JPS6381304A

JPS6381304A - 回折格子露光装置

Info

Publication number: JPS6381304A
Application number: JP61225945A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Yamamoto; 俊一山本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1988-04-12

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〕本発明は回折格子露光技術、特に分布帰還型半導体レー
ザの製造における回折格子の製造に適用して有効な技術
に関する。

〔従来の技術〕

長距離大容量光通信を可能とする半導体レーザ（ＬＤ）
として、高速変調によっても単一波長を保つことができ
る分布帰還型（ＤＦＢ：ｄｉｓ−ｔｒｉｂｕｔｅｄ　　
ｆｅｅｄｂａｃｋ）、あるいは分布反射型（ｄｉｓｔｒ
ｉｂｕｔｅｄ　　Ｂｒａ−ｇｇ　　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏ
ｎ）の半導体レーザが開発されている。たとえば、日経
マグロウヒル社発行「日経エレクトロニクスＪ　１９８
１年１２月２１日号、Ｐ６６〜Ｐ７０には、１．５μｍ
帯の分布帰還型半導体レーザおよび分布反射型半導体レ
ーザについて記載されている。前者の分布帰還型半導体
レーザは、活性層の下に回折格子が設けられるでいるが
、後者の分布反射型半導体レーザの場合は回折格子は活
性層とは別の領域に設けられている。

一方、回折格子の作製方法の一つとして、電子通信学会
発行、昭和６０年度電子通信学会半導体・材料部門全国
大会「論文集」昭和６０年１１月５日発行１−１２７頁
、題目「位相面投影型干渉露光法による位相シフト型Ｄ
ＦＢレーザ用回折格子の作製」に記載されている方法が
提案されている。この技術は、最初にｒｎＰ基板の上に
ホトレジストを塗布しておき、Ｈｅ−Ｃｄレーザを露光
光源として回折露光した後エツチングすることにより、
ＩｎＰ基板表面に波形の模様を作る。基板表面（主面）
に回折格子を有する基板は、たとえば、埋め込みへテロ
構造（ＢＨ）のＬＤ製造用基板として使用される。また
、前記回折露光は、Ｈｅ−Ｃｄレーザ光を２等分した後
、集束レンズとピンホールからなる空間フィルタで光ビ
ームの質を改善した後、平行ビームに広げて交角２θで
三光束を交差させる。ここで片方の光束中に位相板を配
置し、共焦点レンズ系を用いて位相情報を試料面上で再
構成する。この結果、位相のずれによって試料面には明
暗の縞ができ、回折露光が行なわれることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

回折露光を行う場合、そのコヒーレントの状況を保った
まま、かつこの光束を露光面積に合わせて拡大したりし
て使用しなければならない。従来のＨｇランプを用いた
露光装置は、Ｈｇランプからの光を集光ミラー等を用い
均一強度になるように集光しているが、光源とミラーま
での距離は各部位によって異なるので、その光にはコヒ
ーレントな性質はなくなり、回折露光に応用できない。

一方、レーザダイオード素子（レーザダイオードチップ
）を製作する場合、基板の面積は大きい方が、シリコン
半導体素子を製作する場合と同様に基板−枚当たり一度
に多量に生産でき、生産コストの軽減が達成できる。

しかし、露光光束はガウス分布またはこれに近い分布と
なっているため、大きな面積に露光しようとすると、光
束中心とその周辺とでは光強度は大きな差を生じ、周辺
部分の素子は特性が得られなくなることが本発明者によ
ってあきらかにされた。

したがって、レーザ光露光の際、使用するレジスト材料
の性質により、どこまで光強度差を許容できるかは、−
概には言えないが、適性な露光が行える領域に制限が生
じることは明らかである。

また、シングルモード発振をするＤＦＢ半導体レーザ素
子を歩留り良く作る方法として、前記のように位相板を
光路の途中に入れる方法も発表されている。この方法に
より、基板上に作製する波形模様の周期をコントロール
する場合、その結果がそこで使用されるレンズの収差等
により、上記で述べたレーザ光束すべてが利用できると
は限らず、レンズの中心部近い領域のみが実用に供する
だけとなることも実際上あり得る。

