(57)【要約】【課題】  格子間隔を変化させることが可能で容易かつ正確に作製することができるとともに小型化が可能な可変回折格子およびその製造方法を提供することである。【解決手段】  基板１上には、１対のコの字状プレート３０１，３０２が互いに対向するように起立している。１対のプレート３０１，３０２の支持部３０１ｃ，３０２ｃ間には谷折溝２１を介してプレート２００の両端が連結されている。プレート２００には、複数の谷折溝２１および複数の山折溝２２が互いに平行かつ等間隔で交互に設けられている。プレート２００を谷折溝２１および山折溝２２で谷状および山状に折曲することにより格子構造２０１が伸縮自在に構成されている。格子構造２０１の複数の谷および複数の山により回折格子が形成される。【選択図】        図１
2005234200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する第１の領域および第２の領域を有する基板と、
前記基板上に設けられた積層構造とを備え、
前記積層構造は、第１の層、第２の層および第３の層を順に含み、
前記第２の層は、異なる格子定数を有する複数の半導体層を含み、
前記第１の領域に複数の第１の折線および複数の第２の折線が交互に略平行に形成され、前記第２の領域の一辺に第３の折線が形成され、
前記第３の折線を除く部分で前記第１および第２の領域を取り囲むように前記第３の層、前記第２の層および前記第１の層が除去され、前記第１および第２の領域における前記第１の層が選択的に除去されることにより、前記第１および第２の領域における前記第２および第３の層の部分が前記基板から離間し、
前記第２の層に作用する歪により前記第２の層が前記第１の折線および前記第３の折線で谷状に折曲されかつ前記第２の折線で山状に折曲されることにより、前記第２の領域の前記第２および第３の層の部分が前記基板から起立するとともに、前記第１の領域の前記第２および第３の層の部分が前記基板から離れた状態で支持されることを特徴とする可変回折格子。
【請求項２】
前記第２の領域は、一対の脚部および前記一対の脚部の一端部間につながる支持部を含み、
前記一対の脚部の他端部側の一辺に前記第３の折線が設けられ、前記支持部と前記第２の領域とが一の前記第１の折線を介してつながることを特徴とする請求項１記載の可変回折格子。
【請求項３】
前記第３の折線は、前記第１および前記第２の折線に対して略平行に設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の可変回折格子。
【請求項４】
前記第２の層は、第１の格子定数を有する第１の半導体層と、前記第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２の半導体層と、前記第２の格子定数よりも大きい第３の格子定数を有する第３の半導体層とを含み、
前記複数の第２の折線で前記第２の層が山状に折曲されるように前記複数の第２の折線の前記第３の層が除去され、前記複数の第１の折線および前記第３の折線で前記第２の層が谷状に折曲されるように前記複数の第１の折線および前記第３の折線の前記第３の層および前記第３の半導体層が除去されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変回折格子。
【請求項５】
前記基板に対する前記第２の領域の角度を変化させる駆動手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変回折格子。
【請求項６】
前記基板は、前記第１の領域に隣接する第３の領域をさらに有し、前記第３の領域の一辺に第４の折線が形成され、
前記第３および第４の折線を除く部分で前記第１、第２および第３の領域を取り囲むように前記第３の層、前記第２の層および前記第１の層が除去され、前記第１、第２および第３の領域における前記第１の層が選択的に除去されることにより、前記第１、第２および第３の領域における前記第２および第３の層の部分が前記基板から離間し、
前記第２の層に作用する歪により前記第２の層が前記第１の折線、前記第３の折線および前記第４の折線で谷状に折曲されかつ前記第２の折線で山状に折曲されることにより、前記第２および第３の領域の前記第２および第３の層の部分が前記基板から起立するとともに、前記第１の領域の前記第２および第３の層の部分が前記基板から離れた状態で支持されることを特徴とする請求項１記載の可変回折格子。
【請求項７】
前記第２の領域は、一対の脚部および前記一対の脚部の一端部間につながる支持部を含み、
前記第２の領域の前記一対の脚部の他端部側に前記第３の折線が設けられ、前記第２の領域の前記支持部と前記第１の領域とが前記第１の折線を介してつながり、
前記第３の領域は、一対の脚部および前記一対の脚部の一端部間につながる支持部を含み、
前記第３の領域の前記一対の脚部の他端部側に前記第４の折線が設けられ、前記第３の領域の前記支持部と前記第３の領域とが前記第１の折線を介してつながることを特徴とする請求項６記載の可変回折格子。
【請求項８】
前記第３および第４の折線は、前記第１および第２の折線に対して略平行に設けられたことを特徴とする請求項６または７記載の可変回折格子。
【請求項９】
前記第２の層は、第１の格子定数を有する第１の半導体層と、前記第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２の半導体層と、前記第２の格子定数よりも大きい第３の格子定数を有する第３の半導体層とを含み、
前記複数の第２の折線で前記第２の層が山状に折曲されるように前記複数の第２の折線の前記第３の層が除去され、前記複数の第１の折線、前記第３の折線および前記第４の折線で前記第２の層が谷状に折曲されるように前記複数の第１の折線、前記第３の折線および前記第４の折線の前記第３の層および前記第３の半導体層が除去されたことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の可変回折格子。
