JP3112153B2 - グレーティングの作製方法 - Google Patents

グレーティングの作製方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
不可欠な光源等に用いられる、DFB(distributed fe
ed back )レーザやDBR(distributed Bragg reflec
tor )レーザ等のグレーティングの作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、DFBレーザやDBRレーザと
いった分布帰還型レーザなどの光回路素子では、表面に
周期的な凹凸構造を有するグレーティングが多く用いら
れている。このような分布帰還型レーザ等に用いられる
グレーティングを作製するには、まず基板上に、作製す
るグレーティングのパターンに対応するマスクを形成
し、その後、このマスクを用いてドライエッチングある
いはケミカルエッチングを行うことにより、基板表層部
にグレーティングのパターンを形成するといった方法が
採られる。
【0003】ところで、このようなグレーティングの作
製において、グレーティングパターンに対応するマスク
を形成するには、通常2光束干渉露光法が採用される。
この2光束干渉露光法は、図2に示すようにHe−Cd
レーザ1からのレーザ光を平面鏡2で反射させ、さらに
該反射光を、レンズ3、ピンホール4を通過させビーム
スプリッタ5で二つに分ける。そして、これら二つの光
束を、それぞれミラー6に反射させることによって予め
フォトレジストを塗布した試料7上で干渉させ、該試料
7上にグレーティングパターンを焼き付けるといった方
法である。
【0004】このような2光束干渉露光法を用いた従来
のグレーティング作製方法について具体的に説明する
と、まず、図3(a)に示すようにグレーティング作製
基板となるInP基板10上に、ドライエッチング耐性
を有するAu膜11をスパッタ法によって形成し、さら
にこのAu膜11上にフォトレジストを塗布してフォト
レジスト層12を形成する。次に、図2に示した前記2
光束干渉露光法によってフォトレジスト層12をグレー
ティングパターンに露光し(焼き付け)、さらに適宜な
現像液を用いてこれを現像し、図3(b)に示すように
レジストグレーティング13を得る。次いで、このレジ
ストグレーティング13をマスクとしてIBE(イオン
エッチングビーム)法等のドライエッチングを行うこと
により、図3(c)に示すようにAu膜11をグレーテ
ィングパターンにエッチングする。そして、このドライ
エッチングをさらに続けることによってInP基板10
をグレーティングパターン状とし、その後残留したAu
膜11およびレジストグレーティング13があればこれ
を除去し、図3(d)に示すようなグレーティング14
を得る。
【0005】ここで、1.3μm〜1.6μm帯長波長
レーザ用グレーティングを作製する場合、その1次グレ
ーティングの周期は210〜260nmになる。なお、
InP基板10にフォトレジスト層12を直接設けるこ
となく、Au膜11を介して形成するのは、フォトレジ
スト層12を直接設けると、ドライエッチング後該フォ
トレジスト層12がInP基板10上に焼き付いてしま
い、これを剥離するのが困難になるからである。すなわ
ち、ドライエッチングによるエッチング速度の大きいA
u膜11を、InP基板10とフォトレジスト層12と
の間に設けることにより、ドライエッチングによって容
易にフォトレジスト層12およびAu膜11を除去でき
るようにしているのである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たグレーティング作製法では、グレーティングの形状、
特にはその深さ方向に対するエッチング量の制御性が悪
いといった欠点がある。ところが、作製するグレーティ
ングが長波長系レーザに用いられる場合では、そのピッ
チについては210〜240nm程度、また深さについ
ては〜100nm程度と微小なエッチング量で制御しな
ければならず、したがって前記グレーティング作製法で
はこのエッチング量を再現性良く制御するのがきわめて
困難となっている。そして、このようにエッチング量の
再現性が不十分であることから、従来では得られるグレ
ーティングを用いた光回路素子の特性を安定させること
ができないといった不都合を生じているのである。
【0007】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、特に深さ方向に対しての
寸法精度について再現性良くグレーティングを作製する
ことができ、これにより安定した素子特性を有する光回
路素子の提供を可能にする、グレーティングの作製方法
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のグレーティング
の作製方法では、グレーティング作製基板の上に、該基
板とエッチングレートの異なる材質からなる第一のエッ
チング制御層を形成する工程と、前記第一のエッチング
制御層の上に、該第一のエッチング制御層とエッチング
レートの異なる材質からなる第二のエッチング制御層を
形成する工程と、前記第二のエッチング制御層の上に、
作製するグレーティングのパターンに対応するマスクパ
ターンを形成する工程と、前記マスクパターンをマスク
にし、かつ前記第一のエッチング制御層をエッチングス
トップ層として機能させて前記第二のエッチング制御層
をエッチングし、作製するグレーティングのパターンに
対応する第二の制御層パターンを形成する工程と、前記
第二の制御層パターンをマスクとして前記第一のエッチ
ング制御層をエッチングし、作製するグレーティングの
