(57)【要約】【課題】残渣による回折格子パターンの形成不良を低減可能な、半導体光素子を作製する方法を提供する。【解決手段】凹凸部４６ｂを設ける回折格子エリアは分離エリアに囲まれているので、回折格子エリア上の樹脂は分離エリアにおける平坦化樹脂層４８より厚くなる。このように厚さむらの平坦化樹脂層４８に起因して大きなパターン依存性を示さないように樹脂エッチングの条件を設定する必要があり、この場合において、厚さむらに起因する樹脂残渣が生成されるやすい。樹脂残渣の除去において、流量比Ｒ（フッ素系炭素の流量）／（酸素の流量）が１以下の範囲であるとき、ＳｉＮのエッチングレートは小さく、流量比Ｒが１より大きい流量比の範囲であるとき、ＳｉＮのエッチングレートは大きい。流量比Ｒが１以下の範囲であるとき、残渣処理における絶縁膜マスクの形状変化が小さい。【選択図】図８
2013058703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光素子を作製する方法であって、
複数の素子エリアの配列を設けるための基板の主面の上に形成された半導体層と、該半導体層の主面の上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜の上に設けられ第１の樹脂からなるプライマ層と、回折格子のための一群の凸部を含む周期的な凹凸部を有し該プライマ層の上に設けられ第２の樹脂からなる樹脂体とを含む基板生産物の上に、第３の樹脂からなる平坦化樹脂層を塗布して、前記樹脂体の前記凹凸部を埋め込む工程と、
前記凹凸部の各凸部の上端が露出するように前記平坦化樹脂層をエッチングして、前記第３の樹脂からなる樹脂マスクを形成する工程と、
前記樹脂マスクを用いて前記樹脂体及び前記プライマ層をエッチングして、複合マスクを形成する工程と、
前記樹脂体及び前記プライマ層をエッチングした後に、前記複合マスクを用いて前記絶縁膜をエッチングして絶縁体マスクを形成する工程と、
アッシングにより、前記樹脂マスク、前記樹脂体及び前記プライマ層を除去する工程と、
前記アッシングの後に、フッ素系炭素及び酸素を含むガスを用いてプラズマ処理を施す工程と、
前記プラズマ処理の後に、前記絶縁体マスクを用いて前記半導体層をエッチングして、前記凹凸部に対応する周期構造を有する回折格子層を形成する工程と、
を備え、
前記凹凸部は、前記素子エリアの境界から離れており、
前記凹凸部の前記凸部の各々は第１の方向に延在し、
前記凹凸部の前記凸部は前記第１の方向に交差する第２の方向に配列される、半導体光素子を作製する方法。
【請求項２】
前記半導体層の前記主面は、回折格子エリアと、前記回折格子エリアを囲む分離エリアとを含み、
前記凹凸部は、前記回折格子エリアに位置し、
前記回折格子エリアの上における前記平坦化樹脂層の厚さは、前記分離エリアにおける前記平坦化樹脂層の厚さより大きい、請求項１に記載された半導体光素子を作製する方法。
【請求項３】
前記基板生産物は、前記素子エリアに設けられ前記凹凸部から離れて配置された第２の凹凸部を含み、
前記第２の凹凸部は、回折格子のために一群の凸部を含み、
前記第２の凹凸部の前記凸部の各々は前記第１の方向に延在し、
前記第２の凹凸部の前記凸部は前記第２の方向に配列され、
前記凹凸部及び前記第２の凹凸部は、前記第２の方向に延在する軸に沿って配置され、
前記半導体層の前記主面は、第２回折格子エリアを含み、
前記第２の凹凸部は、前記第２回折格子エリアの上に位置し、
前記分離エリアは、前記回折格子エリア及び前記第２回折格子エリアの各々を囲み、
前記平坦化樹脂層はスピン塗布される、請求項２に記載された半導体光素子を作製する方法。
【請求項４】
前記回折格子層を形成した後に、前記回折格子層の上に半導体領域を成長する工程と、
前記半導体領域を成長した後に、前記回折格子層の上にマスクを形成する工程と、
更に備え、
前記回折格子層は、前記第２の凹凸部に対応する第２周期構造を更に含み、
前記周期構造及び前記第２周期構造は、前記第２の方向に配置され、
前記マスクは前記第２の方向に延在するストライプパターンを含み、
前記ストライプパターンは前記周期構造及び前記第２周期構造の上に設けられる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された半導体光素子を作製する方法。
【請求項５】
前記基板の上に、活性層を成長する工程と、
前記活性層の上に前記半導体層を成長する工程と、
前記半導体層の主面の上に前記絶縁膜を成長する工程と、
前記絶縁膜の上に前記プライマ層を成長する工程と、
を更に備える、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された半導体光素子を作製する方法。
【請求項６】
前記プライマ層の上に樹脂領域を形成する工程と、
ナノインプリント法のためのモールドを前記樹脂領域に押しつけた後に、前記樹脂領域に硬化処理を行って前記樹脂体を形成する工程と更に備え、
前記プライマ層の前記第１の樹脂はＳｉ含有樹脂を含み、
前記樹脂領域はＳｉ含有しない樹脂からなり、
前記樹脂領域は紫外線硬化剤を含む、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された半導体光素子を作製する方法。
【請求項７】
前記プラズマ処理において、フッ素系炭素と酸素との流量比は、（フッ素系炭素の流量）／（酸素の流量）≦１である、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された半導体光素子を作製する方法。
【請求項８】
前記フッ素系炭素はＣＦ４を含む、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された半導体光素子を作製する方法。
【請求項９】
前記絶縁膜はシリコン窒化物層を含む、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された半導体光素子を作製する方法。
【請求項１０】
回折格子を作製する方法であって、
基板の主面の上に形成された半導体層と、該半導体層の主面の上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜の上に設けられ第１の樹脂からなるプライマ層と、回折格子のために一群の凸部を含む凹凸部の二次元アレイを有し該プライマ層の上に設けられ第２の樹脂からなる樹脂体とを含む基板生産物の上に、第３の樹脂からなる平坦化樹脂層を塗布して、前記樹脂体の前記凹凸部を埋め込む工程と、
前記凹凸部の各凸部の上端が露出するように前記平坦化樹脂層をエッチングして、前記第３の樹脂からなる樹脂マスクを形成する工程と、
前記樹脂マスクを用いて前記樹脂体及び前記プライマ層をエッチングする工程と、
前記樹脂体及び前記プライマ層をエッチングした後に、前記樹脂マスクを用いて前記絶縁膜をエッチングして絶縁体マスクを形成する工程と、
アッシングにより、前記樹脂マスク、前記樹脂体及び前記プライマ層を除去する工程と、
前記アッシングの後に、フッ素系炭素及び酸素を含むガスを用いてプラズマ処理を施す工程と、
前記プラズマ処理の後に、前記絶縁体マスクを用いて前記半導体層をエッチングして、前記凹凸部に対応する周期構造を有する回折格子層を形成する工程と、
を備え、
前記凹凸部の前記凸部の各々は第１の方向に延在し、
前記凹凸部の前記凸部は前記第１の方向に交差する第２の方向に配列される、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、半導体光素子を作製する方法、及び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、シリコン非含有レジスト層とシリコン含有レジスト層からなる２層レジストを用いて、回折格子を形成する方法および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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
特許文献１では、まず、半導体基板上に形成された半導体層上に、絶縁層を形成し、この絶縁層上にシリコン非含有レジスト層を形成する。その後、回折格子のための周期的な凹凸を当該シリコン非含有レジスト層に形成する。次に、シリコン非含有レジスト層上に、シリコン非含有レジスト層の凹凸を埋め込んでシリコン含有レジスト層が形成される。シリコン非含有樹脂層の凸部表面が露出するまで、シリコン含有レジスト層をドライエッチングによりエッチングする（エッチバック工程）。次に、シリコン非含有レジスト層の凹部に埋め込まれたシリコン含有レジスト層をマスクとして、シリコン非含有樹脂層を選択的にエッチングすることにより、シリコン含有樹脂層およびシリコン非含有樹脂層からなる２層レジストパターンが形成される。このパターニングされた２層レジストをマスクとして、絶縁層をエッチングし、絶縁層を回折格子に対応する形状にパターニングする。その後、２層レジストを除去し、パターニングされた絶縁層をマスクとして半導体層をエッチングすることにより、この半導体層に回折格子を形成する。
【０００５】
シリコン非含有レジスト層を絶縁層の表面に平坦に形成することで、化合物半導体基板の表面の凹凸の影響を緩和できる。この平坦な表面を有するシリコン非含有レジスト層上に、シリコン含有レジスト層を形成し、回折格子パターンを形成することで、化合物半導体基板の表面に凹凸がある場合でも、回折格子のパターン幅のバラツキを低減することができる。
【０００６】
しかし、この２層レジストを用いて絶縁膜をエッチングし、その後、２層レジストを除去する工程で、レジストが完全に除去できずに、絶縁膜状に残渣として残る場合がある。この絶縁膜上に残った不要な樹脂をＯ２アッシングにより除去を試みたが、依然として残渣が発生してしまう。この残渣は、回折格子が、半導体光素子の半導体層に全面に形成されずに、一部のみ形成される場合に、特に顕著であることもわかってきた。このレジストの残渣は、パターニングされた絶縁層をマスクとして半導体層をエッチングするときのパターン不良の原因となる。
【０００７】
このレジストの残渣を分析したところ、この残渣は、２層レジストを構成するシリコン含有レジスト層の一部が、Ｏ２アッシングにより完全に除去できずに絶縁膜上に残ったものであることが分かった。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、レジストの残渣による回折格子パターンの形成不良を低減可能な、半導体光素子を作製する方法、及び回折格子を作製する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】
【０００９】
本発明は、半導体光素子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）複数の素子エリアの配列を設けるための基板の主面の上に形成された半導体層と、該半導体層の主面の上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜の上に設けられ第１の樹脂からなるプライマ層と、回折格子のための一群の凸部を含む周期的な凹凸部を有し該プライマ層の上に設けられ第２の樹脂からなる樹脂体とを含む基板生産物上に、第３の樹脂からなる平坦化樹脂層を塗布して、前記樹脂体の前記凹凸部を埋め込む工程と、（ｂ）前記凹凸部の各凸部の上端が露出するように前記平坦化樹脂層をエッチングして、前記第３の樹脂からなる樹脂マスクを形成する工程と、（ｃ）前記樹脂マスクを用いて前記樹脂体及び前記プライマ層をエッチングして複合マスクを形成する工程と、（ｄ）前記樹脂体及び前記プライマ層をエッチングした後に、前記複合マスクを用いて前記絶縁膜をエッチングして絶縁体マスクを形成する工程と、（ｅ）アッシングにより前記樹脂マスク、前記樹脂体及び前記プライマ層を除去する工程と、（ｆ）前記アッシングの後に、フッ素系炭素及び酸素を含むガスを用いてプラズマ処理を施す工程と、（ｇ）前記プラズマ処理の後に、前記絶縁体マスクを用いて前記半導体層をエッチングして、前記凹凸部に対応する周期構造を有する回折格子層を形成する工程とを備える。前記凹凸部は、前記複数の素子エリアのうちの一素子エリアの境界から離れており、前記凹凸部の前記凸部の各々は第１の方向に延在し、前記凹凸部の前記凸部は前記第１の方向に交差する第２の方向に配列される。
【００１０】
この作製方法によれば、凹凸部の外縁が一素子エリアの境界から離れているので、凹凸部の凸部の各々が一素子エリアの境界から離れている。各凹凸部が一素子エリアの境界から離れていると共に凹凸部がある程度のサイズを有するので、平坦化樹脂層の塗布において、凹凸部を覆う平坦化樹脂層に膜厚分布が生成される。このような塗布むらを有する樹脂層から、エッチングにより樹脂マスクが形成される。この樹脂マスクを用いて、樹脂体及びプライマ層のエッチングに加えて絶縁膜をエッチングして絶縁体マスクを形成するので、所望の平坦性を持たない可能性のある下地の半導体層上に、凹凸部のパターンを転写できる。しかしながら、絶縁体マスクを形成した後に樹脂マスクを除去する際に、樹脂マスク、樹脂体及びプライマ層へのアッシングの後において、許容できない樹脂残渣が発生することがある。発明者による樹脂残渣の観察によれば、樹脂残渣は樹脂厚のむらや樹脂の多層構造に起因しているものであり、アッシングの適用では除去しきれない。この点に関する発明者の検討によれば、アッシングの後に、フッ素系炭素及び酸素を含むガスを用いてプラズマ処理を行うことが好適であることが見出された。
