JPH0590705A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JPH0590705A JPH0590705A JP27338891A JP27338891A JPH0590705A JP H0590705 A JPH0590705 A JP H0590705A JP 27338891 A JP27338891 A JP 27338891A JP 27338891 A JP27338891 A JP 27338891A JP H0590705 A JPH0590705 A JP H0590705A
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- Japan
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- diffraction grating
- etching
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- laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】精度安定性良く微細な周期の回折格子が形成さ
れた光半導体装置である。 【構成】微細な周期を持つ回折格子を含むリッジ型DB
R半導体レーザのこの回折格子は次の如く形成される。
所望の周期より大きい周期の第1の回折格子を形成す
る。その上に全面に亙って格子形成材とは異なる異種材
料を塗布する。次に、この異種材料と格子形成材を同時
にエッチングして行き、異種材料と格子形成材の境でエ
ッチングレートの律速が起こるのを利用して第1の回折
格子の周期より小さい周期の回折格子10を形成する。
れた光半導体装置である。 【構成】微細な周期を持つ回折格子を含むリッジ型DB
R半導体レーザのこの回折格子は次の如く形成される。
所望の周期より大きい周期の第1の回折格子を形成す
る。その上に全面に亙って格子形成材とは異なる異種材
料を塗布する。次に、この異種材料と格子形成材を同時
にエッチングして行き、異種材料と格子形成材の境でエ
ッチングレートの律速が起こるのを利用して第1の回折
格子の周期より小さい周期の回折格子10を形成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回折格子構造を有する
半導体装置の特性改善に関し、特に光通信や、光計測分
野における0.8μm帯等の短波長帯光源やフィルタな
どの光半導体装置に関するものである。
半導体装置の特性改善に関し、特に光通信や、光計測分
野における0.8μm帯等の短波長帯光源やフィルタな
どの光半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】回折格子は、光エレクトロニクスの分野
において、フィルタ、光結合器、分布帰還型(DFB)
レ−ザ、分布ブラッグ反射型(DBR)レ−ザなどの種
々の光回路素子に用いられている。特に、DFB、DB
Rレ−ザに代表される波長制御用ないし波長可変半導体
レ−ザに形成された回折格子は、レ−ザの共振器として
用いられる為、回折格子の周期、形状、深さはレ−ザ特
性(発振閾値、結合係数など)を決定する重要な因子で
あり、高精度の回折格子をこうしたレ−ザ中に制御性良
く作成することは重要な課題となっている。
において、フィルタ、光結合器、分布帰還型(DFB)
レ−ザ、分布ブラッグ反射型(DBR)レ−ザなどの種
々の光回路素子に用いられている。特に、DFB、DB
Rレ−ザに代表される波長制御用ないし波長可変半導体
レ−ザに形成された回折格子は、レ−ザの共振器として
用いられる為、回折格子の周期、形状、深さはレ−ザ特
性(発振閾値、結合係数など)を決定する重要な因子で
あり、高精度の回折格子をこうしたレ−ザ中に制御性良
く作成することは重要な課題となっている。
【0003】従来、回折格子の作成は、格子状ホトレジ
ストマスクの作成とエッチングとの2段階の方法で行わ
れている。ここで、光エレクトロニクス分野の回折格子
の周期は0. 1〜1. 0μm程度と微細な為、ホトレジ
ストマスクの作成に従来の光リソグラフィ−技術を適用
することはできない。この為、ホログラフィックな露光
法が一般に用いられてきた。これはレ−ザ光の干渉を用
いた露光法であり、その工程を図6で説明する。
ストマスクの作成とエッチングとの2段階の方法で行わ
れている。ここで、光エレクトロニクス分野の回折格子
の周期は0. 1〜1. 0μm程度と微細な為、ホトレジ
ストマスクの作成に従来の光リソグラフィ−技術を適用
することはできない。この為、ホログラフィックな露光
法が一般に用いられてきた。これはレ−ザ光の干渉を用
いた露光法であり、その工程を図6で説明する。
【0004】この方法では、まず図6(a)の如く基板
55にホトレジスト56を塗布し、ここに十分に平行光
線とされた2つのレ−ザビ−ム57、58を2方向(図
示例では、垂線に対してθの角度をなす2方向)から照
射して干渉縞を作ってホトレジスト56を周期的に露光
し、これを現像、ベ−クすることで図6(b)のような
格子状のホトレジストマスク59を作成する。次に、上
記ホトレジストマスク59をエッチングマスクとして図
6(c)のようにエッチング(ウエットまたはドライ)
し、その後エッチングマスクを剥離することにより図6
(d)の如く基板55に周期構造(回折格子)60を転
写する。
55にホトレジスト56を塗布し、ここに十分に平行光
線とされた2つのレ−ザビ−ム57、58を2方向(図
示例では、垂線に対してθの角度をなす2方向)から照
射して干渉縞を作ってホトレジスト56を周期的に露光
し、これを現像、ベ−クすることで図6(b)のような
格子状のホトレジストマスク59を作成する。次に、上
記ホトレジストマスク59をエッチングマスクとして図
6(c)のようにエッチング(ウエットまたはドライ)
し、その後エッチングマスクを剥離することにより図6
(d)の如く基板55に周期構造(回折格子)60を転
写する。
【0005】ホログラフィックな干渉露光法において
は、2つのレ−ザビ−ムの入射角度をθ、レ−ザビ−ム
の波長をλとすると、作成できる格子間隔Λ(図6
(b)参照)は、Λ=λ/2sinθと表わせる。露光
用レ−ザとしては、Arレ−ザ(λ=351nm)また
はHe−Cdレ−ザ(λ=325nm)が適している。
Λ≦0.25μm程度のマスクを作るにはHe−Cdレ
−ザを用いる。
は、2つのレ−ザビ−ムの入射角度をθ、レ−ザビ−ム
の波長をλとすると、作成できる格子間隔Λ(図6
(b)参照)は、Λ=λ/2sinθと表わせる。露光
用レ−ザとしては、Arレ−ザ(λ=351nm)また
はHe−Cdレ−ザ(λ=325nm)が適している。
Λ≦0.25μm程度のマスクを作るにはHe−Cdレ
−ザを用いる。
【0006】一方、DFB、DBR半導体レ−ザの発振
波長λは、λ=λ0/Neff=2Λ/m(m=1,2,・
・・)で表わすことができる。ここで、λ0/Neffは媒
質内でのブラッグ波長、Neffは媒質の等価屈折率、Λ
はこの半導体レ−ザ中の回折格子の周期である。整数m
=1の場合が1次回折、m=2の場合が2次回折を意味
する。
波長λは、λ=λ0/Neff=2Λ/m(m=1,2,・
・・)で表わすことができる。ここで、λ0/Neffは媒
質内でのブラッグ波長、Neffは媒質の等価屈折率、Λ
はこの半導体レ−ザ中の回折格子の周期である。整数m
=1の場合が1次回折、m=2の場合が2次回折を意味
する。
【0007】こうした半導体レ−ザにおいて、例えば、
GaAsを活性層とする短波長のものでは、回折格子の
周期Λは、発振波長を0.8μmとすると上述の式から
(1次回折を利用する場合とする)約1150Å(0.
115μm )にまで小さくなる。m次回折を利用する
時でも、1150Åのm倍程度にしか大きくならない。
よって、回折格子作成の際に露光用レ−ザビ−ムの波長
を小さくすべく、He−Cdレ−ザの波長λ=3250
Å(325nm)を用いたとしても、空気中では1次回
折用の格子を作成することはできない。
GaAsを活性層とする短波長のものでは、回折格子の
周期Λは、発振波長を0.8μmとすると上述の式から
(1次回折を利用する場合とする)約1150Å(0.
115μm )にまで小さくなる。m次回折を利用する
時でも、1150Åのm倍程度にしか大きくならない。
よって、回折格子作成の際に露光用レ−ザビ−ムの波長
を小さくすべく、He−Cdレ−ザの波長λ=3250
Å(325nm)を用いたとしても、空気中では1次回
折用の格子を作成することはできない。
【0008】そこで、GaAs系短波長DFB、DBR
半導体レ−ザの1次回折格子(周期Λ=1300Å以
下)の作成方法として、別のものが提案されており、代
表的なものとして、次の3つのものが上げられる。
半導体レ−ザの1次回折格子(周期Λ=1300Å以
下)の作成方法として、別のものが提案されており、代
表的なものとして、次の3つのものが上げられる。
【0009】第1の方法として、試料を高屈折率媒質中
に浸して、その中で干渉露光を行って媒質の屈折率分だ
け回折格子の周期を短くする方法がある。
に浸して、その中で干渉露光を行って媒質の屈折率分だ
け回折格子の周期を短くする方法がある。
【0010】第2の方法は、2光束干渉露光によって得
られた回折格子の周期を更に処理して半分にする。
られた回折格子の周期を更に処理して半分にする。
【0011】第3の方法では、2光束干渉露光によっ
て、ホトレジストマスクを基板に形成しその上にECR
(電子サイクロトロン共鳴)−CVDによりSiNx膜
を成長させ、エッチング時間を調整することでレジスト
とSiNx膜によるエッチングマスクを作成し、最初に
形成したホトレジストマスクの半分の回折格子を作成す
る方法がある。
て、ホトレジストマスクを基板に形成しその上にECR
(電子サイクロトロン共鳴)−CVDによりSiNx膜
を成長させ、エッチング時間を調整することでレジスト
とSiNx膜によるエッチングマスクを作成し、最初に
形成したホトレジストマスクの半分の回折格子を作成す
る方法がある。
【0012】従来の短波長(λ=0.8μm)DFB、
DBR半導体レ−ザ用の1次回折格子(周期Λ=130
0Å以下)は、上述した3つの方法により作成したり、
若しくは、やむなく2次若しくは3次の回折格子を用い
ていた。
DBR半導体レ−ザ用の1次回折格子(周期Λ=130
0Å以下)は、上述した3つの方法により作成したり、
若しくは、やむなく2次若しくは3次の回折格子を用い
ていた。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上述べた短
波長(λ=0.8μm)DFB、DBR半導体レ−ザで
は、1次回折格子を用いた場合、次のような問題があっ
た。
波長(λ=0.8μm)DFB、DBR半導体レ−ザで
は、1次回折格子を用いた場合、次のような問題があっ
た。
【0014】すなわち、第1の方法では、液体やその容
器等に起因する散乱や多重反射のために露光用ビ−ムの
光波面が乱れたり、装置の振動や空気の揺らぎの影響を
受け易くて回折格子の精度が悪くなると言う欠点があ
る。第2の方法では、エッチングマスクとしてホトレジ
スト膜を全面に形成した後の露光/現像条件の制御が厳
しく、面内でバラツキが生じて回折格子の精度が悪くな
る。また、第2のエッチング時に、ウエットエッチング
を用いるならば、基板の面方位が限定される及び回折格
子形状の不整が生じるという欠点が生じる。
器等に起因する散乱や多重反射のために露光用ビ−ムの
光波面が乱れたり、装置の振動や空気の揺らぎの影響を
受け易くて回折格子の精度が悪くなると言う欠点があ
る。第2の方法では、エッチングマスクとしてホトレジ
スト膜を全面に形成した後の露光/現像条件の制御が厳
しく、面内でバラツキが生じて回折格子の精度が悪くな
る。また、第2のエッチング時に、ウエットエッチング
を用いるならば、基板の面方位が限定される及び回折格
子形状の不整が生じるという欠点が生じる。
【0015】第3の方法では、レジスト上のSiNx膜
と基板上のSiNx膜のエッチング条件の制御が難し
い。また、エッチング時、ウエットエッチングならば基
板の面方位が限定され、ドライエッチングならば、エッ
チングマスクがレジストとSiNx膜との2種類の材料
で形成されている為、エッチングガスに対する耐性に差
が生じ回折格子形状の不整、深さや寸法の精度が悪くな
るという欠点がある。
と基板上のSiNx膜のエッチング条件の制御が難し
い。また、エッチング時、ウエットエッチングならば基
板の面方位が限定され、ドライエッチングならば、エッ
チングマスクがレジストとSiNx膜との2種類の材料
で形成されている為、エッチングガスに対する耐性に差
が生じ回折格子形状の不整、深さや寸法の精度が悪くな
るという欠点がある。
【0016】以上のように、1次回折格子を作成する上
での形状の不整、深さや寸法精度が悪くなるという欠点
は、半導体レ−ザの特性に影響を及ぼし、レ−ザ光と回
折格子の結合係数の値が小さくなる、閾値電流の増加を
招く、量子効率の低下をきたす等の悪影響がある。ま
た、2次、3次の回折格子を用いた場合では、1次回折
格子と比較すると、レ−ザ光と回折格子の結合係数の値
が小さい、2次以上の高次回折による光の放射損失が大
きい。また、閾値電流の低下、量子効率の特性向上が困
難であるという欠点もある。
での形状の不整、深さや寸法精度が悪くなるという欠点
は、半導体レ−ザの特性に影響を及ぼし、レ−ザ光と回
折格子の結合係数の値が小さくなる、閾値電流の増加を
招く、量子効率の低下をきたす等の悪影響がある。ま
た、2次、3次の回折格子を用いた場合では、1次回折
格子と比較すると、レ−ザ光と回折格子の結合係数の値
が小さい、2次以上の高次回折による光の放射損失が大
きい。また、閾値電流の低下、量子効率の特性向上が困
難であるという欠点もある。
【0017】従って、本発明は、上記問題点に鑑み、短
波長(λ=0.8μm)DFB、DBRレ−ザ等の、1
次回折を利用した1次回折格子を有する半導体装置を提
供することを目的とする。
波長(λ=0.8μm)DFB、DBRレ−ザ等の、1
次回折を利用した1次回折格子を有する半導体装置を提
供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、第1の
周期の回折格子を形成するステップ、該回折格子を格子
部分と異種材料で被覆するステップ、該異種材料と該回
折格子の格子形成材とを同時にエッチングすることを含
むエッチングにより前記第1の周期と異なる第2の周期
の回折格子を形成するステップを有した回折格子の作成
方法を用いて作成した回折格子を具備した半導体装置に
よって達成される。
周期の回折格子を形成するステップ、該回折格子を格子
部分と異種材料で被覆するステップ、該異種材料と該回
折格子の格子形成材とを同時にエッチングすることを含
むエッチングにより前記第1の周期と異なる第2の周期
の回折格子を形成するステップを有した回折格子の作成
方法を用いて作成した回折格子を具備した半導体装置に
よって達成される。
【0019】
【実施例】実施例1 以下、本発明の第1実施例について説明する。図1は、
本発明をリッジ型DBR半導体レ−ザに適用した時の作
製方法を示す説明図である。
本発明をリッジ型DBR半導体レ−ザに適用した時の作
製方法を示す説明図である。
【0020】例えば、MBE装置等で、n型GaAs基
板1上に、n型GaAsバッファ層2(厚さ、05μ
m)、n型AlGaAsクラッド層3(厚さ、1.5μ
m)、n型AlGaAs光ガイド層4(厚さ、0.15
μm)、活性層5(AlGaAs多重量子井戸(MQ
W)、AlGaAs単一量子井戸(SQW)、AlGa
Asバルク、GaAsバルク等:厚さ、〜0.1μ
m)、P型AlGaAs光ガイド層6(厚さ、0.25
μm)、P型AlGaAsクラッド層7(厚さ、1.5
μm)、P型GaAsキャップ層8(厚さ、0.5μ
m)を、順次、エピタキシャル成長させる。
板1上に、n型GaAsバッファ層2(厚さ、05μ
m)、n型AlGaAsクラッド層3(厚さ、1.5μ
m)、n型AlGaAs光ガイド層4(厚さ、0.15
μm)、活性層5(AlGaAs多重量子井戸(MQ
W)、AlGaAs単一量子井戸(SQW)、AlGa
Asバルク、GaAsバルク等:厚さ、〜0.1μ
m)、P型AlGaAs光ガイド層6(厚さ、0.25
μm)、P型AlGaAsクラッド層7(厚さ、1.5
μm)、P型GaAsキャップ層8(厚さ、0.5μ
m)を、順次、エピタキシャル成長させる。
【0021】次に、フォトリソグラフィ−によりリッジ
のパタ−ニングを行った後、リアクティブイオンビ−ム
エッチング(以下RIBE)により1.9〜2.0μm
の深さを得る為のエッチングを行う。
のパタ−ニングを行った後、リアクティブイオンビ−ム
エッチング(以下RIBE)により1.9〜2.0μm
の深さを得る為のエッチングを行う。
【0022】続いて、P型AlGaAs上部光ガイド層
6の手前まで除去する為に、例えば、塩酸+過酸化水素
による選択エッチングを行う。こうしてリッジのパタ−
ンを得る。
6の手前まで除去する為に、例えば、塩酸+過酸化水素
による選択エッチングを行う。こうしてリッジのパタ−
ンを得る。
【0023】次に、DBR領域(A部)を形成するた
め、電流注入領域(B部)を保護する為のフォトリソグ
ラフィ−によるパタ−ニングを行う。この時、DBR領
域(A部)での光を閉じ込めるため、P型AlGaAs
上部光ガイド層6に〜0.1μm程度、RIBEによる
エッチングを行う。続いて、DBR領域(A部)に残存
しているP型GaAsキャップ層8とP型AlGaAs
クラッド層7のリッジ部を、例えば、沸騰塩酸による選
択エッチングにより除去する。こうしてDBR領域(A
部)は、P型AlGaAS上部光ガイド層6の〜0.1
μmステップが残る面となる。
め、電流注入領域(B部)を保護する為のフォトリソグ
ラフィ−によるパタ−ニングを行う。この時、DBR領
域(A部)での光を閉じ込めるため、P型AlGaAs
上部光ガイド層6に〜0.1μm程度、RIBEによる
エッチングを行う。続いて、DBR領域(A部)に残存
しているP型GaAsキャップ層8とP型AlGaAs
クラッド層7のリッジ部を、例えば、沸騰塩酸による選
択エッチングにより除去する。こうしてDBR領域(A
部)は、P型AlGaAS上部光ガイド層6の〜0.1
μmステップが残る面となる。
【0024】続いて、電流注入領域Bのレジストマスク
を除去して、絶縁膜としてポリイミド9を全面にスピン
塗布する。次に、電流注入領域B以外のポリイミド9の
除去及び電流注入領域Bの注入域を形成するため、O2
プラズマエッチバック法によるアッシング(灰化)を行
った。ここで、ポリイミド9は、単に絶縁膜としてだけ
でなく、電極形成時の段切れを防ぐ層でもある。
を除去して、絶縁膜としてポリイミド9を全面にスピン
塗布する。次に、電流注入領域B以外のポリイミド9の
除去及び電流注入領域Bの注入域を形成するため、O2
プラズマエッチバック法によるアッシング(灰化)を行
った。ここで、ポリイミド9は、単に絶縁膜としてだけ
でなく、電極形成時の段切れを防ぐ層でもある。
【0025】次に、1次回折格子の作成方法につき説明
する。この作成方法は、本発明者が特許願平成2年第4
09794号で提案した作成方法を用いる。すなわち、
図2に示すように、まず初めに、所望の回折格子周期の
2倍となるような周期を持つ第1の回折格子14を半導
体基板15上に、図6で説明した従来のホログラフィッ
ク干渉法で作成する(図6(a))。詳細には以下の通
りである。
する。この作成方法は、本発明者が特許願平成2年第4
09794号で提案した作成方法を用いる。すなわち、
図2に示すように、まず初めに、所望の回折格子周期の
2倍となるような周期を持つ第1の回折格子14を半導
体基板15上に、図6で説明した従来のホログラフィッ
ク干渉法で作成する(図6(a))。詳細には以下の通
りである。
【0026】半導体基板15を界面活性剤で洗浄し、次
に有機溶剤による超音波洗浄を2〜3回繰り返した後、
N2ブロ−で乾燥して200℃、30分の熱処理を基板
15に行う。続いて、2光束干渉露光用のホトレジスト
層(商品AZ−1350J:ヘキスト社製を所望な程度
希釈したもの)を基板15全面に塗布形成し、80℃の
乾燥をこれに行う。ホトレジスト層の厚さは600Å〜
800Å程度が適当である。
に有機溶剤による超音波洗浄を2〜3回繰り返した後、
N2ブロ−で乾燥して200℃、30分の熱処理を基板
15に行う。続いて、2光束干渉露光用のホトレジスト
層(商品AZ−1350J:ヘキスト社製を所望な程度
希釈したもの)を基板15全面に塗布形成し、80℃の
乾燥をこれに行う。ホトレジスト層の厚さは600Å〜
800Å程度が適当である。
【0027】次に、He−Cdレ−ザ(波長λ=325
nm)による2光束干渉露光法で、上記ホトレジスト層
を所望の周期Λに対応する入射角度θで露光する。その
後、ホトレジスト層をAZ系の現像液で現像し、干渉露
光により生じた干渉縞の強度分布に応じた感光度合いに
対応したレジストパタ−ン(回折格子)を形成する。
nm)による2光束干渉露光法で、上記ホトレジスト層
を所望の周期Λに対応する入射角度θで露光する。その
後、ホトレジスト層をAZ系の現像液で現像し、干渉露
光により生じた干渉縞の強度分布に応じた感光度合いに
対応したレジストパタ−ン(回折格子)を形成する。
【0028】続いて、上記レジストパタ−ンをエッチン
グマスクとして、半導体基板15を、ウエットエッチン
グならば例えばH3PO4系やNH4OH系のエッチング
液を用いて、ドライエッチングならばC12系のガスを
用いてエッチングを行い、そしてエッチングマスク層を
除去することにより第1の回折格子14を基板15上に
得る(図2(a))。
グマスクとして、半導体基板15を、ウエットエッチン
グならば例えばH3PO4系やNH4OH系のエッチング
液を用いて、ドライエッチングならばC12系のガスを
用いてエッチングを行い、そしてエッチングマスク層を
除去することにより第1の回折格子14を基板15上に
得る(図2(a))。
【0029】次は、第1の回折格子14の周期の半分の
周期を持つ第2の回折格子17の作成工程である。初め
に、第1の回折格子14のある半導体基板15に有機溶
剤による超音波洗浄を2〜3回繰り返し施した後、N2
ブロ−で乾燥し90℃、30分の熱処理をこれに行う。
続いて、エッチングマスク層16として、ホトレジスト
(商品名AZ−1350J:ヘキスト社製)を所望の値
に希釈したものを半導体基板15全面に塗布形成し、こ
れに対して80℃、20分の乾燥を施す(図2
(b))。
周期を持つ第2の回折格子17の作成工程である。初め
に、第1の回折格子14のある半導体基板15に有機溶
剤による超音波洗浄を2〜3回繰り返し施した後、N2
ブロ−で乾燥し90℃、30分の熱処理をこれに行う。
続いて、エッチングマスク層16として、ホトレジスト
(商品名AZ−1350J:ヘキスト社製)を所望の値
に希釈したものを半導体基板15全面に塗布形成し、こ
れに対して80℃、20分の乾燥を施す(図2
(b))。
【0030】次に、C12ガスによるリアクテイ ブイオ
