JPH02154204A - 回折格子の製造方法 - Google Patents

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】 〔概要〕 回折格子の製造方法に関し、 回折格子の位相シフトを良好に形成することができ、素
子特性を向上させることができ、かつ短時間で安定に形
成することができる回折格子の製造方法を提供すること
を目的とし、 ウェハに向かって順次近づくように設けられた複数段の
段差が位相シフトマスクに形成され、前記位相シフトマ
スクを用い同一符号の位相シフト量となる位相シフトパ
ターンを形成するように構成する。

（産業上の利用分野） 本発明は、回折格子の製造方法に係り、詳しくは特に、
回折格子の位相シフトを良好に形成して素子特性を向上
させることができる回折格子の製造方法に関するもので
ある。

回折格子は屈折率の周期的な微小変化を利用したもので
あり、光集積回路の中で光フィルタ、反射器、そして共
振器としての重要な機能を有する他、例えば分布反射型
（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃ
ｔｏｒ、　Ｄ　Ｂ　Ｒ）レーザや分布帰還型（Ｄｉｓｔ
ｒｉｂｕ−ｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ、　Ｄ　Ｆ　Ｂ　
）レーザのような単体素子に広く応用されている。

近時、著しい進展をみせている光フアイバ通信の分野に
おいて、単一波長で発振することができる光源が切望さ
れるようになり、例えばＤＢＲし・−ザやＤＦＢレーザ
等に大きな関心が寄せられている。ここで回折格子を有
するＤＦＢレーザは、通常の回折格子を備えていない半
導体レーザのようにへき開面からなる反射端面を本質的
に必要としないため、集積レーザとしても適している。

しかしながら、一般にＤＦＢレーザはブラック波長から
少しずれた対称な二つの波長で発振するという欠点を有
する。このため、回折格子の位相を途中でシフトさせて
いる。具体的には例えばλ／４（光の波長の１／４）だ
けシフトさせると丁度ブラック波長で鋭い共振が起こり
、単一発長で発振させることが実現できる。しかし、こ
のようなλ／４シフト型ＤＦＢレーザは単一波長発振を
実現できるという利点があるが、波長の線巾が太いとい
う欠点がある。この波長の線巾が太いという問題を解決
するレーザとして回折格子に位相シフトを３箇所有する
Ｍ　Ｐ　Ｓ　−Ｄ　Ｆ　Ｂ　（Ｍｕｌｔｉ　Ｐｈａｓｅ
　５ｈ−ｉｆｔｅｄ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅ
ｄｂａｃｋ）レーザが知られている。

本発明は、このようなレーザ等に用いられる位相シフト
を有する回折格子の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

以下、従来の位相シフトを有する回折格子の製造方法に
ついて図面を用いて具体的に説明する。

第４図〜第８図は従来の回折格子の製造方法を説明する
図であり、第４図は従来例の半導体レーザの構造を示す
断面図、第５図〜第８図は従来例の製造方法を説明する
図である。なお、第４図に示す図示例の位相シフトを３
つ有する回折格子を備えている半導体装置としで謔−Ｍ
　Ｐ　Ｓ　−Ｄ　Ｆ　Ｂレーザを例示している。

これらの図において、２１は例えばｎ−ＩｎＰからなる
基板、２２．２２ａ、２２ｂは回折格子、２３は例えば
ｎ−ｒｎＧａＡｓＰからなる光導波路層、２４は例えば
ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層、２５は例えばｐ−１ｎ
Ｐからなるクラッド層、２６は例えばｐ−１ｎＧａＡｓ
Ｐからなるコンタクト層、２７はｐ側電橿、２８はｎ側
電極、２９はレジスト膜、３０．３０ａ、３０ｂは例え
ば石英からなる位相シフトマスクで、位相シフトマスク
３０．３０ａには一段の段差が同じ高さで形成されてい
る。３１は例えばＨｅ−Ｃｄレーザによるレーザ光、３
２．３２ａは位相シフトで、位相シフト３２は回折格子
２２に形成されており、位相シフト３２ａは回折格子２
２ｂに形成されている。３３は２光束のレーザ光３１が
入射する入射面、３４は入射面３３に対する法線、３５
は２等分線、４１．４２．４３．４４はレジスト膜で、
レジスト膜４１は商品名が例えば０ＮＮＲ−２２でパタ
ーンを干渉させる機能を有するものであり、レジスト膜
４２．４３は分離膜として機能するものであり、レジス
ト膜４４はシフトさせる機能を有するものである。

