KR20120086196A - A distributed bragg reflector(dbr) using silicon and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실리콘을 이용한 DBR 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘을 기판 상에 비스듬히 증착하는 저굴절률 실리콘층과 수직하게 증착하는 고굴절률 실리콘층이 교대로 순차 재적층됨으로써, 적은 층수로 광대역 고반사가 가능하며, 넓은 파장 범위에서 높은 반사특성을 유지할 수 있도록 한 실리콘을 이용한 DBR 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a DBR structure using silicon and a method for manufacturing the same, and more particularly, a low refractive index silicon layer for depositing silicon obliquely on a substrate and a high refractive index silicon layer for vertically depositing silicon are alternately sequentially stacked. The present invention relates to a DBR structure using silicon and a method of manufacturing the same, which enable high-bandwidth high reflection in layers and maintain high reflection characteristics in a wide wavelength range.
일반적으로, 광대역 분산 브래그 반사경(Distributed Bragg Reflector, 이하, 'DBR'라 함)의 구조는 AlxGa(1-x)As막(0≤x≤1)으로 대표되는 반도체 화합물의 조성비를 조절하는 것으로 제조되었다.In general, the structure of a broadband distributed Bragg reflector (hereinafter referred to as 'DBR') is used to control the composition ratio of a semiconductor compound represented by an Al x Ga (1-x) As film (0≤x≤1). Was prepared.
반도체 화합물의 조성비를 조절하여 다양한 박막의 구성이 가능하며 그 가운데 굴절률차와 밴드갭을 고려하여 적절한 저굴절률층 및 고굴절률층을 선택할 수 있다.Various thin films can be configured by adjusting the composition ratio of the semiconductor compound, and among them, an appropriate low refractive index layer and a high refractive index layer can be selected in consideration of the refractive index difference and the band gap.
그러나, 이와 같은 통상적인 DBR구조는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 혹은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 등의 고품위 박막성장방법을 이용하여 제조되기 때문에 기판이 제한되며, 물질의 굴절률 조절에 한계가 있으며, 저굴절률층과 고굴절률층의 굴절률 차(Index contrast)가 작기 때문에 고반사를 얻기 위해 여러 층(약 30 페어(pairs) 이상)이 적층되어 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다. 또한, 원하는 모양의 형성이 까다로운 단점이 있다.However, since the conventional DBR structure is manufactured using high quality thin film growth methods such as MBE (Molecular Beam Epitaxy) or MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), the substrate is limited and there is a limit in controlling the refractive index of the material. Since the refractive index difference between the low refractive index layer and the high refractive index layer is small, several layers (more than about 30 pairs) are stacked to obtain high reflection, and thus the thickness becomes thick. In addition, there is a disadvantage that the formation of the desired shape is difficult.
또한, 알루미늄(Al) 성분의 산화 특성을 이용한 GaAs/AlxO(1-x) DBR 구조가 제시되었지만, 산화공정은 긴 공정 시간을 필요로 하고, 균일성과 재현성 문제가 있으며, 산화공정을 박막의 측면에서 하기 위해서는 반드시 패터닝이 필요하다는 한계가 있어 많이 활용되지 못하고 있다.In addition, the GaAs / Al x O (1-x) DBR structure using the oxidation characteristics of the aluminum (Al) component is proposed, but the oxidation process requires a long process time, there is a problem of uniformity and reproducibility, and the oxidation process is thin film In order to do this, there is a limit that patterning is necessary, so it is not utilized much.
이러한 문제점을 극복하기 위해서 서로 다른 고굴절률 및 저굴절률 유전체(Dielectric material)를 이용한 DBR의 제조방법이 연구되고 있지만, 물질마다 열팽창계수가 서로 달라 고온 동작 시, DBR층의 결함이 발생하는 문제가 있다.In order to overcome this problem, a method of manufacturing a DBR using different high refractive index and low refractive index dielectric materials has been studied. However, the thermal expansion coefficient of each material is different so that a defect of the DBR layer occurs during high temperature operation. .