ンビ−ムエッチング(RIBE)を用いて、適正時間エ
ッチングを行う。この時の条件は、到達真空度2×10
-6Torr、C12流量15SCCM以下、エッチング
圧力7.5×10-4Torr〜1.5×10-3Tor
r、イオン引出電圧400Vであり、このエッチング条
件での半導体基板15のエッチレ−トは1600Å/m
inであり、レジストマスク(エッチングマスク)16
との選択比はほぼ4:1であった。
ンビ−ムエッチング(RIBE)を用いて、適正時間エ
ッチングを行う。この時の条件は、到達真空度2×10
-6Torr、C12流量15SCCM以下、エッチング
圧力7.5×10-4Torr〜1.5×10-3Tor
r、イオン引出電圧400Vであり、このエッチング条
件での半導体基板15のエッチレ−トは1600Å/m
inであり、レジストマスク(エッチングマスク)16
との選択比はほぼ4:1であった。
【0031】上記のエッチングにおいては、エッチング
過程で、全面に塗布形成されたエッチングマスク層16
が最初にエッチングされて減っていき(図2(b)、
(c)参照)、下の半導体基板15が露出したところ
で、エッチングマスク層16と半導体基板15との選択
比の差によりこのエッチングマスク層16と半導体基板
15の境でエッチングレ−トの律速が起こり、独特のエ
ッチングが進行する(図2(c)、(d)参照)。こう
して、初めに作成した第1の回折格子14の周期の半分
の周期を持つ第2の回折格子17が形成される。
過程で、全面に塗布形成されたエッチングマスク層16
が最初にエッチングされて減っていき(図2(b)、
(c)参照)、下の半導体基板15が露出したところ
で、エッチングマスク層16と半導体基板15との選択
比の差によりこのエッチングマスク層16と半導体基板
15の境でエッチングレ−トの律速が起こり、独特のエ
ッチングが進行する(図2(c)、(d)参照)。こう
して、初めに作成した第1の回折格子14の周期の半分
の周期を持つ第2の回折格子17が形成される。
【0032】最後に、残存しているエッチングマスク層
16を除去して、半導体基板15に所望の周期の回折格
子17を得る(図2(e))。
16を除去して、半導体基板15に所望の周期の回折格
子17を得る(図2(e))。
【0033】以上の如く、本実施例では、従来技術のホ
ログラフィック干渉法で得た回折格子14にホトレジス
トを全面塗布し、これに露光、現像することなくそのま
まドライエッチングを施すという簡単な方法で、微細な
周期(初めの回折格子の周期の1/2の周期)の回折格
子を精度良く安定して得ることができる。
ログラフィック干渉法で得た回折格子14にホトレジス
トを全面塗布し、これに露光、現像することなくそのま
まドライエッチングを施すという簡単な方法で、微細な
周期(初めの回折格子の周期の1/2の周期)の回折格
子を精度良く安定して得ることができる。
【0034】こうして、DBR領域(A部)のP型Al
GaAs上部光ガイド6上に1次回折格子10を得る。
GaAs上部光ガイド6上に1次回折格子10を得る。
【0035】次に、プラズマCVD法により窒化シリコ
ン膜11を基板1全面(DBR領域A、電流注入領域
B)に形成し、電流注入領域Bのリッジの頂き部のみを
エッチングして注入域を形成した。続いて、n型電極1
2及びP型電極13を蒸着形成し、へき開により共振器
面を形成する。
ン膜11を基板1全面(DBR領域A、電流注入領域
B)に形成し、電流注入領域Bのリッジの頂き部のみを
エッチングして注入域を形成した。続いて、n型電極1
2及びP型電極13を蒸着形成し、へき開により共振器
面を形成する。
【0036】こうして、1次回折格子構造を有するリッ
ジ型DBR半導体レ−ザを得る。
ジ型DBR半導体レ−ザを得る。
【0037】本第1実施例による1次回折格子構造を有
するリッジ型DBR半導体レ−ザは、2次回折格子構造
を有するリッジ型DBR半導体レ−ザに比べて、2次以
上の高次回折による放射損失をなくし、結合係数を大き
く取ることができ、閾値電流の低減、量子効率の向上等
を可能にした。
するリッジ型DBR半導体レ−ザは、2次回折格子構造
を有するリッジ型DBR半導体レ−ザに比べて、2次以
上の高次回折による放射損失をなくし、結合係数を大き
く取ることができ、閾値電流の低減、量子効率の向上等
を可能にした。
【0038】実施例2 以下、本発明の第2実施例について説明する。図3は本
発明をリッジ型DFB半導体フィルタに適用した時の作
成方法を示す説明図である。
発明をリッジ型DFB半導体フィルタに適用した時の作
成方法を示す説明図である。
【0039】例えば、MBE装置等でn型GaAs基板
18上に、n型GaAsバッファ層19(厚さ、0.5
μm)、n型AlGaAsクラッド層20(厚さ、1.
5μm)、活性層21(AlGaAsMQW、AlGa
Asバルク、GaAsバルク等 :厚さ、0.1μ
m)、P型AlGaAsバリア層22(厚さ、0.1μ
m)、P型AlGaAs光ガイド層23(厚さ、0.2
μm)の順にエピタキシャル成長する。
18上に、n型GaAsバッファ層19(厚さ、0.5
μm)、n型AlGaAsクラッド層20(厚さ、1.