本発明の目的は回折露光領域全域が所定光強度以上とな
るようにして露光が行える回折格子露光装置を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は回折格子を有する半導体デバイスを
高歩留りで製造することができる回折格子露光装置を提
供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の回折格子露光装置は、ＤＦＢ半導体
レーザの製造における回折格子形成の際、試料面となる
半導体薄板（ウェハ）面に交角を有して照射される二本
のレーザ光からなる平行光束は、一対の共晶点レンズと
ピンホールとからなる空間フィルタでそれぞれ光ビーム
の質が改善されるとともに、一方の光束は位相板によっ
て位相が一定量ずれるようになっている。また、二本の
光束は前記ウェハ面に照射される時点でスポット状レー
ザ光の所望光強度に至らない周辺領域がシャッターによ
って遮蔽される。また、露光毎にウェハはピッチ送りさ
れ、ウェハ面全域に露光が施される。

〔作用〕

上記した手段によれば、ウェハ面に照射されるスポット
状レーザ光の所望光強度に至らない周辺領域がシャッタ
ーによって遮蔽されるため、回折格子露光領域は所望光
強度以上の光で露光され、再現性よく回折露光が行なえ
歩留りの向上が達成できる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例による回折格子露光装置の概
要を示す原理図、第２図は同じくレーザ光強度とシャッ
ターを示す模式図、第３図は同じくウェハを支持する試
料台を示す斜視図、第４図は同じく本発明の回折格子露
光装置によって製造された分布帰還型半導体レーザチッ
プの概要を示す一部が切り欠かれた模式的斜視図、第５
図は同じく分布帰還型半導体レーザの製造において主面
に回折格子が形成された状態のウェハを示す断面図、第
６図は同じく多層にエピタキシャル層が設けられた状態
のウェハの斜視図、第７図は同じ（エツチングが施され
たウェハの斜視図、第８図は同じく埋め込みエピタキシ
ャル層が設けられたウェハの一部の拡大断面図である。

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

この実施例における分布帰還型半導体レーザ素子（以下
、単にレーザチップとも称する。）は、第４図に示され
るような構造となっていて、第５図〜第８図に示す各製
造工程を経て製造される。

この実施例のレーザチップは、第４図に示されるように
、）ｎＧａＡｓＰ　（インジウム・ガリウム・砒素・ｆ
４）系の化合物半導体で構成されていて、たとえば、発
光波長は１．５μｍ帯となっている。

レーザチップ１は、ｎ形のＩｎＰの基板２の主面〔上面
：（１００）結晶面〕にｎ−形１ｎＰからなるバッファ
１１３．ＩｎＧａＡｓＰからなるガイド層４．ＩｎＧａ
Ａｓｐからなる活性層５．　　Ｉ）形のＩ　ｎＧａＡｓ
Ｐからなるバッファ層６．　　ｐ形のＩｎＰからなるク
ラッド層７を順次形成した多層成長層がストライプ状に
形成されている。また、前記バッファ層３とガイド４と
の界面は波形、すなわち、回折格子（グレーティング）
８を構成している。また、前記多層成長層は断面形状が
逆三角形となり、いわゆる逆メサ構造となっている。

また、この逆メサ面部分の下端から下方の部分は緩やか
に広がる順メサ構造となっている。また、この多層成長
層の両側にはｐ形のＩｎＰからなるブロッキング層９．
　　ｎ形のＩｎＰからなる埋め込み層１０が積層状態で
埋め込まれている。また、多層成長層の電極コンタクト
領域を除く基板２の主面側は図示しない絶縁膜で被われ
ている。そして、基板２の主面側には図示しないアノー
ド電極が、基板２の裏面には図示しないカソード電極が
それぞれ設けられている。これら電極はそれぞれ金糸電
極となっている。

このようなレーザチップ１は、アノード電極およびカソ
ード電極に所定電圧が印加されると、活性層端面（ミラ
ー面）からレーザ光１１を発振する。なお、レーザ光１
１は光導波路内の各回折格子８内で波が往復して共振す
る分布帰還型であることから、高速変調しても単一波長
のレーザ光が得られ、ファーフィルドパターン（Ｐ　Ｐ
　Ｐ）は良好でかつ安定している。

