JPH02253203A - グレーティングの作製方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光通信などに使用される各種光半導体素子に
形成されるグレーティングの作製方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 周期的な凹凸や屈折率分布、つまりグレーティングを先
導波層の近傍に形成することにより、光導波層を通る光
のうち特定の波長を反射する機能を与えることができる
。例えば、発光素子である半導体レーザにグレーティン
グを導入して分布帰還型や分布ブラッグ反射型にした場
合には、高速変調時に波長安定させることが可能となる
。また、光検出器の前段に置けば、特定の波長がここで
反射されるため光検出器に波長選択機能を付加すること
が可能となる。このように各種光半導体素子にグレーテ
ィングを導入することにより、素子本来の性能を向上し
たり、機能を付与することができる。

光半導体素子に使用されるグレーティングは、基板」二
に周期的に凹凸を形成したレリーフ型か、あるいは周期
的に屈折率を変えた屈折率変調型でつくられる。このう
ちレリーフ型は、従来、フォトレジストを基板上に塗布
しそこに何らかの方法でグレーティングパターンを形成
したのち、各種エツチング方法により凹部を作る方法が
一般的である。レジストのグレーティングパターンは、
（１）露光マスクを用いた通常のフォトリソ法、（２）
コヒーレントな露光光源を二光束に分岐し、レジスト表
面で干渉させ干渉縞を露光する三光束干渉露光法、 （３）電子ビームでレジスト上に直接描画してレジスト
パターンをつくる電子ビーム露光法、等があげられる。

このあとレジストパターンをマスクとして、各種エツチ
ングを施して周期的な凹凸を作製する。

この他に、レジストパターンを用いずに、集束イオンビ
ームを操作してイオンを打ち込み、イオンの衝撃でスパ
ッタするか、あるいはイオン打ち込み後、イオン打ち込
み箇所をエツチングして選択的に除去し、周期的な凹凸
を作製する方法もある。

［発明が解決しようとしている課題］ しかしながら、上記従来例では以下のような欠点があっ
た。

光半導体素子が必要とするグレーティングのピッチは細
かいため、再現性よく作製するのが困難である０例えば
、光通信の分野で使用されている光源の波長は、０．８
μ＋＊Ｎ１．５μｌであり、そこで必要なグレーティン
グのピッチは２次のものを用いたとしても０．２３〜０
．４７μｍ、１次のものを用いる場合では０．１１〜０
．２３μ膳が必要になる。

このためにレジストパターンは、光の波長オーダーでの
精度が要求されるが、露光マスクを用いた通常のフォト
リソグラフィでは、光源に遠紫外線を用いても０．５ミ
クロン程度の精度が下限である。また三光束干渉露光法
を用いた場合には、二つに分岐した光線の光路長および
強度を精密に合わせなければ干渉縞の露光コントラスト
が充分に得られず、結果として、作られたレジストパタ
ーンの輪郭が不鮮明となり、その後のエツチング工程に
支障が出る。また、有効露光面積が小さく、−度に大面
積のレジストパターンを作ることができないという欠点
がある。電子ビームの直接描画を用いる場合には微細な
レジストパターンを作製できるが、装置が大がかりであ
る、描画に時間がかかる、大きな面積に露光することが
できないなどの欠点がある。

本発明は、微細かつ精度の良い格子ピッチを有するグレ
ーティングを広い面積において作製することができるグ
レーティングの作製方法を実現することを目的とする。

［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は、酸化されやすい
第１の半導体層と酸化されにくい第２の半導体層とを交
互に形成させることにより構成された超格子層を半導体
基板上に形成させる工程と、 超格子層を一定周期の鋸歯状に加工する工程と、 鋸歯状に加工された超格子層上に第３の半導体層を再成
長させる工程と、 第３の半導体層に対して、エツチングを行なう工程より
成る。

［作用］ 鋸歯状に加工された超格子層の表面のうち、酸化されや
すい第１の半導体層の表面には酸化膜が形成される。こ
のため、次の工程において超格子層上に形成される第３
の半導体層のうち、第１の半導体層上に形成されるもの
は多結晶のものとなり、第２の半導体層上に形成される
ものは単結晶のものとなる。単結晶の半導体と多結晶の
半導体とではエツチング速度が異なり、多結晶のものは
単結晶のものよりもエツチング速度が大きいので、この
後に行なわれるエツチング工程にて、第３の半導体層の
うち、単結晶のみが残り、超格子層の積層間隔と鋸歯状
の角度によって格子ピッチが決定されたグレーティング
が形成される。

［実施例］ 第１図は本発明の第１の実施例によるグレーティングの
特徴を最もよく表わす図である。

同図において１はグレーティングの下部構造を含む半導
体基板、２は超格子層、３は超格子層を構成する第１の
半導体層、４は超格子層を構成する第２の半導体層、５
は超格子層の加工後再成長した半導体の単結晶を表わす
。再成長した半導体層の間隔が必要なグレーティングの
周期になるように合わせて先導波層の近傍に設置すれば
、グレーティングとして機能する。

