JP3792331B2 - 光半導体装置の製造方法、回折格子の形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に光半導体装置の製造に関し、特に回折格子を有するレーザダイオードの製造方法に関する。
レーザダイオードは光情報処理や光通信、あるいは光情報記録の分野で広く使われている。特に光通信の分野では、単一の光ファイバで多量の情報を伝送するために様々な光変調方式が提案されているが、異なった波長の光を単一の光ファイバ中に多重化光信号成分として多重化する波長多重化方式は、光ファイバ中を伝送される情報量を大きく増大させることのできる有望な方式である。かかる波長多重化方式を実現するためには、互いに異なった波長で安定して発振する多数のレーザダイオードが必要になる。
【０００２】
【従来の技術】
レーザダイオードは、一般に誘導放出が生じる活性層を光共振器中に配設した構成を有するが、波長多重化方式で使われるレーザダイオードでは、波長を必要な値に容易に設定できるように、光共振器のかわりに回折格子を使ったいわゆるＤＦＢレーザダイオード、あるいは光共振器の反射面を回折格子に置き換えた、いわゆるＤＢＲレーザダイオードを使うのが有利である。ＤＦＢあるいはＤＢＲレーザダイオードでは、回折格子のピッチを変化させることにより、回折格子に対して共振を生じる光波長が変化する。このため、波長多重化方式において必要とされる光信号波長に対応して回折格子のピッチを決定することにより、様々な光信号波長のレーザダイオードを容易に作製することができる。
【０００３】
図２５は、本発明の出願人が、先に米国特許５，１７０，４０２に記載した従来のＤＦＢレーザダイオードの構成を示す。
図２５を参照するに、レーザダイオードは例えばｎ型ＩｎＰ基板１上に形成され、基板１上にはレーザダイオードの長手方向あるいは縦方向に回折格子１Ａが形成されている。
【０００４】
回折格子１Ａ上にはｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる導波層２が形成され、導波層２上には、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層３が形成される。例えば、活性層３を構成するＭＱＷ構造は、非ドープＧａＩｎＡｓよりなる量子井戸層と非ドープＧａＩｎＡｓＰよりなるバリア層とを交互に堆積した構造を有し、量子井戸層の厚さは量子準位が形成されるように、キャリアのドブロイ波長以下の厚さに設定される。
【０００５】
前記活性層３上には、さらにｐ型ＩｎＧａＡｓＰよりなるクラッド層４と、ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰよりなるキャップ層５が順次形成され、さらにキャップ層上に、レーザダイオードの長手方向に沿って電極６Ａ，６Ｂ，６Ｃが順次形成される。さらに、基板１の下面には、下側電極７が形成される。
【０００６】
さらに、図示した従来のレーザダイオードでは、回折格子１Ａの長手方向中央部に、回折格子のピッチをΛ／２だけずらしたΛ／２位相シフト領域１Ｂが形成される。ただし、Λは回折格子のピッチを示す。このようなΛ／２位相シフト領域１Ｂを形成することにより、図２５（Ｂ）に示すように光子密度をレーザダイオードの長手方向中央部において極大化することが可能になるが、誘導放出が生じている系では、かかる光子密度の極大はキャリアの枯渇を誘起するため、前記レーザダイオードでは、前記光子密度の極大に対応してキャリア密度が極小になっている。
【０００７】
そこで、電極６Ａ，６Ｃを介してレーザダイオードの駆動電流を注入すると同時に、前記キャリアの極小に対応した電極６Ｂを介して信号電流を注入することにより、レーザダイオードのキャリア密度、従って屈折率を効率的に変調することが可能になる。かかる変調の結果、図示のレーザダイオードは発振波長を変化させる。換言すると、図示のレーザダイオードは波長可変レーザダイオードとして動作する。
【０００８】
このようなレーザダイオードを使って波長多重光通信システムを構築する場合、中心波長の異なった波長可変レーザダイオードを多数作製する必要があるが、そのためには、回折格子のピッチの異なった素子を形成する技術が必要である。回折格子のピッチを素子毎に変化させること自体は困難ではないが、特に波長多重光通信システムへの用途を念頭に置くと、回折格子のピッチが異なった複数のレーザダイオードを、共通の基板上に同時に形成した、いわゆる光集積回路を形成することが望ましい。このような場合には、単一の基板上に、異なったピッチの回折格子を多数形成する必要がある。
【０００９】
従来、回折格子を使うＤＦＢあるいはＤＢＲレーザダイオードを製造する場合、回折格子の形成には、二つの光ビームの干渉により形成される干渉縞を使った、二光束干渉露光法が一般に使われている。
図２６は、かかる従来の二光束干渉露光法の原理を示す。
【００１０】
図２６を参照するに、二光束干渉露光法では、Ｈｅ−Ｃｄレーザ等のコヒーレント光源より出射した波長がλの光ビームを二つの光束に分割し、分割された二つの光束を、回折格子を形成したい基板上にそれぞれθ1 ，θ2 の入射角で入射させ干渉させる。基板上にはフォトレジストが塗布してあり、その結果フォトレジストに回折格子を、式
Λ1 ＝λ／（ｓｉｎθ1 ＋ｓｉｎθ2 ）
で与えられるピッチΛ1 で露光することが可能である。
【００１１】
一方、このような二光束干渉露光法では、それぞれ前記θ1 ，θ2 の入射角で入射する光ビームの光路に、図２７に示すようなプリズムを配設することにより、基板への光ビームの入射角を、ぞれぞれθ1 からθ3 ，θ2 からθ4 に変化させることが可能である。ただし、入射角θ3 ，θ4 はそれぞれ式
θ3 ＝ｓｉｎ-1［ｎ×ｓｉｎ｛ｓｉｎ-1（ｓｉｎ｛（θ1 ＋φ）／ｎ｝−φ｝］
θ4 ＝ｓｉｎ-1［ｎ×ｓｉｎ｛ｓｉｎ-1（ｓｉｎ｛（θ2 −φ）／ｎ｝＋φ｝］
で与えられる。ただし、φはプリズムの傾斜面がなす傾斜角、ｎはプリズムの屈折率である。
【００１２】
このようなプリズムを配設した場合、露光される回折格子のピッチΛ2 は、
Λ2 ＝λ／（ｓｉｎθ3 ＋ｓｉｎθ4 ）
で与えられる。
そこで、本発明の発明者は、先に特開平６３−３４１８７９において、図２８のようなプリズムを図２６に示す露光工程において使い、基板上に露光される回折格子のピッチを、一の領域と他の領域とで異ならせることを提案した。また、同様の提案が、特開平６−９７６００にも記載されている。
【００１３】
図２９（Ａ）は、前記特開平６−９７６００に提案のプリズム１０を、また図２９（Ｂ）は図２９（Ａ）のプリズム１０を使って露光された回折格子の例を示す。
図２９（Ａ）を参照するに、プリズム１０は、傾斜角の異なった複数の領域１０Ａ〜１０Ｄより構成され、基板上１１には、前記複数の領域１０Ａ〜１０Ｄにそれぞれ対応して、回折格子１１Ａ〜１１Ｄが、互いに異なったピッチで形成されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２８あるいは図２９（Ａ）に示すプリズムは、傾斜角の異なった領域の間に段差が存在し、かかる段差により生じる光ビームの回折のため、露光される回折格子が、実際には大きく乱れてしまう問題を有する。特に、波長多重光通信システムで使われる、レーザダイオード集積回路を形成する場合、共通の基板上に隣接して形成されるレーザダイオードの間隔が小さいため、前記回折による露光の乱れの問題は深刻になる。さらに、このようなレーザダイオード集積回路を形成する場合、図２９（Ａ）に示すプリズム１０では、領域１０Ａ〜１０Ｄの大きさをおおよそ３００μｍ以下にするのが望ましいが、このようなプリズムを精度よく形成するのは困難である。
【００１５】
勿論、このようなピッチの異なった回折格子を単一の基板上に形成することは、電子ビーム露光装置を使い、回折格子を一本ずつ露光すれば可能ではあるが、このような工程は非常に時間がかかり、現実的でない。さらに、電子ビーム露光を行った場合には、電圧変動に起因する回折格子ピッチのゆらぎが生じやすい。
【００１６】
そこで、本発明は、上記の課題を解決した、新規で有用な光半導体装置の製造方法、およびかかる方法で使われる回折格子の形成方法を提供することを概括的課題とする。
本発明のより具体的な課題は、単一の基板上に共通に形成された複数のレーザダイオードを含む発光半導体装置の製造方法において、前記複数のレーザダイオードの各々に含まれる回折格子のピッチを、他のレーザダイオードの回折格子のピッチと異なるように、しかも一括して形成することのできる半導体装置の製造方法および回折格子の形成方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、
基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記基板上であって前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入されたプリズムまたは平凸レンズよりなる光学要素によって、前記第１および第２の光ビームを屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１および第２の光ビームが入射する入射面の全体にわたり、前記交線に平行な第１の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な湾曲面が形成されており、
前記湾曲面は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、各々前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで連続的に変化するように形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法により、または
請求項２に記載したように、
前記湾曲面は、前記基板に平行な面内で前記第１の方向に延在する第１の辺と、前記第１の辺に連続し、前記基板に平行な面内で前記第２の方向に延在する第２の辺と、前記第１の辺に連続し、前記第２の辺に対向して前記第２の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第３の辺と、前記第２および第３の辺に連続し、前記第１の辺に対向して前記第１の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第４の辺とにより画成されることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置の製造方法により、または
請求項３に記載したように、
基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記基板上であって前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入されたプリズムよりなる光学要素によって前記第１および第２の光ビームを屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１の光ビームと第２の光ビームが入射する入射面の全面にわたり、前記交線に平行な第1の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面が形成された複数の領域が形成されており、
前記複数の領域は、前記光学要素全体にわたって前記交線の方向に平行な前記第1の方向に整列しており、
前記光学要素において、前記複数の領域は、前記第１の方向への傾斜角を前記第１の方向に沿って正負交互に変化させ、前記第１の方向に隣接する傾斜面に連続し、
前記複数の領域は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、各々前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉 パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで変化するように形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法により、または
請求項４に記載したように、
前記各々の傾斜面は、前記基板に平行な面内で前記第１の方向に延在する第１の辺と、前記第１の辺に連続し、前記基板に平行な面内で前記第２の方向に延在する第２の辺と、前記第１の辺に連続し、前記第２の辺に対向して前記第２の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第３の辺と、前記第２および第３の辺に連続し、前記第１の辺に対向して前記第１の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第４の辺とにより画成されることを特徴とする請求項３記載の光半導体装置の製造方法により、または
請求項５に記載したように、
さらに、前記レジスト層を現像して、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクに前記基板をエッチングして回折格子を、前記第２の方向への回折格子のピッチが、前記第１の方向で変化するように形成する工程と、
前記回折格子を形成した基板上に、前記第１の方向に整列して、各々前記第２の方向に延在する複数のレーザダイオードを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４記載の光半導体装置の製造方法により、または
請求項６に記載したように、
基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入された光学要素により屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１の光ビームと第２の光ビームが入射する入射面の全面にわたり、前記交線に平行な第1の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面が形成された複数の領域が形成されており、
前記複数の領域は、前記光学要素全体にわたって前記交線の方向に平行な前記第1の方向に整列しており、
前記光学要素において、前記複数の領域は、前記第１の方向への傾斜角を前記第１の方向に沿って正負交互に変化させ、前記第１の方向に隣接する傾斜面に連続し、
前記複数の領域は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、各々前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで変化するように形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法により、または