なお、第４図に示すＭＰＳ−ＤＦＢレーザは通常回折格
子の位相シフトを３箇所有している０回折格子２２は基
板２１に形成されており、回折格子２２ａは位相シフト
マスク３０ａに形成されており、回折格子２２ｂは位相
シフトマスク３０ｂに形成されている。

従来、位相シフトの位相シフト量ψがπシフト（位相反
転型）以外で、位相シフト量ψが０くψ〈π、πくψく
２πという位相シフト量を有する回折格子の製造方法と
しては、位相シフトマスク法、位相シフト膜性、コヒー
レントコピー法あるいはＥＢ直接露光法が用いられてい
た。

まず、位相シフトマスク法による回折格子の製造方法に
ついて説明する。これは２光束干渉露光法である。

第５図（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザ光３１を平
面波で広げて、−様な段差（−段の段差で段差の高さが
等しい）を有する位相シフトマスク３０に斜めから入射
させて干渉させる。この時、位相シフトマスク３０の段
差は基板２１側に向いている。

そして、干渉により形成される干渉しまのパターンをレ
ジスト膜２９に露光し、レジスト膜２９に露光されたパ
ターンを基板２１に転写することにより、第４図に示す
ような回折格子２２を形成することができる。なお、こ
こでは、第５図（ｂ）に示す如く、干渉しまの位置をず
らして位相シフト３２を有する回折格子２２を形成して
いる。干渉しまの位置がずれるのは位相シフトマスク３
０内でレーザ光３１の平面波が屈折されることによって
曲げられるのである。

ここで、位相シフトが形成される原理について具体的に
説明する。

まず、第５図（ｂ）に示すように、２光束のレーザ光３
１をそれぞれ法線３４に対して異なる角度θ１、θ２で
入射させる。この時、法線３４と２等分線３５の角度差
をα７．２光束のレーザ光３１で決められる角度が２等
分線３５によって分けられる角度をθとすると、レーザ
光３１の法線３４に対する角度θ１、θ２は、 となる。そして、屈折率ｎの位相シフトマスク３０（石
英の場合１．４８）中に入射すると屈折して進行角が変
わる。屈折率ｎの物質がない場合（空気中）では干渉し
まは２光束のレーザ光３１の２等分線３５に沿って進み
、Ａ１の位置にくるが、この場合、屈折率ｎの物質があ
るので干渉しまは屈折してＡ２の位置にくる。屈折した
後のレーザ光３１のＡ２の基準線に対する角度をθ１１
、θ２．とすると、となる。したがって、干渉しまの位
置のずれＡ＋　Ａｚは Ａ、　Ａ、　＝Ｈ（Ｌ　ａ　ｎα、　−ｔ　ａ　ｎαｚ
　）　−・・・・・（３）となる。なお、Ｈは入射面３
３の段差の高さである。

次に、位相シフト膜性による製造方法について説明する
。

なお、ここでは、分離膜として機能するレジスト膜４２
をレジスト膜４１とレジス゛ト膜４３の間に形成してい
るのはレジスト膜４１とレジスト膜４３が表面に反応膜
を形成してしまうのを防止するために形成しているので
あり、レジスト膜４３をレジスト膜４２とレジスト膜４
４の間に形成しているのはレジスト膜４２とレジスト膜
４４が混じり合うのを防止するために形成しているので
ある。

レジスト膜４４が第６図に示す位相シフトマスク３０と
同様シフトさせるためのものであり、レジスト膜４１が
パターンを基板２１に転写するものである。

そして、第５図で説明した位相シフトマスク法と同様の
露光原理を用いることで位相シフトを有する回折格子を
形成することができる。

次に、コヒーレントコピー法による製造方法について説
明する。

第７図に示すように、位相シフトマスク３０ａにはレー
ザ光が入射される面に回折格子２２ａが予め形成されて
いる。そして、この回折格子２２ａが形成されている位
相シフトマスク３０ａを用い、１光束のレーザ光を入射
させ２光束（透過光と回折光）に分けて干渉させること
によって、第４図に示すような位相シフト３２を有する
回折格子２２を基板２１に形成することができる。

