JPH02197186A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （概要〕 半導体装置の製造方法に関し、更に詳しく言えば、短波
長帯の分布帰還（ＯＦＩＩ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　
Ｆｅｅｄｂｌｌｌｃｋ）型またはＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉ
ｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔ−−１ｏｎ）
型半導体レーザの回折格子の作成方法に関し、 短波長帯の波長をもつ光の増幅が可能な半導体装置の回
折格子を作成することを目的とし、クラッド層の上に、
第１の屈折率の半導体層を形成する工程と、前記半導体
層の上に２光束干渉露光法によりマスク用の保護膜を形
成する工程と、前記保！！膜をマスクとして半導体層の
表面をエツチングして特定の周期を有する四部および凸
部を形成する工程と、前記保ｉ！膜をマスクとして前記
凸部の側面から前記半導体層に元素を拡散し、該元素が
拡散されて屈折率が第２の屈折率に変化した半導体層を
形成し、かつ元素が拡散されないで残った第１の屈折率
の半導体層の幅と前記四部の幅とを等しくする、または
ほぼ等しくする工程と、前記保護膜を除去した後、前記
凹部および凸部を被覆するように第１の屈折率と等しい
か、またはほぼ等しい半導体層を形成する工程とを含み
構成する。

（産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、更に詳しく言
えば、短波長帯の分布帰還（ＤＦＢ：Ｄｉｓ　Ｌｒ１ｈ
ｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ）型またはＩ）Ｂｌｌ（Ｄ
ｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂ−ｒａＩｉｇ　Ｒｅｆｌｅｃ
ｔｉｏｎ）型半導体レーザの回折格子の作成方法に関す
る。

半導体レーザは光ディスクへの記録のための光源として
用いられている。情報処理量の増大とともに、光ディス
クには記憶容量を飛躍的に増大させる方式としてフォト
ケミカルホールバーニングを利用した波長多重記録方式
が採用されてきている。このため、短波長帯の単一波長
の光を取り出せる叶Ｂ型またはＤｌｌＲ型半導体レーザ
が必要とされており、そのためには、短波長帯の波長の
光を増幅することのできる回折格子を作成する方法が必
要となる。

（従来の技術） ＤＦＢ型またはＤＢＲ型半導体レーザの回折格子を作成
する方法として、ｌ１ｅ−Ｃｄ　レーザを用いた２光束
干渉露光法を利用したものがある。

第７図は、この方法を用いて叶Ｂ型型半導体レーザの回
折格子を作成する方法を説明する断面図である。

まず同図（ａ）に示すように、屈折率ｎ、が約３．３に
なるように組成が調整されたＡｌＧａＡｓ混晶からなる
基板１７の上に塗布・硬化したポジホトレジスト膜１８
に、Ｈｅ−Ｃｄ　レーザを２方向から照射して明暗の周
期式をもつ干渉縞を転写する。

次に同図（ｂ）に示すように、ホトレジスト１１２１Ｂ
を現像すると、転写された干渉縞の明部に対応したホト
レジスト９１８が選択的に除去される。その後、選択的
に除去されたホトレジスト膜１８ａをマスクとして基板
１７をエツチングすると、周ＪＩＪＩＡを有する凹部１
９ａおよび凸部１９ｂが形成される。

次に同図（ｃ）に示すように、マスクとして用いたホト
レジスト膜１８ａを除去した後、屈折率ｎ。

が約３．５５となるように調整された組成をもつＡｌＧ
ａＡｓ混晶を、凹部１９ａおよび凸部１９ｂの上に積層
して導波路層２０を形成する。このとき、前記凹部１９
ａには屈折率ｎ、のＡｌＧａＡｓ混晶ｔ品が埋め込まれ
、埋込部１７ａが形成される。

次に、この上に不図示の活性層、クラッド層およびコン
タクト層を順次形成して叶ｎ型半導体レーザが完成する
。

ところで、上記のｌ１ＦＢ型半導体レーザにおいては、
小さい屈折率ｎ４をもつ凸部１９ｂと大きい屈折率ｎｓ
をもつ埋込部１７ａとが周期式で並んでおり、活性層で
発生した光に対して回折格子２１を構成する。すなわち
、導波路１１！２０を走行する光は、周ｕ、ｕ　Ａに対
応してブラッグの反射の条件λ・２・　ｎ、　・　Δ・
・・（１） （但し、ｎ、は導波路層の屈折率。） で決まる波長λの光が増幅される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、短波長帯、例えば波長（λ）０．６９μｍの
光をとり出すためには、（１）式から周回△が１０００
人程度０回折格子が必要である。

