(57)【要約】【課題】ナノインプリントにおける凹凸パターンの転写精度の低下を軽減する。【解決手段】回折格子の形成方法は、光素子の回折格子を形成するための凹凸パターン部１３を有するモールド１を準備する工程と、基板２１上に回折格子層２６を形成する工程と、回折格子層２６上に樹脂層３１を形成する工程と、樹脂層３１に凹凸パターン部１３を押し当てた状態で樹脂層３１を硬化させることによって、回折格子のためのパターン３１ｐを樹脂層３１に形成する工程と、パターン３１ｐを用いて回折格子層２６をエッチングすることにより、回折格子を形成する工程と、を備える。モールド１は、可撓性を有する第１基体１１と、剛性を有する複数の第２基体１２と、を備え、複数の第２基体１２は、凹凸パターン部１３を有し、第１基体１１上に予め定められた間隔で設けられている。【選択図】図２
2014052593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子の回折格子を形成するための凹凸パターン部を有するモールドを準備する工程と、
基板上に前記回折格子のための第１の層を形成する工程と、
前記第１の層上に樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層に前記凹凸パターン部を押し当てた状態で前記樹脂層を硬化させることによって、前記回折格子のためのパターンを前記樹脂層に形成する工程と、
前記回折格子のためのパターンを用いて前記第１の層をエッチングすることにより、前記回折格子を形成する工程と、
を備え、
前記モールドは、可撓性を有する第１基体と、剛性を有する複数の第２基体と、を備え、
前記複数の第２基体は、前記凹凸パターン部を有し、前記第１基体上に予め定められた間隔で設けられていることを特徴とする回折格子の形成方法。
【請求項２】
前記モールドを準備する工程は、
前記第１基体上に前記複数の第２基体のための剛性層を形成する工程と、
前記剛性層をエッチングして複数の凹凸パターン部を形成する工程と、
前記複数の凹凸パターン部の各々を覆うように前記剛性層上にマスク層を分離して形成する工程と、
前記マスク層を用いて前記剛性層をエッチングすることによって、前記複数の第２基体を形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の回折格子の形成方法。
【請求項３】
前記モールドを準備する工程は、
前記凹凸パターン部に対応する複数のパターンが形成された一面を有する型枠用基板を準備する工程と、
前記型枠用基板の前記一面に剛性層のための材料を塗布し、塗布した前記材料を固化することによって前記剛性層を形成する工程と、
前記複数のパターンの各々を覆うように前記剛性層上にマスク層を分離して形成する工程と、
前記マスク層を用いて前記剛性層をエッチングすることによって、前記複数の第２基体を形成する工程と、
前記複数の第２基体に前記第１基体を形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の回折格子の形成方法。
【請求項４】
前記基板と前記第１の層との間に活性層を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回折格子の形成方法。
【請求項５】
前記第１基体は、ＰＤＭＳから構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回折格子の形成方法。
【請求項６】
前記第２基体は、シリコン酸化物から構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回折格子の形成方法。
【請求項７】
光素子の回折格子を形成するための凹凸パターン部を有するモールドを準備する工程と、
基板上に前記回折格子のための第１の層を形成する工程と、
前記第１の層上に樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層に前記凹凸パターン部を押し当てた状態で前記樹脂層を硬化させることによって、前記回折格子のためのパターンを前記樹脂層に形成する工程と、
前記回折格子のためのパターンを用いて前記第１の層をエッチングすることにより、前記回折格子を形成する工程と、
前記第１の層の屈折率と異なる屈折率を有する第２の層を前記回折格子上に成長する工程と、
を備え、
前記モールドは、可撓性を有する第１基体と、剛性を有する複数の第２基体と、を備え、
前記複数の第２基体は、前記凹凸パターン部を有し、前記第１基体上に予め定められた間隔で設けられていることを特徴とする回折格子を有する光素子の製造方法。
【請求項８】
可撓性を有する第１基体と、
剛性を有する複数の第２基体と、
を備え、
前記複数の第２基体は、光素子の回折格子を形成するための凹凸パターン部を有し、前記第１基体上に予め定められた間隔で設けられていることを特徴とするナノインプリント用モールド。
【請求項９】
前記第１基体は、ＰＤＭＳから構成されていることを特徴とする請求項８に記載のナノインプリント用モールド。
【請求項１０】
