(57)【要約】【課題】凹部の深さを高精度に制御することが可能な回折格子の形成方法、及び、レーザ特性のばらつきを抑制することが可能な分布帰還型半導体レーザの製造方法を提供する。【解決手段】ＤＦＢレーザ１の製造方法は、上部ＳＣＨ層１１、第１マスク層１３及び第２マスク層１５を形成する工程と、回折格子１１ｄの凹部１１ｃに対応する孔部１５ｈを第２マスク層１５に形成する工程と、回折格子１１ｄの凹部１１ｃよりも浅くなるように上部ＳＣＨ層１１に形成された上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１を含むエッチング凹部１４を形成する工程と、エッチング凹部１４の深さＨＳを測定し、上部ＳＣＨ層１１のエッチングレートを算出する算出工程と、このエッチングレートに基づいて上部ＳＣＨ層１１を所望の深さＨ１１ｃ２追加エッチングすることにより、上部ＳＣＨ層１１に回折格子１１ｄを形成する追加エッチング工程とを含む。【選択図】図４
2010171265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の凹部を有する回折格子を備える分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、
活性層上に、前記回折格子が形成されるべき半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に、第１マスク層、及び、第２マスク層をこの順に形成する工程と、
前記第２マスク層を選択的にエッチングすることにより、前記回折格子の複数の前記凹部に対応する複数の孔部を前記第２マスク層に形成する第２マスク層加工工程と、
前記第２マスク層加工工程の後に、前記第２マスク層をマスクとして前記第１マスク層及び前記半導体層をエッチングすることにより、前記回折格子の複数の前記凹部に対応するように前記第１マスク層に形成された複数の孔部と、前記回折格子の複数の前記凹部に対応するように、かつ、前記回折格子の複数の前記凹部よりも浅くなるように前記半導体層に形成された複数の半導体層凹部と、からなる複数のエッチング凹部を形成する半導体層エッチング工程と、
前記半導体層エッチング工程の後に、前記第２マスク層を選択的に除去することにより、前記第１マスク層の表面を露出させる第２マスク層除去工程と、
前記第２マスク層除去工程の後に、複数の前記エッチング凹部のうち少なくとも一つの深さを測定することによって、前記半導体層エッチング工程における前記半導体層のエッチングレートを算出する算出工程と、
前記算出工程の後に、前記第１マスク層をマスクとして前記半導体層を追加エッチングすることにより、前記半導体層に所望の深さの複数の前記凹部を有する前記回折格子を形成する追加エッチング工程と、
前記追加エッチング工程の後に、前記半導体層上にクラッド層を形成する工程と、
を含み、
前記追加エッチング工程では、前記算出工程において算出された前記半導体層の前記エッチングレートに基づいて、前記半導体層を追加エッチングすることを特徴とする分布帰還型半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記第２マスク層は、絶縁体材料からなることを特徴とする請求項１に記載の分布帰還型半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
前記追加エッチング工程においてマスクとして用いられる前記第１マスク層は、半導体材料からなり、前記第１マスク層の一部は、前記クラッド層の一部を構成することを特徴とする請求項２に記載の分布帰還型半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
複数の凹部を有する回折格子の形成方法であって、
前記回折格子が形成されるべき第１層を形成する工程と、
前記第１層上に、第１マスク層、及び、第２マスク層をこの順に形成する工程と、
前記第２マスク層を選択的にエッチングすることにより、前記回折格子の複数の前記凹部に対応する複数の孔部を前記第２マスク層に形成する第２マスク層加工工程と、
前記第２マスク層加工工程の後に、前記第２マスク層をマスクとして前記第１マスク層及び前記第１層をエッチングすることにより、前記回折格子の複数の前記凹部に対応するように前記第１マスク層に形成された複数の孔部と、前記回折格子の複数の前記凹部に対応するように、かつ、前記回折格子の複数の前記凹部よりも浅くなるように前記第１層に形成された複数の第１層凹部と、からなる複数のエッチング凹部を形成する第１層エッチング工程と、
前記第１層エッチング工程の後に、前記第２マスク層を選択的に除去することにより、前記第１マスク層の表面を露出させる第２マスク層除去工程と、
前記第２マスク層除去工程の後に、複数の前記エッチング凹部のうち少なくとも一つの深さを測定することによって、前記第１層エッチング工程における前記第１層のエッチングレートを算出する算出工程と、
前記算出工程の後に、前記第１マスク層をマスクとして前記第１層を追加エッチングすることにより、前記第１層に所望の深さの複数の前記凹部を有する前記回折格子を形成する追加エッチング工程と、
