JPH031589A - 位相シフト回折格子の形成方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、先導波路に沿って形成された回折格子により
光帰還を行う分布帰還型半導体レーザ素子を製造する際
における位相シフト回折格子の形成方法に関する。

（従来の技術） 近年、光通信システムや光学ディスク用のレーザ光源と
して、各種の半導体発光素子が盛んに使用されている。

この半導体レーザ索子として、先導波路に沿ってブラッ
グ回折を行うための周期的摂動（回折格子）を設け、こ
の回折格子の波長選択性により、単一波長（単一縦モー
ド）での発振動作を可能とした分布帰還型半導体レーザ
素子（ＤＦＢ：Ｄｌｓｔｒｌｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａ
ｃｋ、１ａｓｅｒ、以下、ＤＦＢレーザ素子と称する）
が開発されている。

このようなりＦＢレーザ素子は、長距離高速光通信用の
光源としてＧａ１ｎＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いたもの
が実用化されている。このＤＦＢレーザ素子の構造の中
でも、両へき開端面にＡＲ（ＡｎｔｉＲｃｒｌｃｃｔｉ
ｏｎ　）コート等によってその反射率を低下させ、先導
波路層の共振器方向中央部に回折格子の位相シフト領域
（位相不連続領域）を形成し、このときの位相シフト量
が、管内波長λの１／４に相当するように形成した位相
シフト型ＤＦＢレーザ素子がある。

第２図は、この位相シフト型ＤＦＢレーザ素子の光導波
路構造の断面を示す模式図である。

ＩｎＰ基板１上には、ストライブ状の回折格子２が形成
されており、この回折格子２上にＧａ１ｎＡｓＰ光導波
路層３、Ｇａ１ｎＡｓＰ活性層４、ｌｎＰクラッド層５
、Ｇａ１ｎＡｓＰオ一ミツクコンタクト層６等が順次結
晶成長により積層されており、その両へき開端面にはＡ
Ｒコート７が施されている。また、回折格子２の共振器
方向中央部には位相シフト領域８が形成されている。

尚、上記各結晶層３．４．５．６からなる発光結晶層の
形成に際しては、ＩｎＰ基板１上に上記各結晶層３．４
．５．６を順次形成した後、先導波路層３上までメサ・
ストライプ状にエツチングし、このメサ・ストライブ側
面部に図示を省略した電流ブロッキング層を形成して、
上記メサ・ストライブ部を埋込んでいわゆる埋込みへテ
ロ（ＢＨ）型半導体レーザ等が構成される。

このような位相シフト型ＤＦＢレーザ素子は、ブラッグ
波長（Ｌｂｅ　Ｂｒａｇｇ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）で
の発振が可能であり、また他の縦モードとのゲイン差も
大きいため、単一縦モード動作に対して極めて有利な構
造である。

従来、このようなりＦＢレーザ素子を製作する場合には
、ウェハ状のＩｎＰ基板１上に、二光束干渉露光方法を
用いて位相シフト領域例えば管内波長λの１／４に相当
する位相シフトを有する回折格子を形成し、その上に上
述した導波路層、活性層等の各種結晶層を結晶成長させ
たウェハ基板を用いていた。

このような位相シフト領域の形成方法は、ポジ型レジス
トとネガ型レジストの両方を組み合わせて二光束干渉露
光を行う方法（例えば、宇高能、昭和６０年春季応用物
理学会講演予稿、講演番号２９ｐ−ＺＢ−１５）、ある
いは、位相マスクを用いて二光束干渉露光する方法（例
えば、白崎他、昭和００年電子情報通信学会半導体材料
部門大会（秋）、講演番号３１１や、白崎他、昭和６０
年電子情報通信学会、光量子エレクトロニクス研究会報
告、０ＱＥ８５−８０）等により形成されていた。

しかしながら、前者のポジ型レジストとネガ型レジスト
の両方を組み合わせて二光束干渉露光を行う方法では、
位相シフト量がλハに限定されるという問題があり、ま
た、フォトレジストを２種類使用するため、製作工程が
繁雑化するという問題もあった。

これに対し、後者の位相マスクを用いて二光束干渉露光
する方法では、１回の露光で任意の位相シフト量を形成
することができる。以下、この方法について第３図を参
照して説明する。

