(57)【要約】【課題】  モールドパターンに樹脂を充填できると共に、余剰の樹脂によって除去困難な厚さのバリが形成されることを防止できる回折格子作製方法を提供する。【解決手段】  プライマ層６０上に樹脂Ｕを配置した後に、モールド１押し付ける。プライマ層６０は、モールド１よりも濡れ性が低い。モールドパターンＭＰの溝部Ｍａに樹脂Ｕが充填される。プライマ層６０は、第１の部分Ｐ１上に形成される。また、プライマ層６０は、第２の部分Ｐ２には形成されない。第２の部分Ｐ２上では絶縁膜３０が露出している。絶縁膜３０はプライマ層６０よりも濡れ性が高い。樹脂Ｕにモールド１を押し付けたときに、モールド１とプライマ層６０との間からはみだした余剰樹脂Ｕａが絶縁膜３０に広がる。余剰樹脂Ｕａが、突出部３の側面３ｂに沿って盛り上がらない。余剰樹脂Ｕａによって除去困難な厚さのバリが形成されない。【選択図】図１５
2012222144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノインプリント法によって回折格子を作製する方法であって、
前記回折格子のためのモールドパターンを有するモールドを用意する工程と、
複数のショットエリアを含む主面を有する回折格子層の上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上にプライマ層を形成する工程と、
前記複数のショットエリアのうちの一のショットエリア及び前記プライマ層の上に第１の樹脂を配置する工程と、
前記第１の樹脂に前記モールドを押し付ける工程と、
前記第１の樹脂に前記モールドを押し付けた後に前記第１の樹脂を硬化して、前記モールドパターンに応じたパターンを有する第１の樹脂層を形成する工程と、
前記第１の樹脂層から前記モールドを離間した後に、前記第１の樹脂層を用いたエッチングにより前記絶縁膜に前記パターンを転写して、前記回折格子層の上にマスク層を形成する工程と、
前記マスク層を用いて前記回折格子層をエッチングすることにより、回折格子構造を形成する工程と、を備え、
前記モールドは、本体部と、前記本体部から突出して設けられた突出部とを有し、
前記突出部は、前記モールドパターンが形成された上面を有し、
前記各ショットエリアは、第１の部分と、前記第１の部分を囲う第２の部分とを含み、
前記プライマ層は、前記第１の部分及び前記絶縁膜の上に形成され、
前記プライマ層は、前記第２の部分及び前記絶縁膜の上には形成されておらず、
前記プライマ層の濡れ性は、前記モールドの濡れ性よりも低く、
前記絶縁膜の濡れ性は、前記プライマ層の濡れ性及び前記モールドの濡れ性よりも高い、ことを特徴とする回折格子を作製する方法。
【請求項２】
前記一のショットエリアは、前記複数のショットエリアのうちの別のショットエリアと隣接しており、
前記各ショットエリアは、前記別のショットエリアと前記一のショットエリアとの境界と、前記第２の部分の外縁とに沿って延びる第３の部分を含み、
前記プライマ層は、前記第３の部分及び前記絶縁膜の上に形成され、
前記第１の樹脂は、前記第１の部分及び前記プライマ層の上に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の回折格子を作製する方法。
【請求項３】
前記プライマ層を形成する工程は、
前記絶縁膜の上に前記プライマ層のための第２の樹脂層を形成する工程と、
前記第２の樹脂層をエッチングすることにより、前記第２の部分の上の前記第２の樹脂層に開口を設けると共に、前記第１の部分、前記第３の部分及び前記絶縁膜の上に前記プライマ層を形成する工程と、を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の回折格子を作製する方法。
【請求項４】
前記モールドは石英を含み、
前記プライマ層はポリアクリレート系の樹脂材料を含み、
前記絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを含み、
前記第１の樹脂は、シリル化生成物を主成分とする樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂又はポリエステル系樹脂を含む紫外線硬化樹脂である、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回折格子を作製する方法。
【請求項５】
前記モールドは石英を含み、
前記プライマ層はポリアクリレート系の樹脂材料を含み、
前記絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを含み、
前記第１の樹脂は、ポリメチルメタアクリレート又はポリウレタンを含む熱硬化樹脂である、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回折格子を作製する方法。
【請求項６】
前記マスク層を形成する工程は、
前記第１の樹脂層から前記モールドを離間した後に、前記パターンを埋め込むように、シリコンを含む第３の樹脂層を形成する工程と、
前記パターンの突部の上面が露出するまで前記第３の樹脂層を選択的にエッチングする工程と、