【００１１】
本発明は、回折格子を作製する方法に係る。この方法は、（ａ）基板の主面の上に形成された半導体層と、該半導体層の主面の上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜の上に設けられ第１の樹脂からなるプライマ層と、回折格子のために一群の凸部を含む凹凸部のアレイを有し該プライマ層の上に設けられ第２の樹脂からなる樹脂体とを含む基板生産物上に、第３の樹脂からなる平坦化樹脂層を塗布して、前記樹脂体の前記凹凸部を埋め込む工程と、（ｂ）前記凹凸部の各凸部の上端が露出するように前記平坦化樹脂層をエッチングして、前記第３の樹脂からなる樹脂マスクを形成する工程と、（ｃ）前記樹脂マスクを用いて前記樹脂体及び前記プライマ層をエッチングする工程と、（ｄ）前記樹脂体及び前記プライマ層をエッチングした後に、前記樹脂マスクを用いて前記絶縁膜をエッチングして絶縁体マスクを形成する工程と、（ｅ）アッシングにより、前記樹脂マスク、前記樹脂体及び前記プライマ層を除去する工程と、（ｆ）前記アッシングの後に、フッ素系炭素及び酸素を含むガスを用いてプラズマ処理を施す工程と、（ｇ）前記プラズマ処理の後に、前記絶縁体マスクを用いて前記半導体層をエッチングして、前記凹凸部に対応する周期構造を有する回折格子層を形成する工程とを備える。前記凹凸部の前記凸部の各々は第１の方向に延在し、前記凹凸部の前記凸部は前記第１の方向に交差する第２の方向に配列される。
【００１２】
本発明に係る作製方法では、前記半導体層の前記主面は、回折格子エリアと、前記回折格子エリアを囲む分離エリアとを含み、前記凹凸部は、前記回折格子エリア上に位置し、前記回折格子エリアの上における前記平坦化樹脂層の厚さは、前記分離エリアにおける前記平坦化樹脂層の厚さより大きい。
【００１３】
この作製方法によれば、凹凸部を設ける回折格子エリアは分離エリアに囲まれている。発明者の知見によれば、回折格子エリア上の樹脂は不可避的に分離エリアにおける樹脂より厚くなる。これ故に、上記のように厚さむらの樹脂に起因して大きなパターン依存性を示さないように樹脂エッチングの条件を設定する必要があり、また厚さむらに起因する樹脂残渣が生成されやすい。
【００１４】
本発明に係る作製方法では、前記基板生産物は、前記素子エリアに設けられ前記凹凸部から離れて配置された第２の凹凸部を含み、前記第２の凹凸部は、回折格子のために一群の凸部を含み、前記第２の凹凸部の前記凸部の各々は前記第１の方向に延在し、前記第２の凹凸部の前記凸部は前記第２の方向に配列され、前記凹凸部及び前記第２の凹凸部は、前記第２の方向に延在する軸に沿って配置され、前記半導体層の前記主面は、別の回折格子エリアを含み、前記第２の凹凸部は、前記別の回折格子エリアの上に位置し、前記分離エリアは、前記回折格子エリア及び前記別の回折格子エリアの各々を囲み、前記平坦化樹脂層はスピン塗布される。
【００１５】
この作製方法によれば、凹凸部及び第２の凹凸部がそれぞれ回折格子エリア及び別の回折格子エリアに配置され、且つ回折格子エリア及び別の回折格子エリアの各々を囲むので、凹凸部及び別の凹凸部が互いに離れて配置される。これ故に、凹凸部及び第２の凹凸部から作成される回折格子は、一方向に延在する分布帰還型回折格子と異なる形状を有する。これらの凹凸部を覆うように平坦化樹脂層が塗布される。基板生産物が、回折格子エリアに設けられ互いに離れた凹凸部及び第２の凹凸部を含むので、平坦化樹脂層はスピン塗布されるとき、樹脂層の厚みむらの分布は、分布帰還型の回折格子のための凹凸部上に塗布される樹脂層の厚みむらの分布と異なる。基板生産物の全体としても、その樹脂層の厚みむらの分布は、分布帰還型の回折格子の周期構造上に塗布される樹脂層の厚みむらの分布と異なる。
【００１６】
本発明に係る作製方法は、前記回折格子層を形成した後に、前記回折格子層上に半導体領域を成長する工程と、前記半導体領域を成長した後に、前記回折格子層上にマスクを形成する工程とを更に備えることができる。前記回折格子層は、前記第２の凹凸部に対応する第２周期構造を更に含み、前記周期構造及び前記第２周期構造は、前記第２の方向に配置され、前記マスクは前記第２の方向に延在するストライプパターンを含み、前記ストライプパターンは前記周期構造及び前記第２周期構造上に設けられる。
【００１７】
この作製方法によれば、ストライプパターンは、第２の方向に関して互いに離間して配置された周期構造及び第２周期構造の上を通過する。この周期構造配列は、複数の波長を取り扱うことに好適な素子構造を有する。
【００１８】
本発明に係る作製方法は、前記基板上に、活性層を成長する工程と、前記活性層上に前記半導体層を成長する工程と、前記半導体層の主面の上に前記絶縁膜を成長する工程と、前記絶縁膜の上に前記プライマ層を成長する工程とを更に備えることができる。この作製方法によれば、可変レーザ素子に好適な素子構造を有する。
【００１９】
本発明に係る作製方法は、前記プライマ層の上に樹脂領域を形成する工程と、ナノインプリント法のためのモールドを前記樹脂領域に押しつけた後に、前記樹脂領域に硬化処理を行って前記樹脂体を形成する工程と更に備えることができる。前記プライマ層の前記第１の樹脂はＳｉ含有樹脂を含み、前記樹脂体の前記第２の樹脂はＳｉ含有しない樹脂を含み、前記樹脂領域は紫外線硬化剤を含むことができる。
【００２０】
この作製方法によれば、ナノインプリント法を用いて回折格子構造を作製する際に、樹脂マスクを用いて、プライマ層のＳｉ含有樹脂、及びＳｉ含有しない樹脂をエッチングすることを行うので、樹脂残渣が生成されやすい。
【００２１】
本発明に係る作製方法では、前記プラズマ処理において、フッ素系炭素と酸素との流量比は（フッ素系炭素の流量）／（酸素の流量）≦１であることが好ましい。この作製方法によれば、流量比が（フッ素系炭素の流量）／（酸素の流量）≦１を満たすとき、フッ素系炭素及び酸素の混合雰囲気は、樹脂残渣の除去に有効である。
【００２２】