이러한 기존 제작된 반도체화합물 혹은 유전체 DBR은 성장이 어렵다거나, 복잡한 공정 방법 혹은 굴절률의 선택이 어려울 뿐만 아니라 이종의 물질을 사용할 경우, 열팽창계수의 차이로 소자 제작 시 열적 안정성을 보장할 수 없으며, 심각한 크랙이 발생하거나 신뢰성 저하의 원인이 되는 문제점이 있다.
Such a conventional semiconductor compound or dielectric DBR is difficult to grow, difficult to select a complicated process method or refractive index, and when using heterogeneous materials, thermal stability cannot be guaranteed due to the difference in coefficient of thermal expansion. There is a problem that a crack occurs or causes a decrease in reliability.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실리콘을 기판 상에 비스듬히 증착하는 저굴절률 실리콘층과 수직하게 증착하는 고굴절률 실리콘층이 교대로 순차 재적층됨으로써, 적은 층수로 광대역 고반사가 가능하며, 넓은 파장 범위에서 높은 반사특성을 유지할 수 있도록 한 실리콘을 이용한 DBR 구조물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to reduce the number of layers by sequentially re-stacking the low-refractive-index silicon layer which deposits silicon at an angle on the substrate and the high-refractive-index layer which is deposited vertically. The present invention provides a DBR structure using silicon and a method of manufacturing the same, which enable high-bandwidth high reflection and maintain high reflection characteristics in a wide wavelength range.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 기판 상에 서로 다른 굴절률을 가진 적어도 한 층의 제1 및 제2 실리콘층이 교대로 순차 적층되되, 상기 제1 실리콘층은 상기 제2 실리콘층보다 낮은 굴절률을 갖으며, 상기 기판 상에 경사각을 조절하여 굴절률이 변화되도록 실리콘을 이용하여 경사지게 증착되는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물을 제공하는 것이다.In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention, the first and second silicon layers of at least one layer having different refractive indices are alternately stacked on the substrate, the first silicon layer is the second It has a lower refractive index than the silicon layer, and to provide a DBR structure using silicon, characterized in that the deposition is inclined using silicon so that the refractive index is changed by adjusting the inclination angle on the substrate.
여기서, 상기 제2 실리콘층은 상기 기판의 평면에 수직하게 증착됨이 바람직하다.Here, the second silicon layer is preferably deposited perpendicular to the plane of the substrate.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 실리콘층의 굴절률은 1 내지 5 범위에서 선택될 수 있다.Preferably, the refractive indices of the first and second silicon layers may be selected in the range of 1 to 5.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 실리콘층은 결정형, 비정질 혹은 그 중간 단계의 실리콘으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 단일 물질로 형성될 수 있다.Preferably, the first and second silicon layers may be formed of a single material selected from the group consisting of crystalline, amorphous or intermediate silicon.
바람직하게, 상기 제1 실리콘층은 다공성 구조로 이루어질 수 있다.Preferably, the first silicon layer may be made of a porous structure.
바람직하게, 상기 경사각은 1도 내지 90도로 이루어질 수 있다.Preferably, the inclination angle may be made of 1 degree to 90 degrees.
바람직하게, 상기 경사지게 증착하는 방법은 스퍼터링 또는 증발법을 이용할 수 있다.Preferably, the oblique deposition method may use a sputtering or evaporation method.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 실리콘층의 두께는 0.001㎛ 내지 100㎛ 범위로 이루어질 수 있다.Preferably, the thickness of the first and second silicon layers may be in the range of 0.001㎛ to 100㎛.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 실리콘층은 각각 2층 내지 5층으로 이루어질 수 있다.
Preferably, the first and second silicon layers may be formed of two to five layers, respectively.
본 발명의 제2 측면은, 기판 상에 서로 다른 굴절률을 가진 적어도 한 층의 제1 및 제2 실리콘층을 교대로 순차 적층하되, 상기 제1 실리콘층은 상기 제2 실리콘층보다 낮은 굴절률을 갖으며, 상기 기판 상에 경사각을 조절하여 굴절률이 변화되도록 실리콘을 이용하여 경사지게 증착하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 제조방법을 제공하는 것이다.According to a second aspect of the present invention, at least one first and second silicon layers having different refractive indices are sequentially stacked on a substrate, wherein the first silicon layer has a lower refractive index than the second silicon layer. In addition, to provide a method of manufacturing a DBR structure using silicon, characterized in that the deposition is inclined using silicon so that the refractive index is changed by adjusting the inclination angle on the substrate.
