JPH06201909A - 回折格子の製造方法 - Google Patents
回折格子の製造方法Info
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- JPH06201909A JPH06201909A JP36094292A JP36094292A JPH06201909A JP H06201909 A JPH06201909 A JP H06201909A JP 36094292 A JP36094292 A JP 36094292A JP 36094292 A JP36094292 A JP 36094292A JP H06201909 A JPH06201909 A JP H06201909A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】任意の位相シフトをもつ回折格子を容易に製造
できるようにする回折格子の製造方法である。 【構成】二光束干渉露光法及びエッチングを用いて基板
１０に回折格子を形成する。それにあたり、被エッチン
グ層１０上に二光束干渉露光法により形成したマスク層
の回折格子周期構造１２を、被エッチング層１０にエッ
チング形成する。この際に、被エッチング層の法線ベク
トルと回折格子ベクトルとを含む面内において被エッチ
ング層の法線ベクトルから或る角度θをもつエッチング
角度方向から、指向性の高いエッチングを施す。これ
で、マスク層の回折格子周期構造１２に対して任意の位
相シフトした回折格子を被エッチング層１０に形成す
る。以上の工程を、エッチング角度を異ならせて繰り返
せば、被エッチング層１０の回折格子内に任意の位相シ
フト部が形成される。
できるようにする回折格子の製造方法である。 【構成】二光束干渉露光法及びエッチングを用いて基板
１０に回折格子を形成する。それにあたり、被エッチン
グ層１０上に二光束干渉露光法により形成したマスク層
の回折格子周期構造１２を、被エッチング層１０にエッ
チング形成する。この際に、被エッチング層の法線ベク
トルと回折格子ベクトルとを含む面内において被エッチ
ング層の法線ベクトルから或る角度θをもつエッチング
角度方向から、指向性の高いエッチングを施す。これ
で、マスク層の回折格子周期構造１２に対して任意の位
相シフトした回折格子を被エッチング層１０に形成す
る。以上の工程を、エッチング角度を異ならせて繰り返
せば、被エッチング層１０の回折格子内に任意の位相シ
フト部が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、回折格子の製造方法
に関し、特に、２０００オングストローム前後の周期を
有する回折格子を半導体表面上に製作する方法におい
て、回折格子の位相を途中で変えることができるように
する回折格子の製造方法に関する。
に関し、特に、２０００オングストローム前後の周期を
有する回折格子を半導体表面上に製作する方法におい
て、回折格子の位相を途中で変えることができるように
する回折格子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体結晶表面に一定周期の回折格子を
形成し、これを波長選択反射器とする分布帰還型（ＤＦ
Ｂ）レーザは、安定した単一モード動作が得られること
や、発振波長を電流により変化できることや、共振器を
形成するために結晶をへき開する必要がなく集積化に適
している等の利点を有している。しかしながら、導波路
内の半導体層上面に一定の周期の溝のみを持つ回折格子
を形成したＤＦＢレーザでは、原理的に安定な単一モー
ド動作を得る事ができない。この点を改善するために
は、レーザ共振器内でブラッグ波長をλ／４シフトさせ
る必要がある。このため、近年、回折格子の位相を途中
でずらして安定な単一モードで発振するＤＦＢレーザが
提案されている。特に、１次回折格子の場合には、共振
器の中心付近で回折格子の凹凸を１／２周期ずらした、
すなわち、素子の中央を境に左右の回折格子の凹凸を反
転させたＤＦＢレーザが提案されている。
形成し、これを波長選択反射器とする分布帰還型（ＤＦ
Ｂ）レーザは、安定した単一モード動作が得られること
や、発振波長を電流により変化できることや、共振器を
形成するために結晶をへき開する必要がなく集積化に適
している等の利点を有している。しかしながら、導波路
内の半導体層上面に一定の周期の溝のみを持つ回折格子
を形成したＤＦＢレーザでは、原理的に安定な単一モー
ド動作を得る事ができない。この点を改善するために
は、レーザ共振器内でブラッグ波長をλ／４シフトさせ
る必要がある。このため、近年、回折格子の位相を途中
でずらして安定な単一モードで発振するＤＦＢレーザが
提案されている。特に、１次回折格子の場合には、共振
器の中心付近で回折格子の凹凸を１／２周期ずらした、
すなわち、素子の中央を境に左右の回折格子の凹凸を反
転させたＤＦＢレーザが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとしている課題】上記のようにレー
ザ共振器の途中で回折格子の位相をずらすためには、従
来、以下のような方法が取られていた。
ザ共振器の途中で回折格子の位相をずらすためには、従
来、以下のような方法が取られていた。
【０００４】（１）電子ビーム露光法 電子ビーム露光装置によりフォトレジストに回折格子の
溝にあたる部分を一本ずつ露光して現像したものをマス
クとして、適当なエッチング液で半導体基板をエッチン
グする方法である。。しかし、この方法では、回折格子
