KR100615430B1 - 광소자용 실리콘 질화물 박막 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비정질 실리콘 양자점과 희토류 원소가 함께 분산되어 포함되며 비정질 실리콘 양자점에 의해 희토류 원소가 여기되어 광을 방출시키는 광소자용 실리콘 질화물 박막 및 그 제조방법을 제공한다. 이를 이용하면, 비정질 실리콘 양자점이 희토류 원소의 발광특성을 매우 향상시켜 우수한 성능의 광소자를 만들 수 있다.
양자점, 비정질 실리콘 양자점, 희토류, 광소자
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광소자용 실리콘 질화물 박막의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광소자용 실리콘 질화물 박막의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 결정질 실리콘 나노점과 비정질 실리콘 양자점의 발광효율을 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광소자용 실리콘 질화물 박막 내에 도핑된 어븀의 발광 특성과 결정질 실리콘 내에 도핑된 어븀의 발광 특성을 비교하여 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 4의 광소자용 실리콘 질화물 박막에서, 어븀의 여기 단면적을 계산하기 위해 측정된 포토루미네슨스(photoluminescence)의 감쇠 현상과 상승 현상을 시간적인 함수로 보여주는 그래프이다.
본 발명은 실리콘 질화물 박막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 질화물 박막에 희토류 원소와 비정질 실리콘 양자점을 분산시켜 희토류 원소의 여기효율을 향상시킬 수 있어서 광소자에 유용하게 응용할 수 있는 실리콘 질화물 박막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 희토류 원소가 도핑된 실리카 계열의 박막은 도파로 광증폭기의 제작에 널리 사용되는 물질이다. 하지만, 이 경우에 희토류 원소의 여기 단면적은 약 1x10-21 cm-2 정도로 극히 작기 때문에 실효성이 매우 떨어진다. 그러나, 실리카 계열의 박막 대신에 나노점이 포함되어 있는 박막에 희토류 원소를 도핑할 경우에 희토류 원소의 여기효율을 증가시킬 수 있는데, 그 이유는 나노점 내에서의 전자와 정공의 재결합 효율이 매우 높아서 희토류 원소를 효과적으로 여기시키기 때문이다. 이런 이유로 해서, 요즘에는 결정질 실리콘 나노점이 분산되어 있는 실리콘 산화물 박막의 개발과 연구가 진행되고 있다.
그러나 아직까지 고효율의 발광소자로 응용하기에는 그 효율성이 낮고 산화물 계열의 박막을 사용하기 때문에 소자의 동작전압이 높다는 문제점을 안고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 결정질 실리콘 나노점보다 발광효율이 보다 더 우수한 비정질 실리콘 양자점으로 희토류 원소를 여기시킴으로써 희토류 원소의 발광효율을 향상시키고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 실리콘 산화물 대신에 에너지 간격이 비교적 작은 실리콘 질화물 박막을 사용함으로써 향후 소자 제작시 소자의 동작특성을 향상시키고자 하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 측면은 광소자용 실리콘 질화물 박막에 있어서, 비정질 실리콘 양자점과 희토류 원소가 함께 분산되어 포함되며, 비정질 실리콘 양자점에 의해 희토류 원소가 여기되어 광을 방출시키는 광소자용 실리콘 질화물 박막을 제공한다.
본 발명의 제 2 측면은 비정질 실리콘 양자점이 분산된 실리콘 질화물을 성장하는 단계와, 실리콘 질화물 박막 내에 희토류 원소를 도핑하는 단계를 포함하되, 비정질 실리콘 양자점에 의해 희토류 원소가 여기되어 광을 방출시키는 광소자용 실리콘 질화물 박막 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제 3 측면은 비정질 실리콘 양자점이 분산된 실리콘 질화물을 성장하는 중에 상기 실리콘 질화물 박막 내에 희토류 원소를 도핑하는 단계를 포함하며, 비정질 실리콘 양자점에 의해 희토류 원소가 여기되어 광을 방출시키는 광소자용 실리콘 질화물 박막 제조방법을 제공한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광소자용 실리콘 질화물 박막의 개념도이다. 광소자용 실리콘 질화물 박막(500)은 비정질 실리콘 양자점(510)과 희토류 원소(520)가 함께 분산되어 포함되며, 비정질 실리콘 양자점(510)에 의해 희토류 원소(520)가 여기되어 광을 방출시킨다.
