JP2001517866A - 多波長半導体レーザアレイ装置（チップ）を製造および実装する技術、ならびにシステムアーキテクチャにおけるその応用 - Google Patents

多波長半導体レーザアレイ装置（チップ）を製造および実装する技術、ならびにシステムアーキテクチャにおけるその応用

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grating
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モハマド エイ． マゼド，
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クアンタム デバイシーズ， インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 急激な四分の一波長シフト（または徐々に変化するより微細な位相シフト）を伴ってまたは伴わずに、ウエハ／基板上に同時に単一または多数のサブミクロンピッチの直線グレーティングおよびカーブグレーティングを作製するために用いることができる位相マスクである。この位相マスクは、石英基板上の市販で入手可能なπ位相シフト材料上への直線およびカーブグレーティングの必要とされるサブミクロンピッチの２倍のピッチでの直接書き込み電子またはイオンビームリソグラフィと、π位相シフト材料のウェットまたはドライエッチングとを用いて作製される。この位相マスクは、多波長レーザダイオードチップの作製に関して用いることができる。レーザダイオードは、リッジの両側に金属ショルダを有するリッジ構造を有する。異なる波長のレーザを有するレーザダイオードチップは、高い信号対雑音比および低クロストークを可能にする新規なマイクロ波基板にボンディングされ、インタフェースされる。この基板は、ＷＤＭの応用の場合、低損失の起伏のあるハウジングに実装される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連技術の相互参照） 本願は、以下の米国仮出願の優先権を主張し、本明細書において、以下の米国
仮出願の開示全体を、あらゆる目的のために参考として援用する。
【０００２】 「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＡＮＤ ＰＡＣ
ＫＡＧＩＮＧ ＭＵＬＴＩ−ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯ
Ｒ ＬＡＳＥＲ ＡＲＲＡＹ ＤＥＶＩＣＥＳ （ＣＨＩＰＳ） ＡＮＤ ＴＨ
ＥＩＲ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮ ＳＹＳＴＥＭ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ
ＵＲＥＳ」と題された、１９９７年９月２２日出願の、Ｍｏｈａｍｍａｄ Ａ．
Ｍａｚｅｄの出願番号第６０／０５９，４４６号（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋ
ｅｔ Ｎｏ．１８５７９−１）、および 「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＦＯＲ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ ＡＮＤ ＰＡＣ
ＫＡＧＩＮＧ ＭＵＬＴＩ−ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯ
Ｒ ＬＡＳＥＲ ＡＲＲＡＹ ＤＥＶＩＣＥＳ （ＣＨＩＰＳ） ＡＮＤ ＴＨ
ＥＩＲ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＩＮ ＳＹＳＴＥＭ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴ
ＵＲＥＳ」と題された、１９９７年１０月２８日出願の、Ｍｏｈａｍｍａｄ Ａ
．Ｍａｚｅｄの出願番号第６０／０６３，５６０号（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃ
ｋｅｔ Ｎｏ．１８５７９−１−１）。
【０００３】 （発明の背景） 本願は概して、光通信に関し、具体的には、多波長分布帰還型（ＤＦＢ）半導
体レーザ（レーザダイオード）アレイを製造および実装する技術に関する。本明
細書で引用されるすべての特許文献およびその他の刊行物の全体を、本明細書に
おいて、あらゆる目的のために参考として援用する。
【０００４】 通信（電話および計算）技術の急速な進歩により、世界中の至る所で、人々が
音声、ビデオ、およびデータを介してつながる方法が根本的に変化している。こ
れらの技術は、応用で大きく変わり得るが、すべての技術は共通の要求を共有し
ている。即ち、１０Ｍｂｉｔ／ｓｅｃから１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃおよびそれを
越えるますます速い速度およびますます多くのバンド幅への絶えず増大している
要求である。バンド幅増加の要求は、無線伝送網およびファイバオプティック伝
送網の両方において等しく切実である。
【０００５】 無線技術は、配線を全く使用せずに通信する自由を与えるが、無線技術は、現
在のところ、低バンド幅の応用から中バンド幅の応用だけに制限され得る。高バ
ンド幅の応用（１０Ｇｂｉｔ／ｓを越える）の場合、現時点では、有線ファイバ
オプティック技術が、唯一のコスト効率のよい解決策であるように思われる。１
００年を越える期間にわたって、標準の銅ケーブルが遠隔通信に用いられてきた
が、ファイバオプティック（円筒形のガラス導管）は、音声、ビデオ、およびデ
ータを、標準の銅ケーブルの１００倍の速さで伝送することができる。残念なこ
とに、今現在、光−電子およびその逆の変換方法の制限のため、ファイバオプテ
ィック技術の能力のほんのわずかな部分しか実現されていない。
【０００６】 エルビウムドープト光ファイバ増幅器の発明により、ネットワークにおける光
−電子変換の必要は、最小限にされる。従って、光学フォーマットの信号を維持
し、そして波長分割マルチプレクス／デマルチプレクス技術（ＷＤＭ／ＷＤＤＭ
、または、単にＷＤＭと呼ばれることもある）を用いることにより、即ち、同じ
光ファイバを介して多数の異なる波長（別個の異なる波長で中ビットレート）を
用いることにより、大きな総ビットレートを達成することができる。
【０００７】 多くの波長にわたる均一な増幅を可能にするため、４０を上回る波長を伝送す
ることが可能である（１００ＧＨｚまたは０．８ｎｍの波長間隔であり、各波長
が２．５Ｇｂｉｔ／ｓ〜１０Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートで動作すると仮定する
）。今日製造されているＷＤＭシステムは、個別の特定波長向け構成要素（送信
器／マルチプレクサおよびフィルタ／デマルチプレクサ）を使用する。
【０００８】 現在の波長が正規化された平均的なＷＤＭシステムの波長あたりの価格は、超
長距離（約６００ｋｍ）遠隔通信の応用では＄６０，０００のオーダであり、短
距離（約６０ｋｍ）遠隔通信の応用では、＄２５，０００のオーダである。ＷＤ
Ｍ構成要素の価格が低下し、ＷＤＭ技術の展開コストが経済的になると、大都市
、地方電話、家庭へのファイバ、およびデータ通信の市場において、ＷＤＭ技術
を展開することが可能になる。
【０００９】 直線およびカーブグレーティングは、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、分布型ブ
ラッグリフレクタ（ＤＢＲ）レーザ、カーブグレーティングを有する不安定共振
器レーザ、垂直に集束するレーザ、およびフィルタ、などの多くの高度な能動お
よび受動光電子装置の主要な要素である。これらの高度な装置は、電話および計
算用のファイバオプティック通信システムにおいて重要な役割を果たす。
【００１０】 必要とされるタイプのグレーティングを製造する公知の技術は多数あるが、こ
れらの技術は、典型的には、多数の不利な点を特徴とする。例えば、直接書き込
み電子ビームリソグラフィは、ファインピッチ制御と、四分の一波長またはそれ
よりも微細な位相シフトおよび任意の形状のグレーティングを作り出す能力との
利点を有する。しかし、直接書き込み電子ビームリソグラフィは、高い設備費と
、低スループットとを特徴とし、勢いのある電子ビームの衝突のため、ウエハに
潜在的な材料損傷を与える。二値位相マスクを用いるその他のアプローチは、高
スループット、ファインピッチ制御、および、四分の一波長またはそれよりも微
細な位相シフトおよび任意の形状のグレーティングを作り出す能力、という利点
を有する。しかし、これらのアプローチは、複雑な製造手順を特徴とし得、マス
クピッチ（例えば、２００ｎｍ）に相応するグレーティングピッチに制限される
。
【００１１】 （発明の要旨） 本発明は、急激な四分の一波長シフト（または徐々に変化するより微細な位相
シフト）を伴ってまたは伴わずに、ウエハ／基板上に同時に単一または多数のサ
ブミクロンピッチ（連続的に変化するピッチを含む）の直線グレーティングおよ
びカーブグレーティングを作製するために用いることができる位相マスクを製造
するロバストプロセスを提供する。これは、多波長レーザダイオードアレイ（レ
ーザチップ）の実用的な商業用の製造を可能にする。本発明はまた、耐久性およ
び信頼性のあるレーザチップを製造し、これらのレーザチップを効率的に実装し
、そしてこれらのレーザチップをレーザドライバチップにインタフェースする技
術を提供する。レーザチップは、標準の半導体プロセスを用いて作製することが
できるが、本発明の実施形態は、そのようなプロセスの幾つかをさらに強化して
、高い製造可能性およびレーザチップ信頼性を提供する。
【００１２】 本発明は、石英基板上の市販で入手可能なπ位相シフト材料上の（位相シフト
領域を有するまたは有していない）直線およびカーブグレーティングの必要とさ
れるサブミクロンピッチの２倍のピッチでの直接書き込み電子またはイオンビー
ムリソグラフィと、π位相シフト材料のウェットまたはドライエッチングとを使
用する。π位相シフト材料のウェットまたはドライエッチングは、ゼロ次のゼロ
にされたπ位相シフト位相マスク（ｚｅｒｏ−ｏｒｄｅｒ ｎｕｌｌｅｄ π
ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔ ｐｈａｓｅ ｍａｓｋ）を作るために必要な正確なπ
位相シフトを作り出す。別の実施形態では、π位相シフトマスクは、石英基板上
に直接書き込みを行い、そして（伝送および回折された）ゼロ次ビームをキャン
セルするよう非常に正確な深さまで石英基板をエッチングすることにより、作ら
れる。このように、本発明は、２００ｎｍ未満のピッチの直線および／またはカ
ーブグレーティングを電子またはイオンビームリソグラフィで製造する場合の臨
界ピッチ寸法を緩和する。
【００１３】 本発明はまた、レーザの活性領域の両側に金属ショルダを有する改良されたリ
ッジレーザ構造を提供する。これらのショルダは、絶縁層の上に形成されるが、
一方のショルダは、リッジ導波管半導体材料へのコンタクト金属により電気的に
接続される。
【００１４】 本発明はまた、情報を保持する信号を、非常に高い忠実度でレーザチップに結
合する改良された技術を提供する。これは、非常に高い周波数（例えば、１０Ｇ
Ｈｚ）の多数の信号を、干渉（クロストークとして知られている）による低下を
伴わずに伝えることができる回路を設計することにより達成される。本発明のこ
の局面によれば、メタライズされたバイアホール（ｖｉａ ｈｏｌｅ）が、基板
の上の金属構造を、基板の下の裏側接地面に接続する。１つの実施形態では、金
属構造は、基板の上面でＲＦ／ＤＣ伝送線を散在させた接地線である。接地線に
、メタライズされたバイアが貫通する。別の実施形態では、バイアは、ＲＦ／Ｄ
Ｃ伝送線に沿って分布される対で配置されてもよく、各対の一方のバイアは、Ｒ
Ｆ／ＤＣ伝送線の一方側にあり、その対の他方のバイアは、ＲＦ／ＤＣ伝送線の
他方側にある。この場合の金属構造は、ＲＦ／ＤＣ伝送線の上にあり且つ両側の
バイア内に延びる個々のワイヤアーチであってもよい。
【００１５】 本発明の本質および利点のさらなる理解は、図面および明細書の残りの部分を
