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JP2006173168A - Electro-optical element, method of manufacturing electro-optical element, and optical transmission module - Google Patents

Electro-optical element, method of manufacturing electro-optical element, and optical transmission module Download PDF

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JP2006173168A
JP2006173168A JP2004359541A JP2004359541A JP2006173168A JP 2006173168 A JP2006173168 A JP 2006173168A JP 2004359541 A JP2004359541 A JP 2004359541A JP 2004359541 A JP2004359541 A JP 2004359541A JP 2006173168 A JP2006173168 A JP 2006173168A
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Japan
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layer
substrate
electro
opening
optical
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Application number
JP2004359541A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Kito
聡 鬼頭
Takeshi Kaneko
剛 金子
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electro-optical element for freely changing radiation angle or light receiving diameter by forming a lens in free size. <P>SOLUTION: A recess including a substrate aperture is formed to the rear surface of the substrate on the optical path at the light emitting surface or light receiving surface of an electro-optical element formed on the front surface of substrate. Moreover, a layer including a layer aperture is also formed on the relevant optical path. An optical member is also formed in the size specified with the wall surface of the internal side of the relevant recessed part and the relevant layer aperture. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電気光学素子の発光面または受光面等の光路上に、レンズ等の光学部材を形成した電気光学素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an electro-optical element in which an optical member such as a lens is formed on an optical path such as a light emitting surface or a light receiving surface of the electro-optical element, and a method for manufacturing the same.

電気光学素子が面発光型発光素子の場合、当該面発光型発光素子を用いた光モジュール等に使用する際、光路を一定にするために、面発光型発光素子から放射される光の放射角を小さくしたいという要求がある。一方、電気光学素子がフォトダイオード等の受光機能を有する素子においても、光モジュールの特性を安定させるために、光を受光するための受光径を絞り込みたいという要求がある。   When the electro-optic element is a surface-emitting light-emitting element, when used in an optical module or the like using the surface-emitting light-emitting element, the emission angle of light emitted from the surface-emitting light-emitting element in order to make the optical path constant There is a request to make it smaller. On the other hand, even in the case where the electro-optic element has a light receiving function such as a photodiode, there is a demand for narrowing the light receiving diameter for receiving light in order to stabilize the characteristics of the optical module.

また、電気光学素子の実装において、フリップチップボンディング法等を用いた、ワイヤを使用しない半田バンプを用いた実装方法を用いたい場合がある。この場合、電気光学素子の発光機能または受光機能といった光機能を、電気光学素子が形成されている半導体基板の面(以下「表面側」という)と反対側の面(以下「裏面側」という)に有することが望まれる。   In mounting an electro-optic element, there is a case where it is desired to use a mounting method using a solder bump that does not use a wire, such as a flip chip bonding method. In this case, an optical function such as a light emitting function or a light receiving function of the electro-optical element is a surface opposite to the surface (hereinafter referred to as “front side”) of the semiconductor substrate on which the electro-optical element is formed (hereinafter referred to as “back side”). It is desirable to have.

上記2つの課題を解決するために、特許文献1は、電気光学素子が形成されている半導体基板の裏面側にビアホールを形成し、その中に光学素子としてのレンズを樹脂等を用いて形成している。この構造を有することにより、発光面または受光面からの光路長を基板の厚さだけ長くすることができ、放射角を小さくする、または受光径を小さくする効果があり、さらにレンズを形成することにより、さらに効果を高めている。   In order to solve the above two problems, Patent Document 1 forms a via hole on the back side of a semiconductor substrate on which an electro-optical element is formed, and a lens as an optical element is formed therein using a resin or the like. ing. By having this structure, the optical path length from the light emitting surface or the light receiving surface can be increased by the thickness of the substrate, which has the effect of reducing the radiation angle or the light receiving diameter, and forming a lens. The effect is further enhanced.

特開2002−353564号公報JP 2002-353564 A

ところが、光モジュールの光学特性をさらに高めるために光の放射角をさらに小さくしたい、または受光径をさらに小さくしたいという要求が出てきた場合、特許文献1では、光学素子としてのレンズの形状がビアホールの径等で決まってしまうため、当該要求に対応できない場合がある。すなわち、特許文献1では、光学素子としてのレンズの形状の自由度が少ないという課題がある。   However, when there is a demand for further reducing the light emission angle or further reducing the light receiving diameter in order to further improve the optical characteristics of the optical module, in Patent Document 1, the shape of the lens as an optical element is a via hole. In some cases, it may not be possible to respond to the request. That is, Patent Document 1 has a problem that the degree of freedom of the shape of a lens as an optical element is small.

本発明の目的は、レンズの大きさを任意に形成し、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子及びその製造方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electro-optic element capable of arbitrarily forming a lens size and arbitrarily changing a radiation angle or a light receiving diameter, and a method for manufacturing the same.

上記課題を解決するために、本発明に係る電気光学素子は、表面に電気光学素子が形成され、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上にある裏面に基板開口部を備えた凹部を有する基板と、前記光路上の前記基板の裏面に層開口部を有する層と、前記凹部の内部及び前記基板の裏面側に凸状に形成されている、前記層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材とを有することを要旨とする。   In order to solve the above-described problems, an electro-optical element according to the present invention includes an electro-optical element formed on a surface and a substrate opening on a light emitting surface or a back surface on a light path of the light-receiving surface of the electro-optical element. Specified by a substrate having a recess, a layer having a layer opening on the back surface of the substrate on the optical path, and a wall surface of the layer opening formed in a convex shape inside the recess and on the back side of the substrate The gist of the present invention is to have an optical member having a size.

本発明に係る電気光学素子によれば、基板の表面に形成されている電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上の基板の裏面に、基板開口部を有する凹部が形成されており、また、当該光路上に層開口部を有する層が形成されている。当該凹部の内部及び当該層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材を形成することから、凹部が有する基板開口部の大きさではなく、層開口部の大きさに応じた光学部材を形成することができる。すなわち、層開口部を所望の大きさに形成することにより、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子が得られる。   According to the electro-optic element according to the present invention, the concave portion having the substrate opening is formed on the back surface of the substrate on the light path of the light-emitting surface or the light-receiving surface of the electro-optic element formed on the surface of the substrate, A layer having a layer opening is formed on the optical path. Since an optical member having a size defined by the inside of the recess and the wall surface of the layer opening is formed, the optical member according to the size of the layer opening, not the size of the substrate opening of the recess Can be formed. That is, by forming the layer opening in a desired size, an electro-optic element that can arbitrarily change the radiation angle or the light receiving diameter is obtained.

また、本発明に係る電気光学素子は、上記に記載の電気光学素子であって、前記層開口部は、前記基板開口部の面積よりも小さく、かつ前記基板開口部内に含まれるように形成されていることを要旨とする。   The electro-optic element according to the present invention is the electro-optic element described above, wherein the layer opening is smaller than an area of the substrate opening and is included in the substrate opening. It is a summary.

本発明に係る光機能素子によれば、基板開口部よりも光学素子の径を小さくしたい場合には、層開口部を当該基板開口部よりも小さくすることにより、対応することができる。   According to the optical functional element according to the present invention, when it is desired to make the diameter of the optical element smaller than the substrate opening, it is possible to cope with it by making the layer opening smaller than the substrate opening.

また、本発明に係る電気光学素子は、表面に電気光学素子が形成され、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上にある裏面に基板開口部を備えた凹部を有する基板と、前記基板開口部の周囲に環状に形成されている層と、前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に、前記層の外形で規定される大きさで前記層上に形成されている光学部材とを有することを要旨とする。   The electro-optic element according to the present invention includes a substrate having an electro-optic element formed on a surface thereof and a recess having a substrate opening on a back surface on the light path of the light-emitting surface or the light-receiving surface of the electro-optic element; A layer formed in an annular shape around the opening of the substrate, a convex shape on the back surface side of the substrate and the inside of the recess, and formed on the layer with a size defined by the outer shape of the layer And having an optical member.

