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JP2876546B2 - Method of forming diffraction grating and semiconductor device using the same - Google Patents

Method of forming diffraction grating and semiconductor device using the same

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JP2876546B2
JP2876546B2 JP32824391A JP32824391A JP2876546B2 JP 2876546 B2 JP2876546 B2 JP 2876546B2 JP 32824391 A JP32824391 A JP 32824391A JP 32824391 A JP32824391 A JP 32824391A JP 2876546 B2 JP2876546 B2 JP 2876546B2
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Japan
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diffraction grating
etching
type
layer
forming
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宣明 大栗
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Canon Inc
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  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、回折格子の作成方法に
関し、特に位相シフト型回折格子を作成する為の作成方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a diffraction grating, and more particularly to a method for forming a phase shift type diffraction grating.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信用の光源として、レーザ共振器の
反射器に回折格子を用いた分布帰還型(DFB)レーザ
や分布ブラッグ反射型(DBR)レーザは、その安定な
動的単一モード特性から今日盛んに研究及び開発がなさ
れている。
2. Description of the Related Art As a light source for optical communication, a distributed feedback (DFB) laser or a distributed Bragg reflection (DBR) laser using a diffraction grating as a reflector of a laser resonator has a stable dynamic single mode. Due to its characteristics, research and development are being actively conducted today.

【0003】数年前には、これらの高い動的単一性の向
上を目的として、λ/4シフト型DFBレーザが開発さ
れた。λ/4シフト型DFBレーザは、ブラッグ波長に
完全に一致した1本の軸モードで発振する為、従来構造
で問題となっていた2軸モードで発振する素子は少なく
なった。
[0003] A few years ago, a λ / 4 shift DFB laser was developed to improve these high dynamic unity. Since the λ / 4 shift type DFB laser oscillates in one axis mode completely matching the Bragg wavelength, the number of elements oscillating in the two-axis mode, which has been a problem in the conventional structure, is reduced.

【0004】λ/4シフト効果を実現させるための構造
としては大きく分けると、次の2つの方法がある。 (1)回折格子の周期を途中でλ/4だけ位相をシフト
させる。 (2)導波路の伝搬定数を一部調整して等価的に光の位
相をシフトさせる。
The structure for realizing the λ / 4 shift effect can be roughly classified into the following two methods. (1) The phase is shifted by λ / 4 during the period of the diffraction grating. (2) Partially adjust the propagation constant of the waveguide to shift the phase of light equivalently.

【0005】このうち比較的簡単に実現できるのが、一
般的な回折格子の作成技術を応用して実現できる(1)
の方法である。従来より知られている位相シフト型回折
格子の作成方法としては、大きく分けて以下の5つの方
法が挙げられる。これら5つの方法について、図7〜図
11にその概略を示した。
[0005] Of these, relatively simple realization can be realized by applying a general diffraction grating preparation technique (1).
This is the method. Conventionally known methods for producing a phase shift type diffraction grating are roughly divided into the following five methods. The outlines of these five methods are shown in FIGS.

【0006】第1の方法は、最も簡単な電子ビームによ
る直接描画法である(図7)。第2の方法は、ポジ型レ
ジストとネガ型レジストの逆感光性を利用して干渉露光
を行う方法である(図8)。先ず、InP基板上にネガ
型レジストであるONNR、バッファ(干渉防止剤)で
あるOBC、ポジ型レジストであるAZを順に積層し、
ホトリソグラフィ法で露光、現像後AZ層の露光部を選
択的に除去し、これをエッチングマスクとしてエッチャ
ント(H2SO4)でパターニングし、残ったAZ層を除
去後、AZとPVA(感度防止用)を再び積層し、ホロ
グラフィック露光して位相シフトされた回折格子を作
る。第3の方法は、石英板に位相シフトに相当する段差
を設け、基板に密着させて干渉露光を行う方法である
(図9)。第4の方法は、位相シフトに相当する段差を
有する石英板を、位相マスクとして光学系に組み込んで
干渉露光を行う方法である(図10)。第5の方法は通
常の干渉露光を利用し、一部分をECR−CVD法によ
るSiNx膜を用いて基板に反転して転写する方法であ
る(図11)。
The first method is the simplest direct writing method using an electron beam (FIG. 7). The second method is a method of performing interference exposure using the reverse photosensitivity of a positive resist and a negative resist (FIG. 8). First, ONNR which is a negative resist, OBC which is a buffer (anti-interference agent), and AZ which is a positive resist are sequentially laminated on an InP substrate.
After exposure and development by photolithography, the exposed portion of the AZ layer is selectively removed, and using this as an etching mask, patterning is performed with an etchant (H 2 SO 4 ). After removing the remaining AZ layer, AZ and PVA (sensitivity prevention) are removed. Are again laminated and holographically exposed to produce a phase-shifted diffraction grating. The third method is a method in which a step corresponding to a phase shift is provided on a quartz plate, and the substrate is brought into close contact with the substrate to perform interference exposure (FIG. 9). The fourth method is a method in which a quartz plate having a step corresponding to a phase shift is incorporated into an optical system as a phase mask to perform interference exposure (FIG. 10). The fifth method is a method in which a part is inverted and transferred to a substrate using a SiN x film by ECR-CVD using ordinary interference exposure (FIG. 11).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、以
上述べた従来の位相シフト型回折格子の作製方法には、
夫々次の様な問題点がある。
However, the above-mentioned conventional methods of manufacturing a phase shift type diffraction grating include:
Each has the following problems.

