JP2010264720A - ナノインプリント用モールド及びそれを用いた半導体光デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類のパターンを独立して転写することが可能なナノインプリント用モールド、及び、それを用いた半導体光デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るナノインプリント用モールド１は、モールド基体部３と、モールド基体部３に設けられた複数の盛り上げ部５、７とを備え、複数の盛り上げ部５、７のそれぞれは、ナノインプリント用の凹パターン５Ｐ、７Ｐが形成されたパターン平面５Ｓ、７Ｓを有し、複数の盛り上げ部５、７の複数のパターン平面５Ｓ、７Ｓの複数の凹パターン５Ｐ、７Ｐは、互いに異なる形状を有し、複数の盛り上げ部５、７の複数のパターン平面５Ｓ、７Ｓは、互いに非平行であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノインプリント用モールド及びそれを用いた半導体光デバイスの製造方法に関する。

下記特許文献１には、一度に複数のパターンを形成することのできるナノインプリント用モールドについて記載されている。このモールドは、複数種類の凹凸パターンを有しているため、１つのモールドで複数種類の凹凸パターンを同時に樹脂層等に転写することができる。

下記特許文献２には、ナノインプリント法によって光導波路のための構造を形成する方法が記載されている。

特開２００７−２６８８３１号公報 特開２００７−０１０７６０号公報

半導体光デバイスが有する微細構造、例えば、分布帰還型半導体レーザが有する回折格子の形成に、ナノインプリント法を採用することが検討されている。ナノインプリント法によって微細構造を形成する際には、まず、微細構造を形成する半導体層上に樹脂層を形成する。そして、この微細構造に対応した凹凸パターンを有するモールドをこの樹脂層に押し付けた状態で樹脂層を硬化させる。これにより、モールドの凹凸パターンを樹脂層に転写する。その後、この樹脂層をマスクとして半導体層をエッチングすることにより、半導体層に微細構造を形成する。

このように微細構造をナノインプリント法で形成すれば、半導体光デバイスの製造コストを低減させることができる等の利点がある。さらに、より製造コストを低減させる等の観点から、半導体光デバイスの製造工程において、複数種類の微細構造を、それぞれナノインプリント法で形成することも検討されている。

この場合、複数のモールドを用意し、それぞれのモールドによるナノインプリント法で複数種類の微細構造を形成する方法が考えられる。しかし、そのような方法では、一つの微細構造を形成した後にモールドを交換する工程が必要となるため、工程数増加に伴って製造コストが上昇してしまう。さらに、ナノインプリント装置によるモールドのハンドリング精度には限界があるため、モールドを交換すると、交換前後の２つのモールド間の相対的な位置関係が所望の関係からずれてしまい、形成される複数種類の微細構造の相対的な位置関係も所望の関係からずれてしまう。このような不具合を防止するために、一つのモールドを用いたナノインプリント法によって、複数種類の微細構造を形成することが好ましいと考えられる。

上記特許文献１に記載のモールドを用いると、一つのモールドを用いて複数種類の微細構造をナノインプリント法で形成することができる。しかしながら、このようなモールドを用いると、複数種類の凹凸パターンを同時に樹脂層に転写することになるため、複数種類の凹凸パターンをそれぞれ独立に樹脂層に転写することができない。そのため、このようなモールドを用いたナノインプリント法においては、互いに隣接する複数種類の微細構造しか形成することができないため、形成することのできる複数の微細構造の態様は、非常に制限される。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、複数種類のパターンを独立して転写することが可能なナノインプリント用モールド、及び、それを用いた半導体光デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係るナノインプリント用モールドは、モールド基体部と、モールド基体部に設けられた複数の盛り上げ部とを備え、複数の盛り上げ部のそれぞれは、ナノインプリント用の凹パターンが形成されたパターン平面を有し、複数の盛り上げ部の複数のパターン平面の複数の凹パターンは、互いに異なる形状を有し、複数の盛り上げ部の複数のパターン平面は、互いに非平行であることを特徴とする。

本発明に係るナノインプリント用モールドによれば、互いに異なる凹パターンをそれぞれ有する複数のパターン平面が互いに非平行であるため、複数の凹パターンを独立して樹脂層等に押し付けることが可能となる。その結果、複数種類の凹パターンを独立して樹脂層等に転写することが可能となる。

さらに、本発明に係るナノインプリント用モールドにおいて、複数の盛り上げ部の任意の一つのパターン平面を延長した平面は、この任意の一つのパターン平面の凹パターンの最深部まで平行移動した場合に、他の複数の盛り上げ部と交差しないことが好ましい。

これにより、複数の凹パターンの一つを樹脂層等に押し付ける際に、他の凹パターンを樹脂層等に接触させないことが容易となる。その結果、複数種類の凹パターンをそれぞれ独立して転写することが容易となる。

