(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され、受発光部を介して受光あるいは発光する光素子と、
前記光素子が受光あるいは発光する光の波長に対して透明性を有し、前記受発光部の表面の凹凸を平坦化して前記受発光部上に常温接合可能に清浄化された平坦な結合面を形成する光結合層と、
前記結合面に所定の２次元パターンを有し、表面が常温接合可能に清浄化された複数の層を積層して接合されたフォトニック結晶とを備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記光素子は、前記基板上に１次元状あるいは２次元状に配列され、複数の前記発光部を介して受光あるいは発光する複数の受光素子あるいは発光素子であり、
前記光結合層は、前記複数の受発光部が形成された前記基板の表面全体に形成された構成の請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記光結合層は、前記フォトニック結晶と常温接合可能な材料からなる構成の請求項１記載の光学素子。
【請求項４】
前記光結合層は、シリコン窒化膜からなる構成の請求項３記載の光学素子。
【請求項５】
前記光結合層は、前記受発光部上に平坦な前記結合面を形成する平坦化層と、前記平坦化層および前記フォトニック結晶と常温接合により接合される常温接合層とを備えた構成の請求項１記載の光学素子。
【請求項６】
第１面とこの第１面と対向する第２面を有し、前記第２面に凹状の出射孔を備えた基板と、
前記基板の前記第１面側の前記出射孔に対向する位置に設けられ、前記第２面側で受光あるいは発光する光素子と、
前記基板の前記第２面側の前記出射孔による凹凸を平坦化して常温接合可能に清浄化された平坦な結合面を形成する平坦化層と、
前記結合面に所定の２次元パターンを有し、表面が常温接合可能に清浄化された複数の層を積層して接合されたフォトニック結晶とを備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項７】
前記光結合層は、前記基板の前記第２面上に平坦な前記結合面を形成する平坦化層と、前記平坦化層および前記フォトニック結晶と常温接合により接合される常温接合層とを備えた構成の請求項６記載の光学素子。
【請求項８】
前記平坦化層は、ポリイミドからなる構成の請求項５又は７記載の光学素子。
【請求項９】
第１面とこの第１面と対向する第２面を有する基板と、
前記基板の前記第１面上に１次元状あるいは２次元状に配列され、前記第１面側に複数の発光部を有し、前記複数の発光部からレーザ光を出射する複数の面発光型レーザ素子と、
前記レーザ光の波長に対して透明性を有し、前記基板の前記第１面側に前記複数の面発光型レーザ素子の表面の凹凸および前記面発光型レーザ素子間の凹凸を平坦化して常温接合可能に清浄化された平坦な結合面を形成する平坦化層と、
前記結合面に所定の２次元パターンを有し、表面が常温接合可能に清浄化された複数の層を積層して形成されたフォトニック結晶とを備えたことを特徴とするレーザアレイ。
【請求項１０】
第１の基板上に受発光部を介して受光あるいは発光する光素子を形成し、
前記光素子が受光あるいは発光する光の波長に対して透明性を有する材料によって前記光素子の表面の凹凸を平坦化して前記受発光部上に常温接合可能に清浄化された平坦な結合面を形成し、
第２の基板上に所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を形成し、
前記第１の基板と前記第２の基板との間で圧接と引き離しを繰り返すことにより、前記複数の薄膜を前記第２の基板から前記第１の基板の前記結合面上に転写、積層してフォトニック結晶を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１１】
第１面とこの第１面と対向する第２面を有し、前記第２面に凹状の出射孔を備えた第１の基板の前記第１面側に、前記第２面側で受光あるいは発光する光素子を形成し、
前記光素子が受光あるいは発光する光の波長に対して透明性を有する材料によって前記第１の基板の前記第２面側の前記出射孔を含む凹凸を平坦化して前記受発光部上に常温接合可能に清浄化された平坦な結合面を形成し、
第２の基板上に所定の２次元パターンを有する複数の薄膜を形成し、
