JPH07297492A - 回折格子の製造方法 - Google Patents
回折格子の製造方法Info
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- JPH07297492A JPH07297492A JP9150694A JP9150694A JPH07297492A JP H07297492 A JPH07297492 A JP H07297492A JP 9150694 A JP9150694 A JP 9150694A JP 9150694 A JP9150694 A JP 9150694A JP H07297492 A JPH07297492 A JP H07297492A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光学性能の良好な回折格子の製造方法を実現
する。 【構成】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、特にＩｎＰ系の
うちＩｎＧａＡｓＰからなる基板上にレジスト膜を形成
する第１の工程と、レジスト膜を回折格子の周期パター
ンで露光する第２の工程と、レジスト膜を現像すること
により、その厚さが周期的かつ滑らかに変化する周期状
パターンを形成する第３の工程と、周期状パターンを薄
化することにより基板の表面を周期的に露出させる第４
の工程と、薄化された周期状パターンをマスクとして、
基板をリン酸系ウェットエッチャントでエッチングする
ことにより、基板の表面を周期的かつ滑らかに変化する
凹凸形状とする第５の工程とを備える。基板表面は周期
的かつ滑らかに変化する凹凸形状なので、後工程の多層
成長に際して高温に昇温しても、凹凸形状が崩れにく
い。
する。 【構成】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、特にＩｎＰ系の
うちＩｎＧａＡｓＰからなる基板上にレジスト膜を形成
する第１の工程と、レジスト膜を回折格子の周期パター
ンで露光する第２の工程と、レジスト膜を現像すること
により、その厚さが周期的かつ滑らかに変化する周期状
パターンを形成する第３の工程と、周期状パターンを薄
化することにより基板の表面を周期的に露出させる第４
の工程と、薄化された周期状パターンをマスクとして、
基板をリン酸系ウェットエッチャントでエッチングする
ことにより、基板の表面を周期的かつ滑らかに変化する
凹凸形状とする第５の工程とを備える。基板表面は周期
的かつ滑らかに変化する凹凸形状なので、後工程の多層
成長に際して高温に昇温しても、凹凸形状が崩れにく
い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は回折格子の製造方法に関
し、ブラッグ回折を利用した共振器構造を有する半導体
レーザの製造に使用される。
し、ブラッグ回折を利用した共振器構造を有する半導体
レーザの製造に使用される。
【０００２】
【従来の技術】ファイバ分散特性の影響を受けずに大容
量の信号を長距離にわたって伝送しようとすると、高速
変調時にも単一縦モード発振する素子が必要になる。こ
の目的のために分布帰還形（ＤＦＢ）、または分布反射
形（ＤＢＲ）半導体レーザの開発が盛んになった。これ
らの素子では、ファブリペロー（ＦＰ）形素子の両端の
へき開面やエッチ面から成る共振器構造のかわりに、光
導波路にそって造りつけられた周期的な屈折率変化によ
るＢｒａｇｇ（ブラッグ）の回折を利用して共振器構造
を形成する。
量の信号を長距離にわたって伝送しようとすると、高速
変調時にも単一縦モード発振する素子が必要になる。こ
の目的のために分布帰還形（ＤＦＢ）、または分布反射
形（ＤＢＲ）半導体レーザの開発が盛んになった。これ
らの素子では、ファブリペロー（ＦＰ）形素子の両端の
へき開面やエッチ面から成る共振器構造のかわりに、光
導波路にそって造りつけられた周期的な屈折率変化によ
るＢｒａｇｇ（ブラッグ）の回折を利用して共振器構造
を形成する。
【０００３】図４は埋込みヘテロ構造半導体レーザの一
例として、ＤＣ−ＰＢＨレーザ（Double Channel Plana
r Buried Heterostructure Laster)の横断面図である。
