JPS6381885A

JPS6381885A - 位相シフト型回折格子の製造方法

Info

Publication number: JPS6381885A
Application number: JP61226752A
Authority: JP
Inventors: Hideto Furuyama; 古山　秀人; Yuzo Hirayama; 雄三平山; Hajime Okuda; 肇奥田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-09-25
Filing date: 1986-09-25
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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、分布帰還型半導体レーザ等に用いられる回折
格子の製造方法に係わり、特に周期的凹凸を途中から反
転させた位相シフト型回折格子の製造方法に関する。

（従来の技術）近年、回折格子を利用した半導体レーザとして、分布帰
還型半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザと略記する）が開
発されている。このレーザは、単一波長で安定な発振を
行わせることができ、大容量光通信用光源として重要で
ある。

ところで、屈折率に周期的変化を持たせた通常のＤＦＢ
レーザでは、原理的にブラッグ波長を挟んで２つの最低
次縦モードが存在する。実際には、出射端面での反射光
が作用し、２つの最低次モード間に非対称性を与えるた
め、単一モード発振することが多い。この作用は、端面
反射光の位相により決定されるため、回折格子の出射端
での位相が問題となる。また、２つの最低次モード間に
与えられる非対称性は全くの偶然性に頼っており、どち
らのモードが主モードになるかは不確実である。さらに
、主モードと副モードとの発振強度比は非対称性の程度
に依存するため、単一縦モード発振の安定性にも不確実
性が加わってくる。

そこで最近、原理的に最低次縦モードを１つにする方法
として、回折格子の位相を途中でπだけシフトさせる方
法が試みられている。例えば、文献（Ｅ！ｅｅｔｒｏｎ
ｌｅｓ　Ｌｏｔｔｅｒｓ　ｖｏｌ、２０　ｐｌｏ０８　
（１９ｇ４）の゛λバー５）ＩＩＦＴＥＤ　ＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ　ＤＦＢ　ＬＡＳＥＲ８ＢＹＳＩＭＵＬＴ
ＡＮＥＯＵＳ　ｌｌ０ＬＯＣＲＡＰＩＩＩＣＥＸＰＯ８
ＵＲＥ　０ＦＰＯ８ＩＴＩＶＥ　ＡＮＤ　ＮＥＧＡＴＩ
ＶＢ　ＰＨ０ＴＯＲＥＳＩＳＴＳ　”）　テ示されてい
るように、回折格子を途中でπ（発振波長λに対しては
λハ）だけ位ｉｌｌシフトすることで、ブラッグ波長で
の単一縦モード発振が実現されている。

第４図にこの素子の断面構造を示す。また、第５図に位
相シフト型回折格子の様子を拡大して示す。これらの図
から、位相をπだけシフトするには回折格子の凹凸を反
転させれば良いことが判る。

これは、発振波長の］／４に相当した位相シフトである
。なお、第４図中４１は半導体基板、４２は光導波層、
４３は活性層、４４はクラッド層、４５はキャップ層、
４６．４７は電極層をそれぞれ示している。

」二記のような位相シフト型回折格子を作成するには、
前記文献で示されているように、ポジ型レジストとネガ
型レジストとを組合わせて用いる方法がある。以下、こ
の方法を第６図を参照して簡単に説明する。

第６図は、ポジ型レジストとネガ型レジストを組合わせ
た位相シフト型回折格子の製造方法の従来例である。ま
ず、第６図（ａ）に示す如く基板６１上にネガ型レジス
ト６５を塗布し、同図（ｂ）に示す如くこのレジスト６
５をパターニングして一部除去する。その際、残ったレ
ジスト６５が露光されないよう、ポジ型レジスト（図示
せず）によりパターニングを行う。そして、第６図（Ｃ
）に示す如く再度ポジ型レジスト６２を塗布し、この状
態で同図（ｄ）に示す如く干渉露光法によりポジ型及び
ネガ型の両方のレジスト６２．６５の露光を行う。次い
で、第６図（ｅ）〜（ｇ）に示す如く、ポジ型レジスト
６２の現像処理、回折格子基板６１への転写、ポジ型レ
ジスト６２の除去を行う。

