KR100334344B1 - Silicon nitride film comprising amorphous silicon quantum dot nanostructure embedded therein and light emitting diode containing same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 질화물 기저체 및 상기 기저체 내에 형성된 비정질 실리콘 양자점 미세구조를 포함하는 실리콘 질화물 박막에 관한 것으로, 상기 박막을 채용한 실리콘 발광소자는 기존의 실리콘 반도체 기술을 그대로 활용하여 제작될 수 있으며, 발광효율이 우수하고, 녹색 및 청색과 같은 단파장 영역을 비롯한 가시광선 영역에서의 발광도 가능하다.The present invention relates to a silicon nitride thin film comprising a silicon nitride substrate and an amorphous silicon quantum dot microstructure formed in the substrate, wherein the silicon light emitting device employing the thin film can be manufactured using existing silicon semiconductor technology. It is excellent in luminous efficiency and can emit light in the visible light region including short wavelength regions such as green and blue.
Description
본 발명은 비정질 실리콘 양자점 미세구조를 포함하는 실리콘 질화물 박막,이의 형성 방법 및 이를 이용한 발광소자에 관한 것이다. 본 발명에 따라 상기 박막을 채용한 실리콘 발광소자는 기존의 실리콘 반도체 기술을 그대로 활용하여 제작될 수 있으며, 발광효율이 우수하고, 녹색 및 청색과 같은 단파장 영역을 비롯한 가시광선 영역에서의 발광도 가능하다.The present invention relates to a silicon nitride thin film comprising an amorphous silicon quantum dot microstructure, a method of forming the same, and a light emitting device using the same. According to the present invention, the silicon light emitting device employing the thin film may be manufactured using the existing silicon semiconductor technology as it is, and the light emitting efficiency is excellent, and light emission in the visible light region including short wavelength region such as green and blue is also possible. Do.
간접천이 반도체인 실리콘을 이용하여 발광을 얻기 위해서는 미세구조에 의한 양자구속효과(quantum confinement effect)를 일으켜야 한다. 이러한 양자구속효과를 얻기 위해서는 벌크 실리콘보다 에너지 간격이 큰 물질을 기저체(matrix) 또는 장벽층(barrier)으로 이용하여 양자우물, 양자선, 양자점 구조 등과 같은 5㎚ 이하의 미세한 결정질 또는 비정질 실리콘 미세구조를 제작해야 한다. 이때, 미세구조의 크기가 작을수록 발광되는 빛의 파장은 단파장 쪽으로 이동한다. 상기 미세구조 중에서 양자점 미세구조는 양자 수율(quantum yield)이 특히 높은 장점이 있다.In order to obtain light emission using silicon, which is an indirect transition semiconductor, quantum confinement effect due to the microstructure must be caused. In order to obtain such a quantum confinement effect, a material having a larger energy interval than bulk silicon is used as a matrix or a barrier layer, and a fine crystalline or amorphous silicon fine of 5 nm or less such as a quantum well, a quantum wire, or a quantum dot structure is used. You have to build the structure. At this time, as the size of the microstructure is smaller, the wavelength of the emitted light shifts toward the shorter wavelength. Among the microstructures, the quantum dot microstructure has an advantage that the quantum yield is particularly high.