パターンに対応する第一の制御層パターンを形成する工
程と、前記第一の制御層パターンをマスクとして前記グ
レーティング作製基板をエッチングし、該グレーティン
グ作製基板表層部にグレーティングパターンを形成する
工程とを備えてなることを前記課題の解決手段とした。
【0009】本発明のグレーティングの作製方法によれ
ば、グレーティング作製基板の上にエッチングレートの
異なる第一のエッチング制御層と第二のエッチング制御
層とを形成し、その後これらを順次パターニングして該
第一、第二のエッチング制御層からグレーティングのパ
ターンに対応するマスクを形成し、さらにこのマスクを
用いてエッチングを行い、グレーティング作製基板表層
部にグレーティングパターンを形成するので、これら第
一および第二のエッチング制御層の厚みで決まる深さの
方形波状グレーティングが作製可能になる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明のグレーティングの
作製方法をその実施形態例によって詳しく説明する。図
1(a)〜(f)は、本発明を1.55μm帯DFBレ
ーザ用のグレーティングの作製に適用した場合の一実施
形態例を説明するための図であり、図1中符号20はグ
レーティング作製基板となるInP基板である。
【0011】この方法では、まず、図1(a)のように
InP基板20上に、該基板とエッチングレートの異な
る材質、この例ではInGaAsPからなる第一のエッ
チング制御層21を形成する。次に、この第一のエッチ
ング制御層21の上に、該第一のエッチング制御層21
とエッチングレートの異なる材質、この例ではInPか
らなる第二のエッチング制御層22を形成する。次い
で、この第二のエッチング制御層22の上にSiO2
23を形成する。その後、このSiO2 膜23の上にフ
ォトレジストを塗布してフォトレジスト層24を形成す
る。ここで、第一のエッチング制御層21、第二のエッ
チング制御層22の形成については例えばMOCVD法
(有機金属気相成長法)が採用され、SiO2 膜23の
形成については例えば熱CVD法が採用される。また、
第一のエッチング制御層21と第二のエッチング制御層
22とについては、この例では同じ膜厚に形成する。
【0012】次いで、先に述べた2光束干渉露光法によ
ってフォトレジスト層24を所望するグレーティングパ
ターン状に露光し、さらにこれを現像して図1(b)に
示すようにレジストグレーティング25を形成する。続
いて、形成したレジストグレーティング25をマスクに
してSiO2 膜23をHFでエッチングし、図1(b)
に示すように、作製するグレーティングのパターンに対
応するマスクパターンとなるSiO2 グレーティングマ
スク26を形成する。
【0013】次いで、得られたSiO2 グレーティング
マスク26をマスクとし、HCl系エッチャントを用い
て第二のエッチング制御層22をエッチングし、図1
(c)に示すように作製するグレーティングのパターン
に対応する第二の制御層パターン27を形成する。ここ
で、この第二のエッチング制御層22のエッチングに用
いるエッチャントを選択するにあたっては、第二のエッ
チング制御層22と第一のエッチング制御層21とのエ
ッチングレートが異なることを利用し、特に第一のエッ
チング制御層21に対するエッチングレートが第二のエ
ッチング制御層22に対するエッチングレートより十分
に遅く、これにより該第一のエッチング制御層21がエ
ッチングストップ層として機能するようなエッチャント
を選択する。
【0014】次いで、SiO2 グレーティングマスク2
6をHF等によって除去し、その後全体にドライエッチ
ングを施す。ドライエッチングとして具体的には、Cl
2 とArとを用いた反応性イオンエッチング装置(RI
E装置)によるエッチングが採用される。このようなド
ライエッチングによれば、第二のエッチング制御層22
(第二の制御層パターン27)および第一のエッチング
制御層21はいずれもエッチングされるものの、そのエ
ッチングレートは、第二のエッチング制御層22である
InPのエッチングレートが〜0.1μm/minとな
り、第一のエッチング制御層21であるInGaAsP
のエッチングレートが0.05〜0.06μm/min
となる。したがって、前記条件のドライエッチングで
は、第二のエッチング制御層22が第一のエッチング制
御層21に対して2倍程度のエッチングレートとなる。
【0015】そこで、本発明ではこのエッチングレート
の差を利用することにより、方形波状のグレーティング
を作製するのである。すなわち、ここでのドライエッチ
ングでは、第二の制御層パターン27が丁度全てエッチ
ングされるように行うことにより、図1(d)に示すよ
うに第一のエッチング制御層21をその厚みの半分まで
エッチングする。そして、このドライエッチングをさら
に進め、InP基板20の一部が露出するまで第一のエ
ッチング制御層28のみのエッチングを続けることによ
り、図1(e)に示すように、作製するグレーティング
のパターンに対応する第一の制御層パターン28を形成
する。
【0016】その後、この第一の制御層パターン28を
マスクとして該第一の制御層パターン28がなくなるま
で前記条件のドライエッチングを続ける。すると、第一
の制御層パターン28を形成するInGaAsPとIn
P基板20を形成するInPとのエッチングレートの差
により、図1(f)に示すように第一のエッチング制御
層21と第二のエッチング制御層22との膜厚によって
決まる深さのグレーティング29が、方形波状の形状を
保ったままでInP基板20表層部に作製される。
【0017】このようなグレーティング29の作製方法
