JP4902680B2 - LIGHT EMITTING DEVICE HAVING SILICON OXIDE HAVING graded junction silicon nanocrystal - Google Patents

LIGHT EMITTING DEVICE HAVING SILICON OXIDE HAVING graded junction silicon nanocrystal Download PDF

Info

Publication number
JP4902680B2
JP4902680B2 JP2009070487A JP2009070487A JP4902680B2 JP 4902680 B2 JP4902680 B2 JP 4902680B2 JP 2009070487 A JP2009070487 A JP 2009070487A JP 2009070487 A JP2009070487 A JP 2009070487A JP 4902680 B2 JP4902680 B2 JP 4902680B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
oxide film
silicon oxide
film layer
nanocrystals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009070487A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009283447A (en
Inventor
カーササンタ ヴィンチェンツォ
ティー.ヴォーサス アポストロス
チャンドラ ジョシ プーラン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US12/126,430 external-priority patent/US7998884B2/en
Priority claimed from US12/168,771 external-priority patent/US7723913B2/en
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of JP2009283447A publication Critical patent/JP2009283447A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4902680B2 publication Critical patent/JP4902680B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、主に集積回路(IC)製造に関し、より詳細には、シリコンナノ結晶(nc−Si)を含むシリコン酸化膜(SiOx)傾斜層からなる発光装置(EL発光装置)およびその製造方法に関する。   The present invention mainly relates to integrated circuit (IC) manufacturing, and more specifically, a light emitting device (EL light emitting device) including a silicon oxide film (SiOx) inclined layer including silicon nanocrystals (nc-Si) and a method for manufacturing the same. About.

図1は、シリコン過剰の(シリコンを豊富に含む)シリコン酸化物からなる発光層を備えたEL発光装置(先行技術)の概略ブロック図である。シリコンフォトニクスの技術の現状では、二酸化シリコン(SiO)マトリクス内に埋め込まれたシリコンナノ結晶が用いられる。この物質(シリコンナノ結晶を含有する二酸化シリコン)の製造方法は、いくつかある。簡単な製造方法は、二酸化シリコン膜へシリコン(Si)を注入するイオン注入法である。別の方法は、酸化膜内に過剰にシリコンを堆積させるプラズマ強化化学気相堆積法(PECVD)である。EL発光装置100は、導電性基板である基板底部電極104上に設けられた活性発光層102を備えている。導電性基板(基板底部電極104)は、例えば、底部電極として機能するドープされたシリコンエウハ等である。 FIG. 1 is a schematic block diagram of an EL light-emitting device (prior art) having a light-emitting layer made of silicon oxide rich in silicon (rich in silicon). In the current state of silicon photonics technology, silicon nanocrystals embedded in a silicon dioxide (SiO 2 ) matrix are used. There are several methods for producing this material (silicon dioxide containing silicon nanocrystals). A simple manufacturing method is an ion implantation method in which silicon (Si) is implanted into a silicon dioxide film. Another method is plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), which deposits excess silicon within the oxide. The EL light emitting device 100 includes an active light emitting layer 102 provided on a substrate bottom electrode 104 which is a conductive substrate. The conductive substrate (substrate bottom electrode 104) is, for example, a doped silicon wafer that functions as a bottom electrode.

活性発光層102は、二酸化シリコンと共に堆積された過剰のシリコンを含む膜である。過剰のシリコンは、約5nm〜10nmのシリコンナノ結晶の相とは異なる相に凝集している。このようなシリコンのナノレベルの相は、励起光学状態の放射減衰を可能にする量子閉じ込め(量子拘束)をもたらす。活性発光層102の堆積後、インジウムスズ酸化物(ITO)等の透明上部電極106を堆積する。これにより、EL装置は、バイアス状態で 光学出力通信が可能となる。   The active light emitting layer 102 is a film containing excess silicon deposited with silicon dioxide. Excess silicon is agglomerated in a phase different from the phase of silicon nanocrystals of about 5 nm to 10 nm. Such nano-level phases of silicon provide quantum confinement (quantum constraint) that allows radiation attenuation of the excited optical state. After the active light emitting layer 102 is deposited, a transparent upper electrode 106 such as indium tin oxide (ITO) is deposited. As a result, the EL device can perform optical output communication in a biased state.

このようなEL装置では、電化担体(電子および正孔)が、基板底部電極104および透明上部電極106に注入され、励起子と称されるシリコンナノ結晶(nc−Si)に励起光学状態が形成される。シリコンナノ結晶相に適切なサイズのシリコンナノ結晶が適切に分布している場合、励起子は、光学発光または電子発光(エレクトロルミネセンス)を減衰させる。従って、図1のように、従来のEL装置では、主としてキャリア輸送、励起子形成、および、それらの結果生じる放射減衰に関与する、単一の発光層(活性発光層102)が形成されている。   In such an EL device, electrified carriers (electrons and holes) are injected into the substrate bottom electrode 104 and the transparent upper electrode 106 to form an excited optical state in silicon nanocrystals (nc-Si) called excitons. Is done. When appropriately sized silicon nanocrystals are properly distributed in the silicon nanocrystal phase, excitons attenuate optical or electroluminescence. Therefore, as shown in FIG. 1, in the conventional EL device, a single light-emitting layer (active light-emitting layer 102) mainly related to carrier transport, exciton formation, and the resulting radiation attenuation is formed. .

しかし、経験則によると、単一の均質な薄膜の範囲内で、このような全ての相互作用のバランスをとる事は困難であるとされて来た。電荷担体輸送に効果的な酸化物材料内のシリコンナノ結晶は、励起子の輻射(発光)減衰には必ずしも効果的ではない。高濃度のシリコンナノ結晶粒子(例えば20%を越えて過剰)を有する発光層は、発光体と言うよりもよい導体である。シリコンナノ結晶が近接していると、励起状態の多くのナノ粒子を、単に熱または電流として消費するからである。一方、低濃度のシリコンナノ結晶粒子(例えば5−10%過剰)は、内部のナノ粒子の間隔が十分であれば、励起子の輻射減衰をもたらす。酸化物中に高濃度に存在するシリコンナノ結晶を用いると、シリコンナノ結晶粒子に励起子を形成するために十分な電流の発生が促進される。しかし、だからといって、同様の物質が、低濃度のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物のように、同等の効率を有し、励起子の放射減衰を示すとは限らない。   However, as a rule of thumb, it has been difficult to balance all such interactions within a single homogeneous thin film. Silicon nanocrystals in oxide materials that are effective for charge carrier transport are not necessarily effective in exciton radiation (emission) decay. A light emitting layer with a high concentration of silicon nanocrystal particles (eg, over 20% excess) is a better conductor than a light emitter. This is because when the silicon nanocrystals are close to each other, many nanoparticles in the excited state are consumed simply as heat or current. On the other hand, low-concentration silicon nanocrystal particles (eg, 5-10% excess) cause exciton radiation attenuation if the spacing between the internal nanoparticles is sufficient. When silicon nanocrystals present in the oxide at a high concentration are used, generation of a current sufficient to form excitons in the silicon nanocrystal particles is promoted. However, this does not necessarily mean that similar materials have equivalent efficiencies and exhibit exciton radiative decay, such as silicon oxide containing low concentrations of silicon nanocrystals.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、放射減衰も励起子の発生もサポートするシリコン過剰のシリコン酸化物からなる発光層を備えた発光装置およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a light-emitting device including a light-emitting layer made of silicon-rich silicon oxide that supports both radiation attenuation and exciton generation, and a method for manufacturing the same. Is to provide.

本発明の発光装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えた発光装置の製造方法であって、
基板底部電極を形成する工程、
上記基板底部電極上に、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層(SiOx膜:xは0より大きく2未満)を多層形成する工程、および、
上記多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層上に、透明上部電極を形成する工程を含み、
上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、外側の層が、内側の層を挟持しており、内側の層が相対的にシリコンナノ結晶の濃度が低濃度であるシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成することを特徴している。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a light emitting device of the present invention is a method for manufacturing a light emitting device including a silicon oxide containing silicon nanocrystals,
Forming a substrate bottom electrode;
Forming a silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals (SiOx film: x is greater than 0 and less than 2) on the substrate bottom electrode; and
Forming a transparent upper electrode on the silicon oxide film layer including the multi-layered silicon nanocrystal,
The step of forming the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals in a multi-layered manner is as follows: an outer layer sandwiches an inner layer, and the inner layer has a relatively low concentration of silicon nanocrystals. A silicon oxide film layer containing crystals is formed.

上記の発明によれば、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物層が多層形成され、その層は内側の層ほど、シリコンナノ結晶濃度が相対的に低い。また、内側の層は、外側の層に挟持される。従って、放射減衰も励起子の発生もサポートするシリコン過剰のシリコン酸化物からなる発光層を備えた発光装置を製造することができる。   According to said invention, the silicon oxide layer containing a silicon nanocrystal is formed in multiple layers, and the silicon nanocrystal density | concentration is relatively low as the inner layer is the layer. The inner layer is sandwiched between the outer layers. Accordingly, it is possible to manufacture a light emitting device including a light emitting layer made of silicon-rich silicon oxide that supports both radiation attenuation and exciton generation.

本発明の発光装置の製造方法では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、外側の層に挟持される内側の層よりも高い導電率(誘電率)を有する外側の層を有するシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成してもよい。   In the method for manufacturing a light-emitting device according to the present invention, the step of forming the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystal in the outer layer has a higher conductivity (dielectric constant) than the inner layer sandwiched between the outer layers. A silicon oxide film layer including silicon nanocrystals having a layer may be formed.

本発明の発光装置の製造方法では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、高密度プラズマ強化化学気相成長(HDPECVD)プロセスによって、膜を堆積してもよい。   In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, the step of forming the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals in a multilayer may be formed by a high density plasma enhanced chemical vapor deposition (HDPECVD) process.

本発明の発光装置の製造方法では、上記HDPECVDプロセスによる、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、シリコン酸化膜(SiOx)層を形成する工程含んでおり、
上記シリコン酸化膜を形成する工程は、
13.56〜300MHzの周波数、および、10W/cm未満の電力密度で、上部電極に電力を供給する工程と、
50kHz〜13.56MHzの周波数、および、3W/cm以下の電力密度で、下部電極に電力を供給する工程と、
1〜500mTorrの雰囲気圧力を用いる工程と、
酸素源ガスを供給する工程と、
水素と共にSi源ガスを供給する工程とを含んでいてもよい。
In the method of manufacturing the light emitting device of the present invention, by the HDPECVD process step of multilayer forming the silicon oxide film layer comprising silicon nanocrystals includes a step of forming a silicon oxide film (SiOx) layer,
The step of forming the silicon oxide film includes
Supplying power to the upper electrode at a frequency of 13.56-300 MHz and a power density of less than 10 W / cm 2 ;
Supplying power to the lower electrode at a frequency of 50 kHz to 13.56 MHz and a power density of 3 W / cm 2 or less;
Using an atmospheric pressure of 1 to 500 mTorr;
Supplying an oxygen source gas;
And supplying a Si source gas together with hydrogen.

本発明の発光装置の製造方法では、上記HDPECVDプロセスによる、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、上記シリコン酸化膜を形成する工程の後に、アニール工程と、アニール工程によってシリコン酸化膜にシリコンナノ結晶が埋め込まれた状態とする工程とを含んでいてもよい。 In the method for manufacturing a light emitting device of the present invention, the step of forming a silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals by the HDPECVD process is performed by an annealing step and an annealing step after the step of forming the silicon oxide film. And a step of filling the oxide film with silicon nanocrystals.

本発明の発光装置の製造方法では、上記酸素源ガスを供給する工程では、NO、NO、O、およびOからなる群から選択される酸素源ガスを供給してもよい。 In the method for manufacturing a light emitting device of the present invention, in the step of supplying the oxygen source gas, an oxygen source gas selected from the group consisting of N 2 O, NO, O 2 , and O 3 may be supplied.

本発明の発光装置の製造方法では、上記Si源ガスを供給する工程は、Si(Nは1以上4以下)およびSi4−X(Xは0以上3以下であり、RはCl,Br,およびIからなる群より選択される元素)からなる群から選択されるガスを供給してもよい。 In the method for manufacturing a light emitting device of the present invention, the step of supplying the Si source gas includes Si 3 N X (N is 1 to 4) and Si 3 H X R 4-X (X is 0 to 3). , R may be supplied with a gas selected from the group consisting of Cl, Br, and I selected from the group consisting of I.

本発明の発光装置の製造方法では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、0.1〜10の範囲で上記酸素源ガスに対するSi源ガスの比率を変化させることに応じて、各層の導電率を選択することができる。 In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, the step of forming the silicon oxide film layer containing the silicon nanocrystal in a multilayer is to change the ratio of the Si source gas to the oxygen source gas within a range of 0.1 to 10. Accordingly, the conductivity of each layer can be selected.

本発明の発光装置の製造方法では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、0.1〜100の範囲で上記水素に対するSi源ガスの比率を変化させることに応じて、各層の導電率を選択することができる。 In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, the step of forming the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystals in a multi-layer is performed by changing the ratio of the Si source gas to the hydrogen within a range of 0.1 to 100. The conductivity of each layer can be selected.

本発明の発光装置の製造方法では、上記HDPECVDプロセスによって、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、10eV未満の電子温度で、1×1011cm−3 より高いプラズマ密度を用いることができる。 In the method for manufacturing a light emitting device of the present invention, the step of forming a silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals by the HDPECVD process has a plasma density higher than 1 × 10 11 cm −3 at an electron temperature of less than 10 eV. Can be used.

本発明の発光装置の製造方法では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、各層のシリコン過剰濃度を、5〜30%としてもよい。   In the method for manufacturing a light emitting device of the present invention, in the step of forming the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals in a multilayer manner, the silicon excess concentration of each layer may be 5 to 30%.

本発明の発光装置の製造方法では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、各層をSi(Jは1.05以上1.3以下である)から形成し、かつ、より外側の層が、相対的にシリコン過剰度(豊富度)の低い内側の層を挟持するようにしてもよい。 In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, in the step of forming the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystal in a multilayer, each layer is formed of Si J O 2 (J is 1.05 or more and 1.3 or less). Further, the outer layer may sandwich the inner layer having a relatively low silicon excess (abundance).

本発明の発光装置の製造方法では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜の層の全層厚を、50〜500nmとしてもよい。   In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, in the step of forming the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals in a multilayer manner, the total thickness of the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals may be 50 to 500 nm.

本発明の発光装置の製造方法では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、3層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成し、外側2層の層厚を、それぞれ、全層厚の1〜20%としてもよい。   In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, the step of forming the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystals in a multilayer includes forming a silicon oxide film layer including the three silicon nanocrystals and increasing the thickness of the outer two layers. , Respectively, may be 1 to 20% of the total layer thickness.

本発明の発光装置の製造方法では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、各層に直径2〜10nmのシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成してもよい。   In the method for manufacturing a light emitting device of the present invention, the step of forming the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals in a multilayer may form a silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals having a diameter of 2 to 10 nm in each layer.

本発明の発光装置の製造方法では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層間で、段階的にキャリア注入エネルギーが勾配するシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成してもよい。   In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention, the step of forming the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystals in a multilayered manner includes silicon nanocrystals in which carrier injection energy is gradually graded between the silicon oxide film layers including the silicon nanocrystals. A silicon oxide film layer containing may be formed.

本発明の発光装置は、上記の課題を解決するために、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えた発光装置であって、
基板底部電極と、
上記基板底部電極上に形成された、多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層(SiOx膜:xは0より大きく2未満)と、
上記多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層上に形成された、透明上部電極とを備え、
多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層は、外側の層が内側の層を挟持しており、内側の層のシリコンナノ結晶濃度が相対的に低濃度であることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a light-emitting device of the present invention is a light-emitting device including a silicon oxide containing silicon nanocrystals,
A substrate bottom electrode;
A silicon oxide film layer (SiOx film: x is greater than 0 and less than 2) formed on the substrate bottom electrode and including multilayer silicon nanocrystals;
A transparent upper electrode formed on the silicon oxide film layer containing the multilayer silicon nanocrystal,
The silicon oxide film layer including multilayer silicon nanocrystals is characterized in that the outer layer sandwiches the inner layer, and the silicon nanocrystal concentration of the inner layer is relatively low.

本発明の発光装置では、上記外側のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層は、挟持する内側のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層よりも、高い導電率を有してもよい。   In the light emitting device of the present invention, the silicon oxide film layer including the outer silicon nanocrystals may have a higher conductivity than the silicon oxide film layer including the inner silicon nanocrystals sandwiched therebetween.

本発明の発光装置では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の各層が、5〜30%のシリコン過剰濃度を有してもよい。   In the light emitting device of the present invention, each layer of the silicon oxide film layer containing the silicon nanocrystal may have a silicon excess concentration of 5 to 30%.

本発明の発光装置では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の各層が、Si(Jは1.05以上1.3以下である)から形成されており、かつ、より外側の層が、相対的にシリコン過剰度の低い内側の層を挟持していてもよい。 In the light emitting device of the present invention, each of the silicon oxide film layers including the silicon nanocrystals is formed of Si J O 2 (J is 1.05 or more and 1.3 or less), and more outside. The layer may sandwich an inner layer with a relatively low silicon excess.

本発明の発光装置では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜の層の全層厚が、50〜500nmであってもよい。   In the light emitting device of the present invention, the total thickness of the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystal may be 50 to 500 nm.

本発明の発光装置では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜の層が3層であり、
外側2層の層厚が、それぞれ、全層厚の1〜20%となっていてもよい。
In the light emitting device of the present invention, the silicon oxide film layer containing the silicon nanocrystal is three layers,
The outer two layers may each have a thickness of 1 to 20% of the total thickness.

本発明の発光装置では、上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の各層が、直径2〜10nmのシリコンナノ結晶を有してもよい。   In the light emitting device of the present invention, each layer of the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystal may have a silicon nanocrystal having a diameter of 2 to 10 nm.

本発明の発光装置および発光装置の製造方法は、以上のように、多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層が、外側の層が内側の層を挟持しており、内側の層のシリコンナノ結晶濃度が相対的に低濃度である。それゆえ、放射減衰も励起子の発生もサポートするシリコン過剰のシリコン酸化物からなる発光層を備えた発光装置およびその製造方法を実現できるという効果を奏する。   In the light emitting device and the method for manufacturing the light emitting device of the present invention, as described above, the silicon oxide film layer including multiple layers of silicon nanocrystals has the outer layer sandwiching the inner layer, and the inner layer silicon nanocrystals. The crystal concentration is relatively low. Therefore, there is an effect that it is possible to realize a light emitting device including a light emitting layer made of silicon-excess silicon oxide that supports both radiation attenuation and exciton generation, and a manufacturing method thereof.

