KR100640671B1 - 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

굴절율이 다른 복수의 박막(102,103)이 적층되어 이루어지는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법에 있어서, 상기 박막(102,103)을 액상 성막법에 의해 형성한다. 액상 성막법은 박막을 형성하는 박막재료를 도포하는 공정과, 도포한 상기 박막재료를 고화하는 공정을 포함하며, 액상 성막법으로서 잉크젯 방식을 사용한다. 간편하면서도 단시간에 박막을 미세한 배열 패턴으로 형성할 수 있고, 고 정밀도로 신뢰성이 높은 적층막을 얻을 수 있으며, 분포 반사형 다층막 미러의 막두께나 반사율 등의 반사특성의 제어가 용이하게 된다.
반사특성, 다층막 미러, 액상 성막법, 잉크젯 방식, 분포 반사형

Description

분포 반사형 다층막 미러의 제조방법{Method of fabricating distributed reflection multilayer mirror}
본 발명은, 면발광 반도체 레이저(surface emitting semiconductor laser) 등의 반도체 발광소자, 각종 수광소자(light receiving device), 도파재료(waveguide material) 등에 있어서 사용되는 다층막, 특히 분포 반사형 다층막 미러(DBR 미러: distributed reflection multi-layered film mirrors)의 제조방법에 관한 것이다.
분포 반사형 다층막 미러(DBR 미러)는, 굴절율이 다른 재료로 이루어지는 박막이 주기적으로 적층된 적층체로 구성되어 있고, 각 박막의 광학 막 두께가 레이저의 발진파장(generated light of wavelength)의 1/4이 되도록 설정되어 있다. 이러한 DBR 미러는, 예를 들면 층수가 10 내지 20(5 내지 10페어) 정도로 99% 이상의 반사율을 얻을 수 있다. 이러한 특성을 갖는 DBR 미러는, 예를 들면 면발광형 반도체 레이저 등에 있어서는 박막 활성층을 사이에 두도록 1쌍 설치되어 있다.
이러한 DBR 미러는, 통상, 진공증착법, 스퍼터법, 열 CVD법, 기상 에피택시법 등에 의해서, 기판상에 박막재료의 증기를 응결·고화시킴으로써(즉, 기상 성막법에 의해) 복수의 박막을 연속적으로 형성하여 제조되어 있다.
그러나, 기상 성막법(vapor film growth method)에서는 박막재료를 증발시킬 때에 그 온도에서 박막재료가 열분해하는 경우가 있었다. 또한, 박막재료가 복수 원소를 함유하는 경우에는 원소마다의 증기압이 상이하기 때문에, 예를 들면, 막두께 방향에 조성변화가 없는 균일한 화합물 박막을 성장시키기 위해서는, 각 원소마다 증발원(evaporation source)을 설치하는 등이 필요하여, 장치가 복잡하고 대형화하는 경향이 있었다.
또한, DBR 미러의 패터닝 기술, 그 중에서도 미세 패터닝 기술은, 각종 기능소자나 저손실 광도파로 등의 제작에 중요한 기술이지만, 기상 성막법에 의해 박막을 소망하는 배열 패턴으로 형성하는 경우, 일반적으로는 박막형성, 포토레지스트 도포(photoresist application), 포토 마스크 맞춤(photomask alignment), 노광(lithographic exposure), 현상, 에칭, 세정 등의 기본 공정을 조합하거나, 또는 이들 공정을 반복함으로써 행하는 것이 필요하게 되어, 번잡하며 다수의 공정을 요한다.
또한, DBR 미러의 다층막을 구성하는 박막의 형성을 예를 들면 통상의 스퍼터법으로 행하는 경우, 각 층에 대응하는 타겟(target)의 교환(전환) 기구가 필요하게 되어 장치가 복잡하게 되는 경향이 있다. 그러므로 제조 비용이 비싸게 됨과 동시에 수율(收率:yield)이 저하하는 문제가 있었다.
또한, 기판내에 있어서 소정의 영역마다 결정 성장 속도 분포를 형성하여 패턴 형상으로 박막을 형성하는 것으로, 영역마다 파장 특성이 다른 DBR 미러를 형성할 수 있지만, 이 방법으로서는, 미소 영역에서 급준하게 결정 성장 속도를 변화시키는 것은 대단히 곤란하기 때문에, 미세 패턴마다 파장 특성이 다른 DBR 미러를 설치하는 것에는 한계가 있었다.
본 발명의 목적은, 간편하면서도 단시간에, 박막을 미세한 배열 패턴으로 형성할 수 있으며, 고 정밀도로 신뢰성이 높은 박막 적층체를 얻을 수 있는 동시에, 막두께 등의 막 설계나 반사율 등의 반사특성의 제어가 용이한 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 하기 (1) 내지 (15)의 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법이 제공된다.