にあっては、第一のエッチング制御層21と第二のエッ
チング制御層22との膜厚によって決まる深さのグレー
ティング29を、方形波状の形状を保ったままでInP
基板20表層部に作製することができ、したがって深さ
方向の制御性が良くなることにより得られるグレーティ
ング29の深さ方向の寸法精度を高めることができる。
すなわち、第一のエッチング制御層21と第二のエッチ
ング制御層22とを例えばMOCVD法(有機金属気相
成長法)で成長形成すれば、この比較的精度の高いMO
CVD法による成膜精度(膜厚精度)でグレーティング
29の深さを決定することができ、したがって所望のグ
レーティング形状を容易に得ることができるのである。
【0018】また、この方法では、図3に示した従来の
方法のごとくInP基板10上に耐ドライエッチングマ
スクとなるAu膜11を直接形成していないことから、
耐ドライエッチングマスク材料をスパッタすることによ
ってグレーティング作製基板であるInP基板20の表
面が荒れることがなく、したがって得られるグレーティ
ング29の、表面の荒れに起因する光特性の低下を防止
することができる。
【0019】なお、前記実施形態例では、グレーティン
グ作製基板としてInP基板20を、また第一のエッチ
ング制御層21としてInGaAsPを、第二のエッチ
ング制御層22としてInPをそれぞれ用いたが、これ
らの材質については、グレーティング作製基板と第一の
エッチング制御層21とのエッチングレートが異なり、
かつ第一のエッチング制御層21と第二のエッチング制
御層22とのエッチングレートが異なれば、他の材料を
用いてもよいのはもちろんである。また、第一のエッチ
ング制御層21と第二のエッチング制御層22との厚み
についても、前記例のごとく同一にすることなくこれら
の間のエッチングレートの違いにより任意にすることが
できる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明のグレーティ
ングの作製方法は、グレーティング作製基板の上にエッ
チングレートの異なる第一のエッチング制御層と第二の
エッチング制御層とを形成し、その後これらを順次パタ
ーニングしてグレーティングのパターンに対応するマス
クを形成し、さらにこのマスクを用いてエッチングを行
い、グレーティング作製基板表層部に第一および第二の
エッチング制御層の厚みで決まる深さの方形波状グレー
ティングパターンを形成する方法であるから、深さ方向
の制御性が良くなり、これにより得られるグレーティン
グの深さ方向の寸法精度を高めることができる。したが
って、DFBレーザやDBRレーザ等のグレーティング
を高い寸法精度で再現性良く作製することができ、これ
により安定した素子特性を有する光回路素子の提供を可
能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(f)は本発明のグレーティングの作
製方法を工程順に説明するための要部側断面図である。
【図2】2光束干渉露光法を説明するための図である。
【図3】(a)〜(d)は従来のグレーティングの作製
方法を工程順に説明するための要部側断面図である。
【符号の説明】
20 InP基板 21 第一の
エッチング制御層 22 第二のエッチング制御層 23 SiO
2 膜 24 フォトレジスト層 25 レジス
トグレーティング 26 SiO2 グレーティングマスク 27 第二の
制御層パターン 28 第一の制御層パターン 29 グレー
ティング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−356001(JP,A) 特開 平6−209143(JP,A) 特開 昭64−77983(JP,A) 特開 平6−252502(JP,A) 特開 平6−342960(JP,A) 特開 昭61−134096(JP,A) 特開 平5−82889(JP,A) 特開 平6−132609(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/12 G02B 5/18 G03F 7/40 521 H01L 21/3065 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 グレーティング作製基板の上に、該基板
    とエッチングレートの異なる材質からなる第一のエッチ
    ング制御層を形成する工程と、 前記第一のエッチング制御層の上に、該第一のエッチン
    グ制御層とエッチングレートの異なる材質からなる第二
    のエッチング制御層を形成する工程と、 前記第二のエッチング制御層の上に、作製するグレーテ
    ィングのパターンに対応するマスクパターンを形成する
    工程と、 前記マスクパターンをマスクにし、かつ前記第一のエッ
    チング制御層をエッチングストップ層として機能させて
    前記第二のエッチング制御層をエッチングし、作製する
    グレーティングのパターンに対応する第二の制御層パタ
    ーンを形成する工程と、 前記第二の制御層パターンをマスクとして前記第一のエ
    ッチング制御層をエッチングし、作製するグレーティン
    グのパターンに対応する第一の制御層パターンを形成す
    る工程と、 前記第一の制御層パターンをマスクとして前記グレーテ
    ィング作製基板をエッチングし、該グレーティング作製
    基板表層部にグレーティングパターンを形成する工程
    と、を備えてなることを特徴とするグレーティングの作
    製方法。
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