参照することにより、実現され得る。
【００１６】 （特定の実施形態の説明） １．０ 分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ構造の概要 図１Ａは、本発明の実施形態による多波長分布帰還型（ＤＦＢ）リッジレーザ
ダイオードアレイ１０の概略図である。レーザアレイ１０は、レーザチップと呼
ばれることもある。レーザチップ１０は、単一の基板上に複数のリッジレーザダ
イオード素子を含み、示された特定の実施形態では、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、
および１０ｄとして示される４つのリッジレーザダイオード素子を含む。各リッ
ジレーザダイオード素子は、単にレーザと呼ばれることもあり、異なる波長の光
を放出するように構成される。この波長は、λ1、λ2、λ3、およびλ4として示
される。レーザはそれぞれ、関連するグレーティング１５ａ〜１５ｄを有し、グ
レーティングのそれぞれのピッチが、レーザのそれぞれの波長を決定する。以下
に説明されるように、本発明の技術は、同じ基板上に異なるピッチのグレーティ
ングをエッチングすることを容易にする。レーザの数は、これよりも少なくても
多くてもよい（例えば、図１Ｂに示されるように、８個であってもよい）。
【００１７】 レーザチップ１０は、頂部および底部と呼ばれるものを規定する特定の向きで
示されているが、以下に説明されるように、レーザチップは、好ましくは、熱伝
達を向上するために、逆さにしてからモジュールの基板上に取り付けられる。
【００１８】 特定の実施形態では、レーザ波長は、１５５５ｎｍ付近であり、多くの電流フ
ァイバオプティック通信モジュールおよびシステムが、この波長のために構成さ
れている。波長は、約３．２ｎｍずつ間隔があけられる。この間隔は、約０．５
ｎｍずつ間隔があけられたグレーティングピッチに対応する。例えば、２３８．
５ｎｍ、２３９．０ｎｍ、２３９．５ｎｍ、および２４０．０ｎｍのグレーティ
ングピッチを有するレーザチップの実施形態は、それぞれ１５４８．８２ｎｍ、
１５５２．０２ｎｍ、１５５５．２２ｎｍ、および１５５８．４２ｎｍの波長で
の動作を提供する。０．８ｎｍまたは１．６ｎｍずつ間隔があけられた波長を有
することも可能である。
【００１９】 同じチップ上に異なるピッチのグレーティングを製造する本発明の能力は、言
い換えると、重要な利点、即ち、多波長ＤＦＢレーザチップを提供する能力であ
る。このチップは、応用によって、所与の時間に任意の１つの波長を選択して動
作させてもよく、すべての波長を同時に伝送させて動作させてもよい。単一のチ
ップから多数の波長を同時に伝送する能力は、ＷＤＭシステムのコスト削減を可
能にすることに注目されたい。
【００２０】 さらに、同じチップ上に異なるピッチのグレーティングを製造する本発明の能
力が、個々のレーザダイオードの製造に関する利点も提供することに注目された
い。ウエハに罫書きをしてチップにする前にウエハ上に多数のピッチのグレーテ
ィングを有する能力は、単一のウエハに罫書きをして多波長レーザアレイチップ
または単一レーザチップにすることを可能にし、その結果、同じウエハから、異
なる波長を有するレーザが得られる。
【００２１】 レーザの間での望ましくない光学的、熱的および電気的クロストークは、レー
ザアレイチップ上でレーザを約５００ミクロンずつ物理的に分離し、そして、隣
接するレーザ間に分離トレンチ１７を形成することにより、ある程度まで最小限
に抑えられる。
【００２２】 図１Ｃは、レーザのうちの１つ、例えば、レーザ１０ａを示す拡大図である。
レーザの活性領域２０は、半導体材料のボディ内に形成される。このレーザは、
リッジレーザと呼ばれる。なぜなら、ボディが、活性領域２０の両側にトレンチ
２２および２３を備えて形成され、グレーティング１５ａの上にあるリッジ２５
を規定するからである。トレンチ２２および２３の外側には、金属ショルダ対２
７ａおよび２７ｂが形成される。上側コンタクト金属層３０（ｐ＋コンタクト）
は、リッジの上にあり、下側（裏側）コンタクト金属層３２（ｎ＋コンタクト）
は、チップの底面上に配置される。コンタクト金属３０は、下向きに続き、トレ
ンチ２２を通ってトレンチ２２の外側に延び、ショルダ２７ａの上に延びて、ボ
ンドパッド３５を提供する。この図はまた、レーザの様々な層と、レーザの活性
領域とを概略的に示している。様々な層とは、ｎ＋基板４２、下側クラッド層４
５、活性（量子井戸）層４７、グレーティング層５０、上側クラッド層５２、お
よびｐ＋コンタクト層５５、などである。グレーティングパターンは、グレーテ
ィング層の選択領域にエッチングされ、グレーティングパターンのそれぞれのピ
ッチが、個々のレーザ波長を規定する。グレーティング１５ａは、グレーティン
グ層５０のハッチング部分として示される。
【００２３】 特定の実施形態の代表的な寸法は、以下の詳細な説明のコンテキストを提供す
るために、例示の目的のためだけに与えられている。レーザチップ１０は、長さ
（レーザ共振器長）が約０．５ｍｍで幅が２．０ｍｍであり、そのため、個々の
リッジレーザダイオードは、０．５ｍｍ（５００ミクロン）ずつ間隔があけられ
る。これらはマクロ寸法であるが、示された構造は、ミクロ構造である。例えば
、リッジ２５の幅は、約４ミクロンであり、トレンチ２２および２３の幅は、そ
れぞれ約３０ミクロンであり、ショルダ２７ａおよび２７ｂの幅は、それぞれ約
２０ミクロンである。トレンチ１７の深さは、約１．５ミクロンであり、ショル
ダの厚さは、約２ミクロンである。
【００２４】 チップの様々な層は、実質的にチップの面積全体にわたって延びているが、グ
レーティングパターンは、グレーティング層のわずかな面積にしか形成されず（
例えば、約１０ミクロンの幅）、各レーザの活性領域は、それぞれのリッジの下
にある。グレーティングは、約０．０５ミクロンの深さの特徴を有し、リッジの
約０．４ミクロン下であって、活性層の約０．０５ミクロン上に配置される。活
性層自体の厚さは、約１ミクロンである。
【００２５】 本明細書の以下の章では、レーザアレイ１０において実施される技術の様々な
局面を説明する。具体的には、以下の説明は、位相マスクの製造および使用、位
相マスクを用いたグレーティング作製、多波長動作を支持するために多数のピッ
チのグレーティングを有するレーザチップの製造、チャネル間の分離の提供、な
らびに、モジュールへのレーザチップの実装および組み込み、についての詳細を
含む。
【００２６】 ２．０ グレーティングを作製するための位相マスク ２．１ 位相シフトマスクと二値強度マスクとの比較 位相シフトマスクは、通常、位相マスクと呼ばれ、レーザチップの層５０にグ
レーティングパターンを規定することに関して用いられる。位相マスクは、所望
のグレーティング特徴のピッチの２倍のピッチを有するマスクを製造することが
でき、それにより、それ以外の方法で可能なグレーティングよりも微細なグレー
ティングを可能にするという利点を提供する。このことは、標準の二値強度マス
ク（ＢＩＭ）と位相マスクとの以下の比較を参照すれば最良に理解することがで
きる。以下に説明されるように、本発明は、ゼロ次（ｚｅｒｏ−ｏｒｄｅｒ）ビ
ームがキャンセルする場所で、対称のｍ＝＋１およびｍ＝−１のビームだけが干
渉することを可能にし、空間周波数の倍増を引き起こす正味のπ位相シフト（ス
カラ光学に基づく）の特性を用いる。
【００２７】 図２Ａは、二値強度マスク６０の構造および動作を、位置を合わせた４つのセ
グメントで示す。図の最初のセグメントは、マスク６０を示す。マスク６０は、
石英などの透明基板６２を含み、透明基板６２上には、クロムなどの不透明材料
領域６５が堆積される。不透明材料のパターンは、半導体装置上の層に複製され
るパターンを規定する。このパターンは、ピッチを特徴とするか、あるいは、ピ
ッチと言い換えることができる空間周波数を特徴とする。
【００２８】 図の２番目のセグメントは、マスク６０の電場を、マスク表面に沿った距離の
関数として示すプロットである。図から分かるように、マスク６０の方向に沿っ
た電場は、最大振幅とゼロ振幅との交互の領域を有する。これらの領域はそれぞ
れ、透明領域と不透明領域とに対応する。
【００２９】 ３番目のセグメントは、ウエハ上の電場のプロットである。干渉およびその他
の影響のため、ウエハ上の電場は、正のオフセットを中心にほぼ正弦曲線であり
、マスクパターンの空間周波数に等しい空間周波数で、交互にゼロと最大振幅と
になっている。
【００３０】 ４番目のセグメントは、ウエハ上で結果として得られる強度のプロットである
。ウエハ上の強度は、電場の二乗で得られ、マスク６０上のパターンの空間周波
数と同じ空間周波数を有することが分かる。
【００３１】 図２Ｂは、位相マスク７０の構造および動作を、位置を合わせた対応する４つ
のセグメントで示す。マスク７０は、マスク７０の表面の部分にわたって少なく
とも部分的に透明であるが、マスクを通る光路差を表す交互の部分７２および７
５を含む。これらの交互の部分のピッチは、Λで示される。特定の実施形態では
、位相シフトは、πラジアンである。従って、マスク７０は、π位相シフトマス
クと呼ばれる。マスクの２つの実施形態が、以下に説明される。１つの実施形態
（以下に、７０Ｐで示される）では、マスクは、基板７７を含み、領域７５は、
所定厚の別個の位相シフト材料層によって規定され、１つの実施形態（以下に、
７０Ｑで示される）では、材料は、モノリシック石英である。
【００３２】 図の２番目のセグメントは、マスク７０の光電場を、マスク表面に沿った距離
の関数として示すプロットである。図から分かるように、マスク７０の方向に沿
った電場は、マスクパターンの空間周波数に対応する空間周波数（即ち、Λのピ
ッチ）で、ゼロを中心として交互になっている。
【００３３】 ３番目のセグメントは、ウエハ上の電場のプロットである。干渉およびその他
の影響のため、ウエハ上の電場は、ほぼ正弦曲線であり、同じ空間周波数で、ゼ
ロを中心に振動している。
【００３４】 ４番目のセグメントは、ウエハ上で結果として得られる強度のプロットである
。ウエハ上の強度は、電場の二乗で得られ、電場がゼロを中心に振動しているた
め、強度は、マスク７０上のパターンの空間周波数の２倍の空間周波数（即ち、
Λ／２のピッチ）で周期的になっている。
【００３５】 ２．２ 位相シフト材料を用いた位相マスクの製造 図３Ａ〜図３Ｇは、位相シフト材料を用いて、７０Ｐで示される、ゼロ次のゼ
ロにされたπ位相シフト位相マスクを作製する第１の方法の製造工程を示す。そ
のような位相シフト材料のブランクは、市販で入手可能である。適切な材料は、
ＤｕＰｏｎｔ Ｐｈｏｔｏｍａｓｋｓ Ｉｎｃ．から入手可能な、埋め込み型の
ｉ線／３６５ｎｍの６％透過または９％透過位相シフトブランクである。
【００３６】 図３Ａは、位相マスク７０Ｐの概略上面図である。２インチのウエハとともに
用いられる特定の実施形態において設計されるこのマスクは、ほぼ不透明の周囲
領域１０２と、ウエハ上にグレーティングパターンを露光するための位相マスク
エレメントを含む中央領域１０５とを有する。この場合、一度にウエハの四分の
一しか露光されない。その他の実施形態では、マスクは、ウエハ全体を覆うのに
十分に大きくてもよい。グレーティングパターンを含む領域は、１１０で示され
、グレーティングストライプと呼ばれる。これらの領域は、実線で概略的に示さ
れる。なぜなら、これらの領域は、わずか数ミクロンの幅（特定の実施形態では
１０ミクロン）であるが、中央領域１０５の一方のエッジから他方のエッジまで
延びているからである。また、上記のように、グレーティングは、１／２ｍｍの
中心（５００ミクロン）にある。これは、マスクの部分上に、示されるようなよ
り少ない数でははく、５０のオーダのグレーティングストライプがあることを意
味する。拡大部分に示されるように、各ストライプのグレーティングパターンは
、ストライプの方向に垂直に延びる。特定の実施形態では、グレーティングパタ
ーンは、４つの波長λ1、λ2、λ3、およびλ4に対応する４つの繰り返しの連続
のパターンである。拡大部分はまた、非常に様式化された形で、グレーティング
パターンを、λ／４位相シフト領域などの位相シフト領域を組み込むように作製
することができることを示す。位相シフト領域は、０．５ｍｍの間隔があけられ
