CN104810723A - 分布反馈型半导体激光元件、分布反馈型半导体激光元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够缩短电子束光刻所需的时间的分布反馈型半导体激光元件以及分布反馈型半导体激光元件的制造方法。该分布反馈型半导体激光元件的特征在于，具有：衬底(12)；活性层(16)，其形成在该衬底(12)的上方；以及衍射光栅(20)，其具有第1图案(20a)以及比该第1图案(20a)短且与该第1图案(20a)的中央部相对的第2图案(20b)，对该活性层(16)产生的光进行衍射。

Description

分布反馈型半导体激光元件、分布反馈型半导体激光元件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种通过电子束光刻形成衍射光栅的分布反馈型半导体激光元件以及该分布反馈型半导体激光元件的制造方法

背景技术

在专利文献1中公开了一种分布反馈型半导体激光元件，其在InGaAs光引导层和p型InP包覆层的分界面，具备具有锯齿状凹凸的衍射光栅。

专利文献1：日本特开2005－353761号公报

有时在阻绝层利用电子束光刻对衍射光栅图案进行光刻，并利用该衍射光栅图案形成衍射光栅。虽然通过电子束光刻能够描绘细微的衍射光栅图案，但存在下述问题，即，处理时间与衍射光栅图案的面积成正比地变长。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种能够缩短电子束光刻所需时间的分布反馈型半导体激光元件、以及分布反馈型半导体激光元件的制造方法。

本发明所涉及的分布反馈型半导体激光元件的特征在于，具有：衬底；活性层，其形成在该衬底的上方；以及衍射光栅，其具有第1图案以及比该第1图案短且与该第1图案的中央部相对的第2图案，对该活性层产生的光进行衍射。

本发明所涉及的其他分布反馈型半导体激光元件的特征在于，具有：衬底；活性层，其形成在该衬底的上方；以及衍射光栅，其具有多个图案，对该活性层产生的光进行衍射，该多个图案是分别通过长度大于或等于2.5μm的点相连而形成的。

本发明所涉及的分布反馈型半导体激光元件的制造方法的特征在于，具有下述工序：在衬底的上方形成衍射光栅层的工序；在该衍射光栅层的上方形成导电层的工序；在该导电层上形成阻绝层的工序；向该阻绝层照射电子束而对衍射光栅图案进行电子束光刻的工序；以及以留下该衍射光栅图案的正下方的该衍射光栅层的方式，对该衍射光栅层进行蚀刻而形成衍射光栅的工序。

本发明所涉及的其他分布反馈型半导体激光元件的制造方法的特征在于，具有下述工序：在衬底的上方形成衍射光栅层的工序；在该衍射光栅层上形成以直线状图案化后的绝缘层的工序；在该绝缘层和该衍射光栅层上形成阻绝层的工序，使得该阻绝层在该绝缘层上的部分比在该衍射光栅层上的部分薄；向该绝缘层上的该阻绝层照射电子束而对衍射光栅图案进行电子束光刻的工序；以及以留下该衍射光栅图案的正下方的该衍射光栅层的方式，对该衍射光栅层进行蚀刻而形成衍射光栅的工序。

发明的效果

根据本发明，通过缩短构成衍射光栅的图案的长度、利用较大的点形成该图案、在阻绝层下形成导电层或绝缘层，从而能够缩短电子束光刻所需的时间。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的分布反馈型半导体激光元件的剖面图。

图2是图1的衍射光栅的俯视图。

图3是变形例所涉及的衍射光栅的俯视图。

图4是其他变形例所涉及的衍射光栅的俯视图。

图5是本发明的实施方式2所涉及的分布反馈型半导体激光元件的衍射光栅的俯视图。

图6是说明本发明的实施方式3所涉及的分布反馈型半导体激光元件的制造方法的晶片的局部剖面斜视图。

图7是说明本发明的实施方式4所涉及的分布反馈型半导体激光元件的制造方法的晶片的局部剖面斜视图。

图8是表示阻绝层等的晶片的局部剖面斜视图。

符号的说明

10分布反馈型半导体激光元件，12衬底，14p型包覆层，16活性层，18隔离层，20衍射光栅，20a第1图案、20b第2图案，22光引导层，24n型包覆层，152图案，152a、152b、152c、152d点，154衍射光栅，200绝缘层，202导电层，204阻绝层，214衍射光栅图案，250绝缘层，252阻绝层

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式所涉及的分布反馈型半导体激光元件以及分布反馈型半导体激光元件的制造方法进行说明。有时对相同或对应的结构要素标注相同的标号，并省略重复说明。

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1所涉及的分布反馈型半导体激光元件10的剖面图。分布反馈型半导体激光元件10具有例如由p型InP形成的衬底12。在衬底12上形成有p型包覆层14。在p型包覆层14上形成有活性层16。在活性层16上形成有n型隔离层18。

在n型隔离层18上，例如利用InP形成有衍射光栅20。在构成衍射光栅20的多个图案之间，例如利用InGaAsP形成有光引导层22。在光引导层22上，例如利用InP形成有n型包覆层24。因此，衍射光栅20通过n型包覆层24和光引导层22而被埋入。

在n型包覆层24上，经由接触层26形成有n侧电极28。另外，在衬底12的背面形成有p侧电极30。分布反馈型半导体激光元件10构成具有端面32、34的共振器。

图2是图1的衍射光栅20的俯视图。衍射光栅20成为下述结构，即，交替形成第1图案20a和比第1图案20a短的第2图案20b。第1图案20a的长度(x1)例如是10μm。第2图案20b的长度(x2)的长度例如是3μm。第1图案20a与第2图案20b的间隔例如是200nm左右。

第2图案20b与第1图案20a的中央部相对。即，第2图案20b不与第1图案20a的端部相对。其结果，衍射光栅20从端面32至端面34为止，作为宽度为3μm且以相等间隔设置有多个图案的衍射光栅起作用。并且，通过衍射光栅20对活性层16产生的光进行衍射，从而实现发光波长的单一化。

下面，对衍射光栅20的形成方法进行说明。首先，在晶片整个面形成用于形成衍射光栅的衍射光栅层。然后，在衍射光栅层上形成阻绝层。然后，通过对该阻绝层实施电子束光刻，从而逐一地形成与衍射光栅的图案相对应的衍射光栅图案。然后，将该衍射光栅图案作为掩模，对衍射光栅层的一部分进行蚀刻，形成衍射光栅20。

另外，即使将构成衍射光栅的图案的宽度形成为10μm，实际使用的也仅是中央的3μm的部分，其它7μm的部分是为了应对工艺波动而形成的。因此，在能够以一定程度抑制工艺波动的情况下，也可以将构成衍射光栅的图案的宽度设为比10μm短。

本发明的实施方式1所涉及的衍射光栅20，由于将第2图案20b设为比第1图案20a短，所以能够相应地缩短电子束光刻所需的时间。而且，由于利用第1图案20a和第2图案20b，从端面32至端面34为止，形成宽度为3μm且以相等间隔设置有多个图案的衍射光栅，所以能够提供具有与仅由第1图案构成的衍射光栅相同的功能的衍射光栅。

图3是变形例所涉及的衍射光栅的俯视图。该分布反馈型半导体激光元件50的衍射光栅与分布反馈型半导体激光元件10的衍射光栅相比，第2图案20b的密度较低。图4是其他变形例所涉及的衍射光栅的俯视图。该分布反馈型半导体激光元件100的衍射光栅具有第2图案20b、20c。第2图案20b、20c都比第1图案20a短，但第2图案20c比第2图案20b短。也可以如参照图2、3进行的说明所示，使第2图案的密度变化，或设置多个不同长度的第2图案。

第1图案20a的长度和第2图案20b的长度不特别地限定，但为了不使电子束光刻所需的时间变长，优选为3～10μm中的某一个值。另外，也可以形成有意地使衍射光栅的相位偏移的相位偏移部。此外，这些变形能够应用于以下的实施方式所涉及的分布反馈型半导体激光元件和分布反馈型半导体激光元件的制造方法。

实施方式2.

图5是本发明的实施方式2所涉及的分布反馈型半导体激光元件150的衍射光栅的俯视图。多个形成的与x方向平行的图案152构成了衍射光栅154。多个图案152分别通过将长度为2.5μm的点152a、152b、152c、152d直线地相连而形成。此外，点的长度只要大于或等于2.5μm即可，不特别地限定。

在电子束光刻中，有时通过使晶片相对于用于产生脉冲状电子束的电子束照射装置进行扫描，从而在阻绝层形成衍射光栅图案。在该情况下，通过将多个点相连而形成衍射光栅图案。例如，如果将该点直径设为几百nm，则对于形成长度为10μm的1个图案需要许多点，电子束光刻需要较长时间。

但是，在本发明的实施方式2所涉及的分布反馈型半导体激光元件的制造方法中，由于将长度大于或等于2.5μm的点相连而形成1个图案，所以能够利用极少的点形成1个图案。因此，能够提高晶片相对于电子束照射装置的扫描速度，缩短电子束光刻所需的时间。

实施方式3.

图6是用于说明本发明的实施方式3所涉及的分布反馈型半导体激光元件的制造方法的晶片的局部剖面斜视图。在该制造方法中，首先，在衬底12的上方形成衍射光栅层20A。然后，在衍射光栅层20A上，例如由SiO₂形成绝缘层200。然后，在绝缘层200上，例如由W(钨)形成导电层202。导电层202形成在衍射光栅层20A的上方。

然后，在导电层202上形成阻绝层204。然后，向阻绝层204照射电子束，对衍射光栅图案进行电子束光刻。具体地说，将从电子束照射装置210发出的电子束212向阻绝层204照射，形成用于形成衍射光栅的衍射光栅图案214。在图6中示出衍射光栅图案的形成中途的情况。

然后，例如通过干蚀刻，以留下衍射光栅图案214的正下方的衍射光栅层20A的方式，对导电层202、绝缘层200以及衍射光栅层20A进行蚀刻而形成衍射光栅。在形成衍射光栅后，去除绝缘层200和导电层202。或者，也可以在绝缘层200上形成与光栅衍射图案214相对应的图案之后，将绝缘层200作为掩模对衍射光栅层20A进行蚀刻。

在本发明的实施方式3所涉及的分布反馈型半导体激光元件的制造方法中，由于形成有导电层202，所以能够防止因向阻绝层204照射电子束而引起的分布反馈型半导体激光元件的充电(带电)。因此，能够提高电子束照射装置210的加速电压和束流，并提高分辨率，缩短电子束光刻所需的时间。

另外，由于导电层202作为电子束反射膜起作用，所以与不形成导电层202的情况相比，能够使阻绝层灵敏度提高。因此，能够提高电子束光刻的速度，缩短电子束光刻所需的时间。

绝缘层200是为了保护衍射光栅层20A不受导电层202影响而设置的。因此，如果衍射光栅层20A不会受到损伤，则也可以省略绝缘层200。另外，导电层202的材料只要是能够防止充电并能够提高阻绝层灵敏度的材料即可，并不限定为W。

实施方式4.

图7是用于说明本发明的实施方式4所涉及的分布反馈型半导体激光元件的制造方法的晶片的局部剖面斜视图。首先，在衬底12的上方形成衍射光栅层20A。然后，在衍射光栅层20A上形成以直线状图案化后的绝缘层250。绝缘层250例如由SiO₂形成。绝缘层250的宽度(x4)例如为10μm。

然后，在绝缘层250和衍射光栅层20A上形成阻绝层。在图8中示出阻绝层252。阻绝层252具有衍射光栅层20A上的部分(第1部分252a)和绝缘层250上的部分(第2部分252b)。并且，利用绝缘层250的表面与衍射光栅层20A的100表面相比不易附着阻绝层的性质，将第2部分252b的厚度(Z2)设为比第1部分252a的厚度(Z1)薄。此外，也可以利用其他方法将第2部分252b设为比第1部分252a薄。

然后，向绝缘层250上的阻绝层(第2部分252b)照射电子束，对衍射光栅图案进行电子束光刻。具体地说，通过从电子束照射装置210发出的电子束212形成衍射光栅图案214。在图8中示出衍射光栅图案的形成中途的情况。然后，例如通过干蚀刻，以留下衍射光栅图案214的正下方的衍射光栅层20A的方式，对绝缘层250和衍射光栅层20A进行蚀刻，形成衍射光栅。在衍射光栅形成后，去除剩余的绝缘层250。

为了提高电子束光刻的速度，优选将阻绝层变薄。在本发明的实施方式4中，由于对阻绝层252的较薄部分(第2部分252b)进行电子束光刻，所以能够加快电子束光刻的速度，缩短电子束光刻所需的时间。此外，以上说明的各实施方式的特征能够适当地进行组合。

Claims (7)

1.一种分布反馈型半导体激光元件，其特征在于，具有：

衬底；

活性层，其形成在所述衬底的上方；以及

衍射光栅，其具有第1图案以及比所述第1图案短且与所述第1图案的中央部相对的第2图案，对所述活性层产生的光进行衍射。

2.根据权利要求1所述的分布反馈型半导体激光元件，其特征在于，

所述第1图案的长度以及所述第2图案的长度为3～10μm中的某一个值。

3.一种分布反馈型半导体激光元件，其特征在于，具有：

衬底；

活性层，其形成在所述衬底的上方；以及

衍射光栅，其具有多个图案，对所述活性层产生的光进行衍射，

所述多个图案是分别通过将长度大于或等于2.5μm的点相连而形成的。

4.一种分布反馈型半导体激光元件的制造方法，其特征在于，

具有下述工序：

在衬底的上方形成衍射光栅层的工序；

在所述衍射光栅层的上方形成导电层的工序；

在所述导电层上形成阻绝层的工序；

向所述阻绝层照射电子束而对衍射光栅图案进行电子束光刻的工序；以及

以留下所述衍射光栅图案的正下方的所述衍射光栅层的方式，对所述衍射光栅层进行蚀刻而形成衍射光栅的工序。

5.根据权利要求4所述的分布反馈型半导体激光元件的制造方法，其特征在于，

具有下述工序，即，在形成所述衍射光栅层之后，形成所述导电层之前，在所述衍射光栅层上形成绝缘层的工序。

6.根据权利要求4或5所述的分布反馈型半导体激光元件的制造方法，其特征在于，

所述导电层将钨作为材料。

7.一种分布反馈型半导体激光元件的制造方法，其特征在于，

具有下述工序：

在衬底的上方形成衍射光栅层的工序；

在所述衍射光栅层上形成以直线状图案化后的绝缘层的工序；

在所述绝缘层和所述衍射光栅层上形成阻绝层的工序，使得所述阻绝层在所述绝缘层上的部分比在所述衍射光栅层上的部分薄；

向所述绝缘层上的所述阻绝层照射电子束而对衍射光栅图案进行电子束光刻的工序；以及

以留下所述衍射光栅图案的正下方的所述衍射光栅层的方式，对所述衍射光栅层进行蚀刻而形成衍射光栅的工序。