特許 5983984 半導体レーザ素子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5983984

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】半導体レーザ素子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/12 20060101AFI20160823BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/12

   G02B5/18

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2011-220187(P2011-220187)

(22)【出願日】2011年10月4日

(65)【公開番号】特開2013-80831(P2013-80831A)

(43)【公開日】2013年5月2日

【審査請求日】2014年9月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100108257

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 伊知良

(72)【発明者】

【氏名】石浦 正巳

【審査官】 百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２９１８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４７７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３５４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２５７９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７２７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０３０２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４９７１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８８２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０９０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１４６５９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

Ｇ０２Ｂ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に沿って交互に配列された凸部と凹部とを有する回折格子構造を電子線露光法により基板の主面上に形成する工程と、
前記回折格子構造を形成した後、前記主面を撮像し、撮像された画像データに基づいて前記凸部に対応する第１領域と前記凹部に対応する第２領域との面積比を示す値を算出する工程と、
予め定められた結合係数となるように前記値に基づいてスペーサ層の厚さを決定する工程と、
前記回折格子構造を覆うように前記スペーサ層を成長する工程と、
前記スペーサ層上に活性層を成長する工程と、
を備え、
前記凸部および前記凹部は、前記第１方向と交差する第２方向に沿って延在することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。

【請求項2】

前記面積比を示す値を算出する工程では、走査型電子顕微鏡を用いて前記主面を撮像することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

【請求項3】

前記面積比を示す値を算出する工程では、
前記画像データにおいて、前記第１領域と前記第２領域との境界を決定し、
前記境界に基づいて前記面積比を示す値を算出する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

【請求項4】

前記回折格子構造を形成する工程では、
前記基板の前記主面上に回折格子層を形成し、
前記回折格子層上にレジストを塗布し、
前記電子線露光法により前記レジストにパターンを形成してマスクを形成し、
前記マスクを用いて前記回折格子層のエッチングを行い、
前記エッチングの後に、前記マスクを除去する、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザ素子の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

回折格子を共振器内部に有するＤＦＢ（Distributed Feedback：分布帰還型）レーザ素子が知られている。例えば、下記の特許文献１には、ＥＢ（Electron Beam：電子線）露光により基板の主面に回折格子を形成するＤＦＢレーザ素子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】特開平１１−１６３４６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１に記載のＤＦＢレーザ素子の製造方法では、ＥＢ露光により回折格子が基板の主面に形成されるので、基板の主面内において回折格子のデューティ比のばらつきが大きくなる場合がある。このため、ウエハ上の１ラインにおいて、回折格子のデューティ比を測定した場合、測定されたデューティ比がウエハ上の回折格子のデューティ比に対する平均的な値から外れていることがある。したがって、測定されたデューティ比に基づいてＤＦＢレーザ素子を作製すると、所望の結合係数κが得られないことがある。結合係数κは、閾値電流およびスロープ効率などのレーザ特性に影響を及ぼすので、結合係数κの変動が生じることにより、レーザ特性に悪影響を与えることがある。

【0005】

そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、回折格子構造のデューティ比のばらつきに起因するレーザ特性の悪化を低減する半導体レーザ素子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】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、（ａ）第１方向に沿って交互に配列された凸部と凹部とを有する回折格子構造を基板の主面上に形成する工程と、（ｂ）回折格子構造を形成した後、主面を撮像し、撮像された画像データに基づいて凸部に対応する第１領域と凹部に対応する第２領域との面積比を示す値を算出する工程と、（ｃ）予め定められた結合係数となるように面積比を示す値に基づいてスペーサ層の厚さを決定する工程と、（ｄ）回折格子構造を覆うようにスペーサ層を成長する工程と、（ｅ）スペーサ層上に活性層を成長する工程と、を備え、凸部および凹部は、第１方向と交差する第２方向に沿って延在することを特徴とする。