【0008】即ち、第1の方法では、微細なパターンを
高精度に直接描画することが出来る反面、隣接する格子
間で生じる近接効果(格子間隔(例えば0.25μm)
と電子ビーム径(例えば0.1μm)や、レジストの塗
布された基板面での電子ビーム散乱による後方散乱の
為、0.3μm以下の周期をもつ回折格子を厚いレジス
ト、厚い基板の上に描画することは困難であり、更に、
スループットが悪い、歩留りが低下する等の問題があ
る。
That is, in the first method, a fine pattern can be directly drawn with high accuracy, but the proximity effect (grating interval (for example, 0.25 μm)) generated between adjacent gratings can be obtained.
A diffraction grating having a period of 0.3 μm or less is drawn on a thick resist or a thick substrate due to back scattering due to electron beam diameter (for example, 0.1 μm) and electron beam scattering on the substrate surface coated with the resist. It is difficult to do
There are problems such as low throughput and low yield.

【0009】第2の方法では、複雑な作成プロセスを必
要とし、感度の異なるポジレジスト、ネガレジストでの
露光条件或は現像条件の違いの為、条件の制御が難し
く、再現性に乏しく、歩留りが悪いという問題がある。
The second method requires a complicated preparation process, and it is difficult to control the conditions due to differences in exposure conditions or development conditions between positive resists and negative resists having different sensitivities, poor reproducibility, and low yield. There is a problem that is bad.

【0010】第3の方法では、コンタクトマスク(位相
マスク)の基板表面上に塗布されたフォトレジスト膜へ
の密着が十分でないと、干渉露光させる為に照射した光
束のフレネル回折により位相遷移領域が広がってしまう
という問題がある。
In the third method, if the contact mask (phase mask) is not sufficiently adhered to the photoresist film coated on the substrate surface, the phase transition region is formed by Fresnel diffraction of a light beam irradiated for interference exposure. There is a problem of spreading.

【0011】第4の方法では、位相シフトに相当する段
差を有する石英板である位相板を光学系の中に組み込ん
でこの位相シフターを斜め投影する為(2光束が斜めに
投影される試料面に結像する必要があるから斜め投影と
なる)、試料面上で収差を生じ、回折格子の形成面積が
制限されてしまうという問題がある。
In the fourth method, a phase plate, which is a quartz plate having a step corresponding to a phase shift, is incorporated in an optical system to project this phase shifter obliquely (a sample surface on which two light beams are obliquely projected). (Because it is necessary to form an image on the sample, the projection becomes oblique.) There is a problem that an aberration is generated on the sample surface, and the formation area of the diffraction grating is limited.

【0012】第5の方法では、レジスト上と基板上での
SiNx膜のエッチング条件の制御が難しく、又、基板
のエッチングを2回行わねばならず、その際の条件の制
御により形状の不揃い、深さ寸法精度にバラツキが生じ
るという問題があった。
In the fifth method, it is difficult to control the etching conditions of the SiN x film on the resist and the substrate, and it is necessary to perform the etching of the substrate twice. However, there is a problem that the dimensional accuracy of the depth varies.

【0013】従って、本発明の目的は、これらの従来技
術の位相シフト型回折格子の作製方法における問題点を
解決し、簡単な作製方法で基板上に位相シフト型の回折
格子を形成し、しかも、回折効率による実モニター観察
を行ない、確実な形成によるパターン寸法精度及びパタ
ーン形状、深さの安定性、制御性の向上が達成され、且
つ深い溝の回折格子を得ることの出来る優れた回折格子
の作製方法およびこれを用いた半導体デバイスを提供す
ることにある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve these problems in the prior art method of manufacturing a phase shift type diffraction grating, and to form a phase shift type diffraction grating on a substrate by a simple manufacturing method. An excellent diffraction grating that performs actual monitor observation by diffraction efficiency, achieves pattern dimensional accuracy and pattern shape, depth stability, and controllability by reliable formation, and can obtain a diffraction grating with deep grooves. And a semiconductor device using the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、基準となる周
期を有する回折格子を形成し、この回折格子を格子材料
と異なる異種材料で被覆した後、前記異種材料と格子形
成材料とを同時にエッチングする工程を含むエッチング
によって初期の周期とは正反転した周期を有する回折格
子を形成することを特徴としている。
According to the present invention, a diffraction grating having a reference period is formed, and the diffraction grating is coated with a different material different from the grating material. It is characterized in that a diffraction grating having a period that is positively inverted from the initial period is formed by etching including an etching step.