しかし、２光束干渉露光法によって回折格子を作成する
という従来の方法によれば、波長が０．３２５　μｍの
ｔｌｅ−Ｃｄ　レーザを用いて作成される回折格子層２
１は周期Δが約２０００人までである。

このため、短波長帯の光の発振が可能な十分に小さい周
期をもつ回折格子が得られないという問題がある。

また、Ｈｅ−Ｃｄ　レーザよりも短い波長のレーザ、例
えばエキシマレーザを用いて行う２光束干渉露光法も考
えられるが、エキシマレーザは連続動作が困難でパルス
動作の使用に限定されるため、光軸合わせが難しくまた
単一波長が得にくい。

従って現状では、２光束干渉露光法による回折格子の作
成には使用できないという問題もある。

そこで本発明は、上記の問題に鑑みて創作されたもので
あり、短波長帯の波長をもつ光の増幅が可能な十分小さ
い周期をもつ回折格子を作成できる方法の捷供を目的と
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、クラッド層ｌの上に、第１の屈折率の半導
体層２を形成する工程と、前記半導体層２の上に２光束
干渉露光法によりマスク用の保護膜３を形成する工程と
、前記保３１膜３をマスクとして半導体層２の表面をエ
ツチングして特定の周期を有する凹部５ａおよび凸部５
ｂを形成する工程と、前記保護膜３ａをマスクとして前
記凸部５ｂの側面から前記半導体層２に元素を拡散して
、該元素が拡散されて屈折率が第２の屈折率に変化した
半導体Ｊｔｉ６ａを形成し、かつ該元素が拡散されない
で残った第１の屈折率の半導体層７の幅と前記凹部５ａ
の幅とを等しくする、またはほぼ等しくする工程と、前
記保護膜３ａを除去した後、前記凹部５ａおよび凸部５
ｂを被覆するように第１の屈折率と等しいか、またはほ
ぼ等しい半導体層９および８ａを形成する工程とを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法によって達成さ
れる。

〔作用］ 本発明の半導体装置の回折格子の作成方法によれば、凹
部５ａの半導体層９の屈折率をｎｌ、その幅をＷｌとし
、元素が拡散されて形成された半導体１１６ａの第２の
屈折率をｎｌ、その幅をｗ２とし、元素が拡散されない
で残った半導体層７の第１の屈折率をｎｓ　　（ζｎ、
）、その幅をＷｉ　　（”＝Ｗ＋　）とすると、半導体
層９　（ｎ２．Ｗｌ　）／半導体層６ａ　（ｎｚ　、　
Ｗｘ　）　／’ｔ’導体層７　（ｎｚ　’＝１．．Ｗ、
１　：Ｗｌ）／半導体層６ａ　（ｎｚ　、　Ｗｔ　）　
／＝−０）ように並べることができるので、屈折率を交
互に変化させることができる。

その周期の関係を式で示すと、 Ａ２　−Ｗｌ　　＋Ｗ２　　＋ＶＬ／ｌ　　＋　Ｗ２Ｌ
ｉ２　・（Ｗｌ　　＋Ｗｉ） ミ２　・Ａ。

（但し、Ａ２は凹部５ａあるいは凸部５ｂの周期）とな
る。このようにして、２光束干渉露光法を用いて形成さ
れたパターンの周期八２をその半分のＡ、　とすること
ができる。

〔実施例］ 次に、本発明の実施例について図を参照しながら説明す
る。

第１図は、本発明の実施例の回折格子の作成方法を説明
する断面図である。

まず、同図（ａ）に示すように、不図示のｐ型ＧａＡｓ
からなる基板上の厚さ１．３　μ鴎のρ型へＩＸ　Ｇａ
＋−ｘ　Ａ！１（Ｘ＝０．７）からなるクラシトｗ４１
の上に、厚さＬ２が７３人の＾ＩＡｓ層と厚さＬＢが５
３人のＧａＡｓ層とをＡｌＡｓ層２ａ／　ＧａＡｓ［２
ｂ／　ＡｌＡｓ層２ｃ／・・・／ＡｌＡｓ１ｉ２ｉのよ
うに交互に結晶成長して＾ＩＡｓ層が５層、ＧａＡｓ層
が４Ｍの超格子Ｎ（半導体層）２を形成する。なお、短
波長帯の波長０．６９μ艶に相当する光のエネルギー（
ｈν）１．８ｅνに対応したこの超格子層２の屈折率ｎ
、は、第６図に示すように３．５５になっている。