종래에는 기저체 또는 장벽층의 재료로 실리콘 산화물을 많이 이용하였다. 그러나, 실리콘 산화물은 터널링 장벽(tunneling barrier)이 전자에 대해서는 3.15 eV이고 정공에 대해서는 3.8eV로 커서 전자 및 정공과 같은 운반자 주입이 어려운 단점이 있다(볼로딘(Volodin) 등의 문헌[V.A. Volodin, M.D. Efremov, V. A. Gritsenko and S.A. Kochubei Appl. Phys. Lett, 73, 1212, 1998] 참조). 따라서, 이를 사용하여 발광 소자를 제작하는 경우에는 높은 인가 전압이 요구되기 때문에 가능한 한 기저체 또는 장벽층의 두께를 매우 얇게 제작해야한다. 또한, 벌크 결정질 실리콘의 에너지 간격이 1.1eV 정도이기 때문에 가시광 영역(1.77 내지3.1eV)에서 발광을 얻기 위해서는 매우 작은 미세구조를 형성해야 하는데, 기저체 또는 장벽층의 두께 및 미세구조의 제어에는 한계가 있어 효율적인 소자의 개발이 곤란하였다.Conventionally, a large amount of silicon oxide has been used as a material for the base or barrier layer. However, silicon oxide has a disadvantage in that the tunneling barrier is 3.15 eV for electrons and 3.8 eV for holes, so that carrier injection such as electrons and holes is difficult (Volodin et al., VA Volodin, et al. MD Efremov, VA Gritsenko and SA Kochubei Appl. Phys. Lett, 73, 1212, 1998). Therefore, when manufacturing a light emitting device using the same, a high applied voltage is required, so the thickness of the base body or barrier layer should be made as thin as possible. In addition, since the energy spacing of the bulk crystalline silicon is about 1.1 eV, very small microstructures must be formed in order to obtain light emission in the visible region (1.77 to 3.1 eV). However, there is a limitation in controlling the thickness and microstructure of the base or barrier layer. It was difficult to develop an efficient device.
최근, 이러한 한계들을 극복하기 위하여, 실리콘 산화물 보다 터널링 장벽이 낮은 실리콘 질화물(전자에 대해서는 2.0 eV, 정공에 대해서는 1.5eV, 볼로딘 등의 상기 문헌 참조)을 기저체로 사용하는 방법이나 미세구조를 비정질 실리콘으로 형성하는 방법이 제시되고 있다.Recently, in order to overcome these limitations, an amorphous or microstructure of a silicon nitride having a lower tunneling barrier than silicon oxide (2.0 eV for electrons, 1.5 eV for holes, bolodine, etc.) is used as a base. A method of forming from silicon is proposed.
예를 들면, 왕(Wang) 등은 실리콘 질화물을 기저체로 사용한 경우의 소자의 발광특성을 기술한 바 있다(문헌[M. Wang, X. Huang, J. Xu, W. Li, Z. Liu 및 K. Chen, Appl. Phys. Lett. 72, 722, 1998] 참조). 상기 문헌에 언급된 구조는 양자우물 속에 포함된 결정질 양자점 구조로서, 양자우물 구조를 성장시킨 후 다시 레이저 어닐링(annealing)을 하여 결정질 양자점 구조를 만든다. 따라서, 과정이 번거롭고, 역시 결정질이기 때문에 고에너지에서의 발광을 얻기가 어렵다. 한편, 루(Lu) 등은 장벽층으로 실리콘 산화물을 사용한 비정질 실리콘 양자우물 구조를 사용하여 발광을 얻은 것을 보고하였다(문헌[Z. H. Lu, D. J. Lockwood 및 J. M. Baribeau, Nature 378, 258, 1995] 참조).For example, Wang et al. Described the light emission characteristics of devices when silicon nitride was used as a base (M. Wang, X. Huang, J. Xu, W. Li, Z. Liu and K. Chen, Appl. Phys. Lett. 72, 722, 1998]. The structure mentioned in the above document is a crystalline quantum dot structure included in the quantum well, and the quantum well structure is grown and then subjected to laser annealing to form a crystalline quantum dot structure. Therefore, it is difficult to obtain light emission at high energy because the process is cumbersome and also crystalline. On the other hand, Lu et al. Reported that light emission was obtained using an amorphous silicon quantum well structure using silicon oxide as a barrier layer (see ZH Lu, DJ Lockwood and JM Baribeau, Nature 378, 258, 1995). .
그러나, 이들은 모두 발광효율 증가 및 발광의 단파장화에 한계가 있어, 보다 우수한 실리콘 미세구조 형성법의 개발이 요구되어 왔다.However, all of them have limitations in increasing luminous efficiency and shortening wavelength of light, and development of better silicon microstructure formation method has been required.
따라서, 본 발명의 목적은 실리콘 발광소자에 적용한 경우 발광효율을 높이고 단파장 발광이 가능한 실리콘 미세구조를 형성하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to increase the luminous efficiency and to form a silicon microstructure capable of short wavelength light emission when applied to a silicon light emitting device.
도 1은 본 발명에 사용되는 박막 성장 시스템의 한 예를 도시한 것이고,1 shows an example of a thin film growth system used in the present invention,
도 2는 본 발명에 따라 300℃에서 성장한 비정질 실리콘 양자점 미세구조가 형성되어 있는 실리콘 질화물 박막의 질소가스의 유량에 따른 발광 스펙트럼이고,2 is an emission spectrum according to the flow rate of nitrogen gas of a silicon nitride thin film in which an amorphous silicon quantum dot microstructure grown at 300 ° C. is formed.
도 3은 본 발명에 따른 비정질 실리콘 양자점 미세구조가 형성되어 있는 실리콘 질화물 박막의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼이고,3 is an ultraviolet-visible light absorption spectrum of a silicon nitride thin film in which an amorphous silicon quantum dot microstructure according to the present invention is formed,
도 4a 및 4b는 각각 본 발명에 따른 비정질 실리콘 양자점 미세구조가 형성되어 있는 실리콘 질화물 박막 및 이와 같은 미세구조가 형성되어 있지 않은 단순 실리콘 질화물 박막의 투과전자 현미경 사진이다.4A and 4B are transmission electron micrographs of a silicon nitride thin film on which amorphous silicon quantum dot microstructures are formed according to the present invention, and a simple silicon nitride thin film on which such microstructures are not formed.
본 발명의 상기 목적에 따라, 실리콘원 가스와 질소원 가스를 1:1000 내지 1:2000의 비율로 박막 성장 시스템에 공급하면서 기판상에 형성되는 박막의 성장속도를 2.6 내지 3.2nm/분으로 조절하여 제조된, 실리콘 질화물 기저체 및 상기 기저체 내에 분산된 비정질 실리콘 양자점을 포함하는 실리콘 질화물 박막이 제공된다.According to the above object of the present invention, by supplying the silicon source gas and nitrogen source gas to the thin film growth system in the ratio of 1: 1000 to 1: 2000 by controlling the growth rate of the thin film formed on the substrate to 2.6 to 3.2nm / min Provided is a silicon nitride thin film comprising a silicon nitride substrate and an amorphous silicon quantum dot dispersed within the substrate.
본 발명의 또 다른 목적에 따라, 상기 실리콘 질화물 박막을 포함하는 실리콘 발광 소자를 제공한다.According to still another object of the present invention, there is provided a silicon light emitting device including the silicon nitride thin film.
본 발명에서, 용어 비정질 실리콘 양자점 미세구조는 실리콘 질화물을 기저체로 하고, 여기에 크기가 수 나노미터 수준인(nanostructure) 미세한 비정질상의 실리콘 입자가 분산되어 있는 양자점 미세구조를 의미한다.In the present invention, the term amorphous silicon quantum dot microstructure refers to a quantum dot microstructure in which silicon nitride is a base material, and nanocrystalline silicon particles having a size of several nanometers are dispersed therein.
본 발명의 실리콘 질화물 박막을 제작하기 위해서는 실리콘 질화물 기저체를 성장시키면서 동시에 상기 기저체 내에 비정질 실리콘이 적절히 형성되도록 해야 한다.In order to fabricate the silicon nitride thin film of the present invention, it is necessary to grow a silicon nitride base material and to form amorphous silicon in the base material at the same time.
