JP2009177075A - 量子細線構造を作製する方法およびｄｆｂレーザ素子を作製する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細なレジストマスクを形成するための電子ビーム露光量の増大によるレジストマスク側面のラフネスを抑制することが可能な量子細線構造の作製方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る量子細線構造の作製方法は、所望の量子細線構造の幅よりも太い幅を有するレジストマスクを用いて絶縁体マスク１６を形成する工程と、この絶縁体マスク１６を用いて多重量子井戸層１２をエッチングし量子細線１７を形成する工程とを備える。多重量子井戸層１２のエッチング中に、絶縁体マスク１６の幅がエッチングにより細くなるので、所望の幅を有する量子細線１７が形成される。このため、絶縁体マスク１６のためのレジストマスクの幅は、量子細線構造の細線幅より太くできる。従って、電子ビームの露光量を増加することなく、レジストマスクの形成が可能になる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、量子細線構造を作製する方法およびＤＦＢレーザ素子を作製する方法に関するものである。

非特許文献１には、多層量子細線レーザの作製方法及び作製した多層量子細線レーザの特性が記載されている。この多層量子細線レーザは、以下のように作製される。電子ビーム露光法により形成されたレジストパターンを用いて絶縁膜マスクを形成する。この絶縁膜マスクを用いて、ＣＨ_４／Ｈ_２反応性イオンエッチング法で半導体をエッチングして、多層量子細線構造を作製する。

特許文献１には、量子細線の製造方法が記載されている。この量子細線は以下のように製造される。まず、Ｓｉ基板上に酸化膜を形成する。次に、レジストマスクを酸化膜上に形成する。このレジストマスクを用いて酸化膜をエッチングして、酸化膜にアンダーカットを生じさせる。続いて、この酸化膜をマスクとしてＳｉ基板をエッチングすると、Ｓｉ突起部が形成される。このＳｉ突起部にＳｉをエピタキシャル成長してＳｉ量子細線を形成する。
H. Yagi et al.: JJAP, 43 (2004) pp.3401-3409 特開２０００−２２３６９１号公報

非特許文献１に記載される多層量子細線レーザの作製方法によれば、微細な量子細線を得るためには、絶縁膜マスクの形成に用いるレジストマスクの微細化も必要である。このレジストマスクは、電子ビーム露光法により形成される。微細なパターンを有するレジストマスクを形成するためには、電子ビームの露光量が増加する。しかしながら、露光量の増大に伴い、電子ビーム径が大きくなるので、レジストマスク側面のラフネスが大きくなる。このレジスト形状は絶縁膜マスクに転写され、この絶縁膜マスクにより量子細線が作製される。従って、量子細線の形状も、絶縁膜マスクの形状が転写されるので、量子細線側面のラフネスも大きくなる。このラフネスは、レーザ特性に悪影響を与え、しきい値電流の上昇等を生じさせる。

特許文献１に記載される量子細線の製造方法においては、アンダーカットにより生じた酸化膜の形状を利用している。即ち、アンダーカットにより酸化膜に突起を形成してマスクを作製する。このマスクを用いてＳｉ基板の異方性エッチングを行なうことにより量子細線を形成している。マスクの形成に用いるレジストマスクの幅は、作製される量子細線幅と同程度に微細化することを必要とされない。この量子細線幅は、酸化膜に突起を生じさせるエッチングプロセスにより依存する。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、電子ビーム露光によるレジストマスク側面におけるラフネスを低減することが可能な量子細線構造を作製する方法およびＤＦＢレーザ素子を作製する方法を提供することを目的とする。

本発明に係る量子細線構造を作製する方法は、III−V族化合物半導体からなる量子細線構造を作製する方法であって、多重量子井戸層を半導体領域上に成長する工程と、絶縁膜を多重量子井戸層上に成膜する工程と、レジストマスクを絶縁膜上に電子ビーム露光法により形成する形成工程と、レジストマスクを用いて前記絶縁膜のエッチングを行なうことにより、絶縁体マスクを形成する工程と、レジストマスクを除去した後に、絶縁体マスクを用いて多重量子井戸層のエッチングを行うことにより、量子細線構造を形成する工程と、量子細線構造を半導体により埋め込む工程とを備え、量子細線構造は第１の幅を有し、レジストマスクは、第１の幅より太い第２の幅のパターンを有し、多重量子井戸層のエッチング中に絶縁体マスクのマスク幅がエッチングにより細くなることによって、量子細線構造の前記第１の幅が達成される。