【0007】

このような半導体レーザ素子の製造方法によれば、回折格子構造が形成された主面を撮像した画像データにおける第１領域と第２領域との面積比は、回折格子構造のデューティ比と関連付けられる。このため、第１方向に沿って測定した回折格子構造のデューティ比に代えて、第１領域と第２領域との面積比を示す値に基づいてスペーサ層の厚さを決定することができる。これにより、回折格子構造のデューティ比のばらつきに起因するレーザ特性の悪化を低減することが可能となる。

【0008】

面積比を示す値を算出する工程では、走査型電子顕微鏡を用いて主面を撮像することが好ましい。また、面積比を示す値を算出する工程では、画像データにおいて、第１領域と第２領域との境界を決定し、境界に基づいて面積比を示す値を算出することが好ましい。走査型電子顕微鏡を用いて撮像された画像では、第１領域と第２領域とが交互に並んでいる。このため、第１領域と第２領域との境界を決定することによって、各領域を識別できる。そして、回折格子構造の第１方向に沿って測定したデューティ比に代えて、境界によって識別した第１領域と第２領域との面積比を示す値に基づいてスペーサ層の厚さを決定することにより、回折格子構造のデューティ比のばらつきに起因するレーザ特性の悪化を低減することが可能となる。

【0009】

回折格子構造を形成する工程では、電子線露光法により回折格子構造を主面に形成することが好ましい。電子線露光法により形成された回折格子構造は、主面内においてデューティ比のばらつきが大きい。このため、第１方向に沿って測定した回折格子構造のデューティ比に代えて、第１領域と第２領域との面積比を示す値に基づいてスペーサ層の厚さを決定することにより、回折格子構造のデューティ比のばらつきに起因するレーザ特性の悪化を低減することが可能となる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、回折格子構造のデューティ比のばらつきに起因するレーザ特性の悪化を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図である。

【図2】図１の半導体レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。

【図3】ＳＥＭ写真の一例を示す図である。

【図4】結合係数を一定とした場合の回折格子のデューティ比とスペーサ層の厚さとの関係を示す図である。

【図5】κ＝７０ｃｍ^−１とするためのスペーサ層の厚さの一例を示す図である。

【図6】ＡＦＭにより測定したデューティ比とＳＥＭにより測定したデューティ比との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、可能な場合には、同一又は相当要素には同一の符号を付す。

【0013】

図１は、本実施形態に係る半導体レーザ素子の構造を概略的に示す図である。半導体レーザ素子１は、例えばＤＦＢレーザ素子であって、例えば１．３１μｍの波長λで発振する。この半導体レーザ素子１の幅は３００μｍ程度で、素子長Ｌは３００μｍ程度である。図１に示されるように、半導体レーザ素子１は、半導体基板１１（基板）と、回折格子層１２と、スペーサ層１３と、活性層１４と、クラッド層１５と、コンタクト層１６と、上部電極２１と、下部電極２２とを備える。

【0014】

半導体基板１１は、例えばｎ型のＩｎＰにより構成され、その厚さは例えば１５０μｍ程度である。回折格子層１２は、例えばｎ型のＩｎＧａＡｓＰにより構成され、半導体基板１１の主面１１ａに設けられている。回折格子層１２の厚さは、例えば５０ｎｍ程度である。この回折格子層１２では、半導体基板１１の主面１１ａの法線軸ＮＶに直交する第１方向（以下、「長さ方向」という。）に沿って複数の凹部１２ａと複数の凸部１２ｂとが、交互に設けられ、回折格子Ｇを成している。長さ方向に沿って凹部１２ａ（又は凸部１２ｂ）が設けられる間隔であるピッチＰは、発振波長λに応じて決定され、例えば２００〜２５０ｎｍ程度である。複数の凹部１２ａのそれぞれは、法線軸ＮＶおよび長さ方向で規定される面に交差する第２方向（以下、「幅方向」という。）に沿って延びている。この凹部１２ａの深さＤ（回折格子Ｇの深さ）は、例えば５０ｎｍ程度である。また、複数の凸部１２ｂのそれぞれは、幅方向に沿って延びている。