여기서, 상기 제2 실리콘층은 상기 기판의 평면에 수직하게 증착함이 바람직하다.Here, the second silicon layer is preferably deposited perpendicular to the plane of the substrate.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 실리콘층의 굴절률은 1 내지 5 범위에서 선택할 수 있다.Preferably, the refractive indices of the first and second silicon layers may be selected in the range of 1 to 5.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 실리콘층은 결정형, 비정질 혹은 그 중간 단계의 실리콘으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 단일 물질로 형성할 수 있다.Preferably, the first and second silicon layers may be formed of a single material selected from the group consisting of crystalline, amorphous or intermediate silicon.
바람직하게, 상기 제1 실리콘층은 다공성 구조로 형성할 수 있다.Preferably, the first silicon layer may be formed in a porous structure.
바람직하게, 상기 경사각은 1도 내지 90도로 이루어질 수 있다.Preferably, the inclination angle may be made of 1 degree to 90 degrees.
바람직하게, 상기 경사지게 증착하는 방법은 스퍼터링 또는 증발법을 이용할 수 있다.Preferably, the oblique deposition method may use a sputtering or evaporation method.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 실리콘층의 두께는 0.001㎛ 내지 100㎛ 범위로 형성할 수 있다.Preferably, the thickness of the first and second silicon layer may be formed in the range of 0.001㎛ to 100㎛.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 실리콘층은 각각 2층 내지 5층으로 형성할 수 있다.
Preferably, the first and second silicon layers may be formed of two to five layers, respectively.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실리콘을 이용한 DBR 구조물 및 그 제조방법에 따르면, 실리콘을 기판 상에 비스듬히 증착하는 저굴절률 실리콘층과 수직하게 증착하는 고굴절률 실리콘층이 교대로 순차 재적층됨으로써, 적은 층수로 광대역 고반사가 가능하며, 넓은 파장 범위에서 높은 반사특성을 유지할 수 있는 이점이 있다.According to the DBR structure using the silicon of the present invention as described above and a method of manufacturing the same, the low refractive index silicon layer for depositing silicon obliquely on the substrate and the high refractive index silicon layer for vertical deposition are alternately sequentially stacked, Broadband high reflection is possible with the number of layers, and there is an advantage of maintaining high reflection characteristics in a wide wavelength range.
또한, 본 발명에 따르면, 기판에 실리콘을 증발법 또는 스퍼터링법을 이용하여 기울여 증착하는 방법으로 굴절률을 조절하며 각 저굴절률 및 고굴절률 실리콘 층의 굴절률차가 크게 선택되어 DBR 구조물을 구성하기 때문에 넓은 파장 범위에서 높은 반사특성을 유지할 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, since the refractive index is controlled by tilting and depositing silicon on the substrate by using an evaporation method or a sputtering method, the refractive index difference between each of the low refractive index and high refractive index silicon layers is largely selected to form a DBR structure. There is an advantage that can maintain high reflection characteristics in the range.
또한, 본 발명에 따르면, 단일 물질로 제조되기 때문에 챔버 내부의 오염을 줄이며, 열팽창계수가 서로 다른 이종 물질의 사용으로 인한 크랙이 없도록 할 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, since it is made of a single material, there is an advantage in reducing the contamination inside the chamber, and there is no crack due to the use of different materials with different thermal expansion coefficients.
또한, 본 발명에 따르면, 비스듬히 증착하는 방법은 넓은 범위의 굴절률 변화를 제공하며, 간단한 몇 차례 증착만으로 제조할 수 있다는 장점을 가지고, 실리콘 굴절률차가 크기 때문에 적은 층수로도 충분한 고반사 특성을 제공할 수 있으며, 광소자 상의 얇은 두께로 증착할 수 있어 광소자의 응답속도 측면에서도 유리한 이점이 있다.
