形成すること、
前記面発光素子の光学特性をそれぞれ計測すること、
前記計測された光学特性を基に、所定の検量情報から所望のマイクロレンズの形成に必要な光透過性を有する硬化樹脂の前駆体溶液の滴下量を前記面発光素子のそれぞれについて決定すること、
前記面発光素子の出射面の上方に、前記決定された滴下量の前記前駆体溶液をそれぞれ滴下すること、
前記滴下された前駆体を硬化してマイクロレンズを形成すること、
を含み、
前記検量情報は、マイクロレンズのない面発光素子サンプルの光学特性と、該面発光素子サンプルにマイクロレンズを形成した後の光学特性と、該マイクロレンズの形成に要した前記前駆体の溶液の滴下量との関係を示すものである。
【００１３】
本発明の面発光素子アレイの製造方法によれば、面内での素子特性のばらつきが少ない面発光素子アレイを形成することができる。これは、マイクロレンズ形成前後の面発光素子の放射角とマイクロレンズの形成に要する前駆体の滴下量との対応関係についての知見をあらかじめ得ておくことで、形成工程では、各面発光素子の光学特性を測定し、それぞれの特性に応じて、所望のマイクロレンズを得るために必要な滴下量を決定することができるためである。すなわち、マイクロレンズ形成後の各面発光素子の特性が所望の範囲の特性を示すように、マイクロレンズの形成を制御できることになる。その結果、面内の素子特性のばらつきが低減した面発光素子アレイを形成することができる。
【００１４】
（５）本発明の面発光素子アレイの製造方法において、前記光学特性は、出射光の放射角であることができる。
【００１５】
（６）本発明の面発光素子アレイの製造方法において、前記前駆体溶液の滴下は、液滴吐出法により行われ、
単位滴下量または滴下回数の少なくともいずれか一方を制御することで、前記決定された全滴下量を充足するように滴下を行うことができる。
【００１６】
この態様によれば、単位滴下量または滴下回数を制御することで、決定された滴下量を満たすよう精度のよい滴下を行うことができる。
【００１７】
（７）本発明の面発光素子アレイの製造方法において、前記前駆体溶液の単位滴下量を変更可能なインクジェットヘッドを用いて、前記面発光素子に対して当該前駆体溶液を滴下する場合において、
前記光学特性の計測結果に応じて前記インクジェットヘッドの単位滴下量を変更することを含むことができる。
【００１８】
この態様によれば、同一面内に形成されている各面発光素子のそれぞれに対して、精度のよい滴下を効率よく行うことができる。
【００１９】
（８）本発明の光素子は、上記いずれかに記載の光素子の製造方法により形成された光素子である。
【００２０】
この光素子は、所望の素子特性が得られるよう、マイクロレンズの形成が制御されて製造されている。つまり、本発明によれば、素子特性の良好な光素子を提供することができる。
【００２１】
（９）本発明の面発光素子アレイは、上記いずれかに記載の面発光素子アレイの製造方法により形成された面発光素子アレイである。
【００２２】
この面発光素子アレイは、面内での特性のばらつきが低減されるよう、マイクロレンズの形成に要する前駆体の滴下量を制御して形成されたものである。そのため、チップ間の特性差が低減された面発光素子アレイを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に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。なお、以下の実施の形態では、基板上に複数の素子がアレイ化されて設けられている面発光素子アレイの場合を例として説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態に係る面発光レーザアレイ（面発光素子アレイの一例）を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る面発光レーザアレイを模式的に示す外観図である。
【００２５】
本実施の形態の面発光レーザアレイは、図２の外観図に示すように、ウェハ１５０に平面的に配列された複数の垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）１００を含んで構成される。
【００２６】
図１の断面図に示すように、本実施の形態の面発光レーザアレイを構成する面発光レーザ１００は、ｎ型の基板１０の裏面側に共通電極としてｎ型電極４２を有し、基板１０の主面側には活性層を含む半導体層２０が配置されている。半導体層２０の上には、ｐ型電極４４が形成されている。半導体層２０は、ｐｉｎダイオード構造を有し、真性半導体層を活性層としてその上下を半導体多層膜からなるミラー層で狭持することにより垂直共振器を構成する。また、半導体層２０は、垂直共振器での発振モードを制御するための柱状部２２を含んで構成される。柱状部２２は、必要に応じて絶縁層３０で埋め込まれる。また、半導体層２０には、電流狭窄構造を含んでいてもよい。
【００２７】