また、第８図に示すように、位相シフトマスク３０ｂに
はレーザ光が入射される面に位相シフト３２ａを有する
回折格子２２ｂが予め形成されている。

この位相シフ）３２ａを有する回折格子２２ｂが形成さ
れている位相シフトマスク３０ｂを用い、ｌ光束のレー
ザ光を入射させ２光束に分けて干渉させることによって
、第４図に示すような位相シフト３２を有する回折格子
２２を基板２１に形成することができる。なお、この位
相シフトマスク３０ｂには−様な段差は形成されていな
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような位相シフトマスク法、位相シ
フト膜性及びコヒーレントコピー法による従来の回折格
子の製造方法にあっては、第９図（ａ）に示すように、
上記従来法によって形成される回折格子５２の位相シフ
ト量はシフト位置において、基準格子５１ａ、５１ｂ（
基準となるように回折格子が精度よく形成されている）
を基準にとると、ψ、−φ（φに対して逆位相）、ψ（
あるいは−φ、φ、−ψ）というように回折格子の位相
シフト量が同−符号本ならず異符号となり交互となって
しまう、ここでは位相シフト量ψが具体的には回折格子
５２の点線部を基準にして、ψ（例えば２π／３）シフ
トでいる場合であり、即ち、基準格子５１ａのＡを基準
としてψシフトしている場合である。また、位相シフト
ｉｔ−ψは基準格子５１ｂのＢを基準にして−ψシフト
している場合である。したがって、上記従来法によると
、ψ、−ψ。

ψ（あるいは−ψ、ψ、−ψ）というように回折格子の
位相シフ）ｆｆｌが同一符号とならず異符号となり交互
になってしまい、特にＭＤＳ−ＤＦＢレーザ等にこのよ
うな回折格子５２を用いて構成すると本質的な特性に劣
化をきたしてしまうという問題があった。ψ、−ψ、ψ
という位相シフトを有する回折格子を備えているＭＤＳ
−ＤＦＢレーザ等が特性が良くないのは具体的には、単
一波長発振の歩留りが低下し、高出力動作時に単一発長
発振できずに多モード化し易（なってしまうのである。

上記特性劣化という問題を解決するためには、第９図（
ｂ）に示すように、回折格子５２の位相シフト量をψ、
ψ、ψ（あるいは−ψ、−ψ、−ψ）というように同符
号で同一（同一であるのが好ましいが、ψ１゜ψ２．ψ
コというように位相シフト量が異なっていても同符号で
あればよい）の値となるように構成すればよいことが知
られている。第９図（ｂ）に示す回折格子５２の位相シ
フｔ−ｉｔψは基準格子５１ａのＣ及び基準格子５１ｂ
のＤを基準にしてψシフトしている場合である。そして
、ψ。

ψ、ψというような同一符号の位相シフｔ−ｉｔを有す
る回折格子を実現する製造方法としては第１０図に示す
ように、コンピュータ制御Ｂ等により電子ビーム６１を
スキャンして露光するというＥＢ直接露光法を用いるこ
とによって解決することができるが、基板２１全面に回
折格子を均一に形成するには非常に時間がかかってしま
い面倒であるという問題があった。なお、第１０図にお
いて、６２は集束レンズである。

そこで本発明は、回折格子の位相シフトを良好に形成す
ることができ、素子特性を向上させることができ、かつ
短時間で安定に形成することができる回折格子の製造方
法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による回折格子の製造方法は上記目的達成のため
、ウェハに向かって順次近づくように設けられた複数段
の段差が位相シフトマスクに形成され、前記位相シフト
マスクを用い同一符号の位相シフト量となる位相シフト
パターンを形成するものである。

