JP2014135323A - 半導体光素子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】モールドを変更することなく回折格子のデューティ比を調整できる半導体光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】回折格子の形成に用いる半導体層３を備えた基板生産物ＢＡを用意する工程と、半導体層３の上に、インプリント用の樹脂層７を設ける工程と、インプリントパターンＰｔ１を樹脂層７にインプリントすることによって、インプリントパターンＰｔ１を備える樹脂層７ａを形成する工程と、樹脂層７ａのインプリントパターンＰｔ１のデューティ比を変更する工程と、を備える。デューティ比の変更はＯ２プラズマを用いたドライエッチングによって行われる。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体光素子の製造方法に関する。
特許文献１は、無駄領域を発生させることなく、複数の種類の回折格子を形成できる半導体光素子の作製方法を、開示する。モールドは、複数のパターン部を備えるパターン面を、備える。複数のパターン部は、素子サイズに対応した周期で配列される。複数のパターン部のうちの少なくとも一のパターン部は、別のパターン部と異なる。モールドを用いて、ナノインプリンティング法に従って、半導体領域上に第１のマスクを形成する。第１のマスクを用いたエッチングにより、複数のパターン部それぞれに対応する複数の周期構造を、半導体領域に形成する。互いに別の素子区画にある第１及び第２の所望の周期構造上に、第１及び第２のパターンを有する第２のマスクを形成した後に、第２のマスクを用いて第１及び第２の区画のそれぞれに、第１及び第２のストライプメサを形成する。
特開２０１０−２７２６９４号公報
長距離光通信では、主に分布帰還型レーザー（ＤＦＢ−ＬＤ）が用いられている。ＤＦＢ−ＬＤに位相シフト回折格子を採用することで、単一縦モード発振歩留りが向上する。従来は電子ビーム露光を用いて回折格子を形成していたが、スループット向上のために、ナノインプリント法を用いることができる。
ナノインプリント法は、モールドに予めピッチ、デューティ比等を定めたパターンを形成しておき、これを半導体に転写（インプリント）する方法である。
通常、多数の種類の光素子を作製するときには、個々の光素子作製のために、複数のモールドを準備する必要がある。このため、モールドの作製及び管理にかかるコストが問題となる。これに対し、特許文献１では、素子サイズに対応した周期で配列された複数のパターン部を有するモールドを用いることで、単一のモールドで多数の種類の光素子を作製している。しかし、素子サイズ、回折格子サイズは有限なため、作製できるパターンの合計数は限られる。従って、形成できるピッチ数は、形成するデューティ比の数に反比例してしまう。例えば、作製できるパターンの合計数がｎの場合、各ピッチに対しデューティ比をｍ通り準備した場合、作製できるピッチ数は、最大でｎ／ｍに制限されてしまう（ｍ，ｎは自然数）。回折格子のデューティ比は、結合係数κに直接関連するパラメータである。結合係数κは、レーザの発振閾値、シングル縦モード歩留り、長距離伝送特性、の何れに対しても密接に関係したパラメータである。回折格子のデューティ比は、設計値から外れると、レーザの歩留りを低下する。
さらに、特許文献１では、半導体に形成できる回折格子デューティ比は、モールドで規定される。従って、モールドを設計通りの寸法で作製する必要がある。ナノインプリントは等倍転写のため、回折格子に必要な寸法精度は、モールドの作製精度とほぼ等しい。例えば、発信波長１．３μｍの場合、ピッチは２００ｎｍ程度となるので、モールドの溝幅が設計値よりも１０ｎｍずれると、回折格子のデューティ比は、５％変わる。設計値に対しマイナス１０ｎｍ以上プラス１０ｎｍ以下の寸法精度でモールドのパターンを作製することは、困難である。設計通りのデューティ比を達成するために、複数のモールドを作製しなければならない可能性がある。また、寸法誤差を見越して、形成するデューディ比の数を予め増やしておくことも可能であるが、コスト増加となる。