【0015】さらには、基準となる周期を有する回折格
子を形成する領域と位相が逆転する領域とで段差を設
け、段差領域を含む基板全体に二光束干渉露光により回
折格子を形成し、段差領域の両側で異なる膜厚となるよ
うに回折格子材料と異なる異種材料で被覆した後、異種
材料と格子形成材料とを、同時にエッチングすることに
より反転周期回折格子を形成することを特徴とする。ま
た、以上の回折格子の形成方法によって形成した回折格
子を具備することを特徴とした半導体装置ないしデバイ
スを提供する。
Further, a step is provided between a region where a diffraction grating having a reference period is formed and a region where the phase is reversed, and a diffraction grating is formed on the entire substrate including the step region by two-beam interference exposure. Is characterized in that, after coating with a different material different from the diffraction grating material so as to have different film thicknesses on both sides, the inverted material is formed by simultaneously etching the different material and the grating forming material. Further, the present invention provides a semiconductor device or device including a diffraction grating formed by the above-described method for forming a diffraction grating.

【0016】[0016]

【実施例】実施例1 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。図1、
図2、および図3は、本発明の回折格子の作製方法を示
す工程概略図である。
Embodiment 1 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 1,
2 and 3 are process schematic diagrams showing a method for producing a diffraction grating of the present invention.

【0017】先ず初めに、例えば、基板1として半導体
を用い、界面活性剤によりこれを洗浄し、続いて有機溶
剤による超音波洗浄を2〜3回繰り返した後、N2ブロ
ーで乾燥し、200℃で30分間の熱処理を行う。
[0017] First of all, for example, using the semiconductor as a substrate 1, which was washed with detergent, followed after repeated ultrasonic cleaning with an organic solvent 2-3 times, and dried with N 2 blowing, 200 Heat treatment at 30 ° C. for 30 minutes.

【0018】次に、通常のフォトリソグラフィー用のポ
ジ型フォトレジスト(商品名AZ−1370:ヘキスト
社製)を基板の全体に塗布し、ポジ型フォトレジスト層
2を基板1上に形成した後、90℃で25分間の乾燥を
行う(図1(a))。
Next, a positive photoresist for ordinary photolithography (trade name: AZ-1370: manufactured by Hoechst) is applied to the entire substrate, and a positive photoresist layer 2 is formed on the substrate 1. Drying is performed at 90 ° C. for 25 minutes (FIG. 1A).

【0019】次に、位相領域及び位相シフト領域を形成
する為に、通常のフォトリソグラフィー技術を用いてフ
ォトマスクによりマスク露光する。続いて、ポジ型フォ
トレジスト層2の専用現像液とイオン交換水により、順
次、現像及びリンスを行い、レジストパターン3を形成
する(図1(b))。
Next, in order to form a phase region and a phase shift region, mask exposure is performed by a photomask using a normal photolithography technique. Subsequently, development and rinsing are sequentially performed with a dedicated developer for the positive photoresist layer 2 and ion-exchanged water to form a resist pattern 3 (FIG. 1B).

【0020】続いて、上記の方法により形成されたレジ
ストパターン3をエッチングマスクとして用い、半導体
基板1に、ウエット或はドライエッチングを行い、パタ
ーン転写する。(図1(c))この際のエッチング深さ
は好ましくは所望の回折格子深さと同じであるか、それ
より深めの方が望ましい。更に、上記のエッチングマス
クを除去して、位相領域及び位相シフト領域を形成する
ためのパターンを得る(図1(d))。
Subsequently, using the resist pattern 3 formed by the above method as an etching mask, wet or dry etching is performed on the semiconductor substrate 1 to transfer the pattern. (FIG. 1 (c)) At this time, the etching depth is preferably the same as the desired diffraction grating depth or more preferably. Further, the etching mask is removed to obtain a pattern for forming a phase region and a phase shift region (FIG. 1D).

【0021】次に、干渉露光用のポジ型フォトレジスト
(商品名マイクロポジット−1400−17:シプレー
社製)を所望に希釈したものを、基板1の全面に塗布
し、ポジ型フォトレジスト層6を基板1上に形成した
後、80℃で20分間の乾燥を行う。この際、形成され
るポジ型フォトレジスト層6の厚さは、600〜800
Å位が適当である。
Then, a positive photoresist (trade name: Microposit-1400-17: manufactured by Shipley Co.) for interference exposure is desirably applied to the entire surface of the substrate 1 to form a positive photoresist layer 6. Is formed on the substrate 1 and then dried at 80 ° C. for 20 minutes. At this time, the thickness of the formed positive photoresist layer 6 is 600 to 800.
Å position is appropriate.

【0022】続いて、He−Cdレーザ(λ=325n
m)を十分に平行光線として、2つのレーザビーム4,
5に分けて二方向(図示例では、垂線に対してθの角度
を成す二方向)から照射して干渉縞を作ってポジ型フォ
トレジスト層6を周期的に露光する。(図2(e))そ
の後、ポジ型フォトレジスト層6の専用現像液(商品名
マイクロポジット450デベロッパー:シプレー社製)
で現像を行う。この結果、二光束干渉露光により生じた
干渉縞の強度分布による感光度合に応じたポジ型フォト
レジストの回折格子パターン7が基板1上に形成される
(図2(f))。
Subsequently, a He-Cd laser (λ = 325 n
m) as sufficiently parallel rays, the two laser beams 4,
The positive photoresist layer 6 is periodically exposed by irradiating the positive photoresist layer 6 in two directions (in the illustrated example, two directions forming an angle of θ with respect to the perpendicular) in the illustrated example. (FIG. 2 (e)) Thereafter, a dedicated developer for the positive photoresist layer 6 (trade name: Microposit 450 Developer: Shipley Co., Ltd.)
And develop. As a result, a diffraction grating pattern 7 of a positive type photoresist is formed on the substrate 1 in accordance with the degree of sensitivity based on the intensity distribution of the interference fringes generated by the two-beam interference exposure (FIG. 2F).