【請求項１０】
隣接する第１の領域および第２の領域を有する基板上に第１の層を形成するステップと、
前記第１の層上に、異なる格子定数を有する複数の半導体層を含む第２の層を形成するステップと、
前記第２の層上に第３の層を形成するステップと、
前記第１の領域に複数の第１の折線および複数の第２の折線を交互に略平行に形成し、前記第２の領域の一辺に第３の折線を形成するステップと、
前記第３の折線を除く部分で前記第１および第２の領域を取り囲むように前記第３の層、前記第２の層および前記第１の層を除去するステップと、
前記第１および第２の領域における前記第１の層を選択的に除去することにより、前記第１および第２の領域における前記第２および第３の層の部分を前記基板から離間させ、前記第２の層に作用する歪により前記第２の層を前記第１の折線および前記第３の折線で谷状に折曲しかつ前記第２の折線で山状に折曲することにより、前記第２の領域の前記第２および第３の層の部分を前記基板から起立させるとともに、前記第１の領域の前記第２および第３の層の部分を前記基板から離れた状態で支持するステップとを備えたことを特徴とする可変回折格子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変回折格子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
起立構造を有するマイクロ光学ベンチが、シリコンを用いたＭＥＭＳ（マイクロエレクトロ・メカニカル・システム）技術により実現されている。このＭＥＭＳ技術を用いて、例えば、レーザ走査ディスプレイのための共振マイクロスキャナ、可動マイクロ反射器、半導体レーザの外部共振器のための走査マイクロミラー等を作製することが報告されている。
【０００３】
この従来のＭＥＭＳ技術では、積層された半導体層の一部をエッチングにより剥離させた後、剥離した部分をスライドさせて起立させるとともにヒンジで接合することにより、起立構造を形成している。この起立構造を用いて基板上に所定の角度で起立したミラーが構成される。このようなミラーは、くし型ドライバ(comb driver)またはスライディング機構により操作される。
【０００４】
しかしながら、従来のＭＥＭＳ技術を用いて半導体により起立構造を作製する場合、剥離した半導体層をスライドさせる際に磨耗が生じる。また、半導体層を所定の位置まで正確にスライドさせることは困難である。そのため、起立構造を構成する各部材の角度および位置を正確に制御することが困難であるとともに、作業性が悪い。
【０００５】
一方、本発明者らは、格子定数の異なる複数の半導体層の積層構造を用いて起立構造を有する半導体装置を製造する方法を提案している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２６００９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の半導体装置およびその製造方法によれば、起立構造を構成する各部材の角度および位置を正確に制御することができる。
【０００７】
そこで、この方法を用いて種々の光学システムを容易に作製することが望まれる。特に、可変の格子間隔を有する回折格子を容易に作製することが望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、格子間隔を変化させることが可能で容易かつ正確に作製することができるとともに小型化が可能な可変回折格子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る可変回折格子は、隣接する第１の領域および第２の領域を有する基板と、基板上に設けられた積層構造とを備え、積層構造は、第１の層、第２の層および第３の層を順に含み、第２の層は、異なる格子定数を有する複数の半導体層を含み、第１の領域に複数の第１の折線および複数の第２の折線が交互に略平行に形成され、第２の領域の一辺に第３の折線が形成され、第３の折線を除く部分で第１および第２の領域を取り囲むように第３の層、第２の層および第１の層が除去され、第１および第２の領域における第１の層が選択的に除去されることにより、第１および第２の領域における第２および第３の層の部分が基板から離間し、第２の層に作用する歪により第２の層が第１の折線および第３の折線で谷状に折曲されかつ第２の折線で山状に折曲されることにより、第２の領域の第２および第３の層の部分が基板から起立するとともに、第１の領域の第２および第３の層
の部分が基板から離れた状態で支持されるものである。
【００１０】
本発明に係る可変回折格子においては、第２の領域の一辺の第３の折線を除く部分で第１および第２の領域を取り囲むように第３の層、第２の層および第１の層が除去され、第１および第２の領域における第１の層が選択的に除去されることにより、第１および第２の領域における第２および第３の層の部分が基板から離間する。
【００１１】
第２の層の複数の半導体層の格子定数が異なるため、第２の層に格子定数の差に起因する歪が発生する。それにより、歪を緩和するように第２の層が第１の折線および第３の折線で谷状に折曲されかつ第２の折線で山状に折曲される。したがって、第２の領域の第２および第３の層の部分が基板から起立するとともに第１の領域の第２および第３の層の部分が基板から離れた状態で支持される。
【００１２】
また、第１の領域の第２および第３の層の部分が複数の第１の折線および複数の第２の折線で谷状および山状に折曲されることにより第１の領域に格子構造が形成される。
【００１３】
