KR100644728B1 - 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100644728B1
KR100644728B1 KR1020040028172A KR20040028172A KR100644728B1 KR 100644728 B1 KR100644728 B1 KR 100644728B1 KR 1020040028172 A KR1020040028172 A KR 1020040028172A KR 20040028172 A KR20040028172 A KR 20040028172A KR 100644728 B1 KR100644728 B1 KR 100644728B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon
light emitting
zinc oxide
layer
metal layer
Prior art date
Application number
KR1020040028172A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040052653A (ko
Inventor
김백현
박성주
황대규
Original Assignee
광주과학기술원
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
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020040028172A priority Critical patent/KR100644728B1/ko
Publication of KR20040052653A publication Critical patent/KR20040052653A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100644728B1 publication Critical patent/KR100644728B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C27/00—Spring, stuffed or fluid mattresses or cushions specially adapted for chairs, beds or sofas
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C31/00—Details or accessories for chairs, beds, or the like, not provided for in other groups of this subclass, e.g. upholstery fasteners, mattress protectors, stretching devices for mattress nets
    • A47C31/004—Means for protecting against undesired influence, e.g. magnetic radiation or static electricity

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

본 발명은 발광 효율을 향상시킬 수 있는 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자는 실리콘 기판과; 상기 실리콘 기판 상에 형성되어 광을 발생시키는 실리콘 발광층과; 상기 실리콘 발광층 상에 형성되는 제 1 금속층과; 상기 실리콘 발광층과 제 1 금속층 사이에 형성되는 아연 산화물층 및; 상기 실리콘 기판 배면에 형성되는 제 2 금속층을 구비하며; 상기 실리콘 발광층은 상기 아연 산화물과 동일한 일함수를 가지는 것을 특징으로 한다.
이러한, 본 발명은 실리콘 발광층과 금속층 사이의 아연 산화물층을 형성함으로써 실리콘 발광층으로의 전류 주입을 증가시킬 수 있으며, 실리콘 발광층과 금속층 사이의 접촉저항을 줄일 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 발광 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법 {Silicon-Based LED using Zinc Oxide and Fabricating Method Thereof}
도 1은 종래의 실리콘 양자점을 이용한 발광소자를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자를 나타내는 도면.
도 3은 종래의 실리콘 양자점을 이용한 발광소자와 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자에 대한 같은 소비전력에서 전계 발광 비교 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 4는 종래의 실리콘 양자점을 이용한 발광소자와 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 각각의 전압에 대한 전류밀도를 나타내는 그래프.
도 5는 종래의 실리콘 양자점을 이용한 발광소자와 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 각각의 파장에 대한 전기 루미네센스 강도를 나타내는 그래프.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10, 110 : 제 1 금속층 20, 120 : 실리콘 발광층
30, 130 : 실리콘 기판 40, 140 : 제 2 금속층
150 : 아연 산화물층
본 발명은 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자에 관한 것으로, 특히 발광 효율을 향상시킬 수 있는 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
요즘 들어, 실리콘 및 화합물 반도체로부터의 가시광 영역의 발광에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 그 중에서 실리콘을 이용한 발광소자는 다른 화합물 반도체를 이용하는 발광소자에 비해서 기존의 실리콘 공정기술과 발광 실리콘 소자를 집적화시킬 수 있으므로 전기적 및 광학적 특성을 가질 수 있는 새로운 광전자 소자의 개발이 가능하다. 그리고, 실리콘을 이용한 발광소자는 기존 실리콘에 근거한 반도체 기술을 최대한 이용할 수 있어 소자의 제작비용이 다른 화합물 반도체보다 훨씬 적고, 소자 제작 공정도 비교적 간단한 장점을 가진다. 이와 같은 실리콘 반도체가 가지는 여러 가지 장점 때문에 실리콘 양자점을 이용한 발광소자에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 실리콘 양자점을 이용한 발광소자는 실리콘 기판(30)과, 실리콘 기판(30) 상에 형성된 실리콘 발광층(20)과, 실리콘 발광층(20) 상에 형성되는 제 1 금속층(10)과, 실리콘 기판(30) 배면에 형성된 제 2 금속층(40)으로 구성된다.
제 1 금속층(10)은 전압원으로부터 전계가 인가되면 실리콘 발광층(20)으로 전자를 주입시키는 역할을 한다. 이때, 제 1 금속층(10)은 광이 투과될 수 있는 투명한 재료를 사용한다. 예를 들어, 제 1 금속층(10)은 산화니켈(NiO)의 물질로 형성된다. 이러한, 제 1 금속층(10)은 대략 60㎚의 두께로 증착된다.
제 2 금속층(40)은 전압원으로부터 전계가 인가되면, 실리콘 기판(30)으로 정공을 주입시킨다. 이때, 제 2 금속층(40)의 재료로는 실리콘 기판(10)의 배면에 오믹접합되는 금(Au)이 사용된다.
실리콘 기판(30)은 제 2 금속층(40)으로부터 주입된 정공을 실리콘 발광층(20)으로 주입한다.
실리콘 발광층(20)은 제 1 금속층(10)으로부터의 전자와 실리콘 기판(30)으로부터의 정공이 주입되면 전자와 정공의 결합에 의해 광을 발생시킨다. 실리콘 발광층(20)에서 발생된 광은 제 1 금속층(10)을 통해 외부로 방출된다. 이를 위해, 실리콘 발광층(20)은 실리콘 양자점과 그 양자점을 둘러싼 실리콘 질화물(SixNy) 혹은 실리콘 산화물(SiOx)으로 형성된다.