請求項７に記載したように、
基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる回折格子の形成方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記基板上であって前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入されたプリズムまたは平凸レンズよりなる光学要素によって、前記第１および第２の光ビームを屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１および第２の光ビームが入射する入射面の全体にわたり、前記交線に平行な第１の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜湾曲面が形成されており、
前記傾斜湾曲面は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで連続的に変化するように形成することを特徴とする回折格子の形成方法により、解決する。
【００１８】
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の原理を説明する図である。
図１（Ａ）を参照するに、本発明では、第１の方向およびこれに直交する第２の方向に傾斜した湾曲面２０Ａを有するプリズム２０を図２７の工程においてプリズムとして使い、前記湾曲面２０Ａに、波面と波面の交線Ｘが、前記プリズム２０の点線で示した基準面２０Ｒ上を、前記第１の方向に延在するように、第１および第２の光ビーム２１，２２を、それぞれθ1 ，θ2 の入射角で入射させる。ただし、前記基準面２０Ｒは、図１（Ａ）の構成では、プリズム２０の底面および露光される基板（図示せず）面に対して平行に設定されており、前記プリズム２０の湾曲面２０Ａは基準面２０Ｒに対して傾斜している。ただし、前記プリズム２０の底面が基板面に対して平行である必要は、必ずしもない。前記湾曲面２０Ａの前記第２の方向への傾斜角φは、典型的には約７．５に設定される。
【００１９】
図１（Ｂ）は、このようなプリズム２０を光ビーム２１，２２の光路に挿入した場合に基板面上に形成される光干渉パターンを示す。
図１（Ｂ）よりわかるように、光干渉パターンは、略前記第１の方向に延在すし、前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなるが、縞の繰り返しピッチが、前記第１の方向に、第１のピッチΛ1 から第２のピッチΛ2 まで連続的に変化しているのがわかる。
【００２０】
そこで、基板表面にフォトレジストを形成しておくことにより、フォトレジストを図１（Ｂ）のパターンに従って露光することが可能になり、かかるレジストを現像して得られるレジストパターンをマスクに前記基板をエッチングすることにより、図１（Ｂ）の干渉パターンに対応した回折格子を基板上に形成することが可能になる。かかる回折格子上に、各々前記第２の方向に延在するＤＦＢあるいはＤＢＲレーザダイオードを多数、前記第１の方向に繰り返し形成することにより、発振波長の異なった複数のレーザダイオードを集積化したレーザダイオードアレイが得られる。
【００２１】
図１（Ａ）に示すプリズム２０において、前記湾曲面２０Ａの形状、すなわち前記第２の方向への傾斜角φ、および傾斜角φの前記第２の方向への変化は、先に図２７で説明した式に従って求めればよい。プリズム２０では、湾曲面２０Ａに段差が形成されることがないため、光ビーム２１，２２が回折され、干渉パターンが乱れる問題は生じない。また、プリズム２０は、図２９（Ａ），（Ｂ）で説明したような細かい段差を形成する必要もないため、加工が容易である。
【００２２】
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の原理を説明する別の図である。
図２（Ａ）を参照するに、本発明では図２７のプリズムの代わりに、第２の方向に傾斜角を連続して変化させる湾曲面４０Ａを形成されたプリズム４０を使い、プリズム４０に光ビーム４１，４２を、光ビーム４１の波面と光ビーム４２の波面との交線が、前記プリズム４０上を前記第１の方向に延在するように、それぞれ入射角θ1 ，θ2 で入射させる。
【００２３】
図２（Ｂ）は、このような、前記光ビーム４１，４２の光路にプリズム４０を挿入した場合に基板表面に形成される光干渉パターンを示す。
図２（Ｂ）を参照するに、光干渉パターンを構成する干渉縞は、前記第１の方向に平行に延在し、前記第２の方法への干渉縞の繰り返しピッチは、前記第２の方向に沿って、Λ1 からΛ2 へと変化しているのがわかる。従って、露光される基板表面にレジストを塗布し、これを露光後現像してレジストパターンを形成し、さらにかかるレジストパターンをマスクに、基板をエッチングすることにより、基板上に図２（Ｂ）の干渉パターンに対応した回折格子を形成することが可能になる。その際、湾曲面４０Ａの形状、すなわちその傾斜角φは、必要な回折格子ピッチΛ1 ，Λ2 から、先に図２７に関連して説明した式に従って求められる。
【００２４】
図３は、図２７の構成において、プリズムのかわりにレンズ６０を使った、本発明のさらに別の原理を説明する図である。
図３を参照するに、レンズ６０は焦点距離がＦの平凸レンズであり、かかるレンズ６０を基板上に傾斜させて配設することにより、レンズ６０に入射角θ1 ，θ2 で入射する光ビーム６１，６２によって基板上に露光される干渉縞のピッチΛ3 を、前記ピッチΛ2 に対して式
Λ3 ＝Λ2 （Ｆ−Ｌ）／Ｆ
に従って変化させることができる。ただし、Ｌは、基板とレンズ６０との間の距離を示す。
【００２５】
図３（Ｂ）は、光源として波長が３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザを使い、レンズの口径を８０ｍｍ、焦点距離を５８０ｍｍに設定した場合に基板上に形成される干渉縞を計算した例を示す。ただし、図３（Ａ）の構成において、光ビーム６１，６２の入射角θ1 ，θ2 はいずれも４２．２°に設定し、レンズ６０の基板に対する傾斜角は３０°に設定している。
【００２６】
図３（Ｂ）を参照するに、基板上に露光される干渉縞の、第２の方向へのピッチは、前記第２の方向に沿って変化すると同時に、前記第１の方向に沿っても変化するのがわかる。
図４は、図３（Ｂ）の計算の結果得られた回折格子ピッチの、前記第２の方向への変化を示す。
【００２７】
図４を参照するに、基板上に露光された回折格子の前記第２の方向へのピッチは、前記第２の方向に連続的に増大していることがわかる。また、図４は、前記ピッチの、前記第１の方向への変化を複数の線により重畳して示すが、図４よりわかるように、前記第１の方向への変化はわずかである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造方法について、図５〜１４を参照しながら説明する。
図５（Ａ）を参照するに、ｎ型ＩｎＰ基板７１上にレジスト層７２がスピンコート法により塗布されており、図５（Ａ）の工程では、かかるレジスト層７２上にＨｅ−Ｃｄレーザによる波長が３２５ｎｍのコヒーレント光ビーム２１，２２を照射し、生じた干渉パターンないし干渉縞を、前記レジスト膜７２上に露光する。
【００２９】
先に説明したのと同様に、ビーム２１および２２は、それぞれの波面の交線Ｘが基板面に平行に所定の方向、図示の例ではｘ方向に延在するように照射され、その結果、前記レジスト層７２上には、各々が略前記ｘ方向に延在する複数の縞よりなる干渉パターンが形成される。
【００３０】
その際、本実施例では、前記湾曲面２０Ａを形成されたプリズム２０を前記レジスト層７２上に、すなわち前記光ビーム２１，２２の光路中に配設し、かかるプリズム２０による光ビーム２１，２２の屈折により、前記レジスト層７２上に露光される干渉パターンを、先に図１（Ｂ）で説明したように、前記基板面上において前記ｘ方向に直角なｙ方向への繰り返しピッチが、前記ｘ方向に連続的に変化するように変形する。このようにして露光されたレジスト層７２の現像の後、図５（Ｂ）に示すレジストパターン７２Ａが得られる。
【００３１】
次に、図６（Ｃ）の工程で、前記ＩｎＰ基板７１を、前記レジストパターン７２Ａをマスクにウェットエッチングし、前記基板７１の表面に、前記レジストマスク７２Ａに対応した多数の溝７１Ａを、典型的には３０ｎｍ程度の深さに形成する。
【００３２】
さらに、図６（Ｄ）の工程で、前記レジストマスク７２Ａを溶解・除去し、基板７１の表面に、前記溝７１Ａにより回折格子７１Ｂを形成された構造が得られる。図６（Ｄ）を参照するに、基板７１上の回折格子７１Ｂでは、ｙ方向へのピッチΛが、ｘ方向にΛ1 ，Λ2 ．Λ3 と変化している。ただしΛ1 ＜Λ2 ＜Λ3 の関係が成立する。
【００３３】
次に、図７（Ｅ）の工程で、前記回折格子７１Ｂを形成された基板７１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる導波層７３が、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法により、典型的には１５０ｎｍの厚さに堆積され、さらに前記導波層７３上に、非ドープＩｎＧａＡｓＰよりなるバリア層と非ドープＩｎＧａＡｓよりなる量子井戸層とをＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法により、交互にエピタキシャル堆積したＭＱＷ構造を有する活性層７４が形成される。バリア層と量子井戸層とはそれぞれ１０ｎｍおよび６ｎｍ程度の厚さを有し、例えば１０周期程度繰り返し形成される。このような非常に薄い量子井戸層中では、キャリアの閉じ込めに伴い、周知の量子準位および量子化された状態密度が形成される。
【００３４】
活性層７４上にはｐ型ＩｎＧａＡｓＰよりなるクラッド層７５が形成され、さらにクラッド層７５上にはｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰよりなるコンタクト層７６が形成される。
次に、図７（Ｆ）の工程で、図７（Ｅ）の構造がメサエッチングされ、それぞれ回折格子ピッチがΛ1 ，Λ2 ，Λ3 のメサ７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃが、互いに分離溝７０Ｄ，７０Ｅにより分離されて形成される。各々の分離溝７０Ｄ，７０Ｅは、基板７１の回折格子７１Ａよりも基板底面側に近いレベルまで垂直方向に延在し、その結果、前記回折格子７１Ａは、前記複数のメサ７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃに対応した、複数の相互に分離した回折格子（７１Ａ）1 ，（７１Ｂ）1 ，（７１Ｃ）1 に分かれる。
【００３５】
次に、図８（Ｇ）の工程で、前記分離溝７０Ｄ，７０ＥをＦｅ等の深い準位を形成する不純物でドープしたＩｎＰにより充填し、高抵抗の電流狭搾領域７７を形成する。さらに、図８（Ｈ）の工程で、図８（Ｇ）の構造の上主面上に、前記メサ７０Ａに対応して、上側電極（７８Ａ）1 ，（７８Ａ）2 ，（７８Ａ）3 が、メサ構造７０Ａの長手方向に沿って形成される。同様に、前記図８（Ｇ）の構造の上主面上には、前記メサ７０Ｂに対応して、上側電極（７８Ｂ）1 ，（７８Ｂ）2 ，（７８Ｂ）3 が、メサ構造７０Ｂの長手方向に沿って、また上側電極（７８Ｃ）1 ，（７８Ｃ）2 ，（７８Ｃ）3 が、メサ構造７０Ｃの長手方向に沿って形成される。
【００３６】
さらに、図８（Ｈ）の構造では、基板７１の下主面に、前記上側電極（７８Ａ）1 ，（７８Ｂ）1 ，（７８Ｃ）1 に対応して、前記メサ７０Ａの延在方向に直交する方向に、下側電極７９1 が形成されている。同様に、前記基板７１の下主面には、前記上側電極（７８Ａ）2 ，（７８Ｂ）2 ，（７８Ｃ）2 に対応して、前記メサ７０Ａの延在方向に直交する方向に下側電極７９2 が、また前記上側電極（７８Ａ）3 ，（７８Ｂ）3 ，（７８Ｃ）3 に対応して、前記メサ７０Ａの延在方向に直交する方向に下側電極７９3 が形成されている。
【００３７】
そこで、前記図８（Ｈ）の構造を、前記電極列（７８Ａ）1 〜（７８Ｃ）1 ，（７８Ａ）2 〜（７８Ｃ）2 ，（７８Ａ）3 〜（７８Ｃ）3 の各々に沿って壁開することにより、図１０（Ｉ）に示すレーザダイオードアレイが形成される。各々のレーザダイオードアレイでは、回折格子ピッチがそれぞれΛ1 ，Λ2 ，Λ3 の異なった、換言すると、発振波長の異なったＤＦＢレーザダイオードが集積されている。
【００３８】
先にも説明したように、本実施例では、回折格子露光時のプリズムとして、図１に示す連続的な傾斜面を有するプリズム２０を使うため、レーザダイオードアレイ中における個々のレーザダイオードの間隔が小さくても、プリズムの製造あるいはかかるプリズムを使った回折格子の露光が困難になることはない。さらに、プリズム２０には段差が存在しないため、露光される回折格子パターンが、かかるプリズム上の段差により回折された回折光により乱されることがない。
【００３９】
図１０（Ａ）は本実施例で使われる別のプリズム３０の構成を、また図１０（Ｂ）はプリズム３０により形成される回折格子の露光パターンを示す。
図１０（Ａ）を参照するに、プリズム３０上には、前記プリズム２０上の傾斜面２０Ａと同様な傾斜面３０が、前記第１の方向ないしｘ方向に繰り返し、傾斜角を上下に繰り返し変化させながら形成される。その結果、一の傾斜面３０Ａは隣接する傾斜面３０Ａと折り返し線ｆにおいて連続し、間に段差は形成されない。かかる傾斜面３０Ａを、プリズム３０の広い範囲に繰り返し形成することにより、図１０（Ｂ）に示す回折格子パターンを、基板７１を構成するＩｎＰウェハの実質的に全面に形成することが可能になる。
【００４０】
図１０（Ａ）の構成において、各々の湾曲面３０Ａの前記第２の方向への傾斜角φは、典型的には８〜１２°の範囲に設定され、また前記ｘ方向への幅Ｗは約６ｍｍに設定される。
次に、本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造方法について、図１１〜１５を参照しながら説明する。
【００４１】
図１１（Ａ）を参照するに、ｎ型ＧａＡｓ基板８１上にレジスト層８２がスピンコート法により塗布されており、図１１（Ａ）の工程では、かかるレジスト層８２上にＨｅ−Ｃｄレーザによる波長が３２５ｎｍのコヒーレント光ビーム４１，４２を照射し、生じた干渉パターンないし干渉縞を、前記レジスト膜８２上に露光する。