従来のシリコン過剰の二酸化シリコンからなる発光層を備えたEL装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the EL apparatus provided with the light emitting layer which consists of the conventional silicon excess silicon dioxide. 本発明のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えたEL装置の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of EL device provided with silicon oxide containing the silicon nanocrystal of the present invention. 図2のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えたEL装置の第1変形例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the 1st modification of EL device provided with the silicon oxide containing the silicon nanocrystal of FIG. 図2および図3のEL装置における、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜のシリコンナノ結晶の濃度を示す図である。It is a figure which shows the density | concentration of the silicon nanocrystal of the silicon oxide film containing a silicon nanocrystal in the EL apparatus of FIG. 2 and FIG. SRSO膜を備えた図1の従来のEL装置における、注入エネルギー障壁の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the injection | pouring energy barrier in the conventional EL apparatus of FIG. 1 provided with the SRSO film | membrane. 図2のEL装置における、注入エネルギー障壁の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the injection | pouring energy barrier in the EL apparatus of FIG. シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えたEL装置の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of EL device provided with the silicon oxide containing a silicon nanocrystal. 誘導結合型プラズマ源を備えた高濃度プラズマシステムの概略図である。It is the schematic of a high concentration plasma system provided with the inductively coupled plasma source.

本発明のEL装置は、電荷注入特性および活性層堆積中のEL効率の制御によって、光学発光が増強する。活性層は、ヘリウム(He)および水素(H2)と共に、シラン(SiH)および亜酸化窒素(NO)を用いて、シリコン過剰の二酸化シリコン膜(SRSO膜)の高圧(HP)プラズマ化学気相堆積法(PECVD)により堆積(蒸着)により形成できる。また、この活性層には、二酸化シリコン(SiO)の形成に必要な化学量論量のシリコンに加え、過剰のシリコンが堆積されている過剰量(過剰度)は、例えば、亜酸化窒素に対するシランの比率によって制御される。 The EL device of the present invention enhances optical emission by controlling charge injection characteristics and EL efficiency during active layer deposition. The active layer uses silane (SiH 4 ) and nitrous oxide (N 2 O) along with helium (He) and hydrogen (H 2 ), using high-pressure (HP) plasma chemistry of silicon-rich silicon dioxide film (SRSO film). It can be formed by deposition (evaporation) by vapor deposition (PECVD). Further, in this active layer, in addition to the stoichiometric amount of silicon necessary for forming silicon dioxide (SiO 2 ), an excessive amount (excess degree) in which excess silicon is deposited is, for example, relative to nitrous oxide. Controlled by silane ratio.

従って、本発明によれば。シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物EL装置の製造方法を提供することができる。本発明のEL装置の製造方法は、基板底部電極を形成する工程、および、その基板底部電極上にシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層(SiOx膜:xは0を越え2未満である)を多層形成する工程を含んでいる。より詳細には、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の各層は、約5〜30%のシリコン過剰濃度を有する。シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層は、多層の積層体である。シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の外側の層は、相対的に低濃度のシリコンナノ結晶を有する内側の層を挟持している。また、外側のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層は、その外側の層に挟持された内側の層よりも、高い導電率を有する。多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層上には、透明上部電極が形成されている。   Therefore, according to the present invention. A method for manufacturing a silicon oxide EL device including silicon nanocrystals can be provided. The EL device manufacturing method of the present invention includes a step of forming a substrate bottom electrode, and a silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals (SiOx film: x is greater than 0 and less than 2) on the substrate bottom electrode. A step of forming a multilayer. More specifically, each layer of silicon oxide layer that includes silicon nanocrystals has a silicon excess concentration of about 5-30%. The silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals is a multilayer stack. The outer layer of the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals sandwiches the inner layer having relatively low concentration of silicon nanocrystals. In addition, the silicon oxide film layer including the outer silicon nanocrystal has higher conductivity than the inner layer sandwiched between the outer layers. A transparent upper electrode is formed on the silicon oxide film layer including multilayer silicon nanocrystals.

多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層は。高密度プラズマ強化化学気相成長プロセス(HD PECVDプロセス)によって堆積される。HDPECVDプロセスは、まず、シリコン酸化膜層を堆積し、続いて、アニール処理(アニール工程)を行い、シリコンナノ結晶シリコン酸化膜層内に埋め込まれた状態とする処理である。ここで、シリコンナノ結晶の直径は、2〜10nm(2nm以上、10nm以下)である。 A silicon oxide layer containing multiple layers of silicon nanocrystals. Deposited by a high density plasma enhanced chemical vapor deposition process (HD PECVD process). HDPECVD process, first, depositing a silicon oxide film layer, followed by an annealing treatment (annealing step), a process for silicon nanocrystals state write or a buried silicon oxide film layer. Here, the diameter of the silicon nanocrystal is 2 to 10 nm (2 nm or more and 10 nm or less).

本発明のEL装置の製造方法では、多層形成されたシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の全層厚が、50nm〜500nmであってもよい。また、例えば、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層が3層の場合、外側の2層の層厚は、全層厚の1〜20%を占めていてもよい。   In the EL device manufacturing method of the present invention, the total thickness of the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystals formed in multiple layers may be 50 nm to 500 nm. Further, for example, when there are three silicon oxide film layers containing silicon nanocrystals, the outer two layer thicknesses may occupy 1 to 20% of the total layer thickness.

以下、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えた発光装置(EL装置)を詳細に説明する。   Hereinafter, a light emitting device (EL device) including silicon oxide containing silicon nanocrystals will be described in detail.

図2は、本発明のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えたEL装置の部分断面図である。EL装置200は、基板底部電極202、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204、および透明上部電極206を備えている。基板底部電極202は、多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜(SiOx)204上に形成されている。ここで、SiOxのxは0より大きく、2未満である。本実施形態では、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜(SiOx)層204は、3層から構成されている。具体的には、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204の外側の二層204a1および204a2の間に、低濃度のシリコンナノ結晶を有する内層204bが挟持されている。シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204は、以下では、nc−SiSiOx膜層、または、nc−Siを含むシリコン酸化膜層と称する場合がある。シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204は、透明上部電極206上に形成されている。透明上部電極206は、例えば、ITO(インジウムスズ酸化物)から構成されていてもよいし、薄膜金属層を含んでいてもよい。   FIG. 2 is a partial cross-sectional view of an EL device including a silicon oxide containing silicon nanocrystals of the present invention. The EL device 200 includes a substrate bottom electrode 202, a silicon oxide film layer 204 including silicon nanocrystals, and a transparent upper electrode 206. The substrate bottom electrode 202 is formed on a silicon oxide film (SiOx) 204 including multilayer silicon nanocrystals. Here, x of SiOx is greater than 0 and less than 2. In this embodiment, the silicon oxide film (SiOx) layer 204 containing silicon nanocrystals is composed of three layers. Specifically, an inner layer 204b having a low concentration of silicon nanocrystals is sandwiched between two outer layers 204a1 and 204a2 of a silicon oxide film layer 204 containing silicon nanocrystals. Hereinafter, the silicon oxide film layer 204 containing silicon nanocrystals may be referred to as an nc-SiSiOx film layer or a silicon oxide film layer containing nc-Si. A silicon oxide film layer 204 containing silicon nanocrystals is formed on the transparent upper electrode 206. The transparent upper electrode 206 may be made of, for example, ITO (indium tin oxide), or may include a thin film metal layer.

図3は、図2のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物EL装置(EL装置200)の第1変形例を示す部分断面図である。EL装置200に形成されるシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204は、図2のように、3層に限定されるものではなく、図3のように3層以上の層から形成されていてもよい。図3のEL装置200では、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204は、最も外側に配置された2つの層204n(基板電極202に隣接する層204nおよび上部電極206に隣接する層204n)が、それらに隣接する内側の層204(n−1)の外側にあり、内側の層204(n−1)を挟持している。外側の層204nは、内側の層204(n−1)よりも、高濃度のシリコンナノ結晶を有する。同様に、層204(n−1)は、それより内側の層204(n−2)の外側にあり、内側の層204(n−2)を挟持している。このようにして、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204では、過剰のシリコン濃度(含有量)に勾配を持たせることが可能となっている。   FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a first modification of the silicon oxide EL device (EL device 200) including the silicon nanocrystal of FIG. The silicon oxide film layer 204 including silicon nanocrystals formed in the EL device 200 is not limited to three layers as shown in FIG. 2, but is formed of three or more layers as shown in FIG. Also good. In the EL device 200 of FIG. 3, the silicon oxide layer 204 containing silicon nanocrystals includes two outermost layers 204 n (a layer 204 n adjacent to the substrate electrode 202 and a layer 204 n adjacent to the upper electrode 206). , Outside the inner layer 204 (n-1) adjacent to them and sandwiching the inner layer 204 (n-1). The outer layer 204n has a higher concentration of silicon nanocrystals than the inner layer 204 (n-1). Similarly, the layer 204 (n−1) is outside the inner layer 204 (n−2) and sandwiches the inner layer 204 (n−2). In this way, the silicon oxide film layer 204 containing silicon nanocrystals can have a gradient in excess silicon concentration (content).