본 발명의 주된 특징 중 하나는 비교적 에너지 간격이 작은 실리콘 질화물 박막을 사용하고 이에 비정질 실리콘 양자점(510)과 희토류 원소(520)가 함께 분산되어 포함시켜, 양자점 내에서의 전자와 정공의 재결합 효율이 매우 높아서 희토류 원소를 효과적으로 여기될 수 있게 된다. 즉, 비정질 실리콘 양자점(510)에서 여기된 전자의 에너지 전달에 의한 희토류 원소(520)의 여기로 광방출 효율을 증가시킬 수 있다.
희토류 원소(520)는 어븀(Er), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb), 이터븀(Yb) 등이 있다.
비정질 실리콘 양자점(510)은 크기가 1 내지 5 나노미터인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광소자용 실리콘 질화물 박막의 제조방법을 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광소자용 실리콘 질화물 박막의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 비정질 실리콘 양자점이 분산되어 있는 실리콘 질화물 박막을 제조하는 단계를 수행한다(S410). 예를 들어, 질소 가스에 희석된 5% 실란 가스와 순도 99.9999%의 질소 가스를 사용하여 플라즈마로 증진된 화학기상증착법 (PECVD법)으로 실리콘 기판 위에 비정질 실리콘 양자점을 성장시키는 방법을 사용할 수 있다. 이와 같은 방식으로 제작된 양자점의 크기는 대략 5 nm 이하이다.
이때, 실란 가스의 유량은 8 내지 10 sccm, 성장 압력은 0.5 torr로 하고, 플라즈마 전력은 6 내지 8W로 일정하게 유지시킨다. 성장 온도는 300℃, 질소가스의 유량은 500 내지 800 sccm, 성장속도는 약 2.4 내지 3.2 ㎚/분으로 조절하여 시료를 증착한다.
다음으로, 상기 실리콘 질화물 박막 내에 어븀을 이온 주입법을 이용하여 도핑시킨다(S420). 이 때 어븀의 양을 1x1019내지 1x1021 cm-3으로 조절하고 어븀 원소가 박막 내 에만 도핑되도록 하기 위하여 이온 주입 에너지를 40 내지 130 KeV로 조절하였고 여러번의 주입을 통하여 박막내에 균일하게 어븀이 도핑되도록 하였다.
다음으로, 어븀이 주입된 실리콘 질화물 박막을 열처리하는 과정을 실시할 수 있다(S430). 열처리 온도는 약 600내지 1000 ℃로 변화시키고 열처리 시간은 10 내지 60분으로 할 수 있다. 한편, 실험결과에 의하면, 가장 어븀 원소의 발광효율이 좋은 조건은 900 ℃에서 30분 정도 열처리한 시료 였다. 열처리시 분위기는 질소 분위기를 유지하고, 열처리 전에 챔버를 10-4 Torr까지 진공을 잡아 열처리시 산소의 유입을 최대한 억제하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비정질 실리콘 양자점이 분산된 실리콘 질화물을 CVD 장비로 증착하는 중에 실리콘 질화물 박막 내에 희토류 원소를 도핑하여 광소자용 실리콘 질화막 박막을 형성할 수 있다. 이 때 금속유기(metal organic) 원료를 CVD장비에 주입하여 광소자용 실리콘 질화막 박막을 형성할 수 있다. 사용되는 온도는 상온 내지 500℃ 정도에서 실시하고 이용되는 가스는 실리콘 증착용 가스, 질소 또는 암모니아 등이다. 사용가능한 어븀 금속유기(metal organic) 원료의 예로는 ERBIUM III -HEPTAFLUORO-DIMETHYL-OCTANEDIONATE (C30H30ErF21O6), ERBIUM METHOXYETHOXIDE (C9H21ErO6), ERBIUM 2-PENTANEDIONATE (C15H21ErO6), ERBIUM -TETRAMETHYL-HEPTANEDIONATE (C33H57ErO6), ERBIUM TRIS[BIS(TRIMETHYLSILYL)AMIDE] ( C18H54ErN3Si6 ) 등이 있다.
도 3은 결정질 실리콘 나노점과 비정질 실리콘 양자점의 발광효율을 비교한 그래프이다. 여기에서 도면부호 110으로 지칭되는 것은 비정질 실리콘 양자점의 전자와 정공의 재결합률이고 도면부호 120으로 지칭되는 것은 결정질 실리콘 나노점 의 재결합률이다, 비정질 실리콘 양자점의 재결합률이 결정질 실리콘 나노점의 재결합률 보다 약 100내지 1,000배 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 비정질 실리콘 양자점이 결정질 실리콘 나노점보다 발광효율이 매우 우수하다.