【００４２】
先に説明したのと同様に、ビーム４１および４２は、それぞれの波面の交線Ｘが基板面に平行に所定の方向、図示の例ではｘ方向に延在するように照射され、その結果、前記レジスト層８２上には、各々が略前記ｘ方向に延在する複数の縞よりなる干渉パターンが形成される。
【００４３】
その際、本実施例では、前記湾曲面４０Ａを形成されたプリズム４０を前記レジスト層８２上に、すなわち前記光ビーム４１，４２の光路中に配設し、かかるプリズム４０による光ビーム４１，４２の屈折により、前記レジスト層８２上に露光される干渉パターンを、先に図２（Ｂ）で説明したように、前記基板面上において前記ｘ方向に直角なｙ方向への繰り返しピッチが、前記ｘ方向に連続的に変化するように変形する。このようにして露光されたレジスト層８２の現像の後、図１１（Ｂ）に示すレジストパターン７２Ａが得られる。
【００４４】
次に、図１２（Ｃ）の工程で、前記ＧａＡｓ基板８１を、前記レジストパターン８２Ａをマスクにウェットエッチングし、前記基板８１の表面に、前記レジストマスク８２Ａに対応した多数の溝８１Ａを、典型的には３０ｎｍ程度の深さに形成する。
【００４５】
さらに、図１２（Ｄ）の工程で、前記レジストマスク８２Ａを溶解・除去し、基板８１の表面に、前記溝８１Ａにより回折格子８１Ｂを形成された構造が得られる。図１２（Ｄ）を参照するに、基板８１上の回折格子８１Ｂでは、ｙ方向へのピッチΛが、前記ｙ方向にΛ1 ，Λ2 ．Λ3 と変化している。ただしΛ1 ＞Λ2 ＞Λ3 の関係が成立する。
【００４６】
次に、図１３（Ｅ）の工程で、前記回折格子８１Ｂを形成された基板８１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓよりなる導波層８３が、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法により、典型的には１５０ｎｍの厚さに堆積され、さらに前記導波層８３上に、非ドープＡｌＧａＡｓよりなるバリア層と非ドープＧａＡｓよりなる量子井戸層とをＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法により、交互にエピタキシャル堆積したＭＱＷ構造を有する活性層８４が形成される。バリア層と量子井戸層とはそれぞれ１０ｎｍおよび６ｎｍ程度の厚さを有し、例えば６０周期程度繰り返し形成される。このような非常に薄い量子井戸層中では、キャリアの閉じ込めに伴い、周知の量子準位および量子化された状態密度が形成される。
【００４７】
活性層８４上にはｐ型ＡｌＧａＡｓよりなるクラッド層８５が形成され、さらにクラッド層８５上にはｐ+ 型ＧａＡｓよりなるコンタクト層８６が形成される。
次に、図１３（Ｆ）の工程で、図１３（Ｅ）の構造がメサエッチングされ、それぞれ回折格子ピッチがΛ1 〜Λ3 の範囲で変化するメサ８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃが、互いに分離溝８０Ｄ，８０Ｅにより分離されて形成される。各々の分離溝８０Ｄ，８０Ｅは、基板８１の回折格子８１Ａよりも基板底面側に近いレベルまで垂直方向に延在し、その結果、前記回折格子８１Ａは、前記複数のメサ８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃに対応した、複数の相互に分離した回折格子（８１Ａ）1 ，（８１Ｂ）1 ，（８１Ｃ）1 に分かれる。
【００４８】
次に、図１４（Ｇ）の工程で、前記分離溝８０Ｄ，８０ＥをＯ等の深い準位を形成する不純物でドープしたＧａＡｓにより充填し、高抵抗の電流狭搾領域８７を形成する。さらに、図１４（Ｈ）の工程で、図１４（Ｇ）の構造の上主面上に、前記メサ８０Ａに対応して、上側電極（８８Ａ）1 ，（８８Ａ）2 ，（８８Ａ）3 が、メサ構造８０Ａの長手方向に沿って形成される。同様に、前記図１４（Ｇ）の構造の上主面上には、前記メサ８０Ｂに対応して、上側電極（８８Ｂ）1 ，（８８Ｂ）2 ，（８８Ｂ）3 が、メサ構造８０Ｂの長手方向に沿って、また上側電極（８８Ｃ）1 ，（８８Ｃ）2 ，（８８Ｃ）3 が、メサ構造８０Ｃの長手方向に沿って形成される。
【００４９】
さらに、図１４（Ｈ）の構造では、基板８１の下主面に、前記上側電極（８８Ａ）1 ，（８８Ｂ）1 ，（８８Ｃ）1 に対応して、前記メサ８０Ａの延在方向に直交する方向に、下側電極８９1 が形成されている。同様に、前記基板８１の下主面には、前記上側電極（８８Ａ）2 ，（８８Ｂ）2 ，（８８Ｃ）2 に対応して、前記メサ８０Ａの延在方向に直交する方向に下側電極８９2 が、また前記上側電極（８８Ａ）3 ，（８８Ｂ）3 ，（８８Ｃ）3 に対応して、前記メサ８０Ａの延在方向に直交する方向に下側電極８９3 が形成されている。
【００５０】
そこで、前記図１４（Ｈ）の構造を、前記電極列（８８Ａ）1 〜（８８Ｃ）1 ，（８８Ａ）2 〜（８８Ｃ）2 ，（８８Ａ）3 〜（８８Ｃ）3 の各々に沿って壁開することにより、図１５（Ｉ）に示す、各々回折格子ピッチが異なった、すなわち発振波長の異なったレーザダイオードアレイが形成される。
【００５１】
さらに、図１５（Ｉ）のレーザダイオードアレイを個々のレーザダイオードに分割することにより、図１５（Ｊ）に示すように、発振波長の異なった多数のレーザダイオードを製造することができる。
先の実施例と同様に、本実施例でも、回折格子露光時のプリズムとして、図２（Ａ）に示す連続的な傾斜面を有するプリズム４０を使うため、レーザダイオードアレイ中における個々のレーザダイオードの間隔が小さくても、プリズムの製造あるいはかかるプリズムを使った回折格子の露光が困難になることはない。さらに、プリズム４０には段差が存在しないため、露光される回折格子パターンが、かかるプリズム上の段差により回折された回折光により乱されることがない。
【００５２】
図１６（Ａ）は本実施例で使われる別のプリズム５０の構成を、また図１６（Ｂ）はプリズム５０により形成される回折格子の露光パターンを示す。
図１６（Ａ）を参照するに、プリズム５０上には、前記プリズム４０上の傾斜面４０Ａと同様な傾斜面５０Ａが、前記第２の方向ないしｙ方向に繰り返し、傾斜角を上下に繰り返し変化させながら形成される。その結果、一の傾斜面５０Ａは隣接する傾斜面５０Ａと折り返し線ｆにおいて連続し、間に段差は形成されない。かかる傾斜面５０Ａを、プリズム５０の広い範囲に繰り返し形成することにより、図１２（Ｄ）に示す回折格子パターンを、基板８１を構成するＩｎＰウェハの実質的に全面に形成することが可能になる。
【００５３】
図１６（Ｂ）は、前記プリズム４０のさらに別の変形例によるプリズム５０’を示す。
図１６（Ｂ）を参照するに、プリズム５０’では、プリズム５０で使われていた繰り返される湾曲面５０Ａのかわりに一連の波形面５０Ａ’が形成される。かかる波形面では、プリズム５０において生じていたような折り返し線ｆが形成されることがなく、湾曲面と湾曲面との境界付近で生じていた光ビームの乱れがさらに低減される。
【００５４】
次に、本発明の第３実施例の原理について、図１８（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。
図２５で説明した従来のＤＦＢレーザダイオードは、レーザダイオードの長手方向上中央部の近傍に光子密度の極大が生じるように、回折格子の位相を回折格子ピッチのΛ／２だけずらしたΛ／２位相シフト領域１Ｂが形成される。
【００５５】
図１７は、このような位相シフト領域１Ｂを露光するために使われるマスクの原理を示す。
図１７を参照するに、マスクは屈折率ｎ1 が１．４７５のＳｉＯ2 よりなり厚さがｄのガラス板よりなり、これに対して第１および第２のコヒーレント光ビームＡ，Ｂが、屈折率ｎ0 が１の空気の側から、それぞれθ1 ，θ2 の入射角で入射される。
【００５６】
入射光ビームＡ，Ｂは、それぞれθ1 ’，θ2 ’の屈折角で屈折を生じるが、その際の干渉の結果、光ビームＡ，Ｂがなす角の二等分線に沿って、強力な見かけ上の光ビームＣが形成され、マスクにαの入射角で入射する。
このようにして形成された光ビームＣは、マスクに入射した後、α’の屈折角で屈折し、厚さがｄのマスク中を進行して出射点Ｄに到達するが、この出射点Ｄは、光ビームＣがマスク中を屈折せずに進行した場合に到達する仮想的な点Ｄ’から距離ｘだけずれる。そこで、基板上に露光される回折光子パターンの位置を、前記光ビームＡ，Ｂの光路中に、かかる厚さがｄのマスクを設け、厚さｄを適当に設定することにより、前記Λ／２位相シフト領域１Ｂにおいて、回折光子パターンを、領域１Ｂの右と左で互いにπラジアンだけシフトさせることが可能になる。
【００５７】
図１８は、本実施例による、このようなΛ／２位相シフト領域を形成できるプリズム２０’を示す。ただし、図１８のプリズム２０’は図１（Ａ）のプリズム２０の一変形例であり、従って先に説明した部分には同一の参照符号で示し、説明を省略する。
【００５８】
図１８を参照するに、プリズム２０’の底面には、深さがｄのｘ方向に延在する溝２０Ｇが、ｙ方向にピッチＬで繰り返し形成される。ただし、前記ピッチＬは、形成されるＤＦＢレーザダイオードの長さに略等しく設定される。かかるプリズム２０’をマスクに使うことにより、基板上に露光される回折格子パターンには、前記溝２０Ｇのｙ方向両端の段部に対応して、Λ／２位相シフト領域が形成される。形成される回折格子自体は、図１６（Ｄ）に示すように、ｙ方向へのピッチをｘ方向に連続的に変化させる構成を有し、前記Λ／２位相シフト領域として、図２５の位相シフト領域１Ｂと同様な位相シフト領域が、回折格子のｙ方向中央部近傍に形成される。
【００５９】
図１９（Ｂ），（Ｃ）は、図１９（Ａ）に示す角度がφの傾斜面を有するプリズムＰにおいて、深さがｄの溝Ｇを形成した場合における、Λ／２位相シフト領域の位置のずれ、およびかかる回折格子を使ったＤＦＢレーザダイオードの発振波長のずれを調べた結果をそれぞれ示す。ただし、図１９（Ｂ）および（Ｃ）の計算では、入射角θを４２．９°、溝の段差ｄを２．０μｍとし、傾斜角φを０から２０°まで変化させている。
【００６０】
図２４（Ｂ）よりわかるように、溝Ｇを形成した場合でも、波長多重化技術で必要とされる、１．５５μｍの波長を中心に、幅５．６ｎｍの範囲内では、Λ／２位相シフト領域の位置のずれは最大でも０．０８πラジアン程度であり、レーザダイオードの単一モード発振特性あるいはしきい値特性が悪影響を受けることはないことが確認される。
【００６１】
図２０は、図１８のプリズムを図１０（Ａ）の実施例に従って変形した構成のプリズム３０’を示す。プリズム３０’では、底面に前記プリズム２０’の溝２０Ｇと同様な溝３０Ｇが形成される。図２０のプリズムを使うことにより、Λ／２位相シフト領域を含む回折格子を、ウェハ上ｘ方向に、繰り返し形成することができる。
【００６２】
図２１は、図２０のプリズム３０’をさらに変形したプリズム３０”の構成を示す。
図２１を参照するに、プリズム３０”では、前記傾斜面３０Ａが、折り返し線ｇにおいて前記第２の方向にも繰り返され、その結果、Λ／２位相シフト領域を含む回折格子を、ウェハの実質的に全面に、繰り返し形成することができる。
【００６３】
図２２は、図１１（Ａ）のプリズム４０の一変形例によるプリズム４０’の構成を示す。ただし、図２２中先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図２２を参照するに、プリズム４０’の底面には、深さがｄのｘ方向に延在する溝４０Ｇが、ｙ方向にピッチＬで繰り返し形成される。ただし、前記ピッチＬは、形成されるＤＦＢレーザダイオードの長さに略等しく設定される。かかるプリズム４０’をマスクに使うことにより、基板上に露光される回折格子パターンには、前記溝４０Ｇのｙ方向両端の段部に対応して、Λ／２位相シフト領域が形成される。形成される回折格子自体は、図１２（Ｄ）に示すように、ｙ方向へのピッチをｙ方向に連続的に変化させる構成を有し、前記Λ／２位相シフト領域として、図２５の位相シフト領域１Ｂと同様な位相シフト領域が、回折格子のｙ方向中央部近傍に形成される。
【００６４】
図２３は、図１６（Ａ）のプリズム５０を図２２の実施例に従って変形した構成のプリズム５０”を示す。プリズム５０”では、底面に前記プリズム４０’の溝４０Ｇと同様な溝５０Ｇが形成される。図２３のプリズムを使うことにより、Λ／２位相シフト領域を含み、ピッチをｙ方向に変化させる回折格子を、ウェハ上ｙ方向に、繰り返し形成することができる。
【００６５】
図２４は、図２３のプリズム５０”をさらに変形したプリズム５０Ｍの構成を示す。
図２４を参照するに、プリズム５０”では、前記波形面５０Ａ’がｙ方向に繰り返され、その結果、Λ／２位相シフト領域を含み、ピッチをｙ方向に連続的に変化させる回折格子を、ウェハの実質的に全面に、繰り返し形成することができる。
【００６６】
ところで、前記Λ／２位相シフト領域を形成する実施例を除いた各実施例において、プリズム２０あるいは４０は上下反転して使うこともできる。また、図１６（Ａ）に示す上に凸な湾曲面を有するプリズムのかわりに、凹面を有するプリズムを使うこともできる。
【００６７】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１〜３記載の本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法において、前記第１および第２の光ビームを、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームのの光路中に挿入された、前記交線に平行な第１の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面を有する光学要素により屈折させることにより、単一の基板上に、第２の方向へのピッチが第１の方向に連続的に変化する回折格子を形成することが可能になる。かかる回折格子上にレーザダイオードを多数集積して形成することにより、波長多重化技術に適した異なった発振波長のレーザダイオードを集積したレーザダイオードアレイを簡単に形成することができる。
【００６９】
請求項４〜６記載の本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法において、前記第１および第２の光ビームを、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームのの光路中に挿入された光学要素により屈折させ、その際、前記光学要素に、前記交線の方向に平行な前記第１の方向に整列した複数の領域を形成し、前記複数の領域の各々に、前記第１の方向に傾斜し、さらに前記第１の方向に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面を形成することにより、前記第２の方向へのピッチを前記第１の方向に連続的に変化させる回折格子を、前記基板上に、前記第１の方向に繰り返し形成することが可能になる。