前記第１の基板と前記第２の基板との間で圧接と引き離しを繰り返すことにより、前記複数の薄膜を前記第２の基板から前記第１の基板の前記結合面上に転写、積層してフォトニック結晶を形成することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記複数の薄膜の積層は、常温接合により行う構成の請求項１０又は１１記載の光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光インターコネクション、オプトエレクトロニクス、光計測、レーザプリンタ等の分野に好適な光学素子、レーザアレイ、および光学素子の製造方法に関し、特に、部品点数を少なくして光回路の構成の簡素化を図り、屈折率周期構造体の構造の自由度の高い光学素子、レーザアレイ、および光学素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
屈折率の分布が光の波長と同程度のピッチの屈折率周期構造を有する媒質は、独特の光の伝播特性を有することが知られており、近年、２次元あるいは３次元的な屈折率周期構造の媒質中での光の振る舞いが注目を集めている。そのような媒質中では、ある特定の範囲の波数ベクトルを有する光は伝播が禁じられ、半導体中の電子のエネルギーバンドと同様のフォトニックバンドが形成される。このフォトニックバンドを形成する屈折率周期構造を「フォトニック結晶」という。
【０００３】
このようなフォトニック結晶の従来の製造方法として、例えば、特開平１０−３３５７５８号公報に示されるものがある。
【０００４】
図９は、そのフォトニック結晶の製造方法を示す。この製造方法では、まず、基板上に孔を六角格子状に周期的に形成し、表面凹凸構造の下地（図示せず）を用意する。次に、この下地の表面に、高周波スパッタリング法によってＳｉ薄膜１００とＳｉＯ2薄膜１０１を交互に成膜するとともに、ＳｉＯ2薄膜１０１の一部に高周波により電離したイオンによってエッチングを行うスパッタエッチングを行うことにより屈折率が異なる２種類の薄膜１００，１０１からなるフォトニック結晶を製造する。この構成によれば、基板表面に形成した凹凸構造を多層薄膜の上層にも保存できるので、極めて微細な３次元周期構造体を製造することができる。
【０００５】
フォトニックバンド構造を有する従来の垂直共振器レーザとして、例えば、特開平１０−２８４８０６号公報に開示されるものがある。
【０００６】
図１０は、その垂直共振器レーザを示す。この垂直共振器レーザは、２次元フォトニックバンド構造を有する半導体層１１０と、半導体層１１０の両側にそれぞれ形成された多層膜反射鏡１２０，１３０とを有するものであり、次にように製造される。まず、ＩｎＰ基板上に、活性層を含む半導体層１１０を形成し、反応性イオンエッチングにより半導体層１１０に２次元状にホール１１１を形成して２次元フォトニックバンド構造を形成する。一方、ガラス基板上に高周波スパッタリング法によりＡｌ2Ｏ3層およびＳｉ層からなる多層膜反射鏡１３０を成膜する。ＩｎＰ基板とガラス基板とを膜面を向かい合わせて加熱接合する。ＩｎＰ基板の裏面を研磨してＩｎＰ基板を薄くした後、選択エッチングによりＩｎＰクラッド層を露出させ、その露出したＩｎＰクラッド層上にガラス基板上に施したのと同様に多層膜反射鏡１２０を成膜する。このようにして垂直共振器レーザが製造される。この構成によれば、レーザ活性媒質からの発光を３次元空間で制御することで、発振閾値を低減し、かつ、高効率なレーザ動作を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の図９に示したフォトニック結晶によると、発光ダイオード等の光素子とともに光回路を構成しなければならないため、部品点数が増加して光回路の構成を複雑化し、また、それぞれの部品を精度良く組み立てなくてはならないため、光回路のアセンブリが困難となる。
【０００８】
また、従来の図１０に示した垂直共振器レーザによると、活性層を含む半導体光素子の内部にフォトニックバンド構造を形成しているので、屈折率周期構造体の構造の自由度が低いという問題がある。
【０００９】