(1) 굴절율이 다른 복수의 박막이 적층되어 이루어지는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법에 있어서,
상기 박막을 액상 성막법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(2) 상기 액상 성막법은 상기 박막을 형성하는 박막재료를 도포하는 공정과,
도포한 상기 박막재료를 고화하는 공정을 포함하는 상기 (1)에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(3) 상기 박막재료를 고화하는 공정은 당해 박막재료의 위에 다른 박막재료를 도포하기 전에 행하는 상기 (2)에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(4) 복수의 상기 박막재료를 중간 고체 상태로서 적층한 후 그것들을 고화하는 상기 (2)에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(5) 상기 박막재료의 고화는 열처리에 의해 행해지는 상기 (2) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(6) 상기 박막을 구성하는 구성성분은 유전체 재료인 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(7) 상기 액상 성막법으로서 잉크젯 방식을 사용하는 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(8) 동일 면상에 배열된 굴절율이 다른 복수의 박막이 적층되어 이루어지는 적어도 2개의 분포 반사형 다층막 미러를 제조하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법에 있어서,
상기 각 분포 반사형 다층막 미러를 구성하는 박막의 형성은, 당해 박막을 형성하는 박막재료를 패턴 형상으로 도포하는 공정과, 패턴 형상으로 도포된 상기 박막재료를 고화하는 공정을 갖는 액상 성막법에 의한 것을 특징으로 하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(9) 상기 액상 성막법으로서 잉크젯 방식을 사용하는 상기 (8)에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(10) 상기 박막재료의 패턴 형상의 도포는 상기 동일 면상에 배열되는 2 이상의 상기 분포 반사형 다층막 미러가 병렬적으로 형성되도록 행해지는 상기 (8) 또는 (9)에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(11) 상기 동일 면상에 배열되는 2 이상의 상기 분포 반사형 다층막 미러는 상이한 반사특성을 갖는 것인 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(12) 상기 박막재료를 고화시키는 공정은 당해 박막재료에 다른 박막재료를 도포하기 전에 행해지는 상기 (8) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(13) 복수의 상기 박막재료를 중간 고체 상태로서 적층한 후 고화하는 상기 (8) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(14) 상기 박막재료의 고화는 열처리에 의해 행해지는 상기 (8) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
(15) 상기 박막을 구성하는 구성 성분은 유전체 재료인 상기 (8) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
도 1은 본 발명의 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법의 일 예를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법의 일 예를 도시하는 개략 단면도.
도 3은 본 발명의 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법의 다른 일 예를 도시하는 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법의 일 예를 도시하는 개략 단면도.
도 5는 도 4에 도시하는 제조방법에 의해 제조된 분포 반사형 다층막 미러의 구조의 일 예를 도시하는 사시도.
도 6은 본 발명의 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법에 있어서 사용되는 잉크젯용 헤드의 구조의 일 예를 도시하는 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1a, 1b, 1c: 분포 반사형 다층막 미러
101: 기판
102, 303: SiO2 박막
103, 307: ITO 박막
102′, 103′: 박막재료
106: 잉크젯용 프린트 장치
107, 108: 헤드
201: 기판
202, 305: Al2O3 박막
203, 309: ZrO2 박막
304: MgO 박막
308: TiO2 박막
202′, 203′: 박막재료
202* , 203*: 중간 고체층
206: 잉크젯용 프린트 장치
207, 208: 헤드
301: 기판
302: 격벽
310: 잉크젯용 프린트 장치
311, 312: 헤드
10: 잉크젯용 헤드
11: 노즐 플레이트
13: 진동판
15: 칸막이 부재
19: 공간
21: 액굄
23: 공급구
25: 노즐 구멍
27: 구멍
29: 압전 소자
이하, 본 발명의 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법을 상세하게 설명한다.
본 발명은 굴절율이 다른 2종 이상의 박막이 적층되어 이루어지는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법에 있어서, 박막을 액상 성막법에 의해 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 「액상 성막법」이란, 상기 박막을 구성하는 구성성분을 용매에 용해 또는 분산시킨 액체를 박막재료(도포액)로 하고, 당해 박막재료를 기화시키지 않고 박막을 형성하는 방법을 의미한다. 이것에 대하여, 기상 성막법이란, 일반적으로 감압하에서 박막재료를 가열·증발시켜, 기판상에서 그 증기를 받아 응고·고화시킴으로써 박막을 형성하는 방법을 의미한다.
