JPS62155580A - Manufacture of grating - Google Patents

Manufacture of grating

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JPS62155580A
JPS62155580A JP60295176A JP29517685A JPS62155580A JP S62155580 A JPS62155580 A JP S62155580A JP 60295176 A JP60295176 A JP 60295176A JP 29517685 A JP29517685 A JP 29517685A JP S62155580 A JPS62155580 A JP S62155580A
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JP
Japan
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grating
layer
phase shift
forming
shift region
Prior art date
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Pending
Application number
JP60295176A
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Japanese (ja)
Inventor
Shoji Hirata
照二 平田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP60295176A priority Critical patent/JPS62155580A/en
Publication of JPS62155580A publication Critical patent/JPS62155580A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/124Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts

Abstract

PURPOSE:To manufacture easily and with excellent reproducibility, a grating having a phase shift region corresponding with lambda/4, by forming a photo resist in the manner in which the top part of a grating formed on the upper layer surface of a semiconductor layer having a step difference is exposed, and performing an etching applying the resist as a mask. CONSTITUTION:A step difference 3b is formed by constituting a groove 3a having a period 2L, width L and depth of (h) on the surface of a p-InGaAsP layer 3. After a first grating 5 is formed on the surface of the step difference by a holographic exposure, the first grating 5 having a lambda/4-phase shift region 5b is formed by performing an etching which applies a photo resist 6 formed on the first grating as a mask. A p-InP layer 7, clad layer, is formed thereon, and an objective DFB laser is completed by means of, for example, cleaving along a dot and dash chain line. Consequently, the DFB laser capable of single longitudinal mode oscillation can be manufactured with excellent reproducibility, while a complicated and different technology such as electron beam lithography and the like is not necessary for forming the region 5b.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はグレーティングの製造方法に関するものであっ
て、分布帰還(distributed  feedb
ack )型レーザー(以下DFBレーザーという)用
のグレーティングを形成するのに適用して最適なもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a grating, and the present invention relates to a method for manufacturing a grating, which uses a distributed feedback
It is most suitable for forming gratings for ack) type lasers (hereinafter referred to as DFB lasers).

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、グレーティングの製造方法において、段差を
有する半導体層の表面にグレーティングを形成する工程
と、上記段差の上側の上記半導体層表面に形成された上
記グレーティングを構成する凸部の頂上部分が露出する
ように上記グレーティングの表面にフォトレジストを形
成する工程と、上記フォトレジストをマスクとして上記
グレーティングをエツチングする工程とをそれぞれ具備
させ、上記グレーティングのうちの上記段差に対応する
部分にλ/4(λ:光の波長)に対応する位相シフト領
域を形成するようにすることによって、λ/4に対応す
る位相シフトjD域を有するグレーティングを容易にし
かも再現性良く製造することができるようにしたもので
ある。
The present invention provides a method for manufacturing a grating, including a step of forming a grating on a surface of a semiconductor layer having a step, and exposing a top portion of a convex portion forming the grating formed on the surface of the semiconductor layer above the step. A step of forming a photoresist on the surface of the grating so as to etching the grating, and a step of etching the grating using the photoresist as a mask are respectively provided. By forming a phase shift region corresponding to λ (wavelength of light), a grating having a phase shift jD region corresponding to λ/4 can be manufactured easily and with good reproducibility. It is.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

DFBレーザーは、単−縦モード発振を実現し得るレー
ザーとしてル1待されている。このDFBレーザーにお
いては、従来、ブラッグ反射により光を分布的に帰遷さ
せるためのグレーティング(回折格子)として、凹凸の
ピッチが一様なものが用いられていた。ところが、一様
なグレーティングを有するDFBレーザーでは、原理的
に利得の等しい2つの縦モード発振が同時にもしくはモ
ードホッピングを行って生ずる可能性があるため、単−
縦モード発振の実現は容易ではなかった。
DFB lasers are highly anticipated as lasers that can realize single-longitudinal mode oscillation. In this DFB laser, a grating (diffraction grating) with a uniform pitch of concavo-convex portions has conventionally been used for distributing light by Bragg reflection. However, in a DFB laser with a uniform grating, two longitudinal mode oscillations with the same gain may occur simultaneously or by mode hopping, so a single-mode oscillation is possible.
Achieving longitudinal mode oscillation was not easy.

このような欠点を是正し、単−縦モード発振を実現する
ために、その中央部において周期的凹凸のピッチを局所
的に変えることにより位相をシフトさせた、第3図に示
すようなグレーティングを用い、光にπの位相差すなわ
ちλ/4 (λ:光の波長)に対応する位相シフトを生
じさせるようにしたDFBレーザーが近年提案されてい
る。
In order to correct these drawbacks and realize single-longitudinal mode oscillation, we created a grating as shown in Figure 3, in which the phase is shifted by locally changing the pitch of the periodic asperities in the center of the grating. In recent years, a DFB laser has been proposed in which a phase difference of π, that is, a phase shift corresponding to λ/4 (λ: wavelength of light) is generated in the light.

