JPH0213945B2 - - Google Patents

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JPH0213945B2
JPH0213945B2 JP60132390A JP13239085A JPH0213945B2 JP H0213945 B2 JPH0213945 B2 JP H0213945B2 JP 60132390 A JP60132390 A JP 60132390A JP 13239085 A JP13239085 A JP 13239085A JP H0213945 B2 JPH0213945 B2 JP H0213945B2
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JP
Japan
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dielectric film
diffraction grating
photoresist
semiconductor substrate
wavelength
Prior art date
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JP60132390A
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English (en)
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JPS61289688A (ja
Inventor
Masayuki Yamaguchi
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61289688A publication Critical patent/JPS61289688A/ja
Publication of JPH0213945B2 publication Critical patent/JPH0213945B2/ja
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の利用発展分野) 本発明は回折格子の製造方法に関するものであ
る。
(従来技術とその問題点) 分布帰還型半導体レーザ(以下DFBレーザと
称する)は素子内に設けた回折格子の周期で定ま
るブラツグ波長付近で単一の波長で発振し、その
単一波長性は高速変調時にも維持されるため、波
長分散(波長の違いによつて光の伝搬速度が異な
る性質)のある光フアイバを用いた光通信系にお
いても長距離大容量伝送を可能ならしめる光源と
して有望視されている。しかしながら、素子内に
均一な回折格子を持つ従来のDFBレーザにおい
ては、ブラツグ波長の両側に、近接した2本の発
振可能モードを有しているため、この2本の軸モ
ードで発振する素子も多数あつた。
そこで、全ての素子を単一波長で発振させるた
めに、素子中央付近で左右の回折格子の周期状凹
凸をλg/4(λgは素子内を伝搬する光の波長)だ
けずらした構造のDFBレーザ(以下λ/4シフ
ト型DFBレーザと称する)が試作されている
(1984年11月22日発行のエレクトロニクスレター
ズ誌第20巻4号、1008〜1010頁)。λ/4シフト
型DFBレーザはブラツグ波長に完全に一致した
1本の軸モードで発振することを特徴としてお
り、従来素子で見られた2軸モード発振するよう
な素子は極めて少くなる。ところで、DFBレー
ザの回折格子の周期Λは発振波長λと次の関係に
ある。Λ=m・λ/2ne=m・λg/2(neは素子
内の等価屈折率、mは回折格子の次数で1以上の
整数)。従つて、m=1の1次の回折格子の周期
はΛ=λg/2となる。またこれより1次の回折
格子を使つたλ/4シフト型の回折格子は、素子
中央を境に左右の回折格子の凹凸を反転さればよ
いことが分る。このようなλ/4シフト型回折格
子は一般に製作困難とされているが、前記論文で
はポジ及びネガタイプのフオトレジストの逆感光
性を利用した干渉露光法によつてそれを実現して
いる。すなわち、半導体基板上にポジ及びネガタ
イプのフオトレジストを隣接して形成し、従来
DFBレーザ用回折格子の製作に広く使われてい
る二光束干渉露光法により両タイプのフオトレジ
ストを同時に露光すれば、ポジとネガタイプのフ
オトレジストによつて形成される回折格子は双互
に凹凸の反転したものとなる。
しかしながら、この方法の最大の問題点は、露
光時間の制御が難しい点にある。すなわち、双方
のフオトレジストの最適露光時間が異なる場合、
一方の領域には回折格子が形成できても他方には
形成できないという問題が生じるからである。一
般にネガタイプのフオトレジストはポジタイプよ
り感光性が良いとされており、当然最適露光時間
はネガタイプの方がポジタイプより短い。
また、フオトレジストが異なれば解像度も異な
る。従つて、このような方法により製作された
λ/4シフト型回折格子は左右の回折格子の形状
が著しく異つてしまうのが常であつた。また、そ
のような回折格子を使つたλ/4シフト型DFB
レーザでは、λ/4シフト構造による効果が十分
に得られず、2軸モードで発振する素子が数多く
得られてしまつた。
(発明の目的) 本発明の目的は、λ/4シフト型DFBレーザ
に用いる回折格子として、左右の回折格子の形状
が均一なλ/4シフト型回折格子を提供すること
にある。
(発明の構成) 本発明による回折格子の製造方法は、半導体基
板上にフオトレジストを形成する工程と、前記フ
オトレジストの上に部分的に誘電体膜を形成する
工程と、前記半導体基板表面に入射角の異なる2
本の同一波長レーザ光を照射し干渉露光する工程
と、前記誘電体膜を除去する工程と、前記フオト
レジストを現像し周期状パターンに形成する工程
と、前記周期状フオトレジストをエツチング防止
膜として前記半導体基板をエツチングする工程と
を少なくとも備え前記誘電体膜の厚さは前記誘電
体膜が形成されている領域とそうでない領域との
間でレーザ光の干渉縞の明暗が反転するように選
び、その結果前記2つの領域間で凹凸の周期性が
反転した回折格子を得ることを特徴とする。
(発明の原理) 本発明の原理を説明する。左右の回折格子の形
状が均一なλ/4シフト型回折格子を製作するた
めには、一種類のフオトレジストを用いることが
望ましい。それを実現するためには、露光に用い
る2本のレーザビームの干渉によつて生じる干渉
縞の明暗が、2つの領域間で反転した状態が得ら
れなければならない。このような状態は、2つの
領域のうちどちらか一方の領域において、入射す
る2本のレーザ光にちようど半波長分の光路差を
設けることによつて実現できる。その具体的な手
段を第2図に示す。半導体基板1の上にフオトレ
ジスト2を塗布した後、部分的に屈折率n、厚さ
tの誘電体膜3を形成する。半導体基板1を角度
だけ傾け、上方から水平面に対して入射角θの
2本のレーザビームを照射し干渉露光を行う。図
中点線は誘電体膜3がない場合の左右一本づつの
光路を示したもので、2つの光が交わる図中点A
で左右の光路長が等しく、光が強め合うものと仮
定する。図中の実線は誘電体膜3がある場合の点
Aで交わる左右の光路を示したものである。この
場合、左右からの入射光は誘電体膜3と空気との
境界において屈折し、それぞれ水平面に対する入
射角はθ1、θ2となる。ここでθ1、θ2はそれぞれ次
の様に表わされる。
θ1=sin-1〔sin(θ−)/n〕+ ……(1) θ2=sin-1〔sin(θ+)/n〕− ……(2) この時、左右からの入射光は誘電体膜3中を通
過する距離が異なるため、等価的に光路長に差が
生じることになる。その光路差Δlは次の様にな
る。
Δl=n・−(n・+) ……(3) 但し、 =t/cos(θ2+) ……(4) =t/cos(θ1−) ……(5) =cos(θ−θ2)−cos(θ−θ1)……(6
) この光路差がちようど半波長に等しくなつた
時、点Aにおいて、左右からの入射光は打ち消し
合うことになる。この条件を満たすための誘電体
膜3の膜厚tは、(1)〜(6)式より次の様に求まる。
t=〔λex/2・n−cos(θ−θ2)/cos(θ2+ψ)
−n−cos(θ−θ1)/cos(θ1−ψ)〕-1……(7) (但しλexは干渉露光に用いるレーザ光の波長) このように、誘電体膜3の膜厚を(7)式を満たす
ように設定することによつて、左右の干渉縞の明
暗が反転した状態が得られ、その状態で露光:現
像されたフオトレジスト2をマスクとして、半導
体基板をエツチングすれば、左右の領域で凹凸の
反転した回折格子が得られるはずである。また、
回折格子の周期Λはこの場合次の様になる。
Λ=λex/2sinθcosψ ……(8) 第3図は、誘電体膜3の屈折率を1.55とした時
の、周期200Åのλ/4シフト型回折格子を波長
3250ÅのHeCdレーザ光を用いて製作するため
の、基板1の傾き角と誘電体膜3の膜厚t、左
右のレーザ光の水平面に対する入射角θの関係を
示したものである。図より誘電体膜3の厚さがt
=1μmの時、半導体基板1の傾き角を=6.2゜、
レーザ光の水平面に対する入射角をθ=54.8゜に
すればよいことが分る。
(実施例) 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。第1図は本発明の実施例である回折格子
の製造方法をその工程順に説明する図である。a
ではInP半導体基板1上に膜厚500Åのフオトレ
ジスト(1ボラツク系ネガレジストである
ODUR−120)2及び誘電体膜3として膜厚1μm
の水溶性ネガレジストNONCRON−378(共に東
京応化製)を塗布する。bでは、水銀灯の光を使
つた一般のマスク露光により誘電体膜
(NONCRON−378)3を部分的に抜く。この
際、水銀灯の光(波長365nm〜436nm)に対す
る誘電体膜(NONCRON−378)の感光度はフ
オトレジスト(ODUR−120)のそれより1ケタ
以上高いため、フオトレジスト(ODUR−120)
2はほとんど露光されないで済む。cでは、誘電
体膜(NONCRON−378)の膜厚が1μm、屈折
率が1.55であることから、InP基板1を水平から
約6.2゜傾けて、2本の波長3250ÅのHeCdレーザ
光を水平面に対する入射角54.8゜で干渉露光を行
う。この時、最適露光時間はHeCdレーザの光強
度密度4mW/cm2に対して約27〜33秒である。ま
た、厚さ1μmの誘電体膜NONCRON−378の
HeCdレーザ光に対する誘過率は約90%である。
この10%程度の光量むらは最適露光条件内で十分
許容できる量であり、問題とはならない。dでは
誘電体膜NONCRON−378をDBS(ドデシル・ベ
ンゼン・スルフオン酸)1%、H2O25%の水溶液
で溶解除去した後、フオトレジストODUR−120
を1/3に希釈した専用現像液で現像する。eでは、
周期状に形成されたフオトレジストODUR−120
をエツチングマスクとしてInP基板1をHBr+
H2O2+H2O(10:0.1:100)の混合液でエツチン
グし、回折格子4を得ることができる。この回折
格子4は誘電体膜NONCRON−378が部分的に
形成されていた領域Aと、そうでない領域Bとの
間で、凹凸が反転しており、また、左右の回折格
子4の形状はほぼ等しく、理想的なλ/4シフト
型回折格子4となつている。
尚、本発明の実施例では、フオトレジスト2と
してODUR−120を用いたが、フオトレジスト2
は同じノボラツク系のAz1350(ヘキスト社)、
MRS、MRL(日立化成)等であつてもよい。ま
た誘電体膜3として本実施例ではフオトレジスト
であるNONCRON−378を用いたが、他のフオ
トレジスト、例えば環化ゴム系ネガレジストであ
るKMR(コダツク社)等であつてもよい。発明
者らの実験によれば、誘電体膜3としてKMRを
用いた方が良好なλ/4シフト型回折格子が得ら
れている。更に誘電体膜3は他の物質からなつて
もよく、例えば低温CVD法で形成したSiO2膜、
SiN膜等であつてもよい。しかし、この場合は誘
電体膜をフオトレジスト上に局部的に形成する具
体的工程は実施例と異なる(半導体素子製造で通
常行なわれてる方法でよい)。
(発明の効果) 本発明によれば領域A、Bとも同じ品質の回折
格子が簡単に作ることができる。この結果本発明
により得られた周期2000Åのλ/4シフト型回折
格子4を用いて発振波長1.3μm帯のDFBレーザ
を製作したところ、90%以上の素子がブラツグ波
長に一致する軸モードで安定な単一波長発振を示
した。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例である回折格子の製造
方法を工程順に示す図であり、第2図は本発明に
よる回折格子の製造方法の原理を説明する図であ
る。第3図は周期2000Åのλ/4シフト型回折格
子を得るための基板の傾き角と誘電体膜の厚さ
t、水平面に対するレーザ光の入射角θとの関係
を示したものである。 図において、1はInP基板、2はフオトレジス
ト、3は誘電体膜、4は回折格子である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体基板上にフオトレジストを塗布する工
    程と、前記フオトレジストの上に部分的に誘電体
    膜を形成する工程と、前記半導体基板表面に入射
    角の異なる2本の同一波長レーザ光を照射し前記
    フオトレジストを干渉露光する工程と、前記誘電
    体膜を除去する工程と、前記フオトレジストを現
    像し周期状パターンに形成する工程と、前記周期
    状フオトレジストをエツチング防止膜として前記
    半導体基板をエツチングする工程とを少なくとも
    備え、前記誘電体膜の厚さは、前記誘電体膜が形
    成されている領域とそうでない領域との間でレー
    ザ光の干渉縞の明暗が反転するように選び、その
    結果前記2つの領域間で凹凸の周期性が反転した
    回折格子を得ることを特徴とする回折格子の製造
    方法。
JP60132390A 1985-06-18 1985-06-18 回折格子の製造方法 Granted JPS61289688A (ja)

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