JPH06300909A

JPH06300909A - ホログラフィック干渉露光法を用いた回折格子作成方法及びこれを用いた光半導体装置

Info

Publication number: JPH06300909A
Application number: JP5110061A
Authority: JP
Inventors: Yukio Furukawa; 幸生古川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】ＤＦＢ、ＤＢＲレーザ等の１次回折用などの様
な極微細な回折格子を精度よく容易に作成できる回折格
子作成方法およびこれを用いた光半導体装置である。【構成】ホログラフィック干渉法を用いた回折格子の作
成方法は、基板１上に相反則不軌性を有するホトレジス
ト２を塗布する工程を有する。干渉に用いる２つの光波
の一方もしくは両方に所定の位相シフトを与える工程
と、この位相シフト付与工程後にホトレジスト２を露光
する工程と、ホトレジスト２をエッチングマスクとして
基板１をエッチングする工程をも含む。ここで、２つの
光波の位相を相対的に２π／ｎずつシフトさせながらホ
トレジスト２をｎ回多重露光する。以上の回折格子の作
成方法によって光半導体装置の回折格子を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微細なパターンを作成
するために用いられるホログラフィック干渉露光法を用
いた回折格子作成方法およびこれを用いた光半導体装置
に関する。

【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、フィルター、光結合器、分布帰還型（ＤＦ
Ｂ）レーザ、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）レーザ等の
種々の光回路素子に用いられている。特に、ＤＦＢ、Ｄ
ＢＲレーザに代表される波長制御用ないし波長可変半導
体レーザに形成された回折格子は、レーザの共振器とし
て用いられるため、回折格子の周期、形状、深さはレー
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のようなレーザ中に制
御よ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程度と微細なため、ホトレ
ジストマスクの作成に従来の光リソグラフィー技術を適
用することはできない。このため、ホログラフィックな
露光法が一般に用いられてきた。これはレーザ光の干渉
を用いた露光法（２光束干渉露光法）であり、その工程
を図９で説明する。

【０００４】この方法では、まず図９（ａ）の如く基板
２２１にホトレジスト２２２を塗布し、ここに十分に平
行光線とされた２つのレーザビーム２２３、２２４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２２２を
周期的に露光する。これを現像、ベークすることで図９
（ｂ）のような格子状のホトレジストマスク２２５を作
成する。次に、上記ホトレジストマスク２２５をエッチ
ングマスクとして図９（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２２
５を剥離することにより、図９（ｄ）のように基板２２
１に周期構造（回折格子）２２６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つのレーザービームの入射角度をθ、レーザービ
ームの波長をλとすると、作成できる格子間隔Λ（図９
（ｂ）参照）は、Λ＝λ／２ｓｉｎθと表せる。露光用
レーザとしては、Ａｒレーザ（λ＝３５１ｎｍ）または
Ｈｅ−Ｃｄレーザ（λ＝３２５ｎｍ）が適している。Λ
≦０．２５μｍ程度のマスクを作るにはＨｅ−Ｃｄレー
ザを用いる。

【０００６】一方、ＤＦＢ、ＤＢＲ半導体レーザの発振
波長λは、λ＝λ₀／Ｎ_eff＝２Λ／ｍ（ｍ＝１、２、・
・・）で表すことができる。ここで、λ₀／Ｎ_effは媒質
内でのブラッグ波長、Ｎ_effは媒質の等価屈折率、Λは
この半導体レー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】こうした半導体レーザにおいて、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、約０．１１５μｍにまで
小さくなる。ｍ次回折を利用するときでも、０．１１５
μｍ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ーザービームの波長を小さくすべ
くＨｅ−Ｃｄレーザの波長λ＝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
半導体レーザの１次回折格子（周期Λ＝０．１３μｍ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つのものが挙げられる。第１の方
法として、資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。高屈折率媒質としては、例えば、光
吸収の少ないキシレンを用いる。また、類似の方法とし
て、ホトレジスト膜上に屈折率整合用イオンを介して３
角形または長方形プリズムを置き、このプリズムの両側
から露光用の２つの光束を入射させる方法もある。

【０００９】第２の方法は、２光束干渉露光法によって
得られた回折格子の周期をさらに処理して半分にするも
のである。図１０（ａ）に示すように、まず、基板２３
５上に周期構造（周期Λ）の溝（回折格子）２３５ａを
形成し、次にエッチングマスク材料（ホトレジスト）２
３２を全面に形成する。この後、図１０（ｂ）に示すよ
うに露光、現像によりエッチング面を露出させてから、
図１０（ｃ）のようにエッチングを行い、こうして図１
０（ｄ）に示すように周期が最初の溝２３５ａの半分の
回折格子（周期Λ／２）を得る。

【００１０】第３の方法は、図１１の様に、まず、２光
束干渉露光法によりホトレジストマスク２４１を基板２
４２上に形成し（図１１（ａ））、次に、その上にＥＣ
Ｒ−ＣＶＤによりＳｉＮ_x膜２４３を成長させ（図１１
（ｂ））、さらに、エッチング時間を調整することでレ
ジストとＳｉＮ_x膜によるエッチングマスク２４１、２
４４を作成し（図１１（ｃ））、最後にこのマスク２４
１、２４４を用いてエッチングを行って、周期が最初に
形成したホトレジストマスク２４１の半分の回折格子２
４５を作成する方法がある（図１１（ｄ））。

【００１１】従来の短波長（λ＝０．８μｍ）ＤＦＢ、
ＤＢＲ半導体レーザ用の回折格子は、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次または３
次の回折格子を用いていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した短波
長（λ＝０．８μｍ）ＤＦＢ、ＤＢＲ半導体レーザ用の
１次回折格子（周期Λ＝０．１３μｍ以下）の作成方法
には次のような問題があった。

【００１３】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為に露光用ビームの光波面が乱れ
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いう欠点がある。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、面内でば
らつきが生じて回折格子の精度が悪くなる。また、レジ
スト塗布とエッチングをそれぞれ２回必要とするため、
工程が煩雑であるという欠点もある。第３の方法では、
レジスト上のＳｉＮ_x膜と基板上のＳｉＮ_x膜のエッチン
グ条件の制御が困難である。さらに、ＳｉＮ_x膜の成長
およびエッチングという工程が付加されるため煩雑であ
る。

【００１４】以上述べた１次回折格子を作成する上での
欠点は、これを用いた半導体レーザの特性に影響を及ぼ
し、レー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、レーザ光と回折格子
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といった欠点を有する。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。

【００１５】したがって、本発明は、上記問題点に鑑
み、ＤＦＢ、ＤＢＲレーザ等の１次回折用などの様な極
微細な回折格子を精度よく容易に作成できる回折格子作
成方法およびこれを用いた光半導体装置を提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ホログラフィ
ック干渉法を用いた回折格子の作成方法において、基板
上にホトレジストを塗布する工程と、干渉に用いる２つ
の光波の一方もしくは両方に所定の位相シフトを与える
工程と、この位相シフト付与工程後に該ホトレジストを
露光する工程と、該ホトレジストをエッチングマスクと
して該基板をエッチングする工程を含み、該２つの光波
の位相を相対的に２π／ｎずつシフトさせながら該ホト
レジストをｎ回多重露光することを特徴とする回折格子
の作成方法である。また、以上の回折格子の作成方法に
よって作成した回折格子を有する光半導体装置を提供す
るものである。

【００１７】即ち、本発明によるホログラフィック干渉
露光法を用いた回折格子作成方法は、基板上に塗布した
相反則不軌性を有するホトレジストをｎ回（ｎ＝１、
２、・・・）多重露光するホログラフィック干渉露光法
において、干渉に用いる２つの光波の一方もしくは両方
に所定の位相シフトを与える工程を含み、該２つの光波
の位相を相対的に２π／ｎずつシフトさせながら基板上
に塗布したホトレジストを露光し、この露光したホトレ
ジストをエッチングマスクとして基板をエッチングする
ことを特徴とする。

【００１８】より具体的には、光波の光路中にくさび型
の位相シフト板を設け、該位相シフト板を微動させるこ
とにより２つの光波に所定の相対的位相シフトを与えた
り、レーザ光の光路中に回折格子を設け、該回折格子を
透過した光波と該回折格子によって回折を受けた光波と
を干渉に用い、該回折格子を微動させることにより回折
を受けた光波に所定の位相シフトを与えたりする。