次に同図（ｂ）に示すように、超格子ｊ！ｌ’ｉ２の上
にＳ　ｉ　Ｏｔ　膜（保護Ｍ）　　３を化学的気相成長
（ＣＶＤ：Ｃｈｅｗｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）法で堆積した後、ポジレジスト膜４を形成
する。次いで、波長が３２５０人の１ｌｅ−Ｃｄレーザ
を用いて２光束干渉露光法により明部または暗部の周！
ＩＪ＋　Ａ　ｚが約２０００人の干渉縞をレジスト膜４
に転写する。

なお、明部の幅は露光時間およびレジストｌ！９４の厚
さにより調整できる。ここではその幅は５００人に調整
されている。

次に同図（ｃ）に示すように、ポジレジスト膜４を現像
すると明部のレジスト膜が除去される。その後、明部が
除去されたレジスト膜４ａをマスクとして５ｔｏｔｌｌ
＊３をＣＦ、ガスによりドライエ・ソチングすると、明
部の幅に対応した幅の開口部４ａが形成される。なお、
開口部４８の幅はエツチング時間を′：５Ａ整すること
により調整することができる。

次に、残存したＳｔ（ｈＭ　（保３１を膜）３ａをマス
クとして超格子層２をエツチングして除去し、凹部５ａ
（幅Ｗ＋）および凸部５ｂを形成する。なお、凹部５ａ
の幅と凸部５ｂの幅とを加えた長さは周期八、の長さに
等しくなっている。

その後、レジスト膜４ａを除去した後、ＳｉＯ□Ｉｆ！
３ａをマスクとして亜鉛拡散を行い、残存している凸部
５ａの側部に幅約５００人の亜鉛拡散胴６を形成する（
同図（ｄ）参照）。

この亜鉛拡散層６は導入された亜鉛によって超格子が無
秩序化されて形成されたＡＩＧａＡｓｒＪ％晶からなる
幅Ｗ、の無秩序層（半導体ｒｆ４）６ａとなっている。

また、亜鉛拡散されていない超格子層（半導体層）７の
幅Ｗ、は凹部の幅Ｗ１とほぼ等しくなるように調整され
ている。

なお、上記の亜鉛拡散は浅い拡散や深さの精度を要求さ
れるため、第３図の閉管を用いた閉管法により行われる
。

第３図は亜鉛の熱拡散を行うための閉管法に用いる閉管
の構成を示す図であり、図中符号ｌｏｔは石英管、１０
２は溶着により封じられた封止箇所、１０３は拡散が行
われるウェハ、１０４は拡散不純物ソースとしてのＺｎ
Ａｓｚソースを表す０石英管中の真空度はＩ　Ｘ　１０
””Ｔｏｒｒとなっている。拡散を行う際は、５５０°
Ｃに昇温されている拡散炉に上記の石英管を入れて熱処
理を施す。

次に同図（ｔ＋）に示すように、マスクとして用いたｓ
＋ｏ□膜３ａを除去した後、全面にＡＩＸ　Ｇａｐ−ｘ
＾ｓ（ｘ・０．３７５）混晶を堆積して、埋込部（半導
体層）９および混晶層（半導体ＩＩ）８ａを形成すると
、この埋込部９と無秩序層６ａと超格子１？Ｗ７とが回
折格子層１０となる。また、この回折格子層ｌＯと混晶
層８ａとが短波長帯の波長をもつ光の走行する導波路層
８となる。なお、Ａ１．　Ｇａｐ−、＾ｓ　（Ｘ＝０　
、３７５）混晶からなる埋込部９および混晶ＦＦ１８ａ
の屈折率ｎ、は第５図に示すように３．５となる。