5μm)、活性層21(AlGaAsMQW、AlGa
Asバルク、GaAsバルク等 :厚さ、0.1μ
m)、P型AlGaAsバリア層22(厚さ、0.1μ
m)、P型AlGaAs光ガイド層23(厚さ、0.2
μm)の順にエピタキシャル成長する。
【0040】次に、このP型AlGaAs光ガイド層2
3上に、図2(a)〜(e)の工程に従い所望の周期の
1次回折格子24を形成する。続いて、例えば、液相成
長法により、1次回折格子24を形成したP型AlGa
As光ガイド層23上に、P型AlGaAsクラッド層
25(厚さ、1.5μm)、P型GaAsキャップ層2
6(厚さ、0.3μm)の順に再度エピタキシャル成長
する。
3上に、図2(a)〜(e)の工程に従い所望の周期の
1次回折格子24を形成する。続いて、例えば、液相成
長法により、1次回折格子24を形成したP型AlGa
As光ガイド層23上に、P型AlGaAsクラッド層
25(厚さ、1.5μm)、P型GaAsキャップ層2
6(厚さ、0.3μm)の順に再度エピタキシャル成長
する。
【0041】次にフォトリソグラフィ−によりリッジの
パタ−ニングを行った後、エッチングを行い、プラズマ
CVD法により窒化シリコン膜27を形成し、リッジの
頂き部のみをエッチングして注入域とした。リッジの
幅、すなわち注入域は3.0μmである。続いて、P型
電極28を蒸着形成し、ドライエッチングにより、電気
的に分離する溝を形成するため、P型GaAsキャップ
層26の一部をエッチングして分離溝29を得る。さら
に、n型電極30を蒸着形成し、ヘキ開により共振器面
を形成する。
パタ−ニングを行った後、エッチングを行い、プラズマ
CVD法により窒化シリコン膜27を形成し、リッジの
頂き部のみをエッチングして注入域とした。リッジの
幅、すなわち注入域は3.0μmである。続いて、P型
電極28を蒸着形成し、ドライエッチングにより、電気
的に分離する溝を形成するため、P型GaAsキャップ
層26の一部をエッチングして分離溝29を得る。さら
に、n型電極30を蒸着形成し、ヘキ開により共振器面
を形成する。
【0042】更に、両共振器面に無反射コ−トを施し
て、1次回折格子構造を有するリッジ型DFBフィルタ
を得る。
て、1次回折格子構造を有するリッジ型DFBフィルタ
を得る。
【0043】本第2実施例による1次回折格子構造を有
するリッジ型DFBフィルタは、2次回折格子構造を有
するリッジ型DFBフィルタに比べて、放射損失をなく
し結合係数を大きくとることができ、閾値電流の低減、
量子効率の向上、更には、飽和出力の増加が可能となっ
た。
するリッジ型DFBフィルタは、2次回折格子構造を有
するリッジ型DFBフィルタに比べて、放射損失をなく
し結合係数を大きくとることができ、閾値電流の低減、
量子効率の向上、更には、飽和出力の増加が可能となっ
た。
【0044】実施例3 以下、本発明の第3実施例について説明する。図4は本
発明をリッジ型DFB半導体レ−ザに適用した時の作成
方法示す説明図である。
発明をリッジ型DFB半導体レ−ザに適用した時の作成
方法示す説明図である。
【0045】例えば、MBE装置等で、n型GaAs基
板31上に、n型GaAsバッファ層32(厚さ、0.
5μm)、n型AlGaAsクラッド層33(厚さ、
1.5μm)、活性層34(AlGaAs多重量子井戸
(MQW)、AlGaAsバルク、GaAsバルク等:
厚さ、〜0.1μm)、P型AlGaAsバリア層35
(厚さ、0.1μm)、P型AlGaAs光ガイド層3
6(厚さ、0.2μm)の順にエピタキシャル成長させ
る。
板31上に、n型GaAsバッファ層32(厚さ、0.