【0015】

スペーサ層１３は、例えばｎ型のＩｎＰにより構成され、複数の凹部１２ａを埋め、回折格子Ｇ全体を覆うように主面１１ａに設けられている。このスペーサ層１３の厚さｄｓは、回折格子Ｇのデューティ比Ｒと所望の結合係数κ（予め定められた結合係数κ）とに応じて決定され、例えば１７０ｎｍ程度である。ここで、回折格子Ｇのデューティ比Ｒとは、回折格子Ｇにおける凸部１２ｂと凹部１２ａとの割合（凸部１２ｂと凹部１２ａとの比）を意味する。活性層１４は、例えばＭＱＷ（Multi Quantum Well：多重量子井戸）構造を有する活性層であって、スペーサ層１３上に設けられている。活性層１４の厚さは例えば１５０ｎｍ程度である。クラッド層１５は、例えばｐ型ＩｎＰにより構成され、活性層１４上に設けられている。このクラッド層１５の厚さは例えば２０００ｎｍ程度である。

【0016】

コンタクト層１６は、例えばｐ型のＩｎＧａＡｓにより構成され、クラッド層１５上に設けられている。このコンタクト層１６の厚さは、３００ｎｍ程度である。上部電極２１は、例えばＴｉＰｔおよびＡｕ等の金属により構成され、コンタクト層１６上に設けられている。下部電極２２は、例えばＡｕＧｅおよびＡｕ等の金属により構成され、半導体基板１１の裏面１１ｂ上に設けられている。

【0017】

次に、図２〜図５を参照して、半導体レーザ素子１の製造方法について説明する。図２は、半導体レーザ素子１の製造方法を示すフローチャートである。図３は、ＳＥＭ写真の一例を示す図である。図４は、結合係数κを一定とした場合の回折格子Ｇのデューティ比Ｒとスペーサ層１３の厚さｄｓとの関係を示す図である。図５は、κ＝７０ｃｍ^−１とするためのスペーサ層１３の厚さｄｓの一例を示す図である。

【0018】

図２に示されるように、まず、半導体基板１１の主面１１ａに回折格子Ｇを形成する（回折格子形成工程Ｓ０１）。具体的に説明すると、主面１１ａにＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子層１２を形成する。さらに、回折格子層１２上に不図示のレジストを塗布し、ＥＢ露光法（電子線露光法）によりレジストにパターンを形成する。このパターンは、凹部１２ａに対応する領域に設けられる。すなわち、パターンは、主面１１ａの長さ方向に沿ってピッチＰで設けられ、各パターンは幅方向に沿って延在するように設けられる。そして、パターンが形成されたレジストをマスクとして、ドライエッチング又はウェットエッチングを行い、回折格子層１２に凹部１２ａを形成する。その後、回折格子層１２上のレジストを除去する。

【0019】

回折格子Ｇを形成後、回折格子ＧのピッチＰを測定する（ピッチ測定工程Ｓ０２）。ＥＢ露光により形成された回折格子Ｇは、本番ウエハに３０μｍ（ｗ）×３００μｍ（Ｌ）程度の範囲に規則的に配列されている。このため、回折格子Ｇが形成されていない部分の影響をうけ、光学的な測定によりピッチＰおよび回折効率を求めることは困難である。したがって、ピッチＰの測定については、ダミーウエハに回折角が測定可能なサイズの回折格子を形成して、この回折角からピッチＰを求める。また、回折格子Ｇの深さＤを測定する（深さ測定工程Ｓ０３）。例えば、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）により、回折格子Ｇの深さＤを測定する。なお、ピッチ測定工程Ｓ０２において測定されたピッチＰは、発振波長λとなるように、ＥＢ露光法によるパターン描画のプログラムを補正するために使用される。また、深さ測定工程Ｓ０３において測定された深さＤは、後述のスペーサ層形成工程Ｓ０６において、凹部１２ａを埋め戻す（平坦化する）ためのスペーサ層１３の量を決定するために使用される。

