(57)【要約】【課題】レンズの大きさを任意に形成し、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  基板の表面に形成されている電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上の基板の裏面に、基板開口部を有する凹部が形成されており、また、当該光路上に層開口部を有する層が形成されている。当該凹部の内部及び当該層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材を形成する。【選択図】  図１
2006173168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に電気光学素子が形成され、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上にある裏面に基板開口部を備えた凹部を有する基板と、
前記光路上の前記基板の裏面に層開口部を有する層と、
前記凹部の内部及び前記基板の裏面側に凸状に形成されている、前記層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材と、を有する電気光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の電気光学素子であって、
前記層開口部は、前記基板開口部の面積よりも小さく、かつ前記基板開口部内に含まれるように形成されている電気光学素子。
【請求項３】
表面に電気光学素子が形成され、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上にある裏面に基板開口部を備えた凹部を有する基板と、
前記基板開口部の周囲に環状に形成されている層と、
前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に、前記層の外形で規定される大きさで前記層上に形成されている光学部材と、を有する電気光学素子。
【請求項４】
電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面に、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部を有する層を形成する層形成工程と、
前記光路上に、前記層開口部を介して凹部を形成する凹部形成工程と、
前記マスク開口部から前記凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に前記層開口部の壁面で規定される大きさを有する前記光学部材を形成する光学部材形成工程と、を有する電気光学素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電気光学素子の製造方法であって、
前記層形成工程は、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面に、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部にレジストを残すように、前記レジストをパターン形成するレジストパターン形成工程と、
前記基板の裏面全体にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、
前記レジスト上に形成されている前記層を、前記レジストと共に剥離することにより前記層をパターン形成して、前記層開口部を形成する層開口部形成工程と、を有する電気光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の光機能素子の製造方法であって、
前記凹部形成工程において、前記層開口部は、前記凹部が有する基板開口部よりも小さく、かつ前記基板開口部内に含まれるように形成する電気光学素子の製造方法。
【請求項７】
電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面全体に、層を形成する層形成工程と、
前記層を加工して、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に層開口部を形成する層開口部形成工程と、
前記層をマスクにして、前記基板の裏面の前記光路上に基板開口部を有する凹部を形成する凹部形成工程と、
少なくとも前記基板開口部の周囲に環状に前記層を残すように加工する層加工工程と、
前記層開口部から前記凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に、前記層の外形で規定される大きさで前記層上に形成されている前記光学部材を形成する光学部材形成工程と、を有する電気光学素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気光学素子を有する光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学素子の発光面または受光面等の光路上に、レンズ等の光学部材を形成した電気光学素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気光学素子が面発光型発光素子の場合、当該面発光型発光素子を用いた光モジュール等に使用する際、光路を一定にするために、面発光型発光素子から放射される光の放射角を小さくしたいという要求がある。一方、電気光学素子がフォトダイオード等の受光機能を有する素子においても、光モジュールの特性を安定させるために、光を受光するための受光径を絞り込みたいという要求がある。