つぎに、レーザチップの構造をその製造工程を追うこと
によって説明する。

レーザチップの製造に際しては、最初に第５図に示され
るように、化合物半導体薄板（ウェハ）１２が用意され
る。このウェハ１２はｎ形１ｎＰの基板２と、この基板
２の（１６０）結晶面上に液相エピタキシャル法によっ
て形成されたｎ−形ＩｎＰのバッファ層３とからなって
いる。また、前記バッファ層３の主面には回折格子８が
形成されている。この回折格子８はレーザ光を発光させ
る先導波路に直交する方向に延在している。

ここで、回折格子８の製造方法について説明する。回折
格子８は、第１図に示されるような構成の回折格子露光
装置によって形成される。この回折格子露光装置は、Ｈ
ｅ−Ｃｄレーザ発光装置１３から発光されたレーザ光１
４を、シャッター１５の開動作によって露光光軸系に導
く。露光光軸系に導かれたレーザ光１４は、所定角度を
有して対向する一対のミラー１６．１７によってそれぞ
れ反射されて光路を変える。光路を変えたレーザ光１４
は一対のレンズ１８．１９を透過して平行光束に変えら
れる。平行光束となったレーザ光１４は、ミラー２０で
反射されて光路を変え、ハーフミラ−２１に案内される
。なお、前記ミラー２０とハーフミラ−２１との間には
、レーザ光１４を遮蔽するシャッター２２が設けられて
いる。

平行光束状態のレーザ光１４はハーフミラ−２１で二分
割される。二分割された一方のレーザ光１４を説明の便
宜上、第１光束２３と称し、他方のレーザ光１４を第２
光束２４と称する。前記第１光束２３はミラー２５．２
６によって光路を変えるとともに、一対の共焦点レンズ
２７．２８とピンホールを有するピンホール板２９とか
らなる空間フィルターで、光ビームの質が改善される。

光ビームの譬が改善された第１光束２３は、可動ミラー
３０によって反射され、試料台３１に取り付けられた試
料３２、すなわち、ウェハ１２の主面に照射される。

なお、試料３２の寸前、すなわち、第１光束２３を制御
する光部品である可動ミラー３０と試料３２との間には
、シャッター３３が配設されている。このシャッター３
３にあっては、第２図に示されるように、シャッター３
３の開口部３４を第１光束２３が透過するが、この際、
第１光束２３の中央の光部分しかシャッター３３を透過
することが出来ないようになっている。これは、このシ
ャッター３３によって、スポット状レーザ光１４の光強
度の弱い周辺部分は遮蔽されてカットされ、光強度の高
い光部分のみがシャッター３３を透過するようになって
いる。すなわち、レーザ光１４は、第２図に示されるよ
うに、光の中心は光強度が高く、周辺部分では低い。同
図に示す光分右曲線３５にあっては、中央の横軸がレー
ザ光１４の光強度を示し、縦軸がレーザ光１４の中心Ｏ
からの距離を示すものであるが、光分右曲線３５は略ガ
ウス分布となっている。したがって、たとえば、矩形の
開口部３４の開口寸法Ａを適当に選択し、プロセスから
許容される光強度以上の光強度を有する領域の光のみを
使用するようにする。このように、光強度の高い領域の
みを使用しないと、露光時、たとえば、１０％と大きい
照度ムラが生じ、露光歩留りが低くなる。なお、このシ
ャッター３３は、光学系の途中に設けたのでは、その後
の各種光部品をレーザ光が通過する間に再びスポット光
はガウス分布状態に戻ってしまうため、露光面の寸前に
設ける必要がある。

一方、ハーフミラ−２１で分割された他方のレーザ光１
４、すなわち、第２光束２４は、ミラー３６で光路を変
えられるとともに、前記第１光束２３と同様に、一対の
共焦点レンズ３７．３８とピンホール３９を有するピン
ホール板４０とからなる空間フィルターで光ビームの質
を改善され、かつ可動ミラー４１によって試料３２に照
射される。また、可動ミラー４１と試料３２との間には
、シャッター４２が設けられ、前記第１光束２３の場合
と同様に第２光束２４の所望光強度を有する領域のみを
透過させるようになっている。したがって、このシャッ
ター４２の光を透過する開口部４３もＡなる寸法となっ
ている。また、前記シャッター３３およびシャッター４
２を透過した第１光束２３および第２光束２４は、試料
台３１の手前に設けられたシャッター４４を透過してウ
ェハ１２の主面に照射される。このシャッター４４も、
前記シャッター３３と同様な構造となっていて、開口部
４５を透過するレーザ光１１は総て所望の光強度を有す
る光部分であって、ウェハ１２の主面に照射されるレー
ザ光１１の光強度の低い部分はカットされるようになっ
ている。なお、前記シャッター３３．４２．４４は、ア
パチャ構造となり、その開口部３４．４３．４５の寸法
は自在に調整できるようになっている。