従って、本発明の目的は、部品点数を少なくして光回路の構成の簡素化を図り、屈折率周期構造体の構造の自由度の高い光学素子、レーザアレイ、および光学素子の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、基板上に形成され、受発光部を介して受光あるいは発光する光素子と、前記光素子が受光あるいは発光する光の波長に対して透明性を有し、前記受発光部の表面の凹凸を平坦化して前記受発光部上に常温接合可能に清浄化された平坦な結合面を形成する光結合層と、前記結合面に所定の２次元パターンを有し、表面が常温接合可能に清浄化された複数の層を積層して接合されたフォトニック結晶とを備えたことを特徴とする光学素子を提供する。
上記構成によれば、受発光部は、光結合層を介して屈折率周期構造体と光学的かつ機械的に結合される。受発光部の表面側に屈折率周期構造体を配置することにより、材料の選択の自由度が高くなる。
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、第１面とこの第１面と対向する第２面を有する基板と、前記基板の前記第１面上に１次元状あるいは２次元状に配列され、前記第１面側に複数の発光部を有し、前記複数の発光部からレーザ光を出射する複数の面発光型レーザ素子と、前記レーザ光の波長に対して透明性を有し、前記基板の前記第１面側に前記複数の面発光型レーザ素子の表面の凹凸および前記面発光型レーザ素子間の凹凸を平坦化して常温接合可能に清浄化された平坦な結合面を形成する平坦化層と、前記結合面に所定の２次元パターンを有し、表面が常温接合可能に清浄化された複数の層を積層して形成されたフォトニック結晶とを備えたことを特徴とするレーザアレイを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第1の実施の形態に係る光学素子を示す。この光学素子１は、アレイ基板２と、アレイ基板２上に通常の半導体プロセスを用いて１次元あるいは２次元状に形成された複数の受発光素子３と、アレイ基板２の表面を平坦化する光結合層４と、光結合層４上に形成されたフォトニック結晶５とを有する。
【００１３】
受発光素子３は、光を出射するレーザ素子，ＬＥＤ，ＥＬ素子等の発光素子、あるいはシリコンフォトダイオード，アバランシェ増幅型光センサ等の受光素子である。受発光素子３は、受発光部としての表面３ａを介して受光あるいは発光するが、その表面３ａには凹凸がある。本実施の形態では、受発光素子３として機能する部分は周囲に比べて台地状に凸形状となっている。受発光素子３の周囲に光結合層４を形成することにより、アレイ基板２の表面は平坦化される。
【００１４】
光結合層４は、複数の受発光素子３とフォトニック結晶５とを光学的かつ機械的に結合するものであり、受発光素子３が受光あるいは発光する光の波長に対して実質的な透明性を有する材料、例えば、シリコン窒化膜から形成される。
【００１５】
フォトニック結晶５は、使用する光の波長と同程度あるいはそれ以下の周期で屈折率が変化する屈折率周期構造体であり、１種類の薄膜材料と空気あるいは真空の部分、あるいは２種類以上の薄膜材料からなる所定のパターンを有する薄膜を、ラテラル方向に位置をずらしながら複数層積層してなるものであり、薄膜としては、例えば、Ｓｉを用いることができる。
【００１６】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、フォトニック結晶５の製造工程を示す。まず、同図（ａ）に示すように、図１に示すアレイ基板２とは別の基板６上にフォトリソグラフィー法等により所定のパターンを有するパターン層５０Ａ，５０Ｂを形成する。同図の場合は、パターン層５０Ａは、縦方向にストライプ形状を有する複数の薄膜５１から構成され、パターン層５０Ｂは、横方向のストライプ形状を有する複数の薄膜５１から構成される。このようなパターン層５０Ａ，５０Ｂを基板６上にそれぞれ複数個形成しておく。次に、これらのパターン層５０Ａ，５０Ｂを、図２（ｂ）に示すように、順次アレイ基板２の光結合層４に接合・転写させて複数層（数層乃至数十層）積層することにより、図２（ｃ）に示すようなフォトニック結晶５を作製する。このフォトニック結晶５は、薄膜５１の材料の屈折率、薄膜５１以外の領域の屈折率（空気若しくは他の薄膜材料）、ストライプの線幅とピッチ、膜厚等を制御することにより、あるいは上記ストライプ構造以外の周期構造とすることにより、光学的機能を所望のものにすることが可能である。
【００１７】