【0020】

そして、回折格子Ｇのデューティ比Ｒを測定する（デューティ比測定工程Ｓ０４）。このデューティ比測定工程Ｓ０４では、回折格子Ｇが形成された半導体基板１１（本番ウエハ）そのものを用い、回折格子Ｇのデューティ比ＲをＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）を用いて測定する。例えば、ＳＥＭを用いて、回折格子Ｇが形成された主面１１ａのうち所定の範囲（例えば、１．２μｍ×１．０μｍ程度の範囲）を撮像する。この撮像されたＳＥＭ写真（画像データ）をコンピュータ等を用いて解析し、ＳＥＭ写真において凸部１２ｂに対応する第１領域と凹部１２ａに対応する第２領域とを識別する。なお、撮像範囲および撮像箇所は、主面１１ａ内のデューティ比ばらつきを考慮して決められる。例えば、主面１１ａの中心付近について１箇所撮像してもよいし、ばらつきが大きいと予想される場合は、主面１１ａの複数箇所について撮像してもよい。次に、コンピュータ等により、第１領域と第２領域との面積比を算出し、算出された面積比を回折格子Ｇのデューティ比Ｒとみなす。

【0021】

図３を用いて、デューティ比測定工程Ｓ０４を具体的に説明する。図３に示されたＳＥＭ写真３０は、回折格子Ｇが形成された後、主面１１ａの所定の範囲を撮像して得られた画像データである。このＳＥＭ写真３０では、第１領域３１と第２領域３２とが境界Ｂ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，・・・）を介して交互に配列されている。この第１領域３１は、凸部１２ｂに対応する領域である。第２領域３２は、凹部１２ａに対応する領域である。グレースケール写真においては、境界Ｂの輝度が第１領域３１の輝度および第２領域３２の輝度よりも大きくなる。このため、ＳＥＭ写真３０において、配列方向に沿ったラインごとに、輝度の極大点を複数箇所で検出し、各ラインにおいて検出された輝度の極大点を、配列方向と直交する方向に沿って結ぶことによって第１領域３１と第２領域３２との境界Ｂを決定する。

【0022】

次に、ＳＥＭ写真３０における第１領域３１と第２領域３２との面積比を算出する。まず、ＳＥＭ写真３０のうち任意の周期分の画像データを取り出す。すなわち、第１領域３１の数と第２領域３２の数が等しくなるように、画像データを取り出す。例えば、境界Ｂ１と境界Ｂ１１とに挟まれた領域（５周期分）の画像データを取り出す。そして、各境界Ｂによって第１領域３１と第２領域３２とを識別し、第１領域３１の面積の合計と第２領域３２の面積の合計とを算出する。この例では、第１領域３１の面積の合計Ｓ１は、境界Ｂ１と境界Ｂ２とに挟まれた第１領域３１の面積と、境界Ｂ３と境界Ｂ４とに挟まれた第１領域３１の面積と、境界Ｂ５と境界Ｂ６とに挟まれた第１領域３１の面積と、境界Ｂ７と境界Ｂ８とに挟まれた第１領域３１の面積と、境界Ｂ９と境界Ｂ１０とに挟まれた第１領域３１の面積と、を合計することにより算出される。また、第２領域３２の面積の合計Ｓ２は、境界Ｂ２と境界Ｂ３とに挟まれた第２領域３２の面積と、境界Ｂ４と境界Ｂ５とに挟まれた第２領域３２の面積と、境界Ｂ６と境界Ｂ７とに挟まれた第２領域３２の面積と、境界Ｂ８と境界Ｂ９とに挟まれた第２領域３２の面積と、境界Ｂ１０と境界Ｂ１１とに挟まれた第２領域３２の面積と、を合計することにより算出される。このようにして算出された合計Ｓ１と合計Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２を、回折格子Ｇのデューティ比Ｒとみなす。

