JP2013016600A - 半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】回折格子に欠陥が生じることを抑制することが可能な半導体レーザ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子の製造方法は、モールド１を準備する工程と、半導体積層形成工程と、ストライプ構造形成工程とを備える。モールド１のストライプ状凹部は、２つの端部３Ｅと中央部３Ｍとを有し、２つの端部３Ｅの深さＴ３Ｅは、中央部３Ｍの深さＴ３Ｍよりも深い。半導体積層形成工程は、半導体層１７を堆積する工程と、ストライプ状凹部３の形状を樹脂部２１に転写し、樹脂部２１に樹脂パターン部２１Ｐを形成する工程と、樹脂パターン部２１Ｐの形状を半導体層１７に転写して回折格子１７Ｐを形成する工程とを含む。ストライプ構造形成工程は、回折格子１７Ｐの第３方向（Ｙ軸方向）と直交する方向の両端部が除去されるように、半導体積層３０をエッチングするエッチング工程とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体レーザ素子の製造方法に関する。
下記特許文献１には、ナノインプリント法を用いた分布帰還型半導体レーザの製造方法が記載されている。この方法では、分布帰還型半導体レーザの回折格子のための半導体層のパターニングを、ナノインプリント法で行っている。また、下記非特許文献１には、ナノインプリント法を用いた微細加工方法が記載されている。
特開２００９−５３２７１号公報
M. W. Lin, et. al., "Planarization for Reverse-Tone Step and FlashImprint Lithograph", Proceedings of SPIE 6151, pp.61512G (2006)
半導体レーザ素子が有する回折格子を形成する方法として、ナノインプリント法を採用することが検討されている。回折格子の形成にナノインプリント法を採用することで、半導体レーザ等の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。
ナノインプリント法で半導体レーザ素子の回折格子を形成する場合には、まず、半導体基板上に、回折格子が形成されるべき半導体層と、樹脂部とをこの順に形成する。そして、回折格子のための複数のストライプ状凹部が形成されたパターン面を有するモールドをこの樹脂部に押し付け、その状態で樹脂部を硬化させた後にモールドと樹脂部とを離間させる。このようにして、モールドの複数のストライプ状凹部の形状を樹脂部に転写することにより、樹脂部に樹脂パターン部を形成する。
その後、樹脂パターン部を用いた上記半導体層のエッチング等によって樹脂パターン部の形状を半導体層に転写することにより、上記半導体層に回折格子を形成する。
しかしながら、上述のようなナノインプリント法を用いた回折格子の製造方法においては、モールドのパターン面を樹脂層に押し付けた際、パターン面の複数のストライプ状凹部と樹脂部との間に空気が残存したままとなること等を起因として、パターン面の複数のストライプ状凹部と樹脂部との間に気泡が生じてしまう場合がある。そのような状態で樹脂部を硬化してしまうと、モールドの複数のストライプ状凹部の形状が正しく樹脂部に転写されなくなってしまう。その結果、半導体層に形成される回折格子に欠陥が生じ易いという問題があった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、回折格子に欠陥が生じることを抑制することが可能な半導体レーザ素子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、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、回折格子を有する半導体レーザ素子の製造方法であって、回折格子のための複数のストライプ状凹部が形成されたパターン面を有するナノインプリント用のモールドを準備するモールド準備工程と、半導体基板の主面上に、活性層と、回折格子とを含む半導体レーザのための半導体積層を形成する半導体積層形成工程と、半導体積層をエッチングすることにより、半導体積層にストライプ構造を形成するストライプ構造形成工程と、を備え、モールドの複数のストライプ状凹部は、それぞれパターン面と平行な第１方向に沿って延びると共に、第１方向と直交する第２方向に沿って互いに離間して設けられており、モールドの複数のストライプ状凹部の各々は、第１方向の２つの端部と、当該２つの端部間の中央部と、を有し、これらの２つの端部の少なくとも一方のパターン面からの深さは、上記中央部のパターン面からの深さよりも深く、半導体積層形成工程は、半導体基板上に、活性層と半導体層とを堆積する堆積工程と、半導体層上に、樹脂部を形成する樹脂部形成工程と、モールドのパターン面を樹脂部に押しつける押し付け工程と、樹脂部にモールドのパターン面を押し付けた状態で樹脂部を硬化させた後にモールドと樹脂部とを離間させることにより、複数のストライプ状凹部の形状を樹脂部に転写し、これにより樹脂部に半導体基板の主面と平行な第３方向に沿った周期構造を有する樹脂パターン部を形成する樹脂パターン部形成工程と、樹脂パターン部の反転形状又は非反転形状を半導体層に転写することにより、第３方向に沿った周期構造を有する上記回折格子を半導体層に形成する回折格子形成工程と、を有し、ストライプ構造形成工程は、半導体積層の上面の一部を第３方向に沿って延びるマスクで覆うマスク工程と、このマスクを用いて、第３方向と直交する方向の上記回折格子の両端部が除去されるように、半導体積層をエッチングするエッチング工程と、を有することを特徴とする。
本発明の半導体レーザ素子の製造方法においては、モールドの複数のストライプ状凹部は第２方向に沿って周期的に設けられているため、半導体積層形成工程における堆積工程、樹脂部形成工程、押し付け工程、及び、樹脂パターン部形成工程を経ることにより、半導体基板の主面と平行な第３方向に沿った周期構造を有する樹脂パターン部を樹脂部に形成することができる。
そして、モールドの複数のストライプ状凹部の各々は、第１方向の２つの端部と、当該２つの端部間の中央部と、を有し、これらの２つの端部の少なくとも一方のパターン面からの深さは、上記中央部のパターン面からの深さよりも深い。そのため、押し付け工程において樹脂部にモールドのパターン面を押し付けた際にモールドの複数のストライプ状凹部と樹脂部との間に気泡が生じると、当該気泡は複数のストライプ状凹部の第１方向における２つの端部のうちの少なくとも一方に移動し易い。
そのため、この気泡の存在に起因して樹脂パターン部に生じる欠陥は、第３方向と直交する方向の樹脂パターン部の端部に形成され易くなる。そして、この樹脂パターン部の形状を半導体層に転写して回折格子を形成するため、上記気泡の存在に起因する回折格子の欠陥は、第３方向と直交する方向の当該回折格子の端部に形成され易くなる。
そして、ストライプ構造形成工程のエッチング工程において、第３方向と直交する方向の当該回折格子の両端部が除去されるように半導体積層をエッチングするため、上記気泡の存在に起因する回折格子の欠陥は、この半導体積層のエッチングの際に除去され易くなる。その結果、得られる半導体レーザ素子において、上記気泡に起因して回折格子に欠陥が生じる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レーザ素子の製造方法では、複数のストライプ状凹部の各々の中央部を規定するモールドの表面は、上記パターン面と略平行であることが好ましい。これにより、複数のストライプ状凹部の形状を樹脂部に転写することにより形成された樹脂パターン部において、樹脂パターン部の複数の凹部における深さ分布を均一化することができる。これにより、樹脂パターン部の形状を半導体層に転写して当該半導体層に回折格子を形成すると、当該回折格子の複数の凹部における深さ分布を均一化することができる。