次いで、第６図（ｈ）〜（Ｄに示す如く、ネガ型レジス
ト６５の現像処理、反転パターンの転写、ネガ型レジス
ト６５の除去を行う。

このようにして、ポジ型レジスト６２とネガ型レジスト
６５とのパターン反転性により、位ｌｌｔ］シフト型回
折格子を得ることができる。そしてこの方法では、回折
格子位相シフトが正確にπとなる特徴がある。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、第６図（１）に示す如く、先にパター
ン転写を行った領域が２度目のパターン転写の際にも一
様にエツチングされてしまう。

このため、第６図（ｊ）に示した距Ｍｄ分だけ２つの領
域間に段差が生じる。この段差は、回折格子の位相を等
価的にシフトさせるため、回折格子の位相シフトがπか
らずれてしまうと云う問題につながるものである。そし
てこの問題が、ＤＦＢレーザの単一縦モード発振確率を
低下させる要因となっていた。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来方法では、先に転写を行った領域が他の
領域の転写の際にも再びエツチングされることになり、
これにより２つの領域間に段差が生じると云う問題があ
った。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、位相シフト部における回折格子の段差
をなくすことができ、正確にπの位相シフトを持つ位相
シフト型回折格子の製造方法を提供することにある。

［発明の構成コ（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、回折格子の凹凸形成のためのマスクを
設けたのちの基板への転写、つまりエツチングに関して
は、位相の反転しない領域及び位相の反転した領域で同
時に行うことにある。

即ち本発明は、周期的凹凸を途中から反転させてなる位
相シフト型回折格子の製造方法において、回折格子を形
成すべき基板上にネガ型若しくはポジ型の露光特性を有
する第１のレジストを塗布したのち、この第１のレジス
ト上にスペーサを形成し、次いで上記スペーサ及び第１
のレジストをパターニングして前記周期的凹凸の反転部
を境界とする一方の領域を露出せしめ、次いで前記第１
のレジストとは逆の露光特性を有する第２のレジストを
全面に塗布し、しかるのち前記スペーサを除去し該スペ
ーサ上の前記第２のレジストを除去する前或いは後に、
前記第１及び第２のレジストを同時に露光するようにし
た方法である。

（作用）上記方法であれば、回折格子の２つの領域、即ち位相の
反転しない領域及び位相の反転した領域（ポジ領域及び
ネガ領域）のそれぞれの凹凸周期を形成するためのマス
クについては別々に設けられるが、該マスクを用いた回
折格子基板への転写、即ちポジ領域及びネガ領域のエツ
チングに関しては同時に行われることになる。従って、
先に転写された領域が他の領域の転写の際にも再びエツ
チングされる等の不都合はなくなり、２つの領域間に段
差が生じることはない。このため、位相シフトを正確に
πに規定することが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる回折格子製造工
程を示す断面図である。まず第１図（ａ）に示す如く、
ＩｎＰ単結晶基板１１上に第１のレジストとしてのポジ
型レジスト１２を塗布し、この上にスペーサ１３、さら
にパターニング用ポジ型レジスト１４を形成する。ここ
でポジ型レジストとしては、例えばキノンジアザイド系
フォトレジスト（シブレー製ＡＺ１３５０）を用い、レ
ジスト１２は約５００［人］、レジスト１４は約２００
０　［入］に形成する。また、スペーサ１３としては、
例えばＡｕの蒸着或いはスパッタによる薄膜を約１００
０〜２０００　［人］に形成すればよい。

次いで、第１図（ｂ）に示す如く、通常のフォトリソグ
ラフィによりレジスト１４をパターニングする。その後
、第１図（Ｃ）に示す如くレジスト１４をマスクとして
スペーサ１３をエツチングする。ここで、エツチング液
としては、シアン化ナトリウム、シアン化亜鉛混合系の
エツチング液を用いて行えばよい。

次いで、全面に露光を行い、現像処理を施すことにより
、第１図（ｄ）に示す如くスペーサ下のレジスト１２を
除いて、レジスト１２．１４を除去する。その後、第１
図（ｅ）に示す如く全面に第２のレジストとしてネガ型
レジスト１５を塗布する。