前記パターンの溝部に残存する前記第３の樹脂層をマスクとして、前記第１の樹脂層及び前記プライマ層をエッチングする工程と、を含む、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回折格子を作製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリント法を用いて回折格子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回折格子を有する半導体光デバイスの製造方法が記載されている。この製造方法においては、以下のように回折格子を作製している。すなわち、下部クラッド層、活性層、及び回折格子層を、この順に半導体基板の上に成長する。回折格子層の上に絶縁層を形成した後に、その絶縁層の上にシリコン非含有樹脂を塗布する。シリコン非含有樹脂をパターニングすることにより、シリコン非含有樹脂層を絶縁層の上に形成する。シリコン非含有樹脂のパターニングには、例えば、ナノインプリント法を用いる。シリコン非含有樹脂層のパターンの溝部を埋めるようにシリコン含有樹脂層を形成する。
【０００３】
シリコン含有樹脂層をマスクとして、酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、シリコン非含有樹脂層をエッチングする。このエッチングにより、シリコン非含有樹脂層の突部が除去されて絶縁層の一部が露出する。シリコン非含有樹脂層及びシリコン含有樹脂層をマスクとして用いて、絶縁層をエッチングする。これにより絶縁層がパターニングされる。パターニングされた絶縁層をマスクとしたエッチングにより、回折格子層構造を形成する。そして、回折格子構造を埋め込むことにより、回折格子が作製される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９９５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の製造方法においては、上述したように、絶縁層の上に塗布されたシリコン非含有樹脂のパターニングに、ナノインプリント法を用いることができる。ナノインプリント法の方式としては、例えばステップアンドリピート方式を用いることができる。ステップアンドリピート方式においては、例えば、板状の本体部と本体部から突出して設けられた突出部とを有するモールドが用いられる。そのようなモールドにおいては、回折格子のためのモールドパターンは突出部の上面に設けられる。
【０００６】
ステップアンドリピート方式においては、複数のショットエリアのうちの一のショットエリアの絶縁層の上に、ナノインプリント用樹脂として、例えば紫外線硬化樹脂を配置する。この紫外線硬化樹脂にモールドの突出部を押し付けることにより、紫外線硬化樹脂にパターンを形成する。紫外線硬化樹脂にパターンを形成する際には、モールドパターンの溝部に紫外線硬化樹脂を充填する必要がある。
【０００７】
絶縁層の濡れ性がモールドの濡れ性よりも高い場合には、絶縁層の上に配置された紫外線硬化樹脂にモールドの突出部を押し付けたときに、モールドの突出部と絶縁層との間の紫外線硬化樹脂が、絶縁層の表面に沿って広がってしまうので、モールドパターンの溝部に充填されないという問題が生じる。そのような問題を解決するためには、モールドの濡れ性よりも低い濡れ性の密着層を絶縁層の上に形成し、その密着層の上に紫外線硬化樹脂を配置する方法が考えられる。このような方法によれば、密着層の上に配置された紫外線硬化樹脂が、密着層の表面に沿って広がりにくいため、モールドパターンの溝部に充填される。
【０００８】
上述したように濡れ性の低い密着層を用いる方法においては、密着層の上の紫外線硬化樹脂にモールドを押し付けたときに、モールドの突出部と密着層との間からはみ出した余剰の紫外線硬化樹脂が、密着層の表面に沿って広がりにくい。このため、余剰の紫外線硬化樹脂が、モールドの突出部の側面に沿って盛り上がってしまう。この盛り上がり部分が、紫外線の照射によって硬化する。その結果、その盛り上がり部分が、除去困難な厚さのバリとなってしまう。ナノインプリント用樹脂として、紫外線硬化樹脂の代わりに熱硬化樹脂を用いた場合にも、同様の問題が生じる。
【０００９】
本発明は、そのような事情に鑑みてなされたものであり、モールドのパターンの溝部にナノインプリント用樹脂を充填できると共に、余剰のナノインプリント用樹脂によって除去困難な厚さのバリが形成されることを防止できる回折格子を作製する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の回折格子を作製する方法は、ナノインプリント法によって回折格子を作製する方法であって、回折格子のためのモールドパターンを有するモールドを用意する工程と、複数のショットエリアを含む主面を有する回折格子層の上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の上にプライマ層を形成する工程と、複数のショットエリアのうちの一のショットエリア及びプライマ層の上に第１の樹脂を配置する工程と、第１の樹脂にモールドを押し付ける工程と、第１の樹脂にモールドを押し付けた後に第１の樹脂を硬化して、モールドパターンに応じたパターンを有する第１の樹脂層を形成する工程と、第１の樹脂層からモールドを離間した後に、第１の樹脂層を用いたエッチングにより絶縁膜に前記パターンを転写して、回折格子層の上にマスク層を形成する工程と、マスク層を用いて回折格子層をエッチングすることにより、回折格子構造を形成する工程と、を備え、モールドは、本体部と、本体部から突出して設けられた突出部とを有し、突出部は、モールドパターンが形成された上面を有し、各ショットエリアは、第１の部分と、第１の部分を囲う第２の部分とを含み、プライマ層は、第１の部分及び絶縁膜の上に形成され、プライマ層は、第２の部分及び絶縁膜の上には形成されておらず、プライマ層の濡れ性は、モールドの濡れ性よりも低く、絶縁膜の濡れ性は、プライマ層の濡れ性及びモールドの濡れ性よりも高い、ことを特徴とする。