5μm)、n型AlGaAsクラッド層33(厚さ、
1.5μm)、活性層34(AlGaAs多重量子井戸
(MQW)、AlGaAsバルク、GaAsバルク等:
厚さ、〜0.1μm)、P型AlGaAsバリア層35
(厚さ、0.1μm)、P型AlGaAs光ガイド層3
6(厚さ、0.2μm)の順にエピタキシャル成長させ
る。
【0046】次に、このP型AlGaAs光ガイド層3
6上に図2(a)〜(e)に工程に従い所望のピッチの
1次回折格子37を形成する。
6上に図2(a)〜(e)に工程に従い所望のピッチの
1次回折格子37を形成する。
【0047】続いて、例えば、液相成長法により位相シ
フト型回折格子37を形成したP型AlGaAs光ガイ
ド層36上にP型AlGaAsクラッド層38(厚さ、
1.5μm)、P型GaAsキャップ型39(厚さ、
0.3μm)の順に再度エピタキシヤル成長する。
フト型回折格子37を形成したP型AlGaAs光ガイ
ド層36上にP型AlGaAsクラッド層38(厚さ、
1.5μm)、P型GaAsキャップ型39(厚さ、
0.3μm)の順に再度エピタキシヤル成長する。
【0048】次に、フォトリソグラフィ−によりリッジ
パタ−ニングを行った後、エッチングを行い、プラズマ
CVD法により窒化シリコン膜40を形成し、リッジの
頂き部のみをエッチングして注入域とした。リッジの
幅、すなわち注入域は3.0μmである。続いて、n型
電極41及びP型電極42を蒸着形成し、ヘキ開により
共振器面を形成する。さらに、両共振器面に無反射コ−
トを施して、1次回折格子構造を有するリッジ型DFB
レ−ザを得る。
パタ−ニングを行った後、エッチングを行い、プラズマ
CVD法により窒化シリコン膜40を形成し、リッジの
頂き部のみをエッチングして注入域とした。リッジの
幅、すなわち注入域は3.0μmである。続いて、n型
電極41及びP型電極42を蒸着形成し、ヘキ開により
共振器面を形成する。さらに、両共振器面に無反射コ−
トを施して、1次回折格子構造を有するリッジ型DFB
レ−ザを得る。
【0049】本第3実施例による1次回折格子構造を有
するリッジ型DFBレ−ザは、2次回折格子構造を有す
るリッジ型DFBレ−ザに比べて放射損失をなくし、結
合係数を大きくとることができ、閾値電流の低減、量子
効率の向上が可能となった。
するリッジ型DFBレ−ザは、2次回折格子構造を有す
るリッジ型DFBレ−ザに比べて放射損失をなくし、結
合係数を大きくとることができ、閾値電流の低減、量子
効率の向上が可能となった。
【0050】実施例4 以下、本発明の第4実施例について説明する。図5は、
本発明をBH型DFB半導体レ−ザに適用した時の作成
方法を示す説明図である。
本発明をBH型DFB半導体レ−ザに適用した時の作成
方法を示す説明図である。
【0051】例えば、MBE装置等で、n型GaAs基
板43上に、n型AlGaAsクラッド層44(厚さ、
1.5μm)、活性層45(AlGaAs多重量子井戸
(MQW)、AlGaAsバルク、GaAsバルク等:
厚さ、〜0.1μm)、P型AlGaAsキャリアブロ
ック層46(厚さ、0.05μm)、P型AlGaAs
光ガイド層47(厚さ、0.2μm)の順にエピタキシ
ャル成長させる。
板43上に、n型AlGaAsクラッド層44(厚さ、
1.5μm)、活性層45(AlGaAs多重量子井戸
(MQW)、AlGaAsバルク、GaAsバルク等:
厚さ、〜0.1μm)、P型AlGaAsキャリアブロ
ック層46(厚さ、0.05μm)、P型AlGaAs
光ガイド層47(厚さ、0.2μm)の順にエピタキシ
ャル成長させる。
【0052】次に、上記P型AlGaAs光ガイド層4
7上に本発明の図2(a)〜(e)の工程に従い、所望
のピッチの1次回折格子48を形成する。
7上に本発明の図2(a)〜(e)の工程に従い、所望
のピッチの1次回折格子48を形成する。
【0053】続いて、例えば、液相成長法により、1次
回折格子48を形成したP型AlGaAs光ガイド層4
7上にP型AlGaAs光クラッド層49(厚さ、1.
5μm)、P型AlGaAs光キャップ層50(厚さ、
0.3μm)の順にエピタキシャル成長させる。
回折格子48を形成したP型AlGaAs光ガイド層4
7上にP型AlGaAs光クラッド層49(厚さ、1.
5μm)、P型AlGaAs光キャップ層50(厚さ、
0.3μm)の順にエピタキシャル成長させる。
【0054】次に、フォトリソグラフィ−により、中央
部で幅2.0μm程度のストライプをパタ−ニングし、
n−GaAs基板43までエッチングを行いストライプ
状のエピタキシャル成長層を残し、他の部分を完全に除
去する。
部で幅2.0μm程度のストライプをパタ−ニングし、
n−GaAs基板43までエッチングを行いストライプ
状のエピタキシャル成長層を残し、他の部分を完全に除
去する。
【0055】続いて、再度、選択エピタキシャル成長法
でエピタキシャル成長層を除去した部分にP型AlGa
As埋め込み層51(厚さ、2.0μm)、n型AlG
aAs埋め込み層52(厚さ、2.0μm)の順に成長
する。続いて、n型電極53およびP型電極54を蒸着
形成し、ヘキ開により共振器面を形成する。さらに、両
共振器面に無反射コ−トを施して、1次回折格子構造を
有する埋め込み型DFBレ−ザを得る。
でエピタキシャル成長層を除去した部分にP型AlGa
As埋め込み層51(厚さ、2.0μm)、n型AlG
aAs埋め込み層52(厚さ、2.0μm)の順に成長
する。続いて、n型電極53およびP型電極54を蒸着
形成し、ヘキ開により共振器面を形成する。さらに、両
共振器面に無反射コ−トを施して、1次回折格子構造を
有する埋め込み型DFBレ−ザを得る。
【0056】本第4実施例による1次回折格子構造を有
する埋め込み型DFBレ−ザは、2次回折格子構造を有
する埋め込み型DFBレ−ザに比べて、放射損失をなく
し、結合係数を大きくとることができ、閾値電流の低
減、量子効率の向上が可能となった。
する埋め込み型DFBレ−ザは、2次回折格子構造を有
する埋め込み型DFBレ−ザに比べて、放射損失をなく
し、結合係数を大きくとることができ、閾値電流の低
減、量子効率の向上が可能となった。
【0057】他の実施例 以上、本発明を実施例に基づき説明したが、本発明は第
1〜第4実施例のみに限定されるものではなく、例え
ば、本実施例中、回折格子14の形状は三角形を用いた
が、矩形、台形などでも良く最終的に求められる仕様に
応じて定めれば良く、形成方法も本質的に同じである。
また、上記実施例中の1次回折格子17形成のためのマ
スク材は、ホトレジストに限定されず、ドライエッチン
グ時のエッチング条件に応じて材料を決めれば良い。
1〜第4実施例のみに限定されるものではなく、例え
ば、本実施例中、回折格子14の形状は三角形を用いた
が、矩形、台形などでも良く最終的に求められる仕様に
応じて定めれば良く、形成方法も本質的に同じである。
また、上記実施例中の1次回折格子17形成のためのマ
スク材は、ホトレジストに限定されず、ドライエッチン
グ時のエッチング条件に応じて材料を決めれば良い。
【0058】さらに、エッチング法も、本実施例ではリ
アクティブイオンビ−ムエッチング法を用いたが、これ
に限定されず材料とエッチングの諸条件に合わせて選べ
