JPS63150984A - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は半導体基板上への回折格子の形成方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 光ファイバを利用した光情報処理システムあるは光計測
システムにおける光源として半導体レーザ素子を利用す
る場合には、半導体レーザ素子は単−縦モードで発振す
る動作特性を有することが望ましい。単−縦モードのレ
ーザ発振特性を得るためのレーザ素子構造としては、活
性領域もしくは活性領域に近接して周期的な凹凸形状の
回折格子を形成した分布帰還形または分布ブラッグ反射
型のレーザ素子が知られている（日経エレクトロニクス
１９８１年１２月２１日発行、６６〜７０頁を参照され
たい）。

ＩｎＰ半導体基板上に、ＩｎＧａＰＡｓ／ＩｎＰ系材料
で、回折格子を形成した発振波長１３００ｎｍ〜１５５
０ｎｍの分布帰還形レーザが従来より知られてる。これ
を例にとり、従来の回折格子の形成技術を説明する。

回折格子の形成条件をまず求める。

基板上に形成された回折格子の周期Ａ（１）は次式で与
えられる。

上式において　λ：発振波長 ｎｏ　＝等価屈折率 Ｎ：自然数 である。

Ｎは回折格子の次数を表わし、この次数の低いものほど
回折効率は高い。

前記例において、λは１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍであ
り、ｎｏを３．３とすると、Ｎ−１の場合、Ａ（１）は
１９７０〜２３５０Ａとなる。

回折格子形成時の二光束干渉露光に用いるレーザ光源に
はＨｅ−Ｃｄレーザ（波長λ、；３２５ｎｍ）を使用す
る。

このＨｅ−Ｃｄレーザを用いて得られる回折格子の周期
Ａ（２）は次式で与えられる。

久１ Ａ（２）″　；　　　　　　（２） 上式において、　Ａ０　：光源の波長 ２θ：三光束交叉角 である。

したがって、Ａ（１）璽１９７０〜２３５ＯＡの回折格
子を得るためには、（２）式よりθ−５５゜６〜４３．
７°　とすればよい。

次に、上記で求めた回折格子の形成条件に基づいて、具
体的に回折格子を形成する方法について述べる。

ＩｎＰ半導体基板の上にフォトレジストを塗布する。

次いで、該基板上にθ−５５．６〜４３．７゜の交差角
で２方向から、Ａ０３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザ光を
照射し、生じた干渉縞で、フォトレジストを露光する。

次いで、現像し、エツチングを行なうと、Ａ（１）−１
９７０〜２３５０Ａの１次の回折格子を得る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、８９０ｎｍ以下の発振波長が得られる゛ＧａＡ
ｓ基板上のＧａＡ１Ａｓ活性層もしくは活性層に近接し
た層に回折格子を形成し、分布帰還形レーザを作製する
場合に、前記従来の二光束干渉露光法を応用すると、次
の計算の結果、１次の回折格子を形成することが不可能
となる。

（１）式でλ≦８９０ｎｍであるから、ｎＱ　−３，４
とすると、Ｎ−１の場合、　　Ａ　（１）≦１３１０Ａ
となる。ところで、（２）式よりλＯ０−３２５ｎのと
き、Ａ（２）≧１６２５Ａである。

したがって、従来の方法では１３１０Ａ以下の１次の回
折格子の形成は絶対に不可能となる。

このため、従来はＡ（１）≦２６２０Ａの２次の回折格
子を形成し、ＧａＡｓ基板使用分布帰還形レーザを作製
していた。

しかし、２次の回折格子は、１次回折格子と比較して回
折効率が劣るため、ファブリ・ベロー形レーザに比べて
素子特性が劣り、問題であった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
、従来の二光束干渉露光法を用いて回折効率のより優れ
た回折格子を形成する方法を提供することを目的とする
。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は半導体基板上への回折格子の形成方法に係るも
のである。

そして、半導体基板上に二光束干渉露光法により、周期
的なマスクパターンを形成した後、該マスクパターンを
マスクとし、方向性を有しない第１のエツチング工程を
施し、 次いで、該第１のエツチング工程でエツチングされた面
に、それぞれ異なった方向から、方向性を有する第２お
よび第３のエツチング工程を施すこと、 を特徴としている。

［作用］ 半導体基板上に二光束干渉露光法により周期的なマスク
パターンを形成した後、該マスクパターンをマスクとし
、方向性を有しない第１のエツチング工程を施し回折格
子を作製する。ここまでは従来法と同じである。

本発明ではさらに、該第１のエツチング工程でエツチン
グされた面に、それぞれ異なった方向から、方向性を有
する第２および第３のエツチング工程を施すので、回折
効率のより優れた回折格子を与える。

［実施例コ 以下、この発明の実施例を図について説明する。

実施例１ 第１Ａ図ないし第１Ｅ図はこの発明に係る回折格子の形
成方法の一実施例を示した図である。

半導体基板１は（１００）ＧａＡｓ基板上に厚さ１．ｃ
ｚｍのＩ　ｎ　ｏ、４ｑ　Ｇａｐ、ｒｔ　Ｐ層が形成さ
れたものである。

（１）　半導体基板の上にフォトレジストを塗布し、通
常の二光束干渉露光法により露光する。

そして、現像の工程を経て周期２６２ＯＡのフォトレジ
スト回折格子２を形成する（第１Ａ図）。

この際、レジスト残留部と除去部の幅がほぼ等しくなる
ように露光・現像条件を設定する。

（２）　その後、このフォトレジスト２をマスクとし、
飽和臭素水系のエツチング液により、ＩｎＧａＰ層１を
エツチング３する。この際、ＩｎＧａＰの結晶面が（０
１０）面であり、溝の方向を、＜０１１＞方向に形成す
るようにすると、図示したように、溝底はほぼ直角とな
る（第１Ｂ図）（３）　次に、回折格子に垂直で基板面
から４５°の角度で反応性イオンビームエツチング等の
方向性を有する第２のエツチング４を施す（第１Ｃ図）
。深さは、次式により計算された９２６Ａに調節する。

（４）　さらに、第２のエツチング方向と直交する方向
から、方向性を有する第３のエツチング５を施す（第１
Ｄ図）。深さは第２のエツチングと同じ＜９２６Ａとす
る。

このように深さを調節することにより、フォトレジスト
の付着した部分が脱落し、周期１３１０Ａの回折格子が
形成される（第１Ｅ図）。

この際、レジスト部分が脱落するので、レジスト除去の
工程は不要である。

以上のようにして得られた回折格子は、発振波長８９０
ｎｍの分布帰還形レーザにおいて、１次回折格子として
有効に作用し、良好な素子特性を与える。

実施例２ 第２Ａ図ないし第２Ｅ図はこの発明に係る回折格子の形
成方法の他の実施例を示す図である。

（１）　第２Ａ図から第２Ｂ図に示した方法は、第１Ａ
図および第１Ｂ図に示した方法と同じである。

（２）　次に、回折格子に垂直で、基板面から４５°の
角度で反応性イオンビームエツチング等の方向性のある
第２のエツチング４を施す（第２Ｃ図）。エツチングの
深さは次式に、より計算された１８５０Ａとする。

２６２０人Ｘ　”　−１８５０Ａ （３）　さらに、基板面に垂直な方向から、方向性を有
する第３のエツチング５を施す（第２Ｄ図）。エツチン
グの−深さは、次式により計算された１　３１０Ａとす
る。

２６２０人×止−１３１０Ａ このように深さを調節することにより、フォトレジスト
の付着した部分が脱落し、非対称な形状を持つ回折格子
が形成される（第２Ｅ図）。

以上のようにして形成された回折格子は、周期が２６２
０＾であるから、２次である。しかし、形状が複雑で非
対称であるため、対称なものに比べて、結合効率が高く
、１次回折格子と遜色ない素子特性を与える。

また、形状が非対称であることより、光の進行方向によ
り回折効率が異なってくるので、外部から入射する光の
影響を受けにくい、という利点も生じる。

［発明の効果コ 以上のように、この発明に係る回折格子の形成方法によ
れば、半導体基板上に二光束干渉露光法により周期的な
マスクパターンを形成した後、該マスクパターンをマス
クとし、方向性を有しない第１のエツチング工程を施し
、回折格子を作製する。そして、さらに該第１のエツチ
ング工程でエツチングされた面に、それぞれ異なった方
向から、方向性ををする第２および第３のエツチング工
程を施す。この方向性を有する第２および第３のエツチ
ングの工程が加わったことにより、従来の二光束干渉露
光法で得た回折格子の回折効率よりも、より優れた回折
効率を持った回折格子を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図ないし第１Ｅ図はこの発明の一実施例を示す図
であり、第２Ａ図ないし第２Ｅ図はこの発明の他の実施
例を示す図である。 図において、１は半導体基板、２はマスクパターン、３
は方向性を有しない第１のエツチング、４は方向性を有
する第２のエッチン、グ、５は方向性を有する第３のエ
ツチングである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 −Ｎ’ｔＭ’ｉＭ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板上への回折格子の形成方法であって、前記半
   導体基板上に二光束干渉露光法により、周期的なマスク
   パターンを形成した後、 前記マスクパターンをマスクとし、方向性を有しない第
   １のエッチング工程を施し、 次いで前記第１のエッチング工程でエッチングされた面
   に、それぞれ異なった方向から、方向性を有する第２お
   よび第３のエッチング工程を施すこと、 を特徴とする回折格子の形成方法。