JPH06209143A - Manufacture of diffraction grating - Google Patents
Manufacture of diffraction gratingInfo
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- JPH06209143A JPH06209143A JP1955693A JP1955693A JPH06209143A JP H06209143 A JPH06209143 A JP H06209143A JP 1955693 A JP1955693 A JP 1955693A JP 1955693 A JP1955693 A JP 1955693A JP H06209143 A JPH06209143 A JP H06209143A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回折格子の深さを精度よく制御できる回折格
子の製造方法を提供する。
【構成】 特定の結晶面方位を有する第1半導体2面上
に、第2半導体からなる半導体層3を積層し、次いで、
前記第2半導体からなる半導体層3上に特定方向に回折
格子形成用のエッチング用マスク5を形成し、次いで、
前記第1および第2半導体の特定の結晶面においてエッ
チング速度が停止するエッチャントを用いて、前記第2
半導体からなる半導体層3および第1半導体2をエッチ
ングし、次いで、第2半導体からなる半導体層4を積層
する工程を設ける。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a method of manufacturing a diffraction grating capable of controlling the depth of the diffraction grating with high accuracy. [Structure] A semiconductor layer 3 made of a second semiconductor is laminated on a surface of a first semiconductor 2 having a specific crystal plane orientation, and then,
An etching mask 5 for forming a diffraction grating is formed in a specific direction on the semiconductor layer 3 made of the second semiconductor, and then,
By using an etchant whose etching rate stops at specific crystal planes of the first and second semiconductors,
A step of etching the semiconductor layer 3 made of a semiconductor and the first semiconductor 2 and then stacking the semiconductor layer 4 made of a second semiconductor is provided.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、回折格子の製造方法に
関するものであり、特に半導体レーザ素子に用いられる
回折格子の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a diffraction grating, and more particularly to a method of manufacturing a diffraction grating used in a semiconductor laser device.
【0002】[0002]
【従来技術】分布帰還型(Distributed Feed Back:DFB)
半導体レーザ素子は、素子に内蔵する回折格子の周期で
決まるブラッグ波長付近の単一の波長で発振する。従っ
て、波長分散を有する光ファイバを用いた光通信系にお
いても長距離大容量が可能な光源として実用化が進めら
れている。DFB 半導体レーザ素子は、次のようにして製
造される。即ち、 1)基板上にバファ層、クラッド層、活性層、ガイド層
などを順次積層し、回折格子を形成しようとする層まで
を積層したウェハを作製する。 2)次いで、前記ウェハ上にフォトリソグラフィ、ケミ
カルエッチングなどにより回折格子を形成する。 3)次いで、回折格子が形成された層上に、クラッド
層、コンタクト層などを形成する。 4)次いで、注入電流狭窄の手段を施す。 ところで、DFB 半導体レーザ素子の特性を決める素子パ
ラメータとして、結合係数κと共振器長Lの積κLが用
いられる。ここで、結合係数κは、回折格子を有する導
波路上に両方向に進行する光が存在する場合、この両方
向の光が回折格子によって結合する割合を示す係数であ
る。単一波長動作の安定性、単色性、低しき値動作の観
点から、共振器長Lは比較的長く(600〜1000μ
m)、かつκL値が1.0〜1.2であることが望まし
い。この場合、κは10〜20cm-1となる。一方、κ
をこの値の範囲にするには、回折格子の高さを100Å
程度にし、かつ、その精度を20Å程度で制御する必要
がある。 文献1:IEEE JQE. Vol.QE18,p1272,1982.[Prior Art] Distributed Feed Back (DFB)
The semiconductor laser device oscillates at a single wavelength near the Bragg wavelength determined by the period of the diffraction grating incorporated in the device. Therefore, even in an optical communication system using an optical fiber having wavelength dispersion, its practical application is being advanced as a light source capable of long-distance and large-capacity. The DFB semiconductor laser device is manufactured as follows. That is, 1) A wafer is manufactured in which a buffer layer, a clad layer, an active layer, a guide layer, and the like are sequentially stacked on a substrate, and layers up to a layer for forming a diffraction grating are stacked. 2) Next, a diffraction grating is formed on the wafer by photolithography, chemical etching, or the like. 3) Next, a clad layer, a contact layer, etc. are formed on the layer on which the diffraction grating is formed. 4) Next, a means for confining the injected current is applied. By the way, the product κL of the coupling coefficient κ and the cavity length L is used as the device parameter that determines the characteristics of the DFB semiconductor laser device. Here, the coupling coefficient κ is a coefficient indicating a ratio of coupling of light in both directions by the diffraction grating when light traveling in both directions exists on the waveguide having the diffraction grating. From the viewpoint of stability of single wavelength operation, monochromaticity, and low threshold value operation, the resonator length L is relatively long (600 to 1000 μm).