ミニで、ネガ型レジストとしては、例えば環化ゴム系の
フォトレジスト（東京応化製ＯＭＲ−８５）を用い、約
５００［入］の厚さとすればよい。

次いで、スペーサ１３の除去を第１図（Ｃ）の工程と同
様に行い、第１図（ｆ）に示す如くスペーサ１３及びス
ペーサ１３上のレジスト１５を除去する。この状態で、
基板１１上にはポジ型レジスト１２とネガ型レジスト１
５とが略同じ厚さで形成されたことになる。

次いで、第１図（ｇ）に示す如く通常の回折格子作成工
程と同様に、２光束干渉露光法により各レジスト１２．
１５を同時に露光する。その後、現像処理することによ
り、第１図（ｈ）に示す如くレジスト１２．１５をパタ
ーニングする。ここで、露光はネガ型レジストの減感防
止のためにＮ２中で行い、現像処理はポジ型レジスト現
像、ネガ型レジスト現像の２回行う。

次いで、第１図（１）に示す如く残ったレジスト１２．
１５をマスクとして、基板１１を選択エツチングするこ
とにより、基板１１表面に回折格子パターンをなす凹凸
が形成される。ここで、基板転写のエツチング液として
は、例えばＨＮＯ３：ＨＢ　ｒ　：　Ｈ２０＝１　：　
２　：　１０の溶液を用いて行えばよい。この後は、第
１図（ｊ）に示す如くレジスト１２．１５を除去する。

これにより、ポジ領域及びネガ領域に段差のない位相シ
フト型回折格子が完成することになる。

かくして本実施例方法によれば、基板１１に回折格子の
凹凸を形成するためのエツチングを、第１図（ｈ）（１
）に示す如く１回で済ませることができる。即ち、ポジ
領域及びネガ領域を同時にエツチングすることができる
。このため、ポジ領域とネガ領域とに段差が生じること
はなく、正確に位相シフトπを持たせることが可能とな
る。従って、ＤＦＢレーザ等の製造に適用すれば、該レ
ーザの単一縦モード発振確率を向上させることが可能と
なり、素子製造歩留り及び再現性の向上に寄与し得る等
の絶大なる効果を発揮する。また、従来方法に比して、
スペーサ１３の形成及びリフトオフのためのスペーサ１
３の除去と云う工程を増えるものの、エツチング工程が
１回で済むことになるので、工程の増加も殆どない。さ
らに、ポジ型レジスト１２及びネガ型レジスト１５が第
１図（ｇ）に示す如く全く同じ条件で直接的に露光され
ることになるので、露光精度の向上をはかることができ
、より正確に回折格子パターンを作成することが可能に
なる。

第２図は本発明の第２の実施例方法を説明するための工
程断面図である。なお、第１図と同一部分には同一符号
を付して、その詳しい説明は省略する。

この実施例方法が先に説明した実施例方法と異なる点は
、第１のレジストとしてネガ型を、第２のレジストとし
てポジ型を用いたことにある。即ち、本実施例では先ず
第２図（ａ）に示す如く、基板１１上に第１のレジスト
としてのネガ型レジスト１５．スペーサ１３及びパター
ニング用ポジ型レジスト１４を形成する。次いで、先の
実施例ど同様に第２図（ｂ）に示す如く、レジスト１４
のパターニング及びスペーサ１３の選択エツチングを行
い、さらに露出したネガ型レジスト１５のエツチングを
行う。レジスト１５のエツチング液としては、例えば硫
酸系の溶液を用いればよい。

次いで、第２図（Ｃ）に示す如く第２のレジストとして
のポジ型レジスト１２を全面に塗布する。

その後、スペーサ１３の除去を行うことにより、第２図
（ｄ）に示す如くスペーサ１３上のレジスト１４．１２
が除去されることになり、その結果前記第１図（ｒ）と
同様な構造が得られる。

これ以降は、先の実施例と同様に、２光束干渉露光、現
像及びエツチング等を行うことにより、前記第１図（ｊ
）に示す如き回折格子が形成されることになる。従って
、本実施例方法によっても先の実施例方法と同様の効果
が得られる。

第３図は本発明の第３の実施例方法を説明するための工
程断面図である。なお、第１図と同一部分には同一符号
を付して、その詳しい説明は省略する。

この実施例方法が先の第１の実施例方法と異なる点は、
スペーサとして露光波長に対して透明な１１１１３’を
用いることにある。即ち、スペーサ１３′として、例え
ばシリコン窒化膜（Ｓ　ｉ　Ｎｘ　）を用い、ＥＣＲ（
電子サイクロトロン共鳴）ＣＶＤ法により低温形成する
。スペーサ１３′の厚さとしては約４００［人］とすれ
ばよい。そして、スペーサ１３′及び第１のレジストと
してのポジ型レジスト１２をパターニングすることによ
り、前記第１図（ｄ）と同様な構造が得られる。

この状態から先の実施例と同様に、第３図（ａ）に示す
如く第２のレジストとしてのネガ型レジスト１５を全面
に塗布する。なお、第１及び第２のレジストはポジ型と
ネガ型との組合わせであれば、いずれが先であっても構
わない。その後、２光束干渉露光法により、凹凸周期の
露光を行う。この時、ネガ型レジスト１５は勿論のこと
、ポジ型レジスト１２もネガ型レジスト１５及びスペー
サ１３′を通して露光されることになる。

次いで、第３図（ｂ）に示す如くネガ型レジスト１５の
現像を行い、続いて同図（Ｃ）に示す如くスペーサ１３
′の除去を行う。その後、第３図（ｄ）に示す如くポジ
型レジスト１２の現像処理を行うことによって、前記第
１図（ｈ）と同様な構造が得られる。これ以降は先の実
施例と同様に、基板エツチング及びレジスト１２．１５
の除去を行うことによって、先の実施例と同様の回折格
子パターンが形成されることになる。

従って、本実施例にあっても先の実施例と同様の効果が
得られる。また本実施例では、スペーサ１３′上のネガ
型レジストが第３図（ｂ）の段階で凹凸となっているの
で、その後に続くスペーサ１３′の除去が容易になる等
の利点がある。

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるもの
ではない。例えば、前記基板はＩｎＰに同等限定される
ものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。さら
に、エツチング液は基板材料に合わせて選択すればよい
。また、レジスト材料及び現像液等も、仕様に応じて適
宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、回折格子の凹凸の
転写を１度のエツチングで行うことができ、回折格子の
２つの領域である位相の反転しない領域と位相の反転し
た領域とで、段差のない位相シフト型回折格子を得るこ
とができる。従って、ＤＦＢレーザ等の作成に必要な正
確にπの位相シフトを有する位相シフト型回折格子を実
現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例方法に係わる回折格子製
造工程を示す断面図、第２図は本発明の第２の実施例方
法を説明するための工程断面図、第３図は本発明の第３
の実施例方法を説明するだめの工程断面図、第４図乃至
第６図はそれぞれ従来の問題点を説明するためのもので
第４図はＤＦＢレーザの構造を示す断面図、第５図は位
相シフト型回折格子の形状を示す模式図、第６図は回折
格子製造工程を示す断面図である。１１・・・ＩｎＰ基板、１２・・・ポジ型レジスト、１
３．１３’　・・・スペーサ、１４・・・パターニング
用しジス￥−４，１５・・・ネガ型レジスト、出願人代
理人　弁理士　鈴江武彦第１　図ｚ５　図第６　仁コ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）周期的凹凸を途中から反転させてなる位相シフト
型回折格子の製造方法において、回折格子を形成すべき
基板上にネガ型若しくはポジ型の露光特性を有する第１
のレジストを塗布する工程と、上記第１のレジスト上に
スペーサを形成する工程と、上記スペーサ及び第１のレ
ジストをパターニングして前記周期的凹凸の反転部を境
界とする一方の領域を露出せしめる工程と、次いで前記
第１のレジストとは逆の露光特性を有する第２のレジス
トを全面に塗布する工程と、次いで前記スペーサを除去
し該スペーサ上の前記第２のレジストを除去する工程と
、上記スペーサを除去する工程の前或いは後に、前記第
１及び第２のレジストを同時に露光する工程とを含むこ
とを特徴とする位相シフト型回折格子の製造方法。
（２）前記スペーサは前記露光波長に対して透明であり
、該スペーサを除去する前に、前記第１及び第２のレジ
ストを同時に露光することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の位相シフト型回折格子の製造方法。
（３）前記第１及び第２のレジストを露光する工程とし
て、２光束干渉露光法を用いたことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の位相シフト型回折格子の製造方法
。