KR20040047787A - 오염없는 레이저 거울을 얻기 위한 방법 및 이들의부동태화 방법 - Google Patents
오염없는 레이저 거울을 얻기 위한 방법 및 이들의부동태화 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본원 발명은 GaAs 기재 레이저 캐버티에 있어서 결정 거울면에서 GaAs, GaAlAs, InGaAs, InGaAsP 및 InGaAs을 포함하는 군으로부터 선택된 재료의 오염없는 표면을 얻기 위한 방법에 관한 것이다. 결정 거울면은 공기, 건조 공기, 또는 건조 질소 분위기를 포함하는 군으로부터의 물질을 함유하는 대기에 노출되어 절단된다. 거울 면의 대기 노출 동안에 얻어진 어떠한 산화물 및 다른 외부 오염물질은 진공에서 건식 에칭함으로써 제거된다. 그후에, 자연 질화물 층(8)은 그들을 질소로 처리함으로써 거울면(7) 위에서 성장된다.
Description
신뢰성높은 980 nm 펌프 레이저의 제조를 지시하는 주요 인자들 중 하나는 레이저 면(facet)의 품질이다. 부동태화는 반도체 산업에서 통상적인 기술이다. 모든 반도체는 불순물에 대한 장벽으로서 박막을 필요로한다. 불순물은 결함으로서 작용할 것이고 전기 및 광학적 거동을 변화시키거나 예를 들어 산화에 의해, 일반적으로 결정 구조를 손상시킬 것이다. 실리콘 칩에 대해서 부동태화는 칩을 대기중의 산소에 노출시킴으로써 자동적으로 수행된다. 산소는 SiO2보호층을 형성할 것이다. GaAs 기재 레이저의 산화는 광학적 성능에 매우 해롭기 때문에, 그러므로 또다른 재료가 레이저 면위에 도포되어야 한다.
광흡수에 의한 레이저 면의 질저하는 순간 광학 손상(catastrophic optical damage:COD)에 의해 갑작스런 고장을 초래하는 것으로 알려져 있고 디바이스 고장의 주요 원인 중 하나였다. 이는 특히 고전력 작동(보통 150 mW 이상)에 있어서심각한 걱정거리이다. COD의 개시는 출력 면에서 광흡수 및 표면 상태를 통해 이어지는 비-복사 재결합에 공헌한다. 광흡수 및 비-복사 재결합은 온도를 증가시키고 그것은 밴드-갭 감소를 초래한다. 이러한 공정은 면 온도가 매우 높아지고 COD가 일어날때까지 포지티브 피드백으로서 작용한다.
따라서, 이러한 바람직하지 않은 효과를 억제하기 위해서, 광흡수와 표면 재결합의 두가지 주요 요인들 중 적어도 하나를 최소화하여야 한다. 표면 재결합은 표면 상태 밀도 및/또는 표면에서 불순물(트랩)의 수 중 어느 하나의 증가에 의해 촉진된다. 광흡수는 또한 면과 면 뒤에 놓인 활성층 사이에 비활성 재료의 얇은 층을 포함하는 소위 윈도우에 의해 최소화될 수 있다. 이러한 경우에 윈도우 구조의 밴드갭은 활성 층의 밴드갭보다 더 높아야한다. 이들의 최소화는 적절한 표면 부동태화, 코팅 또는 처리에 의해 달성될 수 있다.
관련 기술
US 4448633은 타입 III-V 화합물 반도체 표면을 저압 질소 플라즈마에 노출시킴으로써 부동태화하는 방법을 개시한다. III 원소는 III 원소-질화물을 형성한다. 이러한 공정은 질화(nitridation)라고 부른다. 결과의 물품은 III 원소-질화물 표면 층을 가지고, 그것은 표면 상태 밀도를 낮추고 표면 층의 반전을 허용하면서 환경적 질저하로부터 물품을 보호한다. 질화는 두 단계로 수행된다. 첫번째는 V 원소의 손실에 의해 표면의 분해를 방지하는 저온(400-500℃)에서 일어난다. 0.01-10 Torr의 압력을 갖는 질소 플라즈마에 노출은 약 20-100Å의 두께를 갖는 초기 III-질화물 층을 초래한다. 두번째 단계는 동일한 플라즈마 조건하에서 상승된 온도(500-700℃)에서 수행된다. 여기서, 질화는 더욱 빠른 속도로 진행되어 더 두꺼운 질화물 층(200-1000 Å)을 초래한다. 본원 발명의 조건하에서, 만일 플라즈마 압력이 0.01 내지 약 0.5 Torr의 범위에 있다면, 결과의 III-코팅은 다결정성이고, 압력이 1 내지 10 Torr의 범위일때는 단결정이다.
US 5780120은 III-V 화합물 기재의 레이저의 면을 제조하는 방법을 기술한다. 방법은 하기 작업을 포함한다:
1)레이저의 면을 절단한다
2)레이저의 면은 약 10-7밀리바 내지 약 10-8 밀리바의 압력을 함유하는 인클로저에 놓고, 그들은 펄스 레이저로 조사함으로써 세척의 단계로 들어간다.
3)동일한 펄스 레이저는 노출된 면을 부동태화 작업으로 보내기 위해 표적을 제거하는데 사용되고, 그것은 2-20 Å의 Si 또는 GaN가 증착된다.
증착은 전자 사이클로트론 공명(Electron Cyclotron resonance: ECR) 플라즈마로 질소 분위기에서 액체 갈륨 표적의 펄스 레이저 제거에 의해 수행될 수 있다. Diamond Like Carbon(DLC), 실리콘 카바이드 SiC, 또는 실리콘 나이트라이드 Si3N3와 같은 추가적인 막의 증착은 동일한 펄스 레이저를 사용하여 증착될 수 있다. 이들 코팅은 레이저의 파장에서 투과성이고 내산화성이다. 부동태화 단계에 앞선 세척 단계는 펄스 엑시머 레이저를 사용하여, 염소 또는 브롬의 분위기에서 수행될 수 있다. 이 문서는 만일 GaN이 Si 대신에 증착되면 추가적인 코팅이 필요하지 않다는 것을 암시한다. 이것은 또한 III-N 층들이 산소-방지라는 것을 시사한다.
US 5834379는 넓은 밴드 갭 재료, 특히 GaN를 합성하기 위한 공정을 기술하는데, GaAs를 GaN으로의 변환하기 위해 NH3를 가지고 플라즈마-보조 열 질화를 이용한다. 이 방법은 GaAs 기판위에 상당한 두께(1 마이크론의 차수로)의 GaN의 층들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. NH3를 사용하는 플라즈마-보조 질화는 지배적으로 입방 GaN의 형성을 초래한다. 이 문서의 목적은 충분히 두꺼운 GaN 층을 만드는 것이고 레이저 면 부동태화에는 직접적으로 관여하지 않는다. 그러나, 기본 원리는 플라즈마 공급원을 사용하는 질화에 의존한다. 그러한 접근은 GaN 막의 성장에 사용된다.
상기 특허들은 질소 플라즈마를 사용하여 III-V 반도체의 질화의 개념을 역설한다.
US4331737은 Ga 및/또는 Al을 함유하고 적어도 0.15의 O/N 비를 가지는 옥시나이트라이드 막을 기술한다. 이 막은 예를 들어 화학 증착(CVD) 기술에 의존함으로써 얻어진다. 막에서 O/N의 비는 예를 들어 기판과 물질-공급원 사이의 거리를 변화함으로써 또는 운반체 가스에 함유된 산화 가스의 비율을 변화함으로써 변할 수 있다. 이러한 막은 GaAs와 같은 III-V 화합물 반도체의 표면 부동태화 막으로서 또는 IG-FET의 활성 표면 부분을 위한 절연막으로서, 또는 광학 반사 방지 막으로서 사용된다.
EP0684671은 산화물 환원, 수소 부동태화 및 보호 코팅 층의 증착을 포함하는 방법을 기술한다. 방법은 산소 노출을 피하기 위한 모든 단계에 대해 동일한PECVD 리액터를 수반한다. 절단된 면(공기에 노출되고 따라서 산화된다)은 리액터안으로 적재된다. 첫번째 단계는 수소 플라즈마를 사용하고, 그것은 모두 V족 산화물 함량을 감소시키고 비-복사 재결합 중심을 부동태화한다. III족 산화물은 암모니아 플라즈마에 의해 제거되고 레이저 면은 회복된 그들의 조성 화학양론 상태를 가지고 오염물질이 없다. 그다음 코팅은 SiN(x) 또는 AlN(x)를 증착함으로써 행해진다. 최소 응력은 또한 조성 질소 구배의 생성을 통해 얻어질 수 있다.
US 5668049는 GaAs-기재 반도체 레이저를 만드는 방법을 기술한다. 충분히 가공된 웨이퍼는 전형적으로 대기중에서, 레이저 바(bar)로 절단된다. 레이저 바는 배출가능 증착 챔버(바람직하게는 ECR CVD 챔버)안으로 적재되고 H2S 플라즈마에 노출된다. 수소는 자연 산화물을 제거한다고 믿어지는 반면, 황은 Ga 및 As와 결합하고, 이로써 표면 상태 밀도를 낮춘다. 노출후에, 분할 면들은 챔버에서 보호용 유전체(예를 들어, 실리콘 질화물) 층으로 코팅된다. 특허는 이 방법이 높은 처리율로 실행될 수 있고, 높은 전력에서 작동할 수 있는 레이저를 산출할 수 있다.
US5144634는 반도체 레이저 다이오드를 제작하는 공정에서 거울을 부동태화하는 방법을 개시한다. 방법의 주요 단계들은 :
(1)오염없는 거울 면을 제공하고, 이어서
(2)연속, 절연(또는 저 전도성) 부동태화 층을 인시투 도포하는 것이다.
이 층은 반도체와 반응할 수 있지만 그 자체가 거울 표면과는 반응하지 않는불순물을 위한 확산 장벽으로서 작용하는 재료로 형성된다. 오염없는 거울 표면은 오염없는 환경에서 절단하거나 또는 공기중에서 절단하고, 이어서 거울 에칭하고 이어서 거울 표면을 세척함으로써 얻어진다. 부동태화 층은 Si, Ge 또는 Sb로 구성된다. Si3N4를 함유하는 제 2 층을 갖는 Si 층이 또한 특허청구된다.
EP0474952는 디바이스의 신뢰도를 향상시키기 위해 반도체 레이저 다이오드의 에칭된 거울 면을 부동태화하는 또다른 방법을 제안한다. 에칭된 거울 면은 먼저 습식 에칭 공정으로 보내어, 앞선 거울 에칭 공정 동안에 기계적으로 손상될 수 있었던 어떠한 표면 층은 물론이고 어떠한 자연 산화물을 실질적으로 제거한다. 그후, 부동태화 선-처리제를 도포하고 그로인해 어떠한 잔여 산소가 제거되고, 거울 면에서 소수 운반체들의 비-복사 재결합을 영구적으로 줄이는 서브-단일-층이 형성된다. 선-처리제로서 Na2S 또는 (NH3)2S 용액을 사용할 수 있다. 황은 표면 전자 상태를 부동태화하는데 이것은 그렇지 않으면 효과적인 비-재결합 중심이 된다. 마지막으로, 선-처리된 거울 표면은 어떠한 환경적 영향을 피하기 위해 Al2O3또는 Si3N4로 코팅된다.
EP0774809는 레이저 면에 의해 한정된 레이저 캐버티를 갖는 반도체 레이저의 개선된 신뢰성을 초래할 수 있는 신규 부동태화 층을 제공하는 방법을 기술한다. 바람직한 구체예에서, 부동태화 층은 본질적으로 오염없는 레이저 면위에 형성된, 아연 셀레나이드 층이다(예를 들어, 5 nm). 보다 일반적으로는, 부동태화 층은 Mg, Zn, Cd 및 Hg 중 적어도 하나, 그리고 S, Se 및 Te중 적어도 하나를 포함한다. 전형적으로는, 면들은 진공에서 절단하고 이어서 면위에 신규 부동태화 층 재료를 인시투 증착함으로써 형성된다.
US5851849는 표면 지형 제작술에서 엄격한 단계로 반도체 레이저 구조를 부동태화하기 위한 방법을 기술한다. 기술은 5만큼 큰 트렌치 종횡비를 갖는 트렌치 외양의 경우에도, 뛰어난 커버리지 및 균일성을 가지는 부동태화 층을 제조하는 원자 층 증착을 포함한다. 게다가, 이러한 공정에 의해 제조된 부동태화는 뛰어난 환경 안정성을 가지고, 공기로부터 생긴 오염이 유발하는 질저하에 대한 보호를 제공한다. 코팅 공정은 진공 챔버에서 수행된다. 공정의 주요 특징은 각각의 싸이클이 본질적으로 부동태화 막의 등가 단일층을 제조하는, 다수의 공정 싸이클에 의한 코팅의 형성이다. 여기서 기술된 특정 구체예에서 부동태화 막은 Al2O3였고 반응 가스는 트리메틸알루미늄[(CH3)3Al]이었다.
상기 특허는 다른 부동태화 방법을 주로 역설한다. 전형적으로, 공정은 복잡하며 적어도 두개의 단계를 수반한다. 어떤 경우에, 특별한 기술 및/또는 재료(가스, 전구물질 등)이 사용된다. 그럼에도 불구하고, 이들중 대부분은 표면 상태 밀도를 줄이는 수단을 다루고, 그것은 COD를 억제하는 중요한 요인 중의 하나이다.
논문 "Cleaning of GaAs Surfaces with Low-Damage Effects Using Ion-Beam Milling" by C. Lindstrom and P. Tihanyi, the Journal IEEE Trans.on electron Devices, Vol.ED-30, NO.6, June 1983. 레이저 다이오드 거울 표면의 이온-빔 밀링으로 50-100 Å의 에치 깊이는 Auger 깊이 프로파일링에 의해 결정된 대로 97-99%만큼 산소 원자 퍼센트를 줄인다. 동일한 보고서로부터 무거운 Ar 이온과 더 가벼운 N 이온으로의 밀링 사이에서의 차이가 증명되었다. 중요한 결과는 Ar 이온으로 밀링하면 밀링 공정에서 성능에 부정적으로 영향을 준 반면에, N 이온은 레이저 다이오드 성능에 대해 어떠한 측정가능한 해로운 영향도 갖지 않다는 것이었다. Ar 이온으로 140 Å 밀링 깊이후에, 전력 출력 및 전력 변환 효율은 감소하기 시작하였다. 그러나, 밀링 공정에서 N 이온의 도입으로는 연구한 밀링 깊이, 즉 200Å 에 대해서 매개변수 변화가 전혀 관찰되지 않았다.
Ar 이온 밀링을 하고 이어서 N 이온 밀링하는 것의 레이저 성능에 대한 영향이 또한 이 논문에 기술된다. 여기서, 더 가벼운 N 이온은 더 무거운 Ar 이온에 의해 유발된 손상을 제거하고 악화된 전력 출력 성능을 회복한다. 이들 관찰로부터의 결론은 N 이온 밀링은 거울 면을 매끄럽게하여, 대응하여 감소된 수의 표면 상태와 함께, 결정 평면에서 기계적으로 절단된 표면에 대해 관찰된 것과 유사한 균일한 표면으로 만든다는 것이다.
논문 "Low resistance ohmic contacts an nitrogen ion bombarded InP", Ren et al, Appl. Phys. Lett. 65, 2165 (1994)는 낮은 에너지(100-300eV)질소 이온에 의해 밀링된 InP 표면의 전기적 화학적 성질을 보고한다. 질소의 혼입은 Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS) 분석에 의해 증명되고 형성된 다결정 InN은 투과 전자 현미경(TEM)에 의해 확인되었다. 공정에서, 샘플 표면위의 자연 산화물 또한 밀링에 의해 제거된다.
논문 "Nitridatoin of an InP (100) surface by nitrogen ion beams",Suzuki et al, Appl. Surf. Sci. 162-163, 172 (2000)는 낮은 에너지 질소 이온 밀링에 의한 InP(100)의 질화의 연구를 기술한다. 연구자들은 화학 분석을 위해 그리고 결합 상태를 확인하기 위해 X-선 광전자 현미경(XPS)을 사용하였다. 이온 에너지는 100eV 내지 1 KeV 사이의 범위였다. 밀링된 표면은 In-N, In-N-P 및 P-N 결합 상태를 보여준다. 어닐링(400℃)할때 In-N-P의 소실은 In-N에 비해 이들 결합에 대한 결합 에너지가 더 낮다는 것을 암시한다. 그러나, 질화 효율은 스퍼터 부식으로 인해, 증가하는 이온 에너지에 따라 감소한다.
논문 "Characterization of damage in InP dry etched using nitrogen containing chemistries", C. F. Carlstrom and S. Anand, submitted to J. Vac Sci. Technol. B (2001년 3월)은 질소 이온 밀링을 포함하여, 에치-화학에서 질소를 함유하는 다른 공정들을 사용하는 InP의 에칭을 역설한다. 표면은 75eV에서 밀링으로 rms.거칠기<1nm와 함께 매우 매끄럽다. 얇은 표면 근처 질소 함유 층이 존재한다. 포스핀 하에서의 고온 처리(650℃)는 혼입된 질소의 대부분을 제거한다.
논문 "Synthesis of InNxP1-x thin films by N ion implantation", Yu et al, Appl. Phys. Lett. 78, 1077 (2001)은 질소의 주입을 기술하고, 그것은 희석 InNxP1-x 층들을 형성하기 위해 수행된다. 질소 이온은 선택된 에너지로 순차적으로 주입되어 350 nm 두께의 층들을 형성하고, 유동하는 질소(근접한 캡으로)중에서 급속 열 어닐링(RTA)할때 InNP 합금 층이 형성되었다.
비록, 상기 논문들은 다른 논점들에 초점을 맞추고 있지만, 메세지는 질소 이온 밀링 동안에 질소를 InP로 혼입하는 것이다. 게다가, 결과는 N이 In과 P 모두에 결합하고, 후자가 덜 안정적이라는 것을 암시한다. 질화 과정은 층에서 In-N을 지배적으로 가지도록 최적화할 필요가 있다. 동시에 표면은 매끄러워야 한다. 상기에 열거된 마지막 작업은(Yu et al.) 질화된 층을 형성하는 또다른 수단을 제공하지만, 그것은 모든 In-N 층이 얻어지지는 않는다는 제한이 있다. 하지만, 그것은 이온 밀링에 의한 질화 후에, RTA가 필요할지도 모를 추가적인 단계가 될 수 있다고 제안한다.