【０００３】
また、電気光学素子の実装において、フリップチップボンディング法等を用いた、ワイヤを使用しない半田バンプを用いた実装方法を用いたい場合がある。この場合、電気光学素子の発光機能または受光機能といった光機能を、電気光学素子が形成されている半導体基板の面（以下「表面側」という）と反対側の面（以下「裏面側」という）に有することが望まれる。
【０００４】
上記２つの課題を解決するために、特許文献１は、電気光学素子が形成されている半導体基板の裏面側にビアホールを形成し、その中に光学素子としてのレンズを樹脂等を用いて形成している。この構造を有することにより、発光面または受光面からの光路長を基板の厚さだけ長くすることができ、放射角を小さくする、または受光径を小さくする効果があり、さらにレンズを形成することにより、さらに効果を高めている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５３５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、光モジュールの光学特性をさらに高めるために光の放射角をさらに小さくしたい、または受光径をさらに小さくしたいという要求が出てきた場合、特許文献１では、光学素子としてのレンズの形状がビアホールの径等で決まってしまうため、当該要求に対応できない場合がある。すなわち、特許文献１では、光学素子としてのレンズの形状の自由度が少ないという課題がある。
【０００７】
本発明の目的は、レンズの大きさを任意に形成し、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る電気光学素子は、表面に電気光学素子が形成され、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上にある裏面に基板開口部を備えた凹部を有する基板と、前記光路上の前記基板の裏面に層開口部を有する層と、前記凹部の内部及び前記基板の裏面側に凸状に形成されている、前記層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材とを有することを要旨とする。
【０００９】
本発明に係る電気光学素子によれば、基板の表面に形成されている電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上の基板の裏面に、基板開口部を有する凹部が形成されており、また、当該光路上に層開口部を有する層が形成されている。当該凹部の内部及び当該層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材を形成することから、凹部が有する基板開口部の大きさではなく、層開口部の大きさに応じた光学部材を形成することができる。すなわち、層開口部を所望の大きさに形成することにより、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子が得られる。
【００１０】
また、本発明に係る電気光学素子は、上記に記載の電気光学素子であって、前記層開口部は、前記基板開口部の面積よりも小さく、かつ前記基板開口部内に含まれるように形成されていることを要旨とする。
【００１１】
本発明に係る光機能素子によれば、基板開口部よりも光学素子の径を小さくしたい場合には、層開口部を当該基板開口部よりも小さくすることにより、対応することができる。
【００１２】
また、本発明に係る電気光学素子は、表面に電気光学素子が形成され、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上にある裏面に基板開口部を備えた凹部を有する基板と、前記基板開口部の周囲に環状に形成されている層と、前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に、前記層の外形で規定される大きさで前記層上に形成されている光学部材とを有することを要旨とする。
【００１３】
本発明に係る光機能素子によれば、基板の表面に形成されている電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上の基板の裏面に、基板開口部を有する凹部が形成されておりまた、当該基板開口部の周囲に環状に層が形成されている。当該凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に、層の外形で規定される大きさで層上に光学部材を形成することから、凹部が有する基板開口部の大きさではなく、層開口部の外形で規定される大きさに応じた光学部材を形成することができる。すなわち、層開口部の外形を所望の大きさに形成することにより、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子が得られる。
