(57)【要約】【課題】  所望のＮＡを有するレンズを備えた光学素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明にかかる光学素子１００は，出射面１０８から光を放出する光学素子１００であって、出射面１０８の上方に凹状曲面１０を有する第１光路調整層１２０を備え、凹状曲面１０の上方に凸状曲面１２を有する第２光路調整層４０を備えている。【選択図】      図２
2005159005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射面から光を放出する光学素子であって、
前記出射面の上方に凹状曲面を有する第１光路調整層と、
前記凹状曲面の上方に凸状曲面を有する第２光路調整層と、を含む、光学素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記光学素子は、基板の上方に垂直共振器を有する面発光型半導体レーザであって、
前記垂直共振器は、前記基板側から配置された、第１ミラー、活性層および第２ミラーを含み、
前記凹状曲面を有する前記第１光路調整層は、前記第２ミラーの上方に形成されている、光学素子。
【請求項３】
請求項１において、
前記光学素子は、基板の上方に垂直共振器を有する面発光型半導体レーザであって、
前記垂直共振器は、前記基板側から配置された、第１ミラー、活性層および第２ミラーを含み、
前記凹状曲面を有する前記第１光路調整層は、前記第１ミラーの下方に形成されている、光学素子。
【請求項４】
請求項３において、
前記基板は、該基板の下面側に凹部を有し、
前記第１光路調整層は、前記凹部に埋め込まれている、光学素子。
【請求項５】
入射面から光を取り込む光学素子であって、
前記入射面の上方に凹状曲面を有する第１光路調整層と、
前記凹状曲面の上方に凸状曲面を有する第２光路調整層と、を含む、光学素子。
【請求項６】
請求項５において、
前記光学素子は、フォトダイオードであって、
第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層の上方に形成された第２導電型半導体層と、を含み、
前記凹状曲面を有する前記第１光路調整層は、前記第２導電型半導体層の上方に形成されている、光学素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記第２光路調整層の屈折率は、前記第１光路調整層の屈折率より大きい、光学素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記凹状曲面の曲率は、前記凸状曲面の曲率と異なる、光学素子。
【請求項９】
出射面から光を放出する光学素子の製造方法であって、
前記出射面の上方に第１前駆体層を形成する工程と、
前記第１前駆体層の上方にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をパターニングする工程と、
前記マスク層をマスクとして前記第１前駆体層をエッチングすることにより、該第１前駆体層に凹状曲面を形成する工程と、
前記第１前駆体層を硬化して第１光路調整層を形成する工程と、
前記凹状曲面に向けて液滴を吐出することにより、該凹状曲面の上方に凸状曲面を有する第２前駆体層を形成する工程と、
前記第２前駆体層を硬化して第２光路調整層を形成する工程と、を含む、光学素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記光学素子の製造方法は、基板の上方に垂直共振器を有する面発光型半導体レーザの製造方法であって、
前記基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層および第２ミラーを構成するための半導体層を積層する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、少なくとも前記第２ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記柱状部の周囲に絶縁層を形成して埋め込み絶縁層を形成する工程と、
前記柱状部および前記埋込み絶縁層の上方に電極を形成する工程と、を含む、光学素子の製造方法。
【請求項１１】
入射面から光を取り込む光学素子の製造方法であって、
前記入射面の上方に第１前駆体層を形成する工程と、
前記第１前駆体層の上方にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をパターニングする工程と、
前記マスク層をマスクとして前記第１前駆体層をエッチングすることにより、該第１前駆体層に凹状曲面を形成する工程と、
前記第１前駆体層を硬化して第１光路調整層を形成する工程と、
前記凹状曲面に向けて液滴を吐出することにより、該凹状曲面の上方に凸状曲面を有する第２前駆体層を形成する工程と、
前記第２前駆体層を硬化して第２光路調整層を形成する工程と、を含む、光学素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記光学素子の製造方法は、フォトダイオードの製造方法であって、
第１導電型半導体層の上方に、第２導電型半導体層を形成する工程と、
前記第２導電型半導体層の上方に電極を形成する工程と、を含む、光学素子の製造方法。
【請求項１３】
基板の下面側をエッチングすることにより、凹部を形成する工程と、
前記凹部に第１前駆体層を埋め込む工程と、
前記第１前駆体層の下方にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をパターニングする工程と、
前記マスク層をマスクとして前記第１前駆体層をエッチングすることにより、該第１前駆体層に凹状曲面を形成する工程と、
前記第１前駆体層を硬化して第１光路調整層を形成する工程と、
前記凹状曲面に向けて液滴を吐出することにより、該凹状曲面の下方に凸状曲面を有する第２前駆体層を形成する工程と、
前記第２前駆体層を硬化して第２光路調整層を形成する工程と、を含む、光学素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記光学素子の製造方法は、前記基板の上方に垂直共振器を有する面発光型半導体レーザの製造方法であって、
前記基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層および第２ミラーを構成するための半導体層を積層する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、少なくとも前記第２ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記柱状部の周囲に絶縁層を形成して埋め込み絶縁層を形成する工程と、
前記柱状部および前記埋込み絶縁層の上方に電極を形成する工程と、を含む、光学素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項９〜１４のいずれかにおいて、
前記マスク層は撥液膜である、光学素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項９〜１４のいずれかにおいて、
前記マスク層はレジスト層である、光学素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項９〜１６のいずれかにおいて、
前記第１前駆体層をエッチングする工程において、エッチャントの吐出は液滴吐出法により行う、光学素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項９〜１７のいずれかにおいて、