この量子細線構造の作製方法においては、多重量子井戸層のエッチング中に絶縁体マスクもエッチングされて、絶縁体マスクの幅及び厚さが徐々に小さくなる。この絶縁体マスクの形状の変化を利用して、所望の細線幅を有する量子細線構造を多重量子井戸層に形成することが可能となる。また、絶縁体マスクの幅をエッチング中に細らせるので、絶縁体マスクのマスク幅は所望の量子細線構造の細線幅より大きくできる。このため、絶縁体マスクのためのレジストマスクの幅も、量子細線構造の細線幅より太くできる。故に、電子ビームの露光量を増加することなく、レジストマスクの形成が可能になる。従って、レジストマスク側面のラフネスの増大を抑制できる。

本発明に係る量子細線構造を作製する方法では、絶縁膜は、シラン系ガス及び酸化窒素系ガスをプロセスガスとして用いてプラズマＣＶＤ法により成膜することができる。この量子細線構造を作製する方法によれば、多重量子井戸層のエッチングに用いるガスに対するエッチング耐性が弱い絶縁膜を形成できるので、多重量子井戸層のエッチング中に絶縁体マスクのマスク幅及び厚さを小さくすることに好適である。

本発明に係る量子細線構造を作製する方法では、絶縁膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする。

本発明に係る量子細線構造を作製する方法では、多重量子井戸層のエッチングは、ＣＨ_４ガス及びＨ_２ガスを用いた反応性イオンエッチング法により行われることを特徴とする。この量子細線構造を作製する方法によれば、多重量子井戸層の異方性エッチング中に、絶縁体マスクの幅及び厚さを小さくすることができる。従って、この絶縁体マスクの幅及び厚さの変化を利用して、所望の細線幅を有する量子細線を多重量子井戸層に形成することが可能となる。

本発明に係る量子細線構造を作製する方法は、絶縁膜の成膜では、絶縁膜の厚さは、第１の幅に合わせて調整されていることを特徴とする。この量子細線構造の作製方法によれば、絶縁膜の厚さに対応した第１の幅が得られるので、絶縁膜の厚さを調整することにより、量子細線構造の所望の幅を得ることができる。

本発明に係るＤＦＢレーザ素子を作製する方法は、クラッド層及び多重量子井戸層を半導体基板上に順に成長する工程と、絶縁膜を多重量子井戸層上に成膜する工程と、周期的に配列された複数の量子細線のためのパターンを有するレジストマスクを絶縁膜上に電子ビーム露光法により形成する工程と、レジストマスクを用いて絶縁膜のエッチングを行なうことにより、絶縁体マスクを形成する工程と、レジストマスクを除去した後に、絶縁体マスクを用いて多重量子井戸層のエッチングを行なうことにより、周期的に配列された複数の量子細線構造を形成する工程と、複数の量子細線構造を半導体により埋め込む工程とを備え、量子細線構造は第１の幅を有し、レジストマスクは、第１の幅より太い第２の幅のパターンを有し、多重量子井戸層のエッチング中に絶縁体マスクのマスク幅がエッチングにより細くなることによって、量子細線構造の前記第１の幅が達成されることを特徴とする。

このＤＦＢレーザ素子の作製する方法においては、多重量子井戸層のエッチング中に絶縁体マスクもエッチングされて、絶縁体マスクの幅及び厚さが徐々に小さくなる。この絶縁体マスクの形状の変化を利用して、所望の細線幅を有する量子細線構造を多重量子井戸層に形成することが可能となる。また、絶縁体マスクの幅をエッチング中に細らせるので、絶縁体マスクのマスク幅は所望の量子細線構造の細線幅より大きくできる。このため、絶縁体マスクのためのレジストマスクの幅も、量子細線構造の細線幅より太くできる。故に、電子ビームの露光量を増加することなく、レジストマスクの形成が可能になる。従って、レジストマスク側面のラフネスの増大を抑制できる。

本発明によれば、電子ビーム露光によるレジストマスク側面におけるラフネスを低減することが可能な量子細線構造を作製する方法およびＤＦＢレーザ素子を作製する方法が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の量子細線構造を作製する方法及びＤＦＢレーザ素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

図１〜図５を参照しながら、本発明の実施の形態に係る量子細線構造の作製方法の工程を説明する。

図１（ａ）に示されるように、ｐ型ＩｎＰ基板９といった半導体基板上にクラッド層（例えばｐ型ＩｎＰクラッド層１０）及び光閉じ込め層（例えばｐ型ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層１１）を成長する。これらの成長は、例えば有機金属気相成長炉を用いて成長される。次いで、ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層１１上に、多重量子井戸層１２を形成する。多重量子井戸層１２は、例えばアンドープＧａＩｎＡｓＰからなる。多重量子井戸層１２は、複数の井戸層１２ａ及び障壁層１２ｂを有する。クラッド層の厚さは、例えば２．０μｍとすることができる。光閉じ込め層１１の厚さは、例えば１５０ｎｍとすることができる。多重量子井戸層１２の厚さは、例えば８４ｎｍとすることができる。

図１（ｂ）に示されるように、多重量子井戸層１２上に絶縁膜１３を形成する。この形成は、例えば、シラン系ガス及び酸化窒素系ガスをプロセスガスとして用いて、プラズマＣＶＤ法で行われる。シラン系ガスとしては、モノシラン、ジシランが用いられる。酸化窒素系ガスとしては、Ｎ_２Ｏガス、Ｎ_２Ｏ_３ガスが用いられる。一実施例では、ＳｉＨ_４とＮ_２Ｏが用いられる。このプラズマＣＶＤ法による絶縁膜１３の形成は、例えば以下の条件で行うことができる。
ＳｉＨ_４の流量：１００ｃｍ^３／ｍｉｎ
Ｎ_２Ｏの流量：１００ｃｍ^３／ｍｉｎ
温度：２３０℃
プラズマのパワー：ＲＦｐｏｗｅｒ＝２０Ｗ
圧力：１２０Ｐａ
以上の条件により、例えばＳｉＯ_２膜といったシリコン酸化膜が形成される。

次いで、絶縁膜１３上にレジスト膜１４を形成する。このレジスト膜１４は、電子ビーム露光用レジストである。このレジスト膜１４の厚さは、例えば６０ｎｍとすることができる。

図１（ｃ）に示されるように、絶縁膜１３上にレジストマスク１５を形成する。この形成は、レジスト膜１４を電子ビーム露光法により露光した後、この露光後のレジスト膜１４を現像することで行なわれる。レジストマスク１５は、周期的に配列された複数の細線パターンを有しており、周期的に配列された複数の細線パターンを絶縁膜１３に形成するために用いられる。ＤＦＢレーザ素子を作製するので、細線パターンの周期Λは、レーザ発振の波長に対応したブラッグ周期である。例えば発振波長１５５０ｎｍを得るためには、周期Λは２４０ｎｍである。例えば発振波長１３００ｎｍを得るためには、周期Λは２００ｎｍである。

図１（ｄ）に示されるように、レジストマスク１５を用いて絶縁膜１３をエッチングし、絶縁体マスク１６を多重量子井戸層１２上に形成する。このエッチングは、例えば、反応性イオンエッチングを用いることができる。例えば、エッチングガスとしてＣＦ_４ガスを用いる。このレジストマスク１５の形状は、絶縁体マスク１６に転写される。エッチングの後にレジストマスク１５を除去して、所定の軸の方向に周期的に配列された複数の量子細線構造を形成するための絶縁体マスク１６が形成される。このレジストマスク１５の除去は、Ｏ_２アッシングにより行なわれる。

図２（ａ）に示されるように、絶縁体マスク１６を用いて多重量子井戸層１２をエッチングして、周期的に配列された複数の量子細線１７を形成する。このエッチングの一例では、ＣＨ_４／Ｈ_２を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が用いられる。ここで、図３を参照しながら、量子細線１７を形成するＲＩＥ中における絶縁体マスク１６の形状の変化及び多重量子井戸層１２の形状の変化を説明する。

