JP7449042B2

JP7449042B2 - 光電変換素子、光サブアセンブリ及び光電変換素子の製造方法

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Publication number: JP7449042B2
Application number: JP2019036123A
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Inventors: 博濱田; 隆司豊中
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Description

本発明は、光電変換素子、光サブアセンブリ及び光電変換素子の製造方法に関する。

光電変換素子が搭載される光サブアセンブリは更なる小型化が求められており、高密度な実装技術が必要とされてきている。そして、光学系部品のアレイ化を行うことで実装面積の縮小化を図ることが望まれている。アレイ化された光学部品を用いると高密度実装が可能となるが、その一方で、各チャネルの光軸調整を個別に行うことが困難となる。そのため、広いトレランス幅を備えるべく、基板の裏面にレンズ状の凸部が設けられた光電変換素子が求められている。

下記特許文献１、２においては、半導体基板の表面側に、光吸収層又は活性層といった光電変換層が設けられ、裏面側にレンズ状の凸部が設けられた構成が開示されている。また、特許文献１においては、半導体基板の裏面側のレンズ状の凸部を形成する領域に窒化ケイ素マスクを形成し、レンズ状とする部分の周囲をドーナツ状にエッチングした後、窒化ケイ素マスクを除去してウェットエッチングすることにより、半導体基板の裏面にレンズ状の凸部を形成する方法が開示されている。

特開２００８－２７７４４５号公報特開２０１７－１９９７１６号公報

しかし、レンズ状の凸部を形成するべくウェットエッチングを行う場合、当該ウェットエッチング工程におけるサイドエッチングにより、レンズ状の凸部に歪が発生し、レンズ状の凸部の位置が、所望の位置からずれてしまう可能性がある。上記従来の構成では、レンズ状の凸部の歪方向を検知することが困難であった。

本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レンズ状の凸部の歪方向を検知することが可能な光電変換素子を実現することである。

上記課題を解決するために、本開示に係る光電変換素子は、第１の主面に、レンズ状の凸部と、前記凸部を囲う円環状の凹部と、を有する基板と、前記基板の第２の主面側において、前記凸部を通過する光の光路上に位置する光電変換層と、前記第１の主面における前記凹部の外周側に配置され、且つ第１の方向、及び前記第１の方向に交差する第２の方向から前記凸部を挟むよう配置されたパターンと、を含む。

また、本開示に係る光サブアセンブリは、上記光電変換素子と、前記光電変換素子を内部に収容するパッケージと、前記パッケージ内に収容され、前記光電変換素子に光を入射させる光学素子と、を含む。

また、本開示に係る光電変換素子の製造方法は、基板の第１の主面おける第１の領域にレンズ状の凸部を形成する光電変換素子の製造方法であって、前記基板の第２の主面側において、前記凸部を通過する光の光路上に位置する光電変換層を形成し、前記第１の主面において、第１の方向、及び前記第１の方向に交差する第２の方向から前記第１の領域を挟むようにパターンを形成し、前記パターンの少なくとも一部と、前記第１の領域と、を保護するマスクを形成し、前記マスクを形成した後に、前記第１の領域と前記パターンとの間に、前記第１の領域を囲う円環状の凹部を形成し、前記凹部を形成した後に、前記第１の領域を保護するように設けたマスクを除去し、前記マスクを除去した後に、ウェットエッチングにより前記第１の領域をレンズ状の凸部に加工する。

