KR100899940B1

KR100899940B1 - 실리콘 양자점 발광소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100899940B1
Application number: KR1020070005714A
Authority: KR
Inventors: 박성주; 김백현; 조창희
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2009-05-28
Also published as: KR20080068241A

Abstract

표면 플라즈몬을 이용하는 실리콘 양자점 발광소자 및 그 제조 방법이 개시된다. 실리콘 기판 상에 표면 플라즈몬층이 형성되고 표면 플라즈몬층 상에 양자점을 가진 실리콘 발광층이 구비된다. 표면 플라즈몬층은 실리콘 발광층과 커플링되고, 소정의 반사율을 가진 Ag, Au, Al, Cu, Pt 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나로 형성된다. 표면 플라즈몬층은 1차원 또는 2차원 배열의 불규칙적이거나 규칙적인 배열을 가지고, 실리콘 발광층과 커플링되어 광효율을 향상시킨다.

Description

실리콘 양자점 발광소자 및 그 제조방법{Silicon Quantum Dot Light-Emitting Diode and Method of Fabricating the same}

도 1은 종래의 실리콘 양자점 발광소자를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 양자점 발광소자를 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 표면 플라즈몬층이 규칙적인 1차원 배열의 격자로 형성된 것을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 표면 플라즈몬층이 규칙적인 2차원 배열의 아일랜드(island) 형태로 형성된 것을 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 표면 플라즈몬층이 규칙적인 2차원 배열의 홀(hole) 형태로 형성된 것을 도시한 것이다.

도 6은 실리콘 기판 상에 형성된 표면 플라즈몬층에 대한 원자현미경(Atomic Force Microscope : AFM) 사진이다.

도 7은 실리콘 기판 상에 표면 플라즈몬층을 형성하고, 이의 반사도를 측정한 것이다.

도 8은 본 발명의 표면 플라즈몬층으로 Ag를 사용한 경우, 종래의 실리콘 발광층과 본 발명의 발광 특성을 나타낸 그래프이다.

도 9는 본 발명의 표면 플라즈몬층으로 Ag를 사용한 경우, 종래의 실리콘 발광소자와 본 발명의 발광소자의 전계발광 특성을 나타낸 그래프이다.

도 10은 본 발명의 제1 금속층에 대한 투명도에 대한 그래프이다.

도 11은 본 발명에 따라 표면 플라즈몬층을 사용한 경우, 종래의 발광소자와 본 발명의 발광소자와의 전압에 따른 전류 특성을 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 실리콘 기판 110 : 표면 플라즈몬층

120 : 실리콘 발광층 140 : 제1 금속층

160 : 제2 금속층

본 발명은 실리콘 양자점 발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광효율을 향상시킬 수 있는 표면 플라즈몬을 이용한 실리콘 양자점 발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

실리콘을 이용하는 발광소자는 기존의 실리콘에 근거한 반도체 기술을 최대한 활용할 수 있으므로, 소자의 제작비용이 다른 화합물 반도체에 비해 적고, 소자의 제작공정도 비교적 간단하다는 장점을 가진다. 따라서, 실리콘 반도체가 가지는 장점으로 인해 실리콘 양자점을 이용한 발광소자에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 실리콘 양자점 발광소자는 실리콘 기판(100), 실리콘 발광층(120), 제1 금속층(140) 및 제2 금속층(160)으로 구성된다.

제1 금속층(140)에 전계가 인가되면, 실리콘 발광층(120)으로 전자는 주입된다. 이때, 제1 금속층(140)은 광이 투과될 수 있는 투명 재질을 사용한다. 예컨대, 상기 제1 금속층(140)은 Ni/Au/ITO의 3중막으로 형성될 수 있다. 상기 제1 금속층(140)은 5nm/5nm/100nm의 두께로 증착된다.

전계가 인가되는 경우, 제2 금속층(160)은 실리콘 기판(100)으로 정공을 주입한다. 상기 제2 금속층(160)을 구성하는 재료로는 실리콘 기판(100)의 배면에 오믹 접합되는 Ni/Au 또는 Pt/Au 등이 있다.