【００７０】
請求項７記載の本発明の特徴によれば、さらに、前記レジスト層を現像してレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクに前記基板をエッチングして回折格子を、前記第２の方向への回折格子のピッチが、前記第１の方向で変化するように形成し、前記回折格子を形成した基板上に、前記第１の方向に整列して、各々前記第２の方向に延在する複数のレーザダイオードを形成することにより、同一の基板上に、各々の発振波長が異なった複数のレーザダイオードを、第１の方向に整列して、同時に形成することが可能になる。
【００７１】
請求項８，９に記載の本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法において、前記第１および第２の光ビームを、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームのの光路中に挿入された、前記交線に平行な第１の方向に直交する第２の方向に傾斜した平滑な傾斜面を有する光学要素で屈折させることにより、前記第２の方向へのピッチを前記第２の方向に連続的に変化させる回折格子を形成することが可能になる。
【００７２】
請求項１０〜１２記載の本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法において、前記第１および第２の光ビームを前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームのの光路中に挿入された光学要素により屈折させ、その際、前記光学要素として、前記交線の方向に平行な前記第１の方向に整列した複数の領域を含み、前記複数の領域の各々は、前記第１の方向に傾斜し、さらに前記第１の方向に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面を有する光学要素を使うことにより、前記基板上に、前記第２の方向へのピッチが前記第１の方向に連続的に変化する複数の回折格子を、前記第１の方向に整列して、繰り返し形成することが可能になる。
【００７３】
請求項１３記載の本発明の特徴によれば、さらに、前記レジスト層を現像して、レジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクに前記基板をエッチングして回折格子を、前記第１の方向への回折格子のピッチが、前記第１の方向で変化するように形成し、前記回折格子を形成した基板上に、前記第２の方向に整列して、各々前記第１の方向に延在する複数のレーザダイオードを形成することにより、発振波長の異なったレーザダイオードを、同一基板上に、同時に形成することが可能になる。
【００７４】
本発明の特徴によれば、第１の導電型を有し、第１および第２の方向に延在する半導体基板上に、各々大略前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に繰り返される複数の溝よりなり、前記第２の方向に測ったピッチが、前記第１の方向に向かって連続的に変化する回折格子と、前記第１の導電型を有する導波層と、活性層と、第２の導電型を有するクラッド層と、前記第２の導電型を有するコンタクト層とを順次形成することにより、発振波長が異なった複数のレーザダイオードを単一の基板上に集積したレーザダイオードアレイを形成することが可能になる。また本発明の特徴によれば、第１の導電型を有し、第１および第２の方向に延在する半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、各々大略前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に繰り返される複数の溝よりなり、前記第２の方向に測ったピッチが、前記第１の方向に向かって連続的に変化する回折格子と、前記回折格子上に形成された導波層と、前記導波層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたクラッド層と、さらに前記クラッド層上に形成された第２の導電型を有するコンタクト層とよりなることを特徴とする光半導体装置が可能になる。
【００７５】
また本発明の特徴によれば、第１の導電型を有し、第１および第２の方向に延在する半導体基板上に、各々前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に繰り返される複数の溝よりなり、前記溝の前記第２の方向に測った繰り返しピッチが前記第２の方向に連続的に変化する回折格子と、前記第１の導電型を有する導波層と、活性層と、第２の導電型を有するクラッド層と、前記第２の導電型を有するコンタクト層とを順次形成することにより、回折格子のピッチが回折格子の延在方向に変化する光半導体装置が形成される。かかる光半導体装置を、前記回折格子の延在方向で複数の部分に分割することにより、異なった発振波長のＤＦＢレーザダイオードを同時に得ることができる。
【００７６】
また本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる回折格子の形成方法において、前記第１および第２の光ビームを、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入された、前記交線に平行な第１の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面を有する光学要素により屈折させることにより、単一の基板上に、第２の方向へのピッチが第１の方向に連続的に変化する回折格子を形成することが可能になる。
【００７７】
また本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる回折格子の形成方法において、前記第１および第２の光ビームを、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入された、前記交線に平行な第１の方向に直交する第２の方向に傾斜した平滑な傾斜面を有する光学要素で屈折させることにより、前記第２の方向へのピッチを前記第２の方向に連続的に変化させる回折格子を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図（その一）である。
【図２】本発明の原理を説明する図（その二）である。
【図３】本発明の原理を説明する図（その三）である。
【図４】図３の構成における回折格子パターンの計算例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その一）である。
【図６】本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その二）である。
【図７】本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その三）である。
【図８】本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その四）である。
【図９】本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その五）である。
【図１０】本発明の第１実施例の変形例を説明する図である。
【図１１】本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その一）である。
【図１２】本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その二）である。
【図１３】本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その三）である。
【図１４】本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その四）である。
【図１５】本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その五）である。
【図１６】本発明の第２実施例の変形例を示す図である。
【図１７】本発明の第３実施例の原理を説明する図である。
【図１８】本発明の第３実施例による回折格子の露光を説明する図である。
【図１９】本発明の第３実施例による回折格子の露光を説明する別の図である。
【図２０】本発明の第３実施例の一変形例を示す図である。
【図２１】本発明の第３実施例の別の変形例を示す図である。
【図２２】本発明の第３実施例のさらに別の変形例を示す図である。
【図２３】本発明の第３実施例のさらに別の変形例を示す図である。
【図２４】本発明の第３実施例のさらに別の変形例を示す図である。
【図２５】従来のＤＦＢレーザダイオードの構成を示す図である。
【図２６】従来のＤＦＢレーザダイオードの製造において使われていた回折格子の形成方法の原理を示す図である。
【図２７】従来知られていた、回折格子のピッチを変調する方法の原理を説明する図である。
【図２８】本発明の発明者が先に提案した、回折格子の露光の際にピッチを局部的に変調するための構成を示す図である。
【図２９】別の従来提案されている、基板上に異なったピッチの回折格子を同時に形成するための構成、およびかかる構成により形成される回折格子の例を示す図である。
【符号の説明】
１，１１，７１，８１ 基板
１Ａ，１１Ａ〜１１Ｄ，７１Ａ，（７１Ａ）1 〜（７１Ａ）3 ，８１Ａ，８１Ｂ回折格子
２，７３，８３ 導波層
３，７４，８４ 活性層
４，７５，８５ クラッド層
５，７６，８６ コンタクト層
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，（７８Ａ）1 〜（７８Ａ）3 ，（７８Ｂ）1 〜（７８Ｂ）3 ，（７８Ｃ）1 〜（７８Ｃ）3 ，（８８Ａ）1 〜（８８Ａ）3 ，（８８Ｂ）1 〜（８８Ｂ）3 ，（８８Ｃ）1 〜（８８Ｃ）3 上側電極
７，７９1 〜７９3 ，８９1 〜８９3 下側電極
１０，２０，３０，４０ プリズム
１０Ａ〜１０Ｄ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ プリズム面
２０Ｒ，４０Ｒ 基準面
２１，２２，４１，４２，６１，６２ 入射光ビーム
６０ レンズ
７０Ａ〜７０Ｃ，８０Ａ〜８０Ｃ メサ
７０Ｄ，７０Ｅ，８０Ｄ，８０Ｅ 分離溝
７２，８２ レジスト層
７２Ａ，８２Ａ レジストパターン
７７，８９ 高抵抗層
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に光半導体装置の製造に関し、特に回折格子を有するレーザダイオードの製造方法に関する。
レーザダイオードは光情報処理や光通信、あるいは光情報記録の分野で広く使われている。特に光通信の分野では、単一の光ファイバで多量の情報を伝送するために様々な光変調方式が提案されているが、異なった波長の光を単一の光ファイバ中に多重化光信号成分として多重化する波長多重化方式は、光ファイバ中を伝送される情報量を大きく増大させることのできる有望な方式である。かかる波長多重化方式を実現するためには、互いに異なった波長で安定して発振する多数のレーザダイオードが必要になる。
【０００２】
【従来の技術】
レーザダイオードは、一般に誘導放出が生じる活性層を光共振器中に配設した構成を有するが、波長多重化方式で使われるレーザダイオードでは、波長を必要な値に容易に設定できるように、光共振器のかわりに回折格子を使ったいわゆるＤＦＢレーザダイオード、あるいは光共振器の反射面を回折格子に置き換えた、いわゆるＤＢＲレーザダイオードを使うのが有利である。ＤＦＢあるいはＤＢＲレーザダイオードでは、回折格子のピッチを変化させることにより、回折格子に対して共振を生じる光波長が変化する。このため、波長多重化方式において必要とされる光信号波長に対応して回折格子のピッチを決定することにより、様々な光信号波長のレーザダイオードを容易に作製することができる。
【０００３】
図２５は、本発明の出願人が、先に米国特許５，１７０，４０２に記載した従来のＤＦＢレーザダイオードの構成を示す。
図２５を参照するに、レーザダイオードは例えばｎ型ＩｎＰ基板１上に形成され、基板１上にはレーザダイオードの長手方向あるいは縦方向に回折格子１Ａが形成されている。
【０００４】
回折格子１Ａ上にはｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる導波層２が形成され、導波層２上には、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層３が形成される。例えば、活性層３を構成するＭＱＷ構造は、非ドープＧａＩｎＡｓよりなる量子井戸層と非ドープＧａＩｎＡｓＰよりなるバリア層とを交互に堆積した構造を有し、量子井戸層の厚さは量子準位が形成されるように、キャリアのドブロイ波長以下の厚さに設定される。
【０００５】
前記活性層３上には、さらにｐ型ＩｎＧａＡｓＰよりなるクラッド層４と、ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰよりなるキャップ層５が順次形成され、さらにキャップ層上に、レーザダイオードの長手方向に沿って電極６Ａ，６Ｂ，６Ｃが順次形成される。さらに、基板１の下面には、下側電極７が形成される。
【０００６】
さらに、図示した従来のレーザダイオードでは、回折格子１Ａの長手方向中央部に、回折格子のピッチをΛ／２だけずらしたΛ／２位相シフト領域１Ｂが形成される。ただし、Λは回折格子のピッチを示す。このようなΛ／２位相シフト領域１Ｂを形成することにより、図２５（Ｂ）に示すように光子密度をレーザダイオードの長手方向中央部において極大化することが可能になるが、誘導放出が生じている系では、かかる光子密度の極大はキャリアの枯渇を誘起するため、前記レーザダイオードでは、前記光子密度の極大に対応してキャリア密度が極小になっている。
【０００７】
そこで、電極６Ａ，６Ｃを介してレーザダイオードの駆動電流を注入すると同時に、前記キャリアの極小に対応した電極６Ｂを介して信号電流を注入することにより、レーザダイオードのキャリア密度、従って屈折率を効率的に変調することが可能になる。かかる変調の結果、図示のレーザダイオードは発振波長を変化させる。換言すると、図示のレーザダイオードは波長可変レーザダイオードとして動作する。
【０００８】
このようなレーザダイオードを使って波長多重光通信システムを構築する場合、中心波長の異なった波長可変レーザダイオードを多数作製する必要があるが、そのためには、回折格子のピッチの異なった素子を形成する技術が必要である。回折格子のピッチを素子毎に変化させること自体は困難ではないが、特に波長多重光通信システムへの用途を念頭に置くと、回折格子のピッチが異なった複数のレーザダイオードを、共通の基板上に同時に形成した、いわゆる光集積回路を形成することが望ましい。このような場合には、単一の基板上に、異なったピッチの回折格子を多数形成する必要がある。
【０００９】
従来、回折格子を使うＤＦＢあるいはＤＢＲレーザダイオードを製造する場合、回折格子の形成には、二つの光ビームの干渉により形成される干渉縞を使った、二光束干渉露光法が一般に使われている。
図２６は、かかる従来の二光束干渉露光法の原理を示す。
【００１０】
図２６を参照するに、二光束干渉露光法では、Ｈｅ−Ｃｄレーザ等のコヒーレント光源より出射した波長がλの光ビームを二つの光束に分割し、分割された二つの光束を、回折格子を形成したい基板上にそれぞれθ1 ，θ2 の入射角で入射させ干渉させる。基板上にはフォトレジストが塗布してあり、その結果フォトレジストに回折格子を、式
Λ1 ＝λ／（ｓｉｎθ1 ＋ｓｉｎθ2 ）
で与えられるピッチΛ1 で露光することが可能である。
【００１１】
一方、このような二光束干渉露光法では、それぞれ前記θ1 ，θ2 の入射角で入射する光ビームの光路に、図２７に示すようなプリズムを配設することにより、基板への光ビームの入射角を、ぞれぞれθ1 からθ3 ，θ2 からθ4 に変化させることが可能である。ただし、入射角θ3 ，θ4 はそれぞれ式
θ3 ＝ｓｉｎ-1［ｎ×ｓｉｎ｛ｓｉｎ-1（ｓｉｎ｛（θ1 ＋φ）／ｎ｝−φ｝］
θ4 ＝ｓｉｎ-1［ｎ×ｓｉｎ｛ｓｉｎ-1（ｓｉｎ｛（θ2 −φ）／ｎ｝＋φ｝］
で与えられる。ただし、φはプリズムの傾斜面がなす傾斜角、ｎはプリズムの屈折率である。
【００１２】
このようなプリズムを配設した場合、露光される回折格子のピッチΛ2 は、
Λ2 ＝λ／（ｓｉｎθ3 ＋ｓｉｎθ4 ）
で与えられる。
そこで、本発明の発明者は、先に特開平６３−３４１８７９において、図２８のようなプリズムを図２６に示す露光工程において使い、基板上に露光される回折格子のピッチを、一の領域と他の領域とで異ならせることを提案した。また、同様の提案が、特開平６−９７６００にも記載されている。
【００１３】
図２９（Ａ）は、前記特開平６−９７６００に提案のプリズム１０を、また図２９（Ｂ）は図２９（Ａ）のプリズム１０を使って露光された回折格子の例を示す。
図２９（Ａ）を参照するに、プリズム１０は、傾斜角の異なった複数の領域１０Ａ〜１０Ｄより構成され、基板上１１には、前記複数の領域１０Ａ〜１０Ｄにそれぞれ対応して、回折格子１１Ａ〜１１Ｄが、互いに異なったピッチで形成されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２８あるいは図２９（Ａ）に示すプリズムは、傾斜角の異なった領域の間に段差が存在し、かかる段差により生じる光ビームの回折のため、露光される回折格子が、実際には大きく乱れてしまう問題を有する。特に、波長多重光通信システムで使われる、レーザダイオード集積回路を形成する場合、共通の基板上に隣接して形成されるレーザダイオードの間隔が小さいため、前記回折による露光の乱れの問題は深刻になる。さらに、このようなレーザダイオード集積回路を形成する場合、図２９（Ａ）に示すプリズム１０では、領域１０Ａ〜１０Ｄの大きさをおおよそ３００μｍ以下にするのが望ましいが、このようなプリズムを精度よく形成するのは困難である。
【００１５】
勿論、このようなピッチの異なった回折格子を単一の基板上に形成することは、電子ビーム露光装置を使い、回折格子を一本ずつ露光すれば可能ではあるが、このような工程は非常に時間がかかり、現実的でない。さらに、電子ビーム露光を行った場合には、電圧変動に起因する回折格子ピッチのゆらぎが生じやすい。
【００１６】
そこで、本発明は、上記の課題を解決した、新規で有用な光半導体装置の製造方法、およびかかる方法で使われる回折格子の形成方法を提供することを概括的課題とする。
本発明のより具体的な課題は、単一の基板上に共通に形成された複数のレーザダイオードを含む発光半導体装置の製造方法において、前記複数のレーザダイオードの各々に含まれる回折格子のピッチを、他のレーザダイオードの回折格子のピッチと異なるように、しかも一括して形成することのできる半導体装置の製造方法および回折格子の形成方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、
基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記基板上であって前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入されたプリズムまたは平凸レンズよりなる光学要素によって、前記第１および第２の光ビームを屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１および第２の光ビームが入射する入射面の全体にわたり、前記交線に平行な第１の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な湾曲面が形成されており、
前記湾曲面は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、各々前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで連続的に変化するように形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法により、または
請求項２に記載したように、
前記湾曲面は、前記基板に平行な面内で前記第１の方向に延在する第１の辺と、前記第１の辺に連続し、前記基板に平行な面内で前記第２の方向に延在する第２の辺と、前記第１の辺に連続し、前記第２の辺に対向して前記第２の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第３の辺と、前記第２および第３の辺に連続し、前記第１の辺に対向して前記第１の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第４の辺とにより画成されることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置の製造方法により、または
請求項３に記載したように、
基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記基板上であって前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入されたプリズムよりなる光学要素によって前記第１および第２の光ビームを屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１の光ビームと第２の光ビームが入射する入射面の全面にわたり、前記交線に平行な第1の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面が形成された複数の領域が形成されており、
前記複数の領域は、前記光学要素全体にわたって前記交線の方向に平行な前記第1の方向に整列しており、
前記光学要素において、前記複数の領域は、前記第１の方向への傾斜角を前記第１の方向に沿って正負交互に変化させ、前記第１の方向に隣接する傾斜面に連続し、
前記複数の領域は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、各々前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉 パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで変化するように形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法により、または
請求項４に記載したように、
前記各々の傾斜面は、前記基板に平行な面内で前記第１の方向に延在する第１の辺と、前記第１の辺に連続し、前記基板に平行な面内で前記第２の方向に延在する第２の辺と、前記第１の辺に連続し、前記第２の辺に対向して前記第２の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第３の辺と、前記第２および第３の辺に連続し、前記第１の辺に対向して前記第１の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第４の辺とにより画成されることを特徴とする請求項３記載の光半導体装置の製造方法により、または
請求項５に記載したように、
さらに、前記レジスト層を現像して、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクに前記基板をエッチングして回折格子を、前記第２の方向への回折格子のピッチが、前記第１の方向で変化するように形成する工程と、
前記回折格子を形成した基板上に、前記第１の方向に整列して、各々前記第２の方向に延在する複数のレーザダイオードを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４記載の光半導体装置の製造方法により、または
請求項６に記載したように、
基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入された光学要素により屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１の光ビームと第２の光ビームが入射する入射面の全面にわたり、前記交線に平行な第1の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面が形成された複数の領域が形成されており、
前記複数の領域は、前記光学要素全体にわたって前記交線の方向に平行な前記第1の方向に整列しており、
前記光学要素において、前記複数の領域は、前記第１の方向への傾斜角を前記第１の方向に沿って正負交互に変化させ、前記第１の方向に隣接する傾斜面に連続し、
前記複数の領域は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、各々前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで変化するように形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法により、または
請求項７に記載したように、
基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる回折格子の形成方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記基板上であって前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入されたプリズムまたは平凸レンズよりなる光学要素によって、前記第１および第２の光ビームを屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１および第２の光ビームが入射する入射面の全体にわたり、前記交線に平行な第１の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜湾曲面が形成されており、
前記傾斜湾曲面は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで連続的に変化するように形成することを特徴とする回折格子の形成方法により、解決する。
【００１８】
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の原理を説明する図である。
図１（Ａ）を参照するに、本発明では、第１の方向およびこれに直交する第２の方向に傾斜した湾曲面２０Ａを有するプリズム２０を図２７の工程においてプリズムとして使い、前記湾曲面２０Ａに、波面と波面の交線Ｘが、前記プリズム２０の点線で示した基準面２０Ｒ上を、前記第１の方向に延在するように、第１および第２の光ビーム２１，２２を、それぞれθ1 ，θ2 の入射角で入射させる。ただし、前記基準面２０Ｒは、図１（Ａ）の構成では、プリズム２０の底面および露光される基板（図示せず）面に対して平行に設定されており、前記プリズム２０の湾曲面２０Ａは基準面２０Ｒに対して傾斜している。ただし、前記プリズム２０の底面が基板面に対して平行である必要は、必ずしもない。前記湾曲面２０Ａの前記第２の方向への傾斜角φは、典型的には約７．５に設定される。
【００１９】
図１（Ｂ）は、このようなプリズム２０を光ビーム２１，２２の光路に挿入した場合に基板面上に形成される光干渉パターンを示す。
図１（Ｂ）よりわかるように、光干渉パターンは、略前記第１の方向に延在すし、前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなるが、縞の繰り返しピッチが、前記第１の方向に、第１のピッチΛ1 から第２のピッチΛ2 まで連続的に変化しているのがわかる。
【００２０】
そこで、基板表面にフォトレジストを形成しておくことにより、フォトレジストを図１（Ｂ）のパターンに従って露光することが可能になり、かかるレジストを現像して得られるレジストパターンをマスクに前記基板をエッチングすることにより、図１（Ｂ）の干渉パターンに対応した回折格子を基板上に形成することが可能になる。かかる回折格子上に、各々前記第２の方向に延在するＤＦＢあるいはＤＢＲレーザダイオードを多数、前記第１の方向に繰り返し形成することにより、発振波長の異なった複数のレーザダイオードを集積化したレーザダイオードアレイが得られる。
【００２１】
図１（Ａ）に示すプリズム２０において、前記湾曲面２０Ａの形状、すなわち前記第２の方向への傾斜角φ、および傾斜角φの前記第２の方向への変化は、先に図２７で説明した式に従って求めればよい。プリズム２０では、湾曲面２０Ａに段差が形成されることがないため、光ビーム２１，２２が回折され、干渉パターンが乱れる問題は生じない。また、プリズム２０は、図２９（Ａ），（Ｂ）で説明したような細かい段差を形成する必要もないため、加工が容易である。
【００２２】
図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明の原理を説明する別の図である。
図２（Ａ）を参照するに、本発明では図２７のプリズムの代わりに、第２の方向に傾斜角を連続して変化させる湾曲面４０Ａを形成されたプリズム４０を使い、プリズム４０に光ビーム４１，４２を、光ビーム４１の波面と光ビーム４２の波面との交線が、前記プリズム４０上を前記第１の方向に延在するように、それぞれ入射角θ1 ，θ2 で入射させる。
【００２３】
図２（Ｂ）は、このような、前記光ビーム４１，４２の光路にプリズム４０を挿入した場合に基板表面に形成される光干渉パターンを示す。
図２（Ｂ）を参照するに、光干渉パターンを構成する干渉縞は、前記第１の方向に平行に延在し、前記第２の方法への干渉縞の繰り返しピッチは、前記第２の方向に沿って、Λ1 からΛ2 へと変化しているのがわかる。従って、露光される基板表面にレジストを塗布し、これを露光後現像してレジストパターンを形成し、さらにかかるレジストパターンをマスクに、基板をエッチングすることにより、基板上に図２（Ｂ）の干渉パターンに対応した回折格子を形成することが可能になる。その際、湾曲面４０Ａの形状、すなわちその傾斜角φは、必要な回折格子ピッチΛ1 ，Λ2 から、先に図２７に関連して説明した式に従って求められる。
【００２４】
図３は、図２７の構成において、プリズムのかわりにレンズ６０を使った、本発明のさらに別の原理を説明する図である。
図３を参照するに、レンズ６０は焦点距離がＦの平凸レンズであり、かかるレンズ６０を基板上に傾斜させて配設することにより、レンズ６０に入射角θ1 ，θ2 で入射する光ビーム６１，６２によって基板上に露光される干渉縞のピッチΛ3 を、前記ピッチΛ2 に対して式
Λ3 ＝Λ2 （Ｆ−Ｌ）／Ｆ
に従って変化させることができる。ただし、Ｌは、基板とレンズ６０との間の距離を示す。
【００２５】
図３（Ｂ）は、光源として波長が３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザを使い、レンズの口径を８０ｍｍ、焦点距離を５８０ｍｍに設定した場合に基板上に形成される干渉縞を計算した例を示す。ただし、図３（Ａ）の構成において、光ビーム６１，６２の入射角θ1 ，θ2 はいずれも４２．２°に設定し、レンズ６０の基板に対する傾斜角は３０°に設定している。
【００２６】
図３（Ｂ）を参照するに、基板上に露光される干渉縞の、第２の方向へのピッチは、前記第２の方向に沿って変化すると同時に、前記第１の方向に沿っても変化するのがわかる。
図４は、図３（Ｂ）の計算の結果得られた回折格子ピッチの、前記第２の方向への変化を示す。
【００２７】
図４を参照するに、基板上に露光された回折格子の前記第２の方向へのピッチは、前記第２の方向に連続的に増大していることがわかる。また、図４は、前記ピッチの、前記第１の方向への変化を複数の線により重畳して示すが、図４よりわかるように、前記第１の方向への変化はわずかである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造方法について、図５〜１４を参照しながら説明する。
図５（Ａ）を参照するに、ｎ型ＩｎＰ基板７１上にレジスト層７２がスピンコート法により塗布されており、図５（Ａ）の工程では、かかるレジスト層７２上にＨｅ−Ｃｄレーザによる波長が３２５ｎｍのコヒーレント光ビーム２１，２２を照射し、生じた干渉パターンないし干渉縞を、前記レジスト膜７２上に露光する。
【００２９】
先に説明したのと同様に、ビーム２１および２２は、それぞれの波面の交線Ｘが基板面に平行に所定の方向、図示の例ではｘ方向に延在するように照射され、その結果、前記レジスト層７２上には、各々が略前記ｘ方向に延在する複数の縞よりなる干渉パターンが形成される。
【００３０】
その際、本実施例では、前記湾曲面２０Ａを形成されたプリズム２０を前記レジスト層７２上に、すなわち前記光ビーム２１，２２の光路中に配設し、かかるプリズム２０による光ビーム２１，２２の屈折により、前記レジスト層７２上に露光される干渉パターンを、先に図１（Ｂ）で説明したように、前記基板面上において前記ｘ方向に直角なｙ方向への繰り返しピッチが、前記ｘ方向に連続的に変化するように変形する。このようにして露光されたレジスト層７２の現像の後、図５（Ｂ）に示すレジストパターン７２Ａが得られる。
【００３１】
次に、図６（Ｃ）の工程で、前記ＩｎＰ基板７１を、前記レジストパターン７２Ａをマスクにウェットエッチングし、前記基板７１の表面に、前記レジストマスク７２Ａに対応した多数の溝７１Ａを、典型的には３０ｎｍ程度の深さに形成する。
【００３２】
さらに、図６（Ｄ）の工程で、前記レジストマスク７２Ａを溶解・除去し、基板７１の表面に、前記溝７１Ａにより回折格子７１Ｂを形成された構造が得られる。図６（Ｄ）を参照するに、基板７１上の回折格子７１Ｂでは、ｙ方向へのピッチΛが、ｘ方向にΛ1 ，Λ2 ．Λ3 と変化している。ただしΛ1 ＜Λ2 ＜Λ3 の関係が成立する。
【００３３】
次に、図７（Ｅ）の工程で、前記回折格子７１Ｂを形成された基板７１上に、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる導波層７３が、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法により、典型的には１５０ｎｍの厚さに堆積され、さらに前記導波層７３上に、非ドープＩｎＧａＡｓＰよりなるバリア層と非ドープＩｎＧａＡｓよりなる量子井戸層とをＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法により、交互にエピタキシャル堆積したＭＱＷ構造を有する活性層７４が形成される。バリア層と量子井戸層とはそれぞれ１０ｎｍおよび６ｎｍ程度の厚さを有し、例えば１０周期程度繰り返し形成される。このような非常に薄い量子井戸層中では、キャリアの閉じ込めに伴い、周知の量子準位および量子化された状態密度が形成される。
【００３４】
活性層７４上にはｐ型ＩｎＧａＡｓＰよりなるクラッド層７５が形成され、さらにクラッド層７５上にはｐ+ 型ＩｎＧａＡｓＰよりなるコンタクト層７６が形成される。
次に、図７（Ｆ）の工程で、図７（Ｅ）の構造がメサエッチングされ、それぞれ回折格子ピッチがΛ1 ，Λ2 ，Λ3 のメサ７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃが、互いに分離溝７０Ｄ，７０Ｅにより分離されて形成される。各々の分離溝７０Ｄ，７０Ｅは、基板７１の回折格子７１Ａよりも基板底面側に近いレベルまで垂直方向に延在し、その結果、前記回折格子７１Ａは、前記複数のメサ７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃに対応した、複数の相互に分離した回折格子（７１Ａ）1 ，（７１Ｂ）1 ，（７１Ｃ）1 に分かれる。
【００３５】
次に、図８（Ｇ）の工程で、前記分離溝７０Ｄ，７０ＥをＦｅ等の深い準位を形成する不純物でドープしたＩｎＰにより充填し、高抵抗の電流狭搾領域７７を形成する。さらに、図８（Ｈ）の工程で、図８（Ｇ）の構造の上主面上に、前記メサ７０Ａに対応して、上側電極（７８Ａ）1 ，（７８Ａ）2 ，（７８Ａ）3 が、メサ構造７０Ａの長手方向に沿って形成される。同様に、前記図８（Ｇ）の構造の上主面上には、前記メサ７０Ｂに対応して、上側電極（７８Ｂ）1 ，（７８Ｂ）2 ，（７８Ｂ）3 が、メサ構造７０Ｂの長手方向に沿って、また上側電極（７８Ｃ）1 ，（７８Ｃ）2 ，（７８Ｃ）3 が、メサ構造７０Ｃの長手方向に沿って形成される。
【００３６】
さらに、図８（Ｈ）の構造では、基板７１の下主面に、前記上側電極（７８Ａ）1 ，（７８Ｂ）1 ，（７８Ｃ）1 に対応して、前記メサ７０Ａの延在方向に直交する方向に、下側電極７９1 が形成されている。同様に、前記基板７１の下主面には、前記上側電極（７８Ａ）2 ，（７８Ｂ）2 ，（７８Ｃ）2 に対応して、前記メサ７０Ａの延在方向に直交する方向に下側電極７９2 が、また前記上側電極（７８Ａ）3 ，（７８Ｂ）3 ，（７８Ｃ）3 に対応して、前記メサ７０Ａの延在方向に直交する方向に下側電極７９3 が形成されている。
【００３７】
そこで、前記図８（Ｈ）の構造を、前記電極列（７８Ａ）1 〜（７８Ｃ）1 ，（７８Ａ）2 〜（７８Ｃ）2 ，（７８Ａ）3 〜（７８Ｃ）3 の各々に沿って壁開することにより、図１０（Ｉ）に示すレーザダイオードアレイが形成される。各々のレーザダイオードアレイでは、回折格子ピッチがそれぞれΛ1 ，Λ2 ，Λ3 の異なった、換言すると、発振波長の異なったＤＦＢレーザダイオードが集積されている。
【００３８】
先にも説明したように、本実施例では、回折格子露光時のプリズムとして、図１に示す連続的な傾斜面を有するプリズム２０を使うため、レーザダイオードアレイ中における個々のレーザダイオードの間隔が小さくても、プリズムの製造あるいはかかるプリズムを使った回折格子の露光が困難になることはない。さらに、プリズム２０には段差が存在しないため、露光される回折格子パターンが、かかるプリズム上の段差により回折された回折光により乱されることがない。
【００３９】
図１０（Ａ）は本実施例で使われる別のプリズム３０の構成を、また図１０（Ｂ）はプリズム３０により形成される回折格子の露光パターンを示す。
図１０（Ａ）を参照するに、プリズム３０上には、前記プリズム２０上の傾斜面２０Ａと同様な傾斜面３０が、前記第１の方向ないしｘ方向に繰り返し、傾斜角を上下に繰り返し変化させながら形成される。その結果、一の傾斜面３０Ａは隣接する傾斜面３０Ａと折り返し線ｆにおいて連続し、間に段差は形成されない。かかる傾斜面３０Ａを、プリズム３０の広い範囲に繰り返し形成することにより、図１０（Ｂ）に示す回折格子パターンを、基板７１を構成するＩｎＰウェハの実質的に全面に形成することが可能になる。
【００４０】
図１０（Ａ）の構成において、各々の湾曲面３０Ａの前記第２の方向への傾斜角φは、典型的には８〜１２°の範囲に設定され、また前記ｘ方向への幅Ｗは約６ｍｍに設定される。
次に、本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造方法について、図１１〜１５を参照しながら説明する。
【００４１】
図１１（Ａ）を参照するに、ｎ型ＧａＡｓ基板８１上にレジスト層８２がスピンコート法により塗布されており、図１１（Ａ）の工程では、かかるレジスト層８２上にＨｅ−Ｃｄレーザによる波長が３２５ｎｍのコヒーレント光ビーム４１，４２を照射し、生じた干渉パターンないし干渉縞を、前記レジスト膜８２上に露光する。
【００４２】
先に説明したのと同様に、ビーム４１および４２は、それぞれの波面の交線Ｘが基板面に平行に所定の方向、図示の例ではｘ方向に延在するように照射され、その結果、前記レジスト層８２上には、各々が略前記ｘ方向に延在する複数の縞よりなる干渉パターンが形成される。
【００４３】
その際、本実施例では、前記湾曲面４０Ａを形成されたプリズム４０を前記レジスト層８２上に、すなわち前記光ビーム４１，４２の光路中に配設し、かかるプリズム４０による光ビーム４１，４２の屈折により、前記レジスト層８２上に露光される干渉パターンを、先に図２（Ｂ）で説明したように、前記基板面上において前記ｘ方向に直角なｙ方向への繰り返しピッチが、前記ｘ方向に連続的に変化するように変形する。このようにして露光されたレジスト層８２の現像の後、図１１（Ｂ）に示すレジストパターン７２Ａが得られる。
【００４４】
次に、図１２（Ｃ）の工程で、前記ＧａＡｓ基板８１を、前記レジストパターン８２Ａをマスクにウェットエッチングし、前記基板８１の表面に、前記レジストマスク８２Ａに対応した多数の溝８１Ａを、典型的には３０ｎｍ程度の深さに形成する。
【００４５】
さらに、図１２（Ｄ）の工程で、前記レジストマスク８２Ａを溶解・除去し、基板８１の表面に、前記溝８１Ａにより回折格子８１Ｂを形成された構造が得られる。図１２（Ｄ）を参照するに、基板８１上の回折格子８１Ｂでは、ｙ方向へのピッチΛが、前記ｙ方向にΛ1 ，Λ2 ．Λ3 と変化している。ただしΛ1 ＞Λ2 ＞Λ3 の関係が成立する。
【００４６】
次に、図１３（Ｅ）の工程で、前記回折格子８１Ｂを形成された基板８１上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓよりなる導波層８３が、ＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法により、典型的には１５０ｎｍの厚さに堆積され、さらに前記導波層８３上に、非ドープＡｌＧａＡｓよりなるバリア層と非ドープＧａＡｓよりなる量子井戸層とをＭＢＥ法あるいはＭＯＣＶＤ法により、交互にエピタキシャル堆積したＭＱＷ構造を有する活性層８４が形成される。バリア層と量子井戸層とはそれぞれ１０ｎｍおよび６ｎｍ程度の厚さを有し、例えば６０周期程度繰り返し形成される。このような非常に薄い量子井戸層中では、キャリアの閉じ込めに伴い、周知の量子準位および量子化された状態密度が形成される。
【００４７】
活性層８４上にはｐ型ＡｌＧａＡｓよりなるクラッド層８５が形成され、さらにクラッド層８５上にはｐ+ 型ＧａＡｓよりなるコンタクト層８６が形成される。
次に、図１３（Ｆ）の工程で、図１３（Ｅ）の構造がメサエッチングされ、それぞれ回折格子ピッチがΛ1 〜Λ3 の範囲で変化するメサ８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃが、互いに分離溝８０Ｄ，８０Ｅにより分離されて形成される。各々の分離溝８０Ｄ，８０Ｅは、基板８１の回折格子８１Ａよりも基板底面側に近いレベルまで垂直方向に延在し、その結果、前記回折格子８１Ａは、前記複数のメサ８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃに対応した、複数の相互に分離した回折格子（８１Ａ）1 ，（８１Ｂ）1 ，（８１Ｃ）1 に分かれる。
【００４８】
次に、図１４（Ｇ）の工程で、前記分離溝８０Ｄ，８０ＥをＯ等の深い準位を形成する不純物でドープしたＧａＡｓにより充填し、高抵抗の電流狭搾領域８７を形成する。さらに、図１４（Ｈ）の工程で、図１４（Ｇ）の構造の上主面上に、前記メサ８０Ａに対応して、上側電極（８８Ａ）1 ，（８８Ａ）2 ，（８８Ａ）3 が、メサ構造８０Ａの長手方向に沿って形成される。同様に、前記図１４（Ｇ）の構造の上主面上には、前記メサ８０Ｂに対応して、上側電極（８８Ｂ）1 ，（８８Ｂ）2 ，（８８Ｂ）3 が、メサ構造８０Ｂの長手方向に沿って、また上側電極（８８Ｃ）1 ，（８８Ｃ）2 ，（８８Ｃ）3 が、メサ構造８０Ｃの長手方向に沿って形成される。