るものとして概略的に示され、この間隔は、レーザ共振器長に対応する（以下に
詳細に説明されるように、１つのそのような位相シフト領域は、共振器の中心に
配置される）。
【００３７】 図３Ｂは、石英基板１２０と、その上にある位相シフト材料層１２２とを含む
π位相シフトブランクの断面図である。この図は、図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿っ
たものである（図３Ａが最終位相マスクを示し、図３Ｂが製造の初期段階を示す
ことが理解されるはずである。
【００３８】 図３Ｂは、感光性材料（フォトレジストなど）の層１２５でコーティングされ
ている位相シフトブランクを示し、フォトレジストは、領域１３０ａ〜１３０ｄ
を露光するよう、電子またはイオンビームリソグラフィを用いて直接書き込まれ
ている。これらの領域１３０ａ〜１３０ｄは、最終位相マスク上のグレーティン
グストライプ１１０を規定するために用いられるものである。図３Ｂの部分は、
位相マスクを用いて露光されるウエハ上の１つの４波長チップの幅よりもわずか
に大きい位相マスク上の幅に対応する。露光領域（クロスハッチングで描かれて
いる）は、非常に誇張されている。なぜなら、これらの露光領域は、わずか約１
０ミクロンの幅であり、中心間の間隔が約１／２ミリメートル（５００ミクロン
）であるからである。このように、この図は、４レーザチップを構成する４つの
レーザに対応する４つの露光領域を示す。
【００３９】 図３Ｃは、図３Ｂの線３Ｃ−３Ｃに沿った断面図を示す。この図は、実際のグ
レーティングを規定する領域１３０ａの露光部分を示す。これらの露光部分は、
１３０ａ−１、１３０ａ−２、などで示される。この図も、一定の縮尺で示され
ていない。なぜなら、この角度から見られる特徴は、サブミクロン（チップ上の
グレーティングのピッチの２倍）であるからである。露光部分のピッチは、図２
Ｂと同様にΛで示される。上記のように、このピッチは、露光されたウエハ上で
のΛ／２のピッチに対応する。
【００４０】 このプロセスの１つの可能な実現は、（厚さ９０ミルの石英基板上の）π位相
シフト材料の絶縁性により位相シフト材料の表面帯電を減らすために、９５０Ｋ
の分子量の２％〜５％ＰＭＭＡからなる単一層フォトレジスト（厚さ２００ｎｍ
〜５００ｎｍ）であって、ポリメチルメチルアクリレート（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙ
ｌ ｍｅｔｈｙｌ ａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）上に１０ｎｍのアルミニウム
金属のオーバコートを有する単一層フォトレジストを用いてもよい。あるいは、
２００ｎｍの２％ＰＭＭＡ頂部層と、１０ｎｍの蒸着ゲルマニウムまたはシリコ
ン中央層と、１８０℃でベークされた２００ｎｍのフォトレジスト底部層とを含
む三層フォトレジスト（１８０℃でベークされたフォトレジストが最初にスピン
オンされる）を、（厚さ９０ミルの石英上の）π位相シフト材料上に堆積させて
もよい。三層フォトレジストの概念は、Ｈｏｗａｒｄら、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ
ａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＥＤ−２８（１１
）１９８１、ｐｐ．１３７８−１３８１の文献に記載されている。
【００４１】 パターンの直接書き込みは、低減された電子またはイオンビーム強度での多数
のパスで行うことができる。５０ＫＶまたは１００ＫＶでのマルチパス電子また
はイオンビームリソグラフィにより、フォトレジスト上に所望のパターンを書き
込むことができる。電子またはイオンビーム書き込み中の不均一性およびステッ
チングエラーを減らすために、完全な照射線量を、多数のパスで割ってもよい。
【００４２】 図３Ｄおよび図３Ｅは、フォトレジストを現像した後の、フォトレジストでコ
ーティングされた位相シフト材料を示す断面図である。図から分かるように、電
子またはイオンビームによって露光されたフォトレジスト領域は、現像工程によ
り除去されており、位相シフト層１２２の裸領域１３５ａ〜１３５ｄを残してい
る。これらの裸領域は、図３Ｅに示されるように位相マスクピッチでセグメント
化され、個々のセグメントは、１３５ａ−１、１３５ａ−２、などで示される。
【００４３】 単一層ＰＭＭＡの場合、アルミニウム層を、まずアルミニウムエッチング溶液
でエッチングすることができ、次いで、ＰＭＭＡを、１：１の体積比のメチルイ
ソブチルケトン：イソプロパノールで現像し、そして最後に、イソプロパノール
ですすいで、窒素中で乾燥させる。
【００４４】 三層レジストプロセスの場合、まずＰＭＭＡを、１：１の体積比のメチルイソ
ブチルケトン：イソプロパノールで現像し、イソプロパノールですすぎ、そして
窒素中で乾燥させる。次いで、サンプルを脱イオン水でエッチングして、ゲルマ
ニウム層上の自然酸化物を除去し、次いで、ゲルマニウムまたはシリコンを、純
粋なＣＦ4プラズマ中で、低圧反応性（または、磁気増強）イオンエッチングに よりドライエッチングする。１８０℃で硬くベークしたフォトレジストを、純粋
なＯ2プラズマ中で、低圧反応性（または、磁気増強）イオンエッチングにより エッチングする。
【００４５】 図３Ｆおよび図３Ｇは、位相シフト層１２２の裸領域１３５ａ〜１３５ｄをエ
ッチングして位相シフト材料にパターンを複製した後の最終位相マスクを示す断
面図であり、基板１２０の裸領域１４０ａ〜１４０ｄを残している。これらの裸
領域は、図３Ｇに示されるように位相マスクピッチでセグメント化され、領域１
４０ａの個々のセグメントは、１４０ａ−１、１４０ａ−２、などで示される。
エッチングは、好ましくは、位相シフト材料を石英基板までエッチングするが石
英基板を有意にはエッチングしないプロセスにより行われる。
【００４６】 単一層ＰＭＭＡの場合、π位相シフト材料上のサブミクロンパターンを、希釈
した市販のクロムエッチング液を用いてウェットエッチングすることができる。
三層レジストの場合、π位相シフト材料を、Ｃｌ2（８０％）およびＯ2（２０％
）ガス混合物プラズマ中で、中圧反応性イオンエッチング（または磁気増強）に
よりエッチングすることができる。１８０℃でベークしたフォトレジストの最終
除去は、純粋なＯ2ガスプラズマ中で、市販のフォトレジストストリッパによる 高圧反応性イオンエッチングを用いることによって行うことができる。
【００４７】 次いで、位相マスクに、最終表面処理と、裏側反射防止コーティング１４２の
堆積とを施す。
【００４８】 望ましい場合には、標準の堆積およびリフトオフ技術を用いて、グレーティン
グストライプ以外の位相マスク部分の上に、クロムを堆積させてもよい。これは
、グレーティングパターンをエッチングした後に、容易に行うことができる。エ
ッチングした後に行う場合、堆積したクロムをグレーティングストライプの領域
からリフトオフすることができるよう、エッチングしたグレーティングストライ
プをフォトレジストで覆わなければならない。尚、位相シフト材料エッチングに
おいてクロムエッチング液を用いてグレーティングパターンをエッチングする場
合、堆積を行い、その後にフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことによ
ってクロムをパターニングすることは、概して適切でない。なぜなら、クロムエ
ッチング液が、位相シフト材料もエッチングしてしまうからである。
【００４９】 ２．３ 直接エッチングを用いた位相マスクの製造 図４Ａ〜図４Ｇは、ゼロ次のゼロにされたπ位相シフト位相マスクを作製する
第２の方法の製造工程を示す。この方法は、グレーティングのパターンを、石英
基板上に堆積された位相シフト材料にではなく、石英ブランクにエッチングする
という点で、上記の第１の方法とは異なる。石英ブランクは、もともとクロムめ
っきされる（二値フォトマスクブランクと同様）。
【００５０】 図４Ａは、位相マスク７０Ｑの概略上面図である。マスクは、主として不透明
であり（クロムコーティング）、グレーティングストライプ１４５が、マスクの
中央領域に配置されている。位相マスク７０Ｐの場合と同様に、一度にウエハの
四分の一しか露光されない。また、上記の場合と同様に、ストライプは、実線で
概略的に示されており、拡大部分に示されるように、各ストライプのグレーティ
ングパターンは、ストライプの方向に垂直に延び、グレーティングパターンは、
４つの波長λ1、λ2、λ3、およびλ4に対応する４つの繰り返しの連続のパター
ンである。
【００５１】 図４Ｂは、石英板１５０と、その上にあるクロム層１５２とを含むクロムめっ
きされた石英ブランクの部分の概略図である。この図は、図４Ａの線４Ｂ−４Ｂ
に沿ったものである（図４Ａが、最終位相マスクを示し、図４Ｂが、製造の初期
段階を示すことが理解されるはずである）。図４Ｂは、フォトレジスト層１５３
でコーティングされたブランクを示し、フォトレジストは、領域１５５ａ〜１５
５ｄを露光するように、電子またはイオンビームリソグラフィを用いて、直接書
き込まれている。これらの領域１５５ａ〜１５５ｄは、最終位相マスク上のグレ
ーティングストライプ１４５を規定するために用いられるものである。マスク７
０Ｐの場合と同様に、図４Ｂの部分は、１つの４波長チップの幅よりもわずかに
大きい位相マスク上の幅に対応し、露光領域（クロスハッチングで描かれている
）は、非常に誇張されており、最終チップ上にできる４レーザに対応する４つの
露光領域を示す。
【００５２】 プロセスは、厚さ９０ミルのクロムめっきされた石英板上に９５０Ｋの分子量
の５％ＰＭＭＡ（５００ｎｍ）を調製することから始まる（９０ミルの厚さを選
んだのは、石英板が時間および温度とともにあまり曲がらないからである）。ク
ロムコーティングされたブランク上の選択された場所にエッジアライメントクロ
スマークおよびストライプ開口部（幅１０ミクロン、長さ約１０ｍｍ）を直接書
き込むために、電子またはイオンビームリソグラフィを使用してもよい。市販の
クロムエッチング液を用いて、アライメントクロスマークおよびストライプ開口
部をウェットエッチングしてもよい。電子ビームリソグラフィの場合に高コント
ラストのアライメントクロスマークを得るために、ストライプ開口部領域を慎重
にシャドウマスキングしながら、アライメントマークの選択領域に、Ｃｒおよび
Ａｕ（５ｎｍ／１００ｎｍ）を蒸着させてもよい。ＣｒおよびＡｕアライメント
マークは、リフトオフすることができ、クロムコーティングされたブランクを、
イソプロパノールですすぎ、そしてＯ2ガスを用いてプラズマアッシングして、 フォトレジストのいかなる表面残渣をも除去することができる。
【００５３】 図４Ｃは、フォトレジスト１５７を現像し、そして、フォトレジストの露光領
域１５５ａ〜１５５ｄに対応する領域において露光されたクロムをエッチングし
た後のブランクの部分の断面図である。ストライプ領域間に残っているクロム部
分は、最終位相マスク上に残る。
【００５４】 次いで、マスク７０Ｐの製造に関して上で説明されたように、ストライプ領域
のクロムが除去されたブランクにフォトレジストをコーティングし、そして、こ
のフォトレジストにグレーティングパターンを書き込む。
【００５５】 Ｈｏｗａｒｄらの上記文献に記載される三層フォトレジストの概念を用いて、
三層フォトレジスト手順を、以下のように、厚さ９０ミルの石英基板上に調製す
ることができる。２００ｎｍの薄めたＡＺ ５２１４Ｅフォトレジスト（ＡＺ
５２１４Ｅをフォトレジストシンナーで希釈したもの）を、１８０℃で１時間ベ
ークし、次いで、厚さ１０ｎｍのゲルマニウムまたはシリコンを高真空蒸着シス
テムで堆積させ、その後、スピンオンによる９５０Ｋの分子量の２％ＰＭＭＡ（
厚さ２００ｎｍ）を堆積させて、再び１６０℃で３０分間ベークする。必要とさ
れる実際のグレーティングピッチの２倍のピッチで所望のパターンを直接書き込
むために、電子またはイオンビームリソグラフィを使用してもよい。
【００５６】 上の場合と同様に、パターンの直接書き込みは、好ましくは、低減された電子
またはイオン強度を用いて多数のパスで行われる。具体的には、一回のパスの完
全な電子またはイオンビーム照射線量でグレーティングを書き込む代わりに、完
全な照射線量の１／（パスの数）の電子またはイオンビーム照射線量の多数のパ