本発明に係る光機能素子によれば、基板の表面に形成されている電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上の基板の裏面に、基板開口部を有する凹部が形成されておりまた、当該基板開口部の周囲に環状に層が形成されている。当該凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に、層の外形で規定される大きさで層上に光学部材を形成することから、凹部が有する基板開口部の大きさではなく、層開口部の外形で規定される大きさに応じた光学部材を形成することができる。すなわち、層開口部の外形を所望の大きさに形成することにより、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子が得られる。   According to the optical functional element of the present invention, the recess having the substrate opening is formed on the back surface of the substrate on the light path of the electro-optic element formed on the surface of the substrate or on the optical path of the light receiving surface. An annular layer is formed around the opening of the substrate. Since the optical member is formed on the layer in a size defined by the outer shape of the layer in a convex shape on the back side of the substrate and the back surface of the substrate, the layer is not the size of the substrate opening that the recess has. An optical member corresponding to the size defined by the outer shape of the opening can be formed. That is, by forming the outer shape of the layer opening to a desired size, an electro-optical element that can arbitrarily change the radiation angle or the light receiving diameter is obtained.

また、本発明に係る電気光学素子の製造方法は、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面に、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部を有する層を形成する層形成工程と、前記光路上に、前記層開口部を介してウェットエッチングすることにより凹部を形成する凹部形成工程と、前記マスク開口部から前記凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に前記層開口部の壁面で規定される大きさを有する前記光学部材を形成する光学部材形成工程とを有することを要旨とする。   The electro-optical element manufacturing method according to the present invention includes a layer opening formed on the light path of the light-emitting surface or the light-receiving surface of the electro-optical element on the back surface of the substrate on which the electro-optical element is formed. A layer forming step of forming a layer having a recess, a recess forming step of forming a recess on the optical path by wet etching through the layer opening, and an optical member from the mask opening to the inside of the recess. An optical member forming step of forming the optical member having a size defined by the wall surface of the layer opening in a convex shape in the concave portion and on the back surface side of the substrate by injecting a material; Is the gist.

本発明に係る電気光学素子の製造方法によれば、層形成工程により、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面に、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部を有する層を形成し、凹部形成工程により、当該光路上に、当該層開口部を介してウェットエッチングすることにより凹部を形成し、光学素子形成工程により、マスク開口部から凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、凹部の内部、及び基板の裏面側に凸状に層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材を形成することから、凹部が有する基板開口部の大きさではなく、層開口部の大きさに応じた光学部材を形成することができる。すなわち、層開口部を所望の大きさに形成することにより、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子が得られる。   According to the method for manufacturing an electro-optic element according to the present invention, the electro-optic element is formed on the light path of the light-emitting surface or the light-receiving surface of the electro-optic element on the back surface of the substrate on which the electro-optic element is formed. Forming a layer having a layer opening, forming a recess on the optical path by wet etching through the layer opening in the recess forming step, and forming a recess from the mask opening by the optical element forming step. By injecting the material of the optical member into the inside of the substrate, the optical member having a size defined by the wall surface of the layer opening is formed in a convex shape inside the recess and on the back side of the substrate. An optical member corresponding to the size of the layer opening, not the size of the substrate opening, can be formed. That is, by forming the layer opening in a desired size, an electro-optic element that can arbitrarily change the radiation angle or the light receiving diameter is obtained.

また、本発明に係る電気光学素子の製造方法は、上記に記載の方法であって、前記層形成工程は、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面に、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部にレジストを残すように、前記レジストをパターン形成するレジストパターン形成工程と、前記基板の裏面全体にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、前記レジスト上に形成されている前記層を、前記レジストと共に剥離することにより前記層をパターン形成して、前記層開口部を形成する層開口部形成工程とを有する。   The method for manufacturing an electro-optic element according to the present invention is the method described above, wherein the layer forming step has the electro-optic element on the back surface of the substrate on which the electro-optic element is formed. A resist pattern forming step for patterning the resist so as to leave a resist in a layer opening formed on the light path of the light emitting surface or the light receiving surface; and a hard mask forming step for forming a hard mask on the entire back surface of the substrate; And a layer opening forming step of forming the layer opening by patterning the layer by peeling the layer formed on the resist together with the resist.

本発明に係る光機能素子の製造方法によれば、レジストパターン形成工程により、電気光学素子が形成されている基板の裏面に、当該電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部にレジストを残すようにレジストをパターン形成し、層形成工程により、基板の裏面全体に層を形成し、層開口部形成工程により、レジスト上に形成されている層を当該レジストと共に剥離することにより、層をパターン形成して層開口部を形成し、凹部形成工程により、当該光路上に、当該層開口部を介してウェットエッチングすることにより凹部を形成し、光学素子形成工程により、マスク開口部から凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、凹部の内部、及び基板の裏面側に凸状に層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材を形成することから、凹部が有する基板開口部の大きさではなく、層開口部の大きさに応じた光学部材を形成することができる。すなわち、層開口部を所望の大きさに形成することにより、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子が得られる。   According to the method for manufacturing an optical functional element according to the present invention, the resist pattern forming step is performed on the light path of the light emitting surface or the light receiving surface of the electro optical element on the back surface of the substrate on which the electro optical element is formed. The resist is patterned so that the resist is left in the layer opening, the layer is formed on the entire back surface of the substrate by the layer forming step, and the layer formed on the resist is formed together with the resist by the layer opening forming step. By peeling, a layer is patterned to form a layer opening, and in the recess forming step, a recess is formed on the optical path by wet etching through the layer opening, and the optical element forming step. By injecting the material of the optical member into the recess from the mask opening, the size is defined by the wall surface of the layer opening in a convex shape inside the recess and on the back side of the substrate Since forming the optical member having, rather than the size of the substrate aperture having a recess, it is possible to form the optical member in accordance with the size of the layer opening. That is, by forming the layer opening in a desired size, an electro-optic element that can arbitrarily change the radiation angle or the light receiving diameter is obtained.

また、本発明に係る電気光学素子の製造方法は、上記記載の電気光学素子の製造方法であって、前記凹部形成工程において、前記層開口部は、前記凹部が有する基板開口部よりも小さく、かつ前記基板開口部内に含まれるように形成することを要旨とする。   The electro-optical element manufacturing method according to the present invention is the above-described electro-optical element manufacturing method, wherein, in the recess forming step, the layer opening is smaller than a substrate opening included in the recess, And it makes it a summary to form so that it may be contained in the said board | substrate opening part.

本発明に係る光機能装置の製造方法によれば、基板開口部よりも光学素子の径を小さくしたい場合には、層開口部を当該基板開口部よりも小さくすることにより、対応することができる。   According to the method for manufacturing an optical functional device according to the present invention, when it is desired to make the diameter of the optical element smaller than the substrate opening, the layer opening can be made smaller than the substrate opening. .

また、本発明に係る電気光学素子の製造方法は、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面全体に、層を形成する層形成工程と、前記層を加工して、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に層開口部を形成する層開口部形成工程と、前記層をマスクにして、前記基板の裏面をエッチングして前記光路上に基板開口部を有する凹部を形成する凹部形成工程と、前記基板開口部に環状に前記層を残すように加工する層加工工程と、前記層開口部から前記凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に、前記層の外形で規定される大きさで前記層上に形成されている前記光学部材を形成する光学部材形成工程とを有することを要旨とする。   The electro-optical element manufacturing method according to the present invention includes a layer forming step of forming a layer over the entire back surface of the substrate on which the electro-optical element is formed, and the layer is processed to form the electro-optical element. Forming a layer opening on the light path of the light emitting surface or light receiving surface of the substrate, and forming a recess having the substrate opening on the optical path by etching the back surface of the substrate using the layer as a mask. A recess forming step to be formed; a layer processing step to process the layer in an annular manner so as to leave the layer in the substrate opening; and injecting the material of the optical member into the recess from the layer opening, And an optical member forming step of forming the optical member formed on the layer in a convex shape on the back side of the substrate and having a size defined by the outer shape of the layer. .