上述の第3図に示すようなλ/4位相シフト領域を有す
るグレーティングは、従来、電子線リソグラフィーやそ
の他の問題の多いプロセスを用いて次のようにして形成
されている。すなわら、例えば電子線リソグラフィー技
術によりグレーティングを形成する場合には、まずDF
Bレーザーのガイド層となる半導体層を形成した後、こ
の半五体層上に電子線レジストを塗布する。次にこのレ
ジストを電子綿で露光する際にλ/4位相シフト領域と
なる部分で描画のピッチを局所的に変化させ、この後現
像を行って所定パターンのレジストを形成する。次にこ
のレジストパターンをマスクとして上記半導体層をエツ
チングして、第3図に示すようなグレーティングを形成
していた。
Gratings having a λ/4 phase shift region as shown in FIG. 3 described above have conventionally been formed using electron beam lithography or other problematic processes in the following manner. That is, for example, when forming a grating using electron beam lithography technology, first the DF
After forming a semiconductor layer to serve as a guide layer for the B laser, an electron beam resist is applied on this half-layer. Next, when this resist is exposed to light using electronic cotton, the drawing pitch is locally changed in a portion that will become a λ/4 phase shift region, and then development is performed to form a resist in a predetermined pattern. Next, using this resist pattern as a mask, the semiconductor layer was etched to form a grating as shown in FIG.

しかしながら、上述のような電子線リソグラフィー技術
等を用いた場合には、第3図に示すようなλ/4位相シ
フト領域を有するグレーティングを再現性良く製作する
ことは難しく、プロセス的にも難しいという欠点がある
However, when using the above-mentioned electron beam lithography technology, it is difficult to produce a grating with a λ/4 phase shift region as shown in Figure 3 with good reproducibility, and it is also difficult in terms of process. There are drawbacks.

なおグレーティングの製造方法に関する先行技術として
は、本発明者が特願昭60−53810号で提案した方
法が挙げられ、この特願昭60−53810号にはピッ
チへのグレーティングからピッチΔ/2のグレーティン
グを製造する方法が記載されている。
As a prior art related to the method for manufacturing gratings, there is a method proposed by the present inventor in Japanese Patent Application No. 60-53810. A method of manufacturing a grating is described.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明は、従来技術が有する上述のような欠点を是正し
たグレーティングの製造方法を提供することを目的とす
る。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a grating that corrects the above-mentioned drawbacks of the prior art.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明に係るグレーティングの製造方法は、段差を有す
る半導体層の表面にグレーティングを形成する工程と、
上記段差の上側の」二記半導体層表面に形成された上記
グレーティングを構成する凸部の頂上部分が露出するよ
うに上記グレーティングの表面にフォトレジス1〜を形
成する工程と、上記フォトレジストをマスクとして上記
グレーティングをエツチングする工程とをそれぞれ具備
し、上記グレーティングのうちの上記段差に対応する部
分にλ/4 (λ:光の波長)に対応する位相シフト領
域を形成するようにしている。
A method for manufacturing a grating according to the present invention includes a step of forming a grating on a surface of a semiconductor layer having steps;
Forming a photoresist 1 on the surface of the grating so that the top portion of the convex portion forming the grating formed on the surface of the semiconductor layer above the step is exposed; and masking the photoresist. and a step of etching the grating to form a phase shift region corresponding to λ/4 (λ: wavelength of light) in a portion of the grating corresponding to the step.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明を波長λ=1.3〜1.5μmの長波長帯D
FBレーザーの製造に適用した一実施例につき図面を参
照しながら説明する。なおこのDFBレーザーで用いる
1次グレーティングのピッチAは、通常約0.2〜0.
25μmである。
Hereinafter, the present invention will be described as a long wavelength band D of wavelength λ = 1.3 to 1.5 μm.
An embodiment applied to the manufacture of an FB laser will be described with reference to the drawings. Note that the pitch A of the primary grating used in this DFB laser is usually about 0.2 to 0.
It is 25 μm.

第1A図に示すように、まずクラッド層を兼用するn−
1nP基板1上に活性層を構成するInGaAsP層2
、ガイド層を構成するp −1nGaAs P層3をM
IlE法またはMOCVD法により順次エピタキシャル
成長させる。
As shown in FIG. 1A, first, an n-
InGaAsP layer 2 constituting an active layer on 1nP substrate 1
, the p −1nGaAs P layer 3 constituting the guide layer is M
Epitaxial growth is performed sequentially by ILE method or MOCVD method.