第２図（ａ）〜（ｄ）は、第１図に示すグレーティング
の作製方法を説明するための図である。

製造方法は第２図（ａ）に示すように、半導体基板１上
に超格子層２を設ける。超格子層２はここでは酸化され
にくい半導体層３としてＧａＡｓを用い、酸化されやす
い半導体層４としてＡｌＧａＡｓを用いた。このＧａＡ
ｓと＾ＩＧ、　？　Ｇａｏ、　３＾Ｓを交互に２００オ
ングストロームずつ成長させた０次に、第２図（ｂ）に
示すように、エツチングなどの手段により、超格子層２
を一定の周期をもつ鋸歯状に加工する。鋸状の斜面の基
板面に対する角度０は、１つの超格子層の厚さをｄオン
グストローム、形成するグレーティングの周期をｐオン
グストロームとすると、次式で表わされる。

θ＝　ｊａｎ−’　（ｄ／ｐ） したがって、今ｄ＝２００オングストロームで、ｐ　＝
　１２００オングストロームを得たいとき、θは９．５
度となる８作製した鋸状の凹凸の斜面は、ＧａＡｓと＾
ｔｏ、　７Ｇａ０．３＾Ｓの交互のストライブになって
いる。この上に第２図（Ｃ）に示すように分子線エピタ
キシーによりＧａＡｓを再成長させた。この時、斜面に
露出した超格子層２のうち、ＧａＡｓである半導体層３
の部分には単結晶５のＧａＡｓが成長するが、＾Ｉｎ、
　ｙＧａｏ、　ｓ＾Ｓである半導体層４の部分には表面
に酸化膜が存在するために多結晶６のＧａＡｓが成長す
る。次に、第２図（ｄ）に示すように、再成長させたＧ
ａＡｓに対してエツチングを行なった。このとき、多結
晶６のＧａＡｓは単結晶５のＧａＡｓにくらべてエツチ
ング速度が大きいため、エツチングによって多結晶６の
部分のみが除去され、単結晶５によるグレーティングが
製造される。

第３図は本発明の第２の実施例によるグレーティングの
特徴を最も良く表わす図である。

本実施例は、第１図に示した第１の実施例とほぼ同様の
構成のもので、同一の構造のものには同一番号を付して
いる。

本実施例と第１図に示した第１の実施例との相違点は、
超格子層のエツチングによる鋸状加工の際に、エツチン
グの種類によって、出来た斜面が弧状になる場合に対応
して、超格子層の各半導体層の厚みに変化をもたせてい
ることである。

第４図（ａ）〜（ｄ）は、第３図に示すグレーティング
の作製方法を示す図である。

製造方法は第４図（ａ）に示すように半導体基板１上に
超格子層２を設ける。超格子層２は、ここでは例として
ＧａＡｓとＡＩ（１７Ｇａｏ３＾Ｓの交互の層から成る
。おのおのの層厚は、後に行なうエツチング後に、上面
から見て、ＧａＡｓと＾１０．　？Ｇａ０．３＾Ｓの層
が等間隔に表われ、しかも所望の間隔になるように設定
する０次に、第４図（ｂ）に示すように、エツチングな
どの手段によって、超格子層を一定の周期をもつ鋸状に
加工する。作製した鋸状の凹凸の斜面は、ＧａＡｓと＾
ｌａ、　ｙＧａｏ、　３Ａｓが交互に、上面から見て等
間隔に現われている。この上に第４図（Ｃ）に示すよう
に、分子線エピタキシーによりＧａＡｓを再成長させる
。この時斜面に露出した超格子層２のうち、ＧａＡｓの
部分には単結晶５が成長するが、＾１．．　ｙＧａｏ、
、Ａｓの部分には表面に酸化膜が存在するために、多結
晶６が成長する。次に、第４図（ｄ）に示すように再成
長させたＧａＡｓに対してエツチングを行なった。この
とき、第１の実施例と同様に多結晶６のＧａＡｓは単結
晶５のＧａＡｓにくらべてエツチング速度が大きいため
、エツチングによって多結晶部分のみを除去できる。こ
のようにしてグレーティングが製造される。

以上説明した各実施例において、超格子層を形成するも
のとして、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓを用いて説明を行な
ったが、他の■−ｖ族の半導体や、ＣｄＴｅ−ＭｎＴｅ
等のＩＩ−Ｖｌ族を用いても当然良い。

また、結晶再成長の方法として分子線エピタキシーを用
いたが、他のエピタキシャル成長技術でもグレーティン
グの作製は可能であることは明白である。

［発明の効果］ 本発明は以上説明したように構成されているので、以下
に記載するような効果を奏する。

超格子層を用いることにより必要なグレーティングの周
期に対して数倍の周期で凹凸加工が行なわれるので、作
製が容易で、かつ１ミクロン以下の周期のグレーティン
グでも精度良く作ることができる。また、原理的に大き
な面積を一度に加工でき、したがって工程の簡略化がで
き、製品のコストダウンを行なうことができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例によるグレーティング
を示す図、第２図（ａ）〜（ｄ）は第１図に示したグレ
ーティングの作製方法を示す図、第３図は本発明の第２
の実施例によるグレーティングを示す図、第４図（ａ）
〜（ｄ）は第３図に示したグレーティングの作製方法を
示す図である。 １・・・基板、　　　　　　２・・・超格子層、３．４
−・半導体層、　　５・・・単結晶。 ６・−多結晶。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、酸化されやすい第１の半導体層と酸化されにくい第
   ２の半導体層とを交互に形成させることにより構成され
   た超格子層を半導体基板上に形成させる工程と、 前記超格子層を一定周期の鋸歯状に加工する工程と、 前記鋸歯状に加工された超格子層上に第３の半導体層を
   再成長させる工程と、 前記第３の半導体層に対して、エッチングを行なう工程
   より成るグレーティングの作製方法。