前記第２前駆体層を形成する工程において、前記液滴の吐出は液滴吐出法により行う、光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射光または出射光の結合効率を向上することなどを目的として、発光素子の出射面または受光素子の入射面の上にレンズが形成されることがある。この場合、該レンズのＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）が高くなるほど、広い放射角を持つ発光素子の光をコリメートする場合や、光ファイバからの光を撮像素子やフォトディテクターなどの受光素子に受光させる場合などに有利となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、所望のＮＡを有するレンズを備えた光学素子およ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】
【０００４】
本発明にかかる光学素子は、
出射面から光を放出する光学素子であって、
前記出射面の上方に凹状曲面を有する第１光路調整層を備え、
前記凹状曲面の上方に凸状曲面を有する第２光路調整層を備えている。
【０００５】
本発明にかかる半導体装置の製造方法において、特定の層（以下、「Ａ層」という）の上方に他の特定の層（以下、「Ｂ層」という）を形成するとは、Ａ層上に直接、Ｂ層を形成する場合と、Ａ層上の他の層を介して、Ｂ層を形成する場合と、を含む。
【０００６】
この光学素子によれば、前記第１光路調整層に形成された前記凹状曲面および前記第２光路調整層に形成された前記凸状曲面を有する。すなわち、この光学素子では、前記凹状曲面および前記凸状曲面がレンズとして機能する。この光学素子の有するレンズの面数は２面である。したがって、レンズの面数が１面である場合に比べ、この光学素子の有するレンズのＮＡは高くなる。これにより、レンズの面数が１面である場合に比べ、レンズの焦点距離が短くなるため、この光学素子から出射される光の放射角を小さくすることや、出射される光をコリメートすることが可能である。
【０００７】
本発明にかかる光学素子において、
前記光学素子は、基板の上方に垂直共振器を有する面発光型半導体レーザであって、
前記垂直共振器は、前記基板側から配置された、第１ミラー、活性層および第２ミラーを含み、
前記凹状曲面を有する前記第１光路調整層は、前記第２ミラーの上方に形成されていることができる。
【０００８】
本発明にかかる光学素子において、
前記光学素子は、基板の上方に垂直共振器を有する面発光型半導体レーザであって、
前記垂直共振器は、前記基板側から配置された、第１ミラー、活性層および第２ミラーを含み、
前記凹状曲面を有する前記第１光路調整層は、前記第１ミラーの下方に形成されていることができる。
【０００９】
本発明にかかる光学素子において、
前記基板は、該基板の下面側に凹部を有し、
前記第１光路調整層は、前記凹部に埋め込まれていることができる。
【００１０】
本発明にかかる光学素子は、
入射面から光を取り込む光学素子であって、
前記入射面の上方に凹状曲面を有する第１光路調整層を備え、
前記凹状曲面の上方に凸状曲面を有する第２光路調整層を備えている。
【００１１】
この光学素子によれば、前記第１光路調整層に形成された前記凹状曲面および前記第２光路調整層に形成された前記凸状曲面を有する。すなわち、この光学素子では、前記凹状曲面および前記凸状曲面がレンズとして機能する。この光学素子の有するレンズの面数は２面である。したがって、レンズの面数が１面である場合に比べ、この光学素子の有するレンズのＮＡは高くなる。これにより、レンズの面数が１面である場合に比べ、入射した光の放射角を小さくすることや、入射した光をコリメートすることが容易になる。その結果、光ファイバ等の光導波路にこの光学素子を結合させる場合において、結合効率を向上させることができる。また、光のアライメントを容易に行うことができる。
【００１２】
本発明にかかる光学素子において、
前記光学素子は、フォトダイオードであって、
第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層の上方に形成された第２導電型半導体層と、を含み、
前記凹状曲面を有する前記第１光路調整層は、前記第２導電型半導体層の上方に形成されていることができる。
【００１３】
本発明にかかる光学素子において、前記第２光路調整層の屈折率は、前記第１光路調整層の屈折率より大きくすることができる。
【００１４】
本発明にかかる光学素子において、前記凹状曲面の曲率は、前記凸状曲面の曲率と異なるようにすることができる。
【００１５】
本発明にかかる光学素子の製造方法は、
出射面から光を放出する光学素子の製造方法であって、
前記出射面の上方に第１前駆体層を形成する工程と、
前記第１前駆体層の上方にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をパターニングする工程と、
前記マスク層をマスクとして前記第１前駆体層をエッチングすることにより、該第１前駆体層に凹状曲面を形成する工程と、
前記第１前駆体層を硬化して第１光路調整層を形成する工程と、
前記凹状曲面に向けて液滴を吐出することにより、該凹状曲面の上方に凸状曲面を有する第２前駆体層を形成する工程と、
前記第２前駆体層を硬化して第２光路調整層を形成する工程と、を含む。
【００１６】
この光学素子の製造方法によれば、前記第２光路調整層を形成する工程において、前記液滴は、液体であるために自動的に位置が補正される。そして、平面視において前記凹状曲面の中心と前記凸状曲面の中心とがほぼ同じ位置となる。したがって、平面視において２面のレンズ面の中心がほぼ一致するレンズが形成される。この光学素子の製造方法によれば、高精度の位置合わせ技術を用いてレンズ面が２面であるレンズを形成する場合、たとえばレンズを貼り合わせてレンズ面が２面であるレンズを形成するような場合に比べ、位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【００１７】
本発明にかかる光学素子の製造方法において、
前記光学素子の製造方法は、基板の上方に垂直共振器を有する面発光型半導体レーザの製造方法であって、
前記基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層および第２ミラーを構成するための半導体層を積層する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、少なくとも前記第２ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記柱状部の周囲に絶縁層を形成して埋め込み絶縁層を形成する工程と、
前記柱状部および前記埋込み絶縁層の上方に電極を形成する工程と、を含むことができる。
【００１８】
本発明にかかる光学素子の製造方法は、
入射面から光を取り込む光学素子の製造方法であって、
前記入射面の上方に第１前駆体層を形成する工程と、
前記第１前駆体層の上方にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をパターニングする工程と、
前記マスク層をマスクとして前記第１前駆体層をエッチングすることにより、該第１前駆体層に凹状曲面を形成する工程と、
前記第１前駆体層を硬化して第１光路調整層を形成する工程と、
前記凹状曲面に向けて液滴を吐出することにより、該凹状曲面の上方に凸状曲面を有する第２前駆体層を形成する工程と、
前記第２前駆体層を硬化して第２光路調整層を形成する工程と、を含む。
【００１９】
本発明にかかる光学素子の製造方法において、
前記光学素子の製造方法は、フォトダイオードの製造方法であって、
第１導電型半導体層の上方に、第２導電型半導体層を形成する工程と、
前記第２導電型半導体層の上方に電極を形成する工程と、を含むことができる。
【００２０】
本発明にかかる光学素子の製造方法は、
基板の下面側をエッチングすることにより、凹部を形成する工程と、
前記凹部に第１前駆体層を埋め込む工程と、
前記第１前駆体層の下方にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をパターニングする工程と、
前記マスク層をマスクとして前記第１前駆体層をエッチングすることにより、該第１前駆体層に凹状曲面を形成する工程と、
