KR100311557B1 - 전기광학프로브및전기광학프로브제조방법 - Google Patents

전기광학프로브및전기광학프로브제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초고속 전기 광학 샘플링에 적합한 펨토초 분해능(femtosecond resolution)을 갖는 새로운 전기 광학 샘플링 프로브를 구현한다. 이 새로운 프로브는 가장 잘 알려진 통상의 벌크 LiTaO3프로브보다 두께가 몇 배 더 얇으며 네배 정도 작은 유전 상수를 갖는다. 또한 대역폭은 긍극적으로 등가의 LiTaO3프로브보다 50% 정도 더 크다. 이 프로브는 내부 전반사와 프리-스탠딩 기하 구조에 사용되는 AlXGa1-XAs로 된 박막이다. 여기서, X는 전기 광학 샘플링에 사용되는 레이저 소스의 파장에 대해 크리스탈이 충분히 전송되도록 선택된다. 박막의 두께는 종래 기술의 프로브 두께보다 훨씬 작으며, 전기 광학 샘플링의 속도 및 감도 때문에 레이저 펄스의 펄스폭에 비해 얇게 되도록 선택된다. 이러한 박막 프로브는 전기 광학 센서와 같은 벌크 크리스탈의 사용에 관련된 많은 문제를 해결해 준다.

Description

전기 광학 프로브 및 전기 광학 프로브 제조 방법{ELECTRO-OPTIC SAMPLING}
제 1 도는 프로브를 통과하는 감지 빔 및 여기 빔과 함께 AlGaAs 크리스탈 프로브 및 내부 전반사 기하 구조를 개략적으로 도시한 도면,
제 2 도는 내부 전반사 기하 구조를 사용하여 A1GaAs 에 대해 전기 광학적으로 샘플된 데이타를 도시한 도면으로서, 400fs의 상승 시간(10-90%)에는 거의 선형으로 나타낸 도면,
제 3 도는 고반사 피막이 샘플 회로에 접하도록 설치된 AlGaAs 크리스탈 프로브와 프로브를 통과하는 감지 빔만이 있는 내부 전반사 기하 구조를 개략적으로 도시한 도면,
제 4 도는 본 발명에 따른 프리-스텐딩 크리스탈 프로브를 개략적으로 도시한 도면,
제 5 도는 프리-스탠딩 프로브 기하 구조를 사용하여 AlGaAs에 대해 전기 광학적으로 샘플된 데이타를 도시한 도면,
제 6 도는 IC 상에서 전압을 측정하는데 사용하기 위한 종래 기술의 장치를 개략적으로 도시한 도면,
제 7 도는 제 6 도의 장치와 함께 사용하기 위한 전형적인 종래 기술의 전기광학 전압 샘플링 프로브를 개략적으로 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 전극 14 : 지지 프로브
15 : 전기 광학 크리스탈 라인 프로브
16 : 투명 지지대 17 : 편광 빔
18 : 고반사 피막 32' : 여기 빔
33 : 반 반사율 피막
본 발명은 속도가 빠른 전자 및 광-전자(opto-electronic) 장치(회로)의 전기 광학 샘플링(electro-optic sampling)에 관한 것이다.