の位相を任意に変える事ができるが、一つの半導体レー
ザを製作するために多大な時間が必要で、生産性が悪い
とともにコスト高となり、実用上問題がある。
溝にあたる部分を一本ずつ露光して現像したものをマス
クとして、適当なエッチング液で半導体基板をエッチン
グする方法である。。しかし、この方法では、回折格子
の位相を任意に変える事ができるが、一つの半導体レー
ザを製作するために多大な時間が必要で、生産性が悪い
とともにコスト高となり、実用上問題がある。
【０００５】（２）ネガ／ポジレジスト法 光が当たった部分が現像により剥離するポジ型レジスト
をレーザ共振器の右半分に塗布し、反対に、光が当たら
なかった部分が現像により剥離するネガ型フォトレジス
トを左半分に塗布した後、通常の二光束干渉露光装置で
露光して現像したものをマスクとして、エッチングする
ことにより製作する方法も提案されている。この方法の
文献としては、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ第２０巻４号１００８−１０１０頁記載の論文をあげ
ることができる。しかし、この方法では、ネガ型レジス
トの性能が悪いと共にレジストの塗布が難しく、且つ位
相をπしかずらせない等の問題がある。
をレーザ共振器の右半分に塗布し、反対に、光が当たら
なかった部分が現像により剥離するネガ型フォトレジス
トを左半分に塗布した後、通常の二光束干渉露光装置で
露光して現像したものをマスクとして、エッチングする
ことにより製作する方法も提案されている。この方法の
文献としては、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ第２０巻４号１００８−１０１０頁記載の論文をあげ
ることができる。しかし、この方法では、ネガ型レジス
トの性能が悪いと共にレジストの塗布が難しく、且つ位
相をπしかずらせない等の問題がある。
【０００６】（３）位相シフト板挿入法 位相シフトに相当する段差を有する石英板をフォトレジ
ストに密着させて干渉露光を行う方法である。この方法
の文献としては、電気通信学会技術報告ＯＱＥ８５−６
０巻、５７−６４頁記載の論文があげられる。しかし、
この方法では、位相遷移領域が十数μｍと大きいという
欠点がある。
ストに密着させて干渉露光を行う方法である。この方法
の文献としては、電気通信学会技術報告ＯＱＥ８５−６
０巻、５７−６４頁記載の論文があげられる。しかし、
この方法では、位相遷移領域が十数μｍと大きいという
欠点がある。
【０００７】また、位相シフトに相当する段差を有する
石英板を光学系の中に組み込んで、干渉露光を行う方法
もあり、この方法の文献としては、昭和６０年秋季第４
６回応用物理学会学術講演会予稿集２０２頁記載の２ａ
−Ｎ−１０をあげることができる。しかし、この方法で
は、収差のために回折格子形成面積が非常に小さくなる
（約７ｍｍ2）という欠点がある。
石英板を光学系の中に組み込んで、干渉露光を行う方法
もあり、この方法の文献としては、昭和６０年秋季第４
６回応用物理学会学術講演会予稿集２０２頁記載の２ａ
−Ｎ−１０をあげることができる。しかし、この方法で
は、収差のために回折格子形成面積が非常に小さくなる
（約７ｍｍ2）という欠点がある。
【０００８】本発明の目的は、上記した従来の問題点を
解消せんとするもので、ＤＦＢレーザ等のための任意の
位相シフトをもつ回折格子を容易に製造できるようにす
る回折格子の製造方法を提供することにある。
解消せんとするもので、ＤＦＢレーザ等のための任意の
位相シフトをもつ回折格子を容易に製造できるようにす
る回折格子の製造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本発
明の回折格子の製造方法では、基板に回折格子を形成す
るにあたり、被エッチング層上に形成した第１マスク層
の回折格子周期構造を該被エッチング層にエッチング形
成する際に、該被エッチング層の法線ベクトルと該回折
格子ベクトルとを含む面内において該被エッチング層の
法線ベクトルから或る角度をもつエッチング角度方向か
ら、指向性の高いエッチングを施すことで、該マスク層
の回折格子周期構造に対して任意の位相シフトした回折
格子を該被エッチング層に形成する工程を有することを
特徴とする。本発明の第１の態様では、この被エッチン
グ層に回折格子を形成するのが最終目的であり、本発明
の第２の態様では、この被エッチング層に形成された回
折格子を更にマスク層としてその下の層に回折格子を形
成するのが最終目的である。
明の回折格子の製造方法では、基板に回折格子を形成す
るにあたり、被エッチング層上に形成した第１マスク層
の回折格子周期構造を該被エッチング層にエッチング形
成する際に、該被エッチング層の法線ベクトルと該回折
格子ベクトルとを含む面内において該被エッチング層の
法線ベクトルから或る角度をもつエッチング角度方向か
ら、指向性の高いエッチングを施すことで、該マスク層
の回折格子周期構造に対して任意の位相シフトした回折
格子を該被エッチング層に形成する工程を有することを
特徴とする。本発明の第１の態様では、この被エッチン
グ層に回折格子を形成するのが最終目的であり、本発明
の第２の態様では、この被エッチング層に形成された回
折格子を更にマスク層としてその下の層に回折格子を形
成するのが最終目的である。
【００１０】若干具体的に説明すると、この発明は、上
記した目的を達成するために、二光束干渉露光後の凹凸
周期を持つフォトレジストをマスクとして半導体層をエ
ッチングする際に、半導体基板の法線ベクトルと回折格