【００１１】
この方法においては、ナノインプリント用樹脂としての第１の樹脂をプライマ層の上に配置した後に、モールドを押し付ける。プライマ層の濡れ性は、モールドの濡れ性よりも低いので、第１の樹脂にモールドを押し付けたときにモールドパターンの溝部に第１の樹脂が充填される。一方、プライマ層は、一のショットエリアの第１の部分及び絶縁膜上に形成されている。また、プライマ層は、一のショットエリアの第２の部分には形成されていないので、第１の部分を取り囲む第２の部分の上には、絶縁膜が露出している。絶縁膜の濡れ性は、プライマ層の濡れ性及びモールドの濡れ性よりも高い。したがって、第１の樹脂にモールドを押し付けたときに、余剰の第１の樹脂がモールドの突出部とプライマ層との間からはみ出すが、その余剰の第１の樹脂は第２の部分の上の絶縁膜の表面に沿って広がる。その結果、余剰の第１の樹脂が、モールドの突出部の側面に沿って盛り上がることを回避できる。よって、余剰の第１の樹脂によって除去困難な厚さのバリが形成されることを防止できる。
【００１２】
本発明の回折格子を作製する方法においては、一のショットエリアは、複数のショットエリアのうちの別のショットエリアと隣接しており、各ショットエリアは、別のショットエリアと一のショットエリアとの境界と、第２の部分の外縁とに沿って延びる第３の部分を含み、プライマ層は、第３の部分及び絶縁膜の上に形成され、第１の樹脂は、第１の部分及びプライマ層の上に配置されるものとすることができる。この方法においては、第３の部分及び絶縁膜の上にも、濡れ性の低いプライマ層が形成されることとなる。このため、余剰の第１の樹脂の広がりが、第３の部分の上のプライマ層で留められる。このため、余剰の第１の樹脂が別のショットエリアにはみ出すことを防止できる。
【００１３】
また、本発明の回折格子を作製する方法は、プライマ層を形成する工程は、絶縁膜の上にプライマ層のための第２の樹脂層を形成する工程と、第２の樹脂層をエッチングすることにより、第２の部分の上の第２の樹脂層に開口を設けると共に、第１の部分、第３の部分及び絶縁膜の上にプライマ層を形成する工程と、を含むことができる。この方法によれば、第２の部分の上において絶縁層を露出させることができると共に、第１及び第３の部分の上にプライマ層を形成できる。
【００１４】
また、本発明の回折格子を作製する方法においては、モールドは石英を含み、プライマ層はポリアクリレート系の樹脂材料を含み、絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを含み、第１の樹脂は、シリル化生成物を主成分とする樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂又はポリエステル系樹脂を含む紫外線硬化樹脂であるものとすることができる。この方法によれば、モールドの表面の濡れ性と、プライマ層の表面の濡れ性と、絶縁膜の表面の濡れ性とを、所望の関係に調整できる。
【００１５】
或いは、本発明の回折格子を作製する方法においては、モールドは石英を含み、プライマ層はポリアクリレート系の樹脂材料を含み、絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを含み、第１の樹脂は、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）又はポリウレタン（ＰＵＲ）を含む熱硬化樹脂であるものとすることもできる。この方法によっても、モールドの表面の濡れ性と、プライマ層の表面の濡れ性と、絶縁膜の表面の濡れ性とを、所望の関係に調整できる。
【００１６】
さらに、本発明の回折格子を作製する方法においては、マスク層を形成する工程は、第１の樹脂層からモールドを離間した後に、パターンを埋め込むように、シリコンを含む第３の樹脂層を形成する工程と、パターンの突部の上面が露出するまで第３の樹脂層を選択的にエッチングする工程と、パターンの溝部に残存する第３の樹脂層をマスクとして、第１の樹脂層及びプライマ層をエッチングする工程とを含むことができる。この方法によれば、第１の樹脂層の上に、回折格子のためのパターンを埋め込んで第３の樹脂層を形成する。第３の樹脂層の表面は平坦に形成できる。そのため、第３の樹脂層をマスクとして第１の樹脂層及びプライマ層をエッチングし、その後、当該第１の樹脂層及びプライマ層をマスクとしたエッチングにより絶縁膜に上記パターンを転写して、回折格子層の上にマスク層を形成することで、例えば半導体基板表面に凹凸がある場合でも、その影響を低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、モールドのパターンの溝部にナノインプリント用樹脂を充填できると共に、余剰のナノインプリント用樹脂によって除去困難な厚さのバリが形成されることを防止できる回折格子を作製する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る方法に用いるモールドを模式的に示す図である。
【図２】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図４】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図５】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図６】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図７】本実施形態に係る方法における接触角を説明するための図である。
【図８】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図９】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図１０】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図１１】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図１２】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図１３】本実施形態に係る方法の主要な工程を模式的に示す図である。
【図１４】本実施形態に係る方法によって作製される分布帰還型半導体レーザの構成を示す部分断面斜視図である。
【図１５】本実施形態に係る方法の作用を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の回折格子を作製する方法、及び半導体光素子を作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２０】
本実施形態においては、ナノインプリント法によって回折格子を作製する。本実施形態におけるナノインプリント法には、ステップアンドリピート方式を用いる。図１は、ステップアンドリピート方式に用いられるモールドを模式的に示す図である。本実施形態に係る方法では、まず、図１に示されるモールド１を用意する（工程Ｓ１０１）。なお、以下の説明では、主に、ナノインプリント用樹脂として紫外線硬化樹脂を用いた光式ナノインプリント法による回折格子の作製方法について述べる。
【００２１】
モールド１は、本体部２と突出部３とからなる。本体部２は、平板状の形状を有する。突出部３は、本体部２の上面２ａから突出して設けられている。突出部３は、上面２ａの略中央部に配置されている。突出部３は、上面３ａと側面３ｂとを有している。側面３ｂは、上面３ａと本体部２の上面２ａとを接続している。上面３ａには、回折格子のためのモールドパターンＭＰが形成されている。モールドパターンＭＰは、上面３ａの略中央部に配置されている。モールドパターンＭＰは、所定の方向に沿って複数の溝部Ｍａが配列されて構成されている。溝部Ｍａは、その配列方向に交差する方向に沿って延びるストライプ状の形状を有する。溝部Ｍａの寸法や配列のピッチは、作製する回折格子の態様に合わせて決定される。このモールド１は、例えば、石英製とすることができる。また、モールド１は、露光のための紫外線に対して透明である。
【００２２】
図２に示されるように、第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板１０を用意する（工程Ｓ１０２）。半導体基板１０は、例えば、ＩｎＰやＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。この半導体基板１０の上に、半導体積層２０を形成する（工程Ｓ１０３）。半導体積層２０は、第１のクラッド層１１、第１の光閉じ込め層１２、活性層１３、第２の光閉じ込め層１４、及び回折格子層１５を含む。第１のクラッド層１１、第１の光閉じ込め層１２、活性層１３、第２の光閉じ込め層１４、及び回折格子層１５は、この順で半導体基板１０の主面の法線方向に配列されている。
【００２３】
第１のクラッド層１１は、例えば、第１導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。第１のクラッド層１１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＩｎＰやＧａＮ等とすることができる。第１の光閉じ込め層１２は、例えば、第１導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。第１の光閉じ込め層１２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ等とすることができる。活性層１３は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。活性層１３は、例えば、多重量子井戸構造や単一量子井戸構造を有する。第２の光閉じ込め層１４は、例えば、第２導電型（例えばｐ型）を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。第２の光閉じ込め層１４のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ等とすることができる。回折格子層１５は、例えば、第２導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。回折格子層１５のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＧａＩｎＡｓＰ等とすることができる。回折格子層１５には、後に回折格子構造が形成される。半導体積層２０の各層の成長には、例えば、有機金属気相成長法を用いることができる。
【００２４】
回折格子層１５は、主面１５ａを有している。図３に示されるように、回折格子層１５の主面１５ａは、複数のショットエリアＳＨを有している。ショットエリアＳＨは、二次元アレイ状に配列されている。各ショットエリアＳＨは、矩形状に設定されている。各ショットエリアＳＨは、矩形状の第１の部分Ｐ１を含む。第１の部分Ｐ１は、ショットエリアＳＨの略中央部に配置されている。ショットエリアＳＨは、それぞれ、第１の部分Ｐ１を囲う矩形環状の第２の部分Ｐ２を含む。第１の部分Ｐ１と第２の部分Ｐ２とは互いに接合されている。
【００２５】
各ショットエリアＳＨは、第２の部分Ｐ２の外縁とショットエリアＳＨ同士の境界とに沿って延びる第３の部分Ｐ３を含む。第３の部分Ｐ３は、４つのショットエリアＳＨに接するショットエリアＳＨにおいては、矩形環状に設定されている。第３の部分Ｐ３は、３つのショットエリアＳＨと接するショットエリアＳＨにおいては、Ｕ字状に設定されている。第３の部分Ｐ３は、２つのショットエリアＳＨと接するショットエリアＳＨにおいては、Ｌ字状に設定されている。以下、図中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った部分断面図を用いて説明を続ける。
【００２６】
図４の（ａ）部に示されるように、回折格子層１５の主面１５ａの上に絶縁膜３０を形成する（工程Ｓ１０４）。絶縁膜３０は、シリコン無機膜を含み、例えば、ＳｉＯ２等の酸化シリコン、ＳｉＮ等の窒化シリコン、又はＳｉＯＮ等の窒化酸化シリコン等を含む。絶縁膜３０は、例えば、化学気相成長法を用いて形成することができる。絶縁膜３０は、回折格子層１５の主面１５ａの全面を覆って形成される。
【００２７】
図４の（ｂ）部に示されるように、絶縁膜３０の上に樹脂層４０を形成する（工程Ｓ１０５）。樹脂層４０は、本実施形態における第２の樹脂層を構成する。樹脂層４０は、例えば、ポリアクリレート系の樹脂材料を含む。樹脂層４０は、絶縁膜３０の全面に形成される。樹脂層４０は、後の工程でパターン形成されてプライマ層として機能する。
【００２８】
図５の（ａ）部に示されるように、樹脂層４０の上にマスク層５０を形成する（工程Ｓ１０６）。マスク層５０は、第１の部分５１と開口部５２と第３の部分５３とからなる。第１の部分５１は、ショットエリアＳＨの第１の部分Ｐ１の上に配置されている。第１の部分５１は、ショットエリアＳＨの第１の部分Ｐ１に合わせて形成される。開口部５２は、ショットエリアＳＨの第２の部分Ｐ２の上に配置されている。開口部５２は、ショットエリアＳＨの第２の部分Ｐ２に合わせて形成されている。第３の部分５３は、ショットエリアＳＨの第３の部分に配置されている。第３の部分５３は、ショットエリアＳＨの第３の部分Ｐ３に合わせて形成されている。ショットエリアＳＨの第２の部分Ｐ２の上においては、開口部５２から樹脂層４０が露出している。
【００２９】
図５の（ｂ）部に示されるように、マスク層５０を用いて樹脂層４０をエッチングすることにより、プライマ層６０を形成する（工程Ｓ１０７）。プライマ層６０は、第１の部分６１と開口部６２と第３の部分６３とからなる。第１の部分６１は、ショットエリアＳＨの第１の部分Ｐ１の部分の上に配置されている。開口部６２は、ショットエリアＳＨの第２の部分Ｐ２の上に位置している。第３の部分６３は、ショットエリアＳＨの第３の部分に配置されている。この工程Ｓ１０７では、ショットエリアＳＨの第２の部分Ｐ２の上の樹脂層４０に開口部６２を設けると共に、ショットエリアＳＨの第１の部分Ｐ１、第３の部分Ｐ３及び絶縁膜３０の上にプライマ層６０を形成する。ショットエリアＳＨの第２の部分Ｐ２の上においては、開口部５２及び開口部６２から絶縁膜３０が露出している。この後、マスク層５０を除去する。
【００３０】
図６は、マスク層５０が除去された状態を示す平面図である。図６に示されるように、プライマ層６０の第１の部分６１は矩形状を有している。プライマ層６０の開口部６２は、第１の部分６１を囲うような矩形環状を有している。プライマ層６０の第３の部分６３は、ショットエリアＳＨ同士の境界Ｓに沿って延びている。開口部６２は、第１の部分６１と第３の部分６３とで規定されている。開口部６２からは絶縁膜３０が露出している。
【００３１】
ここで、プライマ層６０の濡れ性は、モールド１の濡れ性よりも低い。また、絶縁膜３０の濡れ性は、プライマ層６０の濡れ性及びモールド１の濡れ性よりも高い。本実施形態において、濡れ性は、図７に示されるように、所定層Ｃと純水の液滴Ｌとの接触角θによって表される。接触角θが大きいほど濡れ性が低くい。一実施例としては、プライマ層６０の接触角θは、例えば５０度程度である。モールド１の接触角は、例えば３０度程度である。絶縁膜３０の濡れ性は、例えば１０度程度である。
【００３２】
図８の（ａ）部に示されるように、一のショットエリアＳＨ（例えば、図３におけるショットエリアＳＨ１）のプライマ層６０の上に紫外線硬化樹脂Ｕを配置する（工程Ｓ１０８）。紫外線硬化樹脂Ｕは、本実施形態における第１の樹脂を構成する。紫外線硬化樹脂Ｕは、このショットエリアＳＨの第１の部分Ｐ１及びプライマ層６０の上に滴下される。つまり、紫外線硬化樹脂Ｕは、このショットエリアＳＨのプライマ層６０の第１の部分６１に滴下される。紫外線硬化樹脂Ｕは、このショットエリアＳＨの第２の部分Ｐ２及び第３の部分Ｐ３の上には配置されない。紫外線硬化樹脂Ｕは、例えば、シリル化生成物を主成分とする樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂又はポリエステル系樹脂を含む。
【００３３】
図８の（ｂ）部に示されるように、紫外線硬化樹脂Ｕにモールド１を押し付ける（工程Ｓ１０９）。より具体的には、紫外線硬化樹脂Ｕにモールド１の突出部３の上面３ａを押し付ける。このとき、突出部３の上面３ａに形成されたモールドパターンＭＰがプライマ層６０の第１の部分６１に対向する。このモールド１の押し付けにより、モールド１の突出部３とプライマ層６０の第１の部分６１との間から、余剰の紫外線硬化樹脂Ｕａがはみ出るが、はみ出した余剰の紫外線硬貨樹脂Ｕａは、ショットエリアＳＨの第２の部分Ｐ２上の絶縁膜３０の表面に沿って広がる。
【００３４】
図９の（ａ）部に示されるように、紫外線硬化樹脂Ｕにモールド１を押し付けた後に、紫外線硬化樹脂Ｕに紫外線ＵＶを照射する（工程Ｓ１１０）。紫外線ＵＶの照射は、モールド１の裏面１ｂの側から行われる。これにより、モールド１のモールドパターンＭＰに応じたパターンＰを有する紫外線硬化樹脂層７０が形成される。紫外線硬化樹脂層７０は、本実施形態における第１の樹脂層を構成する。図９の（ｂ）部に示されるように、モールド１を紫外線硬化樹脂層７０から離間する（工程Ｓ１１１）。これにより、回折格子のためのパターンＰを有する紫外線硬化樹脂層７０が一のショットエリアＳＨのうえに形成される。
【００３５】
ところで、回折格子のためのパターンＰを有する樹脂層の形成方法としては、光式ナノインプリント法の代わりに、熱式ナノインプリント法を用いることもできる。熱式ナノインプリント法では、上記の工程Ｓ１０８で用いる紫外線硬化樹脂Ｕの代わりに、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂（以下、熱硬化樹脂等という）を用いることができる。熱硬化樹脂等には、例えば、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）やポリウレタン（ＰＵＲ）等を挙げることができる。また、熱式ナノインプリント法を用いる場合には、上記の一のショットエリアＳＨ（例えば、図３におけるショットエリアＳＨ１）のプライマ層６０の上に熱硬化樹脂等を配置（工程Ｓ１０８Ａ）した後、熱硬化樹脂等の温度をガラス転移点以上に上げることにより、熱硬化樹脂等を軟化させて低粘度状態にする。その後、モールド１をその熱硬化樹脂等に押し付ける（工程Ｓ１０９Ａ）。その後、熱硬化樹脂等を軟化させた温度から、熱硬化樹脂等が硬化する温度まで、熱硬化樹脂等の温度を下げることにより、熱硬化樹脂等を硬化させる（工程Ｓ１１０Ａ）。そして、モールド１を熱硬化樹脂等から離間する（工程Ｓ１１１Ａ）。
【００３６】
上記の工程Ｓ１０８〜工程Ｓ１１１を全てのショットエリアＳＨに対して繰り返し行う（ステップアンドリピート）。これにより、全てのショットエリアＳＨの上に紫外線硬化樹脂層７０が形成される。なお、工程Ｓ１０８〜工程Ｓ１１１の代わりに、工程Ｓ１０８Ａ〜工程Ｓ１１１Ａを全てのショットエリアＳＨに対して繰り返し行うこともできる。その場合には、全てのショットエリアＳＨの上に、紫外線硬化樹脂層７０の代わりに熱硬化樹脂等からなる樹脂層が形成される。
【００３７】
図１０の（ａ）部に示されるように、紫外線硬化樹脂層７０の上に樹脂層８０を形成する（工程Ｓ１１２）。樹脂層８０は、本実施形態における第３の樹脂層を構成する。樹脂層８０は紫外線硬化樹脂層７０のパターンＰを埋め込んで、その表面が平坦になるように形成される。樹脂層８０の材料としては、例えば、有機珪素化合物（シリコン含有樹脂）を用いることができる。ここで、紫外線硬化樹脂層７０、及びプライマ層６０を構成する樹脂は、シリコン元素を含まないもの（シリコン非含有樹脂）とすることができる。
【００３８】
図１０の（ｂ）部に示されるように、樹脂層８０をエッチングすることにより、樹脂層８０から平坦化層９０を形成する（Ｓ１１３）。このエッチングには、例えば、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスによる反応性イオンエッチングを用いることができる。このエッチングでは、シリコン（Ｓｉ）元素を含む樹脂層８０を選択的にエッチングする。このエッチングは、紫外線硬化樹脂層７０におけるパターンＰの突部７０ａの上面７０ｂが露出するように行われる。したがって、紫外線硬化樹脂層７０におけるパターンＰの溝部７０ｃには、平坦化層９０が残存している。
【００３９】
ところで、半導体基板１０がＩｎＰといった化合物半導体からなる場合、その表面は平坦でなく、０．１μｍ（１００ｎｍ）程度の凹凸（表面粗さ）を有する場合がある。このような凹凸を有する半導体基板１０の上に形成した半導体層に１層のレジスト層を用いて回折格子を形成すると、半導体基板１０の表面の凹凸の影響で回折格子のパターンの形状（例えば回折格子のパターン幅等）にバラツキが生じる場合がある。一方、本実施形態では、上記のように紫外線硬化樹脂層７０の上に平坦な表面を有する樹脂層８０からなる積層樹脂膜（２層レジスト）を形成し、その後、樹脂層８０をエッチングして平坦化層９０を形成することにより、半導体基板１０の表面の凹凸の影響を低減することができる。
【００４０】
図１１の（ａ）部に示されるように、紫外線硬化樹脂層７０のパターンＰの溝部７０ｃに残存する樹脂層８０（すなわち平坦化層９０）をマスクとして用いて、紫外線硬化樹脂層７０、及びプライマ層６０を、絶縁膜３０が露出するまでエッチングする（工程Ｓ１１４）。平坦化層９０は、紫外線硬化樹脂層７０におけるパターンＰの溝部７０ｃを埋め込んでいるので、パターンＰが正確に反転されたパターンが形成される。このエッチングには、例えば、Ｏ２ガス及びＮ２ガスを含むエッチングガスによる反応性イオンエッチングを用いることができる。この反応性イオンエッチングでは、エッチングガス中の酸素と、シリコン含有樹脂に含まれるシリコンとが反応してシリコン生成物が生じる。この反応性イオンエッチング中に生成されるシリコン生成物によって、シリコンを含有する平坦化層９０のエッチングレートは小さくなる。一方、シリコンを含まない紫外線硬化樹脂層７０及びプライマ層６０は、Ｏ２ガス及びＮ２ガスを含むエッチングガスによって、エッチングが進行する。したがって、このエッチングにより、シリコン（Ｓｉ）を含む樹脂からなる平坦化層９０をマスクとして、シリコン（Ｓｉ）を含まない紫外線硬化樹脂層７０及びプライマ層６０を選択的にエッチングすることができる。ここで、マスクに用いる平坦化層９０の表面は、半導体基板１０の表面の凹凸の影響を受けない。故に、回折格子のためのパターンＰ（正確には、パターンＰの反転パターン）が、紫外線硬化樹脂層７０及びプライマ層６０に、正確に転写される。
【００４１】
図１１の（ｂ）部に示されるように、パターンが形成された紫外線硬化樹脂７０及びプライマ層６０をマスクとして、回折格子層１５が露出するまで絶縁膜３０をエッチングする（工程Ｓ１１５）。この絶縁膜３０のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチング法等のドライエッチングによって行うことができる。絶縁膜３０のエッチングは、シリコン元素を含まない紫外線硬化樹脂層７０及びプライマ層６０に対するエッチングレートよりも、絶縁膜３０に対するエッチングレートの方が高いエッチング法によって行うことが好ましい。例えば、この工程における絶縁膜３０のエッチングは、ＣＦ４ガスを含むエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法によって行うことができる。なお、このエッチングで平坦化層９０がエッチングされ、残存しなくともよい。このエッチングにより、紫外線硬化樹脂層７０のパターンＰ（正確にはパターンＰの反転パターン）が絶縁膜３０に転写されて、マスク層１００が形成される。つまり、この工程では、紫外線硬化樹脂層７０を用いて、エッチングにより絶縁膜３０にパターンＰを転写し、マスク層１００を形成する。マスク層１００は、モールドパターンＭＰに対応するように配列された開口部１００ａを有している。
【００４２】
マスク層１００を形成した後、図１２の（ａ）部に示されるように、プライマ層６０、紫外線硬化樹脂層７０、及び平坦化層９０を除去する（工程Ｓ１１６）。この工程におけるプライマ層６０、紫外線硬化樹脂層７０、及び平坦化層９０の除去には、例えばエッチングによって行うことができる。シリコン元素を含む樹脂からなる平坦化層９０のエッチングには、例えば、ＣＦ４ガスを含むエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法を用いることができる。また、シリコン元素を含まない紫外線硬化樹脂層７０及びプライマ層６０のエッチングには、例えば、Ｏ２ガスを含むエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法を用いることができる。
【００４３】
図１２の（ｂ）部に示されるように、マスク層１００を用いて回折格子層１５をエッチングすることにより、回折格子構造１５ｂを形成する（工程Ｓ１１７）。このエッチングには、例えば、ＣＨ４とＨ２との混合ガスによる反応性イオンエッチングを用いることができる。回折格子構造１５ｂを形成した後に、図１３の（ａ）部に示されるように、マスク層１００を除去する（工程Ｓ１１８）。マスク層１００の除去には、例えば、フッ酸水溶液を用いることができる。
【００４４】
図１３の（ｂ）部に示されるように、回折格子構造１５ｂの上に埋め込み層１６を形成する（工程Ｓ１１９）。埋め込み層１６は、回折格子構造１５ｂを埋め込んでいる。これにより、回折格子１５０が形成される。埋め込み層１６は、第２導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。埋め込み層１６のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＩｎＰ等とすることができる。埋め込み層１６は、例えば、有機金属気相成長法によって成長できる。
【００４５】
埋め込み層１６を成長した後に、図１４に示されるように、半導体メサ１７を形成する。半導体メサ１７は、埋め込み層１６、回折格子層１５、第２の光閉じ込め層１４、活性層１３、第１の光閉じ込め層１２、及び第１のクラッド層１１をエッチングすることにより形成される。半導体メサ１７を埋め込むように埋め込み層１８を形成した後に、埋め込み層１６，１８の上に第２のクラッド層１９を形成する。埋め込み層１８は、例えば、ＦｅがドープされたＩｎＰ等の半絶縁性ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。第２のクラッド層１９は、例えば、第２導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな。第２のクラッド層１９のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＩｎＰ等とすることができる。
