JP2012185522A - モールドの形成方法、回折格子の形成方法、および分布帰還型半導体レーザの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハ面内での場所によって回折格子の形状を変える。
【解決手段】回折格子を形成するためのモールドの形成方法は、仮基板１０１にレジスト１０２を塗布する工程と、レジスト１０２に電子ビームＥＢを露光する工程と、第１のレジストパターン１１３を形成する工程と、第１のデューティ比を有する第１のパターン部１１１ａを形成する工程と、第１のパターン部１１１ａが形成された基板部１１１にレジスト１１４を塗布する工程と、当該レジスト１１４の表面の一部の領域以外の領域に電子ビームＥＢを露光する工程と、第２のレジストパターン１１５を形成する工程と、第２のデューティ比を有する第２のパターン部１１１ｂを形成する工程とを備える。この方法により形成したモールドを用いてナノインプリント法により回折格子２５および分布帰還型半導体レーザ４０を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドの形成方法、その回折格子の形成方法、およびその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関するものである。

従来、干渉露光や電子ビーム描画でレジストパターンを形成した後に、そのパターンをエッチング等で半導体基板に転写することで、分布帰還型半導体レーザの回折格子を形成する方法が知られている。

また、例えば特許文献１や非特許文献１に記載されたように、ナノインプリント法により所定のパターンを有するモールドを樹脂体に押し付けることで、当該樹脂体に回折格子のためのパターンを形成する方法が知られている。

特表２００７−５２７２４８号公報

Nanoimprint lithography, Stephen Y. Chou etal., J. Vac. Sci. Technol. B14(6), Nov/Dec 1996, pp.4129-4133

干渉露光や電子ビーム描画でパターンを形成する従来技術の場合、例えばレジストに形成されるパターンの深さ、つまりアスペクト比がウエハ面内で一様であるため、エッチングによって半導体基板に転写された回折格子も、その深さがウエハ面内で一様である。このため、例えば、半導体基板上に形成される回折格子の一部分だけを深くすることや、エッチングレートの面内分布を補償する目的でレジストパターンの深さを能動的に制御するといったことは極めて困難である。また、パターンにおけるデューティ比を面内で能動的に分布させることも極めて困難であり、パターンにおけるピッチを能動的に分布させることも困難かあるいは極めて長時間が要求される。したがって、基本的には、半導体基板一枚に付き一つの形状の回折格子しか形成できない。

そこで、本発明は上記に鑑みてなされたもので、ウェハ面内での場所によって回折格子の形状を変えることができるモールドの形成方法、回折格子の形成方法、および分布帰還型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のモールドの形成方法は、回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドの形成方法であって、基板上に電子ビーム露光用のレジストを塗布する工程と、加速電圧を変化させながらレジストの表面に電子ビーム露光を行う工程と、電子ビーム露光の後に、レジストを現像してレジストパターンを形成する工程と、モールドのパターン部のための膜をレジストパターン上に塗布する工程と、膜を硬化させた後に、基板およびレジストパターンを剥離することにより、パターン部を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

このような本発明のモールドの形成方法によれば、レジストの表面に加速電圧、ドーズ量を変化させながら電子ビームを露光し、当該露光されたレジストを現像してレジストパターンを形成する。このように、印加する加速電圧や与えるドーズ量を変化させながら電子ビームを露光するため、現像により形成されたレジストパターンではその深さ、デューティ比等の形状が、加速電圧、ドーズ量に応じて変化されている。さらに、電子ビームの描画パターンの設計を変更することにより、レジストパターンにおけるピッチ等も面内で所定の分布を有するように形成される。

このように形成されたレジストパターン上にモールドのパターン部のための例えばＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜を塗布して硬化させた後に上記レジストパターンを剥離すると、当該レジストパターンと対応する形状のパターン部を有するモールドが形成される。すなわち、モールドのパターン部においても、その深さ、デューティ比、ピッチ等の形状が上記印加された加速電圧、ドーズ量あるいは描画パターンに応じて変化されている。

このように、深さ、デューティ比、ピッチ等の形状が変化されているパターン部を有するモールドを用いて回折格子を形成すれば、形成される回折格子においても、その形状を変化させることができる。

また、本発明のモールドの形成方法は、回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドの形成方法であって、基板上に電子ビーム露光用のレジストを塗布する工程と、当該レジストの表面の一部の領域に電子ビーム露光を行う工程と、電子ビーム露光の後に、レジストを現像して第１のレジストパターンを形成する工程と、第１のレジストパターンを用いて基板に対する第１のエッチングを行った後に、第１のレジストパターンを剥離することにより、第１のデューティ比を有する第１のパターン部を形成する工程と、第１のパターン部が形成された基板上に電子ビーム露光用のレジストを塗布する工程と、当該レジストの表面の一部の領域以外の他の一部の領域に電子ビーム露光を行う工程と、電子ビーム露光の後に、レジストを現像して第２のレジストパターンを形成する工程と、第２のレジストパターンを用いて第１のエッチングと異なる条件で基板に対する第２のエッチングを行った後に、第２のレジストパターンを剥離することにより、第２のデューティ比を有する第２のパターン部を形成する工程と、を備え、第１のパターン部と第２のパターン部とはモールドのパターン部の少なくとも一部を構成することを特徴とする。

また、本発明のモールドの形成方法は、回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドの形成方法であって、基板上に電子ビーム露光用のレジストを塗布する工程と、当該レジストの表面の一部の領域に電子ビーム露光を行う工程と、電子ビーム露光の後に、レジストを現像して第１のレジストパターンを形成する工程と、第１のレジストパターンを用いて基板に対する第１のエッチングを行った後に、第１のレジストパターンを剥離することにより、第１のピッチを有する第１のパターン部を形成する工程と、第１のパターン部が形成された基板上に電子ビーム露光用のレジストを塗布する工程と、当該レジストの表面の一部の領域以外の他の一部の領域に電子ビーム露光を行う工程と、電子ビーム露光の後に、レジストを現像して第２のレジストパターンを形成する工程と、第２のレジストパターンを用いて第１のエッチングと異なる条件で基板に対する第２のエッチングを行った後に、第２のレジストパターンを剥離することにより、第２のピッチを有する第２のパターン部を形成する工程と、を備え、第１のパターン部と第２のパターン部とはモールドのパターン部の少なくとも一部を構成することを特徴とする。

このような本発明のモールドの形成方法によれば、レジストの表面の一部の領域に形成した第１のレジストパターンを用いて基板に第１のエッチングを行うと、基板の上記一部の領域には第１のデューティ比又はピッチを有する第１のパターン部が形成される。また、レジストの表面の他の一部の領域に形成した第２のレジストパターンを用いて基板に第２のエッチングを行うと、基板の上記他の一部の領域には第２のデューティ比又はピッチを有する第２のパターン部が形成される。第１のエッチングと第２のエッチングとは、例えばエッチング時間が異なるなど、エッチング条件が異なるため、第１のパターン部と第２のパターン部とはそれぞれ異なるデューティ比又はピッチを有する。したがって、第１のパターン部および第２のパターン部を含んで構成されるモールドのパターン部は領域毎に異なるデューティ比又はピッチを有する。

このように、デューティ比又はピッチが変化されているパターン部を有するモールドを用いて回折格子を形成すれば、形成される回折格子においてもそのデューティ比又はピッチを変化させることができる。

また、本発明のモールドの形成方法では、第１のパターン部が第１の深さを有し、第２のパターン部が第２の深さを有し、第１の深さと第２の深さとはそれぞれ異なる深さである。

また、本発明のモールドの形成方法は、回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドの形成方法であって、基板上に、モールドのパターン部のための感光性の膜を塗布する工程と、加速電圧を変化させながら膜の表面に電子ビーム露光を行う工程と、電子ビーム露光の後に、膜を現像することにより、パターン部を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

このような本発明のモールドの形成方法によれば、パターン部のための例えばＳＯＧ膜の表面に加速電圧、ドーズ量あるいは描画パターンを変化させながら電子ビームを露光し、当該露光されたＳＯＧ膜を例えばバッファードフッ酸により現像してモールドのパターン部を形成する。このように、印加する加速電圧、ドーズ量あるいは描画パターンを変化させながら電子ビームを露光するため、形成されたモールドのパターン部ではその深さ、デューティ比、ピッチ等の形状が印加された加速電圧、与えられたドーズ量あるいは描画パターンに応じて変化されている。

このように、深さ、デューティ比、ピッチ等の形状が変化されているパターン部を有するモールドを用いて回折格子を形成すれば、形成される回折格子においても、その形状を変化させることができる。

また、本発明の回折格子の形成方法は、基板上に形成された樹脂体を用いて回折格子を形成する方法であって、上記のモールドの形成方法の何れかにより形成され、回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドを準備する工程と、モールドのパターン部を樹脂体に押し付ける工程と、パターン部を樹脂体に押し付けた状態で樹脂体を硬化させることによって、当該硬化した樹脂体に回折格子のためのパターンを形成する工程と、回折格子のためのパターンを用いて基板をエッチングすることにより、回折格子を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

このような本発明の回折格子の形成方法によれば、深さ等の形状が変化されているパターン部を有するモールドを用いてナノインプリント法により回折格子を形成する。このため、形成される回折格子においてもその深さ等の形状を変化させることができる。また、樹脂体はＵＶ光により硬化されても良く、この場合にモールドは石英を含んでいても良く、樹脂体はＵＶ硬化樹脂からなっていても良い。更に、樹脂体は熱により硬化されても良く、この場合にモールドは金属材料や半導体材料を含んでいても良く、樹脂体は熱可塑性樹脂からなっていても良い。

また、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法は、活性層を含む基板上に樹脂体を形成する工程と、上記のモールドの形成方法の何れかにより形成され、回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドを準備する工程と、モールドのパターン部を樹脂体に押し付ける工程と、パターン部を樹脂体に押し付けた状態で樹脂体を硬化させることによって、当該硬化した樹脂体に回折格子のためのパターンを形成する工程と、回折格子のためのパターンを用いて基板をエッチングすることにより、回折格子を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

このような本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法によれば、深さ等の形状が変化されているパターン部を有するモールドを用いてナノインプリント法により回折格子を形成する。このため、形成される回折格子においてもその深さ等の形状を変化させることができる。

また、一枚のウェハ面内で深さ等の形状を変化させて回折格子を形成すると、回折格子の形状が異なる多種の分布帰還型半導体レーザを一枚のウェハの中に混在させて製造することができる。この場合には、特に少量多品種の生産に有利である。

また、回折格子を形成するためにエッチングが行われ、ウェハ面内においてエッチングレートに分布が生じる場合には、深さ等の形状が変化されているパターン部を有するモールドを用いることにより、当該エッチングレートの分布を補償することができる。この場合には、回折格子深さがエッチングレートの分布により不均一になることを抑制できるため、当該回折格子を有する分布帰還型半導体レーザの特性の均一性を向上させることができる。

また、深さ等の形状が変化されているパターン部を有するモールドを用いることにより、一つの分布帰還型半導体レーザの中で回折格子深さを変化させることができる。この場合には、一つの分布帰還型半導体レーザの中で、光軸方向に結合係数を変調できるので、光軸方向の光分布をコントロールでき、光強度を均一にできるため、光軸方向のホールバーニング等の現象を抑制することができる。

本発明によれば、ウェハ面内での場所によって回折格子の形状を変えることができる。

本実施形態にかかるモールドの形成方法（その１）の各工程を模式的に示す工程断面図である。 本実施形態にかかるモールドの形成方法（その１）の各工程を模式的に示す工程断面図である。 パターン部側からみたモールドを示す図であって、モールドが複数の領域に分かれていることをイメージしている。 本実施形態にかかるモールドの形成方法（その２）の各工程を模式的に示す工程断面図である。 本実施形態にかかるモールドの形成方法（その２）の各工程を模式的に示す工程断面図である。 本実施形態にかかるモールドの形成方法（その３）の各工程を模式的に示す工程断面図である。 本実施形態にかかる回折格子の形成方法の各工程を模式的に示す工程断面図である。 本実施形態にかかる回折格子の形成方法の各工程を模式的に示す工程断面図である。 本実施形態にかかる分布帰還型半導体レーザの製造方法の各工程を模式的に示す工程断面図である。 分布帰還型半導体レーザを一部破断して示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

最初に、本実施形態にかかるモールドを形成する方法について説明する。

［モールドの形成方法（その１）］

図１および図２は、本実施形態にかかるモールド１０の形成方法の各工程を模式的に示す工程断面図である。

まず、図１（Ａ）に示されるように、仮基板１０１上に電子ビーム露光用のレジスト１０２を塗布する。仮基板１０１は、例えばＳｉ基板である。電子ビーム露光用のレジスト１０２としては、例えば、ポジ型のレジストである日本ゼオン株式会社製の商品名ＺＥＰ−５２０等を用いることができる。

次いで、図１（Ｂ）に示されるように、電子ビーム露光用のレジスト１０２の表面１０２ａに加速電圧やドーズ量あるいは描画パターンを変化させながら電子ビームＥＢを露光する。図１（Ｂ）において、矢印の長さは例えば印加する加速電圧の強度を表しており、矢印間の距離は例えば表面１０２ａにおいて電子ビームＥＢが露光される部分間の距離に相当する。つまり、図１（Ｂ）の矢印は、電子ビームＥＢの露光パターンの一例を示すものである。

次いで、上記露光されたレジスト１０２を現像すると、例えば図１（Ｃ）に示されるようなレジストパターン１０３が形成される。上記露光する工程で加速電圧やドーズ量あるいは描画パターンを変化させながら電子ビームＥＢを露光したため、露光場所によって電子ビームＥＢのレジスト１０２への侵入深さ、露光広さ、あるいは描画パターンが異なり、その結果、現像後のレジストパターン１０３においては、各溝の深さ、デューティ比、ピッチ等の形状がそれぞれ異なっている。

次いで、図２（Ａ）に示されるように、レジストパターン１０３上にＳＯＧ膜１０４を回転塗布する。このＳＯＧ膜１０４は、後ほど、モールド１０のパターン部１０Ａを構成する。

次いで、図２（Ｂ）に示されるように、ＳＯＧ膜１０４が硬化された後に、当該ＳＯＧ膜１０４上に石英基板１０６を接着剤１０５で接着する。この石英基板１０６は、後ほど、モールド１０の基板部１０Ｂを構成する。

次いで、図２（Ｃ）に示されるように、仮基板１０１およびレジストパターン１０３を剥離する。このようにして、パターン部１０Ａと、パターン部１０Ａに接する基板部１０Ｂとを有するモールド１０が完成される。

図３は、パターン部１０Ａ側からみたモールド１０を示す図であって、モールド１０が複数の領域に分かれていることをイメージしている。図３に示されたモールド１０の各領域は互いに異なる形状のパターン部を有しており、例えば、領域Ａではパターン部におけるアスペクト比が１．０であり、領域Ｂではアスペクト比が１．５であり、領域Ｃではアスペクト比が２．０であり、領域Ｄではアスペクト比が２．５である。なお、デューティ比やピッチ等により各パターン部の形状が異なっていても良い。

以上で説明したモールド１０の形成方法によれば、レジスト１０２の表面に加速電圧やドーズ量あるいは描画パターンを変化させながら電子ビームＥＢを露光し、当該露光されたレジスト１０２を現像してレジストパターン１０３を形成する。このように、印加する加速電圧やドーズ量あるいは描画パターンを変化させながら電子ビームＥＢを露光するため、現像により形成されたレジストパターン１０３ではその深さ、デューティ比、ピッチ等の形状が印加された加速電圧やドーズ量あるいは描画パターンに応じて変化されている（図１（Ｃ）を参照）。

このように形成されたレジストパターン１０３上にモールド１０のパターン部１０ＡのためのＳＯＧ膜１０４を回転塗布して硬化させた後に上記レジストパターン１０３を剥離すると、当該レジストパターン１０３と対応する形状のパターン部１０Ａを有するモールド１０が形成される。すなわち、モールド１０のパターン部１０Ａにおいても、その深さ、デューティ比、ピッチ等の形状が印加された加速電圧やドーズ量あるいは描画パターンなどに応じて変化されている（図２（Ｃ）や図３を参照）。

このように、深さ、デューティ比、ピッチ等の形状が変化されているパターン部１０Ａを有するモールド１０を用いて回折格子（後述する）を形成すれば、形成される回折格子においてもその形状をウェハ面内の場所によって変化させることができる。

［モールドの形成方法（その２）］

図４および図５は、本実施形態にかかるモールド１１の形成方法の各工程を模式的に示す工程断面図である。

まず、図４（Ａ）に示されるように、基板部１１１上に電子ビーム露光用のレジスト１１２を塗布する。基板部１１１は、例えば石英基板である。電子ビーム露光用のレジスト１１２としては、例えば、ポジ型のレジストである日本ゼオン株式会社製の商品名ＺＥＰ−５２０等を用いることができる。

次いで、図４（Ｂ）に示されるように、電子ビーム露光用のレジスト１１２の表面１１２ａの一部の領域Ｐ１に電子ビームＥＢを露光する。このとき、前述した［モールドの形成方法（その１）］の一例でのように、加速電圧やドーズ量を変化させながら露光を行っても良い。また、面内において露光パターンあるいはパターンのピッチに所定の分布を有するように露光を行ってもよい。

次いで、上記露光されたレジスト１１２を現像すると、例えば図４（Ｃ）に示されるような第１のレジストパターン１１３が形成される。

次いで、第１のレジストパターン１１３を用いて基板部１１１に対する第１のエッチングを行った後に、当該第１のレジストパターン１１３を剥離すると、図４（Ｄ）に示されるように、基板部１１１上に第１の深さｄ１を有する第１のパターン部１１１ａを形成することができる。なお、領域Ｐ１以外の部分は、上記第１のエッチング時に第１のレジストパターン１１３により保護されていたため、パターンが形成されていない。

次いで、図５（Ａ）に示されるように、第１のパターン部１１１ａが形成された基板部１１１上に、電子ビーム露光用のレジスト１１４を再び塗布する。電子ビーム露光用のレジスト１１４は上記レジスト１１２と同様のものであっても良い。

次いで、電子ビーム露光用のレジスト１１４の表面１１４ａの一部の領域Ｐ１以外の他の一部の領域Ｐ２に電子ビームＥＢを露光する。このとき、前述した［モールドの形成方法（その１）］の一例でのように、加速電圧やドーズ量を変化させながら露光を行っても良い。あるいは、露光パターンにおいて、例えば繰り返しパターンのピッチに所定の分布を有するように露光を行ってもよい。

次いで、上記露光されたレジスト１１４を現像すると、例えば図５（Ｂ）に示されるような第２のレジストパターン１１５が形成される。

次いで、第２のレジストパターン１１５を用いて基板部１１１に対する第２のエッチングを行った後に、当該第２のレジストパターン１１５を剥離すると、図５（Ｃ）に示されるように、基板部１１１上に第２の深さｄ２を有する第２のパターン部１１１ｂを形成することができる。このとき、第２のエッチングは例えばエッチング時間が異なる等、上記第１のエッチングと異なるエッチング条件で行われる。なお、領域Ｐ２以外の部分は、上記第２のエッチング時に第２のレジストパターン１１５により保護されている。

次いで、図示はしないが、以上で説明したように、第ｎのレジストパターンの形成、異なる条件での第ｎのエッチング、第ｎの深さを有する第ｎのパターン部の形成を繰り返すことで、モールド１１が完成される。

図３は、パターン部１１１ａ，１１１ｂ側からみたモールド１１を示す図であって、モールド１１が複数の領域に分かれていることをイメージしている。図３に示されたモールド１１の各領域は互いに異なる形状のパターン部を有しており、例えば、領域Ａではパターン部におけるアスペクト比が１．０であり、領域Ｂではアスペクト比が１．５であり、領域Ｃではアスペクト比が２．０であり、領域Ｄではアスペクト比が２．５である。なお、加速電圧を変化させながら露光を行った場合には、深さやデューティ比等により各パターン部の形状が異なっている。また、露光パターンの繰り返しピッチを変化させながら露光を行った場合には、パターンのピッチ等の形状が異なっている。

以上で説明したモールド１１の形成方法によれば、レジスト１１２の表面１１２ａの一部の領域Ｐ１に形成した第１のレジストパターン１１３を用いて基板部１１１に第１のエッチングを行うと、基板部１１１の上記一部の領域Ｐ１には第１の深さｄ１を有する第１のパターン部１１１ａが形成される。また、レジスト１１４の表面１１４ａの他の一部の領域Ｐ２に形成した第２のレジストパターン１１５を用いて基板部１１１に第２のエッチングを行うと、基板部１１１の上記他の一部の領域Ｐ２には第２の深さｄ２を有する第２のパターン部１１１ｂが形成される。第１のエッチングと第２のエッチングとは、例えばエッチング時間が異なるなど、エッチング条件が異なるため、第１のパターン部１１１ａと第２のパターン部１１１ｂとはそれぞれ異なる深さｄ１，ｄ２を有する。したがって、第１のパターン部１１１ａおよび第２のパターン部１１１ａを含んで構成されるモールドのパターン部１１Ａは領域毎に異なる深さを有する。

このように、深さが変化されているパターン部１１Ａを有するモールド１１を用いて回折格子（後述する）を形成すれば、形成される回折格子においてもその深さをウェハ面内の場所によって変化させることができる。

また、モールド１１の形成方法によって形成したモールド１１を用いて回折格子（後述する）を形成すれば、回折格子深さをウェハ面内の場所によって変化させることを目的で、回折格子が形成される半導体表面に直接にレジスト塗布、露光、現像、およびレジストストリッピングを繰り返し行わなくて済む。このため、上記半導体の結晶がダメージを受けることを防止できる。後述するように、回折格子が形成される半導体表面には、以上で説明した方法で形成したモールド１１を用いてナノインプリンティングにより回折格子のためのパターンを形成することで、大幅に工期を短縮することができ、半導体結晶へのダメージも最小限に抑えることが出来る。

［モールドの形成方法（その３）］

図６は、本実施形態にかかるモールド１２の形成方法の各工程を模式的に示す工程断面図である。

まず、図６（Ａ）に示されるように、Ｓｉ基板１２１上に感光性のＳＯＧ膜１２２を回転塗布する。後述するように、Ｓｉ基板１２１はモールド１２の基板部１２Ｂを構成し、ＳＯＧ膜１２２はモールド１２のパターン部１２Ａを構成する。

次いで、図６（Ｂ）に示されるように、ＳＯＧ膜１２２の表面１２２ａに加速電圧やドーズ量を変化させながら電子ビームＥＢを露光する。あるいは、所望のパターンピッチを有するように、面内でパターンのピッチを変化させながら電子ビームＥＢを露光する。

次いで、上記露光されたＳＯＧ膜１２２を例えばバッファードフッ酸により現像すると、例えば図６（Ｃ）に示されるようなパターン部１２Ａが形成される。上記露光する工程で加速電圧やドーズ量あるいは描画パターンを変化させながら電子ビームＥＢを露光したため、露光場所によって電子ビームＥＢのＳＯＧ膜１２２への侵入深さや露光広さなどが異なり、その結果、現像後のパターン部１２Ａにおいては、各溝の深さ、デューティ比、ピッチ等の形状がそれぞれ異なっている。

このようにして、パターン部１２Ａと基板部１２Ｂとを有するモールド１２が完成される。

図３は、パターン部１２Ａ側からみたモールド１２を示す図であって、モールド１２が複数の領域に分かれていることをイメージしている。図３に示されたモールド１２の各領域は互いに異なる形状のパターン部を有しており、例えば、領域Ａではパターン部におけるアスペクト比が１．０であり、領域Ｂではアスペクト比が１．５であり、領域Ｃではアスペクト比が２．０であり、領域Ｄではアスペクト比が２．５である。なお、デューティ比やピッチ等により各パターン部の形状が異なっていても良い。

以上で説明したモールド１２の形成方法によれば、パターン部１２Ａのための例えばＳＯＧ膜１２２の表面１２２ａに加速電圧やドーズ量あるいは描画パターンを変化させながら電子ビームＥＢを露光し、当該露光されたＳＯＧ膜１２２を例えばバッファードフッ酸により現像してモールド１２のパターン部１２Ａを形成する。このように、印加する加速電圧やドーズ量あるいは描画パターンを変化させながら電子ビームＥＢを露光するため、形成されたモールド１２のパターン部１２Ａではその深さ、デューティ比、ピッチ等の形状が印加された加速電圧やドーズ量あるいは描画パターン等に応じて変化されている。

このように、深さ等の形状が変化されているパターン部１２Ａを有するモールド１２を用いて回折格子（後述する）を形成すれば、形成される回折格子においてもその深さ等の形状をウェハ面内の場所によって変化させることができる。

［回折格子の形成方法］

引き続き、本実施形態にかかる回折格子を形成する方法について説明する。図７および図８は、本実施形態にかかる回折格子２５の形成方法の各工程を模式的に示す工程断面図である。

最初に、前述した［モールドの形成方法（その１）］、［モールドの形成方法（その２）］、［モールドの形成方法（その３）］の何れかの方法により、モールドを形成する。以下の説明においては、説明の便宜のために、［モールドの形成方法（その１）］により、回折格子を形成するためのパターン部１０Ａを有するモールド１０を形成したとする。なお、前述したようにパターン部１０Ａは場所によってその深さ、デューティ比、ピッチ等の形状が異なっている。

次に、図７（Ａ）に示されるように、ナノインプリント法により、モールド１０のパターン部１０Ａを樹脂体のレジスト２１に力Ｆで押し付ける。この力Ｆは製造目的により適宜に調整することができる。レジスト２１は、半導体基板２０上に形成されている。この半導体基板２０上には、レーザ作製に必要な多重量子井戸層やクラッド層を含むエピタキシャル層があらかじめ形成されていても良い。

次に、図７（Ｂ）に示されるように、モールド１０をレジスト２１に押し付けた状態でレジスト２１を硬化させる。これにより、硬化したレジスト２４に回折格子のためのパターン２３が形成される。

レジスト２４を硬化させる方法としては、ＵＶ光を用いた硬化方法（光式ナノインプリント法）、または熱を用いた硬化方法（熱式ナノインプリント法）を利用できる。光式ナノインプリント法の場合は、レジスト２１はＵＶ光により硬化される。このとき、モールド１０に石英等のＵＶ透過性の高い材料を用いることが好ましく、レジスト２１としてはＵＶ硬化樹脂を用いることが好ましい。一方、熱式ナノインプリント法の場合は、レジスト２１は加熱後に冷却させることにより硬化される。このとき、モールド１０にＮｉなどの金属材料を用いることが好ましく、レジスト２１としては一般的な熱可塑性樹脂としてガラス転移点をもつ材料を用いることが好ましい。

次に、図７（Ｃ）に示されるように、回折格子のためのパターン２３を有する硬化後のレジスト２４からモールド１０を剥離する。モールド１０を離型した後のレジスト２４には、場所により異なる形状の溝が形成されている。

次いで、図８（Ａ）に示されるように、回折格子のためのパターン２３を有する硬化後のレジスト２４を用いて半導体基板２０に対するエッチングを行う。このエッチングとしては、例えばリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）等の手法を用いることができ、例えばガス種や圧力等の条件をレジスト２４と半導体基板２０との両方がエッチングされるようにして行われる。

図８（Ｂ）に示されるように、エッチングがある程度進むと、溝が深い部分の半導体基板２０がやがて露出し、半導体基板２０がエッチングされる。さらにエッチングを続けると、溝が深い部分から順に、半導体基板２０がエッチングされていく。最終的に、半導体基板２０にはパターン２３に応じて場所によって深さの違う溝により回折格子２５が形成されることになる。すなわち、モールド１０が図３に示されたように複数の領域に分かれており、各領域の形状として例えばアスペクト比が領域毎に異なる場合に、半導体基板２０に形成された溝のアスペクト比は、レジスト２４のアスペクト比およびモールド１０のアスペクト比と相対関係を維持する。ただし、エッチングの選択比（レジスト２４のエッチングレート：半導体基板２０のエッチングレート）によって、上記相対関係を維持しながらもその各々の絶対値は異なる。例えば、レジスト２４のアスペクト比が領域Ａで１．０、領域Ｂで１．５、領域Ｃで２．０、領域Ｄで２．５である場合、半導体基板２０に形成される溝のアスペクト比は、領域Ａで０．５、領域Ｂで０．７５、領域Ｃで１．０、領域Ｄで１．２５となり得る。言い換えると、エッチングの選択比を変えることで、最終的に形成される回折格子２５のアスペクト比の構成を意図的に変えることができる。

次いで、図８（Ｃ）に示されるように、エッチング終了後の残りのレジスト２４を除去すると、回折格子２５が完成される。

以上で説明した回折格子２５の形成方法によれば、深さ等の形状が変化されているパターン部１０Ａを有するモールド１０を用いてナノインプリント法により回折格子２５を形成する。このため、形成される回折格子２５においても、モールド１０のパターン部１０Ａの形状と対応して、その深さ等の形状を変化させることができる。なお、上記例においては形状として深さを一例としているが、デューティ比やピッチ等についても同様に、モールド１０のパターン部１０Ａの形状と対応して回折格子２５の形状を形成することができる。

以上で説明した回折格子形成方法は同一ウエハ内で複数品種に対応した回折格子形状を得るための方法として適用することができる。これと同じ概念で、同一品種に対応した回折格子形状の均一性を向上する目的で上記回折格子形成方法を適用することができる。すなわち、エッチングで生じるウエハ面内の分布（ウエハ面内の場所によってエッチングレートが異なることに対する分布）をあらかじめ把握しておき、これを補償するような溝深さ、デューティ比、ピッチ等でモールド１０を設計して形成することで、最終的に半導体基板２０に形成される回折格子２５の形状を均一にすることができる。例えば、エッチングレートの分布が同心円状であり、かつウエハ外周部が中心部に対して１０％エッチングレートが大きい場合に、中心部に対して外周部の溝深さが１０％浅い形状のモールド１０を形成する。このモールド１０を用いてナノインプリント法により回折格子２５を形成することで、エッチング分布が補償され均一性に優れた回折格子２５を形成することができる。

また、同一領域内に形成される同一素子（例えば一つの分布帰還型半導体レーザ）の中で回折格子の形状を変化させる目的で、上記説明した回折格子形成方法を適用することができる。このことにより、一つの分布帰還型半導体レーザの中で光軸方向に結合係数を変調できるので、光軸方向の光分布をコントロールでき、光強度を均一にできるため、光軸方向のホールバーニング等の現象を抑制することができる。

［分布帰還型半導体レーザの製造方法］

引き続き、本実施形態にかかる分布帰還型半導体レーザ４０を製造する方法について説明する。図９は、本実施形態にかかる分布帰還型半導体レーザ４０の製造方法の各工程を模式的に示す工程断面図である。図１０は、上記製造方法により製造される分布帰還型半導体レーザ４０を一部破断して示す斜視図である。

まず、図９（Ａ）に示されるように、半導体基板２０上に、第１クラッド層３０、第１光閉じ込め層３１、活性層３２、第２光閉じ込め層３３、第２クラッド層３４及び樹脂体のレジスト２１をこの順に形成する。なお、第１光閉じ込め層３１及び第２光閉じ込め層３３を形成しなくてもよい。

次に、図９（Ｂ）に示されるように、前述した本実施形態の回折格子の形成方法を用いて、樹脂体のレジスト２１にモールド１０のパターン部１０Ａを押し付けることにより、硬化した樹脂体のレジスト２４に回折格子のためのパターン２３を形成する。

次に、図９（Ｃ）に示されるように、上記の本実施形態の回折格子の形成方法において図８を参照しながら説明した方法により第２クラッド層３４をエッチングした後に、レジスト２４を除去することにより、回折格子２５を形成する。

次に、図１０に示されるように、回折格子２５を形成した第２クラッド層３４上に第３クラッド層を形成する。その後、第２クラッド層３４、第３クラッド層、第２光閉じ込め層３３、活性層３２、第１光閉じ込め層３１、及び第１クラッド層３０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。さらに、その半導体メサを埋め込む半導体層３５を形成した後、半導体層３５及び第３クラッド層上に第４クラッド層３６を形成する。なお、第４クラッド層３６を形成しなくてもよい。その後、第４クラッド層３６上に、コンタクト層３７及び電極３８をこの順に形成する。また、半導体基板２０の裏面上に電極３９を形成する。

上記工程を経ることによって、分布帰還型半導体レーザ４０を製造することができる。

以上で説明した分布帰還型半導体レーザ４０の形成方法によれば、深さ等の形状が変化されているパターン部１０Ａを有するモールド１０を用いてナノインプリント法により回折格子２５を形成する。このため、形成される回折格子２５においてもその深さ等の形状を変化させることができる。

また、一枚のウェハ面内で深さ等の形状を変化させて回折格子２５を形成すると、回折格子２５の形状が異なる多種の分布帰還型半導体レーザ４０を一枚のウェハの中に混在させて製造することができる。この場合には、特に少量多品種の生産に有利である。

また、回折格子２５を形成するためにエッチングが行われ、ウェハ面内においてエッチングレートに分布が生じる場合には、深さ等の形状が変化されているパターン部１０Ａを有するモールド１０を用いることにより、当該エッチングレートの分布を補償することができる。この場合には、回折格子深さがエッチングレートの分布により不均一になることを抑制できるため、当該回折格子２５を有する分布帰還型半導体レーザ４０の特性の均一性を向上させることができる。

また、深さ等の形状が変化されているパターン部１０Ａを有するモールド１０を用いることにより、一つの分布帰還型半導体レーザ４０の中で回折格子深さを変化させることができる。この場合には、一つの分布帰還型半導体レーザ４０の中で、光軸方向に結合係数を変調できるので、光軸方向の光分布をコントロールでき、光強度を均一にできるため、光軸方向のホールバーニング等の現象を抑制することができる。

１０，１１，１２…モールド、１０Ａ，１１Ａ，１２Ａ…パターン部、１０Ｂ，１２Ｂ…基板部、１０１…仮基板、１０２，１１２，１１４…電子ビーム露光用のレジスト、１０２ａ，１１２ａ，１１４ａ…電子ビーム露光用のレジストの表面、１０３，１１３，１１５…レジストパターン、１０４…ＳＯＧ膜、１０５…接着剤、１０６…石英基板、１１１…基板部、１１１ａ，１１１ｂ…パターン部、１２１…Ｓｉ基板、１２２…ＳＯＧ膜、１２２ａ…ＳＯＧ膜の表面、２０…半導体基板、２１…樹脂体のレジスト、２３…回折格子２５のためのパターン、２４…硬化したレジスト、２５…回折格子、３０…第１クラッド層、３１…第１光閉じ込め層、３２…活性層、３３…第２光閉じ込め層、３４…第２クラッド層、３５…半導体メサを埋め込む半導体層、３６…第４クラッド層、３７…コンタクト層、３８，３９…電極、４０…分布帰還型半導体レーザ。

Claims (8)

1. 回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドの形成方法であって、
   基板上に電子ビーム露光用のレジストを塗布する工程と、
   当該レジストの表面の一部の領域に電子ビーム露光を行う工程と、
   前記電子ビーム露光の後に、前記レジストを現像して第１のレジストパターンを形成する工程と、
   前記第１のレジストパターンを用いて前記基板に対する第１のエッチングを行った後に、前記第１のレジストパターンを剥離することにより、第１のデューティ比を有する第１のパターン部を形成する工程と、
   前記第１のパターン部が形成された基板上に電子ビーム露光用のレジストを塗布する工程と、
   当該レジストの表面の前記一部の領域以外の他の一部の領域に電子ビーム露光を行う工程と、
   前記電子ビーム露光の後に、前記レジストを現像して第２のレジストパターンを形成する工程と、
   前記第２のレジストパターンを用いて前記第１のエッチングと異なる条件で前記基板に対する第２のエッチングを行った後に、前記第２のレジストパターンを剥離することにより、第２のデューティ比を有する第２のパターン部を形成する工程と、
   を備え、
   前記第１のパターン部と第２のパターン部とは前記モールドの前記パターン部の少なくとも一部を構成することを特徴とするモールドの形成方法。
2. 回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドの形成方法であって、
   基板上に電子ビーム露光用のレジストを塗布する工程と、
   当該レジストの表面の一部の領域に電子ビーム露光を行う工程と、
   前記電子ビーム露光の後に、前記レジストを現像して第１のレジストパターンを形成する工程と、
   前記第１のレジストパターンを用いて前記基板に対する第１のエッチングを行った後に、前記第１のレジストパターンを剥離することにより、第１のピッチを有する第１のパターン部を形成する工程と、
   前記第１のパターン部が形成された基板上に電子ビーム露光用のレジストを塗布する工程と、
   当該レジストの表面の前記一部の領域以外の他の一部の領域に電子ビーム露光を行う工程と、
   前記電子ビーム露光の後に、前記レジストを現像して第２のレジストパターンを形成する工程と、
   前記第２のレジストパターンを用いて前記第１のエッチングと異なる条件で前記基板に対する第２のエッチングを行った後に、前記第２のレジストパターンを剥離することにより、第２のピッチを有する第２のパターン部を形成する工程と、
   を備え、
   前記第１のパターン部と第２のパターン部とは前記モールドの前記パターン部の少なくとも一部を構成することを特徴とするモールドの形成方法。
3. 前記第１のエッチングと前記第２のエッチングとはエッチング時間が異なることを特徴とする請求項１又は２記載のモールドの形成方法。
4. 前記第１のパターン部は、第１の深さを有し、
   前記第２のパターン部は、第２の深さを有し、
   前記第１の深さと前記第２の深さとはそれぞれ異なる深さであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のモールドの形成方法。
5. 基板上に形成された樹脂体を用いて回折格子を形成する方法であって、
   請求項１又は２に記載のモールドの形成方法により形成され、前記回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドを準備する工程と、
   前記モールドの前記パターン部を前記樹脂体に押し付ける工程と、
   前記パターン部を前記樹脂体に押し付けた状態で前記樹脂体を硬化させることによって、当該硬化した樹脂体に前記回折格子のためのパターンを形成する工程と、
   前記回折格子のためのパターンを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記回折格子を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする回折格子の形成方法。
6. 前記樹脂体はＵＶ光により硬化され、
   前記モールドは石英を含み、
   前記樹脂体はＵＶ硬化樹脂からなる、
   ことを特徴とする請求項５記載の回折格子の形成方法。
7. 前記樹脂体は熱により硬化され、
   前記モールドは金属材料を含み、
   前記樹脂体は熱可塑性樹脂からなる、
   ことを特徴とする請求項６記載の回折格子の形成方法。
8. 活性層を含む基板上に樹脂体を形成する工程と、
   請求項１又は２に記載のモールドの形成方法により形成され、回折格子を形成するためのパターン部を有するモールドを準備する工程と、
   前記モールドの前記パターン部を前記樹脂体に押し付ける工程と、
   前記パターン部を前記樹脂体に押し付けた状態で前記樹脂体を硬化させることによって、当該硬化した樹脂体に前記回折格子のためのパターンを形成する工程と、
   前記回折格子のためのパターンを用いて前記基板をエッチングすることにより、前記回折格子を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製造方法。
   

Images