In addition, according to the present invention, the oblique deposition method provides a wide range of refractive index changes, and has the advantage of being able to be manufactured by only a few simple depositions, and because the silicon refractive index difference is large, a sufficient number of layers may provide sufficient high reflection characteristics. In addition, it can be deposited in a thin thickness on the optical device is advantageous in terms of response speed of the optical device.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘을 이용한 DBR 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 파장에 따른 반사율을 나타낸 그래프들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 각 층의 두께 오차에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 종래의 GaAs/AlAs DBR 구조물과 본 발명의 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 반사율을 비교하기 위한 그래프이다.1 is a cross-sectional view for explaining a DBR structure using silicon according to an embodiment of the present invention.
2 to 5 are graphs showing reflectance according to a wavelength of a DBR structure using silicon according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are graphs showing the reflectance according to the thickness error of each layer of the DBR structure using silicon according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph for comparing the reflectance of the conventional GaAs / AlAs DBR structure and the DBR structure using the silicon of the present invention.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.
먼저, 본 발명은 광학 필터 등의 각종 광학 소자 및 반도체 발광소자 혹은 태양전지 등의 광 반도체 소자에 사용되어지는 고반사막 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고굴절률 및 저굴절률 실리콘층을 교대로 순차 재적층하여 반도체 기판 및 소자 구조상에 광대역 분산 브래그 반사경(Distributed Bragg Reflector, 이하, 'DBR'이라 함) 구조물을 제조하는 것이다.First, the present invention relates to a high reflective film manufacturing technology used in various optical devices such as optical filters and optical semiconductor devices such as semiconductor light emitting devices or solar cells, and more specifically, a high refractive index and a low refractive index silicon layer alternately. By sequentially re-laminating to manufacture a broadband distributed Bragg reflector (hereinafter referred to as 'DBR') structure on the semiconductor substrate and device structure.
특히, 본 발명은 실리콘을 비스듬하게 증착하여 저굴절률 실리콘층을 구현하는 것으로, 굴절률차가 큰 동일물질 DBR 구조물 및 그 제조방법을 제공하며, 적은 층수로 광대역 고반사가 가능한 DBR 구조물 및 그 제조방법을 제공한다. 또한, 굴절률차가 큰 구조를 사용하여 증착 두께의 허용오차를 크게 할 수 있다.In particular, the present invention is to implement a low refractive index silicon layer by depositing silicon obliquely, to provide the same material DBR structure having a large refractive index difference and a method of manufacturing the same, DBR structure capable of high-bandwidth high reflection with a small number of layers and a method of manufacturing the same to provide. In addition, the tolerance of the deposition thickness can be increased by using a structure having a large refractive index difference.
또한, 본 발명에 따른 실리콘을 이용한 DBR 구조물은 굴절률 차가 크기 때문에 적은 페어수로도 충분히 높은 반사특성을 보일 수 있으며, 광대역 고반사율의 DBR 구현이 가능하다.