GaAs의 질화는 대단한 주목을 받았다. 주요 관심 중의 하나는 표면 상태 밀도를 줄이는 것이었고 초점은 금속 절연체 반도체(Metal Insulator Semiconductor:MIS) 구조에 자주 맞춰진다. (그러나, 방법론 및/또는 결과는 또한 레이저-면 제조에 효과적일 수 있었다.) 아래에, 플라즈마 보조 질화 구성안에 보다 많은 관심을 갖는 소수의 선택된 참고문헌들이 요악된다.
논문 "Nitridation of GaAs using helicon-wave excited and inductively coupled nitrogen plasma", Hara et al, J. Vac. Sci. Technol. B 16, 183 (1998)는 질소와 아르곤 및/또는 질소와 산소의 혼합물을 함유하는 특별한 플라즈마 처리에 의한 GaAs의 질화를 설명한다. 그러나, 순수한 질소 플라즈마는 언급되지 않았다. 저자는 X-선 광전자 분광법(XPS) 분석에 의해, Ga-N 결합이 형성되고 특정 조건하에서 오직 작은 양의 Ga과 As 종속-산화물만이 발견되었다는 것을 보여준다. 그들은 질화가 산화물 형성을 억제한다는 것을 보여준다. 저자는 이러한 과정을 사용하여 MIS 장치의 C-V 특성을 연구하였고 개선된 점을 발견하였다. 더욱이, 광루미네센스 생산량은 더 낮은 표면/계면 상태 밀도를 나타내는 처리된 샘플에 대해서높다. 이 작업은 명백하게 MIS 관점에 초점을 두고 동일한 과정이 펌프 레이저에 적용가능하다는 언급은 전혀 없다.
논문 "Surface cleaning and nitridation of compound semiconductors using gas-decomposition reaction in Cat-CVD method', Izumi et al, Proc. Int. Vac. Congress, Aug. 31-Sep. 4, Burmingham, UK 1998는 GaAs 표면을 세척하고 질화하기 위한 촉매 CVD(cat-CVD) 시스템에서 암모니아를 수반하는 가스-분해 반응의 사용을 기술한다. 저자는 표면 근처의 화학 결합 상태를 연구하기 위해 XPS를 사용한다. 그들은 그들의 공정 후에 산소 관련 피크의 소실을 주장한다. 제안은 암모니아의 소실이 산화물을 제거함으로써 표면을 세척하는 수소를 발생시키고, 교환 반응에 의해 Ga-N을 형성하는 질소를 발생시킨다는 것이다. 즉, 질소가 효율적으로 As를 대신한다. 이러한 작업은 오직 MIS 응용만을 언급한다.
논문 "Nitridation of GaAs (110) using energetic N+ and N2+ ion beams", L. A. DeLouise, J. Vac. Sci. Technol. A11, 609 (1993) and "Reactive N2+ ion bo밀리바dment of GaAs (110): A method for GaN thin film growth", J. Vac. Sci. Technol. A10, 1637 (1992)는 XPS를 사용하여 질소 이온-빔(500 eV 내지 3 KeV)을 사용하여 포격할때 GaAs(110)의 질화를 분석한다. Ar에 비해 질소에서 더 낮은 표면 밀도가 얻어지고 우세하게 안정한 Ga-N 결합의 형성에 공헌한다는 것을 증명한다. 게다가 이들 논문 모두 MIS-유사 용도를 언급하고 이온 에너지는 비교적 높다.
논문 "NH3plasma nitridation process of 100-GaAs surface observed by XPS", Masuda et al, J. J. Appl. Phys. Part 1, 34 1075 (1995)는 암모니아 플라즈마를 사용한 Ga-As-N 층의 형성을 나타내는 GaAs의 질화의 XPS 연구를 기술한다. 그러나, 특정 조건하에서, 저자들은 As의 탈착(desorption)으로 인한 유일한 Ga-N 층의 형성을 주장한다. 그들은 또한 층이 내산화성이라고 보고한다.
논문 "XPS investigation of GaAs nitridation mechanism with an ECR plasma source", Sauvage-Simkin et al, Phys. Stat. Solidi A176, 671 (1999)는 XPS 연구로부터 질소 ECR 플라즈마에 노출된 GaAs 샘플에서의 베타-GaN의 형성을 기술한다. 비정질 층 형성이 증명되고, 그것은 질소 혼입을 지지할 수 있지만, Ga-N 결합을 안정화하기 위해 제어되어야 한다.
논문 "III-V surface plasma nitridation: A challenge for III-V nitride epigrowth", Losurdo et al, J. Vac. Sci. Technol. A17, 2194 (1999)는 수소의 존재하에서 증가된 질화의 효율을 기술한다. 수소가 V족 원소의 탈착을 향상시킨다고 제안된다.
논문 "Nanometer scale studies of nitride/arsenide heterostructures produced by nitrogen plasma exposure of GaAs", Goldman et al, J. Electronic Mat. 26, 1342 (1997)는 GaAs의 플라즈마 질화를 조사하기 위해, 복잡한 도구인 스캐닝 터널링 현미경(STM)의 사용을 기술한다. 저자들은 질화된 층이 연속 막이 아니라는 것을 발견하고, 또한 상기 보고된 일부 다른 작업들에서도 발견하였다. 대신에 그것은 결함(As-N) 및 클러스터(희석 As를 갖는 GaN)로 구성된다. 이들 결과는 디바이스 성능에 해가 될 수 있는 결함이 또한 형성될 수 있다는 것을 보여준다. 그러나, 만일 적절한 질화 조건 및 가능한 어닐링 단계를 사용한다면, 결함은 최소화될 수 있다.
논문 "Surface passivation of GaAs by ultra-thin cubic GaN layer", Anantathasaran et al, Appl. Surf. Sci. 159-160, 456 (2000)은 얇은 큐빅 GaN 층을 형성하기 위한 질소 플라즈마의 사용 및 샘플을 분석하기 위한 XPS와 RHEED을 사용을 기술한다. 모든 이러한 공정은 초고진공(Ultra High Vacuum:UHV) 상태 하에서 수행되었다. PL 측정은 질화된 층의 양호한 부동태화 성질을 나타내는 성장된 샘플과 비교하여 강도에서의 등급 증가의 차수를 보여준다.
문헌으로부터 주요 중요성은 GaAs의 질화가 질소 플라즈마를 사용하여 가능하다는 것이다. 상기 일부 논문은 또한 질소-이온 포격에 의한 질화를 강조하였다. 대부분의 보고된 작업은 자극을 위해 MIS 구조를 언급하고 질화에 의한 펌프-레이저 면 부동태화에 대해서는 어떠한 명백한 언급도 되지 않는다. 일부 보고서는 또한 형성된 질화 층이 불균일하고 어닐링과 같은 일부 추가 공정 단계를 필요로 한다는 것을 보여준다.
두개의 논문은 레이저 면의 부동태화를 기술한다.
논문 "Reliability improvement of 980 nm laser diodes with a new facet passivation process", Horie et al, IEEE Jour. of selected topics in quantum electronics 5, 832 (1999)은 3 단계 면 제조와 함께 향상된 레이저 성능을 설명한다. 레이저 바는 공기중에서 절단되고, 따라서 생산량을 증가시킨다. 그러나, 면 제조 과정은 진공 상태하에서 달성된 3 단계를 수반하는데, 과정을 다소 복잡하게 만든다. 과정 자체는 낮은 에너지 Ar-이온 밀링을 수반하고, 이어서 Si-층 증착 및 그 다음 마지막에는 AlOx 코팅 층 증착을 수반한다. 여기서 문제는 Ar-밀링후에, 표면이 주위 공기에 노출될 수 없다는 것이다. 질소 밀링에 대해서는 아무것도 언급되지 않는다.
논문 "A highly reliable GaInAs-GaInP 0.98 [mu]m window laser", Hashimoto et al, IEEE J of quantum electronics 36, 971 (2000)은 질소 주입 및 이어서 면에서 활성 영역 근처의 원자 내부-확산을 초래하기 위해 RTA의 사용을 기술한다. 기본적인 메카니즘은 선택적인 질소 주입에 의한 결함의 생성이다. RTA할때, 결함은 증가된 원자 내부-확산을 돕고 면 근처의 밴드-갭을 증가시킨다(윈도우 레이저). 그러나, 이러한 작업에서 저자들은 주입 등의 세부사항을 주지 않는다. 질화 효과, 더 정확히 말하면 희석 질소 함유 합금의 형성은 설명되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 질소 주입 및 RTA의 그들의 과정은 광-루미네센스(PL) 측정으로부터 볼 수 있듯이 약 100meV의 밴드 갭 증가를 보여준다.
본 발명은 오염없는 레이저 거울을 얻는 방법 및 건식 에칭 및 증착을 사용한 부동태화에 관한 것이다.
본 발명의 보다 완전한 이해를 위해 더 나아간 목적 및 그들의 이점을 위해, 수반된 도면에서 나타낸 바와 같이, 그들의 구체예의 예시의 하기 설명에 대한 언급이 이루어지고, 여기서:
도 1은 본 발명에 따르는 부동태화 층을 갖는 레이저의 첫번째 구체예를 도시한다.
도 2는 많은 레이저위에 부동태화 층을 제공하는 것을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따르는 부동태화 층을 갖는 레이저의 두번째 구체예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저가 사용되는 응용의 구체예를 도시한다.
구체예의 상세한 설명
도 1A를 언급하면, 반도체 레이저를 제조할때 반도체 다이오드의 웨이퍼 W를 생산하고, 각각의 다이오드는 n-도핑 층, p-도핑 층 및 그 사이의 활성 영역을 갖는다. 예를 들어 n-도핑 층은 n-도핑 GaAs 및 p-도핑 층 p-도핑 GaAs를 포함할 수 있다. 활성 영역은 바람직하게는 도핑되지 않아야 하지만, 그것은 주변 층들로부터 일부 도핑 종들을 함유할 수 있다. 따라서 그것은 낮게 도핑되고 많은 얇은 층들을 포함할 수 있다.
활성 영역은 AlGaAs 및/또는 InGaAs 및/또는 InGaAsP 및/또는 InGaAs의 층들을 함유할 수 있다. 도 1A 및 1B에서 도시된 바와 같이, 이 웨이퍼는 일부 더 작은 웨이퍼 부분들 WP로 분할될 수 있고, 각각의 웨이퍼 부분은 절단이 만들어져야 하는 곳에 선 SL(스크라이브 라인)으로 선을 긋는다. 도 1C에서 도시된 바와 같이, 웨이퍼 부분 WP는 그후 스크라이브 선 SL을 따라 바 B로 절단되어야 한다. 웨이퍼의 다른쪽 면은 가장자리 위쪽에 위치하고 각각의 그어진 선에서 파단된다. 바의 레이저 칩을 만들기 위해, 거울 면은 한쪽 말단부의 적어도 위에서 또는 바람직하게는 바의 절단된 섹션의 각각의 말단부에서 제공된다.
도 1D에 도시된 바와 같이, 각각의 바는 이어서 몇개의 칩 CH로 절단된다. 만일 면들 중 두개가 제조될 것이라면, 거울 면중 하나는 고-반사율(HR)코팅되고 나머지는 반사 방지(AR) 코팅된다. 레이저 빔은 반사방지 코팅된 레이저 거울을 통해 나온 각각의 반도체 다이오드 칩의 활성 영역에서 옆으로 활성 영역에서 방사된다. 위에서 간략하게 기술된 제작 공정은 통상적이다. 그러나, 레이저는 한쪽 면에서 오직 하나의 거울 면이 제공될 수 있는 반면, 다른쪽 면은 거울로서 작용하는 일부 다른 특징을 가질 수 있다는 것이 주목된다.
본 발명에 따르는 방법은 거울 면의 형성에 관한 것이다. 레이저 바 WP는 레이저 웨이퍼 또는 레이저 웨이퍼 부분으로부터, 공기중에서 또는 정상 공기, 건조 공기 또는 건조 질소 분위기와 같은, 어떤 다른 분위기중에서 절단된다. 그후에, 레이저 바는 진공에 놓이고 표면 오염을 줄이기 위해 먼저 이온 밀링된다.
도 2의 구체예에서 보여준 레이저 바(1)는 p-도핑 층(2), n-도핑 층(3) 및 활성 영역(4)를 포함한다. 전기적으로 도전성인 재료의 층(5)는 제어가능한 전류 공급기에 전기적으로 연결되는 본드 와이어(6)를 갖는 p-도핑 층(2)의 외측 표면에서 제공된다. 레이저는 전류 공급기의 제어에서 펌프된다. 도 1에서 오른쪽에 대한 면(7)은 바 재료에 의존하여, 절단에서 제공된 GaAs/InGaAs 또는 GaAs/AlGaAs의 제 1 층(8)을 포함한다.
따라서, 본 발명에 따르는 방법은 먼저 공기중에서 또는 어떤 다른 주변 분이기에서 레이저 웨이퍼의 절단을 만든다. 그후에 바를 진공 챔버에 삽입한다. 먼저 절단된 표면은 세척될 것이다. 따라서, 절단된 표면의 건식 에칭, 예를 들어 이온-빔 에칭은 질소, 수소, 아르곤 및 염소 가스, 및 그들의 혼합물과 같은 비활성 및/또는 반응성인 가스의 플라즈마를 사용하여, 진공 챔버에서 시작된다. 건식 에칭 단계에 할로겐 가스와 같은 반응성인 가스(예를 들어, Cl, Br, 또는 I 기반 화합물) 또는 탄화수소 가스(예를 들어, CH4및 C2H6)를 첨가하는 것은 일단 질화 공정 단계가 시작하면 표면이 잘 한정되고, 매끄럽고 화학양론적인것을 보장하도록 도울 수 있다. 이는 또한 반응성인 가스가 물리적 에칭 즉, 이온 밀링 하에서 일어나는 As의 우선적인 에칭을 거스르는 Ga의 제거를 촉진하기 때문에 그러하다.
건식 에칭은 따라서 처음에 아르곤 플라즈마를 사용하는 이온 밀링을 포함할 수 있다. 이것은 아르곤 플라즈마가 효과적인 밀링 과정을 만들고 다음에 질소 밀링이 이어지기 때문에, 바람직한 구체예이다. 더욱이, 결정 거울 면에서 오염없는 표면을 가지는 결정 구조는 원소 Se 및 Sb으로 구성될 수 있다.
건식 에칭과 질화 단계 모두에 사용될 수 있는 다른 건식 에칭 기술의 예는 평행 플레이트 반응성 이온 에칭(RIE), 유도적으로 커플링된 플라즈마 반응 이온 에칭(ICP), 전자 사이클로트론 공명 플라즈마 반응 이온 에칭(ECR), 배럴 리액터 및 하류 리액터이다. 당업자들에게 잘 알려진 다른 건식 에칭 기술(위에서 언급한 것들을 포함하여)이 또한 사용될 수 있다. 플라즈마 여기(exitation)는 예를 들어 마이크로파 전력, 무선 주파수 전력 또는 DC 전력을 공급함으로써 수행될 수 있다.
수소가 산화물과 반응하고 물의 형태인 산소를 제거한다고 열려져 있기 때문에, 레이저 면을 이온 밀링하는 동안에 수소 가스는 어떤 식으로 표면 오염 및 특별히 산화된 영역을 줄이는 것을 돕는다. 이러한 과정은 오염없는 표면이 얻어질 때까지 계속된다. 만일 아르곤- 플라즈마가 이온 밀링에 사용되었다면, 레이저 거울은 질소 가스를 아르곤 플라즈마에 첨가함으로써 부동태화되고 오직 질소 플라즈마만이 단계적 방식으로 제공될때까지 점차적으로 아르곤을 제거한다. 따라서, 이온 밀링은 이온 빔 밀링 공정에서 최종 플라즈마로서 매우 평평한 표면 형태를 얻기 위해 질소-밀링으로 완성된다.
그후, 자연 질화물층 즉, 절단된 오염없는 표면에서 원소들을 포함하는 질화물은 이 구체예에서 질소를 AlGaAs/InGaAs 또는 GaAs/InGaAs 층들 위에 도입하는 동안에 그층들과 반응하여 성장하기 시작한다. 바람직하게는, 세척된 면과 질화물 층 사이의 계면은 실제 어떠한 단열 계면 층도 존재하지 않도록 자연 질화를 점차적으로 사용하여 제공된다. AlGaAs-InGaAs 또는 GaAs/InGaAs 층과 질화물 층 사이의 가장자리 선이 점진적이기 때문에, 세척된 면과 질화물 층 근처의 계면 재결합은 낮거나 없을 것이다.
그러나, 본 발명은 비록 그것이 바람직하더라도, 점진적인 계면으로 제한되지 않는다. 그것은 물론 단열될 수 있다. 밀링은 그후 오직 질소(이온이든 원자든)를 사용함으로써 그리고 아마도 수소의 첨가와 함께 제공될 수 있다. 그러나, 중요한 특징은 자연 질화물 층이 제공되고, 따라서 절단된 표면에서 제공되는 것 외에 다른 성분들을 포함하는 질화물 층이 아니라는 것이다. 바람직하게는, 다른 층들 사이에 어떤 계면도 존재하지 않는다. 이러한 사실은 층(8)과 (9A) 사이에 점선을 가짐으로써 설명되고, 그것은 GaN/InN/AlN/AlGaN/InAsN을 포함하는 제 1 자연 질화된 층이다. 혼입된 질소의 농도가 직접적인 질소 이온 밀링에 대해서 또한 결정 안으로 연속적으로 변하기 때문에, 어떠한 실제 단열 계면 층 없는 질화는 또한, 그 이전에 어떠한 다른 건식 에칭없이 또는 질소 이온 밀링 공정에 첨가되는 어떠한 다른 가스 없이, 직접적으로 질소 이온 밀링을 수행함으로써 얻어질 수 있다.
따라서, 레이저 거울 면을 형성하는 절단된 표면은 레이저 바의 질소-이온 밀링 동안에 자연 질화된다. 이 뒤의 본질적인 개념은 화학 오염(예를 들어 산화)을 방지하는 면에서 질화물 층(9A)의 형성이고 또한 본래의 면 표면 자체보다 더 높은 밴드-갭을 갖는 표면 층 및/또는 계면 운반체 재결합 속도를 감소시키는 층을 제공한다.
질소 보조 이온 밀링 동안에 표면위에 그렇게 형성된 자연 질화물 층은 특히 제 1 질화물 막에 표면 중단 및 가능한 핀 홀을 평평하게 하기 위해, 증착된 질화물의 하나 이상의 여분 층(9B)으로 강화될 수 있었다. 이러한 여분 막 또는 이들 여분 막들은 동일한 질화물을 포함할 수 있지만 또한 자연인 것을 제외한 질화물도 포함할 수 있는데, 예를 들어 SiN, GaN 등이 도 2에 도시된다.
매우 편평한 표면 형태를 얻기 위한 방법은 이온-빔 밀링 공정에서 최종 플라즈마로서 질소를 사용함으로써 제공된다. 플라즈마중의 아르곤과 비교할때 질소를 사용하면 GaAs, InP와 같은 다른 반도체 재료에서 매우 매끄러운 표면이 얻어졌다. 이는 명세서의 도입부에 언급된, 발명자들 중 한명인 Carsten Lindstrom에 의한 앞선 보고서에서, 아르곤 플라즈마 및 유사한 에너지를 사용할때의 큰 매개변수 변화와 비교함으로써, 질소 플라즈마는 레이저 매개변수의 아무런 변화를 초래하지 않았다는 것을 인식하였다. 그러나, 언급된 보고서에서 더 매끄러운 표면이 얻어지지만 않았다면 질화물 층이 형성되었다는 암시는 존재하지 않았다. (특정한 보고서에서 증착된 실리콘 질화물의 첨가는 레이저 거울을 보호하기 위해 직접적으로 절단된 및 밀링된 표면에 사용되었다.)
질소 이온 밀링은 하나 이상의 자연 질화물 막(9A)을 제공한다. 하나 이상의 여분의 질화물 막(9B)는 레이저(1) 아래의 면 층들의 확대도에 나와있다. 그러나, 면 층 막은 자연 및 다른 질화물 막 모두를 포함하여 몇개가 될 수 있었다. 몇개의 막 층(9)은 우연한 핀홀(11)이 각각의 막 층에 형성될 수 있기 때문에 바람직하게 제공된다. 조합된 막 층(9)은 부동태화 층으로서 작용한다. 부동태화 층에서의 각각의 막 층(9)은 전형적으로 5nm 두께가 될 수 있다. 그러나, 두께는 변할 수 있고 모두 5nm보다 더 가늘고 더 두꺼울 수 있다. 그렇게 형성된 자연 질화물은 외부 오염물질로부터의 보호 층으로서는 물론이고 웨이퍼 조성물 성분의 확산 장벽으로서 작용한다. ZnSe 또는 GaN 또는 유사한 재료의 추가 층은 앞쪽 표면에서 형성되어 그러면 비-복사 재결합이 억제되기 때문에, 앞쪽 면의 추가 부동태화 층으로서 작용할 수 있다.
레이저의 뒷 면은 약 95% 반사율의 높은 반사성이 되어야 한다. 또한 이 뒷면은 절단 후에 상기한 바와 동일한 방식으로 부동태화 층이 제공되고 그다음 고-반사 층으로 코팅된다.
도 3은 매우 많은 다이오드 레이저 바들(20)은 그들을 동시에 처리하기 위하여 조합된 스택 2D-매트릭스(21)로 하나가 나머지 위에 놓여질 수 있다. 나중에 레이저 바로부터 절단되는 레이저 칩(22)은 대시 선으로 도시한다. 조합된 스택 2D-매트릭스(21)은 레이저 바의 전체 매트릭스를 오직 두 단계로 즉, 바의 후면과 전면으로, 부동태화하는 것을 가능하게 만든다. 전면과 후면을 제공하는것 사이에서 매트릭스의 회전은 구부러진 화살표(23)에 의해 도시된다.
2D-매트릭스 공정은 레이저 칩으로부터 레이저 칩까지 균일성이 매우 높을 것이라는 것을 초래한다. 제작에서 수반된 임계 정렬 공정이 없기 때문에 높은 생산율이 제공된다. 웨이퍼 또는 웨이퍼 일부로부터의 바의 절단은 공기중에서 이루어지기 때문에, 200μm까지 내려가는 매우 짧은 레이저 바 칩을 절단하는 것이 가능하고, 그것은 낮은 전력 소비로 인해 냉각되지 않은 펌프된 레이저에 적합하다.
바를 동일한 웨이퍼 또는 웨이퍼 일부로부터 하나씩 절단하고 그후 그들을 매트릭스로 놓는 것이 바람직하다. 그러면 절단 컷은 상당히 예측가능하고, 절단된 면의 표면은 오염물질을 함유할 것이다.
스택 레이저 조합체는 하기의 제조 단계를 가질 수 있다:
1. 바를 정상 공기 또는 건조 공기 또는 건조 질소 분위기에서 절단한다. 바의 절단된 노출된 표면은 대상물이라고 부르고, 대상물은 결정의 일부이고 전형적으로 Ga, Al, In, P, C 및 As와 같은 원소들로 구성된다.
2. 대상물이 다음 공정 단계로 갈 수 있도록 절단된 바를 2-차원(2D) 매트릭스로 쌓는다.
3. 절단된 바의 매트릭스를 진공에 놓는다. 유용한 진공은 약 10 Torr 내지 10-11Torr 사이, 바람직하게는 10-7Torr 미만이다. 그러나, 진공은 10 만큼 낮을 수 있고 제공될 수 있는 만큼 높을 수 있다.
4. 만일 대상물이 건조 질소 분위기에서 절단될 수 있었다면, 대상물은 그들이 진공 챔버로 이동되기 전까지 유사한 분위기 하에서 계속 유지될 수 있다.
5. 질소, 수소, 아르곤, 할로겐(예를 들어, Cl, Br, 또는 I 기재 화합물) 및 탄화수소 가스(예를 들어, CH4및 C2H6) 및 염소 가스 및 그들의 혼합물과 같은 비활성 및/또는 반응성인 가스의 플라즈마를 사용하여, 건식 에칭, 예를 들어 이온-빔 에칭을 이용하여 대상물위의 표면 산화물과 오염물질을 제거한다.
6. 대상물의 매끄러운 표면 형태는 1 내지 1000eV, 바람직하게는 약 50 내지 500 eV 의 특정 에너지 이온 에너지 범위에서 작동시킴으로써 향상될 것이다.
7. 대상물의 매끄러운 표면 형태는 또한 대상물의 표면에 수직인 각으로부터 0°내지 85°까지 빔 입사각을 변화시킴으로써 향상될 것이다. 게다가, 이온-채널링이 또한 감소될 수 있고, 이로써 샘플에서 결함 발생이 깊어지는 것을 억제한다.
8. 플라즈마로부터 표면까지 가속되는 질소 이온-빔(예를 들어, 이온-빔으로서 추출됨) 또는 질소를 함유하는 플라즈마로부터 추출된 열 질소 원자, 또는 화학 화합물을 함유하는 질소의 가스 형태 예를 들어 암모니아를 사용하여, 대상물 위에 질화물 표면 층을 생성함. 질화된 층은 하기 물질중의 적어도 하나를 포함할 것이다:AlN, GaN, InN, InAsN. 게다가, 플라즈마는 또한 수소 및/또는 아르곤을 함유할 수 있고, 그 경우에 대상물은 또한 추출된 빔으로 추출된 Ar 및 H 이온을 만나게 될 것이다.
9. N, Al, In, Ga, As, C 및 P의 원소들 중 하나 이상으로 구성되는, 바람직하게는 III 족 원소에 결합된 질소로 우세하게 구성되는 질화 층을 형성.
10. C, Si, Ga, Zn, 및 Al과 같은 주기율표 2b, 3a, 4a 및 5a족으로부터의 한가지 이상의 원소와 질소를 조합한 반응성 플라즈마를 사용하여 얇은 질화물 막을 추가로 인시투 또는 엑스시투 증착.
11. 거울 코팅에 앞서 계면/표면 비-복사 재결합을 더욱 줄이기 위해 하나이상의 얇은 부동태화 층 막의 추가.
12. 질화 및 증착을 포함하는 어떤 또는 모든 단계들 즉, 단계 7 내지 10은 열 어닐링 과정과 조합될 수 있다.
13. 전방 거울을 위한 반사방지 코팅 및 후방 거울을 위한 고-반사 코팅과 같은, 보호 층 및/또는 거울 코팅의 부가.
건식 에칭 및 제 1 질화 단계는 마이크로파 전기 전력, 무선 주파수 전력 또는 DC 전력을 가스에 공급함으로써 가스를 플라즈마로 형성하는 것을 포함할 수 있다.
더욱이, 오염없는 표면은 그것을 실링하는 다른 조성의 하나/두 층 질화물로 생성되었기 때문에, 그러한 성질의 부동태화 층이 도입되어 질화물-부동태화 층-거울 코팅에서 계면 운반체 재-결합이 최소로 감소될 수 있었다.
온도 제어
질화하는 동안 또한 질화후에도 온도를 변하게 놔두는 것이 가능하다. 적절한 온도 범위는 약 -180℃ 내지 +600℃ 사이에 있다. 온도가 수증기-압력, 에치-수율 및 다른 물질의 혼입 가능성에 대해 중요한 매개변수이기 때문에, 질화하는 동안 샘플을 냉각 및/또는 가열함으로써 활성 온도 제어는 표면의 III/V-할당량의 더 나은 균형을 줄 수 있다. 질화 후에 가열 처리, 소위 "어닐링" 및 "급속 열 어닐링" 은 가능한 결함을 거의 완전히 치료할 수 있다. 온도 범위는 여기서 +200℃ 내지 600℃ 가 될 수 있다.
이온-전류 밀도
이온-전류 밀도는 얼마나 많은 이온이 단위 시간당 GaAs-표면에 부딪치는지를 나타낸다. 표면 구조의 최적화는 이온-전류 밀도를 시간의 함수로서 변화시킴으로써 이루어질 수 있다. 1회분량(단위 표면당 이온의 총량)은 시간에 걸쳐 통합된 이온 흐름이다. 예를 들어 이온-흐름을 펄스함으로써, 표면의 국부적인 가열을 피하고, 따라서 예를 들어 또한 응력-없는 더 나은 질화를 얻는 것이 가능하다. 대안으로서, 또한 확산을 늦추기 위해서 더 긴 지속기간을 갖는 강한 흐름을 사용하여 표면을 고의로 순간적으로 잠시 가열하는 것도 가능하다.
두번째 구체예
본 발명에 따른 레이저 거울이 구비된 레이저의 두번째 구체예가 도 4에 도시되어 있다. 각각의 전체 레이저 칩은 웨이퍼의 앞면에서 에칭된다. 전체 레이저는 중간에서 보여진다. 레이저가 웨이퍼 위에서 일렬로 하나 다음에 하나가 제공된다는 것을 도시하기 위하여 레이저의 일부는 그것의 각면에서 보여진다. 또한 웨이퍼는 페이퍼의 수평면에 수직인 방향으로 많은 수의 그러한 레이저 일렬을 함유하는 것이 주목된다.
p-도핑 층(M2), 활성 영역(M3), 및 n-도핑 층(M4)를 갖는 레이저 웨이퍼(M1)은 일부 홈(M5)를 갖는다. 그들중 각각은 레이저 바의 앞면으로서 작용하기 위한활성 영역(M3)으로 향한 웨이퍼에 수직인 한쪽면(M6)과 수직 컷(M6)에 45°인 측면(M7)을 갖는 삼각형 형태를 가진다. 홈(M6)은 활성 영역(M3)에서 레이저 빔에 대한 레이저 전방 면이고 레이저 바 면에 대해 상기한 바와 동일한 방식으로 건식 에칭되고 처리되었다. 홈(M7)은 웨이퍼의 표면에 수직인 레이저 빔 LB를 회전시키는 경사진 거울을 나타낸다. 따라서 이러한 컷은 매끄럽게 되고 고-반사 표면 오버레이가 제공된다.
두번째 종류의 홈(M8)은 웨이퍼의 표면에 수직인 활성 영역(M3)을 향해 있는 적어도 하나의 면(M9)를 가지며 제공된다. 이 면은 레이저 바의 뒤쪽 거울 면으로서 작용하도록 의도된다. 그것은 따라서 상기한 것과 동일한 방식으로 건식 에칭 처리된다. 뒤쪽과 앞쪽 면 거울 모두에 대한 부동태화 층 처리는 이 구체예에서 동시에 제공될 수 있다는 것이 주목된다. 도 4에서 위쪽으로 향한 전체 표면은 전체 표면이 건식 에칭되고 자연 질화물 층이 제공되도록, 거울와 동일한 방식으로 처리될 수 있다. 그러나, 각각의 레이저 바에서 면(M6)의 반사방지 층과 면(M9)의 고-반사 층은 표면의 다른 부분을 차폐하면서 제공된다. 표면의 나머지는 차폐되는 반면, 고-반사경(M7)에는 그것의 반사 층이 제공된다.
문제점 설명
레이저 웨이퍼를 레이저 바로 절단하여 바의 한쪽 면위에 또는 바람직하게는 각각의 면위에 레이저 면 표면을 제공한 후에, Ar-이온 밀링과 같은 종래의 표면 세척법은 종종 표면 근처의 결정 품질을 저하시킨다. 표면 층위에 부딪치는 에너지 Ar-이온은 주위 공기에서 절단할때 형성된 자연 산화물 층을 멀리 스퍼터링하지만, 결정 자체에 손상을 초래한다. 전형적으로, 그러한 과정 후에, 표면 근처 손상 층은 남아있다. 이러한 잔여 손상의 성질은 새롭게 생성된 결함(침입형, 공공 등), 두개 이상의 구성 성분(예를 들어, GaAs 등)으로 구성되는 결정에서 다른 것들에 비해 일부 원소들의 우선적인 제거로부터 기인한 화학양론적 손상, 및 거친 표면 형태를 포함한다. 이러한 결함 층은, 특히 집중된 영역에서, 광자를 흡수하여 진행성(가속된) 국부적인 가열의 원인이 되어 COD를 초래할 수 있다.
Ar-이온 밀링 공정은 또한 결정을 가열하고 재료의 외부-확산 및 이어서 결정의 분해를 초래할 수 있다.
본 발명
본 발명의 목적은 간단하고, 비용-효율이 높고 동시에 개선된 재생성에 의해 높은 생산량을 주는 면 부동태화 과정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 광 흡수 및 표면 재결합의 최소화, 두가지 요구조건을 모두 만족시키는 면 제조 과정을 제공하는 것이다.
본 발명의 여전히 또다른 목적은 상기 요구조건을 적어도 부분적으로 만족시키는 면 제조 과정을 제공하는 것이다. 그렇게 간소화된 제조 과정은 일부 응용 범위에 대해 충분히 우수할 수 있다.
여전히 또다른 목적은 간단하고, 비용 효율이 높고 동시에 개선된 재생성에 의해 높은 생산량을 주는, 면 부동태화 과정에 의해 레이저 다이오드를 얻는 방법을 제공하는 것이다.
문제점에 대한 해결책
본 발명에 따르는 방법은 진공 챔버에서 분자 및/또는 원자 형태의 중성 질소 원자 또는 질소 이온을 포함하는 가스로 밀링하는 것과 같이, 에칭 공정 동안에 레이저 바 또는 레이저 칩의 거울 면을 질화하는 것이다. 레이저 바의 면은 먼저 공기 또는 어떤 다른 분위기중에서 절단되었다. 에칭 공정에서 질소와 같은 반응 가스의 도입은 그것이 결정 원소들과 반응하고 질화된 표면 층을 생성하기 때문에, 확실히 결정 표면 성질에 영향을 줄 것이다.
그러므로, 에칭 공정 및 질화는 분자 또는 원자 형태로 질소 이온을 함유하는 플라즈마로 또는 중성 원자 질소로 수행될 수 있다.
이러한 질화 뒤에 본질적인 개념은
(a)화학 오염을 방지하고(예를 들어 산화),
(b)더 높은 밴드-갭 표면 층을 제공하고,
(c)가능하게는 또한 표면/계면 운반체 재결합 속도를 감소시키는
면에서 질화 층의 형성이다.
레이저 면을 이온 밀링하는 동안 수소 가스는
(a)수소가 표면 산화물을 제거하는데 효과적이라고 공지되어 있기 때문에, 레이저 면 표면, 특히 산화된 영역을 세척하는 것을 보다 효과적으로 돕고,
(b)III-V 결정에서 V족 원소의 제거를 도와 III 족-질화물의 형성을 보다 유리하게 만든다.
질소 이온 밀링 동안에 면 표면위에 그렇게 형성된 질화된 표면 층은 만약있다면, 특히 표면 중단 및 핀 홀을 평평하게 하기 위해, 다음 원소들:Al, Si, Ga, C, Ga, Zn중의 어떤 것과 같은 2b, 3a, 4a 및 5a 족으로부터의 원소를 함유할 수 있는 추가적인 질화물 막의 이어지는 증착에 의해 향상시킬 수 있다.
오염없는 표면은 다음중 어느 한가지
(a) (수소를 가지고 또는 수소없이)질소 이온 밀링에 의해 그렇게 형성된 표면 질화된 층으로,
(b) (수소를 가지고 또는 수소없이)질소 이온 밀링에 의해 그렇게 형성된 표면 질화된 층 및 증착된 질화물 막의 추가의 오버 레이어로, 또는
(c)부드러운 질소 이온 밀링 및 이어서 중성 원자 질소에 의한 질화로 생성된다.
거울 코팅에 앞서, 그렇게 생성된 오염없는 표면은 질화물-부동태화 층-거울 코팅 계면에서의 비-복사 운반체 재결합이 최소로 감소되도록 하는 성질의 부동태화 층에 의해 실링될 수 있다.
이에 반하여, 그렇게 생성된 오염없는 표면위에 거울 코팅의 직접적인 증착은 질화물-거울 코팅 계면에서 계면 상태를 통해 상당한 비-복사 운반체 재결합을 초래할 수 있다.
(부동태화 층들은 종종 이전 기술에서, 레이저 칩(바)를 고진공에서 절단하고 명기한 부동태화 층이 보통, 최종 거울 코팅 전에 절단된 표면위에 부착되었을때 사용된다. 덧붙여 말하자면, 부동태화 층은 또한 거울 코팅의 반사율을 변화시키는데 사용된다. 하기 원소 Zn, Se, S, Ga 및 N 중의 하나 이상으로 구성되는 부동태화층이 전형적으로 보고된다.)
본 발명에 따르면, 레이저 면 제조를 위한 질소 이온 밀링의 방법은 다음을 보장한다:
(i)레이저 바는 공기중에서 절단될 수 있고,
(ii)진공에서 이온 밀링은 자연 산화물 층을 제거하고,
(iii)질소(또는 원자의 이온)는, 만일 진공 챔버에 놓인 샘플 안으로 혼입되면, 통상적으로 그들의 대응 부분보다 더 높은 밴드 갭을 갖는 표면 근처 질화된 화합물을 형성하고 또한 뒤이은 바람직하지 않은 화학 오염을 방지한다.
응용 분야의 예
파장 분할 다중화
파장 분할 다중화(WDM)는 데이타를 광학 섬유로 밀어넣는 기술이다.
광학 섬유는 80년대 이후로 도시와 나라 사이에 장거리 트래픽을 다루기 위해 설치되었다. 섬유 자체의 가격은 미터당 10센트 미만이다. 가장 큰 비용은 섬유를 바다의 지하 또는 바닥에 설치하는 것이다. 이용가능할때, 더욱 싼 설치 비용을 위해서 섬유를 전력선에 부착할 수 있다. 대략 100km후에 신호는 20dB(그것의 원래 강도의 1%) 감소되고, 신호를 그것의 원래 강도 및 형태로 재생하고 다시 시간 조절하고 재형성하는 중계기를 통과해 가야 한다. 중계기는 약 $100000 비용이 든다. 그러나, 1995년에 인터넷이 널리 사용되기 시작한 이후로, 인터넷 트래픽은 매년 약 100% 증가한다. 1998년 이후에 지배적인 트래픽은 인터넷이다.
이러한 급속한 성장을 다루는 한가지 방법은 WDM 기술을 사용하여 다른 파장에서 섬유안에 더 많은 채널을 추가하는 것이다. 모든 파장은 보통 2.5 기가비트/초(40 000 동시 전화 대화)를 취급한다. 오늘날, WDM 시스템은 80 파장 채널까지 가질 수 있다(64 kb/s에서 >3 백만 전화 대화). 전통적인 중계기는 오직 하나의 파장만 취급한다. 오늘날 EDFA(EDFA=에르븀 도핑 섬유 증폭기)을 사용하여 동시에 80 또는 160 파장 채널까지 증폭한다. EDFA의 비용은 대략 종래의 중계기와 동일하며, 따라서 중계기의 숫자와 설치된 광학 섬유의 수 모두에서 엄청난 비용 절약이 존재한다. 이것이 요즘 장거리 전화가 매우 싼 이유이다(예를 들어, 스웨덴에서 미국까지 <1 SEK/분)
EDFA은 코어에 에르븀으로 도핑된 실리카 섬유로 구성된다. 에르븀 이온은 펌프 레이저로 에너지를 얻는다. 바람직한 펌프 파장은 980 nm인데 증폭기의 노이즈가 그 파장에서 최소화되기 때문이다. EDFA의 비용의 30%는 펌프 레이저로부터 생긴다. 따라서, 펌프 레이저에 대한 성능 비용 비율에서의 모든 개선은 일반적으로 EDFA 및 WDM 네트워크에 대해 강한 영향을 가질 것이다. 도시 고리, 소위 메트로폴리탄 영역 네트워크에서의 EDFA의 전개는 980 nm 펌프 레이저 기술의 큰 비용과 높은 전력 소비에 의해 방해되어왔다.
그러나, 상기한 새로운 부동태화 기술을 갖는 본 발명에 따른 펌프 레이저의분열 기술은 레이저 칩의 냉각 요구조건을 줄일 것이고 따라서 패키징 비용과 전반적인 전력 소비를 줄인다. 공정은 또한 높은 처리율을 가지며, 이는 비용을 줄일 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 광학 섬유(P1)을 통해 전달되는 신호는 섬유 컨텍트(P2)를 통해 들어간다. 신호는 에르븀 이온의 증대 밴드폭 내에 있는 1530...1560 nm 사이의 파장을 가져야 한다. 보통 EDFA의 각각 입력부와 출력부에 광학 절연체(P3 및 P4)가 존재하여 다중 반사와 따라서 노이즈를 방지한다. 펌프 레이저(P5)는 WDM의 입력에 연결된 섬유(P6)에 연결되고, 거기에 또한 입력 신호가 또다른 입력부로 공급된다. 재형성된 신호는 출력 컨텍트(P7)를 통해 출력된다.
WDM은 펌프 레이저 광(980 nm)을 신호(1530....1560nm)와 조합한다. 펌프 레이저 에너지는 에르븀 이온의 흡수를 통해 신호 밴드로 전달되고 이어서 신호 밴드에서 자극된 방출이 이어진다. 증대는 보통 20 dB 이다. 출력 전력은 펌프 전력에 비례한다. 유용한 신호 밴드는 3 Tb/s이상(~6 천만 동시 전화 대화)이다.
따라서, GaAs에 기반한 펌프 레이저에 대한 응용의 분야는 무엇보다도 에르븀(Er) 도핑된 섬유 증폭기이지만, 또한 툴륨(Tm) 도핑된 섬유도 해당된다. 툴륨 도핑된 섬유는 소위 S-밴드에서 증폭을 주고, 그것은 광학 커뮤니케이션에 중요하다. S-밴드는 1450 내지 1480 nm 사이에서 확장된다. 증폭은 툴륨-도핑된 플루오라이드 섬유에 의해 또는 대안으로서는 약 1350nm에서 펌프된 Raman-증폭기에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 플루오라이드 섬유는 작업하기 어렵다. 그것들은 표준 종류의 섬유를 향해 융합 분할될 수 없다. 그들은 또한 흡습성이며, 즉 습기와 열로 인해 빠르게 질저하한다. 그들은 또한 취성이다.
따라서, 중요한 파장은 970 내지 985 nm(EDFA=에르븀 도핑 섬유 증폭기), 1045 내지 1070 nm(TDRRA=툴륨 도핑 플루오라이드 섬유 증폭기), 및 915 및 970 (EDWA=에르븀 도핑 웨이브-가이드 증폭기)이다.
가장 흥미로운 파장은 1045 내지 1070 nm이다. 불행하게도, 거의 300mW에서의 전력이 20 dB의 증폭에 달하기 위해 필요하다.
Er/Yb-도핑된 EDWA(에르븀 도핑 웨이브-가이드 증폭기)는 또한 중효한 응용이다. 이들 종류의 웨이브-가이드는 유리로 제조된다. 그들은 길이가 짧기 때문에 에르븀은 보다 민감하게 만들어져야 한다. 이트륨은 그런 목적을 위해 사용된다. 보통 에르븀보다 10배 더 많은 이트륨이 존재한다. 그로인해 펌프의 효과적인 흡수가 가능하다. P와의 공동-도핑은 종종 이트륨으로부터 에르븀까지의 전이를 최적화하기 위해 이루어진다.
Claims (37)
- ·레이저 웨이퍼(W)를 대기중에서 바(B)로 절단하여 적어도 제 1 면을 제공하는 단계,·하나 이상의 바를 진공에 놓는 단계,·질소, 수소, 아르곤, 할로겐(예를 들어, Cl, Br, 또는 I 기재 화합물) 및 탄화수소 가스(예를 들어, CH4및 C2H6) 및 그들의 혼합물과 같은 화학적으로 비활성이고 반응성인 가스를 포함하는 군으로부터의 한가지 이상의 재료를 포함하는 플라즈마를 사용하여, 건식 에칭, 예를 들어 이온-빔 에칭을 이용하여 상기 적어도 제 1 면으로부터 표면 산화물과 오염물질을 제거하는 단계,·질소 이온이 플라즈마로부터 표면까지 가속되는(예를 들어, 이온-빔으로서 추출됨) 질소를 함유하는 플라즈마를 사용하여, 상기 적어도 제 1 면 위에, AlN, GaN, InN, InAsN를 포함하는 군으로부터의 하나 이상의 화합물로 구성되는 제 1 질화 표면 층(8)을 생성하는 단계,·거울 코팅에 앞서 계면/표면 재결합을 더욱 줄이기 위해 하나 이상의 얇은 부동태화 층 막(10)을 부가하는 단계; 및·보호 층 및/또는 거울 코팅을 부가하는 단계를 포함하는, 레이저 웨이퍼로부터 레이저 다이오드를 얻는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 적어도 제 1 면은 제 1 및 제 2 면인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, Al, In, Ga, As 및 P와 같은 주기율표 2b, 3a, 4a 및 5a 족으로부터의 하나 이상의 원소를 포함하는 제 1 질화 표면 층(8)위에 제 2 질화 층(9A)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, Si, Ga, Zn 및 Al과 같은 주기율표 2b, 3a, 4a 및 5a족으로부터의 한가지 이상의 원소와 조합한 반응성 플라즈마를 사용하여 얇은 질화물 막 층(9B)의 하나 이상의 제 3 추가 인시투 또는 엑스시투 증착을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 진공은 약 10 Torr 내지 10-11Torr 사이, 바람직하게는 10-7Torr 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,·상기 절단된 바들을 2D-매트릭스(21)로 쌓는 단계·매트릭스를 약 10 Torr 내지 10-11Torr 사이, 바람직하게는 10-7Torr 미만의 진공에 놓는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 수직입사각으로부터 0°내지 90°의 교대 빔 입사각과 조합하여, 그리고 시간의 함수로서 온도 및 전류 밀도에 관하여 특정 에너지 범위 0 내지 2000 eV로 건식 에칭(플라즈마 스퍼터링 또는 이온 빔 에칭)에서 매끄러운 표면 형태를 향상시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 증착되고 질화된 층들을 조합하여 제조하고 이어서 어닐링하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건식 에칭 및 제 1 질화 단계는 마이크로파 전력, 무선 주파수 전력 또는 DC 전력을 가스에 공급함으로써 가스를 플라즈마로 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응성인 가스와 비활성 가스 사이의 상기 혼합물은 아르곤, 질소, 수소 및 염소를 포함하는 군으로부터 하나 이상의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 질화 표면 층(8)의 상기 생성은 질소 가스를 함유하고, 수소와 아르곤을 포함하는 군으로부터의 하나 이상의 원소를 포함하는 플라즈마로부터 추출된 질소 이온 빔을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 질화 층(9A)은 III족 원소에 결합된 질소로 지배적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 및 제 2 오염없는 레이저 거울 면 표면을 얻은 후에 GaAlAs-InGaAs의 층들을 포함하는 레이저 거울을 부동태화하는 방법으로서,질소 가스를 아르곤 플라즈마에 첨가하고 오직 질소 플라즈마만이 단계적 방식으로 제공될때까지 점차적으로 아르곤을 제거하는 단계,질소를 상기 GaAlAs-InGaAs 층들 위에 도입하는 동안에 그층들과 반응하여 질화물 층을 성장시켜 상기 오염없는 면 표면과 상기 질화물 층 사이의 계면을 점진적으로 만들고, 상기 질화물 층은 점차적으로 자연 질화를 이용하여 상기 층들 사이의 점진적인 가장자리 선을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- GaAs 기재 레이저 캐버티에 대한 결정 거울 면에서 GaAs, GaAlAs, InGaAs, InGaAsP 및 InGaAs을 포함하는 군으로부터 선택된 재료의 오염없는 표면을 얻는 방법으로서,·공기, 건조 공기 또는 건조 질소 분위기를 포함하는 군으로부터의 물질을함유하는 대기에 노출된 상기 결정 거울 면을 절단해내는 단계,·진공에서 건식 에칭에 의한 거울 면의 대기 노출동안에 얻어진 어떠한 산화물 및 다른 외부 오염물질을 제거하는 단계,·산화물을 제거시킨 후에, 그들을 질소로 처리함으로써 거울 면위에 자연 질화물 층(7)을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항에 있어서,·질소, 수소, 아르곤 및 할로겐 화합물(예를 들어, Cl, Br 또는 I 기재 화합물) 및 탄화수소 가스(예를 들어, CH4및 C2H6) 및 그들의 혼합물과 같은 화학적으로 비활성이고 반응성인 가스를 포함하는 군으로부터의 한가지 이상의 물질을 포함하는 물질 보조 플라즈마를 사용하여, 상기 건식 에칭을 시작하는 단계,·질소 보조 플라즈마를 사용함으로써 오염없는 표면(8)을 얻은 후에 면들을 부동태화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 건식 에칭은 질소 보조 플라즈마로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건식 에칭은 물질이 질소와 또다른 가스의 혼합물인 플라즈마로 수행되고, 상기 다른 가스는 오직 질소 플라즈마만이 제공될때까지 점차적으로 질소로 대체되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건식 에칭은 질소가 없는 가스로 수행되고, 상기 가스는 오직 질소 플라즈마만이 제공될때까지 점차적으로 질소로 대체되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소 플라즈마는 원자 또는 분자 형태 또는 이들의 혼합물 형태로 질소를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 산화물의 제거를 향상시키기 위해서 상기 물질 보조 플라즈마에 수소를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질은 아르곤인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 결정 거울 면에서 상기 GaAlAs-InGaAs 표면은 또한 Sb와 Se를 포함하는 군으로부터의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,·상기 물질 보조 플라즈마에 이온 질소, 원자 질소 및 분자 질소를 포함하는 군으로부터의 원소를 도입하는 동안 상기 레이저 면의 상기 절단 동안에 제공된 GaAlAs-InGaAs 층들과 반응하여, 상기 오염없는 표면(7) 위에 질화물 층(8)을 성장시키기 시작하는 단계,·다른 층들 사이의 계면 재결합을 최소화하기 위하여 자연 질화를 이용하여 각각의 세척된 면과 상기 성장된 질화물 층 사이의 계면을 점진적으로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 23항에 있어서, 추출된 빔과 함께 질소를 포함하는 플라즈마를 사용하여 AlN, GaN, InN, InAsN을 포함하는 군으로부터의 한가지 이상의 재료로 구성되는 상기 질화물 층(8)을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, C, Si, Ga, Zn 및 Al과 같은 주기율표 2b, 3a, 4a 및 5a족으로부터의 한가지 이상의 원소와 질소를 조합한 반응성 플라즈마를 사용하여 얇은 질화물 막(9A)을 추가로 인시투 또는 엑스시투 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 25항에 있어서, 거울 코팅에 앞서 계면 표면 재결합을 더 줄이기 위해 하나 이상의 또하나의 막(9B)을 부가하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 14항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 수직입사각으로부터 0°내지 90°의 교대 빔 입사각과 조합하여 특정 에너지 범위 0 내지 2000 eV로 상기 건식 에칭에서 매끄러운 표면 형태를 향상시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 27항에 있어서, 또한 시간의 함수로서 온도 및 전류 밀도에 관하여 매끄러운 표면 형태를 향상시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 레이저 본체에서 레이저 캐버티에 대한 결정 거울 면을 얻는 방법으로서,(i)다음 물질 즉 공기, 건조 공기 또는 건조 질소 분위기중 하나를 함유하는 대기에 노출된 상기 결정 거울 면을 절단해내는 단계(ii)진공에서 이온 밀링을 만들어서 상기 절단에서 제공된 오염 층을 제거하는 단계, 및(iii)질소를 혼입하는 이온 밀링에 의해, 통상 대응 부분보다 더 높은 밴드 갭을 갖고 뒤이은 바람직하지 않은 화학 오염을 방지하는 표면 근처 질화된 화합물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 29항에 있어서,상기 표면 근처 질화물 화합물을 형성하기 전에아르곤 가스 보조 플라즈마를 사용하여 건식 에칭에 의해 오염없는 표면을 얻는 단계,질소 가스를 상기 아르곤 가스 보조 플라즈마에 첨가함으로써 오염없는 표면을 얻은 후에 면들을 부동태화하여 상기 오염없는 표면의 자연 질화를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 30항에 있어서, 상기 면들을 부동태화하는 것은 오직 질소 플라즈마만이 제공될 때까지 점차적으로 아르곤을 제거함으로써 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 31항에 있어서, 상기 질소를 상기 아르곤 가스 보조 플라즈마에 도입하는 동안 상기 레이저 면들의 상기 절단 동안에 제공된 레이저 바 층들과 반응하여 상기 오염없는 표면위에 질화물 층(8)을 성장하기 시작하는 단계,다른 층들 사이에 계면 재결합을 최소화하기 위해 상기 자연 질화를 이용하여 각각의 세척된 면과 상기 성장된 질화물 층 사이의 계면을 점진적으로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 32항에 있어서, 산화물의 제거를 향상시키기 위해서 수소를 아르곤 가스 보조 플라즈마에 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 29항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서, 수직입사각으로부터 0°내지 90°의 교대 빔 입사각과 조합하여, 그리고 시간의 함수로서 온도 및 전류 밀도에 관하여 특정 에너지 범위 0 내지 2000 eV로 상기 건식 에칭에서 매끄러운 표면 형태를 향상시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 29항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서, 추출된 빔과 함께 질소를 포함하는 플라즈마를 사용하여 AlN, GaN, InN, InAsN을 포함하는 군으로부터의 한가지 이상의 재료로 구성되는 상기 질화물 층을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 34항에 있어서, Si, Ga, Zn 및 Al과 같은 주기율표 2b, 3a, 4a 및 5a족으로부터의 한가지 이상의 원소를 조합한 반응성 플라즈마를 사용하여 얇은 질화물 막(9A)을 추가로 인시투 또는 엑스시투 증착하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 36항에 있어서, 거울 코팅에 앞서 계면 표면 재결합을 더 줄이기 위해 하나 이상의 추가 막(9B)을 부가하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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