また、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法では、複数のストライプ状凹部の各々の中央部を規定するモールドの表面は、第１方向の両端のうちの少なくとも一端を含む領域であって、第１方向に沿って当該少なくとも一端に近づくに従ってパターン面からの深さが深くなる上記領域を含むことが好ましい。
これにより、押し付け工程において樹脂部にモールドのパターン面を押し付けた際にモールドの複数のストライプ状凹部と樹脂部との間に生じた気泡は、複数のストライプ状凹部の第１方向における２つの端部のうちの少なくとも一方により移動し易くなる。
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法では、複数のストライプ状凹部の各々の２つの端部のうちの少なくとも一方の端部を規定するモールドの表面は、第１方向においてパターン面に対して傾斜していることが好ましい。
これにより、押し付け工程において樹脂部にモールドのパターン面を押し付けた際にモールドの複数のストライプ状凹部と樹脂部との間に生じた気泡は、複数のストライプ状凹部の第１方向における２つの端部のうちの少なくとも一方により移動し易くなる。
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法において、押し付け工程は、減圧雰囲気下で行われることが好ましい。これにより、押し付け工程において樹脂部にモールドのパターン面を押し付けた際に、モールドの複数のストライプ状凹部と樹脂部との間に気泡が生じることを抑制することができる。これにより、回折格子に欠陥が生じることをより有効に抑制することができる。
さらに、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法において、堆積工程は、半導体層上に絶縁層を堆積する工程をさらに含み、樹脂部は、シリコン非含有樹脂からなり、樹脂部形成工程では、絶縁層上に当該樹脂部を形成し、回折格子形成工程は、樹脂パターン部を埋め込むように上記樹脂部上にシリコン含有樹脂層を形成するシリコン含有樹脂層形成工程と、シリコン含有樹脂層をエッチングすることにより、樹脂パターン部の凹部内にシリコン含有樹脂層が残存するように樹脂パターン部の表面を露出させるシリコン含有樹脂層エッチング工程と、樹脂パターン部の凹部内に残存しているシリコン含有樹脂層をマスクとして用いて上記樹脂部をエッチングすることにより、絶縁層の表面の一部を露出させる樹脂部エッチング工程と、樹脂部エッチング工程の後に、シリコン含有樹脂層及び樹脂部をマスクとして用いて絶縁層をエッチングすることにより、半導体層の表面の一部を露出させる絶縁層エッチング工程と、絶縁層エッチング工程の後に、絶縁層をマスクとして用いて樹脂部エッチング工程で露出させた半導体層の表面の上記一部をエッチングすることにより、樹脂パターン部形成工程で形成された樹脂パターン部の反転形状を半導体層に転写する半導体層エッチング工程と、を含むことが好ましい。
これにより、樹脂パターン部の非反転形状を半導体層へ転写するために、まず、シリコン含有樹脂層層、シリコン非含有樹脂からなる樹脂部、及び、絶縁層の材料の違いを利用して、シリコン含有樹脂層、樹脂部、及び、絶縁層を順に選択的にエッチングすることによって、絶縁層に樹脂パターン部の非反転形状を転写することができる（シリコン含有樹脂層エッチング工程、樹脂部エッチング工程及び絶縁層エッチング工程）。その後、当該絶縁層をマスクとして用いて半導体層をエッチングすることにより、樹脂パターン部形成工程で形成された樹脂パターン部の反転形状を半導体層に転写することにより、当該半導体層に回折格子を形成することができる（半導体層エッチング工程）。
この際、上述のようなシリコン含有樹脂層、樹脂部、及び、絶縁層の選択的なエッチングの効果により、複数のストライプ状凹部の各々の中央部を規定するモールドの表面がパターン面に対して傾斜している場合でも、半導体層に形成される回折格子の凹部の深さ分布を略均一にすることができる。
本発明によれば、回折格子に欠陥が生じることを抑制することが可能な半導体レーザ素子の製造方法が提供される。
第１実施形態に係るナノインプリント用モールドの斜視図である。 図２（Ａ）は、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿ったナノインプリント用モールドの端面図であり、図２（Ｂ）は、図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿ったナノインプリント用モールドの端面図である。 半導体積層形成工程を説明するための断面図である。 半導体積層形成工程を説明するための断面図である。 半導体積層形成工程を説明するための断面図である。 半導体積層形成工程を説明するための断面図である。 半導体積層形成工程を説明するための断面図である。 半導体積層形成工程を説明するための断面図である。 半導体積層形成工程を説明するための断面図である。 半導体積層形成工程を説明するための断面図である。 半導体積層形成工程を説明するための断面図である。 ストライプ構造形成工程を説明するための断面図である。 図１３（Ａ）（Ｂ）は、ストライプ構造形成工程を説明するための断面図であり、図１３（Ｃ）は、ストライプ構造形成工程を説明するための平面図である。 ストライプ構造形成工程以降の工程を説明するための断面図である。 第２実施形態の半導体積層形成工程の一部を説明するための断面図である。 第２実施形態の半導体積層形成工程の一部を説明するための断面図である。 第２実施形態の半導体積層形成工程の一部を説明するための断面図である。 モールド１の複数のストライプ状凹部３の変形例を示す断面図である。
以下、実施の形態に係る半導体レーザ素子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。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法として、分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法について説明する。本実施形態の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法は、主として、モールド準備工程と、半導体積層形成工程と、ストライプ構造形成工程と、を備えている。以下、これらの工程について、詳細に説明する。
（モールド準備工程）
本工程においては、ナノインプリント用のモールドを準備する。図１は、本実施形態に係るナノインプリント用モールドの斜視図であり、図２（Ａ）は、図１のＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿ったナノインプリント用モールドの端面図であり、図２（Ｂ）は、図１のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿ったナノインプリント用モールドの端面図である。なお、図１及び図２においては、直交座標系２を示しており、図３以降の各図においても、直交座標系２を示している。
図１及び図２に示すように、本実施形態のナノインプリント用のモールド１は、Ｚ軸方向を厚さ方向とし、ＸＹ平面に沿って延びる略平坦なパターン面１Ｐを有する矩形の平板状の部材である。
モールド１のパターン面１Ｐには、後述の回折格子１７Ｐ（図１０参照）のための複数のストライプ状凹部３が形成されている。複数のストライプ状凹部３は、それぞれパターン面１Ｐに沿った第１方向に沿って延びている。図１及び図２においては、第１方向がＸ軸と平行になるようにモールド１を図示している。また、複数のストライプ状凹部３は、第１方向と直交する第２方向に沿って互いに離間して周期的に並んでおり、この第２方向に沿って周期的に設けられている。図１及び図２においては、第２方向がＹ軸と平行になるようにモールド１を図示しており、第２方向は、第１方向と直交かつパターン面１Ｐに沿った方向である。
図２（Ａ）に示すように、複数のストライプ状凹部３の各々は、第１方向（Ｘ軸方向）の２つの端部３Ｅと、当該２つの端部３Ｅ間の中央部３Ｍと、を有する。そして、２つの端部３Ｅのパターン面１Ｐからの深さＴ３Ｅは、中央部３Ｍのパターン面１Ｐからの深さＴ３Ｍよりも深い。なお、２つの端部３Ｅの一方のみのパターン面１Ｐからの深さが、中央部３Ｍのパターン面１Ｐからの深さＴ３Ｍよりも深くてもよい。２つの端部３Ｅと中央部３Ｍとは連続的に接続されているが、図２においては２つの端部３Ｅと中央部３Ｍとの境界Ｂ３を破線で示している。
本実施形態においては、複数のストライプ状凹部３の各々の中央部３Ｍを規定するモールド１の表面３ＭＳはパターン面１Ｐと略平行である。即ち、表面３ＭＳは、第１方向（Ｘ軸方向）の一端３ＭＳＥ１から他端３ＭＳＥ２まで、パターン面１Ｐからの深さＴ３Ｍが一定である。複数のストライプ状凹部３の各々の２つの端部３Ｅを規定するモールド１の表面３ＥＳもパターン面１Ｐと略平行である。表面３ＭＳは、表面３ＥＳに向かってパターン面１Ｐからの深さが深くなるように傾斜していてもよく、表面３ＥＳは、表面３ＭＳに向かってパターン面１Ｐからの深さが浅くなるように、又は、深くなるように傾斜していてもよい。
複数のストライプ状凹部３の各々の中央部３Ｍにおける深さＴ３Ｍは、例えば、５０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下とすることができ、複数のストライプ状凹部３の各々の２つの端部３Ｅにおける深さＴ３Ｅは、例えば、６０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下とすることができる。深さＴ３Ｍと深さＴ３Ｅの差は、例えば、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下とすることができる。複数のストライプ状凹部３の各々の第１方向（Ｘ軸方向）に沿った長さは、例えば、１０μｍ以上、５００μｍ以下とすることができる。
上述のように、本実施形態においては複数のストライプ状凹部３は、第２方向に沿って周期的に設けられている。そのため、図２（Ｂ）に示すように、複数のストライプ状凹部３により、パターン面１Ｐには、複数のストライプ状凹部３としてのスペース部と、モールド１の複数のストライプ状凹部３間の領域であるライン部と、で構成されるラインアンドスペースパターン３Ｐが構成される。ラインアンドスペースパターン３Ｐは、Ｙ軸方向に沿った周期構造を有する。即ち、ラインアンドスペースパターン３Ｐの周期方向は、Ｙ軸方向に沿った方向である。なお、図１及び図２においては、図面の見易さのため、複数のストライプ状凹部３の数を４個として示しているが、複数のストライプ状凹部３の数は特に制限されず、典型的には、１０００個以上、３０００個以下程度である。
本実施形態のラインアンドスペースパターン３Ｐは、Ｘ軸に沿って延び、それぞれＹ軸方向の幅及びＺ軸方向の高さが略同一の複数のライン部と、Ｘ軸に沿って延び、それぞれＹ軸方向の幅及びＺ軸方向の高さが略同一の複数のスペース部を有している。ラインアンドスペースパターン３Ｐは、後述の回折格子１７Ｐ（図１０参照）の形状に対応している。
各ライン部と各スペース部のＺ軸方向の高さは、上述の複数のストライプ状凹部３の各々の中央部３Ｍの深さＴ３Ｍと同一となる。各ライン部と各スペース部のＹ軸方向の幅は、例えば、７０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下とすることができる。ラインアンドスペースパターン３Ｐの周期λ３は、例えば、１５０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下とすることができる。
モールド１は、例えば、石英、合成石英、Ｓｉ、ニッケル等からなる。後述のナノインプリント用の樹脂部として紫外線硬化樹脂を用いる場合、モールド１は、石英、合成石英等の、紫外線に対する透過率が十分に高い材料からなることが好ましい。
（半導体積層形成工程）
次に、半導体積層形成工程を行う。本工程は、堆積工程と、樹脂部形成工程と、押し付け工程と、樹脂パターン部形成工程と、回折格子形成工程と、を有している。図３〜図１１は、半導体積層形成工程を説明するための断面図である。
（堆積工程）
堆積工程では、半導体基板上に、回折格子が形成されるべき半導体層を堆積する。具体的には、図３（Ａ）に示すように、半導体基板１１の主面Ｓ１１上に、例えば有機金属気相成長法等のエピタキシャル成長法によって、下部クラッド層１３、活性層１５、及び、半導体層１７をこの順にエピタキシャル成長させる。なお、図１（Ａ）において、半導体基板１１の主面Ｓ１１と平行な方向にＸ軸及びＹ軸を設定している。
半導体基板１１は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板であり、例えばＳｎがドープされたＩｎＰ基板等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板である。下部クラッド層１３は、第１導電型の半導体層であり、例えばＳｉがドープされたＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層である。活性層１５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１５は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。半導体層１７は、後に半導体層１７ｄ（図１０参照）が形成される第２導電型（第１導電型がｎ型の場合、ｐ型）の半導体層であり、例えば、ＺｎがドープされたＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層である。
堆積工程の後に、以下のように樹脂部形成工程、押し付け工程、樹脂パターン部形成工程、及び回折格子形成工程を行うことによって、半導体層１７に、モールド１のパターン面１Ｐの複数のストライプ状凹部３の形状（ラインアンドスペースパターン３Ｐの形状）を転写する。
（樹脂部形成工程）
堆積工程の後に、樹脂部形成工程を行う。本工程では、半導体層１７上に樹脂部を形成する。本実施形態においては、まず、図３（Ｂ）に示すように、半導体層１７上に、例えばプラズマ気相成長法によって、絶縁層１９を形成する。絶縁層１９の厚さは、例えば、２０ｎｍ〜５０ｎｍとすることができる。絶縁層１９を構成する材料としては、例えば、窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、や窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いることができる。
そして、図３（Ｂ）に示すように、絶縁層１９上に樹脂部２１を形成する。樹脂部２１の形成は、例えば、絶縁層１９上へ樹脂部２１となる樹脂をスピン塗布することにより、行うことができる。樹脂部２１は、ナノインプリント法で使用される樹脂からなり、例えば、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂や熱可塑性樹脂からなる。また、本実施形態においては、樹脂部２１は、実質的にシリコンを含まない樹脂である非シリコン含有樹脂、又は、後述のシリコン含有樹脂層２３（図６参照）よりも、シリコンの含有量が原子比で低い樹脂からなることが好ましい。樹脂部２１のシリコン含有量が０．１原子％以下であれば、樹脂部２１はシリコンを実質的に含まないとみなすことができる。
なお、絶縁層１９と樹脂部２１との密着性を向上させるために、絶縁層１９と樹脂部２１の間に密着層を形成してもよい。このような密着層としては、例えば、ブリューワサイエンス社製ＤＵＶ４０等のノボラック系樹脂を用いることができる。密着層の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下とすることができる。
（押し付け工程）
次に、押し付け工程が行われる。本工程では、図４（Ａ）及び図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面図である図４（Ｂ）に示すように、樹脂部２１にモールド１のパターン面１Ｐを押し付ける。この際、モールド１のパターン面１Ｐが半導体基板１１の主面Ｓ１１と略平行になるようにする。
図４においては、モールド１の第２方向（即ち、複数のストライプ状凹部３の並び方向、ラインアンドスペースパターン３Ｐの周期方向）がＹ軸方向となるように、かつ、モールド１の第１方向（即ち、複数のストライプ状凹部３のそれぞれの延び方向）がＸ軸方向となるようにモールド１を示している。
このように樹脂部２１にモールド１のパターン面１Ｐを押し付けると、樹脂部２１の周りの雰囲気における空気が複数のストライプ状凹部３と樹脂部２１との間に残存したり、樹脂部２１内から気体が発生したり、といった理由により、図４（Ｂ）に示すように、樹脂部２１と複数のストライプ状凹部３との間に気泡Ｈが生じてしまう場合がある。気泡Ｈの形状は、典型的には、直径数ｎｍ〜数１０ｎｍの球状である。
本実施形態のモールド１の複数のストライプ状凹部３の各々は、上述のように第１方向（Ｘ軸方向）の２つの端部３Ｅと、当該２つの端部３Ｅ間の中央部３Ｍと、を有し、２つの端部３Ｅのパターン面１Ｐからの深さＴ３Ｅは、中央部３Ｍのパターン面１Ｐからの深さＴ３Ｍよりも深い（図２（Ａ）参照）。そのため、気泡Ｈは複数のストライプ状凹部３の第１方向（Ｘ軸方向）における端部３Ｅに移動し易い。即ち、気泡Ｈは、複数のストライプ状凹部３の端部３Ｅを規定するモールド１の表面３ＥＳに近づくように移動し易く、特に、この表面３ＥＳと接触するまで移動し易い。
また、上述の押し付け工程は、減圧雰囲気下で行うことが好ましい。具体的には、樹脂部２１にモールド１のパターン面１Ｐを押し付ける前に、半導体基板１１から絶縁層１９までの積層体と樹脂部２１とからなる構造体が収容されたチャンバ内を減圧装置で減圧する等の方法により、樹脂部２１の周りの雰囲気を減圧し、その状態で、モールド１のパターン面１Ｐを樹脂部２１に押し付けることが好ましい。これにより、複数のストライプ状凹部３と樹脂部２１との間に気泡Ｈが発生することを抑制することができる。
なお、本実施形態においては、モールド１のパターン面１Ｐを樹脂部２１に押し付ける際、パターン面１Ｐが樹脂部２１の直下の層（本実施形態では絶縁層１９）に接触しないようにしているが、パターン面１Ｐが樹脂部２１の直下の層に接触するまでモールド１のパターン面１Ｐを樹脂部２１に押し付けてもよい。
（樹脂パターン部形成工程）
次に、樹脂パターン部形成工程が行われる。本工程では、図４に示すように、モールド１のパターン面１Ｐを樹脂部２１に押し付けた状態で、樹脂部２１を硬化させる。樹脂部２１が紫外線硬化樹脂からなる場合、樹脂部２１に紫外線を照射して樹脂部２１を硬化させる。この際、モールド１が紫外線に対する透過率が大きい材料（石英等）からなる場合、モールド１の上方から樹脂部２１に向かって紫外線を照射することにより、モールド１内を透過した紫外線を樹脂部２１に到達させることができる。樹脂部２１が熱硬化樹脂からなる場合、樹脂部２１を加熱して樹脂部２１を硬化させる。
そして、樹脂部２１を硬化させた後に、図５（Ａ）及び図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図である図５（Ｂ）に示すように、モールド１と樹脂部２１とを離間させることにより、モールド１の複数のストライプ状凹部３の形状（モールド１のラインアンドスペースパターン３Ｐの形状）が、樹脂部２１に転写される。これにより、樹脂部２１に樹脂パターン部２１Ｐを形成する。
樹脂パターン部２１Ｐは、半導体基板１１の主面Ｓ１１と平行な第３方向に沿った周期構造を有する。図５においては、第３方向がＹ軸方向となるように樹脂部２１等を示している。即ち、樹脂パターン部２１Ｐの周期方向は、Ｙ軸に沿った方向である。第３方向は、樹脂部２１を硬化させた際のモールド１の第２方向に沿った方向（例えば、第２方向と平行な方向）である。
樹脂パターン部２１Ｐは、モールド１のラインアンドスペースパターン３Ｐに対応した形状を有する。即ち、樹脂パターン部２１Ｐは、ラインアンドスペースパターンである。樹脂パターン部２１Ｐのライン部のＹ軸方向の幅及びＺ軸方向の高さは、モールド１のラインアンドスペースパターン３Ｐのスペース部のＹ軸方向の幅及びＺ軸方向の高さと略同一である。同様に、樹脂パターン部２１Ｐのスペース部のＹ軸方向の幅及びＺ軸方向の高さは、モールド１のラインアンドスペースパターン３Ｐのライン部のＹ軸方向の幅及びＺ軸方向の高さと略同一である。
また、図５（Ｂ）に示すように、樹脂部２１と複数のストライプ状凹部３との間に生じた気泡Ｈ（図４（Ｂ）参照）の存在に起因して、樹脂パターン部２１Ｐには欠陥２１Ｄが形成されてしまう。欠陥２１Ｄは、樹脂パターン部２１Ｐのうち、複数のストライプ状凹部３の形状（ラインアンドスペースパターン３Ｐの形状）が正しく転写されなかった部分であり、本実施形態では孔部となる。
上述のように、押し付け工程において気泡Ｈは第１方向（Ｘ軸方向）におけるストライプ状凹部３の端部３Ｅに移動し易いため（図４（Ｂ）参照）、欠陥２１Ｄは、樹脂パターン部２１Ｐのうち、第３方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）の端部に形成され易い。
（回折格子形成工程）
回折格子形成工程では、樹脂パターン部２１Ｐの形状を半導体層１７に転写する。具体的には、まず、図６（Ａ）及び図６（Ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ線に沿った断面図である図６（Ｂ）に示すように、樹脂パターン部２１Ｐを埋め込むように、樹脂部２１上にシリコン含有樹脂層２３を形成する。このようなシリコン含有樹脂層２３の形成は、例えば、樹脂部２１上にスピン塗布法を用いてシリコン含有樹脂を塗布することによって、行うことができる。シリコン含有樹脂層２３を構成する材料としては、例えば、メチルシルセスキオキサン等の有機シリコン化合物を用いることができる。
続いて、図７（Ａ）及び図７（Ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿った断面図である図７（Ｂ）に示すように、樹脂パターン部２１Ｐの表面２１Ｓ（樹脂パターン部２１Ｐのうち、複数のストライプ状凹部３の第１方向の中央部３Ｍに対応する部分の表面）が露出するまでシリコン含有樹脂層２３をエッチングする。この際、シリコン含有樹脂層２３の一部は、樹脂パターン部２１Ｐのスペース部内（樹脂パターン部２１Ｐの凹部２１Ａ内）に残存するようにする。このエッチングは、例えば、ＣＦ４ガスとＯ２ガスの混合ガスをエッチングガスとして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。また、シリコン含有樹脂層２３の他の一部は、樹脂パターン部２１Ｐの欠陥２１Ｄ内にも残存する。
続いて、図８（Ａ）及び図８（Ａ）のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線に沿った断面図である図８（Ｂ）に示すように、樹脂パターン部２１Ｐの凹部２１Ａ内に残存しているシリコン含有樹脂層２３をマスクとして用いて、樹脂部２１エッチングして、絶縁層１９の表面１９Ｓの一部を露出させる。このエッチングは、例えば、Ｏ２ガスを含む混合ガスをエッチングガスとして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。
これにより、絶縁層１９上には、樹脂部２１及びシリコン含有樹脂層２３からなる積層パターン部２４が形成される。積層パターン部２４は、樹脂パターン部２１Ｐの凹凸を反転させた形状（樹脂パターン部２１Ｐの反転形状）に対応する形状を有する。そのため、積層パターン部２４は、第３方向（Ｙ軸方向）に沿った周期構造を有する。
また、図８（Ｂ）に示すように、積層パターン部２４は欠陥２４Ｄを有する。積層パターン部２４の欠陥２４Ｄは、樹脂パターン部２１Ｐの欠陥２１Ｄの存在に起因して生じた欠陥部であり、樹脂部２１と複数のストライプ状凹部３との間に生じた気泡Ｈ（図４（Ｂ）参照）の存在に起因して生じた欠陥部と言うこともできる。
本実施形態では、積層パターン部２４の欠陥２４Ｄは、欠陥２１Ｄ内に残存したシリコン含有樹脂層２３に起因して、当該シリコン含有樹脂層２３の下の樹脂部２１がエッチングされなかったことが原因で形成された凸部である。
次に、図９（Ａ）及び図９（Ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿った断面図である図９（Ｂ）に示すように、積層パターン部２４をマスクとして用いて半導体層１７の表面の一部が露出するまで絶縁層１９をエッチングした後、積層パターン部２４を除去する。絶縁層１９のエッチングは、例えば、エッチングガスとしてＣＦ４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。積層パターン部２４の除去は、例えば、エッチングガスとしてＯ２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。
これにより、樹脂パターン部２１Ｐ（図５参照）の形状が絶縁層１９に転写され、絶縁層１９には絶縁パターン部１９Ｐが形成される。絶縁パターン部１９Ｐは、樹脂パターン部２１Ｐの凹凸を反転させた形状（樹脂パターン部２１Ｐの反転形状）に対応した形状を有するため、第３方向（Ｙ軸方向）に沿った周期構造を有する。具体的には、絶縁パターン部１９Ｐは、Ｘ軸に沿って延び、それぞれＹ軸方向の幅及びＺ軸方向の高さが略同一の複数のライン部と、Ｘ軸に沿って延び、それぞれＹ軸方向の幅及びＺ軸方向の高さが略同一の複数のスペース部と、からなるラインアンドスペースパターンを構成する。
また、図９（Ｂ）に示すように、絶縁パターン部１９Ｐは欠陥１９Ｄを有する。絶縁層１９の欠陥１９Ｄは、樹脂部２１の欠陥２１Ｄの存在に起因して生じた欠陥部であり（図７（Ｂ）参照）、樹脂部２１と複数のストライプ状凹部３との間に生じた気泡Ｈ（図４（Ｂ）参照）の存在に起因して生じた欠陥部と言うこともできる。
本実施形態では、絶縁層１９の欠陥１９Ｄは、欠陥２１Ｄ内に残存したシリコン含有樹脂層２３に起因して、当該シリコン含有樹脂層２３の下の樹脂部２１がエッチングされなかったことが原因で形成された凸部である（図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）参照）。
続いて、図１０（Ａ）及び図１０（Ａ）のＸＢ−ＸＢ線に沿った断面図である図１０（Ｂ）に示すように、絶縁パターン部１９Ｐをマスクとして、半導体層１７の表面の上記一部を、半導体層１７の厚さ方向の中間位置までエッチングする。このエッチングは、例えばエッチングガスとしてメタンガスと水素ガス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。
これにより、絶縁パターン部１９Ｐの形状が半導体層１７に転写され、半導体層１７に、ラインアンドスペースパターンからなる回折格子１７Ｐが形成される。半導体層１７は、第３方向（Ｙ軸方向）に沿った周期構造を有する。具体的には、回折格子１７Ｐは、Ｘ軸に沿って延びるライン部と、Ｘ軸に沿って延びるスペース部とからなり、ライン部とスペース部とが、Ｙ軸に沿って交互に周期的に配置されたパターンである。
このようにして、樹脂部２１の樹脂パターン部２１Ｐ（図５参照）の形状が半導体層１７に転写され、半導体層１７に回折格子１７Ｐが形成される。本実施形態では、樹脂パターン部２１Ｐの反転形状が、半導体層１７に転写されて回折格子１７Ｐが形成される。
また図１０（Ｂ）に示すように、回折格子１７Ｐは欠陥１７Ｄを有する。回折格子１７Ｐの欠陥１７Ｄは、樹脂部２１の欠陥２１Ｄの存在に起因して生じた欠陥部であり（図７（Ｂ）参照）、樹脂部２１と複数のストライプ状凹部３との間に生じた気泡Ｈ（図４（Ｂ）参照）の存在に起因して生じた欠陥部と言うこともできる。そのため、回折格子１７Ｐの欠陥１７Ｄは、第３方向（Ｙ軸方向）に沿った回折格子１７Ｐの端部に形成され易い。特に、複数のストライプ状凹部３の各々の中央部３Ｍを規定するモールド１の表面３ＭＳがパターン面１Ｐに対して傾斜している場合、気泡Ｈは複数のストライプ状凹部３の第１方向における２つの端部３Ｅのうちの少なくとも一方により移動し易くなるので、この気泡Ｈに起因した回折格子１７Ｐの欠陥１７Ｄが、第３方向（Ｙ軸方向）に沿った回折格子１７Ｐの端部により形成され易くなる。
本実施形態では、回折格子１７Ｐの欠陥１７Ｄは、欠陥２１Ｄ内に残存したシリコン含有樹脂層２３に起因して、当該シリコン含有樹脂層２３の下の樹脂部２１がエッチングされなかったことが原因で形成された凸部である（図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）参照）。
次に、図１１（Ａ）及び図１１（Ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢ線に沿った断面図である図１１（Ｂ）に示すように、半導体層１７上に、埋め込み層２７及びコンタクト層２９をこの順に形成する。これにより、下部クラッド層１３、活性層１５、半導体層１７、埋め込み層２７、及び、コンタクト層２９を有する半導体積層３０が得られる。半導体積層３０は、半導体レーザのための構成を有する積層体である。
埋め込み層２７は、例えば有機金属気相成長法によって形成されたエピタキシャル膜である。埋め込み層２７は、回折格子１７Ｐを埋め込んでいる。埋め込み層２７は、例えば第２導電型の半導体層であり、例えばＺｎがドープされたＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる。また、埋め込み層２７は、上部クラッド層として機能する。コンタクト層２９は、例えば、第２導電型のＩｎＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。コンタクト層２９は、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）によって形成される。
（ストライプ構造形成工程）
半導体積層形成工程の後に、ストライプ構造形成工程が行われる。図１２（Ａ）（Ｂ）及び図１３（Ａ）（Ｂ）は、ストライプ構造形成工程を説明するための断面図であり、図１３（Ｃ）は、ストライプ構造形成工程を説明するための平面図である。
本工程では、まず、図１２（Ａ）、図１２（Ａ）のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った断面図である図１２（Ｂ）及び図１２（Ｂ）の上面図である図１２（Ｃ）に示すように、半導体積層３０の上面の一部をマスク３１で覆う。マスク３１は、例えばプラズマ気相成長法によって形成され、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁材料からなる。
マスク３１は、第３方向（Ｙ軸方向）に沿って延びる。また、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）に示すように、マスク３１は、半導体積層３０の上面のうち、回折格子１７Ｐの中央部（回折格子１７Ｐのうちの第３方向と直交する方向（Ｘ軸方向）の中央部）の上方の領域を覆い、半導体積層３０の上面のうち、回折格子１７Ｐの両端部（回折格子１７Ｐのうちの第３方向と直交する方向（Ｘ軸方向）の両端部）の上方の領域を覆わない。
このようなマスク３１は、例えば、半導体積層３０の上面全体にマスク３１を形成した後、フォトリソグラフィーによってマスク３１を上述の形状にパターニングすることにより、得ることができる。具体的には、マスク３１の上にレジストを回転塗布し、フォトリソグラフィーによってレジストをストライプ状に形成し、その後ＣＦ４ガスを用いた反応性イオンエッチング法によってマスク３１にレジストのパターンを転写することにより、マスク３１を得ることができる。
続いて、図１３に示すように、マスク３１をマスクとして、例えば、メタンガスと水素ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法によって、半導体積層３０の一部をエッチングする。このエッチングは、回折格子１７Ｐの第３方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）の両端部が除去されるように行われる。これにより、回折格子１７Ｐの欠陥１７Ｄは除去される（図１２参照）。
本実施形態においては、半導体積層３０のエッチングは下部クラッド層１３の厚さ方向の中間位置まで行われ、これにより、下部クラッド層１３の一部、活性層１５、半導体層１７、埋め込み層２７、及び、コンタクト層２９を有するメサ部Ｍが形成される。メサ部Ｍは本実施形態におけるストライプ構造となる。メサ部Ｍは、半導体基板１１の主面Ｓ１１と交差する方向に突出し、第３方向（Ｙ軸方向）に沿って延びる。
図１４は、ストライプ構造形成工程以降の工程を説明するための断面図である。図１４に示すように、例えば有機金属気相成長法によって、マスク３１をマスクとして用いて、埋め込み半導体部３３を選択成長する。これにより、埋め込み半導体部３３はメサ部Ｍを埋め込む。埋め込み半導体部３３は、例えば、第２導電型のＩｎＰ等からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、この上に積層された第１導電型のＩｎＰ等からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とを含むことができる。埋め込み半導体部３３は、Ｆｅ等がドーピングされたＩｎＰ等からなる半絶縁性のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を含んでもよい。続いて、図１４に示すように、マスク３１を除去し、コンタクト層２９上に上部電極３５を形成し、半導体基板１１の裏面に下部電極３７を形成した後に、半導体基板１１の切断を行ってチップ化することにより、分布帰還型半導体レーザ素子５０が完成する。分布帰還型半導体レーザ素子５０の共振方向は、第３方向（Ｙ軸方向）に沿った方向となる。
上述のような本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法においては、モールド１の複数のストライプ状凹部３は第２方向（Ｙ軸方向）に沿って周期的に設けられているため（図１及び図２参照）、半導体積層形成工程における堆積工程、樹脂部形成工程、押し付け工程、及び、樹脂パターン部形成工程を経ることにより、半導体基板１１の主面Ｓ１１と平行な第３方向（Ｙ軸方向）に沿った周期構造を有する樹脂パターン部２１Ｐを樹脂部２１に形成することができる（図３〜図５参照）。
そして、モールド１の複数のストライプ状凹部３の各々は、第１方向（Ｘ軸方向）の２つの端部３Ｅと、当該２つの端部３Ｅ間の中央部３Ｍと、を有し、これらの２つの端部３Ｅのパターン面１Ｐからの深さＴ３Ｅは、当該中央部３Ｍのパターン面１Ｐからの深さＴ３Ｍよりも深い（図２（Ａ）参照）。そのため、押し付け工程において樹脂部２１にモールド１のパターン面１Ｐを押し付けた際にモールド１の複数のストライプ状凹部３と樹脂部２１との間に気泡Ｈが生じると、当該気泡Ｈは複数のストライプ状凹部３の第１方向（Ｘ軸方向）における２つの端部（２つの端部３Ｅ）に移動し易い（図４参照）。
そのため、この気泡Ｈの存在に起因して樹脂パターン部２１Ｐに生じる欠陥２１Ｄは、第３方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）の樹脂パターン部２１Ｐの端部に形成され易くなる（図５参照）。そして、この樹脂パターン部２１Ｐの形状を半導体層１７に転写して回折格子１７Ｐを形成するため、上記気泡Ｈの存在に起因する回折格子１７Ｐの欠陥１７Ｄは、第３方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）の当該回折格子１７Ｐの端部に形成され易くなる（図１０参照）。
そして、ストライプ構造形成工程のエッチング工程において、第３方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）の当該回折格子１７Ｐの両端部が除去されるように半導体積層３０をエッチングするため（図１２及び図１３参照）、上記気泡Ｈの存在に起因する回折格子１７Ｐの欠陥１７Ｄは、この半導体積層３０のエッチングの際に除去され易くなる。その結果、得られる分布帰還型半導体レーザ素子５０において、上記気泡Ｈに起因して回折格子１７Ｐに欠陥が生じることを抑制することができる（図１４参照）。
さらに、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法では、複数のストライプ状凹部３の各々の中央部３Ｍを規定する表面３ＭＳは、パターン面１Ｐと略平行である（図２参照）。これにより、複数の複数のストライプ状凹部３の形状を樹脂部２１に転写することにより形成された樹脂パターン部２１Ｐにおいて、樹脂パターン部２１Ｐの複数の凹部２１Ａにおける深さ分布を均一化することができる（図５参照）。これにより、樹脂パターン部２１Ｐの形状を半導体層１７に転写して当該半導体層１７に回折格子１７Ｐを形成すると、当該回折格子１７Ｐの複数の凹部における深さ分布を均一化することができる（図１０参照）。
さらに、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、押し付け工程は、上述のように好ましくは減圧雰囲気下で行われる（図３及び図４参照）。これにより、押し付け工程において樹脂部２１にモールド１のパターン面１Ｐを押し付けた際に、モールド１の複数のストライプ状凹部３と樹脂部２１との間に気泡Ｈが生じることを抑制することができる。これにより、回折格子１７Ｐに欠陥が生じることをより有効に抑制することができる。
さらに、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法において、堆積工程は、半導体層１７上に絶縁層１９を堆積する工程をさらに含み、樹脂部２１は、シリコン非含有樹脂からなり、樹脂部形成工程では、絶縁層１９上に当該樹脂部２１を形成し、回折格子形成工程は、樹脂パターン部２１Ｐを埋め込むように上記樹脂部２１上にシリコン含有樹脂層２３を形成するシリコン含有樹脂層形成工程と、シリコン含有樹脂層２３をエッチングすることにより、樹脂パターン部２１Ｐの凹部２１Ａ内にシリコン含有樹脂層２３が残存するように樹脂パターン部２１Ｐの表面２１Ｓを露出させるシリコン含有樹脂層エッチング工程と、樹脂パターン部２１Ｐの凹部２１Ａ内に残存しているシリコン含有樹脂層２３をマスクとして用いて上記樹脂部２１をエッチングすることにより、絶縁層１９の表面１９Ｓの一部を露出させる樹脂部エッチング工程と、樹脂部エッチング工程の後に、シリコン含有樹脂層２３層及び樹脂部２１をマスクとして用いて絶縁層１９をエッチングすることにより、半導体層１７の表面の一部を露出させる絶縁層エッチング工程と、絶縁層エッチング工程の後に、絶縁層１９をマスクとして用いて樹脂部エッチング工程で露出させた半導体層１７の表面の上記一部をエッチングすることにより、樹脂パターン部形成工程で形成された樹脂パターン部２１Ｐの反転形状を半導体層１７に転写する半導体層エッチング工程と、を含んでいる（図３〜図１０参照）。
これにより、樹脂パターン部２１Ｐの非反転形状を半導体層１７へ転写するために、まず、シリコン含有樹脂層２３、シリコン非含有樹脂からなる樹脂部２１、及び、絶縁層１９の材料の違いを利用して、シリコン含有樹脂層２３、樹脂部２１、及び、絶縁層１９を順に選択的にエッチングすることによって、絶縁層１９に樹脂パターン部２１Ｐの非反転形状を転写することができる（シリコン含有樹脂層エッチング工程、樹脂部エッチング工程及び絶縁層エッチング工程、図６〜図９参照）。その後、当該絶縁層１９をマスクとして用いて半導体層１７をエッチングすることにより、樹脂パターン部形成工程で形成された樹脂パターン部２１Ｐの反転形状を半導体層１７に転写することにより、当該半導体層に回折格子を形成することができる（半導体層エッチング工程）。
この際、上述のようなシリコン含有樹脂層２３、樹脂部２１、及び、絶縁層１９の選択的なエッチングの効果により、後述のように複数のストライプ状凹部３の各々の中央部３Ｍを規定するモールド１の表面３ＭＳがパターン面１Ｐに対して傾斜している場合でも（図１８参照）、半導体層１７に形成される回折格子１７Ｐの凹部の深さ分布を略均一にすることができる。
より具体的には、本実施形態では、モールド１のパターン面１Ｐに形成された回折格子のための凹凸パターンが転写された樹脂部２１上に、樹脂部２１の樹脂パターン部２１Pの凹部を埋め込むようにシリコン含有樹脂層２３を形成している（図６参照）。その後、樹脂パターン部２１Ｐの表面が露出するようにシリコン含有樹脂層２３がエッチングされ、シリコン含有樹脂層２３は樹脂パターン部２１Pの凹部２１Ａ内のみに埋め込まれた状態となる。その後、樹脂部２１がエッチングされ、樹脂パターン部２１Ｐの反転形状に対応する形状を有する積層パターン部２４が形成されるので（図８参照）、後述のようにモールド１の表面３ＭＳが傾斜している場合（図１８参照）でも、積層パターン部２４の凹部の深さは、この表面３ＭＳの傾斜の影響を受けずに、略均一に形成される。その結果、絶縁層１９に形成される絶縁パターン部１９Ｐの凹部の深さも、略均一に形成されるため、半導体層１７に形成される回折格子１７Ｐの凹部の深さ分布を略均一にすることができる。このように本実施形態では、モールド１の中央部３Ｍの表面３ＭＳが傾斜しているモールドでも、好適に用いることができる。
このように、樹脂部２１及びシリコン含有樹脂層２３からなる積層パターン部２４を形成する工程を含む場合は、後述のようにモールド１の表面３ＭＳがパターン面１Ｐに対して傾斜している構造のモールド１も用いた場合（図１８参照）でも、積層パターン部２４をマスクとして半導体層１７をエッチングすることにより、略均一な深さ分布の凹部を有する回折格子１７Ｐを形成することができる。モールド１の表面３ＭＳが傾斜している場合、気泡Ｈが、複数のストライプ状凹部３の第１方向における２つの端部３Ｅのうちの少なくとも一方により移動し易くなるので、この気泡Ｈに起因した回折格子１７Ｐの欠陥１７Ｄが、第３方向（Ｙ軸方向）に沿った回折格子１７Ｐの端部により形成され易くなる。その後、ストライプ構造形成工程において、回折格子１７Ｐの端部に形成された欠陥１７Ｄを除去することにより、回折格子１７Ｐの欠陥１７Ｄを有効に低減することができる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について説明する。本実施形態は、第１実施形態と比較して、半導体積層形成工程において相違点がある。
図１５〜図１７は、本実施形態の半導体積層形成工程の一部を説明するための断面図である。本実施形態においては、図１５（Ａ）及び図１５（Ａ）のＸＶＢ−ＸＶＢ線に沿った断面図である図１５（Ｂ）に示すように、樹脂部形成工程において、半導体層１７上に絶縁層１９（図３（Ｂ）参照）を形成せずに、半導体層１７の直上に樹脂部２１を形成する。そして、図１５に示すように、モールド１のパターン面１Ｐを樹脂部２１に押し付ける。その状態で樹脂部２１を硬化させることにより、図１６（Ａ）及び図１６（Ａ）のＸＶＩＢ−ＸＶＩＢ線に沿った断面図である図１６（Ｂ）に示すように、第１実施形態における場合と同様に、樹脂部２１に樹脂パターン部２１Ｐが形成する。
その後、図１７（Ａ）及び図１７（Ａ）のＸＶＩＩＢ−ＸＶＩＩＢ線に沿った断面図である図１７（Ｂ）に示すように、例えばエッチングガスとしてＣＦ４とＯ２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、半導体層１７の一部が露出するまで樹脂部２１をエッチングし、続いてメタンガスと水素ガス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、半導体層１７の一部をエッチングする。これにより、樹脂パターン部２１Ｐの形状が半導体層１７に転写され、半導体層１７には回折格子１７Ｐが形成される。本実施形態においては、樹脂パターン部２１Ｐの非反転形状が半導体層１７に転写され、半導体層１７に回折格子１７Ｐが形成される。
また、このエッチングには、たとえばＡｒガスを用いたイオンミリング法を用いることもできる。イオンミリング法によるエッチングでは、樹脂部２１と半導体層１７のエッチングレートを略同じにすることができるので、樹脂部２１に形成された樹脂パターン部２１の形状が、そのまま相似的に半導体層１７に転写される。この場合、複数のストライプ状凹部３の各々の中央部３Ｍを規定するモールド１の表面３ＭＳが、パターン面１Ｐと略平行であるモールドを用いるのが好適である。このようなモールド１を用いることにより、半導体層１７に形成される回折格子１７Ｐの深さを、略均一にすることができる。具体的には、活性層ストライプの直下に当たる部分、すなわちX軸方向の回折格子ストライプの中央部の回折格子の凹部の深さを、略均一にすることができる。
本実施形態の半導体層１７は、第１実施形態の半導体層１７と同様に、第３方向（Ｙ軸方向）に沿った周期構造を有する。具体的には、回折格子１７Ｐは、Ｘ軸に沿って延びるライン部と、Ｘ軸に沿って延びるスペース部とからなり、ライン部とスペース部とが、Ｙ軸に沿って交互に周期的に配置されたパターンである。
本実施形態の回折格子１７Ｐが有する欠陥の態様は、第１実施形態の回折格子１７Ｐが有する欠陥１７Ｄ（図１０（Ｂ）参照）の態様と異なる。即ち、本実施形態の回折格子１７Ｐの欠陥１７Ｄ２は、凹部形状を有する。
上述のような本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法によれば、第１実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法における場合と同様の理由に基づき、得られる分布帰還型半導体レーザ素子５０において、気泡Ｈに起因して回折格子１７Ｐに欠陥が生じることを抑制することができる（図１４参照）。
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、モールド１の複数のストライプ状凹部３の態様は、上述の各実施形態における態様に限られず、２つの端部３Ｅの少なくとも一方のパターン面１Ｐからの深さが中央部３Ｍのパターン面１Ｐからの深さよりも深ければよい。
また、複数のストライプ状凹部３の各々の中央部３Ｍを規定するモールド１の表面３ＭＳは、第１方向の両端（一端３ＭＳＥ１及び他端３ＭＳＥ２）のうちの少なくとも一端を含む領域であって、第１方向に沿って当該少なくとも一端に近づくに従ってパターン面１Ｐからの深さが深くなる領域を含んでいてもよい。
このような変形例について、図１８を用いて説明する。図１８（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、モールド１の複数のストライプ状凹部３の変形例を示す断面図であり、上述の実施形態における図２（Ａ）に対応する図である。例えば、図１８（Ａ）に示すように、第２方向（Ｙ軸方向）と垂直な断面において、モールド１の複数のストライプ状凹部３を規定する表面（２つの端部３Ｅを規定する表面３ＥＳ及び中央部３Ｍを規定する表面３ＭＳ）のパターン面１Ｐからの深さは、第１方向（Ｘ軸方向）の一方の端部から他方の端部に向かって、単調に減少してもよい。即ち、複数のストライプ状凹部３の各々の中央部３Ｍを規定するモールド１の表面３ＭＳは、一端３ＭＳＥ１を含む領域であって、第１方向に沿って当該一端３ＭＳＥ１に近づくに従ってパターン面１Ｐからの深さＴ３Ｍが深くなる領域を含んでいてもよい。
これにより、押し付け工程において樹脂部２１にモールド１のパターン面１Ｐを押し付けた際にモールド１の複数のストライプ状凹部３と樹脂部２１との間に生じた気泡Ｈは、複数のストライプ状凹部３の第１方向における２つの端部３Ｅのうちの少なくとも一方により移動し易くなる。
また、複数のストライプ状凹部３の各々の中央部３Ｍを規定するモールド１の表面３ＭＳは、一端３ＭＳＥ１を含む領域であって、第１方向に沿って当該一端３ＭＳＥ１に近づくに従ってパターン面１Ｐからの深さＴ３Ｍが深くなる第１領域と、他端３ＭＳＥ２を含む領域であって、第１方向に沿って他端３ＭＳＥ２に近づくに従ってパターン面１Ｐからの深さＴ３Ｍが深くなる第２領域と、を含んでもよい。
これにより、押し付け工程において樹脂部２１にモールド１のパターン面１Ｐを押し付けた際にモールド１の複数のストライプ状凹部３と樹脂部２１との間に生じた気泡Ｈは、複数のストライプ状凹部３の第１方向における２つの端部３Ｅにより移動し易くなる。
また、複数のストライプ状凹部３の各々の端部３Ｅのうちの少なくとも一方の端部を規定するモールド１の表面３ＥＳは、第１方向においてパターン面１Ｐに対して傾斜していてもよい。具体的には、例えば、図１８（Ｂ）に示すように、複数のストライプ状凹部３の第１方向（Ｘ軸方向）における中央部３Ｍを規定する表面３ＭＳがパターン面１Ｐと略平行であると共に、複数のストライプ状凹部３の第１方向（Ｘ軸方向）における２つの端部３Ｅを規定する表面がパターン面１Ｐと非平行であってもよい。
これにより、押し付け工程において樹脂部２１にモールド１のパターン面１Ｐを押し付けた際にモールド１の複数のストライプ状凹部３と樹脂部２１との間に生じた気泡Ｈは、複数のストライプ状凹部３の第１方向における２つの端部３Ｅのうちの少なくとも一方により移動し易くなる。
また、上述の各実施系形態においては、回折格子１７Ｐ（半導体層１７）を活性層１５よりも上部に形成しているが（図１０参照）、回折格子１７Ｐ（半導体層１７）を活性層１５よりも下部に形成してもよい。また、上述の各実施形態における回折格子１７Ｐは、一定の周期を有する回折格子であるが、回折格子１７Ｐは、いわゆるチャープ回折格子やサンプルドグレーテイングであってもよい。
１・・・モールド、１Ｐ・・・モールドのパターン面、３・・・複数のストライプ状凹部、１１・・・半導体基板、１５・・・活性層、１７・・・半導体層、１７Ｐ・・・回折格子、１７Ｄ・・・回折格子の欠陥、２１・・・樹脂部、２１Ｐ・・・樹脂パターン部、３０・・・半導体積層、Ｍ・・・メサ部（ストライプ構造）、Ｓ１１・・・主面。

Claims (6)

  1. 回折格子を有する半導体レーザ素子の製造方法であって、
    前記回折格子のための複数のストライプ状凹部が形成されたパターン面を有するナノインプリント用のモールドを準備するモールド準備工程と、
    半導体基板の主面上に、活性層と、前記回折格子とを含む半導体レーザのための半導体積層を形成する半導体積層形成工程と、
    前記半導体積層をエッチングすることにより、前記半導体積層にストライプ構造を形成するストライプ構造形成工程と、
    を備え、
    前記モールドの前記複数のストライプ状凹部は、それぞれ前記パターン面と平行な第１方向に沿って延びると共に、前記第１方向と直交する第２方向に沿って互いに離間して設けられており、
    前記モールドの前記複数のストライプ状凹部の各々は、前記第１方向の２つの端部と、当該２つの端部間の中央部と、を有し、
    前記２つの端部の少なくとも一方の前記パターン面からの深さは、前記中央部の前記パターン面からの深さよりも深く、
    前記半導体積層形成工程は、
    前記半導体基板上に、前記活性層と半導体層とを堆積する堆積工程と、
    前記半導体層上に、樹脂部を形成する樹脂部形成工程と、
    前記モールドの前記パターン面を前記樹脂部に押しつける押し付け工程と、
    前記樹脂部に前記モールドの前記パターン面を押し付けた状態で前記樹脂部を硬化させた後に前記モールドと前記樹脂部とを離間させることにより、前記複数のストライプ状凹部の形状を前記樹脂部に転写し、これにより前記樹脂部に前記半導体基板の前記主面と平行な第３方向に沿った周期構造を有する樹脂パターン部を形成する樹脂パターン部形成工程と、
    前記樹脂パターン部の反転形状又は非反転形状を前記半導体層に転写することにより、前記第３方向に沿った周期構造を有する前記回折格子を前記半導体層に形成する回折格子形成工程と、
    を有し、
    前記ストライプ構造形成工程は、
    前記半導体積層の上面の一部を前記第３方向に沿って延びるマスクで覆うマスク工程と、
    前記マスクを用いて、前記第３方向と直交する方向の前記回折格子の両端部が除去されるように、前記半導体積層をエッチングするエッチング工程と、
    を有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
  2. 前記複数のストライプ状凹部の各々の前記中央部を規定する前記モールドの表面は、前記パターン面と略平行であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
  3. 前記複数のストライプ状凹部の各々の前記中央部を規定する前記モールドの表面は、前記第１方向の両端のうちの少なくとも一端を含む領域であって、前記第１方向に沿って当該少なくとも一端に近づくに従って前記パターン面からの深さが深くなる前記領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
  4. 前記複数のストライプ状凹部の各々の前記２つの端部のうちの少なくとも一方の端部を規定する前記モールドの表面は、前記第１方向において前記パターン面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
  5. 前記押し付け工程は、減圧雰囲気下で行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
  6. 前記堆積工程は、前記半導体層上に絶縁層を堆積する工程をさらに含み、
    前記樹脂部は、シリコン非含有樹脂からなり、
    前記樹脂部形成工程では、前記絶縁層上に前記樹脂部を形成し、
    前記回折格子形成工程は、
    前記樹脂パターン部を埋め込むように前記樹脂部上にシリコン含有樹脂層を形成するシリコン含有樹脂層形成工程と、
    前記シリコン含有樹脂層をエッチングすることにより、前記樹脂パターン部の凹部内に前記シリコン含有樹脂層が残存するように前記樹脂パターン部の表面を露出させるシリコン含有樹脂層エッチング工程と、
    前記樹脂パターン部の凹部内に残存している前記シリコン含有樹脂層をマスクとして用いて前記樹脂部をエッチングすることにより、前記絶縁層の表面の一部を露出させる樹脂部エッチング工程と、
    前記樹脂部エッチング工程の後に、前記シリコン含有樹脂層及び前記樹脂部をマスクとして用いて前記絶縁層をエッチングすることにより、前記半導体層の表面の一部を露出させる絶縁層エッチング工程と、
    前記絶縁層エッチング工程の後に、前記絶縁層をマスクとして用いて前記半導体層の表面の前記一部をエッチングすることにより、前記樹脂パターン部形成工程で形成された前記樹脂パターン部の反転形状を前記半導体層に転写する半導体層エッチング工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。
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