図2または図3では、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204の各層が、例えば、Si(Jは1.05以上1.3以下である)で規定されるように、シリコンを過剰に含んでいる。しかも、より外側の層が、よりシリコン過剰度の低い内側の層を挟持している。つまり、外側の層ほどシリコン濃度が高く、内側の層ほどシリコン濃度が低い。例えば、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204の各層は、約5〜30%のシリコン過剰濃度を有している。また、上述のように、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204の外側の層は、その層が挟持する内側の層よりも、導電率が高い。シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204に含まれるシリコンナノ結晶の直径は、例えば、約2nm〜10nmである。 In FIG. 2 or FIG. 3, each layer of the silicon oxide film layer 204 containing silicon nanocrystals is defined by, for example, Si J O 2 (J is 1.05 or more and 1.3 or less). It contains excessively. Moreover, the outer layer sandwiches the inner layer having a lower silicon excess. That is, the outer layer has a higher silicon concentration and the inner layer has a lower silicon concentration. For example, each layer of the silicon oxide layer 204 containing silicon nanocrystals has a silicon excess concentration of about 5-30%. As described above, the outer layer of the silicon oxide film layer 204 containing silicon nanocrystals has higher conductivity than the inner layer sandwiched between the layers. The diameter of the silicon nanocrystal included in the silicon oxide film layer 204 including the silicon nanocrystal is, for example, about 2 nm to 10 nm.

さらに、シリコンナノ結晶の密度(含有量)およびサイズ(直径)は、層ごとに変化させてもよい。例えば、シリコンナノ粒子のサイズを、シリコンナノ粒子の密度に応じて変化させてもよい。このように、シリコンナノ粒子を含むシリコン酸化膜層204における層同士の相違点は、シリコン「過剰度(豊富度)」の相違、シリコンナノ結晶のサイズおよび密度による過剰効果の相違であると理解できる。
図2のように、多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204の全層厚208は、例えば、50nm〜500nmである。特に、図2のEL装置200の場合、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204は、3層である。そして、外側の層204a1は層厚210a1,204a2は層厚210a2を、それぞれ有する。さらに、外側の層204a1および外側の層204a2は、それぞれ、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204の全層厚208の1〜20%を占めていてもよい。なお、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204は、シリコン濃度も厚さも、対称であっても、対称でなくてもよい。例えば、一番上の層204a2は、一番下の層204a1よりも薄くてもよい。また、当然、基板底部電極202および透明上部電極206間に配置されるシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204は、奇数である必要もない。
Furthermore, the density (content) and size (diameter) of silicon nanocrystals may be changed from layer to layer. For example, the size of the silicon nanoparticles may be changed according to the density of the silicon nanoparticles. Thus, it is understood that the difference between layers in the silicon oxide film layer 204 containing silicon nanoparticles is a difference in silicon “excess (abundance)” and an excess effect due to the size and density of silicon nanocrystals. it can.
As shown in FIG. 2, the total thickness 208 of the silicon oxide film layer 204 including multilayer silicon nanocrystals is, for example, 50 nm to 500 nm. In particular, in the case of the EL device 200 of FIG. 2, the silicon oxide film layer 204 including silicon nanocrystals is three layers. The outer layer 204a1 has a layer thickness 210a1 and 204a2 has a layer thickness 210a2. Further, the outer layer 204a1 and the outer layer 204a2 may each occupy 1 to 20% of the total thickness 208 of the silicon oxide film layer 204 including silicon nanocrystals. Note that the silicon oxide film layer 204 containing silicon nanocrystals may or may not be symmetric in terms of silicon concentration and thickness. For example, the top layer 204a2 may be thinner than the bottom layer 204a1. Of course, the silicon oxide film layer 204 including silicon nanocrystals disposed between the substrate bottom electrode 202 and the transparent upper electrode 206 does not have to be an odd number.

図2および図3に示すEL装置200は、電荷注入特性および活性層の堆積中に示すEL効率を制御することによって、光学発光機能が増強されるという特徴がある。シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204(活性層)は、シリコン過剰の二酸化シリコン膜(SRSO膜)の高圧(HP)プラズマ化学気相堆積法(PECVD)を用いて堆積される。例えば、ヘリウム(He)および水素(H2)と共に、シラン(SiH4)および亜酸化窒素(N2O)を用いる。シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204は、二酸化シリコン形成に必要な化学量論量に加え、過剰のシリコンが堆積されている。上述の例では、過剰のシリコンは、亜酸化窒素に対するシランの比率(割合)によって制御することができる。   The EL device 200 shown in FIGS. 2 and 3 is characterized in that the optical emission function is enhanced by controlling the charge injection characteristics and the EL efficiency shown during the deposition of the active layer. The silicon oxide layer 204 (active layer) containing silicon nanocrystals is deposited using high pressure (HP) plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of silicon-rich silicon dioxide film (SRSO film). For example, silane (SiH4) and nitrous oxide (N2O) are used together with helium (He) and hydrogen (H2). The silicon oxide layer 204 containing silicon nanocrystals has an excess of silicon deposited in addition to the stoichiometric amount necessary for silicon dioxide formation. In the above example, the excess silicon can be controlled by the ratio of silane to nitrous oxide.

5〜30%、好ましくは10〜20%の過剰シリコン濃度を有するシリコン過剰のシリコン酸化物(SRSO)を使用すれば、シリコン基板電極(基板底部電極202)およびITO電極(透明上部電極206)からのキャリア注入障壁も観測される。この結果は、EL発光層への注入エネルギー障壁が、各電極に対する酸化物障壁およびシリコンナノ結晶障壁の複合値であると考えられていることを考慮すれば妥当である。純粋な酸化物への注入とは対照的に、複合SRSO物質(過剰シリコン濃度を有するシリコン過剰のシリコン酸化物)は、ナノ結晶シリコンを含有するため、より低いエネルギー障壁を有する。障壁の高さの減少量がシリコンナノ結晶濃度に対応するという結論は、取得したデータにより強く支持されるが、正確な作用は確立されていない。   If silicon-rich silicon oxide (SRSO) with an excess silicon concentration of 5-30%, preferably 10-20% is used, the silicon substrate electrode (substrate bottom electrode 202) and ITO electrode (transparent top electrode 206) The carrier injection barrier is also observed. This result is reasonable considering that the energy barrier for injection into the EL light-emitting layer is considered to be a composite value of an oxide barrier and a silicon nanocrystal barrier for each electrode. In contrast to injection into pure oxide, composite SRSO materials (silicon-rich silicon oxide with excess silicon concentration) have a lower energy barrier because they contain nanocrystalline silicon. The conclusion that the amount of barrier height reduction corresponds to the silicon nanocrystal concentration is strongly supported by the acquired data, but the exact effect has not been established.

高濃度のシリコンナノ結晶を含むEL材料への注入エネルギーはより低いが、高過剰濃度のシリコンナノ結晶(15〜20%)を含む材料は、5〜10%の過剰濃度のシリコンナノ結晶を含む材料よりも、効率の悪いEL材料となる。このような結果は、高濃度のシリコンナノ結晶材料には、無放射の経路が存在するという事実が原因である。より高密度のシリコンナノ結晶の場合に、大部分がより「シリコン様(silicon like)」に作用することを考慮すれば、合理的に説明できる。量子閉じ込めの観点からこのような結果を考えると、以下のようになる。すなわち、励起子の拡散距離がシリコンナノ結晶粒子サイズより大きい場合、特定の粒子の輻射能力のある励起子は、実質的に再隣接粒子と非輻射的に減衰する事が無いよう、重ならない事が必須である。従って、粒子の分離が、発光効率に重要な要素となる。すなわち、高濃度のシリコンナノ結晶は発光に寄与しない。そして、輻射に寄与する励起子の量子閉じ込めは低密度のシリコンナノ結晶分布の場合によりよい影響を及ぼす。   The implantation energy into EL materials containing high concentrations of silicon nanocrystals is lower, but materials containing high excess silicon nanocrystals (15-20%) contain 5-10% overconcentration silicon nanocrystals. The EL material is less efficient than the material. Such a result is due to the fact that there is a non-radiative path in high concentrations of silicon nanocrystal material. In the case of higher density silicon nanocrystals, this can be reasonably explained by considering that most acts more “silicon like”. Considering such a result from the viewpoint of quantum confinement, it is as follows. That is, if the exciton diffusion distance is larger than the silicon nanocrystal particle size, the excitons with the radiation ability of the specific particles should not overlap so that they do not substantially decay non-radiatively with the neighboring particles. Is essential. Therefore, particle separation is an important factor for luminous efficiency. That is, high-concentration silicon nanocrystals do not contribute to light emission. And the quantum confinement of excitons contributing to radiation has a better effect in the case of low density silicon nanocrystal distribution.

図4は、図2および図3のEL装置200における、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜のシリコンナノ結晶の濃度を示す図である。本発明者等は、EL効率を増強しつつ、障壁の減少を実現するため、放射効果および注入エネルギーという2つの要素を制御することのできる新規発光層の構成を開発してきた。理論上は、EL膜の内部に、そのEL膜の外表面よりも低濃度のシリコンナノ結晶が含有されていればよいことになる。   FIG. 4 is a diagram showing the concentration of silicon nanocrystals in a silicon oxide film containing silicon nanocrystals in the EL device 200 of FIGS. 2 and 3. The present inventors have developed a novel light emitting layer configuration that can control two factors, radiation effect and injection energy, to enhance the EL efficiency and reduce the barrier. Theoretically, it is sufficient that silicon nanocrystals having a lower concentration than the outer surface of the EL film are contained inside the EL film.

シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜の製造は、いったんアニーリングによって、いったん粒子密度および粒子サイズが最大に達し、さらにアニーリングすると、膜に存在する残留酸化物および局地的な加熱処理雰囲気が原因となって、粒子が酸化されやすくなるという別の問題がある。従って、高濃度のシリコンナノ結晶は酸化により相殺されてしまうため、過剰シリコンに接触する両面に形成されたキャップ層は、改良傾向にある。シリコンナノ結晶の濃度が増加した発光層の各面は、キャップ層および注入障壁制御の有益な性質を有する。   The manufacture of silicon oxide films containing silicon nanocrystals is due to the residual oxides present in the film and the local heat treatment atmosphere once the particle density and particle size have been maximized once by annealing. Therefore, there is another problem that the particles are easily oxidized. Therefore, since high concentration silicon nanocrystals are offset by oxidation, cap layers formed on both surfaces in contact with excess silicon tend to be improved. Each side of the emissive layer with increased concentration of silicon nanocrystals has the beneficial properties of cap layer and injection barrier control.

図4の側面を近似する1つの方法は、電極基板上に図2に示すような3つの成分を堆積することである。第1層(底部の層204a1)は、相対的にシリコンナノ結晶の含有率が高く(例えば、15〜20%過剰)、第1層(底部の層204a1)の厚さ210aは、約10nmである。底部の層204a1は、基板底部電極202の注入媒体として機能する。第2層(中間の層204b)は、相対的にシリコンナノ結晶の含有率が低く(例えば、約5〜10%過剰)、適切に量子閉じ込め(量子拘束)が維持された励起子発光層として機能する。この発光層の厚さは、例えば、15〜20nmである。第3層(頂部の層204a2)は、透明上部電極206の注入媒体であり、相対的にシリコンナノ結晶の含有率が高く(例えば、15〜20%過剰)、その厚さは約10nmである。   One way to approximate the side of FIG. 4 is to deposit three components on the electrode substrate as shown in FIG. The first layer (bottom layer 204a1) has a relatively high content of silicon nanocrystals (eg, 15-20% excess), and the thickness 210a of the first layer (bottom layer 204a1) is about 10 nm. is there. The bottom layer 204 a 1 functions as an injection medium for the substrate bottom electrode 202. The second layer (intermediate layer 204b) is an exciton light-emitting layer that has a relatively low content of silicon nanocrystals (for example, about 5 to 10% excess) and appropriately maintains quantum confinement (quantum constraint). Function. The thickness of the light emitting layer is, for example, 15 to 20 nm. The third layer (top layer 204a2) is an injection medium for the transparent upper electrode 206, has a relatively high content of silicon nanocrystals (for example, 15 to 20% excess), and has a thickness of about 10 nm. .

アニーリングの間、高濃度の層から低濃度の層へ、層拡散(層の拡散)がある。この層拡散は、中心領域に形成される非組換え輸送(キャップ層)から放射励起子へのキャリア輸送の段階的注入エネルギー勾配を生み出す働きをする。このようにして、シャープなショトキー型(Schottky-type)障壁とは対照的な、段階的障壁が形成される。このようなEL装置は、ターンオン電圧および放射効果の設定自由度を、かなり高めることが可能となる。   During annealing, there is layer diffusion (layer diffusion) from a high concentration layer to a low concentration layer. This layer diffusion serves to create a stepwise injection energy gradient of carrier transport from the non-recombinant transport (cap layer) formed in the central region to the radiative excitons. In this way, a gradual barrier is formed, as opposed to a sharp Schottky-type barrier. Such an EL device can considerably increase the degree of freedom in setting the turn-on voltage and the radiation effect.

図5Aは、SRSO膜を備えた図1の従来のEL装置における、注入エネルギー障壁の概略を示す図である。図5Bは、図2のEL装置200における、注入エネルギー障壁の概略を示す図である。   FIG. 5A is a diagram showing an outline of an implantation energy barrier in the conventional EL device of FIG. 1 having an SRSO film. FIG. 5B is a diagram schematically showing an implantation energy barrier in the EL device 200 of FIG.

多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層複合体(多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204)の場合、ITOが、正孔注入器として機能するため、バイアス状態のエネルギー障壁構造は、図5Bのようになる。これに対し、単一層のシリコンナノ結晶を含む酸化膜層を備えた発光装置の場合、サンプルバイアス状態のエネルギー障壁構造は、図5Aのようになる。価電子帯(VB)と伝導帯(CB)との間には、階段状のキャリアが注入される。このような多層シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層204を備える場合、各注入層の厚さは、電子と正孔との差異を相殺するように設定することができるという別の利点もある。例えば、高濃度シリコンナノ結晶注入物質内での電子移動が、正孔移動よりも大きいと仮定すると、電子注入に関与する層の厚さは、低濃度シリコンナノ結晶の発光層内の注入量のバランスをとるために、増やすことができる。
図6は、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えたEL装置の製造方法を示すフローチャートである。図9に示す製造方法は、明確にするため、各工程に通し番号を付しているが、付された番号は工程の順番を示すものではない。つまり、当然のことながら、図中の工程のうち、一部の工程を省略してもよいし、同時に行ってもよいし、正確な順序を維持せずに行ってもよい。図9の製造方法は、S600から開始する。
In the case of a silicon oxide layer composite including multilayer silicon nanocrystals (silicon oxide layer 204 including multilayer silicon nanocrystals), since the ITO functions as a hole injector, the energy barrier structure in the bias state is As shown in FIG. 5B. On the other hand, in the case of a light emitting device including an oxide film layer including a single layer of silicon nanocrystal, the energy barrier structure in the sample bias state is as shown in FIG. 5A. Step-like carriers are injected between the valence band (VB) and the conduction band (CB). In the case of providing the silicon oxide film layer 204 including such multilayer silicon nanocrystals, there is another advantage that the thickness of each injection layer can be set so as to cancel the difference between electrons and holes. For example, assuming that the electron transfer in the high-concentration silicon nanocrystal injection material is larger than the hole transfer, the thickness of the layer involved in electron injection is the amount of injection in the light-emitting layer of the low-concentration silicon nanocrystal. Can be increased to balance.
FIG. 6 is a flowchart showing a method of manufacturing an EL device including silicon oxide containing silicon nanocrystals. In the manufacturing method shown in FIG. 9, serial numbers are given to the respective steps for the sake of clarity, but the given numbers do not indicate the order of the steps. That is, as a matter of course, some of the steps in the drawing may be omitted, may be performed simultaneously, or may be performed without maintaining an accurate order. The manufacturing method of FIG. 9 starts from S600.

まず、S602では、底部電極基板を形成(準備)する。S604では、底部電極上に、多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層(SiOx膜:xは0を越え2未満である)を形成する。このシリコン膜によって、外側の層が、相対的に低濃度のシリコンナノ結晶を含む内側の層を挟持する。例えば、シリコンナノ結晶の直径は、2nm〜10nmである。S606では、多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層上に。透明上部電極を形成する。   First, in S602, a bottom electrode substrate is formed (prepared). In S604, a silicon oxide film layer (SiOx film: x is greater than 0 and less than 2) including multiple layers of silicon nanocrystals is formed on the bottom electrode. With this silicon film, the outer layer sandwiches the inner layer containing a relatively low concentration of silicon nanocrystals. For example, the diameter of the silicon nanocrystal is 2 nm to 10 nm. In S606, on a silicon oxide film layer including multiple layers of silicon nanocrystals. A transparent upper electrode is formed.

S604の多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成する工程では、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の各層のシリコン過剰濃度を、約5〜30%としてもよい。上述のように、各シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層は、SiO2(Jは、約1.05〜1.3である)で示されるように、シリコンを過剰に含んでおり、外側の層が、シリコン過剰度の低い内側の層を挟持している。また、S604の多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成する工程では、挟持される内層よりもよりも高い導電率を有する、外側の層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成してもよい。 In the step of forming a silicon oxide film layer including silicon nanocrystals in S604, the silicon excess concentration in each layer of the silicon oxide film layer including silicon nanocrystals may be about 5 to 30%. As described above, the silicon oxide film layer including each silicon nanocrystal includes silicon excessively as indicated by Si J O 2 (J is approximately 1.05 to 1.3), and is formed on the outer side. This layer sandwiches the inner layer having a low silicon excess. Further, in the step of forming a silicon oxide film layer including multi-layered silicon nanocrystals in S604, a silicon oxide film layer including silicon nanocrystals as outer layers having higher conductivity than the sandwiched inner layer is formed. May be.

さらに、S604の多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成する工程では、高密度プラズマ強化化学気相成長プロセス(HDPECVDプロセス)によって、薄膜層を堆積することもできる。高密度プラズマ強化化学気相成長プロセスは、10eV未満の電子温度で、1×1011cm−3 より高いプラズマ密度を使用する点で、他のプラズマ強化成長法と区別することができる。 Furthermore, in the step of forming a silicon oxide film layer including multi-layered silicon nanocrystals in S604, a thin film layer can be deposited by a high density plasma enhanced chemical vapor deposition process (HDPECVD process). The high density plasma enhanced chemical vapor deposition process can be distinguished from other plasma enhanced growth methods in that it uses a plasma density higher than 1 × 10 11 cm −3 at an electron temperature of less than 10 eV.