〔作用〕

本発明は、干渉露光用の位相シフトマスクがウェハと対
向するように配置され、複数段の段差がウェハに向かっ
て順次近づくように位相シフトマスクに形成され、位相
シフトマスクを用いウェハに位相シフトを有する回折格
子を形成する際、複数段の段−差の高さを適宜調整する
ことで同一符号の位相シフト量となる位相シフトが複数
個有するように適宜形成される。

したがって、従来法のように位相シフト量の符号が交互
（異符号）にならず同一符号の繰り返しとなり回折格子
の位相シフトを良好に形成することができるようになる
。そして、同一符号の位相シフト量となる位相シフトの
繰り返しを有する回折格子を備える半導体レーザ等を形
成すれば高出力動作時の単一波長発振が可能となり、素
子特性を向上させることができるようになる。また、電
子ビーム露光法を用いないで干渉露光方法により形成す
ることができるので、短時間で安定に形成することがで
きるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は本発明に係る回折格子の製造方法の
一実施例を説明する図であり、第１図は一実施例の製造
方法を説明する図、第２図は一実施例の位相シフトを有
する回折格子を説明する概略図である。

これらの図において、第４図〜第８図と同一符号は同一
または相当部分を示し、１は例えば石英からなる位相シ
フトマスク、２は基準面、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２
ｅ、２ｆは位相シフト？７＋。

り１に形成された段差、３は位相シフト、４は位相シフ
ト３が形成された回折格子である。

なおここでは、段差２Ｃ１２ｄは基準面２に対して一段
目の段差であり、段差２ｂ、２ｅは基準面２に対して２
段目の段差であり、段差２ａ、２ｆは基準面２に対して
３段目の段差である。段差は段差２ａ、段差２ｂ、段差
２Ｃというように基Ｆｉ２１に向かって順次近づくよう
に位相シフトマスクｌに形成されており、同様に段差２
ｒ、段差２ｅ、段差２ｄというように基板２１に向かっ
て順次近づくように位相シフトマスク１に形成されてい
る。第１図に示す位相シフトマスク１は一部分を抜き出
した例であり、同様に段差が基板２１に向かって順次近
づくように形成されている場合であれば３段のものを複
数組形成してもよい。

次に、その回折格子の製造方法について説明する。

従来の位相シフトマスクは段差が基準面に対して一様に
形成されており、−段の段差で段差の高さが等しくなる
ように形成していたが、ここでは第１図に示すように、
位相シフトマスク１は基準面２に対して３段の段差２ａ
、２ｂ、２ｃ及び３段の段差２ｄ、２ｅ、２ｒが形成さ
れている。そして、段差２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ
、２ｆの高さ（ｈ）は全て同じ場合である。なお、段差
はレーザの共振器内の位相シフトの数に応じて適宜形成
すればよい。以下、従来例でも説明したＭＰＳ−ＤＦＢ
レーザを形成している位相シフトを３箇所有する回折格
子を例に挙げて説明する。

具体的には、第１図に示すように、基準面２に対して３
段の段差２ａ、２ｂ、２Ｃと３段の段差２ｄ、２ｅ、２
ｒを有する位相シフトマスクｌを用い、この位相シフト
マスク１をレジスト膜２９が形成されている基板２１と
対向するように配置し、第５図で説明した従来の電光原
理と同様の２光束干渉露光法（非対称入射角露光ともい
う）を行うと、第２図に示すような位相シフト３を有す
る回折格子４を形成することができる。位相シフトｆｆ
ｌとしては基準面２に対して（φ、ψ、ψ）の位相シフ
ト量の組と（−ψ、−ψ、−ψ）の位相シフト量の組と
いうように同一シフｌ−１が３箇所続く位相シフトの組
ができる。そして、（ψ、ψ、ψ）と（−ψ、−φ、−
ψ）の位相シフト量の組は等価なので素子として形成す
る際は、第２図に示すψと−ψの中央のＫで切れば同一
デバイスを形成することができる。

すなわち、上記実施例は、第１図に示すように、干渉露
光用の位相シフトマスク１がレジスト膜２９が形成され
た基板２１と対向するように配置され、３段の段差が２
ａ、２ｂ、２Ｃ及び３段の段差２ｄ、２ｅ、２ｒが基板
２１に向かって順次近づくように位相シフトマスクｌに
形成されている。そして、この位相シフトマスクｌを用
い第２図に示すような位相シフト３を有する回折格子４
を形成する際、段差２ａ、２ｂ、２Ｃ１２ｄ、２ｅ、２
ｒの高さを同一高さとすることで同一符号で同一の位相
シフト量の組、即ち（ψ、ψ、ψ）と（−ψ。