【0023】続いて、上記ポジ型フォトレジストの回折
格子パターン7をエッチングマスクとして、半導体基板
1を、ウエットエッチングならば例えばH3PO4系やN
4OH系のエッチング液を用いて、ドライエッチング
ならばCl2系のガスを用いてエッチングを行い、そし
てエッチングマスク層を除去することにより、半導体の
回折格子8を基板1上に得る(図2(g))。
Subsequently, using the diffraction grating pattern 7 of the positive type photoresist as an etching mask, the semiconductor substrate 1 is wet-etched, for example, H 3 PO 4 -based or N-type.
The semiconductor diffraction grating 8 is obtained on the substrate 1 by performing etching using an H 4 OH-based etchant and, in the case of dry etching, using a Cl 2 -based gas, and removing the etching mask layer (FIG. 2 (g)).

【0024】次は、半導体の回折格子8の位相とは異な
る逆位相の位相シフト回折格子の作成工程である。初め
に、半導体回折格子8のある基板1に、有機溶剤による
超音波洗浄を2〜3回繰り返し施した後、N2ブローで
乾燥し、90℃で30分の熱処理をこれに行う。続い
て、エッチングマスク層9として、ホトレジスト(商品
名AZ−1350J:ヘキスト社製)を所望の値に希釈
したものを半導体基板1に全面に塗布形成し、これに対
して80℃で20分の乾燥を行う。この際、形成される
フォトレジスト膜厚は、図1(a)〜(d)で行った位
相領域と位相シフト領域を形成するための段差、フォト
レジストの粘度およびスピナーによる塗布回転数の制御
により、位相シフト回折格子を形成する領域の膜厚は極
力薄く、位相回折格子を形成する領域の膜厚は極力厚く
なっている(図2(h))。
Next, there will be described a step of forming a phase shift diffraction grating having a phase opposite to the phase of the semiconductor diffraction grating 8. First, the substrate 1 having the semiconductor diffraction grating 8 is repeatedly subjected to ultrasonic cleaning with an organic solvent two to three times, dried by N 2 blow, and subjected to a heat treatment at 90 ° C. for 30 minutes. Subsequently, a photoresist (trade name: AZ-1350J: manufactured by Hoechst) diluted to a desired value is applied to the entire surface of the semiconductor substrate 1 as the etching mask layer 9, and the etching mask layer 9 is formed at 80 ° C. for 20 minutes. Perform drying. At this time, the thickness of the photoresist to be formed is controlled by controlling the steps for forming the phase region and the phase shift region, the viscosity of the photoresist, and the number of rotations of the coating by the spinner performed in FIGS. The thickness of the region where the phase shift diffraction grating is formed is as small as possible, and the thickness of the region where the phase shift diffraction grating is formed is as large as possible (FIG. 2 (h)).

【0025】次に、Cl2ガスによるリアクティブイオ
ンビームエッチング(RIBE)を用いたドライエッチ
ングにより適正時間、エッチングを行う。この時の条件
は、致達真空度2.0×10-6Torr、Cl2流量1
5SCCM、エッチング圧力7.5×10-4Torr〜
1.5×10-3Torr、イオン引出電圧400Vであ
り、このエッチング条件での半導体基板1のエッチング
レートは1600Å/minであり、レジストマスク
(エッチングマスク)9との選択比は、ほぼ4:1であ
った。
Next, etching is performed for an appropriate time by dry etching using reactive ion beam etching (RIBE) using Cl 2 gas. The conditions at this time were as follows: ultimate vacuum 2.0 × 10 −6 Torr, Cl 2 flow rate 1
5 SCCM, etching pressure 7.5 × 10 -4 Torr ~
The etching rate of the semiconductor substrate 1 under this etching condition is 1.5 × 10 −3 Torr, the ion extraction voltage is 400 V, and the selectivity with the resist mask (etching mask) 9 is approximately 4: 4. It was one.

【0026】上記のエッチングにおいては、エッチング
過程で、全面に塗布形成されたエッチングマスク層9が
最初にエッチングされて減っていき(図2(h)、
(i)参照)、下の半導体基板1が露出したところで、
エッチングマスク層9と半導体基板1との選択比(エッ
チング速度の比)により、このエッチングマスク層9と
半導体基板1の境でエッチングレートの律速が起こり、
独特のエッチングが進行する(図2(i)、図3
(j)、(k)、(l)参照)。
In the above-mentioned etching, the etching mask layer 9 applied and formed on the entire surface is first etched and reduced during the etching process (FIG. 2H).
(See (i)), when the lower semiconductor substrate 1 is exposed,
Depending on the selectivity (ratio of the etching rate) between the etching mask layer 9 and the semiconductor substrate 1, the etching rate is determined at the boundary between the etching mask layer 9 and the semiconductor substrate 1,
Unique etching proceeds (FIG. 2 (i), FIG. 3)
(See (j), (k) and (l)).