また、本発明に係る半導体光デバイスの製造方法は、半導体基板上に半導体層を形成する工程と、ナノインプリント法によって半導体層に複数種類の微細構造を形成するナノインプリント工程とを有し、ナノインプリント工程は、半導体層上に樹脂層を形成する工程と、上述のいずれかのモールドの複数の盛り上げ部の複数のパターン平面のうち一つのパターン平面を樹脂層の一部に押し付ける工程と、上記一つのパターン平面を樹脂層の上記一部に押し付けた状態で樹脂層の上記一部を硬化させる工程と、上述のいずれかのモールドの複数の盛り上げ部の複数のパターン平面のうち他の一つのパターン平面を樹脂層の他の一部に押し付ける工程と、上記他の一つのパターン平面を樹脂層の上記他の一部に押し付けた状態で樹脂層の上記他の一部を硬化させる工程と、硬化した樹脂層をマスクの少なくとも一部として用いて半導体層をエッチングすることにより、半導体層に複数種類の微細構造を形成する工程とを含むことを特徴とする

本発明に係る半導体光デバイスの製造方法によれば、上述のようなモールドを用いたナノインプリント法によって複数種類の微細構造を形成することができるため、一つのモールドを用いて、複数種類の凹パターンを独立して樹脂層に転写することが可能となる。その結果、工程数が減少するため製造コストを低減させることが可能であると共に、モールドを交換する必要がないため、形成される複数種類の微細構造の相対的な位置関係が所望の関係からずれてしまうことを抑制することができる。

さらに、本発明に係る半導体光デバイスの製造方法において、半導体光デバイスは、複数種類の微細構造の一つとして回折格子を有し、上記一つのパターン平面の凹パターンは、この回折格子の形状に対応することが好ましい。これにより、回折格子を有する半導体光デバイスを製造することが可能となる。

本発明によれば、複数種類のパターンを独立して転写することが可能なナノインプリント用モールド、及び、それを用いた半導体光デバイスの製造方法が提供される。

図１（Ａ）は、実施形態のナノインプリント用モールドの断面を示す図であり、図１（Ｂ）は、実施形態のナノインプリント用モールドの平面図である。 図２は、ナノインプリント用モールドの製造工程を説明するための断面を示す図である。 図３は、ナノインプリント用モールドの製造工程を説明するための断面を示す図である。 図４は、ナノインプリント用モールドの製造工程を説明するための断面を示す図である。 図５は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための断面を示す図である。 図６（Ａ）は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための断面を示す図であり、図６（Ｂ）は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための平面図である。 図７は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための断面を示す図である。 図８（Ａ）は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための断面を示す図であり、図８（Ｂ）は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための平面図である。 図９は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための平面図である。 図１０は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための断面を示す図である。 図１１（Ａ）は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための断面を示す図であり、図１１（Ｂ）は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための平面図である。 図１２は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための平面図である。 図１３（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための断面を示す図である。 図１４（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための断面を示す図である。 図１５（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための断面を示す図である。 図１６は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための平面図である。 図１７は、実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための斜視図である。

以下、実施の形態に係るナノインプリント用モールド、及び、それを用いた半導体光デバイスの製造方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。

まず、本実施形態のナノインプリント用モールドについて説明する。図１（Ａ）は、本実施形態のナノインプリント用モールドの断面を示す図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態のナノインプリント用モールドの平面図である。図１（Ａ）（Ｂ）、及びそれ以降の各図においては、必要に応じて直交座標系２が示されている。

図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、本実施形態のナノインプリント用モールド１は、モールド基体部３と、２つの盛り上げ部５、７を備えている。

モールド基体部３は、略板形状の部材である。具体的には、モールド基体部３は、Ｚ軸方向を厚さ方向としており、Ｚ軸方向から見ると、Ｘ軸と平行な辺とＹ軸に平行な辺を有する矩形状である。モールド基体部３の裏面３ＢはＸＹ平面と平行である。一方、モールド基体部３の主面３Ｆは、第１主面３Ｆ１と第２主面３Ｆ２とからなる。第１主面３Ｆ１は、Ｘ軸と平行な平面であり、Ｙ軸と平行な仮想線ＩＹと角度θ３Ｆ１をなす。第２主面３Ｆ２は、Ｘ軸と平行な平面であり、Ｙ軸と平行な仮想線ＩＹと角度θ３Ｆ２をなす。そして、第１主面３Ｆ１と第２主面３Ｆ２は、互いに非平行である。

角度θ３Ｆ１と角度θ３Ｆ２の大きさは、それぞれ鋭角であり、例えばそれぞれ０．０３５°〜２．６°とすることができる。なお、本実施形態においては、角度θ３Ｆ１と角度θ３Ｆ２は等しいが、これらの角度は互いに異なってもよい。モールド基体部３のＸ軸方向の長さＸ３及びＹ軸方向の長さＹ３は、それぞれ特に制限されないが、例えばそれぞれ６５ｍｍ〜１５０ｍｍ及び６５ｍｍ〜１５０ｍｍとすることができる。第１主面３Ｆ１のＹ軸方向の幅Ｙ３Ｆ１及び第２主面３Ｆ２のＹ軸方向の幅Ｙ３Ｆ２は、それぞれ特に制限されないが、例えばそれぞれ６５ｍｍ〜１５０ｍｍ及び６５ｍｍ〜１５０ｍｍとすることができる。本実施形態においては、幅Ｙ３Ｆ１及び幅Ｙ３Ｆ２は等しい。そのため、モールド基体部３のＺ軸方向の厚さは、モールド基体部３のＹ軸方向の中心位置で最も厚く、その中心位置からＹ軸方向に沿ってその外縁部に移動するに従って漸次減少する。モールド基体部３のＺ軸方向の厚さは、特に制限されないが、例えば最も厚い部分において６．３５ｍｍ、最も薄い部分において６．０ｍｍとすることができる。

盛り上げ部５及び盛り上げ部７は、それぞれ第１主面３Ｆ１及び第２主面３Ｆ２に設けられている。本実施形態では、盛り上げ部５及び盛り上げ部７は、それぞれモールド基体部３と一体形成されているが、図１（Ａ）においてはこれらの境界を破線で示している。盛り上げ部５及び盛り上げ部７は、それぞれ第１主面３Ｆ１及び第２主面３Ｆ２と垂直方向にそれぞれ高さＴ５及び高さＴ７の高さに盛り上がっており、それぞれ第１主面３Ｆ１と平行な第１パターン平面５Ｓと、第２主面３Ｆ２と平行な第２パターン平面７Ｓとを有している。第１主面３Ｆ１及び第２主面３Ｆ２には、それぞれナノインプリント用の第１凹パターン５Ｐ及び第２凹パターン７Ｐが形成されている。

第１パターン平面５Ｓは、Ｘ軸と平行な平面であり、Ｙ軸と平行な仮想線ＩＹと角度θ５Ｓをなす。第２パターン平面７Ｓは、Ｘ軸と平行な平面であり、Ｙ軸と平行な仮想線ＩＹと角度θ７Ｓをなす。また、第１パターン平面５Ｓと第２パターン平面７Ｓは、互いに非平行である。角度θ５Ｓと角度θ７Ｓの大きさは、それぞれ鋭角である。角度θ５Ｓと角度θ７Ｓは、本実施形態では等しいが、互いに異なっていてもよい。角度θ５Ｓと角度θ７Ｓの好ましい範囲は、それぞれ０．０３５°〜２．６°である。何故なら、角度θ５Ｓと角度θ７Ｓが２．６°以下であると、第１凹パターン５Ｐ及び第２凹パターン７Ｐをパターン転写する際に、パターンピッチのずれを０．１％以下とすることができるからであり、角度θ５Ｓと角度θ７Ｓが０．０３５°以上であると、パターン転写の際に、第１パターン平面５Ｓと第２パターン平面７Ｓが互いに干渉することを十分に抑制することができるからである。

また、図１（Ａ）には、盛り上げ部５の第１パターン平面５Ｓを、その平面に沿って延長した平面５ＳＥと、平面５ＳＥを第１パターン平面５Ｓの凹パターンの最深部まで平行移動（即ち、平面５ＳＥと直交する方向に移動）させた平面５ＳＤが示されている。また、図１（Ａ）には、盛り上げ部７の第２パターン平面７Ｓを、その平面に沿って延長した平面７ＳＥと、平面７ＳＥを第２パターン平面７Ｓの凹パターンの最深部まで平行移動（即ち、平面７ＳＥと直交する方向に移動）させた平面７ＳＤが示されている。

ここで、図１（Ａ）に示すように、平面５ＳＤは、盛り上げ部７と交差しないことが好ましい。第２凹パターン７Ｐとは独立して、第１凹パターン５Ｐを樹脂層等に転写することが容易となるためである。同様に、平面７ＳＤは、盛り上げ部５と交差しないことが好ましい。第１凹パターン５Ｐとは独立して、第２凹パターン７Ｐを樹脂層等に転写することが容易となるためである。

また、第１パターン平面５Ｓと第２パターン平面７Ｓとがなす角度、即ち、平面５ＳＥと平面７ＳＥとがなす角度θ５７は、１８０°よりも小さくなる。角度θ５７の好ましい範囲は、０．０３５°〜２．６°である。何故なら、角度θ５Ｓと角度θ７Ｓが２．６°以下であると、第１凹パターン５Ｐ及び第２凹パターン７Ｐをパターン転写する際に、パターンピッチのずれを０．１％以下とすることができるからであり、角度θ５Ｓと角度θ７Ｓが０．０３５°以上であると、パターン転写の際に、第１パターン平面５Ｓと第２パターン平面７Ｓが互いに干渉することを十分に抑制することができるからである。

第１凹パターン５Ｐと第２凹パターン７Ｐは、互いに異なる形状を有している。本実施形態では、第１凹パターン５Ｐは、分布帰還型半導体レーザ６０の回折格子３１Ｐ１（図１５〜図１７参照）をナノインプリント法で形成するための凹パターンであり、第２凹パターン７Ｐは、アライメントマーク３１Ｐ２（図１５及び図１６参照）をナノインプリント法で形成するための凹パターンである。

具体的には、第１凹パターン５Ｐは、Ｘ軸と平行に延びる複数の同形のスペース部からなる。第１凹パターン５Ｐの各スペース部は、ＹＺ面での断面形状が略矩形状である。第１凹パターン５Ｐの複数のスペース部は、第１パターン平面５Ｓにおいてそれぞれ周期的に配置されている。第１凹パターン５Ｐの各スペース部の幅Ｗ５Ｐ１は、後述の回折格子３１Ｐ１のスペース部の幅Ｗ３１Ｐ１Ｃと略同一であり、第１凹パターン５Ｐの各スペース部の間隔Ｗ５Ｐ２は、後述の回折格子３１Ｐ１のライン部の幅Ｗ３１Ｐ１Ｖと略同一であり、第１凹パターン５Ｐの凹パターンの周期λ５ｐは、後述の回折格子３１Ｐ１のラインアンドスペースパターンの周期λ３１Ｐ１と同一である（図１５及び図１６参照）。第１凹パターン５Ｐの各スペース部の深さＴ５Ｃは、盛り上げ部５の高さＴ５よりも小さく、例えば０．１μｍ〜０．５μｍとすることができる。盛り上げ部５のＸ軸方向の長さＸ５及びＹ軸方向の長さＹ５は、それぞれ特に制限されないが、例えばそれぞれ６ｍｍ〜９ｍｍとすることができる。

また、第２凹パターン７Ｐは、Ｘ軸と平行に延びる複数の同形のスペース部からなる。第２凹パターン７Ｐの各スペース部は、ＹＺ面での断面形状が略矩形状である。第２凹パターン７Ｐの複数のスペース部は、第２パターン平面７Ｓにおいてそれぞれ周期的に配置されている。第２凹パターン７Ｐの各スペース部の幅Ｗ７Ｐ１は、後述のアライメントマーク３１Ｐ２のスペース部の幅Ｗ３１Ｐ２Ｃと略同一であり、第２凹パターン７Ｐの各スペース部の間隔Ｗ７Ｐ２は、後述のアライメントマーク３１Ｐ２のライン部の幅Ｗ３１Ｐ２Ｖと略同一であり、第２凹パターン７Ｐの凹パターンの周期λ７ｐは、後述のアライメントマーク３１Ｐ２のラインアンドスペースパターンの周期λ３１Ｐ２と同一である（図１５及び図１６参照）。第２凹パターン７Ｐの各スペース部の深さＴ７Ｃは、盛り上げ部７の高さＴ７よりも小さく、例えば０．１μｍ〜０．５μｍとすることができる。盛り上げ部７のＸ軸方向の長さＸ７及びＹ軸方向の長さＹ７は、それぞれ特に制限されないが、例えばそれぞれ６ｍｍ〜９ｍｍとすることができる。

ナノインプリント用モールド１を構成する材料としては、例えば石英、Ｓｉ等を挙げることができる。

次に、ナノインプリント用モールド１の製造方法の例について説明する。図２〜図４は、ナノインプリント用モールドの製造工程を説明するための断面を示す図である。

ナノインプリント用モールド１を製造する際は、まず、図２（Ａ）に示すように、石英等からなる平板状の基板３ａ上に、金属からなるハードマスク層１１と、レジスト層１３をこの順に形成する。ハードマスク層１１は、例えばスパッタ法等の真空蒸着法で形成することができる。レジスト層１３は、例えばスピンコート法によって形成することができる。レジスト層１３としては、例えばポジ型の電子線リソグラフィー用のレジストを用いることができる。

その後、図２（Ａ）に示すように、レジスト層１３に例えば電子線１７を照射することにより、レジスト層１３を露光する。この際、電子線１７の照射量を、レジスト層１３表面の面内で連続的に変化させる。具体的には、レジスト層１３表面のＹ軸方向の中心部への電子線１７の照射量を最も少なくし、その中心部からレジスト層１３のＹ軸正方向及びＹ軸負方向に向かうに従って、電子線１７の照射量を漸次増加させる。レジスト層１３表面のＸ軸に沿った方向に関しては、電子線１７の照射量は一定にする。

続いて、レジスト層１３を現像する。すると、レジスト層１３の表面には２つの傾斜した平面が形成され、図２（Ｂ）に示すように、傾斜型レジスト１３ａが形成される。

続いて、傾斜型レジスト１３ａ、ハードマスク層１１、及び基板３ａを、反応性イオンエッチング法等のドライエッチング法によってエッチングする。これにより、図３（Ａ）に示すように、２つの傾斜した平面である第１パターン平面５Ｓ及び第２パターン平面７Ｓが形成された傾斜基板３ｂが得られる。

そして、電子線リソグラフィー法等によって、第１パターン平面５Ｓと第２パターン平面７Ｓに、それぞれ第１凹パターン５Ｐと第２凹パターン７Ｐを形成する。これにより、図３（Ｂ）に示すように、第１凹パターン５Ｐと第２凹パターン７Ｐが形成されたパターン基板３ｃが得られる。

そして、電子線リソグラフィー法等によって、第１パターン平面５Ｓの第１凹パターン５Ｐ以外の領域、及び、第２パターン平面７Ｓの第２凹パターン７Ｐ以外の領域の一部を所定の深さだけエッチングする。これにより、図４に示すように、２つの傾斜した平面である第１主面３Ｆ１と第２主面３Ｆ２が形成される。このようして、第１凹パターン５Ｐが形成された盛り上げ部５と、第２凹パターン７Ｐが形成された盛り上げ部７とを有するナノインプリント用モールド１が得られる。

上述のような本実施形態のナノインプリント用モールド１によれば、互いに異なる２つの凹パターン（第１凹パターン５Ｐ及び第２凹パターン７Ｐ）をそれぞれ有する第１パターン平面５Ｓと第２パターン平面７Ｓが互いに非平行であるため（図１参照）、第１凹パターン５Ｐと第２凹パターン７Ｐとを独立して樹脂層等に押し付けることが可能となる。その結果、第１凹パターン５Ｐと第２凹パターン７Ｐとを独立して樹脂層等に転写することが可能となる。

次に、本実施形態の半導体光デバイスの製造方法として、回折格子を有する分布帰還型半導体レーザの製造方法について説明する。図５、図６（Ａ）、図７、図８（Ａ）、図１０、図１１（Ａ）、図１３（Ａ）（Ｂ）、図１４（Ａ）（Ｂ）、及び、図１５（Ａ）（Ｂ）は、本実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための断面を示す図である。図６（Ｂ）、図８（Ｂ）、図９、図１１（Ｂ）、図１２、及び、図１６は、本実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための平面図である。図１７は、本実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するための斜視図である。

本実施形態の分布帰還型半導体レーザを製造方法においては、主として、半導体基板上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、この半導体層に複数の微細構造（回折格子及びアライメントマーク）を形成するナノインプリント工程とが行われる。

（半導体層形成工程）
まず、図５に示すように、例えば有機金属気相成長法によって、半導体基板２１上に、第１クラッド層２３、第１光閉じ込め層２５、活性層２７、第２光閉じ込め層２９、及び、半導体層３１をこの順に形成する。

半導体基板２１は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板であり、例えばＩｎＰやＧａＮ等のIII−V族化合物半導体からなる。第１クラッド層２３は、第１導電型の例えばＩｎＰやＧａＮ等のIII−V族化合物半導体からなる。第１光閉じ込め層２５は、第１導電型の例えばＧａＩｎＡｓＰ等のIII−V族化合物半導体からなる。活性層２７は、例えば、ＭＱＷ（多重量子井戸）構造やＳＱＷ（単一量子井戸）構造を有する。活性層２７は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓ等のIII−V族化合物半導体からなる。第２光閉じ込め層２９は、第２導電型（第１導電型がｎ型の場合、ｐ型）の例えばＧａＩｎＡｓＰ等のIII−V族化合物半導体からなる。

半導体層３１は、第２導電型の例えばＧａＩｎＡｓＰ等のIII−V族化合物半導体からなる。半導体層３１には、後の工程において、回折格子３１Ｐ１及びアライメントマーク３１Ｐ２が形成される（図１５及ぶ図１６参照）。半導体層３１の厚さは、特に制限されないが、例えば３０ｎｍ〜４０ｎｍとすることができる。なお、第１光閉じ込め層２５及び第２光閉じ込め層２９を形成しなくてもよい。

（ナノインプリント工程）
続いて、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、例えばスピン塗布法によって、半導体層３１上に樹脂層３３を形成する。樹脂層３３としては、例えば、シリコン非含有の紫外線硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いることができる。樹脂層３３の厚さは、特に制限されないが、例えば６０nｍ〜８０nｍとすることができる。

また、図６（Ｂ）に示すように、樹脂層３３は、半導体基板２１の中心領域上に位置する第１仮想領域３３Ａと、半導体基板２１の外縁領域上に位置する第２仮想領域３３Ｂを有している。第１仮想領域３３Ａは、後の工程において複数の分布帰還型半導体レーザが形成するために複数の回折格子３１Ｐ１が形成される領域に対応し、第２仮想領域３３Ｂは、後の工程において、リソグラフィー法で微細加工を行う際の位置合わせに用いられる複数のアライメントマーク３１Ｐ２が形成される領域に対応する（図１６参照）。

次に、図７に示すように、ナノインプリント用モールド１の第１パターン平面５Ｓを、樹脂層３３の第１仮想領域３３Ａの一部に押し付ける。第１パターン平面５Ｓを第１仮想領域３３Ａに押し付ける深さは、第１凹パターン５Ｐの各スペース部の深さＴ５Ｃと同じか、それよりも深くする。ナノインプリント用モールド１の平面５ＳＤは、上述のように盛り上げ部７と交差しないことが好ましい。何故なら、第２パターン平面７Ｓとは独立して、第１パターン平面５Ｓを第１仮想領域３３Ａの一部に押し付けることが容易となり、その結果、後述のように第２凹パターン７Ｐとは独立して、第１凹パターン５Ｐを樹脂層３３に転写することが容易となるためである。なお、樹脂層３３として熱可塑性樹脂を用いた場合、第１パターン平面５Ｓを第１仮想領域３３Ａの一部に押し付ける前に、第１仮想領域３３Ａの当該一部を樹脂層３３のガラス転移温度以上に加熱する。

続いて、図７に示すように第２パターン平面７Ｓを第１仮想領域３３Ａの一部に押し付けた状態で、第１仮想領域３３Ａの当該一部を硬化させる。これは、樹脂層３３として紫外線硬化性樹脂を用いた場合、第１仮想領域３３Ａの当該一部に紫外線を照射することにより行うことができる。その際、ナノインプリント用モールド１が石英等の紫外線に対する透過率の高い材料で構成されている場合、紫外線をナノインプリント用モールド１の上方から照射し、ナノインプリント用モールド１内を透過させて第１仮想領域３３Ａの当該一部に照射することができる。また、樹脂層３３として熱可塑性樹脂を用いた場合、第１仮想領域３３Ａの当該一部の温度をそのガラス転移温度以下とすることにより行うことができる。

そして、ナノインプリント用モールド１を樹脂層３３から離間させると、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１仮想領域３３Ａの当該一部に、第１凹パターン５Ｐが転写される。その結果、第１仮想領域３３Ａの当該一部に、第１樹脂パターン３３Ｐ１が形成される。

そして、第１仮想領域３３Ａの他の領域について、図７及び図８（Ａ）（Ｂ）に示したような工程を繰り返すことにより、図９に示すように、第１仮想領域３３Ａに複数の第１樹脂パターン３３Ｐ１を形成する。

次に、図１０に示すように、ナノインプリント用モールド１の第２パターン平面７Ｓを、樹脂層３３の第２仮想領域３３Ｂの一部に押し付ける。第２パターン平面７Ｓを第２仮想領域３３Ｂに押し付ける深さは、第２凹パターン７Ｐの各スペース部の深さＴ７Ｃと同じか、それよりも深くする。ナノインプリント用モールド１の平面７ＳＤは、上述のように盛り上げ部５と交差しないことが好ましい。何故なら、第１パターン平面５Ｓとは独立して、第２パターン平面７Ｓを第２仮想領域３３Ｂの一部に押し付けることが容易となり、その結果、後述のように第１凹パターン５Ｐとは独立して、第２凹パターン７Ｐを樹脂層３３に転写することが容易となるためである。なお、樹脂層３３として熱可塑性樹脂を用いた場合、第２パターン平面７Ｓを第２仮想領域３３Ｂの一部に押し付ける前に、第２仮想領域３３Ｂの当該一部を樹脂層３３のガラス転移温度以上に加熱する。

続いて、図１０に示すように第２パターン平面７Ｓを第２仮想領域３３Ｂの一部に押し付けた状態で、第２仮想領域３３Ｂの当該一部を硬化させる。これは、樹脂層３３として紫外線硬化性樹脂を用いた場合、第２仮想領域３３Ｂの当該一部に紫外線を照射することにより行うことができる。その際、ナノインプリント用モールド１が石英等の紫外線に対する透過率の高い材料で構成されている場合、紫外線をナノインプリント用モールド１の上方から照射し、ナノインプリント用モールド１内を透過させて第２仮想領域３３Ｂの当該一部に照射することができる。また、樹脂層３３として熱可塑性樹脂を用いた場合、第２仮想領域３３Ｂの当該一部の温度をそのガラス転移温度以下とすることにより行うことができる。

そして、ナノインプリント用モールド１を樹脂層３３から離間させると、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、第２仮想領域３３Ｂの当該一部に、第２凹パターン７Ｐが転写される。その結果、第２仮想領域３３Ｂの当該一部に、第２樹脂パターン３３Ｐ２が形成される。

そして、第２仮想領域３３Ｂの他の領域について、図１０及び図１１（Ａ）（Ｂ）に示したような工程を繰り返すことにより、図１２に示すように、第２仮想領域３３Ｂに複数の第２樹脂パターン３３Ｐ２を形成する。

次に、図１３（Ａ）に示すように、例えばスピン塗布法によって、第１樹脂パターン３３Ｐ１及び第２樹脂パターン３３Ｐ２を埋め込むように、樹脂層３３上に樹脂層３７を形成する。樹脂層３７の表面は略平坦になるようにする。樹脂層３７としては、例えばシリコン含有樹脂を用いることができる。

続いて、図１３（Ｂ）に示すように、樹脂層３７のうち、第１樹脂パターン３３Ｐ１上及び第２樹脂パターン３３Ｐ２上の領域を選択的にエッチングすることにより、樹脂層３３のうち、第１樹脂パターン３３Ｐ１と第２樹脂パターン３３Ｐ２のパターンの上端部に対応する領域を露出させる。このエッチングは、例えば、エッチングガスとしてＣＦ_４又はＣＦ_４とＯ_２の混合ガスを用いた反応性イオンエッチング法により行うことができる。

続いて、図１４（Ａ）に示すように、樹脂層３７をマスクとして用いて半導体層３１が露出するまで樹脂層３３をエッチングする。即ち、樹脂層３７が残るように樹脂層３３のみを選択的にエッチングして、半導体層３１を露出させる。このエッチングは、樹脂層３３がシリコン非含有樹脂であり、樹脂層３７がシリコン含有樹脂である場合、例えばエッチングガスとしてＯ_２又はＯ_２とＣＦ_４の混合ガスを用いた反応性イオンエッチング法によって行うことができる。

続いて、図１４（Ｂ）に示すように、樹脂層３３及び樹脂層３７をマスクとして用いて、半導体層３１を所定の深さエッチングする。これは、例えば、エッチングガスとしてＣＦ_４又はＣＦ_４とＯ_２の混合ガスを用いた反応性イオンエッチング法により行うことができる。

続いて、図１５（Ａ）に示すように、半導体層３１上に残存する樹脂層３３及び樹脂層３７を除去する。これは、例えば、Ｏ_２ガスをアッシングガスとして用いたアッシング処理により行うことができる。これにより、半導体層３１には、複数の回折格子３１Ｐ１及び複数のアライメントマーク３１Ｐ２が形成される。

回折格子３１Ｐ１は、Ｙ軸に沿った方向に周期構造を有するラインアンドスペースパターンからなる。具体的には、回折格子３１Ｐ１は、Ｘ軸方向にそれぞれ延びる同形状の複数のライン部と、Ｘ軸方向にそれぞれ延びる同形状の複数のスペース部とからなる。回折格子３１Ｐ１のスペース部のＹ軸方向の幅Ｗ３１Ｐ１Ｃは、例えば５０ｎｍ〜２００ｎｍであり、回折格子３１Ｐ１のライン部のＹ軸方向の幅Ｗ３１Ｐ１Ｖは、例えば５０ｎｍ〜２００ｎｍである。回折格子３１Ｐ１の周期λ３１Ｐ１は、例えば、１５０ｎｍ〜３００ｎｍである。回折格子３１Ｐ１のＺ軸方向の深さＴ３１Ｐ１は、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍである。

アライメントマーク３１Ｐ２は、本実施形態においては、Ｙ軸に沿った方向に周期構造を有するラインアンドスペースパターンからなる。具体的には、アライメントマーク３１Ｐ２は、Ｘ軸方向にそれぞれ延びる同形状の複数のライン部と、Ｘ軸方向にそれぞれ延びる同形状の複数のスペース部とからなる。アライメントマーク３１Ｐ２のスペース部のＹ軸方向の幅Ｗ３１Ｐ２Ｃは、例えば０．５μｍ〜５μｍであり、アライメントマーク３１Ｐ２のライン部のＹ軸方向の幅Ｗ３１Ｐ２Ｖは、例えば０．５μｍ〜５μｍである。アライメントマーク３１Ｐ２の周期λ３１Ｐ２は、例えば、１μｍ〜１０μｍである。アライメントマーク３１Ｐ２のＺ軸方向の深さＴ３１Ｐ２は、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍである。

続いて、図１５（Ｂ）に示すように、例えば有機金属気相成長法によって、回折格子３１Ｐ１及びアライメントマーク３１Ｐ２を埋め込むように、半導体層３９を形成する。半導体層３９は、例えば半導体層３１と同様の半導体材料からなる。半導体層３１と半導体層３９とで、第２クラッド層４１となる。

このようにして、図１６に示すように、半導体層３１に複数の回折格子３１Ｐ１とアライメントマーク３１Ｐ２がナノインプリント法によって形成される。

その後、第２クラッド層４１、第２光閉じ込め層２９、活性層２７、第１光閉じ込め層２５、及び第１クラッド層２３をウェットエッチングすることにより半導体メサを形成する（図１７参照）。さらに、その半導体メサを埋め込むメサ埋め込み層４９を形成した後、メサ埋め込み層４９及び第２クラッド層４１上に第３クラッド層４３を形成する。メサ埋め込み層４９は、例えばＦｅがドープされたＩｎＰ等の半絶縁性III-V族化合物半導体からなる。メサ埋め込み層４９は、第１導電型のＩｎＰ等からなるIII-V族化合物半導体層及び第２導電型のＩｎＰ等からなるIII-V族化合物半導体層とが積層された積層構造を有してもよい。第３クラッド層４３は、例えば第２導電型のＩｎＰ等のIII-V族化合物半導体からなる。なお、第３クラッド層４３を形成しなくてもよい。その後、第３クラッド層４３上に、コンタクト層４５及び上部電極４７をこの順に形成する。コンタクト層４５は、例えば第２導電型のＧａＩｎＡｓ等のIII-V族化合物半導体からなる。上部電極４７は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる積層構造を有する。また、半導体基板２１の裏面上に下部電極５１を形成する。下部電極５１は、例えばＡｕＧｅＮｉ合金からなる。

半導体層３１に複数のアライメントマーク３１Ｐ２を形成した後の各工程においては、アライメントマーク３１Ｐ２を用いたリソグラフィー工程が適宜行われる。そして、半導体基板２１をへき開して半導体レーザバーを製造し、対向する一対のへき開面に反射率制御等を目的とする保護膜を形成する。その後、半導体レーザバーを切断して、個々の半導体レーザ素子を製造する。このようにして、図１７に示すように、回折格子３１Ｐ１を有する分布帰還型半導体レーザ６０が得られる。

上述のような本実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法では、ナノインプリント用モールド１を用いたナノインプリント法によって複数種類の微細構造（回折格子３１Ｐ１及びアライメントマーク３１Ｐ２）を形成している。ナノインプリント用モールド１においては、上述のように互いに異なる２つの凹パターン（第１凹パターン５Ｐ及び第２凹パターン７Ｐ）をそれぞれ有する第１パターン平面５Ｓと第２パターン平面７Ｓが互いに非平行であるため（図１参照）、第１凹パターン５Ｐと第２凹パターン７Ｐとを独立して樹脂層に押し付けることが可能である（図７及び図１０参照）。即ち、一つのナノインプリント用モールド１を用いて、複数種類の凹パターンを独立して樹脂層３３に転写することが可能である。そのため、本実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法によれば、複数種類の微細構造を形成するための工程数が減少するため製造コストを低減させることが可能であると共に、複数種類の凹パターンを形成する際にモールドを交換する必要がないため、形成される回折格子３１Ｐ１とアライメントマーク３１Ｐ２の相対的な位置関係が所望の関係からずれてしまうことを抑制することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。