ス（少なくとも４）でグレーティングを書き込み、グレーティングにおけるフィ
ールドおよび／またはサブフィールドステッチングエラーを最小限にする。均一
なグレーティングパターンを得るために、照射線量を、クロム／石英境界から石
英の中心まで変動させてもよい。露光されたＰＭＭＡは、１：１の体積比のメチ
ルイソブチルケトン：イソプロパノール現像液で現像することができ、最終的に
、イソプロパノールですすぎ、そして窒素ガス中で乾燥させることができる。
【００５７】 図４Ｄおよび図４Ｅは、フォトレジストを現像した後の、フォトレジストでコ
ーティングされたブランクを示す断面図である。図から分かるように、電子また
はイオンビームで露光されたフォトレジスト領域は、現像工程により除去され、
石英基板１５０の裸領域１５７ａ〜１５７ｄを残している。これらの裸領域は、
図３Ｅに示されるように位相マスクピッチでセグメント化され、個々のセグメン
トは、１５７ａ−１、１５７ａ−２、などで示される。
【００５８】 図４Ｆおよび図４Ｇは、石英の裸領域１５７ａ〜１５７ｄをエッチングしてフ
ォトレジスト１５３のパターンを複製した後の最終位相マスクを示す断面図であ
り、浅くなった基板の領域１６０ａ〜１６０ｄを残している。これらのエッチン
グされた領域は、図４Ｇに示されるように位相マスクピッチでセグメント化され
、エッチングされた領域１６０ａの個々のエッチングされたセグメントは、１６
０ａ−１、１６０ａ−２、などで示される。エッチングは、好ましくは、石英基
板を、π位相シフトに対応する深さまでエッチングするプロセスにより行われる
。エッチングされた領域１６０ａ１などと、エッチングされた領域間の交互のエ
ッチングされていない石英材料領域とが、最終的にグレーティングを規定する。
【００５９】 ゲルマニウムベースの三層フォトレジストの場合、石英板を、脱イオン水で手
短にエッチングし、そして窒素中で乾燥させて、ゲルマニウム上の自然酸化ゲル
マニウム（ｎａｔｉｖｅ ｇｅｒｍａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）を除去することが
できる。ゲルマニウムベースの三層フォトレジストおよびシリコンベースの三層
フォトレジストの両方において、ゲルマニウムまたはシリコンを、ＣＦ4ガスプ ラズマを用いて低圧反応性イオン（または、磁気増強）エッチング装置（ｅｔｃ
ｈｅｒ）でエッチングすることができる。硬くベークされたフォトレジストの下
層は、連続的に、Ｏ2ガスプラズマを用いて低圧反応性イオン（または、磁気増 強）エッチング装置でエッチングすることができる。ＣＦ4−Ａｒ混合物を用い て低圧反応性イオンエッチング装置（または、磁気増強された反応性イオンエッ
チング装置）で所望のπ位相シフトを得るために、石英を所望の正確な深さにエ
ッチングした。深さは、エッチング時間をモニタし、エッチング中のテストサイ
ン領域のエッチング深さとエッチガス副生物の発光分光とをプロファイルするこ
とにより、制御することができる。１８０℃でベークしたフォトレジストの最終
除去は、市販で入手可能なフォトレジストストリッパ、純粋なＯ2ガスプラズマ 中での高圧反応性イオンエッチング、および市販で入手可能なナノストリップを
用いることにより、達成することができる。
【００６０】 次いで、位相マスクに、最終表面処理と、裏側反射防止コーティング１６２の
堆積とを施す。
【００６１】 ３．０ グレーティングの製造および可能な幾何学的形状 図５Ａは、上に示されるように製造され得る位相マスク７０を示す。この位相
マスク７０は、１６５で示される垂直に入射する（ｎｏｒｍａｌｌｙ ｉｎｃｉ
ｄｅｎｔ）コヒーレントまたは非コヒーレント光ビームを用いて、フォトレジス
ト（例えば、厚さ４０ｎｍのフォトレジスト）でコーティングされたウエハ１６
３を露光することに関して用いられる。この露光およびその後の処理は、レーザ
チップのグレーティング層５０（図１Ｃ）にグレーティングパターンを形成する
目的のものである。位相マスクは、ウエハに接しているか、または、ほぼ接して
いる（ほぼ接している場合が、明確に示されている）。ｍ＝０次回折ビーム１６
５ａ、ｍ＝−１次回折ビーム１６５ｂ、およびｍ＝＋１次回折ビーム１６５ｃを
含む様々な回折次もまた、示されている。π位相シフトのため、ｍ＝０次回折ビ
ームはキャンセルされ、１次ビーム１６５ｂおよび１６５ｃが干渉して像を形成
する。上記のように、位相マスクの性質は、ウエハ上のパターンが、位相マスク
上のパターンの空間周波数の２倍の空間周波数を有することである。即ち、位相
マスク上のグレーティングパターンのピッチは、所望の／設計されたグレーティ
ングピッチの２倍である。露光後、フォトレジストを現像し、標準のウェットま
たはドライエッチングプロセスを用いて、ウエハにグレーティングパターンをエ
ッチングする。
【００６２】 垂直に入射する照射とともに位相マスクを使用する利点には、より微細なパタ
ーンを達成することに加えて、同じ基板上に異なるピッチのグレーティングを作
製する能力、および、カーブグレーティングを作製する能力、などがある。
【００６３】 図５Ｂは、本発明によるプロセスを用いて作製することができる４つの異なる
可能なグレーティング構成を示す。λ／４位相シフト領域１７５によって分離さ
れる定ピッチΛのセグメント１７２および１７３を有する直線グレーティング１
７０が示される。本発明によるレーザチップの実施形態は、各々がλ／４位相シ
フト領域を有する多数の直線グレーティングを含み、各グレーティングは、異な
るピッチを有して、多波長動作を支持する。
【００６４】 λ／４位相シフト領域１８５によって分離される定ピッチのカーブグレーティ
ングセグメント１８２および１８３を有するカーブグレーティング１８０が示さ
れる。Λlargeで示される、より大きいピッチのセグメント１９５によって分離 される、Λsmallで示される第１の定ピッチのセグメント１９２および１９３を 有する直線グレーティング１９０が示される。より大きいピッチΛlargeのカー ブグレーティング領域２０５によって分離される、第１のピッチΛsmallのカー ブグレーティングセグメント２０２および２０３を有するカーブグレーティング
２００が示される。
【００６５】 図５Ｃおよび図５Ｄは、カーブグレーティングの代表的な応用を示す。上記の
ように、図１Ａに示されるレーザチップは、異なるピッチの４つのまっすぐなグ
レーティングを使用し、各グレーティングは、λ／４位相シフト領域を有する。
図５Ｃおよび図５Ｄに示される応用は、多くの異なる種類のレーザとともに使用
することができ、これらの場合、グレーティングは、レーザ共振器の外側にある
。図５Ｃは、レーザダイオード２１０とカーブグレーティング２１２とを有し、
スポット２１３で焦点を与える、垂直に集束するレーザダイオード構成を示す。
図５Ｄは、レーザダイオード２１５（カーブミラー２１６ａおよび２１６ｂを有
する）と、カーブグレーティング対２１７ａおよび２１７ｂとを有する高出力の
不安定共振器レーザダイオード構成を示す。
【００６６】 ４．０ レーザチップ製造 ４．１ パターニングおよびエッチングプロセス 現在の実現では、レーザチップ製造は、ニューハンプシャー州ロンドンデリー
（Ｌｏｎｄｏｎｄｅｒｒｙ）にあるＥＰＩなどの供給業者から市販で入手可能な
レーザダイオードウエハの購入から始まる。ウエハはまた、カリフォルニア州サ
ンフランシスコのＳｅｍｉａから入手してもよい。市販で入手可能なレーザダイ
オードウエハは、例えば、上から順に以下の層を含む。
【００６７】 ｐ＋ドープト頂部金属コンタクト（ＩｎＧａＡｓ） ｐドープト上側クラッド（ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ） グレーティング層（ＩｎＧａＡｓＰ） 多層活性層（交互の量子井戸層およびバリア層） ｎドープト下側クラッド（ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ） ｎ＋ドープト基板（ＩｎＰ） 図６Ａ〜図６Ｈは、リッジレーザアレイを製造する製造工程を示す。これらの
図面は、一定の縮尺で示されておらず、例えば、厚さは、非常に誇張されている
。特定の実現では、レーザチップは、２インチのウエハ上に製造される。これら
のウエハは、グレーティング層よりも上の層の幾つかまたはすべてが存在する状
態で購入されてもよく、無い状態で購入されてもよい。特定のウエハに依存して
、グレーティングは、グレーティング層にエッチングされ（上にある層は、最初
から存在する場合には、除去されている）、上側の層が再成長される。
【００６８】 グレーティングパターンは、位相マスク７０と、標準のフォトリソグラフィと
を用いてエッチングされる。位相マスクを用いたグレーティングパターンの露光
については、上で説明した。上記のように、露光は、コヒーレント光を用いて行
われても、インコヒーレント光を用いて行われてもよい。この時点で、グレーテ
ィングは完全に覆われているが、グレーティングの上にリッジレーザ構造を形成
するために、これらのグレーティングの正確な場所が分からなければならない。
【００６９】 図６Ａは、２５５で示されるグレーティングがエッチングされた部分のレーザ
ウエハ２５０を示す概略上面図であり、上にある半導体材料２５７（例えば、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ）が再成長されており、グレーティングの
場所を特定するために、ウエハには、エッジ開口フォトリソグラフィおよびウェ
ットエッチングが施されている。グレーティングパターンを含む領域は、グレー
ティングストライプと呼ばれ、実線で概略的に示される。なぜなら、これらの領
域は、わずか数ミクロン（特定の実施形態では、１０ミクロン）の幅であるが、
ウエハを横切って延びているからである。また、上記のように、グレーティング
は、１／２ｍｍの中心（５００ミクロン）にある。これは、ウエハ上に、示され
るようなより少ない数でははく、１００のオーダのグレーティングストライプが
あることを意味する。拡大部分に示されるように、各ストライプのグレーティン
グパターンは、ストライプの方向に垂直に延びる。
【００７０】 図６Ｂは、ウエハの上に、窒化ケイ素または二酸化ケイ素などの絶縁層を堆積
させ、そして、絶縁層のフォトリソグラフィおよびエッチングによりアライメン
トマーク２６０を形成した後のウエハの部分を示す。アライメントマークは、×
印として示されており、ウエハ上の様々な場所に配置される。特定の実施形態で
は、アライメントマークは、１０または２０チップおきに配置される。レーザ構
造の活性領域が、チップの２ｍｍ幅のわずかな部分を占有するため、活性領域か
ら除かれるチップの部分（例えば、分離トレンチの１つの付近）の上にアライメ
ントマークを配置することは簡単な事である。
【００７１】 図６Ｃは、１つのレーザチップの幅よりもわずかに大きい幅に対応するレーザ
ウエハ２５０の部分を示す概略断面図である。ウエハは、個々のチップに分離さ
れていないため、これからその構成を説明する構造は、チップの一方のエッジか
ら他方のエッジまで延びている（グレーティングストライプに位置が合わされて
いる）。グレーティングストライプは、再成長された材料２５７の真下に示され
ている。
【００７２】 図６Ｄは、リッジ導波管を規定するためにトレンチ２２および２３（図１Ｃ）
をエッチングし、そして、分離トレンチ１７（図１Ａ）を規定するためにレーザ
の活性領域間をより深くエッチングした後のウエハの部分を示す。トレンチは、
反応性またはマグネトロン増強反応性イオンエッチング（室温のメタンおよび水
素ガス混合物、または、３００℃の塩素またはアルゴンガス混合物）と、体積比
４：１の塩酸および水中でのウェットエッチングとの組み合わせを用いてエッチ
ングされてもよい。
【００７３】 図６Ｅは、コンフォーマル絶縁層２７０を堆積させ、そしてその後に、アニー
ルを行って高密度化し、絶縁材料の応力を軽減した後のウエハのさらに局所的な
部分を示す。この絶縁層２７０は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、またはシクロテ
ン、などの材料からなっていてもよい。
【００７４】 図６Ｆは、絶縁層２７０をパターニングし、そしてエッチングして、リッジ２
５の上にある絶縁層の部分を除去し、下にある半導体材料の領域２７５を露出さ
せた後のウエハのさらに局所的な部分を示す。ＣＦ4（９８％）およびＯ2（２％
）ガス混合物を用いた反応性イオンエッチングにより、（アライメントマークを
用いて）幅４ミクロンのリッジ導波管のちょうど上に幅２ミクロンの開口部を作
ることができる。
【００７５】 上側のメタライゼーションの前に、半導体表面上のいかなる自然酸化物をも除
去するために、半導体表面を、低電力Ｏ2プラズマおよび緩衝フッ酸中で洗浄し 、脱イオン水ですすぎ、そして、窒素ガス中で乾燥させてもよい。
【００７６】 同様に、ショルダ金属の堆積およびｐ−金属コンタクトの堆積の前に半導体表
面上のいかなる自然酸化物をも除去するために、低電力広面積アルゴンイオンビ
ームまたは低エネルギー低圧電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）による連続的な
水素、窒素およびアルゴンプラズマを、真空中インサイチュで短時間の間用いて
もよい。
【００７７】 図６Ｇは、ショルダ２７ａおよび２７ｂ（図１Ｃも参照）を規定するためにト
レンチ２２および２３の外側エッジに沿ってメタライゼーションを行った後のウ
エハのさらに局所的な部分を示す。
【００７８】 図６Ｈは、領域２７５（リッジの頂部）と、トレンチ２２の内面と、ショルダ
２７ａとを覆うコンタクト金属３０を堆積させた後のウエハのさらに局所的な部
分を示す。この選択的メタライゼーションは、周知のプロセスに従って、フォト
リソグラフィおよび金属エッチングまたは金属リフトオフにより行われる。処理
のこの時点で、ボンディング金属３５まで延びるコンタクト金属３０だけがリッ
ジの頂上で半導体材料に接するが、コンタクト金属３０は、絶縁層２７０（図６
Ｅ）によりトレンチ２２の内面から絶縁されており、ショルダ２７ａおよび２７
ｂが絶縁層２７０の上に載っていることが認識されるはずである。上記のように
、コンタクト金属３０を、ショルダ２７ｂを覆うように延ばすことも可能である
。
【００７９】 ショルダ２７ａおよび２７ｂと、コンタクト金属３０とは、電子ビーム蒸着ま
たはスパッタリングのいずれかにより順次堆積される、それぞれ厚さ２０ｎｍ、
６０ｎｍ、および２００ｎｍの従来の（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）金属を含んでいても
よい。これを、ショルダまたはコンタクトｐ−金属として使用することができる
。それぞれ厚さが順次２０ｎｍ、４０ｎｍ、４０ｎｍ、および２００ｎｍである
改良されたスパッタリングされたｐ−金属コンタクト（Ｔｉ／ＴｉＮ／Ｐｔ／Ａ
ｕ）を使用してもよい。
【００８０】 レーザダイオード装置の信頼性および寿命を向上するために、新規なメタライ
ゼーションスキームを使用することができる。コンタクトの金（Ａｕ）がリッジ
内に拡散することを防ぐために、Ａｕと半導体との間に、ＴｉＮおよびＰｔ層の
交互の４層構造を用いることができる。これは、レーザチップの動作寿命を大幅
に向上すると考えられる。
【００８１】 次いで、ウエハを、薄くして（裏側をラッピングおよび研磨する）所望の寸法
にする。この寸法は、１つの実施例では、１１０ミクロンである。１つの実施例
では、裏側をメタライゼーションする前に、非常に脆いウエハの裏側の自然酸化
物を緩衝フッ酸中で除去し、脱イオン水で非常に慎重にすすぎ、そしてＮ2で乾 燥させて、すぐに、電子ビーム蒸着装置またはスパッタリングシステム内に入れ
て、裏側ｎ−金属コンタクトを作ってもよい。ｎ−金属コンタクト堆積物の堆積
前に半導体表面上のいかなる自然酸化物をも除去するために、低電力広面積アル
ゴンイオンビームまたは低エネルギー／低圧電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）
による連続的な水素、窒素およびアルゴンプラズマを、真空中／インサイチュで
非常に短時間の間使用してもよい。
【００８２】 裏側ｎ＋コンタクト金属層３２（図１Ｃ）は、それぞれ厚さ５ｎｍ、２５ｎｍ
、５０ｎｍ、５ｎｍ、６０ｎｍ、および２００ｎｍのＮｉ／Ｇｅ／Ａｕ／Ｎｉ／
Ａｇ／Ａｕからなっていてもよい。これは、電子ビーム蒸着またはスパッタリン
グのいずれかにより順次堆積させることができ、非常に確実である。明らかにさ
らに確実な別の裏側メタライゼーションは、それぞれ厚さ２０ｎｍ、５ｎｍ、５
ｎｍ、５０ｎｍ、５ｎｍ、５０ｎｍ、２００ｎｍの順次スパッタリングされたＧ
ｅ／Ａｕ／Ｎｉ／ＷＳｉ2／Ｔｉ／ＷＳｉ2／Ａｕメタライゼーションであっても
よく、これは、好適な構成であると考えられる。裏側ｎ−金属コンタクトは、窒
素ガス環境中、３２５℃で高速熱合金化された。より優れたボンディングのため
に、追加のボンディング金属（Ｔｉ／Ａｕ５０ｎｍ／２００ｎｍ）を堆積させて
もよい。
【００８３】 次いで、ウエハに罫書きし、そして切断してレーザバーにする。各レーザバー
は１／２ｍｍの長さ（最終チップのレーザ共振器長）を有しているが、多数のウ
エハチップを含み、その場所でのウエハの幅と同じ幅である。１つの実施例では
、次に、レーザバーの放出面を、非常に低電力の広面積アルゴンイオンビームま
たは低エネルギーおよび低圧電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）による連続的な
水素、窒素およびアルゴンプラズマで短時間洗浄し、レーザアレイの両面上のい
かなる自然酸化物をも、これらの面に結晶損傷を全く与えずに除去した。
【００８４】 この時点で、レーザバーの前面および後面を、反射防止コーティングでコーテ
ィングする。様々な実施例において、これらのコーティングは、耐久性のある密
な単一層ガリウムガドリニウムガーネット（ＧＧＧ）またはＳｃ2Ｏ3（酸化スカ
ンジウム）である。現在好ましい実施例であるものにおいては、多層Ｔａ2Ｏ5（
酸化タンタル）およびＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）誘電体を、０．１％未満の
反射防止コーティングのために高い堆積温度で、イオンビーム促進電子ビーム蒸
着またはスパッタリングにより堆積させた。１つの実施例では、酸化タンタルお
よび酸化アルミニウムの厚さは、それぞれ１２０ｎｍおよび１３６ｎｍであった
。単一層ＧＧＧもしくはＳｃ2Ｏ3または多層Ｔａ2Ｏ5およびＡｌ2Ｏ3の耐久性の
ある密なコーティングは、レーザチップの信頼性および寿命を高めることができ
る。
【００８５】 次いで、レーザバーに罫書きし、そして切断して個々のレーザチップにする。
４レーザ多波長ＤＦＢリッジレーザアレイチップのサイズは、約２ｍｍ×０．５
ｍｍ（８レーザチップの場合、４ｍｍ×０．５ｍｍ）であり、処理、テストおよ
び実装の間、損傷を受けやすい。このタイプの取り扱いによる損傷は、バーンイ
ン中に深刻な歩留まり損失を引き起こし得るとともに、この分野において信頼性
の問題点を引き起こし得る。有意の実験の後、ショルダ金属のオーバレイヤによ
って、この損傷を有意に最小限に抑えることができ、処理、テストおよび実装中
に活性層を損傷から保護することが分かった。
【００８６】 ４．２ プロセスのまとめ レーザチップ製造工程を、以下のようにまとめることができる。これらの製造
工程のうち選択された製造工程を、上で図６Ａ〜図６Ｈに関して説明した。
【００８７】 １．多重量子井戸レーザ材料の設計、 ２．エピタキシャル成長、 ３．位相マスクによる多ピッチグレーティングの製造、 ４．グレーティングの上での再成長、 ５．グレーティングの場所の識別（フォトリソグラフィおよびエッチング）、 ６．絶縁体（ＳｉＮxまたはＳｉＯ2）の堆積、 ７．ＳｉＮxまたはＳｉＯ2アライメントマークの規定（フォトリソグラフィお
よびエッチング）、 ８．ＳｉＮxまたはＳｉＯ2アライメントマークを用いてグレーティングの上の
リッジと分離トレンチとを規定（フォトリソグラフィおよびエッチング）、 ９．低応力の密なコンフォーマルＳｉＮxまたはＳｉＯ2またはシクロテンの堆
積、 １０．リッジの頂部にＳｉＮxまたはＳｉＯ2またはシクロテンのコンタクト開
口部（フォトリソグラフィおよびエッチング）、 １１．ショルダ金属の規定（フォトリソグラフィおよびエッチングまたはリフ
トオフ）、 １２．リッジの頂部に確実なコンタクト金属を規定（フォトリソグラフィおよ
びエッチングまたはリフトオフ）、 １３．ｐ−金属ステップカバレッジを向上するためのＡｕめっき、 １４． 基板のラッピング／薄層化および研磨、 １５．薄くした基板の表面処理、 １６．裏側のメタライゼーション、 １７．金属合金化、 １８．ウエハに罫書きをしてレーザバーにする、 １９．性能および信頼性を向上するためにレーザバーの面をコーティングする
、そして ２０．レーザバーに罫書きをしてレーザチップにする。
【００８８】 ４．３ 具体的なレーザ構造 特定の実施形態の多重量子井戸（ＭＱＷ）分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）
ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ材料構造は、ＤＦＢリッジレーザアレイの応用のために
十分に最適化される（組成および厚さ）。埋め込み型ヘテロ構造レーザでは活性
層の幅は約１ミクロンであるのに対し、リッジレーザの活性層の幅は３ミクロン
である。リッジレーザの活性層をわずかに変更しても、ＷＤＭの応用の波長精度
は大幅には変わらない。リッジレーザの場合、エッチングは、活性層の上で止め
られ、埋め込み型ヘテロ構造の場合、活性層は、完全にエッチングされる。従っ
て、リッジレーザは、より優れた信頼性およびより高い波長収量とを提供する傾
向がある。しかし、リッジレーザの望ましくないしきい値電流が、埋め込み型ヘ
テロ構造よりも高いことに注目されたい。量子井戸は、１％の圧縮歪みであり、
バリアは、１％の引っ張り歪みである。この歪み補償は、より高い信頼性を提供
するとともに、レーザアレイダイ装置の寿命を向上する。別個の閉じ込め層の厚
さおよび組成はまた、最適なグレーティング結合、より高いビットレートの装置
、および、単一モード光ファイバに結合するためのレーザアレイ装置の最適な遠
視野像、のために最適化される。
【００８９】 多重量子井戸（ＭＱＷ）分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）レーザチップの特
定の実現を、以下の表１〜表４に示す。
【００９０】
【表１】
【００９１】
【表２】
【００９２】
【表３】
【００９３】
【表４】 上に示される２つの設計の主な相違点は、グレーティング層（設計＃１では単一
の層５であり、設計＃２では層６および７である）の厚さにある。設計＃２の合
わせた厚さ（０．１７ミクロン）とは異なり、設計＃１のより薄い層（０．１０
ミクロン）は、より速い装置速度を提供する傾向があるが、より出力光をファイ
バに結合しにくい傾向がある。
【００９４】 ５．０ レーザチップモジュール ５．１ モジュールの概要 図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ、実装されたモジュール３００内に組み込まれ
たレーザチップ１０を示す上断面図および側断面図であり、ほぼ一定の縮尺で描
かれている。好適なパッケージは、高速マルチ光ファイバポート「バタフライス
タイル」高速セラミックパッケージである。示された特定のパッケージは、５０
ミルずつ間隔があけられたピンを有する。適切なパッケージは、カリフォルニア
州アリソビエジョ（Ａｌｉｓｏ Ｖｉｅｊｏ）にあるＫｙｏｃｅｒａ Ａｍｅｒ
ｉｃａ，Ｉｎｃ．など、多数の民間ベンダから得ることができる。
【００９５】 本実施形態では、レーザドライバチップ（図示せず）はモジュールの外側にあ
り、バイアスティ（図示せず）によりＤＣバイアスに重畳されるレーザドライバ
チップのＲＦ変調信号は、基板３０７上の金属トレースとして実現されるＲＦ／
ＤＣ伝送線３０５を介してレーザに伝達される。１つの実施例では、変調電流は
、６５ｍａのオーダであるが、ＤＣバイアス電流は、２５ｍａのオーダである。
この実現は、簡略化されたＲＦ／ＤＣ遮蔽スキームを示しており、ＲＦ／ＤＣ伝
送線３０５は、接地線３１０によって境界が定められ、これらの接地線３１０自
体はまた、基板を通って裏側接地面３１５まで延びるバイアホールを有する基板
３０７上のトレースとして実現される。伝送線および接地線は、一定の幅であっ
てもよく、または、最適なインピーダンス整合および最小の反射減衰量をを得る
ために、図７Ｃに示されるように、１本以上がテーパ状になっていてもよい。
【００９６】 モジュール内のさらなるエレメントは、レーザチップ１０の両側に配置される
サーミスタ対３２０ａおよび３２０ｂと、ＰＩＮフォトダイオード３２５と、基
板の裏側に取り付けられる高除熱能力熱電冷却装置（ＴＥＣ）３３０と、を含む
。
【００９７】 サーミスタは、温度検知回路（図示せず）に結合され、温度検知回路は、温度
制御回路（図示せず）に信号を提供し、温度制御回路は、ＴＥＣ３３０に適切な
電圧を提供して、安定した動作のための所望の検知温度を維持する。ＰＩＮフォ
トダイオードは、後面を通して放出された平均光パワーを表す信号を提供するた
めの後面モニタである。本実施形態では、グレーティング上にλ／４位相シフト
領域があり、前面および後面が非常に透明であり、グレーティングは、フィード
バックメカニズムを提供する。従って、前面および後面を通る光パワーは、同じ
でなければならず、後面測定は、前面を通って放出される光パワーを表す測定値
を提供する。
【００９８】 基板３０７は、好ましくは、ＡｌＮなどの高効率熱スプレッダであり、この熱
スプレッダは次いで、ダイアモンドなどの別の高効率熱スプレッダにボンディン
グされ、次いで、正確な温度制御のためにＴＥＣ３３０上にボンディングされる
。マイクロ波伝送線を組み込む薄膜基板は、同じ熱スプレッダであってもよく、
共通の熱スプレッダ上にボンディングされる（マイクロ波伝送線を組み込む）適
切な別個の基板であってもよい。このアプローチでは、レーザモジュールパッケ
ージの外側の別個の印刷回路板上にレーザドライバチップを配置することが可能
である。
【００９９】 レーザチップ１０の個々のレーザから出力される光を受け取り、そして、光を
、ファイバ管対３４２ａおよび３４２ｂを通してモジュールの外側に運ぶ光ファ
イバ３４０ａ〜ｄもまた、図に示される。各管は、ファイバ対を収容する。一旦
モジュールの外側に出ると、ファイバは、波長マルチプレクサなどの外部光学素
子に結合されてもよい。
【０１００】 図７Ｃは、ファイバをパッケージの外に通じさせるための別の構成を示す、３
００’で示されるモジュールの部分上面図である。現在の実現を表すこの実現で
は、図７Ａおよび図７Ｂに示される管対３４２ａおよび３４２ｂではなく、すべ
てのファイバを収容する単一の管３４５が用いられる。
【０１０１】 図８Ａは、レーザチップモジュールおよびその外部光接続の別の実現を示す上
平面図である。この図では、明瞭さのために、様々なエレメントのサイズが誇張
されて描かれている。図７Ａおよび図７Ｂの実現のエレメントに対応するエレメ
ントは、同じ参照番号で示される。この図に示される実現は、ここでは参照番号
３５０で示されるＲＦ／ＤＣ伝送線に、より高度な分離スキームを使用する。
【０１０２】 尚、レーザチップは、表を下にして基板３０７に取り付けられることに留意さ
れたい。レーザチップ１０の各レーザ場所の下にある電極構造は、ボンディング
電極３５５および３６０を含む。ボンディング電極３５５は、バイア（別個には
図示せず）により、接地面３１５に連通する。レーザチップ１０の裏側は、ボン
ディング電極３５５にワイヤボンディングされ、裏側接地をもたらす。ボンディ
ング電極３６０は、レーザチップのボンディング金属３５がボンディングされる
大きい部分と、ＲＦ／ＤＣ伝送線３５０の活性電極の端部にワイヤボンディング
される小さい部分とを含む。
【０１０３】 ５．２ マイクロ波遮蔽 レーザを高ビットレートで変調するために、レーザのインピーダンスをレーザ
ドライバチップに合わせることが好ましい。ＲＦ／ＤＣ信号線は、レーザドライ
バのインピーダンスに合わされ、適切な薄膜抵抗器で終端される。さらに、上記
のように、個々のレーザを駆動する異なる信号チャネル間のクロストークを回避
するために、様々なＲＦ／ＤＣ信号線間に、ある程度の電気絶縁を提供すること
が望ましい。図７Ａに示される実施形態では、ＲＦ／ＤＣ伝送線３０５間に接地
線を挿入することにより、分離が提供される。より積極的な分離スキームは図８
Ａに示され、ここでは、基板３０７上の金属伝送線は、実際に部分同軸シールド
としての役割を果たすアーチの連続を提供する、接地された空気架橋Ｕ字型ワイ
ヤを有する。
【０１０４】 図８Ｂは、基板３０７に沿って走る金属トレース３８０であって、それぞれの
側にメタライズされたバイアホール３８２ａおよび３８２ｂを有する金属トレー
ス３８０を示す部分詳細図である。ホール対は、信号トレース３８０の長さに沿
って繰り返され、遮蔽を提供する。
【０１０５】 図８Ｃは、これをさらに改良したものであり、金属トレースの下にある基板の
領域がエッチングされて、誘電体３８５が充填されるチャネルを形成しており、
誘電体膜３８７が、誘電体充填チャネル３８５のエッジのわずかに外側に延びて
いる。
【０１０６】 マイクロ波基板材料は、高周波数（５ＧＨｚ〜２０ＧＨｚ）および高電力（１
ワット〜１０ワット）の応用の場合、熱伝導性で低損失である。レーザチップは
、金−スズはんだを用い、（例えば、典型的な層厚４０／６０／２０００／４０
／１００／４０／３０００ｎｍのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔｉ／Ｐｔ／ＴｉＮ／Ｔｉ
／ＡｕＳｎ）の低応力メタライゼーションを用いてマイクロ波基板上にボンディ
ングされる。１０ＧＨｚまでのマイクロ波シミュレーションでは、クロストーク
が約−３５ｄＢであることを示す。
【０１０７】 ５．３ 外部光学インタフェース 代表的な光学スキームでは、各レーザの出力は、ファイバ３４０ａ〜ｄの１つ
に結合される。光学モード不一致のため、レーザアレイへの単一モード光ファイ
バピグテールは、レーザアレイへのマルチモード光ファイバピグテールよりもは
るかに困難であるため、マイクロレンズアレイを用いて、レーザの出力をファイ
バに結合する。従って、コリメートレンズ３７０によって、各レーザの出力が集
められて平行にされ、集束レンズ３７２が、平行にされた光をファイバに集束す
る。図は、波長マルチプレクサ３７５のそれぞれの入力ポートに溶融接着された
ファイバ３４０ａ〜ｄをさらに示す。マルチプレクサ３７５の出力ポートは、レ
ーザチップへの後方反射を減らすために、複合分離ブロックに溶融接着されるも
のとして示される。分離ブロックは、光アイソレータ３９５の両側にレンズ対３
９０および３９２を有するものとして示される。光は、レンズ３９２により、フ
ァイバのセグメント３９７の端部に集束される。セグメント３９７は、標準のフ
ァイバコネクタ３９０に接続される。
【０１０８】 図８Ｄは、別の外部構成を示す部分斜視図であり、図８Ａに示される複合分離
ブロックの代わりに、インライン光アイソレータ３９５が使用される。
【０１０９】 ５．４ モジュール内部にレーザドライバを有する構成 図９は、３００”で示されるレーザチップモジュールの別の構成の分解斜視図
である。この図もまた、一定の縮尺で示されていない。図７Ａ、図７Ｂ、および
図８Ａの実現のエレメントに対応するエレメントは、同じ参照番号で示される。
この実現では、４１０で示されるレーザドライバチップは、モジュール内でレー
ザチップ１０に非常に近接して（２ｍｍ未満）配置される。
【０１１０】 この構成は、レーザモジュールが非常にコンパクトであるという利点を有する
。しかし、レーザドライバチップは、大量の熱を発生し得るため、このようにレ
ーザチップに非常に近接していると（２ｍｍ）、正確なレーザ温度制御のために
ＴＥＣ３３０を使用するにも拘わらず、レーザドライバから発生した熱が多波長
レーザチップの熱および光学パラメータに影響を及ぼし得る。この問題点を解決
するために、レーザチップおよびレーザドライバのための別個の熱経路を使用し
た。従って、レーザドライバチップは、別個の熱スプレッダ４２０に取り付けら
れ、この熱スプレッダ４２０は、熱分離素子４２５の組により、基板３０７に取
り付けられる。
【０１１１】 ５．５ レーザドライバ 多波長ＤＦＢレーザアレイは、レーザのための共通基板（ＩｎＰ）を有する。
従って、個々のレーザを駆動するのは、この共通カソード構成のため、困難であ
る。これは、外部電流ミラー回路とともに市販のレーザドライバ回路を使用する
ことにより解決することができる。この外部電流ミラー回路は、電流源としての
役割を果たすとともに、レーザダイオードのカソードが接地電位になることを可
能にする。
【０１１２】 図１０Ａは、レーザチップにおいて、レーザの１つ、例えばレーザ１０ａに接
続されるバイアス回路４５５とともに、市販で入手可能なレーザドライバ回路４
５０を示す。この実現では、バイアス回路４５５は電流源であり、電流ミラーと
して構成されるＰＮＰ駆動トランジスタが、この電流源としての役割を果たす。
電流源は、最大動作電流をレーザに供給する。レーザドライバ出力トランジスタ
がオンであるとき、レーザへの電流は、このトランジスタを通る分流により低減
される。これにより、光学信号が、レーザドライバ回路から通常得られる光学信
号に関して反転される。従って、オフ状態のレーザ電流は、電流源の電流と、レ
ーザドライバの電流との差である。上記アプローチは、ｎ＋基板上に作製された
レーザダイオードを駆動するコスト効率がよく効率的な方法を表す。
【０１１３】 図１０Ｂは、４５５’で示されるバイアス回路が誘導子および抵抗器を含む別
のアプローチを示す。このアプローチは、活性構成要素が回避されるべきである
場合に適切である。
【０１１４】 適切に選択されたバイアス値とともに、レーザドライバ回路への既存のフィー
ドバック制御入力も用いることができる。この回路は、優れた駆動能力を提供す
るだけではなく、望まれる場合には、この応用において既存のドライバの使用を
可能にする。
【０１１５】 ６．０ システムアプリケーション 本発明の多波長レーザチップは、ＷＤＭシステムアプリケーションにおいて多
くの利点を提供する。上記のように、個別のレーザチップは、温度の関数として
調整された個々の波長を有し得る。しかし、波長モニタリングに費用がかかるた
め、ＷＤＭシステムにおいて波長のサブセットをモニタすることにより、倹約さ
れる場合もある。多波長レーザチップの個々のレーザが、同一条件下で製造され
、密結合条件下で動作するのであれば、多波長チップのレーザのうち１つのレー
ザだけの波長をモニタすることが、個別のレーザの波長のサブセットをモニタす
るよりも、適切で且つ信頼性がある可能性が高い。
【０１１６】 図１１は、大都市圏電話網における多波長レーザアレイモジュールの実施形態
を示し、図１２は、ローカルエリアネットワークにおける多波長レーザアレイモ
ジュールの実施形態を示す。これらは、本発明の多波長レーザチップの可能なシ
ステム展開を代表するものであるにすぎない。
【０１１７】 ７．０ 参考文献 米国特許文献（本明細書において、参考として援用する）： 特許番号 年 著者 譲受人 US 4,517,280 1985 Okamotoら Sumitomo US 4,748,132 1988 Fukuzawaら Hitachi US 4,846,552 1989 Vieldkampら US Air Force US 5,413,884 1995 Kochら AT&T 外国特許文献（本明細書において、参考として援用する）： ３２３８４５４１０／１９９１ 日本 特許以外の刊行物（本明細書において、参考として援用する）： １．Ｍ．Ｏｋａｉら、「Ｎｏｖｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｆａｂｒｉｃａｔ
ｅ ｃｏｒｒｕｇａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ １／４−ｓｈｉｆｔｅｄ ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌａｓｅｒ ｕｓｉｎｇ ａ ｇｒａｔｉ
ｎｇ ｐｈｏｔｏ ｍａｓｋ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒ ５５（５）、３１ Ｊｕｌｙ １９８９、ｐｐ．４１５−４１７。
【０１１８】 ２．Ｃ．Ｅ．Ｚａｈら、「１．５ ｍｍ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒａ
ｉｎｅｄ ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ２０−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌａｓｅｒ ａｒｒａｙｓ」、
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ２８、２３ Ａｐｒｉｌ １９９２
、ｐｐ．８２４−８２６。
【０１１９】 ３．Ｄ．Ｔｅｎｎａｎｔら、「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｎ
ｅａｒ−ｆｉｅｌｄ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｍａｓｋ ｆ
ｏｒ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖ
ａｃ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂ １０、Ｎｏｖｅｍｂｅｒ／Ｄｅｃｅｍｂｅｒ
１９９２、ｐｐ．２５３０−２５３５。
【０１２０】 ４．Ｇ．Ｐａｋｕｌｓｋｉら、「Ｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｍａｓｋ ｆｏ
ｒ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｕｎｉｆｏｒｍ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ａｄｊｕｓｔｅ
ｄ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ
ｌａｓｅｒｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ ６２（３）
、１８ Ｊａｎｕａｒｙ １９９３、ｐｐ．２２２−２２４。
【０１２１】 ５．Ｈｏｗａｒｄら、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＥＤ−２８（１１）１９８１、ｐｐ．１３７８−１
３８１。
【０１２２】 ８．０ 結論 結論として、本発明が、多波長半導体レーザチップおよびモジュールの製造コ
ストを削減する洗練された技術を提供することが分かる。本発明は、これらの利
点を、概して、公知の半導体処理技術の範囲内で提供する。垂直照射とともに位
相マスクを使用することにより、非常に微細な特徴を作り出すことを可能にしな
がら、グレーティング構成において大きな柔軟性を提供する。
【０１２３】 上記説明は、本発明の特定の実施形態の完全な説明であるが、様々な改変、別
の構成、および等価物を使用してもよい。従って、上記説明は、特許請求の範囲
によって規定される本発明の範囲を制限するものとしてとらえられるべきではな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 本発明の４レーザの実施形態による多波長分布帰還型（ＤＦＢ）リッジレーザ
アレイを示す。
【図１Ｂ】 ８レーザの実施形態を示す。
【図１Ｃ】 アレイ中のＤＦＢリッジレーザのうちの１つのより詳細な図である。
【図２Ａ】 二値強度マスクの構造および動作を示す。
【図２Ｂ】 π位相シフト位相マスクの構造および動作を示す。
【図３Ａ】 π位相シフト位相マスクを作製する第１の方法の製造工程を示す。
【図３Ｂ】 π位相シフト位相マスクを作製する第１の方法の製造工程を示す。
【図３Ｃ】 π位相シフト位相マスクを作製する第１の方法の製造工程を示す。
【図３Ｄ】 π位相シフト位相マスクを作製する第１の方法の製造工程を示す。
【図３Ｅ】 π位相シフト位相マスクを作製する第１の方法の製造工程を示す。
【図３Ｆ】 π位相シフト位相マスクを作製する第１の方法の製造工程を示す。
【図３Ｇ】 π位相シフト位相マスクを作製する第１の方法の製造工程を示す。
【図４Ａ】 π位相シフト位相マスクを作製する第２の方法の製造工程を示す。
【図４Ｂ】 π位相シフト位相マスクを作製する第２の方法の製造工程を示す。
【図４Ｃ】 π位相シフト位相マスクを作製する第２の方法の製造工程を示す。
【図４Ｄ】 π位相シフト位相マスクを作製する第２の方法の製造工程を示す。
【図４Ｅ】 π位相シフト位相マスクを作製する第２の方法の製造工程を示す。
【図４Ｆ】 π位相シフト位相マスクを作製する第２の方法の製造工程を示す。
【図４Ｇ】 π位相シフト位相マスクを作製する第２の方法の製造工程を示す。
【図５Ａ】 基板を露光するためのπ位相シフト位相マスクの使用を示す。
【図５Ｂ】 π位相シフト位相マスクを用いて作製することができる定ピッチおよび可変ピ
ッチの直線およびカーブグレーティングを示す。
【図５Ｃ】 カーブグレーティングの応用を示す。
【図５Ｄ】 カーブグレーティングの応用を示す。
【図６Ａ】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。
【図６Ｂ】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。
【図６Ｃ】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。
【図６Ｄ】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。
【図６Ｅ】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。
【図６Ｆ】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。
【図６Ｇ】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。
【図６Ｈ】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。
【図７Ａ】 レーザチップモジュールの上断面図である。
【図７Ｂ】 レーザチップモジュールの側断面図である。
【図７Ｃ】 テーパ状になった伝送線を示す。
【図７Ｄ】 別のファイバ管構成を示す部分上面図である。
【図８Ａ】 レーザチップモジュールの追加の実現を示す上平面図である。
【図８Ｂ】 ＲＦ／ＤＣ伝送線の分離の実現の詳細図である。
【図８Ｃ】 ＲＦ／ＤＣ伝送線の分離の実現の詳細図である。
【図８Ｄ】 別の外部光分離スキームを示す部分上平面図である。
【図９】 レーザチップモジュールの別の実施形態を示す分解斜視図である。
【図１０Ａ】 レーザの駆動システムを示す概略回路図である。
【図１０Ｂ】 レーザアレイを電気的に駆動する別のスキームを示す。
【図１１】 大都市圏電話網における多波長レーザアレイモジュールの実施形態を示す。
【図１２】 ローカルエリアネットワークにおける多波長レーザアレイモジュールの実施形
態を示す。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年５月１９日（２０００．５．１９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｆ 7/40 ５２１ Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (31)優先権主張番号 ０９／０３１，４９６ (32)優先日 平成10年２月26日(1998．2．26) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，Ｕ Ｓ Ｆターム(参考） 2H095 BB03 BB09 BB10 2H096 AA25 AA28 EA06 EA08 EA23 HA23 2H097 AA03 CA11 CA16 LA10 LA17 5F004 BA04 BA11 BA13 BA14 DA00 DA01 DA04 DA23 DA24 DA25 DA26 DB19 DB22 EB04 5F073 AA22 AA45 AA64 AA74 AA77 AB06 BA02 CA07 CA12 CB22 DA25

Claims (50)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特定の波長の光とともに使用される位相マスクを形成する方
    法であって、 上に位相シフト材料層を有する基板を設ける工程と、 該位相シフト材料層をレジスト材料でコーティングする工程と、 電子ビームまたはイオンビームリソグラフィを用いて該レジスト材料をパター
    ニングし、サブミクロンピッチのマスクグレーティングパターンを規定する工程
    と、 露光された位相シフト材料をエッチングして、基板材料を露出するステップと
    、 該レジスト材料を除去して、該マスクグレーティングパターンに従った、露出
    された基板材料の領域と交互になる位相シフト材料の領域を現す工程と、を包含
    する、方法。
  2. 【請求項２】 前記位相シフト材料層が、前記基板と、位相シフト材料の所
    与の領域とを通過する前記特定の波長の光の位相を、露出された基板の隣接する
    領域を通過する該特定の波長の光の位相と１８０度ずらす、請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記レジスト材料が、多層構造である、請求項１に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 前記マスクグレーティングパターンが、複数のマスクグレー
    ティングピッチを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記複数のマスクグレーティングピッチが、前記位相マスク
    の別個の領域にある、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記マスクグレーティングパターンが、前記マスクグレーテ
    ィングピッチの半分に対応する位相シフトを含む、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記マスクグレーティングパターンが、連続的に変化するピ
    ッチの少なくとも１つのカーブグレーティングパターンまたは少なくとも１つの
    グレーティングを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記パターニング工程が、サブフィールドおよびフィールド
    ステッチングエラーを減らすために、部分照射線量での多数のパスを用いて行わ
    れる、請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記エッチング工程が、塩素および酸素を含むガス混合物を
    用いて、前記露光された位相シフト材料のサブミクロン異方性反応性イオン（マ
    グネトロン増強）エッチングを行う工程を包含する、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ガス混合物が、８０％〜９０％の塩素と、１０％〜２
    ０％の酸素とを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記レジスト材料がゲルマニウムを含み、 前記パターニング工程が、脱イオン水を用いて自然酸化ゲルマニウムを除去し
    、その後に、四フッ化炭素ガスを用いてゲルマニウムの等方性反応性イオンエッ
    チングを行う工程を包含する、請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記レジスト材料がシリコンを含み、 前記パターニング工程が、四フッ化炭素ガスを用いてシリコンの等方性反応性
    イオンエッチングを行う工程を包含する、請求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記パターニング工程が、酸素ガスを用いて前記レジスト
    材料をエッチングする工程を包含する、請求項１に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記サブミクロンピッチが、４００ｎｍ未満である、請求
    項１に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 特定の波長の光とともに使用される位相マスクを形成する