本発明に係る光機能素子の製造方法によれば、層形成工程により、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面全体に層を形成し、層開口部形成工程により、層を加工して前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に層開口部を形成し、凹部形成工程により、基板の裏面をエッチングして当該光路上に基板開口部を有する凹部を形成し、層加工工程により、基板開口部の周囲に環状に層を残すように加工し、光学素子形成工程により、層開口部から凹部の内部に光学部材の材料を注入して、当該凹部の内部及び基板の裏面側に凸状に、当該層の外形で規定される大きさで光学素子を形成することから、凹部が有する基板開口部の大きさではなく、層開口部の外形で規定される大きさに応じた光学部材を形成することができる。すなわち、層開口部の外形を所望の大きさに形成することにより、放射角または受光径を任意に変化させることができる電気光学素子が得られる。   According to the method for manufacturing an optical functional element according to the present invention, a layer is formed on the entire back surface of the substrate on which the electro-optic element is formed by the layer forming process, and the layer is processed by the layer opening forming process. Forming a layer opening on the light path of the light-emitting surface or light-receiving surface of the electro-optic element, and etching the back surface of the substrate in the recess forming step to form a recess having the substrate opening on the optical path. In the processing step, processing is performed so that a layer is left annularly around the substrate opening, and in the optical element forming step, the material of the optical member is injected into the recess from the layer opening, and the inside of the recess and the substrate Since the optical element is formed in a convex shape on the back side with a size defined by the outer shape of the layer, it is not the size of the substrate opening included in the concave portion, but the size defined by the outer shape of the layer opening. The corresponding optical member can be formedThat is, by forming the outer shape of the layer opening to a desired size, an electro-optical element that can arbitrarily change the radiation angle or the light receiving diameter is obtained.

また、本発明は、上記に記載の電気光学素子を利用して、光伝送モジュールとして利用することができる。   In addition, the present invention can be used as an optical transmission module using the electro-optic element described above.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1から図3を用いて説明する。
図1は、第1実施形態で得られる光学部材を有する電気光学素子の模式断面図を示す。本実施形態における電気光学素子は、フリップチップボンディング実装等、ワイヤを用いない実装をする場合に有効である。その場合、光を電気光学素子を形成する基板の裏面側から放出させるような構造に形成することが望ましい。以下、電気光学素子の構造について説明する。
図1(a)では、光学部材20としてレンズを有する電気光学素子1が発光素子の1つとしての面発光型発光素子の場合を示しており、図1(b)ではレンズ20を有する電気光学素子2が受光素子の1つとしてのフォトダイオードの場合を示している。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electro-optical element having an optical member obtained in the first embodiment. The electro-optical element in this embodiment is effective when mounting without using wires, such as flip chip bonding mounting. In that case, it is desirable to form a structure in which light is emitted from the back side of the substrate on which the electro-optic element is formed. Hereinafter, the structure of the electro-optic element will be described.
FIG. 1A shows a case where the electro-optical element 1 having a lens as the optical member 20 is a surface-emitting light emitting element as one of the light emitting elements, and FIG. The case where the element 2 is a photodiode as one of the light receiving elements is shown.

図1(a)について説明する。面発光型発光素子5は、基板としてGaAs基板10を用いている。ここで、同図では、GaAs基板10の上側を基板の裏面とし、下側を表面とする。GaAs基板10の表面全体には、第1ミラー層11が形成されている。第1ミラー層11は、p型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した複数のペアの分布型多層膜として形成されている。第1ミラー層11上には、GaAsウェル層とAl0.3Ga0.7Asバリア層が形成されている。バリア層の上には、活性層12が、ウェル層が3層で構成される量子井戸構造に形成されている。活性層12の上には、第2ミラー層13が形成されている。第2ミラー層13は、n型Al0.9Ga0.1As層とn型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した複数のペアの分布型多層膜として形成されている。第2ミラー層は、第1ミラー層よりも薄く形成されている。 FIG. 1A will be described. The surface light emitting element 5 uses a GaAs substrate 10 as a substrate. Here, in the figure, the upper side of the GaAs substrate 10 is the back surface of the substrate, and the lower side is the front surface. A first mirror layer 11 is formed on the entire surface of the GaAs substrate 10. The first mirror layer 11 is formed as a plurality of pairs of distributed multilayer films in which p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layers and p-type Al 0.15 Ga 0.85 As layers are alternately stacked. A GaAs well layer and an Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer are formed on the first mirror layer 11. On the barrier layer, the active layer 12 is formed in a quantum well structure including three well layers. A second mirror layer 13 is formed on the active layer 12. The second mirror layer 13 is formed as a plurality of pairs of distributed multilayer films in which n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layers and n-type Al 0.15 Ga 0.85 As layers are alternately stacked. The second mirror layer is formed thinner than the first mirror layer.

第1ミラー層11、活性層12及び第2ミラー層13を、エッチング等の加工することにより、これら3層が柱状に形成されている。また、活性層12に接する第2ミラー層13の一部が酸化等の加工手段により、側面側から内側の一部にかけて、電流狭窄層14が形成されている。なお、電流狭窄層14の形成領域を制御することにより、活性層12等の電流密度を制御することができる。柱状に形成されている上記の3層の側面には、絶縁層15が形成されている。絶縁層15は、ポリイミド樹脂を用いている。ポリイミド樹脂は、絶縁性、埋め込み特性等の加工特性及び耐熱性に優れている材料だからである。   By processing the first mirror layer 11, the active layer 12, and the second mirror layer 13 by etching or the like, these three layers are formed in a columnar shape. Further, a part of the second mirror layer 13 in contact with the active layer 12 is formed from the side surface side to a part of the inner side by a processing means such as oxidation to form a current confinement layer 14. Note that the current density of the active layer 12 and the like can be controlled by controlling the formation region of the current confinement layer 14. An insulating layer 15 is formed on the side surfaces of the three layers formed in the columnar shape. The insulating layer 15 uses polyimide resin. This is because the polyimide resin is a material excellent in processing characteristics such as insulation and embedding characteristics and heat resistance.

第2ミラー層13及び絶縁層15の上には、カソード電極16が形成されている。カソード電極16は、AuとGeの合金とAuとの積層膜を用いている。また、絶縁層15が形成されていない、第1ミラー層11上の一部にアノード電極17が形成されている。アノード電極17は、AuとZnとの合金とAuの積層膜を用いている。また、GaAs基板10の裏面側から第1ミラー層11の近傍までの深さで、基板開口部19aを有する凹部19が形成されている。凹部19の底面部19bは、電流狭窄層14が形成されていない活性層12のほぼ中央に配置されるように形成されている。面発光型発光素子5の発光面は、電流狭窄層14が形成されていない活性層12となるからである。すなわち、凹部19は、発光面からの光路上に形成されている。GaAs基板10の裏面には、層としての金属層18が形成されている。金属層18は、層開口部18aを有し、凹部19の基板開口部19aよりも小さく形成されている。   A cathode electrode 16 is formed on the second mirror layer 13 and the insulating layer 15. The cathode electrode 16 uses a laminated film of an alloy of Au and Ge and Au. An anode electrode 17 is formed on a part of the first mirror layer 11 where the insulating layer 15 is not formed. The anode electrode 17 uses a laminated film of an alloy of Au and Zn and Au. A recess 19 having a substrate opening 19 a is formed at a depth from the back surface side of the GaAs substrate 10 to the vicinity of the first mirror layer 11. The bottom surface portion 19b of the recess 19 is formed so as to be disposed at substantially the center of the active layer 12 where the current confinement layer 14 is not formed. This is because the light emitting surface of the surface light emitting element 5 is the active layer 12 in which the current confinement layer 14 is not formed. That is, the recess 19 is formed on the optical path from the light emitting surface. A metal layer 18 as a layer is formed on the back surface of the GaAs substrate 10. The metal layer 18 has a layer opening 18 a and is formed smaller than the substrate opening 19 a of the recess 19.

光学部材としてのレンズ20は、凹部底面部19bから基板開口部19aまでの基板内レンズ20aと、層開口部18aの層壁部18bに接するように形成された凸状レンズ20bとを有する。   The lens 20 as an optical member includes an in-substrate lens 20a from the concave bottom surface portion 19b to the substrate opening portion 19a, and a convex lens 20b formed so as to be in contact with the layer wall portion 18b of the layer opening portion 18a.