本発明に係る作製方法では、前記フッ素系炭素はＣＦ４を含むことが好ましい。この作製方法によれば、樹脂残渣の除去に有効なフッ素系炭素としてＣＦ４を適用できる。
【００２３】
本発明に係る作製方法では、前記絶縁膜はシリコン窒化物層を含むことができる。この作製方法によれば、フッ素系炭素のエッチャントに対してエッチング耐性を示す。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、レジストの残渣による回折格子パターンの形成不良を低減可能な、半導体光素子を作製する方法、及び回折格子を作製する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本実施形態に係る作製方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施形態に係る作製方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施形態に係る作製方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図４】図４は、本実施形態に係る作製方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施形態に係る作製方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施形態に係る作製方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図７】図７は、本実施形態に係る作製方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図８】図８は、フッ素系炭素と酸素との流量比と絶縁膜（ＳｉＮ）のエッチングレートとの関係を示す図面である。
【図９】図９は、本実施形態に係る作製方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る作製方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る作製方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１２】図１２は、波長可変半導体レーザの構造を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
添付図面を参照しながら、本発明の半導体光素子を作製する方法、及び回折格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。
【００２７】
最初の工程では、第１エピタキシャル基板（図１の（ａ）に示された「Ｅ１」）を準備する。エピタキシャル基板Ｅ１を作製するために、基板１０を用意する。基板１０は、例えばIII−Ｖ族化合物半導体からなることができ、III−Ｖ族化合物半導体は例えばＩｎＰ、ＧａＡｓＮ等のIII−Ｖ族化合物半導体からなることができる。この基板１０上に半導体積層２０を形成して、エピタキシャル基板Ｅ１を形成する。半導体積層２０の成長のために、基板１０上に、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、及び半導体層１５を順に成長する。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、及び半導体層１５は、この順で基板１０の主面の法線方向に配列される。半導体積層２０はIII−Ｖ族化合物半導体からなる。
【００２８】
エピタキシャル基板Ｅ１の一例を示す。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。
第１のクラッド層１１：ｎ型ＩｎＰ。
第１の光閉じ込め層１２：ｎ型又はアンドープＧａＩｎＡｓＰ。
活性層１３：アンドープＧａＩｎＡｓＰ又はアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ。
第２の光閉じ込め層１４：ｐ型又はアンドープＧａＩｎＡｓＰ。
回折格子のための半導体層１５：ＧａＩｎＡｓＰ。
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ことができる。活性層１３は、基板全面にわたって同一の材料及び構造を作製しているけれども、活性層の構造はこれに限定されない。第１の光閉じ込め層１２、活性層１３及び第２の光閉じ込め層１４は導波路コアを構成する。
【００２９】
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、及び半導体層１５を含む。半導体積層２０の表面、本実施例では半導体層１５の主面１５ａは、ばらつきに起因して完全に平坦ではなく、多少の起伏を有する。このような緩やかな起伏を有する表面１５ａに回折格子のための表面構造を形成する。
【００３０】
図１の（ｂ）部に示されるように、次の工程では、半導体層１５の主面１５ａの上に絶縁膜３０を成長する。絶縁膜３０は、シリコン無機化合物膜を含み、例えば、シリコン窒化物層（ＳｉＮ）、シリコン酸化物層（ＳｉＯ２）からなることができる。絶縁膜３０は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて形成することができる。絶縁膜３０は、半導体層１５の主面１５ａの全面を覆う。
【００３１】
続く工程では、図２の（ａ）部に示されるように、シリコンを含有する第１の樹脂からなるプライマ層４０を絶縁膜３０上に形成する。プライマ層４０を構成する第１の樹脂は、例えばポリアクリレート系の樹脂を含むことができる。プライマ層４０は絶縁膜３０を覆うように形成され、例えばスピン塗布法を用いて塗布されることができる。本実施例では、プライマ層４０は絶縁膜３０の全面を覆うように形成されているけれども、本発明はこれに限定されない。
【００３２】
引き続く説明では、回折格子のための樹脂パターン形成にナノインプリント法を用いる。図２の（ａ）部に示されるように、この工程では、あるショットエリアのプライマ層４０の上に、第２の樹脂からなる樹脂領域４２を形成する。樹脂領域４２は、例えば紫外線硬化剤を含む紫外線硬化樹脂からなることができる。樹脂領域４２は、該ショットエリア上のプライマ層４０上に滴下される。樹脂領域４２の第２の樹脂は、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、及びポリエステル系樹脂の少なくともいずれかを含むことができる。また、樹脂領域４２の第２の樹脂は、実質的にシリコンを含有しない材料から構成される。