前記第１前駆体層を硬化して第１光路調整層を形成する工程と、
前記凹状曲面に向けて液滴を吐出することにより、該凹状曲面の下方に凸状曲面を有する第２前駆体層を形成する工程と、
前記第２前駆体層を硬化して第２光路調整層を形成する工程と、を含む。
【００２１】
本発明にかかる光学素子の製造方法において、
前記光学素子の製造方法は、前記基板の上方に垂直共振器を有する面発光型半導体レーザの製造方法であって、
前記基板の上方に、少なくとも、第１ミラー、活性層および第２ミラーを構成するための半導体層を積層する工程と、
前記半導体層をパターニングすることにより、少なくとも前記第２ミラーの一部を含む柱状部を形成する工程と、
前記柱状部の周囲に絶縁層を形成して埋め込み絶縁層を形成する工程と、
前記柱状部および前記埋込み絶縁層の上方に電極を形成する工程と、を含むことができる。
【００２２】
本発明にかかる光学素子の製造方法において、前記マスク層は撥液膜であることができる。
【００２３】
本発明にかかる光学素子の製造方法において、前記マスク層はレジスト層であることができる。
【００２４】
本発明にかかる光学素子の製造方法において、前記第１前駆体層をエッチングする工程において、エッチャントの吐出は液滴吐出法により行うことができる。
【００２５】
本発明にかかる光学素子の製造方法において、前記第２前駆体層を形成する工程において、前記液滴の吐出は液滴吐出法により行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら述べる。
【００２７】
１．第１の実施の形態
１−１．デバイスの構造
図１は、本発明を適用した第１の実施の形態に係る光学素子１００を模式的に示す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、本実施の形態においては、光学素子１００として面発光型半導体レーザを用いた場合について説明する。
【００２８】
本実施の形態にかかる光学素子１００は、図１および図２に示すように、半導体基板（本実施の形態ではＧａＡｓ基板）１０１と、半導体基板１０１上に形成された垂直共振器（以下「共振器」という）１４０と、第１電極１０７と、第２電極１０９と、凹状曲面１０を有する第１光路調整層１２０と、凸状曲面１２を有する第２光路調整層４０と、を含む。共振器１４０は、第１ミラー１０２と、活性層１０３と、第２ミラー１０４と、を含む。
【００２９】
次に、この光学素子１００の各構成要素について述べる。
【００３０】
共振器１４０は、たとえば、ｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの分布反射型多層膜ミラーである第１ミラー１０２と、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３と、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの分布反射型多層膜ミラーである第２ミラー１０４とを有する。なお、第１ミラー１０２、活性層１０３、および第２ミラー１０４を構成する各層の組成および層数はこれに限定されるわけではない。
【００３１】
光学素子１００は、凹状曲面１０を有する第１光路調整層１２０と、凸状曲面１２を有する第２光路調整層４０と、を含む。第１光路調整層１２０および第２光路調整層４０については、後に詳述する。
【００３２】
第２ミラー１０４は、たとえば、Ｃ、Ｚｎ、あるいはＭｇなどがドーピングされることによりｐ型にされ、第１ミラー１０２は、たとえば、Ｓｉ、あるいはＳｅなどがドーピングされることによりｎ型にされている。したがって、第２ミラー１０４、不純物がドーピングされていない活性層１０３、および第１ミラー１０２により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【００３３】
第２ミラー１０４、活性層１０３および第１ミラー１０２の一部は、柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）１３０を構成している。柱状部１３０の側面は埋込み絶縁層１０６で覆われている。
【００３４】
柱状部１３０を構成する層のうち活性層１０３に近い領域に、電流狭窄層として機能する絶縁層１０５が形成されていてもよい。この絶縁層１０５は、柱状部１３０の周縁に沿ったリング形状を有することができる。また、電流狭窄用の絶縁層１０５は、たとえば酸化アルミニウムからなる。
【００３５】
本実施の形態に係る光学素子１００においては、柱状部１３０の側面を覆うようにして、埋込み絶縁層１０６が形成されている。埋込み絶縁層１０６を構成する樹脂は、たとえば、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂などを用いることができ、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂またはフッ素系樹脂であるのが望ましい。
【００３６】
柱状部１３０および埋込み絶縁層１０６の上には、第１電極１０７が形成されている。第１電極１０７における柱状部１３０上の開口部は、レーザ光の出射面１０８となる。第１電極１０７は、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜からなる。さらに、半導体基板１０１の裏面には、第２電極１０９が形成されている。第２電極１０９は、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなる。すなわち、図１および図２に示す光学素子１００では、柱状部１３０上で第１電極１０７は第２ミラー１０４と接合し、かつ、第２電極１０９は半導体基板１０１と接合している。この第１電極１０７および第２電極１０９によって活性層１０３に電流が注入される。
【００３７】
第１および第２電極１０７，１０９を形成するための材料は、前述したものに限定されるわけではなく、密着性強化、拡散防止、あるいは酸化防止などのために必要に応じて、たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、あるいはＰｔなどの金属やこれらの合金などが利用可能である。
【００３８】
第１光路調整層１２０は、柱状部１３０の出射面１０８および第１電極１０７上に形成されている。第１光路調整層１２０は、凹状曲面１０を有する。第１光路調整層１２０の凹状曲面１０は、その中心が出射面１０８の中心と平面視においてほぼ一致するように形成されている。
【００３９】
第２光路調整層４０は、第１光路調整層１２０に形成された凹状曲面１０上に形成されている。第２光路調整層４０は、凸状曲面１２を有する。第２光路調整層４０の凸状曲面１２は、その中心が凹状曲面１０の中心と平面視においてほぼ一致するように形成されている。すなわち、第２光路調整層４０の凸状曲面１２は、その中心が出射面１０８の中心と平面視においてほぼ一致するように形成されている。
【００４０】
凸状曲面１２の曲率は、凹状曲面１０の曲率と同じとすることもできるが、異なるようにすることもできる。凸状曲面１２の曲率と、凹状曲面１０の曲率とを調整することにより、後述する本実施の形態の光学素子１００の有するレンズの収差を抑えることができる。
【００４１】
第２光路調整層４０の屈折率は、第１光路調整層１２０の屈折率よりも大きくすることが好ましい。第２光路調整層４０の屈折率が、第１光路調整層１２０の屈折率よりも大きいことにより、後述する本実施の形態の光学素子１００の有するレンズのＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）をより高くすることができる。第１光路調整層１２０の屈折率と、第２光路調整層４０の屈折率との差を大きくするほど、レンズのＮＡを高くすることができる。
【００４２】
１−２．デバイスの動作
