(57)【要約】【課題】光軸のずれが発生することのない半導体発光素子と一体化されたマイクロレンズを有するマイクロレンズ付発光素子を提供することである。【解決手段】このマイクロレンズ付発光素子は、半導体レーザ１０と、半導体レーザ１０と一体化され、半導体レーザ１０から発光される光を用いて形成されるカルコゲナイトガラス膜１１からなるマイクロレンズとを備えている。【選択図】図４
2004072004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子と一体化され、前記半導体発光素子から発光される光を用いて形成されたマイクロレンズとを備えた、マイクロレンズ付発光素子。
【請求項２】
前記マイクロレンズは、カルコゲナイトガラスおよび光反応性有機物のうちのいずれかの感光性材料からなる、請求項１に記載のマイクロレンズ付発光素子。
【請求項３】
前記マイクロレンズは、凸形状および凹形状のいずれかの形状を有するマイクロレンズを含む、請求項１または２に記載のマイクロレンズ付発光素子。
【請求項４】
前記マイクロレンズは、屈折率分布型のマイクロレンズを含む、請求項１または２に記載のマイクロレンズ付発光素子。
【請求項５】
前記マイクロレンズは、前記半導体発光素子からの楕円形状を有する発光スポットを円形に近づける機能を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロレンズ付発光素子。
【請求項６】
前記半導体発光素子は、複数の発光部を有し、前記複数の発光部の各々に対して前記マイクロレンズが形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロレンズ付発光素子。
【請求項７】
半導体発光素子の発光面側に感光性材料を形成する工程と、
前記半導体発光素子から発光される光を前記感光性材料に照射することにより前記感光性材料を反応させることによって、前記半導体素子と一体化されたマイクロレンズを形成する工程とを備えた、マイクロレンズ付発光素子の形成方法。
【請求項８】
半導体発光素子の発光面の近傍に感光性材料を配置する工程と、
前記半導体発光素子から発光される光を前記感光性材料に照射することにより前記感光性材料を蒸発させることによって、前記半導体素子と一体化された凸形状のマイクロレンズを形成する工程とを備えた、マイクロレンズ付発光素子の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロレンズ付発光素子およびその形成方法に関し、より特定的には、半導体発光素子と一体化されたマイクロレンズを有するマイクロレンズ付発光素子およびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信システムに用いられる光学レンズとして、数１０μｍ程度の小さな口径を有するマイクロレンズが知られている。このマイクロレンズは、光ファイバを伝達媒体とする光通信システムにおいて、半導体レーザや光ファイバのような光学部品を相互に効率的に結合するために用いられる。
【０００３】
従来では、半導体レーザなどの発光素子にマイクロレンズを組み合わせる場合、発光素子とは別個に作られたマイクロレンズ群を発光素子と組み合わせることによって、必要とされる光学特性を得ていた。しかしながら、このように発光素子とマイクロレンズ群とを別個に作ると、小型化が困難になるという不都合があった。また、マイクロレンズ群を発光素子と組み合わせる際に、１ミクロン程度の精度が要求される精密な光軸調整工程が必要であるという不都合もあった。
【０００４】
そこで、従来、特開２００１−２８４５６号公報などにおいて、半導体発光素子と一体化されたマイクロレンズを形成する技術が提案されている。この提案された技術では、半導体発光素子のクラッド層およびコンタクト層の一部をリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて加工することによって、フレネルレンズパターン（マイクロレンズ）を形成する。これにより、半導体発光素子と一体化されたフレネルレンズ部（マイクロレンズ）が形成されるので、光軸調整工程が不要になるとともに、小型化が可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の提案された構造では、半導体発光素子のクラッド層およびコンタクト層の一部をリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて加工することによってマイクロレンズを形成するため、リソグラフィ時にパターンニングずれが発生する可能性がある。このようにパターンニングずれが発生すると、光軸がずれる可能性があるという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、光軸のずれが発生することがない発光素子と一体化されたマイクロレンズを有するマイクロレンズ付発光素子を提供することである。