本開示によれば、レンズ状の凸部の歪方向を検知することが可能な光電変換素子を実現することができる。

図１は第１の実施形態に係る光電変換素子が搭載された光サブアセンブリの模式的な断面図である。図２は第１の実施形態に係る光電変換素子の表面を示す模式的な平面図である。図３は第１の実施形態に係る光電変換素子の裏面を示す模式的な平面図である。図４は図２のＡ－Ａ’断面を示す模式的な断面図である。図５は図２のＢ－Ｂ’断面を示す模式的な断面図である。図６は第１の実施形態に係る光電変換素子のレンズ状の凸部に歪みが発生した状態の光電変換素子と入射光との関係を示す模式的な断面図である。図７は第１の実施形態に係る光電変換素子のレンズ状の凸部に歪みが発生した状態における光の入射角度の調整方法を示す模式的な断面図である。図８は図２のＢ－Ｂ’断面における製造プロセスを示す模式的な断面図である。図９は第１の実施形態に係る光電変換素子の裏面における製造プロセスを示す模式的な平面図である。図１０は第１の実施形態の他の実施例に係る光電変換素子の裏面における製造プロセスを示す模式的な平面図である。図１１は第１の実施形態の他の実施例に係る光電変換素子の裏面における製造プロセスを示す模式的な平面図である。図１２は第１の実施形態の他の実施例に係る光電変換素子の裏面における製造プロセスを示す模式的な平面図である。図１３は図２のＢ－Ｂ’断面における製造プロセスを示す模式的な断面図である。図１４は図２のＢ－Ｂ’断面における製造プロセスを示す模式的な断面図である。図１５は図２のＢ－Ｂ’断面における製造プロセスを示す模式的な断面図である。図１６は図２のＢ－Ｂ’断面における製造プロセスを示す模式的な断面図である。図１７は第１の実施形態に係る光電変換素子の裏面における製造プロセスを示す模式的な平面図である。図１８は図２のＢ－Ｂ’断面における製造プロセスを示す模式的な断面図である。図１９は第１の実施形態に係る光電変換素子における基板の第１の主面にアレイ状にレンズ状の凸部が形成された例を示す模式的な平面図である。図２０は第１の実施形態に係る光電変換素子における基板の第１の主面にアレイ状にレンズ状の凸部が形成された例を示す模式的な平面図である。図２１は第１の実施形態に係る光電変換素子における基板の第１の主面にアレイ状にレンズ状の凸部が形成された例を示す模式的な平面図である。図２２は第１の実施形態の他の実施例に係る光電変換素子の模式的な断面図である。図２３は第１の実施形態の他の実施例に係る光電変換素子における基板の第１の主面を示す模式的な平面図である。

本開示の第１の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態に係る光電変換素子１０が搭載された光サブアセンブリ１００の模式的な断面図である。なお、図１に示す例においては、光電変換素子１０が、光吸収層を有する受光素子である例を示すが、本開示は、それに限定されず、光電変換素子１０が、活性層を有する発光素子や吸収層を有する変調器（例えば電界吸収型変調器）であってもよい。

図１に示す例においては、光サブアセンブリ１００は、ＲＯＳＡ（Receiver Optical Subassembly）である。光サブアセンブリ１００は、光電変換素子１０と、光学素子である集光レンズ１１及びコリメートレンズ１２と、光ファイバ１３と、パッケージ２０と、を含む。パッケージ２０は、光電変換素子１０と、集光レンズ１１、及びコリメートレンズ１２を内部に収容する。光ファイバ１３は、パッケージ２０の外部から内部へ貫通して設けられ、信号光をパッケージ２０の内部に導く。コリメートレンズ１２は、光ファイバ１３から出射された信号光を平行光に変換する。集光レンズ１１は、平行光を光電変換素子１０に集光する。なお、以下で説明する本開示の効果を得るための光サブアセンブリ１００の構造は、本実施形態に示す構造に限定されない。光サブアセンブリ１００のパッケージ２０は円筒形のＣＡＮ型であっても構わないし、光ファイバ１３を備えていない構造であっても構わない。

図２は、本開示の第１の実施形態に係る光電変換素子１０の表面を示す模式的な平面図である。図３は、本開示の第１の実施形態に係る光電変換素子１０の裏面を示す模式的な平面図である。図４は、図２のＡ－Ａ’断面を示す模式的な断面図である。図５は、図２のＢ－Ｂ’断面を示す模式的な断面図である。

図３、４、５に示すように、本実施形態に係る光電変換素子１０は、基板１０７を有している。基板１０７の裏面（第１の主面）は、レンズ状の凸部１０５を有しており、このレンズ状の凸部１０５に、図１に示した集光レンズ１１からの光が入射する。更に、図３、５に示すように、基板１０７の裏面（第１の主面）は、レンズ状の凸部１０５を囲う円環状の凹部１１５を有する。

図４に示すように、基板１０７の表面（第２の主面）側には、基板１０７の表面（第２の主面）側に直交する方向から見て、レンズ状の凸部１０５と重畳するよう配置された光電変換機能を有する半導体多層１１０が配置されている。本実施形態においては、光電変換素子１０が受光素子である例を示すため、半導体多層１１０には光電変換層としての光吸収層１１７が含まれている。このように、光電変換層としての光吸収層１１７は、凸部１０５を通過する光の光路上に位置している。

図３に示すように、基板１０７は、裏面（第１の主面）側において、円環状の凹部１１５の外周側に配置されたパターン１０６を含む。パターン１０６は、第１の方向、及び第１の方向に交差する第２の方向から、レンズ状の凸部１０５を挟むよう配置されている。なお、第１の方向と第２の方向とは交差していればよく、必ずしも直交している必要は無い。

このような構成とすることにより、レンズ状の凸部の歪方向を検知することが可能となる。即ち、レンズ状の凸部１０５を形成するための、薬液を用いたウェットエッチング工程では、ビーカー内において薬液の流れが発生することにより、レンズ状の凸部１０５の中央に対して非対称な歪みが発生し、レンズ状の凸部１０５の位置が、所望の位置からずれてしまう可能性がある。このようなレンズ状の凸部１０５の歪みは、目視では判断することが困難であった。しかし、上述したように、基板１０７の裏面（第１の主面）側において、レンズ状の凸部１０５を２方向から挟むよう配置されたパターン１０６を設ける構成とすることにより、ウェットエッチング工程後のパターン１０６の形状や、パターン１０６と円環状の凹部１１５との距離などを観測することにより、レンズ状の凸部１０５に発生した歪み方向を検知することができる。

その結果として、レンズ状の凸部１０５に発生した歪方向に応じて、光サブアセンブリ１００内での光入射条件を調整することが可能となる。例えば、図６に示す例においては、第１の方向に歪が発生しており、レンズ状の凸部１０５の中心位置が第１の方向にずれて形成されている。このような場合、レンズ状の凸部１０５に対して垂直に入射した光は、半導体多層１１０の中心からずれた位置に入射されることとなる。これに対して、上述したように、ウェットエッチング工程後のパターン１０６の形状や、パターン１０６と円環状の凹部１１５との距離などを観測することにより、レンズ状の凸部１０５に発生した歪方向を検知しておくことにより、図７に示すように、レンズ状の凸部１０５に対する光の入射角度を調整することが可能となり、例えば、半導体多層１１０の中心位置（特に光吸収層１１７の中心位置）に入射させることが可能となる。なお、上述した例においては、半導体多層１１０の中心位置に光が入射するよう入射角度を調整する例を示したが、本願発明はこれに限定されず、レンズ状の凸部１０５に発生した歪方向を検知することにより、光を所望の位置に入射させるべく、入射角度を調整する全ての例において有効である。例えば、半導体多層１１０の上面側に設けられた、金属膜からなる反射部１０４の中心位置に光が入射するよう入射角度を調整してもよい。

なお、上述の実施例のように、光電変換素子１０が裏面受光型フォトダイオードである場合は、半導体多層１１０とレンズ状の凸部１０５とが、互いに基板１０７における逆側の主面に形成される。このような構成においては、半導体多層１１０の位置とレンズ状の凸部１０５の位置とを直接比較することが困難であるが、上述したパターン１０６を設けることにより、レンズ状の凸部１０５の位置と半導体多層１１０の位置とのずれを検知することができる。その結果として、光電変換素子１０が搭載されたＲＯＳＡとしての受光効率を向上させることができる。

なお、光電変換素子１０の受光感度を光の入射位置毎にマッピングしたデータを取得することにより、光電変換素子１０の実装条件を調整する方法もあるが、本開示の構成によれば、レンズ状の凸部１０５の形状測定や寸法測定等を実施する必要が無いため、より短時間にレンズ状の凸部１０５に発生した歪方向を検知することができる。

以下、本実施形態に係る光電変換素子１０につき、より具体的な構成と、その製造方法について説明する。

図４に示すように、本実施形態に係る光電変換素子１０は、例えばＦｅがドープされた半絶縁性のＩｎＰからなる基板１０７の表面（第２の主面）側に、ｎ型コンタクト層１０８、ｎ型バッファ層１０９、光吸収層１１７、ｐ型バッファ層１１１、ｐ型コンタクト層１１２が順に形成されている。ｎ型コンタクト層１０８、ｎ型バッファ層１０９、光吸収層１１７、ｐ型バッファ層１１１、ｐ型コンタクト層１１２が、半導体多層１１０を構成している。ｎ型コンタクト層１０８、ｎ型バッファ層１０９、光吸収層１１７、ｐ型バッファ層１１１、ｐ型コンタクト層１１２は、例えば、分子線エピタキシー法を用いて形成することが可能である。半導体多層１１０は、基板１０７の表面（第２の主面）に直交する方向から見て、レンズ状の凸部１０５を形成する第１の領域と重畳する位置に形成する。即ち、光電変換層である光吸収層１１７は、凸部１０５を通過する光の光路上に位置するよう形成される。なお、図４に示す例においては、光吸収層１１７は、アンドープ吸収層である。

ｐ型コンタクト層１１２を形成した後、基板１０７、ｎ型コンタクト層１０８、ｎ型バッファ層１０９、光吸収層１１７、ｐ型バッファ層１１１、ｐ型コンタクト層１１２の露出する表面に、絶縁性のパッシベーション膜１１４を製膜する。その後、ｐ型コンタクト層１１２上のパッシベーション膜１１４を部分的にドライエッチングで除去することにより、スルーホール１１４Ａを形成する。また、ｎ型コンタクト層１０８上のパッシベーション膜１１４を部分的にドライエッチングで除去することにより、スルーホール１１４Ｂを形成する。

その後、図２、４に示すように、ｎ型コンタクト電極１０２及びｐ型コンタクト電極１０３を形成する。ｎ型コンタクト電極１０２は、スルーホール１１４Ｂを介して、ｎ型コンタクト層１０８に電気的に接続されており、ｐ型コンタクト電極１０３は、スルーホール１１４Ａを介して、ｐ型コンタクト層１１２に電気的に接続されている。ｎ型コンタクト電極１０２及びｐ型コンタクト電極１０３は、例えば、金等の金属を蒸着することにより製膜することができる。

なお、ｐ型コンタクト層１１２上に形成されたｐ型コンタクト電極１０３は、反射部１０４としての機能を有する。反射部１０４は、基板１０７の裏面（第１の主面）側から入射した光の内、半導体多層１１０に透過された光を反射し、再度、光吸収層１１７に入射させる役割を果たす。

図８は、図２のＢ－Ｂ’断面における製造プロセスを示す模式的な断面図である。図８においては、基板１０７の裏面（第１の主面）を上に、基板１０７の表面（第２の主面）を下に表示している。図８に示すように、基板１０７の裏面（第１の主面）側において、パターン１０６を形成する。

本実施形態においては、パターン１０６をドライエッチングにより形成する。またパターン１０６の深さが、後述する円環状の凹部１１５の深さよりも浅くなるよう形成する。なお、パターン１０６として、例えば金属膜を基板１０７の裏面（第１の主面）側に蒸着して形成する構成としてもよい。ただし、パターン１０６を、円環状の凹部１１５の深さよりも浅い深さを有する溝として、ドライエッチングにより形成することにより、高い位置精度でパターン１０６を所望の領域に形成することができ望ましい。即ち、蒸着による金属膜の形成と比較して、ドライエッチングによる溝の形成の方が、高い位置精度を得ることができる。更に、パターン１０６の深さを、凹部１１５の深さよりも浅くすることにより、エッチング時における位置ずれの発生を抑制することができる。また、パターン１０６に細かい形状を持たせることが可能となる。

パターン１０６は、例えば図９に示すように、第１の方向、及び前記第１の方向に交差する第２の方向から、レンズ状の凸部１０５が形成される第１の領域１０５Ａを挟むよう形成される。図９に示す例においては、パターン１０６が、第１の方向に配列された複数の部分と、第２の方向に配列された複数の部分と、を含む。第１の方向に配列された複数の部分が、第１の方向において、第１の領域１０５Ａを挟み、第２の方向に配列された複数の部分が、第２の方向において、第１の領域１０５Ａを挟むよう配置されている。

なお、パターン１０６は、図９に示した例に限定されず、第１の方向、及び前記第１の方向に交差する第２の方向から、第１の領域１０５Ａを挟むよう配置される構成であれば構わない。例えば、図１０に示すように、円環状のパターン１０６は、互いに交差する第１の方向、第２の方向を含む、全ての方向から、第１の領域１０５Ａを挟むよう配置されている。また、図１１に示すように円弧状のパターン１０６が、第１の方向、及び第２の方向から、第１の領域１０５Ａを挟むよう配置される構成としてもよい。また、図１２に示すように、三角形等の多角形のパターン１０６が、第１の方向、及び第２の方向から、第１の領域１０５Ａを挟むよう配置される構成としてもよい。

また、図９、１０、１１、１２に示す例においては、パターン１０６が、第１の領域１０５Ａの一部を中心とする同心円状に形成される構成としている。即ち、第１の領域１０５Ａがレンズ状の凸部１０５に加工された後においては、パターン１０６が、レンズ状の凸部の一部を中心とする同心円状に形成されていることになる。

次に、図１３に示すように、パターン１０６の少なくとも一部と、第１の領域１０５Ａと、を保護するマスク１２１を形成した後に、例えばドライエッチングにより、図１４に示すように、円環状の凹部１１５を形成する。円環状の凹部１１５は、第１の領域１０５Ａとパターン１０６との間において、第１の領域１０５Ａを囲うよう形成される。

その後、図１５に示すように、第１の領域１０５Ａ上に設けたマスク１２１を除去し、ウェットエッチングにより第１の領域１０５Ａをレンズ状の凸部１０５に加工する。この時、パターン１０６上に形成されたマスク１２１は除去せずに残しておくため、パターン１０６は、その上方からウェットエッチングされることは無い。しかし、薬液の流れに従って、円環状の凹部１１５の外周側がサイドエッチされ、パターン１０６の一部が消失する可能性がある。図１５に示す例においては、ウェットエッチング工程において、レンズ状の凸部１０５の中央に対して非対称な歪みが発生しており、レンズ状の凸部１０５の位置が第１の領域１０５Ａから第１の方向にずれている。

そのため、図１６、１７に示すように、パターン１０６を保護するよう設けていたマスク１２１を除去すると、レンズ状の凸部１０５に対して第１の方向に配置されたパターン１０６の一部が消失していることがわかる。即ち、第１の方向における一方側においては、４つの溝があるのに対し、第１の方向における他方側においては、３つしか溝が残っておらず、１つの溝が消失してしまっている。そのため、このパターン１０６の形状を観測することにより、レンズ状の凸部１０５に発生した歪み方向を検知することができる。

その結果として、光サブアセンブリ１００に光電変換素子１０を組み込む際に、レンズ状の凸部１０５に発生した歪み方向に応じて、光電変換素子１０に入射させる光軸を調整することができる。

更に、本実施形態においては、パターン１０６が、第１の方向、及び第２の方向に複数の部分が配列される形状を有しているため、歪方向のみならず、歪量をも検知することが可能となる。例えば、図１６、１７に示す例においては、消失した溝の数を目視で数えることにより、歪量を検知することが可能となる。

その結果として、光サブアセンブリ１００に光電変換素子１０を組み込む前に、複数の光電変換素子１０の中から良品の選別することができ、光サブアセンブリ１００の歩留まりを向上させることができる。また、光サブアセンブリ１００に光電変換素子１０を組み込む際に、レンズ状の凸部１０５に発生した歪み量に応じて、光電変換素子１０に入射させる光軸の調整角度を増減させることができる。

なお、上述したウェットエッチングにより、第１の領域１０５Ａをレンズ状の凸部１０５に加工する際に、円環状の凹部１１５がサイドエッチングにより外周側に広げられる。図１７に示す例においては、パターン１０６が、円環状の凹部１１５に対して第１の方向に離間して配置された第１の部分１１６Ａと、凹部１１５と第１の部分１１６Ａとの間において、第１の部分１１６Ａと離間して配置された第２の部分１１６Ｂとを有する。そして、円環状の凹部１１５がサイドエッチングにより外周側に広げられたことによって、第１の部分１１６Ａと第２の部分１１６Ｂとの距離ｄ２よりも、第２の部分１１６Ｂと凹部１１５との距離ｄ１が、小さい構成となっている。

その後、図１８に示すように、低反射膜１１３をスパッタにより、基板１０７の裏面（第１の主面）側に形成して、ウエハプロセスを完了する。

ウエハをダイシングにより個片化した後に、レンズ状の凸部１０５が形成された基板１０７の裏面（第１の主面）の外観検査を実施する。この時、パターン１０６の形状を観測することにより、レンズ状の凸部１０５に発生した歪み方向を検知する。また、消失した溝の数を目視で数えることにより、歪量を検知する。歪量の大きいものについては、不良品として排除し、歪量の小さいものは、良品として選別する。そして、検知された歪み方向と歪み量に応じて、光サブアセンブリ１００内における光電変換素子１０への光入射条件を調整する。外観検査は人による顕微鏡などを用いた目視でも構わないが、量産時においては機械にて検査することがコスト面で望ましい。外観検査は一般的にカメラで行われるが、レンズ上の凸部１０５の位置や形状を正確に認識するためには単なるカメラではなく、レーザ照射（の反射光）による高精度なカメラが必要となり、検査時間の増大を招く恐れがある。しかし本実施形態に寄ればパターン１０６と凹部１１５の縁の位置を見れば十分に歪方向を認識することが可能であり、単なるカメラを用いて短時間で検査が可能となる。

なお、光サブアセンブリ１００は更なる小型化が求められており、高密度な実装技術が必要とされてきている。そして、光学系部品のアレイ化を行うことで実装面積の縮小化を図ることが望まれている。図１９、２０、２１は、基板１０７の裏面（第１の主面）に、アレイ状にレンズ状の凸部１０５が形成された構成を示す模式的な平面図である。即ち、基板１０７の裏面（第１の主面）において複数のレンズ状の凸部１０５が配置される構成としている。

図１９、２０、２１に示す例においては、基板１０７の裏面（第１の主面）において、上述したレンズ状の凸部１０５と第２の方向に隣り合う位置に、レンズ状の第２の凸部１０５Ｂが配置され、この第２の凸部１０５Ｂを囲う円環状の第２の凹部１１５Ｂが配置される構成としている。

更に、図１９に示す例においては、基板１０７の裏面（第１の主面）側における第２の凹部１１５Ｂの外周側に配置され、且つ第３の方向、及び第３の方向に交差する第４の方向から第２の凸部１０５Ｂを挟むよう配置された第２のパターン１０６Ｂを更に含む構成としている。なお、図１９に示す例においては、第１の方向と第３の方向が同じであり、第２の方向と第４の方向とが同じ構成を示したが、図２０に示すように、第１の方向と第３の方向とが異なり、第２の方向と第４の方向とが異なる構成であってもよい。

なお、図２１に示す例においては、基板１０７の裏面（第１の主面）側における第２の凹部１１５Ｂの外周側において、上述した第２のパターン１０６Ｂを設けない構成を示している。上述したとおり、レンズ状の凸部１０５に発生する歪みは、ウェットエッチング工程におけるビーカー内の薬液の流れによって発生する。この薬液の流れは、限られた範囲内では略同じ方向となるため、例えば隣接して配置された凸部１０５と第２の凸部１０５Ｂとは、略同じ方向の歪みを有する。そのため、第２のパターン１０６Ｂを設けずとも、凸部１０５を２方向から挟むよう配置されたパターン１０６のみを観測することで、凸部１０５と第２の凸部１０５Ｂとに発生している歪み方向を検知することができる。そのため、例えば、番地毎やバー毎のような単位で、その中に含まれる一つのレンズ状の凸部１０５を２方向から挟むよう配置されたパターン１０６を形成する構成としてもよい。

なお、上述した例においては、光電変換素子１０が、光吸収層１１７を有する受光素子である例を示したが、本開示は、それに限定されず、光電変換素子１０が、活性層を有する発光素子であってもよい。例えば、光電変換素子１０が、図２２に示すような、水平共振器面発光レーザであってもよい。

図２２は、光の進行方向に平行な面での断面図である。基板１０７は、例えばｎ型ＩｎＰ基板である。基板１０７の表面（第２の主面）側には、半導体多層１１０に含まれる、光電変換層としての活性層１１８が設けられている。活性層１１８は、例えば、ｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層、ＩｎＧａＡｌＡｓ歪多重量子井戸層、ｐ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層の積層構造からなっている。活性層１１８の上方には、例えばＩｎＧａＡｓＰ系材料からなる回折格子１２３を配置している。なお、量子井戸層を挟んで設けられた光閉じ込め層は、量子井戸層の光閉じ込めを強化するための層である。光導波機能はコア領域を、これより屈折率の低いｐ型、ｎ型クラッド層で挟み込むことによって生じるものであり、クラッド層、量子井戸層、クラッド層の積層構造により光導波機能が実現される。

回折格子１２３の上方には、例えばｐ型ＩｎＰからなるｐ型クラッド層１２４を配置しており、その更に上方には、ｐ型電極１２５を配置している。なお、基板１０７とｎ型ＩｎＧａＡｌＡｓ光閉じ込め層との間にｎ型クラッド層を配置しても良い。以上のように、水平共振器面発光レーザは、例えばｎ型ＩｎＰからなる基板１０７の第２の主面側に、図示しないｎ型クラッド、活性層１１８、回折格子層１２３、そしてｐ型クラッド層１２４を含む半導体多層１１０が形成されている。

そして、基板１０７の裏面（第１の主面）には、レンズ状の凸部１０５、及びレンズ状の凸部１０５を囲う円環状の凹部１１５を形成している。レンズ状の凸部１０５の形成方法は、上述したとおりである。

光は、基板１０７の裏面（第１の主面）に設けられたｎ型電極１２２と、基板１０７の表面（第２の主面）のｐ型電極１２５から、活性層１１８に電流が注入されて発生する。発生した光は、Ｚ方向については、ｐ型クラッド層１２４、活性層１１８、基板１０７からなる光閉じ込め構造により閉じ込められる。また、Ｙ方向については、活性層１１８をＹ方向から挟むよう二つの半絶縁ＩｎＰ層を配置することにより、発生した光が閉じ込められる。こうしてＹ方向およびＺ方向に閉じ込められた光は、Ｘ方向に伝播する。この光の伝播するＸ方向には屈折率が周期的に変化する回折格子１２３が形成されている。光がこの回折格子１２３で帰還されて単一波長のレーザ発振が起こる。こうして発生したレーザ光は、導波路の一端を４５°の角度にエッチング加工することにより形成された反射鏡１２６で全反射され、基板１０７の裏面（第１の主面）方向に導かれる。基板１０７の裏面（第１の主面）における、反射鏡１２６に対向する部分には上述したレンズ状の凸部１０５が形成されており、レーザ光は当該凸部１０５から出射される。即ち、光電変換層である活性層１１８は、凸部１０５を通過する光の光路上に位置している。また、反射鏡１２６は第１の主面に直交する方向（図２２のＺ方向）から見てレンズ状凸部と重畳している。

ここで、基板１０７の裏面（第１の主面）には、図２３に示すように、円環状の凹部１１５の外周側に配置され、第１の方向、及び前記第１の方向に交差する第２の方向から、凸部１０５を挟むようパターン１０６を配置する構成としている。このように、基板１０７の裏面（第１の主面）側において、レンズ状の凸部１０５を、互いに交差する２方向から挟むよう配置されたパターン１０６を設ける構成とすることにより、ウェットエッチング工程後のパターン１０６の形状や、パターン１０６と円環状の凹部１１５との距離などを観測することにより、レンズ状の凸部１０５に発生した歪み方向を検知することができる。

１０光電変換素子、１１集光レンズ、１２コリメートレンズ、１３光ファイバ、２０パッケージ、１００光サブアセンブリ、１０２ｎ型コンタクト電極、１０３ｐ型コンタクト電極、１０４反射部、１０５凸部、１０５Ａ第１の領域、１０５Ｂ第２の凸部、１０６Ｂ第２のパターン、１１５Ｂ第２の凹部、１０６パターン、１０７基板、１０８ｎ型コンタクト層、１０９ｎ型バッファ層、１１０半導体多層、１１１ｐ型バッファ層、１１２ｐ型コンタクト層、１１３低反射膜、１１４パッシベーション膜、１１４Ａスルーホール、１１４Ｂスルーホール、１１５凹部、１１６Ａ第１の部分、１１６Ｂ第２の部分、１１７光吸収層、１１８活性層、１２１マスク、１２２ｎ型電極、１２３回折格子、１２４ｐ型クラッド層、１２５ｐ型電極、１２６反射鏡。