본 발명은, 액상 성막법에 의해 박막을 형성하기 때문에, 기상 성막법에 있어서 문제가 되는 증발원 온도에서의 박막재료의 열분해 등의 우려가 없다. 또한, 박막재료가 복수 원소를 함유하는 경우, 막두께 방향에 복수 원소의 조성변화가 없는 균일한 화합물 박막을 성장시키기 위해서 각 원소마다 증발원을 설치하여 장치가 복잡화되거나, 복잡한 조건 설정이 필요하게 되는 등의 문제가 없다.
본 발명에 있어서, 액상 성막법은 상기 박막을 형성하기 위한 박막재료를 도포하는 공정과, 도포한 상기 박막재료를 고화시키는 공정을 포함하는 것이 바람직하며, 박막재료를 고화시키는 공정은, 도포된 박막재료 위에 다른 박막재료를 도포하기 전에 행하는 것이 바람직하다. 이로써 다른 박막재료를 도포하여 적층구조를 얻었을 때에, 서로 접하는 층간 등에서 서로 각 층의 박막재료가 확산·혼합하는 일이 없고, 조성변화가 없는 균일한 박막을 형성·적층할 수 있다.
박막재료를 고화하는 방법으로서는 특히 한정되지 않지만, 열처리에 의해 행해지는 것이 바람직하다. 이로써, 통상압(normal pressure) 부근에서 도포 시에 사용한 박막재료 중의 용매를 휘발시킬 수 있으며, 또한 가열함으로써 박막의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
상술한 박막재료의 고화를 위한 열처리 온도로서는, 사용하는 박막재료에 따라 적절히 선택할 수 있지만 300℃ 내지 1000℃ 정도로 하는 것이 바람직하다. 열처리 온도를 이 범위로 함으로써 박막재료가 열분해하는 일 없이 고화하여, 양호한 박막을 형성할 수 있다.
또한, 각 박막재료를 중간 고체 상태에서 적층한 후 그것들을 고화함으로써 DBR 미러를 제조할 수 있다. 여기서 말하는 「중간 고체 상태」란, 예를 들면 박막재료의 겔화 상태(gel-like state) 등으로서, 적층하더라도 박막재료가 서로 섞이지 않고, 또한 막형상을 손상하는 일이 없는 상태로서, 더욱 완전히 고화시킴으로써 박막을 형성할 수 있는 상태를 의미한다. 이 경우도 박막재료를 도포하기 전에 고화하는 상기의 방법과 마찬가지로, 다른 박막재료끼리를 적층하더라도 서로 접하는 층간 등에서 서로 확산·혼합하는 일은 없다.
박막재료를 중간 고체 상태로 하는 방법으로서는 특히 한정되지 않으며, 예를 들면 상기 고화조건보다도 저온 또는 단시간 가열하는 방법이나, 자외선 등의 광을 조사하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 박막재료는 다른 2 이상의 중간 고체 상태를 거쳐서 단계적으로 고화하여 박막을 형성하는 것이라도 된다.
상기 박막을 구성하는 구성성분은 특히 한정되지 않고, 반도체 재료나 유전체 재료 등을 사용할 수 있지만, 얻고자 하는 DBR 미러의 파장 특성에 따라서 다층막을 구성하는 박막의 굴절율이 적합하도록, 박막재료의 조합을 선택한다. 특히 바람직하게는, 유전체 재료를 사용한다. 유전체 재료는 유기용매에 가용인 유기 화합물을 출발원료로서 사용할 수 있으며, 후술하는 잉크젯 방식에 의한 패터닝으로의 적용이 용이하게 된다.
유전체 재료의 구체예로서는, 예를 들면 SiO2, MgO, MgF, ZnO, Al2O3, TiO2, Ta2O5, I2O3, ZrO2, In2O3, ITO, Gd2O3, La2O3 등을 들 수 있다.
박막재료로서는 도포 가능한 액상물이 될 수 있는 것이라면 특히 한정되지 않으며, 수계용매 및 유기용매를 사용한 용액, 현탁액, 졸액(sol liquid) 등의 형으로 사용할 수 있다.
또한, 수계용매(aqueous solvent), 유기용매를 사용하는 박막재료의 용액에, 보조용매를 첨가하는 것도 가능하다. 보조용매를 첨가함으로써, 박막재료의 점도, 표면장력, 증기 등을 임의로 조절할 수 있게 되며, 잉크젯 방식에 의한 패터닝에 의해 적합한 토출액(ejection liquid)을 조제할 수 있다.