실리콘 발광층(120)은 상기 제1 금속층(140)으로부터 전자가 주입되고, 실리콘 기판(100)으로부터 정공이 주입되면, 전자와 정공의 결합에 의해 발광 동작을 수행한다. 실리콘 발광층(120)에서 발생된 광은 제1 금속층(140)을 통해 외부로 방출된다. 또한, 실리콘 발광층(120)은 실리콘 양자점과 그 양자점을 둘러싼 실리콘 질화물(Si_xN_y) 혹은 실리콘 산화물(SiO_x)로 구성된다.

상기 실리콘을 이용한 발광소자는 양자점이 형성되는 모체가 실리콘 질화물(Si_xN_y) 또는 실리콘 산화물(SiO_x)이므로 실리콘 발광층(120)으로 전자와 정공을 주입시키기가 어렵다는 문제가 발생한다.

또한, 실리콘 발광층(120)에서 발생된 광은 제1 금속층(140)을 통해 발광소 자 외부로 빠져나가므로, 제1 금속층(140)에 의해 휘도가 떨어진다. 이는 제1 금속층(140)이 광을 80% 정도만 투과시키기 때문이다. 이와 함께 주입된 전자와 정공이 실리콘 발광층(120)에서 결합하는 효율이 낮아서 전체 광효율을 떨어뜨리는 커다란 원인으로 작용하고 있다. 또한, 실리콘 발광층(120)에서 발생되는 광의 대부분은 실리콘 발광층(120)과 외부 공기의 굴절율 차이로 인해 6%만이 외부로 출사된다. 이러한 실리콘 발광층(120)과 외부 공기의 굴절율 차이로 인해 전반사된 광은 굴절율이 높은 실리콘 기판(100)으로 대부분 입사되어 광효율을 떨어뜨린다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 전자와 정공을 용이하게 주입시킬 수 있을 뿐만 아니라 주입된 전자와 정공이 실리콘 발광층(120) 내에서 효율적으로 결합되고 실리콘 기판(100)에서 흡수되는 빛을 반사시켜 광을 외부로 빠져나가게 하는 연구가 절실히 요청되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 표면 플라즈몬을 이용하는 실리콘 양자점 발광소자를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 제2 목적은 표면 플라즈몬을 이용하는 실리콘 양자점 발광소자의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

실시예

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 실리콘 양자점 발광소자는 실리콘 기판(100), 표면 플라즈몬층(110), 실리콘 발광층(120)을 가진다. 또한, 실리콘 발광층(120) 상부에는 제1 금속층(140), 실리콘 기판(100)의 배면에는 제2 금속층(160)이 더 구비된다.

상기 실리콘 발광층(120)은 절연물인 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물 내에 포함된 실리콘 양자점으로 구성되며, 두께는 10nm 내지 100nm로 증착시킴이 바람직하다.

또한, 제1 금속층(140)은 전자주입층, 전류 스프레딩층 및 투명 전극으로 구성될 수 있다. 상기 전자 주입층은 실리콘 발광층(100)으로 전자를 주입하며, 작은 일함수를 가지는 금속으로 형성된다. 또한, 전자 주입층 상부에 형성되는 전류 스프레딩층은 전자주입층으로 전류를 골고루 스프레딩(spreading)한다. 또한, 제1 금속층(140)은 실리콘 발광층(120)으로부터 발생되는 빛이 발광소자 외부로 방출되도록 투명한 금속으로 형성된 투명 전극을 가진다. 또한, 제2 금속층(160)은 실리콘 기판(100) 배면에 구비되어 실리콘 발광층(120)으로 정공이 주입되도록 한다.

상기 실리콘 발광층(120)은 실리콘 양자점과 그 양자점을 둘러싸는 실리콘 질화물(Si_xN_y) 또는 실리콘 산화물(SiO_x)로 구성된다. 또한, 실리콘 양자점이 포함 된 실리콘 질화물(Si_xN_y)을 성장시킬 때 사용되는 가스원으로는 질소로 희석된 5% 실란(SiH₄)과 순도 99.999%의 암모니아를 사용한다. 이때, 성장 압력은 0.4 torr 내지 1.5torr로 하고, 플라즈마 전력은 5W 내지 15W로 일정하게 유지한다. 성장온도는 100℃ 내지 400℃까지 변화시켰으며, 실란과 암모니아의 유량은 각각 1sccm 내지 1000sccm, 1sccm 내지 100sccm까지 조절하면서 증착시켰다. 상기 성장조건을 변화시키는 경우, 실리콘 질화물에 포함된 실리콘 양자점의 크기는 자유롭게 조절될 수 있다.