【００４９】
さらに、図１４（Ｈ）の構造では、基板８１の下主面に、前記上側電極（８８Ａ）1 ，（８８Ｂ）1 ，（８８Ｃ）1 に対応して、前記メサ８０Ａの延在方向に直交する方向に、下側電極８９1 が形成されている。同様に、前記基板８１の下主面には、前記上側電極（８８Ａ）2 ，（８８Ｂ）2 ，（８８Ｃ）2 に対応して、前記メサ８０Ａの延在方向に直交する方向に下側電極８９2 が、また前記上側電極（８８Ａ）3 ，（８８Ｂ）3 ，（８８Ｃ）3 に対応して、前記メサ８０Ａの延在方向に直交する方向に下側電極８９3 が形成されている。
【００５０】
そこで、前記図１４（Ｈ）の構造を、前記電極列（８８Ａ）1 〜（８８Ｃ）1 ，（８８Ａ）2 〜（８８Ｃ）2 ，（８８Ａ）3 〜（８８Ｃ）3 の各々に沿って壁開することにより、図１５（Ｉ）に示す、各々回折格子ピッチが異なった、すなわち発振波長の異なったレーザダイオードアレイが形成される。
【００５１】
さらに、図１５（Ｉ）のレーザダイオードアレイを個々のレーザダイオードに分割することにより、図１５（Ｊ）に示すように、発振波長の異なった多数のレーザダイオードを製造することができる。
先の実施例と同様に、本実施例でも、回折格子露光時のプリズムとして、図２（Ａ）に示す連続的な傾斜面を有するプリズム４０を使うため、レーザダイオードアレイ中における個々のレーザダイオードの間隔が小さくても、プリズムの製造あるいはかかるプリズムを使った回折格子の露光が困難になることはない。さらに、プリズム４０には段差が存在しないため、露光される回折格子パターンが、かかるプリズム上の段差により回折された回折光により乱されることがない。
【００５２】
図１６（Ａ）は本実施例で使われる別のプリズム５０の構成を、また図１６（Ｂ）はプリズム５０により形成される回折格子の露光パターンを示す。
図１６（Ａ）を参照するに、プリズム５０上には、前記プリズム４０上の傾斜面４０Ａと同様な傾斜面５０Ａが、前記第２の方向ないしｙ方向に繰り返し、傾斜角を上下に繰り返し変化させながら形成される。その結果、一の傾斜面５０Ａは隣接する傾斜面５０Ａと折り返し線ｆにおいて連続し、間に段差は形成されない。かかる傾斜面５０Ａを、プリズム５０の広い範囲に繰り返し形成することにより、図１２（Ｄ）に示す回折格子パターンを、基板８１を構成するＩｎＰウェハの実質的に全面に形成することが可能になる。
【００５３】
図１６（Ｂ）は、前記プリズム４０のさらに別の変形例によるプリズム５０’を示す。
図１６（Ｂ）を参照するに、プリズム５０’では、プリズム５０で使われていた繰り返される湾曲面５０Ａのかわりに一連の波形面５０Ａ’が形成される。かかる波形面では、プリズム５０において生じていたような折り返し線ｆが形成されることがなく、湾曲面と湾曲面との境界付近で生じていた光ビームの乱れがさらに低減される。
【００５４】
次に、本発明の第３実施例の原理について、図１８（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。
図２５で説明した従来のＤＦＢレーザダイオードは、レーザダイオードの長手方向上中央部の近傍に光子密度の極大が生じるように、回折格子の位相を回折格子ピッチのΛ／２だけずらしたΛ／２位相シフト領域１Ｂが形成される。
【００５５】
図１７は、このような位相シフト領域１Ｂを露光するために使われるマスクの原理を示す。
図１７を参照するに、マスクは屈折率ｎ1 が１．４７５のＳｉＯ2 よりなり厚さがｄのガラス板よりなり、これに対して第１および第２のコヒーレント光ビームＡ，Ｂが、屈折率ｎ0 が１の空気の側から、それぞれθ1 ，θ2 の入射角で入射される。
【００５６】
入射光ビームＡ，Ｂは、それぞれθ1 ’，θ2 ’の屈折角で屈折を生じるが、その際の干渉の結果、光ビームＡ，Ｂがなす角の二等分線に沿って、強力な見かけ上の光ビームＣが形成され、マスクにαの入射角で入射する。
このようにして形成された光ビームＣは、マスクに入射した後、α’の屈折角で屈折し、厚さがｄのマスク中を進行して出射点Ｄに到達するが、この出射点Ｄは、光ビームＣがマスク中を屈折せずに進行した場合に到達する仮想的な点Ｄ’から距離ｘだけずれる。そこで、基板上に露光される回折光子パターンの位置を、前記光ビームＡ，Ｂの光路中に、かかる厚さがｄのマスクを設け、厚さｄを適当に設定することにより、前記Λ／２位相シフト領域１Ｂにおいて、回折光子パターンを、領域１Ｂの右と左で互いにπラジアンだけシフトさせることが可能になる。
【００５７】
図１８は、本実施例による、このようなΛ／２位相シフト領域を形成できるプリズム２０’を示す。ただし、図１８のプリズム２０’は図１（Ａ）のプリズム２０の一変形例であり、従って先に説明した部分には同一の参照符号で示し、説明を省略する。
【００５８】
図１８を参照するに、プリズム２０’の底面には、深さがｄのｘ方向に延在する溝２０Ｇが、ｙ方向にピッチＬで繰り返し形成される。ただし、前記ピッチＬは、形成されるＤＦＢレーザダイオードの長さに略等しく設定される。かかるプリズム２０’をマスクに使うことにより、基板上に露光される回折格子パターンには、前記溝２０Ｇのｙ方向両端の段部に対応して、Λ／２位相シフト領域が形成される。形成される回折格子自体は、図１６（Ｄ）に示すように、ｙ方向へのピッチをｘ方向に連続的に変化させる構成を有し、前記Λ／２位相シフト領域として、図２５の位相シフト領域１Ｂと同様な位相シフト領域が、回折格子のｙ方向中央部近傍に形成される。
【００５９】
図１９（Ｂ），（Ｃ）は、図１９（Ａ）に示す角度がφの傾斜面を有するプリズムＰにおいて、深さがｄの溝Ｇを形成した場合における、Λ／２位相シフト領域の位置のずれ、およびかかる回折格子を使ったＤＦＢレーザダイオードの発振波長のずれを調べた結果をそれぞれ示す。ただし、図１９（Ｂ）および（Ｃ）の計算では、入射角θを４２．９°、溝の段差ｄを２．０μｍとし、傾斜角φを０から２０°まで変化させている。
【００６０】
図２４（Ｂ）よりわかるように、溝Ｇを形成した場合でも、波長多重化技術で必要とされる、１．５５μｍの波長を中心に、幅５．６ｎｍの範囲内では、Λ／２位相シフト領域の位置のずれは最大でも０．０８πラジアン程度であり、レーザダイオードの単一モード発振特性あるいはしきい値特性が悪影響を受けることはないことが確認される。
【００６１】
図２０は、図１８のプリズムを図１０（Ａ）の実施例に従って変形した構成のプリズム３０’を示す。プリズム３０’では、底面に前記プリズム２０’の溝２０Ｇと同様な溝３０Ｇが形成される。図２０のプリズムを使うことにより、Λ／２位相シフト領域を含む回折格子を、ウェハ上ｘ方向に、繰り返し形成することができる。
【００６２】
図２１は、図２０のプリズム３０’をさらに変形したプリズム３０”の構成を示す。
図２１を参照するに、プリズム３０”では、前記傾斜面３０Ａが、折り返し線ｇにおいて前記第２の方向にも繰り返され、その結果、Λ／２位相シフト領域を含む回折格子を、ウェハの実質的に全面に、繰り返し形成することができる。
【００６３】
図２２は、図１１（Ａ）のプリズム４０の一変形例によるプリズム４０’の構成を示す。ただし、図２２中先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図２２を参照するに、プリズム４０’の底面には、深さがｄのｘ方向に延在する溝４０Ｇが、ｙ方向にピッチＬで繰り返し形成される。ただし、前記ピッチＬは、形成されるＤＦＢレーザダイオードの長さに略等しく設定される。かかるプリズム４０’をマスクに使うことにより、基板上に露光される回折格子パターンには、前記溝４０Ｇのｙ方向両端の段部に対応して、Λ／２位相シフト領域が形成される。形成される回折格子自体は、図１２（Ｄ）に示すように、ｙ方向へのピッチをｙ方向に連続的に変化させる構成を有し、前記Λ／２位相シフト領域として、図２５の位相シフト領域１Ｂと同様な位相シフト領域が、回折格子のｙ方向中央部近傍に形成される。
【００６４】
図２３は、図１６（Ａ）のプリズム５０を図２２の実施例に従って変形した構成のプリズム５０”を示す。プリズム５０”では、底面に前記プリズム４０’の溝４０Ｇと同様な溝５０Ｇが形成される。図２３のプリズムを使うことにより、Λ／２位相シフト領域を含み、ピッチをｙ方向に変化させる回折格子を、ウェハ上ｙ方向に、繰り返し形成することができる。
【００６５】
図２４は、図２３のプリズム５０”をさらに変形したプリズム５０Ｍの構成を示す。
図２４を参照するに、プリズム５０”では、前記波形面５０Ａ’がｙ方向に繰り返され、その結果、Λ／２位相シフト領域を含み、ピッチをｙ方向に連続的に変化させる回折格子を、ウェハの実質的に全面に、繰り返し形成することができる。
【００６６】
ところで、前記Λ／２位相シフト領域を形成する実施例を除いた各実施例において、プリズム２０あるいは４０は上下反転して使うこともできる。また、図１６（Ａ）に示す上に凸な湾曲面を有するプリズムのかわりに、凹面を有するプリズムを使うこともできる。
【００６７】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１〜３記載の本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法において、前記第１および第２の光ビームを、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームのの光路中に挿入された、前記交線に平行な第１の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面を有する光学要素により屈折させることにより、単一の基板上に、第２の方向へのピッチが第１の方向に連続的に変化する回折格子を形成することが可能になる。かかる回折格子上にレーザダイオードを多数集積して形成することにより、波長多重化技術に適した異なった発振波長のレーザダイオードを集積したレーザダイオードアレイを簡単に形成することができる。
【００６９】
請求項４〜６記載の本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法において、前記第１および第２の光ビームを、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームのの光路中に挿入された光学要素により屈折させ、その際、前記光学要素に、前記交線の方向に平行な前記第１の方向に整列した複数の領域を形成し、前記複数の領域の各々に、前記第１の方向に傾斜し、さらに前記第１の方向に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面を形成することにより、前記第２の方向へのピッチを前記第１の方向に連続的に変化させる回折格子を、前記基板上に、前記第１の方向に繰り返し形成することが可能になる。
【００７０】
請求項７記載の本発明の特徴によれば、さらに、前記レジスト層を現像してレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクに前記基板をエッチングして回折格子を、前記第２の方向への回折格子のピッチが、前記第１の方向で変化するように形成し、前記回折格子を形成した基板上に、前記第１の方向に整列して、各々前記第２の方向に延在する複数のレーザダイオードを形成することにより、同一の基板上に、各々の発振波長が異なった複数のレーザダイオードを、第１の方向に整列して、同時に形成することが可能になる。
【００７１】
請求項８，９に記載の本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法において、前記第１および第２の光ビームを、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームのの光路中に挿入された、前記交線に平行な第１の方向に直交する第２の方向に傾斜した平滑な傾斜面を有する光学要素で屈折させることにより、前記第２の方向へのピッチを前記第２の方向に連続的に変化させる回折格子を形成することが可能になる。
【００７２】
請求項１０〜１２記載の本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法において、前記第１および第２の光ビームを前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームのの光路中に挿入された光学要素により屈折させ、その際、前記光学要素として、前記交線の方向に平行な前記第１の方向に整列した複数の領域を含み、前記複数の領域の各々は、前記第１の方向に傾斜し、さらに前記第１の方向に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面を有する光学要素を使うことにより、前記基板上に、前記第２の方向へのピッチが前記第１の方向に連続的に変化する複数の回折格子を、前記第１の方向に整列して、繰り返し形成することが可能になる。
【００７３】
請求項１３記載の本発明の特徴によれば、さらに、前記レジスト層を現像して、レジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクに前記基板をエッチングして回折格子を、前記第１の方向への回折格子のピッチが、前記第１の方向で変化するように形成し、前記回折格子を形成した基板上に、前記第２の方向に整列して、各々前記第１の方向に延在する複数のレーザダイオードを形成することにより、発振波長の異なったレーザダイオードを、同一基板上に、同時に形成することが可能になる。
【００７４】
本発明の特徴によれば、第１の導電型を有し、第１および第２の方向に延在する半導体基板上に、各々大略前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に繰り返される複数の溝よりなり、前記第２の方向に測ったピッチが、前記第１の方向に向かって連続的に変化する回折格子と、前記第１の導電型を有する導波層と、活性層と、第２の導電型を有するクラッド層と、前記第２の導電型を有するコンタクト層とを順次形成することにより、発振波長が異なった複数のレーザダイオードを単一の基板上に集積したレーザダイオードアレイを形成することが可能になる。また本発明の特徴によれば、第１の導電型を有し、第１および第２の方向に延在する半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、各々大略前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に繰り返される複数の溝よりなり、前記第２の方向に測ったピッチが、前記第１の方向に向かって連続的に変化する回折格子と、前記回折格子上に形成された導波層と、前記導波層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたクラッド層と、さらに前記クラッド層上に形成された第２の導電型を有するコンタクト層とよりなることを特徴とする光半導体装置が可能になる。