【0027】ここで図1乃至図3、および図4を用い
て、上記エッチングの終点検出について説明する。
The detection of the end point of the etching will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIG.

【0028】すなわち、半導体回折格子8の基板1上に
エッチングマスク層9としてフォトレジストを全面に塗
布形成し、この基板1に所定のレーザ光線を照射する。
照射されたレーザ光は、基板1の回折格子によって、回
折光を生ずる。この回折光の強度をモニターしながらエ
ッチングを行って検出することができる。回折光強度
は、エッチングの進行、すなわち元の位相から反転位相
を形成する過程において、図4に示すように回折光強度
は低くなり、最小となったところより最大となるまでが
反転位相の回折格子を形成する過程であり、最大となる
時を終点とし検出することにより制御ができる。
That is, a photoresist is applied and formed as an etching mask layer 9 on the entire surface of the substrate 1 of the semiconductor diffraction grating 8, and the substrate 1 is irradiated with a predetermined laser beam.
The irradiated laser light generates diffracted light by the diffraction grating of the substrate 1. It can be detected by performing etching while monitoring the intensity of the diffracted light. In the process of etching, that is, in the process of forming an inverted phase from the original phase, the intensity of the diffracted light decreases as shown in FIG. This is a process of forming a lattice, and can be controlled by detecting the maximum time as the end point.

【0029】図4に、図2(h)、(i)、図3(j)
〜(l)の反転位相回折格子を形成するときの過程にお
ける回折光強度の対応を示した。こうして、初めに作成
した半導体の回折格子8の位相と反転した位相を持つ位
相シフト回折格子10が形成される。
FIG. 4 shows FIGS. 2 (h), (i) and 3 (j).
(L) shows the correspondence of the diffracted light intensity in the process of forming the inverted phase diffraction grating. Thus, a phase shift diffraction grating 10 having a phase inverted from the phase of the semiconductor diffraction grating 8 created first is formed.

【0030】最後に、残存している位相領域のエッチン
グマスク層9を除去して、半導体基板1に所望の位相シ
フト回折格子10を得る(図3(m))。
Finally, the remaining etching mask layer 9 in the phase region is removed to obtain a desired phase shift diffraction grating 10 on the semiconductor substrate 1 (FIG. 3 (m)).

【0031】以上の如く、本実施例では従来技術のホロ
グラフィック干渉法で得た回折格子8にフォトレジスト
を全面塗布し、これに露光、現像することなくそのまま
ドライエッチングを施すと言う、簡単な方法で、位相シ
フト型(初めの回折格子の位相の反転位相)の回折格子
を精度良く安定して得ることができる。
As described above, in the present embodiment, a simple method is used in which a photoresist is applied to the entire surface of the diffraction grating 8 obtained by the conventional holographic interference method, and dry etching is performed on the entire surface without exposure and development. According to the method, a phase shift type diffraction grating (a phase inversion of the initial diffraction grating) can be obtained accurately and stably.

【0032】こうして、精度、安定性良く、例えばDF
Bレーザ用などに位相シフト型回折格子を作製でき、均
一な回折格子構造を持つ従来のDFBレーザで見られた
2モード発振するような素子の歩留り低下の克服を可能
にした。
Thus, the accuracy and stability are good, for example, DF
A phase shift type diffraction grating can be manufactured for a B-laser or the like, and it has been possible to overcome a decrease in the yield of an element that oscillates in two modes, which was observed in a conventional DFB laser having a uniform diffraction grating structure.

【0033】実施例2 以下、本発明の第2実施例について説明する。図5は、
本発明をリッジ型DFB半導体レーザに適用した時の作
製方法を示す説明図である。
Embodiment 2 Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. FIG.
It is explanatory drawing which shows the manufacturing method when this invention is applied to a ridge type DFB semiconductor laser.

【0034】例えば、分子線エピタキシー(MBE)装
置などで、n型GaAs基板11上に、n型GaAsバ
ッファ層12(厚さ0.5μm)、n型AlGaAsク
ラッド層13(厚さ1.5μm)、活性層14(AlG
aAsMQW、AlGaAsバルク、GaAsバルクな
ど:厚さ0.1μm)、p型AlGaAsバリア層15
(厚さ0.1μm)、p型AlGaAs光ガイド層16
(厚さ0.2μm)をこの順にエピタキシャル成長す
る。
For example, an n-type GaAs buffer layer 12 (thickness 0.5 μm) and an n-type AlGaAs cladding layer 13 (thickness 1.5 μm) are formed on an n-type GaAs substrate 11 by a molecular beam epitaxy (MBE) apparatus or the like. , Active layer 14 (AlG
aAs MQW, AlGaAs bulk, GaAs bulk, etc .: thickness 0.1 μm), p-type AlGaAs barrier layer 15
(Thickness: 0.1 μm), p-type AlGaAs light guide layer 16
(Thickness: 0.2 μm) is epitaxially grown in this order.