【0023】

なお、ＳＥＭ写真３０内の第１領域３１の数と第２領域３２の数は、撮像範囲および撮像箇所などの撮像条件に応じて異なる。このため、ＳＥＭ写真３０内の第１領域３１の面積の合計Ｓ１と、ＳＥＭ写真３０内の第２領域３２の面積の合計Ｓ２とに基づいて、回折格子Ｇのデューティ比Ｒを算出する場合、第１領域３１の面積の合計Ｓ１および第２領域３２の面積の合計Ｓ２を補正することが好ましい。例えば、ＳＥＭ写真３０内の第１領域３１の数に対する第２領域３２の数の割合を第１領域３１の面積の合計Ｓ１に掛けて補正し、補正後の第１領域の面積の合計Ｓａ１と第２領域の面積の合計Ｓ２との比Ｓａ１：Ｓ２を回折格子Ｇのデューティ比Ｒとしてもよい。

【0024】

続いて、デューティ比測定工程Ｓ０４において測定したデューティ比Ｒに基づいて、スペーサ層１３の厚さｄｓを決定する（スペーサ層厚さ決定工程Ｓ０５）。スペーサ層厚さ決定工程Ｓ０５では、デューティ比Ｒに基づいて、所望の結合係数κとなるようにスペーサ層１３の厚さｄｓを決定する。図４に示されるように、結合係数κを一定とした場合、回折格子Ｇのデューティ比Ｒとスペーサ層１３の厚さｄｓとは所定の関係を有する。ここで、グラフＣ_６４は、結合係数κ＝６４ｃｍ^−１とした場合の回折格子Ｇのデューティ比Ｒとスペーサ層１３の厚さｄｓとの関係を示すグラフである。グラフＣ_７０は、結合係数κ＝７０ｃｍ^−１とした場合の回折格子Ｇのデューティ比Ｒとスペーサ層１３の厚さｄｓとの関係を示すグラフである。このように、結合係数κを一定とするためのスペーサ層１３の厚さｄｓは、デューティ比Ｒが０．５０の場合に最大となり、デューティ比Ｒが０．５０から減少又は増加するにしたがって小さくする必要がある。また、同じデューティ比Ｒでは、目的とする結合係数κが大きいほどスペーサ層１３の厚さｄｓは小さくする必要がある。

【0025】

結合係数κを一定とするためのスペーサ層１３の厚さｄｓは、図４に示されるように、回折格子Ｇのデューティ比Ｒに対して連続的に変化するように設定してもよいが、図５に示されるように、回折格子Ｇのデューティ比Ｒの範囲ごとに段階的に設定されてもよい。図５の例では、結合係数κ＝７０ｃｍ^−１とするために、回折格子Ｇのデューティ比Ｒが０．３０以上０．３５未満の場合、スペーサ層１３の厚さｄｓは１６０ｎｍに設定する。また、回折格子Ｇのデューティ比Ｒが０．３５以上０．４０未満の場合、スペーサ層１３の厚さｄｓは１７１ｎｍに設定する。また、回折格子Ｇのデューティ比Ｒが０．４０以上０．４５未満の場合、スペーサ層１３の厚さｄｓは１８２ｎｍに設定する。また、回折格子Ｇのデューティ比Ｒが０．４５以上０．５０未満の場合、スペーサ層１３の厚さｄｓは１８８ｎｍに設定する。