この場合、基板の表面に対する第２の領域の起立角度を変化させると、谷の角度および山の角度が変化し、第１の領域における谷間の距離および山間の距離が変化する。したがって、格子間隔を変化させることが可能な回折格子が実現される。
【００１４】
また、複数の半導体層の格子定数の差に起因する歪を緩和するように第２の層が自動的に折曲される。そのため、簡単なプロセスで格子間隔を変化させることが可能な小型の可変回折格子を容易に作製することができる。
【００１５】
第２の領域は、一対の脚部および一対の脚部の一端部間につながる支持部を含み、一対の脚部の他端部側の一辺に第３の折線が設けられ、支持部と第１の領域とが一の第１の折線を介してつながってもよい。
【００１６】
この場合、第２の領域はコの字状に形成される。第２の領域の一対の脚部が第３の折線で基板の表面に対して起立し、第２の領域の支持部により第１の領域の第２および第３の層の部分が基板から離れた状態で支持される。それにより、可変の格子間隔を有する格子構造の一端が基板から離れた状態でコの字状の第２の領域により支持される。また、第２の領域の起立角度を変化させることにより格子構造の格子間隔を変化させることができる。
【００１７】
第３の折線は、第１および第２の折線に対して略平行に設けられてもよい。この場合、第２の領域の起立角度を変化させることにより第１の領域の格子構造の格子間隔を容易に変化させることができる。
【００１８】
第２の層は、第１の格子定数を有する第１の半導体層と、第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２の半導体層と、第２の格子定数よりも大きい第３の格子定数を有する第３の半導体層とを含み、複数の第２の折線で第２の層が山状に折曲されるように複数の第２の折線の第３の層が除去され、複数の第１の折線および第３の折線で第２の層が谷状に折曲されるように複数の第１の折線および第３の折線の第３の層および第３の半導体層が除去されてもよい。
【００１９】
この場合、複数の第２の折線の第３の層が除去されることにより、第１、第２および第３の半導体層の第１、第２および第３の格子定数の差に起因する歪を緩和するように複数の第２の折線で第２の層が山状に折曲される。また、複数の第１の折線および第３の折線の第３の層および第３の半導体層が除去されることにより、第１および第２の半導体層の
第１および第２の格子定数の差に起因する歪を緩和するように複数の第１の折線および第３の折線で第２の層が谷状に折曲される。
【００２０】
可変回折格子は、基板に対する第２の領域の角度を変化させる駆動手段をさらに備えてもよい。この場合、駆動手段により基板に対する第２の領域の角度を変化させることにより、第１の領域の格子構造の間隔を変化させることができる。
【００２１】
基板は、第１の領域に隣接する第３の領域をさらに有し、第３の領域の一辺に第４の折線が形成され、第３および第４の折線を除く部分で第１、第２および第３の領域を取り囲むように第３の層、第２の層および第１の層が除去され、第１、第２および第３の領域における第１の層が選択的に除去されることにより、第１、第２および第３の領域における第２および第３の層の部分が基板から離間し、第２の層に作用する歪により第２の層が第１の折線、第３の折線および第４の折線で谷状に折曲されかつ第２の折線で山状に折曲されることにより、第２および第３の領域の第２および第３の層の部分が基板から起立するとともに、第１の領域の第２および第３の層の部分が基板から離れた状態で支持されてもよい。
【００２２】
この場合、第２の領域の一辺の第３の折線および第３の領域の一辺の第４の折線を除く部分で第１、第２および第３の領域を取り囲むように第３の層、第２の層および第１の層が除去され、第１、第２および第３の領域における第１の層が選択的に除去されることにより、第１、第２および第３の領域における第２および第３の層の部分が基板から離間する。
【００２３】
第２の層の複数の半導体層の格子定数が異なるため、第２の層に格子定数の差に起因する歪が発生する。それにより、歪を緩和するように第２の層が第１の折線、第３の折線および第４の折線で谷状に折曲されかつ第２の折線で山状に折曲される。したがって、第２および第３の領域の第２および第３の層の部分が基板から起立するとともに第１の領域の第２および第３の層の部分が基板から離れた状態で支持される。
【００２４】
また、第１の領域の第２および第３の層の部分が複数の第１の折線および複数の第２の折線で谷状および山状に折曲されることにより第１の領域に格子構造が形成される。
【００２５】
この場合、基板の表面に対する第２の領域および第３領域の起立角度を変化させると、谷の角度および山の角度が変化し、第１の領域における谷間の距離および山間の距離が変化する。したがって、格子間隔を変化させることが可能な格子構造が実現される。
【００２６】
第２の領域は、一対の脚部および一対の脚部の一端部間につながる支持部を含み、第２の領域の一対の脚部の他端部側に第３の折線が設けられ、第２の領域の支持部と第１の領域とが第１の折線を介してつながり、第３の領域は、一対の脚部および一対の脚部の一端部間につながる支持部を含み、第３の領域の一対の脚部の他端部側に第４の折線が設けられ、第３の領域の支持部と第１の領域とが第１の折線を介してつながってもよい。
【００２７】
この場合、第２の領域および第３の領域はそれぞれコの字状に形成される。第２の領域の一対の脚部および第３の領域の一対の脚部が第３の折線および第４の折線で基板の表面に対してそれぞれ起立し、第２の領域の支持部および第３の領域の支持部により第１の領域の第２および第３の層の部分が基板から離れた状態で支持される。それにより、可変の格子間隔を有する格子構造の両端が基板から離れた状態でコの字状の第２の領域および第３の領域により支持される。また、第２の領域または第３の領域の起立角度を変化させることにより格子構造の格子間隔を変化させることができる。
【００２８】
第３および第４の折線は、第１および第２の折線に対して略平行に設けられてもよい。この場合、第２の領域および第３の領域の起立角度を変化させることにより第１の領域の格子構造の格子間隔を容易に変化させることができる。
【００２９】
第２の層は、第１の格子定数を有する第１の半導体層と、第１の格子定数よりも小さい第２の格子定数を有する第２の半導体層と、第２の格子定数よりも大きい第３の格子定数を有する第３の半導体層とを含み、複数の第２の折線で第２の層が山状に折曲されるように複数の第２の折線の第３の層が除去され、複数の第１の折線、第３の折線および第４の折線で第２の層が谷状に折曲されるように複数の第１の折線、第３の折線および第４の折線の第３の層および第３の半導体層が除去されてもよい。
【００３０】
この場合、複数の第２の折線の第３の層が除去されることにより、第１、第２および第３の半導体層の第１、第２および第３の格子定数の差に起因する歪を緩和するように複数の第２の折線で第２の層が山状に折曲される。また、複数の第１の折線、第３の折線および第４の折線の第３の層および第３の半導体層が除去されることにより、第１および第２の半導体層の第１および第２の格子定数の差に起因する歪を緩和するように複数の第１の折線、第３の折線および第４の折線で第２の層が谷状に折曲される。
【００３１】
本発明に係る可変回折格子の製造方法は、隣接する第１の領域および第２の領域を有する基板上に第１の層を形成するステップと、第１の層上に、異なる格子定数を有する複数の半導体層を含む第２の層を形成するステップと、第２の層上に第３の層を形成するステップと、第１の領域に複数の第１の折線および複数の第２の折線を交互に略平行に形成し、第２の領域の一辺に第３の折線を形成するステップと、第３の折線を除く部分で第１および第２の領域を取り囲むように第３の層、第２の層および第１の層を除去するステップと、第１および第２の領域における第１の層を選択的に除去することにより、第１および第２の領域における第２および第３の層の部分を基板から離間させ、第２の層に作用する歪により第２の層を第１の折線および第３の折線で谷状に折曲しかつ第２の折線で山状に折曲することにより、第２の領域の第２および第３の層の部分を基板から起立させるとともに、第１の領域の第２および第３の層の部分を基板から離れた状態で支持するステップとを備えたものである。
【００３２】
本発明に係る可変回折格子の製造方法によれば、第２の領域の一辺の第３の折線を除く部分で第１および第２の領域を取り囲むように第３の層、第２の層および第１の層が除去され、第１および第２の領域における第１の層が選択的に除去されることにより、第１および第２の領域における第２および第３の層の部分が基板から離間する。
【００３３】
第２の層の複数の半導体層の格子定数が異なるため、第２の層に格子定数の差に起因する歪が発生する。それにより、歪を緩和するように第２の層が第１の折線および第３の折線で谷状に折曲されかつ第２の折線で山状に折曲される。したがって、第２の領域の第２および第３の層の部分が基板から起立するとともに第１の領域の第２および第３の層の部分が基板から離れた状態で支持される。
【００３４】
また、第１の領域の第２および第３の層の部分が複数の第１の折線および複数の第２の折線で谷状および山状に折曲されることにより第１の領域に格子構造が形成される。
【００３５】
この場合、基板の表面に対する第２の領域の起立角度を変化させると、谷の角度および山の角度が変化し、第１の領域における谷間の距離および山間の距離が変化する。したがって、格子間隔を変化させることが可能な格子構造が実現される。
【００３６】
また、複数の半導体層の格子定数の差に起因する歪を緩和するように第２の層が自動的
に折曲される。そのため、簡単なプロセスで格子間隔を変化させることが可能な格子構造を有する小型の可変回折格子を容易に作製することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、格子間隔を変化させることが可能な格子構造を有し、容易かつ正確に作製することができるとともに小型化が可能な可変回折格子が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１は本発明の第１の実施の形態における可変回折格子の斜視図である。
【００３９】
図１の可変回折格子は、基板１上に設けられた後述する半導体層の積層構造により構成される。
【００４０】
基板１上には、１対のコの字状プレート３０１，３０２が互いに対向するように起立している。プレート３０１は、一対の脚部３０１ａ，３０１ｂおよび支持部３０１ｃからなる。同様に、プレート３０２は、一対の脚部３０２ａ，３０２ｂおよび支持部３０２ｃからなる。
【００４１】
プレート３０１の脚部３０１ａ，３０１ｂの一端部は、谷折溝２１を介して基板１に対して折曲自在に設けられている。支持部３０１ｃは、脚部３０１ａ，３０１ｂの他端部間に連結されている。一対の脚部３０１ａ，３０１ｂおよび支持部３０１ｃは一体的に形成されている。
【００４２】
同様に、プレート３０２の脚部３０２ａ，３０２ｂの一端部は、谷折溝２１を介して基板１に対して折曲自在に設けられている。支持部３０２ｃは、脚部３０２ａ，３０２ｂの他端部間に連結されている。一対の脚部３０２ａ，３０２ｂおよび支持部３０２ｃは一体的に形成されている。
【００４３】
一対のプレート３０１，３０２の支持部３０１ｃ，３０２ｃ間には谷折溝２１を介してプレート２００の両端が連結されている。プレート２００には、複数の谷折溝２１および複数の山折溝２２が互いに平行かつ等間隔で交互に設けられている。プレート２００を谷折溝２１および山折溝２２で谷状および山状に折曲することにより格子構造２０１が伸縮自在に構成されている。格子構造２０１の複数の谷および複数の山により回折格子が形成される。
【００４４】
プレート３０１上にコの字状の静電板１２２が設けられ、プレート３０２上にコの字状の静電板２２２（後述する図６〜図８参照）が設けられている。
【００４５】
基板１上には２対の電極パッド１２０，２２０が設けられている。１対の電極パッド１２０と静電板１２２とは１対の配線層１２１により電気的に接続され、１対の電極パッド２２０と静電板２２２とは１対の配線層２２１により電気的に接続される。
【００４６】
プレート２００，３０１，３０２が複数の谷折溝２１で谷状に折曲され、複数の山折溝２２で山状に折曲されることにより、プレート３０１とプレート３０２とが対向し、静電板１２２と静電板２２２とが対向する。
【００４７】
後述するように、静電板１２２と静電板２２２との間に電圧が印加されると、静電板１２２と静電板２２２との間に静電力が作用する。それにより、静電板１２２と静電板２２２との間の距離が変化する。その結果、回折構造２０１の谷折溝２１間の間隔および山折溝２２間の間隔が変化する。
【００４８】
図２は図１の可変回折格子１００の基板１上の積層構造を示す模式的断面図である。図３〜図８は図１の可変回折格子１００の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は模式的平面図、（ｂ）は模式的断面図である。
【００４９】
まず、図２および図３に示すように、ＧａＡｓからなる基板１の（１００）面上に、ＧａＡｓからなるバッファ層２、Ａｌ0.52Ｇａ0.48Ａｓからなる犠牲層（sacrificial 層）３、歪層（strain層）４、Ａｌ0.52Ｇａ0.48Ａｓからなるエッチング停止層５１、構成要素層５およびＧａＡｓからなるキャップ層５４を順にエピタキシャル成長させる。
【００５０】
なお、図３〜図８においては、エッチング停止層５１およびキャップ層５４の図示が省略されている。
【００５１】
これらのバッファ層２、犠牲層３、歪層４、エッチング停止層５１、構成要素層５およびバッファ層５４は、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）等のエピタキシャル成長技術を用いて形成される。
【００５２】
本実施の形態では、バッファ層２の厚さは２００ｎｍである。犠牲層３は、複数のＡｌＧａＡｓ層と複数のＡｌＡｓ層とが交互に積層されてなる積層構造を有する。本実施の形態では、歪層３は、厚さ０．４ｎｍのＡｌ0.52Ｇａ0.48Ａｓ層と厚さ０．４ｎｍのＡｌＡｓ層とを交互に１００層ずつ含む。
【００５３】
歪層４は、第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａ、ＧａＡｓ層４２および第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂにより構成される。第１および第２のＩｎＧａＡｓ層４１ａ，４１ｂの格子定数は、ＧａＡｓ層４２の格子定数よりも大きい。そのため、歪層４に格子定数の差による歪が発生する。歪層４の働きについては後述する。
【００５４】
本実施の形態では、第１および第２のＩｎＧａＡｓ層４１ａ，４１ｂのＩｎ組成比は０．１９であり、Ｇａ組成比は０．８１である。また、第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａの厚さは７ｎｍであり、ＧａＡｓ層４２の厚さは１００ｎｍであり、第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂの厚さは１４ｎｍである。
【００５５】
また、本実施の形態では、エッチング停止層５１の厚さは１００ｎｍである。構成要素層５は、ＧａＡｓ層５２およびＩｎＧａＡｓ層５３により構成される。本実施の形態では、ＧａＡｓ層５２の厚さは１００ｎｍであり、ＩｎＧａＡｓ層５３の厚さは１４ｎｍである。ＩｎＧａＡｓ層５３のＩｎ組成比は０．１９であり、Ｇａ組成比は０．８１である。構成要素層５のＩｎＧａＡｓ層５３は、歪補償層（strain compensation層）として働く。歪補償層は、後の工程で剥離されたＧａＡｓ層５２の変形を防止するために設けられる。
【００５６】
さらに、本実施の形態では、キャップ層５４の厚さは１０ｎｍである。キャップ層５４は、製造工程時におけるＩｎＧａＡｓ層５３中のＩｎの蒸発を防止するために設けられる。
【００５７】
基板１には導電性を付与するためにＳｉ（シリコン）がドープされている。
【００５８】
なお、構成要素層５は、分布反射膜（Distributed Bragg Reflector:以下、ＤＢＲ膜と呼ぶ）により構成されてもよい。ＤＢＲ膜は、複数のＡｌＧａＡｓ層と複数のＧａＡｓ層とが交互に積層されてなる積層構造を有する。ＡｌＧａＡｓ層およびＧａＡｓ層の周期は
例えば４〜２０である。
【００５９】
また、ＡｌＡｓを酸化することにより得られる酸化アルミニウム層とＡｌＧａＡｓ層とを交互に積層することにより構成要素層５を構成してもよい。
【００６０】
次に、図４に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより構成要素層５を除去し、後述するヒンジ３２０を規定する山折溝２２を間隔をおいて互いに平行に形成する。エッチングとしては、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いることができる。
【００６１】
次に、図５に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングにより構成要素層５および第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂを除去し、後述するヒンジ３１０を規定する谷折溝２１を山折溝２２と交互になるように間隔をおいて互いに平行に形成し、１対の谷折溝２１の両方の側部にそれぞれ谷折溝２１を形成する。エッチングとしては、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いることができる。
【００６２】
以下、基板１の中央部の複数の谷折溝２１および複数の山折溝２２の並びを含む矩形状の領域を第１の領域と呼ぶ。第１の領域が図１のプレート２００に相当する。また、第１の領域を取り囲みかつ互いに対向する１対のコの字状の領域を第２の領域および第３の領域と呼ぶ。第２および第３の領域が図１のプレート３０１，３０２に相当する。
【００６３】
次に、図６に示すように、構成要素層５上に、金属膜からなる２対の電極パッド１２０，２２０、２対の配線層１２１，２２１およびコの字状の静電板１２２，２２２を形成する。
【００６４】
静電板１２２，２２２は、第２および第３の領域に互いに対向するように配置される。また、２対の電極パッド１２０，２２０は、第１の領域の両方の側部に配置される。
【００６５】
２対の配線層１２１により１対の電極パッド１２０と静電板１２２とが電気的に接続され、１対の配線層２２１により１対の電極パッド２２０と静電板２２２とが電気的に接続される。配線層１２１，２２１は、谷折溝２１と交差するため、電極パッド１２０，２２０および静電板１２２，２２２に比べて小さな厚みを有する。
【００６６】
本実施の形態の可変回折格子１００では、静電板１２２，２２２に静電力を発生させるために、電極パッド１２０，２２０間に電圧が印加されるが、配線層１２１，２２１に電流は流れない。そのため、配線層１２１，２２１の厚さを薄くすることにより、谷折溝２１でのヒンジの湾曲が可能になるとともにヒンジの湾曲による配線層１２１，２２１の切れを防止することができる。
【００６７】
電極パッド１２０，２２０は、ワイヤボンディングを確実にするために、ある程度大きな厚みを有することが好ましい。
【００６８】
例えば、配線層１２１，２２１は、厚さ４ｎｍのＴｉ（チタン）および厚さ４０ｎｍのＡｕ（金）の積層構造からなる。電極パッド１２０，２２０および静電板１２２，２２２は、厚さ４ｎｍのＴｉおよび厚さ２００ｎｍのＡｕの積層構造からなる。そのため、薄い配線層１２１，２２１の堆積工程は、厚い電極パッド１２０，２２０および静電板１２２，２２２の堆積工程とは別に行われる。
【００６９】
次に、図７に示すように、第１の領域の両方の側部の２組の谷折溝２１を除いて第１の領域、第２の領域および第３の領域を取り囲むように、フォトリソグラフィおよびエッチ
ングにより構成要素層５、歪層４および犠牲層３を除去し、分離溝１１を形成する。それにより、分離溝１１で取り囲まれた犠牲層３、歪層４および構成要素層５が周囲の犠牲層３、歪層４および構成要素層５から分離される。この場合にも、エッチングとしてウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いる。
【００７０】
その後、図８に示すように、分離溝１１で取り囲まれた第１〜第３の領域における歪層４下の犠牲層３をウェットエッチング法により選択的にエッチングする。その結果、歪層４を構成する第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａとＧａＡｓ層４２との格子定数の差に起因する歪を緩和するように歪層４がヒンジ３１０として谷折溝２１の下方で谷状に湾曲する。また、歪層４を構成する第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａとＧａＡｓ層４２と第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂとの格子定数の差に起因する歪を緩和するように歪層４がヒンジ３２０として山折溝２２の下方で山状に湾曲する。それにより、構成要素層５が山折溝２２で山状に折曲される。上記のようにして、図１の可変回折格子１００が容易かつ正確に作製される。
【００７１】
ここで、構成要素層５を山折りおよび谷折りする方法について説明する。図９は歪層４および構成要素層５を示す模式的断面図であり、（ａ）は谷折された状態を示し、（ｂ）は山折された状態を示す。
【００７２】
図２に示したように、歪層４は、ＧａＡｓ層４２が第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａおよび第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂにより挟まれた構造を有する。第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂは第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａよりも大きな厚みを有する。第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂ上に構成要素層５が形成される。
【００７３】
この場合、第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａおよび第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂはＧａＡｓ層４２に比べて大きな格子定数を有するので、第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａはＧａＡｓ層４２を上方に湾曲させるように作用し、第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂはＧａＡｓ層４２を下方に湾曲させるように作用する。第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂ上に図２の構成要素層５が形成されている状態では、歪層４は湾曲しない。
【００７４】
図９（ａ）に示すように、図２の構成要素層５および第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂをＧａＡｓ層４２が露出するまでエッチングすると、第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａはＧａＡｓ層４２を上方に湾曲させるように作用する。それにより、歪層４がエッチング部分で谷状に折曲される。
【００７５】
図９（ｂ）に示すように、図２の構成要素層５を第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂが露出するまでエッチングすると、第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａの厚みが第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂの厚みに比べて小さいので、第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂがＧａＡｓ層４２を下方に湾曲させるように作用する。それにより、歪層４がエッチング部分で山状に折曲される。
【００７６】
このように、歪層４を用いるとともにエッチング深さを調整することにより、構成要素層５を谷状および山状に折曲することができる。
【００７７】
この場合、第１および第２のＩｎＧａＡｓ層４１ａ，４１ｂの厚さ、ＧａＡｓ層４２の厚さおよび第１および第２のＩｎＧａＡｓ層４１ａ，４１ｂにおけるＩｎ組成比を最適に選択することにより、構成要素層５を所望の角度で折曲することができる。
【００７８】
ここで、図１の可変回折格子１００の動作原理を説明する。初期状態では、プレート３０１の静電板１２２とプレート３０２の静電板２２２とが基板１の表面に対して所定の角度で傾斜した状態で対向している。この状態で、静電板１２２と静電板２２２との間に電圧を印加すると、静電板１２２と静電板２２２との間に静電力が働く。この場合、静電板
１２２と静電板２２２との間に働く静電力により、プレート３０１とプレート３０２との間の距離が小さくなる。それにより、プレート２００の格子構造２０１の複数の谷間の間隔および山間の間隔が小さくなる。
【００７９】
静電板１２２と静電板２２２との間に印加する電圧を低下させるかまたは０にすると、図８のヒンジ３１０，３２０の弾性力により、静電板１２２と静電板２２２とが離間して図１に示す状態に復帰する。
【００８０】
このように、静電板１２２と静電板２２２との間に印加する電圧を変化させることにより、格子構造２０１の格子間隔を静電駆動により変化させることができる。それにより、格子構造２０１に入射した光ビームの回折角度を変化させることが可能となる。したがって、可変回折格子１００は、光ビームの方向を変化させるために用いることができる。
【００８１】
基板１にスルーホールを設けることにより、格子構造２０１により回折された光ビームを基板１のスルーホールを通して基板１の下方へ出射させることができ、または基板１の下方から基板１のスルーホールを通して入射する光ビームを格子構造２０１により回折させることができる。
【００８２】
なお、導電性を有する基板１と静電板１２２との間および基板１と静電板２２２との間にそれぞれ電圧を印加し、静電力によりプレート３０１およびプレート３０２をそれぞれ独立に駆動してもよい。この場合、基板１と静電板１２２との間に印加する電圧と基板１と静電板２２２との間に印加する電圧とを異ならせることにより、格子構造２０１の全体の向きを変化させることができる。
【００８３】
また、プレート３０１，３０２の脚部３０１ａ，３０１ｂ，３０２ａ，３０２ｂの端部の谷折溝２１における配線層１２１，２２１として抵抗材料を用いてもよい。この場合、配線層１２１，２２１の熱膨張率が谷折溝２１における半導体層の熱膨張率よりも大きい。１対の電極パッド１２０から配線層１２１および静電板１２２に電流を流し、１対の電極パッド２２０から配線層２２１および静電板２２２に電流を流した場合、配線層１２１，２２１が発熱し、配線層１２１，２２１と谷折溝２１における半導体層との熱膨張率差によりプレート３０１，３０２の起立角度が変化する。
【００８４】
このように、配線層１２１，２２１に流す電流を変化させることにより、格子構造２０１の格子間隔を熱駆動により変化させることができる。それにより、格子構造２０１に入射した光ビームの回折角度を変化させることが可能となる。
【００８５】
この場合、配線層１２１に流す電流と配線層２２１に流す電流とを異ならせることにより、格子構造２０１の全体の向きを変化させることができる。
【００８６】
図１０は本発明の第２の実施の形態における可変回折格子の斜視図である。
【００８７】
図１０の可変回折格子１００ａにおいては、基板１上に１つのコの字状プレート３０１が起立している。プレート３０１の構成は、図１のプレート３０１の構成と同様である。
【００８８】
１つのプレート３０１の支持部３０１ｃ間には谷折溝２１を介してプレート２００の一端が連結されている。プレート２００の他端は、谷折溝２１を介して基板１に連結されている。プレート２００には、複数の谷折溝２１および複数の山折溝２２が互いに平行かつ等間隔で交互に設けられている。プレート２００を谷折溝２１および山折溝２２で谷状および山状に折曲することにより格子構造２０１が伸縮自在に構成されている。格子構造２００の複数の谷および複数の山により回折格子が形成される。
【００８９】
プレート３０１には、配線層１２３が設けられている。プレート３０１の支持部３０１ｃにおける配線層１２３上には、磁性材料４００が設けられている。基板１上には１対の電極パッド１２０ａ，１２０ｂが設けられている。配線層１２３と１対の電極パッド１２０ａ，１２０ｂとは１対の配線層１２１ａ，１２１ｂによりそれぞれ電気的に接続される。
【００９０】
可変回折格子１００ａに外部から磁界を付与すると、磁性材料４００の表面が磁界の向きに揃うようにプレート３０１が脚部３０１ａ，３０１ｂの一端の谷折溝２１を中心として回動する。それにより、格子構造２０１の谷折溝２１間の間隔および山折溝２２間の間隔が変化する。
【００９１】
このように、外部から付与する磁界の強さまたは向きを変化させることにより、格子構造２０１の格子間隔を磁気駆動により変化させることができる。したがって、格子構造２０１に入射した光ビームの回折角度を変化させることが可能となる。
【００９２】
また、１対の電極パッド１２０ａ，１２０ｂから配線層１２１ａ，１２１ｂを介して配線層１２３に電流を流すと、配線層１２３が発熱する。この場合、配線層１２３の熱膨張率が半導体層の熱膨張率よりも大きいため、基板１の表面に対するプレート３０１の起立角度が変化する。それにより、格子構造２０１の谷折溝２１間の間隔および山折溝２２間の間隔が変化する。
【００９３】
このように、配線層１２３に流す電流を変化させることにより、格子構造２０１の格子間隔を熱駆動により変化させることができる。したがって、格子構造２０１に入射した光ビームの回折角度を変化させることが可能となる。
【００９４】
なお、第２の実施の形態の可変回折格子１００ａにおいて、第１の実施の形態の可変回折格子１００と同様に、格子構造２０１の格子間隔を静電駆動により変化させてもよい。その場合、一方の静電板をプレート３０１に設け、他方の静電板をプレート３０１に対向するように設ける。
【００９５】
第１の実施の形態の可変回折格子１００において、第２の実施の形態の可変回折格子１００ａと同様に、格子構造２０１の格子間隔を磁気駆動により変化させてもよい。
【００９６】
なお、上記実施の形態において、犠牲層３が第１の層に相当し、歪層４が第２の層に相当し、構成要素層５が第３の層に相当する。また、第１のＩｎＧａＡｓ層４１ａが第１の半導体層に相当し、ＧａＡｓ層４２が第２の半導体層に相当し、第２のＩｎＧａＡｓ層４１ｂが第３の半導体層に相当する。さらに、プレート２００の領域が第１の領域に相当し、プレート３０１の領域が第２の領域に相当し、プレート３０２の領域が第３の領域に相当する。
【００９７】
上記実施の形態の可変回折格子１００，１００ａは、通常のフォトリソグラフィ、エッチング、エピタキシャル成長等のプレーナ技術により容易かつ安価に製造することができる。
【００９８】
上記実施の形態では、歪層４としてＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓ層との積層構造を用いているが、これに限定されず、異なる格子定数を有する種々の半導体層の組み合わせを用いることができる。歪層として他のIII −Ｖ族化合物半導体の積層構造、II−VI族化合物半導体の積層構造を用いてもよい。また、歪層としてＳｉ（シリコン）およびＧｅ（ゲルマニウム）を含む半導体層の積層構造を用いてもよい。
【００９９】
また、上記実施の形態では、ＧａＡｓからなる基板を用いているが、犠牲層、歪層および構成要素層の材料を考慮してＳｉ基板等の他の基板を用いてもよい。
【０１００】
さらに、上記実施の形態では、犠牲層の材料としてＡｌＧａＡｓを用いているが、これに限定されず、選択エッチングを考慮して他の材料を用いてもよい。
【０１０１】
また、構成要素層の材料も上記実施の形態に限定されず、任意の材料を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、種々の光学システム、光学装置、光学素子等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における可変回折格子の斜視図である。
【図２】図１の可変回折格子の基板上の積層構造を示す模式的断面図である。
【図３】図１の可変回折格子の製造方法を示す工程図である。
【図４】図１の可変回折格子の製造方法を示す工程図である。
【図５】図１の可変回折格子の製造方法を示す工程図である。
【図６】図１の可変回折格子の製造方法を示す工程図である。
【図７】図１の可変回折格子の製造方法を示す工程図である。
【図８】図１の可変回折格子の製造方法を示す工程図である。
【図９】歪層を示す模式的断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における可変回折格子の斜視図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  基板
２  バッファ層
３  犠牲層
４  歪層
５  構成要素層
１１  分離溝
２１  谷折溝
２２  山折溝
４１ａ  第１のＩｎＧａＡｓ層
４１ｂ  第２のＩｎＧａＡｓ層
４２  ＧａＡｓ層
５１  エッチング停止層
５４  キャップ層
１００，１００ａ  可変回折格子
１２０，２２０，１２０ａ，１２０ｂ  電極パッド
１２１，２２１，１２１ａ，１２１ｂ，１２３  配線層
１２２，２２２  静電板
２００，３０１，３０２  プレート
２０１  格子構造
３１０，３２０  ヒンジ
４００  磁性材料
【図１】
2005234200.tif 000003
【図２】
2005234200.tif 000004
【図３】
2005234200.tif 000005
【図４】
2005234200.tif 000006
【図５】
2005234200.tif 000007
【図６】
2005234200.tif 000008
【図７】
2005234200.tif 000009
【図８】
2005234200.tif 000010
【図９】
2005234200.tif 000011
【図１０】
2005234200.tif 000012