本発明は上記課題を解決する為になされたものであり、モールドを変更することなく回折格子のデューティ比を調整できる半導体光素子の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る製造方法は、回折格子の形成に用いる半導体層を備えた基板生産物を用意する工程と、前記半導体層の上に、インプリント用の第１の樹脂層を設ける工程と、第１のインプリントパターンを前記第１の樹脂層にインプリントすることによって、前記第１のインプリントパターンを備える第２の樹脂層を形成する工程と、前記第２の樹脂層の前記第１のインプリントパターンのデューティ比を変更し、変更後のデューティ比の格子パターンを備える第３の樹脂層を形成する工程と、前記第３の樹脂層の上において、前記格子パターンを覆うように第４の樹脂層を形成する工程と、前記第３の樹脂層における前記格子パターンの凸部の先端部を除去し、前記凸部の基端部を残すように、前記第４の樹脂層と前記第３の樹脂層とをエッチバックする工程と、前記第３の樹脂層から前記半導体層に向けて前記基端部の端面から前記半導体層までを順次ドライエッチングし、前記半導体層に貫通孔を形成することによって、前記半導体層に回折格子を形成する工程と、を備え、前記第２の樹脂層を形成する工程では、前記第１のインプリントパターンを備えるモールドを用いて、前記第１の樹脂層に前記第１のインプリントパターンをインプリントし、前記第３の樹脂層を形成する工程では、前記第２の樹脂層をドライエッチングすることによって、前記第２の樹脂層の前記第１のインプリントパターンのデューティ比を変更する。本発明に係る製造方法によれば、インプリントパターンのデューティ比の調整が可能となる。よって、モールドのデューティ比の種類が一種類であっても、複数のデューティ比が実現可能となる。モールドのデューティ比の種類が一種類の場合、デューティ比の種類が複数種類の場合に比較して、モールドに設けられるピッチの種類を、多くすることができる。よって、従来では、デューティ比の種類及びピッチの種類に応じて、複数のモールドを用意するが、本発明に係る製造方法は、従来に比較して、用意するモールドの種類を低減できる。単一のモールドに形成するデューティ比の種類を低減できる。モールドの作製に要する費用の抑制が可能となる。また、モールドのデューティ比によらずに、回折格子のデューティ比が調整できるので、設計変更にも対応できる。
本発明に係る製造方法では、前記エッチバックする工程において、前記基端部の側面のうち、少なくとも前記端面の側にある領域は、前記半導体層の延存する基準面と直交するように延びる。曲率を有する先端部が除去されるまでエッチバックされ、基準面に直交する側面を備える基端部が残存する。このため、基端部の端面の幅は均一となる。回折格子は、複数の側面によって画定されるので、均一な幅の基端部によって、回折格子のピッチを十分に均一にすることが可能となる。
本発明に係る製造方法において、前記第２の樹脂層を形成する工程では、前記半導体層と前記第１の樹脂層との間に、絶縁層を設け、前記第１のインプリントパターンの凹部の底面から前記絶縁層に至るまでの長さは、前記デューティ比の変更時に前記第１の樹脂層がエッチングされる長さよりも、大きい。デューティ比の調整の後、絶縁層の上には、少なくとも、樹脂層の一部が、残存する。従って、デューティ比の調整の後の凸部の高さは、デューティ比の調整の前の凸部の高さと同様となる。よって、樹脂層をマスクとして用いる場合に、樹脂層が十分にマスクとしての機能を発揮できる。
本発明によれば、モールドを変更することなく回折格子のデューティ比を調整できる半導体光素子の製造方法を提供できる。
実施形態に係る製造方法の主要な工程を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法のうち、回折格子を形成する工程の詳細を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法によって製造される生産物の内部構成を示す図である。 実施形態に係る製造方法によって製造される生産物の内部構成を示す図である。 実施形態に係る製造方法によって製造される生産物の内部構成を示す図である。 実施形態に係る製造方法によって製造される生産物の内部構成を示す図である。 実施形態に係る製造方法によって製造される生産物の内部構成を示す図である。 