(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ基板を形成する工程と、前記レーザ基板をエッチングしてリッジを形成する工程と、前記リッジ上に平坦化層を形成する工程と、前記平坦化層上にグレーティングを形成する工程と、前記グレーティングを、前記リッジが形成されたレーザ基板に転写する工程と、前記平坦化層を除去する工程と、電極を形成する工程と、を含む分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記平坦化層は、前記リッジを埋没させると共に前記リッジが形成されたレーザ基板の全面に形成されることを特徴とする請求項１記載の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記平坦化層上に強化層を形成したことを特徴とする請求項１乃至２記載の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記平坦化層上にグレーティングを形成する工程は、前記平坦化層上にレジスト層を塗布する工程と、前記レジスト層にグレーティングを形成する工程と、前記レジスト層に形成されたグレーティングを前記平坦化層に転写する工程と、からなることを特徴とする請求項１乃至２に記載の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記平坦化層上にグレーティングを形成する工程は、前記強化層上にレジスト層を塗布する工程と、前記レジスト層にグレーティングを形成する工程と、前記レジスト層に形成されたグレーティングを前記強化層に転写する工程と、前記強化層に形成されたグレーティングを前記平坦化層に転写する工程と、からなることを特徴とする請求項３に記載の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
前記グレーティングは、２光束干渉により形成されることを特徴とする請求項１乃至５記載の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分布帰還型（Distributed FeedBack:DFB）半導体レーザ素子の製造方法及びその製造方法によって形成される分布帰還型半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分布帰還型半導体レーザ素子は、光ＣＡＴＶ等の光通信システムや、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）素子を用いた短波長レーザ、又は小型固体レーザのポンプ光源や、光計測分野等に応用され得る素子として知られている。従来の分布帰還型半導体レーザ素子はいわゆる２段階エピタキシャル成長によって、形成されている。２段階エピタキシャル成長では、レーザ素子の導波層にグレーティング（回折格子）を設け、その後導波路上にその他の層をエピタキシャル成長させて形成する。
【０００３】
図４及び図５は、従来の分布帰還型半導体レーザ素子の製造工程を示す図であり、図５は、図４の後工程を示す。図４（ａ）において、ＩｎＰ基板３０１を用い、所定のエピタキシャル成長方法、液相成長法、有機金属気相成長法、分子線成長法等で１回目の結晶成長によりｎ−ＩｎＰ下部クラッド層３０２、グレーティング提供層３０３ａを形成する。
【０００４】
次に図４（ｂ）に示すように、グレーティング提供層３０３ａを光干渉露光によりグレーティングが施された層３０３ｂを形成する（グレーティング形成工程）。次に図４（ｃ）に示すように、グレーティングが形成された層３０３ｂの上に２回目の結晶成長（再成長工程）によりグレーティングを埋め込んだ活性層３０４、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層３０５、コンタクト層３０６を形成する。
【０００５】
次に図４（ｄ）に示すように、図示しないリッジ形成用のマスクをコンタクト層３０６上に形成して、コンタクト層３０６及びクラッド層をエッチングして、両側平坦部３０８とこれらから突出する所定高さで平坦上面部を有するストライプ方向に伸長したリッジ３０７とを形成する。
【０００６】
次に、図４（ａ）〜（ｄ）の工程後、図５（ａ）に示すように、両側平坦部３０８及びリッジ３０７の平坦上面部全体にわたって、ＳＯＧ（Spin on Glass ）膜またはポリイミド膜等の絶縁膜３０９を形成する。
【０００７】
次に、図５（ｂ）に示すように、エッチングによってコンタクト層３０６上の絶縁膜３０９をコンタクト層３０６が現れるまで除去し、図５（ｃ）に示すように、例えば、Ａｕ／Ｚｎ等の金属導電層を電極３１０として真空蒸着等により形成してリッジストライプ型ＤＦＢ半導体レーザ素子は完成する。もちろん、図示しないが電極３１０に対向する基板３０１側にも電極を形成する。
【０００８】
また、２段階エピタキシャル成長の煩雑性を回避するために、平坦な基板上に１段階エピタキシャル成長によって作製されるすなわち再エピタキシャル成長の無い、いわゆる無再成長分布帰還型半導体レーザ素子も開発されている。
【０００９】
例えば、基板に活性層、クラッド層等をエピタキシャル成長させ、リッジストライプを形成し、リッジストライプ上面部及びその両側平坦部にグレーティングを設けた屈折率結合のみの分布帰還型半導体レーザ素子が開示されている。
【００１０】
