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JP2004119583A - Optical element manufacturing method - Google Patents

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JP2004119583A
JP2004119583A JP2002279068A JP2002279068A JP2004119583A JP 2004119583 A JP2004119583 A JP 2004119583A JP 2002279068 A JP2002279068 A JP 2002279068A JP 2002279068 A JP2002279068 A JP 2002279068A JP 2004119583 A JP2004119583 A JP 2004119583A
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JP
Japan
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lens
optical element
droplet
lens precursor
manufacturing
Prior art date
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Application number
JP2002279068A
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Japanese (ja)
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Satoshi Kito
鬼頭 聡
Takeshi Kaneko
金子 剛
Tetsuo Hiramatsu
平松 鉄夫
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
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  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an optical element wherein the shape of a lens can properly be controlled. <P>SOLUTION: The method for manufacturing an optical element emits light from an emitting surface or takes light from an incident surface. The method includes discharging liquid droplets toward the emitting surface or incident surface to form a lens precursor on the emitting surface or incident surface and curing the lens precursor with the emitting surface or incident surface facing down nearly vertically to form the lens precursor on the emitting surface or incident surface. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズの形状を適切に制御可能な光学素子の製造方法に関する。
【0002】
【背景技術】
入射光または出射光の結合効率を向上することを目的として、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、入射光または出射光に所望の光学特性をもたせるためには、前記レンズの形状を厳密に制御することが重要である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、レンズの形状を適切に制御可能な光学素子の製造方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
1.本発明の第1の光学素子の製造方法
本発明の第1の光学素子の製造方法は、
出射面から光を放出し、あるい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、
前記出射面または入射面に向けて液滴を吐出することにより、該出射面または入射面の上にレンズ前駆体を形成し、
前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で前記レンズ前駆体を硬化させることにより、該出射面または入射面の上にレンズを形成すること、を含む。
【0005】
本願において、「鉛直下向き」とは、重力の向きとほぼ同じ向きをいう。また、「鉛直上向き」とは、重力の向きとほぼ反対の向きをいう。
【0006】
また、本願において、「出射面または入射面」とは、前記光学素子が出射面から光を放出する光学素子である場合「出射面」であり、前記光学素子が入射面から光を取り込む場合「入射面」である。具体的には、本発明の光学素子が発光素子である場合、「出射面または入射面」とは「出射面」であり、本発明の光学素子が受光素子である場合、「出射面または入射面」とは「入射面」である。
【0007】
本発明の第1の光学素子の製造方法によれば、前記出射面または出射面をほぼ鉛直下向きにした状態で前記レンズ前駆体を硬化する。これにより、レンズの曲率および高さを大きくするための表面処理等を必要とすることなく、レンズの曲率および高さを簡易な方法にて大きくすることができる。
【0008】
また、前記出射面または出射面の上に前記レンズを直接形成することにより、前記出射面または入射面と、前記レンズとのアライメントを容易に行なうことができる。これにより、生産性の向上を図ることができる。
2.第2の光学素子の製造方法
本発明の第2の光学素子の製造方法は、
出射面から光を放出し、あるい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、
前記出射面または入射面に向けて液滴を吐出することにより、該出射面または入射面の上にレンズ前駆体を形成し、
前記出射面または入射面をほぼ鉛直上向きにした状態で前記レンズ前駆体を所定時間硬化させた後、該出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で該レンズ前駆体を硬化させることにより、該出射面または入射面の上にレンズを形成すること、を含む。
【0009】
本発明の第2の光学素子の製造方法によれば、前述した第1の光学素子の製造方法と同様の作用および効果を奏することができる。さらに、本発明の第2の光学素子の製造方法によれば、前記出射面または入射面をほぼ鉛直上向きにした状態で前記レンズ前駆体を硬化させる時間と、前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で前記レンズ前駆体を硬化させる時間とを調整することによって、前記レンズ前駆体の形状を調整することができる。
【0010】
また、例えば、前記レンズ前駆体の粘度が低いため、前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにすると、前記出射面または入射面上に前記レンズ前駆体を保持できない場合、はじめに、前記出射面または入射面をほぼ鉛直上向きにした状態で所定時間前記レンズ前駆体を硬化させて、前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにしたときに、前記出射面または入射面の上に前記レンズ前駆体が保持できる程度まで前記レンズ前駆体の粘度を高めた後、前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で前記レンズ前駆体を硬化させることにより、前記レンズを形成することができる。以上により、前記レンズ前駆体の粘度が低い場合であっても、所望の形状を有する前記レンズを形成することができる。
3.第3の光学素子の製造方法
本発明の第3の光学素子の製造方法は、
出射面から光を放出し、あるい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、
前記出射面または入射面に向けて第1の液滴を吐出することにより、該出射面または入射面の上に第1レンズ前駆体を形成し、
前記第1の液滴に向けて、該第1の液滴より粘度が高い第2の液滴を吐出することにより、前記第1レンズ前駆体の上に第2レンズ前駆体を形成し、
前記第1および第2レンズ前駆体を硬化させることにより、該出射面または入射面の上にレンズを形成すること、を含む。
【0011】
本発明の第3の光学素子の製造方法によれば、前記第1の液滴に向けて、該第1の液滴より粘度が高い第2の液滴を吐出することにより、該第1レンズ前駆体の上に前記第2レンズ前駆体を形成した後硬化させることにより、曲率および高さが大きいレンズが前記出射面または出射面の上に形成された光学素子を形成することができる。
4.第4の光学素子の製造方法
本発明の第4の光学素子の製造方法は、
出射面から光を放出し、あるい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、
前記出射面または入射面に向けて第1の液滴を吐出することにより、該出射面または入射面の上に第1レンズ前駆体を形成し、
前記第1の液滴に向けて、該第1の液滴より粘度が低い第2の液滴を吐出することにより、前記第1レンズ前駆体の上に第2レンズ前駆体を形成し、
前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で前記第1および第2レンズ前駆体を硬化させることにより、該出射面または入射面の上にレンズを形成すること、を含む。
【0012】
本発明の第4の光学素子の製造方法によれば、前記第1の液滴に向けて、該第1の液滴より粘度が低い第2の液滴を吐出することにより、第1レンズ前駆体の上に第2レンズ前駆体を形成した後、該第1および第2レンズ前駆体を硬化させる。この場合において、前記第2レンズ前駆体は前記第1レンズ前駆体よりも粘度が小さいため、該第2レンズ前駆体は該第1レンズ前駆体よりも下向きに延びる。これにより、最終的に得られるレンズの曲率および高さを大きくすることができる。
5.第5の光学素子の製造方法
本発明の第5の光学素子の製造方法は、
出射面から光を放出し、あるい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、
前記出射面または入射面に向けて第1の液滴を吐出した後硬化させることにより、前記出射面または入射面の上にレンズの一部を形成し、
前記レンズの一部に向けて第2の液滴を吐出した後硬化させることにより、前記出射面または入射面の上にレンズを形成すること、を含む。
【0013】
本発明の第5の光学素子の製造方法によれば、前記第1レンズ前駆体を硬化させた後に前記第2レンズ前駆体を硬化させる。これにより、前記第1レンズ前駆体の粘度が低い場合であっても、前記第1レンズ前駆体を確実に硬化させることができる。
【0014】
この場合、前記第1の液滴および/または前記第2の液滴を、前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で硬化させることができる。これにより、曲率および高さが大きいレンズを得ることができる。
【0015】
前記第1〜第5の光学素子の製造方法は、以下の態様(1)〜(4)をとることができる。
【0016】
(1)前記液滴(前記第1および第2の液滴を含む)の吐出は、インクジェット法またはディスペンサ法によって行なうことができる。
【0017】
(2)前記液滴(前記第1および第2の液滴を含む)は、エネルギーを付与することにより硬化可能な材料からなることができる。これにより、形状が制御されたレンズを得ることができる。
【0018】
(3)前記レンズは、紫外線硬化型樹脂からなることができる。紫外線硬化型樹脂は、短時間の紫外線照射によって硬化する。このため、熱工程など素子に対するダメージを与えやすい工程を経ずに硬化させることができる。したがって、前記レンズを形成するために紫外線硬化型樹脂を用いる場合、素子へ与える影響を少なくすることができる。また、紫外線硬化型樹脂は一般に、光の透過率が高いものが多い。このため、光の損失が少ないことから、長い光路長が有するレンズを形成する場合に特に有効である。
【0019】
(4)前記光学素子は、面発光型発光素子であることができる。
【0020】
この場合、前記面発光型発光素子は、面発光型半導体レーザ、半導体発光ダイオード、および有機EL装置のいずれかであるであることができる。これにより、レンズの曲率および高さを大きくするための表面処理等を必要とすることなく、レンズの曲率および高さを簡易な方法にて大きくすることができる。これにより、光結合系の構成の簡潔化およびコストの低減を図ることができる。
【0021】
また、出射面の上にレンズを直接形成することにより、前記面発光型発光素子の出射面と、前記レンズとのアライメント精度を向上させることができる。これにより、前記面発光型発光素子とレンズとの結合効率を高めることができるうえに、生産性の向上を図ることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
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説明する。
【0023】
[第1の実施の形態]
1.光学素子の製造方法
図1(a)〜図1(c)はそれぞれ、本発明を適用した第1の実施の形態に係る光学素子70の製造方法を模式的に示す断面図である。
【0024】
本実施の形態において、光学素子70は、例えば発光素子または受光素子である。例えば、発光素子の場合、光を放出する部位(出射面)を有し、受光素子の場合、光を取り込む部位(入射面)を有する。具体的には、発光素子としては、半導体レーザ、半導体発光ダイオード、有機EL装置が例示できる。また、受光素子としては、固体撮像素子、フォトダイオード、MSMフォトディテクターが例示できる。
【0025】
本実施の形態の光学素子の製造方法では、出射面または入射面(以下、「出射面等」ともいう)20の上にレンズ10を形成する方法について説明する。
【0026】
(1)まず、レンズ10(図1(c)参照)を形成する前に、出射面等20(図1(a)参照)を含む光学素子部22を形成する。光学素子部22は例えば、素子として駆動するのに必要な部位である。なお、光学素子部22の構成および製造方法は素子の種類等によって異なる。このため、図1(a)〜図1(c)においては、出射面等20を除いて、光学素子部22の構成要素およびその製造方法についての図示は省略する。
【0027】
次いで、光学素子部22の出射面等20の上に、レンズ前駆体10bを形成する(図1(a)参照)。
【0028】
具体的には、光学素子部22の出射面等20に対して、液滴吐出口12から液滴10aを吐出することにより、図1(a)に示すように、レンズ前駆体10bが形成される。この場合、液滴10aの吐出量を調節することにより、レンズ前駆体の10bの大きさを制御することができる。
【0029】
液滴10aを吐出する方法としては、ディスペンサ法またはインクジェット法が例示できる。液滴10aの粘度および吐出量等を考慮して、吐出方法を選択するのが望ましい。例えば、インクジェット法を用いる場合、液滴10aの粘度は約20cps以下で用いるのが望ましい。一方、ディスペンサ法を用いる場合、液滴10aの粘度はこれより高くてもよい。ディスペンサ法は、液滴の吐出量が多くすることが可能であるため、比較的大きなレンズを形成する場合に有用な方法である。また、インクジェット法は、液滴の吐出量および吐出位置を厳密に制御できるため、微細なレンズを形成する場合に有用な方法である。
【0030】
また、レンズ前駆体10bは、後の硬化工程によってレンズ10(図1(c)参照)へと変換される。レンズ前駆体10b(液滴10a)は、例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液体材料(例えば紫外線硬化型樹脂または熱硬化型樹脂)からなる。これにより、形状が制御されたレンズ10を得ることができる。紫外線硬化型樹脂としては、例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、熱硬化型のポリイミド系樹脂の前駆体等が例示できる。
【0031】
紫外線硬化型樹脂は、短時間の紫外線照射によって硬化する。このため、熱工程など素子に対するダメージを与えやすい工程を経ずに硬化させることができる。したがって、レンズ10を形成するために、レンズ前駆体10b(液滴10a)に紫外線硬化型樹脂を用いる場合、素子へ与える影響を少なくすることができる。
【0032】
また、紫外線硬化型樹脂は一般に、光の透過率が高いものが多い。このため、光の損失が少ないことから、長い光路長が有するレンズを形成する場合に特に有効である。
【0033】
紫外線硬化型樹脂は一般に、プレポリマー、オリゴマー、およびモノマーのうち少なくとも1種と光重合開始剤とを含む。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等のアクリレート類、エポキシメタクリレート類、スピロアセタール系アクリレート類、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が利用できる。
【0034】
(2)次いで、出射面等20をほぼ鉛直下向きにした状態でレンズ前駆体10bを硬化させることにより、出射面等20の上にレンズ10を形成する(図1(b)および図1(c)参照)。
【0035】