【０００７】
この発明のもう１つの目的は、光軸のずれが発生することがない発光素子と一体化されたマイクロレンズを有するマイクロレンズ付発光素子を容易に形成することが可能なマイクロレンズ付発光素子の形成方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面によるマイクロレンズ付発光素子は、半導体発光素子と、半導体発光素子と一体化され、半導体発光素子から発光される光を用いて形成されたマイクロレンズとを備えている。
【０００９】
この第１の局面によるマイクロレンズ付発光素子では、上記のように、半導体発光素子から発光される光を用いて形成されたマイクロレンズを設けることによって、マイクロレンズの形成時にマイクロレンズの光軸合わせが自動的に行われるので、マイクロレンズをリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する場合のようにパターニングの位置ずれに起因して光軸のずれが発生することもない。また、マイクロレンズを半導体発光素子と一体的に設けることによって、発光源の小型化を図ることができる。
【００１０】
上記第１の局面によるマイクロレンズ付発光素子において、好ましくは、マイクロレンズは、カルコゲナイトガラスおよび光反応性有機物のうちのいずれかの感光性材料からなる。このように構成すれば、半導体発光素子からの光を上記の感光性材料に照射することによって、容易に、マイクロレンズを形成することができる。
【００１１】
上記の場合、マイクロレンズは、凸形状および凹形状のいずれかの形状を有するマイクロレンズを含んでいてもよいし、屈折率分布型のマイクロレンズを含んでいてもよい。
【００１２】
上記の場合、好ましくは、マイクロレンズは、半導体発光素子からの楕円形状を有する発光スポットを円形に近づける機能を有する。このように構成すれば、端面発光型レーザなどのような楕円形状を有する発光スポットを有する半導体発光素子において、マイクロレンズを用いて、容易に、光ファイバのような円柱光学系に光を入射することができる。
【００１３】
上記の場合、好ましくは、半導体発光素子は、複数の発光部を有し、その複数の発光部の各々に対してマイクロレンズが形成されている。
【００１４】
この発明の第２の局面によるマイクロレンズ付発光素子の形成方法は、半導体発光素子の発光面側に感光性材料を形成する工程と、半導体発光素子から発光される光を感光性材料に照射することにより感光性材料を反応させることによって、半導体素子と一体化されたマイクロレンズを形成する工程とを備えている。
【００１５】
この第２の局面によるマイクロレンズ付発光素子の形成方法では、半導体発光素子の発光面側に感光性材料を形成した後、半導体発光素子から発光される光を感光性材料に照射することにより感光性材料の光照射部を反応させることによって、容易に、半導体発光素子と一体化されたマイクロレンズを形成することができる。その結果、発光源の小型化を図ることができる。また、マイクロレンズが装着される半導体発光素子からの光を用いてマイクロレンズを形成することによって、マイクロレンズの形成時にマイクロレンズの光軸合わせが自動的に行われるので、マイクロレンズをリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する場合のようにパターニングの位置ずれに起因して光軸のずれが発生することもない。
【００１６】
この発明の第３の局面によるマイクロレンズ付発光素子の形成方法は、半導体発光素子の発光面の近傍に感光性材料を配置する工程と、半導体発光素子から発光される光を感光性材料に照射することにより感光性材料を蒸発させることによって、半導体素子と一体化された凸形状のマイクロレンズを形成する工程とを備えている。
【００１７】