図示の通り、ｎ型ＩｎＰ基板上にｎ型ＩｎＰの下側クラ
ッド層１が形成され、ｐ型ＩｎＰの上側クラッド層２と
間に、活性層を含むＩｎＧａＡｓＰ層３が介在されてい
る。なお、横方向の光閉じ込め構造はｐ型ＩｎＰにより
実現され、電流狭窄構造はｎ型ＩｎＰにより実現されて
いる。
例として、ＤＣ−ＰＢＨレーザ（Double Channel Plana
r Buried Heterostructure Laster)の横断面図である。
図示の通り、ｎ型ＩｎＰ基板上にｎ型ＩｎＰの下側クラ
ッド層１が形成され、ｐ型ＩｎＰの上側クラッド層２と
間に、活性層を含むＩｎＧａＡｓＰ層３が介在されてい
る。なお、横方向の光閉じ込め構造はｐ型ＩｎＰにより
実現され、電流狭窄構造はｎ型ＩｎＰにより実現されて
いる。
【０００４】図５はその共振器構造近傍の縦断面図であ
る。ｎ−ＩｎＰの下側クラッド層１とｐ−Ｉｎｐの上側
クラッド層２との間に介在されるＩｎＧａＡｓＰ層３
は、下側の活性層３１と上側のガイド層３２からなり、
ガイド層３２と上側クラッド層２の界面には回折格子が
形成されている。
る。ｎ−ＩｎＰの下側クラッド層１とｐ−Ｉｎｐの上側
クラッド層２との間に介在されるＩｎＧａＡｓＰ層３
は、下側の活性層３１と上側のガイド層３２からなり、
ガイド層３２と上側クラッド層２の界面には回折格子が
形成されている。
【０００５】このような回折格子の形成は一般に基板上
にレジストの周期状パターンを形成し、これをマスクと
して基板をエッチングすることにより実現される。ちな
みに、特公平２−１３９４５号公報では、周期状パター
ンの形成には干渉露光法が用いられ、基板のエッチング
にはＨＢｒ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏのエッチャントが用いら
れている。また、Takashi Matsuoka らによる実験
（Ｊ．Electrochem. Soc,;ELECTROCHEMICAL SCIENCEAN
D TECHNOLOGY（December，1986))では、ＳＢＷ（Satu
rated bromine water)系のエッチャントが用いられてい
る。
にレジストの周期状パターンを形成し、これをマスクと
して基板をエッチングすることにより実現される。ちな
みに、特公平２−１３９４５号公報では、周期状パター
ンの形成には干渉露光法が用いられ、基板のエッチング
にはＨＢｒ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏのエッチャントが用いら
れている。また、Takashi Matsuoka らによる実験
（Ｊ．Electrochem. Soc,;ELECTROCHEMICAL SCIENCEAN
D TECHNOLOGY（December，1986))では、ＳＢＷ（Satu
rated bromine water)系のエッチャントが用いられてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＩｎＧａＡｓＰからな
るガイド層３２の上面に周期的な凹凸加工を施した後に
は、ＩｎＰのクラッド層等を多層に成長させることにな
る。ところが、回折格子となる凹凸面上に多層成長を行
なうと、成長プロセスに伴なう昇温によって結晶表面が
熱分解し、せっかく作製した凹凸が消滅したり崩れたり
することがあった。
るガイド層３２の上面に周期的な凹凸加工を施した後に
は、ＩｎＰのクラッド層等を多層に成長させることにな
る。ところが、回折格子となる凹凸面上に多層成長を行
なうと、成長プロセスに伴なう昇温によって結晶表面が
熱分解し、せっかく作製した凹凸が消滅したり崩れたり
することがあった。
【０００７】そこで、従来は、ＩｎＰ結晶表面の凹凸が
消滅しないようにするため、低温成長が可能なＧａＡｓ
結晶でＩｎＰの回折格子表面を被覆しておき、その後に
高温で上層の成長を行なう手法が採用されている。しか
し、これによれば、ＧａＡｓ層の形成プロセスが余分に
必要になり、またＧａＡｓ層の介在による格子不整合な
どにより回折格子の光学性能も低下する。
消滅しないようにするため、低温成長が可能なＧａＡｓ
結晶でＩｎＰの回折格子表面を被覆しておき、その後に
高温で上層の成長を行なう手法が採用されている。しか