実施形態に係る製造方法によって製造される生産物の内部構成を示す図である。 実施形態に係る製造方法によって製造される生産物の内部構成を示す図である。 実施形態に係る製造方法によって製造される生産物の内部構成を示す図である。 実施形態に係る回折格子のデューティ比を説明すると共に、実施形態に係る製造方法に用いられるモールドＭｏの一例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法の主要な工程を示す。図１のフローチャートによって、半導体レーザ素子の主要な部分が製造される。図２は、図１に示す複数の工程のうち、回折格子を形成する工程の詳細を、具体的に示す。図３〜図１０は、図１及び図２の工程を説明するための図である。図３〜図７は、実施形態に係る半導体レーザ素子の導波路の延びる方向（ｘ軸方向）に対し直交する方向（ｙ軸方向）からみた生産物の内部の構成を示す。図８〜図１０は、導波路の延びる方向（ｘ軸方向）からみた生産物の内部の構成を示す。実施形態に係る半導体レーザ素子５０は、半導体光素子の一例である。実施形態に係る半導体レーザ素子５０は、図１０の（Ｂ）に示す内部構造を有する。図１０の（Ｂ）には、導波路の方向からみた半導体レーザ素子５０の内部構造が示されている。
図３の（Ａ）部を参照して、図１に示すステップＳ１の工程を説明する。ステップＳ１では、回折格子の形成に用いる半導体層３を成長する。ステップＳ１の工程によって、図３の（Ａ）部に示す基板生産物ＢＡが製造される。基板生産物ＢＡは、基板１、バッファ層２、半導体層３、キャップ層４を備える。基板１の表面にバッファ層２をエピタキシャル成長させる。バッファ層２の表面に半導体層３をエピタキシャル成長させる。半導体層３の表面にキャップ層４をエピタキシャル成長させる。基板１の材料は、例えば、ｎ型のＩｎＰである。バッファ層２の材料は、例えば、ｎ型のＩｎＰである。半導体層３の材料は、例えば、ｎ型のＩｎＧａＡｓＰである。キャップ層４の材料は、例えば、バッファ層２の材料と同様であり、ｎ型のＩｎＰである。
図２、図３の（Ｂ）部〜図７、図８の（Ａ）部を参照して、図１に示すステップＳ２の工程を説明する。図２に示すように、ステップＳ２は、ステップＳ２１〜ステップＳ２７を備える。ステップＳ２２は、ステップＳ２２ａ〜ステップＳ２２ｃを備える。ステップＳ２７は、ステップＳ２７ａ〜ステップＳ２７ｃを備える。ステップＳ２１において、基板生産物ＢＡを用意する。基板生産物ＢＡは、回折格子の形成に用いる半導体層３を備える。ステップＳ２１の後、ステップＳ２２において、半導体層３の上に、インプリント用の樹脂層７（第１の樹脂層）を設ける。ステップＳ２２ａにおいて、図３の（Ｂ）部に示すように、キャップ層４の表面に絶縁層５を形成する。絶縁層５の材料は、例えば、ＳｉＮである。絶縁層５の厚みは、例えば、５０ｎｍ程度である。
ステップＳ２２ａの後、ステップＳ２２ｂにおいて、図３の（Ｃ）部に示すように、絶縁層５の表面にプライマ６を形成する。プライマ６は、絶縁層５と、後述の樹脂層７との密着性を向上する。プライマ６の厚みは、例えば、１００ｎｍ程度である。プライマ６の材料は、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。
ステップＳ２２ｂの後、ステップＳ２２ｃにおいて、図４の（Ａ）部に示すように、樹脂層７を形成する。樹脂層７の形成は、ディスペンスによる樹脂の塗布であるが、スピンコートを用いることもできる。樹脂層７の材料は、シリコン非含有樹脂である。樹脂層７の材料は、例えば、アクリル系ＵＶ硬化樹脂などである。
ステップＳ２２の後、ステップＳ２３において、図４の（Ｂ）部に示すように、図１１の（Ｂ）部に示すモールドＭｏを用いて、インプリントパターンＰｔ１〜インプリントパターンＰｔ４の少なくとも一パターンを樹脂層７にインプリントすることによって、例えばインプリントパターンＰｔ１を備える樹脂層７ａ（第２の樹脂層）を形成する。図１１の（Ｂ）部に示すモールドＭｏは、四つのインプリントパターン、すなわち、インプリントパターンＰｔ１〜インプリントパターンＰｔ４を備える。インプリントパターンＰｔ１〜インプリントパターンＰｔ４は、同一のデューティ比を備える。デューティ比が一種類であっても、本実施形態の製造方法を用いれば、複数のデューティ比を回折格子層に実現できる。また、ピッチ数の最大数は、インプリントパターンの数をデューティ比の数で割った値であり、４であり、比較的に多くのピッチ数が単一のモールドＭｏに形成される。ステップＳ２３では、インプリントパターンＰｔ１が樹脂層７にインプリントされるとするが、モールドＭｏを用いれば、インプリントパターンＰｔ１〜インプリントパターンＰｔ４の全てを一括して樹脂層７にインプリントすることができる。