상술한 바대로, 암모니아를 사용하여 실리콘 양자점이 포함된 실리콘 질화물(Si_xN_y)을 성장시킬 때, 발광효율이 증가하는 것은 박막의 모체인 실리콘 질화물(Si_xN_y)과 실리콘 양자점에 존재하는 박막결함들의 수가 감소하기 때문에 박막내의 결함들을 감소시키는 박막 내의 수소량이 증가하게 된다. 이때 박막의 증착방법은 박막 형성용으로 통상적으로 사용되는 시스템을 이용한다. 예컨대, 화학기상증착법, 분자선 켜쌓기법, 이온 주입법, 스퍼터링 증착법, 펄스 레이저 증착법 등을 이용한 시스템들이 사용될 수 있다. 특히, 실리콘 소자 제작시 상용화된 방법인 플라즈마로 증진된 화학기상 증착법도 본 발명에 사용될 수 있다. 상술한 방법으로 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물에 포함된 실리콘 양자점을 형성시킬 수 있다.

상기 표면 플라즈몬층(110)은 표면 플라즈몬 현상이 잘 형성되는 Ag, Au, Al, Cu, Pt 또는 Pd임이 바람직하다.

표면 플라즈몬층(110)은 표면 플라즈몬에 의해 상기 실리콘 발광층(120)과 커플링되어 상기 실리콘 발광층(120)의 내부양자효율을 증가시켜 상기 실리콘 발광층(120)에 의해 발생되는 빛의 양을 증가시키며, 실리콘 발광층(120)에 의해 발생되는 빛을 반사시킨다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 표면 플라즈몬층이 규칙적인 1차원 배열의 격자로 형성된 것을 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 표면 플라즈몬층(111)은 규칙적으로 라인 형태의 격자(grating)로 형성된다. 여기서, 격자의 폭은 0.5nm 내지 500nm로 형성되며, 격자의 이격거리도 0.5nm 내지 500nm로 형성됨이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 표면 플라즈몬층이 규칙적인 2차원 배열의 아일랜드(island) 형태로 형성된 것을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 대략 원형의 표면 플라즈몬층(113)의 직경은 0.5nm 내지 500nm로 형성되며, 아일랜드들 사이의 이격거리도 0.5nm 내지 500nm로 형성됨이 바람직하다.

도 5를 참조하면, 표면 플라즈몬층(115)에는 다수의 규칙적인 홀들이 형성된다. 여기서, 홀들의 직경은 0.5nm 내지 500nm로 형성되며, 홀들 사이의 이격거리도 0.5nm 내지 500nm로 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 규칙적인 표면 플라즈몬층(111, 113, 115)은 전자빔 리소그라피, 홀로그램 리소그라피, 나노 임프린트 등의 방법을 이용하여 규칙적인 패턴이 형성된다.

이러한 표면 플라즈몬층(110)은 불규칙한 형태의 격자, 아일랜드 또는 홀들로도 형성될 수 있다. 이 불규칙한 표면 플라즈몬층(110)은 전자빔 리소그라피, 전자빔 증착법, 스퍼터링 증착법, 열 증착법 등의 방법으로 형성된다.

상기 제1 금속층(140)은 전자 주입층, 전류 스프레딩층 및 투명 전극으로 구성된다.

투명 전극은 실리콘 발광층(120)으로부터 발생되는 빛을 발광소자 외부로 효과적으로 방출하기 위해 투명도가 높은 금속인 ITO 등을 사용할 수 있다.

전자 주입층은 실리콘 발광층(120)으로 전자를 주입하고 휘도를 향상시키기 위하여 알루미늄 금속보다 낮은 일함수를 가지는 금속, 예컨대 니켈(Ni)을 사용한다.

또한, 전류 스프레딩층은 상기 투명 전극의 평면 저항을 감소시키는 보조 전극으로 사용되며, 상기 전자 주입층으로 전류를 골고루 스프레딩(spreading)하는 역할을 수행한다.