이하, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 광소자용 실리콘 질화물 박막과 결정질 박막내에 어븀을 도핑한 종래기술을 비교한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광소자용 실리콘 질화물 박막 내에 도핑된 어븀의 발광 특성(210)과 결정질 실리콘 내에 도핑된 어븀의 발광 특성(220)을 비교하여 보여주는 그래프이다. 본 발명의 실시예에 따른 광소자용 실리콘 질화물 박막은 비정질 실리콘 양자점을 실리콘 질화물 내에 성장시키고 여기에 다시 희토류 원소 중 어븀을 도핑시켜 제작되었다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광소자용 실리콘 질화물 박막의 어븀 발광 현상이 결정질 실리콘 내에 도핑된 어븀의 발광현상 보다 10배 이상 우수함을 확인할 수 있다. 이는 어븀을 비정질 실리콘 양자점이 효율적으로 여기시키기 때문이며 비정질 실리콘 양자점에서 어븀 원소로 에너지 전달이 효율적으로 이루어진다는 것을 알 수 있다.
도 5는 도 4의 광소자용 실리콘 질화물 박막에서, 어븀의 여기 단면적을 계산하기 위해 측정된 포토루미네슨스(photoluminescence)의 감쇠 현상과 상승 현상을 시간적인 함수로 보여주는 그래프이다. 도 5 를 참조하면, 어븀의 포토루미네슨스의 상승 시간은 약 0.6 msec이고, 감쇠 시간은 약 1.6 msec이다. 이 값들로부터 1/τon - 1/τdecay = σφ (여기서 τon 은 상승시간, τdecay는 감쇠시간, σ 는 여기 단면적 그리고, φ는 여기시키는 레이저의 파워)라는 식에 의해 여기 단면적은 약 1x10-16 cm-2 이 얻어지며, 이는 일반적인 여기 단면적보다 약 100,000배 증가한 값임을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 비정질 실리콘 양자점을 여기 매개로 이용하여 희토류 원소의 발광효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 비교적 에너지 간격이 작은 실리콘 질화물 박막을 실리콘 산화물 박막 대신 사용함으로써 소자의 동작특성을 개선시킬 수 있는 여지를 제공하였다.
따라서, 이는 실리콘 계열을 이용한 고효율의 광소자 제작을 가능하게 하여 반도체 산업의 혁신적인 변화를 가져올 수 있다.
Claims (10)
- 광소자용 실리콘 질화물 박막에 있어서,비정질 실리콘 양자점과 희토류 원소가 함께 분산되어 포함되며,상기 비정질 실리콘 양자점에 의해 희토류 원소가 여기되어 광을 방출시키는 것을 특징으로 하는 광소자용 실리콘 질화물 박막.
- 제 1 항에 있어서,상기 희토류 원소는 어븀(Er), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 터븀(Tb) 또는 이터븀(Yb).인 것을 특징으로 하는 광소자용 실리콘 질화물 박막.
- 제 1 항에 있어서,상기 비정질 실리콘 양자점의 크기가 1 내지 5 나노미터인 것을 특징으로 하는 광소자용 실리콘 질화물 박막.
- 비정질 실리콘 양자점이 분산된 실리콘 질화물을 성장하는 단계; 및상기 실리콘 질화물 박막 내에 희토류 원소를 도핑하는 단계를 포함하되,상기 비정질 실리콘 양자점에 의해 희토류 원소가 여기되어 광을 방출시키는 것을 특징으로 광소자용 실리콘 질화물 박막 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 희토류 원소의 도핑은 이온 주입법을 이용하는 것을 특징으로 하는 광소자용 실리콘 질화물 박막 제조방법.
- 비정질 실리콘 양자점이 분산된 실리콘 질화물을 성장하는 중에 상기 실리콘 질화물 박막 내에 희토류 원소를 도핑하는 단계를 포함하며,상기 비정질 실리콘 양자점에 의해 희토류 원소가 여기되어 광을 방출시키는 것을 특징으로 광소자용 실리콘 질화물 박막 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 희토류 원소의 도핑은 금속 유기 원료를 이용하여 실리콘 질화물 박막 내에 도핑하는 것을 특징으로 광소자용 실리콘 질화물 박막 제조방법.
- 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,희토류 원소의 도핑 단계 이후에, 600 내지 1000 ℃에서 30 내지 60분 동안 열처리 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광소자용 실리콘 질화물 박막 제조방법.
- 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 비정질 실리콘 양자점의 크기가 1 내지 5 나노미터인 것을 특징으로 하 는 광소자용 실리콘 질화물 박막 제조방법.
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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