まず、位相シフト間隔で周期的に矩形状のギャップ９お
よび突出部１０が設けられた断面を有する位相板（以下
、位相マスクと称する）１１を用意し、この位相マスク
１１を、フォトレジストを塗布したＩｎＰ基板１に密着
させる。次に、ハーフミラ−等で２つのビームに分けた
レーザ光例えばＨｅ−ｃｄレーザ光ａをＩｎＰ基板１の
法線方向に対して、互いに異なる角度（θ　、θ　）で
干渉させＬ る。こうすると、位相マスク１１のギャップ９のある場
所と突出部１０即ち位相マスク１１と基板１との密着部
とで光路長が異なり、ギャップ１２直下と密着部で回折
格子の位相をずらすことができる。位相シフト量はこの
ギャップ９の大きさで決定される。

ところで、ＤＦＢレーザ素子では、共振器の前後で結合
係数にを変化させると、にの大きい方の端面からの出力
を他方よりも大きくすることができる。従って、ＤＦＢ
レーザ素子の出力を効率良く取り出すことができ、片面
出力の高出力化が達成できる。

第４図は、共振器中央部の回折格子にλハ位相シフト領
域を有し、かつ両端面の反射をゼロと仮定した場合の共
振器軸方向の光強度分布の計算例である。尚、共振器長
りを乗じた結合係数（にＬ）の値はシフトの左側で２、
右側で１である。

このように共振器の前後で結合係数にを変化させるには
、回折格子の深さを変化させれば良い。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の位相マスクを用いて二光束干渉露
光する方法では、回折格子の深さおよび位相シフト量が
、位相マスクのギャップとレーザビームの入射角で決定
されるため、１回の露光工程で回折格子の任意の場所の
深さを変化させることや、同時に任意のシフト量を有す
る位相シフト領域を形成することが困難であるという問
題があった。さらに、位相マスクのギャップとビームの
入射角の調整には、高精度の技術が必要とされ、その調
整に失敗すると所望の位相シフト量が全く得られず、製
造歩留り向上の大きな障害となっていた。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになさ
れたもので、１回の露光のみで回折格子の深さを場所に
より変化させると同時に、任意のシフト量を有する位相
シフト領域を形成することができ、高出力のＤＦＢレー
ザ素子を容品にしかも再現性良く製作することが可能と
なる位相シフト回折格子の形成方法を提供することを目
的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の位相シフト回折格子の形成方法は、基板上に、
位相マスクを用いて二光束干渉露光により位相シフト領
域を有する回折格子を形成する位相シフト回折格子の形
成方法において、前記位相マスクに前記二光束干渉露光
用の露光光を所定量吸収する露光光吸収領域を設け、こ
の露光光吸収領域の吸収係数を変化させることにより前
記基板上に所定の溝形状を有する回折格子を形成するこ
とを特徴とするものである。

また、本発明の位相シフト回折格子の形成方法は、基板
上に、位相マスクを用いて二光束干渉露光により位相シ
フト領域を有する回折格子を形成する位相シフト回折格
子の形成方法において、前記位相シフト領域を形成する
に際し、前記基板面側に前記二光束干渉露光用の露光光
を吸収する突出部を前記位相シフト領域の間隔で周期的
に設けた位相マスクを用いて形成することを特徴とする
ものである。

（作　用） 本発明は、結合係数にを小さくしたい（回折格子を浅く
したい）箇所にのみ、入射光に対して吸収量の大きい領
域を有する透明な板を配して露光を行い、また、位相シ
フト領域を形成する場合には、透明な位相マスクの突出
部のみを入射光に対して吸収量の大きい材料を配した位
相マスクを用いることで、１回の露光のみで回折格子の
深さを場所により変化させると同時に、任意のシフト量
を有する位相シフト領域を形成することができ、高出力
のＤＦＢレーザ素子を容品にしかも再現性良く製作する
ことが可能となる。

（実施例） 以下、本発明方法の実施例について図を参照して説明す
る。

第１図は、実施例方法による位相シフト領域付き回折格
子の製造方法を説明するための図である。

本例で用いる位相マスク２１のＩｎＰ基板２２との密着
面には、干渉露光用レーザ例えば１１　ｅ　−Ｃｄレー
ザａを吸収するためのレーザ吸収部材２３が設けられて
いる。このレーザ吸収部材２３は、位相マスク２１下面
の中央部と両端部に形成されており、各レーザ吸収部材
２３間の間隙２４が従来の位相マスク２１におけるギャ
ップ部に相当している。本実施例では、このレーザ吸収
部材２３として、銀を混入した石英膜を用いた。また、
このような位相マスク２１の製作は、石英の平板に銀を
混入させた石英膜を堆積させ、その一部をパターニング
により除去して作られる。