2차원 회로는 회로의 표면 위에 프린징 전계(fringing field)를 발생시키는 개방 전극 구조(open electrode structure)를 갖는다. 외부 전기 광학 프로빙 기법은 속도가 빠른 전자 및 광-전자 장치(회로)를 전기 광학적으로 샘플링하는데 프린징 전계를 이용한다. 프린징 전계내에 배치된 e-o 크리스탈 프로브는 프로브의 크리스탈 복굴절(crystal birefringence)을 변화시키는데, 이 프로브의 크리스탈 복굴절은 e-o 크리스탈을 통과하여 회로로부터 반사되는 펄스형 광빔(pulsed light beam)에 의해 광학적으로 측정될 수 있다. 이러한 외부 프로브는 전계 효과에 근거하여 상호 작용이 이루어지므로, 거의 대부분의 회로에 적용될 수 있다. 회로로부터 어떠한 전하도 제거되지 않으므로, 프로브는 회로와 전기적으로 접촉될 필요가 없다. 소정의 전기 광학 기법 및 장치에 대해, 제이 에이 발드마니스(J.A. Valdmanis) 및 지 모로우(G. Mourou)에 의한 "Electro-Optic Sampling : Testing Picosecond Electronics, Part 1, Principles and Embodiments", Laser Focus/Electro-O tics(1986. 2. pp. 84-96) 및 "Electro-Optic Sampling : Testing Picosecond Electronics, Part2, Applications", Laser Focus/Electro-Optics(1986.3. pp.96-106)와, 제이 에프 휘테이커(J. F. Whitaker) 등에 의한 External Electro-0ptic Integrated Circuit Probing, Elsevier Science Publisher, B.V.(1990. pp.369-379)와, 1990년 1월 2월 자니스 에이. 발드마니스(Janis A. Valdmanis)에게 특허 허여된 미국 특허 제 4,891,580호에 개시되어 있다.
제 6 및 7 도에는 반도체 기판(13)의 표면 상에 다수의 도체(12)들을 갖는 예시적인 회로의 광학적 샘플링을 위해 사용되는 통상적인 종래의 장치(10)를 도시한다. 기판 및 도체들은 집적회로의 일부로서 예시한다. 전기 광학 크리스탈 프로브(15)는 투명 지지대(16) 상에 장착되어 지지 프로브(14)를 형성한다. 프로브(15)의 단부면(end face)은 전압 파형이 샘플링될 도체 위에 위치된다. 지지대(16)를 통해 프로브(14)로 향하는 편광빔(polarized light beam)(17)의 폭이 좁은 펄스에 의해 샘플링이 광학적으로 수행된다. 빔(17)은 전형적으로 도체 자체로부터 반사되지만, 프로브의 단부면 상에 놓인 선택사양적인 반사기(18)(제 6 도에 점선으로 도시함)에 의해서도 반사될 수 있다. 반사기(18)는 회로가 광에 민감할 경우에 바람직할 수 있다.
전압을 효과적으로 측정하기 위해, 프로브(15)의 e-o 크리스탈은 종방향 e-o효과(longitudina1 e-o effect), 즉 빔(17) 방향에 평행한 전계 성분에만 응답하는 전계 유도 복굴절(field-induced birefringence)을 나타내는 재료를 포함한다. 빔은 도체 표면에 수직으로 향하므로, 그 표면에 수직인 전계 성분만이 원하는 복굴절을 유도한다. 재료 자체가 고유의 복굴절성을 가질 필요는 없다.
샘플링 펄스들은, 잘 알려진 평형 충돌 펄스 모드-로크 다이 레이저 (balanced colliding pulse mode-1ocked(CPM) dye laser) 또는 수동 모드-로크 티타늄 도핑된 사파이어 레이저(passively mode-locked titanium doped sapphirelaser)와 같은 펄스 레이저(19)에 의해 발생되며, 현미경의 대물 렌즈(21)를 통해 샘플링 장치로 인가된다. 프로브(14)는 교차 편광기들(crossed polarizer)(22,23) 사이에 광학적으로(물리적이 아님) 장착되고, 현미경 시스템(25)을 통해 프로브의 단부면이 더 잘 보이도록 다이크로익 빔 분할기(dichroic beam splitter)(24) 아래쪽에 설치된다. 비간섭성(incoherent) 백색 광은 광원(26)으로부터 사출되어 빔 분할기(24)를 통해 프로브 아래쪽의 도체에 조사된다. 이러한 방식으로, 도체 및 샘플링 빔 스폿을 함께 관찰할 수 있다. 수정 보상판(quartz compensating plate)(27)이 편광기(22)와 편광기(23) 사이에 설치되어 "제로-오더(zero-order)" 1/4 파장 포인트에서 e-o 크리스탈을 작동시킨다. 편광 분석기인 편광기(23)는 직교 편광을 분리하여 이중 차동 광 검출기(dual differential light detector)(28,29)로 출력하는데 사용된다. 그 후, 검출기 출력은 로크인 증폭기(lock-in amplifier) 및 신호 평균화기(signal averager)(30)로 제공된다. 그 후 프로브는 기판(13) 위의 임의의 적절한 포인트로 와서 선택된 도체의 전압 파형을 샘플링한다.