ところで、上記の無秩序層６ａは超格子が無秩序化され
て形成されたＡｌＧａＡｓ１ｌ！晶からなっており、屈
折率ｎ２はその組成に対応して約３．３４になっている
。

すなわち、各層が５３人の厚さＬ２もつ４層の６８１１
ｓ層および各層が７３人の厚さり、もつ５層のへ１＾Ｓ
層で決まる等価的なＡ１の組成比は Ｉｌｌ　　・Ｌｓ／（ａｍ−Ｌｍ　＋ｍｚ　　’Ｌ２）
（但し、−■はＡ１＾ｓ［の層数、１１２はＧａＡｓ１
ｉの層数を表す、） で表され、実施例の場合０．６３となる。従って、短波
長帯の波長０．６９μｍに相当する光のエネルギー０１
νＮ、８ｅＶに対応した屈折率ｎ２は第５図より約３．
３４となる。

従って回折格子層１０は、埋込部９　（ｎ＋−３，５）
／無秩序Ｎ６ａ　（ｎ　ｚ　＝３．３４）　／超格子層
７（ｎ。

＝３．５５）　／無秩序層６ａ　（ｎｚ　＝３．３４）
　／・・・のように屈折率が交互に変化している。

更に、上記の屈折率の変化の周期Δ１は２光束干渉ｎ光
法で得られた周期へ□の約半分になっている。すなわち
、埋込部９の幅Ｗ１と亜鉛拡散されていない超格子ｊｉ
７の幅Ｗ、とはほぼ等しくされているので、 Δ＊　−Ｗｔ　＋Ｗ！　−１−Ｗｓ　＋Ｗ２−２　・（
Ｗｔ　　＋Ｗ２　） −２・Δ、　＝２０００人 従って、八、　！−１Ａｔ／２　！−１１０００人とな
る。

このようにして回折格子層ＩＯは、第４図に示すように
、１０００人の周期へ、で屈折率が交互に変化している
。

このため、屈折率ｎ、の導波路層８を走行する光は、ブ
ラッグの反射の条件に従って周期へ、に対応した波長、
この場合には約０．７μｍの波長の光が増幅されるので
、この回折格子層ｌＯは短波長帯の波長をもつ光に対す
る回折格子の働きをする。

これにより、短波長帯の波長をもつ光が発振可能な回折
格子が作成できる。

なお上記の実施例では、超格子層を無秩序化するための
不純物元素として亜鉛を用いたが、これに限定されるも
のではない。更に、超格子層の代わりに元素を導入する
と屈折率が変化する半導体′４用いてもよい。

ン′ 次に、この回折格子を適用した叶Ｂ型半導体レーザの構
造を第２図を参照しながら説明する。

第２図は、第１図の回折格子をＯＲＢ型半導体レーザに
適用した例を示す断面図で、図中符号が第１図の符号と
同一のものは第１図と同一のものを表しており、説明は
省略する。

第１図に記載した符号以外の符号は、ｌａはρ型ＧａＡ
ｓからなる基板で、この基板ｉｂ上に第１図に示すクラ
ッド層ｌと同一の第１のクラッド層１ａが形成されてい
る。

また、この上には第１図で説明した無秩序Ｊｉ６ａ超格
子層７および埋込部９からなる回折格子層ｌＯと、その
上の混晶Ｊｌｉ８ａとで構成される導波路層８が設けら
れている。

そしてその上には、短波長帯のレーザ光を発生するｐ型
Ａ１、Ｇａ１−、Ａｓ（ｘ＝０．３）からなる活性層１
２がｆｆｆｉＪ！され、この上にｎ型Ａｌ＋＋　Ｇａ＋
−ｘ＾５（ｘ＝０．７）からなる第２のクラッド層１３
、ｎ型ＧａＡｓからなるコンタクトＩ？ｉ１４が順次積
層されている。

また、コンタクｌ−ＩＭＩ４には＾ｕ／ＡｕＧｅからな
るＮ電極■５が、基板１ａには＾ｕ／Ｚｎ／＾Ｕからな
るＰ１１極１６がそれぞれ形成されている。

ところで、」二記の叶Ｂ型半導体レーザはＮ電極１５に
負の電圧を、ＰＴＬ極１６に正の電圧をそれぞれ印加し
て電流を流すき、電子が第２のクランド層１３から、ま
た正孔が導波路層８からそれぞれ活性層１２へ注入され
再結合する。再結合すると土として活性層１２の組成に
対応する波長の光が発する。