このような第１の実施の形態によれば、自由に設計が可能な３次元のフォトニック結晶５と受発光素子３とを一体的に形成することにより、各種の機能を有する光学素子が実現できる。例えば、発光素子と、集光機能を有するフォトニック結晶５を組み合わせると、出射光束の方向や広がり角度を所望の範囲に揃えることが可能となる。また、受光素子と、フィルター機能を有するフォトニック結晶５を組み合わせると、特定の波長を有する信号光のみに感度を有し、外部からの雑音光を除去することが可能となるため、ＳＮ比に優れる受光素子が実現できたり、波長多重通信システム用の受光素子が実現できる。上述のようなフォトニック結晶５が有する光学的機能は、フォトニック結晶５の各パターン層を適切に設計することにより、自由に設定可能である。
また、光結合層４を挿入することで、既存の受発光素子３の製造プロセスを変更すること無く、その表面にフォトニック結晶５を積層することが可能となる。なお、パターン層のパターンは、上記のストライプパターン以外でもよく、例えば、薄膜の一部に周期的な孔が多数個形成されたパターンや、逆に周期的な島状領域が多数個形成されたパターン等が適用できる。また、周期的なパターン以外に、周期構造の中に周期性を乱したパターン（結晶欠陥）を導入してもよい。このような結晶部分は、光の導波経路として機能するため、受発光部と任意の部位を光学的に接続することが可能となる。
【００１８】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る光学素子を示す。第１の実施の形態では、光結合層４が受発光素子３の周囲だけでなく表面をも覆い込んでいるが、この第２の実施の形態は、光結合層４を受発光素子３の周囲のみに形成したものである。これにより、受発光素子３の表面３ａと光結合層４とが同一膜厚となるので、受発光素子３の表面３ａ、および光結合層４の表面にフォトニック結晶５が積層し易くなる。
【００１９】
【実施例】
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例１を示す。この実施例１は、第１の実施の形態の光学素子１を面発光型レーザアレイ１０に適用したものである。以下に、この面発光型レーザアレイ１０の製造方法の一例を説明する。まず、分子線エピタキシー技術を用いて、半絶縁性のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなるアレイ基板２上に、ｎ＋型のＧａＡｓからなる下部クラッド層３０と、それぞれの膜厚が媒質内波長の１／４であるＡｌＡｓとＧａＡｓとを交互に積層した総膜厚数μｍのｎ側多層反射膜３１と、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓで構成された量子井戸３層をＧａＡｓ１０ｎｍで挟んだ構造を有し、膜厚が媒質内波長のアンドープ活性領域３２と、それぞれの膜厚が媒質内波長の１／４であるＡｌＡｓとＧａＡｓとを交互に積層した総膜厚数μｍのｐ側多層反射膜３３とを順次成長させる。なお、ドーパントには、ＳｉおよびＢｅをそれぞれｎ側多層反射膜３１およびｐ側多層反射膜３３に用いている。
【００２０】
次に、ｎ側配線の分離のためにリアクティブイオンエッチング技術を用いて、配線分離用溝３４を作成し、縦方向に３２本の行を設ける。配線分離用溝３４の深さは下部クラッド層３０を貫通して半絶縁性のＧａＡｓのアレイ基板２に達しているが、これは各コラムの電気的分離を行うためである。配線分離用溝３４は、ポリイミド３５を用いて埋められ、次にフォトリソ工程と金属蒸着技術により、横方向に３２本の列、すなわちｐ側多層反射膜３３の上面に３２本の受発光部としてのｐ側金属配線３６を設ける。各列はプロトンを活性領域３２までインプランテーション（図示せず）することにより電気的に分離されている。各行の手前端は、下部クラッド層３０が表面に出る様にエッチングされ、その上面に電極パッド３７が設けられている。また、各列の右端にもｐ側金属（Ａｕ）配線３６上面に電極パッド３８が設けられている。ｉ列ｊ行面の発光点（ｉ，ｊ）を発光させる場合には，ｉ列の電極パッド３８とｊ行の電極パッド３７とを通して発光点（ｉ，ｊ）のレーザに必要な電流を注入し、他の配線をオープンにすればよい。なお、本面発光型レーザアレイ１０は、基板表面側（図４において上側）から光が出射するように上記多層反射膜３１，３３を構成してある。
【００２１】
このような面発光型レーザアレイ１０は、配線分離用溝３４をポリイミド３５で埋めてはあるものの、その後のｐ側金属配線３６の形成により表面には凹凸があるため、この状態のままでは次工程でフォトニック結晶５を積層できない。そこでこの凹凸を完全に平坦化するため、スパッタリング法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法により絶縁性薄膜を光結合層４として着膜する。着膜条件を適当に選択することにより下地に凹凸があっても薄膜の表面を平坦にすることができる。また、必ずしも表面が十分に平坦にならなくても、ＣＭＰ（化学的機械的研磨法）による表面研磨法や、エッチバック法により、完全な平面に仕上げてもよい。着膜する薄膜としては、発光波長に対して透明であり、レーザアレイの個別素子の電気的絶縁性が満足でき、しかも後で述べる常温接合可能な材料であれば、何でもよい。本実施例では、プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜を用いた。この膜を用いれば、ガスの流量や圧力、放電電力を適当に制御することにより、表面を平坦にすることが比較的容易である。
【００２２】
図５（ａ）〜（ｇ）は、面発光型レーザアレイ１０の製造工程を示す。まず、同図（ａ）に示すように、Ｓｉウエハからなる基板６を準備し、この表面にポリイミドをスピンコーティング法にて５μｍ塗布し、これを硬化させて、表面にフッ化処理を施して離型層７を形成する（工程ａ）。次に、この離型層７の上にスパッタリング法によりＳｉ薄膜５１を０．１乃至０．５μｍ着膜する。膜厚は、水晶振動子でモニターすることにより正確に設定できる。
【００２３】
次に、同図（ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィーを用いてＳｉ薄膜５１をパターニングして図５（ｂ）に示すようにフォトニック結晶５の各パターン層５０Ａ，５０Ｂを一括して形成する（工程ｂ）。このパターン層５０Ａ，５０Ｂは、図２（ａ）で示した縦方向及び横方向のストライプパターンのアレイである。ストライプのピッチは利用波長の半分程度であり、ストライプの線幅はピッチの２割から８割程度である。Ｓｉ薄膜５１のエッチングは、湿式エッチングよりもドライエッチング、望ましくは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）の方が、パターンの角が丸まらず基板６の表面に対して端面が垂直となるので好ましい。
【００２４】
次に、図５（ｃ）に示すように、パターン層５０Ａ，５０Ｂを形成した基板６を真空チャンバーに導入し、アレイ基板２と対向させ（光結合層４側が図中下向き）、高真空、望ましくは超高真空に排気する。そしてパターン層５０Ａ，５０Ｂとアレイ基板２上の光結合層４の両方の面にＦＡＢ(Fast Atom Beam)８を照射して表面を清浄化する（工程ｃ）。ＦＡＢ８はアルゴンガスを源とし、加速電圧０.５乃至１.５ｋＶ、電流値５乃至１５ｍＡで５分間照射した。ＦＡＢ８により表面の酸化膜や汚染層が除去されるが、その膜厚は高々５ｎｍ程度なので膜厚精度に対する影響は軽微である。また、この除去量を予め考慮し、上記工程ａで着膜するＳｉ薄膜５１の膜厚に上乗せしておくことも可能である。
【００２５】
引き続き、図５（ｄ）に示すように、基板２，６同士を圧接すると、パターン層５０Ａとアレイ基板２上のシリコン窒化膜からなる光結合層４が常温接合により強固に接合される（工程ｄ）。ここで、「常温接合」とは、真空中で原子レベルで清浄な面同士を圧接することで、実現される接合方法である。加熱を必要としないため、熱膨張率の異なる材料でも歪なく強固に接合できるという特徴を有する。
【００２６】
更に、図５（ｅ）に示すように、アレイ基板２を上方へ引き離すと、基板６上のパターン層５０Ａはアレイ基板２側に転写される（工程ｅ）。これは離型層７とパターン層５０Ａの密着力が光結合層４であるシリコン窒化膜とパターン層５０Ａとの接合力よりも小さいためである。この工程によりフォトニック結晶５の第１層がアレイ基板２上に形成されたことになる。転写された第１層のパターン層５０Ａの表面は、それまで離型層７と接触していた面であり、この表面粗さはポリイミドの表面粗さと同程度（Ｒａ＜１ｎｍ）で非常に良好である。従って、このフォトニック結晶５は、散乱による損失が少ないという特徴を有することになる。
【００２７】
次に、第１層のパターン層５０Ａが転写されたアレイ基板２を移動し、今度は第２層のパターン層５０Ｂの直上に来るようにする。そして上記ｃ、ｄ、ｅの各工程を繰り返すと、図５（ｆ）に示すように、各個アレイ基板２上の第1層のパターン層５０Ａと基板６上の第２層のパターン層５０Ｂが常温接合・転写し、第２層のパターン層５０Ｂは第1層のパターン層５０Ａ上に積層される。この状態でパターン層５０Ｂ側から立体的に見ると、前記図２の（ｂ）のようになっている。
【００２８】
同様に引き続き上記ｃ、ｄ、ｅの各工程を後６回繰り返すことにより、８層のＳｉのパターン層５０Ａ，５０Ｂを積層したフォトニック結晶５が作製できる。
【００２９】
なお、本実施例では、スパッタリングによりＳｉ薄膜を形成したが、シランガスやジシランガスを原料とする減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法によりＳｉ薄膜を形成してもよい。これらの場合、基板温度を高くする必要があるが、離型層としてはポリイミドの替わりに、より耐熱性の高いＳｉＯ2（二酸化珪素）膜やＳｉＯＦ（酸化フッ化珪素）膜を用いてもよい。また、薄膜材料はＳｉ以外でも、所望の波長に対して適当な屈折率を有する誘電体材料、半導体材料であればよい。また、本実施例では、発光素子として既に個別発光部間の溝をポリイミド膜で埋めてある面発光型レーザ素子の２次元アレイを用いたため、発光素子表面の凹凸は比較的少なかったが、発光部間を埋めていない１次元アレイ素子や個別発光素子の場合は、凹凸が大きいため、素子の断面形状は図１により近い形状となる。
【００３０】
図６は、本発明の実施例２の面発光型レーザアレイを示す。この実施例２の面発光型レーザアレイ１０は、実施例１における光結合層４を平坦化の機能を有する下層の光結合層４０と、常温接合可能な機能を有する上層の光結合層４１の２層構造に分けて構成したものである。
【００３１】
以下に、実施例２の製造方法の一例を説明する。まず、実施例１と同様に、基板２上に面発光型レーザ素子１３をアレイ状に形成する。金属配線パターンが形成された後、ポリイミドからなる下層の光結合層４０をスピンコーティング法により基板２全面に塗布して表面の凹凸形状を平坦にする。ポリイミドの前駆体は適度な粘度を有する液体なので、基板２の表面に凹凸があっても、塗布後のポリイミドの表面は完全に平坦化される。ポリイミドを塗布後、それを２５０℃乃至３５０℃でキュアし、下層の光結合層４０を完成させる。下地の段差の程度により、必要により複数回のポリイミドの塗布を繰り返して、完全な平坦面を得ることもできる。一般に凹凸面の平坦化の効率は、実施例１に示した薄膜の着膜よりも、ポリイミドのスピンコーティング法の方が優れている。
【００３２】
次に、下層の光結合層４０の表面にシリコンからなる上層の光結合層４１をスパッタリング法により１００ｎｍ着膜する。この上層の光結合層４１は、後の工程で積層するフォトニック結晶５と常温接合可能とするためのものである。着膜する薄膜としては、シリコン以外でも常温接合可能であればなんでもよく、薄い金属、例えば、金やプラチナ、望ましくは誘電体、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜等が選択可能である。膜厚は所望の値以上の光の透過率が得られるように十分薄いことが必要であるが、金属の場合は数１０ｎｍ程度以下にすることが望ましい。一方、常温接合を実現するためには、１０ｎｍ程度の膜厚以上あれば十分なので、これらの条件を満足する構成は多種多様である。
【００３３】
図７は、本発明の実施例３の面発光型レーザアレイを示す。この実施例３の面発光型レーザアレイ１０は、実施例２の変形であり、面発光型レーザ素子１３として裏面発光型のものを用いたものである。
【００３４】
以下に、この実施例３の製造方法の一例について説明する。まず、実施例１と同様に基板２上に面発光型レーザ素子１３をアレイ状に形成する。なお、この素子１３は、多層反射膜の構成を変更して基板２の裏側からビーム光が出射する構造を有する。このような構成の場合、基板２中でのレーザ光の吸収を避けるため、出射位置に対応する基板２をエッチングして受発光部としての出射孔２ａを形成することが多い。このような構造のレーザ光の出射面となる出射孔２ａにフォトニック結晶５を積層することは困難である。そこで実施例２と同様に、平坦化層としてまずポリイミドからなる下層の光結合層４０をスピンコーティング法により塗布する。実施例２との違いは、基板２の裏面側に塗布して出射孔２ａを十分に埋めることである。出射孔２ａは、１００μｍ以上の深さがあることが多いため、塗布は複数回繰り返す。ポリイミドをキュアし、その後の工程は、実施例２と同様であり、平坦な光結合層４０の表面に常温接合が可能な層としてＳｉからなる上層の光結合層４１を着膜する。その後、上層の光結合層４１上にフォトニック結晶５を積層する。
【００３５】
図８は、本発明の実施例４の面発光型レーザアレイを示す。この実施例４の面発光型レーザアレイ１０は、実施例２の変形であり、図３に示す構造を実現するものである。面発光レーザ素子１３及び光結合層４としてのポリイミド塗布までの工程は実施例２と同様である。ポリイミドのキュア後にドライエッチング法によりポリイミドの表面を少しエッチバックして、図３に示したように、レーザの最表面と同一高さになるようする。ドライエッチングとしては、酸素ガスとＣＦ4ガスを用いて、平行平板型のドライエッチング装置により容易に実現できる。
【００３６】
この実施例４によれば、光結合層としての上層が不要となる。すなわち、面発光型レーザ素子の最上層は、例えば、金やアルミニウムの配線層であるが、この材料とフォトニック結晶５を構成する薄膜材料が常温接合可能であれば、光結合層の上層は不要となる。例えば、本実施例のように、フォトニック結晶５をシリコンで形成し、面発光型レーザ素子の配線層がアルミニウムを主成分とする材料であれば、これらは互いに常温接合可能であるため、光結合層の上層を着膜すること無くフォトニック結晶５の積層が可能となる。
【００３７】
なお、上記実施の形態および上記実施例では、複数の受発光素子を有する光学素子について説明したが、単一の受発光素子を有するものでもよい。また、同一基板上に発光素子と受光素子を一体形成し、その表面に同様な方法により光結合層４とフォトニック結晶５を形成してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学素子、レーザアレイ、および光学素子の製造方法によれは、受発光部は、光結合層を介して屈折率周期構造体と光学的かつ機械的に結合されるので、光回路を構成する部品点数を低減して光回路の構成の簡素化を図ることができ、また、光回路を簡単に構成することができる。また、受発光部の表面側に屈折率周期構造体を結合して配置しているので、屈折率周期構造体の構造の自由度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施の形態に係る光学素子を示す断面図
【図２】フォトニック結晶の製造工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ），（ｃ）は斜視図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光学素子を示す断面図
【図４】本発明の実施例１の面発光レーザアレイを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図
【図５】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施例１の製造工程を示す断面図
【図６】本発明の実施例２の面発光レーザアレイを示す断面図
【図７】本発明の実施例３の面発光レーザアレイを示す断面図
【図８】本発明の実施例４の面発光レーザアレイを示す断面図
【図９】従来のフォトニック結晶の製造方法を示す斜視図
【図１０】従来の垂直共振器レーザを示す斜視図
【符号の説明】
１  光学素子
２  アレイ基板
２ａ  出射孔
３  受発光素子
３ａ  表面
４  光結合層
５  フォトニック結晶
６  基板
７  離型層
８  ＦＡＢ(Fast Atom Beam)
１０  面発光型レーザアレイ
１３  面発光型レーザ素子
３０  下部クラッド層
３１  側多層反射膜
３２  アンドープ活性領域
３２  活性領域
３３  側多層反射膜
３４  配線分離用溝
３５  ポリイミド
３６  側金属配線
３６  配線
３７  電極パッド
３８  電極パッド
４０  光結合層
４１  光結合層
５０Ａ，５０Ｂ  パターン層
５１  薄膜
１００  Ｓｉ薄膜
１０１  ＳｉＯ2薄膜
１１０  半導体層
１１１  ホール
１２０，１３０  多層膜反射鏡
【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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