이러한 보조용매로서는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 시클로헥사논(cyclo-hexanone), 메톡시부틸아세테이트(methoxy butyl acetate), 에톡시에틸프로피오네이트(ethoxy ethyl propionate), 카비톨아세테이트(carbitol-acetate), 1, 3-디메틸-2-이미다졸리돈(1,3-dimethyl-2-imidazolidone), 부틸카비톨아세테트(butyl carbitol acetate) 등이 바람직하다. 이들의 용매를 첨가한 경우, 박막재료의 점도 등의 조절에 가하여, 예를 들면 도포 시에 잉크젯 장치를 사용할 때에 헤드의 손상을 경감할 수 있다. 보조용매의 첨가량으로서는, 주용매에 대하여 5 내지 100wt% 정도가 바람직하다.
또한, 박막재료에는, 박막 구성 재료 및 용매, 보조용매 외에 여러가지의 첨가제나 피막 안정화제 등을 첨가해도 된다. 이러한 첨가재로서, 예를 들면, 안정제(stabilizing agent), 노화방지제(aging prevention agent), pH 조정제, 점도조정제, 수지 에멀젼(resin emulsion), 레벨링제(leveling agent) 등을 들 수 있다.
본 발명에서는, 상술의 박막재료를 도포하여 DBR 미러를 제조하는 베이스가 되는 기판으로서는 특히 한정되지 않으며, 기판의 형상은 실시예와 같이 평판 외에, 예를 들면 프리즘 형상이나 렌즈면 등이라도 된다.
본 발명의 DBR 미러의 제조방법에 사용할 수 있는 액상 성막법으로서는, 예를 들면 잉크젯법(잉크젯 방식), 스핀 피복법, 디핑법(dipping method), 덕트 블레이드법(doctor blade method), FAS 피복법, LB 법(랭뮤어 블로젯법:langmuir bodgett method), LPE(액상 에피택시법:liquid phase epitaxy) 등을 들 수 있지만, 그 중에서도 잉크젯법이 바람직하다.
잉크젯 방식에 의하면 박막재료를 미소한 액적(液滴: droplet)(0.5μl 이하)로 하여 도포할 수 있기 때문에, 미세 패턴에 따른 패터닝 도포가 가능하다. 따라서, 기상 성막법에서는 필요하게 되는 마스크 형성이나 에칭 등과 같은 공정을 생략할 수 있으며, 수율의 향상, 제조 비용의 절감, 제조시간의 단축을 도모할 수 있다. 또한, 잉크젯 방식에서는, 도포액의 교환도 기상 성막법과 비교하여 용이하게 되기 때문에, 간단한 장치로 DBR 미러와 같은 다층박막을 형성할 수 있다.
또한, 잉크젯 방식에서는, 토출액(박막재료)의 농도, 토출량의 증감에 의해 막두께의 조정이 용이하게 되기 때문에, 그로써 제조되는 DBR 미러의 반사율이나 반사특성 등을 용이하면서도 임의로 제어할 수 있다. 따라서, DBR 미러를 용이하게 패터닝할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 동일 면상에 배열된 적어도 2개의 상기 분포 반사형 다층막 미러를 제조하는 경우, 각 분포 반사형 다층막 미러를 구성하는 박막의 형성은, 당해 박막을 형성하는 박막재료를 패턴 형상으로 도포하는 공정과, 패턴 형상으로 도포된 상기 박막재료를 고화하는 공정을 갖는 액상 성막법에 의한 것을 특징으로 한다. 이로써 상기한 바와 같이 기상 성막법에 있어서의 문제를 회피할 수 있다.
이 박막재료의 패턴 형상으로 도포하는 것에 대해서, 상술한 잉크젯 방식에 의한 것이 바람직하다. 이로써 박막을 미세 패턴으로 배열 형성할 때, 마스크 형성·에칭 등의 공정을 생략할 수 있으며, 간단하면서도 단시간에 DBR 미러를 패턴형성할 수 있다.
또한, 상기 박막재료의 패터닝은, 상기 동일 면상에 배열되는 2 이상의 상기 분포 반사형 다층막 미러에 대해서 병렬적으로 형성되도록 행해지는 것이 바람직하다. 여기서, 「병렬적으로 형성」이란, 1개의 DBR 미러마다 박막을 적층하는 방법이 아니라, 동일 면상에 배열하는 다른 DBR 미러에 대해서 박막의 형성·적층을 병행하여 행하는 것을 의미한다. 예를 들면 동종의 DBR 미러마다 각 박막을 병행하여 형성하는 것, 및 이종의 DBR 미러의 각 박막도 병행하여 형성하는 것을 포함한다.
이와 같이 형성함으로써, 각 박막재료나 그 고화조건의 선택에 의해, 패턴 형상으로 도포된 2 이상의 박막재료를 동시에 고화할 수 있기 때문에, 더욱 제조공정의 간략화를 도모할 수 있다.