次に第1B図に示すように、従来公知のフォトリソグラ
フィー技術によりこのp −InGaAs P層3の表
面に幅し、深さhの/41ζ3aを周期2Lで形成する
。ここで、上記幅りは完成状態におけるDFBレーザー
の共振器長く第2図参照)にほぼ等しく選び、また上記
深さhは形成すべきグレーティングの凹凸の深さく高さ
)にほぼ等しく選ぶ。なお上記溝3aを形成したことに
よりp −InGaAs P層3の表面に生じた段差を
3bで符示する。
Next, as shown in FIG. 1B, a /41ζ 3a having a width and a depth h is formed with a period of 2L on the surface of this p-InGaAs P layer 3 by a conventionally known photolithography technique. Here, the width is selected to be approximately equal to the length of the resonator of the DFB laser in the completed state (see FIG. 2), and the depth h is selected to be approximately equal to the depth and height of the unevenness of the grating to be formed. Note that the level difference produced on the surface of the p-InGaAs P layer 3 by forming the groove 3a is indicated by 3b.

次に第1C図に示すように、上記p −1nGaAs 
P層3の表面に所定のフォトレジスト4を塗布した後、
例えば紫外線レーザー光を用いた従来公知のホログラフ
ィ・ツク露光法により上記フォトレジスト4を1次グレ
ーティング相当のピンチで線状に露光する。
Next, as shown in FIG. 1C, the p −1nGaAs
After applying a predetermined photoresist 4 to the surface of the P layer 3,
For example, the photoresist 4 is linearly exposed with a pinch equivalent to a primary grating by a conventionally known holographic exposure method using ultraviolet laser light.

次に上記フォトレジスト4を現像した後、現像により残
された所定パターンのフォトレジスト(図示せず)をマ
スクとしてp −1nGaAs P層3をエツチングす
ることにより、第1D図に示すように、表面に段差を有
する1次グレーティング5を形成する。この後、残りの
フォトレジスト4を除去する。
Next, after developing the photoresist 4, the p-1nGaAs P layer 3 is etched using a predetermined pattern of photoresist (not shown) left by the development as a mask, so that the surface is etched as shown in FIG. 1D. A primary grating 5 having steps is formed. After this, the remaining photoresist 4 is removed.

次に第1E図に示すように、1次グレーティング5の表
面が完全に覆われるようにフォトレジスト6を塗布した
後、このフォトレジスト6を例えば露光、現像のプロセ
スを経て選択的に除去することにより、1次グレーティ
ング5の凸部5aの頂上部分を露出させる。
Next, as shown in FIG. 1E, a photoresist 6 is applied so that the surface of the primary grating 5 is completely covered, and then this photoresist 6 is selectively removed through, for example, an exposure and development process. As a result, the top portion of the convex portion 5a of the primary grating 5 is exposed.

次にこのようにして露出された上記頂上部分から1次グ
レーティング5をエツチングして、第1F図に示すよう
に、グレーティングを構成するピッチの小さい凹凸を除
いて1次グレーティング5の表面を平坦化すると共に、
最初に形成された段差3bに対応する位置にλ/4に対
応する位相シフト領域5bを形成する。
Next, the primary grating 5 is etched from the top portion exposed in this manner, and as shown in FIG. At the same time,
A phase shift region 5b corresponding to λ/4 is formed at a position corresponding to the first formed step 3b.

この後、第1G図に示すように、上記1次グ・レーティ
ング5上にクラッド層を構成するp −1nP層7を形
成し、次いで一点鎖線に沿って例えばへき関して、第2
図に示すように、目的とするDFBレーザーを完成させ
る。
After that, as shown in FIG. 1G, a p-1nP layer 7 constituting a cladding layer is formed on the primary grating 5, and then a second
As shown in the figure, the desired DFB laser is completed.

上述の実施例によれば、第1B図に示すように、p −
1nGaAs P層3の表面に周期2Lで幅L1深さh
の溝3aを形成することにより段差3bを形成し、次い
でこの段差3bのある表面にホログラフィック露光によ
り第1D図に示すように1次グレーティング5を形成し
た後、この1次グレーティング7上に形成されたフォト
レジスト6をマスクとしてエツチングを行うことにより
、第1F図に示すようにλ/4の位相シフト領域5bを
有する1次グレーティング5を形成しているので、次の
ような利点がある。すなわち、λ/4位相シフト領域5
bを形成するために電子線リソグラフィー技術等の複雑
で困難な技術を用いる必要がないので、λ/4位相シフ
ト領域5bを有する1次グレーティング5を容易にしか
も再現性良く形成することができる。従って、この1次
グレーティング5が有するλ/4位相シフト領域5bに
より単−縦モード発振可能なりFBレーザーを容易にし
かも再現性良く製造することができる。
According to the embodiment described above, as shown in FIG. 1B, p −
The surface of the 1nGaAs P layer 3 has a period of 2L and a width L1 and a depth h.
A step 3b is formed by forming grooves 3a, and then a primary grating 5 is formed on the surface of the step 3b by holographic exposure as shown in FIG. By performing etching using the etched photoresist 6 as a mask, the primary grating 5 having the λ/4 phase shift region 5b as shown in FIG. 1F is formed, which has the following advantages. That is, the λ/4 phase shift region 5
Since there is no need to use complicated and difficult techniques such as electron beam lithography to form the λ/4 phase shift region 5b, the primary grating 5 having the λ/4 phase shift region 5b can be easily formed with good reproducibility. Therefore, the λ/4 phase shift region 5b of the primary grating 5 enables single-longitudinal mode oscillation, making it possible to easily manufacture an FB laser with good reproducibility.

以上本発明の一実施例につき説明したが、本発明は上述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づく各種の変形が可能である。例えば、第1D図
に示す1次グレーティング5は、ホログラフインク露光
性以外の方法により形成することも可能である。また上
述の実施例においては、本発明をInGaAs P /
 In Pヘテロ構造のDFBレーザーにつき適用した
場合につき説明したが、他の種類のへテロ構造のDFB
レーザーにも本発明を適用することが可能であることは
勿論、一般にλ/4の位相シフト領域を有する各種用途
のグレーティングにも本発明を適用することが可能であ
る。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention. For example, the primary grating 5 shown in FIG. 1D can be formed by a method other than holographic ink exposure. Furthermore, in the above-mentioned embodiments, the present invention is applied to InGaAs P/
Although the case where it is applied to a DFB laser with an InP heterostructure has been explained, it is applicable to a DFB laser with other types of heterostructures.
It goes without saying that the present invention can be applied to lasers, but also to gratings for various uses that generally have a phase shift region of λ/4.

〔発明の]既要〕Existing necessity [of the invention]

本発明によれば、λ/4に対応する位+[]シフト領域
を有するグレーティングを容易にしかも再現性良く製造
することができる。
According to the present invention, a grating having a +[] shift region corresponding to λ/4 can be easily manufactured with good reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1A図〜第1F図は本発明の一実施例によるDFBレ
ーザーの製造方法を工程順に示す断面図、第2図は第1
A図〜第1G図に示す製造方法により製造されたDFB
レーザーの斜視図、第3図は従来のグレーティングの断
面図である。 なお図面に用いた符号において、 1−−−−−−−−−・−一一一・−n −InP基板
2−−−−−−−−−−−−−1nGaAsP層3 −
−−−−−−−p  −1nGaAs P層3b−−−
−−・−・−・−・一段差 5−・・・−一−−−−−−−−・4次グレーティング
5 a、−−−−−−、−、、−−−−−−、−一凸部
5b−−−−−−−−・−−−一−−−−位相シフト領
域7−−−−−−−−−−・−p −1nP層である。
1A to 1F are cross-sectional views showing a method for manufacturing a DFB laser according to an embodiment of the present invention in order of steps, and FIG.
DFB manufactured by the manufacturing method shown in Figures A to 1G
A perspective view of the laser, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional grating. In the symbols used in the drawings, 1----------111--n -InP substrate 2----------1nGaAsP layer 3-
--------p -1nGaAs P layer 3b---
−−・−・−・−・One step difference 5−−−−−−・4th order grating 5 a, −−−−−, −,, −−−−−, -1 convex portion 5b----------1-- Phase shift region 7------------p -1nP layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 段差を有する半導体層の表面にグレーティングを形成す
る工程と、 上記段差の上側の上記半導体層表面に形成された上記グ
レーティングを構成する凸部の頂上部分が露出するよう
に上記グレーティングの表面にフォトレジストを形成す
る工程と、 上記フォトレジストをマスクとして上記グレーティング
をエッチングする工程とをそれぞれ具備し、 上記グレーティングのうちの上記段差に対応する部分に
λ/4(λ:光の波長)に対応する位相シフト領域を形
成するようにしたことを特徴とするグレーティングの製
造方法。
[Scope of Claims] A step of forming a grating on a surface of a semiconductor layer having a step, and a step of forming a grating on a surface of the semiconductor layer above the step so that the top portion of a convex portion constituting the grating is exposed. The method includes a step of forming a photoresist on the surface of the grating, and a step of etching the grating using the photoresist as a mask. 1. A method for manufacturing a grating, characterized in that a phase shift region corresponding to a wavelength is formed.
JP60295176A 1985-12-27 1985-12-27 Manufacture of grating Pending JPS62155580A (en)

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