子ベクトルとを含む面内において、法線ベクトルとは或
る角度をもって指向性の強いドライエッチングにより、
斜め方向よりフォトレジスト上の周期構造を半導体基板
上に転写することで、フォトレジスト上の回折格子に対
して位相のシフトした回折格子を半導体上に形成するこ
とを特徴とし、本発明の方法をエッチング角度を変えて
繰り返すことで、任意の位相シフト量をもつ回折格子を
実現するものである。また、本発明の回折格子作製方法
を用いて位相シフトをもつレジストの周期構造を形成
し、これをマスクとして半導体基板をエッチングするこ
とで、位相シフトの左右で、深さ等の形状の揃った回折
格子の作製を可能とした。
記した目的を達成するために、二光束干渉露光後の凹凸
周期を持つフォトレジストをマスクとして半導体層をエ
ッチングする際に、半導体基板の法線ベクトルと回折格
子ベクトルとを含む面内において、法線ベクトルとは或
る角度をもって指向性の強いドライエッチングにより、
斜め方向よりフォトレジスト上の周期構造を半導体基板
上に転写することで、フォトレジスト上の回折格子に対
して位相のシフトした回折格子を半導体上に形成するこ
とを特徴とし、本発明の方法をエッチング角度を変えて
繰り返すことで、任意の位相シフト量をもつ回折格子を
実現するものである。また、本発明の回折格子作製方法
を用いて位相シフトをもつレジストの周期構造を形成
し、これをマスクとして半導体基板をエッチングするこ
とで、位相シフトの左右で、深さ等の形状の揃った回折
格子の作製を可能とした。
【００１１】
【第１実施例】以下、本発明の第１の実施例を説明す
る。本実施例は本発明の第１の態様に属するもので、そ
れによる回折格子の製造方法は、以下の様な工程から成
る。
る。本実施例は本発明の第１の態様に属するもので、そ
れによる回折格子の製造方法は、以下の様な工程から成
る。
【００１２】（１）半導体基板上に第１のフォトレジス
トを形成する工程と、半導体基板表面に入射角の異なる
２本の同一半導体レーザ光を照射して第１のフォトレジ
ストを干渉露光する工程と、第１のフォトレジストを現
像し周期状パターンに形成する工程とを少なくとも含む
二光束干渉露光法の工程。 （２）前記周期状フォトレジスト上に第２のフォトレジ
ストを形成する工程と、第２のフォトレジストの一部分
を通常の半導体工程であるパターニング法により露光し
て除去する工程。 （３）第２のフォトレジストにより被われていない第１
のフォトレジストをエッチング防止膜として前記半導体
基板の一部分をエッチングする工程において、指向性の
強いエッチングを基板の法線から或る角度θ1（ゼロの
場合も含む）をもってなすことにより、第１のフォトレ
ジストの周期構造をφ1位相シフトさせて半導体基板上
に形成する工程。 （４）前記半導体基板上の第２のフォトレジストを除去
し、前記エッチングを施した半導体基板の部分を第３の
フォトレジストで被い、第３のフォトレジストの一部分
を通常の半導体工程であるパターニング法により露光し
て除去する工程。 （５）前記第２のフォトレジストにより被われていない
第１のフォトレジストをエッチング防止膜として前記半
導体基板の一部分をエッチングする工程において、指向
性の強いエッチングを基板の法線から或る角度θ2（ゼ
ロの場合も含むが、θ1、θ2のいずれかはゼロでない）
をもってなすことにより、第１のフォトレジストの周期
構造をφ2位相シフトさせて半導体基板上に形成する工
程と、前記半導体基板上の第３のフォトレジストを除去
する工程。 （６）前記半導体基板上の第１のフォトレジストを除去
する工程。 以上の工程を少なくとも備えており、（φ1＋φ2）の位
相シフトを実現するものである。
トを形成する工程と、半導体基板表面に入射角の異なる
２本の同一半導体レーザ光を照射して第１のフォトレジ
ストを干渉露光する工程と、第１のフォトレジストを現
像し周期状パターンに形成する工程とを少なくとも含む
二光束干渉露光法の工程。 （２）前記周期状フォトレジスト上に第２のフォトレジ
ストを形成する工程と、第２のフォトレジストの一部分
を通常の半導体工程であるパターニング法により露光し
て除去する工程。 （３）第２のフォトレジストにより被われていない第１
のフォトレジストをエッチング防止膜として前記半導体
基板の一部分をエッチングする工程において、指向性の
強いエッチングを基板の法線から或る角度θ1（ゼロの
場合も含む）をもってなすことにより、第１のフォトレ
ジストの周期構造をφ1位相シフトさせて半導体基板上
に形成する工程。 （４）前記半導体基板上の第２のフォトレジストを除去
し、前記エッチングを施した半導体基板の部分を第３の
フォトレジストで被い、第３のフォトレジストの一部分
を通常の半導体工程であるパターニング法により露光し
て除去する工程。 （５）前記第２のフォトレジストにより被われていない
第１のフォトレジストをエッチング防止膜として前記半
導体基板の一部分をエッチングする工程において、指向
性の強いエッチングを基板の法線から或る角度θ2（ゼ
ロの場合も含むが、θ1、θ2のいずれかはゼロでない）
をもってなすことにより、第１のフォトレジストの周期
構造をφ2位相シフトさせて半導体基板上に形成する工
程と、前記半導体基板上の第３のフォトレジストを除去
する工程。 （６）前記半導体基板上の第１のフォトレジストを除去
する工程。 以上の工程を少なくとも備えており、（φ1＋φ2）の位
相シフトを実現するものである。
【００１３】まず始めに、本発明の第１の態様の特徴で
ある工程（３）、（５）について詳細に説明する。
