웨이퍼 제작

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22434(2022) 이 기사 인용

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본 논문에서는 주기적으로 적층된 n-Al0.62Ga0.38N/u를 사용하여 280nm에서 95% 반사율을 갖는 웨이퍼 규모의 나노다공성(NP) AlGaN 기반 심자외선(DUV) 분산 브래그 반사체(DBR)에 대해 보고했습니다. MOCVD(금속-유기 화학 기상 증착)를 통해 AlN/사파이어 템플릿 위에 성장된 Al0.62Ga0.38N 구조. DBR은 가열된 KOH 수용액에서 간단한 1단계 선택적 습식 에칭으로 제작되었습니다. KOH 전해질의 온도가 나노기공 형성에 미치는 영향을 연구하기 위해 식각 과정에서 소비되는 전하량을 세었고, 주사전자현미경(SEM)과 원자력현미경을 통해 DBR의 표면과 단면 형태를 특성화했다. AFM). 전해질 온도가 증가함에 따라 나노 기공은 커지고 전하량이 감소하여 식각 공정이 전기화학적 식각과 화학적 식각의 조합임을 알 수 있다. 삼각형 나노기공과 육각형 구덩이는 화학적 에칭 공정을 더욱 확증해 줍니다. 우리의 작업은 마이크로캐비티 구조를 갖춘 AlGaN 기반 DUV 장치에 유용할 반사율이 높은 DBR을 제조하기 위한 간단한 습식 에칭을 시연했습니다.

AlGaN 기반 심자외선(DUV) 수직 공동 표면 방출 레이저, 공진 공동 LED 및 검출기는 살균, 통신, 데이터 저장, 생화학적 검출 분야에서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 높은 굴절률과 낮은 굴절률의 교번 층으로 구성된 높은 반사율의 질화물 분산 브래그 반사기(DBR)는 미세공동 구조1를 갖춘 이러한 장치의 작동에 중요한 요구 사항입니다. 지난 수십 년 동안 주로 AlN/AlGaN 및 AlInN/AlGaN2,3,4,5,6,7,8과 같은 질화물 심자외선(DUV) DBR의 제조에 대해 소수의 그룹만이 보고했습니다. 불행히도 낮은 굴절률 대비로 인해 반사율이 부적절하거나 큰 격자 및 열 불일치로 인해 결정 품질이 제한되었습니다.

최근에는 전기화학적 에칭(ECE)이 주기적으로 적층된 n-도핑된 AlGaN과 도핑되지 않은 AlGaN으로 구성된 질화물 DBR을 준비하는 데 실현 가능한 방법이 되었습니다9,10. n 도핑된 AlGaN이 다공성 형태로 선택적으로 에칭됨에 따라 n 도핑 층과 도핑되지 않은 층 사이에 큰 굴절률 대비가 형성되고 동일한 Al 함량이 격자 및 열 불일치를 방지합니다. 현재 측면 ECE와 수직 측면 ECE는 나노다공성(NP)-DBR을 제조하는 두 가지 주요 방법입니다. 이 두 가지 방법을 사용하여 GaN 기반 NP-DBR은 청색 및 근자외선 스펙트럼 영역에서 널리 보고되었습니다. 높은 반사율(> 95%)을 갖는 NP-DBR이 달성되었으며 LED, 검출기, VCSEL 및 기타 장치에 성공적으로 결합되어 NP-DBR10,18,19,20의 실행 가능성을 입증했습니다. 그러나 측면 ECE가 측벽을 노출하려면 포토리소그래피 및 유도 결합 플라즈마(ICP) 에칭과 같은 복잡한 공정이 필요합니다. 더욱이, DBR의 작은 영역은 대규모의 실용적인 광전자 장치에 대한 실행 가능성을 제한합니다. 측면 ECE와 비교하여 수직 측면 ECE는 간단한 1단계 선택적 에칭을 활용하고 웨이퍼 규모 DBR1,19,20,21을 준비할 수 있습니다. 그러나 수직-측면으로 제작된 DUV NP-DBR에 대한 연구는 거의 보고되지 않았다. DUV 소자용 미세공동 구조의 긴급한 요구를 충족시키기 위해서는 대규모의 고반사율 DUV NP-DBR이 개발되어야 합니다.

이 연구에서는 가열된 KOH 수용액에서 간단한 원스텝 수직-측면 ECE를 통해 높은 반사율(> 95%)을 갖는 웨이퍼 규모의 DUV NP-DBR을 제작했습니다. n-AlGaN층의 다공성에 대한 전해질 온도의 영향을 자세히 연구하였고, ECE와 화학적 에칭(CE)의 시너지 작용에 따른 나노기공의 형성 메커니즘을 규명하였다.