이러한 종래의 실리콘 양자점을 이용한 발광소자는 양자점이 형성되는 모체가 실리콘 질화물(SixNy) 혹은 실리콘 산화물(SiOx)이기 때문에 실리콘 발광층(20)으로 전자와 정공을 주입시키기가 어렵다. 또한, 실리콘 양자점을 이용한 발광소자는 실리콘 발광층(20)에서 발생된 광이 제 1 금속층(10)을 통해 발광소자 외부로 빠져나가기 때문에 제 1 금속층(10)에 의해 휘도가 떨어지게 된다. 즉, 제 1 금속층(1)은 실리콘 발광층(20)에서 발생된 광의 60% 정도만 투과시키기 때문이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 쉽게 전자와 정공을 주입시킬 수 있으며 제 1 금속층(10)에 의한 휘도 감소를 개선할 수 있는 연구가 절실히 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 아연 산화물층을 형성함으로써 발광 효율을 향상시킬 수 있는 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자는 실리콘 기판과; 상기 실리콘 기판 상에 형성되어 광을 발생시키는 실리콘 발광층과; 상기 실리콘 발광층 상에 형성되는 제 1 금속층과; 상기 실리콘 발광층과 제 1 금속층 사이에 형성되는 아연 산화물층 및; 상기 실리콘 기판 배면에 형성되는 제 2 금속층을 구비하며; 상기 실리콘 발광층은 상기 아연 산화물과 동일한 일함수를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자의 제조방법은 실리콘 기판을 마련하는 단계와; 상기 실리콘 기판 상에 실리콘 발광층을 형성하는 단계와; 상기 실리콘 발광층 상에 아연 산화물층을 형성하는 단계와; 상기 아연 산화물층 상에 제 1 금속층을 형성하는 단계 및; 상기 실리콘 기판 배면에 제 2 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 설명 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자는 실리콘 기판(130)과, 실리콘 기판(130) 상에 형성된 실리콘 발광층(120)과, 실리콘 발광층(120) 상에 형성되는 아연 산화물층(150)과, 아연 산화물층(150) 상에 형성되는 제 1 금속층(110)과, 실리콘 기판(130) 배면에 형성된 제 2 금속층(140)으로 구성된다.
제 1 금속층(110)은 전압원으로부터 전계가 인가되면 아연 산화물층(120)을 통해 실리콘 발광층(120)으로 전자를 주입시킨다. 이때, 제 1 금속층(110)은 광이 투과될 수 있는 투명한 재료를 사용한다. 예를 들어, 제 1 금속층(110)은 ITO(Indium Tin Oxide) 및 산화니켈(NiO) 등의 물질로 형성된다. 이러한, 제 1 금속층(110)은 종래의 제 1 금속층의 두께보다 약 1/3 줄어들게끔 대략 10 ~ 30㎚의 두께로 증착된다.
아연 산화물층(150)은 제 1 금속층(110)과 실리콘 발광층(120) 사이의 접촉저항을 줄여서 소자 전체의 저항을 낮추는 역할을 한다. 또한, 아연 산화물층(150)은 제 1 금속층(110)에서 주입된 전자의 흐름을 원할하게 하기 위해서 실리콘 발광층(120)의 일함수(work function)와 비슷한 일함수를 갖는다. 이와 같이 아연 산화물층(150)과 실리콘 발광층(120)이 거의 동일한 일함수를 가지게 되면 제 1 금속층(110)으로부터 실리콘 발광층(120)에 주입되는 전자의 주입이 용이하게 된다. 아연 산화물층(150)은 n형 반도체로 밴드 갭이 매우 큰 물질, 예를 들면 산화 아연(Zinc Oxide ; ZnO)이 사용된다. 이렇게 아연 산화물층(150)을 밴드 갭이 큰 물질로 사용하게 되면 실리콘 발광층(120)에서 발광된 모든 가시광 영역의 광은 아연 산화물층(120) 및 제 1 금속층(110)을 통해 외부로 빠져나간다.
제 2 금속층(140)은 전압원으로부터 전계가 인가되면 실리콘 기판(130)으로 정공을 주입시킨다. 이때, 제 2 금속층(140)의 재료로는 실리콘 기판(130)의 배면에 오믹접합되는 금(Au)이 사용된다.
실리콘 기판(130)은 제 2 금속층(140)으로부터 주입된 정공을 실리콘 발광층(120)으로 주입한다.
실리콘 발광층(120)은 아연 산화물층(150)으로부터의 전자와 실리콘 기판(130)으로부터의 정공이 주입되면 전자와 정공의 결합에 의해 광을 발생시킨다. 실리콘 발광층(120)에서 발생된 광은 아연 산화물층(150) 및 제 1 금속층(110)을 통해 외부로 발광된다. 실리콘 발광층(120)은 실리콘 양자점과 그 양자점을 둘러싼 실리콘 질화물(SixNy)로 구성된다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자와 그의 제조방법에서는 실리콘 양자점이 포함된 실리콘 질화물(SixNy)을 성장시킬 때 사용되는 가스원으로 암모니아(NH3)를 사용하여 발광소자의 발광효율을 증가시킨 재료를 사용하게 된다. 여기서, 암모니아(NH3)를 가스원으로 사용하여 실리콘 양자점이 포함된 실리콘 질화물(SixNy)을 성장시킬 때 발광소자의 발광효율이 증가되는 이유는 박막의 모체인 실리콘 질화물(SixNy)과 실리콘 양자점이 존재하는 박막결합들의 수가 적기 때문에 박막 내의 결함들을 감소시키는 박막 내의 수소량이 증가하게 된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자와 그의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 내부에 실리콘 양자점을 형성시킨 실리콘 발광층(120)을 실리콘 기판(130) 상에 성장시킨다.
그 후, 실리콘 발광층(120) 상에 실온 혹은 고온에서 아연 산화물층(150)을 증착시킨다.
그런 다음, 아연 산화물층(150) 상에 제 1 금속층(110)을 증착시킨다. 그리고, 실리콘 기판(130) 배면에 제 2 금속층(140)을 증착시킨다.
이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소 자 및 그 제조방법은 실리콘 발광층(120)과 제 1 금속층(110) 사이에 아연 산화물층(20)을 형성함으로써 도 3에 도시된 바와 같이 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 3.5V 이하의 턴-온(Turn-on) 전압에 의해 동일한 소비전력을 가지는 본 발명의 실리콘 발광소자와 종래의 발광소자 각각으로부터 발생되는 광의 세기를 암실에서 측정한 그래프이다. 도 3에 나타낸 바와 같이 아연 산화물층(150)을 가지는 본 발명의 실리콘 발광소자에 의해 발생되는 광의 피크는 아연 산화물층(150)에 의해 실리콘 발광층(120)에 전자와 정공이 효율적으로 주입되어 발광하기 때문에 종래의 발광소자에 의해 발생되는 광의 피크에 비해 대략 2.5배 정도 높게 나타난다.
또한, 도 4는 본 발명의 실리콘 발광소자와 종래의 발광소자 각각의 전압(V)에 따른 전류밀도를 측정한 그래프이다. 도 4에 나타낸 바와 같이 동일한 전류 밀도에서 아연 산화물층(150)을 가지는 본 발명의 실리콘 발광소자는 아연 산화물층(150)에 의해 실리콘 발광층(120)에 전자와 정공이 효율적으로 주입되어 발광하기 때문에 종래의 발광소자에 비해 70% 정도 낮은 전압(V)을 가지게 된다.
그리고, 도 5는 본 발명의 실리콘 발광소자와 종래의 발광소자 각각에 동일한 100㎃의 전류를 공급하여 전기 루미네센스 강도를 측정한 그래프이다. 도 5에 나타낸 바와 같이 아연 산화물층(150)을 가지는 본 발명의 실리콘 발광소자는 아연 산화물층(150)에 의해 실리콘 발광층(120)에 전자와 정공이 효율적으로 주입되어 발광하기 때문에 종래의 발광소자에 비해 70% 정도 높은 전기 루미네센스 강도를 가지게 된다.
결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물층을 이용한 발광소자의 발광효율은 종래의 양자점을 이용한 발광소자보다 2.5배 정도 증가하게 된다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자는 전류 구동형 발광소자 및 반도체 다이오드를 이용한 전기소자 등에 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법은 실리콘 발광층과 금속층 사이의 아연 산화물층을 형성함으로써 실리콘 발광층으로의 전류 주입을 증가시킬 수 있으며, 실리콘 발광층과 금속층 사이의 접촉저항을 줄일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자는 발광 효율을 증가시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (3)

  1. 실리콘 기판과;
    상기 실리콘 기판 상에 형성되어 광을 발생시키는 실리콘 발광층과;
    상기 실리콘 발광층 상에 형성되는 제 1 금속층과;
    상기 실리콘 발광층과 제 1 금속층 사이에 형성되는 아연 산화물층 및;
    상기 실리콘 기판 배면에 형성되는 제 2 금속층을 구비하며; 상기 실리콘 발광층은 상기 아연 산화물과 동일한 일함수를 가지는 것을 특징으로 하는 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자.
  2. 삭제
  3. 실리콘 기판을 마련하는 단계와;
    상기 실리콘 기판 상에 실리콘 발광층을 형성하는 단계와;
    상기 실리콘 발광층 상에 아연 산화물층을 형성하는 단계와;
    상기 아연 산화물층 상에 제 1 금속층을 형성하는 단계 및;
    상기 실리콘 기판 배면에 제 2 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자의 제조방법.
KR1020040028172A 2004-04-23 2004-04-23 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법 KR100644728B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040028172A KR100644728B1 (ko) 2004-04-23 2004-04-23 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040028172A KR100644728B1 (ko) 2004-04-23 2004-04-23 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040052653A KR20040052653A (ko) 2004-06-23
KR100644728B1 true KR100644728B1 (ko) 2006-11-14