【0026】

そして、スペーサ層厚さ決定工程Ｓ０５において決定された厚さｄｓでスペーサ層１３を主面１１ａ上に形成する（スペーサ層形成工程Ｓ０６）。このスペーサ層１３は、凹部１２ａを埋め、凸部１２ｂを覆うように形成される。スペーサ層形成工程Ｓ０６では、スペーサ層厚さ決定工程Ｓ０５において決定された厚さｄｓが同一のウエハを集め、複数のウエハに対してスペーサ層１３の成長を行うようにしてもよい。その後、スペーサ層１３上に活性層１４、クラッド層１５およびコンタクト層１６を、その順にエピタキシャル成長する（エピタキシャル成長工程Ｓ０７）。なお、図示されていないが、コンタクト層１６上には、さらにｐ側電極が形成され、半導体基板１１の裏面には、ｎ側電極が形成される。以上のようにして、半導体レーザ素子１が作製される。なお、ピッチ測定工程Ｓ０２、深さ測定工程Ｓ０３およびデューティ比測定工程Ｓ０４は、いずれの順に行ってもよく、また２以上の工程を並行して行ってもよい。

【0027】

次に、図６を参照して、半導体レーザ素子１の製造方法の作用効果について説明する。図６は、ＡＦＭにより測定したデューティ比Ｒ_ＡＦＭとＳＥＭにより測定したデューティ比Ｒ_ＳＥＭとの関係を示す図である。すなわち、図６に示されるグラフの横軸はＡＦＭにより測定した回折格子Ｇのデューティ比Ｒ_ＡＦＭを示し、縦軸はＳＥＭにより測定した回折格子Ｇのデューティ比Ｒ_ＳＥＭを示す。また、各プロットは、１つのウエハに対して、ＡＦＭを用いて回折格子Ｇの長さ方向に沿って１ラインだけ測定することによって得られたデューティ比Ｒ_ＡＦＭと、ＳＥＭを用いて回折格子Ｇの所定の範囲を撮像することによって得られたデューティ比Ｒ_ＳＥＭと、を座標とする。また、図中に描かれた右上がりの直線は、デューティ比Ｒ_ＡＦＭとデューティ比Ｒ_ＳＥＭとが等しい座標を結ぶ線であって、この直線から離れるほど各測定方法により得られたデューティ比のずれが大きいことを表している。

【0028】

図示されるように、デューティ比Ｒ_ＡＦＭに対して、デューティ比Ｒ_ＳＥＭが±０．１以上違うものがある。ＳＥＭによる測定の方が精度が高いと考えられることから、ＡＦＭでの１点（１ライン）測定では、デューティ比を精度良く測定できていないことが分かる。したがって、ＳＥＭ写真の面積比から回折格子Ｇのデューティ比Ｒを求めることが有効であることが分かる。

【0029】

以上のように、ＡＦＭでは、２００〜２５０ｎｍ程度のピッチ内にあるデューティ比０．３〜０．６を正確に検出することが難しい。また、ＥＢ露光により形成した回折格子Ｇは、主面１１ａ内においてデューティ比がばらついている。したがって、ＡＦＭにより長さ方向に沿って１ラインを測定しただけでは、局所的なデューティ比しか測定できないので、正確なデューティ比（ウエハの代表値）を測定できないことがある。このため、ＡＦＭにより測定したデューティ比Ｒ_ＡＦＭに基づいてスペーサ層１３の厚さｄｓを設定した場合、所望の規格化結合係数κＬが得られず、モードホップが多発したり、閾値電流およびスロープ効率などのレーザ特性に悪影響を与えることがある。このように、ＡＦＭにより測定したデューティ比Ｒ_ＡＦＭに基づいてスペーサ層１３の厚さｄｓを設定することは、歩留まりを低下させる原因となっている。

【0030】

一方、ＳＥＭによる回折格子Ｇのデューティ比の測定では、回折格子Ｇが形成された主面１１ａのうち一定の範囲を撮像し、撮像された画像データにおいて凹部１２ａに対応する領域と凸部１２ｂに対応する領域との面積比を算出する。この算出された面積比を回折格子Ｇのデューティ比Ｒとみなすことによって、長さ方向に沿って１ラインを測定して得られたデューティ比に代えて、凹部１２ａに対応する領域と凸部１２ｂに対応する領域との面積比をデューティ比Ｒとすることができる。したがって、デューティ比Ｒ_ＳＥＭは、デューティ比Ｒ_ＡＦＭよりも精度が高いといえる。そして、このデューティ比Ｒ_ＳＥＭに合わせてエピ厚（スペーサ層１３の厚さｄｓ）を調整し、所望の規格化結合係数κＬとなるようにする。このため、測定起因による回折格子Ｇのデューティ比Ｒの誤差を低減し、規格化結合係数κＬの変動によりレーザ特性が変化することを抑制できる。

【0031】

規格化結合係数κＬは、回折格子Ｇの組成、回折格子Ｇのデューティ比Ｒ、スペーサ層１３の厚さｄｓおよび素子長Ｌにより決定される。ここで、素子長Ｌは一定であるから、結合係数κは、回折格子Ｇの組成、回折格子Ｇのデューティ比Ｒおよびスペーサ層１３の厚さｄｓにより決定される。また、回折格子Ｇの組成は厳密に制御可能であるから、結合係数κは、回折格子Ｇのデューティ比Ｒとスペーサ層１３の厚さｄｓとに基づいて決定されることになる。このため、算出されたデューティ比Ｒに応じてスペーサ層１３の厚さｄｓを調整することにより、所望の結合係数κを得ることができる。その結果、所望の規格化結合係数κＬからの変動を抑制することができ、規格化結合係数κＬの変動によるレーザ特性の変化を抑制することが可能となる。

【0032】

回折格子のピッチ、深さおよびデューティ比を測定する場合、光学的な回折角などにより光学的に測定する方法が一般的である。光学的な測定では、深さおよびデューティ比のいずれかが変化した場合に回折効率などの１つの指標の変化として示されるので、デューティ比が変化したことを明確に捉えることは難しい。よって、深さおよびデューティ比の測定にはＡＦＭなどを併用する。ただし、この場合、ＥＢ露光により形成した回折格子のようにウエハ面内でのデューティ比のばらつきが大きいものは、一次元的な範囲（ライン）に対する測定では評価が難しい。このため、二次元的な範囲に対するデューティ比を求めることが有効であり、ＳＥＭでの面積比によるデューティ比測定を行うことが有効である。

【0033】

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てきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および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。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。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

【0034】

例えば、上記実施形態では、デューティ比測定工程Ｓ０４において、ＳＥＭ写真における第１領域と第２領域との面積比に基づいて回折格子Ｇのデューティ比Ｒを算出している。そして、スペーサ層厚さ決定工程Ｓ０５において、デューティ比Ｒに基づいてスペーサ層１３の厚さｄｓを決定している。これに代えて、ＳＥＭ写真内の第１領域と第２領域との面積比を算出し、算出した面積比に基づいてスペーサ層１３の厚さｄｓを決定してもよい。この場合、第１領域と第２領域との面積比とスペーサ層１３の厚さｄｓとの対応関係をテーブル等に予め記憶しておいてもよい。この面積比とスペーサ層１３の厚さｄｓとの対応関係は、撮像範囲および撮像箇所などの撮像条件並びに結合係数κごとに記憶されていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0035】

以上説明したように、本実施形態によれば、回折格子構造のデューティ比のばらつきに起因するレーザ特性の悪化を低減することが可能となる。

【符号の説明】

【0036】

１…半導体レーザ素子、１１…半導体基板（基板）、１１ａ…主面、１２ａ…凹部、１２ｂ…凸部、１３…スペーサ層、１４…活性層、３０…ＳＥＭ写真（画像データ）、３１…第１領域、３２…第２領域、Ｂ…境界、Ｇ…回折格子（回折格子構造）、κ…結合係数。

【図1】

【図2】

【図4】

【図5】

【図6】

【図3】