제2 금속층(160)은 실리콘 발광층(120)으로 정공을 효과적으로 주입하기 위해 일함수가 높은 금속, 예컨대, 백금 또는 니켈을 사용할 수 있다. 또한, 상기 실리콘 기판의 배면으로 정공을 주입할 때 발생되는 접촉 저항을 줄이기 위해 금을 더 사용할 수도 있다.

상술한 구성을 가지는 실리콘 발광소자의 제조방법은 다음과 같다

먼저 실리콘 기판(100) 상에 표면 플라즈몬층(110)을 형성한다. 상기 표면 플라즈몬층(110)은 표면 플라즈몬 현상이 잘 이루어지는 Ag, Au, Al, Cu, Pt 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나로 형성되며, 0.5nm 내지 100nm의 두께로 형성된다. 또한, 상기 표면 플라즈몬층(110)은 상기 도 3, 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이 규칙적인 1차원 또는 2차원 형상을 가지도록 패터닝됨이 바람직하다. 또한, 상기 표면 플라즈몬층(110)은 불규칙적인 1차원 또는 2차원 배열로 형성된다.

계속해서, 상기 표면 플라즈몬층(110) 상부에 실리콘 양자점이 형성된 실리콘 발광층(120)을 형성한다. 실리콘 발광층(120)의 두께는 10nm 내지 100nm로 형성됨이 바람직하다.

이후에, 상기 실리콘 발광층(120) 상에 제1 금속층(140)을 구성하는 전자 주입층, 전류 스프레딩층 및 투명 전극을 차례로 형성시킨다.

계속해서 상기 제1 금속층(140)의 투명도와 전도율을 높이기 위해 300℃ 내지 500℃의 온도의 공기 및 질소 분위기에서 각각 1분 내지 3분 정도 열처리를 실시한다. 이후에, 제2 금속층(140)을 상기 실리콘 기판(100)의 배면에 형성시킨다.

도 6을 참조하면, 상기 표면 플라즈몬층은 Ag을 증착하여 형성된다. 즉, RMS(Root Mean Square) 거칠기가 1.07nm인 Ag 표면에 대한 사진임을 알 수 있다. 표면 플라즈몬층은 거칠기로 인해 국부화된 전기장을 형성시켜 실리콘 발광층에서 발생된 광과 표면 플라즈몬층과의 상호 커플링으로 인해 국부화된 강한 표면 플라 즈몬의 원인이 됨을 알 수 있다.

도 7을 참조하면, 표면 플라즈몬층은 Ag을 증착하여 형성한다. 또한, 실리콘 기판 상에 증착된 Ag의 반사도는 약 520nm에서 8.5%인 것을 알 수 있다. 상기 곡선에서 표면 플라즈몬층의 표면 플라즈몬 공명현상이 잘 일어나는 파장은 약 550nm임을 알 수 있다.

도 8을 참조하면, 그래프 (a)에서는 가시광 영역 전체파장에서 적분된 발광되는 광의 세기가 72.5% 증가함을 알 수 있다. 또한, 그래프 (b)에서 본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용하는 발광소자는 각 파장대별 발광되는 광의 세기의 증가분이 520nm에서 2.2배 증가하였다. 이러한 결과는 상기 도 7에서 도시된 바와 같이 표면 플라즈몬층의 반사도와의 곡선과 동일한 곡선의 모양을 보임을 알 수 있을 뿐 아니라, 단순 반사만으로는 발광되는 광의 세기의 증가를 설명할 수 없다. 즉, 이러한 증가는 표면 플라즈몬층과 실리콘 발광층과의 상호 커플링에 의해 실리콘 발광층의 내부양자효율이 증가한 것임을 알 수 있다.

도 9를 참조하면, 그래프(a)에서 도시된 바와 같이 가시광 영역 전범위에서 적분된 전계발광의 세기가 2.87배 증가함을 알 수 있다. 또한, 그래프(b)에서 도시된 바와 같이 본 발명의 발광소자의 각 파장대별 전계발광 세기의 증가분은 520nm에서 3.64배 증가함을 알 수 있다. 이러한 결과는 표면 플라즈몬의 반사도와의 곡선과 거의 동일한 곡선의 형상을 보임을 알 수 있을 뿐만 아니라, 단순 반사만으로는 전계발광 세기의 증가를 설명할 수 없음을 알 수 있다.