ある工程（３）、（５）について詳細に説明する。
【００１４】図１には、指向性の強い反応性イオンビー
ムエッチング等のドライエッチング中の半導体基板１０
を示す。従来は、図８に示すように半導体基板１００の
法線方向（θ＝０）からエッチングを施すために、エッ
チング防止膜としてのフォトレジスト１０１の回折格子
構造に対して位相シフトがゼロである回折格子１０２が
半導体基板１００上にエッチング形成されることにな
る。
ムエッチング等のドライエッチング中の半導体基板１０
を示す。従来は、図８に示すように半導体基板１００の
法線方向（θ＝０）からエッチングを施すために、エッ
チング防止膜としてのフォトレジスト１０１の回折格子
構造に対して位相シフトがゼロである回折格子１０２が
半導体基板１００上にエッチング形成されることにな
る。
【００１５】これに対して、本発明では、半導体基板１
０の法線方向とθ の角度をなす方向からエッチングを施
すために、エッチング防止膜としての第１のフォトレジ
スト１２の回折格子構造と位相シフトがφ である回折格
子が半導体基板１０上にエッチング形成されることにな
る。この方法を繰り返すことにより、任意の量の位相シ
フトが形成できることになる。
０の法線方向とθ の角度をなす方向からエッチングを施
すために、エッチング防止膜としての第１のフォトレジ
スト１２の回折格子構造と位相シフトがφ である回折格
子が半導体基板１０上にエッチング形成されることにな
る。この方法を繰り返すことにより、任意の量の位相シ
フトが形成できることになる。
【００１６】また、半導体基板１０の法線とエッチング
方向との関係を制御する方法としては、図１に示したよ
うにエッチングビームｂの位置を変える方法もあるが、
図２に示したように半導体基板１０をエッチングビーム
ｂに対して傾斜させて制御しても良い。
方向との関係を制御する方法としては、図１に示したよ
うにエッチングビームｂの位置を変える方法もあるが、
図２に示したように半導体基板１０をエッチングビーム
ｂに対して傾斜させて制御しても良い。
【００１７】図３を用いて本発明の第１の態様の回折格
子の製造方法の第１の実施例について具体的に説明す
る。
子の製造方法の第１の実施例について具体的に説明す
る。
【００１８】（１）半導体基板１０上に二光束干渉露光
用の第１のフォトレジスト１２を塗布し、二光束干渉露
光を行なう（図３（１））。 （２）露光された第１のフォトレジスト１２を現像する
ことにより、フォトレジスト１２上に回折格子を形成す
る（図３（２））。 （３）通常のパターン露光用の第２のフォトレジスト１
３を全面に塗布後、パターニングを行ない（位相遷移領
域が或る程度許されることから、このパターニングの境
は図３（３）に示す如くフォトレジスト１２の回折格子
のフォトレジスト欠如部の中間に厳密に来なくてもよ
い）は現像し、左側の回折格子作製領域Ａだけフォトレ
ジスト１３を除去する（図３（３））。 （４）半導体基板１０の法線をエッチングビームｂに対
してθ1だけ傾けて、第１のフォトレジスト１２上の回
折格子の位相に対してφ1だけ位相シフトした回折格子
１５を半導体基板１０上に形成する（図３（４））。 （５）通常のパターン露光用の第３のフォトレジスト１
４を全面に塗布後、パターニングを行ない（このパター
ニングの境についても図３の縦に引いた中央の破線のと
ころに厳密に来なくてもよい）現像して、右側の回折格
子作製領域Ｂだけフォトレジストを除去する（図３
（５））。 （６）半導体基板１０の法線をエッチングビームｂに対
してθ2だけ傾けて、第１のフォトレジスト１２上の回
折格子の位相に対してφ2だけ位相シフトした回折格子
１６を半導体基板１０上に形成する（図３（６））。 （７）第３のフォトレジスト１４を除去する（図３
（７））。 （８）回折格子状マスクである第１のフォトレジスト１
２を除去する（図３（８））。
用の第１のフォトレジスト１２を塗布し、二光束干渉露
光を行なう（図３（１））。 （２）露光された第１のフォトレジスト１２を現像する
ことにより、フォトレジスト１２上に回折格子を形成す
る（図３（２））。 （３）通常のパターン露光用の第２のフォトレジスト１
３を全面に塗布後、パターニングを行ない（位相遷移領
域が或る程度許されることから、このパターニングの境
は図３（３）に示す如くフォトレジスト１２の回折格子
のフォトレジスト欠如部の中間に厳密に来なくてもよ
い）は現像し、左側の回折格子作製領域Ａだけフォトレ
ジスト１３を除去する（図３（３））。 （４）半導体基板１０の法線をエッチングビームｂに対
してθ1だけ傾けて、第１のフォトレジスト１２上の回
折格子の位相に対してφ1だけ位相シフトした回折格子
１５を半導体基板１０上に形成する（図３（４））。 （５）通常のパターン露光用の第３のフォトレジスト１
４を全面に塗布後、パターニングを行ない（このパター
ニングの境についても図３の縦に引いた中央の破線のと
ころに厳密に来なくてもよい）現像して、右側の回折格
子作製領域Ｂだけフォトレジストを除去する（図３
（５））。 （６）半導体基板１０の法線をエッチングビームｂに対
してθ2だけ傾けて、第１のフォトレジスト１２上の回
折格子の位相に対してφ2だけ位相シフトした回折格子
１６を半導体基板１０上に形成する（図３（６））。 （７）第３のフォトレジスト１４を除去する（図３
（７））。 （８）回折格子状マスクである第１のフォトレジスト１
２を除去する（図３（８））。
【００１９】このようにして、位相シフト部分Ｃにおい
て（φ1＋φ2）の位相シフトを形成する事ができる。