また、前記ミラー３６と共焦点レンズ３７との間には、
位相板４６が配設されている。この結果、試料面には、
相互に位相がずれた二つの光束によって、回折格子８が
発生する。したがって、試料面、すなわち、ウェハ１２
の主面にホトレジストを塗布しておけば、このホトレジ
ストは部分的に感光する結果、ホトレジストの現像、ウ
ェハのホトレジストをマスクとするエツチングによって
、第５図に示されるように、ウェハ１２の主面に回折格
子８が形成される。前記回折格子８はａなるピンチの回
折格子であって、この実施例のレーザチップの場合は、
１次の回折あるいは２次の回折によるピッチが選ばれる
。

このような回折露光は、光強度が所望の強度以上の光を
利用して行われるため、照度ムラが起きず、再現性良く
行える：他方、前記回折露光は、−回の露光面積が限られて部分
的であることから、−回の露光が終了する毎に、ウェハ
１２が１ピツチ移動するようになっていて、ピッチ移動
毎の露光によってウェハ１２の主面全域に亘って回折露
光が行われる。ウェハ１２をピッチ送りするため、試料
台３１は、第３図に示されるようになっている。試料台
３１は、水平方向に沿って移動するＸテーブル５４と、
このＸテーブル５４上に配設されて鉛直方向に沿って移
動するＹテーブル５５とからなり、ウェハ１２はＹテー
ブル５５に取り付けられている。前記Ｘテーブル５４は
Ｘモータ５６によって制御され、Ｙテーブル５５はＹモ
ータ５７によって制御される。

このようにバッファ層３の主面に回折格子８が形成され
た後、公知の埋め込みへテロ型半導体レーザの製造手順
で分布帰還型半導体レーザが製造される。すなわち、第
６図に示されるように、前記ウェハ１２の主面には液相
エピタキシャル法によって、［ｎＧａＡｓＰからなるガ
イド層４．　　ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層５．ｐ形
のＩ　ｎＧａＡｓＰからなるバッファ層６．　ｐ形のＩ
ｎＰからなるクラッド層７が順次形成され多層成長層が
形成される。

つぎに、第７図に示されるように、常用の部分エツチン
グが施される。エツチングはバッファ層３の途中に達す
るように行われる。この結果、上部が逆メサ状となるス
トライプ状に延在するメサ部５８が形成される。

つぎに、第８図に示されるように、エツチングによって
窪んだ部分にはｐ形１ｎＰのブロッキング層９．ｎ形Ｉ
ｎＰの埋め込み層１０が順次液相エピタキシャル法によ
って埋め込まれる。

つぎに、ウェハ１２の主面にはＣｒ　／　Ａ　ｕからな
るアノード電極が、裏面にはＡｕＧｅＮｉ／Ｐｄ　／　
Ａ　ｕからなるカソード電極がそれぞれ設けられるとと
もに、ウェハ１２の襞間および分断が行われ、第４図に
示されるようなレーザチップ１が多数形成される。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明の回折格子露光装置によれば、回折格子の
形成において、回折格子露光面全域には、シャッター作
用によって所望光強度の光が照射される結果、照度ムラ
のない露光ができるため、再現性良く回折格子を形成で
きるという効果が得られる。

（２）本発明の回折格子露光装置にあっては、再現性良
く行われる部分的な露光は１°ピツチずつ順次行われる
ことから、ウェハの全域には、再現性良く回折格子露光
が行えるという効果が得られる。