かかる無再成長分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法において、グレーティングは、電子ビーム描画法、あるいはシンクロトロン放射Ｘ線（ＳＯＲ−Ｘ線）描画法等によって形成されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように従来の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法では、グレーティングを形成する場合に、上述した描画法により、グレーティングが有するストライプ状の格子を１本１本形成していくため、レーザ素子の作成に時間がかかり、また製造装置も高価である。このことがコスト高の一因にもなっている。
【００１２】
また、光干渉露光（２光束干渉）においては、光の回折の影響のため、リッジ近傍では均一なグレーティングが形成できないという問題がある。
【００１３】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、簡単な工程によって容易に製造することのできる分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法及び分布帰還型半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、レーザ基板を形成する工程と、レーザ基板をエッチングしてリッジを形成する工程と、リッジ上に平坦化層を形成する工程と、平坦化層上にグレーティングを形成する工程と、リッジが形成されたレーザ基板にグレーティングを転写する工程と、平坦化層を除去する工程と、電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法において、平坦化層は、前記リッジを埋没させると共に前記リッジが形成されたレーザ基板の全面に形成されることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、請求項１乃至２記載の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法において、平坦化層上に強化層を形成したことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至２に記載の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法において、平坦化層上にグレーティングを形成する工程は、平坦化層上にレジスト層を塗布する工程と、レジスト層にグレーティングを形成する工程と、レジスト層に形成されたグレーティングを平坦化層に転写する工程と、からなることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項５記載の発明は、請求項３に記載の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法において、平坦化層上にグレーティングを形成する工程は、強化層上にレジスト層を塗布する工程と、レジスト層にグレーティングを形成する工程と、レジスト層に形成されたグレーティングを強化層に転写する工程と、強化層に形成されたグレーティングを平坦化層に転写する工程と、からなることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５記載の分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法において、グレーティングは、２光束干渉により形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７記載の発明は、レーザ基板を形成する工程と、レーザ基板をエッチングしてリッジを形成する工程と、リッジ上に平坦化層を形成する工程と、平坦化層上にグレーティングを形成する工程と、リッジが形成されたレーザ基板にグレーティングを転写する工程と、平坦化層を除去する工程と、電極を形成する工程と、を含む工程により製造される分布帰還型半導体レーザ素子であることを特徴とする。
【００２１】
【作用】
本発明は以上のように構成したので、リッジを形成した後に、リッジ上に平坦化層を形成することによって一旦表面を平坦化し、しかる後に平坦化層上にグレーティングを形成し、この形状に対しエッチング等の処理を施すことによりグレーティングをレーザ基板に転写し、その後にリッジ上に残存する平坦化層を除去するようにしたので、グレーティングが有する各格子を容易に確実に形成することができ、分布帰還型半導体レーザ素子の生産効率が上がる。
【００２２】
また、平坦化層上にグレーティングを形成する工程において、２光束干渉を用いることにより、グレーティングが有する各格子を容易に確実に一括形成することができ、分布帰還型半導体レーザ素子の生産効率が上がる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に好適な実施形態について図面を基に以下に説明する。
図１〜３は、分布帰還型半導体レーザ素子の一形態である横結合型（        Laterally-Coupled)分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法を各工程順に示した図であり、図２は図１の後工程を示し、図３は図２の後工程を示す。
【００２４】
まず、図１（ａ）に示すように、ｎ+ −ＩｎＰ基板上に、所定のエピタキシャル成長方法、液相成長法、有機金属気相成長法、分子線成長法等を用いてｎ−ＩｎＰからなる下部クラッド層、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層、を順次積層形成し、ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造、ＭＱＷ（Multi   Quantum Well：多重量子井戸構造）又はストレインＭＱＷ（歪多重量子井戸構造）等の構造を形成する。
【００２５】
また、上記活性層は、組成の異なるＩｎＧａＡｓＰの材料からなるガイド層（上部ガイド層、下部ガイド層）で上下を挟むように構成して積層形成され、上部ガイド層上にｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層を、ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層、キャップ層をそれぞれ積層する。これらにより、レーザ基板１が、１回のみの結晶成長で形成される。
【００２６】
次に、図１（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 等を用いて、レーザ基板１上に、リッジ形成用のマスクのための酸化膜２を全面に亘り形成する。
【００２７】
次に、図１（ｃ）に示すように、酸化膜２上に、レジストを所定幅のストライプ状に塗布し、次いで露光、現像することにより、リッジパターン３を形成する。
【００２８】
次に、リッジパターン３が形成された酸化膜２をドライエッチング処理すると、図１（ｄ）に示すように、酸化膜２は、リッジパターン３が形成された部分を除く部分がレーザ基板１上から除去される。
【００２９】
次に、図１（ｅ）に示すように、レジストであるリッジパターン３を剥離すると、表面にリッジパターン３に対応するパターンを有するリッジ形成の際のエッチング用マスク４が積層形成されたレーザ基板１が形成される。
【００３０】
次に、このエッチング用マスク４が積層形成されたレーザ基板１に対し、ドライエッチング処理を行うと、図１（ｆ）に示すように、レーザ基板１は、エッチング用マスク４に対応する部分を除いて、ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層、キャップ層、及び、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層の一部が取り除かれることによって、エッチング用マスク４下部にはリッジパターン３に対応するストライプ方向に伸長した所定高さを有するリッジ５ａが形成され、リッジ５ａの両側には、リッジ５ａと連続して形成される平坦な半導体部５ｂが形成される。
【００３１】
図１（ｆ）からわかるように、リッジ５ａは、エッチング用マスク４、及び、エッチング用マスク４が有するパターンに対応する、ＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層、キャップ層、及び、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層の一部によって形成され、レーザ基板１からＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層、キャップ層、及び、ｐ−ＩｎＰ上部クラッド層の一部が取り除かれて形成され表面がほぼ平坦となる半導体部５ｂと一体に形成される。
【００３２】
次に、図２（ａ）に示すように、リッジ５ａ上及び半導体部５ｂ上に平坦化層６を形成する。平坦化層６は、例えば、水ガラスやポリイミド等の充填剤を用いてリッジ５ａを埋没させて固化して形成したものであり、表面がほぼ平坦に形成される。
【００３３】
次に、図２（ｂ）において、平坦化層６の表面にレジストを塗布し、２光束干渉法により、ホログラッフィック露光、現像処理を行うことにより、グレーティングを有するレジスト７を形成する。
【００３４】
次に、図２（ｃ）において、レジスト７が形成された平坦化層６に対し、ドライエッチング処理を行うことにより、レジスト７が有するグレーティングが、平坦化層６に一括転写され、さらにドライエッチング処理を行うと、平坦化層６に転写されたグレーティングが、半導体部５ｂに一括転写される。
【００３５】
この場合に、マスク４の材料を構成するマスク用酸化膜２と平坦化層６との組み合わせは、マスク４の材料を構成するマスク用酸化膜２のエッチングレートが、平坦化層６のエッチングレートよりも小さくなるように設定されるので、このエッチングによって形成されるグレーティングは、リッジ５ａのマスク用酸化膜２より下層の半導体（ここではキャップ層）までエッチング処理されることない。
【００３６】
したがって、このドライエッチング処理によってグレーティングが半導体部５ｂに一括転写されても、リッジ５ａのマスク用酸化膜２より下層の半導体（ここではキャップ層）にはエッチングされない。
【００３７】
次に、図２（ｄ）に示すように、上述したドライエッチング処理後に残存するレジスト７、平坦化層６、マスク４をそれぞれ除去すると、半導体部５ｂの表面にグレーティング８が形成される。
【００３８】
