KR100361036B1 - 무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치 - Google Patents

무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 얇은 반도체 시료가 깨지지 않도록 마운팅(mounting) 기술을 이용하여 반도체 광소자의 전,후 단면에 무반사 코딩을 하도록 하는 무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 무반사 코팅시 시료 깨짐을 방지하기 위한 마운팅 기술을 이용하는 시료 홀더 장치에 있어서, 제 1스테인레스(10) 상에는 스페이서(20)와, 고정판(30)과, 제 2스테인레스(40)가 순차적으로 적층되되, 각 홀(50a)을 통하여 상기 제 2스테인레스(40)으로부터 상기 제 1스테인레스(10)까지 도달되도록 홀더결합수단(50)에 의해 체결되고, 각 홀(55a)을 통하여 상기 제 2스테인레스(40)으로부터 상기 고정판(30)까지 도달되도록 시료고정수단(55)에 의해 체결되며, 상기 고정판(30)과 상기 제 1스테인레스(10) 사이에 놓여지는 위치에 스페이서(20)와 수평으로 레이저바(60)가 연장되어 설치되도록 구성되어, 상기 제 2스테인레스(40)의 면적 크기를 상기 제 1스테인레스(10)의 면적 크기 보다 작게 설계함으로서 무반사 코팅시 레이저바(60)에 가해지는 힘의 세기를 분산시키도록 하는 것을 특징으로 하는 무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치가 제시된다.

Description

무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치{Sample holder apparatus of semicondutor optical devices chip for antireflection coatings}
본 발명은 광정보 처리용으로 이용되는 반도체 광소자에 관한 것으로, 특히 얇은 시료가 깨지지 않도록 마운팅(mounting) 기술을 이용하여 반도체 광소자의 전,후 단면에 무반사 코딩을 하도록 하는 무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치에 관한 것이다.
최근 전광소자(optoelectronic devices)의 많은 응용분야에서 사용되어 지고 있는 무반사 코팅(anti-reflection coating) 기술은 고도의 테크닉이 요구된다. 이러한 기술은 반도체 레이저 분야에서 레이징 진동(lasing oscillation)을 방지하지 위해 레이저 양단면에 반사율을 최소화함으로써 광증폭기로 이용되고 있다.
또한, 한쪽 단면에만 사용되는 무반사 코팅 기술은 고출력의 발광 다이오드(LED)를 제조할 때에도 사용되고 있다. 피코(pico) 초의 아주 짧은 광펄스를 발생시키기 위한 반도체 레이저의 모드잠금(mode-locking)은 레이저의 한쪽 단면 위에 무반사 코팅을 한 후 외부진공기에 연결함으로써 얻어지게 된다. 이러한 외부공진기의 레이저는 좁은 광선폭을 얻는데 이용되고 있으며, 가변파장을 만들 수 있게 된다.
상기와 같이 외부공진기 레이저의 좋은 특성을 얻기 위해서는 무반사 코딩된 단면의 반사율이 0.5% 이하가 되어야 하고, 광증폭기의 조건들은 더욱 엄격해서 레이징 없이 넓은 스펙트럼이 일정한 이득을 얻기 위해서는 0.1% 이하의 반사율이 요구된다. 그런 낮은 반사율을 얻기 위해서는 광굴절률과 필름두께의 정확한 조절이 요구된다.
이와 같은 무반사 코팅 기술은 최적의 굴절률을 실험적으로 얻기 위한 연구로서 [T.Saitoh, T.Mukai, and O.Mikami, IEEE J.Lightwave Technol. LT-3, 288(1985)]에 제시되어 있으며, 코팅된 필름 두께를 정확하게 측정하고 조절하는 광학적 인-시튜(in-situ) 모니터링 기법도 [M.Serenyi and H.-U.Habermeier, IEEE J.Lightwave Technol. Appl. Opt. 26(5), p.p 845-849(1987)]에 제시되어 있으며,전기적 인-시튜(in-situ) 모니터링 기법도 [J.Landreau and H.Nakajima, Appl. Phys. Lett. 56(24), p.p 2376-2378, 11 June 1990]에 제시되어 집중적으로 연구되어지고 있다.
상기와 같이 무반사 코팅 기술의 접근 방법이 여러 가지로 제시되어 있으나 종래의 무반사 코팅 기술은 약 100μm 두께의 얇은 시료가 깨지지 않도록 하기 위해 두 개의 판 사이에 시료를 마운팅하여 무반사 코팅을 하게 된다.
그러나, 상기와 같은 무반사 코팅 방법으로는 다음과 같은 문제점을 초래하게 된다.
첫째, 시료가 깨지지 않도록 하기 위해 유리 위에 왁스와 같은 부드러운 물질들을 코팅한 후 두 장의 유리판 사이에 시료를 끼워 넣고 묶는 방법을 이용하게 되는데 이러한 방법은 왁스의 두께가 다르기 때문에 시료의 단면을 수직으로 맞추기 어려울 뿐만 아니라 시료 기판이 오염되는 문제점이 발생된다.
둘째, 시료기판의 오염문제는 무반사 코팅을 한 후 클리닝함으로서 해결될 수 있으나 반복적으로 사용하기 어렵고, 클리닝시 얇은 시료가 깨질 수 있으므로 고도의 주의가 필요하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 무반사 코팅시 시료의 파손을 방지함으로서 장기적으로 안정되고 동일한 조건에 의해 마운팅 기술을 구현하도록 하는 무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치를 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은
무반사 코팅시 시료 깨짐을 방지하기 위한 마운팅 기술을 이용하는 시료 홀더 장치에 있어서,
제 1스테인레스(10) 상에는 스페이서(20)와, 고정판(30)과, 제 2스테인레스(40)가 순차적으로 적층되되,
각 홀(50a)을 통하여 상기 제 2스테인레스(40)으로부터 상기 제 1스테인레스(10)까지 도달되도록 홀더결합수단(50)에 의해 체결되고,
각 홀(55a)을 통하여 상기 제 2스테인레스(40)으로부터 상기 고정판(30)까지 도달되도록 시료고정수단(55)에 의해 체결되며,
상기 고정판(30)과 상기 제 1스테인레스(10) 사이에 놓여지는 위치에 스페이서(20)와 수평으로 레이저바(60)가 연장되어 설치되도록 구성되어,
상기 제 2스테인레스(40)의 면적 크기를 상기 제 1스테인레스(10)의 면적 크기 보다 작게 설계함으로서 무반사 코팅시 레이저바(60)에 가해지는 힘의 세기를 분산시키도록 하는 것을 특징으로 하는 무반사 코팅을 이용한 반도체 광소자 칩의 시더 홀더 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 광소자의 시료 홀더 구조를 도시한 분해도
도 2는 본 발명에 따른 반도체 광소자의 시료 홀더 구조를 도시한 측단면도
도 3은 본 발명에 따른 반도체 광소자의 시료 홀더 구조를 도시한 정면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제 1스테인레스 20 : 스페이서
30 : 고정판 40 : 제 2스테인레스
50 : 홀더결합수단 55 : 시료결합수단
50a 55a : 홀 60 : 레이저바
이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 광소자의 시료 홀더 구조를 도시한 분해도이다.
도 1은 시료 홀더(holder)의 분해도로서 제 1스테인레스(10) 상에는 스페이서(20)와, 고정판(30)과, 제 2스테인레스(40)가 순차적으로 적층되어 있으며, 각 홀(50a, 55a)을 통하여 제 2스테인레스(40)으로부터 제 1스테인레스(10)까지 또는 제 2스테인레스(40)으로부터 고정판(30)에 까지 도달하도록 형성된 홀더결합수단(50)과 시료고정수단(55)에 의해 체결되어 있다.
홀더결합수단(50)은 시료 홀더의 일 측면 상에 일정 간격으로 예컨대 Φ2.6 크기의 큰 나사로 형성되어, 각 홀(50a)을 통하여 제 1스테인레스(10)의 일정 깊이까지 도달하도록 체결되어 있다.
시료고정수단(55)은 시료 홀더의 타 측면 상에 일정 간격으로 예컨대 Φ1.2 크기의 작은 나사로 형성되어, 각 홀(55a)을 통하여 고정판(30)까지 도달하도록 체결되어 있다.
스페이서(20) 및 고정판(30)은 시료를 움직이지 않게 고정시켜 주는 역할을 하며, 강철판의 재질로서 가공되어 얇은 시료에 직접적인 스트레스를 줄이기 위해 예컨대 200μm 정도 두께로 각각 형성되어 있다.
이 때, 강철판 재질의 스페이서(20) 및 고정판(30) 가공은 샤링을 한 후 단면을 내기위해 밀링 방법을 사용하게 되면 강철판이 휘게 되므로 이를 방지하기 위해 본 발명에서는 강철판이 휘지 않도록 아크방전을 이용하여 가공한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 광소자의 시료 홀더 구조를 도시한 측단면도이다.
도 2는 시료 홀더의 측면도로서 스페이서(20)와 고정판(30) 및 레이저바(60)를 매개체로 제 2스테인레스(40)으로부터 홀더결합수단(50)과 시료고정수단(55)에 의해 각 홀(50a, 55a)을 통하여 제 1스테인레스(10) 또는 고정판(30)까지 도달되어 체결된 상태를 나타내고 있다.
스페이서(20)의 면적 크기는 무반사 코팅을 위한 레이저바(60)를 넣기 위해 고정판(30)의 면적 크기 보다 작게 설계되어 있다. 그리고, 제 2스테인레스(40)의 면적 크기는 제 1스테인레스(10)의 면적 크기 보다 같게하거나 혹은 작게 설계함으로서 레이저바(60)에 가해지는 힘의 세기를 분산시켜 최소화함으로서 레이저바(60)의 깨짐을 방지할 수 있다.
레이저바(laser bar,60)는 고정판(30)과 제 1스테인레스(10) 사이에 놓여지는 스페이서(20)와 수평으로 연장되어 설치된다. 투입된 레이저바(60)는 시료고정수단(55)에 의해 고정판(30)을 균형있게 누름으로서 고정된다.
이 때, 100 ∼150μm 두께 정도의 시료, 즉 레이저바(60)를 예컨대 100℃ 이하의 온도에서 무반사 코팅을 하기 위해 제 1 및 제 2스테인레스(10, 40)에는 열전도도가 큰 구리(Cu)를 사용하고, 스페이서(20)와 고정판(30)에는 금(Au), 백금(Pt), 인듐(In) 등과 같은 열전도도가 큰 물질 중의 하나를 선택하여 도금함으로서 무반사 코팅시 냉각 효과를 극대화할 수 있다.
즉, 시료 홀더를 냉각수가 흐르는 장치에 부착함으로서 무반사 코팅시 80℃ ∼ 100℃ 온도범위에서 레이저바(60)의 온도를 낮출 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 광소자의 시료 홀더 구조를 도시한 정면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 시료 홀더는 이빔(E-beam) 증착기의 챔버내에서 시료 홀더를 고정시키기 위해 원형판(80) 상에 부착되며, 시료 홀더의 상,하 부분에는 시료 홀더를 원형판(80)에 지지하기 위해 보조지지대(90)가 각각 설치되어 있다.
이 때, 시료 홀더를 원형판(80)에 부착시키는 방법은 시료 홀더 상에 결합수단(95) 예컨대, 큰 나사를 다수개 이용하여 부착할 수 있으며, 다른 방법을 이용하여 시료 홀더의 원형판(80)을 부착시켜도 무방하다.
따라서, 상기와 같은 시료 홀더 장치를 이용함으로서 마운팅 기술을 이용하여 무반사 코팅시 얇은 두께의 시료를 깨지지 않도록 방지할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 특정의 바람직한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하게 이루어질 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 광소자의 입,출력 단면의 반사율을 줄이기 위해 단면에 무반사 코팅을 할 경우 얇은 두께의 시료를 깨지지 않도록 마운팅할 수 있으므로서 다음과 같은 이점이 있다.
첫째, 시료를 마운팅하기 위한 시료 홀더의 상,하 기판의 면적 크기를 같게 하거나 다르게 설계함으로서 시료에 가해지는 힘의 세기를 분산시킬 수 있으므로 시료의 깨짐을 방지할 수 있다.
둘째, 시료의 깨짐을 방지하기 위해 사용해야 했던 왁스와 같은 물질의 코팅을 생략함으로서 그에 따라 발생되는 시료 기판의 오염 현상을 방지할 뿐만 아니라 시료의 단면을 수직으로 용이하게 증착시킬 수 있다.
셋째, 시료 기판의 오염 현상을 방지함으로써 마운팅 기술을 안정되고 동일한 조건에서 장기적으로 구현할 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 무반사 코팅시 시료 깨짐을 방지하기 위한 마운팅 기술을 이용하는 시료 홀더 장치에 있어서,
    제 1스테인레스(10) 상에는 스페이서(20)와, 고정판(30)과, 제 2스테인레스(40)가 순차적으로 적층되되,
    각 홀(50a)을 통하여 상기 제 2스테인레스(40)으로부터 상기 제 1스테인레스(10)까지 도달되도록 홀더결합수단(50)에 의해 체결되고,
    각 홀(55a)을 통하여 상기 제 2스테인레스(40)으로부터 상기 고정판(30)까지 도달되도록 시료고정수단(55)에 의해 체결되며,
    상기 고정판(30)과 상기 제 1스테인레스(10) 사이에 놓여지는 위치에 스페이서(20)와 수평으로 레이저바(60)가 연장되어 설치되도록 구성되어,
    상기 제 2스테인레스(40)의 면적 크기를 상기 제 1스테인레스(10)의 면적 크기 보다 작게 설계함으로서 무반사 코팅시 레이저바(60)에 가해지는 힘의 세기를 분산시키도록 하는 것을 특징으로 하는 무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 시료 홀더에 이용되는 시료는 100 ∼150μm 두께 정도로 설계되어진 것을 특징으로 하는 무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 시료 홀더에 이용되는 재료는 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 인듐(In) 등과 유사한 열전도가 큰 물질 중의 어느 하나가 선택되어 이루어진 것을 특징으로 하는 무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 시료 홀더를 냉각수가 흐르는 장치에 부착하여 무반사 코팅할 경우 시료의 온도 범위를 80℃ ∼ 100℃ 에서 실시하는 것을 특징으로 하는 무반사 코팅을 위한 반도체 광소자 칩의 시료 홀더 장치.
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