本実施の形態の光学素子１００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の光学素子１００の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【００４３】
まず、第１電極１０７と第２電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに順方向の電圧を印加すると、活性層１０３において、電子と正孔との再結合が起こり、かかる再結合による発光が生じる。そこで生じた光が第２ミラー１０４と第１ミラー１０２との間を往復する際に誘導放出が起こり、光の強度が増幅される。光利得が光損失を上まわると、レーザ発振が起こり、柱状部１３０上面にある出射面１０８から、半導体基板１０１に対して垂直方向にレーザ光が出射される。
【００４４】
本実施の形態の光学素子１００は、第１光路調整層１２０に形成された凹状曲面１０および第２光路調整層４０に形成された凸状曲面１２を有する。すなわち、本実施の形態の光学素子１００では、凹状曲面１０および凸状曲面１２がレンズとして機能する。本実施の形態の光学素子１００の有するレンズの面数は２面である。したがって、レンズの面数が１面である場合に比べ、本実施の形態の光学素子１００の有するレンズのＮＡは高くなる。これにより、レンズの面数が１面である場合に比べ、レンズの焦点距離が短くなるため、本実施の形態の光学素子１００から出射されるレーザ光の放射角を小さくすることや、出射されるレーザ光をコリメートすることが可能である。
【００４５】
１−３．デバイスの製造方法
次に、本発明を適用した第１の実施の形態に係る光学素子１００の製造方法の一例について、図３〜図１２を用いて述べる。図３〜図１２は、図１および図２に示す本実施の形態の光学素子１００の一製造工程を模式的に示す断面図であり、それぞれ図２に示す断面に対応している。
【００４６】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる半導体基板１０１の表面に、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、図３に示すように、半導体多層膜１５０を形成する。ここで、半導体多層膜１５０は、たとえばｎ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した４０ペアの第１ミラー１０２と、ＧａＡｓウエル層とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓバリア層からなり、ウエル層が３層で構成される量子井戸構造を含む活性層１０３と、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ層とｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ａｓ層とを交互に積層した２５ペアの第２ミラー１０４とからなる。これらの層を順に半導体基板１０１上に積層させることにより、半導体多層膜１５０が形成される。
【００４７】
なお、第２ミラー１０４を成長させる際に、活性層１０３近傍の少なくとも１層を、後に酸化されて電極狭窄用の絶縁層１０５となるＡｌＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層に形成することができる。この絶縁層１０５となるＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成は、０．９５以上である。また、第２ミラー１０４の最表面の層は、キャリア密度を高くし、電極（第１電極１０７）とのオーミック接触をとりやすくしておくのが望ましい。
【００４８】
エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、半導体基板１０１の種類、あるいは形成する半導体多層膜１５０の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。
【００４９】
続いて、半導体多層膜１５０上に、レジストを塗布した後リソグラフィ法により該レジストをパターニングすることにより、図３に示すように、所定のパターンのレジスト層Ｒ１００を形成する。レジスト層Ｒ１００は、柱状部１３０（図１および図２参照）の形成予定領域の上方に形成する。次いで、このレジスト層Ｒ１００をマスクとして、たとえばドライエッチング法により、第２ミラー１０４、活性層１０３、および第１ミラー１０２の一部をエッチングして、図４に示すように、柱状の半導体堆積体（柱状部）１３０を形成する。その後、レジスト層Ｒ１００を除去する。
【００５０】
続いて、図５に示すように、たとえば４００℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって柱状部１３０が形成された半導体基板１０１を投入することにより、前述の第２ミラー１０４中のＡｌ組成が高い層（Ａｌ組成が０．９５以上の層）を側面から酸化して、電流狭窄用の絶縁層１０５を形成する。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層のＡｌ組成および膜厚に依存する。
【００５１】
（２）次いで、図６に示すように、柱状部１３０、すなわち第１ミラー１０２の一部、活性層１０３、および第２ミラー１０４を取り囲む埋込み絶縁層１０６を形成する。
【００５２】
ここでは、埋込み絶縁層１０６を形成するための材料として、ポリイミド樹脂を用いた場合について述べる。まず、たとえばスピンコート法を用いて前駆体（ポリイミド前駆体）を、柱状部１３０を有する半導体基板１０１上に塗布して、前駆体層を形成する。この際、前記前駆体層の膜厚が柱状部１３０の高さより大きくなるように形成する。なお、前記前駆体層の形成方法としては、前述したスピンコート法のほか、ディッピング法、スプレーコート法、液滴吐出法等の公知技術が利用できる。
【００５３】
次いで、この半導体基板１０１を、たとえばホットプレート等を用いて加熱して溶媒を除去した後、たとえば３５０℃程度の炉に入れて、前駆体層をイミド化させることにより、ほぼ完全に硬化したポリイミド樹脂層を形成する。続いて、図６に示すように、柱状部１３０の上面１３０ａを露出させて、埋込み絶縁層１０６を形成する。柱状部１３０の上面１３０ａを露出させる方法としては、ＣＭＰ法、ドライエッチング法、ウェットエッチング法などが利用できる。また、感光性を有する樹脂で埋込み絶縁層１０６を形成することもできる。埋込み絶縁層１０６は、必要に応じてリソグラフィーなどによってパターニングすることができる。
【００５４】
（３）次に、活性層１０３に電流を注入するための第１電極１０７、第２電極１０９およびレーザ光の出射面１０８（図１および図２参照）を形成する工程について述べる。
【００５５】
まず、第１電極１０７および第２電極１０９を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、柱状部１３０および半導体基板１０１の露出している上面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。つづいて、図７に示すように、たとえば真空蒸着法により埋込み絶縁層１０６および柱状部１３０の上面に、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜を形成した後、リフトオフ法により、柱状部１３０の上面に、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が出射面１０８となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法を用いることもできる。
【００５６】
また、半導体基板１０１の露出している面に、たとえば真空蒸着法により、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜を形成する。次いで、アニール処理する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施の形態で用いた電極材料の場合は、通常４００℃前後で行う。以上の工程により、第１電極１０７および第２電極１０９が形成される。