を含み、
前記追加エッチング工程では、前記算出工程において算出された前記第１層の前記エッチングレートに基づいて、前記第１層を追加エッチングすることを特徴とする回折格子の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子の形成方法及び分布帰還型半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、回折格子の形成方法が開示されている。この方法では、まず、ＩｎＰ基板（半導体基板）上にＳｉＯ２層（絶縁層）を形成し、ＳｉＯ２層上にレジスト層を形成する。そして、レジスト層に回折格子の形状に対応した所定のマスクパターンを形成し、このレジスト層をマスクとして用いてＳｉＯ２層をエッチングすることにより、マスクパターンをＳｉＯ２層に転写する。その後、レジスト層を除去する。
【０００３】
続いて、ＳｉＯ２層をマスクとして用いてＩｎＰ基板をドライエッチングすることにより、ＩｎＰ基板に回折格子を形成する。この際、ＩｎＰ基板と共にマスクであるＳｉＯ２層もエッチングされる。そのため、ＩｎＰ基板に目的とする回折格子の凹部が形成された時点でマスクであるＳｉＯ２層が除去されるように、形成当初のＳｉＯ２層の厚さを決めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７５６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような従来の回折格子の形成方法においては、回折格子の凹部の深さを制御するために、ＩｎＰ基板のエッチングレートを把握する必要がある。そのため、回折格子を形成するためにＩｎＰ基板をエッチングする工程に先立って、別のＩｎＰ基板をエッチングしてＩｎＰ基板のエッチングレートを事前に算出する工程が必要となる。
【０００６】
しかしながら、エッチングレートは、エッチングを行う環境によって変動する場合がある。エッチングを行う環境は、例えば、エッチング装置のチャンバー内に付着した付着物の種類や量によって異なる。そのため、回折格子を形成するＩｎＰ基板の実際のエッチングレートと、それに先立って算出した別のＩｎＰ基板のエッチングレートとの間に、誤差が生じる場合があった。このような誤差が生じると、回折格子の凹部の深さに誤差が生じてしまう。
【０００７】
このようなエッチング環境の違いに起因する誤差の発生を防止するために、回折格子を形成するＩｎＰ基板のエッチングを途中で中断し、そのＩｎＰ基板に形成された凹部の深さを測定することによってエッチングレートを算出し、このエッチングレートに基づいて追加のエッチングを行って回折格子を形成する方法、即ち、回折格子を形成するＩｎＰ基板自体を用いてそのＩｎＰ基板のエッチングレートを算出して、そのエッチングレートに基づいて回折格子を形成する方法も考えられる。
【０００８】
しかし、上述のような従来の回折格子の形成方法においては、回折格子を形成するＩｎＰ基板をエッチングする際、マスクとして用いているＳｉＯ２層も同時にエッチングされる。そのため、回折格子を形成するＩｎＰ基板の凹部の深さを算出するためには、ＳｉＯ２層のエッチング量も把握する必要がある。そして、このＳｉＯ２層のエッチング量は、ＳｉＯ２層のエッチングレートを基に算出される。しかしながら、このエッチングレートは、事前に用意した別のＳｉＯ２層をエッチングすることによって算出されるので、上述のようなエッチング環境の違いに起因するエッチングレートの誤差が生じてしまう。そのため、回折格子を形成するＩｎＰ基板の正確なエッチングレートを算出することは困難であった。
【０００９】
また、従来の回折格子の形成方法において、回折格子を形成するＩｎＰ基板のエッチングを途中で中断し、その後ＳｉＯ２層を除去してからＩｎＰ基板の凹部の深さを測定すれば正確なエッチングレートが算出できるが、マスクであるＳｉＯ２層が除去されているので、その後に追加のエッチングを行って回折格子を形成することができなかった。
【００１０】
このように従来の回折格子の形成方法では、回折格子の凹部の深さを高精度に制御することが困難であるという問題があった。そのため、例えば従来の回折格子の形成方法によって分布帰還型半導体レーザ内の回折格子を形成すると、回折格子の回折効率がばらついてしまうため、光出力や閾値電流等のレーザ特性がばらついてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、凹部の深さを高精度に制御することが可能な回折格子の形成方法、及び、レーザ特性のばらつきを抑制することが可能な分布帰還型半導体レーザの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するため、本発明に係る分布帰還型半導体レーザの製造方法は、複数の凹部を有する回折格子を備える分布帰還型半導体レーザの製造方法であって、活性層上に、回折格子が形成されるべき半導体層を形成する工程と、半導体層上に、第１マスク層、及び、第２マスク層をこの順に形成する工程と、第２マスク層を選択的にエッチングすることにより、回折格子の複数の凹部に対応する複数の孔部を第２マスク層に形成する第２マスク層加工工程と、第２マスク層加工工程の後に、第２マスク層をマスクとして第１マスク層及び半導体層をエッチングすることにより、回折格子の複数の凹部に対応するように第１マスク層に形成された複数の孔部と、回折格子の複数の凹部に対応するように、かつ、回折格子の複数の凹部よりも浅くなるように半導体層に形成された複数の半導体層凹部と、からなる複数のエッチング凹部を形成する半導体層エッチング工程と、半導体層エッチング工程の後に、第２マスク層を選択的に除去することにより、第１マスク層の表面を露出させる第２マスク層除去工程と、第２マスク層除去工程の後に、複数のエッチング凹部のうち少なくとも一つの深さを測定することによって、半導体層エッチング工程における半導体層のエッチングレートを算出する算出工程と、算出工程の後に、第１マスク層をマスクとして半導体層を追加エッチングすることにより、半導体層に所望の深さの複数の凹部を有する回折格子を形成する追加エッチング工程と、追加エッチング工程の後に、半導体層上にクラッド層を形成する工程とを含み、追加エッチング工程では、算出工程において算出された半導体層のエッチングレートに基づいて、半導体層を追加エッチングすることを特徴とする。
【００１３】
本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法によれば、算出工程において、回折格子を形成する半導体層自体を用いて半導体層のエッチングレートを算出しているので、半導体層とは別に用意した半導体層と同材料からなる層を用いてエッチングレートを算出した場合と比較して、エッチング環境の違いに起因するエッチングレートの算出誤差を低減させることができる。さらに、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法では、第２マスク層を除去した後に、複数のエッチング凹部のうち少なくとも一つの深さを測定している。そのため、半導体層エッチング工程前後における第２マスク層の厚さの変化の影響を受けることがないため、複数のエッチング凹部のうち少なくとも一つの深さを高精度に測定することができる。そして、第１マスク層の厚さは、形成当初の厚さと同一であるので、エッチング凹部の深さを基に、半導体層凹部の深さ、即ち、半導体層エッチング工程において半導体層をエッチングした深さを高精度に算出することができる。これにより、算出工程において半導体層のエッチングレートを高精度に算出することができるので、追加エッチング工程において、高精度に算出されたエッチングレートに基づいて半導体層を追加エッチングして回折格子を形成することができる。その結果、回折格子の凹部の深さを高精度に制御することが可能となるので、レーザ特性のばらつきを抑制することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法では、第２マスク層は、絶縁体材料からなることが好ましい。これにより、第２マスク層加工工程において、第２マスク層を選択的にエッチングすることが容易となる。また、第２マスク層除去工程において、第２マスク層を選択的に除去することが容易となる。
【００１５】
さらに、本発明の分布帰還型半導体レーザの製造方法では、追加エッチング工程においてマスクとして用いられる第１マスク層は、半導体材料からなり、第１マスク層の一部は、クラッド層の一部を構成することが好ましい。これにより、追加エッチング工程後に残存する第１マスク層を除去する工程が不要となる。
【００１６】
また、上述の課題を解決するため、本発明に係る回折格子の形成方法は、複数の凹部を有する回折格子の形成方法であって、回折格子が形成されるべき第１層を形成する工程と、第１層上に、第１マスク層、及び、第２マスク層をこの順に形成する工程と、第２マスク層を選択的にエッチングすることにより、回折格子の複数の凹部に対応する複数の孔部を第２マスク層に形成する第２マスク層加工工程と、第２マスク層加工工程の後に、第２マスク層をマスクとして第１マスク層及び第１層をエッチングすることにより、回折格子の複数の凹部に対応するように第１マスク層に形成された複数の孔部と、回折格子の複数の凹部に対応するように、かつ、回折格子の複数の凹部よりも浅くなるように第１層に形成された複数の第１層凹部と、からなる複数のエッチング凹部を形成する第１層エッチング工程と、第１層エッチング工程の後に、第２マスク層を選択的に除去することにより、第１マスク層の表面を露出させる第２マスク層除去工程と、第２マスク層除去工程の後に、複数のエッチング凹部のうち少なくとも一つの深さを測定することによって、第１層エッチング工程における第１層のエッチングレートを算出する算出工程と、算出工程の後に、第１マスク層をマスクとして第１層を追加エッチングすることにより、第１層に所望の深さの複数の凹部を有する回折格子を形成する追加エッチング工程とを含み、追加エッチング工程では、算出工程において算出された第１層のエッチングレートに基づいて、第１層を追加エッチングすることを特徴とする。
【００１７】