전압 파형은 적절한 (예를 들면, 고속) 전기 접속부(31)를 통해 전기적으로, 혹은 기판(13) 위의 광 검출기(도시하지 않음)에 결합된 광 지연 라인(optical delay line)(32)을 통해 광학적으로 테스트 신호를 도체(혹은 회로의 일부)에 결합시킴으로써 도체상에 발생될 수 있다. 어느 쪽의 경우에 있어서도, 측정되는 광펄스 및 측정되는 파형이 동기화되고 광 펄스들은 샘플링될 파형에 걸쳐 주사되도록 잘 알려진 샘플링 기법들을 사용한다.
작동에 있어서, 편광 빔(17)은 e-o 크리스탈에 유도되는 복굴절의 변화를 감지하는데 사용되는 것으로 이는 예시적이다. 측정되는 도체가 영 볼트일 경우, (편광기(23) 바로 앞에서) 반사된 빔은 서로 90°의 위상차가 있는 직교 편광 성분들을 갖는다. 이들 성분들은 편광 분석기(편광기(23))에 의해 분리되고 검출기(28,29)로부터 동일한 신호(평형 출력)를 발생시킨다. 그러나, 도체상의 전압이 영이 아니면, 크리스탈내에 유도되는 복굴절은 변하고, 부가적인 위상 시프트가 두직교 성분들 사이에 생성되는데, 즉 반사된 빔은 타원형으로 편광되어 검출기(28,29)로부터의 출력과 도체상의 전압에 비례하는 로크인 증폭기/평균화기(30)로부터의 신호가 균형을 이루지 않게 된다.
전형적으로, 종래 기술의 크리스탈 프로브(15)는, 예를 들어 약 100㎛의 비교적 두꺼운 LiTaO3 슬라이스를 포함하고, 지지대(16)는 프로브에 결합된 융해 실리카 로드(fused silica rod)와 같은 투명한 물질이다. 프로브 및 LiTaO3슬라이스에 인접한 로드의 일부는 200㎛ 또는 그 이하의 프로브 단부면과 약 30°의 반각(half angle)을 갖는 4면 피라미드로 연마된다. 30°에서 벗어나면 절단면 반사율(facet reflectivity)이 감소된다.
LiTaO3의 광축(optic axis)은 반드시 프로브의 단부면에 수직이어야 한다. 필요하다면, 선택사양적인 고반사(high reflecting:HR) 피막(coating)(18)(제 6도)을 프로브의 단부면 상에 증착하여 샘플링 빔이 절단면의 측면에 대해 반사되지 않고 광학계에 직접적으로 되반사될 수 있다. 현미경 대물 렌즈(21)는 샘플링 빔을 프로브 단부면에 집속시키고 반사된 빔을 재조준(recollimate)하는데 사용된다.
기판(13) 상의 도체(12)(즉, 회로)들은 고속 접속부(31)에 결합되어 레이저와 동기화된 파형 합성기(도시하지 않음) 또는 마스터 RF 소스에 대해 레이저를 로킹(locking)하는 주파수를 통해 활성화되거나 지연 라인(32)으로부터의 레이저 펄스에 의해 조사되는 광 검출기(도시하지 않음)로부터의 전기 신호를 통해 활성화된다. 회로에 대한 전기적 접속은, 통상의 프로브, 프로브 카드 또는 와이어 본딩에 의해 형성될 수 있다. 트리거 시간과 샘플링 시간 사이의 상대적인 지연은, 비록 몇몇 경우에는 완전히 전자식 장치가 사용될 수도 있지만 모터로 구동되는 광학지연 라인(32)에 의해 유발된다. 펄스 지속 시간이 약 100fs 인 광 펄스를 갖는 이러한 유형의 장치를 사용하면 1THz(1OOOGHz)가 넘는 측정 대역폭을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
측정된 전기적 상승 시간은 대개 광 펄스들보다 길다. 이러한 상승 시간의 차이는, 한편으로는 전기 신호가 여기 위치(excitation site)로부터 샘플링 위치로 이동해야 하는 거리 때문이고, 또한 다른 한편으로는 광 샘플링 펄스가 LiTaO3샘플링 크리스탈을 통해 이동해야 하는 거리 때문이다. 전기적 펄스가 전송 라인을 따라 이동할 때 분산되어 고주파 성분들이 우선적으로 감쇠되고 방사된다. 광펄스가 LiTaO3크리스탈내에서 이동할 때 속도는 서로 다르지만 전기적 펄스로 전파된다. 이로 인해, 속도가 워크-오프(walk-off)되어 검출되는 신호가 보다 더 오랫동안 나타난다. 이러한 워크-오프 효과는 크리스탈 두께가 두꺼울수록 증대된다.