【0035】次に、このp型AlGaAs光ガイド層1
6上に,図1(a)〜(d)、図2(e)〜(i)、図
3(j)〜(m)の工程に従い、所望のピッチの位相シ
フト型回折格子17を形成する。
Next, the p-type AlGaAs light guide layer 1
1 (a) to (d), FIGS. 2 (e) to (i), and FIGS. 3 (j) to (m), a phase shift type diffraction grating 17 having a desired pitch is formed on the substrate 6. .

【0036】続いて、例えば液相成長法により、位相シ
フト型回折格子17を形成したp型AlGaAs光ガイ
ド層16上に、p型AlGaAsクラッド層18(厚さ
1.5μm)、p型GaAsキャップ層19(厚さ0.
3μm)をこの順に、再度、エピタキシャル成長する。
Subsequently, a p-type AlGaAs cladding layer 18 (1.5 μm thick) and a p-type GaAs cap are formed on the p-type AlGaAs optical guide layer 16 on which the phase shift type diffraction grating 17 is formed by, for example, a liquid phase growth method. Layer 19 (thickness 0.
3 μm) is again epitaxially grown in this order.

【0037】次に、フォトリソグラフィーによりリッジ
のパターニングを行った後、エッチングを行い、プラズ
マCVD法により窒化シリコン膜20を形成し、リッジ
の頂き部のみをエッチングして注入域とした。リッジの
幅、すなわち注入域は3.0μmである。続いて、n型
電極21、及びp型電極22を蒸着形成し、ヘキ開によ
り共振器面を形成する。さらに,両共振器面に無反射コ
ートを施して、位相シフト型回折格子構造を有するリッ
ジ型DFBレーザを得る。
Next, after patterning the ridge by photolithography, etching is performed, a silicon nitride film 20 is formed by plasma CVD, and only the ridge of the ridge is etched to form an implantation region. The width of the ridge, that is, the implantation area is 3.0 μm. Subsequently, an n-type electrode 21 and a p-type electrode 22 are formed by vapor deposition, and a cavity surface is formed by cleaving. Further, antireflection coating is applied to both resonator surfaces to obtain a ridge type DFB laser having a phase shift type diffraction grating structure.

【0038】本第2実施例による位相シフト型回折格子
構造を有するリッジ型DFBレーザは、位相シフトのな
い均一な回折格子構造を有するリッジ型DFBレーザに
比べ2モード発振する素子を低減することができ、単一
モード性を向上させる。また、素子のしきい値電流の低
下が可能となった。
The ridge type DFB laser having the phase shift type diffraction grating structure according to the second embodiment can reduce the number of elements that oscillate in two modes compared to the ridge type DFB laser having a uniform diffraction grating structure without phase shift. It can improve single mode characteristics. Further, the threshold current of the element can be reduced.

【0039】実施例3 以下、本発明の第3実施例について説明する。図6は、
本発明をBH型DFB半導体レーザに適用した時の作製
方法を示す説明図である。
Embodiment 3 Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. FIG.
It is explanatory drawing which shows the manufacturing method when this invention is applied to a BH type DFB semiconductor laser.

【0040】例えば、MBE装置などで、n型GaAs
基板23上に、n型AlGaAsクラッド層24(厚さ
1.5μm)、活性層25(AlGaAsMQW、Al
GaAsバルク、GaAsバルクなど:厚さ0.1μ
m)、p型AlGaAsキャリアブロック層26(厚さ
0.05μm)、p型AlGaAs光ガイド層27(厚
さ0.2μm)の順にエピタキシャル成長する。
For example, n-type GaAs is used in an MBE device or the like.
An n-type AlGaAs cladding layer 24 (thickness 1.5 μm) and an active layer 25 (AlGaAs MQW, Al
GaAs bulk, GaAs bulk, etc .: thickness 0.1μ
m), a p-type AlGaAs carrier block layer 26 (thickness 0.05 μm), and a p-type AlGaAs light guide layer 27 (thickness 0.2 μm) are epitaxially grown in this order.

【0041】次に、上記p型AlGaAs光ガイド層2
7上に,本発明の図1(a)〜(d)、図2(e)〜
(i)、図3(j)〜(m)の工程に従い所望のピッチ
の位相シフト型回折格子28を形成する。
Next, the p-type AlGaAs light guide layer 2
7, and FIGS. 1 (a) to 1 (d) and FIGS.
(I) A phase-shifting diffraction grating 28 having a desired pitch is formed in accordance with the steps shown in FIGS.

【0042】続いて、例えば液相成長法により、位相シ
フト型回折格子28を形成したp型AlGaAs光ガイ
ド層27上にp型AlGaAsクラッド層29(厚さ
1.5μm)、p型AlGaAsキャップ層30(厚さ
0.3μm)の順にエピタキシャル成長させる。
Subsequently, a p-type AlGaAs cladding layer 29 (1.5 μm thick) and a p-type AlGaAs cap layer are formed on the p-type AlGaAs optical guide layer 27 on which the phase shift type diffraction grating 28 has been formed by, for example, liquid phase growth method. Epitaxial growth is performed in the order of 30 (thickness: 0.3 μm).