図３（ａ）に示されるように、ＲＩＥを行なう前の絶縁体マスク１６ａは、幅Ｗ_２Ａ及び厚さＴ_２Ａを有している。幅Ｗ_２Ａは、上記の所定の軸の方向に規定されている。この絶縁体マスク１６ａの、ＲＩＥに用いるＣＨ_４／Ｈ_２に対するエッチング耐性は弱いので、この絶縁体マスク１６ａを用いて多重量子井戸層１２をエッチングする際に、多重量子井戸層１２がエッチングされると共に絶縁体マスク１６ａもエッチングされる。エッチングが進行すると、図３（ｂ）に示されるように、絶縁体マスク１６ａはエッチングにより変形して、絶縁体マスク１６ｂになる。絶縁体マスク１６ｂは、幅Ｗ_２Ｂ（＜Ｗ_２Ａ）及び厚さＴ_２Ｂ（＜Ｔ_２Ａ）を有する。また、多重量子井戸層１２がエッチングにより、絶縁体マスク１６ｂ直下に形成された多重量子井戸層１２ｂに変わる。多重量子井戸層１２ｂは、細線構造１７ｂを有する。このエッチングは異方性を有するので、大きなアンダーカットは生じない。細線構造１７ｂの幅Ｗ_３Ｂは絶縁体マスク１６ｂの幅Ｗ_２Ｂの細りに合わせて細くなる。さらにエッチングが進行したとき、図３（ｃ）に示されるように、絶縁体マスク１６ｂは、エッチングにより絶縁体マスク１６ｃに変化する。絶縁体マスク１６ｃは、幅Ｗ_２Ｃ（＜Ｗ_２Ｂ）及び厚さＴ_２Ｃ（＜Ｔ_２Ｂ）を有する。また、多重量子井戸層１２ｂがエッチングにより、絶縁体マスク１６ｃ直下に細線状に形成された多重量子井戸層を有する半導体層１２ｃに変わる。細線構造となった多重量子井戸層１７ｃの幅Ｗ_３Ｃは、絶縁体マスク１６ｃの幅Ｗ_２Ｃの細りに合わせて細くなる。このように、エッチングの進行に伴い絶縁体マスク１６の幅は徐々に細るので、細線構造１７ｂ、１７ｃ及び量子細線１７の幅も、エッチングの進行に伴い絶縁体マスクの幅に依存して徐々に細くなる。従って、最初の絶縁体マスク１６のマスク幅Ｗ_２は、所望の量子細線構造の細線幅より大きくできる（図１（ｄ）参照）。このため、絶縁体マスク１６を形成するためのレジストマスクの幅Ｗ_１は、量子細線構造の細線幅より太くできる（図1（ｃ）参照）。このように、絶縁体マスクの長辺がエッチングにより細っていく。

なお、この絶縁体マスク１６の厚さＴ_２は、１５ｎｍ以上とすることが好ましい。厚さＴ_２が１５ｎｍより小さい場合には、形成される量子細線１７の垂直性が悪化するからである。また、この絶縁体マスク１６の厚さＴ_２は、４５ｎｍ以下とすることが好ましい。厚さＴ_２が４５ｎｍより大きい場合には、絶縁膜１３のエッチング中にレジストマスク１５がエッチングされ、所望の形状の絶縁体マスク１６が形成されないからである。作製する量子細線１７の幅は、尖鋭な光学利得スペクトルを得るために、３０ｎｍ以下であることが好ましい。作製する量子細線１７の深さは、キャリヤの横方向閉じ込めの観点から多重量子井戸層を貫通する深さである必要がある。

次に、図４及び図５を対比参照して、絶縁体マスク１６の厚さと量子細線１７の幅との関係について説明する。

量子細線１７の幅は、絶縁体マスク１６の厚さに依存して決定される。図４は、厚さＴ_Ｄの絶縁体マスク１６ｄを用いた量子細線１７の形成を示す。図５は、厚さＴ_Ｇ（＞Ｔ_Ｄ）の絶縁体マスク１６ｇを用いた量子細線１７の形成を示す。