このように、２光束干渉法を用いて平坦化層６上にグレーティングを形成し、このグレーティングをドライエッチング処理することによりリッジ５ａの両側に形成された半導体部５ｂに転写するので、リッジ５ａによる光の回折の影響を受けることなくリッジ５ａの立上がり部分まで確実に形成される。したがって、グレーティング８は、半導体部５ｂ上において、図２（ｄ）に示すようにリッジ５ａの立上がり部分まで均一に形成される。
【００３９】
次いで、図２（ｅ）に示すように、リッジ５ａ、及び、グレーティング８が形成された半導体部５ｂ上に絶縁膜９を形成する。絶縁膜９は、例えば、水ガラスやポリイミド等の充填剤を用いてリッジ５ａを埋没させて固化して形成したものであり、表面がほぼ平坦に形成される。
【００４０】
次に、図３（ａ）に示すように、絶縁膜９に対し、セルフアライン法によるドライエッチング処理を行って、リッジ５ａの上面を絶縁膜９から露出させる。
【００４１】
次いで図３（ｂ）において、リッジ５ａの上面及び絶縁膜９上にｐ電極に対応する金属１０を蒸着させる。
【００４２】
次に、図３（ｃ）において、レーザ基板１の底部（ｎ+ −ＩｎＰ基板）を研磨して、ｎ+ −ＩｎＰ基板を所定の厚さに調整した後、図３（ｄ）において、研磨後のｎ+ −ＩｎＰ基板上にｎ電極に対応する金属１１を蒸着させる。
【００４３】
次に、図３（ｅ）において、上記金属１０、１１に対しＡＲ、ＨＲコーティング処理を施し、所定の形状にへき開すると、ｐ電極１２及びｎ電極１３が形成され、横結合型分布帰還型半導体レーザ素子が形成される。
【００４４】
なお、本実施形態においては、横結合型分布帰還型半導体レーザ素子の製造工程において、図２（ａ）に示すように、平坦化層６は、例えば、水ガラスやポリイミド等の充填剤を用いてリッジ５ａを埋没させて固化して形成したが、平坦化層６は、その強度を向上させるために、一旦水ガラスやポリイミド等を用いてリッジ５ａを埋没させて固化した後、さらにその上にアルミニウム等の金属薄膜を形成するようにしてもよい。
【００４５】
このことにより、平坦化層６は、表面が金属薄膜によって強化されるので、平坦化層６の表面にレジストを塗布し、２光束干渉法により、ホログラッフィック露光、現像処理を行う場合に、グレーティングを有するレジスト７を精度良く形成することができる。
【００４６】
なお、上述したように、平坦化層６の表面に金属薄膜を設けた場合には、グレーティングを有するレジスト７はこの金属薄膜上に形成されるが、金属薄膜上に形成されたグレーティングが半導体部５ｂに一括転写される工程は以下のように行われる。
【００４７】
即ち、先に述べた図２（ｃ）に対応する製造工程においてドライエッチング処理を行うことにより、レジスト７が有するグレーティングが、一旦金属薄膜に一括転写され、さらにドライエッチング処理を行うと、金属薄膜に転写されたグレーティングが、金属薄膜の下層に形成された固化した充填剤（水ガラスやポリイミド等）に一括転写され、さらにドライエッチング処理を行うと、固化した充填剤に転写されたグレーティングが半導体部５ｂに一括転写される。
【００４８】
上記実施例では、グレーティングは、２光束干渉法を用いて形成するように説明したが、他の方法を用いても良い。なお、上記実施例のごとく２光束干渉を用いてグレーティングを形成する場合には、グレーティングが有する各格子を容易に確実に一括形成することができ、製造装置も安価となり、分布帰還型半導体レーザ素子のコストも安くなる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したため、リッジを形成した後に、リッジ上に平坦化層を形成することによって一旦表面を平坦化し、しかる後に平坦化層上にグレーティングを形成し、この形状に対しエッチング等の処理を施すことによりグレーティングをレーザ基板に転写し、その後にリッジ上に残存する平坦化層を除去するようにしたので、グレーティングが有する各格子を容易に確実に形成することができ、分布帰還型半導体レーザ素子の生産効率が上がる。
【００５０】
また、平坦化層上にグレーティングを形成する工程において、２光束干渉を用いることにより、グレーティングが有する各格子を容易に確実に一括形成することができ、分布帰還型半導体レーザ素子の生産効率が上がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法を各工程順に示した図である。
【図２】本発明の一実施形態における分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法を各工程順に示した図である。
【図３】本発明の一実施形態における分布帰還型半導体レーザ素子の製造方法を各工程順に示した図である。
【図４】従来の分布帰還型半導体レーザ素子の製造工程を示す図である。
【図５】従来の分布帰還型半導体レーザ素子の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・レーザ基板
２・・・・・酸化膜
３・・・・・リッジパターン
４・・・・・マスク
５ａ・・・・リッジ
５ｂ・・・・半導体部
６・・・・・平坦化層
７・・・・・レジスト
８・・・・・グレーティング
９・・・・・絶縁膜
１０・・・・金属
１１・・・・金属
１２・・・・ｐ電極
１３・・・・ｎ電極
【図１】
0003678872.tif 000002
【図２】
0003678872.tif 000003
【図３】
0003678872.tif 000004
【図４】
0003678872.tif 000005
【図５】
0003678872.tif 000006