m) and the κL value is preferably 1.0 to 1.2. In this case, κ is 10 to 20 cm -1 . On the other hand, κ
To make this range of values, set the height of the diffraction grating to 100Å
It is necessary to adjust the accuracy to about 20Å. Reference 1: IEEE JQE. Vol.QE18, p1272, 1982.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ケミカ
ルエッチングによって、回折格子の高さを数10Åのオ
ーダで制御することは困難であった。因みに、現在使用
されているエッチャント(HBr:HNO3 :H2 O=
1:1:10)を用いると、2℃に冷やして使用した場
合、エッチングレートは60Å/secとなる。However, it has been difficult to control the height of the diffraction grating on the order of several tens of Å by chemical etching. Incidentally, the currently used etchant (HBr: HNO 3 : H 2 O =
When 1: 1: 10) is used, the etching rate becomes 60 Å / sec when used by cooling to 2 ° C.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決した回折格子の製造方法を提供するもので、特定の結
晶面方位を有する第1半導体面上に、第2半導体からな
る半導体層を積層し、次いで、前記第2半導体からなる
半導体層上に特定方向に回折格子形成用のエッチングマ
スクを形成し、次いで、前記第1および第2半導体の特
定の結晶面においてエッチング速度が停止するエッチャ
ントを用いて、前記第2半導体からなる半導体層および
第1半導体をエッチングし、次いで、第2半導体からな
る半導体層を積層する工程を有することを特徴とするも
のである。The present invention provides a method of manufacturing a diffraction grating which solves the above problems, in which a semiconductor layer made of a second semiconductor is formed on a first semiconductor surface having a specific crystal plane orientation. And then forming an etching mask for forming a diffraction grating in a specific direction on the semiconductor layer made of the second semiconductor, and then stopping the etching rate at specific crystal planes of the first and second semiconductors. The method is characterized by including the steps of etching the semiconductor layer made of the second semiconductor and the first semiconductor using an etchant, and then stacking the semiconductor layers made of the second semiconductor.
【0005】[0005]
【作用】上述のように、 1)特定の結晶面方位を有する第1半導体面上に、第2
半導体からなる厚さaの半導体層を積層し、 2)次いで、前記第2半導体からなる半導体層上に特定
方向に回折格子形成用のエッチングマスクを形成し、 3)次いで、第1および第2半導体の特定の結晶面にお
いてエッチング速度が停止するエッチャントを用いて、
前記第2半導体からなる半導体層および第1半導体をエ
ッチングする。そうすると、第1半導体のエッチング深
さをHとして、a+Hのエッチング深さが得られる。 4)次いで、前記エッチング面上に第2半導体からなる
半導体層を積層する。そうすると、第1半導体と第2半
導体を境界にする深さHの回折格子が形成される。 上記工程において、エッチング深さa+Hは、第1半導
体面の面方位とエッチング速度が停止する第1および第
2半導体の特定の結晶面とのなす角度で一義的に決ま
る。従って、第2半導体からなる半導体層の厚さaを精
度よく制御することにより、回折格子の深さHも精度よ
く制御できることになる。As described above, 1) a second semiconductor is formed on the first semiconductor surface having a specific crystal plane orientation.
Stacking a semiconductor layer of a thickness a made of a semiconductor, 2) then forming an etching mask for forming a diffraction grating in a specific direction on the semiconductor layer made of the second semiconductor, 3) then, first and second Using an etchant whose etching rate stops at a specific crystal plane of the semiconductor,
The semiconductor layer made of the second semiconductor and the first semiconductor are etched. Then, assuming that the etching depth of the first semiconductor is H, the etching depth of a + H is obtained. 4) Next, a semiconductor layer made of a second semiconductor is laminated on the etching surface. Then, a diffraction grating having a depth H is formed with the first semiconductor and the second semiconductor as boundaries. In the above process, the etching depth a + H is uniquely determined by the angle between the plane orientation of the first semiconductor surface and the specific crystal planes of the first and second semiconductors at which the etching rate stops. Therefore, by controlling the thickness a of the semiconductor layer made of the second semiconductor with high accuracy, the depth H of the diffraction grating can also be accurately controlled.
【0006】[0006]
【実施例】以下、図面に示した実施例に基づいて本発明
を詳細に説明する。図1は本発明にかかる回折格子の製
造方法の一実施例の工程説明図である。その工程は以下
の通りである。即ち、 1)面方位(100)のウェハ1表面のGaInAsP
層2(λg =1.3μm、厚さ0.5μm)上に、厚さ
aが400ÅであるInP層3を積層する(図1
(a))。 2)次いで、InP層3表面に間隔dを2400Åと
し、発振方向を〈011〉方向とし、それと直角方向
〈0−11〉に回折格子溝を設ける回折格子エッチング
用マスク5を形成する(図1(b))。 3)次いで、HBr:HNO3 :H2 O=1:1:10
からなるエッチャントを用いて、エッチングを行い、回
折格子を形成する(図1(c))。 このエッチャントを用いた理由は、ある特定な結晶面、
この場合には、InP層3とGaInAsP層2の(1
11)面でエッチングが進まなくなるからである。とこ
ろで、この場合の(111)面は、面方位(100)の
ウェハ1表面に対して、約54°の角度をなしている。
従って、三角形状のエッチング深さは、InP層3とG
aInAsP層2のエッチング深さをそれぞれa、Hと
すると、a+H=d/2・tan 54°、即ち、1650
Å(=2400/2・1.38)となる。 4)次いで、InP層4を積層する(図1(d))。こ
のようにして、GaInAsP層2の表面上に、高さが
1250Å(=1650Å−400Å)の回折格子を形
成することがきる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a process explanatory view of an embodiment of a method of manufacturing a diffraction grating according to the present invention. The process is as follows. That is, 1) GaInAsP on the surface of the wafer 1 with the plane orientation (100)
On the layer 2 (λg = 1.3 μm, thickness 0.5 μm), the InP layer 3 having a thickness a of 400 Å is laminated (FIG. 1).
(A)). 2) Next, a diffraction grating etching mask 5 is formed on the surface of the InP layer 3 with a spacing d of 2400Å, an oscillation direction of <011>, and a diffraction grating groove perpendicular to the <0-11> direction (FIG. 1). (B)). 3) Then, HBr: HNO 3 : H 2 O = 1: 1: 10
Etching is performed using an etchant composed of to form a diffraction grating (FIG. 1C). The reason for using this etchant is that there is a certain crystal plane,
In this case, the InP layer 3 and the GaInAsP layer 2 (1
This is because the etching does not proceed on the surface 11). By the way, the (111) plane in this case makes an angle of about 54 ° with respect to the surface of the wafer 1 having the plane orientation (100).
Therefore, the etching depth of the triangular shape is equal to that of the InP layer 3 and G
When the etching depths of the aInAsP layer 2 are a and H, respectively, a + H = d / 2 · tan 54 °, that is, 1650
Å (= 2400/2 / 1.38). 4) Next, the InP layer 4 is laminated (FIG. 1D). In this way, a diffraction grating having a height of 1250Å (= 1650Å-400Å) can be formed on the surface of the GaInAsP layer 2.
【0007】上記工程で、InP層3の厚さaを変える
と、a+Hが一定であるため、回折格子の高さHを変え
ることができる。例えば、InP層3の厚さを600Å
にすると、回折格子の高さは1050Åになる。従っ
て、InP層3の厚さを数Åの精度で制御することによ
り、回折格子の高さも数Åの精度で制御できることにな
る。なお、本発明は上記実施例に限定されず、AlGa
As/GaAs系、AlGaInAs/InP系などに
ついても適用でき、エッチャントとしては、ブロムメタ
ノール、(HBr:H2 O2 :H2 O)、(HBr:飽
和臭素水::H2 O)などを使用できる。When the thickness a of the InP layer 3 is changed in the above process, a + H is constant, so that the height H of the diffraction grating can be changed. For example, the thickness of the InP layer 3 is 600Å
Then, the height of the diffraction grating becomes 1050Å. Therefore, by controlling the thickness of the InP layer 3 with the accuracy of several Å, the height of the diffraction grating can be controlled with the accuracy of several Å. It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, but AlGa
It is also applicable to As / GaAs type, AlGaInAs / InP type, etc., and as the etchant, brom methanol, (HBr: H 2 O 2 : H 2 O), (HBr: saturated bromine water :: H 2 O), etc. are used. it can.
【0008】[0008]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
定の結晶面方位を有する第1半導体面上に、第2半導体
からなる半導体層を積層し、次いで、前記第2半導体か
らなる半導体層上に特定方向に回折格子形成用のエッチ
ングマスクを形成し、次いで、前記第1および第2半導
体の特定の結晶面においてエッチング速度が停止するエ
ッチャントを用いて、前記第2半導体からなる半導体層
および第1半導体をエッチングし、次いで、第2半導体
からなる半導体層を積層する工程を有するため、回折格
子の深さを精度よく制御できるという優れた効果があ
る。As described above, according to the present invention, a semiconductor layer made of a second semiconductor is laminated on a first semiconductor surface having a specific crystal plane orientation, and then a semiconductor made of the second semiconductor. An etching mask for forming a diffraction grating is formed on a layer in a specific direction, and then a semiconductor layer made of the second semiconductor is formed by using an etchant whose etching rate stops at specific crystal planes of the first and second semiconductors. Since the method further includes the step of etching the first semiconductor and then stacking the semiconductor layer made of the second semiconductor, there is an excellent effect that the depth of the diffraction grating can be accurately controlled.
【図1】(a)〜(d)は、本発明に係る回折格子の製
造方法の一実施例の工程説明図である。1A to 1D are process explanatory views of an embodiment of a method for manufacturing a diffraction grating according to the present invention.
1 ウェハ 2 GaInAsP層 3、4 InP層 5 エッチング用マスク 1 Wafer 2 GaInAsP Layer 3, 4 InP Layer 5 Etching Mask
Claims (1)
上に、第2半導体からなる半導体層を積層し、次いで、
前記第2半導体からなる半導体層上に特定方向に回折格
子形成用のエッチングマスクを形成し、次いで、前記第
1および第2半導体の特定の結晶面においてエッチング
速度が停止するエッチャントを用いて、前記第2半導体
からなる半導体層および第1半導体をエッチングし、次
いで、第2半導体からなる半導体層を積層する工程を有
することを特徴とする回折格子の製造方法。1. A semiconductor layer made of a second semiconductor is laminated on a first semiconductor surface having a specific crystal plane orientation, and then,
An etching mask for forming a diffraction grating is formed on a semiconductor layer made of the second semiconductor in a specific direction, and then an etchant whose etching rate is stopped at specific crystal planes of the first and second semiconductors is used. A method of manufacturing a diffraction grating, comprising the steps of etching a semiconductor layer made of a second semiconductor and a first semiconductor, and then stacking a semiconductor layer made of a second semiconductor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1955693A JPH06209143A (en) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | Manufacture of diffraction grating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1955693A JPH06209143A (en) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | Manufacture of diffraction grating |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06209143A true JPH06209143A (en) | 1994-07-26 |
Family
ID=12002595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1955693A Pending JPH06209143A (en) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | Manufacture of diffraction grating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06209143A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002513215A (en) * | 1998-04-27 | 2002-05-08 | ウイスコンシン アラムニ リサーチ ファンデーション | High power distributed feedback semiconductor laser with narrow spectral width |
JP2012175052A (en) * | 2011-02-24 | 2012-09-10 | Stanley Electric Co Ltd | Semiconductor light-emitting device manufacturing method |
WO2021000222A1 (en) * | 2019-07-01 | 2021-01-07 | Schott Glass Technologies (Suzhou) Co. Ltd. | Diffractive optical element and method for manufacturing the same |
-
1993
- 1993-01-11 JP JP1955693A patent/JPH06209143A/en active Pending
Cited By (4)
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US11846786B2 (en) | 2019-07-01 | 2023-12-19 | Schott Glass Technologies (Suzhou) Co. Ltd. | Diffractive optical element and method for manufacturing the same |
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