본 발명은 초고속 전기 광학 샘플링(ultra-fast electro-optic sampling)에 적절한 펨토초(femtosecond: fs) 분해능을 갖는 새로운 전기 광학 샘플링 프로브를 구현한다. 이 새로운 프로브는 가장 잘 알려진 통상의 벌크 LiTaO3프로브보다 몇배나 두께가 얇으며 유전 상수가 4배 작다. 또한, 대역폭은 궁극적으로 등가 LiTaO3프로브보다 5O% 더 크다. 프로브는 내부 전반사 기하 구조 및 프리-스텐딩(free-standing) 기하 구조에서 사용되는 AlXGa1-XAs로 된 박막이다. 여기서, x는 전기 광학 샘플링의 경우 레이저 소스의 파장에 대해 크리스탈이 충분히 전송되도록 선택된다. 박막의 두께는, 종래 기술의 프로브 두께보다 훨씬 얇으며 전기 광학 샘플링의 속도 및 감도 때문에 레이저 펄스의 펄스폭에 비해 두께가 얇게 선택된다. 박막 프로브를 사용함으로써 전기 광학 센서와 같은 벌크 크리스탈의 사용과 연관된 많은 문제점들을 제거할 수 있다.
본 발명은 전술한 형태의 전기 광학 샘플링 시스템과 함께 사용하기 위한 전기 광학 크리스탈 프로브를 구현한다. 이러한 전기 광학 크리스탈 프로브는 투명로드(제 1 및 3 도) 위에서 지지되는 크리스탈 막 또는 프리-스탠딩 프로브(제 4도)로서 사용될 수 있다. 각각의 경우, 프로브는 얇은 AlXGa1-XAs층(이하, AlGaAs라 칭함)으로 구성된다. 여기서, x는 전기 광학 샘플링에 사용되는 레이저 소스의 파장에 대해 크리스탈의 충분한 전송을 위해 요구되는 AlGaAs 크리스탈의 A1 조성비이다. 크리스탈 프로브는 사용되는 레이저 광 펄스의 펄스 폭보다 훨씬 얇다. 예를 들면, 100fs 광 펄스의 파장은 공기중에서 30㎛일 경우, 프로브 두께는 이 파장보다 더 얇게 되도록 선택된다.
예시 목적을 위해, 도면에는 다양한 치수로 도시되지만 실제 치수는 아니다.또한, 도면의 동일하거나 유사한 요소들을 표시할 때는 동일한 부호를 사용한다.