本発明の回折格子の形成方法によれば、算出工程において、回折格子を形成する第１層自体を用いて第１層のエッチングレートを算出しているので、第１層とは別に用意した第1層と同材料からなる層を用いてエッチングレートを算出した場合と比較して、エッチング環境の違いに起因するエッチングレートの算出誤差を低減させることができる。さらに、本発明の回折格子の形成方法では、第２マスク層を除去した後に、複数のエッチング凹部のうち少なくとも一つの深さを測定している。そのため、第１層エッチング工程前後における第２マスク層の厚さの変化の影響を受けることがないため、複数のエッチング凹部のうち少なくとも一つの深さを高精度に測定することができる。そして、第１マスク層の厚さは、形成当初の厚さと同一であるので、エッチング凹部の深さを基に、第１層凹部の深さ、即ち、第１層エッチング工程において第１層をエッチングした深さを高精度に算出することができる。これにより、算出工程において第１層のエッチングレートを高精度に算出することができるので、追加エッチング工程において、高精度に算出されたエッチングレートに基づいて半導体層を追加エッチングして回折格子を形成することができる。その結果、回折格子の凹部の深さを高精度に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、凹部の深さを高精度に制御することが可能な回折格子の形成方法、及び、レーザ特性のばらつきを抑制することが可能な分布帰還型半導体レーザの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る分布帰還型半導体レーザの製造方法によって製造される分布帰還型半導体レーザの断面図である。
【図２】回折格子の形成方法及びＤＦＢレーザレーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図３】回折格子の形成方法及びＤＦＢレーザレーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図４】回折格子の形成方法及びＤＦＢレーザレーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図５】回折格子の形成方法及びＤＦＢレーザレーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【図６】回折格子の形成方法及びＤＦＢレーザレーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、実施の形態に係る回折格子の形成方法及び分布帰還型半導体レーザの製造方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、可能な場合には同一要素には同一符号を用いる。また、図面中の構成要素内及び構成要素間の寸法比は、図面の見易さのため、それぞれ任意となっている。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る分布帰還型半導体レーザの製造方法によって製造される分布帰還型半導体レーザであって、本実施形態に係る回折格子の形成方法によって形成される回折格子を有する分布帰還型半導体レーザの断面図である。
【００２２】
図１に示すように、分布帰還型半導体レーザ１（Distribution Feed Backレーザ１、以下「ＤＦＢレーザ１」という。）は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板３を備える。半導体基板３の主面上には、第１導電型の下部クラッド層５、第１導電型の下部ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）層７、活性層９、第１層（又は半導体層）としての第２導電型の上部ＳＣＨ層１１、第２導電型の上部クラッド層２３、コンタクト層２５、及び、上部電極２７がこの順に設けられている。半導体基板３の裏面には、下部電極２９が設けられている。なお、図１及び以下で参照する各図には、直交座標系３０が示されており、半導体基板３の厚さ方向と平行にＺ軸を設定している。
【００２３】
半導体基板３は、例えば、ＩｎＰ基板等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板であり、例えば、Ｓｉがドープされている。下部クラッド層５は、例えば、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えば、Ｓｉがドープされている。下部ＳＣＨ層７は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えば、Ｓｉがドープされている。
【００２４】
