KR940005622B1 - 화합물 반도체의 광전기 화학적 식각장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

화합물 반도체의 광전기 화학적 식각장치
제1도는 화합물 반도체 시편의 평면도.
제2도는 회절격자 형성도.
제3도는 광전기 화학적 식각장치의 블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 화합물 반도체 재료 2 : 오믹콘택
3 : 구리띠 4 : 유기물질
5 : 유리판 6 : 제1고반사거울
7 : 레이저 발생기 8 : 셔터
9 : 빔쵸퍼 10 : 쵸퍼콘트롤러
11 : 제2고반사거울 12 : 빔확장기
13 : 광유리셀 14 : 백금전극
15 : 표준감흥전극 16 : 포텐티오 스태트
17 : 파형발생기
본 발명은 화합물 반도체의 광전기 화학적 식각장치에 관한 것으로서, 광소스로 사용되는 레이저 광선의 파형주기와 식각액속에 잠겨있는 화합물 반도체 재료에 인가되는 전압의 파형주기를 적절히 조정하여 고속식각 및 식각후 반도체 균일화등을 이룰 수 있으며, 특히 화합물 반도체 재료를 이용한 DFB 반도체 레이저, 브래그 반사기(Bragg Reflector) 반도체 레이저 같은 광소자 제작시. 광전기 화학적 레이저 홀로그래피를 이용하여 회절격자를 형성하는데 적용될 수 있으며 또한 화합물 반도체 재료의 효율적인 표면처리 방법으로도 활용될 수 있는 화합물 반도체의 광전기 화학적 식각장치에 관한 것이다.
레이저를 이용한 광전기 화학적 식각방법은 마스크를 쓰지 않고 원하는 부분만을 선택적으로 식각할 수 있는 새로운 기술로서, LED(Light Emitting Diode), 장파장 환상 P-i-n 광검파기. 밀리미터파 전자진동자등의 광소자 제조를 위한 식각방법으로 사용된다. 이러한 식각방법으로 레이저 홀로그래피를 이용하여, 광전기 화학적으로 화합물 반도체 표면상에 회전격자를 형성할시의 개요 및 문제점을 다음과 같다.
종래 기술에서는 식각액속에 잠겨있는 반도체 재료의 산화반응을 일으키기 위하여 식각공정중 계속적으로 역(Reverse) 전압을 인가한다. 식각공정이 진행됨에 따라 인가된 역전압에 의해 n-형 화합물 반도체 표면에는 홀(Hole)들이 유도되고, 레이저 광선의 조명에 의해 더욱 많은 홀들의 유도가 이루어짐과 동시에 레이저 광선과 식각액의 광화학적 반응에 의해 반도체 재료는 양이온화되어 식각부산물들이 식각액속에 수용하게 된다. 이 경우 대부분의 식각부산물들은 수산화물(Hydroxide) 상태로 재료표면에 존재하거나 표면근처에서의 식각액의 음이온들과 결합하여 액체상태의 식각부산물층을 형성한다. 식각공정후 이러한 부산물층이 일정두께 이상으로 형성되면, 광도파관(Optical Waveguide)으로 작용하게 되어 레이저 광선조명시, 입사된 레이저 광선이 부산물층안에 흡수되어 발진을 일으킨 후 반사되므로, 레이저 광선의 강도(Intensity)를 감소시킬 뿐 아니라 원하지 않는 부분이 식각되어진다. 또한 부산물층의 굴절율(Refractive Index)은 식각액의 굴절율과 다르므로 레이저 광선입사시. 입사각의 변화를 일으켜 홀로그래피를 이용한 회절격자등의 제작시 스페이싱(spacing)에 큰 영향이 끼친다. 또한 식각 공정이 완료된 후의 재료표면도 원하지 않는 부분의 식각으로 말미암아 거칠어지므로 제작된 회절격자의 회절효율도 감소시키게 된다.
따라서 본 발명은 화합물 반도체 재료에 계속적으로 인가되는 역전압 대신 파형발생기를 이용하여 역 및 순방향(forward) 전압을 일정한 펄스주기로 인가하여 역전압이 인가되었을 경우에는 전술한 바와 같이 산화반응에 의해 식각공정이 진행되어 재료표면 근처에 부산물층이 형성되며, 순방향전압이 인가되었을 경우에는 재료표면에 전자들이 유도되어 환원반응에 의해 부산물층이 표면에서 멀어져 분산되게 하고 또한 식각공정시 조명되는 레이저 광선을 빔쵸퍼(beam choper)를 이용하여 펄스발생기의 펄스주기와 레이저 광선의 On- Off 주기를 일치시키면 더욱 효율적인 식각공정을 이룰 수 있다. 또한 파형발생기에서 재료에 인가되는 역 및 순방향 전압의 크기와 펄스주기(또한 레이저 빔쵸퍼의 주기)는 식각되어지는 화합물 반도체 재료와 그에 따른 식각액의 종류 및 레이저의 종류, 강도등에 의해 결정되도록 하여 상기한 단점을 해소할 수 있는 화합물 반도체의 광전기 화학적 식각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 화합물 반도체의 광전기 화학적 식각장치는 레이저 광선발생기(7)로부터 투사되는 레이저 광선을 차단하기 위한 셔터(8)와, 상기 셔터(8)을 통한 레이저 광선을 단절하는 레이저 빔쵸퍼(9)와, 상기 레이저 빔쵸퍼(9)로부터 단절되어 입사되는 레이저 광선을 반사하기 위한 제2고반사거울(11)과, 상기 제2고반사거울(11)로부터 입사되는 레이저 광선을 확장하는 빔확장기(12)와, 파형을 발생하는 파형발생기(17)와, 상기 레이저 빔쵸퍼(9)와 상기 파형발생기(17)간에 연결되어 상기 레이저 빔쵸퍼(9)를 콘트롤 하는 쵸퍼콘트롤러(10)와, 상기광유리 셀(13) 및 상기 파형발생기(17)간에 연결되어 파형발생기로부터 입력되는 파형신호에 따라 광유리 셀(13)에 역 또는 순방향의 전압을 공급하기 위한 포텐티오 스태트(16)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 화합물 반도체 시편의 평면도로서, 식각하고자 하는 화합물 반도체 재료(1)의 후면에 전압을 인가할 수 있도록 오믹콘택(ohmic contact)(2)을 형성한 후 구리띠(Copper strip)(3)를 부착한 상태인데, 회절격자가 형성된 전면만을 제외한 나머지 부분을 식각액으로부터 보호하기 위하여 유기물질(4)을 코팅한다.
이렇게 제작된 시료는 제2도와 같은 제1고반사거울(6)과 유리판(5)이 직각으로 만나도록 구성된 시료블럭의 유리판(5)에 부착한다. 이러한 시료블럭으로 확대된 레이저 광선이 입사될 경우, 반도체 재료 표면상에는 두파트의 레이저 광선(즉, 제1고반사거울(6)로부터 반사되어 반도체 재료로 입사하는 파트와 직접 입사하는 파트)이 상호교차하게 되어 회절패턴을 형성하게 된다.
제3도는 광전기 화학적 식각장치의 블럭도로서, 레이저 광선을 생성하는 레이저 광선발생기(7)에서 발생되는 레이저 광선은 셔터(8), 레이저 빔쵸퍼(chlpper)(9)를 통해 제2고반사거울(11)에서 반사되어 빔확장기(beam expander)(12)에 입사된다. 빔확장기(12)에서 확장된 레이저 광선은 광유리 셀(optical galss cell)에 입사된다.
한편, 파형을 발생하는 파형발생기(17)는 상기 레이저 빔쵸퍼(9)를 콘트롤하는 쵸퍼콘트롤러(chopper controller)(10)에 파형신호를 공급하며, 또한 상기 광유리 셀(13)내의 유리판(5) 및, 상기 광유리 셀(13)내이 백금편(14) 및 표준감흥전극(standard calomel electrode)에 일정전압의 역 및 순방향 전압을 인가하기 위한 포텐티오 스태트(potentiostat)(16)에 파형신호를 공급하도록 구성되는데 이러한 장치에 의해 화합물 반도체가 식각되는 공정은 다음과 같다.
제2도에 도시된 회절 패턴의 형성이 식각액이 들어있는 광유리 셀(optical glass cell)(13)내에서 이뤄질 경우, 패턴의 밝은 부분에서는 식각액과 레이저 광선의 광화학 반응에 의해 재료의 식각이 진행되고 어두운 부분에서는 식각이 진행되지 않으므로 회절패턴이 화합물 반도체 재료(1)표면상에 그대로 전달되어진다. 이러한 광화학적 반응은 포텐티오 스태트(potentiostat)(16)를 사용하여 일정한 전압을 인가하면 식각 공정이 더욱 고속으로 진행된다. 이 경우 인가전압은 파형발생기(17)를 사용하여 일정한 파형주기로 역 및 순방향 전압이 공급되게 한다. 또한 상기 파형발생기(17)와 연결된 쵸퍼콘트롤러(choper controller)(10)와 레이저 빔쵸퍼(beam chopper)(9)를 이용하여 포텐티오 스태트(16)에서 시편(20)의 화합물 반도체 재료(1)에 인가되는 파형주기와 레이저 광선의 On-Off 주기를 일치시켜 산화반응이 진행될시(역방향 전압인가시)에는 레이저가 ON되고 환원반응이 진행될시(순방향 전압인가시)에는 Off 되도록 한다. 이러한 구성은 계속적인 역방향 전압의 인가와 레이저 광선의 조명으로 인한 식각부산물층의 존재가 식각공정에 영향을 미치는 종래 기술에 비해, 환원반응시 즉 레이저 광선의 Off Time시 이러한 부산물층을 식각액속으로 분산시키므로 다음 온 타임(On Time)시 새로운 표면에서 식각공정이 진행될 수 있다.
이 경우 식각 공정의 상태(즉 회절격자의 질)를 결정하는 중요 요소는 광소스로 사용되는 레이저(7)의 파장, 강도, 편광상태(polarization state), 재료에 맞는 식각액의 선택, 인가되는 역 및 순방향 전압의 크기 및 파형주기이다. 상기 요소중 본 발명의 키포인트인 인가전압과 레이저 광선의 파형주기는 재료에 맞게 선택된 식각액속에서의 산화 및 환원반응 속도에 의해 결정되는데 보통 역 및 순방향 전압은 0.1∼100msec 정도이며 인가전압 크기의 결정은 광유릴 셀(13)내에서 행해진 재료(1)의 전류-전압 특성 곡선으로부터 얻어진다.
또한 화합물 반도체의 표면처리시 균일하면서도 양질의 산화막 형성은 모든 제조공정의 필수조건이다. 이러한 표면처리시 양극산화(Anodic Oxidation)에 의한 산화막 형성방법이 많이 이용된다. 하지만 양극산화에 의해 형성된 산화막의 단점은 아일랜드 성장 메카니즘(Island Growth Mechanism)에 의해 박형 산화막을 얻기가 어렵다.
이러한 박막의 고품질 산화막 형성을 위하여 본 발명을 적용할 수 있다. 제1도와 같이 시편을 제작한 후 재료에 적합한 식각액을 선택한다. 식각액의 선택은 이후 형성될 산화막의 화학적 성분에 큰 영향을 미치므로 표면처리후의 공정을 고려하여 선택한다. 같은 방법으로 레이저 광선의 파장, 강도, 인가전압의 크기 및 파형주기등을 결정하여 제3도와 같은 장치에 따라 진행된다. 이때의 표면처리 시간은 재료에 따라 다르므로 여러 번 실시후 결정한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 반도체 재료에 인가하는 전압을 순방향 및 역방향 전압으로 나누어 주기적인 파형을 가했을 경우, 식각공정시 형성된 식각부산물층의 순방향 전압인가시 분산되므로 다음 식각 공정시 레이저 광선이 부산물층에 의해 분산되어 강도가 감소되거나 광도파관 효과에 의한 광파 진동으로 원하지 않는 장소에 식각이 일어나는 단점을 없앨 수 있다. 이러한 효과는 모든 표면상에 균일한 식각를 이룰 수 있고 표면의 거칠기를 감소시켜 제작된 회절격자의 효율을 증가시킨다. 또한 레이저 광선도 재료에 인가되는 전압의 파형주기와 일치시켜 더욱 효과적인 식각공정을 이룰 수 있다.

Claims (1)

  1. 레이저 광선을 발생하는 레이저 광선발생기(7)와, 상기 레이저 광선발생기(7)로부터 투사되는 레이저 광선을 단속하기 위한 셔터(8)와, 상기 셔터(8)를 통한 레이저 광선을 단절하는 레이저 빔쵸퍼(9)와, 상기 레이저 빔쵸퍼(9)로부터 단절되어 입사되는 레이저 광선을 반사하기 위한 제2고반사거울(11)과, 상기 제2고반사거울(11)로부터 입사되는 레이저 광선을 확장하는 빔확장기(12)와, 파형을 발생하는 파형발생기(17)와, 상기 레이저 빔쵸퍼(9)와, 상기 파형발생기(17)간에 연결되어 상기 레이저 빔쵸퍼(9)를 콘트롤하는 쵸퍼콘트롤러(10)와, 상기 광유리 셀(13) 및 상기 파형발생기(17)간에 연결되어 파형발생기로부터 입력되는 펄스신호에 따라 광유리 셀(13)에 역 또는 순방향의 전압을 공급하기 위한 포텐티오 스태트(16)로 구성되는 것을 특징으로 하는 화합물 반도체의 광전기 화학적 식각장치.
KR1019910018562A 1991-10-22 1991-10-22 화합물 반도체의 광전기 화학적 식각장치 KR940005622B1 (ko)

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