JPS62145208A - 導波路回折格子の製造方法 - Google Patents

導波路回折格子の製造方法

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JPS62145208A
JPS62145208A JP60286030A JP28603085A JPS62145208A JP S62145208 A JPS62145208 A JP S62145208A JP 60286030 A JP60286030 A JP 60286030A JP 28603085 A JP28603085 A JP 28603085A JP S62145208 A JPS62145208 A JP S62145208A
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啓介 古賀
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松井 康
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、基板上に形成された光導波路に再現性よく回
折格子を形成する方法に関する。
従来の技術 近年、化合物半導体を用いた機能デバイスの開発が盛ん
に行なわれている。とくに光通信分野においては日本列
島縦貫基幹中継回線の布設に伴ない、F−400M大容
量方式を有効に活用するために超波長多重伝送方式の開
発に重点が置かれてきている。超波長多重伝送には、こ
れまでにはない優れた特性のデバイスが必要とされるが
、この中でも特に波長多重された光信号を分離する分波
器の特性が伝送系全体の特性を左右すると言われ、重要
な役割を占めている。これまでにも、波長間隔が大きく
異る光信号の分離には誘電体多層膜フイルター等が用い
られ、また分光器等のように精度の要求されるものには
グレーティングを用いた光学系が使用されてきた。しか
し、いずれも超波長多重伝送用デバイスとしては、小型
・径量・高分解能・安定性という点で十分ではなかった
。波長間隔が数十へ程度で多重化された信号の分離には
導波路にグレーティングを形成した分波器が有効である
従来より用いられている一般的なグレーティングフィル
ターを第2図に示す。図中21は基板、22は光導波路
、23は光導波路に形成された回折格子、24は入力光
である。光導波路22に入射された入力光24は、回折
格子領域23において回折を受け、ブラッグ条件を満足
する光のみが分波される。このフィルター構造は、基板
21上に光導波路22を形成した後、所望する領域に三
光束干渉露光法を用いてグレーティングパターンをフォ
トリソグラフィープロセスで形成し、最後にエツチング
処理を行い導波路の表面に周期的凹凸を転写したものが
よく用いられている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述の方法では以下の様な欠点を有して
いた。導波路を伝搬するモードは互い偏波面が直交する
TEモードとTMモードが存在する。基板面に垂直な偏
波面を持つTMモードは、導波路表面の金属膜の影響に
よるロスが大きいことや、他の発光素子、例えば半導体
レーザの偏波面が通常TEモードであることによる整合
性の面で不利な点が多く、TEモードの方が導波路モー
ドとしてよく使われている。
ところで、第3図に示すように入射角二〇、媒質中にお
ける波長:λの光に対して、A=λ/2sinθで与え
られる格子定数をもつ回折格子23はB ragg条件
を満足することから、入射光24は格子面に対して反射
角θの方向へ回折を起こしフィルターとして作用する。
IC化された光フィルターには、導波路に回折格子を持
つ分波器部と受光素子部とが一体化された構成が考えら
れるが、超波長多重伝送用としては、複数の分波器−と
受光素子が基板上に集積化されねばならない。
この時の回折格子に対する入射角θは、多重度・低クロ
ストーク特性という観点から45° が理想的となる。
ところが、上述の構成による分波器の場合には、Bra
gg回折の効率に著しい影響が出ることが知られている
。つまり、TEモードの入射光が回折格子に46°で入
射すると回折を全く引き起こさない。この現象について
は、ベル システムテクニカル ジャーナ/l/ (B
ell 5yst 、 Tech。
Journal) Vol 、 41 A9 、 H,
Kogelnik氏の論文”Coupled Wave
 Theory for ThickHologram
 Grat ings”に説明がされている0以上のよ
うな理由により、従来の方法では超波長多重伝送に用い
られる分波機能を有する光ICデバイスとして必要とさ
れる条件に対して満足される特性を得ることが困難であ
った〇 よって、本発明の目的は上述の欠点を除去することので
きる。すなわち集積化された分波器として必要とされる
特性を有する回折格子の製造方法を提供することにある
問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために、本発明によれば基板上
に積層された導波路層に7オトリソ手段を用いて導波路
を形成する。このとき、導波路パターンを転写するエツ
チングマスクとして、異なる材料からなる回折格子転写
マスクと導波路転写マスクが積層された構造のものを用
いる。積層して用いられるエツチングマスクは、導波路
層より回折格子転写マスク・導波路転写マスクの順にな
っており、回折格子と導波路パターンは互いに直交して
いる。また、導波路に対する密着性の異る材料で構成さ
れており、このマスクを用いて導波路層をケミカルエツ
チングすると、導波路パターンが転写されると同時に、
導波路の側壁に回折格子の凹凸が形成されることになる
作  用 フォトリソプロセスにおけるマスクパターン転写プロセ
スは、大別してドライエツチングとウェットエツチング
に分けられる。本発明は、このうちの後者を使用してい
る。マスクとなる材料の基板表面への密着性及びパター
ン精度は、パターン転写を行う場合に大きく影響を与え
る。この中でも、特に密着性の良否はウェットエツチン
グプロセスの再現性・安定性を決める要素ともなる。マ
スクによりウェットエツチング処理を施してパターン転
写を行うと、特に方位依存性のないエツチング特性の場
合、マスク直下のアンダーカット−またはサイドエツチ
ングと呼ばれる現象が生じる。
第4図にこの様子を示した。図中1oは基板、11はマ
スクである。(a)の状態でエツチング処理を行なった
のが(b)である。サイドエツチング幅Wはマスク11
と基板1oの表面との密着性に左右される場合が多い。
つまり、密着が良好な場合にはWは小さく、密着が悪い
場合にはWは大きくなる傾向にある。本発明は、マスク
特性の差によるサイドエツチング量の差を回折格子の凹
凸作成プロセスに利用している。つまり、導波路を形成
するInGaAsP層に対して比較的密着性のよいマス
ク材料として、プラズマCVD法によるSiNx膜を、
また、SiNx膜に比べると弱干密着性は落ちるがプロ
セス的に安定なマスク材料としてレジスト膜という二種
の組合せを用いている。この二種の材料が積層された構
造を有し、かつI nGaAs P層に対し交互にマス
クされる配置をとることにより、密着性の差に伴なった
サイドエツチングの差が得られることになる。このよう
にして、導波路を形成するエツチングプロセスにおいて
、所望するパターン幅の導波路作成と同時に、導波路の
側壁に形成された凹凸のパターンを有する回折格子を形
成することが可能となる。
実施例 以下本発明を実施例により詳細に説明する。
第1図a−fに基板結晶としてInP、回折格子を作成
する光導波路としてI nGaAs Pを用いた場合の
実施例を示す。図中1はInP基板、2はInGaAs
P光導波層、3はS iNx膜、4はレジスト回折格子
マスク、6はSiNx回折格子転写マスク、6はレジス
ト導波路転写マスク、アは作成された導波路回折格子で
ある。
まずInP基板1上に、液相成長法あるいは気相成長法
を用いてInGaAsP光導波層2を結晶成長する。つ
ぎに光導波層2上にSiNx膜をプラズマCVD法によ
り形成する。SiNx膜の性質は、StとN組成比およ
び形成方法・条件により大きく異なるが、ここでは転写
マスクとしてInGaAsP層への密着性が良好である
ことが望まれるため、プラズマCVD法によ)適当な条
件で形成した。さらにSiNx膜3上に二光束干渉露法
を用いて、所望する回折格子の周期に対応したレジスト
回折格子マスク4を作成する(a)。SiNx膜にレジ
スト回折格子パターンを転写する方法として、フッ酸系
エツチング液によるウェットエツチングあるいはCF4
ガスを用いたドライエツチングが考えられるが、今回は
パターンの制御性を考慮して後者を使用する。CF4ガ
スを用いたスパッター装置により適当な条件で5i)h
e膜へ回折格子パターンを転写した後、レジストマスク
4を除去する(b)・次にフォトリソプロセスを用いて
、所望する導波路幅Aを有し、レジストよりなる導波路
転写マスク6を回折格子転写マスク5の上に積層して形
成する(C)。この時のレジスト膜6の厚さは、回折格
子マスク5を埋め込む程度でよく、この後の工程も考慮
に入れて回折格子マスク502倍程度あれば十分である
。次に、この状態でSiNx回折格子マスクの一部をド
ライエツチングするっ導波路転写マスク6にカバーされ
ていない領域は全て除去され最終的なエツチングマスク
が完成される(d)。
このマスクの特徴は、異種材料の組合せによる積層構造
をとっており、一方が回折格子パターンを、もう一方が
導波路パターンを持っている。また、導波路を形成する
InGaAsP層2の表面には、双方のパターンのマス
クが一定の繰り返し周期で交互に接しており、マスクと
しての特性も異ることになる。次にInGaAsP光導
波層2の一部をエツチングして3次元導波路を形成する
。エッチャントとしてブロムメタノール系を用いた。
導波路パターンのエツチングの進行と同時に次のような
現象が起こる。SiNxでカバーされている領域は、マ
スクとInGaAsP層との密着がよいためマスク直下
のサイドエツチングはほとんど発生せず、はぼマスク端
に対して垂直なエソテングが進行する。一方、レジスト
でカバーされている領域は、SiNxに比べてわずかに
密着が劣るため、マスク直下のサイドエツチングを伴い
ながらエツチングが進行する。この結果、導波路の側壁
にはサイドエツチングにより形成された段差が発生し、
回折格子を構成することになる(e)。最後に、導波路
転写マスク6及び回折格子転写マスク5を除去して導波
路回折格子7の作成を完了する(f)。
以上のような構成を持つ導波路回折格子は、基板面に対
して平行な方向に周期変化を持つために、TEモードに
対してその入射角依存性がなくなり、集積化する上で有
利な構造をとることができることになる。
なお、本実施例ではInP基板上のInGaAsP層を
光導波層として用いた導波路回折格子の説明を行なった
が、他の材料、例えばG a A s系の半導体材料、
あるいはL z N b O3等の強誘電体材料にも応
用できることは言うまでもない。
発明の効果 以上述べたように本発明によれば、超波長多重伝送用デ
バイスとして有効な集積化分波器に用いられる導波路回
折格子を非常に容易に、再現性よく作成することができ
るもので、その実用上の効果は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の導波路回折格子の作成方法
を示す工程図、第2図は従来例のグレーティングフィル
ターの構造斜視図、第3図はブラッグ回折条件の説明図
、第4図はサイドエツチング現象を説明する模式図であ
る。 1・・・・・・基板、2・・・・・・光導波層、3・・
・・・・SiNx膜、4・・・・・・回折格子マスク、
6・・・・・・回折格子転写マスク、6・・・・・・導
波路転写マスク、7・・・・・・導波路回折格子。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第 l 因 第 2 図 23困仇務す 第3図 第4図 (νλ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に形成された光導波路に回折格子を作成す
    るに際し、前記光導波路を蝕刻する転写マスクとして、
    所望する周期を有する回折格子転写マスク及び前記回折
    格子転写マスクの方位に対し交差しかつ所望する導波路
    パターンを有する導波路転写マスクとを前記光導波路上
    に積層し、前記転写マスクにより前記光導波路上に湿式
    蝕刻法を用いてパターン転写を行うことを特徴とする導
    波路回折格子の製造方法。
  2. (2)回折格子転写マスク及び導波路転写マスクとして
    基板に対する各々の密着性が異る材料の組合せる有する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の導波路
    回折格子の製造方法。
  3. (3)湿式蝕刻法によるマスク直下のサイドエッチング
    量のちがいを利用することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の導波路回折格子の製造方法。
  4. (4)回折格子を光導波路の側壁に形成することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の導波路回折格子の製
    造方法。
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