活性層９は、例えば、ＭＱＷ（多重量子井戸）構造やＳＱＷ（単一量子井戸）構造を有する。活性層９は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。上部ＳＣＨ層１１は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えば、Ｚｎがドープされている。上部ＳＣＨ層１１には、回折格子１１ｄが形成されている。回折格子１１ｄは、複数の凹部１１ｃを有しており、複数の凹部１１ｃは、活性層９に対して平行な一方向（Ｙ軸方向）に沿って周期的に配置されている。上部クラッド層２３は、例えば、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えば、Ｚｎがドープされている。
【００２５】
半導体基板３及び／又は下部クラッド層５は、活性層９にキャリア（第１導電型がｎ型の場合、電子）を供給する。上部クラッド層２３は、活性層９にキャリア（第２導電型がｐ型の場合、ホール）を供給する。活性層９内で電子とホールが再結合して、光が生じる。回折格子１１ｄは、活性層９内で生じた光のうち、複数の凹部１１ｃの配列の周期λ１１に対応したブラッグ波長の光を選択的に回折させて帰還させる。その結果、ＤＦＢレーザ１は、単一波長特性の高いレーザとなる。
【００２６】
半導体基板３、下部クラッド層５、及び、下部ＳＣＨ層７は、活性層９の材料よりも屈折率の低い材料で形成されており、活性層９で生じた光を活性層９近傍に閉じ込める働きをする。同様に、上部ＳＣＨ層１１及び上部クラッド層２３は、活性層９の材料よりも屈折率の低い材料で形成されており、活性層９で生じた光を活性層９近傍に閉じ込める働きをする。
【００２７】
次に、図２〜図６を参照しながら、本実施形態の回折格子の形成方法及びＤＦＢレーザレーザの製造方法について説明する。図２〜図６は、それぞれ回折格子の形成方法及びＤＦＢレーザレーザの製造方法の工程を模式的に示す断面図である。
（上部ＳＣＨ層（第１層、半導体層）形成工程）
【００２８】
まず、図２（Ａ）に示すように、ＩｎＰ基板等の半導体基板３上に、例えば有機金属気相成長法（以下、「ＯＭＶＰＥ法」という。）によって、ＩｎＰ等の下部クラッド層５、ＧａＩｎＡｓＰ等の下部ＳＣＨ層７、活性層９、及び、ＧａＩｎＡｓＰ等の上部ＳＣＨ層１１（第１層、半導体層）をこの順に成長させる。後の工程において、上部ＳＣＨ層１１には、回折格子が形成される。
【００２９】
（第１マスク層及び第２マスク層形成工程）
続いて、図２（Ｂ）に示すように、上部ＳＣＨ層１１上に、第１マスク層１３、及び、第２マスク層１５を成長させ、さらに、第２マスク層１５上にレジスト層１７を形成する。第１マスク層１３は、本実施形態では後述の埋め込み層１９（図５（Ｂ）参照）と同じ材料からなる。具体的には、第１マスク層１３は、例えば、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えば、Ｚｎ等がドープされて第２導電型となっている。第１マスク層１３は、例えば、ＯＭＶＰＥ法によって成長させることができる。第１マスク層１３の厚さＨ１３は、後述の追加エッチング工程後に残存する厚さとなっており、例えば、５０ｎｍ〜８０ｎｍとすることができる。
【００３０】
第２マスク層１５は、絶縁体材料からなり、本実施形態では、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等のシリコン酸化物材料からなる。第２マスク層１５は、例えば、化学気相成長法（以下、「ＣＶＤ法」という。）によって成長させることができる。第２マスク層１５の厚さは、例えば、３０ｎｍ〜５０ｎｍとすることができる。
【００３１】
（第２マスク層加工工程）
続いて、図３（Ａ）に示すように、電子ビーム露光法等によって、レジスト層１７をパターニングする。具体的には、Ｘ軸方向に沿って延びると共にレジスト層１７をその厚さ方向に貫通する複数の孔部１７ｈをレジスト層１７に形成する。この際、複数の孔部１７ｈはＹ軸方向に沿って周期λ１７でそれぞれ周期的に配置されるようにする。周期λ１７は、後工程で形成される回折格子１１ｄの周期λ１１（図５（Ａ）参照）と同一であり、例えば、ＤＦＢレーザ１の発光波長（又は、回折波長）が１５５０ｎｍの場合は、２４０ｎｍであり、ＤＦＢレーザ１の発光波長（又は、回折波長）が１３００ｎｍの場合は２００ｎｍとすることができる。また、複数の孔部１７ｈは、後工程で形成される回折格子１１ｄの複数の凹部１１ｃにそれぞれ対応している（図５（Ａ）参照）。そのため、本実施形態では孔部１７ｈのＹ軸方向の幅Ｌ１７ｈは、凹部１１ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１１ｃと同一であり（図５（Ａ）参照）、例えば、ＤＦＢレーザ１の発光波長（又は、回折波長）が１５５０ｎｍの場合は、１２０ｎｍであり、ＤＦＢレーザ１の発光波長（又は、回折波長）が１３００ｎｍの場合は１００ｎｍとすることができる。
【００３２】