【００３３】
本実施例では、光式ナノインプリント法を適用可能なナノインプリント用のモールド４４を準備する。モールド４４は例えば石英からなることができる。次の工程では、図２の（ｂ）部に示されるように、モールド４４を樹脂４２に押し付ける。より具体的には、樹脂領域４２にモールド４４のパターン面４４ａを押し付ける。パターン面４４ａは、形成される回折格子のための周期的な凹凸を形成するための溝配列４４ｂを有する。溝配列４４ｂの溝４４ｃの各々は第１の方向に延在し、一群の溝４４ｃは、第１の方向に交差する第２の方向に配列されている。このモールド４４の押し付けにより、モールド４４のパターン面４４ａの外側にプライマ層４０に沿って余剰の樹脂がはみ出る。
【００３４】
この工程では、樹脂領域４２にモールド４４を押し付けた後に、図３の（ａ）部に示されるように、樹脂領域４２の硬化処理を行う。この実施例では、硬化処理のために、樹脂領域４２に紫外線ＵＶを照射する。紫外線ＵＶの照射では、モールド４４の裏面に紫外線ＵＶを照射すると、照射された紫外線はモールド４４を透過して樹脂領域４２に到達する。紫外線ＵＶの照射により樹脂領域４２が硬化して、樹脂体４６が形成される。樹脂体４６にはモールド４４のモールドパターンが転写されている。図３の（ｂ）部に示されるように、硬化した樹脂体からモールド４４を離して、回折格子のための周期的に配列された凹凸部４６ｂを有する樹脂体４６が形成される。凹凸部４６ｂは、複数の凸部４６ａを含む。凹凸部４６ｂの凸部４６ａの各々は上記の第１の方向に延在し、凹凸部４６ｂの凸部４６ａは上記の第２の方向に配列される、凹凸部４６ｂは、複数の素子エリアのうちの一素子エリアの境界から離れている。
【００３５】
必要な場合は、次のショットエリアに対して順に上記の工程（樹脂の滴下からモールド離間までの工程）を繰り返す（ステップアンドリピート）。この繰り返しにより、図４の（ａ）部に示されるように、全てのショットエリアに亘って紫外線硬化樹脂からなる樹脂体を形成して、基板生産物ＳＰ１を形成する。基板生産物ＳＰ１は、図４の（ｂ）部に示されるショットエリアＳＧを有しており、ショットエリアＳＧは凹凸部４６ｂのアレイ（一次元又は二次元アレイ）ＡＲを含む。図４の（ｃ）部は、ショットエリアＳＧ内の凹凸部のアレイ内の１つの凹凸部４６ｂの近傍を示す図面である。ショットエリアＳＧのＸ方向のサイズは例えば８ｍｍ程度である。ショットエリアＳＧのＹ方向のサイズは例えば１４ｍｍ程度である。凹凸部４６ｂは、上記の第１の方向に５μｍ程度の長さを有し、上記の第２の方向に２０μｍ程度の長さを有する。アレイ内の凹凸部４６ｂの間隔は、例えば第１の方向に関して１５０μｍ程度であり、第２の方向に関して４８０μｍ程度である。図４の（ｂ）部に示されるように、基板生産物ＳＰ１は、二次元にアレイ状に配置された凹凸部４６ｂを含み、凹凸部４６ｂは、その凹凸部４６ｂの寸法よりも大きな間隔で二次元的に配列されている。凹凸部４６ｂのＸ方向のサイズは例えば1μｍ以上５００μｍ以下の範囲であり、凹凸部４６ｂのＹ方向のサイズは例えば1μｍ以上５００μｍ以下の範囲であることができる。
【００３６】
図４の（ｂ）部に示されるように、基板生産物ＳＰ１の半導体層の主面は、凹凸部４６ｂを搭載する回折格子エリア４７ａと、該回折格子エリア４７ａを囲む分離エリア４７ｂとを含む。回折格子エリア４７ａがアレイ状に配列された基板生産物ＳＰ１では、凹凸部４６ｂは、回折格子エリアの１つに設けられ、該回折格子エリアの隣の第２回折格子エリアには第２の凹凸部４６ｂが設けられる。これらの回折格子エリア４７ａは分離エリア４７ｂで囲まれる。一の回折格子エリア上の凹凸部４６ｂは、第２回折格子エリア上の第２の凹凸部４６ｂから離れており、これらの間に分離エリア４７ｂが設けられる。隣接した２つの凹凸部４６ｂのＸ方向の間隔は例えば１μｍ以上５００μｍ以下の範囲であり、隣接した２つの凹凸部４６ｂのＹ方向の間隔は例えば１μｍ以上５００μｍ以下の範囲であることができる。
【００３７】
回折格子のための周期的に配列された凹凸部を有する樹脂体の形成方法としては、上記の光式ナノインプリント法だけでなく、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、紫外線硬化剤を含む樹脂の代わりに、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂（以下、熱硬化樹脂という）を用いることができる。熱硬化樹脂には、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では、ショットエリアのプライマ層４０の上に熱硬化樹脂を配置した後、熱硬化樹脂の温度をそのガラス転移点以上に上げて、熱硬化樹脂等を軟化させる。モールドをその熱硬化樹脂に押し付けた後に、熱硬化樹脂を軟化させた温度から、熱硬化樹脂が硬化する温度まで、熱硬化樹脂の温度を下げる。この温度低下により、熱硬化樹脂が硬化する。硬化した樹脂からモールドを離す。
【００３８】
図５の（ａ）部に示されるように、シリコンを含有する第３の樹脂からなる平坦化樹脂層４８を樹脂体４６上に塗布して、樹脂体４６の凹凸部４６ｂを埋め込む。平坦化樹脂層４８の材料として、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、平坦化樹脂層４８の第３の樹脂は、例えばエポキシ系樹脂を含むことができる。ここで、平坦化樹脂層４８の表面は、基板１０の表面ラフネスを反映していない。これ故に、回折格子のためのパターン構造を樹脂マスク４６及びプライマ層４０に正確に転写できる。
【００３９】
既に説明したように、基板生産物ＳＰ１では、図４の（ｂ）部に示されるように、凹凸部４６ｂは、その凹凸部４６ｂの寸法よりも大きな間隔で二次元アレイに配列されているので、図５の（ａ）部に示されるように、Ｙ方向に関して、回折格子エリア上における平坦化樹脂層４８の厚さＴＨ１は、分離エリアにおける平坦化樹脂層４８の厚さＴＨ２より大きい。また、Ｘ方向に関して、回折格子エリア上における平坦化樹脂層４８の厚さは、分離エリアにおける平坦化樹脂層４８の厚さより大きい。
【００４０】
凹凸部４６ｂを設ける回折格子エリアは分離エリアに囲まれている。発明者の知見によれば、回折格子エリア上の樹脂は不可避的に分離エリアにおける平坦化樹脂層４８より厚くなる。これ故に、上記のように厚さむらの平坦化樹脂層４８及び多層樹脂層のエッチングに起因して大きなパターン依存性を示さないように樹脂エッチングの条件を設定する必要があり、また厚さむらに起因する樹脂残渣が生成されやすい。