し、これによれば、ＧａＡｓ層の形成プロセスが余分に
必要になり、またＧａＡｓ層の介在による格子不整合な
どにより回折格子の光学性能も低下する。
【０００８】一方、温度が高いほど凹凸の変形が著しい
ので、比較的低温のプロセスで多層成長させれば、回折
格子の凹凸構造は当初の形状に保たれる。しかし、この
ようにすると多層成長された結晶層の結晶性が低下し、
結局は回折格子としての光学特性を低下させる。
ので、比較的低温のプロセスで多層成長させれば、回折
格子の凹凸構造は当初の形状に保たれる。しかし、この
ようにすると多層成長された結晶層の結晶性が低下し、
結局は回折格子としての光学特性を低下させる。
【０００９】本発明者は、上記の諸問題を考慮し、
（１）回折格子となる凹凸構造の形成後に、表面に低温
成長可能な中間層を設けることなく多層成長する、
（２）多層成長の温度は良好な結晶性を実現するために
十分な高温とする、ことの２点を前提条件として、回折
格子を良好に実現することを種々の観点から検討した。
そして、検討に際しては、次のような仮説をたてた。
（１）回折格子となる凹凸構造の形成後に、表面に低温
成長可能な中間層を設けることなく多層成長する、
（２）多層成長の温度は良好な結晶性を実現するために
十分な高温とする、ことの２点を前提条件として、回折
格子を良好に実現することを種々の観点から検討した。
そして、検討に際しては、次のような仮説をたてた。
【００１０】すなわち、多層成長のための昇温によって
結晶表面に凹凸の変形が生じる程度は、凹凸構造の断面
形状に依存しており、例えば、三角波形状あるいは矩形
波形状の周期パタ−ンの場合には、「尖った」部分が存
在するために熱変成ないし熱変形が著しい。これに対
し、例えば正弦波形状のように滑らかに変化する周期パ
ターンの場合には、「尖った」部分がないため熱変成な
いし熱変形が生じにくく、結晶表面を他の結晶で埋め込
んで平坦化したときにも、結晶界面には良好に凹凸構造
が保存される、という仮説である。
結晶表面に凹凸の変形が生じる程度は、凹凸構造の断面
形状に依存しており、例えば、三角波形状あるいは矩形
波形状の周期パタ−ンの場合には、「尖った」部分が存
在するために熱変成ないし熱変形が著しい。これに対
し、例えば正弦波形状のように滑らかに変化する周期パ
ターンの場合には、「尖った」部分がないため熱変成な
いし熱変形が生じにくく、結晶表面を他の結晶で埋め込
んで平坦化したときにも、結晶界面には良好に凹凸構造
が保存される、という仮説である。
【００１１】本発明は、このような仮説にもとづき、鋭
意研究を重ねた結果として完成されたものであり、周期
的な凹凸パターンを形成した基板上に、半導体結晶層を
十分な結晶性をもって成長させたときにも、凹凸構造を
消滅等させることなく、基板と結晶成長層の界面に保存
させることのできる回折格子の製造方法を提供すること
を目的とする。
意研究を重ねた結果として完成されたものであり、周期
的な凹凸パターンを形成した基板上に、半導体結晶層を
十分な結晶性をもって成長させたときにも、凹凸構造を
消滅等させることなく、基板と結晶成長層の界面に保存
させることのできる回折格子の製造方法を提供すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】本発明者の検
討によれば、周期的に基板表面が露出するようにされた
レジストの周期状パターンを形成するに際し、まず、露
光と現像によってレジスト膜の表面に周期的かつ滑らか
な凹凸を付ける。そして、プラズマシャワーなどでレジ
スト膜を全体的に薄化し、周期的に基板を露出させる。
このようにすれば、周期状パターンの一本一本につい
て、端部ほど十分に薄く延ばされた形状となる。
討によれば、周期的に基板表面が露出するようにされた
レジストの周期状パターンを形成するに際し、まず、露
光と現像によってレジスト膜の表面に周期的かつ滑らか
な凹凸を付ける。そして、プラズマシャワーなどでレジ
スト膜を全体的に薄化し、周期的に基板を露出させる。
このようにすれば、周期状パターンの一本一本につい
て、端部ほど十分に薄く延ばされた形状となる。
【００１３】このような特異な形状の周期状パターンを
マスクとして、ＩｎＧａＡｓＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体をエッチングするに際し、等方性ウエットエッ
