(57)【要約】【課題】回折格子の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を提供する。【解決手段】本実施形態に係る回折格子の形成方法は、回折格子が形成されるべき上部ＳＣＨ層１１上に、エッチングストップ層１３と、上部ＳＣＨ層１１と同じ組成の材料からなる半導体層１５とをこの順に形成する工程と、第１マスク層１７をマスクとして半導体層１５をエッチングすることにより、半導体層１５に凹部１５ｃを形成するエッチング工程と、半導体層１５の凹部１５ｃの深さＤ１５を測定する測定工程と、測定工程において測定された深さＤ１５に基づき上部ＳＣＨ層１１のエッチング条件を選択する工程と、第２マスク層をマスクとして上記エッチング条件で上部ＳＣＨ層１１をエッチングすることにより、上部ＳＣＨ層１１に回折格子の凹部を形成する回折格子形成工程と、を備える。【選択図】図４
2012015366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子が形成されるべき第１半導体層上に、第２半導体層と、前記第１半導体層と同じ組成の材料からなる第３半導体層とをこの順に形成する工程と、
前記回折格子の凹部の形成位置に対応するように孔部を有する第１マスク層を前記第３半導体層上に形成する第１マスク層形成工程と、
前記第１マスク層をマスクとして前記第３半導体層をエッチングすることにより、前記第３半導体層に凹部を形成する第３半導体層エッチング工程と、
前記第３半導体層エッチング工程の後に、前記第１マスク層を除去する第１マスク層除去工程と、
前記第１マスク層除去工程の後に、前記第３半導体層の凹部の深さを測定する測定工程と、
前記測定工程の後に、前記第３半導体層を除去する第３半導体層除去工程と、
前記第３半導体層除去工程の後に、前記第２半導体層を除去する第２半導体層除去工程と、
前記第２半導体層除去工程の後に、前記回折格子の凹部の形成位置に対応するように孔部を有する第２マスク層を前記第１半導体層上に形成する第２マスク層形成工程と、
前記測定工程において測定された前記深さに基づき前記第１半導体層のエッチング条件を選択する工程と、
前記第２マスク層をマスクとして前記エッチング条件で前記第１半導体層をエッチングすることにより、前記第１半導体層に前記回折格子の凹部を形成する回折格子形成工程と、を備える、回折格子の形成方法。
【請求項２】
回折格子が形成されるべき第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と同じ組成の材料からなる第３半導体層とをこの順に活性層上に形成する工程と、
前記回折格子の凹部の形成位置に対応するように孔部を有する第１マスク層を前記第３半導体層上に形成する第１マスク層形成工程と、
前記第１マスク層をマスクとして前記第３半導体層をエッチングすることにより、前記第３半導体層に凹部を形成する第３半導体層エッチング工程と、
前記第３半導体層エッチング工程の後に、前記第１マスク層を除去する第１マスク層除去工程と、
前記第１マスク層除去工程の後に、前記第３半導体層の凹部の深さを測定する測定工程と、
前記測定工程の後に、前記第３半導体層を除去する第３半導体層除去工程と、
前記第３半導体層除去工程の後に、前記第２半導体層を除去する第２半導体層除去工程と、
前記第２半導体層除去工程の後に、前記回折格子の凹部の形成位置に対応するように孔部を有する第２マスク層を前記第１半導体層上に形成する第２マスク層形成工程と、
前記測定工程において測定された前記深さに基づき前記第１半導体層のエッチング条件を選択する工程と、
前記第２マスク層をマスクとして前記エッチング条件で前記第１半導体層をエッチングすることにより、前記第１半導体層に前記回折格子の凹部を形成する回折格子形成工程と、
前記回折格子形成工程の後に、前記第２マスク層を除去する第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、前記第１半導体層上にクラッド層を形成するクラッド層形成工程と、を備える、半導体レーザの製造方法。
【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半導体レーザの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の凹部を有する回折格子を備える分布帰還型（ＤＦＢ：Distribution  Feed  Back）半導体レーザが記載されている。このような分布帰還型半導体レーザのレーザ特性（発光出力、しきい値電流等）は、回折格子による光の帰還量に依存し、この光の帰還量は、結合定数κにより表わされる。所望の結合定数κを得るためには、回折格子の凹部が所望の深さを有するように制御される必要がある。
【０００３】
回折格子の凹部の深さを制御するためには、凹部を形成する際のエッチングレートを把握する必要があるが、エッチングレートは経時変化が起こり易く、微小なエッチング量の制御が容易ではない場合がある。そのため、従来の回折格子の形成方法では、回折格子形成ウェハのエッチングの前に、回折格子形成ウェハと同様の条件により作製したダミーウェハを別途用意し、ダミーウェハを用いてエッチングレートの確認を行った後、回折格子形成ウェハに回折格子を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−４８１９７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、成膜装置で形成されるウェハの組成の面内分布はウェハ毎に異なる傾向があるため、回折格子形成ウェハと同様の条件によりダミーウェハを作製したとしても、ダミーウェハの組成は、回折格子形成ウェハの組成とは相違することとなる。そのため、このようなウェハの組成の相違に起因して、回折格子形成ウェハとダミーウェハとでは、同様のエッチング条件を採用したとしてもエッチングレートが異なることとなる。したがって、ダミーウェハで確認したエッチングレートに基づき回折格子形成ウェハをエッチングしても、所望の深さの凹部を得ることは困難である。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、回折格子の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、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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る回折格子の形成方法は、回折格子が形成されるべき第１半導体層上に、第２半導体層と、第１半導体層と同じ組成の材料からなる第３半導体層とをこの順に形成する工程と、回折格子の凹部の形成位置に対応するように孔部を有する第１マスク層を第３半導体層上に形成する第１マスク層形成工程と、第１マスク層をマスクとして第３半導体層をエッチングすることにより、第３半導体層に凹部を形成する第３半導体層エッチング工程と、第３半導体層エッチング工程の後に、第１マスク層を除去する第１マスク層除去工程と、第１マスク層除去工程の後に、第３半導体層の凹部の深さを測定する測定工程と、測定工程の後に、第３半導体層を除去する第３半導体層除去工程と、第３半導体層除去工程の後に、第２半導体層を除去する第２半導体層除去工程と、第２半導体層除去工程の後に、回折格子の凹部の形成位置に対応するように孔部を有する第２マスク層を第１半導体層上に形成する第２マスク層形成工程と、測定工程において測定された深さに基づき第１半導体層のエッチング条件を選択する工程と、第２マスク層をマスクとして前記エッチング条件で第１半導体層をエッチングすることにより、第１半導体層に回折格子の凹部を形成する回折格子形成工程と、を備える。
【０００８】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る半導体レーザの製造方法は、回折格子が形成されるべき第１半導体層と、第２半導体層と、第１半導体層と同じ組成の材料からなる第３半導体層とをこの順に活性層上に形成する工程と、回折格子の凹部の形成位置に対応するように孔部を有する第１マスク層を第３半導体層上に形成する第１マスク層形成工程と、第１マスク層をマスクとして第３半導体層をエッチングすることにより、第３半導体層に凹部を形成する第３半導体層エッチング工程と、第３半導体層エッチング工程の後に、第１マスク層を除去する第１マスク層除去工程と、第１マスク層除去工程の後に、第３半導体層の凹部の深さを測定する測定工程と、測定工程の後に、第３半導体層を除去する第３半導体層除去工程と、第３半導体層除去工程の後に、第２半導体層を除去する第２半導体層除去工程と、第２半導体層除去工程の後に、回折格子の凹部の形成位置に対応するように孔部を有する第２マスク層を第１半導体層上に形成する第２マスク層形成工程と、測定工程において測定された深さに基づき第１半導体層のエッチング条件を選択する工程と、第２マスク層をマスクとして前記エッチング条件で第１半導体層をエッチングすることにより、第１半導体層に回折格子の凹部を形成する回折格子形成工程と、回折格子形成工程の後に、第２マスク層を除去する第２マスク層除去工程と、第２マスク層除去工程の後に、第１半導体層上にクラッド層を形成するクラッド層形成工程と、を備える。
【０００９】