프로브는 활성 층을 이루기 위해 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy: MBE)를 이용하여 제조되는데, 이 활성 층은 벌크(예를 들면, LiTaO3) 크리스탈을 연마해서 얻을 수 있는 것보다 더 얇고 균일하다. 프로브는 MBE에 의해 (11O)GaAs 기판 웨이퍼 상에 얇은 층 또는 박막으로 성장된다. (11O)GaAs 기판을 사용함으로써 웨이퍼의 평면내에 광축이 배치된다. 상기 층은 선택적으로 에칭되어 기판으로부터 제거된다. 프로브 층의 두께는 사용되는 레이저의 광 펄스의 펄스 폭보다 더 얇게 선택된다. CPM 레이저의 경우, 프로브 층의 두께는 약 7㎛이다. 좀더 두꺼운 크리스탈은 MBE 또는 액상 에피택시(Liguid Phase Epitaxy)와 같은 그밖의 다른 에피택셜 성장 기법에 의해 제조될 수 있다. 좀 더 얇은 크리스탈은 공정중에 깨지기 쉬운 제약이 있다. 활성 층의 Al 함유량 또는 요구되는 밴드 갭 에너지는 사용되는 특정 레이저 소스의 파장에 의해 결정된다. CPM 레이저의 경우에는 Al0.8Ga0.2As를 사용해야 한다. 한편, 수동 모드-로크 티타늄 도핑 사파이어 레이저 소스는 CPM 레이저의 경우보다 적은 양의 Al이 필요한데, 그 이유는 사파이어 레이저가 CPM 레이저보다 더 긴 파장에서 동작하기 때문이다. 특정 적용 분야에서는, 사용되는 레이저 소스의 파장에서의 상대적 흡수율이 요건으로 된다. 동일한 밴드 갭 엔지니어링 기법이 InP와 같은 Ⅲ/V 물질계, 또는 CdS와 같은 Ⅱ/Ⅳ 물질계에서 사용될 수 있는데 그 이유는 이들 물질이 모두 복굴절 특성을 가지기 때문이다. 동일한 크리스탈 레이저가 (임계 각 형태로, 또는 고반사 피막을 사용하여) 내부 전반사 기하 구조로 제조될 수 있으며, 혹은 프리-스텐딩 기하 구조로 제조될 수도 있다.
제 1 도에 도시한 지지 프로브(14)는 웨이퍼상에 얇은 AlGaAs 층을 갖는 작은 GaAs 웨이퍼를 유리 로드(glass rod) 또는 블럭(16)에 접착시킴으로써, 또한 프로브 및 로드의 인접 단부를 피라미드 형태로 연마함으로써 제조되었으므로 유리/AlGaAs 인터페이스의 크기는 적절하다. 샘플링 측정에서 사용될 현미경의 시각제한(visual limitation)에 의해 한정된 프로브의 크기가 상기 인더페이스의 적절한 크기가 된다. 즉, AlGaAs 크리스탈 및 지지 로드의 인접 절단면은 모두 샘플링 빔이 제 1 도에 도시된 바와 같이 지나갈 경우 시야(field of view)내에 있어야 한다. 20x 대물 렌즈(Mituoyo ULWD)의 경우, 인터페이스는 약 200㎛ 또는 그 이하이다. GaAs 기판은 유리 지지 로드에 부착된 얇은 AlGaAs 층으로부터 에칭되어 제거된다. 이러한 기법으로는 통상의 연마에 의한 것보다 인터페이스 평탄성(planarity)이 좋은 보다 얇은 크리스탈 웨이퍼를 만들 수 있다. 편평한 하부 요소는 프로브가 샘플링시 간섭적으로 정럴되게 한다. 단일 줄무늬 순서의 평행 상태는 상례적으로 (routinely) 이루어진다. 이러한 제조 기법에 의하면 고반사 피막을 필요로 하지 않는 내부 전반사 프로브 기하 구조를 만들 수 있다.
전극 기하 구조는 5㎛의 선로와 간격을 갖는 코플래너 스트립 전송 라인 (coplanar strip transmission line)이다. TIR 기하 구조는 타임 왼도우 내에서 패드(pad)들과 접촉하지 않는 간단한 다중 라인 시스템으로 구성된다. 프로브(15)는 약 1ps FWHM의 전기적 펄스를 생성하는 LT-GaAs 기판 상의 샘플링에 사용되었다. 피라미드의 절단면에 인가되는 샘플링 빔(17)은 크리스탈 프로브(15) 내의 한 포인트로 향하고 현미경 대물 렌즈(21)를 향해 반사된다. 이러한 실시예에서 여기 빔(32')은 제 6 도에 점선으로 도시한 바와 같이 향하게 되고 샘플링 빔과 대략 동일한 포인트에서 충돌한다. 제 2 도는 측정된 결과를 도시한 도면이다. 제 2 도에서 그래프가 거의 선형인 상승 시간(10-90%)은 약 400fs이다.