【００５７】
（４）次に、第１光路調整層１２０（図１および図２参照）を形成する工程について述べる。
【００５８】
本実施の形態では、第１光路調整層１２０としては、出射するレーザ光を吸収しない材料で形成されていることが望ましい。すなわち、第１光路調整層１２０の材質は、光学素子１００より出射されるレーザ光の波長帯域に吸収帯域をもたない材質から形成されていることが望ましい。第１光路調整層１２０としては、たとえば熱または光等のエネルギーを付与することによって硬化可能なもの（たとえば紫外線硬化型樹脂または熱硬化型樹脂）を用いることができる。紫外線硬化型樹脂としては、たとえば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、たとえば熱硬化型のポリイミド系樹脂が例示できる。
【００５９】
以下に、第１光路調整層１２０の材料としてポリイミド系樹脂を用いた場合について述べる。まず、図７に示すように、柱状部１３０および第１電極１０７を覆うように、ポリイミドの第１前駆体層１２２を形成する。第１前駆体層１２２の形成方法としては、埋込み絶縁層１０６の形成で用いた同様のスピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法、液滴吐出法等の公知技術を利用できる。
【００６０】
次いで、図８に示すように、第１前駆体層１２２上の凹状曲面１０（図１および図２参照）の形成領域以外の領域にマスク層１２４を形成する。マスク層１２４のパターンは、図１および図２に示す凹状曲面１０に対応した部分が開口されたものである。すなわち、この例ではマスク層１２４のパターンは、平面視において円形の開口部１２６を有する。この開口部１２６の中心軸は、前述の凹状曲面１０の中心軸と一致するように形成される。
【００６１】
マスク層１２４としては、レジスト層を用いることができる。マスク層１２４としてレジスト層を用いた場合には、マスク層１２４のパターニングは、公知のリソグラフィ技術を用いて行うことができる。
【００６２】
また、マスク層１２４としては、たとえばＦＡＳ（フルオロアルキルシラン）膜などの撥液膜を用いることもできる。撥液膜とは、後述するエッチャント２０に対して撥液性を有する膜をいう。マスク層１２４にＦＡＳを用いる場合、マスク層１２４のパターニングの方法としては、たとえば以下の方法が挙げられる。
【００６３】
まず、マスク層１２４の開口部１２６の形成領域にリソグラフィ技術を用いてレジスト層を形成する。次に、第１前駆体層１２２の形成された半導体基板１０１をＦＡＳガスの雰囲気中に投入することによって、第１前駆体層１２２の露出した表面にＦＡＳの単分子膜を形成する。次に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などを用いて、レジスト層を除去する。その結果、開口部１２６を有するＦＡＳの単分子膜（マスク層１２４）が形成される。
【００６４】
他の方法としては、まず、第１前駆体層１２２の形成された半導体基板１０１をＦＡＳガスの雰囲気中に投入することによって、第１前駆体層１２２の表面にＦＡＳの単分子膜を形成する。次に、マスク層１２４の開口部１２６の形成領域のみにガラスマスクなどを通して紫外線を照射する。その結果、ＦＡＳの単分子膜の紫外線が照射された領域が分解・除去されて、開口部１２６を有するＦＡＳの単分子膜（マスク層１２４）が形成される。
【００６５】
次に、第１前駆体層１２２をエッチングすることによって、凹状曲面１０（図１および図２参照）を形成する。具体的には、以下の通りである。
【００６６】
まず、図９に示すように、マスク層１２４の開口部１２６（図８参照）に対して、液滴吐出法によりエッチャント２０を滴下する。その結果、マスク層１２４で囲まれた領域、すなわちマスク層１２４の開口部１２６にエッチャント２０が濡れ広がる。そして、エッチャント２０によって第１前駆体層１２２が等方的にエッチングされ、図１０に示すように、第１前駆体層１２２に凹状曲面１０が形成される。
【００６７】
凹状曲面１０の曲率は、エッチャント２０によって第１前駆体層１２２が等方的にエッチングされる際のエッチングレートを変化させることによって制御することができる。
【００６８】
液滴吐出法としては、たとえば、（I）熱により液体（ここではエッチャント２０）中の気泡の大きさを変化させることで圧力を生じさせ、液体をインクジェットヘッド１１４のノズル１１２から吐出させる方法や、（II）圧電素子により生じた圧力によって液体をインクジェットヘッド１１４のノズル１１２から吐出させる方法などがある。圧力の制御性の観点からは、前記（II）の方法が望ましい。
【００６９】
インクジェットヘッド１１４のノズル１１２の位置と、エッチャント２０の吐出位置とのアライメントは、一般的な半導体集積回路の製造工程における露光工程や検査工程で用いられる公知の画像認識技術を用いて行なわれる。たとえば、図９に示すように、インクジェットヘッド１１４のノズル１１２の位置と、マスク層１２４の開口部１２６（図８参照）とのアライメントを画像認識により行なう。アライメント後、インクジェットヘッド１１４に印加する電圧を制御した後、エッチャント２０を吐出する。
【００７０】
この場合、ノズル１１２から吐出されるエッチャント２０の吐出角度にはある程度のばらつきがあるが、エッチャント２０が着弾した位置が開口部１２６の内側であれば、マスク層１２４で囲まれた領域にエッチャント２０が濡れ広がり、自動的に位置の補正がなされる。
【００７１】
なお、第１前駆体層１２２のエッチング方法は、上述のような液滴吐出法のみならず、第１前駆体層１２２に凹状曲面１０を形成することができる方法であれば特に限定されない。たとえば、図１２に示すように、半導体基板１０１をエッチャント２０に浸し、第１前駆体層１２２をエッチングする方法を用いることもできる。
【００７２】
エッチャント２０としては、第１前駆体層１２２をエッチングできる公知のエッチャントを用いることが可能である。たとえば、第１前駆体層１２２がポリイミド系樹脂の前駆体である場合には、アルカリ性の現像液などを用いることができる。
【００７３】
次に、必要に応じて、マスク層１２４を除去する。マスク層１２４の除去は、たとえばマスク層１２４としてレジスト層を用いた場合には、アッシングにより行うことができる。たとえばマスク層１２４としてＦＡＳの単分子膜を用いた場合には、紫外線を照射することによって分解・除去することができる。
【００７４】
次いで、第１前駆体層１２２の表面を洗浄した後、ホットプレートや炉を用いて半導体基板１０１を加熱することにより、第１前駆体層１２２に熱を供給してこれを硬化（イミド化）し、図１および図２に示す第１光路調整層１２０を形成する。
【００７５】
（５）次に、第２光路調整層４０（図１および図２参照）を形成する工程について述べる。
【００７６】
本実施の形態では、第２光路調整層４０としては、上述の第１光路調整層１２０と同様に、出射するレーザ光を吸収しない材料で形成されていることが望ましい。第２光路調整層４０としては、たとえば熱または光等のエネルギーを付与することによって硬化可能なもの（たとえば紫外線硬化型樹脂または熱硬化型樹脂）を用いることができる。紫外線硬化型樹脂としては、たとえば紫外線硬化型のアクリル系樹脂およびエポキシ系樹脂が挙げられる。また、熱硬化型樹脂としては、たとえば熱硬化型のポリイミド系樹脂が例示できる。上述したように、第２光路調整層４０は、第１光路調整層１２０の屈折率より大きな屈折率となるような材料で形成されていることが望ましい。
【００７７】
以下に、第２光路調整層４０の材料としてポリイミド系樹脂を用いた場合について述べる。まず、図１１に示すように、第１光路調整層１２０に形成された凹状曲面１０に向けて、液滴吐出法により液滴４２を吐出する。その結果、凹状曲面１０上に液滴４２が濡れ広がる。そして、凹状曲面１０上に凸状曲面１２を有する第２前駆体層４４が形成される。