ψ、−ψ）の位相シフト量の組となる位相シフトを３個
づつ有するように回折格子４に形成したので、従来法の
ように位相シフト量の符号がψ。

−ψ、ψというように交互（異符号）にならず、同一符
号の繰り返しにすることができ、位相シフトを良好に形
成することができる。そして、このような同一で同一符
号の位相シフト量となる位相シフトの繰り返しを有する
回折格子を備える半導体レーザ等を形成すれば高出力動
作時の単一波長発振が可能となり、素子特性を向上させ
ることができる。また、電子ビーム露光法を用いないで
干渉露光法により形成することができるので、短時間に
安定に形成することができる。

なお、上記実施例は、第１図に示すように、レーザ光３
１が入射される面には回折格子が形成されていない位相
シフトマスク１を用い、２光束のレーザ光３１を位相シ
フトマスク１に入射させて干渉露光を行う場合について
説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、第
３図に示すように、位相シフトマスクｌと同様、段差２
ａ、２ｂ、２Ｃ１２ｄ　ｓ　２　ｅ、２ｒを有する位相
シフトマスク１ａのレーザ光が入射される面に回折格子
４ａを予め形成したものを用いる場合であってもよく、
この場合−光束のレーザ光を入射させ２光束（透過光と
回折光）に分けて干渉露光を行えば上記実施例と同様な
位相シフトを有する回折格子を形成することができる。

上記実施例は、段差２ａ、２ｂ、２Ｃと段差２ｄ、２ｅ
、２ｆの３段づつの段差が基板２１に向かって順次近づ
くように位相シフトマスクｌに形成されている場合につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、？Ｊｊ数段の段差（例えば４段、５段）が基板２１
に向かって順次近づくように形成されている場合であれ
ばよい。

上記実施例は、段差２ａ、２ｂ、２Ｃ１２ｄ、２ｅ、２
ｆの高さを同一にすることで同一符号で同一の位相シフ
ト量となる位相シフトの組、即ち（ψ、ψ、ψ）と（−
ψ、−ψ、−ψ）の位相シフト量の組となる好ましい態
様の場合について説明したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、段差の高さを適宜調整することで同一
符号の位相シフト量となる位相シフトを複数個有するよ
うに形成する場合であればよく、例えば位相シフト量が
（ψ１．ψ２．ψ、）と（−ψ１．−ψ２．−ψ、）と
なるように異なる場合であってもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、回折格子の位相シフトを良好に形成す
ることができ、素子特性を向上させることができ、かつ
短時間で安定に形成することができるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る回折格子の製造方法の
一実施例を説明する図であり、第１図は一実施例の製造
力・缶等説明する図、第２図は一実施例の位相シフトを
有する回折格子を説明する概略図、 第３図は他の実施例の製造方法を説明する図、第４図〜
第８図は従来例の回折格子の製造方法を説明する図であ
り、 第４図は従来例の半導体レーザの構造を示す断面図、 第５図〜第８図は従来例の製造方法を説明する図、 第９図及び第１０図は従来例の課題を説明する図である
。 １・・・・・・位相シフトマスク、 ２・・・・・・基準面、 ｚ 従来例の半導体レーザの構造を示す断面図第　４　区 ３・・・・・・位相シフト、 ４・・・・・・回折格子、 ２１・・・・・・基板、 ２９・・・・・・レジスト膜。 （ｂ） −へベベー■ ベヘ 従来例の製造方法を説明する図 従来例の製造方法を説明する図 第７図 従来例の製造方法を説明する図 第８図 ［− （α） （ｂ） 従来例の課題を説明する図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ウェハに向かって順次近づくように設けられた複数段の
   段差が位相シフトマスクに形成され、前記位相シフトマ
   スクを用い同一符号の位相シフト量となる位相シフトパ
   ターンを形成することを特徴とする回折格子の製造方法
   。