상술한 경우, 실리콘 양자점 발광소자는 상기 실리콘 기판 상에 두께가 5nm인 Ag를 사용하여 표면 플라즈몬층을 형성하며, 상기 표면 플라즈몬층 상에 두께가 34nm인 실리콘 양자점이 포함된 실리콘 발광층을 플라즈마 증진된 화학기상법을 사용하여 형성한다. 또한, 상기 실리콘 발광층 상에 전류 주입층, 전류 스프레딩층 및 투명전극을 각각 니켈, 금 또는 ITO로 사용하여 두께를 각각 5nm, 5nm 및 100nm로 전자빔 증착법을 사용하여 제1 금속층을 형성한다. 또한, 실리콘 기판 배면에 제2 금속층인 니켈과 금을 각각 20nm와 80nm로 전자빔 증착법을 사용하여 형성한다.

도 10을 참조하면, 도시된 스펙트럼 피크는 상기 도 9의 그래프(b)에서 도시된 스펙트럼 피크와 같은 위치에서 나타남을 알 수 있다. 또한 도 9의 그래프(b)에서 나타난 스펙트럼 피크는 7에서 도시된 스펙트럼 피크가 장파장 영역으로 이동된 것이다. 이는 실리콘 발광층과 표면 플라즈몬층 사이에서 상호 커플링된 빛이 제1 금속층을 통해 외부로 빠져나오면서 제1 금속층에 흡수된 것을 알 수 있다. 상기 제1 금속층은 니켈로 구성된 전류 주입층, 금으로 구성된 전류 스프레딩층, ITO로 구성된 투명 전극으로 이루어진다. 또한, 각각의 두께는 5nm, 5nm 및 100nm로 전자빔 증착법을 이용하여 형성한다.

도 11을 참조하면, 본 발명에 따라 표면 플라즈몬층을 가지는 발광소자는 종래의 발광소자보다 낮은 전압에서 많은 전류를 흐를 수 있다. 이러한 이유는 실리콘 기판과 실리콘 발광층 사이의 계면에서 생성되는 계면 결함을 표면 플라즈몬층이 완화시킬 뿐 아니라, 표면 플라즈몬층이 실리콘 발광층으로 확산되면서, 실리콘 발광층의 두께가 줄어들기 때문이다. 본 발명에 따른 실리콘 발광소자는 상기 실리콘 기판 상에 두께가 5nm인 Ag를 사용하여 표면 플라즈몬층을 형성하였으며, 표면 플라즈몬층의 상부에는 두께가 34nm인 실리콘 양자점이 포함된 실리콘 질화물인 실리콘 발광층이 형성된다. 상기 실리콘 발광층은 플라즈마 증진된 화학기상법을 사용하여 형성된다. 또한, 살기 실리콘 발광층 상부에는 니켈로 구성된 전류 주입층, 금을 가지는 전류 스프레딩층 및 ITO로 구성된 투명 전극을 가지는 제1 금속 전극이 구비된다. 상기 제1 금속 전극의 전류 주입층, 전류 스프레딩층 및 투명 전극은 각각 5nm, 5nm 및 100nm의 두께로 전자빔 증착법을 사용하여 형성된다.

또한, 상술한 기술은 표면 플라즈몬층을 이용하여 실리콘 양자점과 상호 커플링을 통해 광효율을 증가시킬 수 있다. 이를 이용한 실리콘 양자점 발광소자는 레이저, 태양전지, 광트랜지스터, 광학 센서 또는 바이오센서 등에 응용될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 표면 플라즈몬층을 포함하는 실리콘 양자점 발광소자는 반사도가 높으며, 표면 플라즈몬 형상이 발생되는 금속을 실리콘 기판과 실리콘 발광층 사이에 형성한다. 형성된 표면 플라즈몬층을 가지는 실리콘 양자점 발광소자는 종래의 실리콘 발광소자보다 실리콘 발광층으로의 전류의 주입이 증가되며, 가시광 영역에서 적분된 광발광 세기가 72.5%, 각 파장대별 광발광 세기의 증가분은 520nm에서 2.2배이며, 가시광 영역에서 적분된 전계발광 세기는 2.87배, 각 파장대별 광발광 세기의 증가분은 520nm에서 3.64배 증가하여 실리콘 발광층과 표면 플라즈몬층의 상호 커플링으로 인해 증가된 빛을 실리콘 양자점 발광소자 외부로 방출할 수 있어 발광 효율을 증가시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