【００１４】
また、本発明に係る電気光学素子の製造方法は、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面に、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部を有する層を形成する層形成工程と、前記光路上に、前記層開口部を介してウェットエッチングすることにより凹部を形成する凹部形成工程と、前記マスク開口部から前記凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に前記層開口部の壁面で規定される大きさを有する前記光学部材を形成する光学部材形成工程とを有することを要旨とする。
【００１５】
本発明に係る電気光学素子の製造方法によれば、層形成工程により、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面に、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部を有する層を形成し、凹部形成工程により、当該光路上に、当該層開口部を介してウェットエッチングすることにより凹部を形成し、光学素子形成工程により、マスク開口部から凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、凹部の内部、及び基板の裏面側に凸状に層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材を形成することから、凹部が有する基板開口部の大きさではなく、層開口部の大きさに応じた光学部材を形成することができる。すなわち、層開口部を所望の大きさに形成することにより、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子が得られる。
【００１６】
また、本発明に係る電気光学素子の製造方法は、上記に記載の方法であって、前記層形成工程は、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面に、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部にレジストを残すように、前記レジストをパターン形成するレジストパターン形成工程と、前記基板の裏面全体にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、前記レジスト上に形成されている前記層を、前記レジストと共に剥離することにより前記層をパターン形成して、前記層開口部を形成する層開口部形成工程とを有する。
【００１７】
本発明に係る光機能素子の製造方法によれば、レジストパターン形成工程により、電気光学素子が形成されている基板の裏面に、当該電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部にレジストを残すようにレジストをパターン形成し、層形成工程により、基板の裏面全体に層を形成し、層開口部形成工程により、レジスト上に形成されている層を当該レジストと共に剥離することにより、層をパターン形成して層開口部を形成し、凹部形成工程により、当該光路上に、当該層開口部を介してウェットエッチングすることにより凹部を形成し、光学素子形成工程により、マスク開口部から凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、凹部の内部、及び基板の裏面側に凸状に層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材を形成することから、凹部が有する基板開口部の大きさではなく、層開口部の大きさに応じた光学部材を形成することができる。すなわち、層開口部を所望の大きさに形成することにより、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子が得られる。
【００１８】
また、本発明に係る電気光学素子の製造方法は、上記記載の電気光学素子の製造方法であって、前記凹部形成工程において、前記層開口部は、前記凹部が有する基板開口部よりも小さく、かつ前記基板開口部内に含まれるように形成することを要旨とする。
【００１９】
本発明に係る光機能装置の製造方法によれば、基板開口部よりも光学素子の径を小さくしたい場合には、層開口部を当該基板開口部よりも小さくすることにより、対応することができる。
【００２０】
また、本発明に係る電気光学素子の製造方法は、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面全体に、層を形成する層形成工程と、前記層を加工して、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に層開口部を形成する層開口部形成工程と、前記層をマスクにして、前記基板の裏面をエッチングして前記光路上に基板開口部を有する凹部を形成する凹部形成工程と、前記基板開口部に環状に前記層を残すように加工する層加工工程と、前記層開口部から前記凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に、前記層の外形で規定される大きさで前記層上に形成されている前記光学部材を形成する光学部材形成工程とを有することを要旨とする。
【００２１】
本発明に係る光機能素子の製造方法によれば、層形成工程により、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面全体に層を形成し、層開口部形成工程により、層を加工して前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に層開口部を形成し、凹部形成工程により、基板の裏面をエッチングして当該光路上に基板開口部を有する凹部を形成し、層加工工程により、基板開口部の周囲に環状に層を残すように加工し、光学素子形成工程により、層開口部から凹部の内部に光学部材の材料を注入して、当該凹部の内部及び基板の裏面側に凸状に、当該層の外形で規定される大きさで光学素子を形成することから、凹部が有する基板開口部の大きさではなく、層開口部の外形で規定される大きさに応じた光学部材を形成することができる。すなわち、層開口部の外形を所望の大きさに形成することにより、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子が得られる。
【００２２】
また、本発明は、上記に記載の電気光学素子を利用して、光伝送モジュールとして利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図３を用いて説明する。
図１は、第１実施形態で得られる光学部材を有する電気光学素子の模式断面図を示す。本実施形態における電気光学素子は、フリップチップボンディング実装等、ワイヤを用いない実装をする場合に有効である。その場合、光を電気光学素子を形成する基板の裏面側から放出させるような構造に形成することが望ましい。以下、電気光学素子の構造について説明する。
図１（ａ）では、光学部材２０としてレンズを有する電気光学素子１が発光素子の１つとしての面発光型発光素子の場合を示しており、図１（ｂ）ではレンズ２０を有する電気光学素子２が受光素子の１つとしてのフォトダイオードの場合を示している。
【００２４】
図１（ａ）について説明する。面発光型発光素子５は、基板としてＧａＡｓ基板１０を用いている。ここで、同図では、ＧａＡｓ基板１０の上側を基板の裏面とし、下側を表面とする。ＧａＡｓ基板１０の表面全体には、第１ミラー層１１が形成されている。第１ミラー層１１は、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した複数のペアの分布型多層膜として形成されている。第１ミラー層１１上には、ＧａＡｓウェル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層が形成されている。バリア層の上には、活性層１２が、ウェル層が３層で構成される量子井戸構造に形成されている。活性層１２の上には、第２ミラー層１３が形成されている。第２ミラー層１３は、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した複数のペアの分布型多層膜として形成されている。第２ミラー層は、第１ミラー層よりも薄く形成されている。
【００２５】
第１ミラー層１１、活性層１２及び第２ミラー層１３を、エッチング等の加工することにより、これら３層が柱状に形成されている。また、活性層１２に接する第２ミラー層１３の一部が酸化等の加工手段により、側面側から内側の一部にかけて、電流狭窄層１４が形成されている。なお、電流狭窄層１４の形成領域を制御することにより、活性層１２等の電流密度を制御することができる。柱状に形成されている上記の３層の側面には、絶縁層１５が形成されている。絶縁層１５は、ポリイミド樹脂を用いている。ポリイミド樹脂は、絶縁性、埋め込み特性等の加工特性及び耐熱性に優れている材料だからである。
【００２６】
第２ミラー層１３及び絶縁層１５の上には、カソード電極１６が形成されている。カソード電極１６は、ＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜を用いている。また、絶縁層１５が形成されていない、第１ミラー層１１上の一部にアノード電極１７が形成されている。アノード電極１７は、ＡｕとＺｎとの合金とＡｕの積層膜を用いている。また、ＧａＡｓ基板１０の裏面側から第１ミラー層１１の近傍までの深さで、基板開口部１９ａを有する凹部１９が形成されている。凹部１９の底面部１９ｂは、電流狭窄層１４が形成されていない活性層１２のほぼ中央に配置されるように形成されている。面発光型発光素子５の発光面は、電流狭窄層１４が形成されていない活性層１２となるからである。すなわち、凹部１９は、発光面からの光路上に形成されている。ＧａＡｓ基板１０の裏面には、層としての金属層１８が形成されている。金属層１８は、層開口部１８ａを有し、凹部１９の基板開口部１９ａよりも小さく形成されている。
【００２７】
光学部材としてのレンズ２０は、凹部底面部１９ｂから基板開口部１９ａまでの基板内レンズ２０ａと、層開口部１８ａの層壁部１８ｂに接するように形成された凸状レンズ２０ｂとを有する。
【００２８】
上記のレンズ２０を有する面発光型発光素子１では、カソード電極１６及びアノード電極１７に半田バンプを形成し、実装したい基板に直接実装することができる。カソード電極１６とアノード電極１７に電圧を印加することにより、活性層１２で正孔と電子が結合することにより光を放出する。光は、第１ミラー層１１を通り、レンズ２０を経て外部に放出される。レンズ２０は、活性層１２から放出される光の放出角を小さくする。したがって、光モジュール等のデバイスを作製する際に受光素子との光軸合わせが容易になる。
【００２９】
次に、図１（ｂ）について説明する。フォトダイオード６は、基板としてＧａＡｓ基板１０を用いている。ＧａＡｓ基板１０の表面全体には、ミラー層２１が形成されている。ミラー層２１は、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した複数のペアの分布型多層膜として形成されている。ミラー層２１の上には、光吸収層２２が形成されている。光吸収層２２は、不純物が導入されていないＧａＡｓ層により形成されている。光吸収層２２の上には、コンタクト層２３が形成されている。コンタクト層２３は、ｐ型のＧａＡｓ層により形成されている。
【００３０】
ミラー層２１、光吸収層２２及びコンタクト層２３を、エッチング等の加工をすることにより、これら３層が柱状に形成されている。柱状に形成されている上記の３層の側面には、絶縁層２４が形成されている。絶縁層２４は、ポリイミド樹脂を用いている。ポリイミド樹脂は、絶縁性、埋め込み特性等の加工特性及び耐熱性に優れている材料だからである。
【００３１】
ミラー層２１及び絶縁層２４の上には、カソード電極２５が形成されている。カソード電極２５は、ＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜を用いている。
【００３２】
また、絶縁層２４が形成されていない、ミラー層２１上の一部にアノード電極２６が形成されている。アノード電極２６は、ＡｕとＺｎとの合金とＡｕの積層膜を用いている。
【００３３】
また、ＧａＡｓ基板１０の裏面側から第１ミラー層１１の近傍までの深さで、基板開口部１９ａを有する凹部１９が形成されている。凹部１９の底面部１９ｂは、光吸収層２２のほぼ中央に配置されるように形成されている。フォトダイオード６の受光面は、光吸収層２２だからである。すなわち、凹部１９は、受光面の光路上に形成されている。ＧａＡｓ基板１０の裏面には、層としての金属層１８が形成されている。金属層１８は、層開口部１８ａを有し、凹部１９の基板開口部１９ａよりも小さく形成されている。
【００３４】
光学部材としてのレンズ２０は、図１（ａ）での面発光型発光素子５の場合と同様に形成されている。
【００３５】
上記のレンズ２０を有するフォトダイオード２も、面発光型発光素子１の場合と同様に、カソード電極１６及びアノード電極１７に半田バンプを形成し、実装したい基板に直接実装することができる。カソード電極１６とアノード電極１７に電圧を印加することにより、光吸収層２２に光が入射されると、その内部で正孔と電子が発生し、正孔はカソード電極２５側へ、電子はアノード電極２６側に移動することにより光電流が発生する。この光電流を検出することにより、入射した光の特性を把握することができる。
【００３６】
次に、光学部材としてレンズを有する電気光学素子の製造方法について説明する。ここでは、電気光学素子として、面発光型発光素子５を例にして説明する。
【００３７】
図２（ａ）は、面発光型発光素子５が形成されているＧａＡｓ基板１０を示す。面発光型発光素子５は、図１（ａ）で説明した構造を有する。
【００３８】
次に、図２（ｂ）〜図３（ａ）を用いて層形成工程について説明する。層形成工程は、レジストパターン形成工程、ハードマスク形成工程及び層開口部形成工程を有する。以下、順に説明する。
【００３９】
図２（ｂ）は、レジストパターン形成工程を示す。ＧａＡｓ基板１０の面発光型発光素子５が形成されていない裏面側に、フォトレジスト２７を全面に塗布し、フォトリソグラフィー法により、フォトレジストのパターン形成を行う。フォトレジスト２７を残す領域は、層開口部（図３（ａ）参照）を形成する領域である。
【００４０】
図２（ｃ）は、ハードマスク形成工程を示す。本実施形態では、ハードマスクとして金属層１８を蒸着法やスパッタリング法等によりＧａＡｓ基板１０の裏面全体に形成する。金属層１８は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＡｕＧｅ等を用いることができる。また、ハードマスクは、金属層の他に窒化シリコン層や酸化シリコン層等の絶縁膜を用いることもできる。
【００４１】
図３（ａ）は、層開口部形成工程を示す。層開口部１８ａの形成は、リフトオフ法によって行う。すなわち、フォトレジスト２７を剥離することにより、フォトレジスト２７上に形成されている金属層１８等の層を除去する。層開口部１８ａは、面発光型発光素子５の発光面、すなわち活性層１２から放出される光路上に形成される。また、層開口部１８ａの開口領域はフォトレジスト２７のパターンによって決定することができる。したがって、レジストパターン形成工程でのマスクパターン等の条件により、フォトレジスト２７のパターン形状及び領域を、ある程度自由に設定することができることから、層開口部１８ａの開口領域を自由に設定することができる。
【００４２】
図３（ｂ）は、凹部形成工程を示す。凹部１９の形成は、ウェットエッチング法によって行われる。ウェットエッチングは、ＧａＡｓ基板１０は、エッチングするが層１８はエッチングされない薬液を使用する。ウェットエッチングは、等方的にＧａＡｓ基板１０をエッチングするので、凹部１９の断面は同図に示すようなテーパ形状となる。すなわち、基板開口部１９ａの開口領域の方が、凹部底面部１９ｂよりも大きい形状となる。また、金属層１８をエッチングしない条件であるので、基板開口部１９ａの開口領域を同図のように層開口部１８ａよりも大きくすることができる。
【００４３】
なお、層開口部１８ａと同等の大きさの基板開口部１９ａを有する凹部１９を形成する場合には、上記のウェットエッチング法で形成する方法の他に、ドライエッチング法で形成することもできる。
【００４４】
図３（ｃ）は、光学部材形成工程を示す。光学部材としてのレンズ２０は紫外線硬化樹脂を使用する。まず、金属層１８の表面に撥水化処理をする。次に、液状の紫外線硬化樹脂を液滴吐出法またはディスペンサ法を用いて、凹部１９内にレンズ前駆体３０ａを形成する。さらに紫外線硬化樹脂の注入を行い、金属層１８よりも凸状にレンズ前駆体３０ｂを形成する。このとき、レンズ前駆体３０ｂは、層開口部１８ａの層壁部１８ｂの壁面に規定された大きさに形成される。その後、レンズ前駆体３０ａ及び３０ｂに紫外線を照射することにより、紫外線硬化樹脂を硬化させてレンズ２０を形成する。このようにして、図１（ａ）に示したレンズ２０を有する面発光型発光素子１が得られる。
【００４５】
ここで、紫外線硬化樹脂は一般に、プレポリマー、オリゴマー、及びモノマーのうち少なくとも１種と光重合開始剤とを有する。紫外線硬化型樹脂のうち、粘度の選択性の広さを考慮すると、アクリル系樹脂を用いるのが好ましい。紫外線硬化型アクリル系樹脂の具体例としては、エポキシアクリレート類、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、ポリエートアクリレート類、スピロアセタール系アクリレート類などのアクリレート類等が利用できる。また、エポキシメタクリレート類、スピロアセタール系メタクリレート類、ポリエステルメタクリレート類、ポリエーテルメタクリレート類等のメタクリレート類等も利用できる。
【００４６】
また、レンズ２０の材料として、紫外線硬化樹脂の他に、ポリイミド系の樹脂、アクリル系の樹脂を用いることもできる。この場合、樹脂をレンズ２０にするために、熱処理等を行う。
【００４７】
なお、基板内レンズ２０ａと凸状レンズ２０ｂとを形成する場合において、プロセス上またはレンズ２０の光学特性上、それぞれ別の材料等で形成してもよい。
【００４８】
面発光型発光素子５の活性層１２から放出される光の放出角を小さくするためには、レンズ２０の曲率半径を小さくすることが有効な手段である。レンズ２０の曲率は、紫外線硬化樹脂の表面張力、基板の濡れ性と、層開口部１８ａの開口領域等により決定される。層開口部１８ａの開口領域は、上記に説明したように、ある程度自由に設定することができる。したがって、液状の紫外線硬化樹脂の粘度を変えることができない場合でも、層開口部１８ａの開口領域の大きさを変えることができることから、レンズ２０の曲率を変えることができる。特に、基板開口部１９ａよりも小さな開口径でレンズを形成する必要がある場合には、有効な方法である。したがって、所望の光放出角で発光させることができる面発光型発光素子１を得ることができる。
【００４９】
また、本実施形態で説明した電気光学素子は、面発光型発光素子１であるが、フォトダイオード２でも同様にレンズ２０を形成することができる。この場合、レンズ２０の曲率を変えられることから、入射光を収束させて、受光面である光吸収層２２に効率的に光を入射させることができる。したがって、受光効率の高いフォトダイオード２を得ることができる。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図４〜６を用いて説明する。
図４は、第２実施形態で得られる光学部材を有する電気光学素子の模式断面図を示す。図４（ａ）では、光学部材２０としてレンズを有する電気光学素子１が発光素子の１つとしての面発光型発光素子の場合を示しており、図４（ｂ）ではレンズ２０を有する電気光学素子２が受光素子の１つとしてのフォトダイオードの場合を示している。ここで、面発光型発光素子５及びフォトダイオード６の構造は、第１実施形態と同様である。第１実施形態の相違点は、光学部材としてのレンズ４０の構造であるので、レンズ４０について、面発光型発光素子５を用いて説明する。なお、レンズ４０の構造は、フォトダイオード６でも同様である。また、レンズ４０を形成した面発光型発光素子１またはフォトダイオード２の作用効果についても、第１実施形態とほぼ同様である。
【００５１】
光学部材としてのレンズ４０の構造について、図４（ａ）を用いて説明する。
ＧａＡｓ基板１０には、基板開口部４１ａを有する凹部４１が形成されている。基板開口部４１ａの周囲には、環状に形成されている層４０を有している。
【００５２】
光学部材としてのレンズ４２は、凹部４１の内部から基板開口部１９までの基板内レンズ４２ａと、層４０が形成されている径の大きさ４０ａと同等の大きさの径を有する凸状に形成されたレンズ４２ｂとを有する。
【００５３】
次に、光学部材としてレンズを有する電気光学素子の製造方法について説明する。ここでは、電気光学素子として、面発光型発光素子５を例にして説明する。
【００５４】
図５（ａ）は、層形成工程を示す。表面に面発光型発光素子５が形成されているＧａＡｓ基板１０の裏面全面に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等で、層４０としての酸化シリコン層または窒化シリコン層を形成する。なお、面発光型発光素子５は、図１（ａ）で説明した構造を有する。
【００５５】
図５（ｂ）は、層開口部形成工程を示す。ＧａＡｓ基板１０の裏面全面に形成されている層４０上に、フォトリソグラフィ法を用いて層開口部４０ａを形成する領域に開口部を有するフォトレジスト（図示せず）を形成する。次に、フォトレジストをマスクとして、ドライエッチング法を用いて層４０を除去して層開口部４０ａを形成する。その後、フォトレジストを剥離する。層開口部４０ａは、第１実施形態と同様に、面発光型発光素子５の発光面、すなわち活性層１２から放出される光路上に形成される。なお、層４０の除去は、ドライエッチング法の他に、ウェットエッチング法を用いることができる。
【００５６】
図５（ｃ）は、凹部形成工程を示す。凹部形成工程では、層４０をハードマスクとしてドライエッチング法を用いて、凹部４１を形成する。凹部４１が有する基板開口部４１ａの大きさは、ドライエッチング法で加工しているので、層開口部とほぼ同じ大きさを有する。
【００５７】
図６（ａ）は、層加工工程を示す。フォトリソグラフィ法により、フォトレジスト２７を凹部４１及び凹部４１近傍に残す層の部分にパターン形成する。その後、ドライエッチング法にて、層４０を除去する。これにより、層４０の外形の大きさ、すなわち層形成領域４０ａが決定される。
【００５８】
図６（ｂ）は、レジスト除去工程を示す。フォトレジスト２７を剥離した後に、凹部４１や層４０の表面に残存しているスカムをアッシングする。次に、ＧａＡｓ基板１０全体を洗浄することにより、フォトレジスト２７を完全に除去する。
【００５９】
図６（ｃ）は、光学部材形成工程を示す。光学部材としてのレンズ４２は第１実施形態と同様に、紫外線硬化樹脂を使用する。まず、ＧａＡｓ基板１０の裏面全体に撥水化処理をする。次に、液状の紫外線硬化樹脂を液滴吐出法またはディスペンサ法を用いて、凹部４１内にレンズ前駆体５０ａを形成する。さらに紫外線硬化樹脂の注入を行い、レンズ前駆体５０ｂを層４０の上まで形成する。ＧａＡｓ基板１０は、層４０の端部で液滴が保持されるので、レンズ前駆体５０ｂの大きさは層形成領域４０ａで決定される。その後、レンズ前駆体５０ａ及び５０ｂに紫外線を照射することにより、紫外線硬化樹脂を硬化させてレンズ４２を形成する。このようにして、図４（ａ）に示したレンズ４２を有する面発光型発光素子１が得られる。
【００６０】
ここで、層形成領域４０ａは、上記の層加工工程において、フォトレジストのパターンにより決定することができる。したがって、レジストパターン形成工程でのマスクパターン等の条件により、フォトレジスト２７のパターン形状及び領域を、ある程度自由に設定することができることから、層形成領域４０ａを自由に設定することができる。特に、本実施形態ではレンズ４２の大きさを凹部４１よりも大きく形成したい場合に有効である。
【００６１】
なお、基板内レンズ４２ａと凸状レンズ４２ｂとを形成する場合において、プロセス上またはレンズ４２の光学特性上、それぞれ別の材料等で形成してもよい。
【００６２】
本実施形態の効果は、第１実施形態の効果と同様である。すなわち、面所望の光放出角で発光させることができる面発光型発光素子１を得ることができ、また、受光効率の高いフォトダイオード２を得ることができる。
【００６３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
図７は、第１実施形態または第２実施形態で得られた電気光学素子１を用いた光伝送モジュールの断面図である。光伝送モジュール３００ａは、上記の面発光型発光素子１をアレイ化した面発光型発光素子アレイ１００と、上記のフォトダイオード２をアレイ化したフォトダイオードアレイ２００を対向するように配置している。また、面発光型発光素子アレイは、面発光型発光素子用送信回路を有する駆動基板１０２と、フォトダイオードアレイ２００はフォトダイオード用受信回路を有する駆動基板２０２と、それぞれ半田バンプ１０１、２０１で電気的に接続されている。
【００６４】
光伝送モジュールは３００ａでは、駆動基板１０２から印加した電圧によって、面発光型発光素子アレイ１００の各面発光型発光素子１から光が放出される。一方、駆動基板２０２から電圧によって、フォトダイオードアレイ２００の各フォトダイオード２は、受光した光を電流に変換する。
【００６５】
光伝送モジュール３００ａが有する面発光型発光素子アレイ１００は光の放出角を小さくするレンズ２０が形成され、一方のフォトダイオードアレイ２００にも、受光効率を高めるレンズ４２が形成されていることにより、光ファイバ等の光導波路を使用しなくても、光結合効率を良好にすることができる。したがって、光軸調整等の手間を削減させた光伝送モジュール３００ａを得ることができる。
【００６６】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について図８を用いて説明する。図８は、第１実施形態または第２実施形態で得られた電気光学素子１を用いた別な光伝送モジュールの断面図である。
【００６７】
光伝送モジュール３００ｂは、上記の面発光型発光素子アレイ１００と、上記のフォトダイオードアレイ２００と、一対のミラーデバイス４００とを有する。ここで、面発光型発光素子アレイ１００と、フォトダイオードアレイ２００とは、ともに同一面に並列して配置されている。面発光型発光素子アレイ１００は、同図では上方に光を放出するように配置され、第１のミラーデバイス４００ａがその光を反射するような位置に配置されている。一方、フォトダイオードアレイは、上方からの光を受光するように配置され、第１のミラーデバイス４００ａからの反射光をさらに第２のミラーデバイス４００ｂで反射し、その反射光を受光できる位置に配置されている。
【００６８】
この光伝送モジュール３００ｂにおいては、ミラーデバイス４００を可変にすることによって、面発光型発光素子アレイ１００から放出される光をフォトダイオードアレイ２００に受光させる場合とさせない場合とを調整できるようにする。これにより、ミラーデバイス４００を、光伝送モジュール３００ｂにおけるスイッチとして機能させることができる。
【００６９】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図９に示す。図９は、第１実施形態または第２実施形態で得られた電気光学素子１を用いた別な光伝送モジュールの断面図である。
【００７０】
光伝送モジュール３００ｃは、上記の面発光型発光素子アレイ１００と、フォトダイオードアレイ２００と、光ファイバ５００とを有する。ここで、面発光型発光素子アレイ１００の発光部と、フォトダイオードアレイ２００の受光部との間は光ファイバ５００で接続されている。発光部と受光部とを光ファイバ５００で接続するようにしたことによって、面発光型発光素子アレイ１００から放出される光の光結合効率を安定化させることができる。また、面発光型発光素子アレイ１００、フォトダイオードアレイ２００及び光ファイバ５００のそれぞれの光軸調整が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】（ａ）は、第１実施形態における、電気光学素子が面発光型発光素子の場合の光機能素子を示す模式断面図、（ｂ）は、電気光学素子がフォトダイオードの場合の光機能素子を示す模式断面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、光機能素子の製造工程を示す工程断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、光機能素子の製造工程を示す工程断面図。
【図４】（ａ）は、第２実施形態における、電気光学素子が面発光型発光素子の場合の光機能素子を示す模式断面図、（ｂ）は、電気光学素子がフォトダイオードの場合の光機能素子を示す模式断面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、光機能素子の製造工程を示す工程断面図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、光機能素子の製造工程を示す工程断面図。
【図７】第３実施形態における、光伝送モジュールの一例を示す断面図。
【図８】第４実施形態における、光伝送モジュールの一例を示す断面図。
【図９】第５実施形態における、光伝送モジュールの一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００７２】
１、３…レンズを有する面発光型発光素子、２、４…レンズを有するフォトダイオード、５…面発光型発光素子、６…フォトダイオード、１０…ＧａＡｓ基板、１１…第１ミラー層、１２…活性層、１３…第２ミラー層、１４…電流狭窄層、１５、２４…絶縁層、１６、２５…第１電極（カソード）、１７、２６…第２電極（アノード）、１８…層としての金属層、１８ａ…層開口部、１８ｂ…層壁部、１９、４１…凹部、１９ａ、４１ａ…基板開口部、１９ｂ、４１ｂ…凹部底面部、２０、４２…光学部材としてのレンズ、２０ａ、４２ａ…基板内レンズ、２０ｂ、４２ｂ…凸状レンズ、２１…ミラー層、２２…光吸収層、２３…コンタクト層、２７…マスクとしてのフォトレジスト、２８…液滴吐出装置、２９…レンズ前駆体、３０ａ、５０ａ…基板内レンズ前駆体、３０ｂ、５０ｂ…凸状レンズ前駆体、４０…層としてのハードマスク、４０ａ…ハードマスク形成領域、１００…面発光型発光素子アレイ、１０１、２０１…半田バンプ、１０２、２０２…駆動基板、１０３、２０３…ミラーデバイス、２００…フォトダイオードアレイ、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ…光伝送モジュール、５００…光ファイバ。
【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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