    方法であって、 基板を設ける工程と、 該基板をレジスト材料でコーティングする工程と、 電子ビームまたはイオンビームリソグラフィを用いて該レジスト材料をパター
    ニングし、サブミクロンピッチのマスクグレーティングパターンを規定する工程
    と、 該露光された基板を、特定の深さまでエッチングする工程と、 該レジスト材料を除去して、該マスクグレーティングパターンに従った、エッ
    チングされていない基板材料の領域と交互になるエッチングされた基板の領域を
    現す工程と、を包含し、 該特定の深さが、エッチングされた基板の所与の領域を通過する該特定の波長
    の光の位相が、エッチングされていない基板の隣接する領域を通過する該特定の
    波長の光の位相と１８０度ずれるような深さである、方法。
  16. 【請求項１６】 前記レジスト材料が、多層構造である、請求項１５に記載
    の方法。
  17. 【請求項１７】 前記マスクグレーティングパターンが、複数のマスクグレ
    ーティングピッチを含む、請求項１５に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記複数のマスクグレーティングピッチが、前記位相マス
    クの別個の領域にある、請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記マスクグレーティングパターンが、前記マスクグレー
    ティングピッチの半分に対応する位相シフトを含む、請求項１５に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記マスクグレーティングパターンが、少なくとも１つの
    カーブグレーティングパターンを含む、請求項１５に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記パターニング工程が、サブフィールドおよびフィール
    ドステッチングエラーを減らすために、部分照射線量での多数のパスを用いて行
    われる、請求項１５に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記エッチング工程が、四フッ化炭素およびアルゴンを含
    むガス混合物を用いて反応性イオンエッチングを包含する、請求項１５に記載の
    方法。
  23. 【請求項２３】 前記ガス混合物が、９５％〜９８％の四フッ化炭素および
    ２％〜５％のアルゴンを含む、請求項１５に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 半導体光学装置において所望の装置グレーティング構造を
    製造する方法であって、該装置グレーティング構造は、１つ以上の所望のピッチ
    値に特徴づけられる特徴を有し、該方法は、 該所望の装置グレーティング構造に対応する特徴であって、１つ以上のピッチ
    値に特徴づけられる特徴を有する対応するマスクグレーティング構造を有する位
    相マスクを提供する工程を包含し、該マスクグレーティング構造の各ピッチ値は
    、該所望の装置グレーティング構造の対応するピッチ値の２倍であり、 該マスクグレーティング構造の特徴は、交互の第１および第２の光学的厚さを
    有する交互の領域によって規定され、 該半導体装置の少なくとも部分が形成される基板を設ける工程をさらに包含し
    、該基板は、フォトレジスト材料で覆われ、 該基板に近接してまたは接して該位相マスクを堆積させる工程と、 該位相マスクに、特定の波長の垂直に入射する光を照射して、該基板上の該フ
    ォトレジストを露光する工程と、をさらに包含し、 該特定の波長は、該位相マスクの該交互の領域の１つを通過する該特定の波長
    の光の位相と、該位相マスクの該交互の領域の隣接する領域を通過する光の波長
    とが、１８０度ずれるような波長であり、 該フォトレジストに当たる光が、該マスクグレーティング特徴の対応するピッ
    チ値の半分のピッチ値を有する強度分布に特徴づけられ、該強度分布が、該所望
    の装置グレーティング構造に対応し、 該フォトレジストを現像する工程と、 該基板をエッチングして、該基板上に該所望の装置グレーティング構造を与え
    る工程と、をさらに包含する、方法。
  25. 【請求項２５】 前記位相マスク特徴が、（ａ）基板材料上の位相シフト材
    料と、（ｂ）位相シフト材料のない該基板材料と、の交互の領域によって規定さ
    れる、請求項２４に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記位相マスク特徴が、マスク材料のエッチングされてい
    ない領域と交互になる該マスク材料のエッチングされた領域により規定される、
    請求項２４に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記所望の装置グレーティング構造の各ピッチ値が、２０
    ０ｎｍ未満である、請求項２４に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記垂直に入射する光が、コヒーレントである、請求項２
    ４に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記垂直に入射する光が、インコヒーレントである、請求
    項２４に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 カーブ面を有するレーザダイオードと組み合わせて、請求
    項２４に記載の方法によって製造されるカーブグレーティングを含む、高出力不
    安定共振器レーザ。
  31. 【請求項３１】 遠隔光ファイバ内に光を放出するための垂直に集束するレ
    ーザであって、レーザダイオードと組み合わせて、請求項２４に記載の方法に従
    って製造されるカーブグレーティングを含む、レーザ。
  32. 【請求項３２】 半導体基板と、該基板上に形成される多層レーザ構造とを
    有する半導体レーザダイオードチップを製造する方法において、改良が、プラズ
    マ増強ＣＶＤプロセスを用いて、低応力で密な低水素含有量の窒化ケイ素層を生
    成する工程を包含する、方法。
  33. 【請求項３３】 半導体基板と、該基板上に形成される多層レーザ構造とを
    有する半導体レーザダイオードチップを製造する方法において、改良が、絶縁層
    として有機シクロテン層を生成する工程を包含する、方法。
  34. 【請求項３４】 ｐ−ドープト半導体への確実な金属含有量を確立する方法
    であって、 チタン、窒化チタン、白金、および金の層を順次堆積させる工程を包含する、
    方法。
  35. 【請求項３５】 ｎ−ドープト半導体材料への確実な金属含有量を確立する
    方法であって、ニッケル、ゲルマニウム、金、ニッケル、銀、および金の層を順
    次堆積させる工程を包含する、方法。
  36. 【請求項３６】 ｎ−ドープト半導体材料への確実な金属含有量を確立する
    方法であって、ゲルマニウム、金、ニッケル、タングステンシリサイド、チタン
    、および金の層を順次堆積させる工程を包含する、方法。
  37. 【請求項３７】 少なくとも１つの光透過面を有する半導体レーザの製造に
    おいて、低電力広面積アルゴンイオンビームを用いて、または、低エネルギー低
    圧電子サイクロトロン共鳴を用いて、該面上の自然酸化物を除去し、連続的な水
    素、窒素およびアルゴンプラズマを生成する工程を包含する、改良。
  38. 【請求項３８】 レーザダイオードチップであって、 半導体基板と、 該基板上に形成される多層レーザ構造と、を含み、該レーザ構造は、間にリッ
    ジ導波管を規定する第１および第２の間隔があけられたトレンチを有する上面に
    より境界が定められ、該リッジ導波管は、光伝搬方向に沿って延び、 該外面上で、該トレンチに近接する場所に形成され、該トレンチによって該リ
    ッジ導波管から分離される第１および第２の金属ショルダをさらに含み、該ショ
    ルダは、該上面の上に延びて、該リッジ導波管を保護する、レーザダイオードチ
    ップ。
  39. 【請求項３９】 前記レーザ構造が、前記リッジ導波管の下に配置されるグ
    レーティングを含み、該グレーティングが前記上面に平行な平面に配置され、前
    記光伝搬方向に垂直な方向に延びるグレーティングラインを有する、請求項３８
    に記載のレーザダイオードチップ。
  40. 【請求項４０】 前記レーザグレーティング構造が、グレーティングピッチ
    の半分に対応する位相シフト領域を含む、請求項３９に記載のレーザダイオード
    チップ。
  41. 【請求項４１】 前記基板上に形成される別のレーザ構造をさらに含み、該
    別のレーザ構造は、別のリッジ導波管と、該別のリッジ導波管の下に配置される
    別のグレーティングと、を含み、該別のグレーティングが、最初に述べたグレー
    ティングとは異なるピッチを有する、請求項３９に記載のレーザダイオードチッ
    プ。
  42. 【請求項４２】 Ｔａ2Ｏ5（酸化タンタル）およびＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニ
    ウム）を含むレーザダイオード面のための反射防止コーティング。
  43. 【請求項４３】 レーザチップモジュールであって、 ハウジングを含み、該ハウジングは、該ハウジングの外側から該ハウジング内
    部に信号を伝達するための複数のピンを有し、 該ハウジングに取り付けられる誘電体基板をさらに含み、該基板は、上面と、
    メタライズされた下面とを有し、 該基板の該上面に取り付けられるレーザチップと、 該基板の該上面上の第１および第２の導電信号線と、をさらに含み、該信号線
    は、特定の第１および第２の入力ピンから、該レーザチップのそれぞれの場所ま
    たは該レーザチップ付近のそれぞれの場所まで延び、 該基板は、該メタライズされた下面に電気的に接続されるメタライズされたバ
    イアホールを有するように形成され、該バイアホールは、該信号線の各々が両側
    に複数のバイアホールを有し、且つ、該バイアホールの少なくとも幾つかが該信
    号線の間に配置されるように、パターンを形成し、 該基板の上に配置され、該バイアホールによって該メタライズされた下面に電
    気的に接続される金属構造をさらに含む、レーザチップモジュール。
  44. 【請求項４４】 前記伝送線が、一定の幅である、請求項４３に記載のレー
    ザチップモジュール。
  45. 【請求項４５】 前記金属構造が、前記基板上のメタライズされたトレース
    であって、前記バイアホールに接触するトレースを含む、請求項４３に記載のレ
    ーザチップモジュール。
  46. 【請求項４６】 前記メタライズされたトレースが、一定の幅である、請求
    項４４に記載のレーザチップモジュール。
  47. 【請求項４７】 前記メタライズされたトレースの少なくとも１つが、テー
    パ状である、請求項４４に記載のレーザチップモジュール。
  48. 【請求項４８】 前記バイアホールのパターンが、前記信号線の各々に沿っ
    て分布されるバイアホール対を含み、 前記金属構造が、該信号線の一方側のそれぞれのバイアホールから、信号ホー
    ルの他方側のそれぞれのバイアホールまで延びるワイヤアーチを含む、請求項４
    ３に記載のレーザチップモジュール。
  49. 【請求項４９】 レーザダイオードの数が、８個以上である、請求項４３に
    記載のレーザチップモジュール。
  50. 【請求項５０】 ファイバオプティックリンクによって接続されるノードを
    含むネットワークであって、少なくとも１つのリンクは、ＷＤＭ機器を有するノ
    ードで終端され、改良において、端末機器が、該ＷＤＭ機器に光結合され、 複数の波長の独立して変調される光を提供するための多波長リッジレーザダイ
    オードアレイチップを有する多波長レーザモジュールを含む、ネットワーク。
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