CN100423302C - 硅发光装置和制造此装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种硅发光装置和制造此装置的方法，该装置包括硅纳米点发光层；施加电压电平于硅纳米点发光层的电极；在所述硅纳米点发光层的上或下侧的至少一个区域上的SiCN膜以改善发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅发光装置和制造此装置的方法，及特别涉及一种硅发光装置，其中设置SiCN膜于硅发光层的上侧和下侧的至少一侧以改善发光的效率。
背景技术
使用硅纳米点的发光装置克服了由于间接能带间隙引起的低发光效率的硅半导体的局限。
但是，用于基体的氧化硅或氮化硅薄膜降低了装置的实用性，因为它们是介电材料。介电材料一般不是导电层，使得必须在介电材料的上侧形成掺杂层以改善电荷迁移率。但是，氧化硅或氮化硅薄膜是结构上非晶态，因此为了有效的生长，期望在所述薄膜上形成非晶掺杂层。
在此情况下，通过调整硅纳米点的尺寸调整发光波长。应当调整在掺杂层上侧的能带间隙能量以将电荷有效地注入发光层。另外，上侧掺杂层应当为透明的以有效地发光。
因为尚未开发基于上述要求的非晶掺杂层，硅发光装置的大规模生产是困难的。
发明内容
因此，本发明的一方面为提供一种硅发光装置和制造此装置的方法，其中设置SiCN膜于硅发光层的上侧和下侧的至少一侧以改善在近红外线、可见光和紫外线区域的发光的效率。
本发明的前述和/或其它方面可以通过提供一种硅发光装置实现，所述发光装置包括：硅纳米点发光层；电极，将电压电平施加于硅纳米点发光层；和SiCN膜，其在硅纳米点发光层的上侧和下侧的至少一区域，以改善发光效率。
依据本发明的一个方面，硅纳米点发光层包括被非晶氧化硅或氮化硅的基体包围的晶态或非晶态硅量子点。
依据本发明的一个方面，SiCN膜的厚度为0.1至4μm，掺杂浓度为1016至1019cm-3，能带间隙能量为2.0eV至4.0eV且光透射率为60％至99％。
本发明的前述和/或再一方面通过提供一种制造硅发光装置的方法实现，该硅发光装置包括：硅纳米点发光层；和将电压电平施加于硅发光层的电极，该方法包括在硅发光层的上侧和下侧的至少一区域形成SiCN膜，以改善发光效率。
依据本发明的一个方面，通过使用硅烷气体、甲烷气体、氮或氨气的PECVD形成SiCN膜。
依据本发明的一个方面，在100至600℃的温度范围形成SiCN，且生长的气压的范围是0.1至10托(Torr)。
依据本发明的一个方面，通过使用甲烷、氮气和氨气和使用SiC或SiN作为靶材的溅射方法制造SiCN膜。
依据本发明的一个方面，为获得范围在1016至1019cm-3的掺杂浓度，SiCN膜在300至800℃温度下快速热处理三十分钟至五分钟以激活杂质。
本发明的前述和/或再一方面通过提供一种硅发光装置实现，所述硅发光装置包括：衬底；硅纳米点发光层，形成于衬底的上侧的预定区域；SiCN膜，形成于硅纳米点发光层的上侧或下侧的至少一区域以改善发光效率；和第一电极及第二电极，设置以将电压电平施加于硅发光层。
依据本发明的一方面，在硅纳米点发光层的上侧形成SiCN膜；在硅衬底上硅纳米点发光层的侧面一侧形成第一电极，及在SiCN的上侧的预定区域上形成第二电极。
依据本发明的一方面，硅发光装置还包括在硅纳米点发光层和硅衬底之间的SiCN膜。
附图说明
从下述的优选实施例且配合其附图，本发明的这些和/或其它方面和优点将更加明显易懂。
图1为本发明的一实施例的硅发光装置应用的SiCN的能带间隙能量；
图2为本发明的第一实施例的硅发光装置的剖面图；
图3为本发明的第二实施例的硅发光装置的剖面图。
具体实施方式