제 3 도에는 다른 지지 프로브(14)를 도시한다. 이 예에서 크리스탈 프로브 (15)의 자유 표면(free surface)은 로드(16) 상에서 지지되고 고반사율(High-Reflectivity:HR) 피막(18)으로 피복된다. 그러나, 지지 로드 측면과 크리스탈 프로브는 일정 형태로 될 필요는 없다. 이런 예에서 여기 빔(32')은 제 1 도에서와 같이 크리스탈을 통과할 필요는 없지만 회로의 다른 부분을 향하게 될 수 있다.
제 4 도에는 프리-스탠딩 프로브(15)를 갖는 장치를 도시한다. 프로브는 두께가 대략 7㎛인데, 프로브 상부에는 반 반사율(Anti-Reflectivity:AR) 피막(33)이 제공되며 프로브 하부에는 고 반사율(HR) 피막(18)이 제공된다. 이러한 장치에서, 샘플링 빔은 HR 피막으로부터 반사된다. 여기 빔(32')(도시하지 않음)은 광 빔 직경의 2-3배 만큼 샘플링 빔(17)으로부터 떨어져 있어 대략 15㎛의 전파 거리가 생긴다.
이러한 프로브는 GaAs 기판 웨이퍼 상에 제 1 도에 도시한 프로브의 성장과 동일한 방법으로 AlGaAs 막을 성장시킴으로써 생성된다. 그러나 여기서, AlGaAs막의 상부 표면은 AR 피복되고, 기판은 차별적 에칭에 의해 화학적으로 제거되어 넓은 영역(약 1㎠)의 프리-스탠딩 막을 생성한다. HR 피막(18)은 AR 피막된 측면의 반대쪽 막의 측면인 AlGaAs 막의 뒷면에 형성된다. 만약 사용된 특정 HR 피막이 고 반사율을 발생하지 않으면, 샘플링시 AU 전극이 부가적인 미러(mirror)로서 사용될 수 있을 것이다. 이것은 단지 샘플링 빔(17)이 전극(12)의 표면 위에 있도록 프로브를 이동시킴으로써 이루어질 수 있다. 프리-스탠딩 막 측정의 경우, 5㎛ 갭을 갖는 인-라인 광전도 스위치(in-line photoconductive switch)는 측면 샘플링 게이트(side sampling gate)로부터 1OO㎛ 떨어져 위치되어 있다. 측면 샘플링 게이트는 제 4 도에 도시한 제 3 전극인데, 이 구성에서는 접지되어 있다. 이것은 코플래너 전송 라인이 샘플링 위치에서 3-라인 시스템인 것처럼 보이게 한다.
첨부한 표 1은 AlGaAs의 물리적 상수와, 고속 전기 광학 샘플링의 경우 전형적으로 사용되는 다른 프로브 물질(LiTaO3및 GaAs)의 물리적 상수를 비교해서 나타낸 것이다. 반사장 전압 감도 뿐만 아니라 LiTaO3의 유전상수가 매우 크기 때문에 크리스탈 내부에서의 어떤 중요한 전파 거리에 대해 대신호 분산(large signal dispersion)이 일어난다. GaAs는 LiTaO3보다 우수한 전압 감도를 갖지만 대부분의 펨토초 레이저 시스템(GaAs의 밴드 에지는 850nm보다 더 큼)과 함께 사용될 수는 없다. AlGaAs 프로브는 합리적인 전기 광학 계수를 제공하지만, LiTaO3또는 GaAs보다 작은 유전 상수를 갖는다. 이러한 동작을 하는데 사용되는 프로브는 순수 AlAs에서 일어나는 산화를 극소화시키기 위한 AlGaAs(Al 함유량이 80%)이다. 이러한 Al 함유량에서, 광학적 여기는 간접적으로 발생한다. AlGaAs의 경우 굴정율 n(λ=620nm)은 약 3.4이다. 정적 유전 상수(static dielectric constant) εS는, GaAs의 경우 약 13.18이고, AlAs의 경우 10.06이다. 또한, AlXGa1-XAs의 경우에는 GaAs와 AlAs 사이의 선형 보간(linear interpolation)에 의해 제공된다.
εS= 13.18 - 3.12x .........(1)
(x=0.8)일 경우, εS=10.68이다. LiTaO3프로브와 비교해 보면, 새로운 프로브는 5-100배 더 얇고, 대응하는 유전 상수(LiTaO3의 경우 εO=43)는 4배 이상 더 작다. 작은 선로의 경우 전계는 라인 간격과 비슷하게 지수적으로 감소하므로 얇은 프로브가 두꺼운 프로브보다 훨씬 낮은 감도를 갖는 것은 아님을 주목할 필요가 있다.
이러한 프로브는 궁극적인 대역폭을 추정하기 위해 표 1에 도시된 관련 공진주파수를 비교해야 한다. LiTaO3는 6.3THz에서 진동성 공진(vibrationalresonance)을 가지며 x=0.8인 경우의 AlXGa1-XAs는 하기의 식 (2)에서 트랜스버스 광학 포논(transverse optical(TO) phonon)(AlAs 형)을 갖는다.
44.63 + 0.55x -0.3x2(meV) ..........(2)
여기서, x는 A1의 조성비이다. A1이 80% 일 경우, TO 포논은 45.26 meV 또는 10.86THz이다. GaAs에서 대응하는 TO 포논은 8.032THz이다. 반파장 전압 Vunitπ는 π라디안만큼 신호를 지연시키기 위해 소정의 변조기에 인가되어야 하는 단위 길이당 전압이며 다음과 같은 형태로 표현될 수 있다.
여기서, n은 굴절률, rij는 적절한 전기 광학 텐서 요소(electro-optic tensor element), λ는 자유 공간 광 파장이다. 식(3)은 표 1에서 3 가지 물질 모두에 대해 계산된다. 0.9㎛에서 GaAs의 전기 광학 계수에 대한 값을 사용하면 AlGaAs는 등가적인 LiTaO3변조기보다 1O배 낮은 감도를 가질 것으로 예상된다. 그러나, Al이 80%인 AlGaAs 크리스탈의 경우 그 동작 파장(0.62 대 1.0㎛)이 더 짧아지므로, AlGaAs는 등가 GaAs 변조기보다 거의 2 배 높은 감도를 갖는다. 종합 편광 변화가 변조기 길이의 함수일 경우 크리스탈 내부에서 전파 거리가 보다 더 짧아지면 얇은 크리스탈의 경우보다 전체적으로 더 낮은 감도를 갖게 된다. 고주파 검출 기법은 이들 검출기들을 샘플링에 응용할 경우 중요한 문제가 될 정도로 낮은 감도를 갖게 한다. 동일한 계산 및 고려 사항이 Al 함유량이 0.8이 아닌 AlGaAs 크리스탈 프로브에 대해서도 적용될 수 있다.
당업자라면, 본 발명에 대한 부가적인 이점 및 변형이 용이하게 이루어질 수 있음을 알 것이다. 따라서, 더 넓은 관점에서의 본 발명은, 도시되고 기술된 특정 세부사항, 대표적인 장치 및 예시된 예로 제한되는 것이 아니다. 따라서, 첨부된 특허청구범위 등에 의해 규정되는 전반적인 본 발명의 개념의 정신 또는 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수 있다.
[표 1]

Claims (15)

  1. (2회 정정) 종방향 전기 광학 효과(longitudinal electro-opic effect)를 나타내는 크리스탈을 포함하는 전자 회로 및 광-전자(opto-electronic) 회로의 전기광학 샘플링에서 사용하기 위한 전기 광학 프로브(electro-optic probe)에 있어서, 상기 크리스탈은 AlXGa1-XAs를 포함하는 박막이며, 여기서 X는 상기 전기 광학 샘플링에서 사용되는 레이저 소스에 대해 충분한 투명도(transparency)를 갖도록 선택되고, 상기 크리스탈은 (11O) GaAs 기판 상에 성장되며, 상기 GaAs 기판은 상기 크리스탈로부터 제거되고, 상기 박막의 두께 t는 5 ＜ t ＜ 27 ㎛인 전기 광학 프로브.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 박막의 두께는 상기 레이저 소스의 레이저 펄스폭에 비해 얇게 선택되는 전기 광학 프로브.
  3. (2회 정정) 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 소스는 레이저 펄스폭이 약 30㎛인 CPM 다이 레이저(CPM dye laser)인 전기 광학 프로브.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 프로브는 지지 막대(support bar)의 단부에 부착되는 지지 프로브인 전기 광학 프로브.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 지지 막대의 단부와 상기 프로브 크리스탈은 절단된 피라미드 (truncated pyramid) 형태인 전기 광학 프로브.
  6. (2회 정정) 제 5 항에 있어서, 상기 절단된 피라미드의 영역은 200㎛ 또는 그 미만인 전기 광학 프로브.
  7. (2회 정정) 제 5 항에 있어서, 상기 피라미드의 벽은 상기 지지 프로브의 중심축에 대해 약 30°의 각도로 경사져 있는 전기 광학 프로브.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 프로브 크리스탈의 자유 표면은 고반사 피막(high-reflecting coating)으로 피복되는 전기 광학 프로브.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 프로브 크리스탈은 프리-스탠딩 프로브(free-standing probe)인 전기 광학 프로브.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로브 크리스탈은 상기 박막의 대향 평면 표면 상에 반반사 피막(anti-reflective coating)과 고반사 피막을 구비하며 상기 고반사 피막은 전기 광학적으로 샘플링될 회로와 접하게 되는 표면 상에 피복되는 전기 광학 프로브.
  11. (2회 정정) 전자 회로 및 광-전자 회로의 전기 광학 샘플링에 사용하기 위한 전기 광학 프로브를 제조하는 방법에 있어서, AlXGa1-XAs(AlGaAs)의 층을 (11O) GaAs 기판 위에 성장시키는 단계- 상기 X는 레이저 소스의 레이저 펄스폭에 비해 얇게 되도록 선택된 두께의 전기 광학 샘플링에서 사용되는 레이저 소스에 대한 투명도에 따라 선택되며, 상기 층의 두께 t는 5＜ t ＜ 27 ㎛임- 와, 상기 층으로부터 상기 GaAs 기판을 제거하는 단계를 포함하는 전기 광학 프로브 제조 방법.
  12. (2회 정정) 제 11 항에 있어서, 상기 레이저 소스는 상기 레이저 펄스폭이 약 30㎛인 CPM 다이 레이저인 전기 광학 프로브 제조 방법.
  13. (2회 정정) 제 11 항에 있어서, 상기 전기 광학 프로브는 지지 프로브이고, 상기 방법은, 상기 층을 지지 로드(support rod)에 투명 접착제로 부착시키는 단계와, 상기 GaAs 기판을 에칭 오프(etching off)시키는 단계와, 상기 지지 로드 및 상기 지지 로드 위의 AlGaAs 웨이퍼의 단부를 피라미드형상으로 형성함으로써, 상기 피라미드의 벽이 상기 지지 프로브의 중심축에 대해약 30°경사지도록 하는 단계를 더 포함하는 전기 광학 프로브 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 전기 광학 프로브는 지지 프로브이고, 상기 방법은, 상기 층을 투명 지지 로드에 부착시키는 단계와, 상기 GaAs 기판을 에칭 오프시키는 단계와, 피복된 표면으로부터 광 감지 빔이 통상적인 입사각으로 반사되게 하는 HR 피막을 자유 표면(free surface) 상에 증착시키는 단계를 더 포함하는 전기 광학 프로브 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 전기 광학 프로브는 프리-스탠딩 프로브로서, 상기 프리-스탠딩 프로브는, 상기 GaAs 층을 제거하기 전에, 반반사(AR) 층을 상기 크리스탈 AlGaAs 층의 자유 표면 위에 증착시키는 것과, 상기 GaAs 층을 제거한 후에, 고반사(HR) 층으로 AlGaAs 층의 새로운 자유 표면을 피복하는 것을 전기 광학 프로브 제조 방법.
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