この光は導波路層８を走行するうちに上記の回折格子層
ＩＯによって反射され増幅されて不図示の端面から波長
０．７　μｍのレーザ光として外部へ射出される。

このように本発明の方法で作成された回折格子を適用し
たＤＦＢ型半導体レーザによれば、車−の短波長帯の波
長をもつレーザ光を取り出せる。

なお、本発明の方法で作成された回折格子はＤＦＢ型半
導体レーザのみならず、０８１？型半導体レーザにも適
用できる。

（発明の効果〕 以上のように、本発明の半導体装置の回折格子の作成方
法によれば、元素の拡散されていない半導体層、元素が
拡散されて形成された半導体層および凹部の半導体層で
構成される回折格子層の屈折率を、２光束干渉露光法に
よって形成されるパターンの周期の約半分の周期で交互
に変化させることができる。

これにより、現在例えばＨｅ−Ｃｄ　レーザを用いた２
光束干渉露光法によって約２０００人の周期的なパター
ンが得られているので、短波長帯の波長の光を発振させ
るために十分に小さな約１０００人の周期をもつ回折格
子を作成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施例の回折格子の
作成方法を説明する断面図、 第２図は、本発明の実施例の方法で作成された回折格子
を有する叶Ｂ型半導体レーザの断面図、第３図は、閉管
法による亜鉛拡散に用いる閉管の構成を示す図、 第４図は、本発明の実施例の方法で作成された回折格子
の屈折率の分布を示す図、 第５図は、＾Ｉ、　Ｇａ＋−＋＋　Ａｓの屈折率の組成
依存性を示す図、 第６図は、ＧａＡｓ−ＡｌＡｓ超格子層の屈折率スペク
トルを示す図、 第７図は、従来例の回折格子の作成方法を説明する断面
図である。 〔符号の説明〕 １・・・クラッド層、 ｌａ・・・第１のクラッド層、 ｉｂ、　１７・・・基板、 ２．７・・・超格子層（半導体層）、 ２ａ、　２ｃ、　２ｅ、　２ｇ、　２ｉ−ＡＩＡｓ層、
２ｂ、　２ｄ、　２ｆ、　２ｈ−ＧａＡｓ層、３　、３
ａ”’５ｉＯｚ膜（保護膜）、４　４ａ、　１８．１８
ａ　＝・ポジレジスト膜、５ａ、　１９ａ・・・凹部、 ５ｂ、　１９ｂ・・・凸部、 ６・・・亜鉛拡散層、 ６ａ・・・無秩序Ｎ（半導体層） ８．２０・・・導波路層、 ８ａ・・・混晶Ｎ（半導体層）、 ９・・・埋込部（半導体Ｎ）、 １０、２１・・・回折格子層、 １２・・・活性層、 １３・・・第２のクラッド層、 １４・・・コンタクト層、 １５・・・Ｎ電極、 １６・・・Ｐ電極、 ２０ａ・・・混晶層、 １０１・・・石英管、 １０２・・・封止箇所、 １０３・・・ウェハ、 １０４−ＺｎＡｓｚ　ソース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 クラッド層（１）の上に、第１の屈折率の半導体層（２
   ）を形成する工程と、 前記半導体層（２）の上に２光束干渉露光法によりマス
   ク用の保護膜（３）を形成する工程と、前記保護膜（３
   ）をマスクとして半導体層（２）の表面をエッチングし
   て特定の周期を有する凹部（５ａ）および凸部（５ｂ）
   を形成する工程と、前記保護膜（３ａ）をマスクとして
   前記凸部（５ｂ）の側面から前記半導体層（２）に元素
   を拡散し、該元素が拡散されて屈折率が第２の屈折率に
   変化した半導体層（６ａ）を形成し、かつ元素が拡散さ
   れないで残った第１の屈折率の半導体層（７）の幅と前
   記凹部（５ａ）の幅とを等しくする、またはほぼ等しく
   する工程と、 前記保護膜（３ａ）を除去した後、前記凹部（５ａ）お
   よび凸部（５ｂ）を被覆するように第１の屈折率と等し
   いか、またはほぼ等しい半導体層（９および８ａ）を形
   成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
   方法。