【0043】次に、フォトリソグラフィーにより、中央
部で幅2.0μm程度のストライプをパターニングし、
n−GaAs基板23までエッチングを行いストライプ
状のエピタキシャル成長層を残し、他の部分を完全に除
去する。
Next, a stripe having a width of about 2.0 μm is patterned at the center by photolithography.
Etching is performed up to the n-GaAs substrate 23, leaving a stripe-shaped epitaxial growth layer, and completely removing other portions.

【0044】続いて、再度、選択エピタキシャル成長法
でエピタキシャル成長層を除去した部分に、p型AlG
aAs埋め込み層31(厚さ2.0μm)、n型AlG
aAs埋め込み層32(厚さ2.0μm)の順に成長す
る。続いて、n型電極33及びp型電極34を蒸着形成
し、ヘキ開により共振器面を形成する。さらに、両共振
器面に無反射コートを施して、位相シフト型回折格子構
造を有する埋め込み型DFBレーザを得る。
Subsequently, the p-type AlG was added again to the portion where the epitaxial growth layer was removed by the selective epitaxial growth method.
aAs buried layer 31 (2.0 μm thick), n-type AlG
It grows in the order of the aAs buried layer 32 (2.0 μm in thickness). Subsequently, an n-type electrode 33 and a p-type electrode 34 are formed by vapor deposition, and a cavity surface is formed by cleaving. Further, antireflection coating is applied to both resonator surfaces to obtain an embedded DFB laser having a phase shift type diffraction grating structure.

【0045】本第3実施例による位相シフト型回折格子
構造を有する埋め込み型DFBレーザは,位相シフトの
ない均一な回折格子構造を有する埋め込み型DFBレー
ザに比べ2モード発振する素子を低減することができ、
単一モード性を向上させる。また、素子のしきい値電流
の低下が可能となった。
The embedded DFB laser having the phase shift type diffraction grating structure according to the third embodiment can reduce the number of elements that oscillate in two modes compared with the embedded DFB laser having the uniform diffraction grating structure without phase shift. Can,
Improve unimodality. Further, the threshold current of the element can be reduced.

【0046】他の実施例 以上、本発明を実施例に基づき説明したが本発明は第1
〜第3実施例のみに限定されるものではなく、例えば第
1実施例で用いた半導体の回折格子8の形状は3角形を
用いたが、矩形、台形等でもよく,最終的に求められる
仕様に応じて定めれば良く、形成方法も本質的に同じで
ある。また、上記実施例では位相シフト回折格子10の
エッチングマスク層として、フォトレジストを用いた
が、例えばSiO2やSi34膜の酸化膜や窒化膜、ま
た金属材料でも良い。要するに、ドライエッチング時の
エッチング条件に応じて材料を決めれば良い。基板につ
いても、半導体基板1に限らず、ガラス、光学ガラスな
どでも良い。
Other Embodiments Although the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the first embodiment.
The present invention is not limited to the third embodiment. For example, the semiconductor diffraction grating 8 used in the first embodiment has a triangular shape, but may have a rectangular shape or a trapezoidal shape. And the forming method is essentially the same. In the above embodiment, a photoresist is used as the etching mask layer of the phase shift diffraction grating 10. However, for example, an oxide film or a nitride film of a SiO 2 or Si 3 N 4 film, or a metal material may be used. In short, the material may be determined according to the etching conditions at the time of dry etching. The substrate is not limited to the semiconductor substrate 1, but may be glass, optical glass, or the like.

【0047】更に、位相シフト回折格子10のエッチン
グ法において、リアクティブイオンビームエッチング
(RIBE)を用いたが、スパッタエッチング、イオン
ミリング、リアクティブイオンエッチング(RIE)な
どでも良く、エッチングガスもCl2に限定されず材料
とエッチングの諸条件に合わせて選べば良い。
Furthermore, reactive ion beam etching (RIBE) is used in the etching method of the phase shift diffraction grating 10, but sputter etching, ion milling, reactive ion etching (RIE), etc. may be used, and the etching gas is Cl 2. The selection is not limited to this, and may be selected according to the material and various etching conditions.

【0048】加えて、第2、第3実施例において、本発
明をリッジ型DFBレーザ、埋め込み型DFBBレーザ
に適用しているが、これに限定されることなく、DBR
レーザや、フィルター結合器等の光素子に広く適用が可
能である。
In addition, in the second and third embodiments, the present invention is applied to the ridge type DFB laser and the buried type DFBB laser. However, the present invention is not limited to this.
It can be widely applied to optical devices such as lasers and filter couplers.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の方法で形成された半導体回折格子を形成した後、
これにフォトレジストなどの異種材料を全面塗布し、こ
れをそのままドライエッチングなどでエッチングして位
相の反転した位相シフト型回折格子を形成するので、
(1)簡単な作成方法で作成できる、(2)パターンの
寸法精度、形状の安定性が向上する、(3)遷移領域を
短くできる、(4)回折格子の深さの制御性が向上す
る。
As described above, according to the present invention,
After forming the semiconductor diffraction grating formed by the conventional method,
A different material such as photoresist is coated on the whole surface, and this is etched as it is by dry etching to form a phase shift type diffraction grating with inverted phase.
(1) It can be created by a simple creation method, (2) The dimensional accuracy and shape stability of the pattern are improved, (3) The transition region can be shortened, and (4) The controllability of the depth of the diffraction grating is improved. .