【００１９】また、本発明によるホログラフィック干渉
露光法を用いた回折格子作成方法は、基板上に塗布した
相反則不軌性を有するホトレジストをｎ回（ｎ＝１、
２、・・・）多重露光するホログラフィック干渉露光法
において、干渉に用いる２つの光波のなす角を変化させ
ながら基板上に塗布したホトレジストを露光し、この露
光したホトレジストをエッチングマスクとして基板をエ
ッチングすることを特徴とする。

【００２０】また、本発明による光半導体装置は、上記
ホログラフィック干渉露光法を用いた回折格子作成方法
を用いて作成した微細構造を有することを特徴とする。

【００２１】本発明による回折格子の作成方法を、ｎ＝
２の場合について、図１を用いてより具体的に説明す
る。

【００２２】例えば、アルカリ可溶性フェノール樹脂と
芳香族ビスアジドの混合物をホトレジストに用いた場合
を考える。一般に、アジド基（−Ｎ₃）をもつ化合物は
アジドと呼ばれ、分子中にアジド基を２つ持つ化合物は
ビスアジドと呼ばれる。

【００２３】アルカリ可溶性フェノール樹脂として

【００２４】

【化１】芳香族ビスアジドとして

【００２５】

【化２】を用いる。

【００２６】フェノール樹脂には感光性はないが、これ
に芳香族ビスアジドを添加すると、光照射によってアル
カリ水溶液に対して不溶化するようになる。その反応機
構は、まず芳香族アジドが光照射によって分解し、窒素
を放出してナイトレンという活性な遊離基になる。芳香
族環をφで表すと、この反応は次のように表される。

【００２７】

【化３】ナイトレンは非常に活性であり、短時間のうちにフェノ
ール樹脂中の炭素と結合する。

【００２８】

【化４】このような反応がビスアジドの両方のアジド基について
起こるので、その結果、フェノール樹脂の間に橋かけが
でき、フェノール樹脂がアルカリ水溶液に対して不溶化
する。

【００２９】しかし、ナイトレンのそばに酸素分子があ
った場合、ナイトレンはそれと優先的に反応してしま
う。

【００３０】

【化５】酸素と反応したナイトレンは活性を失い、フェノール樹
脂とは反応しない。

【００３１】ある程度以上に強い光が当たっている場合
には、ナイトレンの発生が空気中からの酸素の供給を上
回って、酸素が全部消費されて無酸素状態が実現し、ナ
イトレンはフェノール樹脂と反応する。ところが、それ
よりも弱い光が当たっている場合には、ナイトレンの発
生が酸素の供給より少ないので、ナイトレンとフェノー
ル樹脂との反応はほとんど起こらない。このような状態
では、いくら時間をかけてもフェノール樹脂の不溶化は
起こらない。すなわち、このレジストは相反則不軌性を
有する。

【００３２】相反則不軌性とは、『光の強さが変化して
も、それに反比例して露光時間を変えれば現像後の結果
は変わらない（光の強さと時間が相反の関係にある）』
という条件を満たさない性質を意味する。

【００３３】このような相反則不軌性を有するホトレジ
ストを用いた場合、或る閾値を越えると急激に感光され
るので、２つのレーザ光を干渉させることによって生じ
た干渉縞３において強度の強い領域のみを感光すること
が可能である。

【００３４】まず、感光領域４と非感光領域の比が１：
３になるような条件で第１回目の露光を半導体基板１上
のホトレジスト２に対して行う（図１（ａ）、
（ｂ））。

【００３５】さらに、レーザ光の一方にπの位相シフト
を与えた後に、第１回目の露光と同一条件で第２回目の
露光を行う。位相シフトが与えられているために、第２
回目の露光の際の干渉縞５は第１回目の露光の際の干渉
縞３を反転した形状になるため、第２回目の露光により
感光した領域６は第１回目の露光により感光した領域４
の間に位置することになる（図１（ｃ）、（ｄ））。

【００３６】このような多重露光を施した後に現像、エ
ッチングを施すことにより干渉縞３、５の周期の半分の
周期を有する回折格子７を作成することができる（図１
（ｅ）、（ｆ））。本発明の回折格子の作成方法で
は、レジスト塗布、現像、エッチングの工程は各一回で
よく、露光の際に多重露光を施すことによって回折格子
７を作成するので、工程を短縮できるとともに、精度の
安定性や歩留まりが向上した極微細の回折格子が作成で
きる。さらに、これを用いた光半導体装置の特性を向上
させることができる。

【００３７】

【実施例１】図１は、本発明に基づく回折格子の作成方
法の第１の実施例を示す工程図である。

【００３８】まず、半導体基板１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、２００°Ｃ、３０分の熱処理を行う。続いて２光
束干渉露光用のホトレジスト層２（相反則不軌性を有す
るもの、例えばビスアジドとアルカリ不溶性フェノール
樹脂の混合物）を基板１全面に塗布する。

【００３９】次に、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（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２
に対して所望の周期Λに対応する入射角度θで１回目の
露光を行う。ここで、θ＝４５°とするとΛ＝０．２３
μｍとなる。レーザ光を照射している状態ではホトレジ
スト層２上には干渉縞３が生じている。（図１
（ａ））。

【００４０】ホトレジスト２は或る閾値を越えると急激
に感光されるので、干渉縞３において強度の強い領域の
みを感光することが可能である。まず、レーザ光の照射
パワーと時間を調整して、感光領域４と非感光領域との
比がほぼ１：３になるような条件で露光を行う。

【００４１】さらに、レーザ光の一方にπの位相シフト
を与えた後に、第１回目の露光と同一条件で第２回目の
露光を行う。位相シフトが与えられているため、干渉縞
５は干渉縞３を反転した形状になる（図１（ｃ））。そ
の結果、第２回目の露光により感光した領域６は第１回
目の露光により感光した領域４の間に位置することにな
る（図１（ｄ））。

【００４２】レーザ光に位相シフトを与える方法を図２
に示す。図２中の位相シフト板１０はレーザ光の波長に
対して透明な材料で、入射側の面と出射側の面とが若干
傾いている。この位相シフト板１０を矢印の方向に動か
すことにより、透過光に位相シフトを与えることができ
る。例えば、位相シフト板１０として、波長λ＝３２５
ｎｍに対して屈折率１．４６の石英ガラスを用い、入射
側の面と出射側の面とが成す角を２°にした場合、矢印
の方向に１０．１２μｍ動かせばレーザ光にπだけ位相
シフトを与えることができる。

【００４３】２回の露光を施した後、ホトレジスト層２
をアルカリ系現像液で現像することにより、２回の露光
によって感光した領域のみが残存したレジストパターン
を形成する（図１（ｅ））。現像後に余分なレジスト２
が残存している場合は、Ｏ₂によるアッシング（灰化）
を適当な時間施すことによって除去すればよい。

【００４４】続いて、上記レジストパターン２をエッチ
ングマスクとして、半導体基板１をＣｌ₂ガスによるリ
アクティブイオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）を用い
て、所定時間エッチングを行うことによりレジストパタ
ーンを半導体基板１上に転写する。最後に残存している
ホトレジスト層２を除去して、半導体基板１上に所望の
周期（Λ／２）の回折格子７を得る（図１（ｆ））。

【００４５】以上の如く、本実施例では、ホトレジスト
２を塗布した後に、２光束干渉露光法を用いて二重露光
してエッチングするという簡単な方法で、微細な周期の
回折格子７を精度よく安定して得ることができる。

【００４６】こうして、短波長（λ＝０．８μｍ）ＤＦ
Ｂ、ＤＢＲ半導体レーザ等に用いることのできる回折格
子（周期０．１３μｍ以下）を精度、安定性よく作成で
き、これを光素子へ応用した場合、２次回折格子を利用
した素子と比べて、種々の利点を持つ。例えば、ＤＦ
Ｂ、ＤＢＲレーザでは、活性領域と回折格子領域間で高
光結合効率が得られ、放射損失、高次散乱ロスの低減、
発振しきい値の低下が可能になる。

【００４７】ところで、本発明は上記実施例の形態のみ
に限定されるものではない。例えば、レーザ光に位相シ
フトを与える方法として、図２のように位相シフト板１
０を用いる方法を示したが、図３に示すような方法でも
よい。図３において、１１は透過型の回折格子で、レー
ザ光１３を０次光（透過光）１４と１次光（回折光）１
５に分配比１：１で分波するものである。この回折格子
１１を矢印の方向に動かすことにより位相シフトを実現
できる。例えば、回折格子１１の格子の周期を２μｍと
すると、回折格子１１を矢印の方向に１μｍ（周期の半
分）動かすと０次光１４は位相シフトを受けず、１次光
１５のみに位相シフトπを与えることができる。尚、１
２は全反射ミラーである。

【００４８】

【実施例２】以下、本発明の第１実施例を光半導体装置
に適用した例について説明する。図４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。

【００４９】例えば、ＭＢＥ装置等で、ｎ型ＧａＡｓ基
板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０２（厚さ、
０．５μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０３（厚
さ、１．５μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１０４
（厚さ、０．１５μｍ）、活性層１０５（ＡｌＧａＡｓ
多重量子井戸（ＭＱＷ）、ＡｌＧａＡｓ単一量子井戸
（ＳＱＷ）、ＡｌＧａＡｓバルク、ＧａＡｓバルク等：
厚さ、〜０．１μｍ）、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１
０６（厚さ、０．２５μｍ）、Ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層１０７（厚さ、１．５μｍ）、Ｐ型ＧａＡｓキャッ
プ層１０８（厚さ、０．５μｍ）を、順次、エピタキシ
ャル成長させる。

【００５０】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（ＲＩＢＥ）により１．９〜２．０μｍの深
さを得る為のエッチングを行う。

【００５１】続いて、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ上部光ガイド層
１０６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。

【００５２】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１０６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１０８とＰ型Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層１０７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Ｄ
ＢＲ領域（Ａ部）は、Ｐ型ＡｌＧａＡＳ上部光ガイド層
１０６の〜０．１μｍステップが残る面となる。

【００５３】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１０９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
１０９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１０９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。

【００５４】次に、第１実施例で述べた回折格子の作成
方法を用いて、ＤＢＲ領域（Ａ部）のＰ型ＡｌＧａＡｓ
上部光ガイド１０６上に所望の周期の１次回折格子１１
０を得る。

【００５５】次に、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコ
ン膜１１１を基板１０１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１１２及びＰ型電極１１３を蒸着形成し、へき開によ
り共振器面を形成する。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】

【実施例３】以下、本発明の第３実施例について説明す
る。図５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。

【００５９】例えば、ＭＢＥ装置等でｎ型ＧａＡｓ基板
１１８上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１９（厚さ、
０．５μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１２０（厚
さ、１．５μｍ）、活性層１２１（ＡｌＧａＡｓＭＱ
Ｗ、ＡｌＧａＡｓバルク、ＧａＡｓバルク等：厚さ、
０．１μｍ）、Ｐ型ＡｌＧａＡｓバリア層１２２（厚
さ、０．１μｍ）、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１２３
（厚さ、０．２μｍ）の順にエピタキシャル成長する。

【００６０】次に、このＰ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１
２３上に、第１実施例で述べた回折格子の作成方法を用
いて所望の周期の１次回折格子１２４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１２４を
形成したＰ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１２３上に、Ｐ型
ＡｌＧａＡｓクラッド層１２５（厚さ、１．５μｍ）、
Ｐ型ＧａＡｓキャップ層１２６（厚さ、０．３μｍ）の
順に再度エピタキシャル成長する。

【００６１】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１２７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１２８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１２６の一部をエッチングして分離溝１２９を得
る。さらに、ｎ型電極１３０を蒸着形成し、へき開によ
り共振器面を形成する。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】

【実施例４】以下、本発明の第４実施例について説明す
る。図６は本発明をリッジ型ＤＦＢ半導体レ−ザに適用
した時の作成方法を示す説明図である。

【００６５】例えば、ＭＢＥ装置等で、ｎ型ＧａＡｓ基
板１３１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３２（厚さ、
０．５μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３３（厚
さ、１．５μｍ）、活性層１３４（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１３５（厚さ、０．１μｍ）、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ光ガ
イド層１３６（厚さ、０．２μｍ）の順にエピタキシャ
ル成長させる。

【００６６】次に、このＰ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１
３６上に第１実施例で述べた回折格子の作成方法を用い
て、所望のピッチの１次回折格子１３７を形成する。

【００６７】続いて、例えば、液相成長法により１次回
折格子１３７を形成したＰ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１
３６上にＰ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１３８（厚さ、
１．５μｍ）、Ｐ型ＧａＡｓキャップ型１３９（厚さ、
０．３μｍ）の順に再度エピタキシヤル成長する。

【００６８】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１４０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１４１及びＰ型電極１４２を蒸着形成し、へき開に
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Ｄ
ＦＢレ−ザを得る。

【００６９】本第４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。

【００７０】

【実施例５】以下、本発明の第５実施例について説明す
る。図７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一部破断説明図である。

【００７１】例えば、ＭＢＥ装置等で、ｎ型ＧａＡｓ基
板１４３上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４４（厚
さ、１．５μｍ）、活性層１４５（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１４６（厚さ、０．０５μｍ）、Ｐ型Ａｌ
ＧａＡｓ光ガイド層１４７（厚さ、０．２μｍ）の順に
エピタキシャル成長させる。

【００７２】次に、上記Ｐ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層１
４７上に第１実施例で述べた回折格子の作成方法を用い
て、所望のピッチの１次回折格子１４８を形成する。

【００７３】続いて、例えば、液相成長法により、１次
回折格子１４８を形成したＰ型ＡｌＧａＡｓ光ガイド層
１４７上にＰ型ＡｌＧａＡｓ光クラッド層１４９（厚
さ、１．５μｍ）、Ｐ型ＡｌＧａＡｓ光キャップ層１５
０（厚さ、０．３μｍ）の順にエピタキシャル成長させ
る。

【００７４】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１４３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。

【００７５】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１５１（厚さ、２．０μｍ）、ｎ型Ａｌ
ＧａＡｓ埋め込み層１５２（厚さ、２．０μｍ）の順に
成長する。続いて、ｎ型電極１５３およびＰ型電極１５
４を蒸着形成し、へき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。

【００７６】本第５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。

【００７７】

【実施例６】図８は本発明の第６実施例に基づく微細構
造の作成方法を示す断面図である。まず、第１実施例で
述べたような方法で半導体装置１６０上にホトレジスト
１６２を塗布した後、２光束干渉露光法を用いて所望の
周期Λに対応した入射角度θ₁で１回目の露光を行う
（図８（ａ））。

【００７８】次に、周期２Λに対応した入射角度θ₂で
２回目の露光を行う（図８（ｂ））。さらに、周期４
Λに対応した入射角度θ₃で３回目の露光を行う（図８
（ｃ））。

【００７９】１回目、２回目、３回目の露光による感光
領域１６４、１６６、１６８はオーバーラップしている
ため、現像後は図８（ｄ）に示すようなレジストパター
ンが得られる。

【００８０】すなわち、この方法によれば、線幅ｄに対
して周期（Λ′＝４Λ）が十分広いといった、通常の２
光束干渉露光法では得られない微細構造を得ることがで
きる。線幅ｄや周期Λ′は、露光時の照射量や、多重露
光の回数を適当に選ぶことによって調整できる。

【００８１】以上の如く、本実施例ではホトレジスト１
６２を塗布した後に２光束干渉露光法を用いて多重露光
して現像するという簡単な方法で微細構造を得ることが
できる。

【００８２】また、本実施例の方法は、例えば半導体レ
ーザアレイ、光導波路アレイといった光半導体装置に応
用することができる。

【００８３】

【実施例７】上記第１実施例では、周期Λのレーザ光の
干渉縞を用いて、位相シフト量をπに設定して２回露光
することにより周期Λ／２回の回折格子を得る例を示し
たが、位相シフト量を２π／ｎに設定してｎ回露光する
ことにより周期Λ／ｎの回折格子を得ることももちろん
可能である。

【００８４】さらに、ホトレジストとしてアルカリ可溶
性フェノール樹脂と芳香族ビスアジドの混合物を用いた
例を示したが、これに限定されるわけではなく、相反則
不軌性を有するレジストであればホジ型、ネガ型どちら
でもよく、レジストに応じて露光、現像、エッチング時
の条件を決めればよい。基板についても、半導体基板に
限らず、ガラス、光学ガラスなどでもよい。

【００８５】また、エッチング時にリアクティブイオン
ビームエッチング（ＲＩＢＥ）を用いたが、スパッタエ
ッチング、イオンミリング、リアクティブイオンエッチ
ング（ＲＩＥ）などでもよく、エッチングガスもＣｌ₂
に限定されずに材料に合わせて選べばよい。

【００８６】加えて、上記実施例では、本発明の回折格
子作成方法をＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザ、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。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レジスト塗布、現像、エッチングの工程は各一回でよ
く、露光の際に多重露光を施すことによって回折格子な
どの微細構造を作成するので、工程を短縮できるととも
に、精度の安定性や歩留まりが向上した極微細の回折格
子が作成できる。よって、本発明の作成方法で作成した
１次回折格子を有する光半導体装置、例えばＤＦＢ、Ｄ
ＢＲレーザでは、レーザ光と回折格子との結合効率の向
上が図られ、放射損失が低減されるため、閾値電流の低
下および量子効率の増加を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の工程を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の第１実施例における位相シフトの方法
を示す図である。

【図３】本発明の第１実施例における位相シフトの他の
方法を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例の半導体レーザの作成方法
を示す説明図である。

【図５】本発明の第３実施例の半導体フィルタの作成方
法を示す説明図である。

【図６】本発明の第４実施例の半導体レーザの作成方法
を示す説明図である。

【図７】本発明の第５実施例の半導体レーザの作成方法
を示す説明図である。

【図８】本発明の第６実施例の工程を示す断面図であ
る。

【図９】従来のホログラフィック干渉法による回折格子
の作成法の工程を示す図である。

【図１０】従来の第２の作成法の工程を示す図である。

【図１１】従来の第３の作成法の工程を示す図である。

【符号の説明】

１半導体基板２ホトレジスト（エッチングマスク）３、５干渉縞４１回目の露光による感光領域６２回目の露光による感光領域７回折格子１０位相シフト板１１透過型の回折格子１２全反射ミラー１３レーザ光１４０次回折光１５１次回折光１０１、１１５、１１８、１３１、１４３基板１０２、１１９、１３２バッファ層１０３、１０７、１２０、１２５、１３３、１３８、１
４４、１４９クラッド層１０４、１０６、１２３、１３６、１４７光ガイ
ド層１０５、１２１、１３４、１４５活性層１０８、１２６、１３９、１５０キャップ層１０９ポリイミド１１０、１２４、１３７、１４８１次回折格子１１１、１２７、１４０窒化シリコン膜１１２、１３０、１４１、１５３ｎ型電極１１３、１２８、１４２、１５４Ｐ型電極１２２、１３５バリア層１２９分離溝１４６キャリアブロック層１５１、１５２埋め込み層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に塗布した相反則不軌性を有する
ホトレジストをｎ回（ｎ＝１、２、・・・）多重露光す
るホログラフィック干渉露光法を用いた回折格子作成方
法であって、干渉に用いる２つの光波の一方もしくは両
方に所定の位相シフトを与える工程を含み、該２つの光
波の位相を相対的に２π／ｎずつシフトさせながら基板
上に塗布したホトレジストを露光し、この露光したホト
レジストをエッチングマスクとして基板をエッチングす
ることを特徴とするホログラフィック干渉露光法を用い
た回折格子作成方法。
【請求項２】光波の光路中にくさび型の位相シフト板
を設け、該位相シフト板を微動させることにより２つの
光波に所定の相対的位相シフトを与えることを特徴とす
る請求項１記載のホログラフィック干渉露光法を用いた
回折格子作成方法。
【請求項３】レーザ光の光路中に回折格子を設け、該
回折格子を透過した光波と該回折格子によって回折を受
けた光波とを干渉に用い、該回折格子を微動させること
により回折を受けた光波に所定の位相シフトを与えるこ
とを特徴とする請求項１記載のホログラフィック干渉露
光法を用いた回折格子作成方法。
【請求項４】請求項１、２、または３に記載のホログ
ラフィック干渉露光法を用いた回折格子作成方法を用い
て作成した回折格子構造を有することを特徴とする光半
導体装置。
【請求項５】基板上に塗布した相反則不軌性を有する
ホトレジストをｎ回（ｎ＝１、２、・・・）多重露光す
るホログラフィック干渉露光法を用いた回折格子作成方
法であって、干渉に用いる２つの光波のなす角を変化さ
せながら基板上に塗布したホトレジストを露光し、この
露光したホトレジストをエッチングマスクとして基板を
エッチングすることを特徴とするホログラフィック干渉
露光法を用いた回折格子作成方法。
【請求項６】請求項５に記載のホログラフィック干渉
露光法を用いた回折格子作成方法を用いて作成した微細
構造を有することを特徴とする光半導体装置。