また、面発光レーザ１００には、半導体層２０上部の出射面上にマイクロレンズ５０が設けられている。面発光レーザ１００は、半導体層２０で発生したレーザ光の光学特性がマイクロレンズ５０で調整されて出射光Ｐｏｕｔを素子外部に出射する。すなわち、本実施の形態の面発光レーザアレイは、複数の面発光レーザ１００のそれぞれが、マイクロレンズ５０によりチップ間の特性差が低減されるように形成されており歩留まりが高い。以下に、本実施の形態の面発光レーザレイの製造工程の一例を図３〜図６を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、図３に示すように、基板１０に複数の面発光レーザ１００をアレイ状に形成する。半導体層２０は、例えば、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法などのエピタキシャル成長法により形成することができる。柱状部２２は、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングを行って形成することができる。ｎ型電極４２及びｐ型電極４４は、例えば、真空蒸着法により基板１０や半導体層２０とオーミック接触するように形成される。
【００２９】
次に、形成された面発光レーザ１００の光学特性、たとえば、放射角の計測を公知の方法により行う。そして、計測された放射角を基に、あらかじめ作成しておいた検量情報から、マイクロレンズを形成するために、必要な前駆体溶液の滴下量を決定する。
【００３０】
本実施の形態において、検量情報とは、マイクロレンズのない面発光レーザの放射角と、マイクロレンズを形成した後の面発光レーザの放射角と、そのマイクロレンズの形成に要した前駆体液の滴下量とを、グラフに示したものである。これらの対応関係が明らかになっていれば、単にマイクロレンズがない面発光レーザの放射角を計測するだけで、マイクロレンズ形成後の面発光素子の出射光の放射角が所望の値になるためにはどれだけの前駆体溶液を滴下すれば足りるかを決定することができる。
【００３１】
次に、上記検量情報と、この検量情報を用いて必要な滴下量の決定方法の具体的な例について説明する。図４は、活性層の発光領域の直径が８μｍである面発光レーザサンプルを用いた時の、マイクロレンズ形成前後の放射角と、マイクロレンズの形成に要した滴下量を示す。図４では、縦軸は、面発光レーザサンプルの放射角を示し、横軸は、１ドットの体積が約１．６ｐｌのときの滴下回数を示す。なお、この検量情報を得るための放射角の計算は、光線追跡法により行われた。図４からも分かるように、この検量情報によると、マイクロレンズ形成前の放射角によって、所望の放射角の面発光レーザをえるために必要な滴下量がそれぞれ異なる。
【００３２】
そして、たとえば、マイクロレンズ形成後の面発光レーザの放射角を２２ｄｅｇに合わせたい場合において、計測された放射角が２８ｄｅｇであれば８ドット（１２．８ｐｌ）、２４ｄｅｇであれば７ドット（１１．２ｐｌ）、２２ｄｅｇであれば、６ドット（９．６ｐｌ）滴下する必要があることが決定される。
【００３３】
次に、図５に示すように、先の工程で決定された滴下量の前駆体溶液５０´を、面発光レーザ１００の出射面４６の上に滴下する。硬化樹脂材料としては、熱硬化型、紫外線硬化型、電子線硬化型など各種の材料を用いることができる。本実施の形態では、その一例として紫外線硬化型の樹脂材料を用いた場合について説明する。また、前駆体溶液５０は、例えば、インクジェットヘッドやディスペンサなどを用いて滴下することができる。本実施の形態では、インクジェットヘッド２１０を用いている。インクジェットヘッド２１０は、前駆体溶液５０´の単位滴下量を変更可能であることが好ましい。これは、各面発光素子１００によって滴下量が異なることがあるが、光学特性の計測結果に応じてインクジェットヘッド２１０からの溶液の単位滴下量を変更することができれば、フレキシブルに単位滴下量を変更して少ない工程数でマイクロレンズ５０の形成を早期に完了させることができるためである。また、ピエゾ素子を有するインクジェットヘッド２１０を用いる場合には、単位滴下量を変える際に、各面発光レーザ１００ごとに駆動波形を変えることで、これを実現することができる。
【００３４】
また、単位滴下量の他に、滴下回数を制御して、各面発光レーザ１００の決定された滴下量を充足するよう滴下することもできる。
【００３５】
次に、図６に示すように、面発光レーザ１００のそれぞれの出射面４６に形成された前駆体溶液５０´に対して紫外線照射装置２２０を用いて紫外線２２２を照射し、樹脂材料を硬化させる。これにより基板１０上の全ての面発光レーザ１００にマイクロレンズ５０が形成される。
【００３６】
このようにして、マイクロレンズの形成に要する硬化性樹脂の前駆体溶液５０´の滴下量を調整することで、それぞれの光学特性が所望の範囲内にある面発光レーザ１００からなる面発光レーザアレイが製造される。つまり、樹脂の形状及び屈折率、熱伝導率、透過率によってＶＣＳＥＬの光出力や放射角特性、発振波長を変化させることができるため、樹脂の形状、及び材料を適切に選ぶことで面発光レーザの諸特性を目的とする範囲に制御することが可能になるのである。