【0050】よって、DFB等のレーザやフィルタ等の
光素子の特性を向上させることができる。
Therefore, it is possible to improve the characteristics of an optical element such as a laser such as a DFB or a filter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の工程を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例の工程を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the steps of the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例の工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the steps of the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例の終点検出法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an end point detection method according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明を第2実施例に適用したDFBレーザの
作製方法を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing a method of manufacturing a DFB laser in which the present invention is applied to a second embodiment.

【図6】本発明を第3実施例に適用したDFBレーザの
作製方法を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view showing a method of manufacturing a DFB laser in which the present invention is applied to a third embodiment.

【図7】従来の回折格子の作製方法を示す構成図であ
る。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional method for manufacturing a diffraction grating.

【図8】従来の回折格子の作製方法を示す工程断面図で
ある。
FIG. 8 is a process cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing a diffraction grating.

【図9】従来の回折格子の作製方法を示す構成図であ
る。
FIG. 9 is a configuration diagram showing a conventional method for manufacturing a diffraction grating.

【図10】従来の回折格子の作製方法を示す構成図であ
る。
FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional method for manufacturing a diffraction grating.

【図11】従来の回折格子の作製方法を示す工程断面図
である。
FIG. 11 is a process sectional view illustrating a conventional method for manufacturing a diffraction grating.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……基板 2,6……フォトレジスト層 3……レジストパターン 4,5……レーザビーム 7……回折格子パターン 8……半導体の回折格子 9……エッチングマスク層 10,17,28……位相シフト回折格子 11,23……n型GaAs基板 12……n型GaAsバッファ層 13,24……n型AlGaAsクラッド層 14,25……活性層 15……p型AlGaAsバリア層 16,27……p型AlGaAs光ガイド層 18,29……p型AlGaAsクラッド層 19……p型GaAsキャップ層 20……窒化シリコン膜 21,33……n型電極 22,34……p型電極 26……p型AlGaAsキャリアブロック層 30……p型AlGaAsキャップ層 31……p型AlGaAs埋め込み層 32……n型AlGaAs埋め込み層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2, 6 ... Photoresist layer 3 ... Resist pattern 4, 5 ... Laser beam 7 ... Diffraction grating pattern 8 ... Semiconductor diffraction grating 9 ... Etching mask layer 10, 17, 28 ... Phase shift diffraction grating 11, 23 n-type GaAs substrate 12 n-type GaAs buffer layer 13, 24 n-type AlGaAs cladding layer 14, 25 active layer 15 p-type AlGaAs barrier layer 16, 27 ... P-type AlGaAs optical guide layer 18, 29 p-type AlGaAs cladding layer 19 p-type GaAs cap layer 20 silicon nitride film 21, 33 n-type electrode 22, 34 p-type electrode 26 p-type AlGaAs carrier block layer 30 p-type AlGaAs cap layer 31 p-type AlGaAs buried layer 32 n-type AlGaAs buried Embedding layer

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基準となる周期を有する回折格子を基板
に形成し、この回折格子を格子材料と異なる異種材料で
被覆した後、前記異種材料と格子形成材料とを同時にエ
ッチングする工程を含むエッチングによって初期の周期
とは正反転した周期を有する回折格子を形成する方法。
1. An etching method comprising: forming a diffraction grating having a reference period on a substrate; coating the diffraction grating with a different material different from the grating material; and simultaneously etching the different material and the grating forming material. A method of forming a diffraction grating having a period that is periodically inverted from the initial period.
【請求項2】 基準となる周期を有する回折格子を形成
する領域と位相が逆転する領域とで段差を設け、段差領
域を含む基板全体に二光束干渉露光により回折格子を形
成し、段差領域の両側で異なる膜厚となるように回折格
子材料と異なる異種材料で回折格子を被覆した後、異種
材料と格子形成材料とを、同時にエッチングすることに
より反転周期回折格子を形成することを含む請求項1記
載の回折格子を形成する方法。
2. A step is provided between a region where a diffraction grating having a reference period is formed and a region where the phase is reversed, and a diffraction grating is formed on the entire substrate including the step region by two-beam interference exposure. After coating the diffraction grating with a different material different from the diffraction grating material so as to have different film thicknesses on both sides, forming the inverted periodic diffraction grating by simultaneously etching the different material and the grating forming material. 2. A method for forming the diffraction grating according to 1.
【請求項3】 請求項1または2に記載の回折格子の形
成方法によって形成した回折格子を具備することを特徴
とした半導体装置。
3. A semiconductor device comprising a diffraction grating formed by the method of forming a diffraction grating according to claim 1.
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