S604のHDPECVDプロセスは、以下のサブステップを含んでいてもよい。具体的には、S604では、13.56MHz〜300MHzの周波数、および、10W/cm未満の電力密度の電力を、上部電極に供給する。ステップ604bでは、50kHz〜13.56MHzの周波数、および、3W/cm以下の電力密度の電力を、下部電極に供給する。S604cでは、1mTorr〜500mTorrの圧力を用いる。S604dでは、酸素源ガスを供給するS604dでは、水素(H2)と共に、Si源ガスを供給する。このようなサブステップの処理によって、S604fではシリコン酸化膜層(SiOx層)を形成する。S604fでのシリコン酸化膜層の形成後、S604gではアニールする。このアニールによって、S604hでは、シリコン酸化膜層に、シリコンナノ結晶が埋め込まれた状態とするThe HDPECVD process of S604 may include the following sub-steps. Specifically, in S604, power having a frequency of 13.56 MHz to 300 MHz and a power density of less than 10 W / cm 2 is supplied to the upper electrode. In step 604b, power having a frequency of 50 kHz to 13.56 MHz and a power density of 3 W / cm 2 or less is supplied to the lower electrode. In S604c, a pressure of 1 mTorr to 500 mTorr is used. In S604d, an oxygen source gas is supplied. In S604d, an Si source gas is supplied together with hydrogen (H2). By such sub-step processing, a silicon oxide film layer (SiOx layer) is formed in S604f. After the formation of the silicon oxide film layer in S604f, annealing is performed in S604g. By this annealing, in S604h, silicon nanocrystals are embedded in the silicon oxide film layer.

S604dで供給する酸素源ガスは、例えば、NO、NO、O、またはO等の酸素源ガスを用いることができる。一方、S604dで供給する。Si源ガスは、例えば、Si2N+2(Nは1以上4以下)またはSiH4−x(Xは0以上3以下であり、Rは、塩素原子(Cl)、臭素原子(Br)またはヨウ素原子(I)である)であってもよい。 As the oxygen source gas supplied in S604d, for example, an oxygen source gas such as N 2 O, NO, O 2 , or O 3 can be used. On the other hand, it is supplied in S604d. The Si source gas is, for example, Si N H 2N + 2 (N is 1 or more and 4 or less) or SiH x R 4-x (X is 0 or more and 3 or less, and R is a chlorine atom (Cl) or a bromine atom (Br). Or it may be an iodine atom (I).

S604で形成される多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の各層の導電率は、例えば、0.1〜10の範囲で酸素源ガスに対するSi源ガスの比率を変化させることに応じて、選択する。また、S604で形成される各薄膜層の導電率は、例えば、0.1〜100の範囲で水素に対するSi源ガスの比率を変化させることに応じて、選択する。
また、S604で形成される多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の全層厚は、約50nm〜500nmであってもよい。また、S604で3層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成する場合、各外層の層厚は、全層厚の1〜20%を占めてもよい。
The conductivity of each layer of the silicon oxide film layer including the multilayered silicon nanocrystal formed in S604 is, for example, in accordance with changing the ratio of the Si source gas to the oxygen source gas in the range of 0.1 to 10 . Select . Further, the conductivity of each thin film layer formed in S604 is selected in accordance with, for example, changing the ratio of the Si source gas to hydrogen in the range of 0.1 to 100 .
In addition, the total thickness of the silicon oxide film layer including multi-layered silicon nanocrystals formed in S604 may be about 50 nm to 500 nm. Moreover, when forming the silicon oxide film layer containing three silicon nanocrystals in S604, the layer thickness of each outer layer may occupy 1 to 20% of the total layer thickness.

また、S604では、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜間で段階的にキャリア注入エネルギー勾配した、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成してもよい。ここで、障壁が有する勾配は、図5Bのように、相対的に障壁の高さが変化することを示す。障壁の高さは、ある層から隣接する層まで、シリコンナノ粒子のサイズ(直径)および密度を変化させることによって、調整できる。ナノ粒子のサイズおよび密度は、亜酸化窒素(NO)に対するシラン(SiH)のガス流量(ガス流速)、圧力、および、温度等の堆積パラメータを適切に制御することによって、変化させることができる。 In step S604, a silicon oxide film layer including silicon nanocrystals may be formed in which carrier injection energy gradient is gradually performed between silicon oxide films including silicon nanocrystals. Here, the slope of the barrier indicates that the height of the barrier changes relatively as shown in FIG. 5B. The height of the barrier can be adjusted by changing the size (diameter) and density of the silicon nanoparticles from one layer to the adjacent layer. The size and density of the nanoparticles can be changed by appropriately controlling deposition parameters such as gas flow rate (gas flow rate), pressure, and temperature of silane (SiH 4 ) relative to nitrous oxide (N 2 O) Can do.

図7は、誘導結合型プラズマ源を備えた高濃度プラズマシステム(HDPシステム)の概略図である。図7の高濃度プラズマシステムは、上述した高密度プラズマ強化化学気相成長法(HDPECVD)プロセスによるシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物の堆積に用いることができる。上部電極1は、高周波(RF)電源2によって駆動され、下部電極3は、低周波電源4によって駆動される。高周波電力は、高密度誘導結合型プラズマ(ICP)源を用いた高周波電源2から、マッチング回路5および高域フィルタ7を介して、上部電極1に連結されている。低域フィルタ9および整合変成器11を介する下部電極3に対する電力は、上部電極1とは独立して変えることができる。   FIG. 7 is a schematic diagram of a high concentration plasma system (HDP system) having an inductively coupled plasma source. The high concentration plasma system of FIG. 7 can be used for the deposition of silicon oxide containing silicon nanocrystals by the high density plasma enhanced chemical vapor deposition (HDPECVD) process described above. The upper electrode 1 is driven by a high frequency (RF) power source 2 and the lower electrode 3 is driven by a low frequency power source 4. The high frequency power is connected to the upper electrode 1 through a matching circuit 5 and a high pass filter 7 from a high frequency power source 2 using a high density inductively coupled plasma (ICP) source. The power to the lower electrode 3 through the low pass filter 9 and the matched transformer 11 can be changed independently of the upper electrode 1.

上部電極1に供給される電力周波数は、ICP設計に基づき、約13.56MHz〜約300MHzとすることができる下部電極3に供給される電力周波数は、イオンエネルギーを制御するために、約50KHz〜約13.56MHzとすることができる。圧力は、500mTorr以下とすることができる。上部電極1に供給される電力は、約10W/cmとし、下部電極3に電力は、約3W/cmとすることができる。 The power frequency supplied to the upper electrode 1 can be about 13.56 MHz to about 300 MHz based on the ICP design. The power frequency supplied to the lower electrode 3 is about 50 KHz to control ion energy. It can be about 13.56 MHz. The pressure can be 500 mTorr or less. The power supplied to the upper electrode 1 can be about 10 W / cm 2 and the power to the lower electrode 3 can be about 3 W / cm 2 .

HDPシステムの興味深い特徴の1つは、プラズマにさらされた誘導コイルがなく、供給源に誘発される不純物を取り除く。また、HDPシステムでは、上部電極1および下部電極3に対する電力制御を、独立して行うことができる。上部電極1および下部電極3はプラズマにさらされていないので、可変コンデンサを用いてHDPシステム本体の電位を調節する必要はない。つまり、上部電極1および下部電極3間のクロストークは無く、プラズマ電位は低く、通常20V未満である。HDPシステムの電位は、フロートタイプの電位であり、システム設計および電力結合の作用に基づいている。   One interesting feature of the HDP system is that there is no induction coil exposed to the plasma and removes impurities induced in the source. In the HDP system, power control for the upper electrode 1 and the lower electrode 3 can be performed independently. Since the upper electrode 1 and the lower electrode 3 are not exposed to plasma, it is not necessary to adjust the potential of the HDP system body using a variable capacitor. That is, there is no crosstalk between the upper electrode 1 and the lower electrode 3, and the plasma potential is low, usually less than 20V. The potential of the HDP system is a float type potential and is based on system design and power coupling effects.

HDPシステムにおけるHDP手段は、1×1011cm−3よりも大きい電子濃度を有し、10eV未満の電子温度を有する、真の高密度プラズマプロセスである。しかも、HDPシステムは、多くの高密度プラズマシステム、および、容量結合形プラズマ手段のような従来の設計のように、上部電極1に接続されたコンデンサとシステム本体と間に、異なるバイアスを維持する必要はない。また、上述のように、上部電極1に高周波(RF)電力が供給され、下部電極3には低周波(LF)電力が供給される。 The HDP means in the HDP system is a true high-density plasma process with an electron concentration greater than 1 × 10 11 cm −3 and an electron temperature of less than 10 eV. Moreover, the HDP system maintains different biases between the capacitor connected to the upper electrode 1 and the system body, as in many high density plasma systems and conventional designs such as capacitively coupled plasma means. There is no need. Further, as described above, high frequency (RF) power is supplied to the upper electrode 1, and low frequency (LF) power is supplied to the lower electrode 3.

通常、本発明における高密度プラズマプロセスは、シリコンナノ結晶粒子の生成および制御(サイズおよび密度)のために、活性水素種の形成に効果的である。また、活性水素種が生成するプラズマは、形成されたシリコンナノ結晶粒子の結晶化度にも影響する水素プラズマは、形成されたシリコンナノ粒子の効果的なエッチングによって、非晶相を最小化することができる。しかも、水素照射(水素衝撃)は、シリコンナノ粒子の生成および制御のためのプラズマ中で、効果的にシランを破壊することが可能である。水素の添加は、微晶性のシリコン膜の粒子成長温度を低下させるのに有効であった。水素種が生成する高密度プラズマは、さらに、不完全な結合のin situ不動態化によって、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜の光学性能を高めることができる。不完全な結合は、吸収および非放射再結合プロセスによって、PL/ELを減少させることがある水素プラズマの添加は、600nmを上回る波長でのPL信号を放射するシリコンナノ粒子の形成に特に効果的である。高密度プラズマ中の活性水素種によるシリコンナノ粒子の密度およびサイズの増加は、400nm〜900nmの波長でのPL性能の向上につながる。   In general, the high density plasma process in the present invention is effective in the formation of active hydrogen species for the generation and control (size and density) of silicon nanocrystal particles. The plasma generated by active hydrogen species also affects the crystallinity of the formed silicon nanocrystal particles. The hydrogen plasma minimizes the amorphous phase by effective etching of the formed silicon nanoparticles. be able to. Moreover, hydrogen irradiation (hydrogen bombardment) can effectively destroy silane in a plasma for generating and controlling silicon nanoparticles. The addition of hydrogen was effective in lowering the particle growth temperature of the microcrystalline silicon film. The high density plasma produced by hydrogen species can further enhance the optical performance of silicon oxide films containing silicon nanocrystals by in situ passivation of imperfect bonds. Incomplete coupling may reduce PL / EL through absorption and non-radiative recombination processes. The addition of hydrogen plasma is particularly effective for the formation of silicon nanoparticles that emit PL signals at wavelengths above 600 nm. It is. Increasing the density and size of silicon nanoparticles due to active hydrogen species in high density plasma leads to improved PL performance at wavelengths from 400 nm to 900 nm.

Figure 0004902680
Figure 0004902680

シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えたEL装置およびその製造方法は、以上の通りである。明細書中のEL装置の特徴、構造、および製造方法の詳細は、あくまでも本発明を例示にすぎない。本発明は、明細書中の例に限定されるものではない。本発明の他のバリエーションおよび実施形態は、当業者に見出されるであろう。   The EL device including the silicon oxide containing silicon nanocrystals and the manufacturing method thereof are as described above. The details of the characteristics, structure, and manufacturing method of the EL device in the specification are only examples of the present invention. The present invention is not limited to the examples in the specification. Other variations and embodiments of the invention will be found to those skilled in the art.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

〔関連出願〕
本願は、Huang等により発明されたにファイルされた米国特許出願第12/126,430(2008年5月23日出願,シリコンナノ結晶を含む絶縁膜を備えた発光装置)の一部継続出願(CIP出願)である。米国特許出願第12/126,430は、以下の出願の一部継続出願である。
・Pooran Joshi等により発明された米国特許出願第11/418,273(2006年5月4日出願,シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜)。
・Pooran Joshi等により発明された米国特許出願第11/327,612(2004年12月15日出願,薄膜酸化プロセスの促進)。
・Pooran Joshi等により発明された米国特許出願第11/013,605(2004年12月15日出願,高密度プラズマ水素化)。
・Pooran Joshi等により発明された米国特許出願第11/139,726(2005年5月26日出願,ゲート酸化物の高濃度プラズマ酸化の促進)。
・Pooran Joshi等により発明された米国特許出願第10/871,939(2004年6月17日出願,シリコン薄膜のための高濃度プラズマプロセス:米国特許第7186663号)。
・Pooran Joshi等により発明された米国特許出願第10/801,374(2004年3月15日出願,酸化物薄膜の製造方法:米国特許第7,087,537号)。
上述の全ての出願が、本願の参考文献として援用される。
[Related applications]
This application is a continuation-in-part application (CIP application) of US patent application No. 12 / 126,430 filed invented by Huang et al. (Filed on May 23, 2008, light-emitting device with an insulating film containing silicon nanocrystals) ). US patent application Ser. No. 12 / 126,430 is a continuation-in-part of the following applications:
-US patent application No. 11 / 418,273 invented by Pooran Joshi et al. (Filed May 4, 2006, silicon oxide film containing silicon nanocrystals).
US patent application Ser. No. 11 / 327,612 invented by Pooran Joshi et al. (Filed Dec. 15, 2004, accelerated thin film oxidation process).
• US patent application 11 / 013,605 invented by Pooran Joshi et al. (Filed December 15, 2004, high density plasma hydrogenation).
US patent application No. 11 / 139,726 invented by Pooran Joshi et al. (Filed May 26, 2005, promoting high concentration plasma oxidation of gate oxide).
US patent application 10 / 871,939 invented by Pooran Joshi et al. (Filed Jun. 17, 2004, high-density plasma process for silicon thin films: US Pat. No. 7,718,663).
A US patent application No. 10 / 801,374 invented by Pooran Joshi et al. (Filed on Mar. 15, 2004, manufacturing method of oxide thin film: US Pat. No. 7,087,537).
All the above-mentioned applications are incorporated as references for this application.

本発明は、発光装置、集積回路(IC)等に好適に用いることができる。   The present invention can be suitably used for a light emitting device, an integrated circuit (IC), and the like.

1 上部電極
3 下部電極
200 EL装置(発光装置)
202 基板底部電極
204 シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層
206 透明上部電極
1 Upper electrode 3 Lower electrode 200 EL device (light emitting device)
202 Substrate bottom electrode 204 Silicon oxide film layer 206 containing silicon nanocrystals Transparent upper electrode

Claims (21)

シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えた発光装置の製造方法であって、
基板底部電極を形成する工程、
上記基板底部電極上に、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層(SiOx膜:xは0より大きく2未満)を多層形成する工程、および、
上記多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層上に、透明上部電極を形成する工程を含み、
上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、外側の層が、内側の層を挟持しており、内側の層が相対的にシリコンナノ結晶の濃度が低濃度であるシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
A method of manufacturing a light-emitting device including silicon oxide containing silicon nanocrystals,
Forming a substrate bottom electrode;
Forming a silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals (SiOx film: x is greater than 0 and less than 2) on the substrate bottom electrode; and
Forming a transparent upper electrode on the silicon oxide film layer including the multi-layered silicon nanocrystal,
The step of forming the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals in a multi-layered manner is as follows: an outer layer sandwiches an inner layer, and the inner layer has a relatively low concentration of silicon nanocrystals. A method for manufacturing a light-emitting device, comprising forming a silicon oxide film layer containing crystals.
上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、外側の層に挟持される内側の層よりも高い導電率を有する外側の層を有するシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成することを特徴とする請求項1に記載の発光装置の製造方法。   The step of forming the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystal in a multilayer form the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystal having the outer layer having higher conductivity than the inner layer sandwiched between the outer layers. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 1. 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、高密度プラズマ強化化学気相成長(HDPECVD)プロセスによって、膜を堆積することを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置の製造方法。   3. The light emitting device according to claim 1, wherein in the step of forming the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals in a multilayer manner, the film is deposited by a high density plasma enhanced chemical vapor deposition (HDPECVD) process. Manufacturing method. 上記HDPECVDプロセスによる、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、シリコン酸化膜(SiOx)層を形成する工程を含んでおり、
上記シリコン酸化膜を形成する工程は、
13.56〜300MHzの周波数、および、10W/cm未満の電力密度で、上部電極に電力を供給する工程と、
50kHz〜13.56MHzの周波数、および、3W/cm以下の電力密度で、下部電極に電力を供給する工程と、
1〜500mTorrの雰囲気圧力を用いる工程と、
酸素源ガスを供給する工程と、
水素と共にSi源ガスを供給する工程とを含むことを特徴とする請求項3に記載の発光装置の製造方法。
The step of forming a silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals by the HDPECVD process includes a step of forming a silicon oxide film (SiOx) layer,
The step of forming the silicon oxide film includes
Supplying power to the upper electrode at a frequency of 13.56-300 MHz and a power density of less than 10 W / cm 2 ;
Supplying power to the lower electrode at a frequency of 50 kHz to 13.56 MHz and a power density of 3 W / cm 2 or less;
Using an atmospheric pressure of 1 to 500 mTorr;
Supplying an oxygen source gas;
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 3, further comprising: supplying a Si source gas together with hydrogen.
上記HDPECVDプロセスによる、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、上記シリコン酸化膜を形成する工程の後に、アニール工程と、アニール工程によってシリコン酸化膜にシリコンナノ結晶が埋め込まれた状態とする工程とを含むことを特徴とする請求項4に記載の発光装置の製造方法。   In the step of forming a silicon oxide film layer including silicon nanocrystals by the HDPECVD process, a silicon nanocrystal is embedded in the silicon oxide film by an annealing step and an annealing step after the step of forming the silicon oxide film. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 4, further comprising a step of setting the state. 上記酸素源ガスを供給する工程では、NO、NO、O、およびOからなる群から選択される酸素源ガスを供給することを特徴とする請求項4に記載の発光装置の製造方法。 5. The light emitting device according to claim 4, wherein in the step of supplying the oxygen source gas, an oxygen source gas selected from the group consisting of N 2 O, NO, O 2 , and O 3 is supplied. Method. 上記Si源ガスを供給する工程は、Si2N+2(Nは1以上4以下)およびSiH4−x(Xは0以上3以下であり、RはCl,Br,およびIからなる群より選択される元素)からなる群から選択されるガスを供給することを特徴とする請求項4に記載の発光装置の製造方法。 The step of supplying the Si source gas includes Si N H 2N + 2 (N is 1 or more and 4 or less) and SiH x R 4-x (X is 0 or more and 3 or less, and R is a group consisting of Cl, Br, and I) The method for manufacturing a light-emitting device according to claim 4, wherein a gas selected from the group consisting of a more selected element is supplied. 上記HDPECVDプロセスによって、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、10eV未満の電子温度で、1×1011cm−3より高いプラズマ密度を用いることを特徴とする請求項3に記載の発光装置の製造方法。 The step of forming a silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals by the HDPECVD process uses a plasma density higher than 1 × 10 11 cm −3 at an electron temperature of less than 10 eV. The manufacturing method of the light-emitting device of description. 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、各層のシリコン過剰濃度を、5〜30%とすることを特徴とする請求項1に記載の発光装置の製造方法。   2. The method of manufacturing a light emitting device according to claim 1, wherein in the step of forming the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals in multiple layers, an excessive silicon concentration of each layer is set to 5 to 30%. 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、各層をSi(Jは1.05以上1.3以下である)から形成し、かつ、より外側の層が、相対的にシリコン過剰度の低い内側の層を挟持するようにすることを特徴とする請求項1に記載の発光装置の製造方法。 The step of forming the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals in a multi-layered manner includes forming each layer from Si J O 2 (J is 1.05 or more and 1.3 or less), and the outer layers are relative to each other. The method for manufacturing a light-emitting device according to claim 1, wherein an inner layer having a low silicon excess is sandwiched. 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜の層の全層厚を、50〜500nmとすることを特徴とする請求項1に記載の発光装置の製造方法。   2. The light emitting device according to claim 1, wherein the step of forming the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystals in a multilayer form sets the total thickness of the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystals to 50 to 500 nm. Device manufacturing method. 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、3層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成し、外側2層の層厚を、それぞれ、全層厚の1〜20%とすることを特徴とする請求項11に記載の発光装置の製造方法。 The step of forming the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals in a multilayer form forms a silicon oxide film layer containing three silicon nanocrystals, and the outer two layers have a thickness of 1 to 20 of the total thickness. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 11 , wherein 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、各層に直径2〜10nmのシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成することを特徴とする請求項1に記載の発光装置の製造方法。   2. The light emitting device according to claim 1, wherein the step of forming a plurality of silicon oxide film layers including silicon nanocrystals includes forming a silicon oxide film layer including silicon nanocrystals having a diameter of 2 to 10 nm in each layer. Production method. 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を多層形成する工程は、シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層間で、段階的にキャリア注入エネルギーが勾配するシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層を形成することを特徴とする請求項1に記載の発光装置の製造方法。   The step of forming the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystal in a multilayer includes forming a silicon oxide film layer including the silicon nanocrystal in which the carrier injection energy is gradually graded between the silicon oxide film layers including the silicon nanocrystal. The method of manufacturing a light emitting device according to claim 1. シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化物を備えた発光装置であって、
基板底部電極と、
上記基板底部電極上に形成された、多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層(SiOx膜:xは0より大きく2未満)と、
上記多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層上に形成された、透明上部電極とを備え、
多層のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層は、外側の層が内側の層を挟持しており、内側の層のシリコンナノ結晶濃度が相対的に低濃度であることを特徴とする発光装置。
A light-emitting device comprising silicon oxide containing silicon nanocrystals,
A substrate bottom electrode;
A silicon oxide film layer (SiOx film: x is greater than 0 and less than 2) formed on the substrate bottom electrode and including multilayer silicon nanocrystals;
A transparent upper electrode formed on the silicon oxide film layer containing the multilayer silicon nanocrystal,
A silicon oxide film layer including multiple layers of silicon nanocrystals, wherein the outer layer sandwiches the inner layer, and the silicon nanocrystal concentration of the inner layer is relatively low.
上記外側のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層は、挟持する内側のシリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層よりも、高い導電率を有することを特徴とする請求項15に記載の発光装置。 The light emitting device according to claim 15 , wherein the silicon oxide film layer including the outer silicon nanocrystal has higher conductivity than the silicon oxide film layer including the inner silicon nanocrystal sandwiched therebetween. 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の各層が、5〜30%のシリコン過剰濃度を有することを特徴とする請求項15に記載の発光装置。 16. The light emitting device according to claim 15 , wherein each layer of the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals has a silicon excess concentration of 5 to 30%. 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の各層が、Si(Jは1.05以上1.3以下である)から形成されており、かつ、より外側の層が、相対的にシリコン過剰度の低い内側の層を挟持していることを特徴とする請求項15に記載の発光装置。 Each layer of the silicon oxide film layer including the silicon nanocrystal is formed of Si J O 2 (J is 1.05 or more and 1.3 or less), and the outer layer is relatively silicon. The light emitting device according to claim 15 , wherein an inner layer having a low excess is sandwiched. 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜の層の全層厚が、50〜500nmであることを特徴とする請求項15に記載の発光装置。 16. The light emitting device according to claim 15 , wherein the total thickness of the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals is 50 to 500 nm. 上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜の層が3層であり、
外側2層の層厚が、それぞれ、全層厚の1〜20%となっていることを特徴とする請求項19に記載の発光装置。
The silicon oxide film layer containing the silicon nanocrystal is three layers,
The light emitting device according to claim 19 , wherein the outer two layers each have a thickness of 1 to 20% of the total thickness.
上記シリコンナノ結晶を含むシリコン酸化膜層の各層が、直径2〜10nmのシリコンナノ結晶を有することを特徴とする請求項15に記載の発光装置。
16. The light emitting device according to claim 15 , wherein each layer of the silicon oxide film layer containing silicon nanocrystals has silicon nanocrystals having a diameter of 2 to 10 nm.
JP2009070487A 2008-05-23 2009-03-23 LIGHT EMITTING DEVICE HAVING SILICON OXIDE HAVING graded junction silicon nanocrystal Expired - Fee Related JP4902680B2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/126,430 US7998884B2 (en) 2004-03-15 2008-05-23 Method of forming a light emitting device with a nanocrystalline silicon embedded insulator film
US12/126,430 2008-05-23
US12/168,771 US7723913B2 (en) 2004-03-15 2008-07-07 Graded junction silicon nanocrystal embedded silicon oxide electroluminescence device
US12/168,771 2008-07-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009283447A JP2009283447A (en) 2009-12-03
JP4902680B2 true JP4902680B2 (en) 2012-03-21

Family

ID=41453663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009070487A Expired - Fee Related JP4902680B2 (en) 2008-05-23 2009-03-23 LIGHT EMITTING DEVICE HAVING SILICON OXIDE HAVING graded junction silicon nanocrystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4902680B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7087537B2 (en) * 2004-03-15 2006-08-08 Sharp Laboratories Of America, Inc. Method for fabricating oxide thin films
JP2006059951A (en) * 2004-08-19 2006-03-02 Atomic Energy Council-Inst Of Nuclear Energy Research White light emitting element and its fabrication process
US20060180816A1 (en) * 2005-02-14 2006-08-17 Sharp Laboratories Of America, Inc. Wide wavelength range silicon electroluminescence device
JP2006228916A (en) * 2005-02-17 2006-08-31 Sony Corp Light emitting device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009283447A (en) 2009-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPWO2007142203A1 (en) Quantum dot light emitting inorganic EL device
US7544625B2 (en) Silicon oxide thin-films with embedded nanocrystalline silicon
US7679102B2 (en) Carbon passivation in solid-state light emitters
US7807225B2 (en) High density plasma non-stoichiometric SiOxNy films
US9222169B2 (en) Silicon oxide-nitride-carbide thin-film with embedded nanocrystalline semiconductor particles
KR20000068845A (en) Electron emitting device, field emission display, and method of producing the same
US7723913B2 (en) Graded junction silicon nanocrystal embedded silicon oxide electroluminescence device
US7998884B2 (en) Method of forming a light emitting device with a nanocrystalline silicon embedded insulator film
KR20140041605A (en) Quantum nanodots, two-dimensional quantum nanodot array and semiconductor device using same and manufacturing method therefor
CN108538981B (en) Light emitting diode chip and preparation method thereof
KR100569607B1 (en) Method for forming a passivation layer in organic emitting device
JP4902680B2 (en) LIGHT EMITTING DEVICE HAVING SILICON OXIDE HAVING graded junction silicon nanocrystal
JP3794144B2 (en) Optical semiconductor device and manufacturing method thereof
US8007332B2 (en) Fabrication of a semiconductor nanoparticle embedded insulating film electroluminescence device
KR100501906B1 (en) Method for forming barrier layer on anode in organic light emitting device and organic light emitting device comprising barrier layer on anode
WO2002093662A2 (en) A method of providing a layer including a metal or silicon or germanium and oxygen on a surface
JP4392051B2 (en) LIGHT EMITTING ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
JPH05206515A (en) Ultrafine particle light-emitting element and its manufacturing device
US8133822B2 (en) Method of forming silicon nanocrystal embedded silicon oxide electroluminescence device with a mid-bandgap transition layer
US7902088B2 (en) High quantum efficiency silicon nanoparticle embedded SiOXNY luminescence device
JP5026490B2 (en) Method for producing high quantum efficiency silicon nanoparticle-containing SiOXNY film and light emitting device
JP4949419B2 (en) ELECTROLUMINESCENT ELEMENT HAVING INSULATING FILM embedd With Semiconductor Nanoparticles, AND MANUFACTURING METHOD
TWI355214B (en) Method of producing light emitting device
US8349745B2 (en) Fabrication of a semiconductor nanoparticle embedded insulating film luminescence device
JPH07106630A (en) Thin film light emitting diode

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110315

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110705

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110829

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110913

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111110

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111129

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111228

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4902680

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150113

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees