KR101860020B1 - Method of controlling bandgap of quantum well using wet thermal oxidation - Google Patents
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Abstract
양자 우물(quantum well)의 밴드갭(bandgap) 제어 방법은, 갈륨비소(GaAs)층 및 인듐갈륨비소(InGaAs)층을 포함하는 양자 우물 구조상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막 상에 유전체 박막을 형성하는 단계; 및 상기 유전체 박막을 형성하는 단계 후에, 상기 양자 우물 구조, 상기 산화막 및 상기 유전체 박막을 열처리하는 단계를 포함한다. 상기 양자 우물의 밴드갭 제어 방법에서는, 산화막 위에서 양자 우물 혼합(quantum well intermixing)을 위한 유전체의 증착 및 열처리가 수행되므로, 실리콘(Si) 불순물이 생성되거나 양자 우물에 응력이 가해지는 기존의 문제를 해결할 수 있으며, 산화막 생성 온도를 변화시키는 것에 의하여 밴드갭의 변화 정도를 조절할 수 있다. A method of controlling a bandgap of a quantum well includes forming an oxide film on a quantum well structure including a gallium arsenide (GaAs) layer and an indium gallium arsenide (InGaAs) layer; Forming a dielectric thin film on the oxide film; And heat treating the quantum well structure, the oxide film, and the dielectric thin film after forming the dielectric thin film. In the method of controlling the bandgap of the quantum well, since the dielectric is deposited and heat-treated for quantum well intermixing on the oxide layer, a silicon (Si) impurity is generated or a stress is applied to the quantum well And the degree of change of the bandgap can be controlled by changing the oxide film forming temperature.
Description
실시예들은 양자 우물(quantum well)의 밴드갭(bandgap) 제어 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는, 열적 습식 산화 공법을 이용해 양자 우물 구조 위에 산화막을 만들고 산화막 위에서 유전체를 열처리하여 양자 우물 혼합(quantum well intermixing)을 일으키는 기술에 대한 것이다. Embodiments relate to a method of controlling a bandgap of a quantum well and more particularly to a method of controlling a bandgap of a quantum well by forming an oxide film on a quantum well structure using a thermal wet oxidation method and annealing the dielectric on the oxide film, well intermixing.
최근, 고출력 반도체 레이저가 재료 가공, 광학 섬유 통신, 의료 분야 등 여러 분야에 걸쳐 각광받고 있다. 특히, 광섬유 레이저 펌핑을 위해서는 고휘도의 고출력 반도체 레이저가 필요하다. 그러나 고출력 반도체 레이저는 거울 면에서 비방사 흡수에 의한 열 발생이 불안정한 레이저 작동과 효율 저하를 일으키는 어려움이 있다. 따라서 이러한 현상을 막기 위해 비흡수 거울 면을 만드는 기술이 연구되고 있다. In recent years, high power semiconductor lasers have attracted attention in various fields such as material processing, optical fiber communication, and medical field. In particular, a high-power, high-output semiconductor laser is required for optical fiber laser pumping. However, high-power semiconductor lasers have difficulty in causing laser operation with unstable heat generation due to absorption of non-radiation from the mirror surface and deterioration of efficiency. Therefore, a technique of making a non-absorbing mirror surface to prevent this phenomenon is being studied.
거울 면을 만드는 기술에는 거울 면을 식각 후 재성장하는 방법과 양자 우물 혼합(quantum well intermixing) 방법이 있으나, 재성장하는 방법은 과정이 복잡하므로 양자 우물 혼합 방법이 더욱 활발하게 연구되고 있다. 양자 우물 혼합은 재성장 및 여러 단계의 식각 과정 없이 한번의 결정 성장 후 간단한 후공정만으로 밴드갭(bandgap)과 굴절률을 조정하는 것인데, 양자 우물과 장벽(barrier)을 구성하는 원소들이 높은 온도에서 상호 확산되는 현상을 이용한다. Techniques for making the mirror surface include a method of re-growing the mirror surface, and a method of quantum well intermixing. However, since the process of re-growing is complicated, quantum well mixing methods are being actively studied. The quantum well mixing is to regulate the bandgap and the refractive index by a simple post-process after one crystal growth without re-growth and several stages of etching process. The quantum wells and barrier constituent elements are mutually diffused .
양자 우물 혼합 방법에는 불순물을 주입하는 방법, 불순물이 아닌 공격자점(vacancy)을 주입하는 방법, 이온을 주입하는 방법, 플라즈마를 이용하는 방법 및 레이저를 이용하는 방법 등이 있다. 이들 중 불순물이 아닌 공격자점을 주입하는 방법이 가장 간편한 방법으로 많이 연구되고 있다. 이 방법은, 반도체 레이저 소자상에 실리콘 산화물(SiO2)이나 실리콘 질화물(SiNx)과 같은 유전체를 증착 후 열처리를 하면, 유전체에 의해 반도체 레이저의 상위 층에 공격자점이 생겨서 그 격자점들이 열처리 도중 확산되면서 양자 우물 혼합이 일어나는 원리를 이용한다. Methods for mixing quantum wells include a method of implanting impurities, a method of injecting vacancies rather than impurities, a method of implanting ions, a method of using plasma, and a method of using a laser. Among them, a method of injecting an attacker point rather than an impurity is being studied in the most convenient way. In this method, when a dielectric such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x ) is deposited on a semiconductor laser element and heat treatment is performed, an attacker point is formed in the upper layer of the semiconductor laser by the dielectric, The principle of quantum well mixing takes place.
그러나, 종래의 양자 우물 혼합 방법은 반도체 층 상에 실리콘 산화물(SiO2) 유전체를 사용할 경우 실리콘(Si)이 불순물로 작용하는 문제와, 실리콘 질화물(SiNx) 유전체를 사용할 경우 상당한 응력이 가해지는 어려움이 있었다.However, the conventional quantum well mixing method is disadvantageous in that silicon (Si) acts as an impurity when a silicon oxide (SiO 2 ) dielectric is used on a semiconductor layer and that a considerable stress is applied when using a silicon nitride (SiN x ) There was difficulty.
본 발명의 일 측면에 따르면, 열적 습식 산화 공법을 이용해 양자 우물(quantum well) 구조 위에 산화막을 만들고, 산화막 위에서 유전체의 증착 및 열처리를 수행함으로써 종래의 문제점들을 해결하고 양자 우물의 밴드갭(bandgap)을 제어하는 방법을 제공할 수 있다. According to one aspect of the present invention, an oxide film is formed on a quantum well structure using a thermal wet oxidation method, a dielectric is deposited on the oxide film, and a heat treatment is performed on the oxide film, Can be provided.
일 실시예에 따른 양자 우물(quantum well)의 밴드갭(bandgap) 제어 방법은, 갈륨비소(GaAs)층 및 인듐갈륨비소(InGaAs)층을 포함하는 양자 우물 구조상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막 상에 유전체 박막을 형성하는 단계; 및 상기 유전체 박막을 형성하는 단계 후에, 상기 양자 우물 구조, 상기 산화막 및 상기 유전체 박막을 열처리하는 단계를 포함한다.A method of controlling a bandgap of a quantum well according to an embodiment includes forming an oxide film on a quantum well structure including a gallium arsenide (GaAs) layer and an indium gallium arsenide (InGaAs) layer; Forming a dielectric thin film on the oxide film; And heat treating the quantum well structure, the oxide film, and the dielectric thin film after forming the dielectric thin film.
일 실시예에서, 상기 산화막을 형성하는 단계는, 달성하고자 하는 밴드갭 변화 정도에 기초하여 산화막의 생성 온도를 변화시키는 단계를 포함한다.In one embodiment, the step of forming the oxide film includes a step of changing the generation temperature of the oxide film based on the degree of band gap change to be achieved.
일 실시예에서, 상기 산화막을 형성하는 단계는, 상기 양자 우물 구조를 열적 습식 산화 공법에 의해 산화시키는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 열적 습식 산화 공법에 의해 산화시키는 단계는 400℃ 내지 550℃의 반응 온도에서 수행된다. 또한 일 실시예에서, 상기 열적 습식 산화 공법에 의해 산화시키는 단계는 질소(N2) 분위기에서 수행된다. In one embodiment, the step of forming the oxide film includes a step of oxidizing the quantum well structure by a thermal wet oxidation method. In one embodiment, the step of oxidizing by the thermal wet oxidation method is carried out at a reaction temperature of 400 ° C to 550 ° C. Also, in one embodiment, the step of oxidizing by the thermal wet oxidation method is performed in a nitrogen (N 2 ) atmosphere.
일 실시예에서, 상기 유전체 박막을 형성하는 단계는, 플라즈마 이용 화학기상증착을 이용하여 상기 산화막상에 유전체를 증착하는 단계를 포함한다. In one embodiment, the step of forming the dielectric film comprises depositing a dielectric on the oxide film using plasma-assisted chemical vapor deposition.
일 실시예에서, 상기 열처리하는 단계는, 상기 양자 우물 구조, 상기 산화막 및 상기 유전체 박막을 퍼니스(furnace) 내에서 가열하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the heat treatment step includes heating the quantum well structure, the oxide film, and the dielectric thin film in a furnace.
일 실시예에 따른 양자 우물의 밴드갭 제어 방법은, 상기 열처리하는 단계 후에, 상기 유전체 박막을 제거하는 단계를 더 포함한다.The method of controlling a bandgap of a quantum well according to an embodiment further includes removing the dielectric thin film after the heat treatment.
본 발명의 일 측면에 따른 양자 우물(quantum well)의 밴드갭(bandgap) 제어 방법을 이용하면, 양자 우물 구조 위에 산화막을 만들고 산화막 위에서 유전체의 증착 및 열처리가 수행되므로, 산화물(SiO2) 유전체를 사용할 경우 실리콘(Si)이 불순물로 작용하며 실리콘 질화물(SiNx) 유전체를 사용할 경우 응력이 가해졌던 종래의 문제점을 해결할 수 있고, 반도체 광소자(예컨대, 고출력 레이저 다이오드)의 윈도우 영역 등에 적용되어 긴 수명을 가능하게 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 상기 양자 우물의 밴드갭 제어 방법을 이용하면 산화막 생성 온도를 변화시키는 것에 의하여 밴드갭의 변화 정도를 조절할 수 있다. According to one aspect of the present invention, by using a bandgap control method of a quantum well, an oxide film is formed on a quantum well structure and dielectric deposition and heat treatment are performed on the oxide film, so that an oxide (SiO 2 ) Silicon (SiN x ) dielectrics can be used to solve the conventional problem that stress is applied when silicon nitride (SiN x ) dielectric is used, and it can be applied to a window region of a semiconductor optical device (for example, high power laser diode) There is an advantage that life can be made possible. Further, by using the bandgap control method of the quantum well, the degree of change of the bandgap can be controlled by changing the oxide film formation temperature.
도 1은 일 실시예에 사용된 양자 우물(quantum well) 구조의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 양자 우물의 밴드갭(bandgap) 제어 방법의 순서도이다.
도 3은 일 실시예에 따라 양자 우물 구조상에 산화막이 생성되기 전과 후를 각각 촬영한 전자 현미경 사진이다.
도 4는 일 실시예에 따라 밴드갭이 조절된 양자 우물 구조를 가진 반도체 광소자의 형광 스펙트럼(photoluminescence)을 성장 직후의 시료 및 종래의 방법에 의해 열처리한 시료와 비교한 그래프이다.
도 5는 실시예들에 따라 밴드갭이 조절된 양자 우물 구조를 가진 반도체 광소자의 형광 스펙트럼을 산화막의 생성 온도별로 나타낸 그래프이다. Figure 1 is a schematic diagram of a quantum well structure used in one embodiment.
2 is a flowchart of a method of controlling a bandgap of a quantum well according to an embodiment.
3 is an electron microscope photograph taken before and after an oxide film is formed on a quantum well structure according to an embodiment.
FIG. 4 is a graph comparing a photoluminescence of a semiconductor optical device having a quantum well structure with a band gap controlled according to an embodiment to a sample immediately after growth and a sample heat-treated by a conventional method.
FIG. 5 is a graph showing a fluorescence spectrum of a semiconductor optical device having a quantum well structure in which a band gap is controlled according to embodiments, according to an oxide film formation temperature. FIG.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concept of the term appropriately in order to describe its own invention in the best way. The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 1은 일 실시예에 사용된 양자 우물(quantum well) 구조의 개략도이다. 도 1에 도시된 층들은 양자 우물 구조를 구성하는 각 층의 배치 형태를 설명하기 위한 것이며, 실제 각 층의 두께를 반영하는 것이 아니라는 점에 통상의 기술자에게 용이하게 이해될 것이다. Figure 1 is a schematic diagram of a quantum well structure used in one embodiment. It will be readily appreciated by those skilled in the art that the layers shown in FIG. 1 are intended to illustrate the arrangement of layers constituting the quantum well structure and do not actually reflect the thickness of each layer.
도 1을 참조하면, 양자 우물 구조는 기판(100)상에 위치하는 버퍼(buffer)층(10)과, 버퍼층(10)상에 위치하는 양자 우물층(30)과, 양자 우물층(30)을 둘러싸고 위치하는 하나 이상의 클래딩(cladding)층을 포함할 수 있다. 버퍼층(10)은 양자 우물 구조를 포함하는 시료의 결정 품질(crystal quality)을 높이기 위한 것이다. 또한, 클래딩층은 양자 우물 구조를 광도파로로 구성하기 위하여 전반사에 의하여 광을 양자 우물층(30)에 구속하는 역할을 한다. 일 실시예에서, 클래딩층은 버퍼층(10)과 양자 우물층(30) 사이에 위치하는 제1 클래딩층(20)과, 양자 우물층(30)에서 버퍼층(10) 반대편에 위치하는 제2 클래딩층(40)을 포함한다. 1, a quantum well structure includes a
기판(100) 및 버퍼층(10)은 반도체 물질로 이루어지며, 예컨대, 갈륨비소(GaAs)로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 및 제2 클래딩층(20, 40)은 양자 우물층(30)에 비해 굴절률이 큰 물질로 이루어지며, 예컨대, 알루미늄갈륨비소(AlGaAs)(예컨대, Al0 . 3Ga0 . 7As)로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 제1 클래딩층(20)의 두께는 40 nm이며, 제2 클래딩층(40)의 두께는 10 nm이다. The
양자 우물층(30)은 밴드갭(bandgap)이 상대적으로 큰 반도체 장벽(barrier) 사이에 밴드갭이 상대적으로 작은 반도체 우물이 삽입된 형태를 갖는다. 일 실시예에서, 양자 우물층(30)은 갈륨비소(GaAs)층(301, 303) 사이에 인듐갈륨비소(InGaAs)층(302)이 삽입된 구조를 갖는다. 갈륨비소(GaAs)층(301, 303) 각각의 두께는 20 nm일 수 있다. 또한, 양자 우물층(30)은 갈륨비소(GaAs)층(301, 303)과 인듐갈륨비소(InGaAs)층(302)이 복수 회 교대로 삽입된 다중 우물 구조를 가질 수도 있다. The
일 실시예에서, 양자 우물 구조는 제2 클래딩층(40)상에 위치하는 컨택(contact)층(50)을 더 포함한다. 컨택층(50)은 외부 전원 또는 소자와의 전기적 연결을 위한 층으로서, 일 실시예에서 갈륨비소(GaAs)로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 컨택층(50)의 두께는 500 nm이다. In one embodiment, the quantum well structure further includes a
도 1에 도시된 것과 같은 양자 우물 구조는 각각의 층(10, 20, 30, 40, 50)을 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy; MBE) 성장 방법에 의하여 증착함으로써 형성될 수 있다. 그러나, 전술한 각 층의 재질, 두께 및 성장 법은 예시적인 것으로서, 본 발명의 실시예들에 사용되기 위한 양자 우물 구조는 도 1에 도시된 것과 상이한 특성을 가질 수도 있다. A quantum well structure such as that shown in FIG. 1 may be formed by depositing each
도 2는 일 실시예에 따른 양자 우물의 밴드갭 제어 방법의 순서도이다. 2 is a flowchart of a method of controlling a bandgap of a quantum well according to an embodiment.
먼저, 위에서 도 1을 참조하여 설명한 것과 같은 양자 우물 구조를 준비할 수 있다(S1). 전술한 것과 같이, 본 실시예의 양자 우물 구조는 갈륨비소(GaAs)층 사이에 인듐갈륨비소(InGaAs)층이 삽입된 구조를 갖는다. First, a quantum well structure as described above with reference to FIG. 1 can be prepared (S1). As described above, the quantum well structure of this embodiment has a structure in which an indium gallium arsenide (InGaAs) layer is interposed between gallium arsenide (GaAs) layers.
다음으로, 열적 습식 산화 공법을 이용하여 양자 우물 구조 위에 산화막을 생성한다(S2). 열적 습식 산화 공법에 의하여, 양자 우물 구조의 최상위층(도 1에 도시된 실시예에서는 갈륨비소(GaAs) 컨택층(50))으로부터 소정의 두께를 가진 산화막이 성장된다. 일 실시예에서, 열적 습식 산화 공법에 의한 산화막의 성장은 질소(N2) 분위기에서 이루어진다. 또한 일 실시예에서, 열적 습식 산화 공법에 의한 산화막의 성장은 400℃ 내지 550℃의 반응 온도에서 이루어진다. 또한 일 실시예에서, 열적 습식 산화 공법에 의한 산화막의 성장은 1시간 동안 이루어진다. Next, an oxide film is formed on the quantum well structure using a thermal wet oxidation method (S2). By the thermal wet oxidation method, an oxide film having a predetermined thickness is grown from the uppermost layer of the quantum well structure (the
다음으로, 단계 S2에서 산화막이 생성된 표면상에 유전체 박막을 증착한다(S3). 유전체 박막은 실리콘 산화물(SiO2)이나 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 플라즈마 이용 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 등에 의하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 유전체 박막의 두께는 30 nm이다. Next, a dielectric thin film is deposited on the surface on which the oxide film is formed in step S2 (S3). The dielectric thin film may be formed of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x ), for example, by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or the like, but is not limited thereto. In one embodiment, the thickness of the dielectric film is 30 nm.
다음으로, 단계 S3에서 유전체 박막이 증착된 시료를 열처리함으로써 양자 우물 혼합이 일어나도록 한다(S4). 열처리는 시료를 퍼니스(furnace) 내에 가열함으로써 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 열처리는 질소(N2) 분위기에서 이루어진다. 또한 일 실시예에서, 열처리는 850℃의 반응 온도에서 약 10분간 이루어진다. 유전체 박막을 증착한 후 열처리를 하면, 유전체에 의해 양자 우물 구조의 상위 층에 공격자점(vacancy)이 생겨서 그 격자점들이 열처리 도중 확산되면서 양자 우물 혼합, 즉, 밴드갭의 변화가 일어난다.Next, in step S3, a quantum well mixing is performed by heat-treating the sample on which the dielectric thin film is deposited (S4). The heat treatment can be performed by heating the sample in a furnace. In one embodiment, heat treatment is performed in a nitrogen (N 2) atmosphere. Also, in one embodiment, the heat treatment is performed at a reaction temperature of 850 DEG C for about 10 minutes. When the dielectric thin film is deposited and annealed, vacancies are formed in the upper layer of the quantum well structure by the dielectric, and the lattice points are diffused during the heat treatment to change the quantum well mixing, that is, the band gap.
상기 열처리 단계 S4 후, 열처리된 시료로부터 유전체 박막을 제거한다(S5). 유전체 박막은 예를 들어 반응성 이온 에칭(reactive ion etching)을 이용해 제거될 수 있다. 이때 반응성 이온 에칭을 위한 반응 기체로는 10 sccm의 유량 및 50 mtorr 압력의 사불화탄소(CF4)가 사용될 수 있으며, 이온화를 위한 전력의 크기는 100 W일 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것으로서, 유전체 박막의 제거에는 다른 반응 조건이나 다른 에칭 방법이 이용될 수도 있다. After the heat treatment step S4, the dielectric thin film is removed from the heat-treated sample (S5). The dielectric thin film may be removed, for example, by reactive ion etching. At this time, as a reactive gas for reactive ion etching, carbon tetrafluoride (CF 4 ) having a flow rate of 10 sccm and a pressure of 50 mtorr can be used, and the electric power for ionization may be 100 W. However, this is illustrative, and other reaction conditions or other etching methods may be used to remove the dielectric thin film.
일 실시예에서는, 유전체 박막을 제거함으로써 완성된 양자 우물 구조의 밴드갭 변화를 확인하기 위하여 형광 스펙트럼(photoluminescence)을 측정한다(S6). 예를 들어, 형광 스펙트럼 측정은 상온에서 532 nm 파장의 레이저를 이용해 수행할 수 있다. 양자 우물 구조는 다양한 반도체 광소자에 적용될 수 있으며, 형광 스펙트럼을 측정함으로써 반도체 광소자의 발광 특성을 확인하고 원하는 발광 특성을 달성하도록 전술한 양자 우물 혼합 과정에 연관된 반응 조건을 조절할 수 있다. In one embodiment, the photoluminescence is measured (S6) to confirm the band gap change of the completed quantum well structure by removing the dielectric thin film. For example, fluorescence spectra measurements can be performed using a laser with a wavelength of 532 nm at room temperature. The quantum well structure can be applied to various semiconductor optical devices, and by measuring the fluorescence spectrum, it is possible to confirm the luminescence characteristics of the semiconductor optical device and to control the reaction conditions associated with the quantum well mixing process described above to achieve the desired luminescence characteristics.
도 3은 일 실시예에 따라 양자 우물 구조상에 산화막이 생성되기 전과 후를 각각 촬영한 전자 현미경 사진이다. 3 is an electron microscope photograph taken before and after an oxide film is formed on a quantum well structure according to an embodiment.
도 3에 도시된 것과 같이, 성장 직후(As grown)의 시료에 비하여 본 실시예에 따라 열적 습식 공정이 수행된 시료(Wet thermal oxidized sample)는 표면에 산화막이 형성되었으며, 생성된 산화막의 두께(t)는 약 15 내지 20 nm였다. As shown in FIG. 3, in the sample (Wet thermal oxidized sample) according to the present embodiment, the oxide film was formed on the surface and the thickness of the oxide film formed t) was about 15 to 20 nm.
도 4는 일 실시예에 따라 밴드갭이 조절된 양자 우물 구조를 가진 반도체 광소자의 형광 스펙트럼을 성장 직후의 시료 및 종래의 방법에 의해 열처리한 시료와 비교한 그래프이다. FIG. 4 is a graph comparing a fluorescence spectrum of a semiconductor optical device having a quantum well structure with a band gap controlled according to an embodiment to a sample immediately after growth and a sample heat-treated by a conventional method.
도 4의 그래프(401)는 성장 직후의 시료의 형광 스펙트럼을 나타내며, 그래프(402)는 종래의 방법에 따라 양자 우물 구조상에 직접 실리콘 질화물(SiNx)을 증착하고 열처리한 시료의 형광 스펙트럼을 나타내고, 그래프(403)는 본 발명의 실시예에 따라 양자 우물 구조상에 산화막의 성장 후 질화물(SiNx)을 증착하고 열처리한 시료의 형광 스펙트럼을 나타낸다. 도시되는 것과 같이, 열처리에 의하여 양자 우물 구조의 형광 스펙트럼의 피크는 크게 변화한다.
보다 구체적으로는, 성장 직후의 시료(401)에 비해 종래의 방법에 따라 실리콘 질화물(SiNx)을 증착하고 열처리한 시료(402)는 34 meV 청색 변이(blue-shift)를 하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 열적 습식 산화 공법을 이용해 산화막 처리 후 유전체로서 실리콘 질화물(SiNx)을 증착하고 열처리한 시료(403)는 104 meV 청색 변이를 한다. More specifically, the
도 5는 실시예들에 따라 밴드갭이 조절된 양자 우물 구조를 가진 반도체 광소자의 형광 스펙트럼을 산화막의 생성 온도별로 나타낸 그래프이다. FIG. 5 is a graph showing a fluorescence spectrum of a semiconductor optical device having a quantum well structure in which a band gap is controlled according to embodiments, according to an oxide film formation temperature. FIG.
도 5의 그래프(500)는 대조군으로서 성장 직후의 시료의 형광 스펙트럼을 나타내며, 그래프(501 내지 504)는 각각 산화막을 400℃, 450℃, 500℃ 및 550℃의 온도에서 생성한 후 유전체로서 실리콘 질화물(SiNx)을 증착하고 열처리한 시료의 형광 스펙트럼을 나타낸다. 도시되는 것과 같이, 산화막 생성 온도가 높을수록 형광 스펙트럼의 피크가 더 큰 폭으로 변화하는 것을 확인할 수 있다. 5 shows the fluorescence spectrum of a sample immediately after growth as a control group, and
도 5에 도시된 바와 같이 성장 직후의 시료에 비해 SiNx 유전체를 증착 후 열처리한 시료에 비해, 산화막 처리 후 SiN 유전체를 증착하고 열처리한 시료에서 산화막 처리 온도가 높을수록 형광 스펙트럼의 피크는 크게 변화한다. 보다 구체적으로는, 산화막 처리 온도가 높아질수록 청색 변이 정도가 증가하여, 산화막 처리 온도 400℃, 450℃, 500℃ 및 550℃의 경우 각각 33 meV, 65 meV, 70 meV 및 72 meV의 청색 변이를 나타내었다. 따라서, 본 실시예에 따른 방법에 의하여 양자 우물 구조의 밴드값을 33 meV에서 72 meV까지 조작할 수 있다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, the peak of the fluorescence spectrum of the SiN dielectric material after heat treatment is higher than that of the SiNx dielectric material after heat treatment, . More specifically, the degree of blue shift increases with an increase in the oxide film treatment temperature, and the blue variation of 33 meV, 65 meV, 70 meV, and 72 meV at 400 ° C, 450 ° C, 500 ° C, and 550 ° C Respectively. Thus, it can be seen that the band-width of the quantum well structure can be manipulated from 33 meV to 72 meV by the method according to this embodiment.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. However, it should be understood that such modifications are within the technical scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (8)
상기 산화막 상에 유전체 박막을 형성하는 단계; 및
상기 유전체 박막을 형성하는 단계 후에, 상기 양자 우물 구조, 상기 산화막 및 상기 유전체 박막을 열처리하는 단계를 포함하되,
상기 산화막을 형성하는 단계는, 달성하고자 하는 밴드갭 변화 정도에 기초하여 산화막의 생성 온도를 변화시키는 단계를 포함하는 양자 우물의 밴드갭 제어 방법.
Forming an oxide film on a quantum well structure including a gallium arsenide (GaAs) layer and an indium gallium arsenide (InGaAs) layer;
Forming a dielectric thin film on the oxide film; And
Heat treating the quantum well structure, the oxide film, and the dielectric thin film after forming the dielectric thin film,
Wherein the step of forming the oxide film includes a step of changing a production temperature of the oxide film based on a degree of band gap change to be achieved.
상기 산화막을 형성하는 단계는, 상기 양자 우물 구조를 열적 습식 산화 공법에 의해 산화시키는 단계를 포함하는 양자 우물의 밴드갭 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of forming the oxide film includes a step of oxidizing the quantum well structure by a thermal wet oxidation method.
상기 열적 습식 산화 공법에 의해 산화시키는 단계는 400℃ 내지 550℃의 반응 온도에서 수행되는 양자 우물의 밴드갭 제어 방법.
The method of claim 3,
Wherein the step of oxidizing by the thermal wet oxidation method is performed at a reaction temperature of 400 ° C to 550 ° C.
상기 열적 습식 산화 공법에 의해 산화시키는 단계는 질소(N2) 분위기에서 수행되는 양자 우물의 밴드갭 제어 방법.
The method of claim 3,
Wherein the step of oxidizing by the thermal wet oxidation method is performed in a nitrogen (N 2 ) atmosphere.
상기 유전체 박막을 형성하는 단계는, 플라즈마 이용 화학기상증착을 이용하여 상기 산화막상에 유전체를 증착하는 단계를 포함하는 양자 우물의 밴드갭 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein forming the dielectric thin film comprises depositing a dielectric on the oxide film using plasma-assisted chemical vapor deposition.
상기 열처리하는 단계는, 상기 양자 우물 구조, 상기 산화막 및 상기 유전체 박막을 퍼니스(furnace) 내에서 가열하는 단계를 포함하는 양자 우물의 밴드갭 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment step includes heating the quantum well structure, the oxide film, and the dielectric thin film in a furnace.
상기 열처리하는 단계 후에, 상기 유전체 박막을 제거하는 단계를 더 포함하는 양자 우물의 밴드갭 제어 방법.
The method according to claim 1,
And removing the dielectric thin film after the annealing step.
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