Claims

第１の主面に、レンズ状の凸部と、前記凸部を囲う円環状の凹部と、を有する基板と、
前記基板の第２の主面側において、前記凸部を通過する光の光路上に位置する光電変換層と、
前記第１の主面における前記凹部の外周側に配置され、且つ第１の方向、及び前記第１の方向に交差する第２の方向から前記凸部を挟むよう配置された複数のパターンと、を含み、
前記複数のパターンのうち、前記凸部を前記第１の方向から挟み込むように配置された２つのパターンは、互いに異なる形状であり、
前記異なる形状は、前記凸部が形成される第１の領域を中心として位置及び形状が対称となるように形成された前記２つのパターンの一部が、前記凸部を形成するウェットエッチングにより消失した結果として形成され、
前記２つのパターンの前記異なる形状を観測することで、前記凸部の歪み方向を検知することができる、
光電変換素子。
請求項１に記載の光電変換素子であって、
前記複数のパターンは、第１のパターンを含み、
前記第１のパターンは、
前記凹部に対して前記第１の方向に離間して配置された第１の部分と、
前記凹部と前記第１の部分との間において、前記第１の部分と離間して配置された第２の部分と、を含み、
前記第２の部分と前記凹部との距離が、前記第１の部分と前記第２の部分との距離よりも小さい、
光電変換素子。
請求項１又は２に記載の光電変換素子であって、
前記複数のパターンは、前記第１の主面に設けられた溝を含み、
前記溝の深さが、前記凹部の深さよりも浅い、
光電変換素子。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光電変換素子であって、
前記複数のパターンは、前記凸部の一部を中心とする同心円状に配置された、
光電変換素子。
請求項１乃至４のいずれかに記載の光電変換素子であって、
前記基板が、前記第１の主面に、レンズ状の第２の凸部と、前記第２の凸部を囲う円環状の第２の凹部と、を更に有する、
光電変換素子。
請求項５に記載の光電変換素子であって、
前記第１の主面における前記第２の凹部の外周側に配置され、且つ第３の方向、及び前記第３の方向に交差する第４の方向から前記第２の凸部を挟むよう配置された第２のパターンを更に含む、
光電変換素子。
請求項１乃至６のいずれかに記載の光電変換素子と、
前記光電変換素子を内部に収容するパッケージと、
前記パッケージ内に収容され、前記光電変換素子に光を入射させる光学素子と、を含む、
光サブアセンブリ。
基板の第１の主面における第１の領域にレンズ状の凸部を形成する光電変換素子の製造方法であって、
前記基板の第２の主面側において、前記凸部を通過する光の光路上に位置する光電変換層を形成し、
前記第１の主面において、第１の方向、及び前記第１の方向に交差する第２の方向から前記第１の領域を挟むように複数のパターンを形成し、
前記複数のパターンのそれぞれの少なくとも一部と、前記第１の領域と、を保護するマスクを形成し、
前記マスクを形成した後に、前記第１の領域と前記複数のパターンとの間に、前記第１の領域を囲う円環状の凹部を形成し、
前記凹部を形成した後に、前記第１の領域を保護するように設けたマスクを除去し、
前記マスクを除去した後に、ウェットエッチングにより前記第１の領域をレンズ状の凸部に加工し、
前記ウェットエッチングにより前記第１の領域を前記凸部に加工する際に、前記凹部がサイドエッチングにより外周側に広げられ、
前記複数のパターンのうち、前記凸部を前記第１の方向から挟み込むように、かつ、前記第１の領域を中心として位置及び形状が対称となるように配置された２つのパターンは、前記サイドエッチングにより互いに異なる形状にされ、
前記２つのパターンの前記異なる形状を観測することで、前記凸部の歪み方向を検知する、
光電変換素子の製造方法。
請求項８に記載の光電変換素子の製造方法であって、
前記複数のパターンを形成する際に、第１の部分と、前記第１の部分と離間して配置された第２の部分と、を形成し、
前記凹部が形成された後に、前記第２の部分は、前記凹部と前記第１の部分との間に位置し、
前記サイドエッチングにより、前記第２の部分と前記凹部との距離が、前記第１の部分と前記第２の部分との距離よりも小さくなる、
光電変換素子の製造方法。
請求項８又は９に記載の光電変換素子の製造方法であって、
前記複数のパターンを、前記第１の主面をドライエッチングすることにより形成し、
前記凹部を形成する際に、前記複数のパターンの深さよりも、前記凹部の深さを深くする、
光電変換素子の製造方法。
請求項８乃至１０のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法であって、
前記複数のパターンを、前記第１の領域の一部を中心とする同心円状に形成する、
光電変換素子の製造方法。