この第３の局面によるマイクロレンズ付発光素子の形成方法では、半導体発光素子の発光面の近傍に発光性材料を配置した後、半導体発光素子から発光される光を感光性材料に照射することにより感光性材料を蒸発させることによって、容易に、半導体発光素子と一体化されたマイクロレンズを形成することができる。その結果、発光源の小型化を図ることができる。また、マイクロレンズが装着される半導体発光素子からの光を用いてマイクロレンズを形成することによって、マイクロレンズの形成時にマイクロレンズの光軸合わせが自動的に行われるので、マイクロレンズをリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する場合のようにパターニングの位置ずれに起因して光軸のずれが発生することもない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を説明するための断面図である。図１を参照して、この第１実施形態によるマイクロレンズ付発光素子では、発光層１０ａを有する端面発光型の半導体レーザ１０の発光端面に、カルコゲナイトガラス膜１１からなる屈折率分布型のマイクロレンズが一体的に形成されている。このマイクロレンズを構成するカルコゲナイトガラス膜１１は、約４μｍの膜厚を有するＡｓ２Ｓ３膜からなるとともに、屈折率の大きい光照射部１２を有する。なお、半導体レーザ１０は、本発明の「半導体発光素子」の一例であり、カルコゲナイトガラス膜１１は、本発明の「感光性材料」の一例である。
【００２０】
図２〜図４は、図１に示した第１実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。図２〜図４を参照して、以下に、第１実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成方法について説明する。
【００２１】
まず、図２に示すように、真空蒸着法を用いて、端面発光型の半導体レーザ１０の側端面に、Ａｓ２Ｓ３膜からなるカルコゲナイトガラス膜１１を約４μｍの膜厚で形成する。
【００２２】
この後、図３に示すように、半導体レーザ１０を駆動することによって、発光層１０ａからレーザ光１００を照射する。具体的には、約５０ｍＷ、約６６０ｎｍのレーザ光１００をカルコゲナイトガラス膜１１に約１０分間照射する。これにより、光重合反応および光誘起屈折率変化により、カルコゲナイトガラス膜１１の光照射部１２の屈折率が上昇する。
【００２３】
そして、半導体レーザ１０からカルコゲナイトガラス膜１１にレーザ光１００の照射を続けると、カルコゲナイトガラス膜１１の光照射部１２の屈折率の上昇の変化は飽和する。これにより、図４に示されるような、光照射部１２の屈折率が大きいカルコゲナイトガラス膜１１からなる屈折率分布型のマイクロレンズが形成される。
【００２４】
第１実施形態では、上記のように、半導体レーザ１０から発光されるレーザ光１００を感光性材料であるカルコゲナイトガラス膜１１に照射することによって、光重合反応および光誘起屈折率変化によりカルコゲナイトガラス膜１１の光照射部１２の屈折率が上昇されるので、容易に、光照射部１２の屈折率が大きい屈折率分布型のマイクロレンズを形成することができる。
【００２５】
また、第１実施形態では、マイクロレンズが装着される半導体レーザ１０からのレーザ光１００を用いてカルコゲナイトガラス膜１１からなるマイクロレンズを形成することによって、マイクロレンズの形成時にマイクロレンズの光軸合わせが自動的に行われるので、マイクロレンズをリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する場合のようにパターンニングの位置ずれに起因して光軸のずれが発生することもない。
【００２６】
また、第１実施形態では、真空蒸着法を用いて、半導体レーザ１０の発光端面にカルコゲナイトガラス膜１１を形成した後、半導体レーザ１０の光照射によって光照射部１２の屈折率が大きい屈折率分布型のマイクロレンズを形成するので、容易に、マイクロレンズを半導体レーザ１０と一体的に形成することができる。
【００２７】
また、半導体レーザを複数の発光部を有するマルチビーム半導体レーザ、または、半導体レーザアレイとしてもよい。さらに、複数の発光部が異なる発振波長を有する多波長レーザとしてもよく、また、面発光レーザなどを用いた２次元レーザアレイとしてもよい。このように、半導体レーザをマルチビーム半導体レーザまたは半導体レーザアレイなどにすることにより、マイクロレンズ付マルチビーム半導体レーザ、半導体レーザアレイなどを容易に作製することが可能となる。この場合、半導体レーザのビーム間隔は、マイクロレンズ形成に対する隣接レーザ光の影響を防ぐため、約１０μｍより大きいことが望ましく、約１５μｍより大きいことがさらに望ましい。さらに、各ビームごとに感光性材料、マイクロレンズ作製方法を変更することにより、各ビームごとに所望のマイクロレンズを作製することも可能である。
【００２８】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。図５を参照して、この第２実施形態によるマイクロレンズ付発光素子では、マイクロレンズを構成するカルコゲナイトガラス膜２１が凹形状を有する。また、カルコゲナイトガラス膜２１は、発光層１０ａを有する端面発光型の半導体レーザ１０の発光面に一体的に形成されている。なお、カルコゲナイトガラス膜２１は、本発明の「感光性材料」の一例である。
【００２９】
図６および図７は、図５に示した第２実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。図６および図７を参照して、次に、第２実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成方法について説明する。
【００３０】
まず、図６に示すように、半導体レーザ１０の発光端面に、真空蒸着法を用いて、約５０μｍの膜厚を有するＡｓ２Ｓ３膜からなるカルコゲナイトガラス膜２１を形成する。
【００３１】
次に、図７に示すように、半導体レーザ１０を上記した第１実施形態よりも光強度が強くなるような駆動条件で駆動する。具体的には、約１００ｍＷ、約６６０ｎｍのレーザ光１００を約２分間照射する。これにより、カルコゲナイトガラス膜２１の半導体レーザ１０からのレーザ光１００が照射された部分の一部が蒸発する。その結果、凹形状を有するカルコゲナイトガラス膜２１からなるマイクロレンズが形成される。このように、光に強く照射された部分の光路長を小さくすることにより、凹形状のマイクロレンズが形成される。
【００３２】
第２実施形態では、上記したように、半導体レーザ１０の発光端面にＡｓ２Ｓ３膜からなるカルコゲナイトガラス膜２１を形成した後、レーザ光１００の強度が強くなる条件で半導体レーザ１０を駆動することによって、容易に、半導体レーザ１０と一体化された凹形状のマイクロレンズを形成することができる。
【００３３】
また、第２実施形態では、マイクロレンズが装着される半導体レーザ１０からのレーザ光１００を用いて凹形状のカルコゲナイトガラス膜２１からなるマイクロレンズを形成することによって、凹形状のマイクロレンズの形成時に、マイクロレンズの光軸合わせが自動的に行われるので、マイクロレンズをリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する場合のようにパターンニングの位置ずれに起因して光軸のずれが発生することもない。
【００３４】
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。図８を参照して、この第３実施形態によるマイクロレンズ付発光素子では、発光層１０ａを有する端面発光型の半導体レーザ１０の発光端面に、凸形状のカルコゲナイトガラス膜３３からなるマイクロレンズが一体的に形成されている。なお、カルコゲナイトガラス膜３３は、本発明の「感光性材料」の一例である。
【００３５】
図９および図１０は、図８に示した第３実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。次に、図９および図１０を参照して、第３実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成方法について説明する。
【００３６】
まず、図９に示すように、真空蒸着法を用いて、半導体レーザ１０の発光端面に、約４μｍの膜厚を有するＡｓ２Ｓ３膜からなるカルコゲナイトガラス膜３３ａを形成する。
【００３７】
この後、図３に示した第１実施形態の形成プロセスと同様の条件で、半導体レーザ１０を駆動させることによって、カルコゲナイトガラス膜３３ａにレーザ光１００を照射する。具体的には、約５０ｍＷ、約６６０ｎｍのレーザ光１００を約１０分間照射する。この後、たとえば、ＮａＯＨ水溶液などのアルカリ溶液を用いたウェットエッチングやＳＦ６などによるプラズマエッチングなどを用いて、カルコゲナイトガラス膜３３ａの未照射部分および照射部分の一部をエッチングする。このエッチングの際に、レーザ光１００による照射部分は、露光量に応じてエッチングされにくくなるため、このカルコゲナイトガラス膜３３ａのエッチングによって、図１０に示されるような、凸形状のカルコゲナイトガラス膜３３からなる凸形状のマイクロレンズが形成される。
【００３８】