チャント、特にＨ3 ＰＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏからなる
リン酸系エッチャントを用いる。すると、レジスト膜の
極めて薄い部分では、マスクとしての機能が劣ることに
なるので、周期状パターンのレジスト膜と基板との間に
もエッチングが進行する。その結果、基板の表面は滑ら
かな凹凸形状に加工される。
マスクとして、ＩｎＧａＡｓＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体をエッチングするに際し、等方性ウエットエッ
チャント、特にＨ3 ＰＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏからなる
リン酸系エッチャントを用いる。すると、レジスト膜の
極めて薄い部分では、マスクとしての機能が劣ることに
なるので、周期状パターンのレジスト膜と基板との間に
もエッチングが進行する。その結果、基板の表面は滑ら
かな凹凸形状に加工される。
【００１４】したがって、本発明に係る回折格子の製造
方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板上にレ
ジスト膜を形成する第１の工程と、レジスト膜を回折格
子の周期パターンで露光する第２の工程と、レジスト膜
を現像することにより、その厚さが周期的かつ滑らかに
変化する周期状パターンを形成する第３の工程と、周期
状パターンを薄化することにより基板の表面を周期的に
露出させる第４の工程と、薄化された周期状パターンを
マスクとして、基板をリン酸系ウェットエッチャントで
エッチングすることにより、基板の表面を周期的かつ滑
らかに変化する凹凸形状とする第５の工程と、を備える
ことを特徴とする。
方法は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板上にレ
ジスト膜を形成する第１の工程と、レジスト膜を回折格
子の周期パターンで露光する第２の工程と、レジスト膜
を現像することにより、その厚さが周期的かつ滑らかに
変化する周期状パターンを形成する第３の工程と、周期
状パターンを薄化することにより基板の表面を周期的に
露出させる第４の工程と、薄化された周期状パターンを
マスクとして、基板をリン酸系ウェットエッチャントで
エッチングすることにより、基板の表面を周期的かつ滑
らかに変化する凹凸形状とする第５の工程と、を備える
ことを特徴とする。
【００１５】ここで、基板を構成するＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体としては、ＩｎＰ系のものが好ましく、ＩｎＰ
の基体上にＩｎＧａＡｓＰを結晶成長させたものを用い
るのが特に好ましい。
物半導体としては、ＩｎＰ系のものが好ましく、ＩｎＰ
の基体上にＩｎＧａＡｓＰを結晶成長させたものを用い
るのが特に好ましい。
【００１６】第２の工程におけるレジスト膜の露光に
は、例えばレーザの干渉露光法が用いられる。なお、露
光レーザビームの一方にπ／２位相調整器を導入する位
相シフト法、ポジ型レジストとネガ型レジストを半分ず
つ塗布して凹凸の位相をπ／２ずらせる二重レジスト
法、密着露光法においてマスクのピッチをずらしたもの
を用いる密着マスク露光法、電子ビームを用いた電子線
露光法なども適用できる。
は、例えばレーザの干渉露光法が用いられる。なお、露
光レーザビームの一方にπ／２位相調整器を導入する位
相シフト法、ポジ型レジストとネガ型レジストを半分ず
つ塗布して凹凸の位相をπ／２ずらせる二重レジスト
法、密着露光法においてマスクのピッチをずらしたもの
を用いる密着マスク露光法、電子ビームを用いた電子線
露光法なども適用できる。
【００１７】第３工程における現像の後には、レジスト
膜は上面に凹凸を有しながらも、凹の部分においては一
定の厚さを有している、つまり基板が露出していない必
要がある。そして、第４工程におけるレジスト膜の薄化
は、全体的にほぼ均一なレートで薄くできれば公知のい
かなる手法でもよく、例えばプラズマシャワーが適用可
能である。
膜は上面に凹凸を有しながらも、凹の部分においては一
定の厚さを有している、つまり基板が露出していない必
要がある。そして、第４工程におけるレジスト膜の薄化
は、全体的にほぼ均一なレートで薄くできれば公知のい
かなる手法でもよく、例えばプラズマシャワーが適用可
能である。
【００１８】基板のエッチングには、例えばＨ3 Ｐ
Ｏ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏからなるリン酸系エッチャント
が用いられ、このリン酸系ウエットエッチャントは、Ｈ
3 ＰＯ4とＨ2 Ｏ2 の組成比（容量比）がＨ3 ＰＯ4 ／
Ｈ2 Ｏ2 ＝１〜５の範囲であり、Ｈ2 ＯとＨ2 Ｏ2 の組
成比（容量比）がＨ2 Ｏ／Ｈ2 Ｏ2 ＝５〜４０の範囲で
あることが望ましい。
Ｏ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏからなるリン酸系エッチャント
が用いられ、このリン酸系ウエットエッチャントは、Ｈ
3 ＰＯ4とＨ2 Ｏ2 の組成比（容量比）がＨ3 ＰＯ4 ／
Ｈ2 Ｏ2 ＝１〜５の範囲であり、Ｈ2 ＯとＨ2 Ｏ2 の組
成比（容量比）がＨ2 Ｏ／Ｈ2 Ｏ2 ＝５〜４０の範囲で
あることが望ましい。
【００１９】一般に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のう
ち、特にＩｎＧａＡｓＰ等のＩｎＰ系の材料に対するレ
ジスト膜をマスクとしたエッチングで、リン酸系エッチ
ャントを用いると、いわゆる「適合性」が良好ではな
く、基板とレジスト膜の界面にもエッチングが進行しや
すい。本発明では、このような「不都合」ないし「不具
合」を逆に利用し、しかも周期状パターンの端部を十分
に薄く延ばしておくことで、両者の相乗的作用として、
正弦波形等の滑らかな凹凸加工を可能にしている。
ち、特にＩｎＧａＡｓＰ等のＩｎＰ系の材料に対するレ
ジスト膜をマスクとしたエッチングで、リン酸系エッチ
ャントを用いると、いわゆる「適合性」が良好ではな
く、基板とレジスト膜の界面にもエッチングが進行しや
すい。本発明では、このような「不都合」ないし「不具
合」を逆に利用し、しかも周期状パターンの端部を十分
に薄く延ばしておくことで、両者の相乗的作用として、
正弦波形等の滑らかな凹凸加工を可能にしている。
【００２０】最後の工程におけるレジスト膜の除去は、
例えばアッシングを用いればよい。この後、基板は結晶
成長装置にセットされ、高温に昇温された後、ＭＯＣＶ
Ｄ（有機金属気相成長）法などで例えばＩｎＰが結晶成
長される。このとき、ＩｎＰ結晶を十分な高温で成長さ
せて結晶性を良好にしたときにも、回折格子構造が結晶
の界面で良好に保存されていることが確認できた。
例えばアッシングを用いればよい。この後、基板は結晶
成長装置にセットされ、高温に昇温された後、ＭＯＣＶ
Ｄ（有機金属気相成長）法などで例えばＩｎＰが結晶成
長される。このとき、ＩｎＰ結晶を十分な高温で成長さ
せて結晶性を良好にしたときにも、回折格子構造が結晶
の界面で良好に保存されていることが確認できた。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の一実施例のプロセスを、図１
を参照して説明する。なお、図面において同一要素に
は、同一の符号（数字）を用いている。
を参照して説明する。なお、図面において同一要素に
は、同一の符号（数字）を用いている。
【００２２】まず、バルク成長結晶から切り出されたｎ
型ＩｎＰの基板上にｎ型ＩｎＰを成長させ、これを下側
クラッド層１とする。次に、図１（ａ）の如く、ＩｎＧ
ａＡｓＰの活性層３１およびガイド層３２を堆積する。
ここで、活性層３１の厚さは０．２μｍ程度、ガイド層
３２の厚さは０．１μｍ程度である。そして、スピンコ
ート法などにより、表面にレジスト膜４Ａを均一な厚さ
に形成する。
型ＩｎＰの基板上にｎ型ＩｎＰを成長させ、これを下側
クラッド層１とする。次に、図１（ａ）の如く、ＩｎＧ
ａＡｓＰの活性層３１およびガイド層３２を堆積する。
ここで、活性層３１の厚さは０．２μｍ程度、ガイド層
３２の厚さは０．１μｍ程度である。そして、スピンコ
ート法などにより、表面にレジスト膜４Ａを均一な厚さ
に形成する。
【００２３】次に、２本の同一波長のレーザ光を異なる
方向から照射することで、いわゆる干渉露光法によるレ