図４（ａ）に示されるように、厚さＴ_Ｄの絶縁体マスク１６ｄを用いて多重量子井戸層１２をエッチングする。マスク１６ｄの断面はほぼ四辺形である。エッチングを開始すると、マスク１６ｄの上面の両端がエッチングにより削られて丸まる。この丸まりによる変形がマスク１６ｄの下面に及ぶと、図４（ｂ）に示されるようにマスク幅が細る。また、両端からの丸まりによる変形が、マスク１６ｄの中央に及ぶと、図４（ｂ）に示されるようにマスクの厚みが減少する。このようにエッチングが進行すると、絶縁体マスク１６ｄは変形して絶縁体マスク１６ｅになる。絶縁体マスク１６ｅは、幅Ｗ_Ｅ及び厚さＴ_Ｅ（＜Ｔ_Ｄ）を有する。また、絶縁体マスク１６ｅ直下に細線構造１７ｅが形成される。さらにエッチングが進行すると、絶縁体マスク１６ｅは変形して絶縁体マスク１６ｆになる。絶縁体マスク１６ｆは、幅Ｗ_Ｆ（＜Ｗ_Ｅ）及び厚さＴ_Ｆ（＜Ｔ_Ｅ）を有する。また、絶縁体マスク１６ｆ直下に細線構造１７ｆが形成される。細線構造１７ｆの幅Ｗ_Ｆは、絶縁体マスク１６ｄの厚さＴ_Ｄに依存して決定される。

図５（ａ）に示されるように、厚さＴ_Ｇの絶縁体マスク１６ｇを用いて多重量子井戸層１２をエッチングする。マスク１６ｇの断面はほぼ四辺形である。エッチングを開始すると、マスク１６ｇの上面の両端がエッチングにより削られて丸まる。この丸まりによる変形がマスク１６ｇの下面に及ぶと、図５（ｂ）に示されるようにマスク幅が細る。また、両端からの丸まりによる変形が、マスク１６ｇの中央に及ぶと、図５（ｂ）に示されるようにマスクの厚みが減少する。このようにエッチングが進行すると、絶縁体マスク１６ｇは変形して絶縁体マスク１６ｈになる。絶縁体マスク１６ｈは、幅Ｗ_Ｈ及び厚さＴ_Ｈ（＜Ｔ_Ｇ）を有する。また、絶縁体マスク１６ｈ直下に細線構造１７ｈが形成される。さらにエッチングが進行すると、絶縁体マスク１６ｈは変形して絶縁体マスク１６ｊになる。絶縁体マスク１６ｊは、幅Ｗ_Ｊ（＜Ｗ_Ｈ）及び厚さＴ_Ｊ（＜Ｔ_Ｈ）を有する。また、絶縁体マスク１６ｊ直下に細線構造１７ｊが形成される。細線構造１７ｊの幅Ｗ_Ｊは、絶縁体マスク１６ｇの厚さＴ_Ｇに依存して決定される。

即ち、絶縁体マスク１６ｄの厚さＴ_Ｄは、絶縁体マスク１６ｇの厚さＴ_Ｇより小さいので、細線構造１７ｆの幅Ｗ_Ｆは、細線構造１７ｊの幅Ｗ_Ｊより小さい。例えば、量子細線１７の所望の幅が２０ｎｍであれば、絶縁体マスク１６の厚さは３５ｎｍとするのが望ましい。この絶縁体マスク１６を形成するためのレジストマスク１５の幅Ｗ_１は、４０ｎｍとするのが望ましい（図１（ｃ）、（ｄ）及び図２（ａ）参照）。この絶縁体マスクの幅を得るためには、電子ビーム露光量の著しい増大は必要なく、このため、レジストマスク側面のラフネスが低減される。

図２を参照する半導体レーザの作製のための工程の説明に戻る。多重量子井戸層１２をエッチングする工程において、例えば、ＣＨ_４／Ｈ_２を用いたＲＩＥ中に半導体表面に堆積する炭素重合物を除去するためのＯ_２アッシングを行うことが好ましい。また、ＲＩＥとＯ_２アッシングとを交互に繰り返すことが好ましい。垂直性に優れた量子細線構造が得られるからである。