실리콘 기판;

상기 실리콘 기판 상에 형성되는 표면 플라즈몬층;

상기 표면 플라즈몬층 상에 실리콘 양자점이 형성된 실리콘 발광층;

상기 실리콘 발광층 상에 형성되어 상기 실리콘 발광층에 전자를 주입하기 위한 제1 금속층; 및

상기 실리콘 기판 배면에 형성되고, 상기 실리콘 발광층으로 정공을 주입하기 위한 제2 금속층을 포함하되,

상기 표면 플라즈몬층은 관통부들을 구비하고, 상기 표면 플라즈몬층의 표면 플라즈몬은 상기 실리콘 발광층에서 발생되는 광과 상호 커플링되는 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 표면 플라즈몬층은 Ag, Au, Al, Cu, Pt 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 표면 플라즈몬층은 라인 형태, 2차원 배열의 아일랜드 형태 또는 2차원 배열의 홀 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 금속층은,

상기 실리콘 발광층 상에 형성되고, 상기 실리콘 발광층으로 전자를 주입하기 위한 전자 주입층;

상기 전자 주입층 상에 형성되고, 상기 전자 주입층으로 전류를 골고루 스프레딩하기 위한 전류 스프레딩층; 및

상기 전류 스프레딩층 상에 형성되고, 상기 실리콘 발광층으로부터 발생되는 빛이 상기 발광소자 외부로 방출되도록 하기 위한 투명 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자.
실리콘 기판 상에 표면 플라즈몬층을 형성하는 단계;

상기 표면 플라즈몬층 상에 실리콘 양자점이 형성된 실리콘 발광층을 형성하는 단계;

상기 실리콘 발광층 상에 제1 금속층을 형성하는 단계; 및

상기 실리콘 기판의 배면에 상기 실리콘 발광층으로 홀을 주입하기 위한 제2 금속층을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 표면 플라즈몬층은 관통부들을 구비하고, 상기 표면 플라즈몬층의 표면 플라즈몬은 상기 실리콘 발광층에서 발생되는 광과 상호 커플링되는 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 제1 금속층을 형성하는 단계는,

상기 실리콘 기판 상에 전자를 주입하기 위한 전자 주입층을 형성하는 단계;

상기 전자 주입층 상에 상기 전자 주입층으로 전류를 골고루 스프레딩하기 위한 전류 스프레딩층을 형성하는 단계; 및

상기 전류 스프레딩층 상에 상기 실리콘 발광층으로부터 발생되는 빛이 외부로 방출되도록 하기 위한 투명 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 표면 플라즈몬층은 Ag, Au, Al, Cu, Pt 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 표면 플라즈몬층은 라인 형태, 2차원 배열의 아일랜드 형태 또는 2차원 배열의 홀 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자의 제조방법.
제3항에 있어서,

상기 라인 형태는 0.5nm 내지 500nm의 라인 폭 및 0.5nm 내지 500nm의 라인들 사이의 이격거리를 갖고, 상기 아일랜드 형태는 0.5nm 내지 500nm의 아일랜드 직경 및 0.5nm 내지 500nm의 아일랜드들 사이의 이격거리를 갖고, 상기 홀 형태는 0.5nm 내지 500nm의 홀 직경 및 0.5nm 내지 500nm의 홀들 사이의 이격거리를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자.
제8항에 있어서,

상기 라인 형태는 0.5nm 내지 500nm의 라인 폭 및 0.5nm 내지 500nm의 라인들 사이의 이격거리를 갖고, 상기 아일랜드 형태는 0.5nm 내지 500nm의 아일랜드 직경 및 0.5nm 내지 500nm의 아일랜드들 사이의 이격거리를 갖고, 상기 홀 형태는 0.5nm 내지 500nm의 홀 직경 및 0.5nm 내지 500nm의 홀들 사이의 이격거리를 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 실리콘 발광층의 두께는 10nm 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자.
제5항에 있어서,

상기 실리콘 발광층의 두께는 10nm 내지 100nm인 것을 특징으로 하는 실리콘 양자점 발광소자의 제조방법.