（３）上記（１）および（２）により、本発明によれば
、品質が優れた分布帰還型半導体レーザを高歩留りで製
造できる結果、生産コストの低減が達成できるという相
乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、前記クラッド
層７および埋め込み層１０の上にキャンプ層を設けたり
、あるいは電流狭窄のための拡散層をクラッド層７に設
けたりしてもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である埋め込みへテロ構造
の分布帰還型半導体レーザの製造技術に適用した場合に
ついて説明したが、それに限定されるものではない。た
とえば、回折格子を有する導波光の制御素子等の製造技
術に適用できる。

本発明は少なくとも回折格子を用いる光部品の製造技術
に通用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、本発明の回折格子露光装置は、ＤＦＢ半導体
レーザの製造における回折格子形成の際、試料面となる
ウェハ面に交角を有して照射される二本のレーザ光から
なる平行光束は、一対の共晶点レンズとピンホールとか
らなる空間フィルタでそれぞれ光ビームの質が改善され
るとともに、−方の光束は位相板によって位相が一定量
ずれるようになっている。また、二本の光束は前記ウェ
ハ面に照射される時点でスポット状レーザ光の所望光強
度に至らない周辺領域がシャッターによって遮蔽される
。また、露光毎にウェハはピッチ送りされ、ウェハ面全
域に露光が施される。したがって、ウェハ面に照射され
るスポット状レーザ光の所望光強度に至らない周辺領域
がシャッターによって遮蔽されるため、回折格子露光領
域は所望光強度以上の光で露光され、再現性よく回折露
光が行なえ歩留りの向上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による回折格子露光装置の概
要を示す原理図、第２図は同じくレーザ光強度とシャッターを示す模式図
、第３図は同じくウェハを支持する試料台を示す斜視図、第４図は同じく本発明の回折格子露光装置によって製造
された分布帰還型半導体レーザチップの概要を示す一部
が切り欠かれた模式的斜視図、第５図は同じく分布帰還
型半導体レーザの製造において主面に回折格子が形成さ
れた状態のウェハを示す断面図、第６図は同じく多層にエピタキシャル層が設けられた状
態のウェハの斜視図、第７図は同じくエツチングが施されたウェハの斜視図、第８図は同じく埋め込みエピタキシャル層が設けられた
ウェハの一部の拡大断面図である。１・・・レーザチップ、２・・・基板、３・・・バッフ
ァ層、４・・・ガイド層、５・・・活性層、６・・・バ
ッファ層、７・・・クラッド層、８・・・回折格子、９
・・・ブロッキング層、１０・・・埋め込み層、１１・
・・レーザ光、１２・・・ウェハ、１３・・・レーザ発
光装置、１４・・・レーザ光、１５・・・シャッター、
１６゜１７・・・ミラー、１８．１９・・・レンズ、２
０・・・ミラー、２１・・・ハーフミラ−１２２・・・
シャッター、２３・・・第１光束、２４・・・第２光束
、２５．２６・・・ミラー、２７゜２８・・・共焦点レ
ンズ、２９．・・・ピンホール板、３０・・・可動ミラ
ー、３１・・・試料台、３２・・・試料、３３・・・シ
ャッター、３４・・・開口部、３５・・・光分右曲線、
３６・・・ミラー、３７．３８・・・共焦点レンズ、３
９・・・ピンホール、４０・・・ピンホール板、４１・
・・可動ミラー、４２・・・シャッター、４３・・・開
口部、４４・・・シャッター、４５・・・開口部、４６
・・・位相板、５４・・・Ｘテーブル、５５・・・Ｙテ
ーブル、５６・・・Ｘモー第　　４ｍ第　　５　　図１２−ウニＩ＼第　　６　　図第　　７　　図第　　８　　図

Claims

【特許請求の範囲】１、被処理物の被処理面に平行光束からなる二光束のレ
ーザ光を相互に位相がずれるようにしながら交差照射し
て前記被処理面のホトレジストを干渉露光する回折格子
露光装置であって、前記被処理面には被処理物に対して
相対的にレーザ光束がピッチ送りされて露光が順次行な
われるように構成されているとともに、前記被処理面の
寸前には、被処理物に照射されるスポット状レーザ光の
所望光強度に至らない周辺領域を遮蔽するシャッターが
設けられていることを特徴とする回折格子露光装置。２、前記レーザ光は共焦点レンズとピンホールとからな
る空間フィルタで光ビームの改善がなされるように構成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の回折格子露光装置。