次いで、図２（ｂ）に示されるように、ドライエッチングによる損傷層を除去するために、硫酸系の溶液を用いて、ウエットエッチングを行った後、絶縁体マスク１６をＢＨＦ（バッファードフッ酸）により除去する。その後、周期的に配列された複数の量子細線１７の間に、半導体の埋め込み再成長を行い、埋め込み半導体層１８を形成する。埋め込み再成長には、例えばアンドープＩｎＰ半導体が用いられる。

図２（ｃ）に示されるように、量子細線１７上及び埋め込み半導体層１８上にｎ型ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層１９を成長する。この成長は、例えば有機金属気相成長法が用いられる。ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層１９の厚さは、例えば１５０ｎｍとすることができる。この後に、ＢＨ型ストライプ構造といった屈折率導波構造を形成する。

次いで、図２（ｄ）に示されるように、ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層１９上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層２０といったクラッド層及びｎ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１といったコンタクト層を成長する。これらの成長は、例えば有機金属気相成長法が用いられる。ｎ型ＩｎＰクラッド層２０の厚さは、例えば２．０μｍとすることができる。また、ｎ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１の厚さは、例えば５００ｎｍとすることができる。

以上に述べた各工程において形成する各層のドーパント元素、ドーパント濃度及び厚さの一例は、以下に示される。
ｐ型ＩｎＰクラッド層１０：Ｚｎ，１×１０^１８ｃｍ^−３，厚さ ２．０μｍ
ｐ型ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層１１：Ｚｎ，５×１０^１７ｃｍ^−３，厚さ １５０ｎｍ
多重量子井戸層１２：アンドープ，厚さ ８４ｎｍ（井戸層：６ｎｍ×５、障壁層：９ｎｍ×６）
ｎ型ＧａＩｎＡｓＰ光閉じ込め層１９：Ｓｉ，５×１０^１７ｃｍ^−３，厚さ １５０ｎｍ
ｎ型ＩｎＰクラッド層２０：Ｓｉ，１×１０^１８ｃｍ^−３，厚さ ２．０μｍ
ｎ型ＧａＩｎＡｓコンタクト層２１：Ｓｉ，１×１０^１９ｃｍ^−３，厚さ ５００ｎｍ
以上のように作製したＤＦＢレーザ素子の一例を図６に示す。

図６は、本実施の形態に係るＤＦＢレーザ素子の作製方法により作製されるＤＦＢレーザ素子５０の構造を示す斜視図である。図６を参照すると、ＤＦＢレーザ素子５０は、主面２９ａを有するｐ型ＩｎＰ基板２９を備えている。

また、ＤＦＢレーザ素子５０は、第1クラッド層３０、第１光閉じ込め層３１、複数の量子細線３７、埋め込み半導体層３８、第２光閉じ込め層３９、コンタクト層４１及び第２クラッド層４０を備えている。第1クラッド層３０は、ｐ型ＩｎＰ基板２９の主面２９ａ上に設けられている。第１光閉じ込め層３１は、第1クラッド層３０上に設けられている。第1光閉じ込め層３１上には、周期的に配列された複数の量子細線３７及び埋め込み半導体層３８が設けられている。複数の量子細線３７は、第１光閉じ込め層３１上においてレーザ発振方向Ａ_Ｘに周期的に配列されている。埋め込み半導体層３８は、周期的に配列された複数の量子細線３７の間に設けられている。第２光閉じ込め層３９は、量子細線３７上及び埋め込み半導体層３８上に設けられている。

図７は、図６に示すＡ部分を拡大して示す断面を示す模式図である。周期的に配列された複数の量子細線３７は、所定の幅Ｗ_Ｌを有し、所定の軸方向に周期Λ_Ｌで配置されている。埋め込み半導体層３８は、周期的に配列された複数の量子細線３７の間に設けられている。量子細線３７の幅Ｗ_Ｌは、例えば２０ｎｍとするのが望ましい。また、量子細線３７の周期Λ_Ｌは、出力しようとするレーザ光の波長に応じて設定され、例えばレーザ光の波長が１５５０ｎｍである場合には２４０ｎｍに設定され、レーザ光の波長が１３００ｎｍである場合には２００ｎｍに設定される。量子細線３７は量子井戸構造を有しており、量子井戸構造は井戸層３７ａ及び障壁層３７ｂを含む。

第1クラッド層３０、第１光閉じ込め層３１、複数の量子細線３７、埋め込み半導体層３８及び第２光閉じ込め層３９は、所定の軸に沿って延びる半導体メサを構成する。また、半導体メサは、埋め込み領域４２によってその側面が埋め込まれている。

埋め込み領域４２は、例えば第１のｐ型電流狭窄層４２ａ、ｎ型電流狭窄層４２ｂ、及び第２のｐ型電流狭窄層４２ｃによって構成される。第１のｐ型電流狭窄層４２ａは、半導体メサが設けられた領域を除く第１クラッド層３０上の領域に設けられ、第１クラッド層３０の該領域及び半導体メサの側面を覆っている。ｎ型電流狭窄層４２ｂは、第１のｐ型電流狭窄層４２ａ上に設けられている。第２のｐ型電流狭窄層４２ｃは、ｎ型電流狭窄層４２ｂと、第２クラッド層４０との間に設けられている。これらの電流狭窄層４２ａ〜４２ｃは、例えばｎ型（またはｐ型）ＩｎＰからなる。

半導体メサ及び埋め込み領域４２上には、第２クラッド層４０が設けられている。また、第２クラッド層４０上には、コンタクト層４１が設けられている。コンタクト層４１上には、絶縁膜４３及び第１の電極膜４４が形成されている。絶縁膜４３は半導体メサに対応する開口を有しており、コンタクト層４１と電極膜４３とが該開口を介してオーミック接触を成している。ｐ型ＩｎＰ基板２９の主面２９ａとは反対側の裏面には第２の電極膜２８が設けられており、第２の電極膜２８とｐ型ＩｎＰ基板２９とがオーミック接触を成している。

以上に述べたように本実施形態においては、多重量子井戸層１２の異方性エッチングに用いるＣＨ_４／Ｈ_２ガスに対する絶縁体マスク１６のエッチング耐性は弱いので、多重量子井戸層１２の異方性エッチング中に、絶縁体マスク１６の幅及び厚さは、徐々に小さくなる。この絶縁体マスク１６の細りと薄層化を利用して、所望の細線幅を有する量子細線１７を多重量子井戸層に形成することが可能となる。また、絶縁体マスク１６の幅及び厚さを異方性エッチング中に変えるので、絶縁体マスク１６のマスク幅は所望の量子細線１７の細線幅より大きい。このため、絶縁体マスク１６のためのレジストマスク１５の幅は、量子細線１７の細線幅より太くできる。従って、電子ビームの露光量を増加することなく、レジストマスクの形成が可能になる。よって、レジストマスク側面のラフネスの増大を抑制できる。

また、電子ビームの露光量を増加させる必要がないので、露光時間の増加も抑制できる。従って、レジストマスク１５を形成するためのリードタイムの増加を抑制できる。

さらに、本実施形態においては、絶縁体マスク１６の厚さに対応する量子細線１７の幅が形成される。従って、絶縁体マスク１６の厚さを調整することにより、所望の幅を有する量子細線１７が得られる。

従って、本実施の形態に係るＤＦＢレーザ素子の作製方法によれば、側面のラフネスが小さい量子細線３７を備えたＤＦＢレーザ素子５０が作製される。

以上説明したように、本発明では以下の目的が達成される。従来の技術において、エッチングされる半導体に対するエッチングマスクのエッチング選択比を大きくする必要があるので、エッチングマスクには、エッチング耐性の強い材料が用いられる。本発明では、ＳｉＨ_４とＮ_２Ｏとをプロセスガスとして用いてプラズマＣＶＤ法により成膜されるＳｉＯ_２膜といったシリコン酸化膜を、エッチングマスクとして用いている。このように成膜したシリコン酸化膜のエッチング耐性は小さい。従来の技術において、エッチング耐性の大きいシリコン酸化膜をエッチングマスクとして用いる例はあるが、エッチング耐性の小さいシリコン酸化膜は、エッチングマスクとして採用されない。本発明は、上記の方法で成膜したシリコン酸化膜のエッチング耐性の小さいことを利用している。多重量子井戸層のエッチング中にエッチングマスクも徐々にエッチングされて、そのマスク幅は細くなる。このため、微細な量子細線構造が形成される。