具体的には、出射面等20をほぼ鉛直下向きにした状態にすることにより、重力によって、レンズ前駆体10bが鉛直下向き(図1(b)に示す白抜き矢印の方向)に引っ張られる結果、図1(b)に示すように、レンズ前駆体10bが鉛直下向きに延びる。この状態でレンズ前駆体10bにエネルギー線13を付与することにより、レンズ前駆体10bを硬化させる。この工程により、レンズ10が得られる。得られたレンズ10の曲率および高さは、出射面等20を鉛直下向きにする前のレンズ前駆体10bの曲率および高さよりも大きい。
【0036】
また、得られるレンズ10の曲率および高さを大きくするためには、レンズ前駆体10bを形成するための材料は、比重が大きいほうが好ましい。ただし、この場合、出射面等20を鉛直下向きにしたときに、出射面等20からレンズ前駆体10bが脱離しない程度の比重であることが必要である。
【0037】
図15に、レンズ前駆体10bを硬化させるための装置300の一例を示す。図15では、複数の光学素子70(図示せず)が規則的に配列された光学素子アレイ1000において、各光学素子70の出射面等20(図示せず)の上に形成された複数のレンズ前駆体10bを硬化する場合について示している。また、この装置300においては、レンズ前駆体10bを硬化するために用いるエネルギー線として、紫外線213(図15参照)を用いる場合について示す。
【0038】
この装置300は、密閉された函体86と、函体86に設置された不活性ガス導入口82,排気口84およびUV出射部90とを含む。不活性ガス導入口82は、例えば窒素やアルゴンなどの不活性ガスを函体86内に導入するために設けられている。レンズ前駆体10bを硬化する際には、レンズ前駆体10bの周囲に酸素が存在しないようにするのが好ましい。このため、例えば、函体86内を不活性ガスで満たした状態でレンズ前駆体10bの硬化を行なう。
【0039】
また、光学素子アレイ1000は、出射面等(図示せず)を鉛直下向きにして設置する。図15においては、光学素子アレイ1000のうちレンズ前駆体10bの設置面(出射面)と反対側の面を接着材80にて接着している。接着材80としては、例えば、粘着性のテープが例示できる。
【0040】
さらに、図15に示す装置300においては、レンズ前駆体10bに紫外線を照射するために、UV照射用光ファイバ90が設置されている。このUV照射用光ファイバ90のUV出射部92から紫外線213が出射された後、レンズ前駆体10bへと紫外線213が照射される。これにより、レンズ前駆体10bが硬化し、レンズ10が形成される。
【0041】
以上の工程により、図1(c)に示すように、前述した出射面等20の上にレンズ10が形成される。このレンズ10は、出射面等20を鉛直下向きにする前のレンズ前駆体10b(図1(a)参照)と比較して、曲率および高さが大きい。また、このレンズ10は、出射面等20から出射または入射される光に対して透明な材質から形成されている。
【0042】
本実施の形態の光学素子の製造方法によれば、出射面等20をほぼ鉛直下向きにした状態でレンズ前駆体10bを硬化する。これにより、レンズの曲率および高さを大きくするための表面処理等を必要とすることなく、レンズの曲率および高さを簡易な方法にて大きくすることができる。
【0043】
また、出射面等20の上にレンズ10を直接形成することにより、出射面等20とレンズ10とのアライメントを容易に行なうことができる。これにより、生産性の向上を図ることができる。
【0044】
なお、本実施の形態において、出射面等20をほぼ鉛直上向きにした状態でレンズ前駆体10bを所定時間硬化させた後、出射面等20をほぼ鉛直下向きにした状態でレンズ前駆体10bを硬化することができる。ここで、出射面等20をほぼ鉛直上向きにした状態でレンズ前駆体10bを硬化させる時間と、出射面等20をほぼ鉛直下向きにした状態でレンズ前駆体10bを硬化させる時間とを調整することによって、レンズ前駆体10bの形状を調整することができる。
【0045】
また、例えば、レンズ前駆体10bの粘度が低いため、出射面等20をほぼ鉛直下向きにすると出射面等20上にレンズ前駆体10bを保持できない場合、はじめに、出射面等20をほぼ鉛直上向きにした状態で所定時間レンズ前駆体10bを硬化させることにより、出射面等20をほぼ鉛直下向きにしたときに出射面等20の上にレンズ前駆体10bが保持できる程度までレンズ前駆体10bの粘度を高める。その後、出射面等20をほぼ鉛直下向きにした状態でレンズ前駆体10bを硬化させることにより、レンズ10を形成することができる。以上により、レンズ前駆体10bの粘度が低い場合であっても、所望の形状を有するレンズ10を形成することができる。
2.面発光型発光素子
次に、前述した光学素子の製造方法を用いて得られる発光素子の一実施例について説明する。本実施の形態においては、光学素子として、面発光型発光素子(面発光型半導体レーザ)100を用いた場合について説明する。
【0046】
(面発光型発光素子の構造)
図2は、前述した光学素子の製造方法を適用して得られた面発光型発光素子100を模式的に示す断面図である。図3は、図2に示す面発光型発光素子100を模式的に示す平面図である。図2は、図3のA−A線における断面を示す図である。
【0047】
本実施の形態の面発光型発光素子100は、図2に示すように、基板(本実施形態ではn型GaAs基板)101と、基板101上に形成された垂直共振器(以下「共振器」とする)140とを含む。この面発光型発光素子100は、共振器140の上面に設けられた出射面108から、基板101と垂直方向にレーザ光を出射できる。
【0048】
本実施の形態の面発光型発光素子100においては、出射面108の上にレンズ110が設けられている。このレンズ110は、前述した光学素子の製造方法を適用して形成される。このレンズ110の製造方法については、「面発光型発光素子の製造方法」の欄で後述する。
【0049】
また、このレンズ110は、出射面108から出射されるレーザ光に対して透明な材質から形成されている。このように、レンズ110が前記レーザ光に対して透明な材質からなることにより、レーザ光を効率良く出射させることが可能となり、モードの制御が可能な高効率の面発光型半導体レーザを得ることができる。
【0050】
次に、この面発光型発光素子100のその他の構成要素について説明する。
【0051】
本実施の形態においては、この共振器140は柱状の半導体堆積体(以下「柱状部」とする)130を含み、柱状部130の側面は絶縁層106で覆われている。
【0052】
共振器140には柱状部130が形成されている。ここで、柱状部130とは、共振器140の一部であって、少なくとも第2ミラー104を含む柱状の半導体堆積体をいう。この柱状部130は絶縁層106で埋め込まれている。すなわち、柱状部130の側面は絶縁層106で取り囲まれている。さらに、柱状部130上には第1電極107が形成されている。また、第1電極107は、柱状部130の上面130aに開口部118を有し、開口部118内には出射面108が設けられている。
【0053】
共振器140は、例えば、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(以下、「第1ミラー」という)102、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、およびp型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した30ペアの分布反射型多層膜ミラー(以下、「第2ミラー」という)104が順次積層されて構成されている。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。
【0054】
第2ミラー104は、例えばC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、例えばSi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。
【0055】
また、本実施の形態においては、共振器140のうち面発光型発光素子100のレーザ光出射側から第1ミラー102の途中にかけての部分が、レーザ光出射側からから見て円形の形状にエッチングされて柱状部130が形成されている場合について示す。なお、本実施の形態では、柱状部130の平面形状を円形としたが、この形状は任意の形状をとることが可能である。
【0056】
さらに、第2ミラー104を構成する層のうち活性層103に近い領域に、酸化アルミニウムからなる電流狭窄層105を形成することができる。この電流狭窄層105は、リング状に形成されている。すなわち、この電流狭窄層105は、平面形状が同心円状である。換言すれば、この電流狭窄層105を、図2におけるX−Y平面に平行な面で切断した場合における断面が同心円状である。
【0057】
また、本実施の形態に係る面発光型発光素子100においては、柱状部130の側面ならびに第1ミラー102の上面を覆うようにして、絶縁層106が形成されている。
【0058】
この面発光型発光素子100の製造工程においては、柱状部130の側面を覆う絶縁層106を形成した後、柱状部130の上面および絶縁層106の上面に第1電極107を、基板101の裏面101bに第2電極109を、それぞれ形成する。これらの電極形成の際には一般的に、アニール処理を約400℃で行なう(後述する製造プロセスを参照)。したがって、樹脂を用いて絶縁層106を形成する場合、このアニール処理工程に耐え得るためには、絶縁層106を構成する樹脂は耐熱性に優れたものであることが必要とされる。この要求を満たすためには、絶縁層106を構成する樹脂がポリイミド樹脂、フッ素系樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂等であることが望ましく、特に、加工の容易性や絶縁性の観点から、ポリイミド樹脂であるのが望ましい。
【0059】
第1電極107および第2電極109は、共振器140に電流を注入するために設けられている。具体的には、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。
【0060】
第1電極107は、図2に示すように、少なくとも一部が柱状部130の上面に形成されている。具体的には、第1電極107は、柱状部130の上面および絶縁層106の上に形成されている。第1電極107は、例えばAuとZnの合金とAuとの積層膜から形成することができる。
【0061】
また、第1電極107は、共振器130の上面130aに開口部118を有する。すなわち、柱状部130の上面130aの中央部には、第1電極107が形成されていない部分(開口部118)が設けられている。この開口部118内に出射面108が設けられている。この出射面108がレーザ光の出射口となる。本実施の形態の面発光型発光素子100においては、出射面108が円形である場合を示す。
【0062】
さらに、基板101の裏面101bには、第2電極109が形成されている。すなわち、図2に示す面発光型発光素子100では、柱状部130上で第1電極107と接合し、かつ、基板101の裏面101bで第2電極109と接合している。第2電極109は、例えばAuとGeの合金とAuとの積層膜から形成することができる。
【0063】
(面発光型発光素子の動作)
本実施の形態の面発光型発光素子(面発光型半導体レーザ)100の一般的な動作を以下に示す。なお、下記の面発光型半導体レーザ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。
【0064】
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、係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からレンズ110へと入射する。このレンズ110にて放射角が調整された後、基板101に対して垂直方向(図2に示すZ方向)にレーザ光が出射される。ここで、「基板101に対して垂直方向」とは、基板101の表面101a(図2ではX−Y平面と平行な面)に対して垂直な方向(図2ではZ方向)をいう。
【0065】
(面発光型発光素子の製造プロセス)
次に、図2および図3に示す面発光型発光素子100の製造方法の一例について、図4〜図10を用いて説明する。図4〜図10は、図2および図3に示す本実施の形態の面発光型発光素子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1に示す断面に対応している。
【0066】
(1)まず、n型GaAsからなる基板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、半導体多層膜150を形成する(図4参照)。
【0067】
ここで、半導体多層膜150は例えば、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、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、およびp型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した30ペアの第2ミラー104からなる。これらの層を順に基板101上に堆層させることにより、半導体多層膜150が形成される。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、AlAs層またはAl組成が0.95以上のAlGaAs層(Al組成が高い層)に形成する。この層は後に酸化され、電流狭窄層105となる。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(後述する第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。
【0068】
エピタキシャル成長を行なう際の温度は、成長方法や原料、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なう際の所要時間も、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法(Molecular Beam Epitaxy)法、あるいはLPE法(Liquid Phase Epitaxy)を用いることができる。
【0069】
(2)続いて、柱状部130を形成する(図5参照)。
【0070】
具体的には、半導体多層膜150上に、フォトレジスト(図示しない)を塗布した後フォトリソグラフィ法により該フォトレジストをパターニングすることにより、所定のパターンのレジスト層R100を形成する。ついで、このレジスト層R100をマスクとして、例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、柱状の半導体堆積体(柱状部)130を形成する。以上の工程により、図5に示すように、基板101上に、柱状部130を含む共振器140が形成される。その後、レジスト層R100を除去する。
【0071】
(3)次いで、必要に応じて、電流狭窄層105を形成する(図6参照)。
【0072】
具体的には、図6に示すように、例えば400℃程度の水蒸気雰囲気中に、上記工程によって共振器140が形成された基板101を投入することにより、前述の第2ミラー104中のAl組成が高い層を側面から酸化して、電流狭窄層105を形成することができる。酸化レートは、炉の温度、水蒸気の供給量、酸化すべき層(前記Al組成が高い層)のAl組成および膜厚に依存する。酸化により形成される電流狭窄層を備えた面発光型発光素子では、駆動する際に、電流狭窄層が形成されていない部分(酸化されていない部分)のみに電流が流れる。したがって、酸化によって電流狭窄層を形成する工程において、形成する電流狭窄層105の範囲を制御することにより、電流密度の制御が可能となる。
【0073】
(4)次いで、柱状部130を取り囲む絶縁層106を形成する(図7参照)。
【0074】
ここでは、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説明する。まず、例えばスピンコート法を用いて、樹脂前駆体(ポリイミド前駆体)を共振器140上に塗布して、樹脂前駆体層(図示せず)を形成する。この際、前記樹脂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、前記樹脂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、インクジェット法等の公知技術が利用できる。
【0075】
次いで、この基板を、例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、柱状部130の上面130a(図7参照)を露出させる。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、ウエットエッチング法などが利用できる。この後、前記樹脂前駆体層を約350℃の炉内にてイミド化させることで、絶縁層106が形成される。なお、イミド化工程を経てほぼ完全に硬化させた絶縁層をエッチングして、柱状部130の上面130aを露出させてもよい。
【0076】
(5)次に、活性層103に電流を注入するための第1電極107および第2電極109、およびレーザ光の出射面108を形成する(図8参照)。
【0077】
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の上面130a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、例えば真空蒸着法により絶縁層106および柱状部130の上面130a(図7参照)に、例えばAuとZnの合金とAuとの積層膜(図示せず)を形成する。この場合、最表面にAu層を形成する。次いで、リフトオフ法により、柱状部130の上面130aに、前記積層膜が形成されていない部分を形成する。この部分が開口部118となる(図8参照)。出射面108は、開口部118内に設けられる。すなわち、柱状部130の上面130aのうち開口部118内の領域が出射面108として機能する。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を用いることもできる。