【００４６】
その後、第３のクラッド層１９の上に、コンタクト層２１を形成すると共に、コンタクト層２１の上に上部電極２２を形成する。コンタクト層２１は、例えば、第２導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる。コンタクト層２１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＧａＩｎＡｓ等とすることができる。上部電極２２は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる積層構造を有する。その後、半導体基板１０を所定の厚さまで裏面研削した後に、半導体基板１０の裏面１０ｂの上に下部電極２３を形成する。下部電極２３は、例えば、ＡｕＧｅＮｉ合金からなる。以上の工程により、回折格子１５０を有する分布帰還型レーザ（半導体光素子）２００が作製される。
【００４７】
以上説明した本実施形態に係る方法の作用効果について説明する。図１５の（ａ）部に示されるように、本実施形態に係る方法においては、プライマ層６０の上に紫外線硬化樹脂Ｕを配置した後に、モールド１を押し付ける。プライマ層６０の濡れ性は、モールド１の濡れ性よりも低い。このため、紫外線硬化樹脂Ｕは、モールド１が押し付けられたときにプライマ層６０に沿って広がり難く、モールドパターンＭＰの溝部Ｍａに充填される。
【００４８】
プライマ層６０は、一のショットエリアＳＨの第１の部分Ｐ１及び絶縁膜３０の上に形成された第１の部分６１を有している。また、プライマ層６０は、一のショットエリアＳＨの第２の部分Ｐ２に開口部６２を有している。つまり、第１の部分Ｐ１を取り囲む第２の部分Ｐ２の上においては、絶縁膜３０が露出している。絶縁膜３０の濡れ性は、プライマ層６０の濡れ性及びモールド１の濡れ性よりも高い。したがって、紫外線硬化樹脂Ｕにモールド１を押し付けたときに、余剰の紫外線硬化樹脂Ｕａがモールド１の突出部３とプライマ層６０との間からはみ出すが、その余剰の紫外線硬化樹脂Ｕａは第２の部分Ｐ２の上の絶縁膜３０の表面に沿って広がる。その結果、余剰の紫外線硬化樹脂Ｕａが、モールド１の突出部３の側面３ｂに沿って盛り上がることを回避できる。よって、余剰の紫外線硬化樹脂Ｕａによって除去困難な厚さのバリが形成されることを防止できる。
【００４９】
一方で、図１５の（ｂ）部に示されるように、絶縁膜３０の全面にプライマ層６０を形成した場合においては、紫外線硬化樹脂Ｕにモールド１を押し付けたときに、余剰の紫外線硬化樹脂Ｕａがモールド１の突出部３とプライマ層６０との間からはみ出して、その余剰の紫外線硬化樹脂Ｕａが、相対的に濡れ性の高いモールド１の突出部３の側面３ｂに沿って盛り上がる。その結果、その盛り上がり部が紫外線照射により硬化すると、除去困難な厚さのバリＢが形成されてしまう。
【００５０】
さらに、本実施形態に係る方法においては、ショットエリアＳＨの第３の部分Ｐ３及び絶縁膜３０の上にも、濡れ性の低いプライマ層６０（第３の部分６３）が形成される。このため、余剰の紫外線硬化樹脂Ｕａの広がりが、第３の部分Ｐ３の上のプライマ層６０（第３の部分６３）で留められる。このため、余剰の紫外線硬化樹脂Ｕａが別のショットエリアＳＨにはみ出すことを防止できる。
【００５１】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明したが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。例えば、マスク層１００を形成する工程（工程Ｓ１１４，Ｓ１１５）において、絶縁膜３０をエッチングするためのマスク層の形成方法として、紫外線硬化樹脂層７０の上に平坦な表面を有する樹脂層８０からなる積層樹脂膜（２層レジスト）を形成し、平坦化層９０をマスクとして、紫外線硬化樹脂層７０、及びプライマ層６０を、絶縁膜３０が露出するまでエッチングする方法について説明した。しかし、このような積層樹脂膜を用いずに、回折格子のためのパターンＰが形成された紫外線硬化樹脂層７０をマスクとして、絶縁膜３０をエッチングするようにしてもよい。
【００５２】
また、本実施形態に係る方法は、回折格子層１５の下に活性層を設けた分布帰還型半導体レーザを作製するものとしたが、回折格子層１５の上に活性層を設けた分布帰還型半導体レーザを作製する方法に適用してもよい。
【００５３】
また、本実施形態に係る方法では、半導体光素子として分布帰還型半導体レーザを作製したが、本発明に係る半導体光素子を作製する方法はこれに限定されない。本発明に係る半導体光素子を作製する方法は、回折格子を有する任意の素子を作製する場合に好適に適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１…モールド、２…本体部、３…突出部、３ａ…上面、１３…活性層、１５…回折格子層、１５ａ…主面、１５ｂ…回折格子構造、１６…埋め込み層、３０…絶縁膜、４０…樹脂層（第２の樹脂層）、６０…プライマ層、６２…開口部、７０…紫外線硬化樹脂層（第１の樹脂層）、８０…樹脂層（第３の樹脂層）、１００…マスク層、ＭＰ…モールドパターン、Ｐ１…第１の部分、Ｐ２…第２の部分、Ｐ３…第３の部分、ＳＨ…ショットエリア。
【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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