ここで、このマイクロレンズの凸レンズ形状は、照射したレーザ光１００の強度分布が反映された形状になる。したがって、光スポットが楕円形の場合には、凸レンズ形状は、楕円面の形状（図示せず）となる。この楕円面の形状を有する凸レンズによって、楕円形状を有する光スポットを円形に近づけることが可能となる。具体的には、楕円面の形状を有する凸形状のマイクロレンズによって、楕円の光スポットの長軸方向が大きく縮められるとともに、光スポットの短軸方向が少し縮められるので、光スポットを真円形状に近づけることができる。
【００３９】
第３実施形態では、上記したように、真空蒸着法を用いて半導体レーザ１０の発光面にＡｓ２Ｓ３膜からなるカルコゲナイトガラス膜３３ａを形成した後、半導体レーザ１０からの光照射およびエッチングを用いて凸形状のマイクロレンズを形成することによって、容易に、半導体レーザ１０と一体化された凸形状のマイクロレンズを形成することができる。
【００４０】
また、第３実施形態では、マイクロレンズが装着される半導体レーザ１０からのレーザ光１００を用いてカルコゲナイトガラス膜３３ａからなるマイクロレンズを形成することによって、マイクロレンズの形成時にマイクロレンズの光軸合わせが自動的に行われるので、マイクロレンズをリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する場合のようにパターンニングの位置ずれに起因して光軸のずれが発生することもない。
【００４１】
また、上記第３実施形態では、レーザ光１００に強く照射された部分の光路長の大きな凸型形状を形成することができるので、収差の少ない光線を作ることができる。これにより、光ファイバなどへの半導体レーザ１０からのレーザ光１００の結合効率を高めることができる。
【００４２】
（第４実施形態）
図１１は、本発明の第４実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。図１１を参照して、この第４実施形態では、端面発光型の半導体レーザ１０の発光端面に、屈折率が大きい光照射部４２と凸形状部４３とを有するカルコゲナイトガラス膜４１からなるマイクロレンズが一体的に形成されている。このカルコゲナイトガラス膜４１は、約４μｍの膜厚を有するＡｓ２Ｓ３膜からなる。なお、カルコゲナイトガラス膜４１は、本発明の「感光性材料」の一例である。
【００４３】
図１２および図１３は、図１１に示した第４実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。図１２および図１３を参照して、次に、図１１に示した第４実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成方法について説明する。
【００４４】
まず、図１２に示すように、半導体レーザ１０の発光端面に、真空蒸着法を用いて、約４μｍの膜厚を有するＡｓ２Ｓ３膜からなるカルコゲナイトガラス膜４１を形成する。この後、Ａｓ２Ｓ３膜のガラス転位温度（約１８０℃〜約２２０℃）の近傍で熱処理する。具体的には、約１８０℃で約１時間の熱処理を行う。この後、半導体レーザ１０を駆動することによって、図１３に示すように、カルコゲナイトガラス膜４１に、約５０ｍＷ、約６６０ｎｍのレーザ光１００を約１時間照射する。これにより、光誘起屈折率変化により光照射部４２の屈折率が増加すると同時に、光膨張効果（光誘起体積膨張）により体積も増加する。すなわち、レーザ光１００が照射された光照射部４２は、光膨張効果によって膨張しようとするが、光膨張効果が及ばない光照射部４２の外周部分によって膨張変形が拘束される。そのため、膨張しようとする光照射部４２が応力を受けるので、光照射部４２は、応力を緩和するために自由面である表面部分に盛り上がり部（凸形状部４３）を形成する。その結果、屈折率が大きい光照射部４２と凸形状部４３とを有するカルコゲナイトガラス膜４１からなる凸形状のマイクロレンズが形成される。
【００４５】
第４実施形態では、上記のように、カルコゲナイトガラス膜４１を真空蒸着した後、ガラス転位温度近傍で熱処理し、さらに、半導体レーザ１０からレーザ光１００を照射することによって、容易に、半導体レーザ１０と一体化された屈折率分布型でかつ凸形状のマイクロレンズを形成することができる。
【００４６】
また、第４実施形態では、マイクロレンズが装着される半導体レーザ１０からの光を用いて屈折率分布型でかつ凸形状のマイクロレンズを形成することによって、マイクロレンズの形成時にマイクロレンズの光軸合わせが自動的に行われるので、マイクロレンズをリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する場合のようにパターンニングの位置ずれに起因して光軸のずれが発生することもない。
【００４７】
また、上記第４実施形態では、光に強く照射された部分の光路長の大きな凸型形状を形成することができるので、収差の少ない光線を作ることができる。これにより、光ファイバなどへの半導体レーザ１０からのレーザ光１００の結合効率を高めることができる。
【００４８】
（第５実施形態）
図１４は、本発明の第５実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。図１４を参照して、この第５実施形態によるマイクロレンズ付発光素子では、図１に示した第１実施形態の構造において、半導体レーザとマイクロレンズとの間に、透明で絶縁性のスペーサを追加した構造を有する。
【００４９】
すなわち、この第５実施形態によるマイクロレンズ付発光素子では、図１４に示すように、発光層１０ａを有する端面発光型の半導体レーザ１０の発光端面に、透明で絶縁性のスペーサ５３を介して、光照射部５２の屈折率が大きいカルコゲナイトガラス膜５１からなる屈折率分布型のマイクロレンズが一体的に形成されている。スペーサ５３は、たとえば、高周波スパッタ法により形成されたＧｅＯ２膜からなるとともに、約５μｍ〜約１００μｍの膜厚を有する。また、マイクロレンズを構成するカルコゲナイトガラス膜５１は、約４μｍの膜厚を有するＡｓ２Ｓ３膜からなる。なお、カルコゲナイトガラス膜５１は、本発明の「感光性材料」の一例である。
【００５０】
第５実施形態では、上記のように、半導体レーザ１０とカルコゲナイトガラス膜５１との間に透明で絶縁性のスペーサ５３を設けることによって、スペーサ５３の厚みを調整すれば、半導体レーザ１０の発光端面の光スポット位置からカルコゲナイトガラス膜５１までの距離を変化させることができるので、マイクロレンズの結像特性を変化させることができる。なお、絶縁性スペーサ５３は空気とすることも可能である。たとえば、レーザカバーの窓材にカルコゲナイトガラスを付着させるとともに、この付着させたカルコゲナイトガラスにマイクロレンズを装備することも考えられる。
【００５１】
なお、この第５実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５２】
（第６実施形態）
図１５は、本発明の第６実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。図１５を参照して、この第６実施形態によるマイクロレンズ付発光素子では、図１に示した第１実施形態の構造において、反射防止膜を追加した構造を有する。
【００５３】
すなわち、この第６実施形態では、図１５に示すように、発光層１０ａを有する端面発光型の半導体レーザ１０の発光端面とカルコゲナイトガラス膜６１との間、および、カルコゲナイトガラス膜６１の表面上に、それぞれ、反射防止膜６３ａおよび６３ｂが形成されている。この反射防止膜６３ａおよび６３ｂは、高周波スパッタ法により形成された約１００ｎｍの厚みを有するＣｄＳｅ膜によって形成する。また、この第６実施形態のカルコゲナイトガラス膜６１では、光照射部６２の屈折率が大きくなるように形成されている。これにより、光照射部６２の屈折率が大きい屈折率分布型のマイクロレンズとなる。なお、カルコゲナイトガラス膜６１は、本発明の「感光性材料」の一例である。
【００５４】
第６実施形態では、上記のように、反射防止膜６３ａおよび６３ｂを設けることによって、多重反射を防止することができるので、カルコゲナイトガラス膜６１からなるマイクロレンズの特性向上を図ることができる。
【００５５】
なお、上記した第６実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスとしては、半導体レーザ１０の光が出射される端面に、反射防止膜６３ａ、カルコゲナイトガラス膜６１および反射防止膜６３ｂを順次形成した後、図３に示した第１実施形態の形成プロセスと同様、約５０ｍＷ、約６６０ｎｍのレーザ光１００をカルコゲナイトガラス膜６１に約１０分間照射する。これにより、図１５に示したような光照射部６２の屈折率が大きい屈折率分布型マイクロレンズが形成される。
【００５６】
この第６実施形態においても、上記第１〜第５実施形態と同様、マイクロレンズが装着される半導体レーザ１０からの光を用いマイクロレンズを形成することによって、マイクロレンズの形成時にマイクロレンズの光軸合わせが自動的に行われるので、マイクロレンズをリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する場合のようにパターンニングの位置ずれに起因して光軸のずれが発生することもない。