【００４１】
基板１０がＩｎＰといった化合物半導体からなるとき、その表面は平坦でなく、０．１μｍ（１００ｎｍ）程度の表面ラフネスを有することがある。このような表面ラフネスの半導体層上に半導体層を形成するとき、この半導体層も同様に表面ラフネスを有する。この表面に単一層からなるレジスト層を用いて回折格子構造を形成するとき、基板１０の表面ラフネスに起因して回折格子のパターンの形状にバラツキが生じる。しかしながら、本実施形態では、樹脂体４６上に平坦化樹脂層４８を塗布して平坦な表面を形成する。樹脂体４６及び平坦化樹脂層４８からなる樹脂積層を形成し、この樹脂積層を用いて回折格子のためのパターンを最終的に半導体層に転写する。これ故に、基板１０の表面ラフネスの影響が回折格子の形状に及ぶことを低減できる。
【００４２】
図５の（ｂ）部に示されるように、この工程では、凹凸部４６ｂの各凸部４６ａの上端が露出するように平坦化樹脂層４８をエッチングして、第３の樹脂からなる樹脂マスク５０を形成する。平坦化樹脂層４８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。このエッチングは、樹脂体４６における凹凸部４６ｂ内の凸部４６ａの上端が露出するように行われる。樹脂マスク５０が、樹脂体４６及びプライマ層４０上に残る。
【００４３】
図６の（ａ）部に示されるように、樹脂マスク５０を用いて樹脂体４６を選択的にエッチングする。このエッチングにより、エッチングされた樹脂体５４が形成される。エッチングされた樹脂体５４には、凹凸部４６ｂの回折格子パターンが、下地のラフネスの影響を低減しながら、反転して転写される。樹脂体４６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第３の樹脂からなる樹脂マスク５０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樹脂体４６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、構成元素としてシリコンを含む樹脂からなる樹脂マスク５０を用いて、構成元素としてシリコンを含まない樹脂体４６を選択的にエッチングできる。
【００４４】
次いで、樹脂マスク５０及びエッチングされた樹脂体５４を用いてプライマ層４０をエッチングして、エッチングされたプライマ層５６を形成する。このエッチングには、例えばＯ2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）元素を含まないプライマ層４０を選択的にエッチングする。エッチングされたプライマ層５６上には、エッチングされた樹脂体５４が残存している。
【００４５】
これらのエッチング工程により、絶縁膜３０をエッチングするための複合マスク５２を形成できる。複合マスク５２は、樹脂マスク５０、エッチングされた樹脂体５４及びエッチングされたプライマ層５６を含む。
【００４６】
続く工程では、樹脂体４６及びプライマ層４０をエッチングした後に、図６の（ｂ）部に示されるように、樹脂マスク５０（複合マスク５２）を用いて絶縁膜３０をエッチングして、絶縁膜マスク５８を形成する。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、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好ましい。このエッチング方法は、シリコン元素を含まない紫外線硬化樹脂層５４に対するエッチングレートに比べて絶縁膜３０に対するエッチングレートを高くできる。このエッチングの結果、このエッチング中に樹脂マスク５０がエッチングされ、エッチング中に残存しなくなってもよい。
【００４７】
絶縁膜マスク５８を形成した後、図７の（ａ）部に示されるように、アッシングにより、エッチングされたプライマ層５６、エッチングされた樹脂体５４、及び樹脂体マスク５０を除去する。エッチングされたプライマ層５６、エッチングされた樹脂体５４、及び樹脂体マスク５０の除去において、構成元素としてシリコンを含む樹脂材には例えばＣＦ４ガスを含むエッチングガスを用い、構成元素としてシリコンを含まない樹脂材には例えばＯ２ガスを含むエッチングガスを用いることができる。
【００４８】
アッシングの後においても、図７の（ａ）部に示されるように、残渣６０が残ることがある。アッシングの後の工程において、図７の（ｂ）部に示されるように、フッ素系炭素及び酸素を含むガスを用いてプラズマ処理を絶縁体マスク５８及び半導体層１５の表面に施す。好適な実施例では、このプラズマ処理において、フッ素系炭素と酸素との流量比Ｒは（フッ素系炭素の流量）／（酸素の流量）≦１である。この作製方法によれば、流量比が（フッ素系炭素の流量）／（酸素の流量）≦１を満たすとき、フッ素系炭素及び酸素の混合雰囲気は、樹脂残渣の除去に有効である。また、このプラズマ処理において、フッ素系炭素はＣＦ４を含むことが好ましい。樹脂残渣の除去に有効なフッ素系炭素としてＣＦ４を適用できる。
【００４９】
図８は、フッ素系炭素と酸素との流量比とＳｉＮ膜のエッチングレートとの関係を示す。発明者の実験によれば、上記の流量比Ｒ、つまり（フッ素系炭素の流量）／（酸素の流量）が１以下の範囲であるとき、絶縁膜マスクの材料であるＳｉＮのエッチングレートは小さく、流量比Ｒが１より大きい流量比の範囲であるとき、絶縁膜マスクの材料であるＳｉＮのエッチングレートは大きい。これ故に、残渣処理における絶縁膜マスクの形状変化が小さい条件、つまり、流量比Ｒが１以下の範囲であることが好ましい。
【００５０】
上記の工程群中のエッチングにより、エッチングされた樹脂体５４のパターン形状が絶縁膜３０に転写されて、絶縁膜マスク５８を形成できる。図７の（ｂ）部に示されるように、絶縁膜マスク５８は、凹凸部４６ｂに対応した開口配列５８ｂを含む。開口配列５８ｂは、開口５８ａの配列を含む。開口５８ａの各々は第１の方向に延在し、開口５８ａは第２の方向に配列される。
【００５１】
図９の（ａ）部に示されるように、プラズマ処理の後の工程では、絶縁膜マスク５８を用いて半導体層１５をエッチングして、回折格子層１５ｂを形成する。半導体層１５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。
【００５２】
回折格子層１５ｂを形成した後に工程では、図９の（ｂ）部に示されるように、絶縁膜マスク５８を除去する。絶縁膜マスク５８の除去には、例えば、フッ酸水溶液を用いることができる。回折格子層１５ｂは、凹凸部４６ｂに対応する周期構造１５ｃを有し、同様に、第２の凹凸部に対応する第２周期構造を有する。
【００５３】
周期構造１５ｃを形成した後に、再成長のために上記の生産物を成長炉に配置する。図１０の（ａ）部に示されるように、回折格子構造１５ｂの上にIII−Ｖ族化合物半導体層１６を形成する。III−Ｖ族化合物半導体層１６は、回折格子構造１５ｂを覆う。これにより、回折格子６２が形成される。III−Ｖ族化合物半導体層１６は、ｐ型III−Ｖ族化合物半導体からなることができ、例えばＩｎＰ等であることができる。これにより、基板生産物が作製される。
【００５４】
III−Ｖ族化合物半導体層１６を成長した後に、図１０の（ｂ）部に示されるように、次の工程では、半導体メサ（図１１の（ａ）部における符号「６４」）を形成する。半導体メサ６４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、半導体層１５、及びIII−Ｖ族化合物半導体層１６をマスクを用いてエッチングして形成される。このマスクは、ある軸に沿って延在するストライプパターンを有し、その軸上において回折格子６２が離散的に配列されている。図１０の（ａ）部に示されるように、半導体メサ６４は、第１のクラッド層１１ａ、第１の光閉じ込め層１２ａ、活性層１３ａ、第２の光閉じ込め層１４ａ、半導体層１５ａ、及びIII−Ｖ族化合物半導体層１６ａを含む。半導体メサ６４にはある軸に沿って延在しており、その軸上において回折格子６２が離散的に配列されている。
【００５５】
次の工程では、半導体メサ６４を埋め込むように埋め込み層（図１１の（ａ）部における符号「６６」）を形成する。埋め込み層６６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。この成長の後に、図１０の（ｂ）部に示されるように、埋め込み層６６及び半導体メサ６４上に、ｐ型半導体領域を形成する。ｐ型半導体領域は、例えば、ｐ型III−Ｖ族化合物半導体からなることができ、ｐ型クラッド層１９ａを含むことができる。ｐ型クラッド層１９ａは、例えばＩｎＰ等とすることができる。ｐ型半導体領域は、ｐ型クラッド層１９ａに加えて、必要な場合には、図１１の（ａ）部に示されるように、ｐ型コンタクト層１９ｂを含むことができる。ｐ型コンタクト層１９ｂは、ｐ型III−Ｖ族化合物半導体からなることができ、このIII−Ｖ族化合物半導体は、例えばＧａＩｎＡｓ等であることができる。ｐ型半導体領域１９は、例えば有機金属気相成長法によって成長できる。これらの工程により、エピタキシャル成長に係る工程は終了して、基板生産物ＳＰ２が得られる。この後に、基板生産物ＳＰ２上には、保護及び絶縁のための絶縁膜、電極、ヒータ電極等を形成して、半導体レーザが作製される。
【００５６】
図１２の（ａ）部は、波長可変半導体レーザを示す平面図であり、図１２の（ｂ）部は図１２の（ａ）部のＡ−Ａ線に沿ってとられた断面を示す図面である。作製される波長可変半導体レーザ１００の区画は、図１２の（ａ）部における破線ＣＨＩＰのエリアに形成される。波長可変半導体レーザ１００は、ＣＳＧ−ＤＲ（ＣＳＧ−ＤＲ：Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）領域Ａ、およびＳＧ−ＤＦＢ（ＳＧ−ＤＦＢ：Ｓａｍｐｌｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）領域Ｂを含む。波長可変半導体レーザ１００は、基板１１上においてＣＳＧ−ＤＲ領域Ａ及びＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂが互いに光学的に結合された構造を有する。
【００５７】
この実施例では、ＣＳＧ−ＤＲ領域Ａでは、基板１１上に、第１クラッド層１１ｃ、導波路コア１７、回折格子層１５ｃ、III−Ｖ族化合物半導体層１６ｃ、及びｐ型半導体領域１９（ｐ型クラッド層）および絶縁層９８が順に積層され、絶縁層９８上に、ヒータ９１ａ〜９１ｄ、複数の電極９２およびグランド電極９３が設けられている。ＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂは、基板１０上に、第１クラッド層１１、導波路コア１７ｃ、回折格子層１５ｃ、III−Ｖ族化合物半導体層１６ｃ、ｐ型クラッド層１９ａ、ｐ型コンタクト層１９ｂおよび電極９４が順に設けられている。
【００５８】
回折格子６２の一例については、ピッチが約０．２４μｍ程度であり、繰り返し数が１５程度である。したがって、各回折格子６２の長さは３μｍ程度であり、各回折格子６２のブラッグ波長は１．５５μｍ程度である。回折格子６２は導波路コア１７ｃに光学的に結合している。ＣＳＧ−ＤＲ領域Ａにおける導波路コア１７ｃは、例えば、レーザ発振波長よりも短波長の吸収端を有するＩｎＧａＡｓＰ結晶からなる半導体層を含み、このＩｎＧａＡｓＰ結晶は、１．３μｍ程度のＰＬ波長を有する。ＳＧ−ＤＦＢ領域における導波路コア１７ｃは、例えば、レーザ発振のターゲット波長に対して利得を有するＩｎＧａＡｓＰ結晶からなり、このＩｎＧａＡｓＰ結晶は１．５５μｍ程度のＰＬ波長を有する。
【００５９】
ヒータ９１ａ〜９１ｄは、ＮｉＣｒ等からなることができる。ヒータ９１ａ〜９１ｄは、低反射膜を形成する端面からＳＧ−ＤＦＢ領域Ｂにかけて導波路コア１７ｃの各回折格子６２の位置に対応する位置に絶縁層９８上において順に配置されている。ヒータ９１ａ〜９１ｄは、外部の制御装置から与えられる電流の大きさに応じて導波路コア１７ｃの各回折格子６２の温度を調整する。ヒータ９１ａ〜９１ｄの各々には、電極９２が接続されており、グランド電極９３は、ヒータ９１ａ〜９１ｄに接続されている。電極９２、グランド電極９３、電極９４は、Ａｕ等の導電性材料からなる。絶縁層９８は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２等の絶縁体からなる保護膜である。
【００６０】
（実施例）