Family

ID=37346230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040028172A KR100644728B1 (ko) 2004-04-23 2004-04-23 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100644728B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100734881B1 (ko) * 2005-12-08 2007-07-03 한국전자통신연구원 측면 반사경을 이용한 실리콘 발광소자

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000244015A (ja) 1999-02-23 2000-09-08 Murata Mfg Co Ltd 発光素子
KR20000058080A (ko) * 1999-02-19 2000-09-25 무라타 야스타카 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
JP2001044496A (ja) 1999-08-04 2001-02-16 Showa Denko Kk ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード
KR20010064242A (ko) * 1999-12-27 2001-07-09 오길록 고휘도 직류 구동형 청색 전계발광소자

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000058080A (ko) * 1999-02-19 2000-09-25 무라타 야스타카 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
JP2000244015A (ja) 1999-02-23 2000-09-08 Murata Mfg Co Ltd 発光素子
JP2001044496A (ja) 1999-08-04 2001-02-16 Showa Denko Kk ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード
KR20010064242A (ko) * 1999-12-27 2001-07-09 오길록 고휘도 직류 구동형 청색 전계발광소자
KR100317989B1 (ko) 1999-12-27 2001-12-24 오길록 고휘도 직류 구동형 청색 전계발광소자

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1020010064242

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040052653A (ko) 2004-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chang et al. Nitride-based flip-chip ITO LEDs
JP3631157B2 (ja) 紫外発光ダイオード
KR101174908B1 (ko) 발광 소자 및 그 제조 방법
KR100700529B1 (ko) 전류 확산층을 구비한 발광 다이오드 및 그 제조 방법
Liu et al. Nano-buffer controlled electron tunneling to regulate heterojunctional interface emission
KR20020079659A (ko) 질화갈륨계 반도체 엘이디 소자
US6624442B1 (en) Method of forming p-n junction on ZnO thin film and p-n junction thin film
KR20090032631A (ko) 발광다이오드 소자
KR100644728B1 (ko) 아연 산화물을 이용한 실리콘 발광소자 및 그 제조방법
KR100288851B1 (ko) 델타도핑을 이용한 질화물계 발광소자의 제작방법
WO2010052967A1 (ja) シリコン発光素子
KR100693408B1 (ko) 실리콘 발광소자 및 그 제조방법
KR100589250B1 (ko) 투명전극을 이용한 실리콘 양자점 발광소자 및 그 제조방법
JP2000174341A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JP2001291900A (ja) 半導体発光装置およびその製造方法
KR101661621B1 (ko) 패턴이 형성되어 있는 기판 및 이를 이용한 발광소자
CN203659930U (zh) 具有金属反射层的半导体发光器件
KR100389738B1 (ko) 단파장 산화아연 발광소자 및 그 제조방법
JP3709101B2 (ja) 半導体発光素子
CN107394021B (zh) 一种增强空穴注入的异质结构led器件
KR100647815B1 (ko) 무반사 처리된 투명 전극층을 가지는 발광 다이오드
KR20010099146A (ko) 후 열처리에 따른 산화아연 박막의 발광파장 조절방법
KR100813069B1 (ko) 질화물계 발광 소자 및 그 제조방법
KR100337197B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자
KR20010084332A (ko) 질화물 반도체 백색 발광소자

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121005

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131127

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141001

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee