JP2641448B2 - 光学部品の製造方法 - Google Patents
光学部品の製造方法Info
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- JP2641448B2 JP2641448B2 JP62114696A JP11469687A JP2641448B2 JP 2641448 B2 JP2641448 B2 JP 2641448B2 JP 62114696 A JP62114696 A JP 62114696A JP 11469687 A JP11469687 A JP 11469687A JP 2641448 B2 JP2641448 B2 JP 2641448B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学部品の製造方法に関し、特にサブミク
ロンオーダーの回折格子等の微細構造を必要とする光学
部品例えば光導波路，半導体レーザの製造に用いて好適
な光学部品の製造方法に関する。
ロンオーダーの回折格子等の微細構造を必要とする光学
部品例えば光導波路，半導体レーザの製造に用いて好適
な光学部品の製造方法に関する。
従来の微細加工技術は半導体の表面にフォトレジスト
・金属薄膜等のマスクパターンを形成し、ウエットエッ
チングあるいはドライエッチングを行ってマスクの窓部
分をエッチングするものであった。
・金属薄膜等のマスクパターンを形成し、ウエットエッ
チングあるいはドライエッチングを行ってマスクの窓部
分をエッチングするものであった。
また、マスクを用いない選択エッチング技術として
は、レーザ誘起エッチングがある（アプライド・フィジ
ックス・レター、第36巻（1980年）第698頁−700頁（AP
PLIED PHYSICS LETTER 36（1980）pp.698−700）参
照）。
は、レーザ誘起エッチングがある（アプライド・フィジ
ックス・レター、第36巻（1980年）第698頁−700頁（AP
PLIED PHYSICS LETTER 36（1980）pp.698−700）参
照）。
〔発明が解決しようとする問題点〕 エッチングにより溝を形成する場合、上記従来のマス
クを用いたウエットエッチングでは、エッチング速度の
面方位依存性により、両方位によってエッチングパター
ンが異なる。また、サイドエッチングの進行が大きく、
アスペクト比（溝の深さ／溝の幅）の高い構造を得るの
は困難である。マスクを用いたドライエッチング（反応
性イオンエッチング等）では、エッチングの異方性によ
り高いアスペクト比が得られるが、エッチング方向は常
に表面に垂直であり微細構造の形状を自由に変えること
は難しい。これらの方法は、マスクを用いるためプロセ
スが複雑になり、また、半導体面の汚染の問題もある。
クを用いたウエットエッチングでは、エッチング速度の
面方位依存性により、両方位によってエッチングパター
ンが異なる。また、サイドエッチングの進行が大きく、
アスペクト比（溝の深さ／溝の幅）の高い構造を得るの
は困難である。マスクを用いたドライエッチング（反応
性イオンエッチング等）では、エッチングの異方性によ
り高いアスペクト比が得られるが、エッチング方向は常
に表面に垂直であり微細構造の形状を自由に変えること
は難しい。これらの方法は、マスクを用いるためプロセ
スが複雑になり、また、半導体面の汚染の問題もある。
一方、マスクを用いないレーザ誘起エッチングでは、
レーザをサブミクロン径に絞ることができないので、極
微細構造の作製には不適当である。
レーザをサブミクロン径に絞ることができないので、極
微細構造の作製には不適当である。
本発明の目的は、以上の問題点を解決して、マスクを
用いずにアスペクト比の高いサブミクロン構造を作製
し、また、その形状を制御することにある。そしてサブ
ミクロンオーダーの微細構造を有する光導波層を形成す
ることにより光導波における安定性の高い光部品を製造
する方法を提供するものである。
用いずにアスペクト比の高いサブミクロン構造を作製
し、また、その形状を制御することにある。そしてサブ
ミクロンオーダーの微細構造を有する光導波層を形成す
ることにより光導波における安定性の高い光部品を製造
する方法を提供するものである。
上記目的は、集束イオンビームを用いて、半導体基板
表面にマスクを用いずに直接イオン注入し、注入領域を
アモルファス化した後、その部分を選択エッチングする
ことにより達成される。また、イオン注入の加速エネル
ギーやドーズを変えることによりアモルファス領域の範
囲を制御し、所望の微細構造パターンを得る。
表面にマスクを用いずに直接イオン注入し、注入領域を
アモルファス化した後、その部分を選択エッチングする
ことにより達成される。また、イオン注入の加速エネル
ギーやドーズを変えることによりアモルファス領域の範
囲を制御し、所望の微細構造パターンを得る。
本発明は、Si,GaAs,InPなど周知の半導体のパターン
形成に適用できるが、とくに半導体基板結晶表面上に回
折格子等の微細構造の形成に適している。
形成に適用できるが、とくに半導体基板結晶表面上に回
折格子等の微細構造の形成に適している。
集束イオンビームは、周知の集束イオンビーム発生装
置により得られ、該集束イオンビームが照射される位置
に半導体を設置する。
置により得られ、該集束イオンビームが照射される位置
に半導体を設置する。
集束イオンビームの径は、小さい程よいことは当然で
あるが、現在の技術水準では0.05〜１μｍ程度が実用的
である。
あるが、現在の技術水準では0.05〜１μｍ程度が実用的
である。
なお半導体基板に集束イオンビームで所定のパターン
を非晶質化し、その部分をエッチングにより加工するこ
とは特開昭61−131462号公報に記載されている。本発明
では、上記の加工法により回折格子を形成し、さらにそ
の上に光導波層を結晶成長する。
を非晶質化し、その部分をエッチングにより加工するこ
とは特開昭61−131462号公報に記載されている。本発明
では、上記の加工法により回折格子を形成し、さらにそ
の上に光導波層を結晶成長する。
本発明では、第１図に示したように半導体基板表面の
任意の位置にコンピュータ制御された集束イオンビーム
により任意のパターンの集束イオンビームによりイオン
注入を行う。ドーズが臨界ドーズを越えると注入領域は
アモルファス化する（第１図（ａ））。アモルファス領
域はイオン注入の加速電圧を高くすれば深くなり、ドー
ズを増すと横に広がる。即ち、イオン注入の条件を変え
ることでアモルファス領域の範囲を制御することができ
る。次のエッチング工程では（第２図（ｂ））、半導体
結晶は全く侵されずアモルファス部分のみがエッチング
される。残った部分はアモルファス領域の形状を正確に
反映している。従って、イオン注入の条件のみで微細構
造の形状を制御することができる。また、アモルファス
の形状は異方性がないためこの微細構造は面方位に依存
せず任意の方向に再現性よく作製できる。
任意の位置にコンピュータ制御された集束イオンビーム
により任意のパターンの集束イオンビームによりイオン
注入を行う。ドーズが臨界ドーズを越えると注入領域は
アモルファス化する（第１図（ａ））。アモルファス領
域はイオン注入の加速電圧を高くすれば深くなり、ドー
ズを増すと横に広がる。即ち、イオン注入の条件を変え
ることでアモルファス領域の範囲を制御することができ
る。次のエッチング工程では（第２図（ｂ））、半導体
結晶は全く侵されずアモルファス部分のみがエッチング
される。残った部分はアモルファス領域の形状を正確に
反映している。従って、イオン注入の条件のみで微細構
造の形状を制御することができる。また、アモルファス
の形状は異方性がないためこの微細構造は面方位に依存
せず任意の方向に再現性よく作製できる。
上記の加工技術を回折格子作成に用いることは分布帰
還型半導体レーザの安定化に優れた役割を果たす。分布
帰還型半導体レーザは縦モードの不安定化をしばしば起
こすことが知られている。これを解消するためには、半
導体レーザの活性層で生ずる光と回折格子との結合係数
を最適化し（回折格子の溝の深さで制御する）、後述す
るように回折格子の周期を等間隔ではなく徐々に変化さ
せたり回折格子の位相を反転させることが有効である。
上述の集束イオンビームによる加工は、溝の深さが精密
に制御でき任意パターンを形成できることから、このよ
うな目的の回折格子作製に好適である。
還型半導体レーザの安定化に優れた役割を果たす。分布
帰還型半導体レーザは縦モードの不安定化をしばしば起
こすことが知られている。これを解消するためには、半
導体レーザの活性層で生ずる光と回折格子との結合係数
を最適化し（回折格子の溝の深さで制御する）、後述す
るように回折格子の周期を等間隔ではなく徐々に変化さ
せたり回折格子の位相を反転させることが有効である。
上述の集束イオンビームによる加工は、溝の深さが精密
に制御でき任意パターンを形成できることから、このよ
うな目的の回折格子作製に好適である。
以下、本発明の第１の実施例を第２図により説明す
る。第２図（ａ）はGaAs基板１上に集束Siイオンビーム
３を0.4μｍ間隔で直線的にスキャンした断面模式図で
ある。加速電圧は200keV、ラインドーズは3.0×109cm-1
である。イオン注入部は表面から約0.2μｍまでアモル
ファス化している。上記アモルファス領域を熱塩酸（70
℃）を用いて選択エッチングすることにより、第２図
（ｂ）に示した形状の回折格子を作製することができ
た。ラインドーズを3.5×109cm-1に増すと第２図（ｃ）
に示すように溝幅が広くなった。
る。第２図（ａ）はGaAs基板１上に集束Siイオンビーム
３を0.4μｍ間隔で直線的にスキャンした断面模式図で
ある。加速電圧は200keV、ラインドーズは3.0×109cm-1
である。イオン注入部は表面から約0.2μｍまでアモル
ファス化している。上記アモルファス領域を熱塩酸（70
℃）を用いて選択エッチングすることにより、第２図
（ｂ）に示した形状の回折格子を作製することができ
た。ラインドーズを3.5×109cm-1に増すと第２図（ｃ）
に示すように溝幅が広くなった。
集束イオンビームはコンピュータでコントロールされ
ており、周期が徐々に変化したり途中で位相の反転した
回折格子も作製することができる。また、直線のみでな
く任意のパターンを描画できる。その例を第２図（ｄ）
に示す。GaAs基板表面に集束イオンビームを同心円状に
スキャンしてエッチングし、円形の回折格子を得た。こ
の際、ラインドーズは1.0×1010cm-1で、溝の形状は表
面より内部で広くなっている。このように、コンピュー
タコントロールで任意のパターンを描きわけ、イオン注
入の条件を制御することで微細構造の形状を変えること
ができた。
ており、周期が徐々に変化したり途中で位相の反転した
回折格子も作製することができる。また、直線のみでな
く任意のパターンを描画できる。その例を第２図（ｄ）
に示す。GaAs基板表面に集束イオンビームを同心円状に
スキャンしてエッチングし、円形の回折格子を得た。こ
の際、ラインドーズは1.0×1010cm-1で、溝の形状は表
面より内部で広くなっている。このように、コンピュー
タコントロールで任意のパターンを描きわけ、イオン注
入の条件を制御することで微細構造の形状を変えること
ができた。
次に本発明の第２の実施例を第３図により説明する。
ｎ型InP基板11上に、集束イオンビーム３を、0.24μｍ
間隔で直線にスキャンした後、アモルファス領域を熱塩
酸（70℃）を用いて選択エッチングすることにより、第
３図（ａ）に示した形状の回折格子を作製することがで
きた。さらに、この結晶上に、液相成長法により、ｎ型
InGaAsPガイド層５、InGaAsP活性層６、ｐ型InGaAsPア
ンチメルトバック層７、ｐ型InPクラッド層８を順次積
層し、ｎ側電極９、ｐ側電極10を形成する。その後ヘキ
開により共振器を形成することにより、第３図（ｂ）に
示した分布帰還型半導体レーザを得た。このレーザは、
すぐれた縦モード安定性を示した。
ｎ型InP基板11上に、集束イオンビーム３を、0.24μｍ
間隔で直線にスキャンした後、アモルファス領域を熱塩
酸（70℃）を用いて選択エッチングすることにより、第
３図（ａ）に示した形状の回折格子を作製することがで
きた。さらに、この結晶上に、液相成長法により、ｎ型
InGaAsPガイド層５、InGaAsP活性層６、ｐ型InGaAsPア
ンチメルトバック層７、ｐ型InPクラッド層８を順次積
層し、ｎ側電極９、ｐ側電極10を形成する。その後ヘキ
開により共振器を形成することにより、第３図（ｂ）に
示した分布帰還型半導体レーザを得た。このレーザは、
すぐれた縦モード安定性を示した。
以上はGaAsとInPを基板結晶に用いた場合であるが、
他の半導体のバルク結晶，エピタキシャル層にも同様に
適用できることはいうまでもない。
他の半導体のバルク結晶，エピタキシャル層にも同様に
適用できることはいうまでもない。
溝形状が基板の方位、溝形成方向に余り依存せず、ア
モルファス層の深さはイオン注入により厳密に制御でき
る特徴を有するため、平坦な基板のみならず、段差や凹
凸のある結晶上へのパターン形成にも有効である。
モルファス層の深さはイオン注入により厳密に制御でき
る特徴を有するため、平坦な基板のみならず、段差や凹
凸のある結晶上へのパターン形成にも有効である。
また、本発明の方法を反応性イオンエッチング等のい
わゆるドライエッチング法と比較した場合、ドライエッ
チングでは、溝形式及び深さはエッチング条件によって
色々変化するため常に最適化が必要なのに対して、イオ
ン注入によるアモルファス層形成は純粋に物理的現象な
ので、エネルギー，ドーズ量を前もって測定すれば完全
な再現性が得られる。
わゆるドライエッチング法と比較した場合、ドライエッ
チングでは、溝形式及び深さはエッチング条件によって
色々変化するため常に最適化が必要なのに対して、イオ
ン注入によるアモルファス層形成は純粋に物理的現象な
ので、エネルギー，ドーズ量を前もって測定すれば完全
な再現性が得られる。
また実施例では、回折格子作製に応用した例を述べた
が、応用例はこれのみにとどまらず、フレネルレンズ，
分光波・合波器など多様な応用分野が考えられる。
が、応用例はこれのみにとどまらず、フレネルレンズ，
分光波・合波器など多様な応用分野が考えられる。
また、イオンビームの加速電圧は100kV〜500kV、ライ
ンドーズは１×109cm-1〜３×1010cm-1において、溝幅
が0.01μｍ〜５μｍ、深さ200Å〜３μｍの範囲でアス
ペクト比が１〜３の溝が形成できた。
ンドーズは１×109cm-1〜３×1010cm-1において、溝幅
が0.01μｍ〜５μｍ、深さ200Å〜３μｍの範囲でアス
ペクト比が１〜３の溝が形成できた。
本発明によれば、微細でアスペクト比の大きいパター
ンが形成できるので、より高密度，高性能の光学部品の
製造が容易となる効果がある。
ンが形成できるので、より高密度，高性能の光学部品の
製造が容易となる効果がある。
第１図は、本発明のエッチング方法を示す断面図、第２
図は、本発明の第１の実施例を示す断面図である。第３
図は本発明の第２の実施例を示す断面図である。 １……GaAs基板、２……アモルファス層、３……集束イ
オンビーム、４……アモルファス部分、５……ｎ型InGa
AsPガイド層、６……InGaAsP活性層、７……ｐ型InGaAs
Pアンチメルトバック層、８……ｐ型InPクラッド層、９
……ｎ側電極、10……ｐ側電極、11……ｎ型InP基板。
図は、本発明の第１の実施例を示す断面図である。第３
図は本発明の第２の実施例を示す断面図である。 １……GaAs基板、２……アモルファス層、３……集束イ
オンビーム、４……アモルファス部分、５……ｎ型InGa
AsPガイド層、６……InGaAsP活性層、７……ｐ型InGaAs
Pアンチメルトバック層、８……ｐ型InPクラッド層、９
……ｎ側電極、10……ｐ側電極、11……ｎ型InP基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡井 誠 国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−10292（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−42481（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−51583（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】GaAs結晶基板表面にラインドーズ量１×10
9乃至３×1010cm-1のSiのイオンビームを加速電圧100〜
500kVで照射して回折格子パターンのアモルファス領域
を形成する第１の工程と、上記アモルファス領域を選択
エッチングすることによりGaAs結晶基板上に回折格子を
形成する第２の工程と、上記回折格子を形成したGaAs結
晶基板上に少なくとも光導波層、活性層、クラッド層を
有する構造を形成する第３の工程からなることを特徴と
する光学部品の製造方法。 - 【請求項２】上記光学部品は半導体レーザであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学部品の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62114696A JP2641448B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | 光学部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62114696A JP2641448B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | 光学部品の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63281488A JPS63281488A (ja) | 1988-11-17 |
| JP2641448B2 true JP2641448B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=14644341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62114696A Expired - Fee Related JP2641448B2 (ja) | 1987-05-13 | 1987-05-13 | 光学部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2641448B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10163346A1 (de) | 2001-12-21 | 2003-07-10 | Infineon Technologies Ag | Resistloses Lithographieverfahren zur Herstellung feiner Strukturen |
| EP2144117A1 (en) * | 2008-07-11 | 2010-01-13 | The Provost, Fellows and Scholars of the College of the Holy and Undivided Trinity of Queen Elizabeth near Dublin | Process and system for fabrication of patterns on a surface |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5310292A (en) * | 1976-07-16 | 1978-01-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Production of semiconductor laser device |
| JPS5851583A (ja) * | 1981-09-24 | 1983-03-26 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ |
| JPH0665237B2 (ja) * | 1985-08-19 | 1994-08-22 | 松下電器産業株式会社 | 二次元量子化素子の製造方法 |
-
1987
- 1987-05-13 JP JP62114696A patent/JP2641448B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63281488A (ja) | 1988-11-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |