JPS6360587A - 半導体レ−ザの製造方法 - 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】 〔概要〕 半導体レーザの活性層に平行配置され二つの周期を含む
回折格子の形成において、 二つのレーザ光を用いて周期の異なる二つの干渉縞を重
ね合わせた合成干渉縞を形成し、その合成干渉縞による
干渉露光を用いることにより、当該回折格子の形成工程
を単純化したものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体レーザの製造方法に係り、特に、活性
層に平行配置され二つの周期を含む回折格子の形成方法
に関す。

〔従来の技術〕

光ファイバを通信媒体とする光通信に使用される半導体
レーザは、一般に出射光がコヒーレンスの良い単一波長
であることが望まれている。

このため、単一周期の回折格子を活性層に平行に配置し
て発振スペクトルを回折格子のブラッグ波長に対応した
単一軸モードに近づけ、コヒーレンスの良いレーザ光を
出射するようにした、分布帰還形レーザ（ＤＦＢレーザ
）や分布反射器形レーザ（ＤＢＲレーザ）などが開発さ
れた。

第３図はＤＦＢレーザ例の模式側断面図である。

同図において、■はｎ−ＩｎＰ基板、２はＰＬ波長１．
２　ｐ　ｍのｎ　−ＩｎＧａＡｓ　Ｐガイド層（厚さ約
０．１５μ１１１）、３は基板１とガイド層２との界面
に形成された回折格子、４はＰＬ波長１．３　ｐ　ｍの
ＩｎＧａＡｓＰ活性層（厚さ約０．１５μｍ　）　、５
はｐ−ＩｎＰｎチクド層（厚さ約２μｍ）、６と７は金
泥電極である。

回折格子３は、単一周期の凹凸で構成され、第４図の工
程順側面図（ａ）〜（ｄ）に示す手順で形成される。即
ち先ず図（ａ１図示のように、基板１上にレジスト層８
を被着し、公知の２光束干渉法により干渉露光する。干
渉縞の周期は約０．２μｍである。

次いで現像により図（ｂ１図示のようにレジスト層８を
単一周期の凹凸（凹部がエツチング窓９となる）にパタ
ーン化し、これをマスクにして図（Ｃ１図示のように基
板１をエツチングする。次いでレジスト層８を除去した
後回（ｄ１図示のようにガイド層２を堆積して回折格子
３を完成する。

上述のレーザは単一周期（第一の周期）の回折格子を有
するものであるが、この回折格子に第一の周期より大き
な第二の周期を含ませたレーザが提案された（参考文献
：特開昭５９−１４６９０号公報）。

このレーザは、第二の周期により導波路の実効屈折率を
分布的に変化させて、発振スペクトルの線幅を広げた即
ちコヒーレンスを低下させたものである。この処置は、
多モード光ファイバと結合させた場合、ファイバ出力端
におけるパルス変調波形の乱れを低減させるのに有効で
ある。

前記文献では、第一の周期の凹凸で構成される回折格子
における凹凸の高低差を第二の周期に対応させた場合を
用いて作用を説明し、回折格子の幅の変化も高低差の変
化と同様に作用することから、具体化には、第二の周期
によって回折格子の幅を変化させている。

第５図の模式側断面図（ａｌと模式平面図（ｂ）に示す
レーザは、上記具体化に従って、先のＤＦＢレーザの回
折格子３をその幅に変化を与えた回折格子３ａに変えた
ものである。回折格子３ａの幅は、活性層４の幅Ｗのの
中に収まり且つ第二の周期（約１２μｍ）に対応して周
期的に変化している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら第一の周期を有する回折格子に対して周期
のより大きな第二の周期を含ませる場合に、第５図に示
す回折格子３ａの如く幅を変化させるのは、その形成の
際にパターン化が必要となるので、第４図で説明した回
折格子３の形成と比較して工程が複雑になる問題がある
。

〔問題点を解決するための手段〕

一般に周期性凹凸で構成される回折格子においては、前
記第二の周期を幅方向にとって二つの周期を含ませる代
わりに、二つの周期を共に長平方向即ち周期方向にとっ
て、周期方向における凹凸の分布を変化させても、前述
の高低差の変化の場合と同様に作用する。

本発明はその現象を利用したものである。

即ち上記問題点は、第一および第二のレーザ光それぞれ
の分岐２光束の干渉によって形成される周期の異なった
第一および第二の干渉縞を、周期方向同一に重ね合わせ
て合成干渉縞を形成し、該合成干渉縞による干渉露光を
行って、格子状にパターン化されたレジスト層を基板上
に形成し、該レジスト層をマスクにした該基板のエツチ
ングを行って、活性層に平行配置する回折格子を形成す
る本発明の製造方法によって解決される。

本発明によれば、上記第一および第二のレーザ光は、互
いに波長を異ならせ、共に直線偏波光となしその偏波面
を互いに直交させて共通の光路により２光束に分岐させ
るのが望ましい。

〔作用〕

本製造方法における上記干渉露光は、上記第一の干ｅ縞
（例えば後述する第２図（ａ）図示）と、第−の干渉縞
と周期の異なる上記第二の干渉縞（例えば後述する第２
図（ｂ１図示）とが、周期方向同一に重ね合わせられて
、光強度のピークにうねりの伴った上記合成干渉縞（例
えば後述する第２図（Ｃ）図示）による露光となる。

このことから、合成干渉縞の平均周期とうねりの周期と
を、それぞれ前記第一の周期（例えば第５図図示回折格
子３ａの凹凸周期）と前記第二の周期（例えば第５図図
示回折格子３ａの幅の変化の周期）とに合わせることに
より、レジスト層のエツチング窓（第４図図示の９に相
当）の分布が周期方向に変化して例えば後述第２図（ｄ
）図示の如くになり、周期方向における凹凸の分布が上
記平均周期を基調にしながら上記うねりに対応した変化
をなして、所望の二つの周期を含み、回折格子３ａと同
様に作用する回折格子が得られる。

従ってこの回折格子の形成工程は、回折格子３ａの如き
幅を変化させるためのパターン化が不要となり、干渉露
光の方法を変えるのみで第４図で説明した回折格子３の
場合と同じにすることが出来る。

なお、第一および第二のレーザ光を、互いに波長を異な
らせ、共に直線偏波光となしその偏波面を互いに直交さ
せて共通の光路により２光束に分岐させることにより、
第一および第二の干渉縞を周期方向同一に正確に重ね合
わせることが出来て、所望の合成干渉縞の形成が容易に
なる。

〔実施例〕

以下、本発明方法によるレーザ製造の実施例について第
１図および第２図を用い説明する。

第１図は実施例の工程順側面図（ａ）〜（ｅ）であり、
第２図は実施例における干渉縞とレジスト層パターンの
説明図（ａｌ〜（ｄ）である。なお、第１図（ａ）〜（
ｄｌは第４図（ａ）〜（ｄ）に、第１図（８１は第５図
（ａ）に対応した図である。また、全図を通し同一符号
は同一対象物を示す。

先ず〔第１図（ａｌ参照〕、第４図（ａ）図示の場合と
同様に基板ｌ上にレジスト層８を被着し、以下に述べる
方法により干渉露光する。基板１は厚さ約１００μｍの
ｎ−１ｎＰであり、レジスト層８は厚さ約０．１５μｍ
のポジ型レジストで通常のスピンコード法で被着する。

干渉露光の方法は、次の如くである。

即ち、露光光源用レーザｌｌａおよびｌｌｂからの第一
のレーザ光１２ａおよび第二のレーザ光１２ｂを、それ
ぞれミラー１４ａおよびハーフミラ−１４ｂにより共通
の光路１３に載せ、ハーフミラ−１５により２光束に分
岐し、更にミラー１６および１７により集束させて、レ
ジストＪｉｉＢ上に投影されるレーザ光１２ａによる第
一の干渉縞とレーザ光１２ｂによる第二の干渉縞とを重
ね合わせた合成干渉縞により露光する。この際レーザ光
１２ａおよび１２ｂを共に直線偏波光となし、光路１３
における偏波面を互いに直交させてレーザ光１２ａおよ
び１２ｂの間に干渉が生じないようにする。

また、第一の干渉縞の周期Δ１は０．２０００μｍに、
第二の干渉縞の周期は０．２０３３μｍになるようにす
る。これは、レーザｌｌａおよびｌｌｂをクリプトンガ
スレーザにして、レーザ光２１ａに３５０７人波長を、
レーザ光１２ｂに３５６４人波長を用い、レジスト層８
に対する入射角θを３０．６３度にすることにより実現
出来る。

さすれば、上記合成干渉縞の平均周期Δやは０゜２０１
６μｍ、うねりの周期Ａ−／２は１２．３２μｍとなる
。八＋およびＡ−は、それぞれ先に述べた第一の周期お
よび第二の周期となるものである。

ここで八１およびＡ２は、ΔヤおよびΔ−に対して次式
の関係が成立することから求めた値である。

ＰＩ＝ＰＯＣｏ！＋２（πＺ／Ａ、） Ｐ２　＝Ｐｏ　ｃｏｓ２（（ｙｒＺ／八２）へφ）但し
、 Ｐｌ：第一の干渉縞の光強度 Ｐ２：第二の干渉縞の光強度 Ｐｏ：第一、第二の干渉縞の光強度振幅Ｚ　：干渉縞の
周期方向 （第１図（ａｌの横方向） φ　：位相 上の両式から、合成干渉縞の光強度Ｐは、φ＝０　とし
て、 Ｐ＝Ｐ、＋ｐ２ ＝Ｐ０（１＋ｃｏｓ　（２πＺ／Ａ＋）Ｘ　ｃｏｓ　（
２πＺ／Δ−）） 但し、 Ａ＋　＝２Ａ＋　Ａｚ　／（Ａ＋　　＋Δ２）八−−２
Ａ＋Ａｚ／（Δ、−Δ２） また、この関係を光強度分布で示したのが第２図（ａ）
〜（Ｃ）であり、図（ａｌが第一の干渉縞、図（ｂ）が
第二の干渉縞、図（Ｃ）が合成干渉縞に対応する。

なお、この干渉露光からレーザ光１１ａまたは１１ｂの
一方を削除すると、第４図（ａ）に示した２光束干渉の
露光となる。

次いで〔第１図（ｂ）参照〕、上記干渉露光に対する現
像を行い、レジスト層８をパターン化する。

そのパターンの様子は、第２図（ｅ）図示合成干渉縞に
おけるレジスト感光限界強度りに対応して第２図（ｄ１
図示の如くになり、干渉縞の周期方向におけるエツチン
グ窓９の分布に変化を与えたもの、即ちＡゆを基調にし
ながら八−で周期方向に変化を与えてΔ。および八−の
二つの周期を周期方向に含ませたものとなる。

次いで〔第１図（Ｃ）参照〕、パターン化されたレジス
ト層８をマスクにして基板１を０．１μｍ程度の深さに
ウェットエツチングする。さすれば基板１にレジストＮ
８のパターンが転写される。

次いで〔第１図（ｄ）参照〕、レジスト層８を除去した
後、ガイドｉ２　　（ＰＬ波長１．２．ｃｒｍのｎ　−
ＩｎＧａＡｓ　Ｐ、厚さ約０．１５μｍ）を堆積して所
望の回折格子３ｂを完成する。言うまでもなく回折格子
３ｂの形成においては、幅を変化させる必要が無いので
、そのためのパターン化工程は不要である。

この後は〔第１図（ｅｌ参照〕、第３図図示レーザや第
５図図示レーザの場合と同様であるが、活性層４（ＰＬ
波長１．３　ｐ　ｍのＩｎＧａＡｓ　Ｐ　ｓ厚さ約０．
１５μｎ＋）、クラフト層５　　（ｐ−ＩｎＰ、厚さ約
２μｍ）を順次堆積し、金属電極６および７を被着した
後、所定の大きさに切断して所望のレーザを完成する。

このレーザは、第３図図示レーザの回折格子３を、また
第５図図示レーザの回折格子３ａを回折格子３ｂに変更
したものとなる。そして所望の作用を得るために二つの
周期を含ませた回折格子３ａの形成工程が、先に述べた
如く回折格子３の場合より複雑になっているのに対して
、回折格子３ｂの場合は、同様に二つの周期を含ませた
にもかかわらず、上記の如く干渉露光の方法を変えるの
みで第４図に示した回折格子３の形成工程と同じで良い
。

なお、実施例の干渉露光の際に、レーザ光１２ａとレー
ザ光１２ｂとを互いに別の光路によって分岐、集束して
も良いが、実施例で述べた如く共通の光路１３に載せる
ことにより、第一の干渉縞と第二の干渉縞との重ね合わ
せにおいて周期方向の揃えが容易になっている。

また、上記実施例では、レジスト層８の材料をポジ型レ
ジストにし、露光光源用レーザｌｌａおよびＬｌｂの種
類、ΔやおよびΔ−を特定したが、本発明方法において
は、ネガ型レジストを用いても良いこと、上記特定に限
定されない（例えばレーザｌｌａおよびｌｌｂに波長可
変の色素レーザＰＰＯまたはＰＰＰなどを用いても良い
）ことは、容易に理解出来る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の構成によれば、半導体レー
ザの活性層に平行配置され二つの周期を含む回折格子の
形成において、当該回折格子の形成工程を単純化させる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によるレーザ製造実施例の工程順側
面図、 第２図は実施例の干渉露光における干渉縞とレジスト層
パターンの説明図、 第３図はＤＦＢレーザ例の模式側断面図、第４図は第３
図図示レーザにおける回折格子形成方法の工程順側面図
、 第５図は回折格子の幅に変化を設けたレーザ例の模式側
断面図と模式平面図、 である。 図において、 １は基板、 ２はガイド層、 ３．３ａ、　３ｂは回折格子、 ８はレジスト層、 ９はエツチング窓、 １１ａ　、　ｌｌｂは露光光源用レーザ、１２ａ　、１
２ｂはレーザ光、 １３は光路、 １４ａ　、　１６．１７はミラー、 １４ｂ　、１５はハーフミラ−１ である。 辛　１　昌 竿２　園

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）第一および第二のレーザ光それぞれの分岐２光束の
   干渉によって形成される周期の異なった第一および第二
   の干渉縞を、周期方向同一に重ね合わせて合成干渉縞を
   形成し、該合成干渉縞による干渉露光を行って、格子状
   にパターン化されたレジスト層を基板上に形成し、該レ
   ジスト層をマスクにした該基板のエッチングを行って、
   活性層に平行配置する回折格子を形成することを特徴と
   する半導体レーザの製造方法。 ２）上記第一および第二のレーザ光は、互いに波長を異
   ならせ、共に偏波光となしその偏波面を互いに直交させ
   て共通の光路により２光束に分岐させることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザの製造方法
   。