본 발명에서, 용어 '박막 성장 시스템'은 당 분야에서 박막성장용으로 통상적으로 사용되는 시스템, 예를 들면, 화학기상증착법(CVD: Chemical Vapor Deposition), 분자선 켜쌓기법(MBE: Molecular Beam Epitaxy), 이온 주입법(Ion Implantation) 등을 이용한 시스템을 지칭한다. 특히, 실리콘 소자 제작시에 상용화된 방법인 플라즈마로 증진된 화학기상 증착법(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)도 본 발명에 효과적으로 사용할 수 있으며, 도 1은 이 방법을 이용한 시스템의 개략도이다.In the present invention, the term 'thin film growth system' is a system commonly used for thin film growth in the art, for example, chemical vapor deposition (CVD), molecular beam stacking (MBE: Molecular Beam Epitaxy) It refers to a system using the ion implantation (Ion Implantation). In particular, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), which is a commercially available method in the fabrication of silicon devices, can also be effectively used in the present invention, and FIG. 1 is a schematic diagram of a system using this method.
본 발명의 실리콘 질화물 박막의 제조 방법에서, 실리콘원으로는 실란 가스를 주로 사용하며, 실리콘 질화물에 사용되는 질소원으로는 질소원자를 포함하는 가스, 예를 들면, 질소 가스, 암모니아 등이 주로 사용된다. 실리콘원과 질소원의 사용량은 1:1000 내지 1:2000의 비율로 한다.In the method for producing a silicon nitride thin film of the present invention, a silane gas is mainly used as a silicon source, and a gas containing a nitrogen atom, for example, nitrogen gas or ammonia, is mainly used as a nitrogen source used for silicon nitride. . The amount of the silicon source and the nitrogen source is used in a ratio of 1: 1000 to 1: 2000.
본 발명에 따라 실리콘 질화물을 기저체 내에 비정질 실리콘 양자점 미세구조를 형성시키는데 있어서 고려되는 기본적인 사항들은 다음과 같다.According to the present invention, the basic matters considered in forming an amorphous silicon quantum dot microstructure in a silicon nitride substrate are as follows.
첫째, 비정질 실리콘 양자점 미세구조를 포함하는 실리콘 질화물 박막을 제작하기 위해서는 박막의 성장 속도를 느리게 해야 할 필요가 있다. 성장 속도가 너무 빠르면 미세구조가 제작되지 않아 박막이 전체적으로 비정질 실리콘 질화물이 되어 발광을 얻을 수 없다. 성장 속도를 느리게 하기 위해서는 실리콘원(源)을 질소, 아르곤 등의 비활성 기체에 1 내지 10%로 희석하였을 경우 1 내지 100sccm 정도의 비교적 낮은 유량으로 반응 시스템에 유입시키고, 질소원(源)은 500sccm 이상으로 유입시켜야 한다. 성장 온도는 100 내지 300℃로 한다. 또한, 플라즈마 전력을 6W 이하로 낮게 하여 플라즈마에 의해 생성된 반응기들의 농도를 줄임으로써 실리콘 질화물 박막 성장 속도를 2.6㎚/분 내지 3.2㎚/분으로 조절해야 한다.First, in order to fabricate a silicon nitride thin film including an amorphous silicon quantum dot microstructure, it is necessary to slow the growth rate of the thin film. If the growth rate is too fast, microstructures are not produced, and thus the thin film becomes amorphous silicon nitride as a whole and thus no light emission can be obtained. In order to slow the growth rate, when the silicon source is diluted to 1 to 10% with inert gas such as nitrogen or argon, it is introduced into the reaction system at a relatively low flow rate of 1 to 100 sccm, and the nitrogen source is 500 sccm or more. Should be introduced. Growth temperature shall be 100-300 degreeC. In addition, the silicon nitride thin film growth rate should be controlled to 2.6 nm / min to 3.2 nm / min by lowering the plasma power below 6 W to reduce the concentration of reactors generated by the plasma.
둘째, 질소원으로 암모니아 가스를 사용할 경우, 비정질 실리콘 양자점 미세구조를 얻기가 매우 어렵다. 이는 이상과 같은 저전력 플라즈마 하에서 암모니아 가스가 질소 가스보다 더 쉽게 반응기들로 분리되어 성장속도가 빨라지므로, 비정질 실리콘 미세구조를 제작하는데 있어서 필수조건인 느린 성장 조건을 얻기가 매우 어렵기 때문이다. 따라서, 질소원으로는 질소가스가 더 바람직하다.Second, when using ammonia gas as a nitrogen source, it is very difficult to obtain an amorphous silicon quantum dot microstructure. This is because the ammonia gas is separated into the reactors more easily than the nitrogen gas under the low power plasma as described above, and thus, the growth rate is increased. Therefore, it is very difficult to obtain the slow growth condition which is an essential condition for fabricating the amorphous silicon microstructure. Therefore, nitrogen gas is more preferable as the nitrogen source.
셋째, 비정질 실리콘 미세구조 제작시 산소 가스나 산화물이 유입되어서는 안 된다. 만약, 이럴 경우에는 산소와 관련된 결함이 발생하거나 화합물이 발광을 일으키거나 또는 발광에 장애가 될 수 있다. 따라서, 원하는 발광만을 얻기 위해서 가능한 한 산화물의 유입은 없도록 해야 한다.상기한 바와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 실리콘 질화물 기저체 및 상기 기저체 내에 분산된 비정질 실리콘 양자점을 포함하는 실리콘 질화물 박막이 제조되며, 이 비정질 실리콘 양자점 미세구조는 직경 1.0 내지 4.0nm의 구형 실리콘을 1.0×1019내지 1.0×1021개/cm3의 밀도로 포함한다.Third, oxygen gas or oxide should not be introduced when fabricating the amorphous silicon microstructure. If this is the case, oxygen-related defects may occur, or the compound may cause light emission or obstruct light emission. Therefore, in order to obtain only desired light emission, it is necessary to prevent the inflow of oxide as much as possible. According to the method of the present invention as described above, a silicon nitride thin film comprising a silicon nitride base body and an amorphous silicon quantum dot dispersed in the base body is prepared. This amorphous silicon quantum dot microstructure includes spherical silicon having a diameter of 1.0 to 4.0 nm at a density of 1.0 × 10 19 to 1.0 × 10 21 pieces / cm 3 .
본 발명에 따르면 상기와 같이 제조된 비정질 실리콘 양자점 미세구조가 형성되어 있는 실리콘 질화물 박막을 포함하는 실리콘 발광소자가 또한 제공된다. 이 실리콘 질화물 박막의 두께는 적용되는 소자의 종류, 원하는 발광정도에 따라 달라지며, 일반적으로 3 내지 10nm이다. 본 발명의 실리콘 발광소자의 구조는 p형 반도체/절연체/n형 반도체(PIN), 금속/절연체/반도체(MIS), 전도성 고분자/절연체/반도체 접합구조 등이 있다. 여기서 절연체라 함은 비정질 실리콘 양자점 미세구조가 포함되어 있는 실리콘 질화물 박막을 의미한다. 이때, 발광 파장은 실리콘 질화물 형성단계에서 질소의 유량이 증가함에 따라 단파장 쪽으로 이동하므로, 원하는 파장으로 적절히 조절할 수 있다.According to the present invention, there is also provided a silicon light emitting device comprising a silicon nitride thin film in which the amorphous silicon quantum dot microstructure manufactured as described above is formed. The thickness of the silicon nitride thin film depends on the type of device to be applied and the desired degree of light emission, and is generally 3 to 10 nm. The structure of the silicon light emitting device of the present invention includes a p-type semiconductor / insulator / n-type semiconductor (PIN), a metal / insulator / semiconductor (MIS), a conductive polymer / insulator / semiconductor junction structure, and the like. Here, the insulator means a silicon nitride thin film containing an amorphous silicon quantum dot microstructure. At this time, the emission wavelength is moved toward the shorter wavelength as the flow rate of nitrogen increases in the silicon nitride forming step, it can be appropriately adjusted to the desired wavelength.
본 발명을 하기 실시예를 들어 상세히 설명하나, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Although the present invention will be described in detail with reference to the following examples, the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1 : 비정질 실리콘 양자점 미세구조 형성Example 1 Amorphous Silicon Quantum Dot Microstructure Formation
질소 가스에 희석된 5% 실란 가스와 순도 99.999%의 질소 가스를 사용하여 PECVD법으로 n-형(100) 실리콘 기판 위에 실리콘 질화물 기저체 속에 분산되어 있는 있는 비정질 실리콘 양자점 미세구조를 성장시켜 실리콘 박막을 얻었다(도 1 참조).Silicon thin film by growing amorphous silicon quantum dot microstructures dispersed in silicon nitride substrate on n-type (100) silicon substrate by PECVD using 5% silane gas diluted with nitrogen gas and 99.999% purity nitrogen gas Was obtained (see FIG. 1).
이때, 실란 가스의 유량은 10sccm, 성장 압력은 0.5torr로 하고, 플라즈마 전력은 6W로 일정하게 유지시켰다. 성장 온도는 100℃에서 300℃까지 변화시켰고 질소가스의 유량은 500sccm에서 800sccm 까지 조절하면서 시료를 증착시켰다. 성장속도는 질소가스의 유량에 따라 2.6∼3.2㎚/분으로 조절하였다.At this time, the flow rate of the silane gas was 10 sccm, the growth pressure was 0.5 torr, and the plasma power was kept constant at 6 W. The growth temperature was changed from 100 ℃ to 300 ℃ and the sample was deposited while adjusting the flow rate of nitrogen gas from 500sccm to 800sccm. The growth rate was adjusted to 2.6 to 3.2 nm / min depending on the flow rate of nitrogen gas.
상기 제조방법에 의해 제작된 비정질 실리콘 미세구조의 경우에는 열처리와 같은 후처리 과정이 병행되지 않아도 고효율의 발광을 얻을 수 있으며 질소 가스의 유량에 따라 발광되는 빛의 색깔을 조절할 수 있다(도 2 참조). 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 질소가스의 유량을 800sccm으로 한 경우에는 파란색 영역의 단파장 발광을 한다.In the case of the amorphous silicon microstructure manufactured by the above manufacturing method, high efficiency light emission can be obtained even without a post-treatment process such as heat treatment, and the color of light emitted can be adjusted according to the flow rate of nitrogen gas (see FIG. 2). ). As can be seen in FIG. 2, when the flow rate of nitrogen gas is 800 sccm, short wavelength light emission of the blue region is performed.
도 3은 다양한 질소가스의 유량에서의 자외선-가시광선 흡수 스펙트럼이다. 이 흡수 스펙트럼 역시 도 2의 발광 스펙트럼과 유사한 경향을 보이고 있다. 즉,추가로 유입되는 질소 가스의 유량이 증가할수록 흡수 곡선이 더 높은 에너지 쪽으로 이동하고 있다. 이는 더 작은 크기의 비정질 실리콘 미세구조가 생성되어 양자구속효과에 의해 에너지 간격이 증가하여 발생되는 현상이다.3 is ultraviolet-visible absorption spectrum at various flow rates of nitrogen gas. This absorption spectrum also shows a tendency similar to the emission spectrum of FIG. That is, as the flow rate of the additionally introduced nitrogen gas increases, the absorption curve is shifted toward higher energy. This is a phenomenon caused by the increase in the energy gap due to the quantum confinement effect is generated by the amorphous silicon microstructure of a smaller size.
도 4는 본 발명에 따른 비정질 실리콘 양자점 미세구조를 가진 실리콘 질화물 박막(도 4a)과 일반적인 실리콘 질화물 박막(도 4b)에 대한 투과전자 현미경 사진으로, 도 4a에서 검은 점으로 보이는 것이 비정질 실리콘 양자점 미세구조이고, 그 크기는 평균적으로 1.9㎚ 정도임을 알 수 있다. 또한, 도 4a로부터, 실리콘 질화물 기저체와 실리콘 양자점 둘다 규칙적인 격자배열을 갖지 않는 비정질임을 확인할 수 있다. 도 4b는 비정질 실리콘 양자점 미세구조가 형성되어 있지 않은 일반적인 실리콘 질화물 박막으로 도 4a에서 관찰할 수 있었던 검은 점들이 보이지 않고 있다. 따라서, 본 실시예에 따라 제작된 실리콘 질화물 박막은 실리콘 질화물 기저체 내에 성장된 비정질 실리콘 양자점 미세구조를 가짐을 알 수 있다.FIG. 4 is a transmission electron micrograph of a silicon nitride thin film (FIG. 4A) and a general silicon nitride thin film (FIG. 4B) having an amorphous silicon quantum dot microstructure according to the present invention. It is a structure, and it turns out that the magnitude | size is about 1.9 nm on average. In addition, it can be seen from FIG. 4A that both the silicon nitride substrate and the silicon quantum dots are amorphous without regular lattice arrangement. FIG. 4B is a general silicon nitride thin film in which an amorphous silicon quantum dot microstructure is not formed, and black dots observed in FIG. 4A are not visible. Therefore, it can be seen that the silicon nitride thin film fabricated according to the present embodiment has an amorphous silicon quantum dot microstructure grown in the silicon nitride substrate.
비교예 1Comparative Example 1
양 등의 문헌[C.S. Yang, C.J. Lin, P.Y. Kuei, S.F. Horng, C.C.H., Hsu 및 M.C. Liaw, Appl. Surf. Sci. 113/114, 116, 1997]의 방법에 따라 PECVD를 사용하여 제조된 실리콘 산화물 기저체 내에 형성된 결정질 실리콘 양자점 미세구조의 경우에는, 질소 분위기에서 450℃에서 30분동안, 1000℃ 2시간 동안 열처리한 경우에도 고효율의 발광을 얻기가 매우 어려우며, 620 내지 750㎚의 붉은색 계통의 발광을 보였다.Yang et al., C.S. Yang, C.J. Lin, P.Y. Kuei, S.F. Horng, C. C. H., Hsu and M. C. Liaw, Appl. Surf. Sci. 113/114, 116, 1997], the crystalline silicon quantum dot microstructure formed in the silicon oxide substrate prepared using PECVD was subjected to heat treatment at 450 ° C for 30 minutes at 1000 ° C for 2 hours. In this case, it is very difficult to obtain high-efficiency light emission, and red light emission of 620 to 750 nm was observed.
본 발명에 따른 비정질 실리콘 양자점 미세구조를 포함하는 실리콘 질화물 박막은 종래에 기저체로 사용되던 실리콘 산화물 대신 터널링 장벽이 낮아 운반자 주입이 용이한 실리콘 질화물을 기저체로 이용하여 발광소자로서의 응용가능성을 높일 수 있다. 또한 미세구조를 결정질 대신 비정질로 제작하여 보다 단파장에서의 발광을 쉽게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 질소가스의 유량을 조절하여 원하는 파장의 발광을 얻을 수도 있다.The silicon nitride thin film including the amorphous silicon quantum dot microstructure according to the present invention can increase the applicability as a light emitting device by using silicon nitride, which is easy to inject carriers as a base, because of the low tunneling barrier instead of silicon oxide, which is conventionally used as a base. . In addition, since the microstructure is made of amorphous instead of crystalline, light emission at shorter wavelengths can be easily obtained, and light emission at a desired wavelength can be obtained by adjusting the flow rate of nitrogen gas.
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