上記のレンズ20を有する面発光型発光素子1では、カソード電極16及びアノード電極17に半田バンプを形成し、実装したい基板に直接実装することができる。カソード電極16とアノード電極17に電圧を印加することにより、活性層12で正孔と電子が結合することにより光を放出する。光は、第1ミラー層11を通り、レンズ20を経て外部に放出される。レンズ20は、活性層12から放出される光の放出角を小さくする。したがって、光モジュール等のデバイスを作製する際に受光素子との光軸合わせが容易になる。   In the surface-emitting light-emitting element 1 having the lens 20 described above, solder bumps can be formed on the cathode electrode 16 and the anode electrode 17 and directly mounted on a substrate to be mounted. By applying a voltage to the cathode electrode 16 and the anode electrode 17, holes and electrons are combined in the active layer 12 to emit light. The light passes through the first mirror layer 11 and is emitted to the outside through the lens 20. The lens 20 reduces the emission angle of light emitted from the active layer 12. Therefore, it is easy to align the optical axis with the light receiving element when manufacturing a device such as an optical module.

次に、図1(b)について説明する。フォトダイオード6は、基板としてGaAs基板10を用いている。GaAs基板10の表面全体には、ミラー層21が形成されている。ミラー層21は、p型Al0.9Ga0.1As層とp型Al0.15Ga0.85As層とを交互に積層した複数のペアの分布型多層膜として形成されている。ミラー層21の上には、光吸収層22が形成されている。光吸収層22は、不純物が導入されていないGaAs層により形成されている。光吸収層22の上には、コンタクト層23が形成されている。コンタクト層23は、p型のGaAs層により形成されている。 Next, FIG. 1B will be described. The photodiode 6 uses a GaAs substrate 10 as a substrate. A mirror layer 21 is formed on the entire surface of the GaAs substrate 10. The mirror layer 21 is formed as a plurality of pairs of distributed multilayer films in which p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layers and p-type Al 0.15 Ga 0.85 As layers are alternately stacked. On the mirror layer 21, a light absorption layer 22 is formed. The light absorption layer 22 is formed of a GaAs layer into which no impurity is introduced. A contact layer 23 is formed on the light absorption layer 22. The contact layer 23 is formed of a p-type GaAs layer.

ミラー層21、光吸収層22及びコンタクト層23を、エッチング等の加工をすることにより、これら3層が柱状に形成されている。柱状に形成されている上記の3層の側面には、絶縁層24が形成されている。絶縁層24は、ポリイミド樹脂を用いている。ポリイミド樹脂は、絶縁性、埋め込み特性等の加工特性及び耐熱性に優れている材料だからである。   The mirror layer 21, the light absorption layer 22, and the contact layer 23 are processed by etching or the like, so that these three layers are formed in a columnar shape. An insulating layer 24 is formed on the side surfaces of the three layers formed in the columnar shape. The insulating layer 24 uses polyimide resin. This is because the polyimide resin is a material excellent in processing characteristics such as insulation and embedding characteristics and heat resistance.

ミラー層21及び絶縁層24の上には、カソード電極25が形成されている。カソード電極25は、AuとGeの合金とAuとの積層膜を用いている。   A cathode electrode 25 is formed on the mirror layer 21 and the insulating layer 24. The cathode electrode 25 uses a laminated film of an alloy of Au and Ge and Au.

また、絶縁層24が形成されていない、ミラー層21上の一部にアノード電極26が形成されている。アノード電極26は、AuとZnとの合金とAuの積層膜を用いている。   Further, an anode electrode 26 is formed on a part of the mirror layer 21 where the insulating layer 24 is not formed. The anode electrode 26 uses a laminated film of an alloy of Au and Zn and Au.

また、GaAs基板10の裏面側から第1ミラー層11の近傍までの深さで、基板開口部19aを有する凹部19が形成されている。凹部19の底面部19bは、光吸収層22のほぼ中央に配置されるように形成されている。フォトダイオード6の受光面は、光吸収層22だからである。すなわち、凹部19は、受光面の光路上に形成されている。GaAs基板10の裏面には、層としての金属層18が形成されている。金属層18は、層開口部18aを有し、凹部19の基板開口部19aよりも小さく形成されている。   A recess 19 having a substrate opening 19 a is formed at a depth from the back surface side of the GaAs substrate 10 to the vicinity of the first mirror layer 11. The bottom surface portion 19 b of the recess 19 is formed so as to be disposed substantially at the center of the light absorption layer 22. This is because the light receiving surface of the photodiode 6 is the light absorption layer 22. That is, the recess 19 is formed on the optical path of the light receiving surface. A metal layer 18 as a layer is formed on the back surface of the GaAs substrate 10. The metal layer 18 has a layer opening 18 a and is formed smaller than the substrate opening 19 a of the recess 19.

光学部材としてのレンズ20は、図1(a)での面発光型発光素子5の場合と同様に形成されている。   The lens 20 as an optical member is formed in the same manner as in the case of the surface-emitting light-emitting element 5 in FIG.

上記のレンズ20を有するフォトダイオード2も、面発光型発光素子1の場合と同様に、カソード電極16及びアノード電極17に半田バンプを形成し、実装したい基板に直接実装することができる。カソード電極16とアノード電極17に電圧を印加することにより、光吸収層22に光が入射されると、その内部で正孔と電子が発生し、正孔はカソード電極25側へ、電子はアノード電極26側に移動することにより光電流が発生する。この光電流を検出することにより、入射した光の特性を把握することができる。   The photodiode 2 having the lens 20 can also be directly mounted on a substrate to be mounted by forming solder bumps on the cathode electrode 16 and the anode electrode 17 as in the case of the surface light emitting element 1. When light is incident on the light absorption layer 22 by applying a voltage to the cathode electrode 16 and the anode electrode 17, holes and electrons are generated in the light absorption layer 22. By moving to the electrode 26 side, a photocurrent is generated. By detecting this photocurrent, the characteristics of the incident light can be grasped.

次に、光学部材としてレンズを有する電気光学素子の製造方法について説明する。ここでは、電気光学素子として、面発光型発光素子5を例にして説明する。   Next, a method for manufacturing an electro-optical element having a lens as an optical member will be described. Here, the surface light emitting element 5 will be described as an example of the electro-optical element.

図2(a)は、面発光型発光素子5が形成されているGaAs基板10を示す。面発光型発光素子5は、図1(a)で説明した構造を有する。   FIG. 2A shows the GaAs substrate 10 on which the surface light emitting element 5 is formed. The surface light emitting element 5 has the structure described with reference to FIG.

次に、図2(b)〜図3(a)を用いて層形成工程について説明する。層形成工程は、レジストパターン形成工程、ハードマスク形成工程及び層開口部形成工程を有する。以下、順に説明する。   Next, the layer forming process will be described with reference to FIGS. 2 (b) to 3 (a). The layer forming step includes a resist pattern forming step, a hard mask forming step, and a layer opening forming step. Hereinafter, it demonstrates in order.

図2(b)は、レジストパターン形成工程を示す。GaAs基板10の面発光型発光素子5が形成されていない裏面側に、フォトレジスト27を全面に塗布し、フォトリソグラフィー法により、フォトレジストのパターン形成を行う。フォトレジスト27を残す領域は、層開口部(図3(a)参照)を形成する領域である。   FIG. 2B shows a resist pattern forming process. Photoresist 27 is applied to the entire surface of the GaAs substrate 10 on which the surface light emitting element 5 is not formed, and a photoresist pattern is formed by photolithography. The region where the photoresist 27 is left is a region where a layer opening (see FIG. 3A) is formed.

図2(c)は、ハードマスク形成工程を示す。本実施形態では、ハードマスクとして金属層18を蒸着法やスパッタリング法等によりGaAs基板10の裏面全体に形成する。金属層18は、Au、Pt、Ni、Cr、AuGe等を用いることができる。また、ハードマスクは、金属層の他に窒化シリコン層や酸化シリコン層等の絶縁膜を用いることもできる。   FIG. 2C shows a hard mask forming process. In the present embodiment, the metal layer 18 is formed on the entire back surface of the GaAs substrate 10 by a vapor deposition method or a sputtering method as a hard mask. For the metal layer 18, Au, Pt, Ni, Cr, AuGe, or the like can be used. For the hard mask, an insulating film such as a silicon nitride layer or a silicon oxide layer can be used in addition to the metal layer.

図3(a)は、層開口部形成工程を示す。層開口部18aの形成は、リフトオフ法によって行う。すなわち、フォトレジスト27を剥離することにより、フォトレジスト27上に形成されている金属層18等の層を除去する。層開口部18aは、面発光型発光素子5の発光面、すなわち活性層12から放出される光路上に形成される。また、層開口部18aの開口領域はフォトレジスト27のパターンによって決定することができる。したがって、レジストパターン形成工程でのマスクパターン等の条件により、フォトレジスト27のパターン形状及び領域を、ある程度自由に設定することができることから、層開口部18aの開口領域を自由に設定することができる。   FIG. 3A shows a layer opening forming step. The layer opening 18a is formed by a lift-off method. That is, the layer such as the metal layer 18 formed on the photoresist 27 is removed by peeling the photoresist 27. The layer opening 18 a is formed on the light emitting surface of the surface light emitting element 5, that is, on the optical path emitted from the active layer 12. The opening area of the layer opening 18 a can be determined by the pattern of the photoresist 27. Accordingly, since the pattern shape and region of the photoresist 27 can be set to some extent freely depending on conditions such as a mask pattern in the resist pattern forming step, the opening region of the layer opening 18a can be set freely. .

図3(b)は、凹部形成工程を示す。凹部19の形成は、ウェットエッチング法によって行われる。ウェットエッチングは、GaAs基板10は、エッチングするが層18はエッチングされない薬液を使用する。ウェットエッチングは、等方的にGaAs基板10をエッチングするので、凹部19の断面は同図に示すようなテーパ形状となる。すなわち、基板開口部19aの開口領域の方が、凹部底面部19bよりも大きい形状となる。また、金属層18をエッチングしない条件であるので、基板開口部19aの開口領域を同図のように層開口部18aよりも大きくすることができる。   FIG. 3B shows a recess forming process. The recess 19 is formed by a wet etching method. The wet etching uses a chemical solution that etches the GaAs substrate 10 but does not etch the layer 18. Since wet etching etches the GaAs substrate 10 isotropically, the cross section of the recess 19 has a tapered shape as shown in FIG. That is, the opening area of the substrate opening 19a is larger than the recess bottom 19b. Since the metal layer 18 is not etched, the opening area of the substrate opening 19a can be made larger than the layer opening 18a as shown in FIG.

なお、層開口部18aと同等の大きさの基板開口部19aを有する凹部19を形成する場合には、上記のウェットエッチング法で形成する方法の他に、ドライエッチング法で形成することもできる。   In addition, when forming the recessed part 19 which has the board | substrate opening part 19a of the magnitude | size equivalent to the layer opening part 18a, it can also form by the dry etching method other than the method formed by said wet etching method.

図3(c)は、光学部材形成工程を示す。光学部材としてのレンズ20は紫外線硬化樹脂を使用する。まず、金属層18の表面に撥水化処理をする。次に、液状の紫外線硬化樹脂を液滴吐出法またはディスペンサ法を用いて、凹部19内にレンズ前駆体30aを形成する。さらに紫外線硬化樹脂の注入を行い、金属層18よりも凸状にレンズ前駆体30bを形成する。このとき、レンズ前駆体30bは、層開口部18aの層壁部18bの壁面に規定された大きさに形成される。その後、レンズ前駆体30a及び30bに紫外線を照射することにより、紫外線硬化樹脂を硬化させてレンズ20を形成する。このようにして、図1(a)に示したレンズ20を有する面発光型発光素子1が得られる。   FIG.3 (c) shows an optical member formation process. The lens 20 as the optical member uses an ultraviolet curable resin. First, the surface of the metal layer 18 is subjected to water repellency treatment. Next, a lens precursor 30a is formed in the recess 19 by using a liquid ultraviolet curable resin by a droplet discharge method or a dispenser method. Further, an ultraviolet curable resin is injected to form the lens precursor 30 b in a convex shape with respect to the metal layer 18. At this time, the lens precursor 30b is formed in a size defined on the wall surface of the layer wall portion 18b of the layer opening 18a. Thereafter, the lens precursors 30 a and 30 b are irradiated with ultraviolet rays to cure the ultraviolet curable resin, thereby forming the lens 20. In this way, the surface light emitting element 1 having the lens 20 shown in FIG. 1A is obtained.

ここで、紫外線硬化樹脂は一般に、プレポリマー、オリゴマー、及びモノマーのうち少なくとも1種と光重合開始剤とを有する。紫外線硬化型樹脂のうち、粘度の選択性の広さを考慮すると、アクリル系樹脂を用いるのが好ましい。紫外線硬化型アクリル系樹脂の具体例としては、エポキシアクリレート類、ウレタンアクリレート類、ポリエステルアクリレート類、ポリエートアクリレート類、スピロアセタール系アクリレート類などのアクリレート類等が利用できる。また、エポキシメタクリレート類、スピロアセタール系メタクリレート類、ポリエステルメタクリレート類、ポリエーテルメタクリレート類等のメタクリレート類等も利用できる。   Here, the ultraviolet curable resin generally has 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 viscosity. Specific examples of the ultraviolet curable acrylic resin include acrylates such as epoxy acrylates, urethane acrylates, polyester acrylates, polyate acrylates, and spiroacetal acrylates. In addition, methacrylates such as epoxy methacrylates, spiroacetal methacrylates, polyester methacrylates, and polyether methacrylates can be used.

また、レンズ20の材料として、紫外線硬化樹脂の他に、ポリイミド系の樹脂、アクリル系の樹脂を用いることもできる。この場合、樹脂をレンズ20にするために、熱処理等を行う。   In addition to the ultraviolet curable resin, a polyimide resin or an acrylic resin can be used as the material of the lens 20. In this case, heat treatment or the like is performed to make the resin into the lens 20.

なお、基板内レンズ20aと凸状レンズ20bとを形成する場合において、プロセス上またはレンズ20の光学特性上、それぞれ別の材料等で形成してもよい。   In the case where the in-substrate lens 20a and the convex lens 20b are formed, they may be formed of different materials or the like in terms of the process or the optical characteristics of the lens 20.

面発光型発光素子5の活性層12から放出される光の放出角を小さくするためには、レンズ20の曲率半径を小さくすることが有効な手段である。レンズ20の曲率は、紫外線硬化樹脂の表面張力、基板の濡れ性と、層開口部18aの開口領域等により決定される。層開口部18aの開口領域は、上記に説明したように、ある程度自由に設定することができる。したがって、液状の紫外線硬化樹脂の粘度を変えることができない場合でも、層開口部18aの開口領域の大きさを変えることができることから、レンズ20の曲率を変えることができる。特に、基板開口部19aよりも小さな開口径でレンズを形成する必要がある場合には、有効な方法である。したがって、所望の光放出角で発光させることができる面発光型発光素子1を得ることができる。   In order to reduce the emission angle of light emitted from the active layer 12 of the surface-emitting light-emitting element 5, it is effective to reduce the radius of curvature of the lens 20. The curvature of the lens 20 is determined by the surface tension of the ultraviolet curable resin, the wettability of the substrate, the opening area of the layer opening 18a, and the like. As described above, the opening area of the layer opening 18a can be set freely to some extent. Therefore, even when the viscosity of the liquid UV curable resin cannot be changed, the size of the opening region of the layer opening 18a can be changed, so that the curvature of the lens 20 can be changed. This is an effective method especially when it is necessary to form a lens with an opening diameter smaller than that of the substrate opening 19a. Therefore, the surface-emitting light emitting device 1 that can emit light at a desired light emission angle can be obtained.

