JPH0513886A - 半導体レーザーの作製方法 - Google Patents
半導体レーザーの作製方法Info
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- JPH0513886A JPH0513886A JP3167245A JP16724591A JPH0513886A JP H0513886 A JPH0513886 A JP H0513886A JP 3167245 A JP3167245 A JP 3167245A JP 16724591 A JP16724591 A JP 16724591A JP H0513886 A JPH0513886 A JP H0513886A
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- diffraction grating
- pattern
- exposure
- semiconductor laser
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 紫外線を光源とする縮小投影露光と位相シフ
トマスク１を用いて、回折格子パターンを形成する。 【効果】 サブミクロン回折格子作製に紫外線露光法と
位相シフトマスク１を用いると、電子線露光や電子線露
光により形成した、１対１マスクを利用するＸ線露光法
に比較して、縮小露光を行うことによって周期均一性を
向上することが出来るとともに、干渉露光法やフォトマ
スク法による場合と比較しても、高いマスク損傷を抑え
ながら解像度とスループット向上、更にλ／４シフト導
入に見られるパターンの自由度向上を実現できることが
明らかになった。このような加工法をＤＦＢ−ＬＤ作製
に適用する場合、狭スペクトル線幅の光通信光源を実現
できる。
トマスク１を用いて、回折格子パターンを形成する。 【効果】 サブミクロン回折格子作製に紫外線露光法と
位相シフトマスク１を用いると、電子線露光や電子線露
光により形成した、１対１マスクを利用するＸ線露光法
に比較して、縮小露光を行うことによって周期均一性を
向上することが出来るとともに、干渉露光法やフォトマ
スク法による場合と比較しても、高いマスク損傷を抑え
ながら解像度とスループット向上、更にλ／４シフト導
入に見られるパターンの自由度向上を実現できることが
明らかになった。このような加工法をＤＦＢ−ＬＤ作製
に適用する場合、狭スペクトル線幅の光通信光源を実現
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザーの作製方
法に関するものである。
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、周期がサブミクロン、特に５００
ｎｍ以下の回折格子形成する場合、中でも分布帰還型半
導体レーザー（ＤＦＢ−ＬＤ）や分布ブラッグミラー型
半導体レーザー（ＤＢＲ−ＬＤ）では通常のフォトリソ
グラフィーの解像度が不十分であったため、紫外線レー
ザー光源による干渉露光法(T.Matsuoka et al. Electro
n. Lett., vol.18, pp.27, 1982.参照)やフォトマスク
法(M.Okaiet al. Appl.Phys. Lett., vol.55, pp.415,
1989.参照)、ＥＢ露光法(A.S.Gozdz etal. Electron Le
tt., vo124, pp.123, 1988.参照)、Ｘ線露光法(T.Nishi
da et al. Japanese Journal of Applied Physics, vo
l.28, pp.2333, 1989.参照)が用いられてきた。しかし
ながらこれらの方法では以下に述べるような困難があっ
た。このような光素子では均一な周期の回折格子の長さ
によって、発光スペクトル幅を狭くすることが出来るた
めに、周期が高精度で長い回折格子を高いスループット
で形成することが重要である。
ｎｍ以下の回折格子形成する場合、中でも分布帰還型半
導体レーザー（ＤＦＢ−ＬＤ）や分布ブラッグミラー型
半導体レーザー（ＤＢＲ−ＬＤ）では通常のフォトリソ
グラフィーの解像度が不十分であったため、紫外線レー
ザー光源による干渉露光法(T.Matsuoka et al. Electro
n. Lett., vol.18, pp.27, 1982.参照)やフォトマスク
法(M.Okaiet al. Appl.Phys. Lett., vol.55, pp.415,
1989.参照)、ＥＢ露光法(A.S.Gozdz etal. Electron Le
tt., vo124, pp.123, 1988.参照)、Ｘ線露光法(T.Nishi
da et al. Japanese Journal of Applied Physics, vo
l.28, pp.2333, 1989.参照)が用いられてきた。しかし
ながらこれらの方法では以下に述べるような困難があっ
た。このような光素子では均一な周期の回折格子の長さ
によって、発光スペクトル幅を狭くすることが出来るた
めに、周期が高精度で長い回折格子を高いスループット
で形成することが重要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】可干渉な２つの光線
（２光束）を用いる干渉露光法（図６）では、基板上の
レジストにおける位置に対する露光強度分布が正弦関数
となるため、パターンエッジ部分でのコントラストが低
かった。このため光素子基板にウェット・エッチング法
によってパターン転写をする場合、回折格子パターンの
ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）を制御することが
困難となる。このようなＬ／Ｓの不均一性は、マイクロ
・ローディング効果ＡＰＣＴ８９(T.Nishida et al. In
ternationalMeeting on Advanced Processing Characer
ization Technologies 1989. P-20.参照)によって、光
素子内部の回折格子形状の不均一、ひいては光素子内部
の回折効率の不均一を生じるために、良好な素子特性を
得ることは困難であった。また光素子基板にドライエッ
チング法によって転写する場合は、現像後のレジストパ
ターン形状が、露光強度分布を反映して、パターンエッ
ジ部でレジスト膜厚が減少するため（図７）に、ドライ
エッチング中のレジスト膜減りでレジストが消失し、良
好なパターン形成が不可能であった。更に、ＤＦＢ−Ｌ
Ｄでは、回折格子パターンの中央部分に、発振波長の１
／４周期の位相シフト（λ／４シフト）即ち回折格子の
周期の１／２の位相シフトを導入することによって、Ｄ
ＦＢ−ＬＤの単一縦モード発振（ＳＬＭ）の確率を飛躍
的に向上できるが(H.A.Haus et al. IEEE J Quantum El
ectonics QE-12, pp.532, 1976.参照)、このような回折
格子の位相シフトを干渉露光法で実現するためには、例
えば文献(Utaka, et al. Electron. Lett., vol.20, p
p.1008, 1984.)に示すような、マスクを基板上に位置せ
しめることが必要であった。しかしながら干渉露光法は
露光分布が正弦関数であるため、適正露光量の余裕が小
さく、このような方法は著しく再現性の低いものであっ
た。更に、回折格子周期が少しずつ異なった複数の回折
格子アレイを形成する際には、干渉させる２光束の位置
を微妙に変えることが必要となり、光束の位置変化に伴
う強度変化を、適正露光量の範囲内に補正することは困
難であった。
（２光束）を用いる干渉露光法（図６）では、基板上の
レジストにおける位置に対する露光強度分布が正弦関数
となるため、パターンエッジ部分でのコントラストが低
かった。このため光素子基板にウェット・エッチング法
によってパターン転写をする場合、回折格子パターンの
ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）を制御することが
困難となる。このようなＬ／Ｓの不均一性は、マイクロ
・ローディング効果ＡＰＣＴ８９(T.Nishida et al. In
ternationalMeeting on Advanced Processing Characer
ization Technologies 1989. P-20.参照)によって、光
素子内部の回折格子形状の不均一、ひいては光素子内部
の回折効率の不均一を生じるために、良好な素子特性を
得ることは困難であった。また光素子基板にドライエッ
チング法によって転写する場合は、現像後のレジストパ
ターン形状が、露光強度分布を反映して、パターンエッ
ジ部でレジスト膜厚が減少するため（図７）に、ドライ
エッチング中のレジスト膜減りでレジストが消失し、良
好なパターン形成が不可能であった。更に、ＤＦＢ−Ｌ
Ｄでは、回折格子パターンの中央部分に、発振波長の１
／４周期の位相シフト（λ／４シフト）即ち回折格子の
周期の１／２の位相シフトを導入することによって、Ｄ
ＦＢ−ＬＤの単一縦モード発振（ＳＬＭ）の確率を飛躍
的に向上できるが(H.A.Haus et al. IEEE J Quantum El
ectonics QE-12, pp.532, 1976.参照)、このような回折
格子の位相シフトを干渉露光法で実現するためには、例
えば文献(Utaka, et al. Electron. Lett., vol.20, p
p.1008, 1984.)に示すような、マスクを基板上に位置せ
しめることが必要であった。しかしながら干渉露光法は
露光分布が正弦関数であるため、適正露光量の余裕が小
さく、このような方法は著しく再現性の低いものであっ
た。更に、回折格子周期が少しずつ異なった複数の回折
格子アレイを形成する際には、干渉させる２光束の位置
を微妙に変えることが必要となり、光束の位置変化に伴
う強度変化を、適正露光量の範囲内に補正することは困
難であった。
【０００４】フォトマスク法では、解像度は干渉露光法
よりも向上するものの、マスクの回折格子パターンは、
ダイヤモンドペンを機械制御で走査し線を１本１本削る
ために、マスク作製時間が著しく長いこと、また密着露
光であるためにマスクの損傷が大きくマスク寿命が短い
という欠点があった。
よりも向上するものの、マスクの回折格子パターンは、
ダイヤモンドペンを機械制御で走査し線を１本１本削る
ために、マスク作製時間が著しく長いこと、また密着露
光であるためにマスクの損傷が大きくマスク寿命が短い
という欠点があった。
【０００５】ＥＢ露光では、解像度が非常に高くまたパ
ターン形状の自由度が大きく、以前に問題であった露光
速度も近年大幅に改善された。しかしながら電子光学系
は通常の光学系に比較して収差が大きいので、回折格子
の位相誤差を１０％（例えば１．５５μｍＤＦＢ−ＬＤ
用回折格子の場合、１０ｎｍ）以内に抑えつつサブミク
ロン描画を行うには、ステージ移動によるパターン繋ぎ
精度が不十分なため、可能な回折格子領域長は１ｍｍ程
度に滞まっている。
ターン形状の自由度が大きく、以前に問題であった露光
速度も近年大幅に改善された。しかしながら電子光学系
は通常の光学系に比較して収差が大きいので、回折格子
の位相誤差を１０％（例えば１．５５μｍＤＦＢ−ＬＤ
用回折格子の場合、１０ｎｍ）以内に抑えつつサブミク
ロン描画を行うには、ステージ移動によるパターン繋ぎ
精度が不十分なため、可能な回折格子領域長は１ｍｍ程
度に滞まっている。
【０００６】またＸ線露光法では、軌道放射光のような
平行性の高い光源を用いれば、０．１μｍ以下の高解像
度も可能であり、マスクはＥＢ露光によりパターン形成
するので、パターン形状の自由度も高いが、現在のとこ
ろ１対１の等倍露光であるために、マスク描画のＥＢ露
光におけるパターン領域長の制限は同様である。
平行性の高い光源を用いれば、０．１μｍ以下の高解像
度も可能であり、マスクはＥＢ露光によりパターン形成
するので、パターン形状の自由度も高いが、現在のとこ
ろ１対１の等倍露光であるために、マスク描画のＥＢ露
光におけるパターン領域長の制限は同様である。
【０００７】通常の位相シフトマスク法では０．２μｍ
以下のパターンを形成するのは困難であるが、これは通
常のＬＳＩプロセスがレジスト膜厚１μｍを前提として
いるためであり、回折格子の凹凸の形状が浅い光素子に
おいてはレジスト膜厚を減少してコントラストを向上す
ることが出来る。従って上記の問題点は後述するように
本発明を用いることにより解消される。
以下のパターンを形成するのは困難であるが、これは通
常のＬＳＩプロセスがレジスト膜厚１μｍを前提として
いるためであり、回折格子の凹凸の形状が浅い光素子に
おいてはレジスト膜厚を減少してコントラストを向上す
ることが出来る。従って上記の問題点は後述するように
本発明を用いることにより解消される。
【０００８】本発明は容易かつパターン精度の優れた半
導体レーザーの作製方法を提供することにある。
導体レーザーの作製方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体レーザーの作製方法は、回折格子を
有する方法であって、前記回折格子のパターンを、紫外
線を光源とする縮小投影露光と位相シフトマスクを用い
て形成する事を特徴としている。
に、本発明の半導体レーザーの作製方法は、回折格子を
有する方法であって、前記回折格子のパターンを、紫外
線を光源とする縮小投影露光と位相シフトマスクを用い
て形成する事を特徴としている。
【００１０】
【作用】本発明の半導体レーザーの作製方法によれば、
位相シフトマスクを用いて短波長の紫外線光源と解像度
を向上し、回折格子レジストパターンを形成している。
位相シフトマスクを用いて短波長の紫外線光源と解像度
を向上し、回折格子レジストパターンを形成している。
【００１１】
【実施例】以上のところで記述した本発明の実施例を、
２次回折格子を有するＩｎＧａＡａ／ＩｎＰ １．５５
μｍ 分布帰還型半導体レーザー（以下ＤＦＢ−ＬＤと
する）の場合を例に採って述べる。
２次回折格子を有するＩｎＧａＡａ／ＩｎＰ １．５５
μｍ 分布帰還型半導体レーザー（以下ＤＦＢ−ＬＤと
する）の場合を例に採って述べる。
【００１２】実施例１（２次回折格子への適用例） 図１は、位相シフトマスクとしてレベンソン型（「日経
マイクロデバイス」1991.5.p54に紹介記事掲載）を用い
た例を示す。最初にＥＢ露光法により、マスク用ガラス
基板５（Ｃｒ膜付）上にＥＢレジスト（ＣＭＳ、トーソ
ー製）を塗布したものに、周期１２．４μｍ、Ｌ／Ｓ＝
１／１、の回折格子を、１ｍｍごとに途中７４回、精度
５０ｎｍ即ち周期に対して０．４％で繰り返してパター
ンをつなぎ、全長７５ｍｍの回折格子パターンを形成し
た。また、中央部にはλ／４シフト即ち回折格子周期の
１／２の位相シフト４を設けた。このようにＥＢ露光で
形成したレジストパターンをＣｒエッチング液によりＣ
ｒ膜に転写しマスクＡ３１を形成した。マスクＡ３１の
パターンはｇ線ステッパを用いて１／５の縮小露光によ
りＣｒ膜上に紫外線フォトレジストを塗布した基板Ｃに
転写し、周期２．４８μｍ、回折格子領域長１５ｍｍの
回折格子のＣｒパターンのマスクＣを得た。このマスク
ＣにＡｌ2Ｏ3を１０ｎｍ、ＳｉＯ2を１００ｎｍマグネ
トロンスパッタ法で形成した後、紫外線フォトレジスト
を塗布した。
マイクロデバイス」1991.5.p54に紹介記事掲載）を用い
た例を示す。最初にＥＢ露光法により、マスク用ガラス
基板５（Ｃｒ膜付）上にＥＢレジスト（ＣＭＳ、トーソ
ー製）を塗布したものに、周期１２．４μｍ、Ｌ／Ｓ＝
１／１、の回折格子を、１ｍｍごとに途中７４回、精度
５０ｎｍ即ち周期に対して０．４％で繰り返してパター
ンをつなぎ、全長７５ｍｍの回折格子パターンを形成し
た。また、中央部にはλ／４シフト即ち回折格子周期の
１／２の位相シフト４を設けた。このようにＥＢ露光で
形成したレジストパターンをＣｒエッチング液によりＣ
ｒ膜に転写しマスクＡ３１を形成した。マスクＡ３１の
パターンはｇ線ステッパを用いて１／５の縮小露光によ
りＣｒ膜上に紫外線フォトレジストを塗布した基板Ｃに
転写し、周期２．４８μｍ、回折格子領域長１５ｍｍの
回折格子のＣｒパターンのマスクＣを得た。このマスク
ＣにＡｌ2Ｏ3を１０ｎｍ、ＳｉＯ2を１００ｎｍマグネ
トロンスパッタ法で形成した後、紫外線フォトレジスト
を塗布した。
【００１３】次にＥＢ露光により、マスク用ガラス基板
５（Ｃｒ膜及びＥＢレジスト付）上に、マスクＡのＣｒ
パターンのスペースに２周期毎に重なる位置に、周期２
４．８μｍ、Ｌ／Ｓ＝２．５／１．５、の回折格子を、
第１回目の露光と同様に１ｍｍごとに途中７４回、精度
５０ｎｍ即ち周期に対して０．８％で繰り返してパター
ンをつなぎ、全長７５ｍｍの回折格子パターンを形成し
た。また、中央部にはλ／４シフト即ち２次回折格子周
期の１／８位相シフト４を設けた。このようにＥＢ露光
で形成したレジストパターンをＣｒエッチング液により
Ｃｒ膜に転写しマスクＢ３２を形成した。マスクＢ３２
のパターンはｇ線ステッパを用いて１／５の縮小露光に
よりマスクＣに転写し、マスクＣのＣｒパターン２周期
毎に、Ｃｒパターンのスペースとレジストパターンのス
ペースが重なるマスクＣ得た。このようにＥＢ露光でレ
ジストパターンを形成したマスクＣのＳｉＯ2膜を緩衝
弗酸液により（もしくはＣ2 Ｆ6 ガスを用いた反応性イ
オンエッチング法を利用してもよい）でエッチングし位
相シフトマスクＣ１を形成した。この時、Ａｌ2Ｏ3膜が
ＳｉＯ2膜のエッチングストッパーになっている。
５（Ｃｒ膜及びＥＢレジスト付）上に、マスクＡのＣｒ
パターンのスペースに２周期毎に重なる位置に、周期２
４．８μｍ、Ｌ／Ｓ＝２．５／１．５、の回折格子を、
第１回目の露光と同様に１ｍｍごとに途中７４回、精度
５０ｎｍ即ち周期に対して０．８％で繰り返してパター
ンをつなぎ、全長７５ｍｍの回折格子パターンを形成し
た。また、中央部にはλ／４シフト即ち２次回折格子周
期の１／８位相シフト４を設けた。このようにＥＢ露光
で形成したレジストパターンをＣｒエッチング液により
Ｃｒ膜に転写しマスクＢ３２を形成した。マスクＢ３２
のパターンはｇ線ステッパを用いて１／５の縮小露光に
よりマスクＣに転写し、マスクＣのＣｒパターン２周期
毎に、Ｃｒパターンのスペースとレジストパターンのス
ペースが重なるマスクＣ得た。このようにＥＢ露光でレ
ジストパターンを形成したマスクＣのＳｉＯ2膜を緩衝
弗酸液により（もしくはＣ2 Ｆ6 ガスを用いた反応性イ
オンエッチング法を利用してもよい）でエッチングし位
相シフトマスクＣ１を形成した。この時、Ａｌ2Ｏ3膜が
ＳｉＯ2膜のエッチングストッパーになっている。
【００１４】半導体レーザー基板２０として、ｎ−Ｉｎ
Ｐ（Ｓｎドープ）＜００１＞基板上に、ＭＯＣＶＤ法に
よりＩｎＧａＡｓＰ活性層（λ＝１．５５μｍ、厚さ
０．１２μｍ）続いてＩｎＧａＡｓＰガイド層（λ＝
１．３μｍ、厚さ０．１５μｍ）を形成した基板を用
い、これに紫外線レジストＰＦＩ−１５（住友化学工業
製）を厚さ１００ｎｍ塗布した。
Ｐ（Ｓｎドープ）＜００１＞基板上に、ＭＯＣＶＤ法に
よりＩｎＧａＡｓＰ活性層（λ＝１．５５μｍ、厚さ
０．１２μｍ）続いてＩｎＧａＡｓＰガイド層（λ＝
１．３μｍ、厚さ０．１５μｍ）を形成した基板を用
い、これに紫外線レジストＰＦＩ−１５（住友化学工業
製）を厚さ１００ｎｍ塗布した。
【００１５】この半導体レーザー基板２０に、位相シフ
トマスクＣ１とｉ線ステッパーを用い、１／５縮小露光
を行ったところ、図２に示すような周期４９６ｎｍ、回
折格子領域長３ｍｍの回折格子のレジスト２１のパター
ン形状が得られ、また各パターンつなぎ部分のつなぎ誤
差は、回折格子周期の０．２５％以下であった。またこ
のプロセスは、紫外線の投影露光であるために、スルー
プットが高く、また基板やマスクの損傷も見られなかっ
た。またマスクパターン形成プロセスもフォトマスク法
に比較すると非常に早かった。
トマスクＣ１とｉ線ステッパーを用い、１／５縮小露光
を行ったところ、図２に示すような周期４９６ｎｍ、回
折格子領域長３ｍｍの回折格子のレジスト２１のパター
ン形状が得られ、また各パターンつなぎ部分のつなぎ誤
差は、回折格子周期の０．２５％以下であった。またこ
のプロセスは、紫外線の投影露光であるために、スルー
プットが高く、また基板やマスクの損傷も見られなかっ
た。またマスクパターン形成プロセスもフォトマスク法
に比較すると非常に早かった。
【００１６】このＩｎＰ基板を、飽和臭素水：臭化水素
酸：水＝１：１０：４０（T.Matsuoka and H.Nagai,“I
nP Echant for Submicron Patterns"J.Electrochem.So
c,vol.133,2485(1986)に記載のエッチング液）で８秒間
エッチングし回折格子形状を形成した後、レジストを剥
離し、ＭＯＣＶＤ法でｐ−ＩｎＰクラッド層を形成し、
共振器ストライブをウェットエッチングにより形成した
後、液相成長により選択埋め込み成長を行い、埋め込み
ヘテロ構造ＤＦＢ−ＬＤを作製した（図３）。共振器長
３ｍｍ、共振器幅１．５μｍ、で両面無反射コーティン
グを施したところ、閾値電流Ｉｔｈ＝５５ｍＡ、注入電
流１．９Ｉｔｈで、単一縦モードの発振スペクトル幅５
０ｋＨｚを得た。
酸：水＝１：１０：４０（T.Matsuoka and H.Nagai,“I
nP Echant for Submicron Patterns"J.Electrochem.So
c,vol.133,2485(1986)に記載のエッチング液）で８秒間
エッチングし回折格子形状を形成した後、レジストを剥
離し、ＭＯＣＶＤ法でｐ−ＩｎＰクラッド層を形成し、
共振器ストライブをウェットエッチングにより形成した
後、液相成長により選択埋め込み成長を行い、埋め込み
ヘテロ構造ＤＦＢ−ＬＤを作製した（図３）。共振器長
３ｍｍ、共振器幅１．５μｍ、で両面無反射コーティン
グを施したところ、閾値電流Ｉｔｈ＝５５ｍＡ、注入電
流１．９Ｉｔｈで、単一縦モードの発振スペクトル幅５
０ｋＨｚを得た。
【００１７】次に本発明の実施例を、１次回折格子を有
するＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ １．５５μｍ分布帰還型半
導体レーザー（以下ＤＦＢ−ＬＤとする）の場合を例に
採って述べる。
するＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ １．５５μｍ分布帰還型半
導体レーザー（以下ＤＦＢ−ＬＤとする）の場合を例に
採って述べる。
【００１８】実施例２（１次回折格子への応用例） 最初にＥＢ露光法により、マスク用ガラス基板（Ｃｒ膜
付）上にＥＢレジスト（ＣＭＳ、トーソー製）を塗布し
たものに、周期６．２μｍ、Ｌ／Ｓ＝１／１、の回折格
子を、１ｍｍごとに途中７４回、精度５０ｎｍ即ち周期
に対して０．８％で繰り返してパターンをつなぎ、全長
７５ｍｍの回折格子パターンを形成した。また、中央部
にはλ／４シフト（即ち回折格子周期の１／２の位相シ
フト）を設けた。このようにＥＢ露光で形成したレジス
トパターンをＣｒエッチング液によりＣｒ膜に転写しマ
スクＡを形成した。マスクＡのパターンはｇ線ステッパ
を用いて１／５の縮小露光によりＣｒ膜上に紫外線フォ
トレジストを塗布した基板Ｃに転写し、周期１．２４μ
ｍ、回折格子領域長１５ｍｍの回折格子のＣｒパターン
のマスクＣを得た。このマスクＣにＡｌ2Ｏ3を１０ｎ
ｍ、ＳｉＯ2を１００ｎｍマグネトロンスパッタ法で形
成した後、紫外線フォトレジストを塗布した。
付）上にＥＢレジスト（ＣＭＳ、トーソー製）を塗布し
たものに、周期６．２μｍ、Ｌ／Ｓ＝１／１、の回折格
子を、１ｍｍごとに途中７４回、精度５０ｎｍ即ち周期
に対して０．８％で繰り返してパターンをつなぎ、全長
７５ｍｍの回折格子パターンを形成した。また、中央部
にはλ／４シフト（即ち回折格子周期の１／２の位相シ
フト）を設けた。このようにＥＢ露光で形成したレジス
トパターンをＣｒエッチング液によりＣｒ膜に転写しマ
スクＡを形成した。マスクＡのパターンはｇ線ステッパ
を用いて１／５の縮小露光によりＣｒ膜上に紫外線フォ
トレジストを塗布した基板Ｃに転写し、周期１．２４μ
ｍ、回折格子領域長１５ｍｍの回折格子のＣｒパターン
のマスクＣを得た。このマスクＣにＡｌ2Ｏ3を１０ｎ
ｍ、ＳｉＯ2を１００ｎｍマグネトロンスパッタ法で形
成した後、紫外線フォトレジストを塗布した。
【００１９】次にＥＢ露光により、マスク用ガラス基板
（Ｃｒ膜及びＥＢレジスト付）上に、マスクＡのＣｒパ
ターンのスペースに２周期毎に重なる位置に、周期１
２．４μｍ、Ｌ／Ｓ＝２．５／１．５、の回折格子を、
第１回目の露光と同様に１ｍｍごとに途中７４回、精度
５０ｎｍ即ち周期に対して０．８％で繰り返してパター
ンをつなぎ、全長７５ｍｍの回折格子パターンを形成し
た。また、中央部にはλ／４シフト即ち回折格子周期の
１／４位相シフトを設けた。このようにＥＢ露光で形成
したレジストパターンをＣｒエッチング液によりＣｒ膜
に転写しマスクＢを形成した。マスクＢのパターンはｇ
線ステッパを用いて１／５の縮小露光によりマスクＣに
転写し、マスクＣ上のＣｒパターン２周期毎に、Ｃｒパ
ターンのスペースとレジストパターンのスペースが重な
るマスクＣ得た。このようにＥＢ露光でレジストパター
ンを形成したマスクＣのＳｉＯ2膜を緩衝弗酸液により
（もしくはＣ2Ｆ6ガスを用いた反応性イオンエッチング
法により）エッチングし位相シフトマスクＣを形成し
た。
（Ｃｒ膜及びＥＢレジスト付）上に、マスクＡのＣｒパ
ターンのスペースに２周期毎に重なる位置に、周期１
２．４μｍ、Ｌ／Ｓ＝２．５／１．５、の回折格子を、
第１回目の露光と同様に１ｍｍごとに途中７４回、精度
５０ｎｍ即ち周期に対して０．８％で繰り返してパター
ンをつなぎ、全長７５ｍｍの回折格子パターンを形成し
た。また、中央部にはλ／４シフト即ち回折格子周期の
１／４位相シフトを設けた。このようにＥＢ露光で形成
したレジストパターンをＣｒエッチング液によりＣｒ膜
に転写しマスクＢを形成した。マスクＢのパターンはｇ
線ステッパを用いて１／５の縮小露光によりマスクＣに
転写し、マスクＣ上のＣｒパターン２周期毎に、Ｃｒパ
ターンのスペースとレジストパターンのスペースが重な
るマスクＣ得た。このようにＥＢ露光でレジストパター
ンを形成したマスクＣのＳｉＯ2膜を緩衝弗酸液により
（もしくはＣ2Ｆ6ガスを用いた反応性イオンエッチング
法により）エッチングし位相シフトマスクＣを形成し
た。
【００２０】半導体レーザー基板２０として、ｎ−Ｉｎ
Ｐ（Ｓｎドープ）＜００１＞基板上に、ＭＯＣＶＤ法に
よりＩｎＧａＡｓＰ活性層（λ＝１．５５μｍ、厚さ
０．１２μｍ）続いてＩｎＧａＡｓＰガイド層（λ＝
１．３μｍ、厚さ０．１５μｍ）を形成した基板を用
い、これに紫外線レジストｓａｌ−６０１を厚さ１００
ｎｍ塗布した。
Ｐ（Ｓｎドープ）＜００１＞基板上に、ＭＯＣＶＤ法に
よりＩｎＧａＡｓＰ活性層（λ＝１．５５μｍ、厚さ
０．１２μｍ）続いてＩｎＧａＡｓＰガイド層（λ＝
１．３μｍ、厚さ０．１５μｍ）を形成した基板を用
い、これに紫外線レジストｓａｌ−６０１を厚さ１００
ｎｍ塗布した。
【００２１】この半導体レーザー基板２０に、位相シフ
トマスクＣとＫｒＦエキシマレーザー光源を用い、１／
５縮小露光を行ったところ、通常の紫外線光源に比べ
て、波長の短いエキシマレーザ光源を用いたことで、２
４８ｎｍと周期の短い図４示すような周期２４８ｎｍ、
回折格子領域長３ｍｍの回折格子のレジスト２１のパタ
ーン形状が得られ、また各パターンつなぎ部分のつなぎ
誤差は、回折格子周期の０．５％以下であった。またこ
のプロセスは、紫外線の投影露光であるために、スルー
プットが高く、また基板やマスクの損傷も見られなかっ
た。またマスクパターン形成プロセスもフォトマスク法
に比較すると非常に早かった。
トマスクＣとＫｒＦエキシマレーザー光源を用い、１／
５縮小露光を行ったところ、通常の紫外線光源に比べ
て、波長の短いエキシマレーザ光源を用いたことで、２
４８ｎｍと周期の短い図４示すような周期２４８ｎｍ、
回折格子領域長３ｍｍの回折格子のレジスト２１のパタ
ーン形状が得られ、また各パターンつなぎ部分のつなぎ
誤差は、回折格子周期の０．５％以下であった。またこ
のプロセスは、紫外線の投影露光であるために、スルー
プットが高く、また基板やマスクの損傷も見られなかっ
た。またマスクパターン形成プロセスもフォトマスク法
に比較すると非常に早かった。
【００２２】このＩｎＰ基板を、飽和臭素水：臭化水素
酸：水＝１：１０：４０（T.Matsuoka and H.Nagai,“I
nP Echant for Submicron Patterns"J.Electrochem.So
c,vol.133,2485(1986)に記載のエッチング液）で２秒間
エッチングし回折格子形状を形成した後、レジストを剥
離し、ＭＯＣＶＤ法でｐ−ＩｎＰクラッド層を形成し、
共振器ストライプをウェットエッチングにより形成した
後、液相成長により選択埋め込み成長を行い、埋め込み
ヘテロ構造ＤＦＢ−ＬＤを作製した（図５）。共振器長
３ｍｍ、共振器幅１．５μｍ、で両面無反射コーティン
グを施したところ、閾値電流Ｉｔｈ＝４０ｍＡ、注入電
流１．９Ｉｔｈで、単一縦モードの発振スペクトル幅３
０ｋＨｚを得た。
酸：水＝１：１０：４０（T.Matsuoka and H.Nagai,“I
nP Echant for Submicron Patterns"J.Electrochem.So
c,vol.133,2485(1986)に記載のエッチング液）で２秒間
エッチングし回折格子形状を形成した後、レジストを剥
離し、ＭＯＣＶＤ法でｐ−ＩｎＰクラッド層を形成し、
共振器ストライプをウェットエッチングにより形成した
後、液相成長により選択埋め込み成長を行い、埋め込み
ヘテロ構造ＤＦＢ−ＬＤを作製した（図５）。共振器長
３ｍｍ、共振器幅１．５μｍ、で両面無反射コーティン
グを施したところ、閾値電流Ｉｔｈ＝４０ｍＡ、注入電
流１．９Ｉｔｈで、単一縦モードの発振スペクトル幅３
０ｋＨｚを得た。
【００２３】本実施例では、ＤＦＢ−ＬＤに本発明を適
用した例をとりあげたが、光導波路に回折格子を形成す
るＤＢＲ−ＬＤや、その他の干渉フィルター等の、サブ
ミクロン周期の回折格子を構成要素とする光素子に対し
ても本発明が適用可能であることは明らかである。
用した例をとりあげたが、光導波路に回折格子を形成す
るＤＢＲ−ＬＤや、その他の干渉フィルター等の、サブ
ミクロン周期の回折格子を構成要素とする光素子に対し
ても本発明が適用可能であることは明らかである。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、サブミクロン回折
格子作製に紫外線露光法と位相シフトマスクを用いる
と、電子線露光や電子線露光により形成した、１対１マ
スクを利用するＸ線露光法に比較して、縮小露光を行う
ことによって周期均一性を向上することが出来るととも
に、干渉露光法やフォトマスク法による場合と比較して
も、高いマスク損傷を抑えながら解像度とスループット
向上、更にλ／４シフト導入に見られるパターンの自由
度向上を実現できることが明らかになった。またこのよ
うな加工法をＤＦＢ−ＬＤ作製に適用する場合、狭スペ
クトル線幅の光通信光源を実現できることが明らかにな
った。また回折格子の周期を高精度に少しづつ変化させ
る波長多重アレイに適用するには、ＥＢ描画パターンを
変えることに新しいマスクを作製することによっても可
能であるが、単に投影露光の縮小率を変化させることに
より非常に容易に多重アレイ用パターンが形成できる利
点がある。
格子作製に紫外線露光法と位相シフトマスクを用いる
と、電子線露光や電子線露光により形成した、１対１マ
スクを利用するＸ線露光法に比較して、縮小露光を行う
ことによって周期均一性を向上することが出来るととも
に、干渉露光法やフォトマスク法による場合と比較して
も、高いマスク損傷を抑えながら解像度とスループット
向上、更にλ／４シフト導入に見られるパターンの自由
度向上を実現できることが明らかになった。またこのよ
うな加工法をＤＦＢ−ＬＤ作製に適用する場合、狭スペ
クトル線幅の光通信光源を実現できることが明らかにな
った。また回折格子の周期を高精度に少しづつ変化させ
る波長多重アレイに適用するには、ＥＢ描画パターンを
変えることに新しいマスクを作製することによっても可
能であるが、単に投影露光の縮小率を変化させることに
より非常に容易に多重アレイ用パターンが形成できる利
点がある。
【００２５】前記実施例では、回折格子パターンを１
度、マスクＡとマスクＢに露光した後、Ｃｒパターン
（マスクＡ）とシフターパターン（マスクＢ）を、位相
マスク基板Ｃに縮小転写したが、ＥＢ露光におけるフィ
ールドつなぎの精度向上により、パターンつなぎ精度が
向上すれば、直接Ｃｒパターンとシフターパターンを位
相シフト基板ＣにＥＢ露光できることは言うまでもな
い。
度、マスクＡとマスクＢに露光した後、Ｃｒパターン
（マスクＡ）とシフターパターン（マスクＢ）を、位相
マスク基板Ｃに縮小転写したが、ＥＢ露光におけるフィ
ールドつなぎの精度向上により、パターンつなぎ精度が
向上すれば、直接Ｃｒパターンとシフターパターンを位
相シフト基板ＣにＥＢ露光できることは言うまでもな
い。
【図１】本発明の実施例１による半導体レーザーの作製
方法によって、ＤＦＢ−ＬＤ用回折格子を形成するプロ
セスを説明する図である。
方法によって、ＤＦＢ−ＬＤ用回折格子を形成するプロ
セスを説明する図である。
【図２】本発明の実施例１により形成したレジストパタ
ーンの概形図である。
ーンの概形図である。
【図３】本発明の実施例１による半導体レーザーの作製
方法により作製されたＤＦＢ−ＬＤを概略的に示す斜視
断面図である。
方法により作製されたＤＦＢ−ＬＤを概略的に示す斜視
断面図である。
【図４】本発明の実施例２により形成したレジストパタ
ーンの概形図である。
ーンの概形図である。
【図５】本発明の実施例１による半導体レーザーの作製
方法により作製されたＤＦＢ−ＬＤを概略的に示す斜視
断面図である。
方法により作製されたＤＦＢ−ＬＤを概略的に示す斜視
断面図である。
【図６】２光束干渉法による形成方法を示す例である。
【図７】２光束干渉法により形成したレジストパターン
の概形図である。
の概形図である。
【符号の説明】 １ 位相シフトマスクＣ ２ Ｃｒ膜 ３ 位相シフター ４ λ／４シフト ５ マスク基板ガラス １０ Ａｒレーザー １１ ビームエキスパンダー １２ ハーフミラー １３ ミラー ２０ ＩｎＰ基板（レーザー構造） ２１ レジスト ２５ レーザビーム ３１ マスクＡ ３２ マスクＢ
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7013−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/30 ３４１ Ｐ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 回折格子を有する半導体レーザー作製方
法において、前記回折格子のパターンを、紫外線を光源
とする縮小投影露光と位相シフトマスクを用いて形成す
る事を特徴とする半導体レーザーの作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3167245A JPH0513886A (ja) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | 半導体レーザーの作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3167245A JPH0513886A (ja) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | 半導体レーザーの作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0513886A true JPH0513886A (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=15846154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3167245A Pending JPH0513886A (ja) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | 半導体レーザーの作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0513886A (ja) |
-
1991
- 1991-07-08 JP JP3167245A patent/JPH0513886A/ja active Pending
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