In addition, since the DBR structure using silicon according to the present invention has a large refractive index difference, it is possible to show a sufficiently high reflection characteristic even with a small number of pairs, and it is possible to implement a broadband high reflectance DBR.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘을 이용한 DBR 구조물을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a DBR structure using silicon according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘을 이용한 DBR 구조물(또는 무반사막)은, 기판(100) 상에 저굴절률 실리콘층인 제1 실리콘층(200, 210, 220)과 고굴절률 실리콘층인 제2 실리콘층(300, 310, 320)이 순차 재적층되어 저굴절률과 고굴절률이 교차되는 구조를 포함한다.Referring to FIG. 1, a DBR structure (or anti-reflective film) using silicon according to an exemplary embodiment of the present invention may be formed on the
여기서, 기판(100)은 유리 기판 또는 반도체 기판으로 이루어질 수 있으며, 상기 반도체 기판은 예컨대, Si, GaAs, InP, GaP, GaN 중 어느 하나로 이루어짐이 바람직하다.Herein, the
제1 실리콘층(200, 210, 220)은 제2 실리콘층(300, 310, 320)보다 낮은 굴절률을 갖으며, 제1 실리콘층(200, 210, 220) 및 제2 실리콘층(300, 310, 320)의 굴절률은 약 1 내지 5 범위에서 선택할 수 있다.The
한편, 제1 실리콘층(200, 210, 220) 및 제2 실리콘층(300, 310, 320) 상의 m은 양의 정수를 의미하며, 이는 기판 물질 혹은 원하는 반사율 등에 따라 다양한 층의 개수로 선택될 수 있다. 여기에서 각각의 제1 실리콘층(200, 210, 220) 및 제2 실리콘층(300, 310, 320)은 경사 증착법으로 형성될 수 있으며, 예컨대, 스퍼터링(sputtering) 또는 증발법(evaporation)에 의해 형성될 수 있다.Meanwhile, m on the
특히, 제1 실리콘층(200, 210, 220)은 기판(100) 상에 실리콘을 비스듬하게 증착하여 굴절률을 조절하는데, 제1 실리콘층(200, 210, 220)은 기판(100) 상에 실리콘을 비스듬하게 증착하는 과정에서 경사각(바람직하게, 약 1도 내지 90도 정도)을 조절하여 굴절률이 변화되도록 증착될 수 있으며, 제2 실리콘층(300, 310, 320)은 기판(100)의 평면에 수직하게 증착됨이 바람직하다. 한편, 제1 실리콘층(200, 210, 220)은 증착 속도를 조절하여 굴절률을 조절할 수도 있다. In particular, the
또한, 제1 실리콘층(200, 210, 220) 및 제2 실리콘층(300, 310, 320)은 결정형, 비정질 혹은 그 중간 단계의 실리콘으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 단일 물질로 형성될 수 있다. 또한, 제1 실리콘층(200, 210, 220)은 다공성 구조로 이루어질 수 있다.In addition, the first silicon layers 200, 210, and 220 and the second silicon layers 300, 310, and 320 may be formed of a single material selected from the group consisting of crystalline, amorphous, and intermediate silicon. In addition, the first silicon layers 200, 210, and 220 may have a porous structure.
또한, 제1 실리콘층(200, 210, 220) 및 제2 실리콘층(300, 310, 320)은 각각 약 2층 내지 5층으로 이루어짐이 바람직하며, 제1 실리콘층(200, 210, 220) 및 제2 실리콘층(300, 310, 320)의 두께는 약 0.001㎛ 내지 100㎛ 범위로 이루어질 수 있다.In addition, the first silicon layer (200, 210, 220) and the second silicon layer (300, 310, 320) is preferably composed of about 2 to 5 layers, respectively, the first silicon layer (200, 210, 220) And the thicknesses of the second silicon layers 300, 310, and 320 may range from about 0.001 μm to 100 μm.
한편, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘을 이용한 DBR 구조물은, 예컨대, VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser), LED(Light Emitting Diode) 등의 반도체 발광소자, 광학 필터 등의 각종 광학 소자 혹은 태양전지(Solar Cell) 등의 광 반도체 소자에 고반사막으로 용이하게 적용될 수 있다.
On the other hand, the DBR structure using silicon according to an embodiment of the present invention configured as described above, for example, various optical such as semiconductor light emitting device, such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL), light emitting diode (LED), optical filter It can be easily applied as a high reflection film to an optical semiconductor device such as a device or a solar cell.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 반사율을 나타낸 그래프들로서, 저굴절률 실리콘층인 제1 실리콘층(200, 210, 220) 및 고굴절률 실리콘층인 제2 실리콘층(300, 310, 320)을 각각 3층, 4층 및 5층으로 적층한 것으로 가정하여 계산된 반사율을 파장에 따라 나타낸 그래프들이다.2 to 5 are graphs showing reflectances of a DBR structure using silicon according to an embodiment of the present invention, wherein the first silicon layers 200, 210, and 220, which are low refractive index silicon layers, and the second high refractive index silicon layers, respectively. These graphs show reflectances calculated according to wavelengths assuming that silicon layers 300, 310, and 320 are stacked in three, four, and five layers, respectively.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 저굴절률과 고굴절률로 선택된 제1 실리콘층(200, 210, 220) 및 제2 실리콘층(300, 310, 320)의 굴절률은 실험적으로 증착된 실리콘층의 굴절률을 측정하여 굴절률차가 크도록 선택하였으며, 중심파장에 맞추어 각 층의 두께가 결정되었고, 광 반사율(Optical reflectance)은 RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)법으로 계산되었다. 상기 실제 예의 구조를 증발법을 이용하여 구현한 구조의 측정된 반사율 또한 도 4에 도시되었다.2 to 5, the refractive indices of the first silicon layers 200, 210, and 220 and the second silicon layers 300, 310, and 320 selected as the low refractive index and the high refractive index are the refractive indices of the experimentally deposited silicon layers. The refractive index difference was selected to be large, the thickness of each layer was determined according to the center wavelength, and the optical reflectance was calculated by RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis). The measured reflectance of the structure in which the structure of the above practical example is implemented using the evaporation method is also shown in FIG. 4.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 비교적 짧은 파장(약 650nm)에서는 굴절률차(index contrast)가 작아지기 때문에 더 많은 페어(pairs)를 필요로 한다. 종래 기술의 논문(L. Piskorski, et al., Appl. Phys. A 98, 651-657 (2010) 참조)에서는 약 650nm에서 고반사율을 얻기 위해 위 아래로 도합 90 페어(pairs)를 사용한 것을 알 수 있다. 반면, 본 발명의 a-Si DBR 구조물을 사용할 경우, 위 아래로 6 페어(pairs) 이상이면 충분하다.On the other hand, as shown in FIG. 2, at a relatively short wavelength (about 650 nm), since the index contrast becomes smaller, more pairs are required. Prior art papers (see L. Piskorski, et al., Appl. Phys. A 98, 651-657 (2010)) found that 90 pairs were used up and down to achieve high reflectance at about 650 nm. Can be. On the other hand, when using the a-Si DBR structure of the present invention, 6 pairs or more up and down is sufficient.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 공정에서 두께의 다소 오차가 있어도 중심파장(약 1550nm)에서의 고반사율 특성은 변화가 없다. 두께 차이가 최대 10nm까지 나더라도 반사율은 유지된다.In addition, as shown in FIG. 5, even if there is a slight error in the thickness in the process, the high reflectance characteristic at the center wavelength (about 1550 nm) remains unchanged. Reflectance is maintained even if the thickness difference is up to 10 nm.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 각 층의 두께 오차(Thickness Deviation)에 따른 반사율(Reflectance)을 나타낸 그래프로서, 두께의 오차에 따른 반사특성을 계산한 결과를 도시한 그래프이며, 두께의 오차가 약 ±5nm 내지 ±10nm정도가 되어도 반사특성에는 크게 영향이 없음을 나타낸다.6 and 7 are graphs showing the reflectance according to the thickness error of each layer of the DBR structure using silicon according to an embodiment of the present invention, the reflection characteristics according to the error of the thickness is calculated It is a graph showing the results, indicating that there is no significant effect on the reflection characteristics even when the thickness error is about ± 5 nm to ± 10 nm.
이렇듯 실리콘의 굴절률을 조절하여 저굴절률 실리콘층 및 고굴절률 실리콘층을 구성하고 순차 적층하여 본 발명의 DBR 구조물을 제조하는 방법은, 적은 층수로도 넓은 파장 범위에서 고반사 특성을 보장할 수 있으며, 한 가지 물질을 사용하여 증착하므로 챔버 내의 오염을 막을 수 있고 또한 열팽창계수의 차이로 인한 크랙을 막을 수 있으며, 굴절률 변화 폭이 충분히 넓고, 얇은 두께로 구현이 가능하며, 각 층 두께의 허용오차가 크기 때문에, 기존 DBR 구조물 및 제조방법에 비해 유리하다.As described above, the method of manufacturing the DBR structure of the present invention by forming and sequentially stacking the low refractive index silicon layer and the high refractive index silicon layer by adjusting the refractive index of silicon can ensure high reflection characteristics in a wide wavelength range with a small number of layers. Deposition using a single material prevents contamination in the chamber and prevents cracks due to differences in thermal expansion coefficients, wide enough refractive index variations, thin thicknesses, and tolerances in each layer Because of its size, it is advantageous over existing DBR structures and manufacturing methods.