【００７８】
凸状曲面１２の曲率は、液滴吐出法により吐出される液滴４２の液滴数を変化させることによって制御することができる。
【００７９】
液滴吐出法としては、たとえば、（I）熱により液体（ここでは液滴４２）中の気泡の大きさを変化させることで圧力を生じさせ、液体をインクジェットヘッド１１５のノズル１１３から吐出させる方法や、（II）圧電素子により生じた圧力によって液体をインクジェットヘッド１１５のノズル１１３から吐出させる方法などがある。圧力の制御性の観点からは、前記（II）の方法が望ましい。
【００８０】
インクジェットヘッド１１５のノズル１１３の位置と、液滴４２の吐出位置とのアライメントは、一般的な半導体集積回路の製造工程における露光工程や検査工程で用いられる公知の画像認識技術を用いて行なわれる。たとえば、図１１に示すように、インクジェットヘッド１１５のノズル１１３の位置と、凹状曲面１０とのアライメントを画像認識により行なう。アライメント後、インクジェットヘッド１１５に印加する電圧を制御した後、液滴４２を吐出する。
【００８１】
この場合、ノズル１１３から吐出される液滴４２の吐出角度にはある程度のばらつきがあるが、液滴４２が着弾した位置が凹状曲面１０上であれば、凹状曲面１０上に液滴４２が濡れ広がり、自動的に位置の補正がなされる。すなわち、平面視において凹状曲面１０の中心と凸状曲面１２の中心とがほぼ同じ位置になるよう自動的に補正がなされる。
【００８２】
次いで、第２前駆体層４４の表面を洗浄した後、ホットプレートや炉を用いて半導体基板１０１を加熱することにより、第２前駆体層４４に熱を供給してこれを硬化（イミド化）し、図１および図２に示す第２光路調整層４０を形成する。
【００８３】
以上のプロセスにより、図１および図２に示す光学素子１００が得られる。
【００８４】
１−４．作用効果
以下に、本実施の形態の主な作用効果について述べる。
【００８５】
本実施の形態にかかる光学素子１００によれば、第１光路調整層１２０に形成された凹状曲面１０および第２光路調整層４０に形成された凸状曲面１２を有する。すなわち、本実施の形態の光学素子１００では、凹状曲面１０および凸状曲面１２がレンズとして機能する。本実施の形態の光学素子１００の有するレンズの面数は２面である。したがって、レンズの面数が１面である場合に比べ、本実施の形態の光学素子１００の有するレンズのＮＡは高くなる。これにより、レンズの面数が１面である場合に比べ、レンズの焦点距離が短くなるため、この光学素子から出射される光の放射角を小さくすることや、出射される光をコリメートすることが可能である。
【００８６】
本実施の形態にかかる光学素子１００によれば、上述したようにレンズの面数が１面である場合に比べ、本実施の形態の光学素子１００の有するレンズのＮＡは高いので、レンズに入射する光は、より広い放射角を有することが可能である。
【００８７】
本実施の形態にかかる光学素子１００によれば、上述したように本実施の形態の光学素子１００から出射されるレーザ光の放射角を小さくすることが可能である。言い換えるならば、レーザ光の放射角が一定であるならば、レンズの面数が１面であるレンズに比べ、レンズの面数が２面であるレンズの方が薄くすることができる。すなわち、本実施の形態にかかる光学素子１００によれば、デバイスの微細化を図ることができる。
【００８８】
本実施の形態にかかる面発光レーザ１００によれば、凹状曲面１０を有する第１光路調整層１２０を有することにより、以下の理由でレーザ光の横モードを制御することができる。すなわち、高次横モードのレーザ光は、基本横モードのレーザ光に比べ、放射角が大きい。そのため、高次横モードのレーザ光は、凹状曲面１０で反射されて光が散乱するため、平面で反射される場合に比べ、損失が大きい。言い換えるならば、凹状曲面１０によって高次横モードのレーザ光に損失を与えることができる。その結果、相対的に基本横モードのレーザ光の発振出力が増加する。すなわち、レーザ光の発振特性は、より基本モードに近いものとなる。このようにして、レーザ光の横モードを制御することができる。
【００８９】
本実施の形態にかかる光学素子１００によれば、従来の光学素子上に第１光路調整層１２０および第２光路調整層４０を形成するだけで、上述したようにレーザ光の放射角を小さくすることや、レーザ光をコリメートすることができる。すなわち、従来の光学素子の構造をそのまま利用することが可能である。
【００９０】
本実施の形態にかかる光学素子１００の製造方法によれば、第２光路調整層４０を形成する工程において、液滴４２（図１１参照）は、液体であるために自動的に位置が補正される。そして、平面視において凹状曲面１０の中心と凸状曲面１２の中心とがほぼ同じ位置となる。したがって、平面視において２面のレンズ面の中心がほぼ一致するレンズが形成される。本実施の形態にかかる光学素子１００の製造方法によれば、高精度の位置合わせ技術を用いてレンズ面が２面であるレンズを形成する場合、たとえばレンズを貼り合わせてレンズ面が２面であるレンズを形成するような場合に比べ、位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【００９１】
２．第２の実施の形態
２−１．デバイスの構造
図１３は、本発明を適用した第２の実施の形態に係る光学素子２００を模式的に示す断面図である。なお、第１の実施の形態に係る光学素子１００と実質的に同じ構成要素には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００９２】
本実施の形態に係る光学素子２００は、半導体基板１０１の裏面１０１ｂ側から光が出射する点、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに凹部２２２が設置され、凹部２２２に第１光路調整層２２０が埋め込まれている点、ならびに第２電極１０９が半導体基板１０１に対して第１電極１０７と同じ側に形成されている点、第１光路調整層２２０の上面に出射面２０８が設置されている点で、第１の実施の形態の光学素子１００と異なる構造を有する。
【００９３】
本実施の形態に係る光学素子２００では、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに凹部２２２が形成され、凹部２２２に第１光路調整層２２０が埋め込まれている。第１光路調整層２２０の幅および膜厚は、凹部２２２の幅および深さを調整することによって、制御することが可能である。
【００９４】
また、この光学素子２００には、ＩｎＧａＡｓ系の層を含む活性層２０３が形成されている点で、ＡｌＧａＡｓ系の層を含む活性層１０３が形成されている第１の実施の形態の光学素子１００と異なる構造を有する。具体的には、活性層２０３は、Ｉｎ０．３Ｇａ０．７Ａｓウエル層およびＧａＡｓバリア層を含む量子井戸構造を有する。
【００９５】
２−２．デバイスの動作
本実施の形態の光学素子２００の動作は、第１の実施の形態の光学素子１００と基本的に同様である。ただし、本実施の形態の光学素子２００では、出射面２０８が半導体基板１０１の裏面１０１ｂ側に設置されているため、活性層２０３で生じた光は、下部ミラー１０２および半導体基板１０１を経た後、出射面２０８から出射し、しかる後に第１光路調整層２２０へと入射する。第１光路調整層２２０に入射したレーザ光は、第２光路調整層５０へと入射した後、半導体基板１０１に対して垂直方向（図１３に示す−Ｚ方向）へと出射する。
【００９６】
また、この光学素子２００は、ＩｎＧａＡｓ系の層を含む活性層２０３が設置されていることにより、ＧａＡｓ基板を透過可能な波長８８０ｎｍ以上の光（たとえば１１００ｎｍ程度）を出射する光学素子として機能することができる。
【００９７】
２−３．デバイスの製造方法
次に、本発明を適用した第２の実施の形態に係る光学素子２００の製造方法の一例について説明する。
【００９８】