図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）及び図１（ｄ）は、量子細線構造の作製方法における量子細線構造の作製工程を示す図である。 図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）及び図２（ｄ）は、量子細線構造の作製方法における量子細線構造の作製工程を示す図である。 図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、エッチング中の絶縁体マスクの形状の変化及び量子細線が形成される経過を示した図である。 図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、絶縁体マスクの厚さと量子細線の幅との関係を示した図である。 図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、絶縁体マスクの厚さと量子細線の幅との関係を示した図である。 図６は、本発明の実施の形態にかかるＤＦＢレーザ素子の作製方法により作製されたＤＦＢレーザ素子の構造を示す斜視図である。 図７は、図６の一部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

９…基板、１０，２０…クラッド層、１１，１９…光閉じ込め層、１２…多重量子井戸層、１３…絶縁膜、１４…レジスト膜、１５…レジストマスク、１６…絶縁体マスク、１７…量子細線、１８…埋め込み半導体、２１…コンタクト層、３０…第１クラッド層、３１…第１光閉じ込め層、３７…量子細線、３８…埋め込み半導体層、３９…第２光閉じ込め層、４０…第２クラッド層、４１…コンタクト層、５０…ＤＦＢレーザ素子。

Claims (6)

1. III−V族化合物半導体からなる量子細線構造を作製する方法であって、
   多重量子井戸層を半導体領域上に成長する工程と、
   絶縁膜を前記多重量子井戸層上に成膜する工程と、
   レジストマスクを前記絶縁膜上に電子ビーム露光法により形成する工程と、
   前記レジストマスクを用いて前記絶縁膜のエッチングを行なうことにより、絶縁体マスクを形成する工程と、
   前記レジストマスクを除去した後に、前記絶縁体マスクを用いて前記多重量子井戸層のエッチングを行うことにより、前記量子細線構造を形成する工程と、
   前記量子細線構造を半導体により埋め込む工程とを備え、
   前記量子細線構造は第１の幅を有し、
   前記レジストマスクは、前記第１の幅より太い第２の幅のパターンを有し、
   前記多重量子井戸層のエッチング中に前記絶縁体マスクのマスク幅がエッチングにより細くなることによって、前記量子細線構造の前記第１の幅が達成されることを特徴とする方法。
2. 前記絶縁膜は、シラン系ガス及び酸化窒素系ガスをプロセスガスとして用いてプラズマＣＶＤ法により成膜されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記絶縁膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記多重量子井戸層のエッチングは、ＣＨ_４ガス及びＨ_２ガスを用いた反応性イオンエッチング法により行われることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
5. 前記絶縁膜の成膜では、前記絶縁膜の厚さは、前記第１の幅に合わせて調整されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
6. ＤＦＢレーザ素子を作製する方法であって、
   クラッド層及び多重量子井戸層を半導体基板上に順に成長する工程と、
   絶縁膜を前記多重量子井戸層上に成膜する工程と、
   周期的に配列された複数の量子細線のためのパターンを有するレジストマスクを前記絶縁膜上に電子ビーム露光法により形成する工程と、
   前記レジストマスクを用いて前記絶縁膜のエッチングを行なうことにより、絶縁体マスクを形成する工程と、
   前記レジストマスクを除去した後に、前記絶縁体マスクを用いて前記多重量子井戸層のエッチングを行なうことにより、周期的に配列された複数の量子細線構造を形成する工程と、
   前記複数の量子細線構造を半導体により埋め込む工程とを備え、
   前記量子細線構造は第１の幅を有し、
   前記レジストマスクは、前記第１の幅より太い第２の幅のパターンを有し、
   前記多重量子井戸層のエッチング中に前記絶縁体マスクのマスク幅がエッチングにより細くなることによって、前記量子細線構造の前記第１の幅が達成されることを特徴とする方法。

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