また、本実施形態で説明した電気光学素子は、面発光型発光素子1であるが、フォトダイオード2でも同様にレンズ20を形成することができる。この場合、レンズ20の曲率を変えられることから、入射光を収束させて、受光面である光吸収層22に効率的に光を入射させることができる。したがって、受光効率の高いフォトダイオード2を得ることができる。   Further, although the electro-optic element described in the present embodiment is the surface-emitting light emitting element 1, the lens 20 can be similarly formed by the photodiode 2. In this case, since the curvature of the lens 20 can be changed, the incident light can be converged and light can be efficiently incident on the light absorption layer 22 that is the light receiving surface. Therefore, the photodiode 2 having high light receiving efficiency can be obtained.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、図4〜6を用いて説明する。
図4は、第2実施形態で得られる光学部材を有する電気光学素子の模式断面図を示す。図4(a)では、光学部材20としてレンズを有する電気光学素子1が発光素子の1つとしての面発光型発光素子の場合を示しており、図4(b)ではレンズ20を有する電気光学素子2が受光素子の1つとしてのフォトダイオードの場合を示している。ここで、面発光型発光素子5及びフォトダイオード6の構造は、第1実施形態と同様である。第1実施形態の相違点は、光学部材としてのレンズ40の構造であるので、レンズ40について、面発光型発光素子5を用いて説明する。なお、レンズ40の構造は、フォトダイオード6でも同様である。また、レンズ40を形成した面発光型発光素子1またはフォトダイオード2の作用効果についても、第1実施形態とほぼ同様である。
(Second Embodiment)
Next, 2nd Embodiment of this invention is described using FIGS.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an electro-optical element having the optical member obtained in the second embodiment. 4A shows a case where the electro-optical element 1 having a lens as the optical member 20 is a surface-emitting light-emitting element as one of the light-emitting elements, and FIG. 4B shows an electro-optic having the lens 20. The case where the element 2 is a photodiode as one of the light receiving elements is shown. Here, the structures of the surface light emitting element 5 and the photodiode 6 are the same as those in the first embodiment. Since the difference between the first embodiment is the structure of the lens 40 as an optical member, the lens 40 will be described using the surface-emitting light emitting element 5. The structure of the lens 40 is the same for the photodiode 6. The operational effects of the surface-emitting light-emitting element 1 or the photodiode 2 on which the lens 40 is formed are substantially the same as those in the first embodiment.

光学部材としてのレンズ40の構造について、図4(a)を用いて説明する。
GaAs基板10には、基板開口部41aを有する凹部41が形成されている。基板開口部41aの周囲には、環状に形成されている層40を有している。
The structure of the lens 40 as an optical member will be described with reference to FIG.
The GaAs substrate 10 has a recess 41 having a substrate opening 41a. An annular layer 40 is formed around the substrate opening 41a.

光学部材としてのレンズ42は、凹部41の内部から基板開口部19までの基板内レンズ42aと、層40が形成されている径の大きさ40aと同等の大きさの径を有する凸状に形成されたレンズ42bとを有する。   The lens 42 as an optical member is formed in a convex shape having a diameter equivalent to the in-substrate lens 42a from the inside of the recess 41 to the substrate opening 19 and the diameter 40a on which the layer 40 is formed. Lens 42b.

次に、光学部材としてレンズを有する電気光学素子の製造方法について説明する。ここでは、電気光学素子として、面発光型発光素子5を例にして説明する。   Next, a method for manufacturing an electro-optical element having a lens as an optical member will be described. Here, the surface light emitting element 5 will be described as an example of the electro-optical element.

図5(a)は、層形成工程を示す。表面に面発光型発光素子5が形成されているGaAs基板10の裏面全面に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等で、層40としての酸化シリコン層または窒化シリコン層を形成する。なお、面発光型発光素子5は、図1(a)で説明した構造を有する。   FIG. 5A shows a layer forming process. A silicon oxide layer or a silicon nitride layer as the layer 40 is formed on the entire back surface of the GaAs substrate 10 on which the surface light emitting element 5 is formed by the CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. The surface-emitting light emitting element 5 has the structure described with reference to FIG.

図5(b)は、層開口部形成工程を示す。GaAs基板10の裏面全面に形成されている層40上に、フォトリソグラフィ法を用いて層開口部40aを形成する領域に開口部を有するフォトレジスト(図示せず)を形成する。次に、フォトレジストをマスクとして、ドライエッチング法を用いて層40を除去して層開口部40aを形成する。その後、フォトレジストを剥離する。層開口部40aは、第1実施形態と同様に、面発光型発光素子5の発光面、すなわち活性層12から放出される光路上に形成される。なお、層40の除去は、ドライエッチング法の他に、ウェットエッチング法を用いることができる。   FIG. 5B shows a layer opening forming step. On the layer 40 formed on the entire back surface of the GaAs substrate 10, a photoresist (not shown) having an opening in a region where the layer opening 40a is to be formed is formed by photolithography. Next, using the photoresist as a mask, the layer 40 is removed by dry etching to form a layer opening 40a. Thereafter, the photoresist is peeled off. Similar to the first embodiment, the layer opening 40 a is formed on the light emitting surface of the surface light emitting element 5, that is, on the optical path emitted from the active layer 12. Note that the layer 40 can be removed by a wet etching method in addition to a dry etching method.

図5(c)は、凹部形成工程を示す。凹部形成工程では、層40をハードマスクとしてドライエッチング法を用いて、凹部41を形成する。凹部41が有する基板開口部41aの大きさは、ドライエッチング法で加工しているので、層開口部とほぼ同じ大きさを有する。   FIG.5 (c) shows a recessed part formation process. In the recess forming step, the recess 41 is formed using a dry etching method using the layer 40 as a hard mask. The size of the substrate opening 41a included in the recess 41 is almost the same as that of the layer opening because it is processed by the dry etching method.

図6(a)は、層加工工程を示す。フォトリソグラフィ法により、フォトレジスト27を凹部41及び凹部41近傍に残す層の部分にパターン形成する。その後、ドライエッチング法にて、層40を除去する。これにより、層40の外形の大きさ、すなわち層形成領域40aが決定される。   FIG. 6A shows the layer processing step. A pattern of the photoresist 27 is formed on the recess 41 and the portion of the layer left in the vicinity of the recess 41 by photolithography. Thereafter, the layer 40 is removed by a dry etching method. Thereby, the size of the outer shape of the layer 40, that is, the layer forming region 40a is determined.

図6(b)は、レジスト除去工程を示す。フォトレジスト27を剥離した後に、凹部41や層40の表面に残存しているスカムをアッシングする。次に、GaAs基板10全体を洗浄することにより、フォトレジスト27を完全に除去する。   FIG. 6B shows a resist removal process. After the photoresist 27 is peeled off, scum remaining on the surface of the recess 41 and the layer 40 is ashed. Next, the photoresist 27 is completely removed by cleaning the entire GaAs substrate 10.

図6(c)は、光学部材形成工程を示す。光学部材としてのレンズ42は第1実施形態と同様に、紫外線硬化樹脂を使用する。まず、GaAs基板10の裏面全体に撥水化処理をする。次に、液状の紫外線硬化樹脂を液滴吐出法またはディスペンサ法を用いて、凹部41内にレンズ前駆体50aを形成する。さらに紫外線硬化樹脂の注入を行い、レンズ前駆体50bを層40の上まで形成する。GaAs基板10は、層40の端部で液滴が保持されるので、レンズ前駆体50bの大きさは層形成領域40aで決定される。その後、レンズ前駆体50a及び50bに紫外線を照射することにより、紫外線硬化樹脂を硬化させてレンズ42を形成する。このようにして、図4(a)に示したレンズ42を有する面発光型発光素子1が得られる。   FIG.6 (c) shows an optical member formation process. The lens 42 as an optical member uses an ultraviolet curable resin, as in the first embodiment. First, the entire back surface of the GaAs substrate 10 is subjected to water repellency treatment. Next, a lens precursor 50a is formed in the recess 41 by using a liquid ultraviolet curable resin by a droplet discharge method or a dispenser method. Further, an ultraviolet curable resin is injected to form the lens precursor 50 b up to the layer 40. Since the GaAs substrate 10 holds droplets at the end of the layer 40, the size of the lens precursor 50b is determined by the layer formation region 40a. Thereafter, the lens precursors 50a and 50b are irradiated with ultraviolet rays to cure the ultraviolet curable resin and form the lens 42. In this way, the surface light emitting element 1 having the lens 42 shown in FIG. 4A is obtained.

ここで、層形成領域40aは、上記の層加工工程において、フォトレジストのパターンにより決定することができる。したがって、レジストパターン形成工程でのマスクパターン等の条件により、フォトレジスト27のパターン形状及び領域を、ある程度自由に設定することができることから、層形成領域40aを自由に設定することができる。特に、本実施形態ではレンズ42の大きさを凹部41よりも大きく形成したい場合に有効である。   Here, the layer formation region 40a can be determined by the pattern of the photoresist in the above layer processing step. Therefore, since the pattern shape and region of the photoresist 27 can be set to some extent freely depending on conditions such as a mask pattern in the resist pattern forming step, the layer forming region 40a can be set freely. In particular, this embodiment is effective when it is desired to make the lens 42 larger than the concave portion 41.

なお、基板内レンズ42aと凸状レンズ42bとを形成する場合において、プロセス上またはレンズ42の光学特性上、それぞれ別の材料等で形成してもよい。   In the case where the in-substrate lens 42a and the convex lens 42b are formed, they may be formed of different materials or the like in terms of the process or the optical characteristics of the lens 42.

本実施形態の効果は、第1実施形態の効果と同様である。すなわち、面所望の光放出角で発光させることができる面発光型発光素子1を得ることができ、また、受光効率の高いフォトダイオード2を得ることができる。   The effect of this embodiment is the same as that of the first embodiment. That is, it is possible to obtain a surface-emitting light emitting device 1 that can emit light with a desired light emission angle, and to obtain a photodiode 2 with high light receiving efficiency.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について、図7を用いて説明する。
図7は、第1実施形態または第2実施形態で得られた電気光学素子1を用いた光伝送モジュールの断面図である。光伝送モジュール300aは、上記の面発光型発光素子1をアレイ化した面発光型発光素子アレイ100と、上記のフォトダイオード2をアレイ化したフォトダイオードアレイ200を対向するように配置している。また、面発光型発光素子アレイは、面発光型発光素子用送信回路を有する駆動基板102と、フォトダイオードアレイ200はフォトダイオード用受信回路を有する駆動基板202と、それぞれ半田バンプ101、201で電気的に接続されている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an optical transmission module using the electro-optical element 1 obtained in the first embodiment or the second embodiment. In the optical transmission module 300a, the surface-emitting light-emitting element array 100 in which the surface-emitting light-emitting elements 1 are arrayed and the photodiode array 200 in which the photodiodes 2 are arrayed are arranged to face each other. The surface-emitting light-emitting element array is electrically connected to the driving substrate 102 having a surface-emitting light-emitting element transmitting circuit, and the photodiode array 200 is electrically connected to the driving substrate 202 having a photodiode receiving circuit by solder bumps 101 and 201, respectively. Connected.

光伝送モジュールは300aでは、駆動基板102から印加した電圧によって、面発光型発光素子アレイ100の各面発光型発光素子1から光が放出される。一方、駆動基板202から電圧によって、フォトダイオードアレイ200の各フォトダイオード2は、受光した光を電流に変換する。   In the optical transmission module 300 a, light is emitted from each surface light emitting element 1 of the surface light emitting element array 100 by the voltage applied from the driving substrate 102. On the other hand, each photodiode 2 of the photodiode array 200 converts the received light into a current by a voltage from the drive substrate 202.

光伝送モジュール300aが有する面発光型発光素子アレイ100は光の放出角を小さくするレンズ20が形成され、一方のフォトダイオードアレイ200にも、受光効率を高めるレンズ42が形成されていることにより、光ファイバ等の光導波路を使用しなくても、光結合効率を良好にすることができる。したがって、光軸調整等の手間を削減させた光伝送モジュール300aを得ることができる。   The surface-emitting light-emitting element array 100 included in the light transmission module 300a is formed with a lens 20 that reduces the light emission angle, and the photodiode array 200 is also provided with a lens 42 that increases the light receiving efficiency. The optical coupling efficiency can be improved without using an optical waveguide such as an optical fiber. Therefore, it is possible to obtain the optical transmission module 300a in which the trouble of adjusting the optical axis or the like is reduced.

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について図8を用いて説明する。図8は、第1実施形態または第2実施形態で得られた電気光学素子1を用いた別な光伝送モジュールの断面図である。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of another optical transmission module using the electro-optical element 1 obtained in the first embodiment or the second embodiment.

光伝送モジュール300bは、上記の面発光型発光素子アレイ100と、上記のフォトダイオードアレイ200と、一対のミラーデバイス400とを有する。ここで、面発光型発光素子アレイ100と、フォトダイオードアレイ200とは、ともに同一面に並列して配置されている。面発光型発光素子アレイ100は、同図では上方に光を放出するように配置され、第1のミラーデバイス400aがその光を反射するような位置に配置されている。一方、フォトダイオードアレイは、上方からの光を受光するように配置され、第1のミラーデバイス400aからの反射光をさらに第2のミラーデバイス400bで反射し、その反射光を受光できる位置に配置されている。   The light transmission module 300b includes the surface-emitting light emitting element array 100, the photodiode array 200, and a pair of mirror devices 400. Here, the surface light emitting element array 100 and the photodiode array 200 are both arranged in parallel on the same surface. The surface light emitting element array 100 is arranged so as to emit light upward in the drawing, and is arranged at a position where the first mirror device 400a reflects the light. On the other hand, the photodiode array is disposed so as to receive light from above, and is disposed at a position where the reflected light from the first mirror device 400a is further reflected by the second mirror device 400b and the reflected light can be received. Has been.

この光伝送モジュール300bにおいては、ミラーデバイス400を可変にすることによって、面発光型発光素子アレイ100から放出される光をフォトダイオードアレイ200に受光させる場合とさせない場合とを調整できるようにする。これにより、ミラーデバイス400を、光伝送モジュール300bにおけるスイッチとして機能させることができる。   In this light transmission module 300b, by making the mirror device 400 variable, it is possible to adjust whether light emitted from the surface light emitting element array 100 is received by the photodiode array 200 or not. Thereby, the mirror device 400 can function as a switch in the optical transmission module 300b.

(第5実施形態)
本発明の第5実施形態を図9に示す。図9は、第1実施形態または第2実施形態で得られた電気光学素子1を用いた別な光伝送モジュールの断面図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view of another optical transmission module using the electro-optical element 1 obtained in the first embodiment or the second embodiment.

光伝送モジュール300cは、上記の面発光型発光素子アレイ100と、フォトダイオードアレイ200と、光ファイバ500とを有する。ここで、面発光型発光素子アレイ100の発光部と、フォトダイオードアレイ200の受光部との間は光ファイバ500で接続されている。発光部と受光部とを光ファイバ500で接続するようにしたことによって、面発光型発光素子アレイ100から放出される光の光結合効率を安定化させることができる。また、面発光型発光素子アレイ100、フォトダイオードアレイ200及び光ファイバ500のそれぞれの光軸調整が容易になる。   The light transmission module 300 c includes the surface-emitting light emitting element array 100, the photodiode array 200, and the optical fiber 500. Here, the light emitting part of the surface light emitting element array 100 and the light receiving part of the photodiode array 200 are connected by an optical fiber 500. By connecting the light emitting unit and the light receiving unit with the optical fiber 500, the optical coupling efficiency of the light emitted from the surface light emitting element array 100 can be stabilized. Further, it becomes easy to adjust the optical axes of the surface-emitting light emitting element array 100, the photodiode array 200, and the optical fiber 500.

(a)は、第1実施形態における、電気光学素子が面発光型発光素子の場合の光機能素子を示す模式断面図、(b)は、電気光学素子がフォトダイオードの場合の光機能素子を示す模式断面図。(A) is a schematic cross-sectional view showing an optical functional element when the electro-optical element is a surface-emitting light emitting element in the first embodiment, and (b) shows an optical functional element when the electro-optical element is a photodiode. FIG. (a)〜(c)は、光機能素子の製造工程を示す工程断面図。(A)-(c) is process sectional drawing which shows the manufacturing process of an optical functional element. (a)〜(c)は、光機能素子の製造工程を示す工程断面図。(A)-(c) is process sectional drawing which shows the manufacturing process of an optical functional element. (a)は、第2実施形態における、電気光学素子が面発光型発光素子の場合の光機能素子を示す模式断面図、(b)は、電気光学素子がフォトダイオードの場合の光機能素子を示す模式断面図。(A) is a schematic cross-sectional view showing an optical functional element when the electro-optical element is a surface-emitting light emitting element in the second embodiment, and (b) shows an optical functional element when the electro-optical element is a photodiode. FIG. (a)〜(c)は、光機能素子の製造工程を示す工程断面図。(A)-(c) is process sectional drawing which shows the manufacturing process of an optical functional element. (a)〜(c)は、光機能素子の製造工程を示す工程断面図。(A)-(c) is process sectional drawing which shows the manufacturing process of an optical functional element. 第3実施形態における、光伝送モジュールの一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the optical transmission module in 3rd Embodiment. 第4実施形態における、光伝送モジュールの一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the optical transmission module in 4th Embodiment. 第5実施形態における、光伝送モジュールの一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the optical transmission module in 5th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、3…レンズを有する面発光型発光素子、2、4…レンズを有するフォトダイオード、5…面発光型発光素子、6…フォトダイオード、10…GaAs基板、11…第1ミラー層、12…活性層、13…第2ミラー層、14…電流狭窄層、15、24…絶縁層、16、25…第1電極(カソード)、17、26…第2電極(アノード)、18…層としての金属層、18a…層開口部、18b…層壁部、19、41…凹部、19a、41a…基板開口部、19b、41b…凹部底面部、20、42…光学部材としてのレンズ、20a、42a…基板内レンズ、20b、42b…凸状レンズ、21…ミラー層、22…光吸収層、23…コンタクト層、27…マスクとしてのフォトレジスト、28…液滴吐出装置、29…レンズ前駆体、30a、50a…基板内レンズ前駆体、30b、50b…凸状レンズ前駆体、40…層としてのハードマスク、40a…ハードマスク形成領域、100…面発光型発光素子アレイ、101、201…半田バンプ、102、202…駆動基板、103、203…ミラーデバイス、200…フォトダイオードアレイ、300a、300b、300c…光伝送モジュール、500…光ファイバ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 3 ... Surface emitting type light emitting element which has a lens, 2, 4 ... Photodiode which has a lens, 5 ... Surface emitting type light emitting element, 6 ... Photodiode, 10 ... GaAs substrate, 11 ... 1st mirror layer, 12 ... Active layer, 13 ... second mirror layer, 14 ... current confinement layer, 15, 24 ... insulating layer, 16, 25 ... first electrode (cathode), 17, 26 ... second electrode (anode), 18 ... as layer Metal layer, 18a ... layer opening, 18b ... layer wall, 19, 41 ... recess, 19a, 41a ... substrate opening, 19b, 41b ... bottom surface of recess, 20, 42 ... lens as optical member, 20a, 42a In-substrate lens, 20b, 42b ... Convex lens, 21 ... Mirror layer, 22 ... Light absorption layer, 23 ... Contact layer, 27 ... Photoresist as mask, 28 ... Droplet ejection device, 29 ... Lens precursor, 30a, DESCRIPTION OF SYMBOLS 0a ... Lens precursor in substrate, 30b, 50b ... Convex lens precursor, 40 ... Hard mask as a layer, 40a ... Hard mask formation area, 100 ... Surface emitting light emitting element array, 101, 201 ... Solder bump, 102 , 202 ... driving substrate, 103, 203 ... mirror device, 200 ... photodiode array, 300a, 300b, 300c ... optical transmission module, 500 ... optical fiber.

Claims (8)

表面に電気光学素子が形成され、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上にある裏面に基板開口部を備えた凹部を有する基板と、
前記光路上の前記基板の裏面に層開口部を有する層と、
前記凹部の内部及び前記基板の裏面側に凸状に形成されている、前記層開口部の壁面で規定される大きさを有する光学部材と、を有する電気光学素子。
An electro-optic element is formed on the surface, and a substrate having a recess provided with a substrate opening on the back surface on the light path of the light-emitting surface or the light-receiving surface of the electro-optic element;
A layer having a layer opening on the back surface of the substrate on the optical path;
And an optical member having a size defined by the wall surface of the layer opening, which is formed in a convex shape inside the recess and on the back side of the substrate.
請求項1に記載の電気光学素子であって、
前記層開口部は、前記基板開口部の面積よりも小さく、かつ前記基板開口部内に含まれるように形成されている電気光学素子。
The electro-optic element according to claim 1,
The electro-optic element, wherein the layer opening is smaller than the area of the substrate opening and is included in the substrate opening.
表面に電気光学素子が形成され、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上にある裏面に基板開口部を備えた凹部を有する基板と、
前記基板開口部の周囲に環状に形成されている層と、
前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に、前記層の外形で規定される大きさで前記層上に形成されている光学部材と、を有する電気光学素子。
An electro-optic element is formed on the surface, and a substrate having a recess provided with a substrate opening on the back surface on the light path of the light-emitting surface or the light-receiving surface of the electro-optic element;
A layer formed in an annular shape around the substrate opening;
An electro-optical element having an optical member formed on the layer in a size that is defined by the outer shape of the layer, in a convex shape inside the recess and on the back side of the substrate.
電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面に、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部を有する層を形成する層形成工程と、
前記光路上に、前記層開口部を介して凹部を形成する凹部形成工程と、
前記マスク開口部から前記凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に前記層開口部の壁面で規定される大きさを有する前記光学部材を形成する光学部材形成工程と、を有する電気光学素子の製造方法。
A layer forming step of forming a layer having a layer opening formed on the light path of the light emitting surface or the light receiving surface of the electro optical element on the back surface of the substrate on which the electro optical element is formed;
A recess forming step of forming a recess on the optical path through the layer opening;
By injecting the material of the optical member from the mask opening into the recess, the inside of the recess and the size defined by the wall surface of the layer opening in a convex shape on the back side of the substrate An optical member forming process for forming an optical member.
請求項4に記載の電気光学素子の製造方法であって、
前記層形成工程は、電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面に、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に形成される層開口部にレジストを残すように、前記レジストをパターン形成するレジストパターン形成工程と、
前記基板の裏面全体にハードマスクを形成するハードマスク形成工程と、
前記レジスト上に形成されている前記層を、前記レジストと共に剥離することにより前記層をパターン形成して、前記層開口部を形成する層開口部形成工程と、を有する電気光学素子の製造方法。
A method for producing an electro-optic element according to claim 4,
In the layer forming step, the resist is left on the back surface of the substrate on which the electro-optic element is formed, in a layer opening formed on the light path of the light-emitting surface or the light-receiving surface of the electro-optic element. A resist pattern forming step of patterning a resist;
A hard mask forming step of forming a hard mask on the entire back surface of the substrate;
And a layer opening forming step of forming the layer opening by patterning the layer by peeling the layer formed on the resist together with the resist.
請求項4または5に記載の光機能素子の製造方法であって、
前記凹部形成工程において、前記層開口部は、前記凹部が有する基板開口部よりも小さく、かつ前記基板開口部内に含まれるように形成する電気光学素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the optical functional element according to claim 4 or 5,
The method for manufacturing an electro-optic element, wherein in the recess forming step, the layer opening is formed so as to be smaller than a substrate opening included in the recess and included in the substrate opening.
電気光学素子が表面に形成されている基板の裏面全体に、層を形成する層形成工程と、
前記層を加工して、前記電気光学素子が有する発光面または受光面の光路上に層開口部を形成する層開口部形成工程と、
前記層をマスクにして、前記基板の裏面の前記光路上に基板開口部を有する凹部を形成する凹部形成工程と、
少なくとも前記基板開口部の周囲に環状に前記層を残すように加工する層加工工程と、
前記層開口部から前記凹部の内部に光学部材の材料を注入することにより、前記凹部の内部、及び前記基板の裏面側に凸状に、前記層の外形で規定される大きさで前記層上に形成されている前記光学部材を形成する光学部材形成工程と、を有する電気光学素子の製造方法。
A layer forming step of forming a layer on the entire back surface of the substrate on which the electro-optic element is formed;
A layer opening forming step of processing the layer to form a layer opening on the light path of the light emitting surface or the light receiving surface of the electro-optic element;
Forming a recess having a substrate opening on the optical path on the back surface of the substrate, using the layer as a mask;
A layer processing step of processing so as to leave the layer in a ring shape around at least the substrate opening;
By injecting the material of the optical member into the recess from the layer opening, the inner surface of the recess has a size defined by the outer shape of the layer in a convex shape on the back surface side of the substrate. And an optical member forming step of forming the optical member formed on the electro-optical element.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の電気光学素子を有する光伝送モジュール。   An optical transmission module comprising the electro-optic element according to claim 1.
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