樹脂層７ａは、複数の凸部７ａ１と、複数の凹部７ａ２とを備える。複数の凸部７ａ１と、複数の凹部７ａ２とは、交互に、ｘ軸に沿って、配置されている。インプリントパターンＰｔ１のピッチＫ１ａは、凸部７ａ１の幅（ｘ軸方向の長さ）と、凹部７ａ２の幅Ｋ１ｂ（ｘ軸方向の長さ）との和である。インプリントパターンＰｔ１のデューティ比は、幅Ｋ１ｂをピッチＫ１ａで割った値である。インプリントパターンＰｔ１の凹部７ａ２の底面７ａ２１から絶縁層５に至るまでの長さは、厚みＫ３と厚みＫ４との和であり、後述のステップＳ２４において樹脂層７ａがエッチングされる長さＫ５よりも大きい。このため、ステップＳ２４において樹脂層７ａがエッチングされても、隣接する凸部７ａ１の間において、樹脂、すなわちプライマ６の一部又は全部は、残存する。凹部７ａ２の底面７ａ２１から延びる凸部７ａ１の高さＫ２は、例えば２００ｎｍ程度である。凹部７ａ２の厚みＫ３は、例えば、７０ｎｍ程度である。プライマ６の厚みＫ４は、例えば、１００ｎｍ程度である。ピッチＫ１ａは、例えば、２００ｎｍ程度である。
ステップＳ２３の後、ステップＳ２４において、図５の（Ａ）部に示すように、樹脂層７ａを、Ｏ２を含むプラズマを用いて、樹脂層７ａの表面を一様に長さＫ５だけドライエッチングすることによって、インプリントパターンＰｔ１のデューティ比を変更し、変更後のデューティ比の格子パターンを備える樹脂層７ｂ（第３の樹脂層）を形成する。ドライエッチングされる長さＫ５は、インプリントパターンＰｔ１の凹部７ａ２の底面７ａ２１から、樹脂層７ｂの格子パターンの凹部７ｂ２の底面７ｂ２１までの長さである。樹脂層７ｂは、複数の凸部７ｂ１と、複数の凹部７ｂ２とを備える。複数の凸部７ｂ１と、複数の凹部７ｂ２とは、交互に、ｘ軸に沿って、配置されている。樹脂層７ｂの格子パターンは、複数の凸部７ｂ１と、複数の凹部７ｂ２とによって構成される。凸部７ｂ１は、先端部７ｂ１１と、基端部７ｂ１２とを備える。先端部７ｂ１１の表面は、曲率を有し、ｙ軸方向からみた先端部７ｂ１１の形状は、概ね半円の形状である。基端部７ｂ１２は、先端部７ｂ１１の端面７ｂ１２ａに形成されている。基端部７ｂ１２の側面７ｂ１２ｂは、ｘ−ｙ面に直交する平坦面に沿って延びており、ｘ−ｙ面に概ね直交している。ｙ軸方向からみた基端部７ｂ１２の形状は、凹部７ｂ２の底面７ｂ２１の上に延びており、底面７ｂ２１の上側において長尺な、概ね長方形の形状である。樹脂層７ｂの格子パターンのピッチＫ６ａは、凸部７ｂ１の幅（ｘ軸方向の長さ）と、凹部７ｂ２の幅Ｋ６ｂ（ｘ軸方向の長さ）との和である。樹脂層７ｂのデューティ比は、幅Ｋ６ｂをピッチＫ６ａで割った値である。凹部７ｂ２の底面７ｂ２１から延びる凸部７ｂ１の高さは、凸部７ａ１の高さＫ２と同様である。樹脂層７ｂの格子パターンのピッチＫ６ａは、インプリントパターンＰｔ１のピッチＫ１ａと同様であるが、樹脂層７ｂの格子パターンの幅Ｋ６ｂは、インプリントパターンＰｔ１の幅Ｋ１ｂよりも、大きい。従って、樹脂層７ｂの格子パターンのデューティ比は、インプリントパターンＰｔ１のデューティ比よりも、大きい。
ステップＳ２４のドライエッチングの実施例は以下の通りである。ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いる。チャンバ内の圧力は、２Ｐａの程度である。ＩＣＰパワーは、１０Ｗ以上３００Ｗ以下の程度である。バイアスパワーは、０Ｗの程度である。エッチレートは、２ｎｍ／分以上６０ｎｍ／分以下の程度である。Ｏ２プラズマの流量は、８０ｓｃｃｍの程度である。エッチング時間は、１分以上１０分以下の程度である。ステップＳ２４のドライエッチングによって、凸部７ａ１の幅（ｘ軸方向の長さであり、ピッチＫ１ａから幅Ｋ１ｂを差し引いた値）と凸部７ｂ１の幅（ｘ軸方向の長さであり、ピッチＫ６ａから幅Ｋ６ｂを差し引いた値）との差は、例えば数ｎｍ以上１００ｎｍ以下の程度となる。
ステップＳ２４の後、ステップＳ２５において、図５の（Ｂ）部に示すように、樹脂層７ｂの上において、樹脂層７ｂの格子パターンを覆うように樹脂層８（第４の樹脂層）を形成する。樹脂層８の表面８ａは、平坦であり、ｘ−ｙ平面に沿って延びている。樹脂層８は、例えば、スピン塗布法を用いて形成される。樹脂層８の材料は、例えば、有機シリコン化合物などの、シリコン含有樹脂である。
ステップＳ２５の後、ステップＳ２６において、図６の（Ａ）部に示すように、樹脂層８の表面８ａから樹脂層７ｂに向かって樹脂層８と樹脂層７ｂとをエッチバックすることによって、樹脂層７ｂにおける格子パターンの凸部７ｂ１の先端部７ｂ１１を除去し、凸部７ｂ１の基端部７ｂ１２を残す。このエッチバックによって、樹脂層８は、樹脂層８ｂとなり、樹脂層７ｂは、樹脂層７ｃとなる。樹脂層７ｃは、基端部７ｂ１２を備える。樹脂層８ｂの表面と基端部７ｂ１２の端面７ｂ１２ａとは、同一面にある。基端部７ｂ１２の側面７ｂ１２ｂのうち、少なくとも端面７ｂ１２ａの側にある領域は、半導体層３の延存する基準面Ｓｆと直交するように延びる。基準面Ｓｆは、ｘ−ｙ面に平行である。
なお、エッチバックが、ステップＳ２６におけるエッチバックよりも浅く、図６の（Ｂ）部に示すように、基端部７ｂ１２に至る前に、エッチバックを終了した場合、エッチバックによって形成される仮想的な表面８ｃは、曲率を有する先端部７ｂ１１に交差するので、樹脂層７ｂの凸部７ｂ１がエッチバックによって形成される面の幅Ｋ７（ｘ軸方向の長さ）は、不均一となり、よって、回折格子のピッチにバラつきが生じる。これに対し、ステップＳ２６におけるエッチバックによれば、曲率を有する先端部７ｂ１１が除去されるまでエッチバックされ、基準面Ｓｆに概ね直交する側面７ｂ１２ｂを備える基端部７ｂ１２が残存するので、基端部７ｂ１２の端面７ｂ１２ａの幅（ｘ軸方向の長さ）は均一となり、よって、回折格子のピッチも均一となる。
ステップＳ２６の後、ステップＳ２７において、図６の（Ｃ）部に示すように、樹脂層７ｃから半導体層３に向けて、基端部７ｂ１２の端面７ｂ１２ａから半導体層３までを順次ドライエッチングし、半導体層３に貫通孔３ａ１を形成することによって、半導体層３に回折格子を形成する。このドライエッチングによって、半導体層３は、半導体層３ａとなる。半導体層３ａは、貫通孔３ａ１が設けられている。半導体層３ａは、回折格子を備える。
ステップＳ２７のドライエッチングの実施例は以下の通りである。反応性イオンエッチング法を用いる。エッチングガスは、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとを含む。
図６の（Ｃ）部に示すように、ステップＳ２７ａにおいて、基端部７ｂ１２から、プライマ６を、選択的にドライエッチングし、凹部Ｈ１を形成する。基端部７ｂ１２は、除去される。凹部Ｈ１の幅（ｘ軸方向の長さ）は、基端部７ｂ１２の幅（ピッチＫ６ａから幅Ｋ６ｂを差し引いた値）と同様である。このドライエッチングによって、樹脂層７ｃは、樹脂層７ｄとなり、プライマ６は、プライマ６ａとなる。
ステップＳ２７ａのドライエッチングの実施例は以下の通りである。反応性イオンエッチング法を用いる。エッチングガスは、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとを含む。チャンバ内の圧力は、１Ｐａ以上５Ｐａ以下の程度である。ＩＣＰパワーは、２００Ｗ以上３００Ｗ以下の程度である。ＣＦ４ガスの流量は、５０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下の程度である。Ｏ２ガスの流量は、５ｓｃｃｍ以上１０ｓｃｃｍ以下の程度である。
ステップＳ２７ａの後、図７の（Ａ）に示すように、ステップＳ２７ｂおいて、樹脂層８ｂをマスクとして、絶縁層５を、ドライエッチングする。このドライエッチングによって、絶縁層５は、絶縁層５ａとなる。
ステップＳ２７ｂのドライエッチングの実施例は以下の通りである。反応性イオンエッチング法を用いる。エッチングガスを用いる。エッチングガスは、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを含む。チャンバ内の圧力は、１Ｐａ以上５Ｐａ以下の程度である。ＩＣＰパワーは、２００Ｗ以上３００Ｗ以下の程度である。ＣＦ４ガスの流量は、５０ｓｃｃｍ以上１００ｓｃｃｍ以下の程度である。Ｏ２ガスの流量は、１ｓｃｃｍ以上１０ｓｃｃｍ以下の程度である。
ステップＳ２７ｂの後において、樹脂層８ｂ、樹脂層７ｄ、プライマ６ａを除去した後に、図７の（Ｂ）に示すように、ステップＳ２７ｃにおいて、絶縁層５ａをマスクとして、半導体層３を、ドライエッチングする。このドライエッチングによって、半導体層３は、半導体層３ａとなる。半導体層３ａは、貫通孔３ａ１を備える。貫通孔３ａ１は、バッファ層２の一部に至る。バッファ層２は、このドライエッチングによって、貫通孔３ａ１の先端を含むバッファ層２ａとなる。半導体層３ａの貫通孔３ａ１は、開口Ｏｐ１を備える。開口Ｏｐ１は、基端部７ｂ１２の端面７ｂ１２ａに対応する形状を備える。貫通孔３ａ１の幅（ｘ軸方向の長さ）は、基端部７ｂ１２の幅（ピッチＫ６ａから幅Ｋ６ｂを差し引いた値）と同様である。半導体層３ａの回折格子は、樹脂層７ｂの格子パターンに対応している。
ステップＳ２７ｃのドライエッチングの実施例は以下の通りである。樹脂層８ｂ、樹脂層７ｄ、プライマ６ａの除去には、反応性イオンエッチング法を用い、エッチングガスは、Ｏ２ガスを含む。半導体層３のドライエッチングには、反応性イオンエッチング法を用い、エッチングガスは、ＣＨ４ガスとＨ２ガスとを含む。
図８の（Ａ）部を参照して、図１に示すステップＳ３の工程を説明する。ステップＳ２の後において、ステップＳ３では、絶縁層５ａを除去した後に、下部クラッド層１０、活性層１１、上部クラッド層１２、キャップ層１３を、順次、エピタキシャル成長によって形成する。下部クラッド層１０の材料は、バッファ層２ａ及びキャップ層４ａの材料と同様である。下部クラッド層１０の形成時には、バッファ層２ａ及びキャップ層４ａの材料と同様の材料が、エピタキシャル成長によって、貫通孔３ａ１に充填される。この充填によって、バッファ層２ａからバッファ層２ｂが形成され、半導体層３ａから回折格子層３ｂが形成される。キャップ層４ａは、下部クラッド層１０に成長する。活性層１１の材料は、例えば、ＩｎＧａＡｓＰである。上部クラッド層１２の材料は、例えば、ＩｎＰである。キャップ層１３の材料は、例えば、ＩｎＧａＡｓである。
回折格子層３ｂの回折格子の構造を、図１１の（Ａ）部に示す。回折格子層３ｂの回折格子のピッチは、ピッチＫ６ａと同様であり、この回折格子を画定するＩｎＧａＡｓＰの層の幅（隣り合う二つの貫通孔３ａ１の間にある半導体層３ａの幅（ｘ軸方向の長さ））は、幅Ｋ６ｂと同様である。従って、半導体層３ｂの回折格子のデューティ比は、インプリントパターンＰｔ１のデューティ比と同様または大きくなる。インプリントパターンＰｔ１は、ステップＳ２３のインプリントによって、樹脂層７にインプリントされる。インプリントパターンＰｔ１は、ステップＳ２３のインプリントに用いるモールドＭｏに、設けられている（図１１の（Ｂ）部）。
ステップＳ３の後において、図８の（Ｂ）図に示すように、メサ部Ｍｓを形成する。キャップ層１３の表面の全体に、例えばＳｉＮ絶縁層を積層し、リソグラフィを用いて、ＳｉＮ絶縁層を幅２μｍ程度のストライプ状に形成する。このストライプ状のＳｉＮ絶縁層（絶縁層１４）をマスクとして用い、例えば臭素メチルアルコール等を用いたウェットエッチングを行うことによって、メサ部Ｍｓを形成する。このウェットエッチングによって、基板１から基板１ａが形成され、バッファ層２ｂからバッファ層２ｃが形成され、回折格子層３ｂから回折格子層３ｃが形成され、下部クラッド層１０から下部クラッド層１０ａが形成され、活性層１１から活性層１１ａが形成され、上部クラッド層１２から上部クラッド層１２ａが形成され、キャップ層１３からキャップ層１３ａが形成される。メサ部Ｍｓは、バッファ層２ｃ、回折格子層３ｃ、下部クラッド層１０ａ、活性層１１ａ、上部クラッド層１２ａ、キャップ層１３ａを備える。メサ部Ｍｓは、基板１ａの上に、ｚ軸方向（基準面Ｓｆに対し垂直な方向）に延びている。メサ部Ｍｓは、ドライエッチングによって形成されることもできる。
ステップＳ４の後において、図９の（Ａ）部に示すように、ステップＳ５において、埋め込み層１５を、基板１ａの上において、メサ部Ｍｓの二つの側面のそれぞれの側において、エピタキシャル成長によって、形成する。埋め込み層１５は、半導体層１５ａ、半導体層１５ｂ、半導体層１５ｃを備える。基板１ａの上に（ｚ軸方向に）、半導体層１５ａ、半導体層１５ｂ、クラッド層１６Ｂを、順次、エピタキシャル成長によって、形成する。半導体層１５ａの材料は、例えば、ｐ型のＩｎＰである。半導体層１５ｂの材料は、例えば、ｎ型のＩｎＰである。半導体層１５ｃの材料は、例えば、ｐ型のＩｎＰである。
ステップＳ５の後において、図９の（Ｂ）部に示すように、絶縁層１４を除去した後に、ステップＳ６において、クラッド層１６とコンタクト層１７とを、エピタキシャル成長によって、順次、表面１５ｄの上に（ｚ軸方向に）、形成する。表面１５ｄは、半導体層１５ｃの表面と上部クラッド層１２ａの表面とによって画定される。キャップ層１３ａは、クラッド層１６の成長前に除去される。従って、図９の（Ｂ）部に示すメサ部Ｍｓ（更には、図１０の（Ａ）部と図１０の（Ｂ）部とに示すメサ部Ｍｓ）は、キャップ層１３ａを含まない。クラッド層１６の材料は、例えば、ｐ型のＩｎＰである。コンタクト層１７の材料は、例えば、ｐ型のＩｎＧａＡｓである。
ステップＳ６の後において、図１０の（Ａ）部に示すように、ステップＳ７において、コンタクト層１７の表面に絶縁層１８を形成する。コンタクト層１７の表面に、例えば、絶縁層を積層し、この絶縁層にストライプ状の開口（開口Ｈ２）を形成することによって、コンタクト層１７の表面に絶縁層１８を形成する。絶縁層１８は、開口Ｈ２を備える。開口Ｈ２は、メサ部Ｍｓの直上に設けられる。絶縁層１８の材料は、例えば、ＳｉＯ２である。
ステップＳ７の後において、図１０の（Ｂ）部に示すように、ステップＳ８において、表面電極１９と裏面電極２０とを形成する。表面電極１９は、絶縁層１８と開口Ｈ２とを覆うように絶縁層１８の上に形成される。表面電極１９は、開口Ｈ２を介して、コンタクト層１７に接触する。裏面電極２０は、基板１ａの裏面１ｂを研磨した後に、裏面１ｂに形成される。裏面電極２０は、裏面１ｂを介して基板１ａに接触する。表面電極１９の材料は、例えば、Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ／Ｚｎ／Ａｕである。裏面電極２０の材料は、例えば、Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ／ＡｕＧｅＮｉである。
本実施形態に係る半導体レーザ素子５０の製造方法によれば、ステップＳ２４において、デューティ比の調整が可能となる。このため、モールドのデューティ比の種類が一種類であっても、複数のデューティ比が実現可能となる。モールドのデューティ比の種類が一種類の場合、デューティ比の種類が複数種類の場合に比較して、モールドに設けられるピッチの種類を、多くすることができる。従って、従来では、デューティ比の種類及びピッチの種類に応じて、複数のモールドを用意するが、本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法は、従来に比較して、用意するモールドの種類を低減できる。よって、モールドの作製に要する費用の抑制が可能となる。モールドのデューティ比によらずに、回折格子のデューティ比が調整できるので、設計変更にも対応できる。
曲率を有する先端部７ｂ１１が除去されるまでエッチバックされ、基準面Ｓｆに直交する側面７ｂ１２ｂを備える基端部７ｂ１２が残存する。より具体的には、基端部７ｂ１２の側面７ｂ１２ｂのうち、少なくとも端面７ｂ１２ａの側にある領域は、基準面Ｓｆと直交するように延びる。このため、基端部７ｂ１２の端面７ｂ１２ａの幅（ｘ軸方向の長さ）は均一となる。回折格子は、複数の側面７ｂ１２ｂによって画定されるので、均一な幅の基端部７ｂ１２によって、回折格子のピッチを十分に均一にすることが可能となる。
インプリントパターンＰｔ１の凹部７ａ２の底面７ａ２１から絶縁層５に至るまでの長さ（厚みＫ３と厚みＫ４との和）は、ステップＳ２４で行われるデューティ比の変更時に樹脂層７ａがエッチングされる長さＫ５よりも、大きい。このため、デューティ比の調整の後、絶縁層５の上には、少なくとも、プライマ６の一部が、残存する。従って、デューティ比の調整の後の凸部７ｂ１の高さは、デューティ比の調整の前の凸部７ａ１の高さＫ２と同様となる。よって、樹脂層７ｂをマスクとして用いる場合に、樹脂層７ｂが十分にマスクとしての機能を発揮できる。また、凸部７ｂ１の基端部７ｂ１２の側面７ｂ１２ｂを、基準面Ｓｆに直交する方向において、十分に高くできる。例えば、側面７ｂ１２ｂのうち基準面Ｓｆに直交する領域の高さ（ｚ軸方向の長さ）を５０ｎｍ程度とすることができる。回折格子は、複数の側面７ｂ１２ｂによって画定されるので、十分に高い側面７ｂ１２ｂによって、回折格子のピッチを十分に均一にすることが可能となる。
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
１，１ａ…基板、１０，１０ａ…下部クラッド層、１１，１１ａ…活性層、１２，１２ａ…上部クラッド層、１３，１３ａ…キャップ層、１４，１８，５，５ａ…絶縁層、１５…埋め込み層、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，３，３ａ…半導体層、１５ｄ，８ａ，８ｃ…表面、１６…クラッド層、１７…コンタクト層、１９…表面電極、１ｂ…裏面、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…バッファ層、２０…裏面電極、３ａ１…貫通孔、３ｂ，３ｃ…回折格子層、４，４ａ…キャップ層、５０…半導体レーザ素子、６，６ａ…プライマ、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，８，８ｂ…樹脂層、７ａ１，７ｂ１…凸部、７ａ２，７ｂ２，Ｈ１…凹部、７ａ２１，７ｂ２１…底面、７ｂ１１…先端部、７ｂ１２…基端部、７ｂ１２ａ…端面、７ｂ１２ｂ…側面、ＢＡ…基板生産物、Ｈ２，Ｏｐ１…開口、Ｋ１ａ，Ｋ６ａ…ピッチ、Ｋ１ｂ，Ｋ６ｂ，Ｋ７…幅、Ｋ２…高さ、Ｋ３，Ｋ４…厚み、Ｋ５…長さ、Ｍｏ…モールド、Ｍｓ…メサ部、Ｐｔ１，Ｐｔ２，Ｐｔ３，Ｐｔ４…インプリントパターン、Ｓｆ…基準面。

Claims (3)

  1. 回折格子の形成に用いる半導体層を備えた基板生産物を用意する工程と、
    前記半導体層の上に、インプリント用の第１の樹脂層を設ける工程と、
    第１のインプリントパターンを前記第１の樹脂層にインプリントすることによって、前記第１のインプリントパターンを備える第２の樹脂層を形成する工程と、
    前記第２の樹脂層の前記第１のインプリントパターンのデューティ比を変更し、変更後のデューティ比の格子パターンを備える第３の樹脂層を形成する工程と、
    前記第３の樹脂層の上において、前記格子パターンを覆うように第４の樹脂層を形成する工程と、
    前記第３の樹脂層における前記格子パターンの凸部の先端部を除去し、前記凸部の基端部を残すように、前記第４の樹脂層と前記第３の樹脂層とをエッチバックする工程と、
    前記第３の樹脂層から前記半導体層に向けて前記基端部の端面から前記半導体層までを順次ドライエッチングし、前記半導体層に貫通孔を形成することによって、前記半導体層に回折格子を形成する工程と、
    を備え、
    前記第２の樹脂層を形成する工程では、前記第１のインプリントパターンを備えるモールドを用いて、前記第１の樹脂層に前記第１のインプリントパターンをインプリントし、
    前記第３の樹脂層を形成する工程では、前記第２の樹脂層をドライエッチングすることによって、前記第２の樹脂層の前記第１のインプリントパターンのデューティ比を変更する、
    ことを特徴とする半導体光素子の製造方法。
  2. 前記エッチバックする工程において、前記基端部の側面のうち、少なくとも前記端面の側にある領域は、前記半導体層の延存する基準面と直交するように延びる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子の製造方法。
  3. 前記第２の樹脂層を形成する工程では、
    前記半導体層と前記第１の樹脂層との間に、絶縁層を設け、
    前記第１のインプリントパターンの凹部の底面から前記絶縁層に至るまでの長さは、前記デューティ比の変更時に前記第１の樹脂層がエッチングされる長さよりも、大きい、
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体光素子の製造方法。
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