て（φ1＋φ2）の位相シフトを形成する事ができる。
【００２０】ここで、位相シフトについて説明する。発
振波長１．３μｍ、１．５５μｍのＤＦＢ−ＬＤにおけ
る１次回折格子の場合、その周期Λは２００ｎｍ、２４
０ｎｍであり、単一モード安定性の向上のためのλ
B（ブラッグ波長）／４シフトは、Λ／２シフトを意味
する（図４（２）参照）。
振波長１．３μｍ、１．５５μｍのＤＦＢ−ＬＤにおけ
る１次回折格子の場合、その周期Λは２００ｎｍ、２４
０ｎｍであり、単一モード安定性の向上のためのλ
B（ブラッグ波長）／４シフトは、Λ／２シフトを意味
する（図４（２）参照）。
【００２１】一方、損失や利得の周期構造をもつ回折格
子の場合、単一モード安定性の向上のためには位相シフ
トはゼロが良いとされているが、純粋な損失や利得のみ
の周期構造は実現が難しく、多くの場合、それと同時に
屈折率の周期構造も存在することになる。この様なＤＦ
Ｂ−ＬＤについては、単一モード安定性のためにはλB
／４シフトでは不都合で、λB／８シフトや３λB／８シ
フト等が必要であり、Λ／８シフト等が必要となる。
子の場合、単一モード安定性の向上のためには位相シフ
トはゼロが良いとされているが、純粋な損失や利得のみ
の周期構造は実現が難しく、多くの場合、それと同時に
屈折率の周期構造も存在することになる。この様なＤＦ
Ｂ−ＬＤについては、単一モード安定性のためにはλB
／４シフトでは不都合で、λB／８シフトや３λB／８シ
フト等が必要であり、Λ／８シフト等が必要となる。
【００２２】また、発振波長０．８μｍのＤＦＢ−ＬＤ
の場合、１次回折格子の場合ではその周期Λ1は１２０
ｎｍと非常に小さくなり、その実現は従来の二光束干渉
露光法では困難となるために、２次回折格子が波長選択
のための回折格子として用いられる。この場合、２次回
折格子の周期Λ2は２４０ｎｍとなるが、単一モード安
定性の向上のためのλB／４シフトは、Λ2／４シフトを
意味する（図４（３）参照。ここでは、ゼロシフトの基
準を図４（１）の回折格子の山部の中央に取ってい
る）。この、Λ2／４シフトは従来の二光束干渉露光法
では作製が困難であったが、本発明によれば可能であ
る。本発明においては、任意の量の位相シフトが実現で
きる。
の場合、１次回折格子の場合ではその周期Λ1は１２０
ｎｍと非常に小さくなり、その実現は従来の二光束干渉
露光法では困難となるために、２次回折格子が波長選択
のための回折格子として用いられる。この場合、２次回
折格子の周期Λ2は２４０ｎｍとなるが、単一モード安
定性の向上のためのλB／４シフトは、Λ2／４シフトを
意味する（図４（３）参照。ここでは、ゼロシフトの基
準を図４（１）の回折格子の山部の中央に取ってい
る）。この、Λ2／４シフトは従来の二光束干渉露光法
では作製が困難であったが、本発明によれば可能であ
る。本発明においては、任意の量の位相シフトが実現で
きる。
【００２３】例えば、発振波長１．５５μｍのＤＦＢ−
ＬＤにおける１次回折格子の場合、λB／４シフトはΛ
／２シフトであり、回折格子の位相では、πシフトが必
要である。この回折格子の周期Λは２４０ｎｍであるの
で、φ1＋φ2＝πにするためには、１２０ｎｍのシフト
となる。ここで、φ1＝φ2で回折格子の深さを１００ｎ
ｍと仮定すると、θ1＝θ2＝３１．０ｄｅｇに設定すれ
ば良いことがわかる。
ＬＤにおける１次回折格子の場合、λB／４シフトはΛ
／２シフトであり、回折格子の位相では、πシフトが必
要である。この回折格子の周期Λは２４０ｎｍであるの
で、φ1＋φ2＝πにするためには、１２０ｎｍのシフト
となる。ここで、φ1＝φ2で回折格子の深さを１００ｎ
ｍと仮定すると、θ1＝θ2＝３１．０ｄｅｇに設定すれ
ば良いことがわかる。
【００２４】また、発振波長０．８３μｍのＤＦＢ−Ｌ
Ｄの場合、通常、２次回折格子を用いるが、この周期Λ
2は２４０ｎｍとなり、λB／４シフトはΛ2／４シフト
を意味する。よって、φ1＋φ2＝π／２にするために
は、６０ｎｍのシフトとなる。ここで、φ1＝φ2で回折
格子の深さを１００ｎｍと仮定すると、θ1＝θ2＝１
６．７ｄｅｇに設定すれば良いことがわかる。
Ｄの場合、通常、２次回折格子を用いるが、この周期Λ
2は２４０ｎｍとなり、λB／４シフトはΛ2／４シフト
を意味する。よって、φ1＋φ2＝π／２にするために
は、６０ｎｍのシフトとなる。ここで、φ1＝φ2で回折
格子の深さを１００ｎｍと仮定すると、θ1＝θ2＝１
６．７ｄｅｇに設定すれば良いことがわかる。
【００２５】もちろん、本発明においてθ1＝θ2やφ1
＝φ2である必要がないことは言うまでもない。
＝φ2である必要がないことは言うまでもない。
【００２６】
【第２実施例】次に、本発明の第２の態様の回折格子の
製造方法の実施例である第２の実施例を説明する。本実
施例では、位相シフトを形成した被エッチング層が、半
導体基板上への回折格子作製のためのマスク層として作
用する。
製造方法の実施例である第２の実施例を説明する。本実
施例では、位相シフトを形成した被エッチング層が、半
導体基板上への回折格子作製のためのマスク層として作
用する。
【００２７】図５、図６に本実施例の回折格子の製造方
法の工程を示す。 （１）半導体基板１０上にＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4等のマス
ク材１１を化学気相堆積法等により形成し、その上に二
光束干渉露光用の第１のフォトレジスト１２を塗布する
（図５（１））。 （２）二光束干渉露光を行ない、現像することにより、