【００５７】
また、半導体レーザ１０の発光端面に反射防止膜６３ａ、カルコゲナイトガラス膜６１および反射防止膜６３ｂを順次形成した後、半導体レーザ１０から光をカルコゲナイトガラス膜６１に照射することによって、容易に、半導体レーザ１０と一体化されたマイクロレンズを形成することができる。
【００５８】
（第７実施形態）
図１６は、本発明の第７実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。図１６を参照して、この第７実施形態では、上記した第１〜第６実施形態とは基本的に異なるプロセスを用いて、半導体レーザ１０と一体化されたカルコゲナイトガラス膜７３からなるマイクロレンズを形成する例について説明する。なお、カルコゲナイトガラス膜７３は、本発明の「感光性材料」の一例である。
【００５９】
具体的には、図１６に示すように、半導体レーザ１０の発光端面から約１μｍ〜約１０μｍの間隔を隔てて、半導体レーザ１０の発光端面に近接させた状態で、カルコゲナイトガラス膜７１を配置する。そして、この状態で、半導体レーザ１０を駆動させることによって、半導体レーザ１０からのレーザ光１００をカルコゲナイトガラス膜７１に照射する。具体的には、約１００ｍＷ、約６６０ｎｍのレーザ光１００を約２分間照射する。これにより、カルコゲナイトガラス膜７１のレーザ光１００が照射された部分が蒸発して、半導体レーザ１０の発光端面に凸形状になるように付着する。この後、カルコゲナイトガラス膜７１を除去することによって、凸形状のカルコゲナイトガラス膜７３は、凸形状のマイクロレンズとして動作する。
【００６０】
第７実施形態では、上記のように、半導体レーザ１０の発光端面の近傍にカルコゲナイトガラス膜７１を配置した後、半導体レーザ１０から発光されるレーザ光１００をカルコゲナイトガラス膜７１に照射することにより、カルコゲナイトガラス膜７１を蒸発させることによって、容易に、半導体レーザ１０と一体化された凸形状のマイクロレンズを形成することができる。
【００６１】
また、この第７実施形態においても、マイクロレンズが装着される半導体レーザ１０からのレーザ光１００を用いてマイクロレンズを形成することによって、マイクロレンズの形成時にマイクロレンズの光軸合わせが自動的に行われるので、マイクロレンズをリソグラフィおよびエッチングを用いて形成する場合のようにパターンニングの位置ずれに起因して光軸のずれが発生することもない。
【００６２】
また、上記第７実施形態では、光に強く照射された部分の光路長の大きな凸型形状を作ることができるので、収差の少ない光線を形成することができる。これにより、光ファイバなどへの半導体レーザ１０からのレーザ光１００の結合効率を高めることができる。
【００６３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６４】
たとえば、上記実施形態では、半導体発光素子の一例である端面発光型の半導体レーザの発光端面にマイクロレンズを形成する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、面発光型の半導体レーザや発光ダイオードなどの他の半導体発光素子の発光面にマイクロレンズを形成する場合にも同様に適用可能である。
【００６５】
また、上記実施形態では、マイクロレンズとなる感光性材料としてＡｓ２Ｓ３からなるカルコゲナイトガラス膜を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、他の材料からなるカルコゲナイトガラス膜や、光反応性有機物からなる感光性材料を用いても同様の効果を得ることができる。より詳細には、赤色レーザの場合には、Ａｓ２Ｓ３やＧｅＳｅ２、赤外線レーザの場合は、Ａｓ２Ｓｅ３など、青色〜緑色のレーザの場合は、ＧｅＳ２などを用いるのが好ましい。また、紫外線レーザの場合は、ミクロネガレジスト（コダック社製）や光レジストのような光反応性有機物を用いるのが好ましい。
【００６６】
また、上記第４実施形態では、カルコゲナイトガラス膜を真空蒸着した後、ガラス転位温度近傍で熱処理し、さらに、半導体レーザから光を照射することによって、半導体レーザと一体化された屈折率分布型でかつ凸形状のマイクロレンズを形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、カルコゲナイトガラス膜を高周波スパッタ法により形成した後、第４実施形態と同様の条件で半導体レーザからレーザ光を照射することによっても、第４実施形態と同様の半導体レーザと一体化された屈折率分布型でかつ凸形状のマイクロレンズを形成することができる。
【００６７】
また、上記第５実施形態では、第１実施形態の構造において、透明で絶縁性のスペーサを追加した構造を有する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、第２実施形態〜第７実施形態の構造において、スペーサを追加した構造にしてもよい。このようにしても、スペーサの厚みを調整すれば、半導体レーザの発光端面の光スポット位置からカルコゲナイトガラス膜までの距離を変化させることができるので、マイクロレンズの結像特性を変化させることができる。
【００６８】
また、上記第５実施形態では、スペーサとしてＧｅＯ２膜を用いた例について説明したが、本発明はこれに限らず、他の透明膜や空気などを用いてもよい。なお、空気をスペーサとして用いる場合は、半導体レーザの発光部の周辺にマイクロレンズを機械的に固定する。
【００６９】
また、上記第６実施形態では、第１実施形態の構造において、反射防止膜を追加した構造を有する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、第２実施形態〜第７実施形態の構造において、反射防止膜を追加した構造にしてもよい。このようにしても、多重反射を抑制することができるので、マイクロレンズの特性向上を図ることができる。
【００７０】
また、上記第６実施形態では、ＧｅＯ２からなる反射防止膜を用いた例について説明したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴｉＯ２などの他の反射防止機能を有する膜を用いてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光軸のずれが発生することのない半導体発光素子と一体化されたマイクロレンズを含むマイクロレンズ付発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。
【図２】図１に示した第１実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。
【図３】図１に示した第１実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。
【図４】図１に示した第１実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。
【図６】図５に示した第２実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。
【図７】図５に示した第２実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。
【図９】図８に示した第３実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】図８に示した第３実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。
【図１２】図１１に示した第４実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】図１１に示した第４実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。
【図１４】本発明の第５実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。
【図１５】本発明の第６実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の構造を示した断面図である。
【図１６】本発明の第７実施形態によるマイクロレンズ付発光素子の形成プロセスを説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０　半導体レーザ（半導体発光素子）
１０ａ　発光層
１１、２１、４１、５１、６１、７１　カルコゲナイトガラス膜（感光性材料）
１２、４２、５２、６２　光照射部
３３　カルコゲナイトガラス膜（感光性材料）
３３ａ　カルコゲナイトガラス膜（感光性材料）
４３　凸形状部
５３　スペーサ
６３ａ、６３ｂ　反射防止膜
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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