JP2010062267A - Surface emitting device and method for manufacturing the same, and optical transmission module - Google Patents

Surface emitting device and method for manufacturing the same, and optical transmission module Download PDF

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JP2010062267A JP2008225211A JP2008225211A JP2010062267A JP 2010062267 A JP2010062267 A JP 2010062267A JP 2008225211 A JP2008225211 A JP 2008225211A JP 2008225211 A JP2008225211 A JP 2008225211A JP 2010062267 A JP2010062267 A JP 2010062267A
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賢治 藤本
Chisato Furukawa
千里 古川
Yuichi Tagami
雄一 田上
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface emitting device which can inhibit waveform degradation by mode dispersion, and to provide a method for manufacturing the same, and an optical transmission module. <P>SOLUTION: There is provide the surface emitting device including: a substrate; a laminate which is provided on the substrate and has a light emitting layer; an insulating film which is provided so as to cover at least a periphery part of a principal surface of the laminate and a side surface of the light emitting layer; an electrode which is provided so as to cover a part of the principal surface of the laminate adjacent to the insulating film, and a part of a surface of the insulating film, and has an opening part serving as a light-emitting window part; and an optical member which is provided in the opening part and has a lens whose size is smaller than that of the light-emitting window part and which can condense the light discharged from the light emitting layer. There are also provided the method for manufacturing the surface emitting device, and the optical transmission module. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、面発光装置及びその製造方法、並びに光伝送モジュールに関する。   The present invention relates to a surface light emitting device, a manufacturing method thereof, and an optical transmission module.

産業用機器において制御信号の送受信に光を用いると、ノイズの影響を低減することが容易であり、またケーブルからの電磁輻射を抑制することも容易である。送受信すべきデータの情報量の増大に対処するためにその伝送速度を高める場合、ノイズの影響を一層低減することが必要となり、光伝送方式がより広く用いられる。   When light is used for transmission / reception of control signals in industrial equipment, it is easy to reduce the influence of noise, and it is also easy to suppress electromagnetic radiation from the cable. When the transmission rate is increased in order to cope with an increase in the amount of information of data to be transmitted / received, it is necessary to further reduce the influence of noise, and the optical transmission method is more widely used.

例えば数値制御工作機械、プロセスコントローラなどには、マルチモードファイバを用いた双方向光伝送モジュールが用いられる。   For example, a bidirectional optical transmission module using a multimode fiber is used for a numerical control machine tool, a process controller, and the like.

また、光源としてＬＥＤの代わりに面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用いると、高速化がより容易となる。   Further, when a surface emitting laser element (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is used as the light source instead of the LED, the speed can be increased more easily.

ところが、マルチモードファイバを用いると複数の伝搬モードを生じ、それぞれの伝搬モードの伝搬速度差（モード分散）により伝送波形が劣化しやすく伝送品質が低下する。   However, when a multi-mode fiber is used, a plurality of propagation modes are generated, and a transmission waveform is likely to be deteriorated due to a propagation speed difference (mode dispersion) between the propagation modes.

モード分散の影響を低減する光伝送モジュールに関する技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、導波路構造を有する光源からの出射光を光学レンズにより平行光とすることにより、モード分散の影響を低減している。
しかしながら、ＶＣＳＥＬを光源に用いる場合、光源とマルチモードファイバとの間に集光レンズを設けて平行光としても、開口角の大きな入射光により生じるモード分散を十分には抑制できず、伝送品質が不十分である。
特開平１１−１４８６９号公報 There is a technical disclosure example regarding an optical transmission module that reduces the influence of mode dispersion (Patent Document 1). In this example of technical disclosure, the influence of mode dispersion is reduced by making light emitted from a light source having a waveguide structure into parallel light by an optical lens.
However, when a VCSEL is used as a light source, even if a condensing lens is provided between the light source and the multimode fiber to produce parallel light, mode dispersion caused by incident light having a large aperture angle cannot be sufficiently suppressed, and transmission quality is reduced. It is insufficient.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-14869

モード分散による波形劣化が抑制可能な面発光装置及びその製造方法、並びに光伝送モジュールを提供する。   Provided are a surface light emitting device capable of suppressing waveform degradation due to mode dispersion, a method for manufacturing the same, and an optical transmission module.