第２の実施の形態に係る光学素子２００は、途中の製造プロセスまでは、前述の第１の実施の形態に係る光学素子１００の製造プロセスとほぼ同様の工程によって形成することができる。具体的には、活性層１０３（図２参照）のかわりに、Ｉｎ０．３Ｇａ０．７Ａｓウエル層およびＧａＡｓバリア層を含む活性層２０３を形成する点、第１および第２電極１０７，１０９の平面形状が異なる点、第１電極１０７と第２電極１０９とを半導体基板１０１に対して同じ側に形成する点、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに凹部２２２を形成し、凹部２２２に凹状曲面３０を有する第１光路調整層２２０を形成する点を除いて、第１の実施の形態の光学素子１００の製造プロセスとほぼ同様の工程によって形成される。よって、ここでは、第１の実施の形態の光学素子１００の製造プロセスと異なる点について主に説明する。
【００９９】
本実施の形態に係る光学素子２００の製造プロセスでは、具体的には、埋め込み絶縁層１０６を形成するまでは、上述の第１の実施の形態の光学素子１００の製造プロセスとほぼ同様である。
【０１００】
次いで、第２ミラー１０４の側方に存在する埋め込み絶縁層１０６を除去して、第１ミラー１０２を露出させる（図１３参照）。埋め込み絶縁層１０６の除去は、たとえば公知のリソグラフィ技術を用いたエッチングにより行うことができる。エッチングは、たとえばウェットエッチング法やドライエッチング法などにより行うことができる。
【０１０１】
次に、たとえば真空蒸着法により絶縁層１０６および柱状部１３０の上面に、第１電極１０７を形成する。また、第１ミラー１０２の露出している上面に、第２電極１０９を形成する。第１および第２電極１０７，１０９の具体的な形成方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同様である。
【０１０２】
次に、半導体基板１０１の裏面１０１ｂに凹部２２２を形成する。凹部２２２の形成は、たとえば公知のリソグラフィ技術を用いたエッチングにより行うことができる。エッチングは、たとえばウェットエッチング法やドライエッチング法などにより行うことができる。
【０１０３】
次に、凹部２２２に凹状曲面３０を有する第１光路調整層２２０を埋め込む。凹状曲面３０を有する第１光路調整層２２０の具体的な形成方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１０４】
次に、凹状曲面３０の上（図１３において凹状曲面３０の下側）に凸状曲面３２を有する第２光路調整層５０を形成する。凸状曲面３２を有する第２光路調整層５０の具体的な形成方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１０５】
以上のプロセスにより、図１３に示す光学素子２００が得られる。
【０１０６】
２−４．作用効果
本実施の形態に係る光学素子２００およびその製造方法は、レーザ光が柱状部１３０に対して出射する方向が異なる以外は、第１の実施の形態に係る光学素子１００およびその製造方法と実質的に同じ作用および効果を有する。
【０１０７】
３．第３の実施の形態
３−１．デバイスの構造
図１４は、本発明を適用した第３の実施の形態に係る光学素子３００を模式的に示す断面図である。なお、本実施の形態においては、光学素子３００としてｐｉｎ型フォトダイオードを用いた場合について説明する。
【０１０８】
本実施の形態にかかる光学素子３００は、図１４に示すように、第１導電型半導体層（本実施の形態ではｎ型半導体層）３０１と、光吸収層３０３と、第２導電型半導体層（本実施の形態ではｐ型半導体層）３０４と、第１電極３０７と、第２電極３０９と、凹状曲面６０を有する第１光路調整層３２０と、凸状曲面６２を有する第２光路調整層７０を含む。
【０１０９】
第１導電型半導体層３０１は、たとえばｎ型ＧａＡｓ層からなることができる。たとえば第１導電型半導体層３０１は、ＳｅやＳｉをドーピングすることによってｎ型にすることができる。
【０１１０】
光吸収層３０３は、たとえば不純物がドーピングされていないＧａＡｓ層からなることができる。
【０１１１】
第２導電型半導体層３０４は、たとえばｐ型ＧａＡｓ層からなることができる。たとえば第２導電型半導体層３０４は、ＺｎやＣをドーピングすることによってｐ型にすることができる。したがって、第２導電型半導体層３０４、不純物がドーピングされていない光吸収層３０３、および第１導電型半導体層３０１により、ｐｉｎダイオードが形成される。
【０１１２】
第２導電型半導体層３０４の上には、第１電極３０７が形成されている。第１電極３０７の開口部は、光の入射面３０８となる。第１電極３０７は、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜からなる。さらに、第１導電型半導体層３０１の裏面には、第２電極３０９が形成されている。第２電極３０９は、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜からなる。
【０１１３】
第１光路調整層３２０および第２光路調整層７０は、第１光路調整層３２０が第２導電型半導体層３０４および第１電極３０７上に形成されている以外は、第１の実施の形態にかかる光学素子１００と基本的に同様であるため、詳しい説明は省略する。
【０１１４】
３−２．デバイスの動作
本実施の形態の光学素子３００の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の光学素子３００の駆動方法は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。
【０１１５】
まず、第１電極１０７と第２電極１０９とで、ｐｉｎダイオードに逆方向の電圧を印加すると、光吸収層３０３が空乏化する。そして、入射面３０８から光が入射すると、空乏化した光吸収層３０３内で光を吸収して電子と正孔とが励起され、かかる電子と正孔が光電流として外部回路に信号として取り出される。
【０１１６】
本実施の形態の光学素子３００は、第１光路調整層３２０に形成された凹状曲面６０および第２光路調整層７０に形成された凸状曲面６２を有する。すなわち、本実施の形態の光学素子３００では、凹状曲面６０および凸状曲面６２がレンズとして機能する。本実施の形態の光学素子３００の有するレンズの面数は２面である。したがって、レンズの面数が１面である場合に比べ、本実施の形態の光学素子３００の有するレンズのＮＡは高くなる。これにより、レンズの面数が１面である場合に比べ、入射した光の放射角を小さくすることや、入射した光をコリメートすることが容易になる。その結果、光ファイバ等の光導波路にこの光学素子を結合させる場合において、結合効率を向上させることができる。また、光のアライメントを容易に行うことができる。
【０１１７】
３−３．デバイスの製造方法
次に、本発明を適用した第３の実施の形態に係る光学素子３００の製造方法の一例について説明する。
【０１１８】
（１）まず、ｎ型ＧａＡｓからなる第１導電型半導体層３０１上に、光吸収層３０３、ｐ型ＧａＡｓからなる第２導電型半導体層３０４の順にエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長を行う際の温度は、成長方法や原料、第１導電型半導体層３０１の種類、あるいは形成する膜の種類、厚さ、およびキャリア密度によって適宜決定されるが、一般に、４５０℃〜８００℃であるのが好ましい。また、エピタキシャル成長を行う際の所要時間も、温度と同様に適宜決定される。また、エピタキシャル成長させる方法としては、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。
【０１１９】
（２）次に、第１電極３０７、第２電極３０９および光の入射面３０８（図１４参照）を形成する工程について述べる。
【０１２０】