本発明では、回折格子が形成されるべき第１半導体層上に、第１半導体層と同じ組成の材料からなる第３半導体層を形成しているため、第１半導体層における回折格子の凹部の形成位置の組成と、当該形成位置に対応する第３半導体層の領域の組成とを互いに同じ組成に調整し易くなり、両者のエッチング特性に差が生じることを抑制することができる。このような本発明では、第１マスク層形成工程において、回折格子の凹部の形成位置に対応するように孔部を有する第１マスク層を第３半導体層上に形成した後、第３半導体層エッチング工程において、第１マスク層をマスクとして第３半導体層をエッチングすることにより、第１半導体層における回折格子の凹部の形成位置に対応するように第３半導体層に複数の凹部が形成される。そして、測定工程において第３半導体層の凹部の深さを測定することにより、回折格子形成工程に先立って、第１半導体層における回折格子の凹部の形成位置についてのエッチング特性を把握することができる。さらに、本発明では、測定工程において予め測定された深さに基づき第１半導体層のエッチング条件を選択し、選択したエッチング条件で第１半導体層をエッチングして第１半導体層に回折格子の凹部を形成しているため、回折格子の凹部の深さを高精度に制御することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回折格子の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、半導体レーザの製造方法が提供される。本発明によれば、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、半導体レーザのレーザ特性のばらつきを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体レーザの製造方法によって製造される半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体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】本発明の一実施形態に係る半導体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】本発明の一実施形態に係る半導体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】エッチング量の面内分布を模式的に示す図面である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体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７】本発明の一実施形態に係る半導体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８】本発明の一実施形態に係る半導体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９】本発明の一実施形態に係る半導体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１０】本発明の一実施形態に係る半導体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】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る回折格子の形成方法及び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。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る半導体レーザの製造方法によって製造される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備える半導体レーザを模式的に示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、分布帰還型半導体レーザ（以下「ＤＦＢレーザ」という。）１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の表面上には、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２導電型（例えばｐ型）の上部ＳＣＨ層（第１半導体層）１１、第２導電型の上部クラッド層３１、コンタクト層３３、及び、上部電極３５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３７が設けられている。なお、図１及び以下で参照する図には、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軸が設定されている。ＤＦＢレーザ１では、Ｙ軸方向に共振器方向が設定されている。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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の厚みは、例えば２００ｎｍである。上部ＳＣＨ層１１の表面１１ｓ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（例えばＹ軸方向）に沿って周期λ１１で周期的に配置されている。凹部１１ｃの深さは、例えば８０ｎｍであり、凹部１１ｃの幅Ｌ１１は、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である。
【００１８】
上部クラッド層３１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。
【００１９】
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３１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。
【００２０】
次に、図２〜図１０を参照しながら、本実施形態に係る回折格子の形成方法及び半導体レーザの製造方法について説明する。図２〜４、６〜１０は、本実施形態に係る半導体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は、エッチング量の面内分布を模式的に示す図面であり、横軸はエッチング領域を示し、縦軸はエッチング量を示す。
【００２１】
本実施形態に係る回折格子の形成方法は、積層体形成工程、第１マスク層形成工程、半導体層（第３半導体層）エッチング工程、第１マスク層除去工程、エッチング深さ測定工程、半導体層（第３半導体層）除去工程、エッチングストップ層（第２半導体層）除去工程、第２マスク層形成工程、エッチング条件選択工程、及び、回折格子形成工程をこの順に備える。本実施形態に係る半導体レーザの製造方法は、本実施形態に係る回折格子の形成方法、第２マスク層除去工程、上部クラッド層形成工程、及び、コンタクト層及び電極形成工程をこの順に備える。
【００２２】
積層体形成工程では、図２（ａ）に示すように、例えば有機金属気相成長法（以下、「ＯＭＶＰＥ法」という。）によって、下部クラッド層５、下部ＳＣＨ層７、活性層９、上部ＳＣＨ層１１、第２導電型のエッチングストップ層（第２半導体層）１３、第２導電型の半導体層（第３半導体層）１５をこの順に半導体基板３上に成長させて積層体２０を得る。積層体形成工程では、半導体基板３上の各層を同一の成長炉内で連続して成長させる。
【００２３】
エッチングストップ層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がドープされている。エッチングストップ層１３の厚みは、例えば２００ｎｍである。
【００２４】
半導体層１５は、上部ＳＣＨ層１１と同じ組成の材料からなる。半導体層１５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。半導体層１５の厚みは、例えば２００〜３００ｎｍである。
【００２５】
第１マスク層形成工程では、まず、図２（ｂ）に示すように、半導体層１５上に第１マスク層１７を成長させ、さらに、第１マスク層１７上に第１レジスト層１９を成長させる。第１マスク層１７は、絶縁体材料からなり、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１マスク層１７は、例えば化学気相成長法（以下、「ＣＶＤ法」という。）によって形成することができる。第１マスク層１７の厚さは、例えば３０〜５０ｎｍである。第１レジスト層１９は、例えばスピン塗布法によって形成することができる。
【００２６】
次に、例えば電子ビーム露光法によって第１レジスト層１９をパターニングし、上部ＳＣＨ層１１における回折格子１１ｄの凹部１１ｃに対応するパターンを第１レジスト層１９に形成する。具体的には、図３（ａ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って延びると共に第１レジスト層１９をその厚さ方向に貫通する複数の孔部１９ｈを第１レジスト層１９に形成する。複数の孔部１９ｈは、上部ＳＣＨ層１１の凹部１１ｃ（図８（ｂ）参照）の形成位置に対応するように形成され、孔部１９ｈの形成位置と凹部１１ｃの形成位置とはＺ軸方向から見て一致している。
【００２７】
複数の孔部１９ｈは、Ｙ軸方向に沿って周期λ１９で周期的に配置されている。周期λ１９は、凹部１１ｃの周期λ１１と略同一であり、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である。また、孔部１９ｈのＹ軸方向の幅Ｌ１９は、凹部１１ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１１と略同一であり、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である。
【００２８】
続いて、図３（ｂ）に示すように、パターニングされた第１レジスト層１９をマスクとして第１マスク層１７を選択的にエッチングした後、酸素プラズマアッシング等により第１レジスト層１９を除去する。第１マスク層１７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、第１レジスト層１９のパターンが第１マスク層１７に転写され、回折格子１１ｄの凹部１１ｃに対応するパターンとなるように複数の孔部１７ｈが第１マスク層１７に形成される。
【００２９】
複数の孔部１７ｈは、Ｘ軸方向に沿って延びると共に第１マスク層１７をその厚さ方向に貫通している。複数の孔部１７ｈは、Ｙ軸方向に沿って周期λ１７で周期的に配置されている。孔部１７ｈは、上部ＳＣＨ層１１の凹部１１ｃの形成位置に対応するように形成されており、孔部１７ｈの形成位置と凹部１１ｃの形成位置とはＺ軸方向から見て一致している。周期λ１７は、上部ＳＣＨ層１１の周期λ１１と略同一であり、孔部１７ｈのＹ軸方向の幅Ｌ１７は、凹部１１ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１１と略同一である。孔部１７ｈのＹＺ平面における断面は、例えば矩形状である。
【００３０】
半導体層エッチング工程では、図４（ａ）に示すように、第１マスク層１７をマスクとして半導体層１５をエッチングすることにより、複数の凹部１５ｃを半導体層１５の表面に形成する。このエッチングは、例えばＣＨ４ガス及び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。エッチングの深さは、凹部１５ｃがエッチングストップ層１３に達しないように調整されることが好ましく、例えば半導体層１５の厚みの略半分の深さに調整される。エッチングの深さは、例えばエッチングレート、エッチング時間等により調整することができる。
【００３１】
凹部１５ｃは、孔部１７ｈの形成位置に対応して半導体層１５に形成されるため、Ｚ軸方向から見て凹部１５ｃの形成位置は、孔部１７ｈの形成位置と一致しており、さらには、上部ＳＣＨ層１１の回折格子領域における凹部１１ｃの形成位置と一致している。そのため、凹部１５ｃのＹ軸方向に沿った周期λ１５は、孔部１７ｈの周期λ１７及び凹部１１ｃの周期λ１１と略同一であり、凹部１５ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１５は、孔部１７ｈのＹ軸方向の幅Ｌ１７及び凹部１１ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１１と略同一である。凹部１５ｃのＹＺ平面における断面は、例えば矩形状である。
【００３２】
第１マスク層除去工程では、図４（ｂ）に示すように、半導体層１５をエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって第１マスク層１７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。このようなエッチングにより、複数の凹部１５ｃが形成された半導体層１５の表面１５ｓが露出する。
【００３３】
エッチング深さ測定工程では、半導体層エッチング工程における半導体層１５の凹部１５ｃのエッチング深さを測定する。エッチング深さの測定方法としては、例えば以下の方法が挙げられる。まず、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等の走査型プローブ顕微鏡を用いて、凹部１５ｃの深さＤ１５、すなわち半導体層１５の表面１５ｓから凹部１５ｃの底部１５ｂまでの深さを複数の凹部１５ｃについて測定する。複数の凹部１５ｃの深さＤ１５を測定することにより、半導体層１５の表面１５ｓにおけるエッチング深さの一次元分布又は二次元分布を得ることができる。得られたエッチング深さの分布に基づき、エッチング深さが一定となる領域の測定データを選定し、選定した測定データの平均値をエッチング深さとして採用する。なお、エッチング時間と、測定したエッチング深さの測定データとから、エッチングレートを算出することもできる。
【００３４】
ここで、半導体層エッチング工程では、図５に示すように、エッチング深さ（エッチング量）が一定とならない領域がエッチング領域（半導体層１５の表面１５ｓ）に生じる場合がある。図５では、エッチング領域の中央の領域Ｒにおけるエッチング量に対してエッチング領域の両側の領域におけるエッチング量が多いことが示されている。この場合、エッチング深さの測定に際しては、エッチング深さが一定となる中央の領域Ｒの測定データを採用し、エッチング深さが一定とならない両側の領域の測定データは採用しないことが好ましい。
【００３５】
半導体層除去工程では、図６（ａ）に示すように、エッチングストップ層１３をエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって半導体層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、例えば硫酸、過酸化水素及び水の混合液を挙げることができる。これにより、エッチングストップ層１３の表面１３ｓを露出させる。本実施形態では、エッチングストップ層１３を設けることにより、半導体層除去工程において上部ＳＣＨ層１１がエッチングされることを避けることができる。
【００３６】
エッチングストップ層除去工程では、図６（ｂ）に示すように、上部ＳＣＨ層１１をエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによってエッチングストップ層１３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、例えば塩酸が挙げられる。このようなエッチングにより、上部ＳＣＨ層１１の表面１１ｓが露出する。
【００３７】
第２マスク層形成工程では、第１マスク層形成工程と同様の手法によりマスク層を形成する。まず、図７（ａ）に示すように、上部ＳＣＨ層１１の表面１１ｓ上に第２マスク層２７を成長させ、さらに、第２マスク層２７上に第２レジスト層２９を成長させる。第２マスク層２７は、絶縁体材料からなり、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２７は、例えばＣＶＤ法によって形成することができる。第２マスク層２７の厚さは、例えば３０〜５０ｎｍである。第２レジスト層２９は、例えばスピン塗布法によって形成することができる。
【００３８】
次に、例えば電子ビーム露光法によって第２レジスト層２９をパターニングし、第１レジスト層１９と同様のパターンを第２レジスト層２９に形成する。具体的には、図７（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って延びると共に第２レジスト層２９をその厚さ方向に貫通する複数の孔部２９ｈを第２レジスト層２９に形成する。複数の孔部２９ｈは、上部ＳＣＨ層１１の凹部１１ｃ（図８（ｂ）参照）の形成位置に対応するように形成され、孔部２９ｈの形成位置と凹部１１ｃの形成位置とはＺ軸方向から見て一致している。
【００３９】
複数の孔部２９ｈは、Ｙ軸方向に沿って周期λ２９で周期的に配置されている。周期λ２９は、凹部１１ｃの周期λ１１と略同一であり、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である。また、孔部２９ｈのＹ軸方向の幅Ｌ２９は、凹部１１ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１１と略同一であり、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である。
【００４０】
続いて、図８（ａ）に示すように、パターニングされた第２レジスト層２９をマスクとして第２マスク層２７を選択的にエッチングした後、酸素プラズマアッシング等により第２レジスト層２９を除去する。第２マスク層２７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ＲＩＥ法によって行うことができる。これにより、第２レジスト層２９のパターンが第２マスク層２７に転写され、回折格子１１ｄの凹部１１ｃに対応するパターンとなるように複数の孔部２７ｈが第２マスク層２７に形成される。
【００４１】
複数の孔部２７ｈは、Ｘ軸方向に沿って延びると共に第２マスク層２７をその厚さ方向に貫通している。複数の孔部２７ｈは、Ｙ軸方向に沿って周期λ２７で周期的に配置される。孔部２７ｈは、上部ＳＣＨ層１１の凹部１１ｃの形成位置に対応するように形成されており、孔部２７ｈの形成位置と凹部１１ｃの形成位置とはＺ軸方向から見て一致している。周期λ２７は、上部ＳＣＨ層１１の周期λ１１と略同一であり、孔部２７ｈのＹ軸方向の幅Ｌ２７は、凹部１１ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１１と略同一である。孔部２７ｈのＹＺ平面における断面は、例えば矩形状である。
【００４２】
エッチング条件選択工程では、上記エッチング深さ測定工程において測定されたエッチング深さや当該エッチング深さから算出されるエッチングレートに基づき、凹部１１ｃの深さＤ１１が所望の深さ（例えば８０ｎｍ）となるようにエッチング条件が選択される。凹部１１ｃの深さＤ１１は、エッチングレート、エッチング時間などのエッチング条件に基づき調整される。
【００４３】
回折格子形成工程では、図８（ｂ）に示すように、第２マスク層２７をマスクとして、エッチング条件選択工程で選択したエッチング条件で上部ＳＣＨ層１１をエッチングすることにより、複数の凹部１１ｃを上部ＳＣＨ層１１の表面に形成する。このエッチングは、例えばＣＨ４ガス及び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。
【００４４】
凹部１１ｃは、孔部２７ｈの形成位置に対応して上部ＳＣＨ層１１に形成されるため、凹部１１ｃの形成位置と孔部２７ｈの形成位置とはＺ軸方向から見て一致している。凹部１１ｃのＹ軸方向に沿った周期λ１１は、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である。また、凹部１１ｃのＹ軸方向の幅Ｌ１１は、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である。凹部１１ｃのＹＺ平面における断面は、例えば矩形状である。
【００４５】
第２マスク層除去工程では、図９（ａ）に示すように、上部ＳＣＨ層１１をエッチングすることなく、例えばウェットエッチングによって第２マスク層２７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。このようなエッチングにより、複数の凹部１１ｃが形成された上部ＳＣＨ層１１の表面１１ｓが露出する。
【００４６】
上部クラッド層形成工程では、図９（ｂ）に示すように、例えばＯＭＶＰＥ法によって複数の凹部１１ｃを埋めるように、及び、上部ＳＣＨ層１１の表面１１ｓを覆うように上部クラッド層３１を成長させる。
【００４７】
コンタクト層及び電極形成工程では、図１０に示すように、上部クラッド層３１上に、コンタクト層３３及び上部電極３５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３７を形成する。これにより、基板生産物１ａが形成される。
【００４８】
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製する。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。
【００４９】
本実施形態に係る回折格子の形成方法及び半導体レーザの製造方法では、回折格子１１ｄが形成されるべき上部ＳＣＨ層１１上に、上部ＳＣＨ層１１と同じ組成の材料からなる半導体層１５を形成しているため、上部ＳＣＨ層１１における回折格子１１ｄの凹部１１ｃの形成位置の組成と、当該形成位置に対応する半導体層１５の領域の組成とを互いに同じ組成に調整し易くなり、両者のエッチング特性に差が生じることを抑制することができる。この場合、同一の基板を構成する層として半導体層１５を上部ＳＣＨ層１１上に形成し、この半導体層１５を用いてエッチング深さＤ１５を測定しているので、上部ＳＣＨ層１１と同じ組成の材料からなる半導体層を有するダミーウェハを別途準備し、当該半導体層を用いてエッチング深さを測定する場合と比較して、組成の相違に基づきエッチング特性に差が生じることを抑制することができる。
【００５０】
このような本実施形態に係る回折格子の形成方法及び半導体レーザの製造方法では、第１マスク層形成工程において、上部ＳＣＨ層１１における回折格子１１ｄの凹部１１ｃの形成位置に対応するように孔部１７ｈを有する第１マスク層１７を半導体層１５上に形成した後、半導体層エッチング工程において、第１マスク層１７をマスクとして半導体層１５をエッチングすることにより、上部ＳＣＨ層１１における回折格子１１ｄの凹部１１ｃの形成位置に対応するように半導体層１５に複数の凹部１５ｃが形成される。
【００５１】
そして、エッチング深さ測定工程において半導体層１５の凹部１５ｃのエッチング深さＤ１５を測定することにより、回折格子形成工程に先立って、上部ＳＣＨ層１１における回折格子１１ｄの凹部１１ｃの形成位置についてのエッチング特性を把握することができる。さらに、本実施形態に係る回折格子の形成方法及び半導体レーザの製造方法では、エッチング条件選択工程において半導体層１５を用いて予め測定されたエッチング深さＤ１５に基づき上部ＳＣＨ層１１のエッチング条件を選択し、回折格子形成工程において上記エッチング条件で上部ＳＣＨ層１１をエッチングして上部ＳＣＨ層１１に回折格子１１ｄの凹部１１ｃを形成しているため、回折格子１１ｄの凹部１１ｃの深さを高精度に制御することができる。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、発光出力やしきい値電流等のレーザ特性のばらつきを抑制することも可能となる。
【００５２】
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。例えば、上述の実施形態では、エッチング条件選択工程が第２マスク層形成工程の後に実施されているが、エッチング深さ測定工程と回折格子形成工程との間であれば実施順序は特に限定されるものではない。
【００５３】
また、上述の実施形態においては、上部ＳＣＨ層１１の凹部１１ｃ、半導体層１５の凹部１５ｃの断面はそれぞれ矩形状であるが、このような形状に限られるものではない。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、エッチング深さ測定工程では、例えば、半導体層１５の表面１５ｓから凹部１５ｃの最深部までの距離を凹部１５ｃの深さＤ１５として測定することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…分布帰還型半導体レーザ、９…活性層、１１…上部ＳＣＨ層（第１半導体層）、１１ｃ…回折格子の凹部、１１ｄ…回折格子、１３…エッチングストップ層（第２半導体層）、１５…半導体層（第３半導体層）、１５ｃ…半導体層の凹部、Ｄ１５…半導体層の凹部の深さ、１７…第１マスク層、１７ｈ…第１マスク層の孔部、２７…第２マスク層、２７ｈ…第２マスク層の孔部、３１…クラッド層。
【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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