ば、スパッタ、イオンミリング、リアクティブイオンエ
ッチング等を用いても良い。エッチングガスもCl2に
限定されず、材料とエッチングの諸条件に合わせて選べ
ば良い。加えて、本実施例では、本発明をDBRレ−
ザ、DFBレ−ザ、DFBフィルタに適用しているが、
これに限定されることはなく、その他の光素子、例え
ば、結合器等に広く適用可能である。
アクティブイオンビ−ムエッチング法を用いたが、これ
に限定されず材料とエッチングの諸条件に合わせて選べ
ば、スパッタ、イオンミリング、リアクティブイオンエ
ッチング等を用いても良い。エッチングガスもCl2に
限定されず、材料とエッチングの諸条件に合わせて選べ
ば良い。加えて、本実施例では、本発明をDBRレ−
ザ、DFBレ−ザ、DFBフィルタに適用しているが、
これに限定されることはなく、その他の光素子、例え
ば、結合器等に広く適用可能である。
【0059】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、従来の方法で形成された周期Λの回折格子を形成し
た後、これにホトレジスト等の異種材料を全面塗布し、
これをそのままドライエッチング等でエッチングして周
期Λ/2の微細な回折格子を形成するので、工程を短縮
できると共に、パタ−ン精度の安定性が向上でき、歩留
まりも向上して、短波長(λ=0.8μm)帯の1次回
折格子が作成できる。よって、本発明の上記作製方法で
作製した1次回折格子を具備した光半導体装置、例え
ば、DBR/DFB半導体レ−ザでは、レ−ザ光と回折
格子との結合効率の向上が図られ放射損失が防止される
ため、 (1)閾値電流の低下 (2)量子効率の増加 を実現でき、短波長(λ=0.8μm)帯の1次回折格
子を必要とされる光素子の特性を向上させることができ
る。
ば、従来の方法で形成された周期Λの回折格子を形成し
た後、これにホトレジスト等の異種材料を全面塗布し、
これをそのままドライエッチング等でエッチングして周
期Λ/2の微細な回折格子を形成するので、工程を短縮
できると共に、パタ−ン精度の安定性が向上でき、歩留
まりも向上して、短波長(λ=0.8μm)帯の1次回
折格子が作成できる。よって、本発明の上記作製方法で
作製した1次回折格子を具備した光半導体装置、例え
ば、DBR/DFB半導体レ−ザでは、レ−ザ光と回折
格子との結合効率の向上が図られ放射損失が防止される
ため、 (1)閾値電流の低下 (2)量子効率の増加 を実現でき、短波長(λ=0.8μm)帯の1次回折格
子を必要とされる光素子の特性を向上させることができ
る。
【図1】本発明の第1実施例を示す半導体レ−ザの作成
方法を示す説明図。
方法を示す説明図。
【図2】図1に示す回折格子の作成方法を示す工程断面
図。
図。
【図3】本発明第2実施例を示す半導体フィルタの作成
方法を示す説明図。
方法を示す説明図。
【図4】本発明の第3実施例を示す半導体レ−ザの作成
方法を示す説明図。
方法を示す説明図。
【図5】本発明の第3実施例を示す半導体レ−ザの作成
方法を示す説明図。
方法を示す説明図。
【図6】従来の回折格子の作成方法を示す工程断面図。
1,15,18,31,43:基板 2,19,32:バッファ層 3,7,20,25,33,38,44,49:クラッ
ド層 4,6,23,36,47:光ガイド層 5,21,34,45:活性層 8,26,39,50:キャップ層 9:ポリイミド 10,24,37,48:1次回折格子 11,27,40:窒化シリコン膜 12,30,41,53:n型電極 13,28,42,54:P型電極 14:第1の回折格子 16:エッチングマスク層 17:第2の回折格子 22,35:バリア層 29:分離溝 46:キャリアブロック層 51,52:埋め込み層
ド層 4,6,23,36,47:光ガイド層 5,21,34,45:活性層 8,26,39,50:キャップ層 9:ポリイミド 10,24,37,48:1次回折格子 11,27,40:窒化シリコン膜 12,30,41,53:n型電極 13,28,42,54:P型電極 14:第1の回折格子 16:エッチングマスク層 17:第2の回折格子 22,35:バリア層 29:分離溝 46:キャリアブロック層 51,52:埋め込み層
Claims (1)
- 【請求項1】 第1の周期の回折格子を形成するステッ
プ、該回折格子を格子部分と異種の材料で被覆するステ
ップ、該異種材料と該回折格子の格子形成材とを同時に
エッチングすることを含むエッチングにより前記第1の
周期と異なる第2の周期の回折格子を形成するステップ
を有することを特徴とする回折格子の作成方法で作成し
た回折格子構造を有する光半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27338891A JPH0590705A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27338891A JPH0590705A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 光半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0590705A true JPH0590705A (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17527204
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27338891A Pending JPH0590705A (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0590705A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008048401A1 (en) * | 2006-09-08 | 2008-04-24 | The Regents Of The University Of California | Apparatus and process for aqueous cleaning of diffraction gratings with minimization of cleaning chemicals |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP27338891A patent/JPH0590705A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008048401A1 (en) * | 2006-09-08 | 2008-04-24 | The Regents Of The University Of California | Apparatus and process for aqueous cleaning of diffraction gratings with minimization of cleaning chemicals |
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