次に、図３（Ｂ）に示すように、パターニングされたレジスト層１７をマスクとして、第２マスク層１５を選択的にエッチングし、レジスト層１７を除去する。第２マスク層１５の選択的なエッチングは、例えば、ＣＦ４ガスをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチング法（以下、「ＲＩＥ法」という。）によって行うことができる。これにより、レジスト層１７のパターンが第２マスク層１５に転写される。その結果、Ｘ軸方向に沿ってそれぞれ延びる複数の孔部１５ｈが第２マスク層１５に形成される。複数の孔部１５ｈは、それぞれ第２マスク層１５をその厚さ方向に貫通すると共に、Ｙ軸方向に沿って周期λ１５でそれぞれ周期的に配置される。複数の孔部１５ｈは、後工程で形成される回折格子１１ｄの複数の凹部１１ｃにそれぞれ対応しているので、周期λ１５は周期λ１１と同一となる（図５（Ａ）参照）。そして、本実施形態では、複数の孔部１５ｈのＹ軸方向の幅Ｌ１５ｈは、それぞれ複数の凹部１１ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１１ｃと同一となる（図５（Ａ）参照）。
【００３３】
また、本実施形態では、第２マスク層１５は酸化物材料からなるので、本工程において第２マスク層１５を選択的にエッチングすることが容易となっている。
【００３４】
（上部ＳＣＨ層（第１層、半導体層）エッチング工程）
続いて、図４（Ａ）に示すように、第２マスク層１５をマスクとして、第１マスク層１３及び上部ＳＣＨ層１１をエッチングすることにより、第１マスク層１３に対して複数の孔部１３ｈを形成すると共に、上部ＳＣＨ層１１に対して複数の上部ＳＣＨ層凹部（半導体層凹部、第１層凹部）１１ｃ１を形成する。このエッチングは、例えば、ＣＨ４ガスとＨ２ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いたＲＩＥ法によって行うことができる。本実施形態においては、複数の孔部１３ｈ及び複数の凹部１１ｃのＹＺ平面における断面は、矩形状である。複数の孔部１３ｈは、Ｙ軸方向に沿って周期λ１３でそれぞれ周期的に配置され、複数の上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１は、Ｙ軸方向に沿って周期λ１１ｐでそれぞれ周期的に配置される。また、本工程においては、第２マスク層１５もエッチングされるので、本工程後において第２マスク層１５が第１マスク層１３上に残存するように、第２マスク層１５の形成当初の厚さを決定する（図２（Ｂ）参照）。
【００３５】
複数の孔部１３ｈは、それぞれ第１マスク層１３をその厚さ方向に貫通している。また、複数の孔部１３ｈは、後工程で形成が完了する回折格子１１ｄの複数の凹部１１ｃにそれぞれ対応しており、周期λ１３は周期λ１１と同一となる（図５（Ａ）参照）。また、本実施形態では、複数の孔部１３ｈのＹ軸方向の幅Ｌ１３ｈは、それぞれ複数の凹部１１ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１１ｃと同一となる（図５（Ａ）参照）。
【００３６】
複数の上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１の各々は、複数の孔部１３ｈの各々と連続している。複数の上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１は、後工程で形成が完了する回折格子１１ｄの複数の凹部１１ｃにそれぞれ対応しており、上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１の周期λ１１ｐは、凹部１１ｃの周期λ１１と同一となる（図５（Ａ）参照）。また、本実施形態では、複数の上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１のＹ軸方向の幅Ｌ１１ｃｐは、それぞれ複数の凹部１１ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１１ｃと同一となる（図５（Ａ）参照）。さらに、上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１の深さＨ１１ｃ１は、回折格子１１ｄの複数の凹部１１ｃの深さＨ１１ｃよりも浅くなっており（図５（Ａ）参照）、上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１は、上部ＳＣＨ層１１をその厚さ方向に貫通していない。深さＨ１１ｃ１は、例えば、１０〜３０ｎｍとすることができる。そして、複数の孔部１３と複数の上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１とで、複数のエッチング凹部１４となる。
【００３７】
（第２マスク層除去工程）
続いて、図４（Ｂ）に示すように、例えばウェットエッチングによって、第２マスク層１５を選択的に除去する。このウェットエッチングの際に用いるエッチング液としては、例えば、バッファードフッ酸を挙げることができる。これにより、第１マスク層１３の表面１３ｓを露出させる。本実施形態では、第２マスク層１５は酸化物材料からなるので、本工程において第２マスク層１５を選択的に除去することが容易となっている。
【００３８】
（算出工程）