まず、第１電極３０７および第２電極３０９を形成する前に、必要に応じて、プラズマ処理法等を用いて、第１導電型半導体層３０１および第２導電型半導体層３０４の露出している上面を洗浄する。これにより、より安定した特性の素子を形成することができる。つづいて、たとえば真空蒸着法により第２導電型半導体層３０４の上面に、たとえばＡｕとＺｎの合金とＡｕとの積層膜を形成した後、リフトオフ法により、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が入射面３０８となる。なお、前記工程において、リフトオフ法のかわりに、ドライエッチング法あるいはウェットエッチング法を用いることもできる。
【０１２１】
また、第１導電型半導体層３０１の露出している面に、たとえば真空蒸着法により、たとえばＡｕとＧｅの合金とＡｕとの積層膜を形成する。次いで、アニール処理する。アニール処理の温度は電極材料に依存する。本実施の形態で用いた電極材料の場合は、通常４００℃前後で行う。以上の工程により、第１電極３０７および第２電極３０９が形成される。
【０１２２】
（３）次に、第２導電型半導体層３０４および第１電極３０７上に凹状曲面６０を有する第１光路調整層３２０を形成する。凹状曲面６０を有する第１光路調整層３２０の具体的な形成方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１２３】
次に、凹状曲面６０上に凸状曲面６２を有する第２光路調整層７０を形成する。凸状曲面６２を有する第２光路調整層７０の具体的な形成方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【０１２４】
以上のプロセスにより、図１４に示す光学素子３００が得られる。
【０１２５】
３−４．作用効果
以下に、本実施の形態の主な作用効果について述べる。
【０１２６】
本実施の形態にかかる光学素子３００によれば、第１光路調整層３２０に形成された凹状曲面６０および第２光路調整層７０に形成された凸状曲面６２を有する。すなわち、本実施の形態の光学素子３００では、凹状曲面６０および凸状曲面６２がレンズとして機能する。本実施の形態の光学素子３００の有するレンズの面数は２面である。したがって、レンズの面数が１面である場合に比べ、本実施の形態の光学素子３００の有するレンズのＮＡは高くなる。これにより、レンズの面数が１面である場合に比べ、入射した光の放射角を小さくすることや、入射した光をコリメートすることが容易になる。その結果、光ファイバ等の光導波路にこの光学素子を結合させる場合において、結合効率を向上させることができる。また、光のアライメントを容易に行うことができる。
【０１２７】
本実施の形態にかかる光学素子３００の製造方法によれば、第２光路調整層７０を形成する工程において、液滴４２（第１の実施の形態にかかる光学素子１００の製造方法の説明および図１１参照）は、液体であるために自動的に位置が補正される。そして、平面視において凹状曲面６０の中心と凸状曲面６２の中心とがほぼ同じ位置となる。したがって、平面視において２面のレンズ面の中心がほぼ一致するレンズが形成される。本実施の形態にかかる光学素子３００の製造方法によれば、高精度の位置合わせ技術を用いてレンズ面が２面であるレンズを形成する場合、たとえばレンズを貼り合わせてレンズ面が２面であるレンズを形成するような場合に比べ、位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【０１２８】
以上、本発明の好適な実施の形態について述べたが、本発明はこれらに限定されず、各種の態様を取りうる。たとえば、上述の実施の形態においては、光学素子が面発光型半導体レーザおよびｐｉｎ型フォトダイオードである場合について説明したが、本発明は、面発光型半導体レーザおよびｐｉｎ型フォトダイオード以外の光学素子にも適用可能である。本発明を適用できる光学素子としては、たとえば発光素子としては、端面型半導体レーザ、半導体発光ダイオード、有機ＥＬ素子が例示できる。また、たとえば受光素子としては、固体撮像素子、フォトディテクター、ｐｉｎ型フォトダイオード以外のフォトダイオードが例示できる。
【０１２９】
また、たとえば、上述した本発明の実施の形態では、光路調整層は、第１光路調整層および第２光路調整層の２層である場合について説明したが、光路調整層は３層以上形成することができる。たとえば、光路調整層が３層である場合には、第２光路調整層の上方に形成された第３光路調整層の屈折率を、第２光路調整層の屈折率に比べ、小さくすることにより、高いＮＡを有するレンズを形成することができる。第３光路調整層は、上述した第２光路調整層の形成方法と同様の方法を用いて、第２光路調整層上に形成することができる。なお、光路調整層を４層以上形成する場合についても同様である。
【０１３０】
また、たとえば、上述した本発明の第１の実施の形態では、第１電極１０７は第２ミラー１０４の上面に形成され、第２電極１０９は半導体基板１０１の裏面に形成された両面電極構造の例について述べたが、第１電極１０７は第２ミラー１０４の上面に形成され、第２電極１０９は第１ミラー１０２の上面に形成された片面電極構造とすることもできる。
【０１３１】
また、たとえば、上述した本発明の第１および第２の実施の形態では、柱状部を一つ有する光学素子について説明したが、基板面内で柱状部を複数個設けることも可能である。また、複数の光学素子がアレイ化されている場合でも、同様の作用および効果を有する。
【０１３２】
また、たとえば、上記実施の形態において、各半導体層におけるｐ型とｎ型とを入れ替えても本発明の趣旨を逸脱するものではない。上記第１の実施の形態ではＡｌＧａＡｓ系のもの、上記第２の実施の形態ではＩｎＧａＡｓ系のものについて説明したが、発振波長に応じてその他の材料系、たとえば、ＧａＩｎＰ系、ＺｎＳＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＧａＡｓＳｂ系などの半導体材料を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】第１の実施の形態に係る光学素子の平面図。
【図２】図１に示す光学素子の断面図。
【図３】第１の実施の形態に係る光学素子の製造方法を示す断面図。
【図４】第１の実施の形態に係る光学素子の製造方法を示す断面図。
【図５】第１の実施の形態に係る光学素子の製造方法を示す断面図。
【図６】第１の実施の形態に係る光学素子の製造方法を示す断面図。
【図７】第１の実施の形態に係る光学素子の製造方法を示す断面図。
【図８】第１の実施の形態に係る光学素子の製造方法を示す断面図。
【図９】第１の実施の形態に係る光学素子の製造方法を示す断面図。
【図１０】第１の実施の形態に係る光学素子の製造方法を示す断面図。
【図１１】第１の実施の形態に係る光学素子の製造方法を示す断面図。
【図１２】第１の実施の形態に係る光学素子の製造方法を示す断面図。
【図１３】第２の実施の形態に係る光学素子の断面図。
【図１４】第３の実施の形態に係る光学素子の断面図。
【符号の説明】
【０１３４】
１０  凹状曲面、１２  凸状曲面、２０  エッチャント、３０  凹状曲面、３２  凸状曲面、４０  第２光路調整層、５０  第２光路調整層、６０  凹状曲面、６２  凸状曲面、７０  第２光路調整層、１００  光学素子、１０１  半導体基板、１０２  第１ミラー、１０３  活性層、１０４  第２ミラー、１０５  絶縁層、１０６  埋め込み絶縁層、１０７  第１電極、１０８  出射面、１０９  第２電極、１１２，１１３  ノズル、１１４，１１５  インクジェットヘッド、１２０  第１光路調整層、１２２  前駆体層、１２４  マスク層、１２６  開口部、１３０  柱状部、１４０  垂直共振器、１５０  半導体多層膜、２００  光学素子、２０３  活性層、２０８  出射面、２２０  第１光路調整層、２２２  凹部、３００  光学素子、３０１  第１導電型半導体層、３０３  光吸収層、３０４  第２導電型半導体層、３０７  第１電極、３０８  入射面、３０９  第２電極、３２０  第１光路調整層
【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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