本発明の一態様によれば、基板と、前記基板の上に設けられ、発光層を有する積層体と、前記積層体の主面の外周部と前記発光層の側面とを少なくとも覆うように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜に隣接する前記積層体の主面の一部と前記絶縁膜の表面の一部とを覆うように設けられ、発光窓部となる開口部を有する電極と、前記開口部に設けられ、大きさが前記発光窓部の大きさよりも小さく且つ前記発光層からの放出光を集光可能なレンズ部を有する光学部材と、を備えたことを特徴とする面発光装置が提供される。   According to one embodiment of the present invention, a substrate, a stacked body provided over the substrate and having a light emitting layer, and provided so as to cover at least an outer peripheral portion of a main surface of the stacked body and a side surface of the light emitting layer. An electrode having an opening serving as a light emitting window, and is provided so as to cover a part of the main surface of the stacked body adjacent to the insulating film and a part of the surface of the insulating film, And an optical member having a lens portion provided in the opening and having a size smaller than the size of the light emitting window and capable of condensing emitted light from the light emitting layer. An apparatus is provided.

また、本発明の他の一態様によれば、上記の面発光装置と、前記レンズ部を介して放出された前記放出光をマルチモードファイバのコア部へ入射可能とする光結合手段を有するパッケージと、を備えたことを特徴とする光伝送モジュールが提供される。   According to another aspect of the present invention, there is provided a package having the above-described surface light emitting device and an optical coupling unit that allows the emitted light emitted through the lens unit to be incident on the core of the multimode fiber. And an optical transmission module characterized by comprising:

また、本発明のさらに他の一態様によれば、上記の面発光装置の製造方法であって、前記積層体の上に前記光学部材となる前記材料を塗布し硬化する工程と、前記発光窓部の上方において、硬化した前記材料の上に大きさが前記発光窓部よりも小さいフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンをマスクとして前記材料のエッチングを行い、前記発光窓部の上方に前記レンズ部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする面発光装置の製造方法が提供される。   According to yet another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing the surface light emitting device, the step of applying and curing the material to be the optical member on the laminate, and the light emitting window. Forming a photoresist pattern having a size smaller than that of the light emitting window on the cured material, and etching the material using the photoresist pattern as a mask. And a step of forming the lens portion above. A method of manufacturing a surface light emitting device is provided.

モード分散による波形劣化が抑制可能な面発光装置及びその製造方法、並びに光伝送モジュールが提供される。    Provided are a surface light emitting device capable of suppressing waveform deterioration due to mode dispersion, a method for manufacturing the same, and an optical transmission module.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、第１の実施形態にかかる面発光装置の模式斜視図である。
ＧａＡｓなどからなる基板２０の上に、第１の反射層３１、化合物半導体からなる発光層、及び第２の反射層、を含む積層体が形成されているが、図１では積層体の上部は絶縁膜４０に囲まれており見えない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view of the surface light-emitting device according to the first embodiment.
A laminated body including a first reflective layer 31, a light emitting layer made of a compound semiconductor, and a second reflective layer is formed on a substrate 20 made of GaAs or the like. In FIG. It is surrounded by the insulating film 40 and cannot be seen.

積層体の上部及び絶縁膜４０の上部には、ポリイミド樹脂などの光学部材４４が形成されている。発光層の上部の光学部材４４は、大きさが発光窓部よりも小さいレンズ部４４ａを有している。本図では、レンズ部４４ａは、５つの小レンズで構成されている。光学部材４４の表面には上側電極４２が露出しておりボンディングワイヤによりパッケージの一方の端子と接続される。基板２０の裏面には、下側電極４８が形成されており、パッケージの他方の端子と接続される。   An optical member 44 such as a polyimide resin is formed on the upper part of the stacked body and the upper part of the insulating film 40. The optical member 44 above the light emitting layer has a lens portion 44a having a size smaller than that of the light emitting window portion. In this figure, the lens portion 44a is composed of five small lenses. The upper electrode 42 is exposed on the surface of the optical member 44 and is connected to one terminal of the package by a bonding wire. A lower electrode 48 is formed on the back surface of the substrate 20 and is connected to the other terminal of the package.

発光層からのレーザ光は、例えば中心発光波長が略６５０ｎｍとされ、レンズ部４４ａにより集光され、発散が抑制されつつ空気層へ出射可能とされる。   The laser light from the light emitting layer has, for example, a center light emission wavelength of about 650 nm, is condensed by the lens unit 44a, and can be emitted to the air layer while suppressing divergence.

図２は、レンズ部４４ａの作用を説明する模式図である。すなわち、図２（ａ）は本実施形態にかかる面発光レーザ装置からの放出光、図２（ｂ）は比較例にかかる面発光レーザ装置からの放出光、をそれぞれ表す。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the lens portion 44a. That is, FIG. 2A shows the emitted light from the surface emitting laser apparatus according to this embodiment, and FIG. 2B shows the emitted light from the surface emitting laser apparatus according to the comparative example.