박막재료의 도포패턴으로서는 특히 한정되지 않으며, 열마다, 행마다, 또는 체크 무늬 형상으로 패터닝하는 방법 등을 들 수 있다. 이 때, 박막재료를 1회 도포할 때마다 바꾸는 것이라도 좋다. 또한, 상기한 바와 같은 패터닝 방법은 박막재료를 도포·적층하는 공정마다 상이해도 된다.
동일 면상에 배열되는 2 이상의 DBR 미러는, 다른 반사특성을 갖는 것이 바람직하다. 이로써 동일면에 있어서 파장 특성을 변화시킬 수 있다. 이렇게 제작된 DBR 미러를 예를 들면 광공진기에 사용함으로써, 광범위한 광학특성(반사특성)을 얻을 수 있으며, 각종 광학 디바이스에 사용할 수 있다.
본 발명의 DBR 미러의 제조방법에 있어서 사용되는 잉크젯용 헤드의 일 예로서, 도 6에 압전 소자를 구비한 헤드의 구조를 도시한다.
당해 잉크젯용 헤드(10)는, 예를 들면 스텐레스제의 노즐 플레이트(11)와 이것에 대향하는 진동판(13)을 구비하며, 양자는 칸막이 부재(리저버 플레이트:reserver plate)(15)를 개재시켜 접합되어 있다.
노즐 플레이트(11)와 진동판(13) 사이에는, 칸막이 부재(15)에 의해서 복수의 공간(19)과 액굄(liquid reservior: 21)이 형성되어 있다. 각 공간(19) 및 액굄(21)의 내부는 본 발명에 있어서 사용되는 박막재료로 채워져 있고, 각 공간(19)과 액굄(21)은 공급구(23)를 통하여 연결되어 있다.
또한, 노즐 플레이트(11)에는, 공간(19)으로부터 박막재료를 젯(jet)상으로 분사하기 위한 노즐 구멍(25)이 설치되어 있다. 한편, 진동판(13)에는, 액굄(21)에 박막재료를 공급하기 위한 구멍(27)이 형성되어 있다.
또한, 진동판(13)의 공간(19)에 대향하는 면과 반대측의 면상에는, 상기 공간(19)의 위치에 대응시켜서 압전 소자(29)가 접합되어 있다.
이 압전 소자(29)에 통전하면, 압전 소자(29) 및 진동판(13)이 변형되며, 이것에 의해 공간(19)의 용적이 변화하여 노즐 구멍(25)으로부터 기판을 향하여 박막재료가 토출된다.
또, 노즐 구멍(25)의 내벽이나 그 주변부에는, 박막재료의 비행굴곡·구멍막힘을 방지하기 위해서 테플론의 코팅 등에 의한 발수처리가 실시되어도 된다.
이러한 헤드를 사용하여, 예를 들면 각 박막재료를 순차 소정의 양 및 배열 패턴으로 토출후, 고화하는 공정을 반복하여 적층체를 구성하여 DBR 미러를 제조할 수 있다.
본 발명의 DBR 미러의 제조방법에서는, 잉크젯 방식에 적합한 박막재료로서, 이하와 같은 특성을 갖는 재료를 사용할 수 있다.
상기 박막재료로서는, 잉크젯용 헤드에 설치된 당해 조성물을 토출하는 노즐면을 구성하는 재료에 대한 접촉각이 30°내지 170°정도인 것이 바람직하며, 35°내지 65°의 범위인 것이 보다 바람직하다. 박막재료를 이 범위의 접촉각을 갖는 것으로 함으로써, 박막재료의 비행 굴곡을 억제할 수 있으며, 정밀한 패터닝이 가능해진다.
여기서「비행 굴곡(the ejection path to be bent)」이란, 박막재료를 상기 노즐로부터 토출시켰을 때, 도트가 착탄(着彈)한 위치(arrival point)가, 목표위치에 대하여 50μm 이상의 어긋남을 생기게 하는 것을 말한다. 비행 굴곡은, 주로 노즐 구멍의 습윤성이 불균일한 경우나 박막재료 중의 고형성분의 부착에 의한 막힘 등에 의해서 발생하며, 헤드를 클리닝함으로써 해소할 수 있다. 이 비행 굴곡 빈도가 높을수록 빈번한 헤드 클리닝이 필요하게 되고, 잉크젯 방식에 의한 DBR 미러의 제조 효율을 저하시키는 요인이 된다. 이러한 비행 굴곡을 방지함으로써, 고 정밀한 패터닝 형성을 정밀도 높게 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 상기 박막재료의 점도는 1cp 내지 20cp 정도인 것이 바람직하며, 2cp내지 4cp인 것이 보다 바람직하다. 박막재료의 점도가 1cp 미만인 경우, 상기 박막을 구성하는 주성분의 함유량이 과소하게 되고, 박막의 형성이 불충분하게 될 우려가 있다. 한편, 20cp을 넘는 경우, 노즐 구멍으로부터 박막재료를 원활히 토출시킬 수 없으며, 노즐 구멍 직경을 크게 하는 등의 장치의 사양을 변경하지 않는 한 패터닝이 곤란하게 된다. 또한, 점도가 큰 경우, 박막재료 중의 고형분이 석출하기 쉬우며, 노즐 구멍의 막힘의 발생 빈도가 높아진다.
상기 박막재료는 표면장력이 20dyne/cm 내지 70dyne/cm 정도인 것이 바람직하고, 25dyne/cm 내지 40dyne/cm이 보다 바람직하다. 이 범위의 표면장력으로 함으로써, 상술한 접촉각의 경우와 마찬가지로 비행굴곡을 억제하며, 비행굴곡 빈도를 낮게 억제할 수 있다.
본 발명의 DBR 미러의 제조방법에 적합한 박막재료는, 상술한 접촉각, 점도 및 표면장력에 대해서 적어도 1개에 대해서 수치범위를 만족하는 것이 바람직하고, 임의의 2개의 특성의 조합에 대해서 상기 조건을 만족하는 것, 또한 모든 특성에 대해서 만족하는 것이 가장 바람직하다.
잉크젯법으로 다른 파장 특성의 DBR 미러를 패턴 형상으로 형성할 때, 각 DBR 미러간에 격벽(wall: 뱅크(bank))을 형성해도 된다. 이로써 미러의 형성과정에서의 박막재료의 확산·혼합의 방지, 최종적으로 얻어진 구조물에 있어서의 미러와 미러의 빈틈으로부터 광새어나감 등을 방지할 수 있다. 또한, 격벽에 의해 형성되는 박막 형성 영역의 크기(면적)를 조정함으로써 박막의 막 두께를 제어하는 것도 가능하다.
격벽을 구성하는 재료로서는, 박막재료의 용매나 열에 대하여 내구성을 갖는 것이라면 특히 한정되지 않고, 예를 들면 아크릴수지, 에폭시수지, 감광성 폴리이미드 등의 유기재료, 액상 유리 등의 무기재료 등을 들 수 있다. 또한, 격벽은 상기재료에 카본블랙(carbon black) 등을 혼입하여 블랙 레지스터(black resist)로 해도 된다. 이러한 격벽의 형성방법으로서는, 예를 들면 포토리소그래피(photolithography) 등을 들 수 있다.
상기의 예에서는, 잉크젯 방식의 적합한 예로서 압전 소자를 사용하는 잉크젯 방식을 채택하는 예를 나타내었지만, 다른 잉크젯 방식을 채택할 수도 있다.
이하, 실시예에 따라서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 도 1 및 도 2에 개략 단면도로 도시하는 잉크젯법에 의한 방법에 따라서, 하기 표 1에 제시하는 바와 같은 재료 및 조건을 채택하여, DBR 미러를 제조하였다.
이들 도면에 있어서 101는 Si 기판이다. 우선, 이 기판(101) 위에 박막재료(102')로서 표 1에 제시하는 퍼하이드로폴리실라잔(perhydropolysilazane)(토우넨카가쿠 제조 「폴리실라잔」) 및 용매를 혼합한 용액을 잉크젯 프린트용 장치(106)의 헤드(107)로부터 토출시켜 패턴 형상으로 도포하였다(도 1a).
도포후, 대기중에서 80℃에서 건조한 후, 300℃ 내지 500℃로 가열 승온하고, 전기로에서 1시간 어닐(anneal)을 행하여 박막재료(102')를 고화하여, 막두께 111nm의 SiO2막(102)을 형성한다(도 1b).
다음에, SiO2막(102)상에 상기와 동일하게 하여 박막재료(103')로서 표 1에 제시하는 바와 같은 In-Sn 유기 화합물 용액(아사히덴카코우교 제조 「아데카 ITO 도포액」)을 잉크젯법에 의해 도포하였다(도 2a). 도포후, 대기중에서 80℃로 건조한 후, 300℃ 내지 500℃로 가열 승온하고, 전기로에서 1시간 어닐을 행하여 박막재료(103')를 고화하여, 막두께 86nm의 ITO막(103)을 형성한다(도 2b).
이상의 공정을 3회 반복하여, SiO2막(102)과 ITO막(103)이 번갈아 적층된 분포 반사형 다층막 미러(발진파장 650nm(적색), 반사율:78.5%)가 얻어진다(표 1 참조).
Figure 111999013072980-pct00001
(실시예 2)
본 실시예에서는, 도 3에 개략 단면도로 실시예 1의 각 박막재료를 중간 고체 상태로서 적층한 후 그것들을 고화하는 방법에 의해, 하기 표 2에 제시하는 바와 같은 재료 및 조건을 채택하여, DBR 미러를 제조하였다.
실시예 1과 마찬가지로 Si 기판(201)상에, 박막재료(202')로서 표 2에 제시하는 바와 같은 재료 구성의 트리이소프로폭시알루미늄(tri-iso-propoxy aluminium)과 트리에탄올아민(tri-ethanol armine)을 등몰(equal mol) 혼합하여 조제한 졸액을, 잉크젯 프린트 장치(206)의 헤드(207)로부터 토출시켜 패터닝 도포하였다(도 3a).
도포후, 대기중에서 80℃에서 건조한 후 400℃에서 30분간 가열하여 박막재료(202')를 중간 고체 상태로 하여, 중간 고체층(202*)으로 하였다(도 3b).
다음에, 중간 고체층(202*)상에, 박막재료(203')로서 표 2에 제시하는 지르코늄아세틸아세트네이트(zirconium-acetylacetnate)에 적량의 아세트산을 첨가하여 용매를 가하여 조제한 졸액을 헤드(208)로부터 토출한(도 3c) 후, 대기중에서 80℃로 건조한 후 400℃로 30분간 가열하여 박막재료(203')를 중간 고체층(203*)을 형성하여 적층하였다(도 3d).
이상의 공정을 3회 반복함으로써 중간 고체층의 적층체를 형성하였다.
최후에, 이 중간 고체층으로 이루어지는 적층체를 산소분위기중에서 700℃에서 1 내지 5분간 램프 어닐함으로써 완전히 고화하여, 막두께 68nm의 Al2O3막(202)과, 막두께 54nm의 ZrO2막(203)이 번갈아 적층된 분포 반사형 다층막 미러(발진파장 450nm(청색), 반사율: 75.0%)를 제작하였다(도 3e, 표 2 참조).
Figure 111999013072980-pct00002
(실시예 3)
본 실시예에서는, 도 4에 개략단면도로 도시하는, 동일 면상에 배열된 적어도 2개의 DBR 미러를 패턴 형상으로 형성하는 방법에 의해, 표 3에 제시하는 바와 같은 재료 및 조건을 채택하여, 도 4d 및 도 5에 도시하는 구조의 DBR 미러를 제조하였다.
우선, Si 기판(301)상에 격벽(뱅크)(302)(폴리이미드 수지제, 50μm 피치, 2μm 두께)을 포토리소그래피에 의해 형성하였다(도 4a).
다음에, 잉크젯 프린트용 장치(310)의 헤드(311)로부터, 최종적으로 형성되는 DBR 미러(1b)(도 4d)의 제 1 층째인 MgO막(304)의 박막재료로서 표 3에 제시하는 마그네슘메톡사이드(magnesium methoxide)와 모노에탄올아민(mono ethanol armine)을 등몰 혼합하여 조제한 혼합액을 토출시켜 패턴 형상으로 도포하였다.
다음에, 최종적으로 형성되는 DBR 미러(1a)(도 4d)의 제 1 층째로서 표 3에 제시하는 SiO2막(303)의 박막재료를 실시예 1과 동일하게 패턴 형상으로 도포하고, 최종적으로 형성되는 DBR 미러(1a)(도 4d)(1c)의 제 1 층째로서 표 3에 제시하는 Al2O3막(305)의 박막재료를 패턴 형상으로 도포하였다.
이렇게 하여 각 DBR 미러의 제1 층째의 박막재료를 패턴 형상으로 도포한 후, 대기중에서 80℃로 건조한 후, 200℃에서 10분간 베이크(bake)하며, 산소 분위기중, 500℃ 내지 700℃로 가열 승온하였다. 계속해서 1 내지 5분간 램프 어닐을 행하여 이들을 동시에 고화시켜, DBR 미러(1a)의 SiO2막(303)(막두께: 111nm), DBR 미러(1b)의 MgO막(304)(막두께: 76nm), DBR 미러(1c)의 Al2O3막(305)(막두께: 68nm)을 형성하였다(도 4b).
다음에, 표 3에 도시하는 바와 같은 각 DBR 미러의 제 2 층째의 박막재료를, 상술한 제 1 층째와 동일하게 패턴 형상으로 도포하고, DBR 미러(1a)의 ITO막(307)(막두께: 86nm), DBR 미러(1b)의 TiO2막(308)(막두께: 54nm), DBR 미러(1c)의 ZrO2막(309)(막두께: 54nm)을 형성하였다(도 4c).
이상의 공정을 각 미러부분에서 5회 반복함으로써, 도 4d 및 도 5에 도시하는 바와 같이 동일 기판상에 배열된 DBR 미러(1a, 1b, 1c)를 병렬적으로 형성하였다. 각 DBR 미러의 박막재료 및 고화조건, 파장 특성, 반사율 등을 표 3에 병기한다.
Figure 112003046925407-pct00010
이상, 본 발명의 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법을 도시한 각 실시예에 의거하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니며, 예를 들면, 실시예 3에서 설명되는 동일 기판상에 설치되는 각 DBR 미러는, 각각 층수가 다른 것이라도 된다.
또한, DBR 미러는 다른 3종 이상의 박막을 주기적으로 적층한 구조라도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 분포 반사형 다층막(DBR) 미러의 제조방법에 의하면, 박막의 형성을 액상 성막법에 의해 행하기 때문에, 박막재료 등(구성재료, 용매 등)의 선택 및, 박막재료의 농도, 점도, 표면장력, 접촉각, 온도의 제어가 용이하고, 이로써 박막의 막두께 등을 임의로 설정할 수 있다. 또한, 간단한 제조장치에 의해, 저 비용으로 여러가지의 광학(반사) 특성, 크기·형상을 갖는 DBR 미러를 제조할 수 있다.
특히, 박막의 형성을 잉크젯 방식에 의해서 행하는 경우, 마스크 형성·에칭 등의 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 간단하면서도 단시간에 효율이 좋게 DBR 미러를 제조할 수 있다. 또한, 박막재료의 토출량, 농도의 가감 등에 의해, 막두께, 도트수, 배치 패턴 등이 용이하게 조정 가능하기 때문에, DBR 미러의 반사특성을 임의로 선택할 수 있다.
또한, 동일 면상에 반사특성이 다른 복수의 DBR 미러를 패턴 배열하는 경우, 그것들을 병렬적으로 형성할 수 있기 때문에, 더욱 제조공정을 간략화할 수 있다.
본 발명의 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법은, 예를 들면 반도체 레이저소자에 반사특성이 다른 DBR 미러를 미세 패턴으로 정밀도 높게 설치하는 방법에 이용이 가능하며, 파장 특성에 있어서의 급준성이 넓은 파장영역에서 안정된 반도체 레이저 장치를 얻는 방법으로서 적합하다. 또한, 광섬유 통신이나 광 인터커넥트용 레이저 디바이스에 사용하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법으로서 광범위한 응용이 기대된다.

Claims (15)

  1. 굴절율이 다른 복수의 박막이 적층되어 이루어지는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법에 있어서,
    상기 박막을 잉크젯 방식을 사용하는 액상 성막법(液相 成膜法)에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액상 성막법은 상기 박막을 형성하는 박막재료를 도포하는 공정과, 도포한 상기 박막재료를 고화(固化)하는 공정을 포함하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 박막재료를 고화하는 공정은 해당 박막재료 위에 다른 박막재료를 도포하기 전에 행하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 복수의 상기 박막재료를 중간 고체 상태로서 적층한 후 그것들을 고화하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막재료의 고화는 열처리에 의해 행해지는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막을 구성하는 구성성분은 유전체 재료인 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액상 성막법으로서 잉크젯 방식을 사용하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  8. 동일 면상에 배열된 굴절율이 다른 복수의 박막이 적층되어 이루어지는 적어도 2개의 분포 반사형 다층막 미러를 제조하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법에 있어서,
    상기 각 분포 반사형 다층막 미러를 구성하는 박막의 형성은, 해당 박막을 형성하는 박막재료를 패턴 형상으로 도포하는 공정과, 패턴 형상으로 도포된 상기 박막재료를 고화하는 공정을 갖는 액상 성막법에 따르는 것을 특징으로 하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 액상 성막법으로서 잉크젯 방식을 사용하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 박막재료의 패턴 형상의 도포는 상기 동일 면상에 배열되는 2 이상의 상기 분포 반사형 다층막 미러가 병렬적으로 형성되도록 행해지는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 동일 면상에 배열되는 2 이상의 상기 분포 반사형 다층막 미러는 상이한 반사특성을 갖는 것인 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 박막재료를 고화시키는 공정은 해당 박막재료에 다른 박막재료를 도포하기 전에 행해지는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 복수의 상기 박막재료를 중간 고체 상태로서 적층한 후 고화하는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  14. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 박막재료의 고화는 열처리에 의해 행해지는 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
  15. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 박막을 구성하는 구성성분은 유전체 재료인 분포 반사형 다층막 미러의 제조방법.
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