この位相マスク２１をフォトレジストを塗布したＩｎＰ
基板２２上に密着させ、ハーフミラ−等で２つのビーム
に分けたＨｅ−Ｃｄレーザ光ａをＩｎＰ基板２２の法線
方向に対して、互いに異なる角度（θ　、θ　）で干渉
させる。こうすると、位相ＲＬ マスク２１のギャップ２４のある場所と突出部即ちレー
ザ吸収部材２３と基板２２との密着部とで光路長が異な
り、ギャップ２４直下とレーザ吸収部材２３下で回折格
子２５の位相をずらすことができる。

このとき、上記レーザ吸収部材２３下の部分では、レー
ザ入射光が弱まるため、露光量が小さくなり、その下の
レジストの現像後の線幅を他と変えることができる。そ
の結果、エツチング後に形成される回折格子２５の構成
は、レーザ吸収部材２３下の部分とギヤツブ部２４下と
の境界に位相シフト領域２６を有し、この位相シフト領
域２６を挟んで両側の領域の回折格子２５ａ、２５ｂの
溝の形状即ち結合係数にが夫々異なった構成となる。本
例の場合、中央部の回折格子２５ｂの部分が両側の回折
格子２５ａに対して低にＬ領域となっている。

このように、本実施例方法によれば、結合係数にを変化
させたい場合には、位相マスク２１の結合係数にを小さ
くしたい箇所に、入射光に対して吸収量の大きいレーザ
吸収部材２３を配設すればよく、また、位相シフト領域
２６を形成する場合には、透明な位相マスク２１の突出
部のみを入射光に対して吸収量の大きいレーザ吸収部材
２３で構成すればよく、いずれの場合も極めて単純な方
法で容易に所望の回折格子２５を得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の位相シフト回折格子の形
成方法によれば、１回の露光のみで回折格子の深さを場
所により変化させると同時に、任意の位相シフトをも作
成することができる。従って、簡単な工程で高出力ＤＦ
Ｂレーザ素子を再現性良く製作することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例方法により位相シフト前後で結合係数が
変わっている回折格子を二光束干渉露光で製造する方法
を説明するための断面図、第２図はλハ位相シフト型分
布帰還型レーザ素子の導波路構造の断面構造を模式的に
示す図、第３図は従来例の位相シフト付き回折格子を二
光束干渉露光で製造する方法を説明するための断面図、
第４図は共振器中央に２１位相シフトを持ち、かつ両端
面の反射をゼロと仮定した場合の共振器軸方向の光強度
分布の計算例を示す図である。尚、共振器長りを乗じた
結合係数（にＬ）の値はシフトの左側で２、右側で１で
ある。 ２１・・・・・・・１・位相マスク ２２・・・・・・・・・ＩｎＰ基板 ２３・・・・・・・・・レーザ吸収部材２４・・・・・
・・・・ギャップ部 ２５・・・・・・・・・回折格子 ２６・・・・・・・・・位相シフト領域出願人　　　　
　　株式会社　東芝 同　　　　　　　東芝電子デバイスエンジニアリング株
式会社 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 〜２２〜 第１図 第２図 ａ 出力大 出力小 に大 に小 λ／４位相シフト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に、位相マスクを用いて二光束干渉露光に
   より位相シフト領域を有する回折格子を形成する位相シ
   フト回折格子の形成方法において、前記位相マスクに前
   記二光束干渉露光用の露光光を所定量吸収する露光光吸
   収領域を設け、この露光光吸収領域の吸収係数を変化さ
   せることにより前記基板上に所定の溝形状を有する回折
   格子を形成することを特徴とする位相シフト回折格子の
   形成方法。
2. （２）基板上に、位相マスクを用いて二光束干渉露光に
   より位相シフト領域を有する回折格子を形成する位相シ
   フト回折格子の形成方法において、前記位相シフト領域
   を形成するに際し、前記基板面側に前記二光束干渉露光
   用の露光光を吸収する突出部を前記位相シフト領域の間
   隔で周期的に設けた位相マスクを用いて形成することを
   特徴とする位相シフト回折格子の形成方法。