フォトレジスト１２上に回折格子を全面に形成する（図
５（２））。 （３）通常のパターン露光用の第２のフォトレジスト１
３を全面に塗布後、パターニングを行ない（第１実施例
でのパターニングと同様なことが言える）現像して、左
側の回折格子作製領域Ａだけフォトレジスト１３を除去
する（図５（３））。 （４）半導体基板１０の法線をエッチングビームｂに対
してθ1だけ傾けて、第１のフォトレジスト１２上の回
折格子の位相に対してφ1だけ位相シフトした回折格子
２５をマスク材１１上に形成する（図５（４））。 （５）通常のパターン露光用の第３のフォトレジスト１
４を全面に塗布後、パターニングを行ない（第１実施例
でのパターニングと同様なことが言える）現像して、右
側の回折格子作製領域Ｂだけフォトレジストを除去する
（図５（５））。 （６）半導体基板１０の法線をエッチングビームｂに対
してφ2だけ傾けて、第１のフォトレジスト１２上の回
折格子の位相に対してφ2だけ位相シフトした回折格子
２６をマスク材１１上に形成する（図６（６））。 （７）第３のフォトレジスト１４を除去する（図６
（７））。 （８）回折格子状マスクである第１のフォトレジスト１
２を除去する（図６（８））。 （９）半導体基板１０の法線をエッチングビームｂの方
向に合わせて、マスク材１１上の回折格子パターン２
５、２６を半導体基板１０にエッチング転写する（図６
（９））。 （１０）マスク材１１を除去する（図６（１０））。
法の工程を示す。 （１）半導体基板１０上にＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4等のマス
ク材１１を化学気相堆積法等により形成し、その上に二
光束干渉露光用の第１のフォトレジスト１２を塗布する
（図５（１））。 （２）二光束干渉露光を行ない、現像することにより、
フォトレジスト１２上に回折格子を全面に形成する（図
５（２））。 （３）通常のパターン露光用の第２のフォトレジスト１
３を全面に塗布後、パターニングを行ない（第１実施例
でのパターニングと同様なことが言える）現像して、左
側の回折格子作製領域Ａだけフォトレジスト１３を除去
する（図５（３））。 （４）半導体基板１０の法線をエッチングビームｂに対
してθ1だけ傾けて、第１のフォトレジスト１２上の回
折格子の位相に対してφ1だけ位相シフトした回折格子
２５をマスク材１１上に形成する（図５（４））。 （５）通常のパターン露光用の第３のフォトレジスト１
４を全面に塗布後、パターニングを行ない（第１実施例
でのパターニングと同様なことが言える）現像して、右
側の回折格子作製領域Ｂだけフォトレジストを除去する
（図５（５））。 （６）半導体基板１０の法線をエッチングビームｂに対
してφ2だけ傾けて、第１のフォトレジスト１２上の回
折格子の位相に対してφ2だけ位相シフトした回折格子
２６をマスク材１１上に形成する（図６（６））。 （７）第３のフォトレジスト１４を除去する（図６
（７））。 （８）回折格子状マスクである第１のフォトレジスト１
２を除去する（図６（８））。 （９）半導体基板１０の法線をエッチングビームｂの方
向に合わせて、マスク材１１上の回折格子パターン２
５、２６を半導体基板１０にエッチング転写する（図６
（９））。 （１０）マスク材１１を除去する（図６（１０））。
【００２８】このようにして、位相シフト部分Ｃにおい
て（φ1＋φ2）の位相シフトを形成する事ができ、その
左右Ａ、Ｂにおいて形状、深さ等の揃った回折格子２８
が作製できるので、特性の良いＤＦＢ−ＬＤ等が作製で
きる。
て（φ1＋φ2）の位相シフトを形成する事ができ、その
左右Ａ、Ｂにおいて形状、深さ等の揃った回折格子２８
が作製できるので、特性の良いＤＦＢ−ＬＤ等が作製で
きる。
【００２９】
【第３実施例】次に、本発明の第１の態様の回折格子の
製造方法の実施例である第３の実施例として、位相シフ
トの両側において回折格子の形状、深さ等が異なる場合
について説明する。
製造方法の実施例である第３の実施例として、位相シフ
トの両側において回折格子の形状、深さ等が異なる場合
について説明する。
【００３０】近年、光通信用ＬＤに求められる特性は多
様化し、波長可変幅の拡大化、狭スペクトル線幅化、低
チャーピング化、高光出力化、高効率周波数変調用光源
等々への要求など様々である。このために、ＤＦＢ−Ｌ
Ｄの回折格子への工夫も様々であり、共振器方向に沿っ
て深さの異なる回折格子を持つＤＦＢ−ＬＤも報告され
ている（小路他、平成３年秋季応用物理学会予稿集、１
０ｐ−ＺＭ−１７参照）。また、回折格子の形状は結合
係数に複雑に影響を及ぼすために、上記の特性に深く関
係する。
様化し、波長可変幅の拡大化、狭スペクトル線幅化、低
チャーピング化、高光出力化、高効率周波数変調用光源
等々への要求など様々である。このために、ＤＦＢ−Ｌ
Ｄの回折格子への工夫も様々であり、共振器方向に沿っ
て深さの異なる回折格子を持つＤＦＢ−ＬＤも報告され
ている（小路他、平成３年秋季応用物理学会予稿集、１
０ｐ−ＺＭ−１７参照）。また、回折格子の形状は結合
係数に複雑に影響を及ぼすために、上記の特性に深く関
係する。
【００３１】図７に、位相シフトの左右で回折格子の形
状が異なる場合について、その作製方法を示す。基本的
に、図３の製造方法と同様なので、その工程の詳細説明
は省略する。
状が異なる場合について、その作製方法を示す。基本的
に、図３の製造方法と同様なので、その工程の詳細説明
は省略する。
【００３２】本実施例では、発振波長０．８３μｍのＤ
ＦＢ−ＬＤとすると、２次回折格子においてλB／４シ
フトのために、φ1＝π／２、φ2＝０とした場合、θ1
＝３１．０ｄｅｇ、θ2＝０である。領域Ａでは回折格
子１５の上下への回折光は増え、領域Ｂでは回折格子３
６の上下への回折光は減る。その結果、構造設計を最適
化すれば共振器内部での光強度の分布を均一化でき、狭
スペクトル線幅、低チャーピングなＤＦＢ−ＬＤが実現
できる。
ＦＢ−ＬＤとすると、２次回折格子においてλB／４シ
フトのために、φ1＝π／２、φ2＝０とした場合、θ1
＝３１．０ｄｅｇ、θ2＝０である。領域Ａでは回折格
子１５の上下への回折光は増え、領域Ｂでは回折格子３
６の上下への回折光は減る。その結果、構造設計を最適
化すれば共振器内部での光強度の分布を均一化でき、狭
スペクトル線幅、低チャーピングなＤＦＢ−ＬＤが実現
できる。
【００３３】ところで、共振器方向に複数の位相シフト
をもつようなＤＦＢ−ＬＤ等の場合には、本発明の製造
方法を複数回繰り返すことになるが、その場合には、回
折格子の一部を被うフォトレジストの形成、パターニン
グ、剥離を繰り返せば良い。
をもつようなＤＦＢ−ＬＤ等の場合には、本発明の製造
方法を複数回繰り返すことになるが、その場合には、回
折格子の一部を被うフォトレジストの形成、パターニン
グ、剥離を繰り返せば良い。
【００３４】また、指向性エッチングの手段について
は、反応性イオンビームエッチングを記述したが、収束
イオンビームエッチングやその他のドライエッチング手
段でも良い。
は、反応性イオンビームエッチングを記述したが、収束
イオンビームエッチングやその他のドライエッチング手
段でも良い。
【００３５】以上では半導体基板へ回折格子を刻印する
例について述べてきたが、ＬＤの場合、半導体基板がエ
ピタキシャル成長後の層構造をなしているかどうか、ま
た、本発明により回折格子を作製した後にエピタキシャ
ル成長を行なうかどうかは、ＬＤの構造に依存するので
本発明の本質とは関係ない。
例について述べてきたが、ＬＤの場合、半導体基板がエ
ピタキシャル成長後の層構造をなしているかどうか、ま
た、本発明により回折格子を作製した後にエピタキシャ
ル成長を行なうかどうかは、ＬＤの構造に依存するので
本発明の本質とは関係ない。
【００３６】また、回折格子を形成する基板は半導体基
板でなくとも、ＬｉＮｂＯ3等の誘電体やガラス基板等
でもよく、その場合でも本発明は有効である。
板でなくとも、ＬｉＮｂＯ3等の誘電体やガラス基板等
でもよく、その場合でも本発明は有効である。
【００３７】更に、本発明において、回折格子の山部及
び谷部が図１に示す如く斜めに形成できるが、この形状
は回折格子の上下への回折光の増減等に関係していて、
特性を制御できる。従って、位相シフトを持たせずに斜
めに形成した山部及び谷部を持つ回折格子が効果を発揮
する場合もあり得る。
び谷部が図１に示す如く斜めに形成できるが、この形状
は回折格子の上下への回折光の増減等に関係していて、
特性を制御できる。従って、位相シフトを持たせずに斜
めに形成した山部及び谷部を持つ回折格子が効果を発揮
する場合もあり得る。
【００３８】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の回折格子の製造方法によれば、半導体レーザ共振器等
の途中で位相が任意量変化した回折格子を有する分布帰
還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）などを製作する事が
でき、これらは、光通信用光源等に用いられて、高速に
変調する時などにも安定に単一モードで発振することに
なる。
の回折格子の製造方法によれば、半導体レーザ共振器等
の途中で位相が任意量変化した回折格子を有する分布帰
還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）などを製作する事が
でき、これらは、光通信用光源等に用いられて、高速に
変調する時などにも安定に単一モードで発振することに
なる。
【００３９】この本発明の回折格子の製造方法は、分布
反射型（ＤＢＲ）ＬＤ等の製造にも有効であり、これら
を波長選択フィルタとして用いることも可能である。
反射型（ＤＢＲ）ＬＤ等の製造にも有効であり、これら
を波長選択フィルタとして用いることも可能である。
【図１】本発明の特徴を表わす、回折格子への指向性エ
ッチングの施し方を表わす概念図であり、エッチング源
の方向を半導体基板の法線に対して変化させた場合の図
である。
ッチングの施し方を表わす概念図であり、エッチング源
の方向を半導体基板の法線に対して変化させた場合の図
である。
【図２】本発明の特徴を表わす、回折格子への指向性エ
ッチングの他の施し方を表わす概念図であり、半導体基
板の法線をエッチング方向からずらした場合の図であ
る。
ッチングの他の施し方を表わす概念図であり、半導体基
板の法線をエッチング方向からずらした場合の図であ
る。
【図３】本発明の第１の実施例を表わす工程図であり、
位相シフト部を含む回折格子の作製方法を説明する図で
ある。
位相シフト部を含む回折格子の作製方法を説明する図で
ある。
【図４】回折格子内の位相シフトを表わす図である。
【図５】本発明の第２の実施例の前半部を表わす工程図
であり、マスク材を半導体基板上に形成しておき一旦マ
スク材上に回折格子を形成した後に半導体基板へ回折格
子を転写する、位相シフト部を含む回折格子の作製方法
を説明する図である。
であり、マスク材を半導体基板上に形成しておき一旦マ
スク材上に回折格子を形成した後に半導体基板へ回折格