例えば、上述の実施形態では、ナノインプリント用モールド１の第１主面３Ｆ１と第１パターン平面５Ｓとは平行であり、第２主面３Ｆ２と第２パターン平面７Ｓとは平行であったが（図１参照）、第１パターン平面５Ｓと第２パターン平面７Ｓとが非平行であれば、第１主面３Ｆ１と第１パターン平面５Ｓとは非平行であってもよく、第２主面３Ｆ２と第２パターン平面７Ｓとは非平行であってもよい。

また、上述の実施形態では、アライメントマーク３１Ｐ２は、ラインアンドスペースパターンであったが（図１５及び図１６参照）、このような態様に限られない。例えば、アライメントマーク３１Ｐ２は、格子状に配置された複数のドットからなるドットパターンであってもよい。その場合、ナノインプリント用モールド１の第２凹パターン７Ｐは、このドットパターンに対応した凹パターンとなる。

また、上述の実施形態では、ナノインプリント用モールド１は、凹パターンが形成されたパターン平面を有する盛り上げ部を２個（盛り上げ部５及び盛り上げ部７）備えているが（図１参照）、ナノインプリント用モールド１は、凹パターンが形成されたパターン平面を有する盛り上げ部を３個以上有してもよい。この場合、各盛り上げ部の凹パターンが形成されたパターン平面は、互いに非平行となるようにする。さらに、この場合、上述の実施形態において平面５ＳＤが盛り上げ部７と交差しないことが好ましい理由、及び、平面７ＳＤが盛り上げ部５と交差しないことが好ましい理由（図１、図７、及び図１０参照）と同様の理由により、複数の盛り上げ部の任意の一つのパターン平面を延長した平面は、当該任意の一つのパターン平面の凹パターンの最深部まで平行移動した場合に、他の複数の盛り上げ部と交差しないことが好ましい。

また、上述の実施形態では、ナノインプリント用モールド１の第１凹パターン５Ｐは分布帰還型半導体レーザ６０の回折格子３１Ｐ１をナノインプリント法で形成するための凹パターンであり、第２凹パターン７Ｐは、アライメントマーク３１Ｐ２をナノインプリント法で形成するための凹パターンであったが、このような態様に限られない。例えば、第１凹パターン５Ｐと第２凹パターン７Ｐの双方を、回折格子をナノインプリント法で形成するための凹パターンとしてもよい。例えば、第１凹パターン５Ｐと第２凹パターン７Ｐとを、互いに異なる周期の回折格子に対応する凹パターンとすることができる。この場合、樹脂層３３の第１仮想領域３３Ａに第１凹パターン５Ｐと第２凹パターン７Ｐに対応する形状をそれぞれ転写することができるため（図７〜図９参照）、一つの半導体基板２１を用いて、異なる周期の回折格子を有する複数種類の分布帰還型半導体レーザを製造することができる。

１・・・ナノインプリント用モールド、３・・・モールド基体部、５・・・盛り上げ部、５P・・・（第１）凹パターン、５Ｓ・・・（第１）パターン平面、７・・・盛り上げ部、７P・・・（第２）凹パターン、７Ｓ・・・（第２）パターン平面。

Claims (4)

1. モールド基体部と、
   前記モールド基体部に設けられた複数の盛り上げ部と、
   を備え、
   前記複数の盛り上げ部のそれぞれは、ナノインプリント用の凹パターンが形成されたパターン平面を有し、
   前記複数の盛り上げ部の複数の前記パターン平面の複数の前記凹パターンは、互いに異なる形状を有し、
   前記複数の盛り上げ部の前記複数のパターン平面は、互いに非平行であることを特徴とするナノインプリント用モールド。
2. 前記複数の盛り上げ部の任意の一つの前記パターン平面を延長した平面は、当該任意の一つの前記パターン平面の前記凹パターンの最深部まで平行移動した場合に、他の前記複数の盛り上げ部と交差しないことを特徴とする請求項１に記載のナノインプリント用モールド。
3. 半導体基板上に半導体層を形成する工程と、
   ナノインプリント法によって前記半導体層に複数種類の微細構造を形成するナノインプリント工程と、
   を有し、
   前記ナノインプリント工程は、
   前記半導体層上に樹脂層を形成する工程と、
   請求項１又は２に記載のモールドの前記複数の盛り上げ部の前記複数のパターン平面のうち一つの前記パターン平面を前記樹脂層の一部に押し付ける工程と、
   前記一つのパターン平面を前記樹脂層の前記一部に押し付けた状態で前記樹脂層の前記一部を硬化させる工程と、
   請求項１又は２に記載のモールドの前記複数の盛り上げ部の前記複数のパターン平面のうち他の一つの前記パターン平面を前記樹脂層の他の一部に押し付ける工程と、
   前記他の一つのパターン平面を前記樹脂層の前記他の一部に押し付けた状態で前記樹脂層の前記他の一部を硬化させる工程と、
   硬化した前記樹脂層をマスクの少なくとも一部として用いて前記半導体層をエッチングすることにより、前記半導体層に前記複数種類の微細構造を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。
4. 前記半導体光デバイスは、前記複数種類の微細構造の一つとして回折格子を有し、
   前記一つのパターン平面の前記凹パターンは、前記回折格子の形状に対応することを特徴とする請求項３に記載の半導体光デバイスの製造方法。
   

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