【００７５】
また本発明の特徴によれば、第１の導電型を有し、第１および第２の方向に延在する半導体基板上に、各々前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に繰り返される複数の溝よりなり、前記溝の前記第２の方向に測った繰り返しピッチが前記第２の方向に連続的に変化する回折格子と、前記第１の導電型を有する導波層と、活性層と、第２の導電型を有するクラッド層と、前記第２の導電型を有するコンタクト層とを順次形成することにより、回折格子のピッチが回折格子の延在方向に変化する光半導体装置が形成される。かかる光半導体装置を、前記回折格子の延在方向で複数の部分に分割することにより、異なった発振波長のＤＦＢレーザダイオードを同時に得ることができる。
【００７６】
また本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる回折格子の形成方法において、前記第１および第２の光ビームを、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入された、前記交線に平行な第１の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面を有する光学要素により屈折させることにより、単一の基板上に、第２の方向へのピッチが第１の方向に連続的に変化する回折格子を形成することが可能になる。
【００７７】
また本発明の特徴によれば、基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と、前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と、前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる回折格子の形成方法において、前記第１および第２の光ビームを、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射し、さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入された、前記交線に平行な第１の方向に直交する第２の方向に傾斜した平滑な傾斜面を有する光学要素で屈折させることにより、前記第２の方向へのピッチを前記第２の方向に連続的に変化させる回折格子を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図（その一）である。
【図２】本発明の原理を説明する図（その二）である。
【図３】本発明の原理を説明する図（その三）である。
【図４】図３の構成における回折格子パターンの計算例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その一）である。
【図６】本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その二）である。
【図７】本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その三）である。
【図８】本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その四）である。
【図９】本発明の第１実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その五）である。
【図１０】本発明の第１実施例の変形例を説明する図である。
【図１１】本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その一）である。
【図１２】本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その二）である。
【図１３】本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その三）である。
【図１４】本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その四）である。
【図１５】本発明の第２実施例によるレーザダイオードアレイの製造工程を示す図（その五）である。
【図１６】本発明の第２実施例の変形例を示す図である。
【図１７】本発明の第３実施例の原理を説明する図である。
【図１８】本発明の第３実施例による回折格子の露光を説明する図である。
【図１９】本発明の第３実施例による回折格子の露光を説明する別の図である。
【図２０】本発明の第３実施例の一変形例を示す図である。
【図２１】本発明の第３実施例の別の変形例を示す図である。
【図２２】本発明の第３実施例のさらに別の変形例を示す図である。
【図２３】本発明の第３実施例のさらに別の変形例を示す図である。
【図２４】本発明の第３実施例のさらに別の変形例を示す図である。
【図２５】従来のＤＦＢレーザダイオードの構成を示す図である。
【図２６】従来のＤＦＢレーザダイオードの製造において使われていた回折格子の形成方法の原理を示す図である。
【図２７】従来知られていた、回折格子のピッチを変調する方法の原理を説明する図である。
【図２８】本発明の発明者が先に提案した、回折格子の露光の際にピッチを局部的に変調するための構成を示す図である。
【図２９】別の従来提案されている、基板上に異なったピッチの回折格子を同時に形成するための構成、およびかかる構成により形成される回折格子の例を示す図である。
【符号の説明】
１，１１，７１，８１ 基板
１Ａ，１１Ａ〜１１Ｄ，７１Ａ，（７１Ａ）1 〜（７１Ａ）3 ，８１Ａ，８１Ｂ回折格子
２，７３，８３ 導波層
３，７４，８４ 活性層
４，７５，８５ クラッド層
５，７６，８６ コンタクト層
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，（７８Ａ）1 〜（７８Ａ）3 ，（７８Ｂ）1 〜（７８Ｂ）3 ，（７８Ｃ）1 〜（７８Ｃ）3 ，（８８Ａ）1 〜（８８Ａ）3 ，（８８Ｂ）1 〜（８８Ｂ）3 ，（８８Ｃ）1 〜（８８Ｃ）3 上側電極
７，７９1 〜７９3 ，８９1 〜８９3 下側電極
１０，２０，３０，４０ プリズム
１０Ａ〜１０Ｄ，２０Ａ，３０Ａ，４０Ａ プリズム面
２０Ｒ，４０Ｒ 基準面
２１，２２，４１，４２，６１，６２ 入射光ビーム
６０ レンズ
７０Ａ〜７０Ｃ，８０Ａ〜８０Ｃ メサ
７０Ｄ，７０Ｅ，８０Ｄ，８０Ｅ 分離溝
７２，８２ レジスト層
７２Ａ，８２Ａ レジストパターン
７７，８９ 高抵抗層
Claims (7)
- 基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記基板上であって前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入されたプリズムまたは平凸レンズよりなる光学要素によって、前記第１および第２の光ビームを屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１および第２の光ビームが入射する入射面の全体にわたり、前記交線に平行な第１の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な湾曲面が形成されており、
前記湾曲面は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、各々前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで連続的に変化するように形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 前記湾曲面は、前記基板に平行な面内で前記第１の方向に延在する第１の辺と、前記第１の辺に連続し、前記基板に平行な面内で前記第２の方向に延在する第２の辺と、前記第１の辺に連続し、前記第２の辺に対向して前記第２の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第３の辺と、前記第２および第３の辺に連続し、前記第１の辺に対向して前記第１の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第４の辺とにより画成されることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置の製造方法。
- 基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記基板上であって前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入されたプリズムよりなる光学要素によって前記第１および第２の光ビームを屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１の光ビームと第２の光ビームが入射する入射面の全面にわたり、前記交線に平行な第1の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面が形成された複数の領域が形成されており、
前記複数の領域は、前記光学要素全体にわたって前記交線の方向に平行な前記第1の方向に整列しており、
前記光学要素において、前記複数の領域は、前記第１の方向への傾斜角を前記第１の方向に沿って正負交互に変化させ、前記第１の方向に隣接する傾斜面に連続し、
前記複数の領域は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、各々前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで変化するように形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 前記各々の傾斜面は、前記基板に平行な面内で前記第１の方向に延在する第１の辺と、前記第１の辺に連続し、前記基板に平行な面内で前記第２の方向に延在する第２の辺と、前記第１の辺に連続し、前記第２の辺に対向して前記第２の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第３の辺と、前記第２および第３の辺に連続し、前記第１の辺に対向して前記第１の方向に延在する、前記基板面に対して傾斜した第４の辺とにより画成されることを特徴とする請求項３記載の光半導体装置の製造方法。
- さらに、前記レジスト層を現像して、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクに前記基板をエッチングして回折格子を、前記第２の方向への回折格子のピッチが、前記第１の方向で変化するように形成する工程と、
前記回折格子を形成した基板上に、前記第１の方向に整列して、各々前記第２の方向に延在する複数のレーザダイオードを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜４記載の光半導体装置の製造方法。 - 基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる光半導体装置の製造方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記第１および第２の光ビームを、前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入された光学要素により屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１の光ビームと第２の光ビームが入射する入射面の全面にわたり、前記交線に平行な第1の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜面が形成された複数の領域が形成されており、
前記複数の領域は、前記光学要素全体にわたって前記交線の方向に平行な前記第1の方向に整列しており、
前記光学要素において、前記複数の領域は、前記第１の方向への傾斜角を前記第１の方向に沿って正負交互に変化させ、前記第１の方向に隣接する傾斜面に連続し、
前記複数の領域は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、各々前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで変化するように形成することを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 基板上に、第１の光ビームと第２の光ビームとを、互いに異なった入射角で照射し、互いに干渉させる工程と；
前記基板上に形成されたレジスト層を、前記第１および第２の光ビームの干渉により形成された干渉縞に従って露光する工程と；
前記基板上に、前記干渉縞に従って、回折格子を形成する工程とよりなる回折格子の形成方法であって、
前記第１および第２の光ビームは、前記第１の光ビームの波面と前記第２の光ビームの波面との交線が、前記基板面に平行になるように照射され、
さらに、前記基板上であって前記第１および第２の光ビームの光路中に挿入されたプリズムまたは平凸レンズよりなる光学要素によって、前記第１および第２の光ビームを屈折させる工程を含み、
前記光学要素には、前記第１および第２の光ビームが入射する入射面の全体にわたり、前記交線に平行な第１の方向に傾斜し、さらに前記交線に直交する第２の方向にも傾斜した平滑な傾斜湾曲面が形成されており、
前記傾斜湾曲面は、前記基板上に、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームの干渉により、前記第１の方向に延在し前記第２の方向に繰り返される複数の縞よりなる干渉パターンを、前記第２の方向への繰り返しピッチが、前記第１の方向に第１の値から第２の値まで連続的に変化するように形成することを特徴とする回折格子の形成方法。
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