【0078】
また、基板101の裏面101bに、例えば真空蒸着法により、例えばAuとGeの合金とAuとの積層膜(図示せず)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。本実施形態で用いた電極材料の場合は、通常400℃前後で行なう。
【0079】
以上の(1)〜(5)の工程により、出射面108を含む光学素子部160を形成する(図8参照)。光学素子160は、面発光型発光素子100が素子として駆動するために必要な部分である。
【0080】
(6)次いで、出射面108の上にレンズ110を形成する(図9および図10参照)。
【0081】
具体的には、まず、図10に示すように、インクジェット法により出射面108に向けて液滴110aを吐出することにより、出射面108の上にレンズ前駆体110bを形成する。ここでは、レンズ前駆体110bが紫外線硬化型樹脂からなる場合について説明する。
【0082】
インクジェットの吐出方法としては、例えば、(i)熱により液体(ここではレンズ材)中の気泡の大きさを変化させることで圧力を生じ、液体を吐出する方法、(ii)圧電素子により生じた圧力によって液体を吐出させる方法とがある。圧力の制御性の観点からは、前記(ii)の方法が望ましい。
【0083】
インクジェットヘッド120のノズル112の位置と、液滴110a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。例えば、図9に示すように、インクジェットヘッド120のノズル112の位置と、面発光型発光素子100の開口部118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120に印加する電圧を制御した後、液滴110aを吐出する。これにより、出射面108の上にレンズ前駆体110bを形成する(図10参照)。
【0084】
この場合、ノズル112から吐出される液滴110aの吐出角度にはある程度のばらつきがあるが、液滴110aが着弾した位置が開口部118の内側であれば、液滴110aが濡れ広がり、自動的に位置の補正がなされる。
【0085】
以上の工程を行なった後、前述した光学素子の製造方法と同様の方法(図1(b)参照)にて、図10に示すように、出射面108をほぼ鉛直下向き(図10に示す白抜き矢印の方向)にした状態でレンズ前駆体110bを硬化させる。この工程により、出射面108の上にレンズ110を形成する。具体的には、出射面108をほぼ鉛直下向きにした状態にすることにより、重力によって、レンズ前駆体110bが鉛直下向きに引っ張られる結果、図10に示すように、レンズ前駆体110bの形状が鉛直下向きに延びる。この状態でレンズ前駆体110bにエネルギー線を付与することにより、レンズ前駆体110bを硬化させる。この工程により、レンズ110が得られる。得られたレンズ110の曲率および高さは、出射面108を鉛直下向きにする前のレンズ前駆体110bの曲率および高さよりも大きい。
【0086】
また、この工程において、例えば、図15に示す装置300を用いてレンズ前駆体110bを硬化させることができる。なお、図15に示す装置300において、接着材80のかわりに、真空吸着ステージに素子を貼り付けてそのまま裏返して函体86に設置することもできる。
【0087】
最適な紫外線の波長および照射量は、レンズ前駆体110bの材質に依存する。例えば、アクリル系紫外線硬化樹脂を用いて前駆体110bを形成する場合、波長350nm程度、強度10mWの紫外線を5分間照射することで硬化を行なう。
【0088】
以上のプロセスにより、図2および図3に示す面発光型発光素子100が得られる。
【0089】
(作用および効果)
本実施の形態に係る面発光型発光素子100は、前述した光学素子の製造方法と同様の作用および効果を有する。さらに、本実施の形態においては、面発光型発光素子100が面発光型半導体レーザである場合について説明した。この場合、以下に示す作用および効果を有する。
【0090】
面発光型半導体レーザは、コンピュータ間あるいはコンピュータ内部においてより高速な伝送速度を有する光インターコネクションの光源への適用が期待されている。この面発光型半導体レーザは多チャンネル化が容易なことや、高速応答性、低消費電力等の点において利点を有する。
【0091】
面発光型半導体レーザを前述した光源に用いる場合、例えば光ファイバ等の光導波路との結合を考慮する必要がある。一方、面発光型半導体レーザの放射角は、レーザと光導波路との間の光結合系の設計に大きく依存する。ここで、放射角が大きいと、開口数がより大きいレンズが必要となり、光結合系の複雑化およびコストの増大をもたらす。また、面発光型半導体レーザとレンズとの結合効率を高めるために、面発光型半導体レーザとレンズとのアライメント精度を向上させることも重要である。
【0092】
本実施の形態の面発光型発光素子100の製造方法によれば、出射面108をほぼ鉛直下向きにした状態でレンズ前駆体110bを硬化する。これにより、レンズの曲率および高さを大きくするための表面処理等を必要とすることなく、レンズの曲率および高さを簡易な方法にて大きくすることができる。これにより、光結合系の構成の簡潔化およびコストの低減を図ることができる。
【0093】
また、出射面108の上にレンズ110を直接形成することにより、面発光型発光素子(面発光型半導体レーザ)100の光学素子部160と、レンズ110とのアライメント精度を向上させることができる。これにより、面発光型発光素子(面発光型半導体レーザ)100とレンズ110との結合効率を高めることができるうえに、生産性の向上を図ることができる。
【0094】
[第2の実施の形態]
1.光学素子の製造方法
本実施の形態においては、出射面等20の上に、第1の液滴および第2の液滴を吐出することによって、レンズを形成する場合について説明する。以下、本実施の形態の光学素子の製造方法を適用した3つの実施例(第1〜第3の実施例)について説明する。これらの実施例は、液滴の硬化方法および硬化順序が異なる。
【0095】
なお、いずれも実施例においても、形成される光学素子は、第1の実施の形態の光学素子70と同様に、例えば発光素子または受光素子であり、光を放出する部位(出射面)または光を取り込む部位(入射面)を有する。また、これらの実施例を適用できる具体的な発光素子および受光素子として、第1の実施の形態にて例示した素子を挙げることができる。
【0096】
また、各実施例において、第1の実施の形態に係る光学素子の製造方法(図1(a)〜図1(c)参照)で示した構成要素と同じ構成要素には原則として同じ番号を付して、詳しい説明は省略する。
【0097】
(1)第1の実施例
第1の実施例では、第1の液滴および第2の液滴を順に吐出した後硬化させて、レンズ21を形成する場合について説明する(図11(a)〜図11(d)参照)。図11(a)〜図11(d)はそれぞれ、本実施の形態に係る光学素子の製造方法を適用した第1の実施例を模式的に示す断面図である。
【0098】
まず、第1の実施の形態で示したのと同様の方法にて、出射面等20を含む光学素子部22を形成する(図11(a)参照)。
【0099】
次いで、液滴吐出口12から出射面等20に向けて第1の液滴30aを吐出することにより、出射面等20の上に第1レンズ前駆体30bを形成する(図11(a)参照)。
【0100】
さらに、液滴吐出口12から第1の液滴30aに向けて、第1の液滴30aより粘度が高い第2の液滴40aを吐出することにより、第1レンズ前駆体30bの上に第2レンズ前駆体40bを形成する(図11(b)参照)。
【0101】
第1および第2の液滴30a,40aの吐出方法は、第1の実施の形態における液滴10aの吐出方法と同様である。また、第1および第2の液滴30a,40aの材質は、前述したように、第1の液滴30aより第2の液滴40aの粘度が高いという条件を満たす限り、第1の実施の形態における液滴10aの材質と同様のものを用いることができる。
【0102】
次いで、第1および第2レンズ前駆体30b,40bを硬化させる(図11(c)参照)。これにより、出射面等20の上にレンズ21が形成される(図11(d)参照)。このレンズ21は、図11(d)に示すように、第1レンズ部30と、第1レンズ部30の上に形成された第2レンズ部40とからなる。ここで、第1レンズ部30の屈折率と第2レンズ部40の屈折率とを、ほぼ等しくすることができる。
【0103】
あるいは、第2レンズ部40の屈折率よりも、第1レンズ部30の屈折率を大きくすることができる。この場合、レンズ21の焦点距離を短くすることができる。第1および第2レンズ部30,40の屈折率は、これらを形成するために用いる材質を適宜選択することにより調整することができる。以上の工程により、光学素子72が得られる(図11(d)参照)。
【0104】
本実施例に係る光学素子72の製造方法によれば、第1の液滴30aに向けて、第1の液滴30aより粘度が高い第2の液滴40aを吐出することにより、第1レンズ前駆体30bの上に第2レンズ前駆体40bを形成した後硬化させることにより、曲率および高さが大きなレンズ21を出射面等20の上に形成することができる。
【0105】
(2)第2の実施例
第2の実施例では、第1の液滴および第2の液滴を順に吐出した後、出射面等20を鉛直下向きにした状態で硬化させて、レンズ31を形成する場合について説明する(図12(a)〜図12(d)参照)。図12(a)〜図12(d)はそれぞれ、本実施の形態に係る光学素子の製造方法を適用した第2の実施例を模式的に示す断面図である。
【0106】
まず、第1の実施の形態で示したのと同様に、出射面等20を含む光学素子部22を形成する(図12(a)参照)。
【0107】
次いで、液滴吐出口12から出射面等20に向けて第1の液滴30aを吐出することにより、出射面等20の上に第1レンズ前駆体30bを形成する(図12(a)参照)。
【0108】
さらに、第1の液滴30aに向けて、第1の液滴30aより粘度が高い第2の液滴50aを吐出することにより、第1レンズ前駆体30bの上に第2レンズ前駆体50bを形成する(図12(b)参照)。
【0109】
第1および第2の液滴30a,50aの吐出方法は、第1の実施の形態における液滴10aの吐出方法と同様である。また、第1および第2の液滴30a,50aの材質は、前述したように、第1の液滴30aより第2の液滴50aの粘度が低いという条件を満たす限り、第1の実施の形態における液滴10aの材質と同様のものを用いることができる。
【0110】
次いで、出射面等20を鉛直下向き(図12(c)に示す白抜き矢印の方向)にした状態で、第1および第2レンズ前駆体30b,50bを硬化させる(図12(c)参照)。具体的には、出射面等20をほぼ鉛直下向きにした状態にすることにより、重力によって、第1および第2レンズ前駆体30bが鉛直下向きに引っ張られる結果、図12(c)に示すように、第1および第2レンズ前駆体30b,50bが鉛直下向きに延びる。特に、第2レンズ前駆体50bは第1レンズ前駆体30bよりも粘度が小さいため、第2レンズ前駆体50bは第1レンズ前駆体30bよりも下向きに延びる。この状態で第1および第2レンズ前駆体30b,50bにエネルギー線13を付与することにより、第1および第2レンズ前駆体30b,50bを硬化させる。以上の工程により、レンズ31が得られる。得られたレンズ31の曲率および高さは、出射面等20を鉛直下向きにする前の第1および第2レンズ前駆体30b,50b(図12(b)参照)の曲率および高さよりも大きい。
【0111】
また、得られるレンズ31の曲率および高さを大きくするためには、第1および第2レンズ前駆体30b,50bを形成するための材料は、比重が大きいほうが好ましい。ただし、この場合、出射面等20を鉛直下向きにしたときに、出射面等20から第1レンズ前駆体30bが、第1レンズ前駆体30bから第2レンズ前駆体50bが、それぞれ脱離しない程度の比重であることが必要である。これにより、出射面等20の上にレンズ31が形成される(図12(d)参照)。
【0112】
このレンズ31は、図12(d)に示すように、第1レンズ部30と、第1レンズ部30の上に形成された第2レンズ部50とからなる。ここで、第1レンズ部30の屈折率と第2レンズ部50の屈折率とを、ほぼ等しくすることができる。
【0113】
あるいは、第2レンズ部50の屈折率よりも、第1レンズ部30の屈折率を大きくすることができる。この場合、レンズ31の焦点距離を短くすることができる。第1および第2レンズ部30,50の屈折率は、これらを形成するために用いる材質を適宜選択することにより調整することができる。以上の工程により、光学素子74が得られる(図12(d)参照)。
【0114】
本実施例に係る光学素子74の製造方法によれば、第1の液滴30aに向けて、第1の液滴30aより粘度が低い第2の液滴50aを吐出することにより、第1レンズ前駆体30bの上に第2レンズ前駆体50bを形成した後、第1および第2レンズ前駆体30b,50bを硬化させる。この場合において、第2レンズ前駆体50bは第1レンズ前駆体30bよりも粘度が小さいため、第2レンズ前駆体50bは第1レンズ前駆体30bよりも下向きに延びる。これにより、最終的に得られるレンズ31の曲率および高さを大きくすることができる。
【0115】
(3)第3の実施例
第3の実施例では、出射面等20に向けて第1の液滴30aを吐出した後硬化させることにより、出射面等20の上にレンズの一部(第1レンズ部30)を形成し、次いで、前記レンズの一部に向けて第2の液滴60aを吐出した後硬化させることにより、出射面等20の上にレンズ41を形成する場合について説明する(図13(a)〜図13(e)参照)。図13(a)〜図13(e)はそれぞれ、本実施の形態に係る光学素子の製造方法を適用した第3の実施例を模式的に示す断面図である。
【0116】
まず、第1の実施の形態で示したのと同様に、出射面等20を含む光学素子部22を形成する(図13(a)参照)。
【0117】
次いで、出射面等20に向けて第1の液滴30aを吐出することにより、出射面等20の上に第1レンズ前駆体30bを形成する(図13(a)参照)。
【0118】
次に、第1レンズ前駆体30bにエネルギー線13を付与することにより、この第1レンズ前駆体30bを硬化させて、レンズの一部(第1レンズ部30)を形成する(図13(b)参照)。
【0119】
さらに、第1レンズ部30に向けて、第2の液滴60aを吐出することにより、第1レンズ部30の上に第2レンズ前駆体60bを形成する(図13(c)参照)。
【0120】
続いて、第2レンズ前駆体60bにエネルギー線13を付与することにより、この第2レンズ前駆体60bを硬化させる(図13(d)参照)。これにより、第1レンズ部30の上に第2レンズ部60を形成する。以上の工程により、出射面等20の上にレンズ41を形成する(図13(e)参照)。このレンズ41は、図13(e)に示すように、第1レンズ部30と、第1レンズ部30の上に形成された第2レンズ部60とからなる。ここで、第1レンズ部30の屈折率と第2レンズ部60の屈折率とをほぼ等しくすることができる。
【0121】
あるいは、第2レンズ部60の屈折率よりも、第1レンズ部30の屈折率を大きくすることができる。この場合、レンズ41の焦点距離を短くすることができる。第1および第2レンズ部30,60の屈折率は、これらを形成するために用いる材質を適宜選択することにより調整することができる。以上の工程により、光学素子76が得られる(図13(e)参照)。
【0122】
第1および第2の液滴30a,60aの吐出方法は、第1の実施の形態における液滴10aの吐出方法と同様である。また、第1および第2の液滴30a,60aの材質は、前述したように、第1の液滴30aより第2の液滴60aの粘度が低いという条件を満たす限り、第1の実施の形態における液滴10aの材質と同様のものを用いることができる。
【0123】
また、第1および第2レンズ前駆体30b,60bの硬化方法は、前述した第1の実施例と同様である。
【0124】
本実施例に係る光学素子76の製造方法によれば、第1レンズ前駆体30bを硬化させた後に第2レンズ前駆体60bを硬化させる。これにより、第1レンズ前駆体30bの粘度が低い場合であっても、第1レンズ前駆体30bを確実に硬化させることができる。
【0125】
なお、本実施例において、第1の実施形態におけるレンズ前駆体10bの硬化工程と同様に、第1レンズ前駆体30bおよび/または第2レンズ前駆体60bを硬化させる際に、出射面等20を鉛直下向きにした状態で硬化させることもできる。この場合、第1の実施の形態と同様に、曲率および高さが大きいレンズ41を得ることができる。
2.面発光型発光素子
次に、本実施の形態に係る面発光型発光素子200について説明する。
【0126】
図14は、本発明を適用した第2の実施の形態に係る面発光型発光素子200を模式的に示す断面図である。
【0127】
本実施の形態に係る面発光型発光素子200は、レンズ210が、前述した本実施の形態の光学素子の製造方法を適用して形成されたものである点以外は、第1の実施の形態に係る面発光型発光素子100とほぼ同様の構造を有する。第1の実施の形態に係る面発光型発光素子100と実質的に同じ機能を有する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。
【0128】
レンズ210は、第1レンズ部220と、第1レンズ部220の上に形成された第2レンズ部240とからなる。レンズ210は、前述した第1〜第3の実施例のいずれかを適用して形成することができる。
【0129】
この面発光型発光素子200によれば、前述した第1の実施の形態の面は光型発光素子100と同様の作用および効果を奏することができる。加えて、この面発光型発光素子200によれば、その形成工程によって、前述した第1〜第3の実施例と同様の作用および効果を奏することができる。
【0130】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および結果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【0131】
例えば、上記実施の形態の面発光型発光素子では、柱状部を一つ有する面発光型発光素子について説明したが、基板面内で柱状部が複数個設けられていても本発明の形態は損なわれない。また、複数の面発光型発光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、例えば、上記実施の形態の面発光型発光素子において、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。上記実施の形態の面発光型発光素子においては、AlGaAs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、例えば、GaInP系、ZnSSe系、InGaN系、AlGaN系、InGaAs系、GaInNAs系、GaAsSb系の半導体材料を用いることも可能である。
【0133】
さらに、上記実施形態の面発光型発光素子では、化合物半導体基板としてGaAs基板を用いた場合を示したが、他の基板、例えば、GaN基板、AlN基板、InP基板、GaP基板、ZnSe基板、ZnS基板、CdTe基板、ZnTe基板、CdS基板等の化合物半導体基板を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)〜図1(c)はそれぞれ、本発明を適用した第1の実施の形態に係る光学素子の製造方法を模式的に示す断面図である。
【図2】第1の実施の形態に係る光学素子の製造方法を適用して得られた面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図3】図1に示す面発光型発光素子を模式的に示す平面図である。
【図4】図2および図3に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図5】図2および図3に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図6】図2および図3に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図7】図2および図3に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図8】図2および図3に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図9】図2および図3に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図10】図2および図3に示す面発光型発光素子の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図11】図11(a)〜図11(d)はそれぞれ、本発明を適用した第2の実施の形態に係る光学素子の製造方法の一実施例を模式的に示す断面図である。
【図12】図12(a)〜図12(d)はそれぞれ、本発明を適用した第2の実施の形態に係る光学素子の製造方法の一実施例を模式的に示す断面図である。
【図13】図13(a)〜図13(e)はそれぞれ、本発明を適用した第2の実施の形態に係る光学素子の製造方法の一実施例を模式的に示す断面図である。
【図14】第2の実施の形態に係る光学素子の製造方法を適用して得られた面発光型発光素子を模式的に示す断面図である。
【図15】出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態でレンズ前駆体を硬化させるために用いる装置を模式的に説明する図である。
【符号の説明】
10 レンズ、 10a 液滴、 10b レンズ前駆体、 12 液滴吐出口、 13 エネルギー線、 20 出射面等(出射面または入射面)、 21,31,41 レンズ、 22 光学素子部、 30 第1レンズ部、 30a第1の液滴、 30b 第1レンズ前駆体、 40,50,60 第2レンズ部、 40a,50a,60a 第2の液滴、 40b,50b,60b 第2レンズ前駆体、 70,72,74,76 光学素子、 80 接着材、 82不活性ガス導入口、 84 排気口、 86 函体、 90 UV照射用光ファイバ、 92 UV出射部、 100,200 面発光型発光素子、 101基板、 101a 基板の表面、 101b 基板の裏面、 102 第1ミラー、 103 活性層、 104 第2ミラー、 105 酸化狭窄層、 106 絶縁層、 107 第1電極、 108 出射面、 109 第2電極、110,210 レンズ、 110a 液滴、 110b レンズ前駆体、 112 ノズル、 113 エネルギー線、 118 開口部、 120 インクジェットヘッド、 130 柱状部、 130a 柱状部の上面、 140 共振器、 150 半導体多層膜、 160 光学素子部、 213 紫外線、220 第1レンズ部、 240 第2レンズ部、 300 装置、 1000 光学素子アレイ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an optical element capable of appropriately controlling the shape of a lens.
[0002]
[Background Art]
For the purpose of improving the coupling efficiency of the incident light or the outgoing light, a lens may be formed on the emitting surface of the light emitting element or the incident surface of the light receiving element. In this case, it is important to strictly control the shape of the lens in order to impart desired optical characteristics to incident light or output light.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical element capable of appropriately controlling the shape of a lens.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
1. First optical element manufacturing method of the present invention
The first method for producing an optical element of the present invention comprises:
A method for producing an optical element that emits light from an emission surface or captures light from an incidence surface,
By discharging droplets toward the emission surface or the incidence surface, a lens precursor is formed on the emission surface or the incidence surface,
Curing the lens precursor with the outgoing or incoming surface oriented substantially vertically downward to form a lens on the outgoing or incoming surface.
[0005]
In the present application, “vertically downward” refers to a direction substantially the same as the direction of gravity. Further, “vertically upward” refers to a direction substantially opposite to the direction of gravity.
[0006]
Further, in the present application, the “outgoing surface or the incoming surface” is “the outgoing surface” when the optical element is an optical element that emits light from the outgoing surface, and “when the optical element takes in light from the incoming surface” Incident surface ". Specifically, when the optical element of the present invention is a light emitting element, the “outgoing surface or incident surface” is the “outgoing surface”, and when the optical element of the present invention is a light receiving element, “the outgoing surface or incident surface” The “surface” is the “incident surface”.
[0007]
According to the first method for manufacturing an optical element of the present invention, the lens precursor is cured while the light exit surface or the light exit surface faces substantially vertically downward. Thus, the curvature and height of the lens can be increased by a simple method without requiring a surface treatment or the like for increasing the curvature and height of the lens.
[0008]
Further, by forming the lens directly on the emission surface or the emission surface, the alignment between the emission surface or the incidence surface and the lens can be easily performed. Thereby, productivity can be improved.
2. Method for manufacturing second optical element
The method for producing a second optical element according to the present invention comprises:
A method for producing an optical element that emits light from an emission surface or captures light from an incidence surface,
By discharging droplets toward the emission surface or the incidence surface, a lens precursor is formed on the emission surface or the incidence surface,
After curing the lens precursor for a predetermined time in a state where the exit surface or the entrance surface is substantially vertically upward, by curing the lens precursor in a state where the exit surface or the entrance surface is substantially vertically downward, Forming a lens on the exit surface or the entrance surface.
[0009]
According to the second method for manufacturing an optical element of the present invention, the same functions and effects as those of the above-described method for manufacturing the first optical element can be obtained. Further, according to the second method for manufacturing an optical element of the present invention, the time for curing the lens precursor in a state where the exit surface or the entrance surface is substantially vertically upward, and the case where the exit surface or the entrance surface is substantially vertical The shape of the lens precursor can be adjusted by adjusting the time for curing the lens precursor in the downward state.
[0010]
Also, for example, because the viscosity of the lens precursor is low, if the exit surface or the entrance surface is oriented substantially vertically downward, when the lens precursor cannot be held on the exit surface or the entrance surface, first, the exit surface or The lens precursor is cured for a predetermined time in a state where the entrance surface is substantially vertically upward, and when the exit surface or the entrance surface is substantially vertically downward, the lens precursor is on the exit surface or the entrance surface. The lens can be formed by increasing the viscosity of the lens precursor to an extent that the lens precursor can be held, and then curing the lens precursor with the exit surface or the entrance surface facing substantially vertically downward. As described above, even when the viscosity of the lens precursor is low, the lens having a desired shape can be formed.
3. Method for manufacturing third optical element
The third method for producing an optical element according to the present invention comprises:
A method for producing an optical element that emits light from an emission surface or captures light from an incidence surface,
By discharging a first droplet toward the emission surface or the incidence surface, a first lens precursor is formed on the emission surface or the incidence surface,
Forming a second lens precursor on the first lens precursor by discharging a second droplet having a higher viscosity than the first droplet toward the first droplet;
Curing the first and second lens precursors to form a lens on the exit or entrance surface.
[0011]
According to the third method for manufacturing an optical element of the present invention, the first lens is ejected toward the first droplet by discharging the second droplet having a higher viscosity than the first droplet. By forming and curing the second lens precursor on the precursor, a lens having a large curvature and height can be formed on the emission surface or an optical element formed on the emission surface.
4. Fourth optical element manufacturing method
The fourth method for producing an optical element according to the present invention comprises:
A method for producing an optical element that emits light from an emission surface or captures light from an incidence surface,
By discharging a first droplet toward the emission surface or the incidence surface, a first lens precursor is formed on the emission surface or the incidence surface,
Forming a second lens precursor on the first lens precursor by discharging a second droplet having a lower viscosity than the first droplet toward the first droplet;
Curing the first and second lens precursors with the outgoing surface or incident surface oriented substantially vertically downward, thereby forming a lens on the outgoing or incident surface.
[0012]
According to the fourth method for manufacturing an optical element of the present invention, by discharging a second droplet having a lower viscosity than the first droplet toward the first droplet, the first lens precursor is discharged. After forming the second lens precursor on the body, the first and second lens precursors are cured. In this case, since the second lens precursor has a lower viscosity than the first lens precursor, the second lens precursor extends downward from the first lens precursor. Thereby, the curvature and height of the finally obtained lens can be increased.
5. Fifth optical element manufacturing method
The fifth method for producing an optical element of the present invention comprises:
A method for producing an optical element that emits light from an emission surface or captures light from an incidence surface,
By discharging and curing the first droplet toward the emission surface or the incident surface, a part of the lens is formed on the emission surface or the incident surface,
Forming a lens on the exit surface or the entrance surface by discharging and curing the second droplet toward a part of the lens.
[0013]
According to the fifth method of manufacturing an optical element of the present invention, the second lens precursor is cured after the first lens precursor is cured. Thereby, even when the viscosity of the first lens precursor is low, the first lens precursor can be surely cured.
[0014]
In this case, the first droplet and / or the second droplet can be cured in a state where the emission surface or the incidence surface is directed substantially vertically downward. Thereby, a lens having a large curvature and a large height can be obtained.
[0015]
The first to fifth optical element manufacturing methods can take the following aspects (1) to (4).
[0016]
(1) The ejection of the droplets (including the first and second droplets) can be performed by an inkjet method or a dispenser method.
[0017]
(2) The droplets (including the first and second droplets) can be made of a material that can be cured by applying energy. Thus, a lens whose shape is controlled can be obtained.
[0018]
(3) The lens can be made of an ultraviolet curable resin. The UV-curable resin is cured by short-time UV irradiation. For this reason, it is possible to cure without going through a process such as a heat process that easily damages the element. Therefore, when an ultraviolet curable resin is used to form the lens, the influence on the element can be reduced. In general, many ultraviolet curable resins have high light transmittance. For this reason, since light loss is small, it is particularly effective when forming a lens having a long optical path length.
[0019]
(4) The optical element may be a surface-emitting light emitting element.
[0020]
In this case, the surface emitting type light emitting element can be any one of a surface emitting type semiconductor laser, a semiconductor light emitting diode, and an organic EL device. Thus, the curvature and height of the lens can be increased by a simple method without requiring a surface treatment or the like for increasing the curvature and height of the lens. Thereby, the configuration of the optical coupling system can be simplified and the cost can be reduced.
[0021]
Further, by forming the lens directly on the emission surface, the alignment accuracy between the emission surface of the surface-emitting type light emitting element and the lens can be improved. Thereby, the coupling efficiency between the surface-emitting light emitting element and the lens can be increased, and the productivity can be improved.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
[First Embodiment]
1. Optical element manufacturing method
1A to 1C are cross-sectional views schematically illustrating a method for manufacturing an optical element 70 according to a first embodiment to which the present invention is applied.
[0024]
In the present embodiment, the optical element 70 is, for example, a light emitting element or a light receiving element. For example, in the case of a light-emitting element, the light-emitting element has a portion for emitting light (emission surface). Specifically, examples of the light emitting element include a semiconductor laser, a semiconductor light emitting diode, and an organic EL device. Examples of the light receiving element include a solid-state imaging device, a photodiode, and an MSM photo detector.
[0025]
In the method for manufacturing an optical element according to the present embodiment, a method for forming a lens 10 on an emission surface or an incidence surface (hereinafter, also referred to as “emission surface or the like”) 20 will be described.
[0026]
(1) First, before forming the lens 10 (see FIG. 1C), the optical element unit 22 including the emission surface 20 and the like (see FIG. 1A) is formed. The optical element unit 22 is, for example, a part necessary for driving as an element. Note that the configuration and manufacturing method of the optical element unit 22 differ depending on the type of the element and the like. Therefore, in FIG. 1A to FIG. 1C, illustration of components of the optical element unit 22 and a method of manufacturing the optical element unit 22 are omitted except for the emission surface 20 and the like.
[0027]
Next, the lens precursor 10b is formed on the emission surface 20 or the like of the optical element unit 22 (see FIG. 1A).
[0028]
Specifically, as shown in FIG. 1A, the lens precursor 10b is formed by discharging the droplet 10a from the droplet discharge port 12 to the emission surface 20 or the like of the optical element unit 22. You. In this case, the size of the lens precursor 10b can be controlled by adjusting the ejection amount of the droplet 10a.
[0029]
As a method of discharging the droplet 10a, a dispenser method or an inkjet method can be exemplified. It is desirable to select an ejection method in consideration of the viscosity of the droplet 10a, the ejection amount, and the like. For example, when the ink jet method is used, the viscosity of the droplet 10a is desirably used at about 20 cps or less. On the other hand, when the dispenser method is used, the viscosity of the droplet 10a may be higher. The dispenser method is a useful method for forming a relatively large lens because the discharge amount of the droplet can be increased. In addition, the ink-jet method is a method useful for forming a fine lens because a discharge amount and a discharge position of a droplet can be strictly controlled.
[0030]
Further, the lens precursor 10b is converted into the lens 10 (see FIG. 1C) by a later curing step. The lens precursor 10b (droplet 10a) is made of a liquid material (for example, an ultraviolet-curable resin or a thermosetting resin) that can be cured by applying energy such as heat or light. Thereby, the lens 10 whose shape is controlled can be obtained. Examples of the ultraviolet curable resin include an ultraviolet curable acrylic resin and an epoxy resin. Examples of the thermosetting resin include a precursor of a thermosetting polyimide resin.
[0031]
The UV-curable resin is cured by short-time UV irradiation. For this reason, it is possible to cure without going through a process such as a heat process that easily damages the element. Therefore, when an ultraviolet curable resin is used for the lens precursor 10b (droplet 10a) to form the lens 10, the influence on the element can be reduced.
[0032]
In general, many ultraviolet curable resins have high light transmittance. For this reason, since light loss is small, it is particularly effective when forming a lens having a long optical path length.
[0033]
The ultraviolet curable resin generally contains at least one of a prepolymer, an oligomer, and a monomer and a photopolymerization initiator. Among the ultraviolet curable resins, it is preferable to use an acrylic resin in consideration of the wide selectivity of the viscosity. Specific examples of the ultraviolet-curable acrylic resin include epoxy acrylates, urethane acrylates, polyester acrylates, polyate acrylates, acrylates such as spiroacetal acrylates, epoxy methacrylates, spiroacetal acrylates, and polyesters. Methacrylates such as methacrylates and polyether methacrylates can be used.
[0034]
(2) Next, the lens precursor 10b is cured in a state in which the light exit surface or the like 20 is oriented substantially vertically downward, thereby forming the lens 10 on the light exit surface or the like 20 (FIGS. 1B and 1C). )reference).
[0035]
Specifically, by setting the exit surface or the like 20 substantially vertically downward, the lens precursor 10b is pulled vertically downward (in the direction of the white arrow shown in FIG. 1B) by gravity. As shown in FIG. 1B, the lens precursor 10b extends vertically downward. In this state, the energy beam 13 is applied to the lens precursor 10b to cure the lens precursor 10b. Through this step, the lens 10 is obtained. The curvature and the height of the obtained lens 10 are larger than the curvature and the height of the lens precursor 10b before the emission surface 20 or the like is turned vertically downward.
[0036]
In order to increase the curvature and height of the obtained lens 10, the material for forming the lens precursor 10b preferably has a large specific gravity. However, in this case, it is necessary that the specific gravity be such that the lens precursor 10b does not detach from the emission surface 20 when the emission surface 20 is oriented vertically downward.
[0037]
FIG. 15 shows an example of an apparatus 300 for curing the lens precursor 10b. In FIG. 15, in an optical element array 1000 in which a plurality of optical elements 70 (not shown) are regularly arranged, a plurality of lenses formed on an emission surface 20 (not shown) of each optical element 70 The case where the precursor 10b is cured is shown. In this apparatus 300, a case is shown in which ultraviolet rays 213 (see FIG. 15) are used as energy rays used to cure the lens precursor 10b.
[0038]
The device 300 includes a sealed box 86, and an inert gas inlet 82, an exhaust port 84, and a UV emission section 90 installed in the box 86. The inert gas inlet 82 is provided for introducing an inert gas such as nitrogen or argon into the box 86. When curing the lens precursor 10b, it is preferable that oxygen does not exist around the lens precursor 10b. For this reason, for example, the lens precursor 10b is cured while the inside of the box 86 is filled with the inert gas.
[0039]
In addition, the optical element array 1000 is installed with the emission surface or the like (not shown) facing vertically downward. In FIG. 15, the surface of the optical element array 1000 opposite to the installation surface (emission surface) of the lens precursor 10 b is adhered with an adhesive 80. An example of the adhesive 80 is an adhesive tape.
[0040]
Further, in the apparatus 300 shown in FIG. 15, a UV irradiation optical fiber 90 is provided to irradiate the lens precursor 10b with ultraviolet rays. After the ultraviolet rays 213 are emitted from the UV emitting section 92 of the UV irradiation optical fiber 90, the lens precursor 10b is irradiated with the ultraviolet rays 213. Thereby, the lens precursor 10b is cured, and the lens 10 is formed.
[0041]
Through the above steps, as shown in FIG. 1C, the lens 10 is formed on the above-described emission surface 20 and the like. This lens 10 has a larger curvature and a higher height than the lens precursor 10b (see FIG. 1A) before the emission surface or the like 20 is directed vertically downward. The lens 10 is formed of a material that is transparent to light emitted or incident from the emission surface 20 or the like.
[0042]
According to the method for manufacturing an optical element of the present embodiment, the lens precursor 10b is cured in a state where the emission surface 20 and the like are directed substantially vertically downward. Thus, the curvature and height of the lens can be increased by a simple method without requiring a surface treatment or the like for increasing the curvature and height of the lens.
[0043]
Further, by directly forming the lens 10 on the emission surface 20 or the like, alignment between the emission surface 20 or the lens 10 and the lens 10 can be easily performed. Thereby, productivity can be improved.
[0044]
In the present embodiment, after the lens precursor 10b is cured for a predetermined time with the emission surface 20 being substantially vertically upward, the lens precursor 10b is cured with the emission surface 20 being substantially vertically downward. can do. Here, the time for curing the lens precursor 10b in a state where the emission surface or the like 20 is substantially vertically upward and the time for curing the lens precursor 10b in a state where the emission surface or the like 20 is substantially vertically downward are adjusted. Thereby, the shape of the lens precursor 10b can be adjusted.
[0045]
In addition, for example, because the viscosity of the lens precursor 10b is low, if the exit surface or the like 20 is oriented substantially vertically downward and the lens precursor 10b cannot be held on the exit surface or the like 20, first, the exit surface or the like 20 is oriented substantially vertically upward. In this state, the lens precursor 10b is cured for a predetermined time, so that the viscosity of the lens precursor 10b is reduced to such an extent that the lens precursor 10b can be held on the emission surface 20 when the emission surface 20 is oriented substantially vertically downward. Enhance. After that, the lens 10 can be formed by curing the lens precursor 10b in a state where the emission surface 20 and the like are directed substantially vertically downward. As described above, the lens 10 having a desired shape can be formed even when the viscosity of the lens precursor 10b is low.
2. Surface-emitting type light-emitting element
Next, an example of a light emitting element obtained by using the above-described method for manufacturing an optical element will be described. In the present embodiment, a case where a surface-emitting type light-emitting element (surface-emitting type semiconductor laser) 100 is used as an optical element will be described.
[0046]
(Structure of surface-emitting light-emitting element)
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a surface-emitting light emitting device 100 obtained by applying the above-described method for manufacturing an optical element. FIG. 3 is a plan view schematically showing the surface-emitting light emitting device 100 shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing a cross section taken along line AA of FIG.
[0047]
As shown in FIG. 2, a surface-emitting type light emitting device 100 of the present embodiment includes a substrate (n-type GaAs substrate in the present embodiment) 101 and a vertical resonator (hereinafter referred to as a “resonator”) formed on the substrate 101. 140). The surface emitting light emitting element 100 can emit laser light in a direction perpendicular to the substrate 101 from an emission surface 108 provided on the upper surface of the resonator 140.
[0048]
In the surface-emitting type light emitting device 100 of the present embodiment, a lens 110 is provided on the emission surface 108. The lens 110 is formed by applying the above-described method for manufacturing an optical element. The method for manufacturing the lens 110 will be described later in the section “Method for Manufacturing Surface-Emitting Light-Emitting Element”.
[0049]
The lens 110 is formed of a material that is transparent to laser light emitted from the emission surface 108. As described above, since the lens 110 is made of a material transparent to the laser light, it is possible to efficiently emit the laser light, and to obtain a highly efficient surface-emitting type semiconductor laser capable of controlling the mode. Can be.
[0050]
Next, other components of the surface-emitting light emitting device 100 will be described.
[0051]
In the present embodiment, the resonator 140 includes a columnar semiconductor deposit (hereinafter referred to as a “columnar portion”) 130, and the side surface of the columnar portion 130 is covered with the insulating layer 106.
[0052]
The columnar section 130 is formed in the resonator 140. Here, the columnar part 130 is a part of the resonator 140 and refers to a columnar semiconductor deposit including at least the second mirror 104. This columnar portion 130 is embedded with the insulating layer 106. That is, the side surface of the columnar portion 130 is surrounded by the insulating layer 106. Further, a first electrode 107 is formed on the columnar section 130. The first electrode 107 has an opening 118 on the upper surface 130 a of the columnar section 130, and an emission surface 108 is provided in the opening 118.
[0053]
The resonator 140 is, for example, an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and n-type Al 0.15 Ga 0.85 40 pairs of distributed reflection type multilayer mirrors (hereinafter, referred to as “first mirrors”) 102 in which As layers are alternately stacked, a GaAs well layer and an Al layer 0.3 Ga 0.7 An active layer 103 composed of an As barrier layer, including a quantum well structure having three well layers, and p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and p-type Al 0.15 Ga 0.85 30 pairs of distributed reflection type multilayer mirrors (hereinafter, referred to as “second mirrors”) 104 in which As layers are alternately stacked are sequentially stacked. Note that the composition and the number of layers constituting each of the first mirror 102, the active layer 103, and the second mirror 104 are not limited thereto.
[0054]
The second mirror 104 is made p-type by doping C, for example, and the first mirror 102 is made n-type by doping Si, for example. Therefore, the second mirror 104, the active layer 103 not doped with impurities, and the first mirror 102 form a pin diode.
[0055]
In the present embodiment, the portion of the resonator 140 from the laser light emission side of the surface emitting light emitting element 100 to the middle of the first mirror 102 is etched into a circular shape when viewed from the laser light emission side. The case where the columnar portion 130 is formed by the above process will be described. In the present embodiment, the planar shape of the columnar portion 130 is circular, but the shape can be any shape.
[0056]
Further, a current confinement layer 105 made of aluminum oxide can be formed in a region near the active layer 103 among the layers constituting the second mirror 104. The current confinement layer 105 is formed in a ring shape. That is, the current constriction layer 105 has a concentric circular planar shape. In other words, the cross section of the current constriction layer 105 when cut along a plane parallel to the XY plane in FIG. 2 is concentric.
[0057]
In the surface-emitting light emitting device 100 according to the present embodiment, the insulating layer 106 is formed so as to cover the side surface of the columnar portion 130 and the upper surface of the first mirror 102.
[0058]
In the manufacturing process of the surface-emitting type light emitting device 100, after forming the insulating layer 106 covering the side surface of the columnar portion 130, the first electrode 107 is provided on the upper surface of the columnar portion 130 and the upper surface of the insulating layer 106. The second electrodes 109 are formed on 101b, respectively. When these electrodes are formed, an annealing process is generally performed at about 400 ° C. (see a manufacturing process described later). Therefore, when the insulating layer 106 is formed using a resin, the resin forming the insulating layer 106 needs to have excellent heat resistance in order to withstand the annealing process. In order to satisfy this requirement, it is desirable that the resin constituting the insulating layer 106 is a polyimide resin, a fluorine resin, an acrylic resin, an epoxy resin, or the like. Desirably, it is a resin.
[0059]
The first electrode 107 and the second electrode 109 are provided for injecting a current into the resonator 140. Specifically, a current is injected into active layer 103 by first electrode 107 and second electrode 109.
[0060]
As shown in FIG. 2, at least a part of the first electrode 107 is formed on the upper surface of the columnar part 130. Specifically, the first electrode 107 is formed on the upper surface of the columnar section 130 and on the insulating layer 106. The first electrode 107 can be formed, for example, from a stacked film of an alloy of Au and Zn and Au.
[0061]
Further, the first electrode 107 has an opening 118 on the upper surface 130 a of the resonator 130. That is, a portion (opening 118) where the first electrode 107 is not formed is provided at the center of the upper surface 130a of the columnar portion 130. The emission surface 108 is provided in the opening 118. This emission surface 108 becomes an emission port for laser light. In the surface-emitting light emitting device 100 of the present embodiment, a case where the emission surface 108 is circular is shown.
[0062]
Further, a second electrode 109 is formed on the back surface 101b of the substrate 101. That is, in the surface-emitting type light emitting device 100 shown in FIG. 2, the first electrode 107 is bonded on the columnar portion 130 and the second electrode 109 is bonded on the back surface 101 b of the substrate 101. The second electrode 109 can be formed from, for example, a laminated film of an alloy of Au and Ge and Au.
[0063]
(Operation of surface-emitting type light-emitting element)
The general operation of the surface emitting light emitting device (surface emitting semiconductor laser) 100 of the present embodiment will be described below. The following method of driving a surface emitting semiconductor laser is an example, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0064]
First, when a forward voltage is applied to the pin diode between the first electrode 107 and the second electrode 109, recombination of electrons and holes occurs in the active layer 103, and light emission due to the recombination occurs. Stimulated emission occurs when the generated light reciprocates between the second mirror 104 and the first mirror 102, and the light intensity is amplified. When the optical gain exceeds the optical loss, laser oscillation occurs, and the light enters the lens 110 from the emission surface 108 on the upper surface of the columnar portion 130. After the radiation angle is adjusted by the lens 110, laser light is emitted in a direction perpendicular to the substrate 101 (Z direction shown in FIG. 2). Here, the “perpendicular direction to the substrate 101” refers to a direction (Z direction in FIG. 2) perpendicular to the surface 101a of the substrate 101 (a plane parallel to the XY plane in FIG. 2).
[0065]
(Manufacturing process of surface emitting light emitting device)
Next, an example of a method for manufacturing the surface emitting light emitting device 100 shown in FIGS. 2 and 3 will be described with reference to FIGS. 4 to 10 are cross-sectional views schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device 100 according to the present embodiment shown in FIGS. 2 and 3, each corresponding to the cross section shown in FIG. 1. .
[0066]
(1) First, a semiconductor multilayer film 150 is formed on the surface of a substrate 101 made of n-type GaAs by epitaxial growth while modulating the composition (see FIG. 4).
[0067]
Here, the semiconductor multilayer film 150 is, for example, an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and n-type Al 0.15 Ga 0.85 Forty pairs of first mirrors 102 alternately stacked with As layers, a GaAs well layer and Al 0.3 Ga 0.7 An active layer 103 composed of an As barrier layer, including a quantum well structure having three well layers, and p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and p-type Al 0.15 Ga 0.85 It comprises 30 pairs of second mirrors 104 in which As layers are alternately stacked. By laminating these layers on the substrate 101 in order, the semiconductor multilayer film 150 is formed. When growing the second mirror 104, at least one layer near the active layer 103 is formed as an AlAs layer or an AlGaAs layer having an Al composition of 0.95 or more (a layer having a high Al composition). This layer is oxidized later to form the current confinement layer 105. In addition, it is desirable that the outermost layer of the second mirror 104 has a high carrier density and facilitates ohmic contact with an electrode (a first electrode 107 described later).
[0068]
The temperature at which the epitaxial growth is performed is appropriately determined depending on the growth method, the raw material, the type of the substrate 101, or the type, thickness, and carrier density of the semiconductor multilayer film 150 to be formed, but is generally 450 ° C. to 800 ° C. Is preferred. Also, the time required for performing epitaxial growth is appropriately determined in the same manner as the temperature. In addition, as a method for epitaxial growth, a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, or a liquid phase epitaxy (LPE) method can be used.
[0069]
(2) Subsequently, the columnar portion 130 is formed (see FIG. 5).
[0070]
Specifically, a photoresist (not shown) is applied on the semiconductor multilayer film 150 and then patterned by a photolithography method to form a resist pattern R100 having a predetermined pattern. Then, using the resist layer R100 as a mask, the second mirror 104, the active layer 103, and a part of the first mirror 102 are etched by, for example, a dry etching method to form a columnar semiconductor deposition body (columnar portion) 130. I do. Through the above steps, the resonator 140 including the columnar section 130 is formed on the substrate 101 as shown in FIG. After that, the resist layer R100 is removed.
[0071]
(3) Next, a current confinement layer 105 is formed as necessary (see FIG. 6).
[0072]
Specifically, as shown in FIG. 6, the substrate 101 on which the resonator 140 has been formed by the above-described process is put into a steam atmosphere of, for example, about 400 ° C., so that the Al composition in the second mirror 104 is changed. The current confinement layer 105 can be formed by oxidizing a layer having a high impurity concentration from the side. The oxidation rate depends on the temperature of the furnace, the supply amount of water vapor, the Al composition and the thickness of the layer to be oxidized (the layer having a high Al composition). In a surface-emitting light emitting device including a current confinement layer formed by oxidation, current flows only in a portion where a current confinement layer is not formed (a portion not oxidized) when driving. Therefore, in the step of forming the current confinement layer by oxidation, the current density can be controlled by controlling the range of the current confinement layer 105 to be formed.
[0073]
(4) Next, the insulating layer 106 surrounding the columnar portion 130 is formed (see FIG. 7).
[0074]
Here, a case where a polyimide resin is used as a material for forming the insulating layer 106 will be described. First, a resin precursor (polyimide precursor) is applied on the resonator 140 by using, for example, a spin coating method to form a resin precursor layer (not shown). At this time, the resin precursor layer is formed so that the thickness thereof is larger than the height of the columnar section 130. As a method for forming the resin precursor layer, a known technique such as a dipping method, a spray coating method, and an ink jet method can be used in addition to the spin coating method described above.
[0075]
Next, the substrate is heated using a hot plate or the like to remove the solvent, and then the upper surface 130a (see FIG. 7) of the columnar section 130 is exposed. As a method of exposing the upper surface 130a of the columnar portion 130, a CMP method, a dry etching method, a wet etching method, or the like can be used. Thereafter, the insulating layer 106 is formed by imidizing the resin precursor layer in a furnace at about 350 ° C. Note that the insulating layer which has been almost completely cured through the imidization step may be etched to expose the upper surface 130a of the columnar portion 130.
[0076]
(5) Next, a first electrode 107 and a second electrode 109 for injecting a current into the active layer 103, and a laser light emission surface 108 are formed (see FIG. 8).
[0077]
First, before forming the first electrode 107 and the second electrode 109, the upper surface 130a of the columnar portion 130 is cleaned using a plasma processing method or the like, if necessary. Thereby, an element having more stable characteristics can be formed. Subsequently, a laminated film (not shown) of, for example, an alloy of Au and Zn and Au is formed on the insulating layer 106 and the upper surface 130a (see FIG. 7) of the columnar section 130 by, for example, a vacuum evaporation method. In this case, an Au layer is formed on the outermost surface. Next, a portion where the laminated film is not formed is formed on the upper surface 130a of the columnar portion 130 by a lift-off method. This portion becomes the opening 118 (see FIG. 8). The emission surface 108 is provided in the opening 118. That is, a region in the opening 118 of the upper surface 130 a of the columnar portion 130 functions as the emission surface 108. Note that in the above step, a dry etching method can be used instead of the lift-off method.
[0078]
Further, a laminated film (not shown) of, for example, an alloy of Au and Ge and Au is formed on the back surface 101b of the substrate 101 by, for example, a vacuum evaporation method. Next, an annealing process is performed. The annealing temperature depends on the electrode material. In the case of the electrode material used in this embodiment, it is usually performed at about 400 ° C.
[0079]
Through the steps (1) to (5) described above, the optical element section 160 including the emission surface 108 is formed (see FIG. 8). The optical element 160 is a part necessary for the surface emitting light emitting element 100 to be driven as an element.
[0080]
(6) Next, the lens 110 is formed on the emission surface 108 (see FIGS. 9 and 10).
[0081]
More specifically, first, as shown in FIG. 10, a lens precursor 110b is formed on the emission surface 108 by discharging a droplet 110a toward the emission surface 108 by an inkjet method. Here, a case where the lens precursor 110b is made of an ultraviolet curable resin will be described.
[0082]
Examples of the inkjet discharge method include: (i) a method of generating pressure by changing the size of bubbles in a liquid (here, a lens material) by heat to discharge a liquid, and (ii) generating a pressure by a piezoelectric element. There is a method of discharging liquid by pressure. From the viewpoint of controllability of pressure, the method (ii) is preferable.
[0083]
The alignment between the position of the nozzle 112 of the inkjet head 120 and the discharge position of the droplet 110a is performed using a known image recognition technique used in an exposure step and an inspection step in a general semiconductor integrated circuit manufacturing process. For example, as shown in FIG. 9, alignment between the position of the nozzle 112 of the inkjet head 120 and the opening 118 of the surface-emitting type light emitting element 100 is performed by image recognition. After the alignment, the voltage applied to the inkjet head 120 is controlled, and then the droplet 110a is ejected. Thus, a lens precursor 110b is formed on the emission surface 108 (see FIG. 10).
[0084]
In this case, the ejection angle of the droplet 110a ejected from the nozzle 112 varies to some extent. However, if the position where the droplet 110a lands is inside the opening 118, the droplet 110a wets and spreads and automatically Is corrected.
[0085]
After performing the above steps, as shown in FIG. 10, the exit surface 108 is directed almost vertically downward (white shown in FIG. 10) by the same method as the above-described method for manufacturing an optical element (see FIG. 1B). The lens precursor 110b is hardened in the state of (drawing arrow direction). Through this step, the lens 110 is formed on the light exit surface 108. Specifically, by setting the exit surface 108 to be substantially vertically downward, the lens precursor 110b is pulled vertically downward by gravity. As a result, as shown in FIG. Extends downward. In this state, the energy beam is applied to the lens precursor 110b to cure the lens precursor 110b. Through this step, the lens 110 is obtained. The curvature and height of the obtained lens 110 are larger than the curvature and height of the lens precursor 110b before the emission surface 108 is directed vertically downward.
[0086]
In this step, for example, the lens precursor 110b can be cured using the apparatus 300 shown in FIG. In the apparatus 300 shown in FIG. 15, instead of the adhesive 80, an element can be attached to a vacuum suction stage and turned over as it is to be installed on the box 86.
[0087]
The optimal wavelength and irradiation amount of the ultraviolet ray depend on the material of the lens precursor 110b. For example, when the precursor 110b is formed using an acrylic ultraviolet curable resin, curing is performed by irradiating an ultraviolet ray having a wavelength of about 350 nm and an intensity of 10 mW for 5 minutes.
[0088]
Through the above process, the surface emitting light emitting device 100 shown in FIGS. 2 and 3 is obtained.
[0089]
(Action and effect)
The surface-emitting light emitting device 100 according to the present embodiment has the same operation and effect as the above-described method for manufacturing an optical element. Further, in the present embodiment, the case where the surface emitting light emitting element 100 is a surface emitting semiconductor laser has been described. In this case, the following operations and effects are obtained.
[0090]
The surface emitting semiconductor laser is expected to be applied to a light source of an optical interconnection having a higher transmission speed between computers or inside a computer. This surface-emitting type semiconductor laser has advantages in that it is easy to increase the number of channels, high-speed response, low power consumption, and the like.
[0091]
When a surface-emitting type semiconductor laser is used as the above-described light source, it is necessary to consider coupling with an optical waveguide such as an optical fiber. On the other hand, the radiation angle of a surface emitting semiconductor laser largely depends on the design of an optical coupling system between the laser and the optical waveguide. Here, when the radiation angle is large, a lens having a large numerical aperture is required, which results in a complicated optical coupling system and an increase in cost. It is also important to improve the alignment accuracy between the surface emitting semiconductor laser and the lens in order to increase the coupling efficiency between the surface emitting semiconductor laser and the lens.
[0092]
According to the method for manufacturing the surface-emitting type light-emitting device 100 of the present embodiment, the lens precursor 110b is cured in a state where the emission surface 108 is directed substantially vertically downward. Thus, the curvature and height of the lens can be increased by a simple method without requiring a surface treatment or the like for increasing the curvature and height of the lens. Thereby, the configuration of the optical coupling system can be simplified and the cost can be reduced.
[0093]
In addition, by forming the lens 110 directly on the emission surface 108, the alignment accuracy between the optical element 160 of the surface emitting type light emitting element (surface emitting type semiconductor laser) 100 and the lens 110 can be improved. Accordingly, the coupling efficiency between the surface-emitting type light-emitting element (surface-emitting type semiconductor laser) 100 and the lens 110 can be increased, and the productivity can be improved.
[0094]
[Second embodiment]
1. Optical element manufacturing method
In the present embodiment, a case will be described in which a lens is formed by discharging a first droplet and a second droplet onto the emission surface 20 or the like. Hereinafter, three examples (first to third examples) to which the method of manufacturing an optical element according to the present embodiment is applied will be described. These examples differ in the method and order of curing the droplets.
[0095]
In any of the examples, the optical element to be formed is, for example, a light-emitting element or a light-receiving element, like the optical element 70 of the first embodiment, and a light-emitting portion (emission surface) or light. And a part (incident surface) for taking in. Further, as specific light emitting elements and light receiving elements to which these examples can be applied, the elements exemplified in the first embodiment can be given.
[0096]
In each example, in principle, the same components as those shown in the method for manufacturing the optical element according to the first embodiment (see FIGS. 1A to 1C) are denoted by the same reference numerals. The detailed description is omitted.
[0097]
(1) First embodiment
In the first embodiment, a case will be described in which the first droplet and the second droplet are sequentially discharged and then cured to form the lens 21 (see FIGS. 11A to 11D). . 11A to 11D are cross-sectional views schematically illustrating a first example to which the method for manufacturing an optical element according to the present embodiment is applied.
[0098]
First, an optical element section 22 including an emission surface 20 and the like is formed by the same method as that described in the first embodiment (see FIG. 11A).
[0099]
Next, a first lens precursor 30b is formed on the emission surface or the like 20 by discharging the first droplet 30a from the droplet emission port 12 toward the emission surface or the like 20 (see FIG. 11A). ).
[0100]
Further, by discharging a second droplet 40a having a higher viscosity than the first droplet 30a from the droplet discharge port 12 toward the first droplet 30a, the second droplet 40a is discharged onto the first lens precursor 30b. A two-lens precursor 40b is formed (see FIG. 11B).
[0101]
The method of discharging the first and second droplets 30a and 40a is the same as the method of discharging the droplet 10a in the first embodiment. Further, as described above, the material of the first and second droplets 30a and 40a is the same as that of the first embodiment as long as the condition that the viscosity of the second droplet 40a is higher than that of the first droplet 30a is satisfied. The same material as the material of the droplet 10a in the embodiment can be used.
[0102]
Next, the first and second lens precursors 30b and 40b are cured (see FIG. 11C). As a result, the lens 21 is formed on the emission surface 20 or the like (see FIG. 11D). As shown in FIG. 11D, the lens 21 includes a first lens unit 30 and a second lens unit 40 formed on the first lens unit 30. Here, the refractive index of the first lens unit 30 and the refractive index of the second lens unit 40 can be made substantially equal.
[0103]
Alternatively, the refractive index of the first lens unit 30 can be larger than the refractive index of the second lens unit 40. In this case, the focal length of the lens 21 can be shortened. The refractive indices of the first and second lens units 30, 40 can be adjusted by appropriately selecting the materials used to form them. Through the steps described above, the optical element 72 is obtained (see FIG. 11D).
[0104]
According to the method of manufacturing the optical element 72 according to the present embodiment, the first lens 30a is ejected toward the first droplet 30a by discharging the second droplet 40a having a higher viscosity than the first droplet 30a. By forming and curing the second lens precursor 40b on the precursor 30b, a lens 21 having a large curvature and a high height can be formed on the emission surface 20 or the like.
[0105]
(2) Second embodiment
In the second embodiment, a case will be described in which a first droplet and a second droplet are sequentially discharged, and then cured while the emission surface or the like 20 is directed vertically downward to form a lens 31 (FIG. 12 (a) to 12 (d)). 12A to 12D are cross-sectional views schematically showing a second example to which the method of manufacturing an optical element according to the present embodiment is applied.
[0106]
First, similarly to the first embodiment, the optical element section 22 including the emission surface 20 and the like is formed (see FIG. 12A).
[0107]
Next, the first lens precursor 30b is formed on the emission surface or the like 20 by discharging the first droplet 30a from the droplet emission port 12 toward the emission surface or the like 20 (see FIG. 12A). ).
[0108]
Further, by discharging a second droplet 50a having a higher viscosity than the first droplet 30a toward the first droplet 30a, the second lens precursor 50b is placed on the first lens precursor 30b. It is formed (see FIG. 12B).
[0109]
The method of discharging the first and second droplets 30a and 50a is the same as the method of discharging the droplet 10a in the first embodiment. Further, as described above, the material of the first and second droplets 30a and 50a is the same as that of the first embodiment as long as the condition that the viscosity of the second droplet 50a is lower than that of the first droplet 30a is satisfied. The same material as the material of the droplet 10a in the embodiment can be used.
[0110]
Next, the first and second lens precursors 30b and 50b are cured in a state where the emission surface 20 and the like are directed vertically downward (the direction of the white arrow shown in FIG. 12C) (see FIG. 12C). . Specifically, the first and second lens precursors 30b are pulled vertically downward by gravitational force by setting the emission surface 20 and the like to be almost vertically downward, as shown in FIG. 12C. The first and second lens precursors 30b, 50b extend vertically downward. In particular, since the second lens precursor 50b has a lower viscosity than the first lens precursor 30b, the second lens precursor 50b extends downward from the first lens precursor 30b. In this state, the first and second lens precursors 30b, 50b are cured by applying the energy rays 13 to the first and second lens precursors 30b, 50b. Through the above steps, the lens 31 is obtained. The curvature and height of the obtained lens 31 are larger than the curvature and height of the first and second lens precursors 30b and 50b (see FIG. 12B) before the emission surface 20 or the like is directed vertically downward.
[0111]
In order to increase the curvature and height of the obtained lens 31, it is preferable that the material for forming the first and second lens precursors 30b and 50b has a large specific gravity. However, in this case, the first lens precursor 30b from the emission surface 20 and the second lens precursor 50b from the first lens precursor 30b do not separate when the emission surface 20 is oriented vertically downward. Is required. As a result, the lens 31 is formed on the emission surface 20 or the like 20 (see FIG. 12D).
[0112]
The lens 31 includes a first lens unit 30 and a second lens unit 50 formed on the first lens unit 30, as shown in FIG. Here, the refractive index of the first lens unit 30 and the refractive index of the second lens unit 50 can be made substantially equal.
[0113]
Alternatively, the refractive index of the first lens unit 30 can be larger than the refractive index of the second lens unit 50. In this case, the focal length of the lens 31 can be shortened. The refractive indices of the first and second lens sections 30, 50 can be adjusted by appropriately selecting the materials used to form them. Through the above steps, the optical element 74 is obtained (see FIG. 12D).
[0114]
According to the method for manufacturing the optical element 74 according to the present embodiment, the first lens 30a is ejected toward the first droplet 30a by discharging the second droplet 50a having a lower viscosity than the first droplet 30a. After forming the second lens precursor 50b on the precursor 30b, the first and second lens precursors 30b, 50b are cured. In this case, since the second lens precursor 50b has a lower viscosity than the first lens precursor 30b, the second lens precursor 50b extends downward from the first lens precursor 30b. Thereby, the curvature and height of the finally obtained lens 31 can be increased.
[0115]
(3) Third embodiment
In the third embodiment, a part of the lens (the first lens unit 30) is formed on the emission surface 20 or the like by discharging and curing the first droplet 30a toward the emission surface 20 or the like. Next, a case will be described in which the second droplet 60a is ejected toward a part of the lens and then cured to form the lens 41 on the emission surface 20 or the like (FIGS. 13A to 13D). 13 (e)). 13A to 13E are cross-sectional views schematically showing a third example to which the method for manufacturing an optical element according to the present embodiment is applied.
[0116]
First, similarly to the first embodiment, the optical element section 22 including the emission surface 20 and the like is formed (see FIG. 13A).
[0117]
Next, the first droplet 30a is discharged toward the emission surface or the like 20 to form a first lens precursor 30b on the emission surface or the like 20 (see FIG. 13A).
[0118]
Next, by applying the energy beam 13 to the first lens precursor 30b, the first lens precursor 30b is cured to form a part of the lens (the first lens unit 30) (FIG. 13B )reference).
[0119]
Further, the second lens precursor 60b is formed on the first lens unit 30 by discharging the second droplet 60a toward the first lens unit 30 (see FIG. 13C).
[0120]
Subsequently, the energy beam 13 is applied to the second lens precursor 60b to cure the second lens precursor 60b (see FIG. 13D). Thus, the second lens unit 60 is formed on the first lens unit 30. Through the above steps, the lens 41 is formed on the emission surface 20 or the like 20 (see FIG. 13E). As shown in FIG. 13E, the lens 41 includes a first lens unit 30 and a second lens unit 60 formed on the first lens unit 30. Here, the refractive index of the first lens unit 30 and the refractive index of the second lens unit 60 can be made substantially equal.
[0121]
Alternatively, the refractive index of the first lens unit 30 can be larger than the refractive index of the second lens unit 60. In this case, the focal length of the lens 41 can be shortened. The refractive indices of the first and second lens units 30, 60 can be adjusted by appropriately selecting the materials used to form them. Through the above steps, the optical element 76 is obtained (see FIG. 13E).
[0122]
The method of discharging the first and second droplets 30a and 60a is the same as the method of discharging the droplet 10a in the first embodiment. Further, as described above, the material of the first and second droplets 30a and 60a is the same as that of the first embodiment as long as the condition that the viscosity of the second droplet 60a is lower than that of the first droplet 30a is satisfied. The same material as the material of the droplet 10a in the embodiment can be used.
[0123]
The method of curing the first and second lens precursors 30b and 60b is the same as in the first embodiment.
[0124]
According to the method of manufacturing the optical element 76 according to the present embodiment, the second lens precursor 60b is cured after the first lens precursor 30b is cured. Thereby, even when the viscosity of the first lens precursor 30b is low, the first lens precursor 30b can be surely cured.
[0125]
In the present example, when the first lens precursor 30b and / or the second lens precursor 60b are cured, similarly to the curing step of the lens precursor 10b in the first embodiment, the emission surface 20 and the like are set. Curing can also be performed in a state where it is directed vertically downward. In this case, similarly to the first embodiment, a lens 41 having a large curvature and a large height can be obtained.
2. Surface-emitting type light-emitting element
Next, the surface emitting light emitting device 200 according to the present embodiment will be described.
[0126]
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a surface-emitting light emitting device 200 according to a second embodiment of the present invention.
[0127]
The surface-emitting light emitting device 200 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the lens 210 is formed by applying the above-described method for manufacturing an optical element according to the present embodiment. Has substantially the same structure as the surface emitting light emitting device 100 according to the first embodiment. Components having substantially the same functions as those of the surface-emitting light emitting device 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0128]
The lens 210 includes a first lens unit 220 and a second lens unit 240 formed on the first lens unit 220. The lens 210 can be formed by applying any one of the first to third embodiments described above.
[0129]
According to the surface-emitting light emitting device 200, the surface of the first embodiment described above can exhibit the same operation and effect as the light emitting device 100. In addition, according to the surface-emitting type light emitting device 200, the same operation and effect as those of the above-described first to third embodiments can be obtained by the formation process.
[0130]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. For example, the invention includes configurations substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, a configuration having the same function, method, and result, or a configuration having the same object and result). Further, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. Further, the invention includes a configuration having the same operation and effect as the configuration described in the embodiment, or a configuration capable of achieving the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
[0131]
For example, in the surface-emitting light-emitting element of the above embodiment, the surface-emitting light-emitting element having one columnar portion has been described. Not. Further, even when a plurality of surface emitting light emitting elements are arrayed, the same operation and effect can be obtained.
[0132]
Further, for example, in the surface emitting light emitting device of the above embodiment, even if the p type and the n type in each semiconductor layer are interchanged, the purpose of the present invention is not deviated. In the surface-emitting light emitting device of the above-described embodiment, an AlGaAs-based light emitting device has been described. It is also possible to use a GaAsSb-based semiconductor material.
[0133]
Further, in the surface-emitting light emitting device of the above embodiment, the case where the GaAs substrate is used as the compound semiconductor substrate has been described. A compound semiconductor substrate such as a substrate, a CdTe substrate, a ZnTe substrate, or a CdS substrate can also be used.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views schematically showing a method for manufacturing an optical element according to a first embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a surface-emitting light-emitting element obtained by applying the method for manufacturing an optical element according to the first embodiment.
FIG. 3 is a plan view schematically showing the surface-emitting light emitting device shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 2 and 3.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 2 and 3.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 2 and 3.
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 2 and 3.
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 2 and 3.
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing step of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 2 and 3.
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing one manufacturing process of the surface-emitting light emitting device shown in FIGS. 2 and 3.
FIGS. 11A to 11D are cross-sectional views schematically showing one example of a method for manufacturing an optical element according to a second embodiment to which the present invention is applied.
FIGS. 12A to 12D are cross-sectional views schematically showing one example of a method for manufacturing an optical element according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 13A to 13E are cross-sectional views schematically showing one example of a method for manufacturing an optical element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically illustrating a surface-emitting type light-emitting element obtained by applying the method for manufacturing an optical element according to the second embodiment.
FIG. 15 is a diagram schematically illustrating an apparatus used for curing a lens precursor in a state where an exit surface or an entrance surface is directed substantially vertically downward.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 lens, 10a droplet, 10b lens precursor, 12 droplet discharge port, 13 energy ray, 20 exit surface or the like (exit surface or incident surface), 21, 31, 41 lens, 22 optical element section, 30 first lens Part, 30a first droplet, 30b first lens precursor, 40, 50, 60 second lens part, 40a, 50a, 60a second droplet, 40b, 50b, 60b second lens precursor, 70, 72, 74, 76 optical element, 80 adhesive, 82 inert gas introduction port, 84 exhaust port, 86 container, 90 UV irradiation optical fiber, 92 UV emission part, 100, 200 surface emitting light emitting element, 101 substrate 101a substrate front surface, 101b substrate rear surface, 102 first mirror, 103 active layer, 104 second mirror, 105 oxidation confinement layer, 106 insulating layer, 107 first electrode , 108 emission surface, 109 second electrode, 110, 210 lens, 110a droplet, 110b lens precursor, 112 nozzle, 113 energy beam, 118 opening, 120 inkjet head, 130 columnar portion, 130a upper surface of columnar portion, 140 Resonator, 150 semiconductor multilayer film, 160 optical element section, 213 ultraviolet ray, 220 first lens section, 240 second lens section, 300 device, 1000 optical element array

Claims (14)

出射面から光を放出し、あるい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、
前記出射面または入射面に向けて液滴を吐出することにより、該出射面または入射面の上にレンズ前駆体を形成し、
前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で前記レンズ前駆体を硬化させることにより、該出射面または入射面の上にレンズを形成すること、を含む、光学素子の製造方法。
A method for producing an optical element that emits light from an emission surface or captures light from an incidence surface,
By discharging droplets toward the emission surface or the incidence surface, a lens precursor is formed on the emission surface or the incidence surface,
Curing the lens precursor in a state where the exit surface or the entrance surface is oriented substantially vertically downward, thereby forming a lens on the exit surface or the entrance surface.
出射面から光を放出し、あるい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、
前記出射面または入射面に向けて液滴を吐出することにより、該出射面または入射面の上にレンズ前駆体を形成し、
前記出射面または入射面をほぼ鉛直上向きにした状態で前記レンズ前駆体を所定時間硬化させた後、該出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で該レンズ前駆体を硬化させることにより、該出射面または入射面の上にレンズを形成すること、を含む、光学素子の製造方法。
A method for producing an optical element that emits light from an emission surface or captures light from an incidence surface,
By discharging droplets toward the emission surface or the incidence surface, a lens precursor is formed on the emission surface or the incidence surface,
After curing the lens precursor for a predetermined time in a state where the exit surface or the incident surface is substantially vertically upward, by curing the lens precursor in a state where the exit surface or the incident surface is substantially vertically downward, Forming a lens on the light exit surface or the light incident surface.
出射面から光を放出し、あるい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、
前記出射面または入射面に向けて第1の液滴を吐出することにより、該出射面または入射面の上に第1レンズ前駆体を形成し、
前記第1の液滴に向けて、該第1の液滴より粘度が高い第2の液滴を吐出することにより、前記第1レンズ前駆体の上に第2レンズ前駆体を形成し、
前記第1および第2レンズ前駆体を硬化させることにより、該出射面または入射面の上にレンズを形成すること、を含む、光学素子の製造方法。
A method for producing an optical element that emits light from an emission surface or captures light from an incidence surface,
By discharging a first droplet toward the emission surface or the incidence surface, a first lens precursor is formed on the emission surface or the incidence surface,
Forming a second lens precursor on the first lens precursor by discharging a second droplet having a higher viscosity than the first droplet toward the first droplet;
Curing the first and second lens precursors to form a lens on the exit surface or the entrance surface.
出射面から光を放出し、あるい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、
前記出射面または入射面に向けて第1の液滴を吐出することにより、該出射面または入射面の上に第1レンズ前駆体を形成し、
前記第1の液滴に向けて、該第1の液滴より粘度が低い第2の液滴を吐出することにより、前記第1レンズ前駆体の上に第2レンズ前駆体を形成し、
前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で前記第1および第2レンズ前駆体を硬化させることにより、該出射面または入射面の上にレンズを形成すること、を含む、光学素子の製造方法。
A method for producing an optical element that emits light from an emission surface or captures light from an incidence surface,
By discharging a first droplet toward the emission surface or the incidence surface, a first lens precursor is formed on the emission surface or the incidence surface,
Forming a second lens precursor on the first lens precursor by discharging a second droplet having a lower viscosity than the first droplet toward the first droplet;
Curing the first and second lens precursors with the exit surface or entrance surface oriented substantially vertically downward, thereby forming a lens on the exit surface or entrance surface. Production method.
出射面から光を放出し、あるい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、
前記出射面または入射面に向けて第1の液滴を吐出した後硬化させることにより、前記出射面または入射面の上にレンズの一部を形成し、
前記レンズの一部に向けて第2の液滴を吐出した後硬化させることにより、前記出射面または入射面の上にレンズを形成すること、を含む、光学素子の製造方法。
A method for producing an optical element that emits light from an emission surface or captures light from an incidence surface,
By discharging and curing the first droplet toward the emission surface or the incident surface, a part of the lens is formed on the emission surface or the incident surface,
Forming a lens on the exit surface or the entrance surface by discharging and curing the second droplet toward a part of the lens, thereby forming a lens.
請求項5において、
前記第1の液滴を、前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で硬化させる、光学素子の製造方法。
In claim 5,
A method for manufacturing an optical element, wherein the first droplet is cured with the exit surface or the entrance surface being directed substantially vertically downward.
請求項5または6において、
前記第2の液滴を、前記出射面または入射面をほぼ鉛直下向きにした状態で硬化させる、光学素子の製造方法。
In claim 5 or 6,
A method for manufacturing an optical element, wherein the second droplet is cured with the exit surface or the entrance surface facing substantially vertically downward.
請求項1または2において、
前記液滴の吐出は、インクジェット法またはディスペンサ法によって行なう、光学素子の製造方法。
In claim 1 or 2,
The method of manufacturing an optical element, wherein the discharging of the droplet is performed by an inkjet method or a dispenser method.
請求項3ないし7のいずれかにおいて、
前記第1および第2の液滴の吐出は、インクジェット法またはディスペンサ法によって行なう、光学素子の製造方法。
In any one of claims 3 to 7,
The method of manufacturing an optical element, wherein the ejection of the first and second droplets is performed by an inkjet method or a dispenser method.
請求項1または2において、
前記液滴は、エネルギーを付与することにより硬化可能な材料からなる、光学素子の製造方法。
In claim 1 or 2,
The method for manufacturing an optical element, wherein the droplet is made of a material curable by applying energy.
請求項3ないし7のいずれかにおいて、
前記第1および第2の液滴は、エネルギーを付与することにより硬化可能な材料からなる、光学素子の製造方法。
In any one of claims 3 to 7,
The method for manufacturing an optical element, wherein the first and second droplets are made of a material curable by applying energy.
請求項1ないし11のいずれかにおいて、
前記レンズは、紫外線硬化型樹脂からなる、光学素子の製造方法。
In any one of claims 1 to 11,
The method for manufacturing an optical element, wherein the lens is made of an ultraviolet curable resin.
請求項1ないし12のいずれかにおいて、
前記光学素子は、面発光型発光素子である、光学素子の製造方法。
In any one of claims 1 to 12,
The method for manufacturing an optical element, wherein the optical element is a surface-emitting type light emitting element.
請求項13において、
前記面発光型発光素子は、面発光型半導体レーザ、半導体発光ダイオード、および有機EL装置のいずれかである、光学素子の製造方法。
In claim 13,
The method for manufacturing an optical element, wherein the surface-emitting type light-emitting element is one of a surface-emitting type semiconductor laser, a semiconductor light-emitting diode, and an organic EL device.
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