半導体レーザの新たな回折格子形成技術としてナノインプリントリソグラフィへの期待が高まっている。この技術の特徴として、ＥＢ露光法に比べて低コスト、高スループットで位相シフト型の回折格子形成が可能となる。ナノインプリントではモールドをＵＶ硬化樹脂を塗布した基板上に接触させて、樹脂をモールドに充填する。この後に、樹脂のＵＶ硬化を行って、モールドのパターン形状をＵＶ硬化樹脂に転写する。このプロセスでは、ナノインプリントで形成した樹脂パターンをマスクとして半導体領域をエッチングする。波長可変レーザ用のエピ構造を有するエピタキシャル基板におけるエッチング条件の検討を行ったところ、樹脂残渣が発生して適切に半導体をエッチングすることができないことが判明した。この樹脂残渣除去プロセスとして通常のＯ２ガスに替えて、エッチングガスとしてＣＦ４／Ｏ２の混合ガスを用いることにより樹脂残渣除去が可能である。
【００６１】
（プロセスフロー）
ナノインプリントのプロセスフローの概要を説明する。まず転写したいパターンを形成したモールドをあらかじめ準備する。続いてＵＶ硬化樹脂と基板との密着性を向上させるためにプライマ処理を施した基板上にＵＶ硬化樹脂を塗布してモールドを押し付けて、ＵＶ硬化樹脂をモールドの溝群に充填させる。この状態のまま紫外線光を照射して、ＵＶ硬化樹脂を硬化させる。モールドを離型すると、パターン形成された樹脂体が半導体領域上に形成される。これを逐次的に繰り返すステップアンドリピート方式に従って、半導体領域の主面に亘って所望のパターンを有する樹脂体を形成できる。
【００６２】
所望のパターンを有する樹脂体を形成した後に、基板の凹凸の影響を低減し均一なパターンを得るために反転パターンエッチングを行う。まず、Ｓｉ含有の平坦化樹脂層をスピン塗布して、パターン形成された樹脂体上に形成する。次に、全体をエッチバックして、パターン形成された樹脂体の最上端の頭だしを行って、Ｓｉ含有の樹脂からなる樹脂体マスクを形成する。次いで、樹脂体マスクを用いてＵＶ硬化樹脂を選択的にエッチングして、Ｓｉ含有の樹脂からなる反転パターンを有するマスクを形成する反転プロセスを行う。平坦化樹脂層はＳｉ含有樹脂である一方で、ＵＶ硬化樹脂はＳｉ非含有樹脂である。これ故に、Ｏ２ガスによるエッチングにより、ＵＶ硬化樹脂が削られると共に平坦化樹脂層が残るように選択比が取れる。ＵＶ硬化樹脂をエッチングした後は、引き続き、ＣＦ４ガスを用いてプライマ層と絶縁膜のエッチングを行って、半導体結晶を露出する。この後に、不要となった平坦化樹脂層、ＵＶ硬化樹脂及びプライマ層を除去して、絶縁膜マスクを形成する。絶縁膜マスクを利用してＣＨ４／Ｈ２ガスを用いたドライエッチングにより半導体層をエッチングして、回折格子層を形成する（回折格子形成）。
【００６３】
（パターン依存性）
ＤＦＢ型の半導体レーザでは、半導体レーザチップ内で回折格子の位相シフト部を除き回折格子が一方のレーザ端面から他方のレーザ端面への方向に素子エリア境界を越えて連続して延在し、この回折格子ストライプは延在方向に直交する方向に繰り返して配置されている。これ故に、半導体レーザチップ領域内の回折格子のパターン配置の違いによる依存性はほとんど無い。しかしながら、波長可変レーザでは、レーザチップ領域内に回折格子が設けられるエリアと回折格子が設けられていないエリアを含む。このため、エッチングパターン面積に依存したドライエッチングのエッチングレート差が発生する。具体的には、回折格子群の外周部分はレートが大きく、回折格子の中心部分ではエッチングレートが小さい。これは平坦化樹脂層をエッチバックする際に、ＵＶ硬化樹脂の頭だしが行われた後に、平坦化樹脂層及びＵＶ硬化樹脂という被エッチング物の違いによるガス消費が局所的に異なることから結果的にパターン有無によりエッチングレート差が生じる。
【００６４】
（平坦化樹脂層の残渣問題）
パターン依存性に係る上記課題について、樹脂エッチング条件の検討を行った結果、発明者は、エッチング時間の調整を行うことによりセグメント内全ての回折格子に樹脂パターン形成が可能である条件を見出している。ところが、この樹脂マスクを用いて絶縁膜をエッチングして、絶縁膜上に残った不要な樹脂をＯ２アッシングにより除去を試みたが残渣が発生してしまう。発明者の検討によれば、これはＳｉ含有の平坦化樹脂層がＯ２アッシングにより完全に除去できず、除去する平坦化樹脂層の体積が多い場合に樹脂残渣が生成される。回折格子の配置がＤＦＢ型回折格子と異なる本実施例では、回折格子群の中で絶縁膜エッチング後の平坦化樹脂層の厚みに分布が発生し、最も平坦化樹脂層が厚くなる回折格子群の中心部では平坦化樹脂層が残りやすく、一方でこれを回避するために回折格子群の中心部の平坦化樹脂層を薄くすると回折格子群の端部で平坦化樹脂厚が不足して、絶縁膜エッチングのマスクとなる樹脂マスク厚が不足することで、結果的に回折格子が正常にエッチングできない。以上のことから波長可変レーザの回折格子を形成する場合、絶縁膜エッチング後に不要になった樹脂マスクの除去をＯ２アッシングだけで行うと絶縁膜マスクの溝中の樹脂が除去しきれない。
【００６５】
（残渣除去方法）
平坦化樹脂層を除去するために、酸素（Ｏ２）にフッ化物（ＣＦ４）を添加した混合ガスを用いたプラズマ処理をＳｉＮ絶縁膜マスクに対して行う。このときＯ２に比べＣＦ４を多く添加しすぎるとＳｉＮ絶縁膜も削れてしまう。これを避けるために、ＣＦ４の添加量をＯ２よりも少なくすることが好適である。例えば、Ｏ２を４５ｓｃｃｍの流量で流し、ＣＦ４を１０ｓｃｃｍの流量で流す。その結果、絶縁膜マスクの形状を保持しながら、樹脂残渣の除去が可能となり、回折格子形成を行うことができる。
【００６６】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば、レジストの残渣による回折格子パターンの形成不良を低減可能な、半導体光素子を作製する方法、及び回折格子を作製する方法を提供できる。
【符号の説明】
【００６８】
Ｅ１…エピタキシャル基板、１０…基板、１１、１１ｃ…第１のクラッド層、１２、１２ｃ…第１の光閉じ込め層、１３、１３ｃ…活性層、１４、１４ｃ…第２の光閉じ込め層、１５、１５ｃ…半導体層、１５ａ…半導体層主面、１５ｂ…回折格子層、１５ｃ…周期構造、１７、１７ｃ…導波路コア、２０…半導体積層、３０…絶縁膜、４０…プライマ層、４２…樹脂領域、４４…モールド、４６…樹脂体、４６ａ…凸部、４６ｂ…回折格子の凹凸部、４７ａ…回折格子エリア、４７ｂ…分離エリア、４８…平坦化樹脂層、５０…樹脂マスク、５４…エッチングされた樹脂体、５６…エッチングされたプライマ層、５８…絶縁膜マスク、６０…残渣、６２…回折格子、６４…半導体メサ。
【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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