도 8은 종래의 GaAs/AlAs DBR 구조물과 본 발명의 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 반사율을 비교하기 위한 그래프로서, 종래 기술의 GaAs/AlAs DBR 구조물은 15 페어(pairs)를 사용하였고(실제로는 약 25 내지 30 pairs 정도 사용), 본 발명의 a-Si DBR 구조물은 약 2 내지 5 페어(pairs)를 사용하였다.8 is a graph for comparing the reflectance of the conventional GaAs / AlAs DBR structure and the DBR structure using the silicon of the present invention, the conventional GaAs / AlAs DBR structure used 15 pairs (actually about 25 To about 30 pairs), the a-Si DBR structure of the present invention used about 2 to 5 pairs.
도 8을 참조하면, 종래 기술의 GaAs/AlAs DBR 구조물(15 pairs)의 반사율과 본 발명의 a-Si DBR 구조물(2 내지 5 pairs)의 반사율을 계산하여 비교한 결과, 본 발명의 a-Si DBR 구조물이 종래 기술의 GaAs/AlAs DBR 구조물보다 정지밴드 폭(stopband width)이 월등히 넓으며, 반사율도 4 pairs 이상의 경우에는 더 높은 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 8, the reflectance of the GaAs / AlAs DBR structure (15 pairs) of the prior art and the reflectance of the a-Si DBR structure (2 to 5 pairs) of the present invention are calculated and compared, and the a-Si of the present invention is compared. It can be seen that the DBR structure has a much wider stopband width than the GaAs / AlAs DBR structure of the prior art, and has a higher reflectance if the reflectance is 4 pairs or more.
전술한 본 발명에 따른 실리콘을 이용한 DBR 구조물 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
Although the above-described preferred embodiments of the DBR structure using silicon and the method of manufacturing the same according to the present invention have been described, the present invention is not limited thereto, but the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings are various. It is possible to carry out the transformation to this also belongs to the present invention.
100 : 기판,
200, 210, 220 : 제1 실리콘층,
300, 310, 320 : 제2 실리콘층100: substrate,
200, 210, 220: first silicon layer,
300, 310, 320: second silicon layer
Claims (18)
상기 제1 실리콘층은 상기 제2 실리콘층보다 낮은 굴절률을 갖으며, 상기 기판 상에 경사각을 조절하여 굴절률이 변화되도록 실리콘을 이용하여 경사지게 증착되는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물.
At least one layer of the first and second silicon layers having different refractive indices is alternately stacked on the substrate,
The first silicon layer has a lower refractive index than the second silicon layer, DBR structure using silicon, characterized in that the deposition is inclined using silicon so that the refractive index is changed by adjusting the inclination angle on the substrate.
상기 제2 실리콘층은 상기 기판의 평면에 수직하게 증착되는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물.
The method according to claim 1,
And the second silicon layer is deposited perpendicular to the plane of the substrate.
상기 제1 및 제2 실리콘층의 굴절률은 1 내지 5 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물.
The method according to claim 1,
The refractive index of the first and second silicon layer is DBR structure using silicon, characterized in that selected from 1 to 5.
상기 제1 및 제2 실리콘층은 결정형, 비정질 혹은 그 중간 단계의 실리콘으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 단일 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물.
The method according to claim 1,
And the first and second silicon layers are formed of a single material selected from the group consisting of crystalline, amorphous, or intermediate silicon.
상기 제1 실리콘층은 다공성 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물.
The method according to claim 1,
The first silicon layer is a DBR structure using silicon, characterized in that consisting of a porous structure.
상기 경사각은 1도 내지 90도인 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물.
The method according to claim 1,
The inclination angle of the DBR structure using silicon, characterized in that 1 to 90 degrees.
상기 경사지게 증착하는 방법은 스퍼터링 또는 증발법을 이용하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물.
The method according to claim 1,
The gradient deposition method is a DBR structure using silicon, characterized in that using the sputtering or evaporation method.
상기 제1 및 제2 실리콘층의 두께는 0.001㎛ 내지 100㎛ 범위로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물.
The method according to claim 1,
DBR structure using silicon, characterized in that the thickness of the first and second silicon layer is made in the range of 0.001㎛ to 100㎛.
상기 제1 및 제2 실리콘층은 각각 2층 내지 5층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물.
The method according to claim 1,
The first and second silicon layer is a DBR structure using silicon, characterized in that each consisting of two to five layers.
상기 제1 실리콘층은 상기 제2 실리콘층보다 낮은 굴절률을 갖으며, 상기 기판 상에 경사각을 조절하여 굴절률이 변화되도록 실리콘을 이용하여 경사지게 증착하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 제조방법.
Alternately stacking at least one first and second silicon layer having different refractive indices on the substrate,
The first silicon layer has a lower refractive index than the second silicon layer, the method of manufacturing a DBR structure using silicon, characterized in that the deposition is inclined using silicon so that the refractive index is changed by adjusting the inclination angle on the substrate.
상기 제2 실리콘층은 상기 기판의 평면에 수직하게 증착하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 제조방법.
The method of claim 10,
The second silicon layer is a method of manufacturing a DBR structure using silicon, characterized in that to deposit perpendicular to the plane of the substrate.
상기 제1 및 제2 실리콘층의 굴절률은 1 내지 5 범위에서 선택하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 제조방법.
The method of claim 10,
The refractive index of the first and second silicon layer is a method of manufacturing a DBR structure using silicon, characterized in that selected from 1 to 5.
상기 제1 및 제2 실리콘층은 결정형, 비정질 혹은 그 중간 단계의 실리콘으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 단일 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 제조방법.
The method of claim 10,
And the first and second silicon layers are formed of a single material selected from the group consisting of crystalline, amorphous or intermediate silicon.
상기 제1 실리콘층은 다공성 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 제조방법.
The method of claim 10,
The first silicon layer is a method of manufacturing a DBR structure using silicon, characterized in that to form a porous structure.
상기 경사각은 1도 내지 90도인 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 제조방법.
The method of claim 10,
The inclination angle is a method of manufacturing a DBR structure using silicon, characterized in that 1 to 90 degrees.
상기 경사지게 증착하는 방법은 스퍼터링 또는 증발법을 이용하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 제조방법.
The method according to claim 1,
The oblique deposition method is a method of manufacturing a DBR structure using silicon, characterized in that using the sputtering or evaporation method.
상기 제1 및 제2 실리콘층의 두께는 0.001㎛ 내지 100㎛ 범위로 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물.
The method of claim 10,
DBR structure using silicon, characterized in that the thickness of the first and second silicon layer is formed in the range of 0.001㎛ to 100㎛.
상기 제1 및 제2 실리콘층은 각각 2층 내지 5층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘을 이용한 DBR 구조물의 제조방법.The method of claim 10,
The first and second silicon layer is a method of manufacturing a DBR structure using silicon, characterized in that formed in each of two to five layers.
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9515224B2 (en) | 2014-08-25 | 2016-12-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device |
| CN110780370A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-11 | 唯亚威通讯技术有限公司 | Multispectral filter |
| KR20210110083A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-07 | 가천대학교 산학협력단 | Si DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR AND FABRICATION METHOD THEREOF |
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2011
- 2011-01-25 KR KR1020110007502A patent/KR20120086196A/en not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
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| US9997668B2 (en) | 2014-08-25 | 2018-06-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device |
| CN110780370A (en) * | 2018-07-30 | 2020-02-11 | 唯亚威通讯技术有限公司 | Multispectral filter |
| KR20210110083A (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-07 | 가천대학교 산학협력단 | Si DISTRIBUTED BRAGG REFLECTOR AND FABRICATION METHOD THEREOF |
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