【００３７】
また、本実施の形態の製造方法において、光学特性は、出射光の放射角であることが好ましいが、特にこれに限定されず、発振波長やその他の特性またはこれらを組合せて、光学特性を計測し、その計測結果に基づき、検量情報を作成して、実際のマイクロレンズの形成に必要な滴下量の決定をすることもできる。
【００３８】
なお、図３〜６中記述の実施例では光出射面４６上だけにマイクロレンズ５０が形成されているが、マイクロレンズ５０と出力光Ｐｏｕｔの光軸が一致さえしていれば、光出射口４６を超えて電極４４上にマイクロレンズ５０が形成されても構わない。
【００３９】
本実施の形態の面発光素子アレイの製造方法によれば、面内での素子特性のばらつきが少ない面発光素子アレイを形成することができる。これは、マイクロレンズ形成前後の面発光素子の放射角とマイクロレンズの形成に要する前駆体の滴下量との対応関係についての知見をあらかじめ得ておくことで、形成工程では、各面発光素子の光学特性を測定し、それぞれの特性に応じて、所望のマイクロレンズを得るために必要な滴下量を決定することができるためである。
【００４０】
従来においては、上述したチップ間の光学特性のばらつきを抑えるために、ウェハ面内ばらつきを生むプロセスの改善によって特性の均一化が図られてきた。ＶＣＳＥＬにおいては、半導体多層膜を積層するエピタキシャル成長の均一性や共振器のメサ径、あるいは電極開口径の均一化等が面内の特性均一化には重要となってくる。もちろんこうしたプロセス要因によるばらつきの排除は重要であり効果的であるには他ならない。
【００４１】
ただし、こうしたプロセスの安定化には、より精度の高い装置が必要となり、巨額の設備投資を必要とする。ＶＣＳＥＬの共振器径１つをとってみても、コーターのレジスト膜厚の均一性、アライナーの照度の均一性、レジスト現像のためのデベロッパーの均一性、ドライエッチャーのエッチングレートの均一性などいくつかの装置の安定性によってウェハ面内の均一性が成し得る。これらの全ての装置を精度の高いものにするには、巨額の設備投資を必要とし、また、各々の装置における条件出し等の労力も必要となり、デバイスの大幅なコストアップは免れない。
【００４２】
しかし、上述したように、本実施の形態では、あらかじめ所定の検量情報を得ておくことで、マイクロレンズ形成後の各面発光素子の特性が所望の範囲の特性を示すように、マイクロレンズの形成を制御できることになる。その結果、高価な製造装置を用意する必要なく、より簡易な工程で、面内の素子特性のばらつきが低減した面発光素子アレイを形成することができる。また歩留まりなど生産性の点においても有用性が高い。
【００４３】
なお、本実施の形態は、上述の実施の形態に限定されることはなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、本発明は面発光レーザアレイの製造方法に適用した場合を例示したが、これに限定されることなく、アレイ上になっていない面発光素子の形成にも適用できる。この場合には、マイクロレンズの形成工程を適宜調整できることで、所望のマイクロレンズを有する面発光レーザ（本発明にかかる光素子の一例）を形成することができるという利点を有する。具体的には、樹脂の形状及び屈折率、熱伝導率、透過率によってＶＣＳＥＬの光出力や放射角特性、発振波長を変化させることができるため、樹脂の形状、及び材料を適切に選ぶことで所望の特性を有する面発光レーザを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本実施の形態にかかる面発光レーザアレイを示す断面図。
【図２】本実施の形態にかかる面発光レーザアレイを示す外観図。
【図３】本実施の形態にかかる面発光レーザアレイの形成方法の一工程を示す図。
【図４】本実施の形態かかる面発光レーザアレイの形成方法で用いられる検量情報の一例を示す図。
【図５】本実施の形態にかかる面発光レーザアレイの形成方法の一工程を示す図。
【図６】本実施の形態にかかる面発光レーザアレイの形成方法の一工程を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１０…基板、  ２０…半導体層、  ２２…柱状部、  ３０…絶縁層、  ４２…ｎ型電極、  ４４…ｐ型電極、  ４６…出射面、  ５０…マイクロレンズ、  ５０´…前駆体溶液、  １００…面発光レーザ、  １５０…ウェハ、  ２１０…インクジェットヘッド、  ２２０…紫外線照射装置、  ２２２…紫外線
【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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