下文，本发明的优选实施例将参考附图进行描述，其中提供本发明的优选实施例以便于本领域的技术人员理解，以使不同的其它的更改显而易见且本发明不限于以下公开的实施例。同时，在描述如“在其它膜或半导体衬底上形成一薄膜”的语句的情况下，所述一薄膜可以直接与所述其它膜或半导体衬底相连，或第三膜可以处在所述一薄膜和所述其它膜或半导体衬底之间。另外，为了方便和清晰夸张了附图中每层的厚度和尺寸。同样的附图标记指示同一组件。
图1为本发明的一实施例的硅发光装置应用的SiCN的能带间隙能量。
如图1所示，对于SiCN膜，能带间隙能量基于SiCxN1-x中的x值(0≤x≤1)连续改变。SiCN膜是非晶材料。
因此，如果在制造非晶SiCN膜的工艺中调整碳和氮的量，则可制造范围从2.1eV(SiC的能带间隙)至5.0eV(Si3N4的能带间隙)的SiCN膜。
图2为本发明的第一实施例的硅发光装置的剖面图；
如图2所示，在衬底100的上侧的预定区域形成硅发光层110，且在衬底100的预定区域形成p型电极120，其中不存在硅纳米点发光层110。优选地，衬底100为p型硅衬底。
如果衬底100用作发光装置的支撑构件则其选择没有限制。优选地，可以使用如锗和硅的半导体衬底及如SiGe、SiC、GaAs和InGaAs的化合物半导体衬底作为衬底。在硅纳米点发光层包括硅量子点的情况下，使用硅衬底使得可以在硅衬底上直接形成硅纳米点发光层。同时，如果使用了除硅衬底以外的其它类型衬底，则在所述衬底上形成附加的硅层，其上形成硅纳米点发光层。
在硅纳米点发光层110的上侧形成SiCN膜130。优选地，SiCN膜130为n型透明掺杂层，其上形成n型电极140。对于n型掺杂，可以使用磷(P)掺杂剂，而对于p型掺杂，可以使用硼(B)掺杂剂。期望的非晶SiCN膜的掺杂浓度大约为1016至1019cm-3，在此情况下，能带间隙能量可以在2.0eV至4.0eV的范围调整，且所发出的光的透射率在60％～99％的范围内。
在硅纳米点发光层110中，晶态硅结构被非晶氧化硅或非晶氮化硅基体包围，而且非晶硅量子点被非晶氧化硅或非晶氮化硅基体包围。且用不同的方法形成硅纳米点发光层110。可以依据系统或需求调整所发出的光的波长。可以获得单一波长或几个波长。
可以通过PECVD或溅射法形成硅纳米点发光层110。使用硅烷气体和含氮气体(氮气或氨气)且随后制造氧化硅或氮化硅薄膜和晶态硅结构。为制造此硅结构可以使用热处理工艺。
优选地，正型电极120由Ni/Au制成且n型电极140由Ti/Al制成，且可以改变p型电极120和n型电极140的位置。
通过PECVD沉积SiCN膜130，生长的温度为100至600℃，且生长的气压为0.1至10托。在此时，可以对硅烷气体或甲烷气体附加使用氮气或氨气，且SiCN膜130的期望厚度为0.1至4μm。
另一方面，通过溅射法制造SiCN膜130，生长温度的范围从室温至600℃，生长的气压为1至10托。在此时，可以使用氮气或氨气且可以使用硅、碳化硅(SiC)或氮化硅(SiN)作为靶材。
在300至800℃温度下快速热处理SiCN膜130三十至五分钟以激活所需的掺杂浓度范围在1016至1019cm-3的杂质。
图3为本发明的第二实施例的硅发光装置的剖面图。为了说明方便，第二实施例的说明将描述集中于与本发明第一实施例的不同之处。
如图3所示，在衬底(如p型硅衬底)的上侧形成第一SiCN膜210，且在SiCN膜210的上侧的预定区域形成硅发光层220。在第一SiCN膜210的预定区域形成p型电极230，在该预定区域不存在硅发光层220。
此外，在硅纳米点发光层220的上侧形成第二SiCN膜240。第一SiCN膜210为p型透明掺杂层，且第二SiCN膜240为n型透明掺杂层。在第二SiCN膜240的上侧的预定区域形成n型电极250。
下文，基于本发明的第一实施例描述硅纳米点发光层220以及第一和第二SiCN膜210、240，省略了详细说明。
第一SiCN膜210为p型透明掺杂层，且其厚度为0.1至4μm，且其掺杂浓度可以在1016至1019cm-3的范围内调整。
在图3中，尽管虽然第一SiCN膜210设置于衬底200和p型电极之间，但是明显第一SiCN膜210可以只沉积于硅纳米点发光层220和衬底200之间。
虽然此硅发光装置的优选实施例和此装置的制造方法在前描述过，但是其中本发明不限于此，且在权利要求的范围内可以有不同的应用，且在本发明中包括了本发明的详细描述和附图等。
例如，SiCN膜只沉积于硅纳米点发光层的下侧的情况在图2和图3中未显示，但是，明显可以有那些所述应用。
如上所述，本发明提供了所述硅发光装置和此装置的制造方法，其包括在硅纳米点发光层的上侧和下侧的至少一侧上的作为透明掺杂层的SiCN膜，所述硅纳米点发光层位于两个电极之间，由此可提高在近红外线、可见光和紫外线范围内的光发射效率。
虽然本发明的几个实施例得到了显示与描述，然而本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可以对该实施例作更动，其范围由所附的权利要求和其等价物界定。
本申请要求于2004年4月12日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请第2004-24917号，其公开的内容引入作为参考。
Claims (15)
1. 一种硅发光装置包括：
硅纳米点发光层；
电极，以施加电压电平于硅纳米点发光层；
SiCN膜，在所述硅纳米点发光层的上和下侧的至少一个区域上，以改善发光效率。
2. 如权利要求1的硅发光装置，其中硅纳米点发光层包括被非晶氧化硅或氮化硅的基体包围的晶态或非晶硅量子点。
3. 如权利要求1的硅发光装置，其中所述SiCN膜的厚度为0.1至4μm。
4. 如权利要求1的硅发光装置，其中所述SiCN膜的掺杂浓度为1016至1019cm-3。
5. 如权利要求1的硅发光装置，其中所述SiCN膜的能带间隙为2.0eV至4.0eV。
6. 如权利要求1的硅发光装置，其中所述SiCN膜的光透射率的范围是60％至99％。
7. 一种制造硅发光装置的方法，该硅发光装置包括：硅纳米点发光层；和电极以将电压电平施加于所述硅纳米点发光层，该方法包括：
在硅纳米点发光层的上侧和下侧的至少一区域形成SiCN膜，以改善发光效率。
8. 如权利要求7的制造硅发光装置的方法，其中使用硅烷气体、甲烷气体、氮或氨气通过PECVD法形成所述SiCN膜。
9. 如权利要求8的制造硅发光装置的方法，其中在100至600℃的温度范围形成所述SiCN膜，且生长气压的范围是0.1至10托。
10. 如权利要求7的制造硅发光装置的方法，其中使用甲烷、氮气和氨气和使用SiC或SiN作为靶材通过溅射法制造所述SiCN膜。
11. 如权利要求10的制造硅发光装置的方法，其中在100至600℃的温度范围制造所述SiCN膜，且生长气压的范围是0.1至10托。
12. 如权利要求7的制造硅发光装置的方法，其中为获得范围在1016至1019cm-3内的掺杂浓度，在300至800℃的温度范围内快速热处理所述SiCN膜三十分钟至五分钟以激活杂质。
13. 一种硅发光装置包括：
衬底；
硅纳米点发光层，形成于衬底的上侧的预定区域；
SiCN膜，形成于硅纳米点发光层的上侧或下侧的至少一区域以改善发光效率；和
第一电极及第二电极，设置以将电压电平施加于硅纳米点发光层。
14. 如权利要求13的硅发光装置，其中在所述硅纳米点发光层的上侧形成有所述SiCN膜；在所述衬底上所述硅纳米点发光层的侧面一侧形成有所述第一电极，和在所述SiCN膜的上侧的预定区域上形成有所述第二电极。
15. 如权利要求14的硅发光装置，还包括在所述硅纳米点发光层和所述衬底之间的SiCN膜。
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