ジスト膜４Ａの露光を行なう。そして、現像することに
より、周期的に滑らかに変化する凹凸パターンを形成す
る。このレジスト材による周期状パターン４Ｂは、凸部
と凹部の高さの差が２００〜３００オングストローム程
度になっている（図１（ｂ）参照）。
方向から照射することで、いわゆる干渉露光法によるレ
ジスト膜４Ａの露光を行なう。そして、現像することに
より、周期的に滑らかに変化する凹凸パターンを形成す
る。このレジスト材による周期状パターン４Ｂは、凸部
と凹部の高さの差が２００〜３００オングストローム程
度になっている（図１（ｂ）参照）。
【００２４】次に、酸素プラズマシャワーなどにより、
周期状パターン４Ｂを全体的かつ均一に薄化する。これ
により、ガイド層３２の上面は周期的に露出され、かつ
レジスト材の厚さは端部において特に薄く、しかも全体
的にも薄くなる（図１（ｃ）参照）。つまり、離散的に
分布したレジスト材からなる周期状パターン４Ｃが得ら
れる。
周期状パターン４Ｂを全体的かつ均一に薄化する。これ
により、ガイド層３２の上面は周期的に露出され、かつ
レジスト材の厚さは端部において特に薄く、しかも全体
的にも薄くなる（図１（ｃ）参照）。つまり、離散的に
分布したレジスト材からなる周期状パターン４Ｃが得ら
れる。
【００２５】次に、Ｈ3 ＰＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝
５：１：１０の容量比となるウエットエッチャントによ
り、離散的周期状パターン４Ｃをマスクとしてエッチン
グする。すると、露出したＩｎＧａＡｓＰのガイド層３
２がエッチングされるだけでなく、極く薄い周期状パタ
ーン４Ｃとの界面にもエッチング液が侵入する。このた
め、ガイド層３２の表面は正弦波形状、すなわち、周期
的かつ滑らかに変化する凹凸形状となる（図１（ｄ）参
照）。
５：１：１０の容量比となるウエットエッチャントによ
り、離散的周期状パターン４Ｃをマスクとしてエッチン
グする。すると、露出したＩｎＧａＡｓＰのガイド層３
２がエッチングされるだけでなく、極く薄い周期状パタ
ーン４Ｃとの界面にもエッチング液が侵入する。このた
め、ガイド層３２の表面は正弦波形状、すなわち、周期
的かつ滑らかに変化する凹凸形状となる（図１（ｄ）参
照）。
【００２６】次に、アッシャーなどに基板をセットして
離散したレジストの周期状パターン４Ｃを除去し、エピ
タキシャル成長装置にセットする。そして、多層結晶成
長に先立つ昇温をする。このとき、従来方法では、回折
格子のための結晶表面の凹凸形状が、矩形や三角形の場
合には「角」をもつ構造のため、熱によって格子表面の
原子が不安定となっていた。つまり、結晶表面からのＶ
族原子の脱離に伴うＩＩＩ族原子の表面移動により、格
子形状が崩れてしまい、最終的に格子表面の混晶半導体
の組成が変化し、半導体レーザの特性に悪影響を及ぼし
ていた。これを防ぐには、格子形状を「角」のない正弦
波状とすることが有効であり、本発明では、上述の工程
を経ることで、かかる問題点を解決している。
離散したレジストの周期状パターン４Ｃを除去し、エピ
タキシャル成長装置にセットする。そして、多層結晶成
長に先立つ昇温をする。このとき、従来方法では、回折
格子のための結晶表面の凹凸形状が、矩形や三角形の場
合には「角」をもつ構造のため、熱によって格子表面の
原子が不安定となっていた。つまり、結晶表面からのＶ
族原子の脱離に伴うＩＩＩ族原子の表面移動により、格
子形状が崩れてしまい、最終的に格子表面の混晶半導体
の組成が変化し、半導体レーザの特性に悪影響を及ぼし
ていた。これを防ぐには、格子形状を「角」のない正弦
波状とすることが有効であり、本発明では、上述の工程
を経ることで、かかる問題点を解決している。
【００２７】図１（ｅ）はＩｎＰの上側クラッド層２を
形成して凹凸構造を埋込んだ状態を示している。その
後、コンタクト層などを多層成長することで、各種の半
導体レーザを得ることができる。このようなレーザの例
としては、ＢＨレーザ（BuriedHeterostructure Lase
r) 、ＶＩＰレーザ（V-grooved Inner-stripe on P-
substrate Laser) 、ＰＢＣレーザ（P-substrate Buri
ed Crescent Laser)、などがある。
形成して凹凸構造を埋込んだ状態を示している。その
後、コンタクト層などを多層成長することで、各種の半
導体レーザを得ることができる。このようなレーザの例
としては、ＢＨレーザ（BuriedHeterostructure Lase
r) 、ＶＩＰレーザ（V-grooved Inner-stripe on P-
substrate Laser) 、ＰＢＣレーザ（P-substrate Buri
ed Crescent Laser)、などがある。
【００２８】次に、本発明者は、本発明の効果を回折効
率の劣化の点から検討した。まず、比較例としては、干
渉露光法で形成したレジストの周期状パターンを用い、
ＳＢＷ系ウェットエッチャントでＩｎＧａＡｓＰの表面
に凹凸加工をした。そして、レジスト材を除去し、Ｉｎ
Ｐを結晶成長させて埋め込み平坦化をした。しかる後、
埋込み層を剥離し、露出したＩｎＧａＡｓＰ表面の回折
効率を測定した。実施例としては、図１を参照して説明
したプロセスを経て、同様にＩｎＧａＡｓＰを露出させ
て回折効率を測定した。
率の劣化の点から検討した。まず、比較例としては、干
渉露光法で形成したレジストの周期状パターンを用い、
ＳＢＷ系ウェットエッチャントでＩｎＧａＡｓＰの表面
に凹凸加工をした。そして、レジスト材を除去し、Ｉｎ
Ｐを結晶成長させて埋め込み平坦化をした。しかる後、
埋込み層を剥離し、露出したＩｎＧａＡｓＰ表面の回折
効率を測定した。実施例としては、図１を参照して説明
したプロセスを経て、同様にＩｎＧａＡｓＰを露出させ
て回折効率を測定した。
【００２９】回折効率の測定は、図２の手法を用いた。
すなわち、回折格子に対してレーザ光を入射し、入射光
と回折光の強度比を調べた。ここで、入射光の波長を
λ、入射角をθ、回折格子のピッチをＡとすると、λ＝
２Ａｃｏｓθとなるので、この条件で入射光と回折光の
強度比を調べた。
すなわち、回折格子に対してレーザ光を入射し、入射光
と回折光の強度比を調べた。ここで、入射光の波長を
λ、入射角をθ、回折格子のピッチをＡとすると、λ＝
２Ａｃｏｓθとなるので、この条件で入射光と回折光の
強度比を調べた。
【００３０】図３はその結果を示す。縦軸は正規化回折
効率である。図示の通り、本発明の方法によれば、高温
で結晶成長させたときにも、回折格子の凹凸パターンが
良好に保存されていることが判明した。したがって、凹
凸パターンを崩すことなく、結晶性の良好な多層成長を
行なえることがわかった。
効率である。図示の通り、本発明の方法によれば、高温
で結晶成長させたときにも、回折格子の凹凸パターンが
良好に保存されていることが判明した。したがって、凹
凸パターンを崩すことなく、結晶性の良好な多層成長を
行なえることがわかった。
【００３１】
【発明の効果】以上の通り、本発明の回折格子の製造方
法によれば、レジスト膜に凹凸を形成した後に薄化させ
て離散的な周期状パターンとし、これをマスクとしてＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体をリン酸系エッチャントでエッ
チングしているので、周期的かつ滑らかに変化する凹凸
を基板表面に形成できる。このため、結晶性を良好に保
つ高温まで昇温して多層成長できるので、光学性能の優
れた回折格子を結晶界面に実現できる。
法によれば、レジスト膜に凹凸を形成した後に薄化させ
て離散的な周期状パターンとし、これをマスクとしてＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体をリン酸系エッチャントでエッ
チングしているので、周期的かつ滑らかに変化する凹凸
を基板表面に形成できる。このため、結晶性を良好に保
つ高温まで昇温して多層成長できるので、光学性能の優
れた回折格子を結晶界面に実現できる。
【図１】一実施例に係る回折格子の製造方法の工程別断
面図である。
面図である。
【図２】回折効率の測定法を示す斜視図である。
【図３】本発明の効果を説明する図である。
【図４】埋込み型半導体レーザの一例を示す断面図であ
る。
る。
【図５】回折格子の一例を示す断面図である。
１…ＩｎＰの下側クラッド層、２…ＩｎＰの上側クラッ
ド層、３…ＩｎＧａＡｓＰ層、３１…ＩｎＧａＡｓＰの
活性層、３２…ＩｎＧａＡｓＰのガイド層。
ド層、３…ＩｎＧａＡｓＰ層、３１…ＩｎＧａＡｓＰの
活性層、３２…ＩｎＧａＡｓＰのガイド層。
Claims (3)
- 【請求項１】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基板
上にレジスト膜を形成する第１の工程と、 前記レジスト膜を回折格子の周期パターンで露光する第
２の工程と、 前記レジスト膜を現像することにより、その厚さが周期
的かつ滑らかに変化する周期状パターンを形成する第３
の工程と、 前記周期状パターンを薄化することにより前記基板の表
面を周期的に露出させる第４の工程と、 薄化された前記周期状パターンをマスクとして、前記基
板をリン酸系ウェットエッチャントでエッチングするこ
とにより、前記基板の表面を周期的かつ滑らかに変化す
る凹凸形状とする第５の工程と、 を備えることを特徴とする回折格子の製造方法。 - 【請求項２】 前記基板はＩｎＰの基体上にＩｎＧａＡ
ｓＰの結晶層をエピタキシャル成長して形成され、前記
リン酸系ウエットエッチャントはＨ3 ＰＯ4、Ｈ2 Ｏ2
およびＨ2 Ｏを含むことを特徴とする請求項１記載の回
折格子の製造方法。 - 【請求項３】 前記リン酸系ウエットエッチャントは、
Ｈ3 ＰＯ4 とＨ2 Ｏ2 の組成比（容量比）がＨ3 ＰＯ4
／Ｈ2 Ｏ2 ＝１〜５の範囲であり、Ｈ2 ＯとＨ2 Ｏ2 の
組成比（容量比）がＨ2 Ｏ／Ｈ2 Ｏ2 ＝５〜４０の範囲
であることを特徴とする請求項２記載の回折格子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9150694A JPH07297492A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 回折格子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9150694A JPH07297492A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 回折格子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07297492A true JPH07297492A (ja) | 1995-11-10 |
Family
ID=14028303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9150694A Pending JPH07297492A (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 回折格子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07297492A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7833912B2 (en) | 2006-04-28 | 2010-11-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| CN102981198A (zh) * | 2012-12-12 | 2013-03-20 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 单晶硅中阶梯光栅的湿法刻蚀方法 |
-
1994
- 1994-04-28 JP JP9150694A patent/JPH07297492A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7833912B2 (en) | 2006-04-28 | 2010-11-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
| CN102981198A (zh) * | 2012-12-12 | 2013-03-20 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 单晶硅中阶梯光栅的湿法刻蚀方法 |
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