前記第２基体は、シリコン酸化物から構成されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のナノインプリント用モールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリント用モールド、回折格子の形成方法及び回折格子を有する光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回折格子を有する光素子が知られている。この回折格子は、凹凸パターン部を有するモールドを基板上の樹脂層に押し当てることによって、モールドの凹凸パターンを樹脂層に転写し、転写された凹凸パターンを用いて基板をエッチングすることにより形成される。この回折格子の形成方法では、基板の表面が平坦でない場合、基板上の樹脂層にモールドの凹凸パターン部の一部が押し当てられないおそれがあり、凹凸パターンが転写されない場合がある。
【０００３】
これに対し、特許文献１には、可撓性材料を用いたモールドによって、ナノインプリントを行う構成が記載されている。このモールドは、基板の表面が平坦でない場合でも、基板の表面に沿って変形するので、基板上の樹脂層に凹凸パターン部が確実に押し当てられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３６５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のモールドは可撓性を有するので、基板の表面に沿ってモールドを変形させた場合、モールドの凹凸パターン部が歪むおそれがある。その結果、凹凸パターンの転写精度が低下する。
【０００６】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、凹凸パターンの転写精度の低下を軽減可能な構造を有するナノインプリント用モールド、回折格子の形成方法及び回折格子を有する光素子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】
【０００７】
上記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、（ａ）光素子の回折格子を形成するための凹凸パターン部を有するモールドを準備する工程と、（ｂ）基板上に前記回折格子のための第１の層を形成する工程と、（ｃ）前記第１の層上に樹脂層を形成する工程と、（ｄ）前記樹脂層に前記凹凸パターン部を押し当てた状態で前記樹脂層を硬化させることによって、前記回折格子のためのパターンを前記樹脂層に形成する工程と、（ｅ）前記回折格子のためのパターンを用いて前記第１の層をエッチングすることにより、前記回折格子を形成する工程と、を備える。前記モールドは、可撓性を有する第１基体と、剛性を有する複数の第２基体と、を備え、前記複数の第２基体は、前記凹凸パターン部を有し、前記第１基体上に予め定められた間隔で設けられている。
【０００８】
このような回折格子の形成方法によれば、樹脂層に凹凸パターン部を押し当てた状態で樹脂層を硬化させることによって、回折格子のためのパターンを形成する。基板の表面は平坦でなく、起伏を有することがある。この場合、基板上に設けられた樹脂層の表面は、基板と同様に平坦でないことがある。複数の第２基体は予め定められた間隔で第１基体上に設けられており、モールドの第１基体は可撓性を有するので、モールドの凹凸パターン部を樹脂層に押し付けた場合、複数の第２基体の間の第１基体は樹脂層の表面に沿って撓む。このため、樹脂層の表面に起伏があったとしても、凹凸パターン部がより確実に樹脂層に押し当てられる。また、第２基体は剛性を有するので、モールドの凹凸パターン部を樹脂層に押し付けた際の凹凸パターン部の撓みを防止できる。このため、凹凸パターン部の凹凸パターンの歪みを防止でき、凹凸パターンの繰り返し周期の変化を抑制できる。このように、モールドを用いた回折格子の形成方法では、モールドの凹凸パターンの樹脂層への転写精度の低下を軽減できる。
【０００９】
前記モールドを準備する工程は、前記第１基体上に前記複数の第２基体のための剛性層を形成する工程と、前記剛性層をエッチングして複数の凹凸パターン部を形成する工程と、前記複数の凹凸パターン部の各々を覆うように前記剛性層上にマスク層を分離して形成する工程と、前記マスク層を用いて前記剛性層をエッチングすることによって、前記複数の第２基体を形成する工程と、を備えてもよい。この回折格子の形成方法によれば、可撓性を有する第１基体と、剛性を有する複数の第２基体と、を備え、複数の第２基体が凹凸パターン部を有し、第１基体上に予め定められた間隔で設けられているモールドを作製できる。そして、このようなモールドを用いて回折格子を形成することにより、モールドの凹凸パターンの樹脂層への転写精度の低下を軽減できる。
【００１０】
前記モールドを準備する工程は、前記凹凸パターン部に対応する複数のパターンが形成された一面を有する型枠用基板を準備する工程と、前記型枠用基板の前記一面に剛性層のための材料を塗布し、塗布した前記材料を固化することによって前記剛性層を形成する工程と、前記複数のパターンの各々を覆うように前記剛性層上にマスク層を分離して形成する工程と、前記マスク層を用いて前記剛性層をエッチングすることによって、前記複数の第２基体を形成する工程と、前記複数の第２基体に前記第１基体を形成する工程と、を備えてもよい。この回折格子の形成方法によれば、可撓性を有する第１基体と、剛性を有する複数の第２基体と、を備え、複数の第２基体が凹凸パターン部を有し、第１基体上に予め定められた間隔で設けられているモールドを作製できる。そして、このようなモールドを用いて回折格子を形成することにより、モールドの凹凸パターンの樹脂層への転写精度の低下を軽減できる。
【００１１】
前記基板と前記第１の層との間に活性層を有してもよい。この回折格子の形成方法によれば、活性層を有する光素子において、モールドの凹凸パターンの樹脂層への転写精度の低下を軽減できる。
【００１２】
前記第１基体は、ＰＤＭＳから構成されてもよい。この回折格子の形成方法によれば、第１基体はＰＤＭＳから構成されるので、モールドの凹凸パターン部を樹脂層に押し付けた場合、複数の第２基体の間の第１基体は樹脂層の表面に沿って撓む。このため、樹脂層の表面に起伏があったとしても、凹凸パターン部をより確実に樹脂層に押し当てることができる。
【００１３】
前記第２基体は、シリコン酸化物から構成されてもよい。この回折格子の形成方法によれば、第２基体はシリコン酸化物から構成されるので、モールドの凹凸パターン部を樹脂層に押し付けた場合、凹凸パターン部の撓みを防止できる。このため、凹凸パターン部の凹凸パターンに歪みを防止でき、凹凸パターンの繰り返し周期の変化を抑制できる。
【００１４】
また、本発明に係る回折格子を有する光素子の製造方法は、光素子の回折格子を形成するための凹凸パターン部を有するモールドを準備する工程と、基板上に前記回折格子のための第１の層を形成する工程と、前記第１の層上に樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層に前記凹凸パターン部を押し当てた状態で前記樹脂層を硬化させることによって、前記回折格子のためのパターンを前記樹脂層に形成する工程と、前記回折格子のためのパターンを用いて前記第１の層をエッチングすることにより、前記回折格子を形成する工程と、前記第１の層の屈折率と異なる屈折率を有する第２の層を前記回折格子上に成長する工程と、を備える。前記モールドは、可撓性を有する第１基体と、剛性を有する複数の第２基体と、を備え、前記複数の第２基体は、前記凹凸パターン部を有し、前記第１基体上に予め定められた間隔で設けられている。
【００１５】
このような回折格子を有する光素子の製造方法によれば、モールドの凹凸パターン部を樹脂層に押し当てた状態で樹脂層を硬化させることによって、回折格子のためのパターンを形成する。基板の表面は平坦でなく、起伏を有することがある。この場合、基板上に設けられた樹脂層の表面は、基板と同様に平坦でないことがある。複数の第２基体は予め定められた間隔で第１基体上に設けられており、モールドの第１基体は可撓性を有するので、モールドの凹凸パターン部を樹脂層に押し付けた場合、複数の第２基体の間の第１基体は樹脂層の表面に沿って撓む。このため、樹脂層の表面に起伏があったとしても、凹凸パターン部がより確実に樹脂層に押し当てられる。また、第２基体は剛性を有するので、モールドの凹凸パターン部を樹脂層に押し付けた際の凹凸パターン部の撓みを防止できる。このため、凹凸パターン部の凹凸パターンの歪みを防止でき、凹凸パターンの繰り返し周期の変化を抑制できる。このように、モールドを用いた回折格子を有する光素子の製造方法では、モールドの凹凸パターンの樹脂層への転写精度の低下を軽減でき、モールドを用いて形成された回折格子パターンによって、所望の発振波長の光を得ることが可能となる。
【００１６】
また、本発明に係るナノインプリント用モールドは、可撓性を有する第１基体と、剛性を有する複数の第２基体と、を備える。前記複数の第２基体は、光素子の回折格子を形成するための凹凸パターン部を有し、前記第１基体上に予め定められた間隔で設けられている。
【００１７】
このようなナノインプリント用モールドによれば、複数の第２基体は予め定められた間隔で第１基体上に設けられており、モールドの第１基体は可撓性を有する。このため、モールドの凹凸パターン部を平坦でない樹脂層に押し付けて回折格子のためのパターンを形成する場合、複数の第２基体の間の第１基体は樹脂層の表面に沿って撓む。このため、樹脂層の表面に起伏があったとしても、凹凸パターン部がより確実に樹脂層に押し当てられる。また、第２基体は剛性を有するので、モールドの凹凸パターン部を樹脂層に押し付けた際の凹凸パターン部の撓みを防止できる。このため、凹凸パターン部の凹凸パターンの歪みを防止でき、凹凸パターンの繰り返し周期の変化を抑制できる。このように、ナノインプリント用モールドを用いて回折格子を形成する場合に、ナノインプリント用モールドの凹凸パターンの樹脂層への転写精度の低下を軽減できる。
【００１８】
前記第１基体は、ＰＤＭＳから構成されてもよい。このナノインプリント用モールドによれば、第１基体はＰＤＭＳから構成されるので、モールドの凹凸パターン部を樹脂層に押し付けた場合、複数の第２基体の間の第１基体は樹脂層の表面に沿って撓む。このため、樹脂層の表面に起伏があったとしても、凹凸パターン部をより確実に樹脂層に押し当てることができる。
【００１９】
前記第２基体は、シリコン酸化物から構成されてもよい。このナノインプリント用モールドによれば、第２基体はシリコン酸化物から構成されるので、モールドの凹凸パターン部を樹脂層に押し付けた場合、凹凸パターン部の撓みを防止できる。このため、凹凸パターン部の凹凸パターンに歪みを防止でき、凹凸パターンの繰り返し周期の変化を抑制できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ナノインプリントにおける凹凸パターンの転写精度の低下を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】モールドの構成を概略的に示すための平面図である。
【図２】図１のモールドの一部を拡大した平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿っての断面図である。
【図４】半導体光素子の製造工程の一例を示す工程図である。
【図５】回折格子形成工程の一例を示す工程図である。
【図６】回折格子形成工程の一例を模式的に示す図である。
【図７】図６の後続の工程を模式的に示す図である。
【図８】図７の後続の工程を模式的に示す図である。
【図９】図８の後続の工程を模式的に示す図である。
【図１０】半導体光素子の製造工程の一例を模式的に示す図である。
【図１１】図１０の後続の工程を模式的に示す図である。
【図１２】図１１の後続の工程を模式的に示す図である。
【図１３】図４の製造方法によって作製される半導体光素子を一部破断して示す斜視図である。
【図１４】（ａ）は図１のモールドを樹脂層に押し付けた状態を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は比較例のモールドを樹脂層に押し付けた状態を示す図である。
【図１５】モールド準備工程の第１変形例を模式的に示す図である。
【図１６】図１５の後続の工程を模式的に示す図である。
【図１７】モールド準備工程の第２変形例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係るモールドの構成を概略的に示すための平面図である。図２は、モールドの一部を拡大した平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿っての断面図である。図１〜図３に示されるように、モールド１は、ナノインプリント用のモールドであって、第１基体１１と、複数の第２基体１２と、複数の凹凸パターン部１３とを備えている。
【００２４】
第１基体１１は、可撓性を有し、例えば円板形状を呈している。第１基体１１は、例えば半径が１００ｍｍ程度の円板であり、第１基体１１の厚さＴ１は、例えば１００μｍ以上３ｍｍ以下である。第１基体１１は、可撓性を有する材料から構成されており、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）などの樹脂から構成されている。また、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）などの樹脂も用いることができる。第１基体１１のヤング率は、第２基体１２のヤング率よりも小さく、例えば０．１〜５ＧＰａ程度である。また、第１基体１１は、第２基体１２が設けられる主面１１ａと、主面１１ａと反対側の面であって後述のモールド押し当て工程において押圧される裏面１１ｂと、を有する。
【００２５】
第２基体１２は、剛性を有し、第１方向Ａに延在する矩形板状の形状を呈している。第２基体１２の第１方向Ａの長さＬは、例えば２００μｍ〜５００μｍ程度、第２基体１２の第１方向Ａと交差する第２方向Ｂの長さ（幅）Ｗは、５〜５０μｍ程度、第２基体１２の厚さＴ２は、例えば２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。第２基体１２は、剛性を有する材料から構成されており、例えばシリコン酸化物（石英）、合成石英などから構成されている。第２基体１２のヤング率は、第１基体１１のヤング率よりも大きく、例えば７２ＧＰａ程度である。
【００２６】
また、第２基体１２は、第１基体１１の主面１１ａ上に設けられ、第１基体１１の主面１１ａに接している。図１において、主面１１ａ上には、第２基体１２の配置を説明するために用いられる列Ｃ１〜列Ｃｍ及び行Ｒ１〜行Ｒｎが示されている。列Ｃ１〜列Ｃｍはそれぞれ、第１方向Ａに延び、互いに一定の間隔で順に設けられている。行Ｒ１〜行Ｒｎはそれぞれ、第２方向Ｂに延び、互いに一定の間隔で順に設けられている。複数の第２基体１２は、列Ｃ及び行Ｒの交点上に配置されている。すなわち、複数の第２基体１２は、各列Ｃ上に間隔Ｄ１で配列され、かつ、各行Ｒ上に間隔Ｄ２で配列されている。この間隔Ｄ１は、例えば５００μｍ〜３ｍｍ程度である。また、間隔Ｄ２は、例えば４００μｍ〜１ｍｍ程度である。
【００２７】
凹凸パターン部１３は、回折格子を形成するための凹凸パターンを有し、第２基体１２の主面１２ａ上に設けられている。凹凸パターン部１３は、剛性を有する材料から構成されており、例えばシリコン酸化物（石英）、合成石英などから構成されている。凹凸パターン部１３は、複数の凸部１３ａと、複数の凹部１３ｂとを含んでいる。凸部１３ａ及び凹部１３ｂは、第１方向Ａに沿ってピッチ（繰り返し周期）Ｐで交互に配列されている。ピッチＰは、所望の光波長に応じて定められ、例えば２００〜３００ｎｍ程度である。
【００２８】
凸部１３ａは、第２方向Ｂに延びており、主面１２ａの法線軸方向に突出している。凸部１３ａの第１方向Ａの長さは、例えば１００ｎｍ程度である。凸部１３ａの第２方向Ｂの長さは、第２基体１２の幅Ｗ以下であって、光素子の活性層ストライプ領域ＳＴの幅よりも大きい。この凸部１３ａの突出方向の高さＴ３は、例えば２０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。凹部１３ｂは、隣り合う２つの凸部１３ａと第２基体１２の主面１２ａとから構成され、第２方向Ｂに延びている。凹部１３ｂの第１方向Ａの長さは、例えば１００ｎｍ程度である。凹部１３ｂの第２方向Ｂの長さは、凸部１３ａの第２方向Ｂの長さと同程度である。
【００２９】
次に、図４〜図１３を参照して、モールド１を用いた光素子の製造方法の一例について説明する。図４は、モールド１を用いた半導体光素子の製造方法を示す工程図である。図５は、モールド１を用いた回折格子の形成方法を示す工程図である。図６〜図９は、回折格子形成工程Ｓ０２における図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿っての断面を模式的に示す図である。図１０は、第２エピタキシャル成長工程Ｓ０３及びメサ形成工程Ｓ０４における図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿っての断面を模式的に示す図である。図１１は、メサ形成工程Ｓ０４における第１方向Ａと交差する断面を模式的に示す図である。図１２は、埋込工程Ｓ０５〜電極形成工程Ｓ０７における第１方向Ａと交差する断面を模式的に示す図である。図１３は、図４の製造方法によって作製される半導体光素子２を一部破断して示す斜視図である。
【００３０】
図４に示されるように、モールド１を用いた半導体光素子２の製造方法は、第１エピタキシャル成長工程Ｓ０１と、回折格子形成工程Ｓ０２と、第２エピタキシャル成長工程Ｓ０３と、メサ形成工程Ｓ０４と、埋込工程Ｓ０５と、第３エピタキシャル成長工程Ｓ０６と、電極形成工程Ｓ０７と、によって構成されている。
【００３１】
エピタキシャル成長工程Ｓ０１では、図８の（ａ）に示されるように、半導体領域２０を形成する。例えば、基板２１の主面２１ａの法線軸に沿って、基板２１の主面２１ａ上に第１クラッド層２２、第１光閉じ込め層２３、活性層２４、第２光閉じ込め層２５及び回折格子層２６（第１の層）を順に成長する。基板２１は、例えばｎ型ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。第１クラッド層２２は、例えばｎ型ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。第１光閉じ込め層２３は、例えばｎ型ＧａＩｎＡｓＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。活性層２４は、例えばＧａＩｎＡｓＰを含む多重量子井戸構造を有する。第２光閉じ込め層２５は、例えばｐ型ＧａＩｎＡｓＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。回折格子層２６は、例えばｐ型ＧａＩｎＡｓＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。なお、第１光閉じ込め層２３及び第２光閉じ込め層２５は、形成されなくてもよい。
【００３２】
回折格子形成工程Ｓ０２では、半導体領域２０の主面２０ａに回折格子層２６を形成する。図５に示されるように、回折格子形成工程Ｓ０２は、モールド準備工程Ｓ２１と、樹脂層形成工程Ｓ２２と、モールド押し当て工程Ｓ２３と、硬化工程Ｓ２４と、離型工程Ｓ２５と、エッチング工程Ｓ２６と、によって構成されている。
【００３３】
モールド準備工程Ｓ２１は、モールド１を準備する。図６及び図７を参照して、モールド準備工程Ｓ２１について具体的に説明する。まず、図６の（ａ）に示されるように、第１基体１１の主面１１ａに第２基体１２のための剛性層１２Ａを形成する。この剛性層１２Ａは、例えばシリコン酸化物（石英）などの剛性材料から構成されている。剛性層１２Ａは、例えばＵＶ（ultraviolet）接着により第１基体１１の主面１１ａ上に貼り付けられる。また、剛性層１２Ａは、剛性層１２Ａのための材料を主面１１ａ上に塗布し、固めることによって形成されてもよい。そして、剛性層１２Ａ上にレジスト１６を形成する。
【００３４】
次に、図６の（ｂ）に示されるように、例えば電子ビーム（Electron  Beam；ＥＢ）リソグラフィ（ＥＢ描画及び現像）によって、複数の凹凸パターン部１３を規定するためのパターンをレジスト１６に形成する。続いて、図６の（ｃ）に示されるように、レジスト１６をエッチングマスクとして、例えばＣＦ４を用いた反応性イオンエッチング（Reactive  Ion  Etching；ＲＩＥ）により剛性層１２Ａをエッチングし、複数の凹凸パターン部１３を形成する。そして、例えばＯ２を用いたプラズマアッシングによりレジスト１６を除去する。
【００３５】
次に、図７の（ａ）に示されるように、複数の第２基体１２を規定するためのフォトレジスト１７（マスク層）を剛性層１２Ａ上に形成する。フォトレジスト１７は、例えばｉ線ステッパを用いて露光され、パターン形成される。このフォトレジスト１７は、複数の凹凸パターン部１３の各々を覆うように、凹凸パターン部１３ごとに分離して形成される。続いて、図７の（ｂ）に示されるように、フォトレジスト１７をエッチングマスクとして、例えばＣＦ４を用いたＲＩＥにより第１基体１１の主面１１ａが露出するまで剛性層１２Ａをエッチングし、複数の第２基体１２を形成する。そして、図７の（ｃ）に示されるように、例えばＯ２を用いたプラズマアッシングによりフォトレジスト１７を除去する。以上のようにして、モールド１が作製される。
【００３６】
樹脂層形成工程Ｓ２２では、図８の（ａ）に示されるように、エピタキシャル成長工程Ｓ０１において形成された半導体領域２０の主面２０ａ上に樹脂層３１を形成する。樹脂層３１は、例えば主面２０ａに塗布されることによって形成される。この樹脂層３１は、例えば紫外線硬化性樹脂から構成されている。なお、樹脂層３１は、熱可塑性樹脂から構成されてもよい。
【００３７】
モールド押し当て工程Ｓ２３では、図８の（ｂ）に示されるように、モールド１の凹凸パターン部１３を半導体領域２０上に形成された樹脂層３１に押し当てる。具体的には、まず、凹凸パターン部１３が樹脂層３１の表面３１ａに接するようにモールド１を樹脂層３１上に載置する。そして、第１基体１１を挟んで第２基体１２と対向する第１基体１１の裏面１１ｂを押圧することによって、凹凸パターン部１３を樹脂層３１に押し当てる。これにより、凹凸パターン部１３の凸部１３ａ及び凹部１３ｂが樹脂層３１によって充たされ、モールド１の凹凸パターン部１３の形状が樹脂層３１に転写される。
【００３８】
硬化工程Ｓ２４では、モールド押し当て工程Ｓ２３において樹脂層３１に凹凸パターン部１３が押し当てられた状態で樹脂層３１を硬化させる。樹脂層３１が紫外線硬化性樹脂から構成されている場合には、樹脂層３１に紫外線を照射することにより樹脂層３１を硬化させる。また、樹脂層３１が熱可塑性樹脂から構成されている場合には、モールド押し当て工程Ｓ２３において樹脂層３１を加熱して樹脂層３１を軟化させておき、モールド１の凹凸パターン部１３を押し当てた状態で樹脂層３１の温度を下げて硬化させる。
【００３９】
離型工程Ｓ２５では、図８の（ｃ）に示されるように、硬化工程Ｓ２４において硬化させた樹脂層３１からモールド１を剥離する。以上の工程により、樹脂層３１の表面３１ａに回折格子のためのパターン３１ｐが形成される。このパターン３１ｐの形状は、モールド１の凹凸パターン部１３の形状に対応している。
【００４０】
エッチング工程Ｓ２６では、半導体領域２０に凹凸パターン部１３の形状を転写する。図９を参照して、エッチング工程Ｓ２６について具体的に説明する。まず、図９の（ａ）に示されるように、主面２０ａが露出するまで樹脂層３１を全面ドライエッチングする。さらに、図９の（ｂ）に示されるように、樹脂層３１をエッチングマスクとして、例えばＣＨ４とＨ２との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより半導体領域２０の回折格子層２６をエッチングする。そして、図９の（ｃ）に示されるように、例えばＯ２を用いたプラズマアッシングによって樹脂層３１を除去する。
【００４１】
以上の工程により、半導体領域２０の回折格子層２６に回折格子パターン２６ｐが形成される。回折格子パターン２６ｐの形状は、モールド１の凹凸パターン部１３の形状に対応し、回折格子パターン２６ｐの繰り返し周期は、所望の光の発振波長により決定される。この回折格子パターン２６ｐは、例えば１．３〜１．６μｍ程度の波長の光を発振する。このような波長の光を発振するために、回折格子パターン２６ｐの繰り返し周期は、０．１ｎｍ程度の精度が要求される。
【００４２】
図４に戻って、モールド１を用いた半導体光素子２の製造方法の後続の工程を説明する。第２エピタキシャル成長工程Ｓ０３では、図１０の（ａ）に示されるように、回折格子形成工程Ｓ０２において形成された回折格子パターン２６ｐ上に第２クラッド層２７（第２の層）を成長する。この成長により、第２クラッド層２７が回折格子パターン２６ｐを埋め込む。第２クラッド層２７は、回折格子層２６とは異なる材料からなり、例えばｐ型ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。また、第２クラッド層２７の屈折率は、回折格子層２６の屈折率と異なる。
【００４３】
メサ形成工程Ｓ０４では、半導体領域２０及び第２クラッド層２７に半導体メサＭを形成する。図１０の（ｂ）、（ｃ）及び図１１を参照して、メサ形成工程Ｓ０４について具体的に説明する。まず、図１０の（ｂ）に示されるように、第２クラッド層２７上に絶縁膜３２を堆積する。絶縁膜３２は、例えばシリコン酸化物またはシリコン窒化物などからなる。さらに、図１０の（ｃ）に示されるように、絶縁膜３２上にレジスト３３を形成する。そして、図１１の（ａ）に示されるように、半導体メサＭを形成するためのストライプパターンをレジスト３３に露光により転写する。露光されたレジスト３３を現像して、半導体メサＭを規定するためのレジストパターン３３ａを形成する。このレジストパターン３３ａは、例えば１〜３μｍ程度の幅を有し、第１方向Ａに延在するストライプパターンである。続いて、図１１の（ｂ）に示されるように、レジストパターン３３ａを用いて絶縁膜３２をエッチングし、マスク３２ａを形成する。そして、図１１の（ｃ）に示されるように、マスク３２ａをエッチングマスクとして、例えばＣＨ４とＨ２との混合ガスを用いたＲＩＥにより第２クラッド層２７及び半導体領域２０をエッチングし、半導体メサＭを形成する。この半導体メサＭは第１方向Ａに延在し、その幅は例えば１〜３μｍ程度である。
【００４４】
埋込工程Ｓ０５では、図１２の（ａ）に示されるように、メサ形成工程Ｓ０４において形成された半導体メサＭを半導体層４０によって埋め込む。このとき、マスク３２ａを用いて半導体層４０を選択成長する。半導体層４０は、例えばＦｅがドープされたＩｎＰなどの半絶縁性ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含む。半導体メサＭを半導体層４０によって埋め込んだ後にマスク３２ａを除去する。
【００４５】
第３エピタキシャル成長工程Ｓ０６では、図１２の（ｂ）に示されるように、埋込工程Ｓ０５において埋め込まれた半導体メサＭ（第２クラッド層２７）及び半導体層４０上に第３クラッド層２８及びコンタクト層２９を順に成長する。第３クラッド層２８は、例えばｐ型ＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。コンタクト層２９は、例えばｐ型ＧａＩｎＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。なお、第３クラッド層２８は、形成されなくてもよい。
【００４６】
電極形成工程Ｓ０７では、コンタクト層２９上に上部電極４１を形成する。また、半導体領域２０の裏面２０ｂに下部電極４２を形成する。上部電極４１は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層構造から構成されている。下部電極４２は、例えばＡｕＧｅＮｉから構成されている。以上のようにして、半導体光素子２として図１３に示される分布帰還型半導体レーザ素子が作製される。
【００４７】
次に、上述したようなモールド１を用いた回折格子の形成方法及び光素子の製造方法における作用効果を説明する。図１４の（ａ）はモールド１を樹脂層３１に押し付けた状態を示す図、（ｂ）は第１比較例のモールド１００を樹脂層３１に押し付けた状態を示す図、（ｃ）は第２比較例のモールド２００を樹脂層３１に押し付けた状態を示す図、（ｄ）は第３比較例のモールド３００を樹脂層３１に押し付けた状態を示す図である。図１４に示されるように、半導体領域２０の主面２０ａは平坦でなく、例えば１μｍ〜１０μｍ程度の高低差の起伏を有することがある。この場合、半導体領域２０の主面２０ａ上に設けられた樹脂層３１の表面３１ａは、主面２０ａと同様に平坦でなく、例えば１μｍ〜１０μｍ程度の高低差の起伏を有することがある。一方、モールドの凹凸パターンの凸部の突出方向における高さＴ３は、例えば２０ｎｍ〜３００ｎｍ程度である。
【００４８】
図１４の（ｂ）に示されるように、モールド１００は、基体１１１と、複数の凹凸パターン部１１３とを有する。この基体１１１及び複数の凹凸パターン部１１３はいずれも可撓性を有する。このため、モールド１００を樹脂層３１に押し付けた場合、モールド１００は樹脂層３１の表面３１ａに沿って撓む。その結果、樹脂層３１に凹凸パターン部１１３が確実に押し当てられる。しかしながら、モールド１００が撓むことによって、凹凸パターン部１１３の凹凸パターンに歪みが生じ、凹凸パターンの繰り返し周期が変化する。このため、モールド１００を用いて形成された回折格子パターンの繰り返し周期は、所望の周期からずれてしまい、所望の発振波長の光が得られない。
【００４９】
また、図１４の（ｃ）に示されるように、モールド２００は、基体２１１と、複数の凹凸パターン部２１３とを有する。この基体２１１及び複数の凹凸パターン部２１３はいずれも剛性を有する。このため、モールド２００を樹脂層３１に押し付けた場合、モールド２００は撓まないので、凹凸パターン部２１３の凹凸パターンに歪みが生じることはなく、凹凸パターンの繰り返し周期は変化しない。しかしながら、樹脂層３１の表面３１ａのうち窪んだ部分に凹凸パターン部２１３が確実に押し当てられないことがある。この場合、凹凸パターン部２１３の凹凸パターンの樹脂層３１への転写精度が低下する。その結果、モールド２００を用いて形成された回折格子パターンの精度が低くなるおそれがある。
【００５０】
また、図１４の（ｄ）に示されるように、モールド３００は、基体３１１と、凹凸パターン部３１３とを有する。この基体３１１及び凹凸パターン部３１３はいずれも剛性を有する。このため、モールド３００を樹脂層３１に押し付けた場合、モールド３００は撓まないので、凹凸パターン部３１３の凹凸パターンに歪みが生じることはなく、凹凸パターンの繰り返し周期は変化しない。また、モールド３００の長さは、モールド２００の長さよりも小さいので、樹脂層３１の表面３１ａに起伏があったとしても、樹脂層３１に凹凸パターン部３１３がより確実に押し当てられる。しかしながら、モールド３００は１つの凹凸パターン部３１３のみを有するので、モールド３００を繰り返し樹脂層３１に押し付ける必要がある。その結果、凹凸パターン部３１３の凹凸パターンの樹脂層３１への転写効率が低下する。
【００５１】
一方、図１４の（ａ）に示されるように、複数の第２基体１２は予め定められた間隔で第１基体１１上に設けられており、モールド１の第１基体１１は可撓性を有するので、モールド１を樹脂層３１に押し付けた場合、複数の第２基体１２の間の第１基体１１は樹脂層３１の表面３１ａに沿って撓む。このため、樹脂層３１の表面３１ａに起伏があったとしても、モールド２００を用いた場合と比較して、樹脂層３１に凹凸パターン部１３がより確実に押し当てられる。また、第２基体１２及び凹凸パターン部１３は剛性を有するので、モールド１を樹脂層３１に押し付けた際の第２基体１２及び凹凸パターン部１３の撓みを防止できる。このため、凹凸パターン部１３の凹凸パターンの歪みを防止でき、凹凸パターンの繰り返し周期の変化を防止できる。このように、モールド１を用いた回折格子の形成方法及び光素子の製造方法では、モールド１の凹凸パターンの樹脂層３１への転写精度の低下を軽減することが可能となる。その結果、モールド１を用いて形成された回折格子パターンによって、所望の発振波長の光が得られる。なお、上述の効果は、樹脂層３１の表面３１ａに異物が堆積されている場合においても奏される。
【００５２】
［第１変形例］
図１５及び図１６は、モールド準備工程Ｓ２１の第１変形例を模式的に示す図である。第１変形例のモールド準備工程Ｓ２１では、図１５の（ａ）に示されるように、まず型枠用の基板５１（型枠用基板）を準備する。この基板５１は、例えばシリコンなどの加工が容易な材料から構成されている。そして、図６と同様に、基板５１の主面５１ａ上にレジストを形成し、例えばＥＢリソグラフィによって、凹凸パターン５１ｐを規定するためのパターンをレジストに形成する。続いて、レジストをエッチングマスクとして、例えばＣＦ４を用いたＲＩＥにより基板５１をエッチングし、複数の凹凸パターン５１ｐを形成する。そして、例えばＯ２を用いたプラズマアッシングによりレジストを除去する。なお、離型性を向上するために、シランカップリング剤による表面処理を主面５１ａに施してもよい。
【００５３】
次に、図１５の（ｂ）に示されるように、剛性層１２Ｂのための材料であるＳＯＧ（Spin  on  Glass）を基板５１の主面５１ａの全体にスピン塗布し、複数の凹凸パターン５１ｐの各々をＳＯＧで充たす。そして、塗布したＳＯＧを例えば３５０℃でキュアすることにより、剛性層１２Ｂを形成する。この剛性層１２Ｂの厚さは、例えば２００ｎｍから５００ｎｍ程度である。このとき、基板５１の凹凸パターン５１ｐの形状が剛性層１２Ｂに転写され、剛性層１２Ｂの一面１２ａに複数の凹凸パターン部１３が形成される。
【００５４】
次に、図１５の（ｃ）に示されるように、第２基体１２を規定するためのフォトレジスト５２（マスク層）を剛性層１２Ｂの他面１２ｂ上に形成する。フォトレジスト５２は、例えばｉ線ステッパを用いて露光され、パターン形成される。このフォトレジスト５２は、剛性層１２Ｂを挟んで複数の凹凸パターン部１３の各々を覆うように、凹凸パターン部１３ごとに分離して形成される。続いて、図１６の（ａ）に示されるように、フォトレジスト５２をエッチングマスクとして、例えばＣＦ４を用いたＲＩＥにより剛性層１２Ｂをエッチングし、複数の第２基体１２を形成する。そして、例えばＯ２を用いたプラズマアッシングによりフォトレジスト５２を除去する。
【００５５】
次に、図１６の（ｂ）に示されるように、エッチングにより形成された複数の第２基体１２の他面１２ｂに１つの第１基体１１を貼り付ける。例えば紫外線硬化性樹脂を接着剤として用いて第１基体１１を複数の第２基体１２の他面１２ｂに貼り付ける。そして、図１６の（ｃ）に示されるように、第２基体１２を基板５１から離型する。以上のようにして、モールド１が作製される。
【００５６】
以上の第１変形例によって作製されたモールド１によっても、上述した実施形態のモールド１と同様の効果が奏される。さらに、モールド準備工程Ｓ２１の第１変形例では、剛性層１２Ｂに直接的に微細な凹凸パターン部１３を加工する必要がなく、比較的加工が容易で一般的に技術が確立されているシリコンへの加工となる。このため、微細パターンである凹凸パターン部１３の作製精度が確保されやすい。
【００５７】
［第２変形例］
図１７は、モールド準備工程Ｓ２１の第２変形例を模式的に示す図である。図１７の（ａ）に示されるように、第１変形例と同様にして、基板５１の主面５１ａ上に複数の第２基体１２を形成する。次に、図１７の（ｂ）に示されるように、第２基体１２の他面１２ｂを覆うように基板５１の主面５１ａの全面に固化前の第１基体１１を塗布し、塗布した第１基体１１を固化する。そして、図１７の（ｃ）に示されるように、第２基体１２を基板５１から離型する。以上のようにして、モールド１が作製される。
【００５８】
以上の第２変形例によって作製されたモールド１によっても、上述した実施形態のモールド１と同様の効果が奏される。また、この第２変形例によって作製されたモールド１では、凹凸パターン部１３を除いて第２基体１２が第１基体１１によって覆われているので、第１基体１１と第２基体１２との接続強度を向上することができる。剛性基体である複数の第２基体１２と可撓性基体である第１基体１１とを均一に接着するには高度な技術を要するが、第２変形例では液状の第１基体１１を第２基体１２の他面１２ｂに塗布する方法を採るため、高精度な接着加工が不要である。
【００５９】
なお、本発明に係るナノインプリント用モールド、回折格子の形成方法及び回折格子を有する光素子の製造方法は上記実施形態に記載したものに限定されない。例えば、第１基体１１の形状は円形に限られず、矩形などであってもよい。
【００６０】
また、凹凸パターン部１３は、第２基体１２と異なる材料によって構成されてもよく、第２基体１２とは別体として形成されてもよい。また、凹凸パターン部１３は、フォトニック結晶などの二次元回折格子を形成するための凹凸パターンを有してもよい。このモールド１によれば、フォトニック結晶などの二次元回折格子を形成することができる。
【００６１】
また、半導体領域２０に代えてシリコン酸化物（石英）からなる基板としてもよい。この場合、モールド１を用いて、石英光導波路内の回折格子を形成することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…モールド、２…半導体光素子（光素子）、１１…第１基体、１２…第２基体、１２Ａ，１２Ｂ…剛性層、１３…凹凸パターン部、１７…フォトレジスト（マスク層）、２１…基板、２６…回折格子層（第１の層）、２６ｐ…回折格子パターン、２７…第２クラッド層（第２の層）、３１…樹脂層、３１ｐ…パターン、５１…基板（型枠用基板）、５１ａ…主面（一面）、５１ｐ…凹凸パターン、５２…フォトレジスト（マスク層）。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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