続いて、図４（Ｂ）に示すように、複数のエッチング凹部１４のうち少なくとも一つの深さＨＳ、即ち、第１マスク層１３の表面１３ｓから、複数の上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１のうち少なくとも一つの底部１１ｂまでの深さＨＳを測定する。深さＨＳの測定は、例えば図４（Ｂ）に示すように、原子間力顕微鏡２０等の走査型プローブ顕微鏡によって行うことができる。また、深さＨＳの測定は、複数のエッチング凹部１４の深さＨＳをそれぞれ測定して、それらの距離の平均値を計算することによって行ってもよい。
【００３９】
そして、深さＨＳの値から、第１マスク層１３の厚さを引くことにより、複数の上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１の深さＨ１１ｃ１の値を算出する。この際、第１マスク層１３の厚さは形成当初の厚さであって正確に把握することができるので、正確に深さＨ１１ｃ１の値を算出することができる。そして、深さＨ１１ｃ１の値と、上述の上部ＳＣＨ層エッチング工程において複数の上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１を形成する際のエッチング時間から、上部ＳＣＨ層エッチング工程における上部ＳＣＨ層１１のエッチングレートを算出する。
【００４０】
（追加エッチング工程）
続いて、図５（Ａ）に示すように、第１マスク層１３をマスクとして、上部ＳＣＨ層１１をさらにエッチングすることにより、上部ＳＣＨ層１１を深さＨ１１ｃ２だけ追加エッチングする。このエッチングは、上部ＳＣＨ層エッチング工程におけるエッチングと同様の方法、例えば、ＣＨ４ガスとＨ２ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いたＲＩＥ法によって行うことができる。これにより、所望の深さＨ１１ｃの複数の凹部１１ｃを有する回折格子１１ｄを形成する。
【００４１】
そして、本工程においては、上部ＳＣＨ層１１を深さＨ１１ｃ２だけ追加エッチングする際、上述の算出工程において算出した上部ＳＣＨ層１１のエッチングレートに基づいて、上部ＳＣＨ層１１を追加エッチングする。具体的には、本工程で所望の深さＨ１１ｃの複数の凹部１１ｃを有する回折格子１１ｄを形成するには、上部ＳＣＨ層１１を深さＨ１１ｃ２だけ追加エッチングする必要がある。そのため、深さＨ１１ｃ２の値を、算出工程において算出した上部ＳＣＨ層１１のエッチングレートの値で除することによって、上部ＳＣＨ層１１を深さＨ１１ｃ２だけ追加エッチングするのに必要な時間を算出してから、上部ＳＣＨ層１１をエッチングする。
【００４２】
また、本工程においては、上部ＳＣＨ層１１の追加エッチングの際、第１マスク層１３も同時にエッチングされる。そのため、本工程後に第１マスク層１３が上部ＳＣＨ層１１上に残存するように、第１マスク層１３の形成初期の厚さ（図２（Ｂ）参照）が決定される。
【００４３】
（上部クラッド層形成工程）
続いて、例えば、ＯＭＶＰＥ法によって、複数の凹部１１ｃ内を埋めるように、及び、残存する上部ＳＣＨ層１１を覆うように埋め込み層１９を成長させる。埋め込み層１９は、本実施形態では、第１マスク層１３と同様の材料からなる。具体的には、埋め込み層１９は、例えば、ＩｎＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなり、例えば、Ｚｎ等がドープされて第２導電型となっている。そして、第１マスク層１３と埋め込み層１９とで、上部クラッド層２３となる。即ち、本実施形態では、上述の追加エッチング工程においてマスクとして用いられた第１マスク層１３、即ち、追加エッチング工程後に上部ＳＣＨ層１１上に残存するする第１マスク層１３は、クラッド層２３の一部を構成している。
【００４４】
（コンタクト層及び電極形成工程）
次に、図６に示すように、上部クラッド層２３上に、コンタクト層２５と上部電極２７をこの順に形成する。また、半導体基板３の裏面に下部電極２９を形成する。これにより、基板生産物１ａが完成する。
【００４５】
その後、基板生産物１ａをＸＺ面に平行な２つの面でそれぞれへき開することにより、半導体レーザバーを作成する。そして、それらの２つのへき開面にそれぞれ反射率制御膜を形成し、一方を光出射面、他方を光反射面とする。さらに、この半導体レーザバーをＹＺ面に平行な２つの面で切断して個々のチップに分離することにより、図１に示すようなＤＦＢレーザ１が完成する。
【００４６】
上述のような本実施形態の回折格子の形成方法によれば、図４（Ｂ）に示すように、算出工程において、回折格子１１ｄを形成する上部ＳＣＨ層１１自体を用いて上部ＳＣＨ層１１のエッチングレートを算出しているので、上部ＳＣＨ層１１とは別に用意した上部ＳＣＨ層１１と同材料からなる層を用いてエッチングレートを算出した場合と比較して、エッチング環境の違いに起因するエッチングレートの算出誤差を低減させることができる。
【００４７】
さらに、本実施形態の回折格子の形成方法では、図４（Ｂ）に示すように、複数のエッチング凹部１４のうち少なくとも一つの深さＨＳの測定は、第２マスク層１５を除去した後に行っている。そのため、上部ＳＣＨ層エッチング工程前後における第２マスク層１５の厚さの変化（図３（Ｂ）及び図４（Ａ）参照）の影響を受けることがないため、複数のエッチング凹部１４のうち少なくとも一つの深さＨＳを高精度に測定することができる。そして、第１マスク層１３の厚さは形成当初の厚さと同一であるので、エッチング凹部１４の深さＨＳを基に、上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１の深さＨ１１ｃ１、即ち、上部ＳＣＨ層エッチング工程において上部ＳＣＨ層１１をエッチングした深さを高精度に算出することができる。
【００４８】
これにより、算出工程において、上部ＳＣＨ層１１のエッチングレートを高精度に算出することができるので、追加エッチング工程において、高精度に算出されたエッチングレートに基づいて上部ＳＣＨ層１１を正確に深さＨ１１ｃ２だけ追加エッチングして回折格子１１ｄを形成することができる（図５（Ａ）参照）。その結果、回折格子１１ｄの凹部１１ｃの深さＨ１１ｃを高精度に制御することが可能となる。また、上述のような本実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法によれば、回折格子１１ｄの凹部１１ｃの深さＨ１１ｃを高精度に制御することが可能となる。その結果、回折格子１１ｄの回折効率のばらつきが抑制されるため、光出力や閾値電流等のレーザ特性のばらつきを抑制することが可能となる。
【００４９】
また、本実施形態の分布帰還型半導体レーザの製造方法では、図５（Ｂ）に示すように、追加エッチング工程後に上部ＳＣＨ層１１上に残存する第１マスク層１３は、上部クラッド層２３の一部を構成している。これにより、追加エッチング工程後に残存する第１マスク層１３を除去する工程が不要となっている。
【００５０】
本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。
【００５１】
例えば、上述の実施形態では、第２マスク層１５は酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるが、第２マスク層１５は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）や窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）等の窒化物材料からなってもよい。
【００５２】
また、上述の実施形態では、第１マスク層１３は、埋め込み層１９と同じ材料からなるが、上部クラッド層２３の一部を構成することができる材料であれば、埋め込み層１９と異なる材料からなっていてもよい。
【００５３】
また、追加エッチング工程の後であって上部クラッド層形成工程の前に、上部ＳＣＨ層１１上に残存する第１マスク層１３を選択的に除去してもよい（図５（Ａ）（Ｂ）参照）。この場合、埋め込み層１９のみで上部クラッド層２３となる。そして、この場合、第１マスク層１３は上部クラッド層２３の一部を構成しないので、第１マスク層１３を構成する材料の選択の幅が広がる。さらに、この場合、第１マスク層１３を選択的に除去した後に、回折格子１１ｄの複数の凹部１１ｃの深さＨ１１ｃを測定することが好ましい。この測定は、例えば、原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡によって行うことができる。これにより、回折格子１１ｄの複数の凹部１１ｃの深さＨ１１ｃが、設計値通りの値となっているか否かを確認することができる。
【００５４】
また、上述の実施形態においては、上部ＳＣＨ層エッチング工程後における孔部１３ｈ、上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１（図４（Ａ）参照）、及び、追加エッチング工程後の凹部１１ｃ（図５（Ａ）参照）は、それぞれ断面が矩形状であるが、このような形状に限られない。例えば、逆台形状や逆三角形状等のように半導体基板３に近づくにつれて幅が狭くなるような断面であってもよい。この場合であっても、周期λ１７、周期λ１５、周期λ１３、及び、周期λ１１ｐは、それぞれ周期λ１１と同一となる（図３〜図５参照）。また、この場合、算出工程において深さＨＳを測定する際は、第１マスク層１３の表面１３ｓから、上部ＳＣＨ層凹部１１ｃ１の最深部までの距離を測定すればよい。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）、３・・・半導体基板、１１・・・上部ＳＣＨ層（第１層、半導体層）、１１ｃ・・・回折格子の凹部、１１ｃ１・・・上部ＳＣＨ層凹部（半導体層凹部、第１層凹部）、１１ｄ・・・回折格子、１１ｂ・・・上部ＳＣＨ層の凹部の底部、１３・・・第１マスク層、１３ｈ・・・第１マスク層の孔部、１３ｓ・・・第１マスク層の表面、１４・・・エッチング凹部、１５・・・第２マスク層、１５ｈ・・・第２マスク層の孔部。
【図１】
2010171265.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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