図２（ａ）において、第１の反射層３１と第２の反射層３５とにより構成された光共振器により発光層３３からの放出光はレーザ光となる。このレーザ光は、発光窓部４６の上に設けられ光学部材４４の一部をなすレンズ部４４ａにより集光されつつ放出される。積層体３０内でのレーザ光の波面は略平面であり、空気層に出射されることなくレンズ部４４ａにより集光されるので、レーザ光の広がりが抑制され光軸近傍と光軸から離間した領域との間での伝搬速度差を小さく保つことが容易である。   In FIG. 2A, the light emitted from the light emitting layer 33 becomes laser light by the optical resonator constituted by the first reflective layer 31 and the second reflective layer 35. The laser light is emitted while being condensed by a lens portion 44 a provided on the light emitting window portion 46 and forming a part of the optical member 44. The wavefront of the laser beam in the stacked body 30 is substantially flat and is collected by the lens unit 44a without being emitted to the air layer, so that the spread of the laser beam is suppressed and the vicinity of the optical axis is separated from the optical axis. It is easy to keep the propagation speed difference between the regions small.

他方、図２（ｂ）に表す比較例では、面発光レーザ装置１１０のチップはレンズ部を有していない。このために、発光窓部から放出されるレーザ光は、空気層に放出され発散し伝搬する。この場合、面発光レーザ装置１１０とコア部との間にレンズ１２０を配置すると、マルチモードファイバのコア部への入射光を略平行にできる。しかしながら、レンズ１２０に到達するまでに波面は曲面状に広がるので光軸近傍とレーザ光外周部との伝搬速度差が大きくなり、信号の立ち上がり及び立ち下がりが遅延し波形劣化を生じやすくなる（モード分散）。このために、ＢＥＲ（Bit Error Rate：ビット誤り率)などの伝送特性が低下する。   On the other hand, in the comparative example shown in FIG. 2B, the chip of the surface emitting laser device 110 has no lens portion. For this reason, the laser light emitted from the light emitting window is emitted to the air layer and diverges and propagates. In this case, if the lens 120 is arranged between the surface emitting laser device 110 and the core portion, the incident light to the core portion of the multimode fiber can be made substantially parallel. However, since the wavefront spreads in a curved surface before reaching the lens 120, the difference in propagation speed between the vicinity of the optical axis and the outer periphery of the laser beam becomes large, and the rise and fall of the signal are delayed and the waveform is likely to deteriorate (mode) dispersion). For this reason, transmission characteristics such as BER (Bit Error Rate) deteriorate.

この場合、レンズ１２０の位置調整工程を必要とし、光伝送モジュールの製造方法の生産性が低下する。また光伝送モジュールは、レンズを内蔵するために衝撃に弱いなど耐久性が低下する。   In this case, the position adjustment process of the lens 120 is required, and the productivity of the manufacturing method of the optical transmission module is lowered. In addition, since the optical transmission module has a built-in lens, durability is lowered, such as being weak against impact.

これに対して、本実施形態では、発光窓部４６の上方にレンズ部４４ａを設け、レーザ光の発散を抑制可能である。このために、モード分散の抑制が可能であり、波形劣化の低減及びＢＥＲ劣化の抑制が可能である。   On the other hand, in this embodiment, the lens part 44a can be provided above the light emission window part 46, and the divergence of a laser beam can be suppressed. For this reason, mode dispersion can be suppressed, waveform deterioration can be reduced, and BER deterioration can be suppressed.

レンズ部４４ａは１つであっても空気層を介さないでレーザ光を放出できるのでモード分散を抑制することが容易である。しかし、図１のように、小レンズを複数形成すると、例えば面発光装置のＮＦＰ（Near Field Pattern:近視野像）が平坦でない場合、ビーム内の光強度分布を調整し、モード分散を抑制することが一層容易となる。   Even if there is only one lens portion 44a, laser light can be emitted without an air layer, so that mode dispersion can be easily suppressed. However, when a plurality of small lenses are formed as shown in FIG. 1, for example, if the NFP (Near Field Pattern) of the surface light emitting device is not flat, the light intensity distribution in the beam is adjusted to suppress the mode dispersion. It becomes easier.

本実施形態において、面発光装置を面発光レーザ装置として説明したが本発明はこれに限定されない。例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode)であってもよい。すなわち、発光窓部４６の上方に形成されたレンズ部４４ａにより、ＬＥＤからの放出光の発散を抑制しモード分散を低減することが容易となる。伝送距離が短い場合または低速信号の場合にはＬＥＤを用いることができ、光伝送モジュールの価格低減が容易となる。   In the present embodiment, the surface emitting device is described as a surface emitting laser device, but the present invention is not limited to this. For example, an LED (Light Emitting Diode) may be used. In other words, the lens portion 44a formed above the light emitting window portion 46 makes it easy to suppress the divergence of the emitted light from the LED and reduce the mode dispersion. In the case of a short transmission distance or a low-speed signal, an LED can be used, and the price of the optical transmission module can be easily reduced.

図３は、本実施形態にかかる面発光装置の製造方法を説明する図である。すなわち、図３（ａ）〜図３（ｄ）は発光窓部を形成するまでの工程断面図、図３（ｅ）は発光窓部の模式平面図、をそれぞれ表す。   FIG. 3 is a view for explaining the method for manufacturing the surface light emitting device according to the present embodiment. That is, FIG. 3A to FIG. 3D show process cross-sectional views until the light emission window portion is formed, and FIG. 3E shows a schematic plan view of the light emission window portion.

図３（ａ）に表すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板２０の上に、ＤＢＲ（Disributed Bragg Reflector)からなる第１の反射層３１、ｎ型クラッド層３２、ＡｌＧａＡｓ系多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）からなる発光層３３、ｐ型クラッド層３４、及びＤＢＲからなる第２の反射層３５、を有する積層体３０が、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学的気相成長)法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシャル）法などを用いて形成される。   As shown in FIG. 3A, on a substrate 20 made of n-type GaAs, a first reflective layer 31 made of DBR (Disributed Bragg Reflector), an n-type cladding layer 32, an AlGaAs multiple quantum well (MQW: A laminate 30 having a light emitting layer 33 made of multi-quantum well, a p-type cladding layer 34, and a second reflective layer 35 made of DBR is formed by, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). (Growth) method or MBE (Molecular Beam Epitaxy) method.

続いて、図３（ｂ）のように、発光層３３が所望の大きさとなるように、第１の反射層３１を除いた積層体３０をパターニングする。エッチングには、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）及びイオンミーリングのようなドライエッチング法または選択性の高いウェットエッチング法を用いることができる。   Subsequently, as illustrated in FIG. 3B, the stacked body 30 excluding the first reflective layer 31 is patterned so that the light emitting layer 33 has a desired size. For the etching, a dry etching method such as RIE (Reactive Ion Etching) and ion milling or a wet etching method with high selectivity can be used.

続いて、図３（ｃ）のように、パターニングされた積層体３０の外周部３０ａの表面及び発光層３３を含む積層体３０（第１の反射層３１を除いても良い）の側面を絶縁膜４０で覆う。絶縁膜４０を酸化シリコン（ＳｉＯｘ）とする場合、スパッタ法または熱ＣＶＤ法などを用いればよい。また、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）とする場合、プラズマＣＶＤ法などを用いることができる。   Subsequently, as shown in FIG. 3C, the surface of the outer peripheral portion 30a of the patterned laminated body 30 and the side surface of the laminated body 30 including the light emitting layer 33 (the first reflective layer 31 may be excluded) are insulated. Cover with film 40. When the insulating film 40 is made of silicon oxide (SiOx), a sputtering method or a thermal CVD method may be used. In the case of silicon nitride (SiNx), a plasma CVD method or the like can be used.

続いて、図３（ｄ）のように、発光窓部４６とする開口部を有し、絶縁膜４０の表面の一部と、積層体３０の表面の一部と、を覆うように上側（ｐ）電極４２を形成する。上側電極４２は、図３（ｅ）のように、積層体３０の表面のコンタクト層３６とオーミックコンタクトを形成する円環状の細線電極部４２ａと、ワイヤボンディング部４２ｂと、を有する。ワイヤボンディング部４２ｂを発光層３３から離間した絶縁膜４０上に設けるとボンディング工程での発光層３３の劣化を抑制できる。また、発光窓部４６を略円形状とする場合、その直径は、例えば数〜数十μｍの範囲とすれば、所望の光出力を得ることができる。   Subsequently, as shown in FIG. 3D, an opening serving as the light emitting window 46 is provided, and an upper side (a part of the surface of the insulating film 40 and a part of the surface of the stacked body 30 are covered) p) The electrode 42 is formed. As shown in FIG. 3E, the upper electrode 42 includes an annular fine wire electrode portion 42a that forms an ohmic contact with the contact layer 36 on the surface of the multilayer body 30, and a wire bonding portion 42b. When the wire bonding part 42b is provided on the insulating film 40 spaced apart from the light emitting layer 33, deterioration of the light emitting layer 33 in the bonding process can be suppressed. Moreover, when making the light emission window part 46 into a substantially circular shape, a desired light output can be obtained if the diameter is in the range of several to several tens of micrometers, for example.

図４は、レンズ部を形成する工程を含む製造方法を説明する図である。すなわち、図４（ａ）〜図４（ｅ）は工程断面図であり、図４（ｆ）及び図４（ｇ）は模式平面図である。
図４（ａ）のように、光学部材４４の液状材料を、スピンコート法などを用いて表面が平坦になるように塗布し硬化する。液状材料としては、ＳｉＯ２を含むＳＯＧ（Spin−On−Glass)材料、ＰＩ（ポリイミド樹脂）、ＰＭＭＡ（Polymethyl Methacrylate：ポリメタクリル酸メチル)、エポキシ樹脂、及びシリコーン樹脂などから選択する。 FIG. 4 is a diagram for explaining a manufacturing method including a step of forming a lens portion. 4A to 4E are process cross-sectional views, and FIGS. 4F and 4G are schematic plan views.
As shown in FIG. 4A, the liquid material of the optical member 44 is applied and cured using a spin coating method or the like so that the surface becomes flat. As the liquid material, SOG (Spin-On-Glass ) material containing SiO 2, PI (polyimide resin), PMMA (Polymethyl Methacrylate: polymethyl methacrylate), epoxy resins, and selects such a silicone resin.

屈折率は、ＰＩが略１．７、ＰＭＭＡが略１．４９、エポキシ樹脂及びシリコーン樹脂が略１．４〜１．５である。なお、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、及びＡｌ２Ｏ３などをプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などを用いて形成しても良い。 The refractive index is approximately 1.7 for PI, approximately 1.49 for PMMA, and approximately 1.4 to 1.5 for epoxy resin and silicone resin. Note that SiO 2 , SiNx, Al 2 O 3, or the like may be formed using a plasma CVD method, a sputtering method, or the like.

続いて、図４（ｂ）のように、フォトレジスト５０をスピンコート法を用いて均一に塗布し、所定の温度で硬化し、フォトマスクを用いて露光する。図４（ｆ）は露光後の模式平面図である。レジスト剥離により、発光窓部４６の上方に小さな円形状のレジストパターン５２が形成され、所定の温度の熱処理により、レジストパターン５２が軟化し、図４（ｃ）のように表面張力に応じた曲率を有する断面となる。   Subsequently, as shown in FIG. 4B, the photoresist 50 is uniformly applied using a spin coat method, cured at a predetermined temperature, and exposed using a photomask. FIG. 4F is a schematic plan view after exposure. As a result of the resist peeling, a small circular resist pattern 52 is formed above the light emitting window 46, and the resist pattern 52 is softened by heat treatment at a predetermined temperature, and the curvature corresponding to the surface tension as shown in FIG. It becomes a section which has.

続いて、上側電極４２が露出するまで、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching)法やＲＩＥ法を用いて光学部材４４を表面側からエッチングすると、図４（ｄ）のように、レジストパターン５２が転写され、例えば小円錐形状を有するレンズ部４４ａが発光窓部４６の上方に形成される。図４（ｇ）は、その模式平面図である。図４（ｇ）では、発光窓部４６の上方に、１２個の小レンズ４４ａが形成されている。   Subsequently, when the optical member 44 is etched from the surface side using the CDE (Chemical Dry Etching) method or the RIE method until the upper electrode 42 is exposed, the resist pattern 52 is transferred as shown in FIG. For example, a lens portion 44 a having a small conical shape is formed above the light emitting window portion 46. FIG. 4G is a schematic plan view thereof. In FIG. 4G, twelve small lenses 44 a are formed above the light emission window portion 46.

続いて、面発光装置チップのマウント側を研磨し、所望の厚さを有する基板２０ａとしたのち、スパッタ法または蒸着法などを用いて下側電極４８を形成し、図４（ｅ）のような面発光装置のチップが完成する。ＶＣＳＥＬの場合、光共振器を構成するミラーはへきかい面ではなく、ウェーハの縦方向に設けた反射層を用いて構成されている。このために、ウェーハ状態でチップの特性を測定可能であり、且つ素子分離工程が容易となり、量産性に富む製造方法とすることができる。   Subsequently, the mount side of the surface light emitting device chip is polished to form a substrate 20a having a desired thickness, and then the lower electrode 48 is formed using a sputtering method or a vapor deposition method, as shown in FIG. A simple surface emitting device chip is completed. In the case of a VCSEL, the mirror constituting the optical resonator is not a faceted surface, but is configured using a reflective layer provided in the vertical direction of the wafer. For this reason, the characteristics of the chip can be measured in the wafer state, the element isolation process becomes easy, and a manufacturing method rich in mass productivity can be obtained.

図５は、面発光装置の製造方法の変形例を表す図である。すなわち、図５（ａ）、図５（ｃ）、及び図５（ｅ）は工程断面図、図５（ｂ）、図５（ｄ）、及び図５（ｆ）は模式平面図をそれぞれ表す。
発光窓部４６が形成されたのち、フォトレジスト５０を塗布し、発光窓部４６が露出するようにフォトレジスト５０に開口部を設ける。スピンコート法などを用いて表面が平坦になるようにポリイミド４４を塗布し、所定の温度で硬化する。 FIG. 5 is a diagram illustrating a modification of the method for manufacturing the surface light emitting device. That is, FIG. 5A, FIG. 5C, and FIG. 5E show process cross-sectional views, and FIG. 5B, FIG. 5D, and FIG. 5F show schematic plan views, respectively. .
After the light emitting window 46 is formed, a photoresist 50 is applied, and an opening is provided in the photoresist 50 so that the light emitting window 46 is exposed. A polyimide 44 is applied using a spin coating method or the like so that the surface becomes flat, and cured at a predetermined temperature.

フォトレジスト５０の上に、ブロックコポリマーなどの相分離構造を形成するブレンドポリマー材６０をスピンコート法を用いて均一に塗布し、熱処理を行う。このようにすると、図５（ａ）及び図５（ｂ）のようなラメラまたは海島構造を形成することができる。   A blend polymer material 60 that forms a phase separation structure such as a block copolymer is uniformly applied on the photoresist 50 using a spin coating method, and heat treatment is performed. In this way, a lamella or sea-island structure as shown in FIGS. 5A and 5B can be formed.

続いて、ＲＩＥ法などを用いて上側電極４２の表面が露出するまでエッチングを行うと、図５（ｃ）及び図５（ｄ）のように、発光窓部４６の上方にレンズ部４４ａが形成された面発光装置のチップを得ることができる。   Subsequently, when etching is performed using the RIE method or the like until the surface of the upper electrode 42 is exposed, a lens portion 44a is formed above the light emitting window portion 46 as shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d). The surface emitting device chip thus obtained can be obtained.

続いて、フォトレジスト剥離を行い、図５（ｅ）及び図５（ｆ）のように、所望の厚さを有する基板２０ａの裏面に下側電極４８を形成すると工程が完了する。   Subsequently, the photoresist is peeled off, and the process is completed when the lower electrode 48 is formed on the back surface of the substrate 20a having a desired thickness as shown in FIGS. 5 (e) and 5 (f).

図６は、本実施形態にかかる面発光装置を用いた光伝送モジュールを説明する模式図である。すなわち、図６（ａ）は面発光装置の模式断面図、図６（ｂ）は光伝送モジュールの模式図、図６（ｃ）は光結合状態を説明する模式図である。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an optical transmission module using the surface light emitting device according to the present embodiment. 6A is a schematic cross-sectional view of a surface light emitting device, FIG. 6B is a schematic diagram of an optical transmission module, and FIG. 6C is a schematic diagram illustrating an optical coupling state.

面発光装置１０は、第１の電極８０の上にＡｇペーストなどの接着剤８２を用いて接着され、パッケージ８６内に組み込まれている。また上側電極４２のボンディング部４２ｂと第２の電極８４とは、ボンディングワイヤ８５により接続されている。図６（ｂ）に表す光伝送モジュール８８は、このように面発光装置１０と、マルチモードファイバ７０の先端の凸部と嵌合可能な凹部（レセプタクル）を光結合手段９０として有するパッケージ８６と、を備えている。   The surface light emitting device 10 is bonded onto the first electrode 80 using an adhesive 82 such as an Ag paste and is incorporated in a package 86. The bonding portion 42 b of the upper electrode 42 and the second electrode 84 are connected by a bonding wire 85. The optical transmission module 88 shown in FIG. 6B includes the surface light emitting device 10 and the package 86 having the concave portion (receptacle) that can be fitted to the convex portion at the tip of the multimode fiber 70 as the optical coupling means 90 as described above. It is equipped with.

パッケージ８６の材質としては、Ａｌ２Ｏ３やＡｌＮなどのセラミック、または熱可塑性や熱硬化性などの樹脂を用いることができる。また、パッケージ８６内において、光コネクタを介すことなくマルチモードファイバ７０の先端部と、面発光装置１０が接着されたパッケージ８６と、を接着法やレーザ溶接法などを用いて位置合わせ及びファイバ固定を行う光結合手段９０としてもよい。なお、パッケージ８６内に送信ＩＣなどを組み込むと、光伝送モジュールの小型化が容易となる。 The material of package 86, it is possible to use Al 2 O 3 ceramic such or AlN or a thermoplastic or resin such as thermosetting. In the package 86, the tip of the multimode fiber 70 and the package 86 to which the surface light emitting device 10 is bonded are aligned and fiber-bonded using an adhesion method, a laser welding method, or the like without using an optical connector. The optical coupling means 90 for fixing may be used. If a transmission IC or the like is incorporated in the package 86, the optical transmission module can be easily downsized.

マルチモードファイバ７０は、直径が例えば２００μｍのコア７０ａと、これを覆うクラッド７０ｂと、を有している。図６（ｃ）において、 面発光装置１０の表面とマルチモードファイバ７０の端面との距離をＺとし、コア７０ａの断面をＸＹ座標で表すとする。発光窓部４６は、例えば直径が数〜数十μｍである。図２（ｂ）のようにレンズ部を備えていない面発光レーザ装置の半値全角（ＦＷＨＭ：Full Width Half Maximum）φ１は、例えば略２０度であり、本実施形態の面発光レーザ装置のＦＷＨＭよりも大きい。   The multimode fiber 70 has a core 70a having a diameter of 200 μm, for example, and a clad 70b covering the core 70a. In FIG. 6C, the distance between the surface of the surface light emitting device 10 and the end face of the multimode fiber 70 is represented by Z, and the cross section of the core 70a is represented by XY coordinates. The light emitting window 46 has a diameter of several to several tens of micrometers, for example. The full width half maximum (FWHM) φ1 of the surface emitting laser apparatus not provided with the lens portion as shown in FIG. 2B is, for example, about 20 degrees, and is from the FWHM of the surface emitting laser apparatus of the present embodiment. Is also big.

一般に、距離Ｚが大きくなると共に高次モードが発生しやすくなる。また、ＸＹ座標が大きくなると共に高次モードが発生しやすくなる。これらにより、モード分散を生じやすくなる。   In general, as the distance Z increases, higher-order modes tend to occur. In addition, the higher-order mode is likely to occur as the XY coordinates become larger. These tend to cause mode dispersion.

本実施形態では、レンズ部４４ａを有する光学部材４４がチップの表面に設けられており、ＦＷＨＭ（φ２）を２０度よりも狭く、例えば１０〜２０度の間の範囲とすることは容易である。すなわち、面発光装置１０から放出されるレーザ光を、モード分散を抑制しつつマルチモードファイバ７０のコア７０ａへ入射できる。このために、波形劣化を抑制できる。また、外付けレンズが不要なのでモジュールの小型化が容易である。さらに、光軸合わせ工程が容易となり、光伝送モジュールの製造工程の生産性を高めることが容易となる。   In the present embodiment, the optical member 44 having the lens portion 44a is provided on the surface of the chip, and FWHM (φ2) is narrower than 20 degrees, for example, within a range of 10 to 20 degrees is easy. . That is, the laser light emitted from the surface light emitting device 10 can be incident on the core 70a of the multimode fiber 70 while suppressing mode dispersion. For this reason, waveform degradation can be suppressed. Further, since no external lens is required, the module can be easily downsized. Furthermore, the optical axis alignment process becomes easy, and it becomes easy to increase the productivity of the manufacturing process of the optical transmission module.

このように、モード分散が抑制され、波形劣化が低減された本実施形態の光伝送モジュールは、ノイズの影響を低減でき、数値制御工作機械やプロセスコントローラなどの産業機器を安定に制御可能である。なお、面発光レーザ装置を用いると、ＬＥＤを用いるよりも伝送速度を高め、且つパルス幅歪を抑制することが容易となる。   As described above, the optical transmission module of the present embodiment in which mode dispersion is suppressed and waveform deterioration is reduced can reduce the influence of noise, and can stably control industrial equipment such as numerically controlled machine tools and process controllers. . Note that when a surface emitting laser device is used, it is easier to increase the transmission speed and suppress pulse width distortion than when using an LED.

なお、マルチモードファイバ７０は、コアが石英ガラス且つクラッドがプラスチックであるプラスチッククラッド石英ファイバ（ＰＣＦ）またはコア及びクラッドを共にプラスチックとするプラスチックファイバ（ＰＯＦ：Plastic Optical Fiber)とできる。   The multimode fiber 70 can be a plastic clad silica fiber (PCF) in which the core is quartz glass and the clad is plastic, or a plastic fiber (POF: Plastic Optical Fiber) in which the core and clad are both plastic.

また、マルチモードファイバ７０は、ステップインデックス（ＳＩ）型でもグレーデットインデックス（ＧＩ）型であってもよい。   The multimode fiber 70 may be a step index (SI) type or a graded index (GI) type.

以上、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明を構成する発光層、積層体、反射層、光学部材、レンズ部、マルチモードファイバ、及びパッケージの材質、サイズ、形状、配置などに関して、同業者が各種の設計変更を行ったものであっても本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments. Those skilled in the art made various design changes regarding the material, size, shape, arrangement, etc. of the light emitting layer, laminate, reflective layer, optical member, lens part, multimode fiber, and package constituting the present invention. However, it is included in the scope of the present invention without departing from the gist of the present invention.

第１の実施形態にかかる面発光装置の模式斜視図1 is a schematic perspective view of a surface light emitting device according to a first embodiment. レンズ部の作用を説明する模式図Schematic diagram explaining the action of the lens unit 面発光装置の製造方法を説明する図The figure explaining the manufacturing method of a surface emitting device レンズ部を形成する工程を含む製造方法を説明する図The figure explaining the manufacturing method including the process of forming a lens part 面発光装置の製造方法の変形例を表す図The figure showing the modification of the manufacturing method of a surface emitting device 光伝送モジュールを説明する模式図Schematic diagram explaining the optical transmission module

符号の説明Explanation of symbols

１０ 面発光装置、２０ 基板、３０ 積層体、３３ 発光層、３１ 第１の反射層、３５ 第２の反射層、４２ 上側電極、４４ 光学部材、４４ａ レンズ部、４６ 発光窓部、５０ フォトレジスト、５２ レジストパターン、７０ マルチモードファイバ、８６ パッケージ、８８ 光伝送モジュール、９０ 光結合手段   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Surface light-emitting device, 20 board | substrate, 30 laminated body, 33 light emitting layer, 31 1st reflective layer, 35 2nd reflective layer, 42 upper electrode, 44 optical member, 44a lens part, 46 light emission window part, 50 photoresist , 52 resist pattern, 70 multimode fiber, 86 package, 88 optical transmission module, 90 optical coupling means

Claims (5)

基板と、
前記基板の上に設けられ、発光層を有する積層体と、
前記積層体の主面の外周部と前記発光層の側面とを少なくとも覆うように設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜に隣接する前記積層体の主面の一部と前記絶縁膜の表面の一部とを覆うように設けられ、発光窓部となる開口部を有する電極と、
前記開口部に設けられ、大きさが前記発光窓部の大きさよりも小さく且つ前記発光層からの放出光を集光可能なレンズ部を有する光学部材と、
を備えたことを特徴とする面発光装置。 A substrate,
A laminated body provided on the substrate and having a light emitting layer;
An insulating film provided to cover at least the outer peripheral portion of the main surface of the laminate and the side surface of the light emitting layer;
An electrode provided to cover a part of the main surface of the laminate adjacent to the insulating film and a part of the surface of the insulating film, and having an opening serving as a light emitting window;
An optical member having a lens portion provided in the opening, the size of which is smaller than the size of the light emitting window, and capable of condensing emitted light from the light emitting layer;
A surface light-emitting device comprising: 前記積層体は、前記基板と前記発光層との間に設けられた第１の反射層と、前記発光層の上に設けられた第２の反射層と、をさらに有し、
前記放出光は、前記第１の反射層と前記第２の反射層との間で共振しレーザ光となることを特徴とする請求項１記載の面発光装置。 The laminate further includes a first reflective layer provided between the substrate and the light emitting layer, and a second reflective layer provided on the light emitting layer,
2. The surface emitting device according to claim 1, wherein the emitted light resonates between the first reflective layer and the second reflective layer to become laser light. 前記光学部材の材料は、二酸化珪素、ポリイミド樹脂、ポリメタクリル酸メチル、エポキシ樹脂、及びシリコーン樹脂よりなる群から選択されたいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光装置。   3. The surface emitting device according to claim 1, wherein the material of the optical member is any one selected from the group consisting of silicon dioxide, polyimide resin, polymethyl methacrylate, epoxy resin, and silicone resin. apparatus. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の面発光装置と、
前記レンズ部を介して放出された前記放出光をマルチモードファイバのコア部へ入射可能とする光結合手段を有するパッケージと、
を備えたことを特徴とする光伝送モジュール。 A surface light-emitting device according to any one of claims 1 to 3,
A package having optical coupling means for allowing the emitted light emitted through the lens part to be incident on a core part of a multimode fiber;
An optical transmission module comprising: 請求項３記載の面発光装置の製造方法であって、
前記積層体の上に前記光学部材となる前記材料を塗布し硬化する工程と、
前記発光窓部の上方において、硬化した前記材料の上に大きさが前記発光窓部よりも小さいフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンをマスクとして前記材料のエッチングを行い、前記発光窓部の上方に前記レンズ部を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする面発光装置の製造方法。 A method for manufacturing a surface light emitting device according to claim 3,
Applying and curing the material to be the optical member on the laminate; and
Forming a photoresist pattern having a size smaller than that of the light emitting window part on the cured material above the light emitting window part;
Etching the material using the photoresist pattern as a mask, and forming the lens part above the light emitting window part;
A method for manufacturing a surface light emitting device, comprising:
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