子を転写する、位相シフト部を含む回折格子の作製方法
を説明する図である。
【図６】本発明の第２の実施例の後半部を表わす工程図
であり、マスク材を半導体基板上に形成しておき一旦マ
スク材上に回折格子を形成した後に半導体基板へ回折格
子を転写する、位相シフト部を含む回折格子の作製方法
を説明する図である。
であり、マスク材を半導体基板上に形成しておき一旦マ
スク材上に回折格子を形成した後に半導体基板へ回折格
子を転写する、位相シフト部を含む回折格子の作製方法
を説明する図である。
【図７】本発明の第３の実施例を表わす工程図であり、
位相シフト部の両側において形状の異なる回折格子の作
製方法を説明する図である。
位相シフト部の両側において形状の異なる回折格子の作
製方法を説明する図である。
【図８】従来の回折格子のエッチングの仕方を表わす図
である。
である。
Ａ，Ｂ 回折格子の位相の異なる２領域 Ｃ 位相シフト領域 θ1，θ2 基板の法線とエッチング方向とのなす角度 φ1，φ2 フォトレジスト上回折格子と基板上回折格子
とのなす角度 ｂ エッチングビーム １０ 基板 １１ マスク材 １２ 二光束干渉露光法用フォトレジスト １３ 第２のフォトレジスト １４ 第３のフォトレジスト １５，１６，２８，３６ 基板の回折格子 ２５，２６ マスク材の回折格子
とのなす角度 ｂ エッチングビーム １０ 基板 １１ マスク材 １２ 二光束干渉露光法用フォトレジスト １３ 第２のフォトレジスト １４ 第３のフォトレジスト １５，１６，２８，３６ 基板の回折格子 ２５，２６ マスク材の回折格子
Claims (4)
- 【請求項１】 二光束干渉露光法及びエッチングを用い
て基板に回折格子を形成するにあたり、被エッチング層
上に前記二光束干渉露光法により形成した第１マスク層
の回折格子周期構造を該被エッチング層にエッチング形
成する際に、該被エッチング層の法線ベクトルと該回折
格子ベクトルとを含む面内において該被エッチング層の
法線ベクトルから或る角度をもつエッチング角度方向か
ら、指向性の高いエッチングを施すことで、該マスク層
の回折格子周期構造に対して任意の位相シフトした回折
格子を該被エッチング層に形成する工程を有することを
特徴とする回折格子の製造方法。 - 【請求項２】 基板に回折格子を形成するにあたり、被
エッチング層上に形成した第１マスク層の回折格子周期
構造を該被エッチング層にエッチング形成する際に、該
被エッチング層の法線ベクトルと該回折格子ベクトルと
を含む面内において該被エッチング層の法線ベクトルか
ら或る角度をもつエッチング角度方向から、指向性の高
いエッチングを施すことで、該マスク層の回折格子周期
構造に対して任意の位相シフトした回折格子を該被エッ
チング層に形成する工程を有することを特徴とする回折
格子の製造方法。 - 【請求項３】 前記マスク層の回折格子に対して任意の
位相シフトした回折格子を被エッチング層上に形成する
工程を繰り返し、その際に、前記エッチング角度を異な
らせることで、該被エッチング層の回折格子内に任意の
位相シフトを設けることを特徴とする請求項１または２
記載の回折格子の製造方法。 - 【請求項４】 前記位相シフトを含んだ回折格子をなす
被エッチング層は、第２マスク層としてその下の層のエ
ッチングのためのマスクとなることを特徴とする請求項
１、２または３記載の回折格子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36094292A JPH06201909A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 回折格子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36094292A JPH06201909A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 回折格子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201909A true JPH06201909A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=18471553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36094292A Pending JPH06201909A (ja) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | 回折格子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06201909A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20200043490A (ko) * | 2018-05-30 | 2020-04-27 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 경사진 식각 툴들에서 기판 회전에 의한 식각 각도들의 제어 |
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1992
- 1992-12-28 JP JP36094292A patent/JPH06201909A/ja active Pending
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